KR19990032894A - 유압식 건설기계의 유압력 제어장치 및 엔진 회전수-펌프 제어 방법 - Google Patents

Abstract

개시된 건설기계의 작업 환경 및 작업 특성에 따라 엔진 회전수와 펌프를 제어하고자 하는 경우 제어수단의 내부 메모리에 엔진 출력 특성과 펌프 특성을 초기에 세팅시키는 작업과 전자식 연료 분사펌프제어를 적용함으로써 엔진의 출력 특성 및 장비 상태가 최적으로 설정되도록 하는 것이다.

본 발명은 엔진 제어부의 내부 메모리에 엔진 회전수 설정부의 단계별 무부하시 제어기준 회전수를 초기에 설정하고, 엔진 회전수 설정부로부터의 단계값에 따라 전자식 연료 분사펌프의 연료 펌핑량을 제어하고, 주제어부에 의해 현재 엔진 회전수 설정 수단의 단계값 및 엔진 회전수를 캔 통신을 통해 엔진 제어부로부터 수신하여 이들 값을 가지고 장비의 부하 상태에 따라 무부하시 제어기준 회전수에서 작업시 제어기준 회전수 상태로 마력 조정 전류를 사용하여 메인 펌프의 사판경사각을 제어하며, 엔진 제어부로부터 주제어부로 수신된 값을 표시장치에 표시하도록 한 것이다.

따라서, 본 발명은 건설기계에 있어서 최적의 작업상태를 유지하며, 운전자가 현재 장비의 작동 상태를 쉽게 파악할 수 있도록 하며, 엔진 회전수 제어의 부정확성에 기인한 엔진 출력 특성의 오차에 따른 작업 성능이 저하되는 것을 해결할 수 있다는 효과를 제공하는데 있다.

Description

유압식 건설기계의 유압력 제어장치 및 엔진 회전수-펌프 제어방법

본 발명은 유압식 건설기계의 유압력 제어장치 및 엔진 회전수-펌프 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 건설기계의 작업 환경 및 작업 특성에 따라 엔진 회전수와 펌프를 제어하고자 하는 경우 제어수단의 내부 메모리에 엔진 출력 특성과 펌프 특성을 초기에 세팅시키고, 세팅된 기준제어 회전수와 현재 엔진 회전수를 비교하여 그 결과값에 따라 전자식 연료분사폄프의 연료 펌핑량을 제어함으로써 엔진의 출력 특성 및 장비 상태가 최적으로 설정되도록 하는 유압식 건설기계의 유압력 제어장치 및 엔진 회전수-펌프 제어방법에 관한 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 유압식 건설기계의 유압력을 제어하기 위한 개략적인 구성 블록도이다.

도시된 바와 같이, 드로틀 레버(3)는 디젤엔진(1)으로부터 공급되는 연료의 양을 조절한다.

드로틀 제어부(4)는 드로틀 레버(3)와, 전기식 드로틀 구동 모터(2)를 연결하여 드로틀 구동 모터(2)의 회전력에 의해 드로틀 레버(3)가 이동되도록 한다.

드로틀 구동모터 위치검출부(5)는 드로틀 구동 모터(2)가 회전함에 따라 변하는 위치를 감지한다.

회전수 검출센서(6)는 장비의 시동이 켜진 상태에서 운전자의 조작에 따라 회전하는 엔진의 회전수를 검출한다.

엔진 회전수 설정부(14)는 운전자의 조작에 따라 작업단계를 입력하는 것으로 입력된 작업단계에 대한 엔진 회전수를 결정하기 위한 것이다.

주제어부(7)는 엔진 회전수 설정부(14)의 각 단계별 무부하시 제어기준 회전수 및 드로틀 레버의 위치를 설정한 후 엔진 회전수 설정부(14)의 출력 단계값에 대응하는 제어기준 드로틀 위치값과 드로틀 구동모터 위치검출부(5)로부터의 현재 드로틀 모터 위치값과 비교, 연산하여 드로틀 레버(3)의 위치를 제어한다.

또한, 엔진 회전수 설정부(14)의 출력 단계값에 대응하는 제어기준 회전수와 엔진 회전수 검출센서(6)에서 감지된 엔진 회전수를 비교, 연산하여 엔진 회전수를 제어하고, 엔진의 최대 출력에 상응하여 오일 펌핑이 일어나도록 메인 펌프 사판의 경사각을 제어하기 위한 마력조정용 제어신호를 출력한다.

