KR20120081473A - Energy regeneration system using turbo-charger and construction machinery comprising the same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An energy regeneration system using a turbocharger and construction equipment having the same are provided to utilize energy regenerated in an inoperative state of an engine as an emergency drive source. CONSTITUTION: An energy regeneration system comprises an engine(110), a PRO(Power Take-Off Shaft)(130), a hydraulic pump(140), an accumulator(150), and a check valve(146). A turbo charger(120) is mounted to the engine. The PRO is connected to the turbo charge, and outputs rotational power of the turbo charger. The hydraulic pump is operated by the PTO. The accumulator is accumulates working oil discharged from the hydraulic pump at high pressure. The check valve is placed in a hydraulic line between the hydraulic pump and the accumulator, and prevents the working oil from back-flowing.

Description

터보차저를 이용한 에너지 재생 시스템 및 이를 포함하는 건설기계{Energy regeneration system using turbo-charger and construction machinery comprising the same}Energy regeneration system using turbo-charger and construction machinery comprising the same

본 발명은 터보차저를 구비한 엔진에서 배출되는 에너지를 재생하는 시스템에 관한 것이며, 또한 이러한 에너지 재생 시스템을 포함하는 건설기계에 관한 것이다.The present invention relates to a system for regenerating energy discharged from an engine having a turbocharger, and also to a construction machine including such an energy regeneration system.

오늘날 건설기계에서 사용되고 있는 엔진에는 그 성능을 높이기 위하여 다양한 형태의 부가 장치가 포함된다. 그 중 대표적인 장치로 터보차저가 있으며, 이는 엔진에서 나오는 배기가스의 압력을 이용하여 터빈을 회전시킨 후 이 회전력을 이용하여 공기를 대기압보다 높은 압력으로 압축하여 엔진으로 공급하는 장치이다. 터보차저를 이용함으로써 엔진은 더욱 많은 양의 공기와 연료의 혼합기를 이용하여 폭발행정을 수행할 수 있으며, 이에 더욱 큰 에너지를 출력할 수 있다.Engines used in construction machinery today include various types of additional equipment to increase their performance. Among them, there is a turbocharger, which is a device that rotates a turbine using the pressure of the exhaust gas from the engine and then supplies air to the engine by compressing air to a pressure higher than atmospheric pressure using this rotational force. By using a turbocharger, the engine can perform an explosive stroke using a larger amount of air and fuel mixture, thereby outputting more energy.

이와 같이, 엔진의 출력 성능을 높이기 위하여 터보차저와 같은 다양한 장치가 사용되고 있지만, 그럼에도 엔진에서 발생하는 에너지가 실제 사용되는 효율은 상당히 낮은 편이다. 예를 들어, 터보차저를 포함하는 통상의 엔진에서 엔진의 효율은 대략 40% 내외이고, 약 30%의 에너지는 엔진의 폭발로부터 엔진을 보호하기 위해 냉각 등에 사용되고, 심지어 약 30%의 에너지는 고온 고압의 배기가스를 통해 외부로 버려진다.As such, various devices such as a turbocharger are used to increase the output power of the engine, but the efficiency at which the energy generated by the engine is actually used is quite low. For example, in a typical engine including a turbocharger, the efficiency of the engine is around 40%, about 30% of the energy is used for cooling, etc. to protect the engine from explosion of the engine, even about 30% of the energy is high temperature. It is thrown out through high pressure exhaust.

따라서, 배기가스를 통해 버려지는 에너지를 일부 재생함으로써 활용하는 방안이 고려될 수 있다. Therefore, a scheme of utilizing by partially regenerating the energy discarded through the exhaust gas can be considered.

한편, 도 1은 통상의 건설기계를 개략적으로 도시한 유압 회로도이다. 도 1에 따르면, 통상의 건설기계는 엔진(20)에 의해 구동되는 메인 펌프(10a, 10b)와, 메인 펌프(10a, 10b)로부터 토출되는 작동유가 유압 라인(40a, 40b)을 통해 공급될 때 다수의 작업기(도시되지 않음)에 대해 그 유동 방향을 제어하는 메인제어밸브(30)를 포함한다.On the other hand, Figure 1 is a hydraulic circuit diagram schematically showing a conventional construction machine. According to FIG. 1, in a typical construction machine, main pumps 10a and 10b driven by an engine 20 and hydraulic oil discharged from the main pumps 10a and 10b may be supplied through hydraulic lines 40a and 40b. And a main control valve 30 for controlling the flow direction for a plurality of work machines (not shown).

또한, 이들 메인제어밸브(30) 각각에 대해 연결되는 다른 유압 라인인 파일럿 라인(52)을 통해 공급되는 작동유를 통해 메인제어밸브(30)의 구동을 제어할 수 있으며, 이러한 구동은 운전석 내에 배치된 조이스틱(50)과 같은 레버를 통해 제어될 수 있다. 또한, 이 조이스틱은 역시 유압 펌프(10c)로부터 공급되는 작동유의 압력에 의해 각 메인제어밸브(30)의 구동을 제어하도록 구성된다.In addition, it is possible to control the driving of the main control valve 30 through the hydraulic oil supplied through the pilot line 52, which is another hydraulic line connected to each of these main control valves 30, and such driving is arranged in the driver's seat. Can be controlled via a lever such as a joystick 50. This joystick is also configured to control the driving of each main control valve 30 by the pressure of the hydraulic oil supplied from the hydraulic pump 10c.

