KR20230167711A - 건설기계용 기생부하 저감형 에너지 변환 시스템 - Google Patents

건설기계용 기생부하 저감형 에너지 변환 시스템 Download PDF

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KR20230167711A
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Abstract

본 발명은 건설기계용 기생부하 저감형 에너지 변환 시스템에 관한 것으로, 건설기계의 회수 에너지가 발생되지 않는 상태에서 엔진에 발생되는 기생부하(Parasitic Load)를 저감시킬 수 있는 건설기계용 기생부하 저감형 에너지 변환 시스템에 관한 것이다.
이러한 본 발명에 따르면, 엔진에서 발생되는 기생부하를 저감시킬 수 있으며, 엔진의 에너지 손실을 방지하고, 무부하 시 엔진의 공동(Cavitation) 현상을 방지할 수 있으며, 또한, 기존의 건설기계에 쉽게 설치되거나, 해제될 수 있는 장점이 있다.

Description

건설기계용 기생부하 저감형 에너지 변환 시스템{PARASITIC LOAD REDUCTION TYPE ENERGY CONVERSION SYSTEM FOR CONSTRUCTION MACHINERY}
본 발명은 건설기계용 기생부하 저감형 에너지 변환 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 건설기계의 회수 에너지가 발생되지 않은 상태에서 엔진에 기생부하의 발생을 저감시킬 수 있는 건설기계용 기생부하 저감형 에너지 변환 시스템에 관한 것이다.
포크레인 내지 굴착기는 일반적으로 땅을 파거나 깎을 때 사용되는 건설기계로서, 건설 현장 및 다양한 산업 현장에서 널리 쓰이고 있다. 이러한 포크레인은 끝단이 곡선의 궤적을 따라서 이동될 수 있는 붐을 포함하고, 붐의 끝단에는 버킷을 포함하는 다양한 툴이 장착될 수 있다.
붐에는 유압실린더가 연결되고, 유압실린더는 승강 작동하면서 붐을 구동시킨다. 유압실린더는 유압계통의 오일 유동을 통해서 승강 작동된다. 포크레인은 엔진 등의 동력 수단을 포함한다. 엔진은 유압계통에서 오일 유동의 유동력을 제공하고, 동시에 포크레인의 이동을 위한 동력을 제공할 수 있다.
일반적으로, 포크레인은 그 중량이 매우 크기 때문에 이동에 따른 연료 소모가 매우 크다. 또한, 붐의 자중 또한 무겁기 때문에 붐을 구동시키기 위해서도 많은 연료가 소모된다.
최근 친환경 이슈가 대두되면서, 포크레인 등의 건설기계 분야에도 연비를 향상시키기 위한 다양한 기술 개발 및 연구가 이루어지고 있다. 예를 들어, 포크레인의 붐이 붐다운하는 경우, 붐의 포텐셜 에너지(Potential Energy)를 회수한 뒤, 이를 일시적으로 저장하여, 포크레인의 이동이나 붐의 구동을 보조하는 기술 등이 제안된 바 있다.
그러나, 이러한 종래의 기술에는 붐의 작업 동작이나, 작업 속도 등에 큰 제약을 가하여 작업능률을 저하시키는 문제가 있었고, 또한, 기존의 다양한 포크레인에 설치되기가 매우 어렵다는 문제가 있었다.
한편, 각종 건설기계에 설치되는 에너지 회수 시스템은 기계식 에너지 변환부를 통해 붐의 붐다운 시 발생되는 붐 에너지를 회수한다. 여기서, 기계식 에너지 변환부는 실린더를 통한 붐 에너지의 회수가 없을 경우, 엔진에 기생부하(Parasitic Load)가 발생될 수 있다. 이로 인해, 건설기계에 붐 에너지의 회수가 없는 상태에서도 기생부하에 의한 에너지 손실이 지속적으로 발생되는 문제가 있었다.
상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 에너지 회수 시스템에 고정형 유압모터를 사용하여 기생부하에 의한 엔진의 에너지 손실을 최소화하였으나, 이 또한 에너지 손실이 상당하다는 문제가 있었다.
또한, 회로를 이용하여 무부하 시 공동(Cavitation) 현상을 방지하였으나, 이 또한 효과적이지 않다는 문제가 있었다.
대한민국 공개특허 제10-0165839호
상기한 바와 같은 기술적 배경을 바탕으로, 본 발명은 붐다운 시 발생되는 에너지를 회수하여 활용하는 건설기계에 있어서, 건설기계의 회수 에너지가 발생되지 않는 상태에서 엔진에 발생되는 기생부하(Parasitic Load)를 저감시킬 수 있으며, 엔진의 에너지 손실을 방지하고, 무부하 시 모터의 공동(Cavitation) 현상을 방지할 수 있는 건설기계용 기생부하 저감형 에너지 변환 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계용 기생부하 저감형 에너지 변환 시스템은, 오일의 유동에 의해 로드가 승강 작동하는 실린더와, 실린더에 연결되어 실린더로 제공되는 오일의 유동을 선택적으로 제어하는 메인컨트롤밸브와, 메인컨트롤밸브에 연결되어 실린더에 오일을 제공하는 엔진과, 오일의 유동에 의한 실린더의 업/다운에 의해 업/다운 구동하는 붐과, 붐의 붐업/붐다운 시 발생되는 오일을 회수하여 축압하는 축압기, 및 조작 신호에 기초하여 붐다운 시 발생되는 붐 에너지를 회수하는 제어부를 포함하는 건설기계용 에너지 변환 시스템에 있어서, 엔진의 샤프트에 연결되어 회전력을 샤프트에 제공하는 가변형 유압모터; 가변형 유압모터와 축압기를 연결하는 제4 라인; 가변형 유압모터와 오일탱크를 연결하는 제9 라인; 및 가변형 유압모터에 설치되어 오일의 압력을 감지하는 압력 센서부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
하나의 실시형태로서, 압력 센서부는, 오일이 유입되는 가변형 유압모터의 오일 입력단에 설치되는 제1 압력 센서, 및 오일이 배출되는 가변형 유압모터의 오일 출력단에 설치되는 제2 압력 센서를 포함할 수 있다.
구체적인 실시형태로서, 제1 압력 센서는, 가변형 유압모터의 입력단 압력을 측정하여 축압기에서 가변형 유압모터로 유입되는 오일의 유량을 감지할 수 있다.
보다 구체적인 실시형태로서, 제어부는, 제1 압력 센서를 통해 오일의 유량이 감지되지 않을 경우, 가변형 유압모터에서 배출되는 오일의 배출량을 가변적으로 제어하여 엔진의 기생부하를 감소시킬 수 있다.
하나의 실시형태로서, 제2 압력 센서는, 가변형 유압모터의 출력단 압력을 측정하여 가변형 유압모터에서 오일탱크로 배출되는 오일의 유량을 감지할 수 있다.
다른 하나의 실시형태로서, 제9 라인은, 오일의 유량을 제어하기 위한 제1 솔레노이드 밸브가 배치될 수 있다.
구체적인 실시형태로서, 제어부는, 제2 압력 센서를 통해 오일의 유량에 따른 압력이 기 설정된 압력의 범위 미만인 경우, 가변형 유압모터에서 제9 라인을 통해 오일탱크로 배출되는 오일의 배출량을 가변적으로 제어하도록 제1 솔레노이드 밸브를 제어하여 가변형 유압모터 내에 공동 현상을 방지할 수 있다.
