KR102075817B1 - 건설기계 엔진의 제어장치 및 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 건설기계 엔진의 제어장치 및 제어방법에 관한 것으로서, 상기 건설기계 엔진의 제어장치는, 건설기계를 제어하는 차량제어장치, 상기 건설기계가 운전상태 또는 중립상태로 전환될 때 제1신호를 발생시키는 레버, 자동 엔진 아이들 모드(Auto Engine Idle Mode)를 켤 때에 제2신호를 발생시키는 자동 아이들 스위치, 동력을 발생시키는 엔진 및 상기 차량제어장치의 엔진회전수 지령에 의해 상기 엔진을 제어하고 상기 엔진의 엔진토크 정보를 생성하여 상기 차량제어장치에 제공하는 엔진제어장치를 포함하고, 상기 차량제어장치는 상기 제2신호가 켜져 있는 상태에서 상기 레버가 중립상태로 전환되면 상기 엔진의 엔진회전수(rpm)를 제1 감속단계에 해당하는 스탭 엔진회전수(RS)로 낮아지도록 상기 엔진제어장치를 제어하고, 상기 제1 감속단계가 설정 시간동안 유지되면 상기 엔진의 엔진회전수(rpm)를 제2 감속단계에 해당하는 아이들 엔진회전수(RI)로 더 낮아지도록 상기 엔진제어장치를 제어하며, 상기 제2감속단계가 유지되는 동안 상기 레버가 운전상태로 전환되면 상기 엔진(20)의 엔진회전수(rpm)를 상기 제1 감속단계에 해당하는 스탭 엔진회전수(RS)로 복귀되도록 상기 엔진제어장치를 제어하는 것을 특징으로 한다.

Description

건설기계 엔진의 제어장치 및 제어방법{APPARATUS FOR CONTROLLING CONSTRUCTION EQUIPMENT ENGINE AND CONTROL METHOD THEREFOR}
본 발명은 건설기계 엔진의 제어장치 및 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 건설기계를 운전함에 있어서, 작업부하가 낮거나 작업부하가 없는 상태에서 엔진이 꺼지지 않을 정도로 엔진회전수를 낮추어 제어하도록 하는 건설기계 엔진의 제어장치 및 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 건설기계에는 유압 시스템이 탑재되어 각종 작업기를 작동시킨다. 유압시스템은 엔진으로부터 동력을 제공받아 유압펌프를 작동시키고, 유압펌프에서 토출되는 작동유에 의해 각종 작업기가 작동된다. 작업기는 유압에 의해 작동되는 액추에이터가 있다.
한편, 엔진에서 구현되는 가용 토크는 한계가 있다. 이 때문에 작업기에 작용되는 작업부하가 엔진 가용토크의 범위 내에서 운용되어야 한다. 만약, 작업부하가 엔진 가용토크 범위에 근접하거나 넘을 때에는 엔진에 무리가 따른다. 특히 요구되는 토크를 구현하기 위하여 순간적으로 많은 연료를 소모하고, 매연을 발생시킨다.
다른 한편으로, 작업부하가 낮음에도 엔진을 정격엔진회전수(rpm)로 유지하는 것은 연비를 고려하면 비효율적이다. 그 이유는 작업기가 작업을 수행하지 않거나, 작업부하가 매우 작은 작업을 수행하는 경우가 있는데, 이때 엔진에서 생성된 토크를 작업기가 이용하지 않고 소멸되기 때문이다.
상술한 바와 같은 문제점을 해소하기 위한 기술로서, 엔진이 꺼지지 않을 정도의 최소한의 엔진회전수(rpm)를 유지하도록 하는 자동 엔진 아이들 모드(Auto Engine Idle Mode)가 있다. 즉, 자동 엔진 아이들 모드는 엔진이 작동되지만, 실질적으로 작업기에서 사용할 수 있는 정도의 토크는 발생하지 않는 상태일 수 있다. 엔진토크를 사용하지 않을 때에 엔진회전수를 낮추어 건설기계의 연비를 향상시키고자 하는 것이다.
종래에 알려진 자동 엔진 아이들 모드는 조작기의 레버가 중립상태인지, 운전상태인지여부에 따라, 그리고 자동 아이들 스위치의 선택 여부에 따라 달라진다.
종래의 자동 엔진 아이들 모드에 대하여 좀 더 상세하게 설명하면 다음과 같다.
