KR102044035B1 - 굴삭기의 연비저감 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 굴삭기의 연비저감 시스템에 관한 것으로, 상기 펌프(100)의 압력이 기 설정된 기준압력(P1) 이하인 경우에는 상기 알터네이터(300)를 작동시키고, 상기 펌프(100)의 압력이 기 설정된 기준압력(P1) 초과인 경우에는 상기 알터네이터(300)의 작동을 중단시키는 것을 특징으로 한다.

Description

굴삭기의 연비저감 시스템 {Fuel Consumption Reduction System of Excavator}

본 발명은 굴삭기의 연비저감 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 굴삭기의 작업 중 부하가 제거되는 경우에 알터네이터를 작동 시킴으로써 연비를 개선하고 작업자의 감성 품질을 증대시키는 굴삭기의 연비저감 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 굴삭기는 토사나 암석을 채굴하기 위해 사용되는 토목 기계로, 택지조성사업, 도로 및 하수도 공사, 하전개조 및 차수공사, 터널 및 지하철 지반공사, 토석 채취 작업, 임야 개간공사, 토사 적재작업 등 다양한 작업을 수행하는 장비이다.

이러한 굴삭기는 궤도 또는 휠에 의해 구동되는 하부 주행체, 상기 하부 주행체의 상단에 스윙이 가능하도록 결합되고 운전자가 탑승할 수 있는 공간인 운전실(캐빈)을 구비한 상부 선회체, 상기 상부 선회체의 전방 방향으로 회동 가능하도록 결합되는 붐, 암, 버킷 등의 작업장비가 포함된다.

굴삭기는 유압 실린더에 의해 작업장비가 작동되는 경우가 많으며 각각의 유압 실린더 제어나 중장비에 구비된 전장 장비의 전원을 공급하기 위해서는 배터리가 사용된다.

또한, 굴삭기는 엔진에 의해 유압펌프가 작동되고, 유압펌프에 의해 토출된 압유로 유압실린더를 작동시킴으로써 작업장비를 사용하는데, 엔진에 의한 운동에너지를 전기에너지로 전환하는 알터네이터(alternator) 즉, 교류발전기가 엔진에 연결되어 굴삭기에 전원을 공급하는 배터리를 충전시키게 되는 것이다.

일반적으로 굴삭기는 작업의 부하에 따라 엔진의 회전수를 미리 결정하여 작업을 할 수 있다. 예컨대 작업자가 1,500rpm에 맞춰 작업을 하는 경우, 부하의 크기에 상관없이 엔진의 회전은 1,500rpm으로 제한되는 것이다.

그런데, 작업 도중, 작업 부하가 제거되는 경우에는 도 1에 도시된 바와 같이 엔진의 rpm이 상승했다 떨어지는 rpm spike가 발생하고, 이로 인해 진동이 발생하거나 엔진의 소음이 발생하는 등 작업자가 느끼는 감성 품질이 저하된다.

또한, 작업 부하가 제거되어 일을 하지 않음에도 엔진의 회전에 의해 연료가 불필요하게 소비되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 굴삭기 엔진과 연결된 알터네이터를 선택적으로 작동시켜 불필요하게 소비되는 에너지를 재생하여 연비를 개선하고, 작업자의 감성품질을 향상시킬 수 있는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 굴삭기의 연비저감 시스템은 펌프(100), 상기 펌프(100)를 작동시키는 엔진(200) 및 상기 엔진(200)에 연결되는 알터네이터(300)를 포함하며, 상기 펌프(100)의 압력이 기 설정된 기준압력(P1) 이하인 경우에는 상기 알터네이터(300)를 작동시키고, 상기 펌프(100)의 압력이 기 설정된 기준압력(P1) 초과인 경우에는 상기 알터네이터(300)의 작동을 중단시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 펌프(100)의 압력이 기 설정된 기준압력(P1) 초과인 경우, 상기 배터리(400)의 전압을 측정하고 측정된 전압이 기 설정된 기준전압(V1) 미만인 경우에는 상기 알터네이터(300)를 작동시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 펌프의 압력을 측정하는 압력센서(110) 및 상기 배터리(400)의 전압을 측정하는 전압센서(410)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 펌프(100)의 기 설정된 기준압력(P1)은 30 bar 내지 50 bar인 것을 특징으로 한다.

