KR20140093931A - 건설기계의 연비절감용 제어 장치 - Google Patents

건설기계의 연비절감용 제어 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 건설기계의 연비절감용 제어 장치에 관한 것으로, 연비 절감 모드 스위치를 설치하고 그를 통해 연비 절감 모드가 선택이 되면 엔진 및 펌프 입력 토크를 펌프의 최종 출력 마력이 동등한 수준에서 효율이 좋은 구간으로 설정하도록 하여 동등한 작업량 대비 연비 절감효과를 얻도록 한다.

Description

건설기계의 연비절감용 제어 장치{CONTROLLING DEVICE USED TO SAVE FUEL FOR CONSTRUCTION MACHINERY}
본 발명은 건설기계의 연비절감용 제어 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연비 절감 모드 스위치를 설치하고 그를 통해 연비 절감 모드가 선택이 되면 엔진 및 펌프 입력 토크를 펌프의 최종 출력 마력이 동등한 수준에서 효율이 좋은 구간으로 설정하도록 하여 동등한 작업량 대비 연비 절감효과를 얻도록 하는, 건설기계의 연비절감용 제어 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 엔진 속도 및 유압펌프의 최대입력 토크를 설정함에 있어, 작업량이 우선이 되는 작업에서는 동등한 출력 마력 기준으로 엔진 속도를 높이고 펌프 입력 토크를 낮춰, 저부하 작업시에도 엔진 속도에 의한 펌프 토출 유량을 충분히 얻을 수 있다.
그러나, 고부하 작업시에 작업량은 해당 설정 마력으로 제한이 되는데, 이 때 엔진 속도가 상대적으로 높은 구간에서 동작하고 펌프 입력 토크가 상대적으로 낮은 구간에서 작동하도록 엔진을 구동하게 되면, 동등한 출력 마력에 대한 엔진의 연료소모량이 상대적으로 많아지는 문제점이 발생된다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 개발된 것으로, 작업자가 연료절감 운전을 요구할 시에, 동등한 펌프 출력 마력 기준으로 구동 속도를 낮추고 펌프 최대 입력 토크 설정을 높여 엔진의 연료 효율이 좋은 구간에서 엔진이 작동되도록 하여 동등한 작업량 기준으로 연료 소모량을 낮출 수 있도록 하는, 건설기계의 연비절감용 제어 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 건설기계의 연비절감용 제어 장치는,
엔진 및 엔진에 연결되어 구동되는 가변 용적식 유압펌프를 가지는 건설기계의 제어 장치에 있어서, 상기 엔진의 속도 및 상기 유압펌프의 최대 입력 토크에 대한 복수의 설정 단계 중 사용자 키 조작에 따라 어느 하나의 설정 단계를 지시하는 모드 선택 스위치, 사용자 키 조작에 따라 연비 절감 모드를 선택하는 연비절감모드 선택 스위치, 상기 복수의 설정 단계별로, 연비 절감 모드 비선택시 기준이 되는 엔진 속도 및 유압펌프의 최대 입력 토크 값으로 된 제1 데이터를 저장하는 제1 데이터 저장수단, 상기 제1 데이터의 엔진 속도보다 더 낮은 값의 엔진 속도 설정치와 상기 제1 데이터의 유압펌프의 최대 입력 토크 값보다 더 높은 값의 유압펌프 최대 입력 토크 값으로 된 제2 데이터를 저장하는 제2 데이터 저장수단 및, 상기 연비절감모드 선택 스위치에 의한 연비 절감 모드 선택시, 엔진 속도 및 유압 펌프의 최대 입력 토크 값 각각은 상기 모드 선택 스위치가 지시하는 설정 단계의 제2 데이터를 기준으로 상기 엔진 및 유압펌프를 제어하고, 상기 연비절감모드 선택 스위치에 의한 연비 절감 모드 비선택시에는 상기 모드 선택 스위치가 지시하는 설정 단계의 제1 데이터를 기준으로 상기 엔진 및 유압 펌프를 제어하는 연비절감용 제어기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 연비절감용 제어기는 상기 연비절감모드 선택 스위치로부터 연비 절감 모드 선택 신호가 입력된 경우, 엔진 속도 및 유압 펌프의 최대 입력 토크 값 각각은 상기 모드 선택 스위치가 지시하는 설정 단계의 제2 데이터를 기준으로 상기 엔진 및 유압펌프를 제어하는 제1 제어수단 및, 상기 연비절감모드 선택 스위치로부터 연비 절감 모드 비선택 신호가 입력된 경우, 엔진 속도 및 유압 펌프의 최대 입력 토크 값은 상기 모드 선택 스위치가 지시하는 설정 단계의 제1 데이터를 기준으로 상기 엔진 및 유압 펌프를 제어하는 제2 제어수단을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 연비 절감 모드 선택시 엔진 및 펌프 입력 토크를 펌프의 최종 출력 마력이 동등한 수준에서 효율이 좋은 구간으로 설정하도록 하여 동등한 작업량 대비 연비 절감효과를 얻을 수 있다.
