WO2017007185A1 - 건설기계의 제어장치 및 제어방법 - Google Patents

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윤홍철
박병헌
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두산인프라코어 주식회사
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    • F15B2211/60—Circuit components or control therefor
    • F15B2211/665—Methods of control using electronic components
    • F15B2211/6651—Control of the prime mover, e.g. control of the output torque or rotational speed

Definitions

  • the present invention relates to a control device and a control method of a construction machine, and more particularly, to a control device and a control method of a construction machine to control the engine at the optimum fuel efficiency when the auxiliary power unit is added to the construction machine. will be.
  • engines differ in dynamic characteristics from engine to engine.
  • the engine may vary in optimum fuel economy depending on the specific engine speed.
  • the conventional construction machine may reduce the load applied to the engine by the auxiliary power, the engine speed may be changed, but there is a problem in that it does not realize the optimum fuel economy corresponding to the changed engine speed. .
  • Embodiment of the present invention is to add an auxiliary power unit to the construction machine, the control device and control method of the construction machine to implement the optimum fuel economy corresponding to the engine speed implemented when the power is assisted from the auxiliary power unit To provide.
  • a control device for a construction machine includes an electronic joystick for generating a request signal, a main controller for generating a torque command and a pilot signal upon receiving the request signal, and an engine speed for receiving the torque command.
  • Main control valve controller for controlling the electronic proportional control valve for controlling the work device by receiving the input and the auxiliary power unit is installed in the engine or the hydraulic pump motor to provide auxiliary power to the engine or the hydraulic pump motor It includes.
  • the main controller or the engine control device is equipped with a fuel economy map.
  • the fuel economy map includes a plurality of torque diagrams for the engine speed set in various conditions and a fuel economy diagram for the engine speed.
  • the main controller or the engine controller reduces the engine speed based on the fuel consumption map or corresponds to a condition in which the auxiliary power is provided during the plurality of torque diagrams. Change to torque diagram to apply.
  • the engine speed may be reduced by a difference between the engine speed value and the current engine speed value according to the engine speed command.
  • the main controller or the engine controller selects a fuel diagram that is expected when the engine speed is reduced based on the fuel consumption map and a torque diagram corresponding to a condition in which the auxiliary power is provided among the plurality of torque diagrams.
  • the engine can be controlled in such a way that a greater fuel efficiency gain is expected by comparing the fuel efficiency gains expected in the application.
  • a control method of a construction machine for controlling an engine by using a fuel efficiency map including a plurality of torque diagrams for the engine speed set in various conditions and a fuel economy diagram for the engine speed is auxiliary.
  • the engine speed may be reduced by a difference between the engine speed value and the current engine speed value according to the engine speed command transmitted to the engine.
  • control device and control method of the construction machine when receiving the power from the auxiliary power unit, if the engine speed is changed can reduce the engine speed or change the torque curve, thereby changing the engine rotation Optimal fuel economy corresponding to the number can be achieved.
  • FIG. 1 is a view for explaining a control device and a control method of a construction machine according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view for explaining a control device and a control method of a construction machine according to another embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a view for explaining an example of the torque diagram versus the engine speed in the fuel economy map in the control device and control method of the construction machine according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view for explaining an example of the fuel consumption diagram compared to the engine speed in the fuel economy map in the control device and control method of the construction machine according to an embodiment of the present invention.
  • 1 is a view for explaining a control device and a control method of a construction machine according to an embodiment of the present invention.
  • 2 is a view for explaining a control device and a control method of a construction machine according to another embodiment of the present invention.
  • 3 is a view for explaining an example of the torque diagram versus the engine speed in the fuel economy map in the control device and control method of the construction machine according to an embodiment of the present invention.
  • 4 is a view for explaining an example of the fuel consumption diagram compared to the engine speed in the fuel economy map in the control device and control method of the construction machine according to an embodiment of the present invention.
  • Control device for a construction machine the electronic joystick (1), the main controller (2), the engine control device (3), the engine (4), the hydraulic pump motor (5), the main control valve controller ( 6) and the auxiliary power unit 10.
  • the electronic joystick 1 generates a request signal. More specifically, the operator can operate the electronic joystick 1 to operate a specific work device at the will of the operator. At this time, the electronic joystick 1 generates a request signal for controlling the work device.
  • Work equipment may be, for example, if the construction machine is an excavator, a boom cylinder for actuating the boom, an arm cylinder for actuating the arm, a bucket cylinder for actuating the bucket, or an optional apparatus if the option is connected. Can be.
  • the above-described request signal may be a signal for turning the upper swing body, or may be a signal for running the construction machine.
  • the main controller 2 receives the request signal and generates a torque command and a pilot signal.
  • the torque command may be a signal for controlling the output of the engine 4 or the output of the hydraulic pump motor.
  • the pilot signal may be a signal for controlling any one of the work devices described above.
  • the above-described main controller 2 may be a vehicle control unit (VCU).