메인 펌프(8)는 엔진(1)에 의해 직결 구동되며 엔진(1)의 기계적 에너지를 유체에너지로 변환한다.

보조 펌프(10)는 액튜에이터를 구동하는 작업장치 조작부(9)의 파일럿 압력을 공급한다.

유량 제어 밸브(11)는 메인 펌프(8)와 액튜에이터 사이에 설치되어 작동유의 흐름 방향을 제어하여 전술한 액튜에이터의 기동, 정지 및 방향 전환을 제어한다.

마력 조정 밸브(12)는 주제어부(7)의 마력조정용 제어신호에 응답하여 메인 펌프(8)의 사판 경사각을 조정하여 펌프의 토출 유량을 제어한다.

표시장치(13)는 엔진 회전수 설정부(14)를 통해 작업 단계 및 작업 단계에 상응하는 엔진 회전수를 운전자의 조작에 따라 선택적으로 표시한다.

이와 같이 구성된 종래기술에 의한 유압식 건설기계의 유압력제어장치는 에너지 공급원인 엔진(1)으로부터의 기계적 에너지는 펌프(8)에 의해 유체 에너지로 변환되어 유량 제어 밸브(11)를 통해 작업 장치를 구동하는 실린더, 모터 등의 유압식 액튜에이터(도면에 도시되어 있지 않음)로 에너지를 공급하는역할을 한다.

유압식 건설기계의 유압력 제어는 엔진 드로틀 제어와 마력 제어로 나누어진다. 이는 디젤 엔진의 가버닝 특성에 기인한 것으로 엔진 드로틀 제어시의 제어기준 회전수와 마력제어시의 제어기준 회전수가 다르기 때문이다.

도 3은 부하에 따른 엔진 회전수 설정 수단의 단계별 엔진 출력 특성 선도이다. 도시된 바와 같이 1',2',.....,N-1', N은 엔진 회전수 설정부(14)(30)의 단계별 무부하시 제어기준 회전수를 도시한 것이고, 1,2,...,N-1, N은 엔진 회전수 설정부(14)(30)의 단계별 작업시 제어기준 회전수를 도시한 것이다.

도 4는 펌프의 압력/유량 특성 선도이다. 도시된 바와 같이, 메인 펌프(8)(40) 토출 압력에 대한 메인 펌프(8)(40) 토출 유량의 관계를 도시한 것으로 네가티브 제어에 의해 메인 펌프(8)(40)가 전마력 상태가 아닐때 펌프 토출 유량을 결정하는 특성과 크로스 센싱 제어에 의해 메인 펌프(8)(40)가 흡수할 수 있는 최대 마력을 결정하는 특성을 나타낸 것이다.

이를 위해 종래의 유압식 건설기계는 첨부도면 도 3에 도시된 바와 같이 엔진 회전수 설정부(14)의 각 단계별 무부하시 제어기준 회전수 및 드로틀 구동모터(2)의 위치를 주제어부(7)의 내부 메모리에 세팅하여 저장한다.

그리고, 엔진 회전수 설정부(14)의 출력 단계값에 대응하는 제어기준 드로틀 구동모터(2)의 위치값을 내부 메모리로부터 로드하고, 로드된 제어기준 드로틀 구동모터(2)의 위치값과 드로틀 구동모터 위치검출부(5)로부터 검출된 현재 드로틀 구동모터(2)의 위치값과의 비교한다.

그 비교 결과값에 따라 드로틀 레버(3)가 목표 위치의 일정 공차 범위내에 들도록 드로틀 구동모터(2)를 구동하여 드로틀 제어부(4)를 통하여 드로틀 레버(3)를 회전시키는 드로틀 레버 위치 기준 피드백 제어를 수행하고 나서 현재 엔진 회전수값을 비교한다.

그 비교 결과값에 따라 엔진 회전수가 목표 회전수의 일정 공차범위내에 들도록 하는 엔진 회전수 기준 피드백 제어를 수행하여 바람직한 엔진의 출력특성을 얻도록 하는 것이다.

그리고 나서 초기 엔진 드로틀 제어에 의해서 엔진 드로틀 레버(3)가 바람직한 위치에 정지되어 있다고 가정한 상태에서 임의의 엔진 출력에 상응하는 오일 펌핑이 일어날 수 있도록 메인 펌프(8) 사판의 경사각을 제어하기 위해 주제어부(7)는 마력 조정 밸브(12)를 제어하기 위한 마력 조정 전류를 결정하여 출력한다.