즉, 작업자가 연료절감 운전을 요구할 시에, 동등한 펌프 출력 마력 기준으로 구동 속도를 낮추고 펌프 최대 입력 토크 설정을 높여 엔진의 연료 효율이 좋은 구간에서 엔진이 작동되도록 하여 동등한 작업량 기준으로 연료 소모량을 낮출 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 건설기계의 연비절감용 제어 장치를 도시한 블록구성도
도 2는 본 발명에 따른 가변용량식 유압펌프의 최대 토크 제한 선도를 도시한 도면
도 3은 본 발명에 따른 엔진 작동점 및 연료효율 비교 선도를 도시한 도면
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
101 : 모드 선택 스위치 102 : 연비절감모드 선택 스위치
103 : 연비절감용 제어기
발명의 실시를 위한 최선의 형태
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.
다만, 이하에서 설명되는 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 쉽게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로 인해 본 발명의 보호범위가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명에 따른 건설기계의 연비절감용 제어 장치를 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명은 크게, 모드 선택 스위치(101), 연비절감모드 선택 스위치(102), 제1 데이터 저장수단(미도시), 제2 데이터 저장수단(미도시), 연비절감용 제어기(103)를 포함하여 이루어진 구조로 된 것이다.
즉, 엔진 및 엔진에 연결되어 구동되는 가변 용적식 유압펌프를 가지는 건설기계의 제어 장치에 있어서, 상기 엔진의 속도 및 상기 유압펌프의 최대 입력 토크에 대한 복수의 설정 단계 중 사용자 키 조작에 따라 어느 하나의 설정 단계를 지시하는 모드 선택 스위치(101), 사용자 키 조작에 따라 연비 절감 모드를 선택하는 연비절감모드 선택 스위치(102), 상기 복수의 설정 단계별로, 연비 절감 모드 비선택시 기준이 되는 엔진 속도 및 유압펌프의 최대 입력 토크 값으로 된 제1 데이터를 저장하는 제1 데이터 저장수단(미도시), 상기 제1 데이터의 엔진 속도보다 더 낮은 값의 엔진 속도 설정치와 상기 제1 데이터의 유압펌프의 최대 입력 토크 값보다 더 높은 값의 유압펌프 최대 입력 토크 값으로 된 제2 데이터를 저장하는 제2 데이터 저장수단(미도시) 및, 상기 연비절감모드 선택 스위치에 의한 연비 절감 모드 선택시, 엔진 속도 및 유압 펌프의 최대 입력 토크 값 각각은 상기 모드 선택 스위치가 지시하는 설정 단계의 제2 데이터를 기준으로 상기 엔진 및 유압펌프를 제어하고, 상기 연비절감모드 선택 스위치에 의한 연비 절감 모드 비선택시에는 상기 모드 선택 스위치가 지시하는 설정 단계의 제1 데이터를 기준으로 상기 엔진 및 유압 펌프를 제어하는 연비절감용 제어기(103)를 포함하여 이루어지는 구조이다.