  • VCU vehicle control unit
  • the engine control device 3 receives the torque command to generate an engine speed command. That is, the engine control device 3 is a device for controlling the engine 4.
  • the engine 4 implements a corresponding engine speed in accordance with the engine speed command. That is, outputting power in order to implement the required torque command.
  • the hydraulic pump motor 5 may be operated by the engine 4 to discharge hydraulic oil.
  • the hydraulic pump motor 5 may be driven by the introduced hydraulic oil to output power. That is, the hydraulic pump motor 5 is used as a hydraulic pump when discharging the hydraulic oil, and conversely is used as a hydraulic motor when operated by the pressure of the hydraulic oil.
  • the generator can be operated to generate power, and the produced electrical energy can be stored in the energy storage device.
  • the main control valve controller 6 receives the pilot signal and controls the electronic proportional control valve 7 for controlling the work device.
  • each work device may be provided with an electromagnetic proportional control valve 7 for switching the flow rate of the hydraulic oil and the direction of the hydraulic oil flow.
  • an electromagnetic proportional control valve 7 for switching the flow rate of the hydraulic oil and the direction of the hydraulic oil flow.
  • the electromagnetic proportional control valve 7 for supplying hydraulic oil to the boom actuator is operated, whereby the hydraulic oil is supplied to the boom actuator in the direction in which the boom is raised. Will be provided.
  • the main control valve controller 6 may be provided with an electronic ratio control valve 7 to control each work device.
  • the auxiliary power unit 10 is installed in the engine 4 or the hydraulic pump motor 5 to provide auxiliary power to the engine 4 or the hydraulic pump motor 5.
  • an auxiliary power unit 10 can be added to the hydraulic pump motor 5.
  • the auxiliary power unit 10 may be a hydraulic pump motor.
  • the auxiliary power unit 10 may be driven by the pressure of the hydraulic oil stored in the accumulator. As a result, the auxiliary power unit 10 assists the operation of the hydraulic pump motor 5, and thus can reduce the load applied to the engine 4.
  • the auxiliary power unit 10 may be additionally installed in the engine 4.
  • the auxiliary power unit 10 may be an electric motor.
  • the motor may be driven by receiving electrical energy from the energy storage device.
  • the energy storage device is generated by using hydraulic oil discharged from the boom cylinder when the boom is lowered by its own weight, or by storing the electric energy generated by using the hydraulic oil discharged when the upper swing structure is inertia. Can be.
  • the power generation may use a hydraulic motor and a generator.
  • the fuel economy map may be mounted on the main controller 2 or the engine control device 3.
  • the fuel economy map may include a plurality of torque diagrams for the engine speed set under various conditions as shown in FIG. 3 and a fuel economy diagram for the engine speed as shown in FIG. 4.
  • the plurality of torque diagrams include torque diagrams corresponding to conditions under which the auxiliary power unit 10 to be described later provides auxiliary power.
  • Torque diagrams for engine speed may be provided differently for each engine. That is, as shown in FIG. 3, several torque diagrams 11, 12, 13 may be provided.
  • the torque diagram for the engine speed is obtained by deriving the increase / decrease characteristics of the torque according to the engine speed by testing the equipment at the engine manufacturer or the manufacturer of the construction machine.
  • fuel economy diagrams for engine speed may be provided for different engines. That is, as shown in FIG. 4, several fuel economy diagrams 21, 22, and 23 may be provided.
  • the fuel efficiency diagram for the engine speed is obtained by deriving the increase and decrease characteristics of fuel efficiency according to the engine speed by testing the equipment at the manufacturer of the engine or the manufacturer of the construction machine.
  • the load can be reduced to increase the engine speed. In other words, it is possible to reduce the engine speed.
  • the load can be reduced to increase the torque of the hydraulic pump motor. In other words, it is possible to increase the torque of the hydraulic pump motor.
  • the control device of the construction machine when the main controller 2 or the engine control device 3 is provided with auxiliary power from the auxiliary power unit 10, based on the fuel economy map
  • the engine speed may be reduced or may be selectively applied to a torque diagram corresponding to a condition in which auxiliary power is provided among a plurality of torque diagrams, thereby controlling to realize an optimum fuel economy.
  • the control device of the construction machine according to an embodiment of the present invention, the sum of the current maximum output torque of the engine 4 and the auxiliary torque assisted by the auxiliary power unit 10 can be obtained.
  • the torque diagram to be changed by the main controller 2 or the engine controller 3 may be selected and changed into an appropriate torque diagram among a plurality of torque diagrams such that the required torque currently required is equal to the summed torque. have.
  • the main controller 2 or the engine control device 3 can change the torque diagram so that no excess torque is generated.
  • the engine speed may be different for each section, but fuel efficiency can be reduced by approximately 1% to 5%.
  • control device of the construction machine according to the embodiment of the present invention can be changed so that the most optimal torque diagram is selected from several torque diagrams preloaded to realize the optimum fuel economy, thereby realizing fuel economy savings. have.
