KR101139887B1 - 유압식 구동 팬을 위한 제어 장치 - Google Patents

Abstract

유압식 구동 팬을 위한 제어 장치에는 유압 모터에 의해 회전하며 작동 유체를 냉각시키기 위한 통풍을 수행하는 냉각 팬이 구비된다. 또한, 상기 유압식 구동 팬을 위한 제어 장치에는 상기 작동 유체의 온도를 측정하기 위한 센서, 및 작동 기계 레버가 동작하고 있는지 여부를 결정함으로써 상기 엔진에 의해 동작되는 작동 기구가 정지 상태에 있는지 여부를 측정하는 레버 스위치가 구비된다. 상기 냉각 팬과 상기 엔진 사이의 공명이 억제되도록, 상기 유압식 구동 팬을 위한 제어 장치는 상기 레버 스위치에 의한 측정 결과에 따라 상기 유압 모터의 회전 속도를 제어한다. 상기 레버 스위치에 의해 상기 동작 기계 레버의 작동 상태에 근거하여 상기 작동 기구의 정지 상태가 측정되는 경우에 있어서, 상기 유압 모터의 회전 속도가 조정된다. 따라서, 상기 냉각 팬의 회전 속도를 조정 및 변경함으로써, 공명 소음과 진동이 상기 냉각 팬과 상기 엔진 사이에 발생되는 것을 방지할 수 있게 된다.

Description

유압식 구동 팬을 위한 제어 장치{CONTROL DEVICE FOR HYDRAULICALLY DRIVEN FAN}

본 발명은 유압식 굴착기나 이와 유사한 건설 장비의 유압식 구동 팬을 위한 제어 장치에 관한 것이다.

유압식 굴착기와 같은 건설 장비에 있어서, 엔진은 차체에 설치되고, 스위블링(swiveling) 장치, 붐(boom) 및 이와 유사한 장치를 포함하는 작동 기구는 유압 펌프나 이와 유사한 기계를 통해 상기 엔진의 회전을 기초로 하여 동작된다. 또한, 냉각 팬 및 상기 냉각 팬을 회전시키기 위한 유압 모터는 상기 차체에 설치되고, 상기 유압 모터는 상기 엔진의 회전에 따라 상기 유압 펌프를 통해 회전되며, 상기 냉각 팬은 회전하여 공기를 불게 된다. 상술한 회전을 기초로 하여, 상기 엔진을 냉각시키기 위한 냉각수 및 상기 유압 모터를 작동시키기 위한 유압 오일과 같은 작동 유체가 냉각된다.

전술한 건설 장비에 있어서, 상기 냉각 팬이 상기 엔진에 직접적으로 연결되어 있는 경우, 상기 냉각 팬은 상기 엔진의 회전 속도와 함께 발생되는 고정된 회전 속도로 회전하게 된다. 따라서, 유압 오일이나 이와 유사한 유체의 온도가 낮고 냉각될 필요가 없는 경우에도, 상기 냉각 팬은 상기 엔진이 고속으로 회전함에 따라 높은 속도로 회전하게 된다. 이에 따라, 과냉각 상태가 발생되고, 엔진 출력은 소모적으로 낭비된다. 또한, 주변 소음도 상기 냉각 팬의 회전에 따라 커지게 되는 문제점이 발생하게 된다.

상술한 문제점들을 해결하기 위하여, 상기 유압 모터에 의해 상기 냉각 팬을 회전시킴으로써 상기 냉각 팬의 회전 속도가 독립적으로 제어될 수 있는 구조를 갖는 건설 장비들이 널리 사용되어 왔다. 또한, 특허 문헌 1 및 특허 문헌 2에 개시되어 있는 건설 장비들에 있어서, 유압 오일이나 이와 유사한 유체의 온도가 낮고 냉각될 필요가 없는 경우에는, 상기 유압 오일의 유속은 밸브에 의해 제어됨으로써 팬을 위한 유압 펌프로부터 송출된 상기 유압 오일의 유속은 감소된다. 따라서, 상기 냉각 팬의 회전 속도는 낮아지고, 엔진의 부하가 감소되며, 붐이나 이와 유사한 장치를 구동시키는 주요 유압 펌프나 이와 유사한 기계를 구동하기 위한 엔진의 출력을 효과적으로 이용할 수 있게 된다. 뿐만 아니라, 상기 냉각 팬의 회전 속도의 감소에 기초하여 상기 냉각 팬의 회전에 의해 발생되는 주변 소음이 감소될 수 있다.

