WO2013100511A1 - 건설기계의 유압시스템 - Google Patents

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hydraulic
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방재석
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두산인프라코어 주식회사
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    • F15B2211/635—Circuits providing pilot pressure to pilot pressure-controlled fluid circuit elements
    • F15B2211/6355—Circuits providing pilot pressure to pilot pressure-controlled fluid circuit elements having valve means

Definitions

  • the present invention relates to a hydraulic system of a construction machine, and more particularly, in a hydraulic system of a construction machine equipped with a mechanical hydraulic pump, a construction to reduce excessive fuel consumption and improve fuel efficiency and operability when the operator sharply operates the joystick.
  • a hydraulic system of a machine A hydraulic system of a machine.
  • the hydraulic system discharges hydraulic oil from the hydraulic pump, and the hydraulic oil is waiting at the inlet of the main control valve.
  • a plurality of spools are provided inside the main control valve, and a plurality of actuators are connected to the outside.
  • a pilot pressure which is a flow control signal, is generated in a flow request unit such as a joystick or a pedal, and the pilot pressure is provided to the main control valve.
  • the main control valve opens and closes a specific spool by pilot pressure, and the operating oil is provided to an actuator associated with the spool by opening and closing the spool.
  • the hydraulic fluid discharged from the hydraulic pump by operating the joystick is provided to the actuator via the main control valve, thereby operating the actuator.
  • the hydraulic pump receives power from the engine, the engine generates power by burning fuel.
  • FIG. 1 is a view for explaining a hydraulic system for construction machinery.
  • the mechanical hydraulic pump 10 is provided with a swash plate r, and the discharge flow rate is increased or decreased according to the inclination angle of the swash plate.
  • the inclination angle of the swash plate is adjusted by the pump regulator 40.
  • the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 10 is provided to the main control valve 20, and when a specific spool is operated in the main control valve 20, the hydraulic oil described above is applied to the actuator 30 associated with the corresponding spool. Is provided.
  • the actuator 30 provided with the hydraulic oil operates to perform a desired work.
  • the flow control signal is to move a specific spool in the main control valve 20 along the flow control signal line pi.
  • the flow control signal is opened and closed by operating the spool of the main control valve 20, and when the spool is opened, the hydraulic oil is provided to the actuator 30 to perform a desired operation.
  • the hydraulic pump 10 receives power from the engine 100, the engine 100 is to be controlled by the control of the engine control device 104.
  • the engine 100 may set the engine speed (rpm) in advance in the engine speed control unit 102, the engine speed (rpm) may be varied by the command of the pump control device 50.
  • the engine control device 104 When the command of the engine speed (rpm) is input to the engine control device 104, the engine control device 104 operates the engine governor 106 to provide fuel to the engine 100. For example, when a command is issued to increase the engine speed, the fuel injection amount is increased. When a command is issued to reduce the engine speed, the fuel injection amount is reduced. Keep constant
  • the hydraulic pump 10 is further provided with a gear pump 70 as an auxiliary pump.
  • the gear pump 70 supplies a pilot hydraulic fluid to a joystick / pedal and the like, and generates a flow control signal when operating the joystick / pedal to transmit the pressure of the flow control signal.
  • the pilot hydraulic oil discharged from the gear pump 70 is connected to the first hydraulic line (L1) to the shuttle valve 80 via the electromagnetic proportional pressure reducing valve (60).
  • the other side of the shuttle valve 80 receives a flow control signal pi.
  • the shuttle valve 80 selects a large pressure between the pressure of the first hydraulic line L1 and the pressure of the flow control signal line and provides the pump regulator 40 via the second hydraulic line L2.
  • the above-described electromagnetic proportional pressure reducing valve 60 receives a control signal from the above-described pump control device 50 through the first signal line s1.
  • the flow rate set for the pilot pressure and the optional operation of the flow control signal line (pi) using the electronic proportional pressure reducing valve 60 Compared to the corresponding pressure, a higher pressure is output to control the flow rate.
  • FIG. 2 is a view for explaining the control of the mechanical hydraulic pump in the hydraulic system of the construction machine.
  • the control of the mechanical hydraulic pump 10 is a flow control, back horsepower control, horsepower control and will be described in detail for each control.
  • the flow rate control generates a required flow rate by operating the joystick, and a flow rate control signal pi is generated by the displacement of the joystick.
  • a flow rate control signal pi is generated by the displacement of the joystick.
  • the pump regulator 40 adjusts the swash plate r so that the flow rate Qp from q1 to q2. It is to control to increase. As a result, the discharge flow rate of the hydraulic pump 10 is increased.
  • the back horsepower control is to control to maintain a constant pump horsepower set under the load pressure Pd.
  • the correlation between the pressure and the flow rate is set to the PQ map, and the load pressure Pd applied to the hydraulic line between the hydraulic pump 10 and the main control valve 20 is received and discharged according to the set PQ map. To vary the flow rate.
  • the pump regulator 40 adjusts the swash plate r so that the flow rate Qp decreases from q1 to q2. Control as much as possible. This is controlled to reduce the discharge flow rate of the hydraulic pump 10, but the pump horsepower is kept constant.
  • Horsepower control is a control to adjust the pump horsepower according to the load of the engine.
  • a plurality of P-Q maps are set for back horsepower, and the hydraulic pump is controlled by selecting from a plurality of P-Q maps according to the load.
  • the plurality of P-Q maps are commanded from the pump control device 50 via the second signal line s2.
  • the PQ map can be provided as a heavy load map, a standard load map, and a light load map, and a specific PQ map is selected to control the hydraulic pump according to the workload. It is.
  • the horsepower control selects the PQ map closer to the heavy load when it is determined that the load of the work target is large, and selects the standard load map when it is determined that the load of the work target is general. If it is determined that the PQ map near the light load is selected to control the hydraulic pump 10.
  • Figure 3 is a view for explaining the flow rate change in the horsepower control in the hydraulic system of a conventional construction machine.
  • 4 is a view for explaining the pump discharge flow rate change, the engine speed change and the engine output change by the joystick operation in the conventional hydraulic system of construction machinery.
  • the flow rate Qp increases rapidly compared to the change in the pump load pressure Pd.
  • the flow rate is raised to the maximum flow rate q2, and then the flow rate is controlled to decrease by the horsepower control to discharge the reduced flow rate Qp. After that, it is stable from the stabilization time (t2) while maintaining a high pump load pressure (Pd).
  • the delta flow rate (delta) until immediately before the maximum flow rate immediately after the joystick operation time point t1, as shown by the change in the pump discharge flow rate. It discharges Qp) and stabilizes after a predetermined time elapses by the control of equal horsepower.
  • the excessive hydraulic fluid discharged until the hydraulic pump stabilizes at the peak indicated by the delta Qp due to the sudden increase in the flow rate causes the hydraulic system to be unstable, such as generating a hydraulic shock. There is a problem.
  • the rotational speed (rpm) of the engine 100 is increased because more power is required in the hydraulic pump 10.
  • the desired engine speed (rpm) cannot be realized immediately. The reason is that an engine covering section is needed until the engine speed is increased.