  • control device of the construction machine when the auxiliary power is provided to reduce the engine speed, the engine speed value of the engine speed command and the current engine speed value The engine speed can be reduced by the difference.
  • the engine speed of the engine 4 or the hydraulic pump motor 5 may be increased by receiving auxiliary power from the auxiliary power device 10.
  • reducing the engine speed in the high speed section of the engine speed of 1700rpm to 2000rpm has a fuel economy of about 2% to 3%.
  • control device of the construction machine can lower the engine speed by controlling the engine speed value of the engine speed command to be the same as the actual engine speed, fuel economy as much as the engine speed is lowered Is improved.
  • control device of the construction machine according to the embodiment of the present invention can be controlled to change the torque diagram or to change the engine speed.
  • the main controller 2 or the engine control apparatus 3 includes a torque curve corresponding to a condition in which auxiliary fuel is provided among fuel efficiency gains and a plurality of torque curves expected when the engine speed is reduced based on the fuel economy map.
  • the engine 4 is controlled in such a way that a greater fuel efficiency gain is expected by comparing the fuel efficiency gains expected in the case of a modified and selective application.
  • the sum of the current maximum output torque of the engine 4 and the auxiliary torque assisted by the auxiliary power unit 10 is obtained to obtain a summation torque, and the required torque currently required is equal to the summation torque.
  • the first fuel efficiency gain expected when the torque curve is changed is obtained.
  • the engine speed is reduced by the difference between the engine speed value of the engine speed command and the current actual engine speed value to obtain a second fuel efficiency gain expected when the engine speed command is changed.
  • control device of the construction machine can be controlled to change the torque curve or to change the engine speed, but among them, the fuel economy can be controlled to a more favorable condition, the optimum fuel economy conditions Can control the construction machinery.
  • the control method of the construction machine may control the engine 4 by utilizing a fuel economy map including a plurality of torque diagrams for the engine speed set in various conditions and a fuel economy diagram for the engine speed.
  • the fuel efficiency gain expected when the engine speed is reduced based on the fuel economy map is calculated.
  • the fuel efficiency gain expected in the case of selectively applying and changing the torque diagram corresponding to the condition in which the auxiliary power is provided among the plurality of torque diagrams is calculated.
  • the engine 4 is controlled in such a way that a larger fuel efficiency gain is expected by comparing the fuel efficiency gains expected when the engine speed is decreased and when the torque curve is changed.
  • the engine speed may be reduced by a difference between the engine speed value and the current engine speed value according to the engine speed command transmitted to the engine 4. have.
  • the engine 4 or the hydraulic motor pump 5 receives power from the auxiliary power unit 10.
  • the engine speed is reduced by the difference between the engine speed value of the engine speed command and the current actual engine speed value to obtain the second fuel efficiency gain expected when the engine speed command is changed.
  • the control is performed to change the torque diagram.
  • the engine speed is controlled to be reduced.
  • control method of the construction machine according to the embodiment of the present invention can be controlled to change the torque curve or to change the engine speed, but among them, the fuel economy can be controlled to a more favorable condition, the optimum fuel economy conditions Can control the construction machinery.
  • control device and control method of the construction machine when the engine speed is changed when the power is assisted from the auxiliary power unit 10 to reduce the engine speed or torque curve It is possible to change, thereby realizing the optimum fuel economy corresponding to the changed engine speed.
  • control device and control method for a construction machine can be used to add fuel to the engine or hydraulic pump motor to achieve optimum fuel economy when receiving power from the auxiliary power unit. will be.

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Abstract

본 발명은 건설기계의 제어장치 및 제어방법에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 제어장치는 연비 맵을 바탕으로 엔진회전수를 감소시킨 경우에 기대되는 연비 이득과 연비 맵에 포함된 복수의 토크 선도 중에 보조 동력이 제공된 조건에 해당하는 토크 선도로 변경시켜 선택 적용한 경우에 기대되는 연비 이득을 비교하여 더 큰 연비 이득이 기대되는 방법으로 엔진을 제어할 수 있다.

Description

건설기계의 제어장치 및 제어방법
본 발명은 건설기계의 제어장치 및 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 건설기계에 보조 동력장치를 부가하였을 때에 엔진을 최적의 연비로 제어할 수 있도록 하는 건설기계의 제어장치 및 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 건설기계는 연비를 절감하기 위한 노력이 진행되고 있다.
그리고 건설기계에 에너지 저장장치를 구비하고, 에너지 저장장치에 저장된 에너지를 이용하여 보조 동력을 구현할 수 있도록 한다. 보조 동력은 엔진의 부하를 경감할 수 있게 한다.
한편, 엔진은 엔진마다 동특성이 다르다. 특히 엔진은 특정한 엔진회전수에 따라 최적의 연비가 변할 수 있다.
그러나 종래에 알려진 기술에 따르면, 종래의 건설기계는 보조 동력에 의해 엔진에 작용되는 부하를 경감되어 엔진 회전수가 변경될 수 있지만, 변경된 엔진 회전수에 대응하는 최적의 연비를 구현하지 못하는 문제점이 있다.
