KR100631071B1 - 건설기계의 펌프 유량 제어 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

엔진에 연결되어 조작레버의 조작량에 따라 작업장치를 구동하도록 설치된 가변 용적 펌프와 작동유의 온도를 검출하여 냉각팬의 속도를 가변 제어하여 작동유를 냉각시키는 냉각제어장치를 구비한 건설기계에 있어서, 냉각제어장치의 냉각팬을 온도에 따라 가변하는 것뿐만 아니라, 온도에 따라 작동유의 순환량도 가변적으로 제어하여 신속하고 효율적인 냉각성능을 보장하도록 하는 펌프 유량 제어 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 건설기계를 이용한 작업 중 대기 온도 상승 및 작동유 온도의 과도한 상승으로 인하여, 작업을 중단하고 작동유의 온도를 빨리 하강시키고자 하는 경우, 펌프 유량을 신속한 냉각에 필요한 순환유량으로 유지할 수 있도록 제어함으로써, 빠르고 효율적으로 작동유를 냉각 시킬 수 있다는 장점이 있다.
유압 펌프, 펌프 유량 제어, 건설기계, 냉각 제어

Description

건설기계의 펌프 유량 제어 장치 및 그 제어 방법{Apparatus for controlling pump flow of construction equipment and Method thereof}
도 1은 종래의 기술에 따른 펌프 유량 제어장치의 블록도.
도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 펌프 유량 제어 장치의 블록도.
도 3은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 펌프 유량 제어 장치의 블록도.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 펌프 유량 제어 과정의 순서도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 조작 레버 102 : 압력 센서
104 : 유량 제어기 106 : 냉각팬 제어기
108 : 냉각 장치 110 : 온도 센서
114 : 메인 펌프 116 : 작업 장치
118 : 전자 비례 밸브 120 : 셔틀 밸브
122, 124 : 사판 제어 장치 200 : 제어기
204 : 펌프 용적 재조정 수단 206 : 순환 유량 설정 수단
본 발명은 건설기계의 펌프 유량 제어 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 작업을 일시적으로 중단하고 작동유 등의 유체를 빠르게 냉각시키고자 하는 경우, 펌프 토출 유량을 제어함으로써 빠르고 효율적인 냉각이 가능한 건설기계의 펌프 유량 제어 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
작업자가 건설기계를 구동시키기 위하여 조작레버를 조작하면, 엔진에 연결된 메인 펌프는 조작량에 상응하는 적절한 압유를 발생시키고, 동시에 주제어 밸브는 조작레버 움직임에 상응하는 유량을 토출하여 작업자의 의도대로 작업장치를 구동시키게 된다. 이때, 펌프, 제어 밸브, 작업장치를 구동시키는 액튜에이터 및 릴리프 밸브 등에서 여러 가지 교축현상이나 용적효율로 인한 손실이 발생하며, 이로 인하여 에너지가 열로 변환되어진다. 이렇게 발생한 열로 인하여 작동유 등의 작동 유체의 온도는 작업을 계속할 수록 점점 더 상승되게 된다. 유압 작동유의 온도가 어느 한계 이상으로 올라갈 경우, 작동유의 특성이 초기 각종 유압 장치를 설계할 때의 값과 상이하게 되어, 기기 손상 및 작업 효율이 저하될 가능성이 크다. 이를 방지하기 위하여, 건설기계는 작동유 등의 작동 유체를 냉각시키기 위한 냉각 장치를 구비하고 있다.
근래에 들어 건설기계는 소음의 완화 및 장비의 효율 등을 고려하여, 작동유의 온도나 주위 환경의 변화에 따라 냉각팬의 회전수를 변화시키는 자동제어 기술을 이용하여 냉각팬의 구동을 제어하고 있다. 이러한 작동유 냉각 장치의 가변 팬 회전수 제어 방법을 사용하여 작동유 등의 유체를 냉각시키는 경우, 건설기계는 작동유의 온도 및 주위 환경에 대한 파라미터들을 입력 받아 목표로 하는 작동유 온도를 유지하기 위하여 여러 가지 제어 알고리즘으로 팬 회전수를 설정하여 제어하고 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 펌프 유량 제어장치의 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 건설기계의 펌프 유량 제어장치(115)는 조작 레버(100)에서 조작에 의하여 발생하는 파일럿 압력에 따라 메인 펌프(114)의 사판이 제어되도록 되어 있다. 메인 펌프(114)에서 토출된 작동유는 작업장치(116)를 구동시키게 되며, 이때 작업장치(116) 등에서 발생한 열이 작동유의 온도를 상승시키게 된다. 온도가 상승된 작동유는 라디에이터를 거쳐서 저장 탱크로 리턴된다. 작동유는 라디에이터를 거치면서 냉각이 되며, 이때 냉각 효율은 냉각팬의 속도, 대기와 작동유의 온도차, 작동유의 순환량 등에 의하여 결정된다. 자동제어기술을 사용하는 건설기계의 작동유 냉각팬 제어장치는 냉각팬 제어기(106) 및 온도 센서(110), 냉각장치(108) 등으로 구성되며, 온도 센서(110)로부터 작동유의 온도를 수신하고, 적절한 알고리즘을 사용하여 수신한 온도에 따른 냉각팬의 회전속도를 결정하여 출력하게 되며, 이 회전속도에 따라서 냉각장치(108)의 냉각팬이 구동되어 작동유를 냉각시키게 된다.