  • there is a turbocharger time rack section in the engine covering section because it takes a certain time until the turbocharger is rotated from low speed to high speed. Therefore, if the required flow rate suddenly increases, the engine speed (rpm) increases within the range allowed by the engine output and is delayed until the turbocharger operates normally. rpm) is increased.
  • the control unit detects that the engine rotation speed is slowed by the hydraulic load and the engine rotation speed is slowed by the hydraulic load during initial operation so that the engine rotation speed does not fall. Reduces pump load through horsepower control (pump powershift control).
  • horsepower control has no method of reducing the flow rate control to determine the flow rate discharged by the joystick lever or the driving lever, there is a problem that the engine speed (rpm) drops when operated in the initial operation or sudden operation.
  • the technical problem to be achieved by the present invention is to prevent the hydraulic shock by controlling the increase in the discharge flow rate discharged from the hydraulic pump gently even in the hydraulic system of a construction machine applying a mechanical hydraulic pump, even if the required flow rate suddenly increases
  • the purpose is to provide a hydraulic system of construction machinery that can be.
  • Another object of the present invention is to provide a hydraulic system for a construction machine, which uses a mechanical hydraulic pump, to prevent a sudden drop in engine speed when the required flow rate increases suddenly.
  • the purpose is to provide.
  • the hydraulic system of the construction machine according to the present invention for achieving the above technical problem is a flow control electronic proportional pressure reducing valve (EPPRV) 60 is set to a minimum flow rate control current value;
  • a pump control device 50 for controlling the electromagnetic proportional pressure reducing valve 60 to reduce the pressure from a maximum pressure to a set slope when the flow rate control signal is generated.
  • the flow control signal pressure of the hydraulic system of the construction machine according to the invention is input in plurality by the first and second flow control signal lines (pi-1, pi-2), the shuttle valve 80, The first shuttle valve 81 and the second flow control signal line (1) for comparing the first pressure of the first flow control signal line (pi-1) with the first pilot pressure and outputting a large pressure to the third pilot hydraulic fluid ( It is provided with the 2nd shuttle valve 82 which compares the 2nd pressure of pi-2 and the said 1st pilot pressure, and outputs a large pressure to a 4th pilot hydraulic fluid,
  • the said hydraulic pump 10 is the said 3rd pilot It may include a first hydraulic pump 11 whose swash plate angle is controlled by pressure and a second hydraulic pump 12 whose swash plate angle is controlled by the fourth pilot hydraulic fluid.
  • the pump control device 50 of the hydraulic system of the construction machine according to the present invention may be controlled so that the control current value is inputted to the maximum pressure, and returned to the minimum flow rate setting if the flow control signal does not occur.
  • the hydraulic system of the construction machine according to the present invention in the hydraulic system of the construction machine to which the mechanical hydraulic pump is applied, by the pump input horsepower is gradually increased to prevent the rapid increase in the load on the engine engine speed Sudden reduction can be prevented, and further, fuel economy can be improved.
  • FIG. 1 is a view for explaining a hydraulic system for construction machinery.
  • FIG. 2 is a view for explaining the control of the mechanical hydraulic pump in the hydraulic system of the construction machine.
  • FIG 3 is a view for explaining the flow rate change in the horsepower control in the hydraulic system of a conventional construction machine.
  • FIG. 4 is a view for explaining the pump discharge flow rate change, the engine speed change and the engine output change by the joystick operation in the conventional hydraulic system of construction machinery.
  • FIG. 5 is a view for explaining a hydraulic system of a construction machine according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a view for explaining the flow rate change by the flow rate control and horsepower control in the hydraulic system of the construction machine according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a view for explaining the pump discharge flow rate change by the joystick operation in the hydraulic system of the construction machine according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a view for explaining the pump input horsepower change by the joystick operation in the hydraulic system of the construction machine according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a view for explaining the change in the pump regulator control pressure of the discharge hydraulic pressure by the joystick operation in the hydraulic system of the construction machine according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a view for explaining the engine speed change and the engine output change by the joystick operation in the hydraulic system of the construction machine according to an embodiment of the present invention.
  • EPPR electromagnetic proportional pressure reducing valve
  • pi-1, pi-2 first and second flow control signal lines
  • r swash plate r1, r2: 1st, 2nd swash plate
  • FIG. 5 is a view for explaining a hydraulic system of a construction machine according to an embodiment of the present invention.
  • the hydraulic pump 10 is provided with a first hydraulic pump 11 and a second hydraulic pump 12.
  • the first and second hydraulic pumps 11 and 12 become first and second swash plates r1 and r2, respectively.
  • a plurality of spools are provided inside the main control valve 20. More specifically, there is a first spool group in charge of the first hydraulic pump 11 and a second spool group in charge of the second hydraulic pump 12.
  • the first spool group includes an arm1 spool, a boom2 spool, a swing spool, an option spool, and a travel R spool.
  • the second spool group includes an arm 2 spool, a boom 1 spool, a bucket spool, and a left L motor spool.
  • pilot pressure is formed to operate a specific spool among the plurality of spools described above by manipulating the joystick in the left and right directions and the front and rear directions, respectively.
  • the plurality of pilot pressures are provided to the main control valve 20 via the first and second flow control signal lines pi-1 and pi-2, respectively.
  • the gear pump 70 is provided on one of the first, second hydraulic pump (11, 12).
  • the pilot hydraulic oil discharged from the gear pump 70 is provided with a first hydraulic line L1 to be connected to the first shuttle valve 81 via the electromagnetic proportional pressure reducing valve 60.
  • the other side of the first shuttle valve 81 is connected to the first flow control signal pi-1 to receive the first pressure.
  • the first shuttle valve 81 selects a larger pressure between the first pilot hydraulic oil pressure of the first hydraulic line L1 and the first pressure of the first flow control signal, and passes the pump regulator via the second hydraulic line L2.
  • the pump regulator 40 controls the swash plate angle of the first hydraulic pump 11.
  • the second shuttle valve 82 selects a large pressure between the first pilot oil pressure of the first and fourth hydraulic lines L1 and L4 and the second pressure of the second flow control signal, and the fifth hydraulic pressure. It is provided to the pump regulator 40a via the line L5.
  • the pump regulator 40a controls the swash plate angle of the second hydraulic pump 12.
  • the pilot hydraulic oil discharged from the gear pump 70 becomes the first pilot hydraulic oil via the electromagnetic proportional pressure reducing valve 60
  • the fourth hydraulic line (L4) is connected to the second shuttle valve (82).
  • the other side of the second shuttle valve 82 is connected to the second flow control signal line pi-2 to receive the second pressure.
  • the first hydraulic line (L1) and the fourth hydraulic line (L4) is connected to provide a bi-directional flow of the pilot hydraulic fluid.
  • the second shuttle valve 82 selects a larger pressure between the pressure of the first pilot hydraulic oil of the fourth hydraulic line L4 and the second pressure of the second flow control signal line pi-2, and the second hydraulic line ( The swash plate of the second hydraulic pump 12 is controlled via L2).
  • the pilot hydraulic fluid discharged from the gear pump 70 is provided to the first and second shuttle valves 81 and 82 in the state where the electromagnetic proportional pressure reducing valve 60 is opened, so that the first and second hydraulic pumps 11, 10) to control the swash plate angle.