상기한 목적은, 엔진; 상기 엔진으로부터 회전력을 전달받아 동작하는 펌프; 상기 엔진으로부터 회전력을 전달받아 동작하는 알터네이터; 및 상기 펌프의 부하에 따라 상기 알터네이터의 동작을 결정하되, 상기 펌프의 부하가 감소된 시점에 상기 알터네이터가 동작하도록 하여, 상기 엔진의 회전수 변동을 방지하는 제어부를 포함하는 굴삭기의 연비저감 시스템에 의하여서도 달성될 수 있다.

상기와 같이 본 발명에 따른 효과는 첫째, 간단한 구성의 변경을 통해 굴삭기의 연료소비를 저감시킬 수 있다. 둘째, 추가적인 장치를 사용하지 않고서도 굴삭기 작업자의 감성품질을 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 굴삭기의 엔진회전수, 연료소비량, 펌프압력과 시간과의 관계를 나타낸 그래프이고,
도 2는 본 발명에 따른 굴삭기의 연비저감 시스템의 절차흐름도이고,
도 3은 본 발명에 따른 굴삭기의 연비저감 시스템의 구성블록도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예에 따른 굴삭기의 연비저감 시스템에 관하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시 할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않으며, 여러가지 상이한 형태로 구현될 수 있다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙이도록 한다.

도 1은 일반적인 굴삭기의 엔진회전수, 연료소비량, 펌프압력과 시간 사이의 관계를 그래프로 도시한 것이다. 도 1에서 t1은 작업부하가 발생한 시점을 말하고, t2는 작업부하가 제거된 시점을 말한다.

굴삭기는 작업부하가 발생한 순간(t1) 엔진의 회전수가 감소했다가 다시 정상 상태를 유지하게 되며, 연료의 소비량은 증가하고, 펌프의 압력은 급격하게 상승한다. 또한, 작업부하가 제거되는 순간(t2) 엔진의 회전수는 급격히 증가했다 감소하는 rpm spike가 발생하고, 연료의 소비량 및 펌프의 압력은 급격하게 감소하게 된다.

또한, t1과 t2 사이의 굴삭기 작업구간에서는 알터네이터가 작동되어 전기 에너지가 배터리에 저장되며, 작업부하가 제거되는 순간(t2) rpm spike에 의해 작업자가 느끼는 진동 내지 소음으로 인해 작업자의 감성품질이 저하된다.

도 2는 본 발명에 따른 굴삭기 연비저감 시스템의 절차흐름도이며, 도 3은 본 발명에 따른 굴삭기 연비저감 시스템의 구성블록도이다. 본 발명에 따른 굴삭기의 연비저감 시스템은 엔진(200), 상기 엔진(200)에 연결된 펌프(100), 상기 펌프(100)에서 토출되는 작동유를 제어하는 메인 콘트롤밸브(미도시), 상기 작동유의 유입과 배출을 통해 작동되는 유압실린더(미도시) 및 붐, 암, 버켓등의 작업기를 포함하는 굴삭기에 적용된다.

상기 펌프(100)는 메인 유압펌프, 파일럿 펌프 등으로 구분될 수 있으며, 상기 파일럿 펌프의 신호압에 따른 상기 메인 콘트롤밸브의 제어를 통해 상기 메인 유압펌프에서 토출되는 작동유가 상기 유압 실린더로 유입된다. 또한, 상기 유압실린더로 유입된 작동유의 유입과 토출에 따른 운동에너지가 상기 유압실린더와 연결된 붐, 암, 버켓 등의 작업장치를 작동시킨다.

상기 펌프(100)에는 압력센서(110)가 마련될 수 있으며, 상기 압력센서(100)에서 측정된 상기 펌프(100)의 압력은 작업에 따른 부하가 발생하는 경우 도 1에 도시된 바와 같이 300 bar 이상으로 상승할 수 있다.

또한, 작업이 계속되는 동안에는 상기 펌프(100)의 압력이 일정하게 유지되고, 부하가 제거되는 경우 상기 펌프(100)의 압력은 급격하게 감소하게 된다.

이에 따라, 작업자는 굴삭기의 작업 도중 부하가 제거되었는지를 육안으로 확인하지 않더라도 상기 펌프(100)의 압력을 통해 알 수 있다. 예컨대, 상기 펌프(100)의 압력이 50 bar이하로 떨어지면 작업중 부하가 제거된 것으로 판단할 수 있다.