다른 구체적인 실시형태로서, 제어부는, 제2 압력 센서를 통해 오일의 유량에 따른 압력이 기 설정된 압력의 범위를 초과한 경우, 가변형 유압모터에서 제9 라인을 통해 오일탱크로 배출되는 오일의 배출량을 가변적으로 제어하도록 제1 솔레노이드 밸브를 제어하여 가변형 유압모터 내의 부하압력을 감소시킬 수 있다.
하나의 실시형태로서, 제어부는, 압력 센서부를 통해 측정된 오일의 압력을 수신하여 가변형 유압모터에서 배출되는 오일의 유량을 제어할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따르면, 건설기계용 기생부하 저감형 에너지 변환 시스템은, 건설기계의 회수 에너지가 발생되지 않는 상태에서 엔진에 발생되는 기생부하를 저감시킬 수 있으며, 엔진의 에너지 손실을 방지하고, 무부하 시 엔진의 공동(Cavitation) 현상을 방지할 수 있으며, 또한, 기존의 건설기계에 쉽게 설치되거나, 해제될 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 전체적인 모습을 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계용 에너지 회수 시스템을 나타내는 계통도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유압모터어셈블리를 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 축압어셈블리를 나타내는 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 축압어셈블리를 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 축압어셈블리의 브라켓을 절개하여 나타내는 평면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계용 에너지 회수 시스템에 설치된 기생부하 저감형 에너지 변환 시스템을 확대하여 개략적으로 나타내는 계통도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다.
또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
이하에서는, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명에 따른 건설기계용 에너지 회수 장치 및 이를 포함하는 건설기계에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 전체적인 모습을 나타내는 개념도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계용 에너지 회수 시스템을 나타내는 계통도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유압모터어셈블리를 나타내는 사시도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 축압어셈블리를 나타내는 평면도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 축압어셈블리를 나타내는 사시도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 축압어셈블리의 브라켓을 절개하여 나타내는 평면도이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계용 에너지 회수 시스템에 설치된 기생부하 저감형 에너지 변환 시스템을 확대하여 개략적으로 나타내는 계통도이다.
도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계용 기생부하 저감형 에너지 변환 시스템은 건설기계에 설치되어 붐 에너지를 회수하여 재사용 및 재활용하는 건설기계용 에너지 회수 시스템에 설치되어 활용될 수 있다.
이를 위하여, 도 1 내지 도 6을 참조하여, 건설기계용 에너지 회수 시스템에 대해 먼저 상세히 설명한다.
건설기계용 에너지 회수 시스템은, 건설기계(100)에 설치 및 해제가 가능한 구조로서, 메인컨트롤밸브(160)와 유압모터어셈블리(300)와 축압어셈블리(200)와 오일탱크(T)와 모바일(400) 및 제어부(170)를 포함하여 구성될 수 있으며, 건설기계(100)의 본체(110)와 붐(130) 및 실린더(140)에 연결하여 설치될 수 있다.
구체적으로, 본체(110)에는 붐(130) 및 실린더(140)가 연결될 수 있다. 실린더(140)는 오일의 유동에 의해 승강 작동할 수 있으며, 실린더(140)의 승강 작동에 의해 붐(130)이 회전 운동을 할 수 있다.
본체(110)의 내부에는 엔진(120)이 배치될 수 있다. 엔진(120)은 실린더(140)에 오일의 유동을 제공할 수 있다. 엔진(120)은 본체(110)의 하측에 배치된 구동부(미도시)에 구동력을 제공할 수 있다.
실린더(140)의 동작에 대하여, 더욱 상세히 살펴보면 다음과 같다. 건설기계(100)는 본체(110)에 작업자가 탑승할 수 있는 캐비넷(150)이 배치될 수 있다. 캐비넷(150)에는 붐(130)의 붐업 또는 붐다운 동작을 제어할 수 있는 조이스틱(151)이 배치될 수 있다.
구체적으로, 실린더(140)는 오일의 유동에 의해 승강 작동하고, 붐(130)과 연결되는 로드(141)를 포함할 수 있다. 실린더(140)는 라지챔버(142)와 라지챔버(142)의 상부에 형성되는 스몰챔버(143)를 포함할 수 있다.
로드(141)는 실린더(140)의 스몰챔버(143)와 라지챔버(142) 사이에 배치되고, 라지챔버(142)에 오일이 유입되면 상승하고, 스몰챔버(143)에 오일이 유입되면 하강할 수 있다. 로드(141)가 상승하면 붐(130)이 붐업될 수 있고, 로드(141)가 하강하면 붐(130)이 붐다운할 수 있다.
메인컨트롤밸브(160)는 실린더(140)에 연결되어 실린더(140)로 제공되는 오일의 유동을 선택적으로 제어할 수 있다. 메인컨트롤밸브(160)는 건설기계(100)에 배치될 수 있다.
여기서, 메인컨트롤밸브(160)는 라지챔버(142)에 라지챔버라인(144)으로 연결될 수 있고, 메인컨트롤밸브(160)는 스몰챔버(143)에 스몰챔버라인(145)으로 연결될 수 있다.
그리고, 메인컨트롤밸브(160)에는 스풀(161)이 배치될 수 있다.
스풀(161)에 의해 오일의 유동이 스몰챔버(143) 측으로 향하거나, 라지챔버(142) 측으로 향할 수 있다. 즉, 메인컨트롤밸브(160)에 배치되는 스풀(161)의 동작에 의해서, 실린더(140)의 로드(141)가 상승 또는 하강할 수 있다.
엔진(120)에는 샤프트(121)가 구비되고, 샤프트(121)에는 메인펌프(122)가 연결될 수 있다. 메인펌프(122)와 스풀(161)은 메인밸브라인(162)으로 연결되고, 메인밸브라인(162)을 통해 스풀(161) 및 메인컨트롤밸브(160)에 오일이 유동될 수 있다.
스풀(161)은 붐업밸브(163) 및 붐다운밸브(164)에 의해서 제어될 수 있다. 엔진(120)의 샤프트(121)에는 보조펌프(123)가 연결될 수 있다. 보조펌프(123)와 스풀(161)은 붐업밸브라인(165)으로 연결되고, 붐업밸브라인(165)에는 붐업밸브(163)가 배치될 수 있다. 보조펌프(123)와 스풀(161)은 붐다운밸브라인(166)으로 연결되고, 붐다운밸브라인(166)에는 붐다운밸브(164)가 배치될 수 있다. 붐업밸브(163)가 열리면 스풀(161)이 이동하여, 오일이 라지챔버(142)로 유동할 수 있고, 붐다운밸브(164)가 열리면 스풀(161)이 이동하여, 오일이 스몰챔버(143)로 유동할 수 있다.
유압모터어셈블리(300)는 오일의 유동을 제공하는 엔진(120)에 연결되어, 유체에 의해 형성되는 회전력을 엔진에 제공할 수 있다.
축압어셈블리(200)는 실린더(140)에 연결되어 축압된 오일을 실린더(140)로 토출하고, 실린더(140)의 오일이 유입되어 축압될 수 있다. 구체적으로, 축압어셈블리(200)는 브라켓(210), 축압기(220), 밸브어셈블리(230), 메인배관(240)을 포함한다.
브라켓(210)은 건설기계(100)의 본체(110)에 착탈 가능하게 체결되고, 브라켓(210)에는 축압기(220), 밸브어셈블리(230), 메인배관(240)이 배치된다. 브라켓(210)은 건설기계(100)에 설치되는 부분이고, 축압기(220), 밸브어셈블리(230), 메인배관(240)이 배치되는 구성이다.
