KR102088068B1 - 건설기계의 시동 보조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예는 건설기계의 시동 보조장치에 관한 것으로, 건설기계의 엔진과, 상기 엔진의 키온(key-on)신호 및 키오프(key-off)신호를 입력받는 입력부와, 상기 엔진에 의해 구동되는 유압 펌프와, 상기 유압 펌프로부터 토출되는 작동유에 의해 구동되는 액추에이터와, 상기 액추에이터로부터 리턴되는 작동유 및 상기 유압 펌프에서 토출되는 작동유의 일부 또는 전부를 재생용으로 공급되도록 절환하는 재생 밸브와, 상기 재생 밸브로부터 공급된 작동유가 차징되는 어큐물레이터와, 상기 입력부에 키온신호가 입력되면, 상기 어큐물레이터에서 유량이 방출되도록 제어되는 차징 밸브 및 상기 차징 밸브에서 방출된 작동유에 의해 구동되는 유압 모터를 포함하고, 상기 유압 모터는 상기 엔진과 연결되어 상기 엔진의 시동을 보조한다.

Description

건설기계의 시동 보조장치{STARTING ASSIST SYSTEM OF CONSTRUCTION MACHINARY}

본 발명의 실시예는 건설기계에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 건설기계의 시동 보조장치에 관한 것이다.

일반적으로 굴삭기나 휠로더와 같은 건설기계는 엔진을 동력원으로 하여 붐, 암 및 버켓 등의 작업 장치를 작동시키거나 주행 또는 선회시키는 동작을 수행한다.

건설기계의 작업 및 주행 동작은 엔진의 시동은 온(ON)시킨 후에 이루어진다. 외부의 압력으로부터 건설기계에 시동 신호가 수신되면 건설기계의 배터리를 활성화시켜 전원을 공급한다. 이때, 시동에 필요한 전원을 공급함은 물론, 건설 기계에 장착되어 전원을 필요로 하는 모든 전기 장치 들에 전원을 공급한다.

이러한 종래 건설기계는 엔진을 시동을 위해서 배터리와 스타터 모터가 사용된다.

한편, 최근에는 건설기계의 작업 및 주행 효율을 높이기 위하여 유압 모터 및 유압 펌프가 추가적으로 장착된다. 이러한 건설기계는 엔진 시동시에 많은 부하가 걸리므로 용량이 큰 배터리를 장착하여 사용한다.

그러나, 겨울철과 같이 외부 온도가 낮은 경우, 배터리의 용량이 아무리 크더라도 외부 온도에 따라 윤활 및 배터리의 효율이 저하되기 때문에 엔진의 시동이 잘 걸리지 않는 문제점이 있다.

더불어, 건설기계의 시동성을 향상시키기 위하여 장착되는 배터리의 용량을 무한정 증가시킬 경우 건설기계 자체의 제조 비용이 증가하는 문제점이 있다.

본 발명의 실시예는 겨울철과 같이 외부 온도가 낮을 때 건설기계의 저온 시동성을 향상시킬 수 있는 건설기계의 시동 보조장치 및 제어방법을 제공한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 건설기계의 시동 보조장치는 건설기계의 엔진과, 상기 엔진의 키온(key-on)신호 및 키오프(key-off)신호를 입력받는 입력부와, 상기 엔진에 의해 구동되는 유압 펌프와, 상기 유압 펌프로부터 토출되는 작동유에 의해 구동되는 액추에이터와, 상기 액추에이터로부터 리턴되는 작동유 및 상기 유압 펌프에서 토출되는 작동유의 일부 또는 전부를 재생용으로 공급되도록 절환하는 재생 밸브와, 상기 재생 밸브로부터 공급된 작동유가 차징되는 어큐물레이터와, 상기 입력부에 키온신호가 입력되면, 상기 어큐물레이터에서 유량이 방출되도록 제어되는 차징 밸브 및 상기 차징 밸브에서 방출된 작동유에 의해 구동되는 유압 모터를 포함하고, 상기 유압 모터는 상기 엔진과 연결되어 상기 엔진의 시동을 보조한다.

상기 어큐물레이터로부터 작동유를 제공받아 상기 유압 모터의 사판각을 조절하는 솔레노이드 밸브와, 상기 재생 밸브와 상기 솔레노이드 밸브를 제어하는 컨트롤러를 더 포함할 수 있다.

상기 컨트롤러는 상기 입력부에서 시동 키오프 신호를 입력받을 경우 상기 어큐물레이터에 차징된 작동유의 유압을 판단하고, 상기 어큐물레이터의 유압이 소정값 이하이면 상기 엔진을 가동하여 상기 유압 펌프로부터 토출되는 작동유를 상기 어큐물레이터에 기설정된 압력에 도달될 때까지 차징한 후에 상기 엔진을 오프시킬 수 있다.

