KR20080056864A - 건설장비의 작업 부하에 따른 자동 엔진 토크 변환장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건설장비의 작업 부하에 따른 자동 엔진 토크 변환장치에 관한 것으로 특히, 엔진의 전반적인 구동을 제어하는 엔진제어기와, 엔진의 토크를 운전자가 수동으로 변환시킬 수 있는 토크 변환 선택 스위치 및 건설장비에 설치되어 있는 각종 전장품의 구동을 제어하는 장비제어기를 구비한 건설장비에 있어서, 상기 엔진제어기와 장비제어기 사이에 CAN을 부가 설치하고, 상기 장비제어기에는 연료 소모량 정보를 포함하여 2개 이상의 토크 특성 제어 프로그램을 부가적으로 입력시켜 상기 장비제어기로 하여금 상기 CAN을 통해 엔진제어기로부터 출력되는 엔진 연료 소모량을 정해진 시간 간격으로 입력받아 그를 토대로 부하율을 산출한 다음, 그 결과를 기 설정된 기준 부하율과 상호 비교하여 해당 작업 부하에 맞는 엔진 토크 특성을 선택한 후 해당 엔진 토크 특성에 대응하는 제어신호를 엔진제어기로 송출시켜 엔진제어기로 하여금 장비제어기에서 선택한 해당 토크 특성에 맞게 엔진의 연료 분사량 및 분사 시기를 제어하도록 한 것을 특징으로 한다.

따라서, 큰 토크 특성이 필요한 작업 조건에서는 충분한 토크를 낼 수 있도록 엔진 토크 특성을 자동 선택할 수 있고, 작은 토크 특성이 필요한 작업 조건하에서는 과다한 토크가 사용되지 않도록 엔진 토크 특성을 자동 선택할 수 있어 불필요하게 연료가 소모되는 것을 방지할 수 있음은 물론 별도의 토크 변환 스위치의 조작 없이도 그때 그때의 작업 부하 및 작업 형태의 변경에 따른 엔진 토크를 자동으로 변환시킬 수 있어 운전자가 별도 토크 변환 스위치를 조작해야 하는 번거로움 을 해결할 수 있는 것이다.

건설장비, 엔진제어기, 장비제어기, 토크 특성, 연료 소모량, 부하율

Description

건설장비의 작업 부하에 따른 자동 엔진 토크 변환장치{Automatic engine torque selection system corresponding to load factor}

도 1은 종래 토크 변환장치의 개략 구성도.

도 2는 본 발명 장치의 블록 구성도.

도 3은 본 발명 장치가 적용된 엔진의 토크 특성도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 토크 변환 선택 스위치

2 : 엔진

3 : 엔진제어기

4 : 장비제어기

5 : CAN

본 발명은 건설장비의 작업 부하에 따른 자동 엔진 토크 변환장치에 관한 것 으로, 보다 상세하게는 장비제어기(Machine Control Unit; MCU)가 엔진제어기(Engine Control Unit; ECU)로부터 연료 소모량 정보를 입력받아 이를 토대로 평균작업 부하를 계산하여 그에 알맞는 토크 특성으로 엔진이 운전되도록 하는 제어신호를 장비제어기에서 엔진제어기로 출력시켜 주어 큰 토크 특성이 필요한 작업 조건에서는 충분한 토크를 낼 수 있도록 엔진 토크 특성을 자동 선택하도록 하고, 작은 토크 특성이 필요한 작업 조건하에서는 과다한 토크가 사용되지 않도록 엔진 토크 특성을 자동 선택하도록 하는 방식을 통해 연료를 대폭 절감할 수 있도록 발명한 것이다.

즉, 건설장비에 설치되어 있는 엔진제어기가 가지고 있는 정보 중의 하나인 연료 소모량 정보를 이용하여 장비의 평균 작업 부하를 계산하고, 이를 토대로 하여 현재 작업중인 부하 상태에 알맞는 엔진 토크 특성으로 자동 변환하여 불필요한 연료 소모를 대폭 줄일 수 있도록 발명한 건설장비의 작업 부하에 따른 자동 엔진 토크 변환장치에 관한 것이다.

국내를 비롯한 미주 및 유럽지역에서는 자동차와 더불어 굴삭기 및 휠로더 등과 같은 각종 건설장비에 대해서도 배기가스 규제와 같은 환경규제를 점차 강화하고 있는 추세이다.

따라서, 이를 만족시키기 위하여 대부분의 장비들의 경우 연료 분사량 및 분사시기를 엔진제어기를 통해 정밀하게 제어할 수 있는 전자제어 엔진이 탑재되고 있다.