  • control current value of the electromagnetic proportional pressure reducing valve 60 (EPPRV) for flow control described above is set so that the maximum pressure is input, and is set and maintained at the minimum flow rate.
  • the hydraulic system since there is no joystick input in the idle state in which the work device of the construction machine does not move, the pressure of the foot relief valve is inputted with the maximum pressure.
  • the above-described electromagnetic proportional pressure reducing valve 60 is used for controlling the optional flow rate in a general situation, and when the option operation is not performed, the flow rate control signal does not occur, so that the electromagnetic proportional pressure reducing valve 60 may be used for the control of the working flow rate. That is, the electromagnetic proportional pressure reducing valve 60 described in the present invention can be used when the flow rate control for the first and second hydraulic pumps 11 and 12 is performed by operating the joystick.
  • the current of the electromagnetic proportional pressure reducing valve 60 is set to a pressure corresponding to the pressure of the flow control signals Pi, pi-1, and pi-2.
  • the actuator 30 operates, the inclination of the electromagnetic proportional pressure reducing valve 60 is appropriately adjusted relative to the pressure of the rapidly decreasing flow control signals Pi, pi-1, and pi-2, so that the engine rotational speed is increased. You can prevent it from falling.
  • FIG. 6 is a view for explaining the flow rate change by the flow rate control and horsepower control in the hydraulic system of the construction machine according to an embodiment of the present invention.
  • the comparative example discharges the excess flow rate due to the responsiveness of the pump regulators 40 and 40a until the pump flow rate reaches stabilization by the constant horsepower control.
  • the flow rate rapidly increases (q1-> q2) from the time point at which the joystick was operated by the flow control (Pi point) to the time point at which the joystick operation was completed (Pi end point).
  • the horsepower control then reacts with a time difference due to the responsiveness, thereby reducing the flow rate q3 to maintain the pump load at the later increased pump load pressure end point (Pd end point).
  • the conventional comparative example is unable to control the excessive flow discharge generated when the joystick is operated abruptly, and the pump load horsepower increases due to the increase in the excessive flow rate, so that the engine load increases and accordingly the target engine Due to the control of the target rpm, the pump horsepower control enters and lowers the pump flow rate, resulting in deterioration of the equipment performance.
  • the pilot hydraulic oil flowing from the gear pump 70 to operate the pump regulator 40, 40a quickly to increase the pump load quickly, thereby the horsepower control to initially increase the flow rate It is possible to implement a smooth increase in the flow rate by preventing the discharge.
  • the pressure of the flow control signal increases rapidly from the point at which the joystick is operated (Pi point) to the end of the joystick operation (Pi end point), and the electronic proportional pressure reducing valve 60 for flow control is opened.
  • the hydraulic system according to the present invention can adjust the pump horsepower increase rate due to excessive flow discharge, and prevents the performance of the equipment from deteriorating by controlling the pump horsepower control according to the engine load which is a problem in the conventional hydraulic system. It is advantageous for equipment operation.
  • Figure 7 is a view for explaining the pump discharge flow rate change by the joystick operation in the hydraulic system of the construction machine according to an embodiment of the present invention.
  • the comparative example rapidly increases the flow rate immediately after the time t1 of the joystick operation, and after excessively discharging the delta flow rate (delta Qp), a predetermined time has elapsed. It stabilizes from stabilization time t2.
  • FIG. 8 is a view for explaining the pump input horsepower change by the joystick operation in the hydraulic system of the construction machine according to an embodiment of the present invention.
  • the comparative example when operating the joystick rapidly, the comparative example rapidly increases the pump input horsepower immediately after the time t1 of operating the joystick to form a peak, and thereafter, decreases the pump input horsepower. Is stabilized from the stabilization time t2 after a predetermined time has elapsed.
  • FIG. 9 is a view for explaining the change in the pump regulator control pressure of the discharge hydraulic pressure by the joystick operation in the hydraulic system of the construction machine according to an embodiment of the present invention.
  • the pump regulator control pressure is a pressure applied to the first and fifth hydraulic lines L1 and L5, and the first and second swash plates r1 and r2 of the first and second hydraulic pumps. It is the pressure to control substantially.
  • the comparative example suddenly lowers the pump regulator control pressure immediately after the time point t1 of the joystick operation. Thereafter, after a predetermined time has elapsed, it is stabilized from the stabilization time t2.
  • the pump input horsepower is gently lowered to the set slope by reducing the pressure from the maximum pressure to a constant slope by the electronic proportional pressure reducing valve 60 as described above. It is controlled back.
  • FIG. 10 is a view for explaining the engine speed change and engine output change by the joystick operation in the hydraulic system of the construction machine according to an embodiment of the present invention.
  • the engine speed (rpm) increases when the required flow rate increases or high horsepower is required. However, a predetermined time is required for the engine speed (rpm) to rise to the target engine speed to achieve the desired engine output.
  • an engine covering section is necessary to increase the engine speed, and the engine covering section includes time for the turbocharger to perform a normal function. If the turbocharger does not function properly, high engine speeds cannot be expected.
  • the comparative example shows the change in the engine speed in the conventional hydraulic system, and the pump speed rapidly increases immediately after the joystick is sharply operated, and the engine speed is drastically lowered. (See comparative example delta rpm)
  • the engine speed gradually stabilizes when the desired speed reaches the desired speed.
  • the pump horsepower control according to the engine load is minimized to prevent the performance of the equipment is reduced, which is advantageous for the equipment operation of construction machinery.
  • the engine speed reaches the desired target speed during the elapse of the engine covering section, and the engine speed decreases more quickly to the desired target speed. Reach and stabilize.
  • the hydraulic system of the construction machine according to the present invention in the hydraulic system of the construction machine to which the mechanical hydraulic pump is applied, by the pump input horsepower is gradually increased to prevent the rapid increase in the load on the engine engine speed Sudden reduction can be prevented, and further, fuel economy can be improved.
  • the hydraulic system of a construction machine according to the present invention can be used to reduce fuel consumption and improve operability when a joystick is rapidly operated in a hydraulic system equipped with a mechanical hydraulic pump.

Abstract

본 발명은 건설기계의 유압시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따른 건설기계의 유압시스템은, 제어 전류 값이 최대 압력이 입력되고, 최소 유량으로 설정된 유량제어용 전자비례감압밸브(60: EPPRV); 상기 전자비례감압밸브(60)에 파일럿 작동유을 제공하는 기어펌프(70); 상기 전자비례감압밸브(60)를 경유한 제1 파일럿 작동유의 압력과 유량제어 신호 압력을 비교하여 큰 압력의 제2 파일럿 작동유를 출력하는 셔틀밸브(80); 상기 제2 파일럿 작동유에 의해 사판 각도가 제어되는 유압펌프(10); 및 상기 유량제어 신호가 발생하면 상기 전자비례감압밸브(60)를 최대 압력부터 설정된 기울기로 압력을 줄이도록 제어하는 펌프제어장치(50);를 포함한다.