여기서, 상기 모드 선택 스위치(101)는 작업자가 작업의 종류에 따라 적절한 작업 모드를 선택할 수 있도록, 엔진의 속도 및 유압펌프의 최대 입력 토크에 대한 복수의 설정 단계 중 사용자 키 조작에 따라 어느 하나의 설정 단계를 선택하여 연비절감용 제어기로 지시하는 것이다. 상기 복수의 설정 단계별로, 연비 절감 모드 비선택시 기준이 되는 엔진 속도 및 유압펌프의 최대 입력 토크 값으로 된 제1 데이터와 연비 절감 모드 선택시 기준이 되는 엔진 속도 및 유압펌프의 최대 입력 토크 값으로 된 제2 데이터가 설정 구비된다. 예를 들어 1 단계에서는 제1 데이터의 엔진 회전수가 1800, 토크 값이 100으로, 1 단계의 제2 데이터에서는 엔진 회전수가 1700, 토크 값이 105로 설정 구비되고, 2 단계에서는 제1 데이터의 엔진 회전수가 1700, 토크 값이 95로, 제2 단계의 제2 데이터에서는 엔진 회전수가 1600, 토크 값이 100으로 설정되는 방식으로 구비될 수 있다.
연비절감모드 선택 스위치(102)는 사용자 키 조작에 따라 연비 절감 모드를 선택하는 것으로, 사용자 키 조작에 따라 연비 절감 모드가 선택된 경우 연비 절감 모드 선택 신호를 연비절감용 제어기로 입력하고, 연비 절감 모드가 비선택된 경우 연비 절감 모드 비선택 신호를 연비절감용 제어기로 입력한다. 이러한 방식을 통해 연비 절감 모드에 대한 사용자 선택 여부를 연비절감용 제어기로 알려주게 된다.
제1 데이터 저장수단(미도시)은 상기 복수의 설정 단계별로, 연비 절감 모드 비선택시 기준이 되는 엔진 속도 및 유압펌프의 최대 입력 토크 값으로 된 제1 데이터를 저장하는 것이다.
제2 데이터 저장수단(미도시)은 연비 절감을 위해, 상기 제1 데이터의 엔진 속도보다 더 낮은 값의 엔진 속도 설정치와 상기 제1 데이터의 유압펌프의 최대 입력 토크 값보다 더 높은 값의 유압펌프 최대 입력 토크 값으로 된 제2 데이터를 저장하는 것이다. 예를 들어 1 단계에서는 제1 데이터의 엔진 회전수가 1800, 토크 값이 100으로, 1 단계의 제2 데이터에서는 엔진 회전수가 1700, 토크 값이 105로 설정되고, 2 단계에서는 제1 데이터의 엔진 회전수가 1700, 토크 값이 95로, 제2 단계의 제2 데이터에서는 엔진 회전수가 1600, 토크 값이 100으로 설정될 수 있다.
연비절감용 제어기(103)는 연비절감모드 선택 스위치(102)에 의한 연비 절감 모드 선택시, 엔진 속도 및 유압 펌프의 최대 입력 토크 값 각각은 상기 모드 선택 스위치(101)가 지시하는 설정 단계의 제2 데이터를 기준으로 상기 엔진 및 유압펌프를 제어하고, 상기 연비절감모드 선택 스위치(102)에 의한 연비 절감 모드 비선택시에는 상기 모드 선택 스위치(101)가 지시하는 설정 단계의 제1 데이터를 기준으로 상기 엔진 및 유압 펌프를 제어하는 것이다. 구체적인 구조는, 연비절감모드 선택 스위치(102)로부터 연비 절감 모드 선택 신호가 입력된 경우, 엔진 속도 및 유압 펌프의 최대 입력 토크 값 각각은 상기 모드 선택 스위치(101)가 지시하는 설정 단계의 제2 데이터를 기준으로 상기 엔진 및 유압펌프를 제어하는 제1 제어수단 및, 상기 연비절감모드 선택 스위치(102)로부터 연비 절감 모드 비선택 신호가 입력된 경우엔, 엔진 속도 및 유압 펌프의 최대 입력 토크 값은 상기 모드 선택 스위치(101)가 지시하는 설정 단계의 제1 데이터를 기준으로 상기 엔진 및 유압 펌프를 제어하는 제2 제어수단을 포함하여 구성될 수 있다.