이러한 전자제어 엔진은 통상 엔진 회전수와 엔진오일 온도, 압력, 냉각수 온도 및 연료 소모량 등과 같은 엔진의 운전에 필요한 많은 정보를 가지고 있으며, 장비제어기인 MCU가 CAN(Controller Aided Network) 통신을 통하여 상기 정보들을 엔진제어기인 ECU로부터 받을 수 있고, 이를 이용한 각종 제어 기능을 장비가 구현시킬 수 있다.

또한, 기계적인 구조에 의하여 연료 분사량 및 분사시기가 제어되는 종래의 엔진은 엔진 성능을 나타내는 토크가 하나의 특성 밖에 나타낼 수 없는 반면, 전자제어엔진에서는 엔진제어기를 통하여 하나 이상의 토크 특성을 가지게 끔 만들수도 있는데도 불구하고 종래의 건설장비에는 이와 같은 기능을 구비하고 있지 않았다.

즉, 종래의 건설장비에서는 장비제어기(4)가 구비되어 있는데도 불구하고 전술한 바와 같이 엔진 토크 변환이 자동으로 이루어지지 않고, 도 1과 같이 운전자가 작업 조건이나 부하를 주관적으로 판단하여 운전석 내에 있는 토크 변환 선택 스위치(1)를 선택적으로 작동하여 엔진(2)을 제어하는 엔진제어기(3)가 기 설정되어 있는 토크 특성으로 엔진이 운전되도록 하는 수동형으로 구성되어 있다.

이 경우 엔진의 토크 변환이 장비제어기인 MCU와는 무관하게 작동하게 된다.

이와 같이 수동형으로 구성된 종래의 건설장비에서는 객관적인 작업 부하에 따른 판단이 아닌 단순히 운전자의 판단에 의거하여 토크 변환이 이루어지게 되므로 큰 토크 특성이 필요한 작업 조건에 작은 토크 특성으로 엔진이 구동될 수 있고, 이와 반대로 작은 토크 특성이 필요한 조건하에서 큰 토크 특성으로 엔진이 구동되어 불필요하게 연료를 많이 소모시키게 되는 문제점이 있고, 또 작업 부하 및 작업 형태의 변경시마다 운전자가 별도 토크 변환 스위치를 조작해야 하는 번거로 움이 있다.

본 발명은 이와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위하여 안출한 것으로, 각종 건설장비에 설치되어 있는 장비제어기(MCU)에서 엔진제어기(ECU)로부터 연료 소모량 정보를 계속 입력받아 이를 토대로 평균작업 부하를 계산한 다음 그에 알맞는 토크 특성으로 엔진이 운전되도록 하는 제어신호를 엔진제어기로 출력시켜 주는 방식을 통해 큰 토크 특성이 필요한 작업 조건에서는 충분한 토크를 낼 수 있도록 엔진 토크 특성을 자동 선택하도록 하고, 작은 토크 특성이 필요한 작업 조건하에서는 과다한 토크가 사용되지 않도록 엔진 토크 특성을 자동 선택하도록 함으로써, 불필요하게 연료가 소모되는 것을 방지할 수 있음은 물론 별도 토크 변환 스위치의 조작 없이도 작업 부하 및 작업 형태의 변경에 따른 엔진 토크를 자동으로 변환시킬 수 있어 운전자가 별도 토크 변환 스위치를 조작해야 하는 번거로움을 해결할 수 있는 건설장비의 작업 부하에 따른 자동 엔진 토크 변환장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 장치는, 엔진의 회전수와 오일 온도, 압력, 냉각수 온도 및 연료 소모량과 같은 엔진의 운전정보를 검출함은 물론 엔진의 구동에 필요한 연료 분사량 및 분사 시기를 제어하는 엔진제어기와, 엔진의 토크를 운전자가 수동으로 변환시킬 수 있도록 운전석에 설치된 토크 변환 선택 스위치 및 건설장비에 설치되어 있는 각종 전장품의 구동을 제어하는 장비제어기를 구 비한 건설장비에 있어서, 상기 엔진제어기와 장비제어기 사이에 통신인터페이스인 CAN을 부가 설치하고, 상기 장비제어기에는 연료소모량 정보를 포함하여 2개 이상의 토크 특성 제어 프로그램을 부가적으로 입력시켜 상기 장비제어기로 하여금 상기 CAN을 통해 엔진제어기로부터 출력되는 엔진 연료 소모량을 입력받아 그를 토대로 부하율을 산출한 다음 이를 기 설정된 기준 부하율과 상호 비교하여 해당 작업 부하에 맞는 엔진 토크 특성을 선택한 후 해당 엔진 토크 특성에 대응하는 제어신호를 엔진제어기로 송출시켜 엔진제어기로 하여금 운전자가 토크 변환 선택 스위치를 조작하지 않더라도 해당 토크 특성에 맞게 엔진의 연료 분사량 및 분사 시기를 제어하도록 한 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명 장치의 블록 구성도를 나타낸 것이고, 도 3은 본 발명 장치가 적용된 엔진의 토크 특성도를 나타낸 것이다.

