WO2015099329A1

WO2015099329A1 - 하이브리드 굴삭기의 동력보조 장치 및 동력보조 제어 방법

Info

Publication number: WO2015099329A1
Application number: PCT/KR2014/012178
Authority: WO
Inventors: 조성우; 유승진; 박철규
Original assignee: Doosan Infracore Co Ltd
Current assignee: HD Hyundai Infracore Co Ltd
Priority date: 2013-12-24
Filing date: 2014-12-11
Publication date: 2015-07-02
Anticipated expiration: 2016-06-24
Also published as: KR20160095072A; KR101805333B1

Abstract

본 발명은 하이브리드 굴삭기의 동력보조 장치 및 동력보조 제어 방법에 관한 것으로, 전기 모터와 발전기가 병렬로 연결된 하이브리드 굴삭기에서 급격한 부하에 따른 엔진속도의 하락을 효율적으로 방지하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명은 엔진보조 전동기의 구동을 지시하는 동력보조 기준속도를 아이들(Idle) 엔진속도보다 작은 값으로 초기에 설정하여 엔진보조 전동기의 구동을 지시하며, 이후 초기 설정된 동력보조 기준속도를 일정하게 유지하지 않고 일정량 감소시킴으로써 전동기의 동력보조 타이밍을 더 빠르게 하는 동시에 불필요한 전기에너지가 낭비되는 것을 방지함을 특징으로 한다.

Description

하이브리드 굴삭기의 동력보조 장치 및 동력보조 제어 방법

본 발명은 하이브리드 굴삭기의 동력보조 장치 및 동력보조 제어 방법에 관한 것으로, 전기 모터와 발전기가 병렬로 연결된 하이브리드 굴삭기에서 급격한 부하에 따른 엔진속도의 하락을 효율적으로 방지하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

기존 유압식 굴삭기의 경우, 상대적으로 느린 엔진의 동특성으로 인해 유압펌프로부터 급격한 부하가 엔진에 전달되면, 순간적으로 요구하는 부하에 준하는 회전력(토크)을 만들어 내기 위해서 엔진속도가 낮아진다. 물론 그 이후 엔진이 충분한 회전력을 만들어내어 엔진속도가 원래 속도대로 돌아가더라도 그동안 굴삭기의 작업 성능은 크게 감소하며, 운전자들은 이러한 성능 저하에 민감하게 반응한다.

전기 모터와 발전기가 병렬로 연결된 전동식 하이브리드 굴삭기의 경우, 엔진보다 빠른 동특성을 가진 전기 모터를 병행하여 동력을 보조하므로 급격한 부하가 엔진에 가해지더라도 엔진의 속도하락에 따른 굴삭기의 작업성능 저하를 방지할 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 일반적인 급부하시 엔진속도가 변화하는 모습을 나타내고 있다. 도 1에 의하면, 부하가 없는 경우에는 엔진의 '아이들(idle)' 값에서 회전하고 있다. 이후 급부하가 시작되면 엔진은 급부하에 대응되는 회전력을 충분히 발휘하지 못하고, 회전 속도가 떨어진다. 이후 엔진이 정상적인 회전력을 내거나, 유압모터가 경전각을 일부러 줄여서 부하를 낮추면 엔진속도는 정격엔진속도 근처에서 평행을 이룬다.

이와 같이 엔진이 급부하에 대응되는 회전력을 충분히 발휘하지 못하고 회전 속도가 떨어지는 단점을 극복하기 위해 개발된 하이브리드 굴삭기의 경우, 도 2에 도시되어 있는 로직을 사용한다.

도 2를 참조하면, 우선 동력보조 여부를 결정하는 기준값인 '동력보조 기준속도'를 '정격엔진속도'와 동일한 값으로 셋팅한다(S201).

이후, 현재 엔진속도와 동력보조 기준속도를 비교하여(S203), 동력보조 기준속도가 현재 엔진속도보다 큰 경우에는 동력보조신호를 활성화(on)하고(S205), 그 외의 경우에는 동력보조신호를 비활성화(off)한다(S207).

이후, 다음 사이클(next cycle)로 진입한다(S209).