Description

건설기계의 유압시스템
본 발명은 건설기계의 유압시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기계식 유압펌프를 구비한 건설기계의 유압시스템에서 작업자가 조이스틱을 급조작할 때에 과도한 연료소모를 감소시키고 연비 및 조작성을 개선하도록 하는 건설기계의 유압시스템에 관한 것이다.
일반적으로 유압 시스템은 유압펌프에서 작동유를 토출하고, 작동유는 메인컨트롤밸브의 입구에 대기한다. 메인컨트롤밸브의 내부에는 복수의 스풀이 구비되고, 외부에는 복수의 액추에이터가 연결된다. 또한 조이스틱, 페달 등의 유량 요구 유닛에서 유량제어신호인 파일럿 압력이 발생되고, 파일럿 압력은 메인컨트롤밸브에 제공된다. 메인컨트롤밸브는 파일럿 압력에 의해 특정한 스풀이 개폐되고, 해당 스풀의 개폐작동에 의해 작동유가 해당 스풀과 연계된 액추에이터에 제공된다.
즉, 조이스틱을 조작함으로써 유압펌프에서 토출된 작동유가 메인컨트롤밸브를 경유하여 액추에이터에 제공되고, 이로써 액추에이터가 작동하게 된다.
한편, 유압펌프는 엔진으로부터 동력을 전달받고, 엔진은 연료를 연소시킴으로써 동력을 발생시킨다.
이하, 첨부도면 도 1을 참조하여 기계식 유압펌프가 적용된 건설기계의 유압시스템에 대하여 설명한다.
첨부도면 도 1은 건설기계용 유압시스템을 설명하기 위한 도면이다.
기계식 유압펌프(10)는 사판(r)이 구비되어 있고, 사판의 경사각도에 따라 토출유량이 증감 제어된다. 사판의 경사각도는 펌프 레귤레이터(40)에 의해 조절된다.
유압펌프(10)에서 토출되는 작동유는 메인컨트롤밸브(20)에 제공되고, 메인컨트롤밸브(20)에서 특정한 스풀(spool)이 작동되면, 해당 스풀과 연계된 액추에이터(30)에 상술한 작동유가 제공된다. 작동유를 제공받은 액추에이터(30)는 작동하여 소망하는 일을 수행하게 된다.
한편, 작업자는 조이스틱, 페달 등을 조작하여 유량제어 신호를 발생시킨다. 유량제어 신호는 유량제어 신호라인(pi)을 따라 메인컨트롤밸브(20)에서 특정한 스풀을 움직이도록 하는 것이다.
즉, 작업자가 조이스틱을 조작하면, 유량제어신호가 메인컨트롤밸브(20)의 스풀을 작동시켜 개폐작동하고, 해당 스풀이 개방되면 작동유는 액추에이터(30)에 제공되어 소망하는 작업을 수행하는 것이다.
한편, 유압펌프(10)는 엔진(100)으로부터 동력을 전달받는다, 엔진(100)은 엔진제어장치(104)의 제어에 의해 제어되는 것이다.
또한, 엔진(100)은 엔진회전수 제어부(102)에서 엔진회전수(rpm)을 사전에 설정할 수 있고, 펌프제어장치(50)의 지령에 의해 엔진회전수(rpm)가 가변 될 수도 있다.
엔진회전수(rpm)의 지령이 엔진제어장치(104)에 입력되면, 엔진제어장치(104)는 엔진 가버너(106)를 작동시켜 연료를 엔진(100)에 제공되도록 한다. 예를 들면, 엔진회전수를 높이도록 하는 지령이 내려지면, 연료 분사량을 늘리고, 엔진회전수를 낮추도록 하는 지령이 내려지면, 연료 분사량을 줄이며, 특정한 엔진회전수를 유지하고자 할 때에는 연료분사량을 일정하게 유지한다.
한편, 유압펌프(10)에는 보조펌프인 기어펌프(70)가 더 구비된다. 기어펌프(70)는 조이스틱/페달 등에 파일럿 작동유를 제공하고, 조이스틱/페달을 조작할 때에 유량제어신호를 발생시키도록 하여 유량제어 신호의 압력을 전달하게 된다.
한편, 기어펌프(70)에서 토출되는 파일럿 작동유는 전자비례감압밸브(60)을 경유하여 셔틀밸브(80)에 제1 유압라인(L1)이 연결된다. 셔틀밸브(80)의 다른 한쪽은 유량제어신호(pi)를 입력 받는다. 셔틀밸브(80)는 제1 유압라인(L1)의 압력과 유량제어신호라인의 압력 중에 큰 압력을 선택하고, 제2 유압라인(L2)을 경유하여 펌프 레귤레이터(40)에 제공한다.
상술한 전자비례감압밸브(60)는 상술한 펌프제어장치(50)로부터 제1 신호라인(s1)을 통하여 제어신호를 입력 받는다. 이에 부연 설명하면, 건설기계에서 옵션 작동(ex. Breaker / Shear)을 수행하는 경우에 전자비례감압밸브(60)를 이용하여 유량제어신호라인(pi)의 파일럿 압력과 옵션동작을 위해 설정한 유량에 해당하는 압력과 비교하여 높은 압력이 출력되어 유량을 제어하도록 한다.
이하, 유압펌프(10)를 제어하도록 하는 펌프 레귤레이터(40)를 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다.
첨부도면 도 2는 건설기계의 유압시스템에서 기계식 유압펌프의 제어에 대하여 설명하기 위한 도면이다.
기계식 유압펌프(10)의 제어는 유량제어, 등마력 제어, 마력제어가 있고 각 제어별로 상세하게 설명한다.
[유량제어(Flow control)]
유량제어는 조이스틱을 조작하여 요구 유량을 발생시키는 것으로 조이스틱을 조작한 변위만큼 유량제어신호(pi)가 발생된다. 예를 들면, 유량제어신호(pi)가 도 2의 (a)에 나타낸 바와 같이, p1에서 p2로 증가하면 펌프 레귤레이터(40)는 사판(r)을 조절하여 유량(Qp)이 q1에서 q2로 증가되도록 제어하는 것이다. 이로써 유압펌프(10)의 토출 유량이 증가되는 것이다.
[등마력 제어(Constant Horse power control)]
등마력 제어는 부하압력(Pd)을 받아 설정된 일정한 펌프 마력을 유지시키도록 제어하는 것이다.
등마력 제어는 압력과 유량의 상관관계가 P-Q맵으로 설정되고, 유압펌프(10)와 메인컨트롤밸브(20)의 사이에서 유압라인에 작용되는 부하 압력(Pd)을 받아 설정된 P-Q맵에 따라 토출유량을 가변하도록 하는 것이다.
예를 들면, 도 2의 (b)에 나타낸 바와 같이, 부하 압력(Pd)에 p1에서 p2로 증가하면 펌프 레귤레이터(40)는 사판(r)을 조절하여 유량(Qp)이 q1에서 q2로 감소되도록 제어하는 것이다. 이로써 유압펌프(10)의 토출 유량이 감소되도록 제어되지만, 펌프 마력은 일정하게 유지되는 것이다.