또한, 상기 펌프(100)의 압력은 작업상황, 굴삭기의 사양 등에 따라 달라질 수 있으므로, 작업중 부하가 제거된 것으로 판단할 수 있는 기준 압력은 다양하게 설정될 수 있다. 예컨대, 상기 펌프(100)의 압력이 40 bar 또는 30 bar이하로 떨어지면 부하가 제거된 것으로 판단할 수도 있다.

상기 엔진(200)과 연결된 알터네이터(300)는 교류 발전기로써 운동에너지를 전기에너지로 변환시키고, 상기 알터네이터(300)에 연결된 배터리(400)를 충전시킨다. 따라서, 상기 배터리(400)에 충전된 전기에너지를 이용하여 굴삭기의 전기장치를 구동시키게 되는 것이다.

상기 알터네이터(300)는 차량 등에 사용되는 것으로 교류 전기를 발생시킴으로써 비교적 낮은 엔진 속도에서도 축전지를 충전할 수 있다. 또한, 배터리에 의해 여자되는 자극을 회전시켜 고정된 코일에 삼상 교류를 발생시키고 이것을 다이오드로 정류할 수 있다.

상기 알터네이터(300)는 기계식 에너지를 전기식 에너지로 바꾸는 전기장치로서, 굴삭기 등과 같은 차량의 주행 중의 엔진 동력을 벨트로 이끌어 충전할 수 있으며, 저회전 중 내지 아이들링 상태에서도 충전이 가능하다.

상기 배터리(400)는 전압을 측정하는 전압센서(410)가 마련되어 상기 배터리(400)의 충전 상태를 파악할 수 있다. 따라서, 상기 배터리(400)의 전압이 기 설정된 기준 전압보다 낮은 경우에는 충전을 진행하기 위해 상기 알터네이터(300)를 작동시키고, 상기 배터리(400)의 전압이 기 설정된 기준 전압과 같거나 이상인 경우에는 상기 알터네이터(300)의 작동을 정지시킬 수도 있다.

본 발명에 따른 굴삭기의 연비저감 시스템은 상기 펌프(100)에 연결된 상기 압력센서(110)와 상기 배터리(400)에 연결된 전압 센서(410)에서 센싱된 값과 기 설정된 값을 비교하고 판단하여 지령을 내리는 제어부(500)를 더 포함한다. 따라서, 상기 제어부(500)는 센싱된 값의 비교를 통해 상기 알터네이터(300)를 제어하는 것이다. 또한, 상기 제어부(500)는 펌프(100), 엔진(200), 메인 콘트롤밸브(미도시) 및 운전실의 작업장치 등을 함께 제어할 수도 있다.

본 발명에 따른 굴삭기의 연비저감 시스템은 알터네이터(300)의 작동을 선택적으로 제어하여 굴삭기의 손실되는 에너지를 감소시키는 것으로서, 상기 알터네이터(300)의 작동을 선택적으로 제어하기 위한 기준은 작업부하의 유무이다.

즉, 굴삭기의 작업 도중에 작업의 부하가 제거되면, 불필요한 엔진의 회전과, 연료의 소비가 발생하게 되므로 이에 따라 낭비되는 운동에너지를 전기에너지로 충전하는 것이다.

작업부하의 유무는 육안으로 관찰하는 것보다, 일정한 기준에 따라 판단하는 것이 바람직하며, 상기 압력센서(110)에서 센싱된 상기 펌프(100)의 압력이 기 설정된 기준 압력 예컨대 50 bar 이하로 급격하게 감소하게 된다면, 작업 중 부하가 제거된 것으로 판단하여, 상기 제어부(500)는 상기 알터네이터(300) 작동시킨다.

따라서, 부하가 제거됨으로써 낭비되는 에너지가 상기 알터네이터(300)를 통해 전기에너지로 변환되어 상기 배터리(400)에 충전되는 것이다. 이를 통해, 굴삭기의 작업 연비를 향상시킨다.

또한, 부하가 제거되면, 상기 엔진(200)의 rpm이 급격하게 상승하였다가 감소하는 rpm spike에 의해 작업자의 감성품질이 저하되는데, 부하가 제거되는 경우 상기 알터네이터(300)를 작동시키게 되면, rpm spike의 감소시켜 작업자의 감성품질을 향상시킨다. 즉, 상기 알터네이터(300)를 작동시킴으로써 순간적인 부하가 발생하고 이에 따라 rpm spike가 줄어드는 것이다.