하지만, 상기 로직을 실제로 구현해보면, 엔진이 무부하 상태인 아이들(Idle) 상태에서 정격엔진속도로 하락하는 구간에서 상대적으로 하락 관성이 매우 크기 때문에 정격을 지닌 후의 동력보조는 운전자가 원하는 속도 하락을 방지하지 못한다. 따라서 상대적으로 하락 관성을 감소시켜 운전자가 원하는 굴삭기의 성능을 가져올 수 있는 방안이 요구된다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해서 도출된 것으로서, 급격한 부하에 따른 엔진속도 하락시에 엔진보조 전동기를 제어하여 엔진속도 하락을 최소화하고 굴삭기의 성능을 극대화할 수 있는 하이브리드 굴삭기의 보조동력 장치 및 그 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 굴삭기의 동력보조 장치는, 엔진과 연결되어 펌프부하 변동에 따른 상기 엔진의 출력 하락시 보조 동력을 제공하는 엔진보조 전동기; 및 엔진속도가 아이들 상태 엔진속도 또는 정격엔진속도를 기반으로 결정되는 동력보조 기준속도에 도달하면 상기 엔진보조 전동기의 구동을 제어하는 동력보조 신호를 생성하는 컨트롤러를 포함한다.

여기서 아이들(Idle)상태는 하이브리드 굴삭기에 부하가 없는 상태의 엔진속도를 말한다. 아이들(Idle) 값은 장비의 종류나 목적 등에 따라서 제조사에서 특정 RPM을 정할 수 있다. 또한 파워모드가 복수인 장비에서는 해당 모드의 무부하 상태의 엔진속도를 아이들로 정의한다.

또한, 상기 컨트롤러는, 엔진속도가 상기 정격엔진속도에 도달하지 못하는 경우 보조 동력이 발생될 수 있도록 상기 아이들 상태 엔진속도에서 소정의 오프셋(offset)을 차감한 속도로 동력보조 기준속도를 설정하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 상기 오프셋은 10rpm 내지 30rpm인 것을 특징으로 한다.

또한, 펌프의 토출 압력을 검출하는 펌프압력센서; 및 상기 펌프의 토출 유량을 검출하는 경전각 센서를 더 포함하고, 상기 컨트롤러는 상기 토출 압력, 상기 토출 유량 및 상기 엔진속도를 이용하여 펌프부하를 연산하고, 상기 동력보조 기준속도를 상기 펌프부하의 변화에 따라 감소되도록 설정하여 상기 엔진보조 전동기에 제공되는 동력보조 신호를 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 컨트롤러는 상기 동력보조 기준속도를 기준속도 감소량(α)만큼 선형적으로 감소된 값으로 변경 설정하여 상기 엔진보조 전동기가 동작하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 컨트롤러는 상기 동력보조 기준속도가 상기 정격엔진속도를 초과하지 않는 경우 기 설정된 상기 동력보조 기준속도를 상기 정격엔진속도로 변경 설정하는 것을 특징으로 한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 굴삭기의 동력보조 제어방법은, 엔진과 연결되어 펌프부하 변동에 따른 상기 엔진의 출력 하락시 보조 동력을 제공하는 엔진보조 전동기 및 엔진속도가 아이들 상태 엔진속도 또는 정격엔진속도를 기반으로 결정되는 동력보조 기준속도에 도달하면 상기 엔진보조 전동기의 구동을 제어하는 동력보조 신호를 생성하는 컨트롤러를 포함하는 하이브리드 굴삭기의 동력보조 제어방법에 있어서, 상기 엔진이 아이들 상태 엔진속도에서 정격엔진속도에 도달하지 못하는 경우 보조 동력이 발생될 수 있도록 아이들 상태 엔진속도에서 소정의 오프셋(offset)을 차감한 속도를 동력보조 기준속도로 설정하는 단계; 및 상기 엔진속도와 상기 동력보조 기준속도를 비교하여 상기 엔진보조 전동기를 활성화(ON) 또는 비활성화(OFF)하는 단계를 포함한다.

바람직하게는, 상기 오프셋은 10rpm 내지 30rpm 인 것을 특징으로 하는 한다.