즉, 도 3의 도시된 바와 같이 무부하시 제어기준 회전수에 따라 주제어부(7)에서는 도 4에 도시된 바와 같이 마력 조정 전류를 좌우로 이동시켜 결정하고, 결정된 마력 조정 전류 이용하여 메인 펌프(8)의 사판 경사각이 결정되고, 펌프의 토출 유량도 결정됨으로써 최적의 작업상태가 유지되도록 하는 것이다.

그러나, 전술한 건설 기계의 엔진-펌프장치는 드로틀 구동 모터와 드로틀 레버를 연결하는 드로틀 제어기구의 기구적 공차 및 장시간 작동에 따른 기계적 유동등에 의해 제어된 엔진 출력 특성이 설정하고자 하는 출력 특성과 상이하게 되는 문제점이 있으며, 이러한 문제는 펌프 사판 제어에 영향을 미쳐 작업장치의 속도 및 조작성에 좋지 않은 영향을 미친다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결할 수 있도록 건설기계의 작업 환경 및 작업 특성에 따라 엔진 회전수와 펌프를 제어하고자 하는 경우 제어수단의 내부 메모리에 엔진 출력 특성과 펌프 특성을 초기에 세팅시키고, 세팅된 기준제어 회전수와 현재 엔진 회전수를 비교하여 그 결과값에 따라 전자식 연료분사 펌프의 연료 펌핑량을 제어함으로써 엔진의 출력 특성 및 장비 상태가 최적으로 설정되도록 하는 유압식 건설기계의 유압력 제어장치 및 엔진 회전수-펌프 제어방법을 제공함에 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 유압식 건설기계의 유압력을 제어하기 위한 개략적인 구성 블록도,

도 2는 본 발명에 따른 유압식 건설기계의 유압력을 제어하기 위한 개략적인 구성 블록도,

도 3은 부하에 따른 엔진 회전수 설정 수단의 단계별 엔진 출력 특성 선도,

도 4는 펌프의 압력/유량 특성 선도,

도 5는 본 발명에 따른 엔진 회전수를 제어하기 위한 동작흐름도,

도 6은 본 발명에 따른 엔진 회전수에 의해 펌프를 제어하기 위한 동작흐름도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

10 : 엔진 20 : 엔진 회전수 검출부

30 : 엔진 회전수 설정부 40 : 메인 펌프

50 : 장비조작부 60 : 보조 펌프

70 : 유량 제어 밸브 80 : 마력 조정 밸브

90 : 엔진 제어부 100 : 주제어부

110 : 표시장치

이와같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유압식 건설기계의 유압력 제어장치 및 엔진 회전수-펌프 제어방법에 있어서, 본 발명은 엔진 제어부의 내부 메모리에 엔진 회전수 설정부의 단계별 무부하시 제어기준 회전수를 초기에 설정하고, 엔진 회전수 설정부로부터의 단계값에 따라 전자식 연료 분사펌프의 연료 펌핑량을 제어하여 목표 엔진 출력 특성을 달성하고, 주제어부에 의해 현재 엔진 회전수 설정 수단의 단계값 및 엔진 회전수를 캔(CAN; Controller Area Network)통신을 통해 엔진 제어부로부터 수신하여 이들 값을 가지고 장비의 부하 상태에 따라 무부하시 제어기준 회전수에서 작업시 제어기준 회전수 상태로 마력 조정 전류를 사용하여 펌프의 사판을 제어함으로 최적의 작업상태를 유지하며, 주제어부는 엔진 제어부로부터 수신된 작업단계 및 그에 상응하는 엔진 회전수를 표시장치에 표시하여 운전자가 현재 장비의 작동 상태를 쉽게 파악할 수 있도록 한 것이다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 기술하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 유압식 건설기계의 유압력을 제어하기 위한 개략적인 구성 블록도이다.

도시된 바와 같이 엔진 회전수 검출센서(20)는 장비의 시동이 켜진 상태에서 운전자의 조작에 따라 회전하는 디젤 엔진(10)의 회전수를 검출한다.

엔진 회전수 설정부(30)는 운전자의 조작에 따라 작업단계가 설정하기 위한 것이다.

메인 펌프(40)는 하나이상 구비되며, 엔진(10)에 의해 직결 구동되어 엔진(10)의 기계적 에너지를 유체에너지로 변환한다.