본 발명의 실시예는 건설기계에 보조 동력장치를 부가하여, 그 보조 동력장치로부터 동력을 보조 받을 때에 구현되는 엔진회전수에 대응하여 최적의 연비를 구현할 수 있도록 하는 건설기계의 제어장치 및 제어방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 건설기계의 제어장치는 요구신호를 발생하는 전자 조이스틱과, 상기 요구신호를 입력 받아 토크 지령과 파일럿 신호를 발생하는 메인컨트롤러와, 상기 토크 지령을 입력 받아 엔진회전수 지령을 발생하는 엔진제어장치와, 상기 엔진회전수 지령에 따라 동작하는 엔진과, 상기 엔진에 의해 작동되어 작동유를 토출하거나 유입된 작동유에 의해 구동되어 동력을 출력하는 유압 펌프모터와, 상기 파일럿 신호를 입력 받아 상기 작업장치를 제어하기 위한 전자비례제어밸브를 제어하는 메인컨트롤밸브 컨트롤러, 그리고 상기 엔진 또는 상기 유압 펌프모터에 부가 설치되어 보조 동력을 상기 엔진 또는 상기 유압 펌프모터에 제공하는 보조 동력장치를 포함한다. 상기 메인컨트롤러 또는 상기 엔진제어장치에는 연비 맵이 탑재된다. 상기 연비 맵은 다양한 조건으로 설정된 엔진회전수에 대한 복수의 토크 선도와 엔진회전수에 대한 연비 선도를 포함한다. 그리고 상기 메인컨트롤러 또는 상기 엔진제어장치는 상기 보조 동력장치로부터 상기 보조 동력이 제공되면, 상기 연비 맵을 바탕으로 상기 엔진회전수를 감소시키거나 상기 복수의 토크 선도 중에 상기 보조 동력이 제공된 조건에 해당하는 토크 선도로 변경시켜 선택 적용한다.
상기 보조 동력이 제공되어 상기 엔진회전수를 감소시키는 경우에, 상기 엔진회전수 지령에 따른 엔진회전수 값과 현재의 엔진회전수 값의 차이만큼 엔진회전수를 감소시킬 수 있다.
상기 메인컨트롤러 또는 상기 엔진제어장치는 상기 연비 맵을 바탕으로 상기 엔진회전수를 감소시킨 경우에 기대되는 연비 이득과 상기 복수의 토크 선도 중에 상기 보조 동력이 제공된 조건에 해당하는 토크 선도로 변경시켜 선택 적용한 경우에 기대되는 연비 이득을 비교하여 더 큰 연비 이득이 기대되는 방법으로 상기 엔진을 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 다양한 조건으로 설정된 엔진회전수에 대한 복수의 토크 선도와 엔진회전수에 대한 연비 선도를 포함하는 연비 맵을 활용하여 엔진을 제어하는 건설기계의 제어방법은 보조 동력의 제공 여부를 확인하는 단계와, 상기 보조 동력이 제공된 경우 상기 연비 맵을 바탕으로 상기 엔진회전수를 감소시킨 경우에 기대되는 연비 이득을 산출하는 단계와, 상기 보조 동력이 제공된 경우 상기 복수의 토크 선도 중에 상기 보조 동력이 제공된 조건에 해당하는 토크 선도로 변경시켜 선택 적용한 경우에 기대되는 연비 이득을 산출하는 단계, 그리고 상기 엔진회전수를 감소시킨 경우와 상기 토크 선도를 변경시킨 경우에 기대되는 연비 이득을 비교하여 더 큰 연비 이득이 기대되는 방법으로 상기 엔진을 제어하는 단계를 포함한다.
상기 보조 동력이 제공되어 상기 엔진회전수를 감소시키는 경우에는 상기 엔진에 전달되는 엔진회전수 지령에 따른 엔진회전수 값과 현재의 엔진회전수 값의 차이만큼 엔진회전수를 감소시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 건설기계의 제어장치 및 제어방법은 보조 동력장치로부터 동력을 보조 받을 때에, 엔진회전수가 변경되면 엔진회전수를 감소시키거나 토크 커브를 변경할 수 있고, 이로써 변경된 엔진회전수에 대응되는 최적의 연비를 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 제어장치 및 제어방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 건설기계의 제어장치 및 제어방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 제어장치 및 제어방법에서 연비 맵 중에 엔진회전수 대비 토크선도의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 제어장치 및 제어방법에서 연비 맵 중에 엔진회전수 대비 연비선도의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명한다. 이하에서 설명되는 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 발명의 이해를 돕기 위하여 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 크기가 과장되게 도시될 수 있다.