[마력제어(Power shift control)]
마력제어는 엔진의 부하 상태에 따라 펌프 마력을 조정하는 제어이다. 즉, 등마력제어서 P-Q 맵을 복수로 설정하고, 부하에 따라 복수의 P-Q맵에서 선택하여 유압펌프를 제어하는 것이다. 복수의 P-Q맵은 펌프제어장치(50)로부터 제2 신호라인(s2)을 통하여 지령을 받는다.
예를 들면, 도 2의 (c)에 나타낸 바와 같이, P-Q 맵을 중부하 맵, 표준부하 맵, 경부하 맵으로 제공할 수 있고, 작업 부하에 따라 특정한 P-Q맵을 선정하여 유압펌프를 제어하도록 하는 것이다.
이로써, 동일한 부하 압력(Pd)이 작용하더라도, 중부하 맵이 선정된 경우에는 q1에 해당하는 많은 유량이 토출된다. 반면에, 표준부하 맵이 선정된 경우에는 q1보다 작은 q2에 해당하는 유량이 토출된다. 또한 경부하 맵이 선정된 경우에는 q2보다 작은 q3에 해당하는 유량이 토출된다.
즉, 마력제어는 작업대상의 부하가 크다고 판단되는 경우에는 중부하에 가까운 쪽의P-Q맵을 선정하고, 작업대상의 부하가 일반적이라고 판단되는 경우에는 표준부하 맵을 선정하며, 작업대상의 부하가 작다고 판단되는 경우에는 경부하에 가까운 쪽의 P-Q맵을 선정하여 유압펌프(10)를 제어하는 것이다.
상술한 바와 같은 구성되고 작동되는 종래의 유압시스템은 다음과 같은 문제점이 지적된다.
조이스틱을 급조작하여 급작스럽게 순간적으로 많은 유량을 요구하는 경우에는 유압시스템이 일시적으로 불안정해지는데, 이는 첨부도면 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한다.
첨부도면 도 3은 종래의 건설기계의 유압시스템에서 동마력 제어상의 유량변화를 설명하기 위한 도면이다. 첨부도면 도 4는 종래의 건설기계의 유압시스템에서 조이스틱 조작에 의한 펌프 토출유량 변화, 엔진회전수 변화 및 엔진 출력 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 펌프 부하 압력(Pd)이 급작스럽게 증가하면 이에 대응하도록 유량이 급하게 증가된다. 그러나 유압펌프(10)의 용량은 물리적인 한계가 있으므로, 과다한 유량이 요구되는 경우에는 유압 펌프(10)가 감당할 수 있는 범위를 넘어서는 경우가 있을 수 있는데, 이때에는 등마력 제어에 의해 점진적으로 유량을 감소시키도록 제어하는 것이다.
즉, 초기에는 펌프 부하압력이 낮은 압력(p1)으로 유지되고 소량이 유량(q1)이 토출되다가 급작스럽게 요구 유량이 증가하면, 펌프 부하압력(Pd)의 변화에 비하여 유량(Qp)이 급하게 증가하여 최대 유량(q2)까지 상승하고, 이후 등마력 제어에 의해 유량이 감소 제어되어 감소된 유량(Qp)이 토출된다. 이후 높은 펌프 부하압력(Pd)을 유지하면서 안정화 시점(t2)부터 안정되는 것이다.
상술한 바와 같이, 조이스틱을 급조작하는 경우에는 도 4의 (a)에 나타낸 바와 같이, 펌프 토출 유량 변화에서 알 수 있듯이, 조이스틱 조작시점(t1)의 직후에 최대 유량의 직전까지 델타 유량(delta Qp)을 토출하고 등마력 제어에 의해 일정한 시간이 경과된 후에 안정화되는 것이다.
상술한 바와 같이, 급작스런 유량 증가로 인하여 델타 유량(delta Qp)으로 표시한 피크(peak)부분에서 유압펌프가 안정화될 때까지의 토출되는 과도한 작동유 유량은 유압 충격을 발생하는 등 유압시스템을 불안정하게 하는 문제가 있다.
또한, 도 4의 (b)에 나타낸 바와 같이, 엔진의 회전수 변화를 살펴보면, 순간적으로 큰 힘이 요구되지만, 엔진 회전수는 기계적인 동특성으로 인하여 곧바로 반영되지 못하고, 엔진회전수(rpm)가 급격하게 저하되어 델타 회전수(delta rpm)까지 떨어진다. 이후에 터보차저가 증속되고 연료가 적정하게 분사된 후에 목표 회전수(target rpm)에 도달하게 된다.
즉, 종래의 기계식 유압펌프(10)를 이용하는 유압시스템에서는 요구 유량이 급격하게 증가되는 경우에 엔진의 회전수가 급격하게 저하되거나 엔진이 스톨(stall)되는 문제점이 있다.
또한, 이와 같이 엔진이 스톨 되거나 엔진회전수(rpm)가 급격하게 낮아지는 경우에도 연료는 계속 공급되는 것으로 연비가 불량해지는 원인이 된다.
엔진의 회전수가 저하되는 현상은 첨부도면 도 4의 (c)를 참조하여 부연 설명한다.
요구 유량이 증가되면 유압펌프(10)에서 더 큰 동력이 필요하므로 엔진(100)의 회전수(rpm)가 증가된다. 그러나 기계적인 동특성 때문에 소망하는 엔진회전수(rpm)를 즉시 구현할 수 없다. 그 이유는 엔진회전수가 증가될 때가지 엔진 커버닝 구간이 필요하다. 특히 엔진 커버닝 구간에는 터보차저 타임 랙 구간이 존재하는데, 터보차저가 저속에서 고속으로 회전될 때까지는 일정한 시간이 소요될 수밖에 없기 때문이다. 따라서 급작스럽게 요구 유량이 증가하면 엔진회전수(rpm)는 엔진의 출력이 허용하는 범위 내에서 증가되다가 터보차저가 정상적으로 작동될 때까지 지연되고, 터보차저가 정상적으로 기능을 수행하면서부터 엔진회전수(rpm)가 증가되는 것이다.
다른 한편으로, 종래의 기계식 유압펌프를 탑재한 건설기계에 있어서, 초기 동작을 실시할 때에 유압 부하에 의해 엔진 회전 속도가 느려지고, 엔진 회전속도가 느려지는 것을 제어부에서 감지하여 엔진 회전 속도가 떨어지지 않도록 마력제어(펌프 파워쉬프트 제어)를 통해 펌프 부하를 감소시킨다.
