WO2017061649A1 - 펌프 유량 제어를 위해 변속기를 갖는 엔진 속도 제어 방법 및 그 장치 - Google Patents

펌프 유량 제어를 위해 변속기를 갖는 엔진 속도 제어 방법 및 그 장치 Download PDF

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WO2017061649A1
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WO
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engine
transmission
hydraulic pump
ecu
flow rate
Prior art date
Application number
PCT/KR2015/010651
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English (en)
French (fr)
Inventor
손영진
안횡환
Original Assignee
볼보 컨스트럭션 이큅먼트 에이비
손영진
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Publication date
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/22—Hydraulic or pneumatic drives
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B7/00—Systems in which the movement produced is definitely related to the output of a volumetric pump; Telemotors

Definitions

  • the content disclosed in the present application relates to an engine having a transmission for controlling the pump flow rate and a speed control method of the engine.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating specific fuel consumption of an engine according to engine speed (rpm, rpm) and engine torque.
  • the prior art uses a fuel map as shown in FIG. 1 to change the output of the internal combustion engine from high to low rotational speeds and to change the engine torque from low to high torques to reduce engine fuel consumption.
  • the prior art is to reduce the number of revolutions of the internal combustion engine and to increase the torque (torque) to control the output of the engine advantageously in terms of fuel efficiency.
  • a normal mode and an eco mode are described. When changing from the normal mode to the eco mode, the engine outputs a lower rotational speed but a higher torque of the engine. In this case, the eco-mode can consume less fuel while generating horsepower equivalent to that of the normal mode, thereby improving fuel economy.
  • FIG. 2 is a view showing the hydraulic pump P-Q characteristics according to the prior art.
  • the left block of FIG. 2 represents an effective area and the relationship between the flow rate and the delivery pressure can be understood through FIG. 2.
  • FIG. 2 when switching from the normal mode to the eco mode on the fuel map to improve fuel efficiency, the flow rate discharged from the pump is reduced due to the reduction of the engine speed. As a result, the discharge flow rate in the eco mode becomes smaller than the discharge flow rate in the normal mode, and the operating performance of the actuator driven through the pump may be degraded.
  • pump capacity can be increased to compensate for the same hydraulic system performance, but this will inevitably lead to cost increases.
  • the flow control apparatus includes an engine, an actuator to perform work, and a hydraulic pump to drive the actuator by hydraulic pressure.
  • the hydraulic control device according to the present disclosure is located between the hydraulic pump and the engine, the required torque (T1) in accordance with the operation mode of the transmission and construction equipment to provide a rotation speed control function for power transmission from the engine to the hydraulic pump. And a required rotational speed N1 are set, and the ECU controls the hydraulic pump, the engine, and the transmission.
  • the ECU transmits a first control signal to the engine by converting the required rotation speed N1 to the engine speed N2 according to the working mode, and the engine corresponds to the first control signal received from the ECU.
  • the engine speed N2 is output to transmit power N2 and T2 to the transmission.
  • the ECU transmits a second control signal to the transmission so that the transmission can convert the power N2, T2 received from the engine into the required power N1, T1 according to the working mode, and the hydraulic pump from the transmission By receiving the converted power (N1, T1) to discharge the required flow rate according to the working mode to control the pump flow rate.
  • Hydraulic systems such as construction machinery, consume considerable energy in their characteristics, so fuel economy improvement is essential.
  • Hydraulic control method according to the present disclosure introduced a transmission to overcome the limitations of the fuel efficiency improvement method using the fuel map (fuel map) of the internal combustion engine, the engine is controlled by the number of revolutions required to increase fuel economy, the hydraulic pump Compensate the number of rotations applied to the transmission.
  • FIG. 3 is a view showing the hydraulic pump P-Q characteristics according to an embodiment of the present disclosure.
  • the hydraulic control method and apparatus according to the present disclosure satisfy the same hydraulic performance as before the fuel economy improvement.
  • the hydraulic pump capacity was increased to compensate for the reduction in the output of the pump to improve fuel efficiency.
  • the hydraulic control method according to the present disclosure does not need to increase the capacity of the hydraulic pump. Can be prevented.