여기서, 메인 펌프(10a, 10b)는 각각 대응하는 조정기(12a, 12b)를 통해 토출되는 유량이 제어되며, 조정기(12a, 12b)를 구동하기 위한 제어기 등에 관한 상세는 생략되어 있다.Here, the main pumps 10a and 10b control the flow rates discharged through the corresponding regulators 12a and 12b, respectively, and the details of the controller and the like for driving the regulators 12a and 12b are omitted.

이와 같이, 통상의 건설기계는 엔진에 의해 구동되는 펌프를 이용하여 작동유를 토출하고, 이들 작동유의 압력을 통해 예컨대, 붐과 버켓 등의 작업기를 구동하는 유압 시스템을 포함한다.As such, a conventional construction machine includes a hydraulic system for discharging hydraulic oil by using a pump driven by an engine, and driving a work machine such as a boom and a bucket through the pressure of these hydraulic fluids.

이러한 건설기계의 작동 중에, 불의의 사고나 의도하지 않은 비정상 동작 등으로 인해 엔진이 꺼져 작동 불능이 되는 상태가 된다면, 펌프가 구동될 수 없어 작동유가 더 이상 토출되지 않게 되고, 이는 건설기계의 핵심인 유압 시스템이 중단되어 멈추는 결과로 나타날 수 있다.During operation of such construction machinery, if the engine is turned off and becomes inoperable due to an accident or unintended abnormal operation, the pump cannot be driven and no more hydraulic oil is discharged, which is the core of the construction machinery. This may result in the hydraulic system being stopped and stopped.

특히, 위와 같은 엔진의 작동 불능이, 건설기계가 작업 중인 시점에 발생하였다면, 유압 시스템을 통해 구동되고 있던 예컨대 붐과 버켓 등의 작업기가 작업중인 상태에서 그대로 멈추게 되는 상황으로 전개될 수 있다.In particular, if the inoperability of the engine as described above occurs at the time when the construction machine is working, it can be developed in a situation where the work machine, such as a boom and bucket, which is being driven through the hydraulic system, is stopped as it is in operation.

예를 들어, 붐과 버켓 등이 작업 중의 엔진 작동 불능으로 인해 높은 위치에서 멈추어 있거나, 건설기계의 일 측면으로 돌출된 상태에 멈추게 되어, 안전상의 문제 또는 작업기의 손상 및 불안전한 자세 유지에 따른 건설기계 자체의 손상 등과 같은 문제를 야기할 수 있었다.For example, the boom and the bucket are stopped in a high position due to the engine inoperable during work, or protruded to one side of the construction machine, and the construction is caused by safety problems or damage to the work machine and maintaining an unsafe posture. It could cause problems such as damage to the machine itself.

이에, 건설기계에서 사용중인 엔진이 작동 불능이 될 때, 높은 위치에 있는 작업기를 지면으로 하강시키는 등의 비상 동작이 요구되었다.Therefore, when the engine being used in the construction machine becomes inoperable, emergency operation such as lowering the work machine in the high position to the ground is required.

본 발명의 목적은 엔진에서 배기가스를 통해 버려지는 에너지의 일부를 재생하는 시스템을 제공하기 위한 것이다.It is an object of the present invention to provide a system for regenerating some of the energy that is thrown away by the exhaust gases in an engine.

본 발명의 다른 목적은 에너지 재생 시스템을 구비한 건설기계를 제공하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to provide a construction machine having an energy recovery system.

본 발명의 또 다른 목적은 건설기계의 엔진 작동 불능시에 건설기계의 유압 시스템에서 비상 구동원으로써 전술한 에너지 재생 시스템을 활용하는 것을 특징으로 하는 건설기계를 제공하기 위한 것이다.Still another object of the present invention is to provide a construction machine, wherein the above-mentioned energy recovery system is utilized as an emergency drive source in the hydraulic system of the construction machine when the engine of the construction machine is inoperable.

이러한 문제점을 해소하기 위해서, 본 발명은 터보차저가 구비된 엔진과; 터보차저에 연결되어 터보차저의 회전력을 인출하는 동력 인출 장치(PTO)와; 동력 인출 장치에 의해 구동되는 유압 펌프와; 유압 펌프로부터 토출되는 작동유를 고압으로 축적하는 축압기; 및 유압 펌프와 축압기 사이의 유압 라인 상에 배치되어 작동유의 역류를 방지하는 체크밸브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 터보차저를 이용한 에너지 재생 시스템을 제공한다.In order to solve this problem, the present invention includes a turbocharged engine; A power take-off device (PTO) connected to the turbocharger for drawing out the rotational force of the turbocharger; A hydraulic pump driven by the power take-off device; An accumulator for accumulating the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump at a high pressure; And a check valve disposed on a hydraulic line between the hydraulic pump and the accumulator to prevent a backflow of the working oil.

본 발명의 에너지 재생 시스템에 있어서, 동력 인출 장치와 유압 펌프 사이에 배치되는 클러치; 및 축압기 내 압력을 측정하기 위한 압력 센서;를 더 포함하고, 압력 센서의 측정값이 소정값에 도달할 때 클러치가 작동되어 유압 펌프의 구동이 중단되는 것을 특징으로 한다.An energy recovery system of the present invention, comprising: a clutch disposed between a power take-off and a hydraulic pump; And a pressure sensor for measuring the pressure in the accumulator, wherein when the measured value of the pressure sensor reaches a predetermined value, the clutch is operated to stop driving of the hydraulic pump.

