KR101538172B1

KR101538172B1 - 건설기계의 엔진룸 냉각장치

Info

Publication number: KR101538172B1
Application number: KR1020080133033A
Authority: KR
Inventors: 박광석
Original assignee: 두산인프라코어 주식회사
Priority date: 2008-12-24
Filing date: 2008-12-24
Publication date: 2015-07-20
Also published as: KR20100074560A

Abstract

본 발명에 따른 건설기계의 엔진룸 냉각장치는, 엔진(11) 및 DPF(12)가 배치되는 엔진룸(10)이 마련된 건설기계에 적용되는 것으로서, 내부에 냉각 유체가 흐르는 라디에이터(21)를 냉각시키기 위한 정회전 구동과 상기 엔진룸(10)을 냉각시키기 위한 역회전 구동이 가능한 냉각팬(20); 상기 엔진룸(10)과 상기 냉각팬(20) 사이에 마련되어 상기 냉각팬(20)에 대해 상기 엔진룸(10)을 선택적으로 개방 또는 폐쇄시키는 도어부재(30); 및 상기 DPF(12) 재생 신호가 입력되면, 상기 냉각팬(20)에 대해 상기 엔진룸(10)이 개방되도록 상기 도어부재(30)를 개방시킴과 아울러 상기 엔진룸(10)이 송풍되도록 상기 냉각팬(20)을 역회전 구동시키는 제어부(40)를 포함한다.

DPF 재생, 냉각팬, 도어부재, 엔진룸

Description

건설기계의 엔진룸 냉각장치{ENGINE ROOM COOLING APPARATUS FOR CONSTRUCTION MACHINERY}

본 발명은 굴삭기나 휠로더 등과 같은 건설기계에 관한 것으로서, 특히 별도의 냉각팬을 추가하지 않으면서도 DPF(Diesel Particulate Filter) 재생시 엔진룸이 가열되는 것을 방지할 수 있는 건설기계의 엔진룸 냉각장치에 관한 것이다.

건설기계나 차량의 유해 배기가스에 대한 규제가 강화됨에 배기가스의 저감은 아주 중요한 기술적 이슈가 된지 오래이다. 유해배기가스의 배출이 상대적으로 많은 디젤 엔진의 경우, 배기가스 저감은 더욱 중요한 문제가 되었다. 특히, 연료의 불완전 연소에 주로 기인하는 입자상 물질(PM, Particulate matter)에 대한 저감이 요구되고 있다.

입자상 물질을 줄이기 위해 가장 일반적으로 사용하는 기술로는 배기가스 성분 중 입자상 물질을 포집하고 포집된 입자상 물질을 가열하여 제거하는 DPF(Diesel Particulate Filter) 기술을 들 수 있다. 여기서, 입자상 물질을 제거하는 과정을 재생(regeneration)이라고 한다.

이러한 재생 과정은 DPF에 마련된 별도의 재생장치에 의해 이루어진다. 보다 구체적으로, 상기 재생장치는 DPF에 연료를 분사하여 DPF 내에 포집된 입자상 물질을 제거하게 된다.

그러나 재생과정에서 DPF는 그 표면온도가 400℃까지 상승하게 된다. 이러한 고열은 엔진룸을 가열하게 되어 엔진룸 내의 각종 부품들이 치명적인 열손상을 받을 수 있게 된다.