보조 펌프(60)는 액튜에이터(도면에 도시되어 있지 않음)를 구동하는 작업장치 조작부(50)의 파일럿 압력을 공급한다.

유량 제어 밸브(70)는 메인 펌프(40)와 액튜에이터 사이에 설치되어 작동유의 흐름방향을 제어하여 전술한 액튜에이터의 기동, 정지 및 방향전환을 제어한다.

마력 조정 밸브(80)는 마력 조정 제어신호에 응답하여 펌프(40)의 사판 경사각을 조정하여 메인 펌프(40)의 토출 유량을 제어한다.

엔진 제어부(90)는 엔진 회전수 설정부(30)와 엔진 회전수 검출부(20)로부터의 입력값에 따라 전자식 연료 분사펌프(120)의 연료 펌핑량을 제어한다.

주제어부(100)는 엔진 제어부(90)로부터의 수신값에 응답하여 메인 펌프(40)를 제어하기 위한 마력 조정 제어신호를 출력하고, 수신된 값을 표시부(110)로 출력한다.

표시부(110)는 운전자의 선택에 따라 엔진 회전수 설정부(30)를 통해 설정된 작업단계 및 작업단계에 대응하는 엔진 회전수를 표시한다.

이와같이 구성된 본 발명에 따른 유압식 건설기계의 유압력 제어장치의 동작을 첨부도면을 참조하여 좀 더 구체적으로 설명한다.

도 5는 본 발명에 따른 엔진 회전수를 제어하기 위한 동작흐름도이다.

도 6은 본 발명에 따른 엔진 회전수에 의해 펌프를 제어하기 위한 동작흐름도이다.

먼저, 엔진 제어부(90)의 내부 메모리에는 엔진 회전수 설정부(30)의 단계별 무부하시 제어기준 회전수가 세팅되며, 주제어부(100)의 내부 메모리에는 엔진 회전수 설정부(30)의 단계별 작업시 제어기준 회전수가 세팅된다.

우선, 엔진 제어부(90)는 작업시동이 걸린 상태인지의 여부를 판단(S510)하고, 판단결과 작업시동이 걸린 상태인 경우 엔진 회전수 설정부(30)의 현재 단계값을 입력(S520)받는다.

그리고, 엔진 회전수 검출부(20)를 통해 현재 엔진 회전수를 입력(S530)받고, 엔진 회전수 설정부(30)의 현재 단계값에 상응하는 내부 메모리에 세팅된 무부하시 제어기준 회전수를 로드(S540)한다.

그리고, 무부하시 제어기준 회전수와 현재 엔진 회전수가 같지 않은지의 여부를 판단(S550)하고, 그 판단 결과 무부하시 제어기준 회전수와 현재 엔진 회전수가 같지 않은 경우 무부하시 제어기준 회전수와 현재 엔진 회전수를 비교(S560)한다.

그 비교 결과, 무부하시 제어기준 회전수가 현재 엔진 회전수보다 큰 경우 전자식 연료분사펌프의 연료 펌핑량을 증가시키기 위한 제어신호를 출력(S570)하고, 무부하시 제어기준 회전수가 현재 엔진 회전수보다 작은 경우 전자식 연료분사 펌프의 연료 펌핑량을 감소시키기 위한 제어신호를 출력(S595)한다.

그러면 엔진 제어부(90)는 전자식 연료분사펌프의 연료 펌핑량을 조절하기 위한 제어신호에 응답하여 전자식 연료분사펌프의 연료 펌핑량을 조절하고, 엔진 회전수 설정부(30)의 현재 단계 및 그에 상응하는 엔진 회전수를 켄(CAN; Controller Area Network)통신을 통해 주제어부(100)로 전송(S590)한다.

그러면 주제어부(100)도 엔진 제어부(90)와 마찬가지로 장비시동이 걸린 상태인지의 여부를 판단(S610)하고, 그 판단 결과 장비시동이 걸린 상태인 경우 엔진 제어부(90)로부터 전송된 엔진 회전수 설정부(30)의 단계값 및 그에 상응하는 작업시 제어기준 회전수를 내부 메모리로부터 로드(S620)한다.