또한, 상기 엔진보조 전동기가 활성화된 후 상기 동력보조 기준속도와 상기 정격엔진속도를 비교하는 단계; 및 상기 비교결과, 상기 동력보조 기준속도가 상기 정격엔진속도보다 큰 경우 상기 동력보조 기준속도를 정격엔진속도로 선형적으로 감소시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 엔진보조 전동기가 활성화된 후 상기 동력보조 기준속도와 상기 정격엔진속도를 비교하는 단계; 및 상기 비교결과, 상기 동력보조 기준속도가 상기 정격엔진속도보다 큰 경우 상기 동력보조 기준속도를 기준속도 감소량(α)만큼 차감한 속도로 감소시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 기준속도 감소량(α)은 상기 펌프부하에 따라 결정되는데, 초기 펌프부하가 클수록 상기 기준속도 감소량(α)을 작게 설정하고, 초기 펌프부하가 작을수록 상기 기준속도 감소량(α)을 크게 설정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 엔진속도와 상기 동력보조 기준속도를 비교한 결과, 상기 동력보조 기준속도가 상기 정격엔진속도보다 크지 않은 경우 상기 동력보조 기준속도를 상기 정격엔진속도로 변경 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

기존 프로세스는 엔진속도가 '정격엔진속도' 보다 낮아지는 시점부터 전동기에 동력보조가 시작되는 반면에, 본 발명에서 제안하는 프로세스는 '정격엔진속도' 보다 높은 rpm에서 동력보조가 시작된다. 따라서 본 발명은 기존 프로세스에 비해 부하 시작 후에 동력보조가 시작될 때까지 걸리는 대응시간이 절반으로 줄어들며, 엔진속도의 하락폭 역시 기존 대비하여 절반으로 줄어드는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면 엔진보조 전동기의 구동을 지시하는 동력보조 기준속도를 아이들(idle) 상태 엔진속도보다 작은 값으로 초기에 설정하여 엔진보조 전동기의 구동을 지시한 후, 초기 설정된 동력보조 기준속도를 일정하게 유지하지 않고 일정량 감소시킴으로써 전동기의 동력보조 타이밍을 더 빠르게 하는 동시에 불필요한 전기에너지가 낭비되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 급부하시 엔진속도가 변화하는 모습을 나타낸 도면.

도 2는 종래 전동식 하이브리드 굴삭기의 제어부에서 동력보조 신호를 온/오프 하는 동작을 도시한 도면.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전동식 하이브리드 굴삭기의 구조.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 굴삭기의 구성을 도시한 다른 도면.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 컨트롤러에서 수행되는 동작을 도시한 흐름도.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 동력보조 기준속도를 선형적으로 감소시키는 예를 도시한 도면.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 동력보조 기준속도 감소량을 도시한 도면.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 본 발명 적용 전의 엔진속도 변화량과 본 발명 적용 후의 엔진속도 변화량을 도시한 도면.

본 발명은 하이브리드 굴삭기의 보조동력 신호 생성 장치 및 방법에 적용된다. 그러나, 본 발명은 이에 한정하지 않고 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있는 모든 기술 분야에 적용될 수도 있다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명한다. 이하, 설명 및 첨부된 도면들에서 실질적으로 동일한 구성요소들은 각각 동일한 부호들로 나타냄으로써 중복 설명을 생략하기로 한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전동식 하이브리드 굴삭기의 구조를 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 전동식 하이브리드 굴삭기는 전기에너지 저장장치(302), 컨버터(304), 엔진(306), 엔진보조 전동기(308), 유압펌프(310), 선회 전동기(318), 컨트롤 밸브(312), 실린더(314) 및 주행모터(316)를 포함한다.

본 발명의 일실시예에 따른 전기에너지 저장장치(302)는 전동식 하이브리드 굴삭기의 보조동력으로 사용된다.

컨버터(304)는 전기에너지 저장장치(302)에 저장된 직류 성분의 전기 에너지를 엔진 보조 전동기(308) 또는 선회 전동기(318)에서 사용하도록 교류 성분을 갖는 에너지로 변환한다.

엔진(306)은 모터를 이용하여 구동 에너지를 생성한다.

엔진 보조 전동기(308)는 엔진(306)에서 생성한 에너지를 유압펌프(310)로 제공하며, 필요한 경우 전기에너지 저장장치(302)에 저장된 에너지를 엔진보조 전동기(308)를 통해 유압펌프(310)로 제공한다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 엔진보조 전동기(308)는 급격한 펌프부하 변동에 따른 엔진(306)의 속도 하락시 보조 동력을 제공한다.

상기 엔진(306)과 엔진보조 전동기(308)는 유압펌프(310)에 병렬로 동력을 공급한다.