본 발명은 전술한 바와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로서, 별도의 추가적인 냉각팬을 설치하지 않고도 DPF 재생시 엔진룸의 온도를 낮출 수 있는 건설기계의 엔진룸 냉각장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 건설기계의 엔진룸 냉각장치는, 엔진(11) 및 DPF(12)가 배치되는 엔진룸(10)이 마련된 건설기계의 엔진룸 냉각장치에 있어서, 내부에 냉각 유체가 흐르는 라디에이터(21)를 냉각시키기 위한 냉각팬(20); 상기 엔진룸(10)과 상기 냉각팬(20) 사이에 마련되어 상기 냉각팬(20)에 대해 상기 엔진룸(10)을 선택적으로 개방 또는 폐쇄시키는 도어부재(30); 및 상기 DPF(12) 재생 시, 상기 냉각팬(20)에 대해 상기 엔진룸(10)이 개방되도록 상기 도어부재(30)를 개방시켜 상기 엔진룸(10)에 차가운 공기를 송풍시키는 제어부(40)를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 냉각팬(20)은 상기 라디에이터(21)를 냉각시키기 위해 내부 공기를 상기 라디에이터(21)를 경유하여 배출시키는 정회전 구동과 상기 엔진룸(10)을 냉각시키기 위한 역회전 구동이 가능하다.

상기 건설기계의 엔진룸 냉각장치는 상기 엔진룸(10)의 온도를 감지하기 위한 온도감지센서(15)를 더 포함하며, 상기 제어부(40)는 상기 온도감지센서(15)에 의해 감지된 상기 엔진룸(10)의 온도가 기준온도 이하이면, 상기 도어부재(30)를 폐쇄 구동시킨다.

상기 냉각팬(20)은 상기 엔진(11)과 상기 라디에이터(21)의 사이에 배치되어 정상상태에서는 상기 라디에이터(21)를 향해 송풍되는 정방향으로 회전구동되고, 상기 DPF 재생시에는 상기 엔진룸(10)을 향해 송풍시키는 역방향으로 회전구동될 수 있다.

한편, 전술한 건설기계의 엔진룸 냉각장치는 상기 엔진룸(10)의 온도를 감지하기 위한 온도감지센서(15)를 더 포함하며, 상기 제어부(40)는 상기 DPF(12) 재생신호가 입력되면, 상기 냉각팬(20)을 역회전 구동시킨 후에 상기 도어부재(30)를 개방시키고, 상기 온도감지센서(15)에 의해 감지된 상기 엔진룸(10)의 온도가 기준온도 이하이면 상기 엔진룸(10)이 폐쇄되도록 상기 도어부재(30)를 폐쇄 구동시킨 후에 상기 냉각팬(20)을 정회전으로 구동시킬 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 냉각장치는 상기 냉각팬(20)에 의해 상기 라디에이터(21)로 송풍되는 공기가 유입되도록 상기 냉각팬(20)과 상기 엔진룸(10) 사이에 형성된 통풍구(16)를 더 포함할 수 있으며, 상기 도어부재(30)는 개방시 상기 통풍구(16)의 적어도 일부를 막는 방향으로 구동되어 상기 냉각팬(20)에 의해 송풍되는 공기의 중간 유출을 억제할 수 있다.

전술한 바와 같은 과제 해결 수단에 의하면, DPF가 재생되더라도 엔진룸을 기준온도 이하로 냉각시킬 수 있게 되어 DPF 재생에 따른 엔진룸 내의 각종 부품들이 열손상을 받는 것을 방지할 수 있게 된다.

또한, 라디에이터를 냉각시키기 위한 냉각팬을 이용하여 DPF 재생시 엔진룸을 냉각시킴으로써 제조 원가를 절감할 수 있게 된다.