또한, 본 발명은 전술한 에너지 재생 시스템을 포함하는 건설기계로서, 엔진에 의해 구동되는 메인 유압 펌프와; 메인 유압 펌프로부터 토출되는 작동유의 유동 방향을 제어하는 다수의 메인제어밸브(MCV)와; 작동유의 압력에 의해 구동되는 다수의 작업기; 및 다수의 메인제어밸브를 구동하기 위한 압력을 제공하는 조작 수단;을 포함하고, 엔진의 작동 불능시 고압의 작동유가 축적된 축압기가 임시로 비상 구동원으로써 이용되는 것을 특징으로 하는 에너지 재생 시스템을 포함하는 건설기계를 제공한다.In addition, the present invention provides a construction machine comprising the above-described energy recovery system, comprising: a main hydraulic pump driven by an engine; A plurality of main control valves MCV for controlling the flow direction of the hydraulic oil discharged from the main hydraulic pump; A plurality of work machines driven by the pressure of the hydraulic oil; And an operation means for providing pressure for driving the plurality of main control valves, wherein an accumulator in which high-pressure hydraulic fluid is accumulated when the engine is inoperable is temporarily used as an emergency drive source. It provides a construction machine comprising.

또한 본 발명의 건설기계에 있어서, 조작 수단은 조이스틱을 포함하고, 축압기와 조이스틱을 연결하는 비상 유압 라인 및 비상 유압 라인 상에 배치되는 비상 솔레노이드 밸브를 더 포함하며, 엔진의 작동 불능시 비상 솔레노이드 밸브가 구동되어 비상 유압 라인이 개방됨으로써 축압기가 조작 수단에 대한 비상 구동원이 되는 것을 특징으로 한다.In addition, in the construction machine of the present invention, the operation means includes a joystick, an emergency hydraulic line connecting the accumulator and the joystick, and an emergency solenoid valve disposed on the emergency hydraulic line, the emergency solenoid when the engine is inoperable. The valve is driven so that the emergency hydraulic line is opened so that the accumulator becomes an emergency drive source for the operation means.

본 발명에 따르면, 엔진에서 배기가스를 통해 버려지는 에너지의 일부를 재생하는 시스템이 제공될 수 있다.According to the present invention, a system can be provided for regenerating a portion of the energy that is thrown away by the exhaust gas in an engine.

또한 본 발명에 따르면, 에너지 재생 시스템을 구비한 건설기계가 제공될 수 있다.In addition, according to the present invention, a construction machine having an energy regeneration system may be provided.

또한 본 발명에 따르면, 건설기계의 엔진 작동 불능시에 건설기계의 유압 시스템에서 비상 구동원으로써 전술한 에너지 재생 시스템을 활용하는 것을 특징으로 하는 건설기계가 제공될 수 있다.Further, according to the present invention, a construction machine can be provided which utilizes the above-described energy recovery system as an emergency drive source in the hydraulic system of the construction machine when the engine of the construction machine is inoperable.

도 1은 통상의 건설기계의 일 예를 개략적으로 도시한 유압 회로도;
도 2는 본 발명에 따른 에너지 재생 시스템을 도시한 블록도; 및
도 3은 도 2의 에너지 재생 시스템을 포함하는 건설기계를 개략적으로 도시한 유압 회로도이다.1 is a hydraulic circuit diagram schematically showing an example of a conventional construction machine;
2 is a block diagram illustrating an energy recovery system according to the present invention; And
3 is a hydraulic circuit diagram schematically showing a construction machine including the energy recovery system of FIG.

이하 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터보차저를 이용한 에너지 재생 시스템을 도시한다. 도 2를 참고하여 에너지 재생 시스템(100)의 구성을 설명하면 다음과 같다.2 illustrates an energy recovery system using a turbocharger according to an embodiment of the present invention. Referring to Figure 2 describes the configuration of the energy recovery system 100 as follows.

터보차저(120)가 구비된 통상의 엔진(110)은 연료와 혼합되어 폭발하기 위해 공기가 흡입되는 흡기구(112)와 폭발 후 배기가스가 배출되는 배기구(114)를 구비하며, 흡기구(112)와 배기구(114)의 일 지점을 연결하여 터보차저(120)가 형성된다. 터보차저(120)는 고압의 배기가스의 유동을 통해 배기구에 형성된 터빈을 회전시키고 이 회전력을 흡기구에 형성된 터빈으로 전달하여 흡기구를 통해 공급되는 공기의 양을 증가시킨다. 고온 고압의 배기가스를 이용하여 터보차저의 회전력이 발생하기 때문에, 흡기구(112)로 흡입되는 공기는 고온으로 공급되며, 이에 흡기구(112)에서 터보차저(120)를 통과한 이후에 인터쿨러(116)를 배치하여 압축된 공기의 온도를 낮추도록 구성되는 것이 통상적이다.The conventional engine 110 having the turbocharger 120 includes an inlet 112 through which air is sucked in order to explode by being mixed with fuel, and an exhaust port 114 through which exhaust gas is discharged after the explosion. Turbocharger 120 is formed by connecting a point of the exhaust port 114 with. The turbocharger 120 rotates the turbine formed at the exhaust port through the flow of high pressure exhaust gas and transmits the rotational force to the turbine formed at the inlet port, thereby increasing the amount of air supplied through the inlet port. Since the rotational force of the turbocharger is generated by using the exhaust gas having a high temperature and high pressure, the air sucked into the intake port 112 is supplied at a high temperature, and thus the intercooler 116 is passed after passing through the turbocharger 120 at the intake port 112. ) Is typically arranged to lower the temperature of the compressed air.