한편, 작동유가 과열된 경우, 작업자는 작동유의 냉각을 위하여 작업을 잠시 멈춘 후 작동유의 냉각을 시도하게 된다. 작동유의 순환이 메인 펌프(114)의 유압시스템에 의하여 이루어지는 냉각 시스템을 가진 건설기계의 작업을 멈추는 경우, 종래 건설기계의 유량제어장치(115)는 조작장치의 조작량이 없으므로, 메인 펌프(114)의 최소 유량으로 순환 작동유의 양을 제어하게 된다. 따라서, 종래의 건설기계는 작업을 멈추고 작동유의 냉각을 실시하는 경우, 작동유의 온도가 높기 때문에 냉각팬은 고속으로 회전하지만, 냉각 장치를 통과하는 순환 작동유의 양이 최소량으로 제한되므로, 작동유 냉각이 비효율적으로 이루어지게 되며, 상대적으로 소음이 증가하고, 소요 동력이 낭비되는 문제점이 있었다.
본 발명에서는 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 건설기계의 작업을 정지시킨 상태에서도 작동유를 효율적이고 신속하게 냉각시킬 수 있는 건설기계의 펌프 유량 제어 장치 및 그 제어 방법을 제안하고자 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 엔진에 연결되어 조작레버의 조작량에 따라 작업장치를 구동하도록 설치된 가변 용적 펌프와 작동유의 온도를 검출하여 냉각팬의 속도를 가변 제어하여 작동유를 냉각시키는 냉각제어장치를 구비한 건설기계에 있어서, 가변 용적 펌프의 유량 제어 장치는 조작수단의 조작량에 따라 가변 용적형 펌프의 용적을 설정하는 펌프 용적 설정 수단 및 냉각제어장치로부터 작동유의 원활환 냉각에 필요한 유량을 지시하는 펌프 순환유량 신호를 입력 받아 순환유량을 설정하는 순환유량 설정수단, 순환유량 설정 수단에 의해 설정된 순환유량 신호 및 펌프 용적 설정 수단에 의해 설정된 펌프 용적을 입력 받아 바람직한 펌프의 용적을 재설정할 수 있는 펌프 용적 재설정 수단, 재설정된 펌프 용적 신호에 따라 가변 용적 펌프의 사판을 제어하는 펌프 사판 제어 수단을 구비하여 효율적인 작동유 냉각을 수행할 수 있도록 하는 건설기계의 펌프 유량 제어 장치로 구성된다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 엔진, 엔진에 연결된 작업장치를 구동하는 메인 펌프, 조작 장치의 조작량에 따른 펌프 유량을 출력하는 펌프 유량 제어기, 작동유 온도를 검출하여 출력하는 온도 센서 및 작동유 온도에 따른 바람직한 냉각팬 회전수를 출력하는 냉각팬 제어 수단을 가지는 건설기계의 펌프 유량 제어 방법으로서, 작동유 온도에 따른 순환 유량을 설정하는 단계(a); 순환 유량을 수신하는 단계(b); 건설기계의 작업 여부를 판단하는 단계(c); 및 건설기계가 작업을 멈춘 경우, 상기 순환 유량과 상기 조작 장치의 조작량에 따른 펌프 유량을 비교하여 보다 큰 유량을 출력하는 단계(d)를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 펌프 유량 제어 방법이 제공된다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 건설기계의 펌프 유량 제어 장치 및 그 제어 방법에 대한 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 2및 도 3은 각각 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 건설기계의 펌프 유량 제어 장치의 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 펌프 유량 제어 장치는 조작 레버(100) 및 냉각팬 제어기(106), 유량제어기(104), 전자 비례 밸브(118), 셔틀밸브(120) 등의 구성으로 구현될 수 있다.
작업자가 조작 레버(100)을 움직이면 조작 레버의 리모트 컨트롤 밸브의 2차 압력이 주제어 밸브의 스풀을 움직여 작업장치(116)를 움직이게 하고, 그와 동시에 리모트 컨트롤 밸브의 2차 압력이 펌프 사판 제어 장치(122)로 전달되어 메인 펌프의 사판을 제어하여 바람직한 용적을 설정하게 한다.