한편, 냉각팬이 역회전으로 구동된 후에 도어부재를 개방시키고, 도어부재가 완전히 닫힌 후에 상기 냉각팬을 정회전 구동시킴으로써, 엔진룸의 공기가 라디에이터로 유동되는 것을 방지할 수 있게 되고, 이에 의해 라디에이터의 냉각성능이 저하되는 것을 방지할 수 있게 된다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 엔진룸 냉각장치에 대하여 상세히 설명한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진룸 냉각장치는 냉각팬(20)과, 도어부재(30)와, 제어부(40)를 포함한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 엔진룸(10)에는 엔진(11)과, 상기 엔진(11)으로부터 배출되는 배기가스로부터 입자상 물질을 포집하기 위한 DPF(12)가 마련된다. 최근에는 후술될 DPF 재생을 고려하여 이러한 DPF(12)로서 머플러 내장형 개발되는 추세다. 한편, 상기 DPF(12)에는 포집된 입자상 물질을 가열하여 제거하기 위한 DPF 재생장치(13)가 마련된다. 상기 DPF 재생장치(13)는 연료탱크의 연료를 상기 DPF(12)의 내부에 분사하여 상기 입자상 물질을 연소시킴으로써 입자상 물질을 제거하게 되고, 이에 의해 DPF(12)가 재생되게 된다. 또한, DPF(12)의 전단과 후단 각각에는 한 쌍의 DPF 압력센서(14)가 설치된다. 상기 한 쌍의 DPF 압력센서(14)에 의해 감지된 차압이 기준 차압 이상인 경우, ECU(41)는 DPF(12)에 입자상 물질이 일정 이상 포집된 것으로 판단하고 DPF 재생장치(13)에 재생신호를 출력하여 재생작업이 시작된다.

그러나 상기 DPF(12)를 재생시 연료의 연소에 의해 400℃ 이상의 고열이 발생하게 되고, 이러한 고열은 상기 엔진룸(10)을 가열하게 된다. 그러나 엔진룸(10)을 냉각시키는 별도의 냉각장치가 구비되지 않아 자연 냉각에 의존해야 한다. 이러한 이유로 엔진룸(10) 내부의 각종 부품들은 열에 의해 손상을 받게 되어 내구성이 저하되는 문제점이 있었다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 라디에이터(21)를 냉각시키기 위한 냉각팬(20)을 이용하여 엔진룸(10)을 냉각시키도록 고안된 것이다.

상기 냉각팬(20)은 엔진룸(10)의 후방에 적어도 하나의 라디에이터(21)를 냉각시키기 위해 배치된다. 상기 라디에이터(21)에는 엔진(11)의 냉각수와 작동유 및 엔진오일 등의 냉각유체가 흐르게 된다. 이러한 냉각팬(20)은, 도 4a에 도시된 바와 같이, 상기 라디에이터(21)를 냉각시키기 위해 정회전 구동될 뿐만 아니라 도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 엔진룸(10)을 냉각시키기 위해 역회전 구동도 가능하다. 이러한 냉각팬(20)은 공급되는 전류에 의해 구동되는 전동팬 뿐만 아니라 작동유에 의해 구동되는 유압모터 팬으로 구성될 수도 있다. 상기 냉각팬(20)이 전동팬인 경우, 상기 제어부(40)에 의해 공급되는 전류량과 공급되는 전류의 방향에 따라 그 구동속도 및 구동방향이 제어된다. 반면, 상기 냉각팬(20)이 유압모터 팬인경우, 제어부(40)로부터 출력되는 제어신호에 따라 변환되는 제어밸브에 의해 상기 유압모터에 공급되는 작동유의 흐름 방향 및 작동유의 유량이 제어되어 팬의 구동 방향 및 구동 속도가 제어되게 된다.

상기 도어부재(30)는 상기 냉각팬(20)에 대해 상기 엔진룸(10)을 개방 또는 폐쇄시키기 위한 것이다. 일반적으로, 엔진룸(10)은 냉각팬(20)에 대해 배플 커버(baffle cover)라 불리는 차단벽(31)에 의해 차단된다. 이는 라디에이터(21)가 엔진룸(10)의 고열에 의해 가열되는 것을 방지하기 위함이다. 이러한 차단벽(31)에는 도어부재(30)가 개폐가능하게 설치되어 상기 냉각팬(20)에 의해 유동되는 공기가 상기 엔진룸(10)으로 선택적으로 송풍될 수 있게 된다. 이러한 도어부재(30)에는 구동모터와 같은 도어부재 구동부(32)가 설치되어 상기 도어부재 구동부(32)에 인가되는 제어신호에 따라 상기 도어부재(30)의 개폐동작이 제어된다.