발명의 실시를 위한 형태
이하, 도 1의 본 발명에 따른 건설기계의 연비절감용 제어 장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명은 모드 선택 스위치(101)를 통해 작업자가 작업의 종류에 따라 적절한 작업 모드를 선택할 수 있도록, 엔진의 속도 및 유압펌프의 최대 입력 토크에 대한 복수의 설정 단계 중 사용자 키 조작에 따라 어느 하나의 설정 단계를 선택하여 연비절감용 제어기(103)로 지시한다.
다음, 연비절감용 제어기(103)는 연비절감모드 선택 스위치(102)에 의한 연비 절감 모드 선택시, 엔진 속도 및 유압 펌프의 최대 입력 토크 값 각각은 상기 모드 선택 스위치(101)가 지시하는 설정 단계의 제2 데이터를 기준으로 상기 엔진 및 유압펌프를 제어한다.
그리고, 상기 연비절감모드 선택 스위치(102)에 의한 연비 절감 모드 비선택시에는 상기 모드 선택 스위치(101)가 지시하는 설정 단계의 제1 데이터를 기준으로 상기 엔진 및 유압 펌프를 제어한다.
즉, 연비절감모드 선택 스위치(102)로부터 연비 절감 모드 선택 신호가 입력된 경우엔, 엔진 속도 및 유압 펌프의 최대 입력 토크 값 각각은 상기 모드 선택 스위치(101)가 지시하는 설정 단계의 제2 데이터를 기준으로 상기 엔진 및 유압펌프를 제어한다.
그리고, 상기 연비절감모드 선택 스위치(102)로부터 연비 절감 모드 비선택 신호가 입력된 경우엔, 엔진 속도 및 유압 펌프의 최대 입력 토크 값은 상기 모드 선택 스위치(101)가 지시하는 설정 단계의 제1 데이터를 기준으로 상기 엔진 및 유압 펌프를 제어한다.
상기 연비절감모드 선택 스위치(102)는 사용자 키 조작에 따라 연비 절감 모드를 선택하는 것으로, 사용자 키 조작에 따라 연비 절감 모드가 선택된 경우 연비 절감 모드 선택 신호를 연비절감용 제어기(103)로 입력하고, 연비 절감 모드가 비선택된 경우 연비 절감 모드 비선택 신호를 연비절감용 제어기(103)로 입력한다.
이러한 방식을 통해 연비 절감 모드에 대한 사용자 선택 여부를 연비절감용 제어기로 알려주게 된다.
상기 제1 데이터는 상기 복수의 설정 단계별로, 연비 절감 모드 비선택시 기준이 되는 엔진 속도 및 유압펌프의 최대 입력 토크 값으로 된 것이다.
그리고, 상기 제2 데이터는 연비 절감을 위해, 상기 제1 데이터의 엔진 속도보다 더 낮은 값의 엔진 속도 설정치와 상기 제1 데이터의 유압펌프의 최대 입력 토크 값보다 더 높은 값의 유압펌프 최대 입력 토크 값으로 된 것이다.