한편, 작동유 탱크에 설치된 온도센서(110)에서 온도를 센싱하여 냉각장치(108)의 냉각팬의 회전수를 제어하는 냉각팬 제어기(106)은 온도에 따라 2단계 또는 온도에 대하여 비례적으로 회전수를 가변하여 제어하게 되며, 바람직한 펌프 순 환 유량을 유량 제어기(104)로 출력한다. 이 펌프 순환 유량은 온도 신호와 직접적으로 대응되거나 또는 냉각팬 제어기의 팬 회전수 제어 값 등 효율적이고 신속한 냉각에 필요한 작동유의 바람직한 값이라고 볼 수 있는 신호이며 그 값이 냉각팬 제어기에서 계산되어 나올 수도 있을 것이고 냉각팬 제어기로부터 온도나 회전수 신호를 받아서 유량제어기(104)에서 계산될 수도 있을 것이다. 하지만 궁극적으로는 작동유 온도에 대한 메인 펌프의 바람직한 순환유량을 계산하는 것임에는 틀림이 없다. 계산된 순환유량은 유량제어기(104)내에서 바람직한 펌프 사판의 용적으로 계산되어 전자 비례 밸브(118)에 출력되면 전자 비례 밸브에서는 그 값에 상응하는 파일럿 압력을 형성시켜서 출력하게 된다.
셔틀 밸브(120)는 조작 레버(100)에 부착된 리모트 컨트롤 밸브의 2차 압력과 설정된 순환 유량 값에 상응하는 파일럿 압력 두 가지 중 높은 압력 쪽을 선택적으로 메인 펌프 사판 제어 장치(122)에 공급하도록 한다. 만약 작동유의 온도가 높아 작업을 중지한 상태라면, 조작레버에 의한 파일럿 압력은 최저로 설정되고 순환유량 설정수단에 의해 설정된 파일럿 압력은 이보다 높게 설정되어 메인 펌프는 신속한 냉각에 필요한 순환유량으로 토출하게 될 것이다.
만약 조작 레버 조작 시에, 펌프 순환 유량의 설정 값이 조작 레버에 의한 설정 값보다 더 클 경우, 주제어 밸브와 펌프 유량이 서로 매칭이 되지 않아 과도한 압력 상승 및 미세한 조작을 해칠 수가 있으므로, 압력 센서(102)에서 신호를 받아 조작 량을 계산하여 조작 레버의 조작이 없을 경우에만 펌프 순환 유량 값을 설정하는 방법으로 전기한 문제를 피할 수도 있을 것이다
도 3은 도 2에서 예시된 회로와는 다르게 메인 펌프가 조작 레버의 조작 량을 제어기(200)가 입력 받아 메인 펌프의 사판을 직접 제어하는 시스템이다.
먼저 압력센서(102)에서 신호를 입력 받아 조작 레버의 조작 량을 계산하고 그에 상응하는 바람직한 펌프 용적을 설정하게 된다. 도 2에서 예시된 것과 마찬가지로 냉각팬 제어기(106)로부터 신호를 입력 받아 순환유량 설정수단(206)에서 신속한 냉각에 필요한 순환유량을 계산하며, 펌프 용적 재조정 수단(204)에서는 펌프 용적 설정수단에서 설정된 바람직한 펌프 용적과 순환 유량 설정 수단(206)에서 설정된 순환유량에 상응하는 펌프 용적을 서로 비교하여 큰 쪽을 출력하거나 조작 여부를 판단하여 조작 레버(100)의 조작이 없을 경우에 설정된 순환유량에 상응하는 펌프 용적 신호를 전자 비례 밸브(118)로 출력하여 메인 펌프의 사판을 제어하게 된다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 펌프 유량 제어 과정의 순서도이다.
도 4를 참조하면, 먼저, 순환유량 설정 수단(206)은 온도 센서(110)가 센싱한 작동유의 온도에 따라, 최적의 냉각효율을 가지는 작동유의 토출량을 설정하여 출력한다(S300).
펌프 용적 재조정 수단(204)는 순환유량 설정 수단(206)으로부터 출력된 순환 유량을 수신하고(S302) 작업 장치의 작업여부를 판단한다(S304). 즉, 압력 센서 (100)의 압력신호 또는 이와 유사한 별도의 조작여부를 검출하는 압력스위치, 펌프 용적 설정 수단에서 설정된 펌프 용적 등으로부터 판단할 수 있는 것이다.
작업장치(116)의 작업여부를 판단한 결과, 작업장치(116)가 구동되고 있다고 판단이 되면, 펌프 용적 재조정 수단(204)은 조작장치의 조작량에 상응하는 펌프 유량을 출력한다(S310).