상기 컨트롤러는 상기 엔진의 시동이 오프된 경우 상기 어큐물레이터에 상기 유압 모터로 공급되는 작동유의 공급이 차단되도록 상기 솔레노이드 밸브를 폐쇄할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 건설기계의 시동 보조장치는 엔진의 가동 중에 어큐물레이터에 작동유를 저장하여 엔진 시동시 시동 토크로 사용함으로써 건설기계의 시동성을 효과적으로 향상시킬 수 있으며, 엔진의 시동을 위한 배터리의 용량을 크게 늘릴 필요가 없으므로 건설기계의 제조 비용이 감소되는 효과가 있다. 또한, 시동모터의 고장, 배터리 방전 등 필요시 시동모터 없이도 독립적으로 시동이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 시동 보조장치를 나타낸 회로도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 시동 보조 시스템의 작동 상태를 나타낸 회로도이다.
도 4 내지 도 6은 도 1에 도시한 건설기계의 시동 보조장치의 작동 순서를 나타낸 순서도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.

도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다.

본 발명의 실시예는 본 발명의 이상적인 실시예를 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.

이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 시동 보조장치를 설명한다.

도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 시동 보조장치는 엔진(10), 입력부(15), 유압 펌프(30), 액추에이터(13), 재생 밸브(20), 어큐물레이터(50), 차징 밸브(52) 및 유압 모터(11)를 포함한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 시동 보조장치는 솔레노이드 밸브(53), 컨트롤러(40)를 더 포함할 수 있다.

엔진(10)은 건설기계의 작업 및 주행을 위한 장치이다. 통상적으로 건설기계는 디젤 엔진(Diesel Engine)이 장착된다.

입력부(15)는 엔진(10)와 연결된 키스위치(14)에 의해 키온(key-on)신호 및 키오프(key-off)신호를 입력받는다.

유압 펌프(11)는 엔진(10)에 의해 구동한다. 유압 펌프(11)는 엔진(10)으로부터 동력을 제공받아 압력 에너지로 변환시킨다.

이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 유압 펌프(11)는 굴삭기에서 보통 사용되는 두개의 유압 펌프로 표현하였으나, 하나의 유압 펌프를 사용하거나 세개 이상의 유압 펌프를 사용하는 건설기계에도 적용이 가능하다.

액추에이터(13)는 건설기계의 붐(Boom)을 작동시키기 위한 액추에이터로서, 액추에이터의 헤드 및 로드 측에서 공급 또는 토출되는 작동유에 의해서 왕복 운동을 한다.

재생 밸브(20)는 공급되는 작동유를 절환한다. 구체적으로, 액추에이터(13)로부터 리턴되는 작동유 및 유압 펌프(30)에서 토출되는 작동유의 일부 또는 전부가 재생용으로 공급되도록 절환한다.

어큐물레이터(50)는 일시적으로 에너지를 차징(Charging)한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 어큐물레이터(50)는 액추에이터(13)의 왕복 운동에 의해 토출된 작동유와, 유압 펌프(11)에서 토출되는 작동유가 차징된다.

이때, 어큐물레이터(50)의 일측에는 압력 센서(51)가 형성될 수 있다.

압력 센서(51)는 어큐물레이터(50)에 차징된 유량을 감지한다. 압력 센서(51)에 의해 감지된 유량이 엔진(10)의 시동을 보조하기 위한 보조 시동 토크로 활용될 수 있는지를 판단한다.

만약, 어큐물레이터(50)에 차징된 작동유의 유량이 엔진(10)의 시동을 보조할 수 없는 양이라면 유압 펌프(11)를 가동시켜 어큐물레이터(50)에 더 많은 유량이 공급되도록 한다.

액추에이터(13)에서 토출된 유량과, 유압 펌프(11)에서 토출된 유량이 어큐물레이터(50)에 차징되는 것은 건설기계의 엔진(10)의 시동 중에만 발생된다.

유압 모터(30)는 재생 밸브(20) 또는 어큐물레이터(50)를 통해 공급되는 작동유에 의해 구동된다. 유압 모터(30)는 유압 펌프(11)에 의해 발생된 압력 에너지를 회전 에너지로 변환시킨다. 즉, 유압 모터(70)는 레귤레이터(Regulator)에 의해 사판각이 조절된다. 이러한 유압 모터(30)는 엔진(10)의 구동력을 보조한다.

차징 밸브(52)는 어큐물레이터(50)에 차징된 유량을 방출시킨다.