그러나 마력제어는 조이스틱레버나 주행레버에 의해 토출 되는 유량을 결정하는 유량제어는 감소시킬 수 있는 방법이 없어, 초기 동작 또는 급작스런 동작으로 조작하면 엔진회전수(rpm)가 떨어지는 문제가 있다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 기계식 유압펌프를 적용하는 건설기계의 유압시스템에 있어서, 요구 유량이 급작스럽게 증가하더라도 유압펌프에서 토출되는 토출 유량의 증가를 완만하게 증가하도록 제어하여 유압충격을 방지할 수 있도록 하는 건설기계의 유압시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명이 다른 목적은 기계식 유압펌프를 적용하는 건설기계의 유압시스템에 있어서, 요구 유량이 급작스럽게 증가할 때에 엔진 회전수의 급격한 저하를 방지하여 연비를 개선할 수 있도록 하는 건설기계의 유압시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 건설기계의 유압시스템은 제어 전류 값이 최대 압력이 입력되고, 최소 유량으로 설정된 유량제어용 전자비례감압밸브(60: EPPRV); 상기 전자비례감압밸브(60)에 파일럿 작동유을 제공하는 기어펌프(70); 상기 전자비례감압밸브(60)를 경유한 제1 파일럿 작동유의 압력과 유량제어 신호 압력을 비교하여 큰 압력의 제2 파일럿 작동유를 출력하는 셔틀밸브(80); 상기 제2 파일럿 작동유에 의해 사판 각도가 제어되는 유압펌프(10); 및 상기 유량제어 신호가 발생하면 상기 전자비례감압밸브(60)를 최대 압력부터 설정된 기울기로 압력을 줄이도록 제어하는 펌프제어장치(50);를 포함한다.
본 발명에 따른 건설기계의 유압시스템의 상기 유량제어 신호 압력은 제1, 제2 유량제어 신호라인(pi-1, pi-2)에 의해 복수로 입력되고, 상기 셔틀 밸브(80)는, 상기 제1 유량제어 신호라인(pi-1)의 제1 압력과 상기 제1 파일럿 압력을 비교하여 큰 압력을 제3 파일럿 작동유로 출력하는 제1 셔틀밸브(81)와 상기 제2 유량제어 신호라인(pi-2)의 제2 압력과 상기 제1 파일럿 압력을 비교하여 큰 압력을 제4 파일럿 작동유로 출력하는 제2 셔틀밸브(82)로 구비되며, 상기 유압펌프(10)는, 상기 제3 파일럿 압력에 의해 사판각도가 제어되는 제1 유압펌프(11)와 상기 제4 파일럿 작동유에 의해 사판각도가 제어되는 제2 유압펌프(12)를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 건설기계의 유압시스템의 상기 펌프제어장치(50)는 상기 유량제어 신호가 발생하지 않으면 제어 전류 값이 최대 압력이 입력되고, 최소 유량설정으로 복귀되도록 제어되는 것일 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따른 건설기계의 유압시스템은, 기계식 유압펌프를 적용하는 건설기계의 유압시스템에 있어서, 요구 유량이 급작스럽게 증가하더라도 전자비례감압밸브에 의해 최대압력부터 일정한 기울기로 압력을 줄이도록 유압펌프를 제어하여 유압펌프에서 토출되는 토출 유량의 증가를 완만하게 증가하도록 제어할 수 있고, 이로써 유압충격을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 건설기계의 유압시스템은, 기계식 유압펌프를 적용하는 건설기계의 유압시스템에 있어서, 펌프 입력 마력이 완만하게 증가되도록 함으로써 엔진에 부하가 급격하게 증가하는 것을 방지하여 엔진 회전수가 급격한 저하를 방지할 수 있고, 나아가 연비를 개선할 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 건설기계용 유압시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 건설기계의 유압시스템에서 기계식 유압펌프의 제어에 대하여 설명하기 위한 도면이다.
도 3는 종래의 건설기계의 유압시스템에서 동마력 제어상의 유량변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 종래의 건설기계의 유압시스템에서 조이스틱 조작에 의한 펌프 토출유량 변화, 엔진회전수 변화 및 엔진 출력 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 유압시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 유압시스템에서 유량제어와 마력제어에 의한 유량변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 유압시스템에서 조이스틱 조작에 의한 펌프 토출유량 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 유압시스템에서 조이스틱 조작에 의한 펌프 입력 마력 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 유압시스템에서 조이스틱 조작에 의한 토출유압의 펌프 레귤레이터 제어압력 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 유압시스템에서 조이스틱 조작에 의한 엔진회전수 변화 및 엔진 출력 변화를 설명하기 위한 도면이다.
[부호의 설명]
10: 유압펌프 11, 12: 제1, 제2 유압펌프
20: 메인컨트롤밸브(MCV) 30: 액추에이터
40, 40a: 펌프 레귤레이터 50: 펌프제어장치
60: 전자비례감압밸브(EPPR) 70: 기어펌프
80: 셔틀 밸브 81, 82: 제1, 제2 셔틀 밸브
100: 엔진 102: 엔진 회전수 제어부
104: 엔진제어장치(ECU) 106: 엔진 가버너(Engine governor)
L1 ~ L5: 제1 ~ 제5 유압라인
s1 ~ s2: 제1, 제2 신호라인
pi: 유량제어 신호 라인
pi-1, pi-2: 제1, 제2 유량제어 신호라인
r: 사판 r1, r2: 제1, 제2 사판
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭하고, 종래의 기술과 동일한 구성요소에 대하여 동일한 부호를 부여하고 그에 따른 중복설명은 생략한다.
한편, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 유압시스템에 대해서 설명한다.
첨부도면 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 유압시스템을 설명하기 위한 도면이다.
유압펌프(10)는 제1 유압펌프(11)와 제2 유압펌프(12)가 구비된다. 제1, 제2 유압펌프(11, 12)는 각각 제1, 제2 사판(r1, r2)가 된다.
메인컨트롤밸브(20)의 내부에는 복수의 스풀이 구비된다. 좀 더 상세하게는 제1 유압펌프(11)가 담당하는 제1 스풀 그룹과 제2 유압펌프(12)가 담당하는 제2스풀 그룹이 있다.
제1 스풀 그룹은 암1속(Arm1)스풀, 붐2속(Boom2)스풀, 스윙(Swing)스풀, 옵션(Option)스풀, 우주행모터(Travel R)스풀이 있다.
제2 스풀 그룹은 암2속(Arm2)스풀, 붐1속(Boom1)스풀, 버킷(Bucket)스풀, 좌주행모터(Travel L)스풀이 있다.
또한, 조이스틱은 2개가 제공될 수 있고, 조이스틱을 각각 좌우방향, 전후 방향으로 조작함으로써 상술한 복수의 스풀 중에 특정한 스풀을 작동시키도록 하는 파일럿 압력이 형성된다. 복수의 파일럿 압력은 각각 제1, 제2 유량제어 신호 라인(pi-1, pi-2)을 경유하여 메인컨트롤밸브(20)에 제공된다.
한편, 제1, 제2 유압펌프(11, 12)의 한쪽에는 기어펌프(70)가 마련된다. 기어펌프(70)에서 토출되는 파일럿 작동유는 전자비례감압밸브(60)을 경유하여 제1 셔틀밸브(81)에 연결되도록 제1 유압라인(L1)이 구비된다. 제1 셔틀밸브(81)의 다른 한쪽은 제1 유량제어신호(pi-1)이 연결되어 제1 압력을 입력 받는다.
제1 셔틀밸브(81)는 제1 유압라인(L1)의 제1파일럿 작동유 압력과 제1 유량제어신호의 제1 압력 중에 큰 압력을 선택하고, 제2 유압라인(L2)을 경유하여 펌프 레귤레이터(40)에 제공한다. 펌프 레귤레이터(40)는 제1 유압펌프(11)의 사판각도를 제어한다. 마찬 가지로, 제2 셔틀밸브(82)는 제1, 제4 유압라인(L1, L4)의 제1파일럿 작동유 압력과 제2 유량제어신호의 제2 압력 중에 큰 압력을 선택하고, 제5 유압라인(L5)을 경유하여 펌프 레귤레이터(40a)에 제공한다. 펌프 레귤레이터(40a)는 제2 유압펌프(12)의 사판각도를 제어한다.