  • the present disclosure can compensate for the lowering of the actuator operating speed resulting from the fuel consumption reduction method of the existing internal combustion engine to maintain the same actuator operating performance as before the fuel consumption reduction.
  • 1 is a diagram exemplarily showing fuel consumption (fuel map) of an engine according to engine speed and engine torque.
  • FIG. 2 is a view showing the hydraulic pump P-Q characteristics according to the prior art.
  • FIG 3 is a view showing the hydraulic pump P-Q characteristics according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 4 is a view showing a hydraulic system configuration according to the prior art.
  • FIG. 5 is a view showing a hydraulic system configuration according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 6 is a flow chart showing the difference between the control method of the prior art and the present invention.
  • the fuel efficiency improvement method according to the related art is to first change the rotation speed N1 of the internal combustion engine (engine) 10 determined for each mode.
  • the ECU 30 of the prior art finds a point where the fuel consumption per horsepower is low in the fuel map of FIG. 1 and applies it to the engine.
  • the engine speed (rpm) and engine torque (Nm) change when moving to a point where the fuel consumption per horsepower is low on the fuel map (typically, the engine speed decreases and the engine torque increases to improve fuel economy).
  • the ECU When the engine speed is changed, the ECU simultaneously changes the upper torque limit T2 generated by the hydraulic pump 20 to a value corresponding to the changed speed N2.
  • the changed speed N2 output from the engine 10 is transmitted to the hydraulic pump 20 through a coupling 40.
  • Coupling here means a mechanical device that transmits axial rotation between the engine and the pump.
  • the hydraulic pump discharges a controlled pump displacement q and a flow rate Q corresponding to the rotation speed N2 transmitted from the engine to the pump.
  • the flow rate Q discharged by the pump is a product of the pump capacity q and the rotation speed N2 delivered to the pump, it is calculated as follows.
  • the flow rate Q discharged from the hydraulic pump is transferred to the actuator 70 determined by the valve 60 to provide a driving force to the actuator.
  • the operating speed of the actuator 70 operates in proportion to the output rotation speed N2 of the engine 10.
  • the hydraulic pump 20 after the fuel economy improvement has a relatively lower flow rate than before the fuel economy improvement. To discharge the actuator, causing a decrease in the operating speed of the actuator.
  • FIG. 5 is a view showing a hydraulic system configuration according to an embodiment of the present disclosure.
  • the flow control apparatus includes an engine 10, an actuator 70 performing a work, and a hydraulic pump 20 driving the actuator by hydraulic pressure.
  • the flow control device according to the present disclosure unlike the prior art, includes a transmission 90 positioned between the hydraulic pump and the engine, wherein the transmission 90 provides a speed control function when power is transmitted from the engine to the hydraulic pump. Done.
  • the flow control apparatus includes an ECU 30 for controlling the hydraulic pump, the engine, and the transmission, wherein the required torque T1 and the required rotation speed N1 are set according to the working mode of the construction equipment. It is.
  • the ECU transmits a first control signal to the engine by converting the required rotation speed N1 to the engine rotation speed N2 according to the working mode.
  • the engine outputs an engine speed N2 corresponding to the first control signal received from the ECU and transmits powers N2 and T2 to the transmission.
  • T2 indicates that the torque of the engine is converted from T1 to T2 as the engine speed is converted from N1 to N2.
  • the ECU transmits a second control signal to the transmission so that the transmission can convert the powers N2 and T2 received from the engine into the required powers N1 and T1 according to the working mode.
  • the hydraulic pump 20 receives the converted powers N1 and T1 from the transmission 90 and discharges the required flow rate according to the working mode.
  • a coupling device is positioned between the engine and the hydraulic pump, and the coupling device merely serves to transfer the power output from the engine to the hydraulic pump without changing the power.
  • a transmission having a shift function is positioned between an engine and a hydraulic pump instead of a conventional coupling device, and the transmission is configured to convert the rotational speed and torque of the power transmitted from the engine and transmit the same to the pump. do.
  • the introduction of the transmission allows the engine to convert and output the rotational speed and torque, and the transmission can restore the converted rotational speed and torque received from the engine and transmit it to the hydraulic pump.