자동 아이들 스위치가 꺼짐(off) 상태이라면 레버가 중립위치이든 운전위치이든 상관없이, 엔진은 정격엔진회전수보다 높게 고엔진회전수(high rpm)를 유지한다.
반면에, 자동 아이들 스위치가 켜짐(on) 상태라면 레버가 중립일 때에만 자동 엔진 아이들 모드가 실행되고, 레버가 운전위치일 때에는 계속 고엔진회전수를 유지한다.
즉, 종래에 알려진 건설기계 엔진의 제어장치 및 제어방법은 자동 엔진 아이들 모드에 의해 실질적으로 연비개선효과를 기대할 수 있는 구간이 매우 제한적인 문제점이 있다.
이하, 첨부도면 도 1 내지 도 3을 참조하여 종래의 비교예에 따른 건설기계 엔진의 제어장치 및 제어방법에 대해서 좀 더 상세하게 설명한다.
첨부도면 도 1은 비교예에 따른 건설기계 엔진의 제어장치 및 제어방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 2는 비교예에 따른 건설기계 엔진의 제어장치 및 제어방법에서 무부하(idle) 구간을 설명하기 위한 도면이다. 도 3은 비교예에 따른 건설기계 엔진의 제어장치 및 제어방법에서 무부하(idle) 구간의 작업사례를 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 비교예에 따른 자동 엔진 아이들(Auto engine idle) 모드의 제어를 수행하도록 하는 구성을 살펴보면, 차량제어장치(10: VCU)에 건설기계 운전 연부를 판단 할 수 있는 레버(12)의 온(on)/오프(off) 제1신호와, 자동 아이들 스위치(14)의 선택여부의 제2신호가 제공된다. 차량제어장치(10)는 현 상황에서 적정한 엔진회전수를 연산하여 엔진회전수 지령을 생성한다. 엔진회전수 지령은 엔진제어장치(22)에 제공되고, 엔진(20)은 엔진회전수 지령에 의해 운전된다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 비교예는 작업기 중립 구간에서 설정한 시간이 유지되면 자동 엔진 아이들 모드로 진입된다. 여기서 설정한 시간은 일반적으로 3초 내지 10초의 범위로 설정될 수 있다.
즉, 비교예는, 자동 아이들 스위치(14)가 켜져 있는 상태에서 레버(12)를 조작하지 않고, 엔진회전수가 고엔진회전수(RH)로 유지되고 있다면, 이를 엔진아이들 모드로 전환한다. 엔진아이들 모드는 엔진회전수가 아이들 엔진회전수(RI)로 전환되는 것이다. 아이들 엔진회전수(RI)는 앞서 설명한 바와 같이, 엔진이 꺼지지 않을 정도로 낮은 엔진회전수를 유지한 것을 의미한다.
이후, 레버(12)를 조작하면 아이들 엔진회전수(RI)에서 고엔진회전수(RH)로 전환되어 엔진에서는 작업기를 작동시킬 정도의 큰 토크를 구현한다.
한편, 고엔진회전수(RH)에서 아이들 엔진회전수(RI)로 전환되거나 반대로 아이들 엔진회전수(RI)에서 고엔진회전수(RH)로 복원될 때에 시간대비 엔진회전수 변화의 기울기는 엔진의 거버닝 속도에 의해 결정된다.
도 3을 참조하면, 비교예에 따른 건설기계의 엔진제어방법은 연비 효율이 오히려 불리한 경우가 있다.
즉, 자동 엔진 아이들 구간에서 레버(12)가 작동하면, 레버(12)가 작동하는 순간부터 엔진회전수가 상승되어 고엔진회전수(RH)에 도달한다. 이후 작업부하에 따라 엔진회전수는 가변된다. 예를 들면, 붐을 상승시키거나 암을 오므리는 작동은 굴삭을 실시하는 것으로 고부하작업일 수 있다. 고부하작업을 실시하는 동안에는 엔진회전수가 정격엔진회전수(Rated rpm)를 유지한다.
한편, 붐을 하강하거나 상부체의 스윙작동을 수행하는 경우에는 고부하작업에 비교하여 상대적을 저부하 작업을 수행할 수 있다. 이와 같이 저부하 작업을 수행하는 동안에는 엔진회전수가 고엔진회전수(RH)에 도달할 정도로 높게 유지된다.