유압펌프(310)는 엔진 보조 전동기(308)에서 제공받은 에너지를 이용하여 유압동력을 생성하며, 생성된 동력은 컨트롤 밸브(312)를 통하여 실린더(314)나 주행 모터(316)로 공급된다. 또한 실린더(314)는 하이브리드 굴삭기의 기능을 수행하기 위해 붐(boom) 실린더, 암(arm) 실린더 및 버켓(bucket) 실린더를 포함한다.

선회 전동기(318)는 컨버터(304)에서 제공받은 에너지를 이용하여 선회 기능을 수행하기 위한 동력을 생성한다. 이외에도 다양한 구성이 본 발명에서 제안하는 하이브리드 굴삭기에 포함될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 굴삭기의 구성을 도시한 다른 도면이다. 이하 도 4를 이용하여 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 굴삭기의 구성에 대해 알아보기로 한다.

*도 4를 참조하면, 하이브리드 굴삭기는 작업 조이스틱(440), 펌프 부하 검출수단(410), 컨트롤러(420), 계측수단(430) 및 엔진보조 전동기(308)를 포함한다.

작업 조이스틱(440)은 하이브리드 굴삭기를 이용하여 작업을 수행하기 위한 작업자의 명령을 입력하는 수단이다. 일반적으로 작업 조이스틱(440)은 전후좌우 방향으로 이동 가능하며, 작업 조이스틱(440)의 이동에 따라 하이브리드 굴삭기의 붐(boom), 암(arm) 또는 버켓(bucket) 등의 작업장치의 이동을 지시한다.

펌프 부하 검출수단(410)은 펌프압력센서, 경전각 센서 및 엔진속도 센서로부터 제공받은 정보를 이용하여 펌프의 부하를 검출한다. 펌프 부하 검출수단(410)에서 검출한 펌프의 부하는 컨트롤러(420)로 제공된다.

계측수단(430)은 엔진보조 전동기(308)의 회전속도 및 토크를 검출한다. 계측수단(430)에서 검출한 엔진보조 전동기(308)의 회전속도 및 토크는 컨트롤러(420)로 제공된다.

계측수단(430)은 엔진 속도 센서 및 엔진 토크 센서와 같은 계측 장비일 수 있다.

컨트롤러(420)는 펌프 부하 검출수단(410)으로부터 제공받은 펌프의 부하와 계측수단(430)으로부터 제공받은 엔진보조 전동기(308)의 회전속도 및 토크를 이용하여 엔진보조 전동기(308)의 구동을 제어하는 제어신호를 생성한다. 컨트롤러(420)는 생성한 제어 신호에 따라 엔진보조 전동기(308)를 제어한다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 컨트롤러에서 수행되는 동작을 도시한 순서도이다.

우선, 컨트롤러는 동력보조 기준속도를 아이들(Idle) 상태 엔진속도보다 상대적으로 낮은 값으로 셋팅한다(S501). 즉, 동력보조 기준속도를 다음 수학식 1과 같이 아이들(Idle) 상태 엔진속도에서 소정의 오프셋(offset) 값을 차감한 값으로 설정한다.

수학식 1

상기 수학식 1에서 오프셋(offset)의 크기는 하이브리드 굴삭기의 특성에 따라 달라질 수 있으며, 본 발명의 일실시예에 따르면 오프셋은 20rpm으로 설정할 수 있다.

본 실시예의 하이브리드 굴삭기는 Idle을 1750rpm으로 두고, 이때의 정격엔진속도를 1680rpm으로 정한다. 따라서, 초기 동력보조 기준속도는 1730rpm(1750rpm - 20rpm(offset) = 1730rpm)이 되고, 동력보조 기준속도는 초기 동력보조 기준속도인 1730rpm부터 정격엔진속도인 1680rpm까지 부하에 따라 가변된다. 엔진속도가 초기 동력보조 기준속도인 1730rpm보다 클 경우는 엔진보조 전동기의 동력보조가 이루어지지 않는다.

작업모드를 작업자나 또는 제어장치에 의해서 변경할 수 있는 하이브리드 굴삭기의 경우는 작업모드의 아이들(Idle) rpm에 따라 정격엔진속도도 변경된다. 예를 들여 특정 작업모드의 아이들 값이 1600rpm 이라면 정격엔진속도도 1520rpm과 같이 일정한 간격으로 낮아지게 설정된다. 이 경우 동력보조 기준속도는 초기 동력보조 기준속도인 1580rpm부터 정격엔진속도인 1520rpm까지 부하에 따라 가변된다.