  • the ECU converts the required rotational speed N1 into the engine speed N2 according to the working mode and transmits a first control signal to the engine. Therefore, the engine outputs the rotation speed N2, where the ECU may set the rotation speed N2 to a revolution with less fuel consumption per horsepower on a fuel map.
  • the engine is capable of outputting power at the engine speed N2 and torque T2 with improved fuel economy, and the transmission receives engine power with improved fuel economy (speed N2 and torque T2).
  • the engine power with improved fuel efficiency will have a relatively lower rotation speed (N2) than the required rotation speed (N1) necessary to actually operate the actuator.
  • the transmission thus converts the engine's power (speed N2 and torque T2) to the required speed N1 sufficient to drive the actual actuator required according to the working mode and delivers it to the hydraulic pump.
  • the transmission converts the rotational speed from N2 to N1
  • the torque of the power is also converted from T2 to T1.
  • the transmission can have a fixed gearbox with a fixed gear ratio.
  • the ECU may be configured to variably adjust the gear ratio N1 / N2 of the transmission.
  • S10 indicates that the required torque T1 and the required rotation speed N1 are determined for each working mode
  • S20 indicates that the engine speed N2 is determined for each mode to be changed for the purpose of fuel efficiency improvement.
  • S4 block represents a flow control method according to the prior art.
  • the ECU determines the torque T2 value to be changed according to the engine speed N2 (S40). After that, the ECU changes the torque from T1 to T2 (S42) and the rotation speed from N1 to N2 to convert the power output from the engine.
  • S3 block is a block showing the hydraulic control method according to the present disclosure.
  • the present disclosure discloses an actuator, a hydraulic pump connected to the actuator, an engine providing power for driving the hydraulic pump, a transmission located between the hydraulic pump and the engine, and the hydraulic pump. It provides a method for controlling the flow rate of a device comprising an ECU for controlling the engine and the transmission.
  • the flow control method includes the following steps.
  • the ECU transmits a first control signal to the engine by converting the required rotation speed N1 to the engine rotation speed N2 according to the work mode.
  • the engine outputs engine speed N2 corresponding to the first control signal to transfer powers N2 and T2 to the transmission.
  • the ECU transmits a second control signal so that the transmission can convert the power (N2, T2) received from the engine to the power (N1, T1) required according to the working mode (S32).
  • the hydraulic pump receives the converted powers N1 and T1 from the transmission and discharges the required flow rate according to the working mode (S34).
  • the ECU converts the required rotational speed N1 into the engine speed N2 according to the operation mode and transmits a first control signal to the engine.
  • the fuel map may further comprise the step of setting the N2 rotational speed less fuel per horsepower.
  • the transmission embodying the flow control method may comprise a fixed gearbox having a fixed gear ratio, and the ECU is adapted to variably adjust the gear ratio N1 / N2 of the transmission. Can be configured.

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Abstract

본 공개에 따른 유량 제어 장치는 엔진, 작업을 수행하는 액츄에이터, 유압으로 상기 액츄에이터를 구동하는 유압 펌프를 포함한다. 또한 본 공개에 따른 유압 제어 장치는 상기 유압 펌프와 엔진 사이에 위치되며, 상기 엔진으로부터 상기 유압 펌프에 동력전달시 회전수 제어 기능을 제공하는 트랜스미션 및 건설장비의 작업모드에 따라 요구토크(T1)과 요구회전수(N1)가 설정되어 있고 상기 유압 펌프, 엔진 및 트랜스미션을 제어하는 ECU를 포함한다. 본 공개에 따른 유량 제어 장치 및 방법은 엔진의 회전수와 토크를 제어하여 동일 마력으로 내연기관의 연비를 개선하고, 그로 인해 발생하는 유압 펌프의 토출 유량 저하를 변속장치로 보상하여 펌프가 출력하는 유압 성능을 유지하도록 구성된다.

Description

펌프 유량 제어를 위해 변속기를 갖는 엔진 속도 제어 방법 및 그 장치
본 출원에서 공개되는 내용은 펌프 유량 제어를 위해 변속기를 갖는 엔진 및 상기 엔진의 속도 제어 방법에 관련된다.
최근 차량 또는 건설기계에 있어 연비 향상은 가장 중요한 관심사 중 하나이며, 연료 소비 효율을 증가시키는 다양한 방법이 개발되고 있다.