또한, 기어펌프(70)에서 토출되는 파일럿 작동유는 전자비례감압밸브(60)을 경유하여 제1 파일럿 작동유가 되고, 제2 셔틀밸브(82)에 제4 유압라인(L4)이 연결된다. 제2 셔틀밸브(82)의 다른 한쪽은 제2 유량제어신호 라인(pi-2)이 연결되어 제2 압력을 입력 받는다. 한편, 제1 유압라인(L1)과 제4 유압라인(L4)은 연결되어 파일럿 작동유의 양방향 흐름이 가능하게 제공된다.
제2 셔틀밸브(82)는 제4 유압라인(L4)의 제1 파일럿 작동유의 압력과 제2 유량제어신호 라인(pi-2)의 제2압력 중에 큰 압력을 선택하고, 제2 유압라인(L2)을 경유하여 제2 유압펌프(12)의 사판을 제어하도록 한다.
즉, 기어펌프(70)에서 토출되는 파일럿 작동유는 전자비례감압밸브(60)가 개방된 상태에서 제1, 제2 셔틀밸브(81, 82)에 제공되어 제1, 제2 유압펌프(11, 10)의 사판각도를 제어하도록 하는 것이다.
한편, 상술한 유량제어용 전자비례감압밸브(60: EPPRV)의 제어 전류 값이 최대 압력이 입력되도록 설정하고, 최소 유량으로 설정하여 유지한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 유압시스템은, 건설기계의 작업 장치를 움직이지 않는 무부하(Idle)상태에서 조이스틱 입력이 없으므로 풋 릴리프(foot Relief)밸브의 압력은 최대압력이 입력된다.
상술한 전자비례감압밸브(60)는 일반적인 상황에서 옵션 유량 제어용으로 사용하고, 옵션 작동을 수행하지 않는 경우에는 유량제어신호가 발생하지 않으므로 초기상태로 복귀되어 작업 유량제어 용도로 사용할 수 있다. 즉, 본 발명에 기재된 전자비례감압밸브(60)는 조이스틱을 조작하여 제1, 제2 유압펌프(11, 12)에 대한 유량제어를 수행할 때에 이용이 가능하도록 한 것이다.
이에 부연 설명하면, 옵션 작동(ex. Breaker / Shear)을 수행할 때에는 옵션 작동에 사용하지 않는 유압펌프의 유량제어신호(Pi)가 높으므로(예, 네가티브 제어) 토출유량이 최소가 되어 옵션 작동을 수행이 가능하게 된다.
또한, 옵션 작동 이외의 작업을 수행할 때에 무부하(Idle)상태에서는 유량제어신호(Pi, pi-1, pi-2)의 압력에 해당하는 압력으로 전자비례감압밸브(60)의 전류를 설정함으로써, 액추에이터(30)가 동작할 경우에는 급격히 감소하는 유량제어신호(Pi, pi-1, pi-2)의 압력 대비하여 전자비례감압밸브(60)의 기울기를 적정하게 조정하여, 엔진 회전속도가 떨어지지 않도록 할 수 있다.
이하, 첨부도면 도 6 내지 도 10을 참조하여 본 발명에 따른 건설기계의 유압시스템의 작용을 설명한다.
첨부도면 도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 유압시스템에서 유량제어와 마력제어에 의한 유량변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 비교예는 등마력제어에 의해 펌프 유량이 안정화에 도달되기 전까지 펌프 레귤레이터(40, 40a)의 응답성 지연에 의해 과도 유량을 토출한다.
즉, 종래의 비교에는, 유량제어에 의해 조이스틱을 조작한 시점(Pi시점)부터 조이스틱의 조작이 종료된 시점(Pi종점)까지 유량이 급격하게 증가(q1 -> q2)한다. 이후에 마력제어는 응답성 지연으로 인하여 시간차이를 가지고 반응을 함으로써 뒤늦게 증가된 펌프 부하 압력 종점(Pd종점)에서 펌프부하를 유지하도록 유량(q3)을 감소시키게 된다.
앞서 설명한 바와 같이, 종래의 비교예는 조이스틱을 급격하게 동작할 때에 발생하는 과도 유량 토출을 제어할 수 없고, 또한, 과도 유량 증가에 따른 펌프 소요 마력이 증가하여 엔진 부하가 증가하고 그에 따라 목표 엔진회전수(Target rpm) 제어에 의해 펌프 마력제어가 들어가 펌프 유량을 낮추기 때문에 장비성능 저하가 발생 하게 된다.
반면에 본 발명에 따른 유압시스템에 의하면, 기어펌프(70)에서 유입되는 파일럿 작동유을 펌프 레귤레이터(40, 40a)를 신속하게 작동시킴으로써 펌프 부하를 신속하게 증가시키고 이로써 마력제어에 의해 초기에 유량이 과다하게 토출되는 것을 방지하여 유량의 증가추이를 완만하게 구현할 수 있는 것이다.
이에 부연 설명하면, 조이스틱을 조작할 때에 유량제어 신호의 압력이 조이스틱을 조작한 시점(Pi시점)에서 급하게 조이스틱 조작종료시점(Pi종점)까지 증가하게 되며, 유량제어용 전자비례감압밸브(60)를 이용하여 최대압력부터 일정한 기울기로 압력을 줄임으로써 토출 유량의 상승을 완만한 상승으로 제어한다.
이를 통해 본 발명에 따른 유압시스템은 과다 유량 토출에 의한 펌프 마력 증가율을 조정 할 수 있으며, 종래의 유압시스템에서 문제가 되는 엔진 부하에 따른 펌프 마력제어가 최소한으로 작용함으로써 장비 성능이 저하되는 것을 방지하여 장비운용에 유리하다.
또한, 제1, 제2 유압펌프(11, 12)의 과다 유량 토출이 제어 되므로 장비 충격이 감소되고, 토출 유량이 완만하게 증가됨으로써 통상적인 조이스틱을 조작할 때에 제어성이 향상 된다.
도 7을 참조하여 펌프 토출 유량 변화에 대하여 설명한다. 첨부도면 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 유압시스템에서 조이스틱 조작에 의한 펌프 토출유량 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 조이스틱을 급격하게 조작할 때에 비교예는 조이스틱을 조작한 시점(t1) 직후에 급격하게 유량이 증가하여 델타 유량(delta Qp)을 과다 토출하고 소정의 시간이 경과된 후에 안정화 시점(t2)부터 안정화된다.
반면에, 본 발명에 따른 유압시스템에서는 조이스틱을 급격하게 조작하더라도 앞서 설명한 바와 같이, 전자비례감압밸브(60)에 의해 최대압력부터 일정한 기울기로 압력을 줄임으로써 토출 유량의 상승을 완만한 상승으로 제어할 수 있는 것이다.