그러나, 전술한 종래의 건설 장비에 있어서, 상기 냉각 팬의 회전 속도가 상기 냉각 팬의 회전 속도의 감소에 기인하여 상기 엔진의 회전 속도와 특정한 관계가 이루어질 때에는 상기 냉각 팬과 상기 엔진 사이에 공명이 발생되며, 이로 인해 큰 소음과 진동이 발생되는 문제점이 있었다.

구체적으로, 상기 엔진과 상기 냉각 팬이 회전할 때는 다음 수학식 1의 관계식 (1)이 성립한다. 상기 팬의 1차 주파수(primary frequency)에 의한 소음과 상기 엔진의 1차 주파수에 의한 소음 사이의 주파수의 차이가 특정값, 예를 들면, 10Hz 이내일 때에는 상기 소음들은 공진하며 크고 불편한 공명 소음과 진동이 발생하게 된다. 특히, 모든 작동 기계 레버들(18)이 동작되지 않고 중립 위치에 배열된 상태에서는, 상기 작동 기계를 구성하는 유압 펌프 및 이와 유사한 다양한 장치들이 작동되지 않는다. 따라서, 상기 공명 소음 및 공명과 함께 발생하는 소음과 진동은 두드러지고, 이로 인해 불편한 느낌은 가중된다. 상기 팬 1차 주파수 소음과 상기 엔진 1차 주파수 소음 사이의 주파수 차이 값은 공명을 발생시키고, 어느 정도는 모터 차량의 형태 및 소음 흡수 물질의 존재 여부에 따라 달라진다.

여기서, Δf는 엔진과 팬 사이의 주파수 차이(Hz)를 나타내고, Ne는 엔진 회전 속도(rpm)를 의미하며, C는 엔진 실린더의 개수를 가리키고, Nf는 팬 회전 속도(명령값)(rpm)를 의미하며, F는 팬 임펠러 블레이드의 개수를 나타낸다.

특허 문헌 1: 일본공개특허 제2000-110560

특허 문헌 2: 일본공개특허 제2005-83344

상술한 종래의 문제점들을 해결하기 위하여, 본 발명의 목적은 작동 유체의 냉각이나 이와 유사한 효과에 불리한 영향을 주지 않으면서, 공명 소음 및 진동이 냉각 팬과 엔진 사이에서 발생하는 것을 방지하는 데 있다.

전술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제1 측면에 따르면, 유압식 구동 팬을 위한 제어 장치가 제공된다. 상기 제어 장치는 유압 모터에 의해 회전하며 엔진의 동작에 관련된 작동 유체를 냉각시키기 위한 통풍을 수행하는 냉각 팬; 상기 작동 유체의 온도를 측정하기 위한 제1 측정 수단; 상기 제1 측정 수단의 측정 결과에 따라 상기 유압 모터의 회전 속도를 조정하기 위한 조정 수단; 작동 기계 레버가 동작하고 있는지 여부를 결정함으로써 상기 엔진에 의해 동작되는 작동 기구가 정지 상태에 있는지 여부를 측정하는 제2 측정 수단; 및 상기 제2 측정 수단에 의한 측정 결과에 따라 상기 조정 수단의 동작을 제어하여 상기 냉각 팬과 상기 엔진 사이의 공명이 억제되도록 상기 유압 모터의 회전 속도를 조정하기 위한 제어 수단을 포함한다.