도 1은 엔진 속도(회전수, rpm) 및 엔진 토크에 따른 엔진의 연료 소비율(specific fuel consumption)을 예시적으로 나타내는 도면이다. 종래 기술은 도 1에서 도시된 것과 같은 퓨얼 맵(Fuel map)을 이용하여 내연 기관의 출력을 높은 회전수에서 낮은 회전수로 변경시키고 엔진의 토크를 낮은 토크에서 높은 토크로 변경하여 엔진의 연료 소모 효율을 상승시키고자 하였다. 즉, 종래 기술은 내연기관의 회전수를 감소시키고 토크(torque)를 상승시켜 연비 측면에서 유리하게 엔진의 출력을 제어하고자 하였다. 도 1에는 노멀 모드(Normal Mode) 및 에코 모드(Eco Mode)가 기재되어 있는데, 노멀 모드에서 에코 모드로 변경하는 경우 엔진이 출력하는 회전 속도는 낮아지지만 엔진의 토크는 높아지게 된다. 이러한 경우 에코 모드는 노멀 모드와 동등한 마력을 발생시키면서 더 적은 연비를 소모할 수 있게 되므로 연비가 개선되는 효과가 존재하였다.
그러나 엔진의 회전 속도를 낮추고 엔진의 토크를 높이는 종래 방식은 연비 개선은 가능하나 내연기관의 회전수 감소에 따라 유효 영역(effective area)에 해당하는 유압 펌프의 유량 토출량 감소를 야기시켰다.
도 2는 종래 기술에 따른 유압 펌프 P-Q 특성을 나타내는 도면이다. 도 2의 왼쪽 블록은 유효 영역(effective area)를 나타내며 도 2를 통해 유량과 전달 압력 사이의 관계를 파악할 수 있다. 도 2를 참조할 때, 연비 향상을 위해 퓨얼 맵(fuel map) 상에서 노멀 모드로부터 에코 모드로 전환하는 경우 엔진의 회전수 감소로 인해 결과적으로 펌프에서 토출되는 유량이 감소되게 된다. 결국 유효 영역에서 에코 모드의 토출 유량은 노멀 모드의 토출 유량보다 적어지게 되며 펌프를 통해 구동되는 액츄에이터(actuator)의 작동 성능이 저하될 수 있다. 이러한 단점을 개선하기 위해 펌프 용량을 증대시켜 동일한 유압 시스템 성능을 갖도록 보완할 수는 있지만 이는 필연적으로 원가 상승을 야기하게 된다.
내연기관(엔진)에 의해 구동되는 유압 펌프 시스템에서 내연기관의 회전수와 토크를 제어하여 동일 마력으로 내연기관의 연비를 개선하고, 그로 인해 발생하는 유압펌프의 토출 유량 저하를 변속장치로 보상하여 펌프가 출력하는 유압 성능을 유지하도록 구성되는 유압 제어 방법 및 장치를 제공하는 것이 본 공개의 기술적 과제이다.
본 공개에 따른 유량 제어 장치는 엔진, 작업을 수행하는 액츄에이터, 유압으로 상기 액츄에이터를 구동하는 유압 펌프를 포함한다. 또한 본 공개에 따른 유압 제어 장치는 상기 유압 펌프와 엔진 사이에 위치되며, 상기 엔진으로부터 상기 유압 펌프에 동력전달시 회전수 제어 기능을 제공하는 트랜스미션 및 건설장비의 작업모드에 따라 요구토크(T1)과 요구회전수(N1)가 설정되어 있고 상기 유압 펌프, 엔진 및 트랜스미션을 제어하는 ECU를 포함한다.
상기 ECU는 작업모드에 따라 요구되는 요구회전수(N1)를 엔진회전수(N2)로 변환하여 상기 엔진으로 제1제어신호를 전달하며, 상기 엔진은 ECU로부터 수신한 제1제어 신호에 상응하는 엔진회전수(N2)를 출력하여 트랜스미션으로 동력(N2, T2)을 전달한다. 이후 트랜스미션이 상기 엔진으로부터 받은 동력(N2, T2)을 작업모드에 따라 요구되는 동력(N1, T1)으로 변환할 수 있도록 상기 ECU는 트랜스미션에 제2제어신호를 전달하며, 상기 유압 펌프는 트랜스미션으로부터 변환된 동력(N1, T1)을 받아 작업모드에 따라 요구되는 유량을 토출하여 펌프 유량을 제어하게 된다.