브라켓(210)은 얇은 판형 내지 플레이트 형상으로 형성될 수 있다. 브라켓(210)은 건설기계(100)의 외부에 배치될 수 있다. 브라켓(210)에는 건설기계(100)에 체결될 수 있도록 체결부(미도시)가 구비될 수 있다. 체결부(미도시)는 예를 들어서 볼트가 삽입될 수 있는 나사홀 등으로 구비될 수 있다.
브라켓(210)은 붐(130)을 향하는 전방측에 메인배관(240) 및 밸브어셈블리(230)가 배치되고, 후방측에 중공부(212)가 형성되며, 전방측과 후방측의 사이에 축압기(220)가 배치될 수 있다. 브라켓(210)의 전방측에는 홈부(213)가 형성될 수 있다.
홈부(213)는 브라켓(210)의 전단에서 후방측으로 함몰되어 형성될 수 있다. 홈부(213)의 형상은 건설기계(100)의 캐비넷(150)의 외면의 형상과 대응되도록 형상되어, 캐비넷(150)과 브라켓(210) 간의 공간적 간섭을 최소화할 수 있다. 메인배관(240)과 밸브어셈블리(230)는 브라켓(210)의 전방측에서 홈부(213)가 형성되지 않은 부분에 배치될 수 있다. 즉, 브라켓(210)의 전방측에서 어느 한 쪽에는 홈부(213)가 형성되고, 나머지 다른 한 쪽에는 메인배관(240)과 밸브어셈블리(230)가 배치될 수 있다.
이러한 브라켓(210)의 구조에 의해서, 메인배관(240)과 밸브어셈블리(230)가 배치되는 브라켓(210)의 부분은 붐(130)에 더욱 근접하여 배치될 수 있고, 이에 따라 실린더(140)에 연결되는 각종 배관 내지 라인들의 길이가 최소화될 수 있어, 오일 유동의 유동 저항을 최소화할 수 있다.
브라켓(210)의 후방측에는 중공부(212)가 형성될 수 있다. 축압어셈블리(200)의 후방측에는 엔진(120)이 배치될 수 있다. 중공부(212)에 의해서, 엔진(120)에서 발생하는 열이 축압기(220)에 미치는 영향을 줄일 수 있다. 또한, 중공부(212)는 브라켓(210)의 중량을 감소시킬 수도 있다. 중공부(212)는 브라켓(210)의 후방측뿐만 아니라, 브라켓(210)의 중앙부나 전방측에도 형성될 수 포함할 수 있다.
또한, 축압기(220)는 브라켓(210)의 후단부(후방측의 단부)와 이격되어 배치될 수 있다. 이를 통해서, 축압어셈블리(200)가 건설기계(100)에 설치된 상태에서도, 엔진(120)을 정비하기 위해 엔진룸을 열기 편리하고, 작업자가 축압기(220)를 분리 및 설치하기도 용이할 수 있다. 뿐만 아니라, 엔진(120)에서 발생하는 열과 진동 등이 축압기(220)에 직접 전달되는 것을 방지할 수 있다.
브라켓(210)의 전방측과 후방측 사이에는 마운트(211)가 배치될 수 있다. 마운트(211)는 축압기(220)를 마운팅하는 구성이다. 마운트(211)에 의해서 축압기(220)는 브라켓(210)의 상면으로부터 소정 거리 이격되어 배치될 수 있다. 이에 따라, 축압기(220)의 분리 및 설치가 용이할 수 있고, 엔진(120)에서 발생하는 열과 진동이 축압기(220)에 직접 전달되는 것을 방지할 수 있다.
브라켓(210)은 건설기계(100)에 착탈 가능하게 설치될 수 있다. 브라켓(210)은 기존의 건설기계(100)의 외부 또는 내부를 개조하는 방식으로 설치될 수 있다. 브라켓(210)의 구체적인 크기나 세부적인 형태는 설치될 건설기계(100)에 따라서 일부 수정될 수 있다. 이러한 브라켓(210)의 구성으로 인해서 본 발명에 따른 에너지 회수 장치가 기존의 다양한 건설기계(100)에 쉽고 간편하게 설치될 수 있다.
축압기(220)에는 오일이 축압될 수 있고, 필요 시에 축압기(220)에 미리 축압된 오일이 축압기(220)로부터 토출될 수 있다. 메인배관(240)은 실린더(140)와 연결된다. 밸브어셈블리(230)는 메인배관(240)에 연결된다.
밸브어셈블리(230)는 파일럿배관(250)에 의해서 각각 개폐가 조절될 수 있다. 구체적으로, 밸브어셈블리(230)는 제1 라인(L1), 제2 라인(L2), 제3 라인(L3), AC 밸브(AC), CA 밸브(CA)를 포함한다. 제1 라인(L1)은 실린더(140)의 라지챔버(142)와 연결되는 라인이다. 제1 라인(L1)은 라지챔버라인(144)과 연결될 수 있다. 제2 라인(L2) 및 제3 라인(L3)은 제1 라인(L1)과 축압기(220)의 사이를 연결하는 라인이다.
제2 라인(L2)에는 AC 밸브(AC)가 배치될 수 있다. AC 밸브(AC)는 오일 유동의 제어가 가능하도록 구비되는 밸브로서, 제2 라인(L2)에서 축압기(220)를 향해서만 오일의 유동을 제어하여 축압기(220)에 오일을 차징하는 차징 밸브일 수 있다.
제3 라인(L3)에는 CA 밸브(CA)가 배치될 수 있다. CA 밸브(CA)는 오일 유동의 제어가 가능하도록 구비되는 밸브로서, 제3 라인(L3)에서 제1 라인(L1)을 향해서만 오일이 유동하도록 축압기(220) 내의 오일을 방출하는 방출 밸브일 수 있다.
밸브어셈블리(230)는 제5 라인(L5)과 제6 라인(L6)을 포함할 수 있다. 제5 라인(L5)은 실린더(140)의 스몰챔버(143)와 연결되는 라인이다. 제5 라인(L5)은 스몰챔버라인(145)과 연결될 수 있다. 제6 라인(L6)은 제1 라인(L1)에서 분기되고, 제5 라인(L5)과 연결되는 라인이다. 제6 라인(L6)에는 제6 라인(L6)에서 오일의 유량 제어가 가능하도록 구비되는 AB 밸브(AB)가 배치될 수 있다. AB 밸브(AB)는 제1 라인(L1)에서 유동하는 오일의 일부를 제6 라인(L6) 및 제5 라인(L5)을 통해 실린더(140)의 스몰챔버(143)로 유입하는 재생 밸브일 수 있다.
밸브어셈블리(230)는 제7 라인(L7)을 포함할 수 있다. 제7 라인(L7)은 제1 라인(L1)에서 분기되고, 후술하는 제3 오일탱크(T3)와 연결되는 라인이다. 제7 라인(L7)에는 제7 라인(L7)에서 오일의 유량 제어가 가능하도록 구비되는 AR 밸브(AR)가 배치될 수 있다. AR 밸브(AR)는 축압기(220)에 오일이 가득 찬 경우, 축압기(220)로 유동하는 오일의 일부가 유입되는 리턴 밸브일 수 있다.