본 발명은 이러한 터보차저에 연결되어 이 회전력을 인출하는 동력 인출 장치(PTO; Power Take Off)(130)와, 이 동력 인출 장치(PTO)(130)에 의해 구동되는 유압 펌프(140) 및 이 유압 펌프(140)로부터 토출되는 작동유를 고압으로 축적하는 축압기(150)로 이루어진 에너지 재생 시스템(100)을 특징으로 한다.The present invention relates to a power take-off device (PTO) 130 connected to such a turbocharger to take out this rotational force, a hydraulic pump 140 driven by the power take-off device (PTO) 130, and An energy regeneration system 100 including an accumulator 150 that accumulates hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 140 at a high pressure.

동력 인출 장치(PTO)(130)는 예컨대 터보차저(120)의 배기구 측에서 터보차저(120)의 회전축에 연결되어 그 회전력을 인출하며, 작동유가 저장되어 있는 탱크에 연결된 유압 펌프(140)가 동력 인출 장치(130)에 의해 인출된 회전력에 의해 구동되어 작동유를 축압기(150)로 축적한다. 이에, 외부로 배출되는 배기가스의 에너지를 이용하여 축압기(150) 내에 고압의 작동유를 축적함으로써, 낭비되는 에너지의 일부를 축압기(150)라는 별도의 에너지원으로써 보유할 수 있게 된다.The power take-off device (PTO) 130 is connected to the rotational shaft of the turbocharger 120 at the exhaust port side of the turbocharger 120 and draws out the rotational force, and the hydraulic pump 140 connected to the tank in which the hydraulic oil is stored is The driving oil is driven by the rotational force drawn out by the power take-off device 130 to accumulate hydraulic oil in the accumulator 150. Thus, by accumulating the high-pressure working oil in the accumulator 150 by using the energy of the exhaust gas discharged to the outside, it is possible to retain some of the wasted energy as a separate energy source called the accumulator 150.

이처럼, 엔진(110)이 작동하는 동안 외부로 배출되어 버려지는 배기가스의 에너지가 터보차저(120) -> 동력 인출 장치(130) -> 유압 펌프(140) -> 축압기(150)의 순으로 전달되어 유압 시스템용 에너지원(압력원)으로써 변환됨으로써, 버려지는 에너지가 재생될 수 있다.As such, the energy of the exhaust gas that is discharged to the outside during the operation of the engine 110 is in the order of the turbocharger 120-> power take-off device 130-> hydraulic pump 140-> accumulator 150. Is converted into an energy source (pressure source) for the hydraulic system, so that the discarded energy can be regenerated.

또한, 축압기(150) 내에 고압으로 축적된 작동유는, 작동유를 필요로 하는 유압 시스템에 연결되어 압력원으로써 사용될 수 있다.In addition, the hydraulic oil accumulated at high pressure in the accumulator 150 can be used as a pressure source in connection with a hydraulic system requiring hydraulic oil.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 에너지 재생 시스템은, 동력 인출 장치(130)와 유압 펌프(140) 사이에 형성되고 회전력의 전달을 연결/해제할 수 있는 클러치(132), 및 이 클러치(132)를 제어하기 위한 수단으로써 축압기(150) 내의 압력을 측정할 수 있는 압력 센서(152)를 더 포함할 수 있다.In addition, the energy recovery system according to an embodiment of the present invention, the clutch 132 is formed between the power take-off device 130 and the hydraulic pump 140, and capable of connecting / disconnecting the transmission of the rotational force, and the clutch 132 May further include a pressure sensor 152 capable of measuring the pressure in the accumulator 150 as a means for controlling.

예컨대, 축압기(150)의 용량 등에 기초하여 그 내부의 작동유 압력에 관한 소정의 기준값이 설정되고, 엔진의 동작 중에 축압기(150) 내로 작동유가 고압으로 축적될 때, 압력 센서(152)가 축압기 내부의 압력이 이 소정의 기준값(소정값)에 도달하였음을 측정할 때, 이 측정값에 기초하여 클러치(132)가 회전력의 전달을 해제하도록 작동할 수 있다.For example, a predetermined reference value for the hydraulic oil pressure therein is set based on the capacity of the accumulator 150 and the like, and when the hydraulic oil accumulates at a high pressure into the accumulator 150 during operation of the engine, the pressure sensor 152 When measuring that the pressure inside the accumulator has reached this predetermined reference value (predetermined value), the clutch 132 can be operated to release the transmission of the rotational force based on this measured value.

따라서, 클러치(132)의 작동을 통해 회전력의 전달이 해제되면, 유압 펌프(140)로부터 작동유의 토출이 중단되어 축압기(150) 내로 작동유가 무한정으로 공급되는 것을 방지할 수 있다.Therefore, when the transmission of the rotational force is released through the operation of the clutch 132, the discharge of the hydraulic oil from the hydraulic pump 140 is stopped, it is possible to prevent the supply of the hydraulic oil to the accumulator 150 indefinitely.

즉, 클러치(132)가 회전력의 전달을 해제하면, 유압 펌프(140)의 구동이 정지하고, 축압기(150) 내의 압력은 소정의 기준값으로 유지될 수 있다. 또한, 유압 펌프(140)와 축압기(150) 사이에는 작동유의 흐름 방향을 제어하기 위한, 예컨대 축압기(150)로부터 유압 펌프(140)를 향한 방향으로 작동유의 역류를 방지할 수 있는 체크밸브(146)가 형성되는 것이 바람직하다.That is, when the clutch 132 releases the transmission of the rotational force, the driving of the hydraulic pump 140 may be stopped, and the pressure in the accumulator 150 may be maintained at a predetermined reference value. In addition, between the hydraulic pump 140 and the accumulator 150, a check valve for controlling the flow direction of the hydraulic oil, for example, to prevent backflow of the hydraulic oil in the direction from the accumulator 150 toward the hydraulic pump 140. It is preferable that 146 be formed.