상기 제어부(40)는 상기 냉각팬(20)의 구동방향 및 풍량을 제어함과 아울러 상기 도어부재(30)의 개폐 동작을 제어하기 위한 것이다.

보다 구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(40)는 온도감지센서(15)로부터 전송되는 엔진룸(10)의 온도가 기준온도 이하이면, 상기 제어부(40)는 냉각팬(20)을 정회전 구동시킨다(S100). 냉각팬(20)이 정회전 구동되면, 도 4a에 도시된 바와 같이, 건설기계의 하부 또는 상방으로부터 공기가 흡입되어 라디에이터(21)로 유동되게 된다. 이때, 냉각팬(20)의 구동속도는 라디에이터(21)에 마련된 온도센서로부터 출력되는 냉각유체의 온도에 따라 가변될 수 있다.

한편, 상기 제어부(40)는 ECU(41)로부터 전송되는 DPF 재생신호로부터 DPF 재생여부를 판단한다(S110). ECU(41)로부터 DPF 재생신호가 입력되며, 상기 제어부(40)는 냉각팬(20)을 역회전 구동시키기 위한 신호를 출력한다(S120). 그러나 상기 냉각팬(20)은 구동 관성력에 의해 상기 제어부(40)로부터 제어신호가 전송된 시점에 구동 방향이 변할 수 없다. 따라서, 상기 제어부(40)는 상기 냉각팬(20)의 구동방향이 정회전에서 역회전으로 변환되었는지를 판단하게 된다(S130). 이러한 판단은 상기 냉각팬(20)으로부터 피드백되는 구동 신호로부터 실행될 수 있을 뿐만 아니라 제어신호 출력시의 냉각팬(20) 구동속도로부터 냉각팬(20)이 정지하는 시간을 산출하여 실행될 수도 있다.

냉각팬(20)이 역회전으로 전환되면, 제어부(40)는 도어부재 구동부(32)에 개방신호를 출력하여 도어부재(30)를 개방시킨다(S140). 이와 같이, 냉각팬(20)이 역회전으로 구동된 후에 도어부재(30)를 개방시킴으로써, 엔진룸(10)의 공기가 라디에이터(21)로 유동되는 것을 방지할 수 있게 되고, 이에 의해 라디에이터(21)의 냉각성능이 저하되는 것을 방지할 수 있게 된다. 도어부재(30)가 개방되면, 냉각팬(20)에 대해 엔진룸(10)은 개방된 상태가 된다. 따라서, 냉각팬(20)의 역회전 구동에 의해 유동되는 공기는, 도 4b에 도시된 바와 같이, 엔진룸(10)으로 송풍된다. 엔진룸(10)으로 송풍된 공기는 하우징(1)의 측면에 마련된 출구개폐부재(33)를 밀고 외부로 배출된다. 상기 출구개폐부재(33)는 하우징(1)의 상부에 마련될 수도 있다. 또한, 출구개폐부재(33)는 스프링 힌지 등으로 하우징(1)에 닫힌 상태로 설치될 수 있으며, 이와 같은 경우 출구개폐부재(33)는 냉각팬(20)에 의해 상승된 엔진룸(10)의 압력에 의해 개방되고, 스프링 힌지에 의해 폐쇄될 수 있게 된다. 그러나 본 실시예와 달리 상기 출구개폐부재(33)는 작업자가 직접 개방시킬 수도 있다.