밸브어셈블리(230)는 제5 라인(L5) 및 제6 라인(L6)에 연결되는 제8 라인(L8)을 더 포함할 수 있다. 제8 라인(L8)은 후술하는 제4 오일탱크(T4)와 연결될 수 있다. 제8 라인(L8)을 통해서, AB 밸브(AB)를 통과한 오일이 제4 오일탱크(T4)로 유입될 수도 있다
밸브어셈블리(230)는 릴리즈 밸브(RE)를 포함할 수 있다. 릴리즈 밸브(RE)는 축압기(220) 및 후술하는 제2 오일탱크(T2) 사이의 유로 상에 배치된다. 릴리즈 밸브(RE)는 온오프(on-off) 방식으로 작동된다.
밸브어셈블리(230)는 릴리즈 밸브(RE)에 병렬로 연결되는 제2 솔레노이드 밸브(SOL2)를 포함할 수 있다. 구체적으로 릴리즈 밸브(RE)의 전, 후단에는 제2 솔레노이드 밸브(SOL2) 밸브가 각 배관으로 연결될 수 있다.
따라서, 축압기(220) 및 제2 오일탱크(T2) 사이에는 릴리즈 밸브(RE) 및 제2 솔레노이드 밸브(SOL2)가 이중으로 설치될 수 있다.
상기에서 살펴본 밸브어셈블리(230)의 CM 밸브(CM), CA 밸브(CA), AC 밸브(AC), AB 밸브(AB), AR 밸브(AR), 릴리즈 밸브(RE), 제2 솔레노이드 밸브(SOL2) 등은 모두 제어부(170)에 의해 제어될 수 있다.
메인배관(240)은 실린더(140)와 연결되는 배관이다. 메인배관(240)은 하나가 구비되고 제1 라인(L1) 및 제5 라인(L5)이 메인배관(240)에 동시에 형성될 수 있다. 또는, 메인배관(240)은 두개가 구비되고, 각각에 제1 라인(L1) 및 제5 라인(L5)이 별개로 형성될 수도 있다. 메인배관(240)의 선단부에는 조인트블럭(241)이 배치될 수 있다. 조인트블럭(241)에는 실린더(140)의 라지챔버(142)와 스몰챔버(143)가 연결될 수 있다.
오일탱크(T)는 오일이 유입되어 저장되거나, 저장된 오일을 유출할 수 있도록 적어도 하나 이상으로 형성될 수 있다.
오일탱크(T)는 유압모터 어셈블리(300)의 유압모터(310)에 배관으로 연결되는 제1 오일탱크(T1), 릴리즈 밸브(RE) 및 제2 솔레노이드 밸브(SOL2)에 배관으로 연결되는 제2 오일탱크(T2), 제7 라인에 연결되는 제3 오일탱크(T3), 제8 라인에 연결되는 제4 오일탱크(T4)를 포함할 수 있다.
모바일(400)은 사용자 또는 작업자가 갖는 단말기일 수 있다.
모바일(400)은 제어부(170)와 통신 가능하게 연결될 수 있다. 또한, 모바일(400)은 제어부(170)에 제어 가능하게 연결될 수 있으며, 모바일(400)에 의해 건설기계용 에너지 회수 시스템이 제어될 수 있다.
구체적으로, 모바일(400)의 조작 신호에 기초하여 제어부(170)를 통해 유압모터어셈블리(300)와 축압어셈블리(200)의 동작을 제어할 수 있다.
모바일(400)은 제어명령을 입력하는 입력수단과, 유압모터어셈블리(300) 및 축압어셈블리(200)의 동작 상태를 디스플레이하기 위한 디스플레이수단을 포함하는 출력수단을 구비할 수 있다.
여기서, 모바일(400)은 스마트폰, PDA, 노트북, 태블릿 중 어느 하나일 수 있다.
또한, 모바일(400)은 제어부(170)와 시리얼 통신(Serial Communication), 이더넷 통신(Ethernet Communication)으로 통신이 가능하도록 이루어질 수 있으며, 와이파이(Wi-Fi), 블루투스(Bluetooth), 지그비(Zigbee), 비콘(Beacon), RFID 등으로 통신이 가능하도록 이루어질 수 있으며, 모바일(400)의 통신 방식은 이에 제한되는 것은 아니다.
이를 위하여, 모바일(400)에는 제어부(170)를 통해 건설기계용 에너지 회수 시스템을 동작시키기 위한 프로그램 또는 어플리케이션이 설치될 수 있다.
제어부(170)는 조작 신호에 기초하여 건설기계(100)의 동작을 제어할 수 있다. 이를 위하여, 제어부(170)는 전자제어유닛(ECU)일 수 있다.
구체적으로, 제어부(170)는 모바일(400)의 제어동작에 따른 조작 신호에 기초하여, 유압모터어셈블리(300)와 축압어셈블리(200)의 동작을 제어하여 에너지 회수 시스템을 동작시킬 수 있다.
제어부(170)는 모바일(400)의 제어동작에 따른 조작 신호에 기초하여, 붐업밸브(163) 또는 붐다운밸브(164)의 개폐 여부를 제어할 수 있다.
또한, 제어부(170)는 조이스틱(151)의 조작 신호에 기초하여, 건설기계(100)의 동작을 제어하고, 붐업밸브(163) 또는 붐다운밸브(164)의 개폐 여부를 제어할 수 있다.
이를 위하여, 조이스틱(151)에는 제1 센서(S1) 및 제2 센서(S2)가 구비될 수 있다. 제1 센서(S1)는 조이스틱(151)의 붐업 동작 시의 압력 변화를 감지하여 조작 신호를 생성하고, 제2 센서(S2)는 조이스틱(151)의 붐다운 동작 시의 압력 변화를 감지하여 조작 신호를 생성할 수 있다.
제1 센서(S1) 및 제2 센서(S2)에 의해 생성된 조작 신호는 제어부(170)로 전달되고, 제어부(170)는 이러한 조작 신호에 기초하여, 붐업밸브(163) 또는 붐다운밸브(164)의 개폐 여부를 제어할 수 있다.
여기서, 제1 센서(S1) 및 제2 센서(S2)에 의해 생성된 조작 신호는 제어부(170)를 통해 모바일(400)로 전송될 수 있다. 이를 통해, 모바일(400)로 붐업밸브(163) 또는 붐다운밸브(164)의 개폐 여부를 제어할 수 있다.
한편, 붐다운밸브(164)는 라지챔버라인(144)에도 배치될 수 있다. 즉, 붐다운밸브(164)는 붐다운밸브라인(166)의 유동뿐만 아니라, 라지챔버라인(144)의 유동도 제어할 수 있다. 이 경우, 상황에 따라서, 조이스틱(151)의 붐다운 동작 시에, 제어부(170)가 붐다운밸브(164)를 폐쇄되도록 제어하여, 라지챔버(142)로부터 메인컨트롤밸브(160)로 오일이 유동하는 것을 차단할 수도 있다.
상기한 바와 같은 구조에 의하여, 제어부(170)를 통해 특정 모드를 선택할 수 있으며, 제어부(170)는 유압모터어셈블리(300)와 축압어셈블리(200)의 동작을 제어하여, 건설기계(100)를 다양한 모드로 동작시킬 수 있다.
여기서, 다양한 모드의 설정, 변경 및 해제는 모바일(400)을 통한 제어부(170)의 제어에 의해 이루어질 수 있다. 또한, 조이스틱(151)의 조작 신호를 통한 제어부(170)의 제어에 의해 이루어질 수 있다.