이상에서 기술한 바와 같은 에너지 재생 시스템(100)은, 임의의 유압 시스템에 대해 독립된 압력원으로써 작용할 수 있다. 예컨대, 도 2에 도시된 것처럼, 축압기(150)는 별도의 비상 유압 라인(164)을 통해 조이스틱(160)과 같은 유압 시스템 내 하나의 구성요소로 연결되고, 비상 유압 라인(164) 도중에 형성된 예컨대 비상 솔레노이드 밸브(162)와 같은 제어 수단을 통해 이 구성요소에 대한 압력원(pressure source)의 기능을 선택적으로 구현할 수 있다.The energy recovery system 100 as described above can act as an independent pressure source for any hydraulic system. For example, as shown in FIG. 2, the accumulator 150 is connected via a separate emergency hydraulic line 164 to one component in a hydraulic system, such as the joystick 160, formed during the emergency hydraulic line 164. Control means such as, for example, an emergency solenoid valve 162 may optionally implement the function of a pressure source for this component.

도 2에서 건설기계의 한 구성요소인 조이스틱을 대상으로 축압기(150)가 연결되어 작동유를 공급하는 구성이 도시되어 있으나, 본 발명이 이로 한정되지 않는다는 점은 자명하다. 예컨대, 건설기계의 유압 시스템 내 임의의 구성요소에 대해 임시로 축압기(150) 내에 축적된 작동유가 제공될 수 있다는 점에 유의한다.In FIG. 2, although the accumulator 150 is connected to the joystick, which is a component of the construction machine, to supply hydraulic oil, the present invention is not limited thereto. Note, for example, that hydraulic fluid accumulated in the accumulator 150 may be provided temporarily for any component in the hydraulic system of the construction machine.

다음으로, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따라 전술한 에너지 재생 시스템(100)을 포함하는 건설기계(200)의 개략적인 유압 회로도를 도시한다.Next, FIG. 3 shows a schematic hydraulic circuit diagram of a construction machine 200 including the energy recovery system 100 described above in accordance with another embodiment of the present invention.

도 3에서 에너지 재생 시스템(100)은 엔진(20)에 형성된 터보차저(T/C)와 축압기(150)만을 대표적으로 표시하며, 그 외 유압 펌프(도 2의 140 참조) 등과 같은 요소는 생략되어 있음에 유의한다.In FIG. 3, the energy regeneration system 100 representatively represents only the turbocharger (T / C) and the accumulator 150 formed in the engine 20, and other elements such as a hydraulic pump (see 140 of FIG. 2) may be used. Note that it is omitted.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 각 구성요소는 통상의 구성을 나타낸 도 1의 구성요소와 실질적으로 동일하기 때문에, 도 1에 표기된 바와 동일한 참조번호를 사용하여 지칭되고, 그 상세에 관한 설명은 생략하기로 한다.Further, since each component of the construction machine according to the embodiment of the present invention is substantially the same as the component of FIG. 1 showing a conventional configuration, it is referred to using the same reference numerals as shown in FIG. The description thereof will be omitted.

도 3의 건설기계(200)는 기본적으로 에너지 재생 시스템(100)과 그 축압기(150)가 비상 유압 라인(164)을 통해 조이스틱(160)과 같은 조작 수단에 연결됨으로써, 이 조작 수단에 대한 비상시 압력원으로써 작용할 수 있다는 점을 주된 특징으로 한다.The construction machine 200 of FIG. 3 is basically connected to an operating means such as a joystick 160 by means of an energy recovery system 100 and its accumulator 150 via an emergency hydraulic line 164. Its main feature is that it can act as a pressure source in an emergency.

예컨대, 통상 엔진 구동시에는 터보차저를 이용하여 축압기(150) 내에 고압의 작동유를 축적하고 대기하다가, 불의의 사고나 고장 등으로 인해 엔진의 작동이 불가능하게 된 때에, 비상 유압 라인(164)을 상시 폐쇄하고 있던 비상 솔레노이드 밸브(162)를 구동하여 이 비상 유압 라인(164)을 개방함으로써 조이스틱(160)과 같은 조작 수단으로 작동유를 제공할 수 있게 된다.For example, during operation of the engine, the emergency hydraulic line 164 is stored when a high pressure hydraulic fluid is accumulated and stored in the accumulator 150 using a turbocharger, and the engine cannot be operated due to an unexpected accident or failure. By operating the emergency solenoid valve 162, which is normally closed, the emergency hydraulic line 164 is opened, so that the hydraulic oil can be provided by an operation means such as the joystick 160.

이처럼, 엔진 작동 불능과 같은 비상 상황하에서, 에너지 재생 시스템을 통해 축적된 고압의 작동유가 유압을 이용하여 구동되는 조이스틱으로 제공됨으로써, 조이스틱(160)은 엔진(20)이 멈춘 비상 상황에서도 임시로 각 메인제어밸브(30)를 구동하여 건설기계의 비상 구동을 제어할 수 있다.As such, under emergency situations such as engine inoperability, the high pressure hydraulic fluid accumulated through the energy regeneration system is provided to the joystick driven by the hydraulic pressure, so that the joystick 160 temporarily stops even in an emergency situation in which the engine 20 is stopped. The main control valve 30 may be driven to control emergency driving of the construction machine.