이에 따르면 본 발명 장치는, 엔진(2)의 회전수와 오일 온도, 압력, 냉각수 온도 및 연료 소모량과 같은 엔진의 운전정보를 검출함은 물론 엔진(2)의 구동에 필요한 연료 분사량 및 분사 시기를 제어하는 엔진제어기(3)와, 엔진(2)의 토크를 운전자가 수동으로 변환시킬 수 있도록 운전석에 설치된 토크 변환 선택 스위치(1) 및 건설장비에 설치되어 있는 각종 전장품의 구동을 제어하는 장비제어기(4)를 구 비한 건설장비에 있어서,

상기 엔진제어기(3)와 장비제어기(4) 사이에 통신인터페이스인 CAN(5)을 부가 설치하고, 상기 장비제어기(4)에는 연료 소모량 정보를 포함하여 2개 이상의 토크 특성 제어 프로그램을 부가적으로 입력시켜 상기 장비제어기(4)로 하여금 상기 CAN(5)을 통해 엔진제어기(3)로부터 출력되는 엔진 연료 소모량을 입력받아 그를 토대로 부하율을 산출한 다음 이를 기 설정된 기준 부하율과 상호 비교하여 해당 작업 부하에 맞는 엔진 토크 특성을 선택한 후 해당 엔진 토크 특성에 대응하는 제어신호를 엔진제어기(3)로 송출시켜 엔진제어기(3)로 하여금 운전자가 토크 변환 선택 스위치(1)를 조작하지 않더라도 해당 토크 특성에 맞게 엔진의 연료 분사량 및 분사 시기를 제어하도록 한 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성된 본 발명 장치의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명 장치는 엔진제어기(3)와 토크 변환 선택 스위치(1) 및 장비제어기(4)를 구비한 공지된 건설장비에 있어서, 상기 엔진제어기(3)와 장비제어기(4) 사이에 통신인터페이스인 CAN(5)을 부가 설치하고, 상기 장비제어기(4)에는 연료 소모량 정보를 포함하여 2개 이상의 토크 특성 제어 프로그램을 부가적으로 입력시켜 상기 장비제어기(4)로 하여금 건설장비의 현재 작업 부하율에 맞는 엔진 토크 특성을 판단한 후 그 결과를 엔진제어기(3)에 발생시켜 엔진제어기(3)로 하여금 해당 토크 특성에 맞게 엔진의 연료 분사량 및 분사 시기를 제어하도록 한 것을 주요 기술구성 요소로 한다.

이때, 상기 엔진제어기(3)는 전술한 바와 같이 통상시 엔진(2)의 회전수와 오일 온도, 압력, 냉각수 온도 및 연료 소모량과 같은 엔진의 운전정보를 검출하여 자체 프로그램에 의한 제어를 통해 엔진(2)의 구동에 필요한 연료 분사량 및 분사 시기를 제어함은 물론 상기 장비제어기(4)에서 송출되는 CAN(5)을 통해 입력받아 장비제어기(4)에서 선택한 엔진 토크 특성에 맞게 엔진의 연료 분사량 및 분사 시기를 제어하게 된다.

상기에 있어서 부하율이라 함은, 현재 엔진이 소모하고 있는 실제 연료 소모량 값을 엔진 정격운전에서의 최대 토크를 발휘할 경우 필요한 이론 연료 소모량 값으로 나눈 백분율을 말한다.

또한, 상기 장비제어기(4)에서는 통상시 상기 CAN(5)을 통해 상기 엔진제어기(3)로부터 연료 소모량에 대한 정보를 계속적으로 입력받아, 이를 토대로 현재 장비에서 작업중인 평균 부하율을 계산하여 미리 설정되어 있는 기준 부하율과 상호 비교한 후, 그 결과 기준 부하율보다 높을 경우에는 큰 토크 특성에 해당하는 제어신호를 엔진제어기(3)에 자동으로 송출하여 엔진제어기(3)로 하여금 엔진이 해당 토크 특성으로 운전되도록 제어하게 한다.

또, 상기와 같이 장비제어기(4)에서 비교한 결과 평균 부하율이 설정된 부하율보다 작을 경우에는 작은 토크 특성에 해당하는 제어신호를 엔진제어기(3)로 자동 송출하여 상기 엔진제어기(3)로 하여금 엔진이 작은 토크 특성으로 운전되도록 제어하게 함으로써 불필요한 연료 소모를 막을 수 있다.