구체적으로, 제어부(170)는 모바일(400)의 조작에 의해 건설기계(100)의 동작을 붐다운에 따라 발생되는 포텐셜 에너지(Potential Energy)가 축압기(220)로 회수할 수 있는 에너지 회수 모드(Energy Recovery Mode), 축압기(220)에 축압된 오일을 이용하여 엔진(120)의 출력을 보조함으로써 연료를 절감할 수 있는 연료절감 모드(Eco Mode), 축압기(220)에 축압된 오일을 이용하여 붐(130)의 붐업 동작에 필요한 동력을 보조할 수 있는 성능향상 모드(Power Mode), 축압기(220)에 축압된 오일을 외부로 배출하여 압력을 해소할 수 있는 압력해소 모드(Pressure Release Mode) 및 붐다운에 따라 발생되는 포텐셜 에너지(Potential Energy)가 축압기(220)로 회수되는 동작을 일시 중단할 수 있는 에너지 회수 오프 모드(Energy Recovery Off Mode) 중 선택된 어느 하나의 모드로 작동시킬 수 있다.
붐 에너지를 회수하는 에너지 회수 모드(Energy Recovery Mode)를 간략하게 설명한다.
에너지 회수 모드는 붐다운에 따른 포텐셜 에너지(Potential Energy)를 축압기(220)로 회수하여 저장한 후 저장된 에너지를 재사용하기 위한 것으로서, 붐다운 시 축압기(220)에 저장된 포텐셜 에너지(Potential Energy)를 연료절감 모드 및 성능향상 모드 설정 시 사용할 수 있다.
붐(130)이 붐다운하는 경우, 붐다운밸브(164)를 폐쇄하고, 실린더(140)의 스몰챔버(143)로 오일을 유입하여 실린더(140)의 로드(141)를 하강시키며, 로드(141)의 하강에 따른 라지챔버(142) 내부의 오일을 제1 라인(L1)을 통해 토출시킨다.
제1 라인(L1)에서 유동하는 오일을 제2 라인(L2)을 통해 축압기(220)로 유입시키며, 축압기(220) 내로 유입된 오일은 축압된 후 연료절감 모드 및 성능향상 모드 시 활용될 수 있다.
이때, 붐다운밸브(164)는 잠겨 있기 때문에, 오일이 메인컨트롤밸브(160) 측으로 유동하지 않고, 제1 라인(L1)으로만 토출될 수 있다.
이러한 과정을 통해서, 붐(130)의 포텐셜 에너지(Potential Energy)를 축압기(220)에 저장할 수 있고, 저장된 포텐셜 에너지(Potential Energy)를 활용하여 건설기계(100)의 연료를 절감하거나, 성능을 향상시킬 수 있다.
한편, 다른 실시예로서, 에너지 회수 모드(Energy Recovery Mode)는 붐다운 시 오일을 축압기(220)로 유입시켜 붐(130)의 포텐셜 에너지(Potential Energy)를 축압기(220)에 저장함과 함께, 오일을 스몰챔버(143)로 유입시켜 붐다운 속도를 증가시킬 수 있다.
구체적으로, 붐(130)이 붐다운하는 경우, AB 밸브(AB)를 개방하여, 제1 라인(L1)에서 유동하는 오일의 일부를 제6 라인(L6) 및 제5 라인(L5)을 통해 실린더(140)의 스몰챔버(143)로 유입시킴과 함께, 제1 라인(L1)에서 유동하는 오일의 나머지를 제2 라인(L2)을 통해 축압기(220)로 유입시킬 수 있다.
이렇게, 오일이 축압기(220)에 축압되는 과정과 스몰챔버(143)로 오일을 재유입시켜 로드(141)의 하강을 신속하게 진행함으로써 붐(130)의 붐다운 속력을 증가시킬 수 있다.
여기서, 제5 라인(L5) 및 제6 라인(L6)에는 제8 라인(L8)이 더 연결될 수 있다. 제8 라인(L8)은 오일탱크(T), 즉 제4 오일탱크(T4)와 연결될 수 있다. 제8 라인(L8)을 통해서, AB 밸브(AB)를 통과한 오일이 제4 오일탱크(T4)로 유입될 수도 있다.
한편, 또 다른 실시예로서, 에너지 회수 모드(Energy Recovery Mode)는 붐다운 시 축압기(220)에 오일이 가득 찬 경우, 축압기(220)로 유입되는 오일을 제3 오일탱크(T3)로 우회시켜 붐(130)의 붐다운을 원활하게 할 수 있다.
구체적으로, 붐 다운 시 축압기(220)에 오일이 가득 찬 경우, AR 밸브(AR)를 개방하여, 제1 라인(L1)에서 유동하는 오일의 일부를 제7 라인(L7)을 통해 제3 오일탱크(T3)로 유입시킬 수 있다.
이렇게, 축압기(220)에 오일이 꽉찬 경우, 더 이상 붐(130)의 붐다운이 작동되지 않을 수 있는데, 이 경우, 오일을 제3 오일탱크(T)로 우회시켜, 붐(130)의 붐다운을 원활하게 할 수 있다
여기서, 제2 라인(L2) 및 축압기(220)의 전단에는 제5 센서(S5)가 배치될 수 있으며, 제5 센서(S5)는 축압기(220) 전단의 압력을 측정할 수 있다. 따라서, 제5 센서(S5)에 의해서 축압기(220)에 오일이 가득차 있는 지 여부를 측정할 수 있다.
연료절감 모드(Eco Mode)는 축압기(220)에 축압된 오일을 이용하여 엔진의 출력을 보조함으로써 연료를 절감할 수 있는 모드로서, 붐다운 시 축압된 오일로 붐업 시 엔진 출력을 보조하여 사용할 수 있다.
연료절감 모드는 붐(130)이 붐업하는 경우, 제4 라인(L4)에 배치된 CM 밸브(CM)를 개방하고, 제3 라인(L3)에 배치된 CA 밸브(CA)를 폐쇄한 후 축압기(220)에 축압된 오일을 개방된 제4 라인(L4)을 통해 유압모터어셈블리(300)의 유압모터(310)를 유입시킨다.
유입된 오일에 의하여 유압모터어셈블리(300)의 유압모터(310)의 회전축이 회전하며, 유압모터(310)의 회전축이 엔진(120)의 샤프트(121)에 제공된다.
연료절감 모드는 유압모터(310)의 회전축의 회전력이 엔진(120)의 샤프트(121)의 출력을 보조함으로써 엔진(120)의 연비를 증가시킬 수 있다.
한편, 유압모터(310)로 유입된 오일은 유압모터(310)의 회전축을 회전한 후 다시 배관을 통하여 제1 오일탱크(T1)로 토출될 수 있다.
성능향상 모드(Power Mode)는 축압기(220)에 축압된 오일을 이용하여 붐의 붐업 동작에 필요한 동력을 보조하는 모드로서, 붐다운 시 축압된 오일을 라지챔버(142)로 유입시켜 로드(141)의 상승을 신속하게 수행할 수 있다.
성능향상 모드는 붐(130)이 붐업하는 경우, 제3 라인(L3)에 배치된 CA 밸브(CA)를 개방하고, 제4 라인(L4)에 배치된 CM 밸브(CM)를 폐쇄한 후 축압기(220)에 축압된 오일을 제3 라인(L3) 및 제1 라인(L1)을 통하여 라지챔버(142)로 유입시킨다.
엔진(130)의 메인펌프(122)에 의하여 라지챔버라인(144)을 통해 라지챔버(142)로 오일이 유입되는 것에 더하여, 축압기(220)로부터 제3 라인(L3) 및 제1 라인(L1)을 통해 라지챔버(142)로 오일을 유입시키는 등 라지챔버(142)로 오일의 유입량을 증대시켜 붐업 속도를 증가시킬 수 있다.