건설기계 등의 유압시스템은 특성상 상당한 에너지를 소비하기 때문에 연비 개선이 필수적이다. 본 공개에 따른 유압 제어 방법은 내연기관의 퓨얼 맵(Fuel map)을 이용한 연비개선방법의 한계를 극복하기 위해 변속장치를 도입하였으며, 엔진에서는 연비를 높이기 위해 요구되는 회전수로 제어하고, 유압 펌프에 인가되는 회전수를 변속장치를 통해 보상한다.
도 3은 본 공개의 일 실시예에 따른 유압 펌프 P-Q 특성을 나타내는 도면이다. 도 3에서 도시되는 바와 같이 본 공개에 따른 유압 제어 방법 및 장치는 연비 개선 전과 동일한 유압 성능을 만족시킨다. 더 나아가 기존에는 연비 개선을 위해 펌프 출력이 감소되는 것을 보완하기 위해 유압 펌프 용량을 증대시켰으나, 본 공개에 따른 유압 제어 방법은 유압 펌프의 용량을 증가시킬 필요가 없으므로 유압 펌프 용량 증대에 따른 원가 상승을 방지할 수 있다. 또한, 본 공개는 기존 내연기관의 연료 소모량 절감 방법으로부터 야기되는 액츄에이터 작동 속도 저하를 보상하여 연료 소모량 절감 이전과 동일한 액츄에이터 작동 성능을 유지할 수 있다.
도 1은 엔진 속도 및 엔진 토크에 따른 엔진의 연료 소비(퓨얼 맵)을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 종래 기술에 따른 유압 펌프 P-Q 특성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 공개의 일 실시예에 따른 유압 펌프 P-Q 특성을 나타내는 도면이다.
도 4는 종래 기술에 따른 유압 시스템 구성을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 공개의 일 실시예에 따른 유압 시스템 구성을 나타내는 도면이다.
도 6은 종래 기술과 본 발명의 제어 방법 차이를 나타내는 플로우 챠트이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.
다만, 이하에서 설명되는 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 쉽게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로 인해 본 발명의 보호범위가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 4는 종래 기술에 따른 유압 시스템 구성을 나타내는 도면이다. 도 4를 참조하면, 종래 기술에 의한 연비 개선 방법은 먼저 각 모드 별로 정해져 있는 내연기관(엔진)(10)의 회전수 N1를 변경하는 것이다. 이를 위해 종래 기술의 ECU(30)는 도 1의 퓨얼 맵(fuel map)에서 마력당 연료소모가 적은 지점을 찾아 엔진에 인가한다. 퓨얼 맵 상에서 마력당 연료소모가 적은 지점으로 이동할 때 엔진 회전수(rpm) 및 엔진 토크(Nm)가 변경된다(일반적으로는 연비 향상을 위해 엔진의 회전수는 낮아지며 엔진의 토크는 높아진다).
엔진의 회전수가 변경될 때, ECU는 동시에 유압 펌프(20)에서 발생되는 토크 상한치 T2를 변경된 회전수 N2에 상응하는 값으로 변경한다. 엔진(10)에서 출력되는 변경된 회전수 N2는 커플링(coupling, 40)을 통해서 유압 펌프(20)로 전달된다. 여기서 커플링은 엔진과 펌프 사이의 축 회전을 전달하는 기계 장치를 의미한다. 유압 펌프는 제어된 펌프 용량(pump displacement) q와 엔진으로부터 펌프에 전달된 회전수 N2에 상응하는 유량 Q을 토출한다. 종래기술에서 펌프가 토출하는 유량(Q)은 펌프 용량(q)과 펌프에 전달되는 회전수(N2)의 곱셈이므로 다음과 같이 계산된다.