부연하면, 상술한 바와 같이 건설기계의 작동 중에, 불의의 사고나 의도하지 않은 비정상 동작 등으로 인해 엔진(20)이 꺼져 건설기계가 작동 불능이 되는 상태가 된다면, 엔진(20)의 멈춤으로 인해 펌프(10a, 10b, 10c)가 구동될 수 없어 작동유가 더 이상 토출되지 않게 되고, 이는 건설기계의 핵심인 유압 시스템이 중단되어 멈추는 결과로 나타나게 된다. 이때, 본 발명의 에너지 재생 시스템(100)을 통해 구성된 비상 구동원, 예컨대 축압기(150) 내에 고압으로 축적된 작동유가 이 유압 시스템의 압력원으로써 기능하게 됨으로써 임시로 건설기계를 비상 구동할 수 있도록 한다.In other words, if the engine 20 is turned off due to an unexpected accident or unintended abnormal operation or the like during the operation of the construction machine as described above, the construction machine becomes inoperable, due to the stop of the engine 20. Since the pumps 10a, 10b, and 10c cannot be driven, the hydraulic fluid is no longer discharged, which results in the stopping and stopping of the hydraulic system, which is the core of the construction machine. At this time, the operating oil accumulated in the high pressure in the emergency drive source, for example, the accumulator 150 configured through the energy regeneration system 100 of the present invention functions as a pressure source of the hydraulic system to temporarily drive the construction machine. do.

이를테면, 위와 같은 엔진(20)의 작동 불능시 유압 시스템을 통해 구동되고 있던 예컨대, 붐과 버켓 등의 작업기(도시되지 않음)가 작업중인 상태에서 그대로 멈추게 되는 상황이라면, 본 발명의 특징에 따라 축압기(150) 내에 저장되어 있던 고압의 작동유가 붐과 버켓 등의 구동을 제어하는 해당 메인제어밸브로 제공됨으로써 이들 작업기가 비상 구동할 수 있도록 한다.For example, if a situation in which a work machine (not shown), such as a boom and a bucket, which is being driven through a hydraulic system when the engine 20 is inoperable as described above is stopped as it is in operation, the shaft according to the characteristics of the present invention The high-pressure hydraulic fluid stored in the pressurizer 150 is provided to the corresponding main control valve for controlling the driving of the boom and the bucket so that these working machines can be emergency driven.

예컨대, 축압기(150) 내의 작동유는 비상 유압 라인(164)을 통해 조이스틱(160)과 같은 조작 수단으로 제공되고, 조작 수단은 이 작동유의 압력을 이용하여 해당 메인제어밸브(30)를 구동하여 대응하는 작업기(예컨대, 붐, 버켓 등)를 비상 구동할 수 있다.For example, the hydraulic oil in the accumulator 150 is provided to the operation means such as the joystick 160 through the emergency hydraulic line 164, and the operation means drives the corresponding main control valve 30 by using the pressure of the hydraulic oil. Corresponding work machines (eg, booms, buckets, etc.) can be emergency driven.

여기서, 작업기의 비상 구동이라 함은, 예를 들어 높은 위치에서 멈춘 작업기를 예컨대, 자중(自重)에 의해 지면으로 하강하도록, 해당 메인제어밸브(30)의 스풀을 구동하는 것을 포함할 수 있다. 즉, 작업기로 연결되는 작동유의 유동 방향을 임시로 절환함으로써, 자중에 의해 작업기가 지면으로 하강할 수 있도록 한다.Here, the emergency drive of the work machine may include driving the spool of the main control valve 30 so as to lower the work machine stopped at a high position to the ground, for example, by its own weight. That is, by temporarily switching the flow direction of the hydraulic oil connected to the work machine, the work machine can be lowered to the ground by its own weight.

한편, 전술한 실시예에서 비상 솔레노이드 밸브(162)는 단순히 엔진의 정지시에 구동되어 비상 유압 라인(164)을 개방하는 것으로 설명되어 있다. 그러나, 엔진이 정지한 경우일지라도, 비상 솔레노이드 밸브(162)의 구동 여부는 다음과 같이 선택적으로 제어되는 것이 바람직하다.On the other hand, in the above-described embodiment, the emergency solenoid valve 162 is described as being simply driven when the engine is stopped to open the emergency hydraulic line 164. However, even when the engine is stopped, it is preferable that the emergency solenoid valve 162 is selectively controlled as follows.

예컨대, 엔진이 정지한 상태에서, 작업기를 비상 구동하기 위해 조이스틱(160)과 같은 조작 수단이 조작된 때에 한하여 비상 솔레노이드 밸브(162)가 구동되어 비상 유압 라인(164)을 개방하도록 제어될 수 있다. 이를 위해서는 조이스틱(160)과 같은 조작 수단이 조작되었는지 여부를 검출할 수 있는 센서(도시되지 않음)와 이 센서의 검출 값에 따라 비상 솔레노이드 밸브(162)의 구동을 제어할 수 있는 추가의 제어 수단(도시되지 않음)을 더 포함하는 것을 필요로 한다.For example, when the engine is stopped, the emergency solenoid valve 162 may be driven to open the emergency hydraulic line 164 only when an operation means such as the joystick 160 is operated to emergencyly operate the work machine. . To this end, a sensor (not shown) capable of detecting whether an operation means such as the joystick 160 has been operated, and additional control means capable of controlling the driving of the emergency solenoid valve 162 according to the detected value of the sensor It is necessary to further include (not shown).