성능향상 모드에서는, AB 밸브(AB), AR 밸브(AR) 및 붐다운밸브(164)는 폐쇄되고, 제3 라인(L3)에 배치된 CA 밸브(CA)만을 개방하여 오일이 제3 라인(L3) 및 제1 라인(L1)을 통해 라지챔버(142)로만 유입되도록 함으로써 붐업 동작에 필요한 동력을 보조할 수 있다.
압력해소 모드(Pressure Release Mode)는 축압기(220)에 축압된 오일을 외부로 배출하여 압력을 해소하기 위한 것으로서, 축압기(220)의 내부 압력을 감소시키기 위한 것이다.
압력해소 모드에서는 릴리즈 밸브(RE)를 개방하고, 제3 라인(L3)의 CA 밸브(CA) 및 제4 라인(L4)의 CM 밸브(CM)는 폐쇄한다.
릴리즈 밸브(RE)는 온/오프(On/Off) 방식으로 구비되어 오일의 유량을 정밀하게 조절하는 것이 아닌, 단순 개방 또는 폐쇄 동작만 가능하도록 구비되는 것이 바람직하나, 이에 한정하지 아니한다.
이렇게, 릴리즈 밸브(RE)를 개방하여 축압기(220)에 축압된 오일의 일부를 축압기(220)와 제2 오일탱크(T2)를 연결하는 배관을 통해 제2 오일탱크(T2)로 토출시켜 축압기(220) 내부 압력을 감소시킬 수 있다.
예를 들어, 축압기(220)로 유입되어 축압되는 오일의 압력이 기 설정된 압력의 범위를 초과할 경우, 릴리즈 밸브(RE)를 상시 개방하여 축압기(220)로 유입되는 오일의 일부를 제2 오일탱크(T2)로 유입시켜 축압기(220)의 내부 압력을 감소시킬 수 있다
한편, 건설기계(100)의 유지 보수 시 제2 솔레노이드 밸브(SOL2)를 개방하여 축압기(220) 내 오일의 전부를 제2 오일탱크(T2)로 유입시켜 압력해소 모드로 설정한 후 유지 보수를 진행할 수 있다.
이때에도, CA 밸브(CA) 및 CM 밸브(CM)는 폐쇄한 후 제2 솔레노이드 밸브(SOL2) 만을 개방한다.
예를 들어, 건설기계(100)를 운용하지 않은 상태이거나, 건설기계(100), 유압모터어셈블리(300) 또는 축압어셈블리(200)를 정비하는 경우, 제2 솔레노이드 밸브(SOL2)를 개방하여 축압기(220) 내의 오일 전부를 제2 오일탱크(T2)로 유입시켜 축압기(220)의 내부 압력을 해소한 후 정비를 진행함으로써 안전사고 등을 예방할 수 있다.
이렇게, 건설기계(100)의 유지 보수 시에도, 릴리즈 밸브(RE) 만을 개방하여 축압기(220)의 압력을 해소하거나, 제2 솔레노이드 밸브(SOL2) 만을 개방하여 축압기(220)의 압력을 해소하거나, 릴리즈 밸브(RE) 및 제2 솔레노이드 밸브(SOL2) 모두를 개방하여 축압기(220)의 압력을 해소할 수 있다.
여기서, 릴리즈 밸브(RE)의 개방 시 제2 솔레노이드 밸브(SOL2)는 폐쇄될 수 있으며, 마찬가지로 제2 솔레노이드 밸브(SOL2)의 개방 시 릴리즈 밸브(RE)는 폐쇄될 수 있다.
에너지 회수 오프 모드(Energy Recovery Off Mode)는, 붐다운에 따라 발생되는 포텐셜 에너지(Potential Energy)가 축압기(220)로 회수되는 동작을 일시 중단할 수 있다.
구체적으로, 붐의 붐다운이 진행되는 도중에, 붐(130)이 지면에 닿아서 붐(130)의 붐다운에 더 큰 힘이 필요한 경우, 축압기(220)의 오일 축압을 중단할 수 있다.
이때, 제1 라인(L1)과 제5 라인(L5)에는 제3 센서(S3) 및 제4 센서(S4)가 배치될 수 있으며, 제3 센서(S3) 및 제4 센서(S4)는 상시 유압을 측정할 수 있고, 측정된 유압의 측정값을 제어부(170)에 전달할 수 있다.
제어부(170)는 이러한 측정값들을 통해 붐(130)이 지면에 닿았는지 여부를 판단할 수 있다.
구체적으로, 제어부(170)가 붐(130)이 지면에 닿았다고 판단하면, 축압기(220)와 연결되는 제2 라인(L2)의 AC 밸브(AC)를 폐쇄하여, 축압기(220) 내 오일의 축압을 일시 정지할 수 있다.
또한, 에너지 회수 오프 모드(Energy Recovery Off Mode)는 제어부(170)가 붐(130)이 지면에 닿았다고 판단하면, AC 밸브(AC)와 AR 밸브(AR)를 모두 폐쇄하고, AB 밸브(AB)를 개방하여 라지챔버(142)에서 토출되는 오일을 스몰챔버(143)로만 유입시켜, 축압기(220) 내 오일의 축압을 일시 정지할 수 있다.
즉, 제2 라인(L2)에 배치되는 AC 밸브(AC)와 제7 라인(L7)에 배치되는 AR 밸브(AR)를 폐쇄하고, 제6 라인(L6)에 배치되는 AB 밸브(AB)만을 개방하여 라지챔버(142)에서 토출되는 오일이 모두 스몰챔버(143)로 유입되도록 제어할 수 있다.
여기서, 에너지 회수 모드는 건설기계(100)의 구동과 함께 설정이 가능한 기본설정 모드로서, 일반적인 건설기계의 동작에 수반하여 설정이 가능할 수 있다. 즉, 건설기계(100)의 구동 즉시 에너지 회수 모드로 설정되어 작동될 수 있다.
상기한 구성의 건설기계용 에너지 변환 시스템에는 붐 에너지에서 회수되는 회수 에너지가 없을 경우 엔진(120)에 기생부하가 발생될 수 있으므로, 건설기계용 에너지 변환 시스템은 기생부하 저감형 에너지 변환 시스템을 포함할 수 있다.
구체적으로, 도 2 및 도 7을 참조하여 설명하면, 건설기계용 기생부하 저감형 에너지 변환 시스템은 가변형 유압모터(310)와 제4 라인(L4)과 제9 라인(L9) 및 압력 센서부(PS)를 포함할 수 있다.
가변형 유압모터(310)는 유체에 의해 회전력을 형성하는 장치로서, 유압모터어셈블리(330)에 포함될 수 있다. 가변형 유압모터(310)의 내부에 오일이 유입되면 회전력을 가변적으로 형성할 수 있다.
가변형 유압모터(310)의 회전축은 엔진(120)의 샤프트(121)와 연결될 수 있다. 이에 따라, 가변형 유압모터(310)는 샤프트(121)에 회전력을 가변적으로 제공할 수 있다.
제4 라인(L4)은 가변형 유압모터(310)와 축압기(220)를 연결할 수 있다. 즉, 밸브어셈블리(230)는 축압기(220)와 유압모터(310)를 연결하는 제4 라인(L4)을 포함할 수 있다.