또한, 상기 제어부(40)는 엔진룸(10)의 온도에 따라 냉각팬(20)의 회전속도를 가변시킬 수 있다. 한편, 제어부(40)는 ECU(41)로부터 DPF 재생 종료 신호가 입력되었는지를 판단하고(S150), DPF 재생 종료 신호가 입력되면 제어부(40)는 온도감지센서(15)로부터 전송된 엔진룸(10)의 온도가 기준온도 이하인지를 판단한다(S160). 판단결과, 엔진룸(10)의 온도가 기준 온도 이상이면, DPF 재생이 종료되더라도 냉각팬(20)의 역회전을 지속하게 된다. 반면, 판단결과 엔진룸(10)의 온도가 기준온도 이하로 판단되면, 도어부재(30)를 폐쇄시키는 신호를 도어부재 구동부(32)에 출력한다(S170). 그런 후에, 도어부재(30)가 완전히 폐쇄되었는지를 판단한다(S180). 이러한 판단은 도어부재 구동부(32)로부터 피드백되는 신호로부터 실행될 수 있을 뿐만 아니라 상기 도어부재 구동부(32)에 폐쇄신호를 출력한 시점부터 기설정된 시간이 경과하였는지로부터 실행될 수 있다.

판단결과, 도어부재(30)가 완전히 닫힌 것으로 판단되면, 제어부(40)는 상기 냉각팬(20)을 정회전 구동시킨다. 이와 같이 도어부재(30)가 완전히 닫힌 후에 냉각팬(20)을 정회전 구동시킴으로써, 엔진룸(10)의 공기가 라디에이터(21)에 송풍되는 것을 차단할 수 있고, 이에 의해 라디에이터(21)의 냉각 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있게 된다.

한편, 도 5는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 도면으로서, 본 실시예에 의하면, 냉각팬(20)은 하우징(1)의 외곽에 설치되고, 앞선 실시예와는 다르게 라디에이터(21) 및 엔진룸(10) 냉각시 그 회전구동방향이 변경되지 않는다. 이 경우, 정상상태에서는 냉각효율을 향상시키기 위해 하우징(1)의 측벽에 라디에이터(21)를 경유한 공기를 배출되는 통풍구(16)가 설치된다. 이러한 통풍구(16)는 본 실시예와 같이 라디에이터(21)를 지지하도록 하우징(1)에 연결된 별도의 구조물에 설치될 수도 있다. 앞서 설명한 바와 같이 통풍구(16)는 라디에이터(21) 냉각시 그 효율을 향상시키지만, 엔진룸(10) 냉각을 위해 도어부재(30)가 개방된 경우 엔진룸(10)으로 향하는 공기가 엔진룸(10)에 도달하기 전에 하우징(1)의 외부로 유출되어 엔진룸(10)의 냉각효율을 저하시키는 문제점을 발생시킨다. 이에 본 실시예에서는 도어부재(30)의 개방시 통풍구(16)의 적어도 일부가 도어부재(30)에 의해 가려질 수 있게 도어부재(30)가 회전구동된다. 이에 의하면, 통풍구(16)를 통한 냉각공기의 유출을 저하시킬 수 있어, 의한 엔진룸(10)의 냉각효율 저하를 최소화시킬 수 있게 된다.

한편, 상술한 통풍구(16)는 도 4a,4b에 설명된 실시예의 경우에도 설치될 수 있다. 이 경우, 라디에이터(21)로 송풍시 필요한 공기가 유입되는 공기통로의 기능을 수행할 수 있다. 하지만 이런 경우에도 엔진룸(10)의 냉각시 통풍구(16)에 의한 냉각효율이 저하될 수 있으므로, 앞서 설명한 바와 같이 도어부재(30)의 개방시 통풍구(16)로 향하는 공기 유동이 간섭될 수 있도록 구성될 수 있음은 물론이다.