이하, 도 8을 참조하여 펌프 입력 마력의 변화를 설명한다. 첨부도면 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 유압시스템에서 조이스틱 조작에 의한 펌프 입력 마력 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 조이스틱을 급격하게 조작할 때에 비교예는 조이스틱을 조작한 시점(t1) 직후에 급격하게 펌프 입력 마력이 증가하여 피크(peak)를 형성하고, 이후에 펌프 입력 마력이 감소하여 소정의 시간이 경과된 후에 안정화 시점(t2)부터 안정화된다.
반면에, 본 발명에 따른 유압시스템에서는 조이스틱을 급격하게 조작하더라도 앞서 설명한 바와 같이, 전자비례감압밸브(60)에 의해 최대압력부터 일정한 기울기로 압력을 줄임으로써 펌프 입력 마력을 설정된 기울기로 완만하게 상승시키도록 제어된다.
이하, 도 9를 참조하여 토출유압의 변화를 설명한다. 첨부도면 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 유압시스템에서 조이스틱 조작에 의한 토출유압의 펌프 레귤레이터 제어압력 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 9에 나타낸 바와 같이, 펌프 레귤레이터 제어 압력은 제1, 제5 유압라인(L1, L5)에 작용되는 압력으로서, 제1, 제2 유압펌프의 제1, 제2 사판(r1, r2)을 실질적으로 제어하도록 하는 압력이다.
도 9에 나타낸 바와 같이, 조이스틱을 급격하게 조작할 때에 비교예는 조이스틱을 조작한 시점(t1) 직후에 급격하게 펌프 레귤레이터 제어압력이 낮아지다. 이후에 소정의 시간이 경과된 후에 안정화 시점(t2)부터 안정화된다.
반면에, 본 발명에 따른 유압시스템에서는 조이스틱을 급격하게 조작하더라도 앞서 설명한 바와 같이, 전자비례감압밸브(60)에 의해 최대압력부터 일정한 기울기로 압력을 줄임으로써 펌프 입력 마력을 설정된 기울기로 완만하게 하강되록 제어된다.
이하, 도 10을 참조하여 엔진의 특성 변화를 살펴본다. 첨부도면 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 유압시스템에서 조이스틱 조작에 의한 엔진회전수 변화 및 엔진 출력 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 10에 나타낸 바와 같이, 요구 유량이 증가하거나 높은 마력이 요구될 때에 엔진 회전수(rpm)이 증가한다. 그러나 엔진 회전수(rpm)가 목표하는 엔진회전수로 상승하여 소망하는 엔진출력을 구현하기 위해서는 소정의 시간이 필요하다.
즉, 엔진 회전수가 증가되는데 엔진 커버닝 구간이 반드시 필요하고, 엔진 커버닝 구간에는 터보차저가 정상적인 기능을 수행하는 시간이 포함된다. 터보차저가 정상적으로 기능을 수행하지 못하면 높은 엔진 회전수를 기대할 수 없다.
비교예는 종래의 유압시스템에서 엔진회전수의 변화추이를 나타낸 것으로 조이스틱을 급격하게 조작한 직후에 펌프 부하가 급격하게 증가함으로써 엔진회전수가 급격하게 큰 폭으로 낮아진다. (비교예 delta rpm 참조)
이후에 엔진 커버닝 구간의 시간이 경과된 후에 엔진회전수가 소망하는 목표회전수에 도달하면 점진적으로 안정화된다.
반면에, 본 발명의 실시에에 따른 유압시스템에서는 펌프에 작용되는 펌프 부하를 점진적으로 증가시킴으로써 엔진회전수가 낮아지더라도 비교에에 비교하여 상대적으로 작은 폭으로 낮아진다. (실시예 delta rpm 참조)
즉, 엔진 부하에 따른 펌프 마력제어가 최소한으로 작용함으로써 장비 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있고, 이는 건설기계의 장비운용에 유리하다.
또한, 엔진회전수가 낮아진 이후에 엔진 커버닝 구간의 시간이 경과되는 동안에 엔진회전수가 소망하는 목표회전수에 도달하게 되는데, 엔진회전수가 낮아지는 폭이 작으므로 소망하는 목표회전수에 좀 더 신속하게 도달하여 안정화 된다.
상술한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따른 건설기계의 유압시스템은, 기계식 유압펌프를 적용하는 건설기계의 유압시스템에 있어서, 요구 유량이 급작스럽게 증가하더라도 전자비례감압밸브에 의해 최대압력부터 일정한 기울기로 압력을 줄이도록 유압펌프를 제어하여 유압펌프에서 토출되는 토출 유량의 증가를 완만하게 증가하도록 제어할 수 있고, 이로써 유압충격을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 건설기계의 유압시스템은, 기계식 유압펌프를 적용하는 건설기계의 유압시스템에 있어서, 펌프 입력 마력이 완만하게 증가되도록 함으로써 엔진에 부하가 급격하게 증가하는 것을 방지하여 엔진 회전수가 급격한 저하를 방지할 수 있고, 나아가 연비를 개선할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명에 따른 건설기계의 유압시스템은 기계식 유압펌프가 구비된 유압시스템에서 조이스틱을 급조작할 때에 연료소모를 줄이고 조작성을 개선하도록 하는 데에 이용될 수 있다.

Claims (3)

  1. 제어 전류 값이 최대 압력이 입력되고, 최소 유량으로 설정된 유량제어용 전자비례감압밸브(60: EPPRV);
    상기 전자비례감압밸브(60)에 파일럿 작동유을 제공하는 기어펌프(70);
    상기 전자비례감압밸브(60)를 경유한 제1 파일럿 작동유의 압력과 유량제어 신호 압력을 비교하여 큰 압력의 제2 파일럿 작동유를 출력하는 셔틀밸브(80);
    상기 제2 파일럿 작동유에 의해 사판 각도가 제어되는 유압펌프(10); 및
    상기 유량제어 신호가 발생하면 상기 전자비례감압밸브(60)를 최대 압력부터 설정된 기울기로 압력을 줄이도록 제어하는 펌프제어장치(50);
    를 포함하는 건설기계의 유압시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 유량제어 신호 압력은 제1, 제2 유량제어 신호라인(pi-1, pi-2)에 의해 복수로 입력되고,
    상기 셔틀 밸브(80)는, 상기 제1 유량제어 신호라인(pi-1)의 제1 압력과 상기 제1 파일럿 압력을 비교하여 큰 압력을 제3 파일럿 작동유로 출력하는 제1 셔틀밸브(81)와 상기 제2 유량제어 신호라인(pi-2)의 제2 압력과 상기 제1 파일럿 압력을 비교하여 큰 압력을 제4 파일럿 작동유로 출력하는 제2 셔틀밸브(82)로 구비되며,
    상기 유압펌프(10)는, 상기 제3 파일럿 압력에 의해 사판각도가 제어되는 제1 유압펌프(11)와 상기 제4 파일럿 작동유에 의해 사판각도가 제어되는 제2 유압펌프(12)를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 유압시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 펌프제어장치(50)는 상기 유량제어 신호가 발생하지 않으면 제어 전류 값이 최대 압력이 입력되고, 최소 유량 설정으로 복귀되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 건설기계의 유압시스템.
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