Q = q x N2
유압 펌프에서 토출된 유량(Q)은 밸브(60)에 의해 결정된 액츄에이터(70)로 전달되어 액츄에이터에 구동력을 제공한다. 유압 펌프(20)의 펌프 용량(q)이 동일할 때, 액츄에이터(70)의 작동 속도는 엔진(10)의 출력 회전수 N2에 비례하여 작동한다. ECU의 연비 개선 제어 이후에 엔진의 회전수가 낮아질 때, 즉 엔진의 원래 회전수 > 엔진의 변경된 회전수 (N1 > N2) 일 때, 연비 개선 후의 유압 펌프 (20)는 연비 개선 전보다 상대적으로 적은 유량을 토출하여 액츄에이터의 작동 속도 저하를 야기한다.
도 5는 본 공개의 일 실시예에 따른 유압 시스템 구성을 나타내는 도면이다.
본 공개에 따른 유량 제어 장치는 엔진(10), 작업을 수행하는 액츄에이터(70), 유압으로 상기 액츄에이터를 구동하는 유압 펌프(20)를 포함한다. 본 공개에 따른 유량 제어 장치는 종래 기술과 다르게 유압 펌프와 엔진 사이에 위치되는 트랜스미션(90)을 포함하며, 상기 트랜스미션(90)은 상기 엔진으로부터 상기 유압 펌프에 동력전달시 회전수 제어 기능을 제공하게 된다.
본 공개에 따른 유량 제어 장치는 상기 유압 펌프, 엔진 및 트랜스미션을 제어하는 ECU(30)를 포함하며, 상기 ECU에는 건설장비의 작업모드에 따라 요구토크(T1)과 요구회전수(N1)가 설정되어 있다. 상기 ECU는 작업모드에 따라 요구되는 요구회전수(N1)를 엔진회전수(N2)로 변환하여 상기 엔진으로 제1제어신호를 전달한다. 상기 엔진은 ECU로부터 수신한 제1제어 신호에 상응하는 엔진회전수(N2)를 출력하여 트랜스미션으로 동력(N2, T2)을 전달한다. 여기서 T2는 엔진의 회전수가 N1에서 N2로 변환됨에 따라 엔진의 토크가 T1에서 T2로 변환되는 것을 나타낸다. 트랜스미션이 상기 엔진으로부터 받은 동력(N2, T2)을 작업모드에 따라 요구되는 동력(N1, T1)으로 변환할 수 있도록 상기 ECU는 트랜스미션에 제2제어신호를 전달한다.
상기 유압 펌프(20)는 트랜스미션(90)으로부터 변환된 동력(N1, T1)을 받아 작업모드에 따라 요구되는 유량을 토출하게 된다. 종래 기술에서는 엔진과 유압 펌프 사이에 커플링 장치가 위치되었고, 커플링 장치는 동력의 변환 없이 단순히 엔진에서 출력되는 동력을 유압 펌프에 전달하는 역할만을 수행하였다. 본 공개의 유량 제어 장치는 엔진에서 유압 펌프 사이에 기존의 커플링 장치 대신 변속 기능을 갖춘 트랜스미션이 위치되며, 상기 트랜스미션은 엔진으로부터 전달되는 동력의 회전수 및 토크를 변환시켜 펌프에 전달할 수 있도록 구성된다.
바람직하게, 상기 트랜스미션의 도입으로 인해 상기 엔진은 회전수 및 토크를 변환하여 출력할 수 있고, 상기 트랜스미션은 엔진으로부터 전달받은 변환된 회전수 및 토크를 복원하여 유압 펌프에 전달할 수 있게 된다.
하나의 실시예에서, 상기 ECU는 작업모드에 따라 요구되는 요구회전수(N1)를 엔진회전수(N2)로 변환하여 상기 엔진으로 제1제어신호를 전달한다. 따라서 상기 엔진은 회전수 N2를 출력하게 되는데, 여기서 상기 ECU는 회전수 N2를 퓨얼 맵(fuel map) 상에서 마력당 연료소모가 적은 회전수로 설정할 수 있다. 이러한 경우, 상기 엔진은 연비가 개선된 회전수(N2) 및 토크(T2)로 동력을 출력할 수 있게 되며 트랜스미션은 연비가 개선된 엔진 동력(회전수 N2 및 토크 T2)을 전달받게 된다. 다만 연비가 개선된 엔진 동력은 실제로 액츄에이터를 작동시키기에 필요한 요구회전수(N1)보다 상대적으로 낮은 회전수(N2)를 갖게 된다. 따라서 트랜스미션은 엔진의 동력(회전수 N2 및 토크 T2)을 작업모드에 따라 요구되는 실제 액츄에이터를 구동하는데 충분한 요구회전수(N1)로 변환하여 유압 펌프에 전달하게 된다. 트랜스미션이 회전수를 N2에서 N1으로 변환하는 과정에서 동력의 토크 또한 T2에서 T1으로 변환되게 된다.