즉, 비교예에 따른 종래의 건설기계의 엔진제어방법은 저부하 작업구간에서 고부하 작업구간에 비교하여 오히려 더 높은 엔진회전수가 구현되고, 이로써 연료소모가 증가되어 연비효율이 낮아진다. 또한, 엔진회전수가 고엔진회전수(RH)를 유지함으로써 소음 문제가 발생한다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 건설기계의 엔진제어에 있어서, 연비개선 구간을 증대시켜 연비를 향상시킬 수 있도록 하는 건설기계 엔진의 제어장치 및 제어방법을 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 건설기계 엔진의 제어 장치는, 건설기계를 제어하는 차량제어장치(10); 상기 건설기계가 운전상태 또는 중립상태로 전환될 때 제1신호를 발생시키는 레버(12); 자동 엔진 아이들 모드(Auto Engine Idle Mode)를 켤 때에 제2신호를 발생시키는 자동 아이들 스위치(14); 동력을 발생시키는 엔진(20); 및 상기 차량제어장치(10)의 엔진회전수 지령에 의해 상기 엔진(20)을 제어하고 상기 엔진(20)의 엔진토크 정보를 생성하여 상기 차량제어장치(10)에 제공하는 엔진제어장치(22);를 포함하고, 상기 차량제어장치(10)는 상기 제2신호가 켜져 있는 상태에서 상기 레버(12)가 중립상태로 전환되면 상기 엔진(20)의 엔진회전수(rpm)를 제1 감속단계에 해당하는 스탭 엔진회전수(RS)로 낮아지도록 상기 엔진제어장치(22)를 제어하고, 상기 제1 감속단계가 설정 시간동안 유지되면 상기 엔진(20)의 엔진회전수(rpm)를 제2 감속단계에 해당하는 아이들 엔진회전수(RI)로 더 낮아지도록 상기 엔진제어장치(22)를 제어하며, 상기 제2감속단계가 유지되는 동안 상기 레버(12)가 운전상태로 전환되면 상기 엔진(20)의 엔진회전수(rpm)를 상기 제1 감속단계에 해당하는 스탭 엔진회전수(RS)로 복귀되도록 상기 엔진제어장치(22)를 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 감속단계에 해당하는 스탭 엔진회전수(RS)는 상기 건설기계의 작업성능이 저하되지 않는 최소 엔진회전수 이상이고 정격엔진회전수 이하의 범위인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 건설기계의 작업성능이 저하되지 않는 최소 엔진회전수는 상기 정격엔진회전수보다 100rpm 낮은 회전수 범위 이내인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 차량제어장치(10)는 상기 엔진 제어장치(22)로부터 제공되는 상기 엔진의 토크정보가 고부하인 경우에는 상기 엔진(20)을 상기 정격엔진회전수로 회전하도록 상기 엔진제어장치(22)를 제어하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 건설기계 엔진의 제어 방법은, 자동 아이들 스위치(14)가 켜져 있고, 건설기계가 운전상태에서 중립상태로 전환되는 시점에 엔진회전수(rpm)가 스탭 엔진회전수(RS)로 낮아지는 제1 감속단계; 및 상기 제1 감속단계가 설정 시간동안 유지되면 엔진회전수(rpm)가 아이들 엔진회전수(RI)로 더 낮아지는 제2 감속단계; 를 포함하고, 상기 제2감속단계가 유지되는 동안 레버(12)가 조작되어 상기 건설기계가 운전상태가 되면, 상기 엔진회전수(rpm)가 상기 제1 감속단계에 해당하는 스탭 엔진회전수(RS)로 복귀되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 감속단계에 해당하는 스탭 엔진회전수(RS)는 상기 정격엔진 회전수보다 100rpm 낮은 회전수에서 상기 정격엔진회전수 범위 이내로 설정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 감속단계에 해당하는 스탭 엔진회전수(RS)는 상기 건설기계의 작업 작업성능이 저하되지 않는 최소 엔진회전수 이상이고 정격엔진회전수 이하의 범위인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 작업 작업성능이 저하되지 않는 최소 엔진회전수는 상기 정격엔진회전수보다 100rpm 낮은 회전수 범위 이내인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2 감속단계가 유지되는 동안 상기 레버(12)가 조작되어 상기 건설기계가 운전상태가 되고, 엔진제어장치(22)로부터 제공되는 상기 건설기계의 엔진(20)의 토크정보가 고부하인 경우에는 상기 엔진회전수(rpm)를 상기 정격엔진회전수로 복귀하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따른 건설기계 엔진의 제어장치 및 제어방법은, 작업기를 작동시키도록 하는 레버가 중립위치이면 엔진회전수를 스탭 엔진회전수(RS)로 곧바로 낮추어 연비 개선구간을 증대시킬 수 있다.