제4 라인(L4)은 오일의 유량 제어가 가능하도록 구비되는 CM 밸브(CM)를 포함할 수 있다. 이에 따라 축압기(220)에 축압된 오일이 제4 라인(L4)을 통해서 가변형 유압모터(310)로 유입되어, 가변형 유압모터(310)를 회전시킬 수 있다.
여기서, CM 밸브(CM)는 가변형 유압모터(310)로 오일을 방출하는 모터 방출 밸브일 수 있다.
제9 라인(L9)은 가변형 유압모터(310)와 오일탱크(T)를 연결할 수 있다.
여기서, 오일탱크(T)는 가변형 유압모터(310)에 제9 라인(L9)으로 연결되는 제1 오일탱크(T)일 수 있다.
가변형 유압모터(310)는 건설기계(100)에서 엔진(120)이 배치되는 엔진룸에 설치될 수 있다. 이를 위해서, 가변형 유압모터(310)는 엔진룸에 체결될 수 있는 체결부(미도시)를 구비할 수 있다. 뿐만 아니라, 오일이 유입되거나 토출되는 배관, 제1 오일탱크(T1)와 연결된 배관 등은 기존의 건설기계에서 대응되는 배관들에 연결될 수 있도록 구비될 수 있다.
압력 센서부(PS)는 가변형 유압모터(310)에 설치되어 오일의 압력을 감지할 수 있다.
구체적으로, 압력 센서부(PS)는 오일이 유입되는 가변형 유압모터(310)의 오일 입력단에 설치되는 제1 압력 센서(PS1) 및 오일이 배출되는 가변형 유압모터(310)의 오일 출력단에 설치되는 제2 압력 센서(PS2)를 포함할 수 있다.
제1 압력 센서(PS1)는 제4 라인(L4)에 배치되어 축압기(220)에서 제4 라인(L4)을 통해 가변형 유압모터(310)로 유입되는 오일의 유압을 측정하여 가변형 유압모터(310)로 유입되는 오일의 유/무를 판단할 수 있다.
만약, 제1 압력 센서(PS1)를 통해 가변형 유압모터(310)로 오일의 유입이 감지되지 않을 경우, 제어부(170)는 가변형 유압모터(310)의 배출량을 최소화하여 엔진(120)의 기생부하를 감소시킬 수 있다.
구체적으로, 제1 압력 센서(PS1)를 통해 가변형 유압모터(310)로 오일의 유입이 감지되지 않을 경우, 제어부(170)는 가변형 유압모터(310)의 배출량을 최소화하도록 오일의 유입에 의해 회전하는 가변형 유압모터(310)의 회전 속도를 제어하고, 가변형 유압모터(310)의 회전축에 샤프트(121)로 연결되는 엔진(120)의 토크를 제어함으로써 엔진(120)의 기생부하를 감소시킬 수 있다.
그리고, 제1 압력 센서(PS1)를 통해 가변형 유압모터(310)로 오일의 유입량이 기 설정된 오일의 유입량의 범위에 포함되지 않는 경우, 제어부(170)는 가변형 유압모터(310)의 배출량을 최소화하여 엔진(120)의 기생부하를 감소시킬 수 있다.
또한, 제1 압력 센서(PS1)를 통해 가변형 유압모터(310)로 오일의 유입량이 기 설정된 오일의 유입량의 범위 미만인 경우, 제어부(170)는 가변형 유압모터(310)의 배출량을 최소화하여 엔진(120)의 기생부하를 감소시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시형태에서는 제1 압력 센서(PS1)를 통해 측정된 오일의 유압에 따라 엔진(120)의 기생부하를 감소시키도록 이루어져 있으나, 제2 압력 센서(PS2)를 통한 오일의 유압에 따라 가변형 유압모터(310) 내의 공동 현상 또는 부하 압력을 감지할 수 있다.
구체적으로, 제2 압력 센서(PS2)는 제9 라인(L9)에 배치되어 가변형 유압모터(310)에서 배출되는 오일의 유압을 측정하여 가변형 유압모터(310) 내의 공동 현상 또는 부하 압력을 감지할 수 있다.
제2 압력 센서(PS2)는 가변형 유압모터(310)에서 배출되는 오일의 유압에 따른 압력이 감소된 경우, 제어부(170)는 가변형 유압모터(310) 내에 공동 현상이 발생된 것 판단할 수 있다.
구체적으로, 제2 압력 센서(PS2)는 가변형 유압모터(310)에서 배출되어 제9 라인(L9)을 유동하는 오일의 압력이 기 설정된 압력의 범위 미만인 경우, 가변형 유압모터(310) 내에 공동 현상이 발생된 것으로 판단할 수 있다. 그리고, 제2 압력 센서(PS2)는 가변형 유압모터(310)에서 배출되는 오일의 유압에 따른 압력이 증가된 경우, 제어부(170)는 가변형 유압모터(310) 내의 부하압력이 증가하고 있는 것으로 판단할 수 있다. 또한, 제2 압력 센서(PS2)는 가변형 유압모터(310)에서 배출되어 제9 라인(L9)을 유동하는 오일의 압력이 기 설정된 압력의 범위를 초과한 경우, 가변형 유압모터(310) 내의 부하압력이 증가하고 있는 것으로 판단할 수 있다.
따라서, 제2 압력 센서(PS2)를 통해 측정된 오일의 압력에 따라 가변형 유압모터(310) 내에서 배출되는 오일의 유량을 제어하여야 한다.
이를 위하여, 제9 라인(L9)에는 오일의 유량을 제어하기 위한 제1 솔레노이드 밸브(SOL1)가 설치될 수 있다.
이에 따라, 제2 압력 센서(PS2)를 통해 오일의 유량이 감지되지 않을 경우, 제1 솔레노이드 밸브(SOL1)를 제어하여 가변형 유압모터(310)에서 제1 오일탱크(T1)로 배출되는 오일의 배출량을 가변적으로 제어하여 공동 현상 또는 부하 압력을 감소시킬 수 있다.
구체적으로, 제어부(170)는 가변형 유압모터(310)에서 배출되어 제9 라인(L9)을 통해 유동하되, 제2 압력 센서(PS2)를 통해 측정된 오일의 압력이 기 설정된 압력의 범위 미만인 경우, 가변형 유압모터(310) 내에 공동 현상이 발생된 것으로 판단하고, 제1 솔레노이드 밸브(SOL1)의 개폐 정도를 조절하여 가변형 유압모터(310)에서 배출되는 오일의 배출량을 제어할 수 있다.
즉, 제어부(170)는 제2 압력 센서(PS2)를 통해 측정된 오일의 압력이 기 설정된 압력의 범위 미만인 경우, 제1 솔레노이드 밸브(SOL1)의 개방 정도를 기 설정된 개방 정도보다 작게 하여 가변형 유압모터(310)에서 배출되는 오일의 배출량을 작게 조절할 수 있다.
여기서, 제어부(170)는 제2 압력 센서(PS2)를 통해 측정된 오일의 압력이 기 설정된 압력의 범위 미만인 경우, 가변형 유압모터(310)의 회전 속도를 제어하여 배출되는 오일의 유량을 제어할 수 있다. 구체적으로, 제어부(170)는 가변형 유압모터(310)의 회전 속도를 기 설정된 회전 속도보다 느리게 제어하여 오일의 배출량을 작게 조절할 수 있다.