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.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 제어장치 및 제어방법에 대해서 설명한다. 첨부도면 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 제어장치 및 제어방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 건설기계의 제어장치 및 제어방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 제어장치 및 제어방법에서 연비 맵 중에 엔진회전수 대비 토크 선도의 일례를 설명하기 위한 도면이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 제어장치 및 제어방법에서 연비 맵 중에 엔진회전수 대비 연비 선도의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
<실시예1>
본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 제어장치는, 전자 조이스틱(1), 메인컨트롤러(2), 엔진제어장치(3), 엔진(4), 유압 펌프모터(5), 메인컨트롤밸브 컨트롤러(6) 및 보조 동력장치(10)를 포함할 수 있다.
전자 조이스틱(1)은 요구신호를 발생한다. 좀 더 상세하게는 작업자는 작업자의 의지에 따라 특정한 작업장치를 작동시키기 위하여 전자 조이스틱(1)을 조작할 수 있다. 이때 전자 조이스틱(1)은 해당 작업장치를 제어하기 위한 요구신호를 발생시킨다.
작업장치는 예를 들면, 해당 건설기계가 굴삭기이라면, 붐을 작동시키기 위한 붐 실린더, 암을 작동시키기 위한 암 실린더, 버킷을 작동시키기 위한 버킷 실린더, 옵션 장치가 연결된 경우에 그 옵션 장치 등이 있을 수 있다.
다른 한편으로, 상술한 요구신호는 상부 선회체를 선회시키기 위한 신호일 수 있고, 건설기계의 주행을 위한 신호일 수도 있다.
메인컨트롤러(2)는 상기 요구신호를 입력 받아 토크 지령과 파일럿 신호를 발생한다. 토크 지령은 엔진(4)의 출력 또는 유압펌프모터의 출력을 제어하기 위한 신호일 수 있다. 파일럿 신호는 앞서 설명된 여러 가지 작업 장치 중에 어느 하나의 작업장치를 제어하기 위한 신호일 수 있다.
한편, 상술한 메인컨트롤러(2)는 차량제어장치(VCU)일 수 있다.
엔진제어장치(3)는 상기 토크 지령을 입력 받아 엔진회전수 지령을 발생한다. 즉, 엔진제어장치(3)는 엔진(4)을 제어하기 위한 장치이다.
엔진(4)은 상기 엔진회전수 지령에 따라 해당 엔진회전수를 구현한다. 즉, 요구된 토크 지령을 구현하기 위하여 동력을 출력하는 것이다.
유압 펌프모터(5)는 상기 엔진(4)에 의해 작동되어 작동유를 토출할 수 있다. 그리고 유압 펌프모터(5)는 유입된 작동유에 의해 구동되어 동력을 출력할 수 있다. 즉, 유압 펌프모터(5)는 작동유를 토출할 때에는 유압 펌프로 이용되고, 반대로 작동유의 압력에 의해 작동될 때에는 유압 모터로 이용된다.
한편, 유압 펌프모터(5)가 유압 모터로 이용될 때에, 발전기를 작동시켜 발전을 수행할 수 있고, 생산된 전기에너지는 에너지 저장장치에 저장될 수 있다.
메인 컨트롤 밸브 컨트롤러(6)는 상기 파일럿 신호를 입력 받아 해당 작업장치를 제어하기 위한 전자비례제어밸브(7)를 제어한다.
좀 더 상세하게는, 각각의 작업장치는 작동유의 유량과 작동유의 흐름의 방향을 전환하기 위하여 전자비례제어밸브(7)를 구비할 수 있다. 예컨대, 상술한 파일럿 신호가 붐을 상승시키도록 하는 파일럿 신호이라면, 붐 액추에이터에 작동유를 공급하도록 하는 전자비례제어밸브(7)가 작동되고, 이로써 작동유는 붐이 상승되는 방향으로 작동유를 붐 액추에이터에 제공하게 된다.
즉, 메인컨트롤밸브 컨트롤러(6)에는 각각의 작업장치를 제어하도록 하는 전자비레제어밸브(7)를 구비하는 것일 수 있다.
보조 동력장치(10)는 상기 엔진(4) 또는 상기 유압 펌프모터(5)에 부가 설치되어 보조 동력을 상기 엔진(4) 또는 상기 유압 펌프모터(5)에 제공한다.
좀 더 상세하게는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 보조 동력장치(10)가 유압 펌프모터(5)에 부가될 수 있다. 이때 보조 동력장치(10)는 유압 펌프모터일 수 있다. 그리고 보조 동력장치(10)는 어큐뮬레이터에 저장된 작동유의 압력에 의해 구동될 수 있다. 이로써 보조 동력장치(10)는 유압 펌프모터(5)의 작동을 돕게 되어, 결국 엔진(4)에 작용되는 부하를 경감시킬 수 있다.
또한, 도 2에 나타낸 바와 같이, 보조 동력장치(10)가 엔진(4)에 부가 설치될 수 있다. 이때 보조 동력장치(10)는 전동기일 수 있다. 전동기는 에너지저장장치로부터 전기 에너지를 제공받아 구동될 수 있다.