또한, 레버의 위치가 운전위치이면 작업부하가 낮을 때에 엔진회전수를 낮추어 연비개선 구간을 확대할 수 있다.
도 1은 비교예에 따른 건설기계 엔진의 제어장치 및 제어방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 비교예에 따른 건설기계 엔진의 제어장치 및 제어방법에서 무부하(idle) 구간을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 비교예에 따른 건설기계 엔진의 제어장치 및 제어방법에서 무부하(idle) 구간의 작업사례를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 건설기계 엔진의 제어장치 및 제어방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 건설기계 엔진의 제어장치 및 제어방법에서 무부하(idle) 구간을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 건설기계 엔진의 제어장치 및 제어방법에서 무부하(idle) 구간의 작업사례를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 건설기계 엔진의 제어장치 및 제어방법에서 무부하(idle) 구간에 엔진회전수 저감 폭을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 건설기계를 실제 운전할 때의 비교예와 본 발명에 따른 실시예의 엔진회전수 추이를 비교해 보인 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, 첨부도면 도 4 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 건설기계 엔진의 제어장치 및 제어방법을 설명한다.
첨부도면 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 건설기계 엔진의 제어장치 및 제어방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 건설기계 엔진의 제어장치 및 제어방법에서 무부하(idle) 구간을 설명하기 위한 도면이다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 건설기계 엔진의 제어장치 및 제어방법에서 무부하(idle) 구간의 작업사례를 설명하기 위한 도면이다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예에 따른 건설기계 엔진의 제어장치는 건설기계를 제어하는 차량제어장치(10, VCU), 상기 건설기계가 운전상태 또는 중립상태로 전환될 때 제1신호를 발생시키는 레버(12), 자동 엔진 아이들 모드(Auto Engine Idle Mode)를 켤 때에 제2신호를 발생시키는 자동 아이들 스위치(14), 동력을 발생시키는 엔진(20) 및 상기 차량제어장치(10)의 엔진회전수 지령에 의해 상기 엔진(20)을 제어하고 상기 엔진(20)의 엔진토크 정보를 생성하여 상기 차량제어장치(10)에 제공하는 엔진제어장치(22, ECU) 등을 포함하여 구성된다.
그리고, 상기 차량제어장치(10)는 상기 제2신호가 켜져 있는 상태에서 상기 레버(12)가 중립상태로 전환되면 상기 엔진(20)의 엔진회전수(rpm)를 제1 감속단계에 해당하는 스탭 엔진회전수(RS)로 낮아지도록 상기 엔진제어장치(22)를 제어한다.
이후, 상기 제1 감속단계가 설정 시간동안 유지되면 상기 엔진(20)의 엔진회전수(rpm)를 제2 감속단계에 해당하는 아이들 엔진회전수(RI)로 더 낮아지도록 상기 엔진제어장치(22)를 제어한다.
마지막으로, 상기 제2감속단계가 유지되는 동안 상기 레버(12)가 운전상태로 전환되면 상기 엔진(20)의 엔진회전수(rpm)를 상기 제1 감속단계에 해당하는 스탭 엔진회전수(RS)로 복귀되도록 상기 엔진제어장치(22)를 제어한다.
구체적으로 본 발명의 실시예에 따른 건설기계 엔진의 제어장치에서 자동 아이들(Auto idle) 제어를 수행하도록 하는 구성을 살펴보면, 차량제어장치(10)에 건설기계 운전 여부를 판단 할 수 있는 레버(12)의 온(on)/오프(off) 제1신호와, 자동 아이들 스위치(14)의 선택여부의 제2신호가 제공된다. 또한, 차량제어장치(10)는 엔진제어장치(22)로부터 토크 정보를 제공받는다.
본 발명에 실시예에 따른 차량제어장치(10)는 차량의 운행여부, 자동 아이들 운전 여부 및 엔진토크 정보를 참조하여 현 상황에서 적정한 엔진회전수를 연산하여 엔진회전수 지령을 생성한다. 즉, 본 발명의 실시예에서는 3가지의 정보를 참조하여 엔진회전수 지령을 생성하는 것이다. 엔진회전수 지령은 엔진제어장치(22)에 제공되고, 엔진(20)은 엔진회전수 지령에 의해 운전된다.
본 발명의 실시예에 따른 건설기계 엔진의 제어 장치에서 무부하(idle) 구간을 첨부도면 도 5를 참조하여 설명한다.