본 발명의 제1 측면에 따른 상기 유압식 구동 팬을 위한 제어 장치에 있어서, 상기 작동 기구의 정지 상태가 상기 동작 기계 레버의 작동 상태에 근거하여 상기 제2 측정 수단에 의해 측정되는 경우에, 상기 조정 수단의 작동이 상기 제어 수단에 의해 제어되고, 상기 유압 모터의 회전 속도가 조정된다. 따라서, 상기 작동 유체의 냉각 효과나 이와 유사한 효과에 영향을 주지 않으면서 상기 냉각 팬의 회전 속도를 조정 및 변경할 수 있으며, 상기 공명이 상기 냉각 팬과 상기 엔진 사이에 발생되는 것을 방지할 수 있게 된다.

본 발명의 제2 측면에 있어서, 상기 작동 유체는 상기 유압 모터를 동작시키기 위한 유압 오일이며, 상기 제1 측정 수단은 상기 유압 오일의 온도를 측정할 수 있다.

본 발명의 제3 측면에 있어서, 상기 작동 유체는 상기 엔진을 냉각시키기 위한 냉각수이며, 상기 제1 측정 수단은 상기 냉각수의 온도를 측정할 수 있다.

본 발명의 제4 측면에 있어서, 상기 작동 유체는 상기 유압 모터를 동작시키기 위한 유압 오일 및 상기 엔진을 냉각시키기 위한 냉각수이며, 상기 제1 측정 수단은 상기 유압 오일 및 상기 냉각수의 온도들을 측정할 수 있다.

본 발명의 제5 측면에 있어서, 상기 작동 기계 레버가 동작되지 않은 경우, 상기 제어 수단은 상기 냉각 팬의 회전 속도가 감소되도록 상기 조정 수단을 동작시킬 수 있다. 상기 작동 기계 레버가 동작되지 않은 경우에 상기 작동 기계는 정지 상태에 있으므로, 상기 냉각 팬의 회전 속도의 감소는 허용되고, 상기 연료 소비는 효과적으로 개선될 수 있다.

본 발명의 제6 측면에 있어서, 상기 작동 유체의 온도가 기 설정값보다 낮을 경우에 상기 제어 수단은 상기 냉각 팬의 회전 속도가 감소되도록 상기 조정 수단을 동작시킬 수 있다. 상기 작동 유체의 온도가 낮을 경우에 상기 작동 기계는 정지 상태에 있으므로, 상기 냉각 팬의 회전 속도의 감소는 허용되고, 상기 연료 소비는 효과적으로 개선될 수 있다.

본 발명의 제7 측면에 있어서, 상기 작동 기계 레버가 동작되지 않고 상기 작동 유체가 기 설정값보다 낮을 경우에 상기 제어 수단은 상기 냉각 팬의 회전 속도가 감소되도록 상기 조정 수단을 동작시킬 수 있다.

본 발명의 제8 측면에 있어서, 상기 작동 기계 레버가 동작되지 않은 경우에 상기 제어 수단은 상기 냉각 팬의 회전 속도가 증가되도록 상기 조정 수단을 동작시킬 수 있다. 상기 냉각 팬이 동작되는 동안에는 상기 작동 기계는 동작 상태에 있으므로, 상기 냉각 팬의 회전 속도를 증가시키는 데 아무런 문제가 없다.

본 발명의 제9 측면에 있어서, 상기 작동 유체의 온도가 기 설정값보다 높은 경우에 상기 제어 수단은 상기 냉각 팬의 회전 속도가 증가되도록 상기 조정 수단을 동작시킬 수 있다.

본 발명의 제10 측면에 있어서, 상기 작동 기계 레버가 동작되지 않고 상기 작동 유체의 온도가 기 설정값보다 낮은 경우에 상기 제어 수단은 상기 냉각 팬의 회전 속도가 감소되도록 상기 조정 수단을 작동시킬 수 있다. 또한, 상기 작동 기계 레버가 작동되어 왔고, 상기 작동 유체의 온도가 기 설정값보다 높은 경우에 상기 제어 수단은 상기 냉각 팬의 회전 속도가 증가되도록 상기 조정 수단을 작동시킬 수 있다.