에너지 저장장치는, 붐이 자중에 의해 하강할 때에 붐 실린더로부터 배출되는 작동유를 이용하여 발전하거나, 상부 선회체가 관성에 의해 선회될 때에 배출되는 작동유를 이용하여 발전하여 생성된 전기에너지가 저장되는 것일 수 있다. 이때 발전하는 것은 유압 모터와 발전기를 이용할 수 있다.
그리고 상기 메인컨트롤러(2) 또는 상기 엔진제어장치(3)에 연비 맵이 탑재될 수 있다. 상기 연비 맵은 도 3에 나타낸 바와 같은 다양한 조건으로 설정된 엔진회전수에 대한 복수의 토크 선도와 도 4에 나타낸 바와 같은 엔진회전수에 대한 연비 선도를 포함할 수 있다. 여기서, 복수의 토크 선도는 후술할 보조 동력장치(10)가 보조 동력을 제공하는 조건에 해당하는 토크 선도를 포함한다.
엔진회전수에 대한 토크 선도는 엔진마다에 따라 다르게 제공될 수 있다. 즉, 도 3에 나타낸 바와 같이, 여러 개의 토크 선도(11, 12, 13 참조)가 제공될 수 있다. 엔진회전수에 대한 토크 선도는 엔진의 제조사 또는 건설기계의 제조사에서 해당 장비를 시험하여 엔진회전수에 따른 토크의 증감특성을 도출하여 작성한 것이다.
이는 동일한 엔진의 제조사에서 동일한 모델의 엔진을 생산하더라도 각각의 엔진마다 동특성이 다를 수 있기 때문에, 각각의 엔진마다 여러 개의 토크 선도(11, 12, 13 참조)를 구하는 것이다.
마찬가지로 엔진회전수에 대한 연비 선도는 엔진마다에 따라 다르게 제공될 수 있다. 즉, 도 4에 나타낸 바와 같이, 여러 개의 연비 선도(21, 22, 23 참조)가 제공될 수 있다. 엔진회전수에 대한 연비 선도는 엔진의 제조사 또는 건설기계의 제조사에서 해당 장비를 시험하여 엔진회전수에 따른 연비의 증감특성을 도출하여 작성한 것이다.
이는 동일한 엔진의 제조사에서 동일한 모델의 엔진을 생산하더라도 각각의 엔진마다 동특성이 다를 수 있기 때문에, 각각의 엔진마다 여러 개의 연비 선도(21, 22, 23)를 구하는 것이다.
엔진(4)이 상기 보조 동력장치(10)로부터 보조 동력을 제공받으면, 부하가 경감되어 엔진회전수가 증가될 수 있다. 즉, 엔진회전수를 낮출 수 있는 여력이 생기는 것이다.
또한, 유압 펌프모터(5)가 상기 보조 동력장치(10)로부터 보조 동력을 제공받으면, 부하가 경감되어 유압 펌프모터의 토크가 높아질 수 있다. 즉, 유압 펌프모터의 토크를 높일 수 있는 여력이 생기는 것이다.
따라서 본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 제어장치는, 상기 메인컨트롤러(2) 또는 상기 엔진제어장치(3)은 상기 보조 동력장치(10)로부터 보조 동력이 제공되면, 상기 연비 맵을 바탕으로 상기 엔진회전수를 감소시키거나 복수의 토크 선도 중에서 보조 동력이 제공된 조건에 해당하는 토크 선도로 변경시켜 선택 적용할 수 있고, 이로써 최적의 연비를 구현하도록 제어할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 제어장치는, 상기 엔진(4)의 현재 최대 출력 토크와 상기 보조 동력장치(10)에서 보조되는 보조 토크를 합하여 합산 토크를 구할 수 있다.
그리고 상기 메인컨트롤러(2) 또는 상기 엔진제어장치(3)에 의해 상기 변경될 토크 선도는, 현재 필요로 하는 필요 토크가 상기 합산 토크와 같아지도록 복수의 토크 선도 중에서 적절한 토크 선도로 변경 선택될 수 있다.
이로써 상기 메인컨트롤러(2) 또는 상기 엔진제어장치(3)은 여분의 토크가 발생하지 않도록 토크 선도를 변경할 수 있다. 토크 커브를 변경할 경우에 엔진회전수의 구간 별로 상이할 수 있지만, 대략 1% 내지 5%까지 연비 절감이 가능하다.
즉, 또한, 본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 제어장치는, 최적의 연비가 구현되도록 미리 탑재된 여러 개의 토크 선도 중에서 가장 최적의 토크 선도가 선택되도록 변경할 수 있고, 이로써 연비 절감을 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 제어장치는, 보조 동력이 제공되어 상기 엔진회전수를 감소시키고자 할 때에, 상기 엔진회전수 지령의 엔진회전수 값과 현재의 엔진회전수 값의 차이만큼 엔진회전수를 감소시킬 수 있다.
실시예1에서 설명한 바와 같이, 상기 엔진(4) 또는 상기 유압 펌프모터(5)는 보조 동력장치(10)로부터 보조 동력을 지원 받음으로써 엔진회전수가 증가될 수 있다.