그리고, 로드된 작업시 제어기준 회전수에 상응하는 마력 조정 전류를 결정(S630)하고, 결정된 마력 조정 전류로 마력 조정 밸브(80)를 제어(S640)하여 도 4에 도시된 바와 같이 마력제어 곡선을 좌우로 이동시킴으로써 엔진의 최대 출력에 상응하는 오일 펌핑이 일어나도록 메인 펌프(40)의 사판 경사각을 제어한다.

그리고, 주제어부(100)는 엔진 제어부(90)로부터 전송된 엔진 회전수 설정부(30)에서 설정된 작업단계 및 그에 대응하는 엔진 회전수가 운전자의 조작에 따라 선택적으로 표시장치(110)에 표시된다.

상술한 바와 같이 본 발명은 건설기계에 있어서 최적의 작업상태를 유지하며, 운전자가 현재 장비의 작동 상태를 쉽게 파악할 수 있도록 하며, 엔진 회전수 제어의 부정확성에 기인한 엔진 출력 특성의 오차에 따른 작업 성능이 저하되는 것을 근본적으로 해결할 수 있다는 효과를 제공한다.

Claims (5)

1. 유압식 건설기계에 있어서, 엔진 회전수 설정수단에서 입력된 작업단계에 상응하는 무부하시 제어기준 회전수를 내부 메모리로부터 로드하고, 엔진 회전수 검출수단에서 입력된 현재 엔진 회전수를 비교하고, 그 비교 결과값에 응답하여 전자식 연료 분사펌프의 연료 펑핑량을 제어하는 엔진 제어수단; 및 상기 엔진 제어수단에서 입력된 현재 단계에 응답하여 작업시 제어기준 회전수를 내부 메모리로부터 로드하고, 로드된 제어기준 회전수에 상응하는 메인 펌프사판의 경사각을 제어하기 위한 마력 조정 전류를 결정하는 주제어수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 유압식 건설기계의 유압력 제어장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 엔진 제어수단은; CAN통신을 통해 데이터를 상기 주제어수단으로 전송하는 것을 특징으로 하는 유압식 건설기계의 유압력 제어장치.
3. 장비 시동 여부를 판단하는 제 1 단계; 제 1 단계의 판단결과, 장비 시동이 걸린 상태인 경우 엔진 회전수 설정 수단의 현재 단계값을 입력받는 제 2 단계; 상기 제 2 단계에서 현재 단계값을 입력받은 후 엔진 회전수 검출수단으로부터 현재 엔진 회전수 입력받는 제 3 단계; 현재 단계값에 대응하는 무부하시 제어기준 회전수와 현재 엔진 회전수가 같지 않은지 판단하는 제 4 단계; 상기 제 4단계의 판단결과, 제어기준 회전수와 현재 엔진 회전수가 같지 않은 경우 무부하시 제어기준 회전수와 현재 엔진 회전수를 비교하는 제 5단계; 상기 제 5단계의 비교 결과, 제어기준 회전수가 현재 엔진 회전수보다 큰 경우 전자식 연료분사펌프의 연료 펌핑량을 증가시키기 위한 제어신호를 출력하는 제 6 단계; 상기 제 6 단계의 제어신호에 응답하여 전자식 연료분사펌프의 연료 펌핑량을 조절하는 제 7 단계; 및 엔진 회전수 설정수단의 현재 단계값을 주제어수단으로 전송하는 제 8 단계 이루어진 유압식 건설기계의 엔진 회전수 제어방법.
4. 제 3항에 있어서, 상기 제 5단계의 비교 결과; 무부하시 제어기준 회전수가 현재 엔진 회전수보다 작은 경우 전자식 연료분사펌프의 연료 펌핑량을 감소시키기 위한 제어신호를 출력하는 단계를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 유압식 건설기계의 엔진 회전수 제어방법.
5. 장비 시동 상태여부를 판단하는 제 1 단계; 상기 제 1 단계의 판단결과, 장비 시동이 걸린 상태인 경우 엔진 제어수단으로부터 전송받은 엔진 회전수 설정 수단의 단계에 상응하는 작업시 제어기준 회전수를 내부 메모리에서 로드하는 제 2 단계; 상기 제 2 단계에서 로드된 작업시 제어기준 회전수에 상응하는 마력 조정 전류를 결정짓는 제 3 단계; 제 3단계에서 결정된 마력 조정 전류로 마력 조정 밸브를 제어하는 제 4 단계; 및 엔진 제어수단으로부터 전송된 현재 단계 및 엔진 회전수를 포시장치로 전송하는 제 5단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 유압식 건설기계의 펌프 제어방법.