또한, 오토 아이들과 같은 외부 로직에 의해 운전자가 휴식을 취하는 동안 엔진속도가 1000rpm으로 매우 낮아진 상태에서 다시 급작스런 부하가 가해질 경우, 순간적으로 목표 아이들 값이 원래 아이들 값인 1750rpm으로 세팅된다. 따라서 그 순간의 엔진속도가 1000rpm으로 목표 아이들 값인 1750rpm보다 훨씬 낮은 상태이기 때문에 상기 제어로직에 의해 동력보조가 발생하게 되고, 엔진속도를 빠르게 원래 상태로 복귀시킬 수 있다.

오프셋은 굴삭기 출력에 따라 10rpm 내지 30rpm으로 설정하는 것이 바람직하다.

이후 컨트롤러는 하이브리드 굴삭기의 엔진속도와 동력보조 기준속도를 비교한다(S502).

S502단계에서 비교결과, 하이브리드 굴삭기의 엔진속도가 동력보조 기준속도보다 작지 않은 경우에는 컨트롤러는 동력보조신호를 비활성화(off) 시킴으로써 엔진보조 전동기의 구동을 중단한다(S504).

S502단계에서 비교결과, 하이브리드 굴삭기의 엔진속도가 동력보조 기준속도보다 작은 경우에는 컨트롤러는 동력보조신호를 활성화(on) 시킴으로써 엔진보조 전동기의 구동을 지시한다(S506).

동력보조 신호가 턴온(on)되어 엔진보조 전동기가 구동된 후, 컨트롤러는 하이브리드 굴삭기의 엔진속도와 정격엔진속도를 비교한다(S508).

상기 비교결과, 하이브리드 굴삭기의 동력보조 기준속도가 정격엔진 속도보다 큰 경우에는, 동력보조 기준속도를 S501 단계의 'Idle 엔진속도 - 오프셋'으로 유지하지 않고 정격엔진속도로 유지하여 선형적으로 감소시킨다(S510). 이를 통해서 불필요한 전기동력이 낭비되는 것을 방지한다.

*또한, 상기 S508 단계에서 비교결과, 동력보조 기준속도가 정격엔진속도보다 크지 않은 경우에는, 더 이상 동력보조 기준속도를 감소시키지 않고, 정격엔진속도 수준에서 유지시켜, 동력보조 기준속도가 과하게 낮게 셋팅되는 것을 방지한다(S512).

도 5를 참조하면, 하이브리드 굴삭기의 엔진속도가 정격엔진속도보다 크지 않은 경우에는 새롭게 적용되는 동력보조 기준속도는 '동력보조 기준속도 - α'가 되며, 상기 기준속도 감소량 'α'는 펌프 부하에 의해 계산이 된다.

이와 같이 본 발명은 동력보조 기준속도를 초기에 'Idle 엔진속도 - offset'으로 설정한 후, 이를 계속적으로 일정하게 유지하는 것이 아니라 정격엔진속도로 감소시킨다.

즉, 동력보조 기준속도를 'Idle 엔진속도 - offset'으로 유지할 경우, 엔진속도가 평행을 이루는 후반부에서도 컨트롤러는 계속적으로 동력보조 신호를 보낼 것이며, 이에 따라서 필요없는 전기동력이 낭비되지 않도록 하기 위해서 동력보조 기준속도를 정격엔진 기준속도까지 감소시킨다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 동력보조 기준속도를 선형적으로 감소시키는 예를 도시하고 있다. 도 6에 의하면, 동력보조 기준속도는 최초 'Idle 엔진속도 - 오프셋'으로부터 펌프의 부하 변화에 따라서 '정격엔진속도'로 거의 선형적으로 감소함을 알 수 있다.

이와 같이 동력보조 기준속도를 정격엔진속도까지 감소시키는 이유는 동력보조 기준속도가 너무 높게 유지될 경우, 엔진속도가 평형을 이루는 구간에서도 동력보조 명령이 내려오게 되며, 이로 인해 불필요한 전기에너지가 낭비되기 때문이다.

이하에서는 상술한 기준속도 감소량(α)를 산출하는 과정에 대해 설명한다.