본 발명의 제11 측면에 있어서, 상기 제어 수단은 메모리 부를 포함하고, 상기 메모리 부에 저장된 도표의 데이터를 추출하여 상기 추출된 데이터에 따라 상기 조정 수단의 동작을 제어할 수 있다. 상술한 바와 같이, 상기 도표의 데이터에 따른 상기 조정 수단의 동작 제어는 짧은 시간 동안에 상기 제어를 빠르게 수행하는 것을 가능하게 한다.

본 발명의 제12 측면에 있어서, 상기 제어 수단은 메모리 부를 포함하고 상기 메모리 부에 저장된 수학식들에 따라 상기 조정 수단의 동작을 제어할 수 있다. 상술한 바와 같이, 상기 조정 수단의 동작은 상기 메모리 부에 저장된 수학식에 따라 제어된다. 상기 조정 수단의 동작이 상기 수학식에 따라 제어되면, 상기 제어를 위해 저장될 데이터의 공간이 감소되고, 상기 메모리 부의 부하가 경감된다.

본 발명의 제13 측면에 있어서, 모든 작동 기계 레버들이 동작 위치에서 중립 위치로 전환될 때, 상기 제어 수단은 상기 엔진 및 상기 냉각 팬의 회전 속도들이 기 설정된 지연 시간이 경과한 후에 정규 범위에서 기 설정된 낮은 회전 속도 범위로 감소되도록 상기 엔진 및 상기 유압 모터의 동작들을 제어한다. 이러한 구조에 있어서, 모든 동작 기계 레버들이 상기 중립 위치에 있을 때에 상기 엔진의 회전 속도의 감소에 따라 상기 연료를 절약할 수 있게 되며, 상기 작동 기계 레버가 상기 중립 위치를 통과함으로써 상기 엔진 회전 속도가 바람직하지 않게 떨어지는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 제14 측면에 있어서, 상기 모든 작동 기계 레버들이 중립 위치에 있는 상태에서 적어도 하나의 작동 기계 레버가 동작 위치로 전환될 때, 상기 제어 수단은 상기 엔진의 회전 속도가 낮은 회전 속도 범위에서 정규 범위로 곧바로 증가되고, 상기 냉각 팬의 회전 속도는 기 설정된 시간동안 점차적으로 증가되도록 상기 엔진 및 상기 유압 모터의 동작들을 제어할 수 있다. 이러한 구조에 있어서, 상기 모든 작동 기계 레버들이 중립 위치에 있는 상태에서 적어도 하나의 작동 기계 레버가 동작 위치로 전환될 때 상기 엔진의 회전 속도는 상기 낮은 회전 속도 범위에서 상기 정규 범위 증가되고 상기 냉각 팬의 회전 속도는 상기 기 설정된 시간동안 점차적으로 증가되므로, 상기 유압 오일의 압력이 갑작스럽게 상승되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 상기 유압 오일의 분배 통로 및 다양한 유압 장치들이 파손되는 것을 방지할 수 있게 된다.

본 발명은 상세한 설명 및 첨부된 도면들을 참조하여 다양한 실시예들을 상세하게 기술함으로써 더욱 명확하게 될 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유압식 굴착기를 나타내는 정면도이다.
도 2는 도 1의 유압식 굴착기의 전기 회로 구조를 나타내는 구성도이다.
도 3은 도 1의 유압식 굴착기의 작동 기계 레버의 조작 및 엔진과 냉각 팬의 회전 속도들과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 유압식 굴착기의 냉각 팬의 회전 속도의 조정 동작을 나타내는 순서도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 유압식 굴착기의 냉각 팬의 회전 속도의 조정 동작을 나타내는 순서도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 유압식 굴착기의 냉각 팬의 회전 속도의 조정 동작을 나타내는 순서도이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 유압식 굴착기의 냉각 팬의 회전 속도의 조정 동작을 나타내는 순서도이다.