또 다른 실시예에서, 상기 트랜스미션은 기어 비율이 고정된 고정식 기어박스를 구비할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 상기 ECU는 트랜스미션의 기어 비율(Gear ratio) N1 / N2를 가변식으로 조절하도록 구성될 수 있다.
도 6은 종래 기술과 본 발명의 제어 방법 차이를 나타내는 플로우 챠트이다. S10 은 작업 모드별로 필요한 요구토크(T1) 및 요구회전수(N1)가 결정되어 있다는 것을 나타내며, S20은 연비 개선 등의 목적을 위해 변경할 모드 별로 엔진회전수(N2)가 결정된다는 것을 나타낸다.
S4 블록은 종래 기술에 따른 유량 제어 방법을 나타낸다. 종래 기술에서 ECU는 엔진회전수 N2에 따라 변경되어야 할 토크 T2 값을 결정한다(S40). 이후 ECU는 토크는 T1에서 T2로 변경하고(S42), 회전수는 N1에서 N2로 변경하여 엔진에서 출력하는 동력을 변환시킨다. 결국 유압 펌프는 유량 Q = q x N2 를 토출하게 되는데(S46), 액츄에이터를 작동시키는데 필요한 토출 유량은 Qdemand = q x N1이고, N2는 N1보다 작은 회전수이므로, 결국 액츄에이터의 작동 속도가 변경되게 된다(S48).
S3 블록은 본 공개에 따른 유압 제어 방법을 나타내는 블록이다.
도 6의 블록 S3를 참조하면, 본 공개는 액츄에이터, 상기 액츄에이터에 연결되는 유압 펌프, 상기 유압 펌프를 구동하기 위한 동력을 제공하는 엔진, 상기 유압 펌프와 엔진 사이에 위치되는 트랜스미션, 그리고 상기 유압 펌프, 엔진 및 트랜스미션을 제어하는 ECU를 포함하는 장치의 유량을 제어하는 방법을 제공한다. 상기 유량 제어 방법은 다음 단계들을 포함한다.
상기 ECU는 작업모드에 따라 요구되는 요구회전수(N1)를 엔진회전수(N2)로 변환하여 상기 엔진으로 제1제어신호를 전달한다(S30). 상기 엔진은 상기 제1제어신호에 상응하는 엔진회전수(N2)를 출력하여 트랜스미션으로 동력(N2, T2)을 전달한다. 상기 ECU가 트랜스미션이 상기 엔진으로부터 받은 동력(N2, T2)을 작업모드에 따라 요구되는 동력(N1, T1)으로 변환할 수 있도록 제2제어신호를 전달한다(S32). 이후 상기 유압 펌프는 트랜스미션으로부터 변환된 동력(N1, T1)을 받아 작업모드에 따라 요구되는 유량을 토출하게 된다(S34).
결국 본 발명에 있어서 유압 펌프는 유량 Q = q x N1 를 토출하게 되는데, 액츄에이터를 작동시키는데 필요한 토출 유량은 Qdemand = q x N1이므로, 액츄에이터의 작동 속도가 유지될 수 있다(S36).
또 다른 실시예에서, 상기 ECU는 작업모드에 따라 요구되는 요구회전수(N1)를 엔진회전수(N2)로 변환하여 상기 엔진으로 제1제어신호를 전달하는 단계는, 상기 ECU는 퓨얼 맵(fuel map) 상에서 마력당 연료소모가 적은 회전수인 N2를 설정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 상기 유량 제어 방법을 구현하는 상기 트랜스미션은 기어 비율이 고정된 고정식 기어박스를 구비할 수 있으며, 상기 ECU는 트랜스미션의 기어 비율(Gear ratio) N1 / N2를 가변식으로 조절하도록 구성될 수 있다.