예를 들어, 조이스틱에 연결되는 유압 배관에서 누설, 파손 등과 같이 문제가 발생한 경우라면, 비상 구동을 위해 비상 솔레노이드 밸브(162)를 상시 개방할 때, 축압기(150) 내에 축적된 작동유가 손상된 유압 배관을 통해 모두 빠져나가게 되어, 비상 구동 지원을 위한 본연의 목적을 달성하지 못하게 되는 문제가 발생할 수 있으며, 이에 비상 솔레노이드 밸브(162)의 구동 여부를 조이스틱(160)의 조작 여부에 연동하는 것이 바람직한 방법이 될 수 있다.For example, when a problem such as leakage or breakage occurs in the hydraulic pipe connected to the joystick, when the emergency solenoid valve 162 is normally opened for emergency operation, the hydraulic fluid accumulated in the accumulator 150 is damaged. All of the pipes may be escaped, which may cause a problem of failing to achieve the original purpose for supporting the emergency driving. Therefore, it is preferable to interlock whether the emergency solenoid valve 162 is driven with the operation of the joystick 160. It can be a way.

또한, 예컨대, 조이스틱에 연결된 유압 배관에 아무런 문제가 발생하지 않는 정상적인 경우에도, 비상 솔레노이드 밸브(162)가 상시 개방된다면, 시간이 경과함에 따라 자연적인 누수에 의해 축압기(150) 내에 축적된 작동유가 줄어들어, 정작 비상 구동을 필요로 할 때 필요로 하는 작동유 압력을 제공하지 못할 수 있으며, 역시 비상 솔레노이드 밸브(162)의 구동 여부를 위와 같은 추가 구성(조이스틱 센서 및 밸브 제어 수단)을 통해 조이스틱(160)의 조작 여부에 연동하는 것이 바람직하다.Also, for example, even when the emergency solenoid valve 162 is normally open even in a normal case where no problem occurs in the hydraulic pipe connected to the joystick, the hydraulic fluid accumulated in the accumulator 150 by natural leakage over time. Is reduced, it may not be able to provide the required hydraulic oil pressure when emergency driving is required, and also the joystick (through the joystick sensor and valve control means) through the above additional configuration (joystick sensor and valve control means) whether or not the emergency solenoid valve 162 is driven. It is preferable to link with the operation of the 160.

이상에서 기술한 바와 같이, 본 발명은 터보차저를 포함하는 엔진에서 배출되는 배기가스의 에너지를 동력 인출 장치(PTO)와, 유압 펌프 및 축압기 등의 요소를 조합하여 축압기 내에 고압의 작동유를 저장하도록 함으로써, 버려지는 에너지를 별도의 유압 구동원으로써 재생하는 에너지 재생 시스템과, 이를 포함하는 건설기계에 관한 것이며, 이에 배기가스를 통해 버려지는 에너지의 일부를 재생하여 활용할 수 있다.As described above, the present invention combines the energy of the exhaust gas discharged from the engine including the turbocharger with a power take-off device (PTO), a hydraulic pump and an accumulator to combine high pressure hydraulic fluid in the accumulator. By storing, the energy recovery system for regenerating the waste energy as a separate hydraulic drive source, and a construction machine including the same, it can be used to recycle a portion of the energy is discarded through the exhaust gas.

특히, 재생되는 에너지가 별도의 유압 구동원으로써 마련되기 때문에, 엔진 작동 불능과 같은 상황에서, 엔진의 정지로 인해 중단되는 기존 유압 시스템을 대신하여 본 발명의 유압 구동원(압축기)이 건설기계의 비상 구동(자중에 의한 작업기 하강 등)에 대한 에너지원으로써 활용될 수 있다.In particular, since the regenerated energy is provided as a separate hydraulic drive source, the hydraulic drive source (compressor) of the present invention is an emergency drive of the construction machine in place of an existing hydraulic system stopped due to engine stoppage in a situation such as engine inoperability. It can be used as an energy source for self-loading work machines.

또한, 엔진 작동 불능시에, 비상 솔레노이드 밸브의 개방 여부를 조이스틱의 조작 여부에 연동시킴으로써, 불필요한 작동유의 손실을 방지할 수 있다.In addition, when the engine is inoperable, unnecessary opening of the emergency solenoid valve can be linked to operation of the joystick, thereby preventing unnecessary loss of hydraulic fluid.

또한, 본 발명의 건설기계는 이러한 에너지 재생 시스템을 포함하기 때문에, 엔진이 멈추는 등의 상황 발생시, 엔진 작동 불능으로 인해 유압 펌프로부터 작동유의 토출이 중단되더라도, 이 압축기 내에 축적된 고압의 작동유를 조이스틱을 이용한 파일럿 압력으로 이용할 수 있게 되어, 비상 구동 조작과 같은 작업을 수행할 수 있다.In addition, since the construction machine of the present invention includes such an energy regeneration system, when a situation such as an engine stops, the discharge of hydraulic oil from the hydraulic pump is stopped due to engine inoperability, the joystick is stored in the high pressure hydraulic fluid accumulated in the compressor. It can be used as a pilot pressure using, it is possible to perform operations such as emergency drive operation.