본 발명의 실시예는, 자동 아이들 스위치(14)가 켜져 있는 상태에서, 레버(12)가 운전위치에서 중립위치로 전환되면 시간을 지체하지 않고, 스텝 엔진회전수(RS)로 낮춰지도록 제어된다. 이와 같이 1차로 감속되는 것을 제1 감속단계라한다.
이후, 스텝 엔진회전수(RS)로 전화된 시점부터 설정된 시간이 경과되면 아이들 엔진회전수(RI)로 전환된다. 이와 같이 2차로 감속되는 것을 제2 감속단계라한다. 여기서 설정한 시간은 3초 내지 10초의 범위로 설정될 수 있다.
스텝 엔진회전수(RS)는 정격엔진회전수(rpm)보다 낮고 아이들 엔진회전수(RI)보다 높은 범위에서 제공된다. 좀 더 상세하게 스텝 엔진회전수(RS)는 작업성능이 저하되지 않는 최소 엔진회전수일 수 있다. 최소 엔진회전수는 건설기계의 엔진마다 차이가 있을 수 있으므로 특정한 값으로 지정될 수 없고, 엔진의 동특성에 따라 설정될 수 있는 것이다.
즉, 자동 엔진 아이들 모드에 진입하는 초기에, 좀 더 신속하게 스텝 엔진회전수(RS)로 낮춤으로써 연료소모를 줄여 연비를 개선할 수 있다.
이후, 레버(12)를 조작하면 엔진회전수는 아이들 엔진회전수(RI)에서 스텝 엔진회전수(RS)로 회복된다. 이때 종래의 비교예는 아이들 엔진회전수(RI)에서 곧바로 고엔진회전수(RH)로 복귀되지만, 본 발명의 실시예에서는 스텝 엔진회전수(RS)로 복귀되는 것이 차이점이다.
즉, 실질적으로 작업부하가 작용되기 이전에는 고엔진회전수(RH)가 구현되기 이전이므로 스텝 엔진회전수(RS)로 낮게 유지함으로써 고엔진회전수(RH)에서 소모될 연료만큼을 절약할 수 있게 된다.
한편, 도 6에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 건설기계 엔진의 제어장치에 의하면, 자동 엔진 아이들 모드가 해제되어 작업이 실시할 때에, 상술한 바와 같이, 스텝 엔진회전수(RS)로 구현되고, 작업부하가 작용될 때에, 스탭 엔진회전수(RS)에서 고엔진회전수(RH)로 전환된다.
스탭 엔진회전수(RS)는 정격엔진회전수보다 낮게 설정하고, 스탭 엔진회전수(RS)에서 고엔진회전수(RH)로 전환될 때에는 작업자가 감성적인 불편한 느낌을 가지지 않도록 설정된다.
여기서, 상기 제1 감속단계에 해당하는 스탭 엔진회전수(RS)는 상기 건설기계의 작업성능이 저하되지 않는 최소 엔진회전수 이상이고, 정격엔진회전수이하의 범위인 것이 바람직하다.
구체적으로, 상기 건설기계의 작업성능이 저하되지 않는 최소 엔진회전수는 상기 정격엔진회전수보다 100rpm 낮은 회전수 범위 이내인 것이 바람직하다.
이에 부연 설명하면, 종래의 비교예에서는 매우 낮은 아이들 엔진회전수(RI)에서 매운 높은 고엔진회전수(RH)로 구현될 때에 엔진회전수의 차이가 너무나 크기 때문에 작업기를 작동시킬 때에 작동속도가 지연되는 불편한 느낌을 가질 수 있다. 반면에, 본 발명에 따른 실시예에는 아이들 엔진회전수(RI)에서 스탭 엔진회전수(RS)를 구현한 다음에 스탭 엔진회전수(RS)에서 고엔진회전수(RH)를 구현하는 것으로 작업기의 작동속도가 매우 안정적이고 부드럽게 작동될 수 있는 것이다.
특히, 실질적인 고부하 작업을 수행할 때에 종래의 비교예와 동일한 수준의 엔진회전수를 구현하기 때문에 작업기의 작동속도의 저하가 발생하지 않고, 이로써 작업성능 저하가 없게 된다.
또한, 상기 차량제어장치(10)는 상기 엔진제어장치(22)로부터 제공되는 상기 엔진(20)의 토크정보가 고부하인 경우에는 상기 엔진(20)을 상기 정격엔진회전수로 회전하도록 상기 엔진제어장치(22)를 제어한다.