구체적으로, 키스위치(14)에 의해 키온(key-on) 신호가 엔진(10)에 입력되면 기설정된 릴리프 압력을 소정값 만큼 낮추어 어큐물레이터(50)에 차징된 유량을 방출시킨다. 본 발명의 일 실시예에 따른 차징 밸브(52)의 릴리프 압력 소정값은 대략 100bar로 하며, 반드시 이에 한정된 것은 아니다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 차징 밸브(52)는 기설정된 릴리프 압력을 변환시키기 위하여 가변 릴리프 밸브로 형성된다.

솔레노이드 밸브(53)는 유압 모터(30)의 사판각을 제어한다.

구체적으로, 어큐물레이터(50)에서 방출된 작동유를 제공받아 유압 모터(30)의 사판각을 조절한다. 이때, 솔레노이드 밸브(53)는 어큐물레이터(50)로부터 제공받은 작동유의 유량에 따라 조절되는 유압 모터(30)의 사판각이 달라진다.

컨트롤러(40)는 재생 밸브(20)와 솔레노이드 밸브(53)를 제어한다. 컨트롤러(40)에서 출력되는 전기적 신호에 의해 차징 밸브(52)와 솔레노이드 밸브(53)가 절환된다.

도 1 내지 도 3을 참조하여 컨트롤러(40)의 작동을 구체적으로 설명한다.

엔진(10)의 시동 중일 때, 즉 엔진(10)의 시동에 의해 유압 펌프(11)가 작동되고, 작동유가 토출된다.

유압 펌프(11)에서 토출된 작동유는 메인컨트롤밸브(MCV, 12)를 거쳐 재생 밸브(20)로 공급된다. 또한, 액추에이터(13)로부터 토출된 작동유도 재생 밸브(20)로 공급된다.

재생 밸브(20)는 공급받은 작동유를 어큐물레이터(50)로 제공하고, 어큐물레이터(50)는 제공받은 작동유를 차징한다.

엔진(10)의 시동이 꺼진 후에도, 어큐물레이터(50)에 차징된 작동유는 남는다.

만약, 엔진(10)을 다시 시동시킬 경우 차징 밸브(52)의 릴리프 압력이 소정값 만큼 낮아지게 되어 어큐물레이터(50)에 차징된 작동유를 솔레노이드 밸브(53)로 전달한다.

이때, 재생 밸브(20)와 솔레노이드 밸브(53)는 컨트롤러(40)의 신호에 의해 절환된다.

컨트롤러(40)는 재생 밸브(20)와 솔레노이드 밸브(53)뿐만 아니라 전자비례감암밸브(EPPRV, 41)와 셔틀 밸브(42)에도 신호를 인가한다.

솔레노이드 밸브(53)로 전달된 작동유는 셔틀 밸브(42)로 공급되고, 셔틀 밸브(42)는 솔레노이드 밸브(53)로부터 전달된 고압유를 유압 모터(30)의 사판각을 제어하는 레귤레이터(31)로 공급한다.

그러면, 공급된 작동유의 유량에 따라 레귤레이터(31)는 유압 모터(30)의 사판각을 증대시켜 어큐물레이터(50)에 차징된 작동유가 유압 펌프(11) 쪽으로 흐르도록 하여 엔진(10)의 시동시 부하를 덜어주게 된다.

이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 시동 보조회로는 엔진(10)의 시동 중에 어큐물레이터(50)에 작동유를 저장하여, 엔진 재시동시 엔진(10)의 부하를 덜어주기 위한 보조 시동 토크로 사용함으로써 건설기계의 저온 시동성을 효과적으로 향상시킬 수 있다.

도 4 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 시동건설보조 장치의 제어방법을 설명한다.

먼저, 입력부(15)에서 시동 키오프(key-off)신호를 입력받는다(S100).

시동 키오프된 것으로 판단되면, 어큐물레이터(50)에 작동유를 차징한다 (S110).

상기한 바와 같이, 어큐물레이터(50)의 차징은 건설기계의 엔진(10)의 시동 중에 이루어진다. 다시 말해, 건설기계의 시동이 오프되더라도 어큐물레이터(50)에는 건설기계의 시동을 보조할 수 있는 작동유가 차징되어 있다.

압력 센서(51)를 이용하여 어큐물레이터(50)에 차징된 작동유의 유량을 판단한다(S111).

판단된 유량이 엔진(10)의 시동을 보조할 수 있는 보조 시동 토크 즉, 소정값 이하이면 어큐물레이터(50)에 작동유를 차징하기 위하여 건설기계의 엔진(10)과 연결된 유압 펌프(11)를 가동시켜 부족한 유량을 차징한다(S112).