일반적으로 엔진회전수가 1700rpm 내지 2000rpm인 고속 구간에서 100rpm을 줄이면 2% 내지 3% 정도의 연비 절감효과가 있다. 그리고, 고속 구간보다 낮은 엔진회전수 구간에서도 1% 내지 2% 정도의 연비 절감효과가 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 제어장치는, 엔진회전수 지령의 엔진회전수 값을 실제 엔진회전수와 같아지도록 제어함으로써 엔진회전수를 낮출 수 있고, 엔진회전수를 낮추는 만큼 연비가 개선된다.
<실시예2>
본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 제어장치는, 상기 메인컨트롤러(2) 또는 상기 엔진제어장치(3)에 의해 토크 선도를 변경하거나 엔진회전수를 변경하도록 제어할 수 있다.
구체적으로, 메인컨트롤러(2) 또는 엔진제어장치(3)는 연비 맵을 바탕으로 엔진회전수를 감소시킨 경우에 기대되는 연비 이득과 복수의 토크 선도 중에 보조 동력이 제공된 조건에 해당하는 토크 선도로 변경시켜 선택 적용한 경우에 기대되는 연비 이득을 비교하여 더 큰 연비 이득이 기대되는 방법으로 엔진(4)을 제어한다.
다시 예를 들어 설명하면, 상기 엔진(4)의 현재 최대 출력 토크와 상기 보조 동력장치(10)에서 보조되는 보조 토크를 합하여 합산 토크를 구하고, 현재 필요로 하는 필요 토크가 상기 합산 토크와 같아지도록 토크 선도를 변경하였을 때에 기대되는 제1 연비이득을 구한다.
또한, 상기 엔진회전수 지령의 엔진회전수 값과 현재의 실제 엔진회전수 값의 차이만큼 엔진회전수를 감소시켜 상기 엔진회전수 지령을 변경하였을 때 기대되는 제2 연비이득을 구한다.
그리고 상기 제1 연비이득과 상기 제2 연비이득을 비교하여, 상기 제1 연비이득이 상기 제2 연비이득보다 유리하면 상기 토크선도를 변경하도록 제어하고, 상기 제2 연비이득이 상기 제1 연비이득보다 유리하면 상기 엔진회전수를 감소시키도록 제어한다.
따라서 본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 제어장치는, 토크 선도를 변경하거나 엔진회전수를 변경하도록 제어할 수 있지만, 그 중에서도 연비절감이 상대적으로 더욱 유리한 조건으로 제어할 수 있어 최적의 연비 조건으로 건설기계를 제어할 수 있다.
<실시예3>
이하, 본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 제어방법에 대하여 설명한다.
건설기계의 제어방법은 다양한 조건으로 설정된 엔진회전수에 대한 복수의 토크 선도와 엔진회전수에 대한 연비 선도를 포함하는 연비 맵을 활용하여 엔진(4)을 제어할 수 있다.
먼저, 보조 동력장치(10)가 보조 동력을 제공하는지 여부를 확인한다.
그리고 보조 동력이 제공된 경우 상기 연비 맵을 바탕으로 상기 엔진회전수를 감소시킨 경우에 기대되는 연비 이득을 산출한다.
또한, 보조 동력이 제공된 경우 상기 복수의 토크 선도 중에 보조 동력이 제공된 조건에 해당하는 토크 선도로 변경시켜 선택 적용한 경우에 기대되는 연비 이득을 산출한다.
다음, 보조 동력이 제공된 경우 상기 엔진회전수를 감소시킨 경우와 상기 토크 선도를 변경시킨 경우에 기대되는 연비 이득을 비교하여 더 큰 연비 이득이 기대되는 방법으로 엔진(4)을 제어한다.
여기서, 보조 동력이 제공되어 상기 엔진회전수를 감소시키는 경우에는 엔진(4)에 전달되는 엔진회전수 지령에 따른 엔진회전수 값과 현재의 엔진회전수 값의 차이만큼 엔진회전수를 감소시킬 수 있다.
다시 예를 들어 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 제어방법에 따르면, 보조 동력을 제공받음으로써 기대할 수 있는 연비를 구한다.
먼저, 엔진(4) 또는 유압 모터펌프(5)가 보조 동력장치(10)로부터 동력을 보조 받는다.
이때, 상기 엔진(4)의 현재 최대 출력 토크와 상기 보조 동력장치(10)에서 보조되는 보조 토크를 합하여 합산 토크를 구한다.
그리고 현재 필요로 하는 필요 토크가 상기 합산 토크와 같아지도록 토크 선도를 변경하였을 때에 기대되는 제1 연비이득을 구한다.
또한, 엔진회전수 지령의 엔진회전수 값과 현재의 실제 엔진회전수 값의 차이만큼 엔진회전수를 감소시켜 상기 엔진회전수 지령을 변경하였을 때 기대되는 제2 연비이득을 구한다.
이후, 상기 제1 연비이득과 상기 제2 연비이득을 비교하는 비교단계를 수행한다.