한편, 본 발명에 따른 실시예는 저부하 작업구간에서 작업 성능 저하가 발생하지 않는 수준까지 낮추도록 제어한다. 즉 저부하 작업구간에서는 엔진회전수(rpm)가 스탭 엔진회전수(RS)의 수준으로 낮아질 수 있다. 이로써 엔진회전수가 저감됨에 따라 연료의 소모는 감소되므로 그만큼 연비 효율이 증가된다. 또한, 엔진회전수를 낮게 유지함으로써 엔진소음이 낮아지는 효과가 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 건설기계 엔진의 제어장치 및 제어방법은, 자동 아이들 스위치(14)가 켜져 있고, 레버(14)가 중립위치에 있으면 엔진회전수를 단계적으로 낮춤으로써 연비를 개선할 수 있다. 또한, 자동 아이들 스위치(14)가 켜져 있고, 레버(14)가 운전위치에 있을 때에도 저부하 작업구간에서도 엔진회전수를 낮추어 연비를 개선할 수 있는 것이다.
한편, 본 발명에 따른 실시예에 따른 건설기계 엔진의 제어방법은, 제1 감속단계 및 제2감속 단계 등을 포함하여 구성되는데, 상기 제1 감속단계는 상기 자동 아이들 스위치(14)가 켜져 있고, 건설기계가 운전상태에서 중립상태로 전환되는 시점에 엔진회전수(rpm)를 스탭 엔진회전수(RS)로 낮춘다.
그리고, 상기 제2 감속단계는, 상기 제1 감속단계가 설정 시간동안 유지되면 엔진회전수(rpm)가 아이들 엔진회전수(RI)로 더 낮추며, 상기 제2 감속단계가 유지되는 동안 레버(12)가 조작되어 상기 건설기계가 운전상태가 되면, 상기 엔진회전수(rpm)가 상기 제1 감속단계에 해당하는 스탭 엔진회전수(RS)로 복귀되도록 제어한다.
여기서, 상기 제1 감속단계에 해당하는 스탭 엔진회전수(RS)는 상기 정격엔진회전수보다 100rpm 낮은 회전수에서 상기 정격엔진회전수 범위 이내로 설정되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 제1 감속단계에 해당하는 스탭 엔진회전수(RS)는 상기 건설기계의 작업 작업성능이 저하되지 않는 최소 엔진회전수 이상이고 정격엔진회전수 이하의 범위인 것이 바람직하다.
또한, 상기 작업 작업성능이 저하되지 않는 최소 엔진회전수는 상기 정격엔진회전수보다 100rpm 낮은 회전수 범위 이내인 것이 바람직하며, 상기 제2 감속단계가 유지되는 동안 상기 레버(12)가 조작되어 상기 건설기계가 운전상태가 되고, 엔진제어장치(22)로부터 제공되는 상기 건설기계의 엔진(20)의 토크정보가 고부하인 경우에는 상기 엔진회전수(rpm)를 상기 정격엔진회전수로 복귀하도록 제어하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 건설기계 엔진의 제어장치 및 제어방법에서 스탭 엔진회전수(RS)의 설정에 대하여 도 7을 참조하여 설명한다.
첨부도면 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 건설기계 엔진의 제어장치 및 제어방법에서 무부하(idle) 구간에 엔진회전수 저감 폭을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 실시에에 따른 스탭 엔진회전수(RS)는 엔진 토크의 정보에 의해 결정된다. 좀 더 상세하게는 엔진 토크대비 엔진회전수 선도에 의해 결정된다.
엔진(20)으로부터 제공되는 최대 토크 100%를 기준으로 제1토크(T1%)와 제2토크(T2%)의 토크 구간을 설정한다. 즉, 제1토크(T1%)는 하한값이고, 제2토크(T2%)는 상한값이다.
엔진 토크대비 엔진회전수 선도에 제1, 제2 토크(T1%, T2%)를 대입하면, 제1, 제2 엔진회전수(E1, E2)가 구해진다.
제1토크(T1%)는 무부하(idle)일 때에 엔진 토크(%) 보다 일정한 토크 이상 높게 설정하여 자동 엔진 아이들 모드의 진입을 결정한다.