전술한 바와 같이, 하나의 냉각팬(20)을 이용하여 엔진룸(10)이 기준온도 이상으로 가열되는 것을 방지할 수 있게 되어, DPF 재생에 따른 엔진룸(10) 내의 각종 부품들이 열손상을 받는 것을 방지할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 엔진 계통 구성품을 개략적으로 나타내기 위한 평단면도,

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 엔진룸 냉각장치의 제어 블록도,

도 3은 도 2에 도시된 건설기계의 엔진룸 냉각장치의 제어 과정을 설명하기 위한 흐름도,

도 4a 및 도 4b는 도 2에 도시된 건설기계의 냉각 과정을 설명하기 위한 평단면도,

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 건설기계의 엔진룸 냉각장치를 개략적으로 나타낸 평단면도이다.

<도면의 주요 참조부호에 대한 설명>

10; 엔진룸 11; 엔진

12; DPF 15; 온도감지센서

20; 냉각팬 21; 라디에이터

30; 도어부재 40; 제어부

Claims

엔진(11) 및 DPF(12)가 배치되는 엔진룸(10)이 마련된 건설기계의 엔진룸 냉각장치에 있어서,

내부에 냉각 유체가 흐르는 라디에이터(21)를 냉각시키기 위한 냉각팬(20);

상기 엔진룸(10)과 상기 냉각팬(20) 사이에 마련되어 상기 냉각팬(20)에 대해 상기 엔진룸(10)을 선택적으로 개방 또는 폐쇄시키는 도어부재(30); 및

상기 DPF(12) 재생 시, 상기 냉각팬(20)에 대해 상기 엔진룸(10)이 개방되도록 상기 도어부재(30)를 개방시켜 상기 엔진룸(10)에 차가운 공기를 송풍시키는 제어부(40)를 포함하며,

상기 냉각팬(20)에 의해 상기 라디에이터(21)로 송풍되는 공기가 유입되도록 상기 냉각팬(20)과 상기 엔진룸(10) 사이에 형성된 통풍구(16)를 더 포함하며,

상기 도어부재(30)는 개방시 상기 통풍구(16)의 적어도 일부를 막는 방향으로 구동되어 상기 냉각팬(20)에 의해 송풍되는 공기의 중간 유출을 억제하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 엔진룸 냉각장치.
제1항에 있어서,

상기 냉각팬(20)은 상기 라디에이터(21)를 냉각시키기 위해 내부 공기를 상기 라디에이터(21)를 경유하여 배출시키는 정회전 구동과 상기 엔진룸(10)을 냉각시키기 위한 역회전 구동이 가능한 것을 특징으로 하는 건설기계의 엔진룸 냉각장치.
제1항에 있어서,

상기 엔진룸(10)의 온도를 감지하기 위한 온도감지센서(15)를 더 포함하며,

상기 제어부(40)는 상기 온도감지센서(15)에 의해 감지된 상기 엔진룸(10)의 온도가 기준온도 이하이면, 상기 도어부재(30)를 폐쇄 구동시키는 것을 특징으로 하는 건설기계의 엔진룸 냉각장치.
제1항에 있어서,

상기 냉각팬(20)은 상기 엔진(11)과 상기 라디에이터(21)의 사이에 배치되어 정상상태에서는 상기 라디에이터(21)를 향해 송풍되는 정방향으로 회전구동되고, 상기 DPF 재생시에는 상기 엔진룸(10)을 향해 송풍시키는 역방향으로 회전구동되는 것을 특징으로 하는 건설기계의 엔진룸 냉각장치.
제4항에 있어서,

상기 엔진룸(10)의 온도를 감지하기 위한 온도감지센서(15)를 더 포함하며,

상기 제어부(40)는,

상기 DPF(12) 재생신호가 입력되면, 상기 냉각팬(20)을 역회전 구동시킨 후에 상기 도어부재(30)를 개방시키고,

상기 온도감지센서(15)에 의해 감지된 상기 엔진룸(10)의 온도가 기준온도 이하이면 상기 엔진룸(10)이 폐쇄되도록 상기 도어부재(30)를 폐쇄 구동시킨 후에 상기 냉각팬(20)을 정회전으로 구동시키는 것을 특징으로 하는 건설기계의 엔진룸 냉각장치.
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