상기 비교단계에서 상기 제1 연비이득이 상기 제2 연비이득보다 유리하면 토크 선도를 변경하도록 제어한다.
그러나 상기 비교단계에서 상기 제2 연비이득이 상기 제1 연비이득보다 유리하면 상기 엔진회전수를 감소시키도록 제어한다.
따라서 본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 제어방법은, 토크 선도를 변경하거나 엔진회전수를 변경하도록 제어할 수 있지만, 그 중에서도 연비절감이 상대적으로 더욱 유리한 조건으로 제어할 수 있어 최적의 연비 조건으로 건설기계를 제어할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 제어장치 및 제어방법은, 보조 동력장치(10)로부터 동력을 보조 받을 때에, 엔진회전수가 변경되면 엔진회전수를 감소시키거나 토크 커브를 변경할 수 있고, 이로써 변경된 엔진회전수에 대응되는 최적의 연비를 구현할 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 발명의 실시예에 따른 건설기계의 제어장치 및 제어방법은 엔진 또는 유압펌프모터에 보조 동력장치를 부가하여 보조 동력장치로부터 동력을 보조 받을 때에, 연비를 최적으로 구현하도록 하는 데에 이용할 수 있는 것이다.

Claims (5)

  1. 요구신호를 발생하는 전자 조이스틱;
    상기 요구신호를 입력 받아 토크 지령과 파일럿 신호를 발생하는 메인컨트롤러;
    상기 토크 지령을 입력 받아 엔진회전수 지령을 발생하는 엔진제어장치;
    상기 엔진회전수 지령에 따라 동작하는 엔진;
    상기 엔진에 의해 작동되어 작동유를 토출하거나 유입된 작동유에 의해 구동되어 동력을 출력하는 유압 펌프모터;
    상기 파일럿 신호를 입력 받아 상기 작업장치를 제어하기 위한 전자비례제어밸브를 제어하는 메인컨트롤밸브 컨트롤러; 및
    상기 엔진 또는 상기 유압 펌프모터에 부가 설치되어 보조 동력을 상기 엔진 또는 상기 유압 펌프모터에 제공하는 보조 동력장치
    를 포함하고,
    상기 메인컨트롤러 또는 상기 엔진제어장치에는 연비 맵이 탑재되며,
    상기 연비 맵은 다양한 조건으로 설정된 엔진회전수에 대한 복수의 토크 선도와 엔진회전수에 대한 연비 선도를 포함하며,
    상기 메인컨트롤러 또는 상기 엔진제어장치는 상기 보조 동력장치로부터 상기 보조 동력이 제공되면, 상기 연비 맵을 바탕으로 상기 엔진회전수를 감소시키거나 상기 복수의 토크 선도 중에 상기 보조 동력이 제공된 조건에 해당하는 토크 선도로 변경시켜 선택 적용하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보조 동력이 제공되어 상기 엔진회전수를 감소시키는 경우에,
    상기 엔진회전수 지령에 따른 엔진회전수 값과 현재의 엔진회전수 값의 차이만큼 엔진회전수를 감소시키는 것을 특징으로 하는 건설기계의 제어장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 메인컨트롤러 또는 상기 엔진제어장치는 상기 연비 맵을 바탕으로 상기 엔진회전수를 감소시킨 경우에 기대되는 연비 이득과 상기 복수의 토크 선도 중에 상기 보조 동력이 제공된 조건에 해당하는 토크 선도로 변경시켜 선택 적용한 경우에 기대되는 연비 이득을 비교하여 더 큰 연비 이득이 기대되는 방법으로 상기 엔진을 제어하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 제어장치.
  4. 다양한 조건으로 설정된 엔진회전수에 대한 복수의 토크 선도와 엔진회전수에 대한 연비 선도를 포함하는 연비 맵을 활용하여 엔진을 제어하는 건설기계의 제어방법에 있어서,
    보조 동력의 제공 여부를 확인하는 단계;
    상기 보조 동력이 제공된 경우 상기 연비 맵을 바탕으로 상기 엔진회전수를 감소시킨 경우에 기대되는 연비 이득을 산출하는 단계;
    상기 보조 동력이 제공된 경우 상기 복수의 토크 선도 중에 상기 보조 동력이 제공된 조건에 해당하는 토크 선도로 변경시켜 선택 적용한 경우에 기대되는 연비 이득을 산출하는 단계; 및
    상기 보조 동력이 제공된 경우 상기 엔진회전수를 감소시킨 경우와 상기 토크 선도를 변경시킨 경우에 기대되는 연비 이득을 비교하여 더 큰 연비 이득이 기대되는 방법으로 상기 엔진을 제어하는 단계
    를 포함하는 건설기계의 제어방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 보조 동력이 제공되어 상기 엔진회전수를 감소시키는 경우에는 상기 엔진에 전달되는 엔진회전수 지령에 따른 엔진회전수 값과 현재의 엔진회전수 값의 차이만큼 엔진회전수를 감소시키는 것을 특징으로 하는 건설기계의 제어방법.
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