즉, 엔진회전수 저감폭은 제1토크(T1%) 이하에서 정격엔진회전수와 같거나 낮게 설정하고, 부하 작업 진입할 때에는 작업저하가 없는 수준에서 결정하는 것이다. 예를 들면, 정격엔진회전수(rpm)보다 100rpm 낮은 범위 이내에서 설정하는 것일 수 있다. 정격엔진회전수보다 높은 경우에는 연비저감의 효과가 미미하므로 정격엔진회전수와 동일한 수준으로 유지하는 것일 수 있다. 또한, 정격엔진회전수보다 100rpm이상 낮게 설정하는 경우에는 스탭 엔진회전수(RS)에서 작업 가능한 정격엔진회전수 또는 고엔진회전수(RH)로 전환 때에 엔진에 부담이 작용할 수 있다. 따라서 스탭 엔진회전수(RS)는 정격엔진회전수(rpm)와 동등하거나 100rpm낮은 범위 내에서 설정되는 것이 바람직하다.
작업부하가 작용되는 작업에 진입되는 조건은 제2토크(T2%)로 설정하여 고부하 작업시에는 정격엔진회전수(rpm)대비 엔진회전수 저감폭은 최소화하거나 또는 동일하게 설정될 수 있다.
본 발명에 따른 실시예의 건설기계의 엔진제어방법의 적용 예로서, 건설기계를 설정할 때에, 제1엔진회전수(E1)의 저감폭은 제1단계 자동 아이들 구간에 진입할 때의 엔진회전수이고, 제2엔진회전수(E2)는 정격엔진회전수와 유사한 범위를 구현하거나 정격엔진회전수와 동일하게 구현되도록 설정될 수 있다.
엔진 토크의 변화는 제1토크(T1%)와 제2토크(T2%) 사이에서는 일정 기울기를 가지고 엔진회전수 저감폭이 결정된다. 기울기는 도 7에 나타낸 바와 같이 선형적 제공될 수 있다. 또한, 기울기는 엔진 연비 효율 값을 고려 일정 함수를 가진 곡선으로 제공될 수 있다.
이하, 도 8을 참조하여 건설기계를 실제로 운전할 때에 구현되는 비교예에 따른 엔진회전수와 실시예에 따른 엔진회전수를 비교하여 설명한다.
첨부도면 도 8은 건설기계를 실제 운전할 때의 비교예와 본 발명에 따른 실시예의 엔진회전수 추이를 비교여 보인 도면이다.
도 8에 나타낸 예시에 따르면, 엔진 정격엔진회전수는 1800rpm이고, 고엔진회전수(High rpm)는 1900rpm일 때에, 제1 엔진회전수(E1)을 정격엔진회전수(rpm)대비 100rpm으로 설정하고, 제2엔진회전수(E2)를 정격대비 0rpm으로 설정한 경우이다.
본 발명에 따른 실시예에서 스탭 엔진회전수(RS)는 자동 엔진 아이들 모드로 진입할 때에 저부하 영역에서는 1700rpm에 설정되고, 고부하 영역에서는 1800rpm으로 설정된다.
또한, 본 발명에 따른 실시예에서 엔진회전수는 굴삭 작업과 프론트(붐, 암, 버킷 등) 액추에이터와 상부체 선회 작동 등 복합 작동을 수행하는 구간에서는 엔진 토크가 높으므로 정격엔진회전수 구간인 1800rpm을 사용한다. 이로써 하여 비교예에 따른 건설기계에 대비할 때 작업 성능의 저하가 발생하지 않는다.
또한, 본 발명에 따른 실시예에서 엔진회전수는 저부하 구간에서 상차 덤프 작업, 상부체 선회 복귀 구간에서는 엔진회전수(rpm)를 낮추어 연비 개선 및 소음 저감을 구현한다.
상술한 상차 덤프 작업 및 상부체 선회 복귀 구간에서는 작업 부하가 낮기 때문에 엔진회전수가 일정 부분 저하 되어도 작업 성능에 영향을 끼치지 않는다.
반면에, 비교예에 따른 건설기계의 엔진제어방법의 엔진회전수는 어느 작업을 수행하든 줄곧 정격엔진회전수(1800rpm)보다 높게 유지됨을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 엔진제어방법의 엔진제어는 작업부하가 작을 때에 엔진회전수가 현저하게 낮아지고, 이로써 연료소모가 감소되어 연비 개선효과가 있는 것이다.
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 건설기계 엔진의 제어장치 및 제어방법은 건설기계에 작업부하가 작용하지 않는 무부하(idle)상태에서 엔진회전수를 낮추어 연비를 향상시키도록 엔진을 제어하는 데에 이용될 수 있다.