이하, 본 발명의 실시예들에 따른 유압식 구동 팬을 위한 제어 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기의 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 하기 실시예들에서 설명되는 모든 조합들(combinations)이 본 발명에 있어서 필수 불가결한 것은 아니다.

이하에서는, 본 발명의 제1 실시예에 따른 유압식 굴착기에 대하여 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 유압식 굴착기에 있어서, 무한 궤도형 트랙들(crawler tracks)(12)이 하부 동체(lower traveling body)(11)의 양측에 제공되고, 하부 동체(11)는 무한 궤도형 트랙들(12)의 회전에 기초하여 이동한다. 상부 회전체(upper revolving body)(14)는 회전 장치(revolving apparatus)(13)를 통해 하부 동체(11)의 상부에 자유롭게 회전 가능하도록 부착된다. 엔진(15) 및 이와 관련된 장치는 상부 동체(upper traveling body)(14) 상에 설치되고, 작동을 위한 붐(16)은 상부 동체(14)의 측부에 돌출되도록 제공된다. 운전자용 캐빈(driver's cabin)(17)은 상부 동체(14) 상에 제공되고, 이동 제어 레버를 포함하는 다수의 작동 기계 레버들(18)은 운전자용 캐빈(17)의 내부에 제공된다. 또한, 무한 궤도형 트랙들(12), 회전 장치(13) 및 붐(16)을 포함하는 다양한 작동 기구들은 작동 기계 레버들(18)의 동작에 따라 엔진(15)의 구동에 기초하여, 후술하는 유압 펌프나 이와 유사한 기계와 같은 유압식 장비를 통해 동작된다.

상기 유압식 굴착기의 상부 회전체(14) 상에는 도 2에 도시된 냉각 팬(21) 및 냉각 팬(21)을 회전시키기 위한 팬 유압 모터(22)가 설치된다. 또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 팬 유압 펌프(23)는 엔진(15)과 연결된다. 팬 유압 펌프(23)는 엔진(15)의 회전에 기초하여 회전 동작한다. 또한, 작동 유체로서 사용되는 유압 오일은, 유압 펌프(23)의 회전에 기초하여, 조정 수단으로 사용되는 비례전자식 제어 밸브(electromagnetic proportional control valve)(24)를 통해 유압 펌프(23)로부터 유압 모터(22)로 제공되고, 유압 모터(22)는 회전하게 된다. 본 발명의 제1 실시예에 있어서, 냉각 팬(21)의 임펠러 블레이드들의 개수는 여섯 개 정도이고, 엔진(15)은 인-라인 6-실린더 엔진(in-line six-cylinder engine)이다.

흡기 냉각기(intake air cooler)(25), 오일 냉각기(26) 및 라디에이터(27)는 냉각 팬(21)과 마주보도록 배치된다. 흡기 냉각기(25)는 엔진(15)으로 유입되는 작동 유체와 같은 공기를 냉각시키기 위해 제공되고, 오일 냉각기(26)는 유압 펌프(23) 및 유압 모터(22)를 통해 순환하는 유압 오일을 냉각시키기 위해 제공되며, 라디에이터(27)는 상기 작동 유체로 기능하는 엔진(15)의 냉각수를 냉각시키기 위해 제공된다. 또한, 냉각을 위한 공기는 유압 모터(22)에 의해 발생하는 냉각 팬(21)의 회전에 기초하여 흡기 냉각기(25), 오일 냉각기(26) 및 라디에이터(27)로 보내어진다.