반면, 작업장치(116)의 작동이 멈추어진 상태라고 판단이 되면, 펌프 유량 제어 장치(204)는 순환유량 설정 수단(206)에 의한 순환 유량과 조작장치의 조작량에 상응하는 펌프 유량을 비교한다(S306).
펌프 용적 재조정 수단(204)은 펌프 유량을 비교한 결과, 순환 유량이 더 큰 경우에는 순환 유량을 전자 비례 밸브(118)로 출력한다(S308). 반면, 조작장치의 조작량에 상응하는 펌프 유량이 더 큰 경우, 펌프 유량 제어 장치(204)는 조작장치의 조작량에 상응하는 펌프 유량을 전자 비례 밸브(118)로 출력하게 된다(S310). 전자 비례 밸브(118)는 펌프 용적 재조정 수단(204)으로부터 출력된 펌프의 바람직한 유량 신호에 따라 작동유의 토출량을 제어하게 된다.
상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 건설기계의 펌프 유량 제어 장치에 따르면, 건설기계의 작동유 온도가 지나치게 상승하여 작동유의 신속한 냉각이 필요한 경우, 건설기계의 구동을 멈춘 상태에서도 작동유의 순환량을 최적의 냉각효율을 갖는 순환량으로 제어함으로써, 신속한 작동유 냉각이 가능하다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 작동유의 냉각에 소요되는 시간을 단축함으로써, 작업 효율을 높일 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 작동유의 냉각 효율을 상승시킴으로써, 엔진에 걸리는 부하를 빠른 시간 내에 줄일 수 있다는 장점이 있다.

Claims (5)

  1. 엔진에 연결되어 조작레버의 조작량에 따라 작업장치를 구동하도록 설치된 가변 용적 펌프와 작동유의 온도를 검출하여 냉각팬의 속도를 가변 제어하여 작동유를 냉각시키는 냉각제어장치를 구비한 건설기계에 있어서, 상기 가변 용적 펌프의 유량 제어 장치는
    상기 조작수단의 조작량에 따라 가변 용적형 펌프의 용적을 설정하는 펌프 용적 설정 수단; 및
    상기 냉각제어장치로부터 작동유의 원활환 냉각에 필요한 유량을 지시하는 펌프 순환유량 신호를 입력 받아 순환유량을 설정하는 순환유량 설정수단; 및
    상기 순환유량 설정 수단에 의해 설정된 순환유량 신호 및 상기 펌프 용적 설정 수단에 의해 설정된 펌프 용적을 입력 받아 바람직한 펌프의 용적을 재설정할 수 있는 펌프 용적 재설정 수단; 및
    상기 재설정된 펌프 용적 신호에 따라 가변 용적 펌프의 사판을 제어하는 펌프 사판 제어 수단을 구비하여 효율적인 작동유 냉각을 수행할 수 있도록 하는 건설기계의 펌프 유량 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 순환유량 설정수단은, 상기 냉각제어장치로부터의 펌프 순환 유량 신호를 입력 받는 대신 작동유의 온도를 입력 받아 그에 상응하는 원활한 작동유 냉각에 필요한 펌프 순환 유량을 설정하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 펌프 유량 제어 장치.
  3. 제 1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 펌프 용적 재설정 수단은 조작수단의 조작여부를 판단하는 조작여부 판단 수단을 더 구비하고, 조작여부 신호에 따라, 조작이 없을 경우에는 상기 순환유량으로 펌프의 용적을 설정하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 펌프 유량 제어 장치.
  4. 제 1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 펌프 용적 재설정 수단은 상기 순환유량 설정 수단에 의해 설정된 순환유량 신호 및 상기 펌프 용적 설정 수단에 의해 설정된 펌프 용적을 입력 받아 펌프의 용적이 최소한 순환유량 신호가 지시하는 용적 이상으로 유지할 수 있도록 펌프 용적을 재설정하여 출력하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 펌프 유량 제어 장치.
  5. 엔진, 엔진에 연결된 작업장치를 구동하는 메인 펌프, 조작 장치의 조작량에 따른 메인 펌프 유량을 제어하는 펌프 유량 제어기, 작동유 온도를 검출하여 온도에 따른 바람직한 냉각팬 회전수를 출력하는 냉각팬 제어 수단을 가지는 건설기계의 펌프 유량 제어 방법으로서,
    작동유 온도 또는 냉각팬 회전수에 따른 효율적인 냉각에 필요한 순환 유량을 설정하는 단계(a);
    순환 유량을 수신하는 단계(b);
    건설기계의 조작 장치의 조작을 검출하는 단계 (c); 및
    조작 장치의 조작량이 일정치 이하 또는 없을 경우 순환 유량에 의한 펌프 유량이 토출 되도록 출력하는 단계 (d)를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 펌프 유량 제어 방법.
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