한편, 제어부(170)는 가변형 유압모터(310)에서 배출되어 제9 라인(L9)을 통해 유동하되, 제2 압력 센서(PS2)를 통해 측정된 오일의 압력이 기 설정된 압력의 범위를 초과한 경우, 가변형 유압모터(310) 내의 부하압력이 증가한 것으로 판단하고, 제1 솔레노이드 밸브(SOL1)의 개폐 정도 또는 개폐량을 조절하여 가변형 유압모터(310)에서 배출되는 오일의 배출량을 제어할 수 있다.
즉, 제어부(170)는 제2 압력 센서(PS2)를 통해 측정된 오일의 압력이 기 설정된 압력의 범위를 초과한 경우, 제1 솔레노이드 밸브(SOL1)의 개방 정도를 기 설정된 개방 정도보다 크게 하여 가변형 유압모터(310)에서 배출되는 오일의 배출량을 크게 조절할 수 있다.
여기서, 제어부(170)는 제2 압력 센서(PS2)를 통해 측정된 오일의 압력이 기 설정된 압력의 범위를 초과한 경우, 가변형 유압모터(310)의 회전 속도를 제어하여 배출되는 오일의 유량을 제어할 수 있다. 구체적으로, 제어부(170)는 가변형 유압모터(310)의 회전 속도를 기 설정된 회전 속도보다 빠르게 제어하여 오일의 배출량을 크게 조절할 수 있다.
이를 위하여, 제어부(170)는 가변형 유압모터(310)와 압력 센서부(PS) 및 제1 솔레노이드 밸브(SOL1)에 연결될 수 있다.
구체적으로, 제어부(170)는 압력 센서부(PS)를 통해 측정된 오일의 압력을 수신하여 가변형 유압모터(310)에서 배출되는 오일의 유량을 제어할 수 있다.
제어부(170)는 압력 센서부(PS)를 통해 측정된 오일의 압력을 수신하여 가변형 유압모터(310)의 회전속도를 조절하여 오일의 유량을 제어할 수 있다. 또한, 제어부(170)는 압력 센서부(PS)를 통해 측정된 오일의 압력을 수신하여 제1 솔레노이드 밸브(SOL1)를 조절하여 오일의 유량을 제어할 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이러한 수정, 변경 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
100 : 건설기계
110 : 본체
120 : 엔진
121 : 샤프트
122 : 메인펌프
123 : 보조펌프
130 : 붐
140 : 실린더
141 : 로드
142 : 라지챔버
143 : 스몰챔버
144 : 라지챔버라인
145 : 스몰챔버라인
150 : 캐비넷
151 : 조이스틱
160 : 메인컨트롤밸브
161 : 스풀
162 : 메인밸브라인
163 : 붐업밸브
164 : 붐다운밸브
165 : 붐업밸브라인
166 : 붐다운밸브라인
170 : 제어부
200 : 축압어셈블리
210 : 브라켓
211 : 마운트
212 : 중공부
213 : 홈부
220 : 축압기
230 : 밸브어셈블리
240 : 메인배관
241 : 조인트블럭
250 : 파일럿배관
300 : 유압모터어셈블리
310 : 가변형 유압모터
400 : 모바일
CA : CA 밸브
CM : CM 밸브
AC : AC 밸브
AB : AB 밸브
AR : AR 밸브
RE : 릴리즈 밸브
SOL1 : 제1 솔레노이드 밸브
SOL2 : 제2 솔레노이드 밸브
L1 : 제1 라인
L2 : 제2 라인
L3 : 제3 라인
L4 : 제4 라인
L5 : 제5 라인
L6 : 제6 라인
L7 : 제7 라인
L8 : 제8 라인
L9 : 제9 라인
S1 : 제1 센서
S2 : 제2 센서
S3 : 제3 센서
S4 : 제4 센서
S5 : 제5 센서
PS : 압력 센서부
PS1 : 제1 압력 센서
PS2 : 제2 압력 센서
T1 : 제1 오일탱크
T2 : 제2 오일탱크
T3 : 제3 오일탱크
T4 : 제4 오일탱크

Claims (9)

  1. 오일의 유동에 의해 로드가 승강 작동하는 실린더와, 상기 실린더에 연결되어 실린더로 제공되는 오일의 유동을 선택적으로 제어하는 메인컨트롤밸브와, 상기 메인컨트롤밸브에 연결되어 실린더에 오일을 제공하는 엔진과, 상기 오일의 유동에 의한 실린더의 업/다운에 의해 업/다운 구동하는 붐과, 상기 붐의 붐업/붐다운 시 발생되는 오일을 회수하여 축압하는 축압기, 및 조작 신호에 기초하여 붐다운 시 발생되는 붐 에너지를 회수하는 제어부를 포함하는 건설기계용 에너지 변환 시스템에 있어서,
    상기 엔진의 샤프트에 연결되어 회전력을 샤프트에 제공하는 가변형 유압모터;
    상기 가변형 유압모터와 축압기를 연결하는 제4 라인;
    상기 가변형 유압모터와 오일탱크를 연결하는 제9 라인; 및
    상기 가변형 유압모터에 설치되어 오일의 압력을 감지하는 압력 센서부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계용 기생부하 저감형 에너지 변환 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 압력 센서부는,
    상기 오일이 유입되는 가변형 유압모터의 오일 입력단에 설치되는 제1 압력 센서, 및 상기 오일이 배출되는 가변형 유압모터의 오일 출력단에 설치되는 제2 압력 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계용 기생부하 저감형 에너지 변환 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 압력 센서는,
    상기 가변형 유압모터의 입력단 압력을 측정하여 축압기에서 가변형 유압모터로 유입되는 오일의 유량을 감지하는 것을 특징으로 하는 건설기계용 기생부하 저감형 에너지 변환 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 압력 센서를 통해 오일의 유량이 감지되지 않을 경우, 가변형 유압모터에서 배출되는 오일의 배출량을 가변적으로 제어하여 엔진의 기생부하를 감소시키는 것을 특징으로 하는 건설기계용 기생부하 저감형 에너지 변환 시스템.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 제2 압력 센서는,
    상기 가변형 유압모터의 출력단 압력을 측정하여 가변형 유압모터에서 오일탱크로 배출되는 오일의 유량을 감지하는 것을 특징으로 하는 건설기계용 기생부하 저감형 에너지 변환 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제9 라인은,
    상기 오일의 유량을 제어하기 위한 제1 솔레노이드 밸브가 배치되는 것을 특징으로 하는 건설기계용 기생부하 저감형 에너지 변환 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제2 압력 센서를 통해 오일의 유량에 따른 압력이 기 설정된 압력의 범위 미만인 경우, 가변형 유압모터에서 제9 라인을 통해 오일탱크로 배출되는 오일의 배출량을 가변적으로 제어하도록 제1 솔레노이드 밸브를 제어하여 가변형 유압모터 내에 공동 현상을 방지하는 것을 특징으로 하는 건설기계용 기생부하 저감형 에너지 변환 시스템.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 제2 압력 센서를 통해 오일의 유량에 따른 압력이 기 설정된 압력의 범위를 초과한 경우, 가변형 유압모터에서 제9 라인을 통해 오일탱크로 배출되는 오일의 배출량을 가변적으로 제어하도록 제1 솔레노이드 밸브를 제어하여 가변형 유압모터 내의 부하압력을 감소시키는 것을 특징으로 하는 건설기계용 기생부하 저감형 에너지 변환 시스템.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 압력 센서부를 통해 측정된 오일의 압력을 수신하여 가변형 유압모터에서 배출되는 오일의 유량을 제어하는 것을 특징으로 하는 건설기계용 기생부하 저감형 에너지 변환 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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