10a, 10b, 10c: 유압 펌프 12a, 12b: 조정기
20, 110: 엔진 30: 메인제어밸브(MCV)
40a, 40b: 유압 라인 50, 160: 조이스틱
52: 파일럿 유압 라인 100: 에너지 재생 시스템
112: 흡기구 114: 배기구
116: 인터쿨러 120: 터보차저
130: 동력 인출 장치(PTO) 132: 클러치
140: 유압 펌프 142: 탱크
146: 체크밸브 150: 압축기(ACC)
152: 압력 센서 162: 비상 솔레노이드 밸브
164: 비상 유압 라인 200: 건설기계10a, 10b, 10c: hydraulic pump 12a, 12b: regulator
20, 110: engine 30: main control valve (MCV)
40a, 40b: hydraulic lines 50, 160: joystick
52: pilot hydraulic line 100: energy regeneration system
112: intake port 114: exhaust port
116: intercooler 120: turbocharger
130: power take-off (PTO) 132: clutch
140: hydraulic pump 142: tank
146: check valve 150: compressor (ACC)
152: pressure sensor 162: emergency solenoid valve
164: emergency hydraulic line 200: construction machinery

Claims (4)

터보차저(120)가 구비된 엔진(110);
상기 터보차저(120)에 연결되어 상기 터보차저의 회전력을 인출하는 동력 인출 장치(PTO)(130);
상기 동력 인출 장치(130)에 의해 구동되는 유압 펌프(140);
상기 유압 펌프(140)로부터 토출되는 작동유를 고압으로 축적하는 축압기(150); 및
상기 유압 펌프(140)와 축압기(150) 사이의 유압 라인 상에 배치되어 작동유의 역류를 방지하는 체크밸브(146);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 터보차저를 이용한 에너지 재생 시스템(100).An engine 110 provided with a turbocharger 120;
A power take-off device (PTO) 130 connected to the turbocharger 120 to withdraw the rotational force of the turbocharger;
A hydraulic pump 140 driven by the power take-off device 130;
An accumulator 150 for accumulating the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 140 at a high pressure; And
A check valve 146 disposed on a hydraulic line between the hydraulic pump 140 and the accumulator 150 to prevent a back flow of the working oil;
Energy regeneration system using a turbocharger, characterized in that it comprises a. 제 1 항에 있어서,
상기 동력 인출 장치(130)와 유압 펌프(140) 사이에 배치되는 클러치(132); 및
상기 축압기(150) 내 압력을 측정하기 위한 압력 센서(152);
를 더 포함하고, 상기 압력 센서(152)의 측정값이 소정값에 도달할 때 상기 클러치(132)가 작동되어 상기 유압 펌프(140)의 구동이 중단되는 것을 특징으로 하는 터보차저를 이용한 에너지 재생 시스템.The method of claim 1,
A clutch 132 disposed between the power take-off device 130 and the hydraulic pump 140; And
A pressure sensor 152 for measuring pressure in the accumulator 150;
Further comprising, when the measured value of the pressure sensor 152 reaches a predetermined value, the clutch 132 is activated to stop the driving of the hydraulic pump 140, the energy regeneration using the turbocharger system. 제 1 항에 따른 에너지 재생 시스템(100)을 포함하는 건설기계(200)로서,
상기 엔진(110)에 의해 구동되는 메인 유압 펌프(10a, 10b);
상기 메인 유압 펌프(10a, 10b)로부터 토출되는 작동유의 유동 방향을 제어하는 다수의 메인제어밸브(MCV)(30);
상기 작동유의 압력에 의해 구동되는 다수의 작업기; 및
상기 다수의 메인제어밸브(30)를 구동하기 위한 압력을 제공하는 조작 수단;을 포함하고,
상기 엔진(110)의 작동 불능시 고압의 작동유가 축적된 상기 축압기(150)가 비상 구동원으로써 이용되는 것을 특징으로 하는 에너지 재생 시스템을 포함하는 건설기계.As a construction machine 200 comprising an energy recovery system 100 according to claim 1,
Main hydraulic pumps (10a, 10b) driven by the engine (110);
A plurality of main control valves (MCVs) 30 for controlling the flow direction of the hydraulic oil discharged from the main hydraulic pumps 10a and 10b;
A plurality of work machines driven by the pressure of the hydraulic oil; And
Operation means for providing a pressure for driving the plurality of main control valves 30;
Construction machine comprising an energy regeneration system, characterized in that the accumulator (150) in which the high-pressure hydraulic fluid accumulated when the engine 110 is inoperable is used as an emergency drive source. 제 3 항에 있어서, 상기 조작 수단은 조이스틱(160)을 포함하고,
상기 축압기(150)와 상기 조이스틱(160)을 연결하는 비상 유압 라인(164)과, 상기 비상 유압 라인(164) 상에 배치되는 비상 솔레노이드 밸브(162)를 더 포함하며,
상기 엔진의 작동 불능시 상기 비상 솔레노이드 밸브(162)가 구동되어 상기 비상 유압 라인(164)이 개방됨으로써 상기 축압기(150)가 상기 조이스틱(160)에 대한 압력원이 되는 것을 특징으로 하는 에너지 재생 수단을 포함하는 건설기계.The method of claim 3, wherein the operation means comprises a joystick (160),
It further includes an emergency hydraulic line 164 connecting the accumulator 150 and the joystick 160, and an emergency solenoid valve 162 disposed on the emergency hydraulic line 164,
When the engine is inoperable, the emergency solenoid valve 162 is driven to open the emergency hydraulic line 164 so that the accumulator 150 becomes a pressure source for the joystick 160. Construction machinery comprising means.
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