작업부하가 제거되는 경우에 상기 알터네이터(300)를 작동시키는 반면, 평상시에는 상기 알터네이터(300)의 작동을 중단시킬 수도 있다. 즉, 평소의 부하 작업시에는 상기 알터네이터(300)를 작동시키지 않고, 상기 엔진(200)의 출력을 작업에 집중시킴으로써 장비의 성능 및 연비를 상승시킬 수 있는 것이다.

다만, 상기 배터리(400)의 전압이 기 설정된 기준 접압 이하로 떨어지는 경우에는 상기 알터네이터(300)를 작동시킴으로써 상기 배터리(400)의 방전 가능성을 방지할 수 있다.

이와 같이 본 발명에 따른 굴삭기의 연비 저감시스템을 도 2를 참고하여 설명하면 다음과 같다.

상기 펌프(100)의 압력이 기 설정된 기준압력(P1)보다 큰 경우에는 부하가 존재하거나 일정 부하작업 중으로 판단하여 상기 알터네이터(300)의 작동을 중단시킨다. 즉, 상기 엔진(200) 및 펌프(100)의 출력을 작업에 집중시킨다.

그러나, 상기 펌프(100)의 압력이 기 설정된 기준압력(P1)보다 작은 경우에는 부하가 제거된 것으로 판단하여 상기 알터네이터(300)를 작동시킨다. 즉, 작업 중 부하가 제거되면 rpm spike가 발생하며, 불필요한 연료소비가 발생하는 바, 상기 알터네이터(300)를 작동시켜 낭비되는 에너지를 전기에너지를 전환하여 재생하는 것이다.

또한, 상기 펌프(100)의 압력이 기 설정된 기준압력(P1)보다 큰 경우로서 상기 알터네이터(300)의 작동이 중단된 경우라도, 상기 배터리(400)의 전압이 기 설정된 기준전압(V1)보다 작은 경우에는 상기 알터네이터(300)의 작동을 시작하여 상기 배터리(400)를 충전시키게 된다.

앞서 설명한 바와 같이 작업 부하의 유무를 판단하는 상기 펌프(100)의 기 설정된 기준압력은 50 bar로 설정될 수 있으며, 경우에 따라서 다양한 값으로 설정될 수 있다. 또한, 상기 배터리(400)의 기 설정된 기준전압(V1)은 9V로 설정될 수 있으며, 경우에 따라서 다양한 값으로 설정되어 상기 알터네이터(300)의 작동을 제어할 수 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 업이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

본 발명은 작업 부하의 제거시 알터네이터를 작동시킴으로써 연비를 저감시키고 작업자의 감성품질을 향상시키는 굴삭기의 연비저감 시스템이 이용될 수 있다.

100: 펌프 110: 압력센서
200: 엔진 300: 알터네이터
400: 배터리 410: 전압센서
500: 제어부

Claims (5)

1. 펌프, 상기 펌프를 작동시키는 엔진 및 상기 엔진에 연결되는 알터네이터를 포함하는 굴삭기의 연비저감 시스템에 있어서,
   상기 펌프의 압력을 측정하는 압력센서 및 배터리의 전압을 측정하는 전압센서를 포함하고,
   상기 압력센서에 의해 측정된 펌프의 압력에 따라 상기 알터네이터의 동작을 제어하는 제어부를 포함하며,
   상기 펌프의 압력이 기 설정된 기준압력(P1) 이하인 경우에는 엔진 rpm이 작업부하 발생(T1) 전 엔진 초기 rpm을 회복하지 않은 경우 상기 알터네이터를 작동시키지 않고, 엔진 초기 rpm을 회복하여 그 이상인 경우 상기 알터네이터를 작동시켜 배터리를 충전하고,
   상기 펌프의 압력이 기 설정된 기준압력(P1) 초과인 경우에는 배터리 전압을 측정하고 측정된 전압이 기 설정된 기준전압(V1) 미만인 경우에는 상기 알터네이터를 작동시키고, 측정된 전압이 기 설정된 기준전압(V1) 이상인 경우에는 상기 알터네이터의 작동을 중단시키며,
   상기 펌프의 기 설정된 기준압력(P1)은 30 bar 내지 50 bar인 것을 특징으로 하는 굴삭기의 연비저감 시스템.
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