반대로, 판단된 유량이 소정값 이상이면 건설기계의 시동을 오프(S113), 즉 엔진(10)을 오프하여 더이상 어큐물레이터(50)에 유량이 차징되는 것을 방지한다(S113).

어큐물레이터(50)이 소정값 이상으로 작동유가 차징되었을 경우, 건설기계의 시동키를 온(ON)시킨다(S200). 이때, 시동키를 온한다는 것은 건설기계의 엔진(10)의 시동을 걸 수 있다는 의미이다.

이때, 시동키가 온되면 엔진(10)의 시동을 위해 어큐물레이터(50)에 차징된 작동유가 방출, 디스차징(Dischaiging)된다(S210).

어큐물레이터(50)에 차징된 작동유를 방출하기 위해서는 차징 밸브(52)를 통해 릴리프 압력을 낮춘다(S211). 그러면, 어큐물레이터(50)로부터 방출된 작동유에 의해 솔레노이드 밸브(53)가 개방된다(S212).

솔레노이드 밸브(53)가 개방되면 레귤레이터(31)로 차징된 작동유가 공급되고, 공급된 작동유의 유량에 따라 레귤레이터(31)가 사판각을 제어하여 유압 모터(30)를 제어한다(S213).

사판각이 증대되면 유압 모터(30)를 통해 작동유가 흐르면서 유압 모터(30)에 엔진(10)의 시동을 위한 보조 시동 토크가 발생되도록 한다.

이때, 엔진(10)의 가동 여부를 판단(S214)한다.

만약, 엔진(10)이 미가동일 경우 엔진(10)의 가동을 위해 대기상태에 머물게 된다. 즉, 필요에 따라 언제든지 엔진(10)을 가동시킬 수 있는 상태라는 의미이다.

반대로, 엔진(10)이 가동되었을 경우 컨트롤러(40)에 의해 솔레노이드 밸브(53)를 폐쇄한다(S215).

이상과 같은 건설기계의 시동 보조 제어방법은 어큐물레이터(50)와 유압 모터(30)를 엔진(10)의 시동을 위한 스타트 모터와 같은 역할로 사용되므로, 엔진(10)의 시동을 보조하거나 스스로 시동을 걸 수 있는 효과가 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명은 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10: 엔진 11: 유압 펌프
12: 메인 컨트롤밸브(MCV) 13: 액추에이터
14: 키스위치 15: 입력부
20: 재생 밸브 30: 유압 모터
40: 컨트롤러 41: 전자비례 감압밸브(EPPRV)
42: 셔틀 밸브 50: 어큐물레이터(accumulator)
51: 압력 센서 52: 릴리프 밸브
53: 솔레노이드 밸브

Claims (4)

1. 건설기계의 엔진;
   상기 엔진의 키온(key-on)신호 및 키오프(key-off)신호를 입력받는 입력부;
   상기 엔진에 의해 구동되는 유압 펌프;
   상기 유압 펌프로부터 토출되는 작동유에 의해 구동되는 액추에이터;
   상기 액추에이터로부터 리턴되는 작동유 및 상기 유압 펌프에서 토출되는 작동유의 일부 또는 전부를 재생용으로 공급되도록 절환하는 재생 밸브;
   상기 재생 밸브로부터 공급된 작동유가 차징되는 어큐물레이터;
   상기 입력부에 키온신호가 입력되면, 상기 어큐물레이터에서 유량이 방출되도록 제어되는 차징 밸브; 및
   상기 차징 밸브에서 방출된 작동유에 의해 구동되는 유압 모터를 포함하고,
   상기 유압 모터는 상기 엔진과 연결되어 상기 엔진의 시동을 보조하고,
   상기 입력부에서 시동 키오프 신호를 입력받을 경우 상기 어큐물레이터에 차징된 작동유의 유압을 판단하고, 상기 어큐물레이터의 유압이 소정값 이하이면 상기 엔진을 가동하여 상기 유압 펌프로부터 토출되는 작동유를 상기 어큐물레이터에 기설정된 압력에 도달될 때까지 차징한 후에 상기 엔진을 오프시키는 컨트롤러를 더 포함하는 건설기계의 시동 보조장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 어큐물레이터로부터 작동유를 제공받아 상기 유압 모터의 사판각을 조절하는 솔레노이드 밸브를 더 포함하며,
   상기 컨트롤러는 상기 재생 밸브와 상기 솔레노이드 밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 시동 보조장치.
3. 삭제
4. 제2항에 있어서,
   상기 컨트롤러는,
   상기 엔진의 시동이 오프된 경우 상기 어큐물레이터에 상기 유압 모터로 공급되는 작동유의 공급이 차단되도록 상기 솔레노이드 밸브를 폐쇄하는 건설기계의 시동 보조장치.

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