감소되는 보조동력 기준속도 변화량(감소량)은 초기 펌프 부하량에 따라 결정된다. 초기 펌프 부하가 크게 증가할수록, 엔진의 최저점이 낮아지고 복귀시간이 길어진다. 따라서 초기 펌프 부하가 클수록 기준속도 변화량은 작게 설정하며, 초기 펌프 부하가 작을수록 기준속도 변화량을 크게 설정한다. 즉, 동력보조 기준속도 변화량(α)은 다음의 수학식 2 내지 수학식 4를 이용하여 산출한다.

하기 수학식 2는 초기 펌프 부하를 산출하는 수식이며, 수학식 3은 복귀시간을 산출하는 수식이며, 수학식 4는 동력보조 기준속도 변화량을 산출하는 수식이다.

수학식 2

수학식 3

수학식 3에서 복귀시간 Δt는 도 1의 그래프에서 나타낸 바와 같이, 엔진속도가 정격엔진속도 이하가 되어 다시 정격엔진속도로 복귀하는 시간을 의미한다.

수학식 4

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 동력보조 기준속도 감소량을 도시하고 있다. 도 7에 도시되어 있는 바와 같이 동력보조 기준속도 감소량은 초기 펌프 부하에 따라 달라짐을 알 수 있다. 즉, 펌프부하가 min 값에서부터 동력보조 기준속도 감소량(α)이 급격히 커지며 펌프부하 max 값으로 수렴할수록 거의 제로에 가까워짐을 알 수 있다.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 본 발명 적용 전의 엔진속도 변화량과 본 발명 적용 후의 엔진속도 변화량을 도시하고 있다. 도 8에 의하면, 본 발명 적용 후의 엔진속도는 본 발명 적용 전의 엔진속도에 비해 부하 시작 후 동력보조가 시작될 때까지 소요되는 대응시간이 절반으로 줄어들었으며, 대응시간이 빨라짐에 따라 엔진속도 하락폭도 절반으로 줄어들었다.

한편, 상술한 본 발명의 실시 예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)와 같은 저장매체를 포함한다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라, 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

본 발명에 따른 하이브리드 굴삭기의 동력보조 장치 및 동력보조 제어 방법에 의하면, 급격한 부하에 따른 엔진속도 하락시에 엔진보조 전동기를 제어하여 엔진속도 하락을 최소화하고 굴삭기의 성능을 극대화할 수 있다는 점에서 기존 기술의 한계를 뛰어 넘음에 따라 관련 기술에 대한 이용만이 아닌 적용되는 장치의 시판 또는 영업의 가능성이 충분할 뿐만 아니라 현실적으로 명백하게 실시할 수 있는 정도이므로 산업상 이용 가능성이 있는 발명이다.

Claims

하이브리드 굴삭기의 동력보조 장치에 있어서,

엔진과 연결되어 펌프부하 변동에 따른 상기 엔진의 출력 하락시 보조 동력을 제공하는 엔진보조 전동기; 및

엔진속도가 아이들 상태 엔진속도 또는 정격엔진속도를 기반으로 결정되는 동력보조 기준속도에 도달하면 상기 엔진보조 전동기의 구동을 제어하는 동력보조 신호를 생성하는 컨트롤러;

를 포함하는 하이브리드 굴삭기의 동력보조 장치.
제1항에 있어서,

상기 컨트롤러는, 엔진속도가 상기 정격엔진속도에 도달하지 못하는 경우 보조 동력이 발생될 수 있도록 상기 아이들 상태 엔진속도에서 소정의 오프셋(offset)을 차감한 속도로 동력보조 기준속도를 설정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 굴삭기의 동력보조 장치.
제2항에 있어서,

상기 오프셋은 10rpm 내지 30rpm인 것을 특징으로 하는 하이브리드 굴삭기의 동력보조 장치.
제2항에 있어서,

펌프의 토출 압력을 검출하는 펌프압력센서; 및

상기 펌프의 토출 유량을 검출하는 경전각 센서;

를 더 포함하고,

상기 컨트롤러는 상기 토출 압력, 상기 토출 유량 및 상기 엔진속도를 이용하여 펌프부하를 연산하고, 상기 동력보조 기준속도를 상기 펌프부하의 변화에 따라 감소되도록 설정하여 상기 엔진보조 전동기에 제공되는 동력보조 신호를 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 굴삭기의 동력보조 장치.
제4항에 있어서,

상기 컨트롤러는 상기 동력보조 기준속도를 기준속도 감소량(α)만큼 선형적으로 감소된 값으로 변경 설정하여 상기 엔진보조 전동기가 동작하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 굴삭기의 동력보조 장치.
제5항에 있어서,