Claims (9)

  1. 건설기계를 제어하는 차량제어장치(10);
    상기 건설기계가 운전상태 또는 중립상태로 전환될 때 제1신호를 발생시키는 레버(12);
    자동 엔진 아이들 모드(Auto Engine Idle Mode)를 켤 때에 제2신호를 발생시키는 자동 아이들 스위치(14);
    동력을 발생시키는 엔진(20); 및
    상기 차량제어장치(10)의 엔진회전수 지령에 의해 상기 엔진(20)을 제어하고 상기 엔진(20)의 엔진토크 정보를 생성하여 상기 차량제어장치(10)에 제공하는 엔진제어장치(22);를 포함하고,
    상기 차량제어장치(10)는 상기 제2신호가 켜져 있는 상태에서 상기 레버(12)가 중립상태로 전환되면 상기 엔진(20)의 엔진회전수(rpm)를 제1 감속단계에 해당하는 스탭 엔진회전수(RS)로 낮아지도록 상기 엔진제어장치(22)를 제어하고, 상기 제1 감속단계가 설정 시간동안 유지되면 상기 엔진(20)의 엔진회전수(rpm)를 제2 감속단계에 해당하는 아이들 엔진회전수(RI)로 더 낮아지도록 상기 엔진제어장치(22)를 제어하며, 상기 제2감속단계가 유지되는 동안 상기 레버(12)가 운전상태로 전환되면 상기 엔진(20)의 엔진회전수(rpm)를 상기 제1 감속단계에 해당하는 스탭 엔진회전수(RS)로 복귀되도록 상기 엔진제어장치(22)를 제어하는 것을 특징으로 하는 건설기계 엔진의 제어장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 감속단계에 해당하는 스탭 엔진회전수(RS)는 상기 건설기계의 작업성능이 저하되지 않는 최소 엔진회전수 이상이고 정격엔진회전수 이하의 범위인 것을 특징으로 하는 건설기계 엔진의 제어장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 건설기계의 작업성능이 저하되지 않는 최소 엔진회전수는 상기 정격엔진회전수보다 100rpm 낮은 회전수 범위 이내인 것을 특징으로 하는 건설기계 엔진의 제어장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 차량제어장치(10)는 상기 엔진 제어장치(22)로부터 제공되는 상기 엔진의 토크정보가 고부하인 경우에는 상기 엔진(20)을 정격엔진회전수로 회전하도록 상기 엔진제어장치(22)를 제어하는 것을 특징으로 하는 건설기계 엔진의 제어장치.
  5. 자동 아이들 스위치(14)가 켜져 있고, 건설기계가 운전상태에서 중립상태로 전환되는 시점에 엔진회전수(rpm)가 스탭 엔진회전수(RS)로 낮아지는 제1 감속단계; 및
    상기 제1 감속단계가 설정 시간동안 유지되면 엔진회전수(rpm)가 아이들 엔진회전수(RI)로 더 낮아지는 제2 감속단계; 를 포함하고,
    상기 제2감속단계가 유지되는 동안 레버(12)가 조작되어 상기 건설기계가 운전상태가 되면, 상기 엔진회전수(rpm)가 상기 제1 감속단계에 해당하는 스탭 엔진회전수(RS)로 복귀되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 건설기계 엔진의 제어방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제1 감속단계에 해당하는 스탭 엔진회전수(RS)는 정격엔진회전수보다 100rpm 낮은 회전수에서 정격엔진회전수 범위 이내로 설정되는 것을 특징으로 하는 건설기계 엔진의 제어방법.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 제1 감속단계에 해당하는 스탭 엔진회전수(RS)는 상기 건설기계의 작업 작업성능이 저하되지 않는 최소 엔진회전수 이상이고 정격엔진회전수 이하의 범위인 것을 특징으로 하는 건설기계 엔진의 제어방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 작업 작업성능이 저하되지 않는 최소 엔진회전수는 상기 정격엔진회전수보다 100rpm 낮은 회전수 범위 이내인 것을 특징으로 하는 건설기계 엔진의 제어방법.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 제2 감속단계가 유지되는 동안 상기 레버(12)가 조작되어 상기 건설기계가 운전상태가 되고, 엔진제어장치(22)로부터 제공되는 상기 건설기계의 엔진(20)의 토크정보가 고부하인 경우에는 상기 엔진회전수(rpm)를 상기 정격엔진회전수로 복귀하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 건설기계 엔진의 제어방법.
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