예를 들어, 1 단계에서는 제1 데이터의 엔진 회전수가 1800, 토크 값이 100으로, 1 단계의 제2 데이터에서는 엔진 회전수가 1700, 토크 값이 105로 설정되고, 2 단계에서는 제1 데이터의 엔진 회전수가 1700, 토크 값이 95로, 제2 단계의 제2 데이터에서는 엔진 회전수가 1600, 토크 값이 100으로 설정될 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 연비절감모드 선택 스위치에 의한 연비 절감 모드 비선택시에는 상기 모드 선택 스위치가 지시하는 설정 단계의 제1 데이터를 기준으로 상기 엔진 및 유압 펌프를 제어하고, 연비절감모드 선택 스위치에 의한 연비 절감 모드 선택시 엔진 속도 및 유압 펌프의 최대 입력 토크 값 각각은 상기 모드 선택 스위치가 지시하는 설정 단계의 제2 데이터(즉, 상기 제1 데이터의 엔진 속도보다 더 낮은 값의 엔진 속도 설정치와 상기 제1 데이터의 유압펌프의 최대 입력 토크 값보다 더 높은 값의 유압펌프 최대 입력 토크 값으로 된 것)를 기준으로 상기 엔진 및 유압펌프를 제어함으로써, 작업자가 연료절감 운전을 요구할 시에, 동등한 펌프 출력 마력 기준으로 구동 속도를 낮추고 펌프 최대 입력 토크 설정을 높여 엔진의 연료 효율이 좋은 구간에서 엔진이 작동되도록 하여 동등한 작업량 기준으로 연료 소모량을 낮출 수 있게 된다.
도 2는 본 발명에 따른 가변용량식 유압펌프의 최대 토크 제한 선도를 도시한 도면이다.
메인 컨트롤 밸브의 개폐에 따라 작업장치로 압유를 공급하는 가변 용적식 펌프의 토출 용적율은 메인 컨트롤 밸브의 조작량에 따라 비례적으로 토출 용적율이 증가하도록 제어된다. 작업장치의 부하에 따라, 작업장치에 설치된 유압 실린더를 구동시키는 펌프의 압력이 일정치 이하에서는 컨트롤 밸브를 최대로 조작할 때 작업 장치의 속도는 최대가 되며 이것은 펌프의 구동 속도에 비례하게 된다.
건설기계의 펌프를 구동하는 엔진의 최대 출력 사양이 제한되어 있으므로, 펌프의 최대 구동 토크는 엔진의 최대 토크 이하로 제한된다. 또한 작업자의 작업 상황에 따라 작업 속도를 조절할 수 있도록 엔진 속도와 펌프 입력 토크를 설정할 수 있는 엔진 제어 모드 선택 수단을 제공하여 작업속도를 조절하고 그에 따르는 연비 절감효과를 얻을 수 있도록 하고 있다. 이때 저부하 작업시에는 각 모드에 따라 엔진 회전수가 높을수록 펌프 최대 유량이 높아지므로 작업속도가 상대적으로 빠르고, 고부하 작업시에는 엔진 회전수와 펌프 최대 입력 토크의 곱이 높을수록 작업속도가 상대적으로 빠르게 된다. 여기서 통상 작업량과 연료소모량을 모드에 따라 일정량 차등을 주기 위하여 출력을 비례적으로 제한하며 엔진속도와 펌프 입력토크를 단계적으로 각각 차등을 두어 설정한다.
이에 따라 펌프는 일정치 이하의 입력 토크를 제한하는 제어수단에 의해 제어되며, 그 특성의 일 예는 도 2와 같다. 경부하 작업(압력 값이 A이하)에서 컨트롤 밸브의 최대 조작시에는 엔진의 속도와 펌프의 최대 토출 용적율에 비례하는 유량으로 펌프 유량이 토출되나, 고부하 작업시에는 작업장치에 작용하는 압력이 증가함에 따라 펌프의 최대 토출 유량은 도 2와 같이 점점 감소하여 작업장치의 속도가 줄어든다.
도 3은 본 발명에 따른 엔진 작동점 및 연료효율 비교 선도를 도시한 도면이다.