위에서 설명된 내용들은 단지 설명을 위한 하나의 실시예로서 제시된 것뿐이다. 본 출원의 발명의 범위는 상기한 실시예에 한정되지 않으며 해당 기술 분야의 통상의 기술자가 변형, 수정하여 실시할 수 있는 범위까지 그 권리범위가 미친다.

Claims (8)

  1. 엔진;
    작업을 수행하는 액츄에이터;
    유압으로 상기 액츄에이터를 구동하는 유압 펌프;
    상기 유압 펌프와 엔진 사이에 위치되며, 상기 엔진으로부터 상기 유압 펌프에 동력전달시 회전수 제어 기능을 제공하는 트랜스미션; 및
    건설장비의 작업모드에 따라 요구토크(T1)과 요구회전수(N1)가 설정되어 있고 상기 유압 펌프, 엔진 및 트랜스미션을 제어하는 ECU;를 포함하며,
    상기 ECU는 작업모드에 따라 요구되는 요구회전수(N1)를 엔진회전수(N2)로 변환하여 상기 엔진에 제1제어신호를 전달하며, 상기 엔진은 받은 제1제어 신호에 상응하는 엔진회전수(N2)를 출력하여 트랜스미션으로 동력(N2, T2)을 전달하고,
    상기 ECU는 트랜스미션이 상기 엔진으로부터 받은 동력(N2, T2)을 작업모드에 따라 요구되는 동력(N1, T1)으로 변환할 수 있도록 트랜스미션으로 제2제어신호를 전달하며,
    상기 유압 펌프는 트랜스미션으로부터 변환된 동력(N1, T1)을 받아 작업모드에 따라 요구되는 유량을 토출하는 것을 특징으로 하는 유량 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 ECU는 퓨얼 맵(fuel map) 상에서 마력당 연료소모가 적은 회전수인 N2를 설정하는 것을 특징으로 하는, 유량 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 트랜스미션은 기어 비율이 고정된 고정식 기어박스를 구비하는 것을 특징으로 하는, 유량 제어 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 ECU는 트랜스미션의 기어 비율(Gear ratio) N1 / N2를 가변식으로 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는, 유량 제어 장치.
  5. 액츄에이터, 상기 액츄에이터에 연결되는 유압 펌프, 상기 유압 펌프를 구동하기 위한 동력을 제공하는 엔진, 상기 유압 펌프와 엔진 사이에 위치되는 트랜스미션, 그리고 상기 유압 펌프, 엔진 및 트랜스미션을 제어하는 ECU를 포함하는 장치의 유량을 제어하는 방법에 있어서,
    상기 ECU가 작업모드에 따라 요구되는 요구회전수(N1)를 엔진회전수(N2)로 변환하여 상기 엔진에 제1제어신호를 전달하는 단계;
    상기 엔진은 상기 제1제어신호에 상응하는 엔진회전수(N2)를 출력하여 트랜스미션으로 동력(N2, T2)을 전달하는 단계;
    상기 ECU가 트랜스미션이 상기 엔진으로부터 받은 동력(N2, T2)을 작업모드에 따라 요구되는 동력(N1, T1)으로 변환할 수 있도록 트랜스미션에 제2제어신호를 전달하는 단계;
    상기 유압 펌프가 트랜스미션으로부터 변환된 동력(N1, T1)을 받아 작업모드에 따라 요구되는 유량을 토출하는 단계;를 포함하는 유량 제어 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 ECU는 작업모드에 따라 요구되는 요구회전수(N1)를 엔진회전수(N2)로 변환하여 상기 엔진으로 제1제어신호를 전달하는 단계에서,
    상기 ECU는 퓨얼 맵(fuel map) 상에서 마력당 연료소모가 적은 회전수인 N2를 설정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 유량 제어 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 트랜스미션은 기어 비율이 고정된 고정식 기어박스를 구비하는 것을 특징으로 하는, 유량 제어 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 ECU는 트랜스미션의 기어 비율(Gear ratio) N1 / N2를 가변식으로 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는, 유량 제어 방법.
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