이와 같이 제어될 경우 전자제어 엔진(2)은 작업 부하의 경중에 따라 큰 토크 특성과 작은 토크 특성 등과 같은 2개의 토크 특성을 나타낼 수 있는 기능을 가 지고 있어야 하며, 경우에 따라서는 상기한 작업 부하를 세분화하여 3개 이상의 토크 특성을 나타내도록 응용 또한 가능하다.

한편, 상기에서 언급한 평균 부하율 계산 주기 및 기준 부하율 값은 건설장비의 종류(예를 들어 굴삭기 또는 휠로더 등)와, 작업장의 성격 등을 감안하여 설계자가 변경 및 설정 가능하도록 프로그래밍이 가능하고, 너무 짧은 시간 간격 동안 서로 다른 토크 특성으로 변경할 경우 운전자에게 운전 피로도를 가중시킬 위험이 있으므로 적어도 1분 이상의 주기로 평균 부하율을 산출하여 해당하는 토크 특성을 선택 제어신호를 엔진제어기(3)에 송출하도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 도 3은 상기에서 언급한 전자제어 엔진의 2가지 토크 특성을 나타내는 토크 특성도로서, 실선으로 도시된 큰 토크 특성은 일반적인 표준 작업 혹은 큰 힘이 필요로 하는 작업에 알맞도록 설계하였고, 점선으로 고시된 작은 토크 특성은 큰 힘이 필요하지 않은 경 부하 작업에 알맞도록 설계하였다.

상술한 실시 예는 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시 예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명 장치에 의하면, 각종 건설장비에 설치되어 있는 장비제어기에서 엔진제어기로부터 연료 소모량 정보를 계속 입력받아 이를 토대로 평균작업 부하율를 계산한 다음 그에 알맞는 토크 특성으로 엔진이 운전되 도록 하는 제어신호를 엔진제어기로 출력시켜 주도록 함으로써, 큰 토크 특성이 필요한 작업 조건에서는 충분한 토크를 낼 수 있도록 엔진 토크 특성을 자동 선택할 수 있고, 작은 토크 특성이 필요한 작업 조건하에서는 과다한 토크가 사용되지 않도록 엔진 토크 특성을 자동 선택할 수 있어 불필요하게 연료가 소모되는 것을 방지할 수 있음은 물론 별도의 토크 변환 스위치의 조작 없이도 그때 그때의 작업 부하 및 작업 형태의 변경에 따른 엔진 토크를 자동으로 변환시킬 수 있어 운전자가 별도 토크 변환 스위치를 조작해야 하는 번거로움을 해결(즉, 운전자의 조작성을 향상)할 수 있는 등 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims (3)

1. 엔진의 전반적인 구동을 제어하는 엔진제어기와, 엔진의 토크를 운전자가 수동으로 변환시킬 수 있는 토크 변환 선택 스위치 및 건설장비에 설치되어 있는 각종 전장품의 구동을 제어하는 장비제어기를 구비한 건설장비에 있어서,

   상기 엔진제어기와 장비제어기 사이에 통신인터페이스인 CAN을 부가 설치하고, 상기 장비제어기에는 연료 소모량 정보를 포함하여 2개 이상의 토크 특성 제어 프로그램을 부가적으로 입력시켜 상기 장비제어기로 하여금 상기 CAN을 통해 엔진제어기로부터 출력되는 엔진 연료 소모량을 정해진 시간 간격 주기로 입력받아 그를 토대로 부하율을 산출한 다음, 그 결과를 기 설정된 기준 부하율과 상호 비교하여 해당 작업 부하에 맞는 엔진 토크 특성을 선택한 후 해당 엔진 토크 특성에 대응하는 제어신호를 엔진제어기로 송출시켜 엔진제어기로 하여금 장비제어기에서 선택한 해당 토크 특성에 맞게 엔진의 연료 분사량 및 분사 시기를 제어하도록 한 것을 특징으로 하는 건설장비의 작업 부하에 따른 자동 엔진 토크 변환장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 장비제어기에서 엔진제어기로부터 연료 소비량 정보를 입력받아 평균 부하율 계산시 그 주기는 최소 1분 이상인 것을 특징으로 하는 건설장비의 작업 부하에 따른 자동 엔진 토크 변환장치.
3. 청구항 1에 있어서

   상기 장비제어기에서 평균 부하율 계산 주기 및 기준 부하율 값은 건설장비 종류와 작업장 성격 등을 감안하여 설계자가 변경 및 설정가능토록 프로그래밍을 할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 건설장비의 작업 부하에 따른 자동 엔진 토크 변환장치.

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