상기 컨트롤러는, 펌프토출압을 P라 하고, 펌프토출유량을 Q라 하고, 펌프회전속도를 ω라 할 때, 펌프부하(τ)는 다음 수학식

에 의해 결정되며,

상기 동력보조 기준속도가 상기 정격엔진속도 이하가 되어 다시 상기 정격엔진속도로 복귀하는 시간(Δt)은 다음 수학식

에 의해 결정되며,

상기 기준속도 감소량(α)은 다음 수학식

에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 굴삭기의 동력보조 장치.
제1항에 있어서,

상기 컨트롤러는 상기 동력보조 기준속도가 상기 정격엔진속도를 초과하지 않는 경우 기 설정된 상기 동력보조 기준속도를 상기 정격엔진속도로 변경 설정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 굴삭기의 동력보조 장치.
제1항에 있어서,

상기 아이들 상태 엔진속도는 무부하 상태 엔진속도인 것을 특징으로 하는 하이브리드 굴삭기의 동력보조 장치.
엔진과 연결되어 펌프부하 변동에 따른 상기 엔진의 출력 하락시 보조 동력을 제공하는 엔진보조 전동기 및 엔진속도가 아이들 상태 엔진속도 또는 정격엔진속도를 기반으로 결정되는 동력보조 기준속도에 도달하면 상기 엔진보조 전동기의 구동을 제어하는 동력보조 신호를 생성하는 컨트롤러를 포함하는 하이브리드 굴삭기의 동력보조 제어방법에 있어서,

상기 엔진이 아이들 상태 엔진속도에서 정격엔진속도에 도달하지 못하는 경우 보조 동력이 발생될 수 있도록 아이들 상태 엔진속도에서 소정의 오프셋(offset)을 차감한 속도를 동력보조 기준속도로 설정하는 단계; 및

상기 엔진속도와 상기 동력보조 기준속도를 비교하여 상기 엔진보조 전동기를 활성화(ON) 또는 비활성화(OFF)하는 단계;

를 포함하는 하이브리드 굴삭기의 동력보조 제어방법.
제9항에 있어서,

상기 오프셋은 10rpm 내지 30rpm 인 것을 특징으로 하는 하이브리드 굴삭기의 동력보조 제어 방법.
제9항에 있어서,

상기 엔진보조 전동기가 활성화된 후 상기 동력보조 기준속도와 상기 정격엔진속도를 비교하는 단계; 및

상기 비교결과, 상기 동력보조 기준속도가 상기 정격엔진속도보다 큰 경우 상기 동력보조 기준속도를 정격엔진속도로 선형적으로 감소시키는 단계;

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 굴삭기의 동력보조 제어방법.
제9항에 있어서,

상기 엔진보조 전동기가 활성화된 후 상기 동력보조 기준속도와 상기 정격엔진속도를 비교하는 단계; 및

상기 비교결과, 상기 동력보조 기준속도가 상기 정격엔진속도보다 큰 경우 상기 동력보조 기준속도를 기준속도 감소량(α)만큼 차감한 속도로 감소시키는 단계;

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 굴삭기의 동력보조 제어방법.
제12항에 있어서,

상기 기준속도 감소량(α)은 상기 펌프부하에 따라 결정되는데, 초기 펌프부하가 클수록 상기 기준속도 감소량(α)을 작게 설정하고, 초기 펌프부하가 작을수록 상기 기준속도 감소량(α)을 크게 설정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 굴삭기의 동력보조 제어방법.
제13항에 있어서,

상기 펌프부하를 τ라고 하고, 펌프토출압을 P라 하고, 펌프토출유량을 Q라 하고, 펌프회전속도를 ω라 할 때,

상기 펌프부하(τ)는 다음 수학식

에 의해 결정되며,

상기 엔진속도가 상기 정격엔진속도 이하가 되어 다시 상기 정격엔진속도로 복귀하는 시간(Δt)은 다음 수학식

에 의해 결정되며,

상기 기준속도 감소량(α)은 다음 수학식

에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 굴삭기의 동력보조 제어 방법.
제9항에 있어서,

상기 엔진속도와 상기 동력보조 기준속도를 비교한 결과, 상기 동력보조 기준속도가 상기 정격엔진속도보다 크지 않은 경우 상기 동력보조 기준속도를 상기 정격엔진속도로 변경 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 굴삭기의 동력보조 제어방법.