만약, 도 3에서 일정치의 출력으로 제한하기 위하여 펌프의 최대 구동 토크를 점 1로 설정하여 구동하는 경우, 고부하 작업시에는 엔진의 연료 효율이 41%로 작동하게 된다. 동일한 출력 설정 기준으로 엔진 속도를 소정치로 낮추고 동등한 마력이 출력될 수 있도록 펌프 최대 입력 토크를 높여 점 2로 구동하는 경우엔, 엔진의 연료 효율이 43%로 작동하여, 동일한 작업량 기준으로 점 1의 설정보다 약 4.7% 연료 효율 향상을 기대할 수 있다. 즉, 저부하에서는 엔진 속도를 낮춘 만큼의 작업 속도 저하는 예상되지만 유압펌프의 토크 제한을 받게 되는 압력 이상으로 작동하는 고부하에서는 동등한 작업량 대비 연료소모량이 줄어들어 연료효율이 향상되는 것이다.
본 발명은 건설기계의 연비절감용 제어 장치에 사용가능한 것으로, 더욱 상세하게는 연비 절감 모드 스위치를 설치하고 그를 통해 연비 절감 모드가 선택이 되면 엔진 및 펌프 입력 토크를 펌프의 최종 출력 마력이 동등한 수준에서 효율이 좋은 구간으로 설정하도록 하여 동등한 작업량 대비 연비 절감효과를 얻도록 하는, 건설기계의 연비절감용 제어 장치에 사용가능하다.

Claims (2)

  1. 엔진 및 엔진에 연결되어 구동되는 가변 용적식 유압펌프를 가지는 건설기계의 연비절감용 제어 장치에 있어서,
    상기 엔진의 속도 및 상기 유압펌프의 최대 입력 토크에 대한 복수의 설정 단계 중 사용자 키 조작에 따라 어느 하나의 설정 단계를 지시하는 모드 선택 스위치;
    사용자 키 조작에 따라 연비 절감 모드를 선택하는 연비절감모드 선택 스위치;
    상기 복수의 설정 단계별로, 연비 절감 모드 비선택시 기준이 되는 엔진 속도 및 유압펌프의 최대 입력 토크 값으로 된 제1 데이터를 저장하는 제1 데이터 저장수단;
    상기 제1 데이터의 엔진 속도보다 더 낮은 값의 엔진 속도 설정치와 상기 제1 데이터의 유압펌프의 최대 입력 토크 값보다 더 높은 값의 유압펌프 최대 입력 토크 값으로 된 제2 데이터를 저장하는 제2 데이터 저장수단; 및
    상기 연비절감모드 선택 스위치에 의한 연비 절감 모드 선택시, 엔진 속도 및 유압 펌프의 최대 입력 토크 값 각각은 상기 모드 선택 스위치가 지시하는 설정 단계의 제2 데이터를 기준으로 상기 엔진 및 유압펌프를 제어하고, 상기 연비절감모드 선택 스위치에 의한 연비 절감 모드 비선택시에는 상기 모드 선택 스위치가 지시하는 설정 단계의 제1 데이터를 기준으로 상기 엔진 및 유압 펌프를 제어하는 연비절감용 제어기를 포함하여 이루어지는 건설기계의 연비절감용 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 연비절감용 제어기는
    상기 연비절감모드 선택 스위치로부터 연비 절감 모드 선택 신호가 입력된 경우, 엔진 속도 및 유압 펌프의 최대 입력 토크 값 각각은 상기 모드 선택 스위치가 지시하는 설정 단계의 제2 데이터를 기준으로 상기 엔진 및 유압펌프를 제어하는 제1 제어수단; 및
    상기 연비절감모드 선택 스위치로부터 연비 절감 모드 비선택 신호가 입력된 경우, 엔진 속도 및 유압 펌프의 최대 입력 토크 값은 상기 모드 선택 스위치가 지시하는 설정 단계의 제1 데이터를 기준으로 상기 엔진 및 유압 펌프를 제어하는 제2 제어수단을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 건설기계의 연비절감용 제어 장치.
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