제1 측정 수단으로 기능하는 수온 센서(28) 및 유압 오일 온도 센서(29)는 상기 냉각수와 상기 유압 오일의 각 통로 내에 제공된다. 상기 냉각수와 상기 유압 오일의 온도는 엔진(15)이 회전할 때 센서들(28, 29)에 의해 측정되고, 측정 결과들은 제어 수단으로 기능하는 제어 장치(30)에 출력된다. 제어 장치(30)는 중앙 처리 유닛(CPU)(도시되지 않음), 메모리 부(34) 및 이와 유사한 유닛들을 갖는다. 엔진 회전 속도 센서(31) 및 팬 회전 속도 센서(32)는 엔진(15) 및 냉각 팬(21)에 각각 추가적으로 제공된다. 또한, 엔진(15)과 냉각 팬(21)의 회전 속도들은 엔진(15)과 냉각 팬(21)이 회전할 때 센서들(31, 32)에 의해 측정되고, 측정 결과들은 제어 장치(30)에 출력된다.

제2 측정 수단으로 기능하는 레버 스위치(33)는 각각의 작동 기계 레버들(18) 근처에 배치된다. 또한, 엔진(15)이 회전할 때, 다양한 레버 스위치들(33)은 작동 기계 레버들(18)이 동작되고 있는지를 측정한다. 이러한 측정에 기초하여, 붐(16)을 포함하는 작동 기구 및 이와 유사한 기구들이 정지 상태에 있는지를 측정하고, 측정 결과는 제어 장치(30)에 출력된다.

제어 장치(30) 내의 메모리 부(34)에 있어서, 상기 유압식 굴착기의 전체 동작을 제어하기 위한 프로그램 및 상기 프로그램을 실행하기 위해 필요한 다양한 데이터들은 설정 및 저장되고, 작업의 실행에 따라 발생하는 다양한 데이터들은 일시적으로 저장된다. 상기 저장된 다양한 데이터들의 예들이 다음 표 1 내지 표 3의 도표들에 나타나있다. 표 1은 정규 범위에서 엔진(15)의 최소 회전 속도에 해당하는 약 850rpm 정도와 최대 회전 속도에 해당하는 약 2000rpm 정도 사이의 기 설정된 회전 속도(예를 들면, 약 100rpm 정도)에서의 상기 엔진의 1차 주파수 소음의 주파수들을 정의하는 도표를 나타낸다. 또한, 표 2는 냉각 팬(21)의 정규 회전 범위에서 최소 회전 속도에 해당하는 약 500rpm 정도와 최대 회전 속도에 해당하는 약 1100rpm 정도 사이의 소정의 회전 속도(예를 들면, 약 100rpm 정도)에서의 팬의 1차 주파수 소음의 주파수들을 정의하는 도표를 나타낸다. 또한, 표 3은 상기 냉각 팬(21)을 정규 속도, 낮은 속도 또는 높은 속도로 회전하도록 제어하기 위한 정규 회전 속도, 낮은 회전 속도 및 높은 회전 속도를 정의하는 도표를 나타낸다. 즉, 표 3의 도표에서 냉각 팬(21)의 정규 회전 속도에 따라, 다수의 값들이 엔진 회전 속도에 대해 각각 설정되고, 제어 장치(30)는 엔진 하중, 상기 유압 오일 및 이와 유사한 다양한 요인들에 따라서 설정된 팬 회전 속도 데이터에서 최적 데이터를 선택하고, 선택된 팬 회전 속도가 달성되도록 비례전자식 제어 밸브(24)의 동작을 제어하며, 유압 모터(22)의 회전 속도를 제어한다.

즉, 제어 장치(30)는, 레버 스위치(33)로부터의 측정 신호가 나타내는 작동 기계 레버(18)의 동작 상태, 수온 센서(28)와 유압 오일 온도 센서(29)로부터 상기 냉각수와 상기 유압 오일의 온도 측정 결과들, 및 엔진(15)의 회전 속도와 냉각 팬(21)의 회전 속도가 공명 범위 내에 있는지 여부에 기초하여, 엔진(15)의 회전 중에 비례전자식 제어 밸브(24)를 제어한다. 상기 동작 제어에 기초하여, 냉각 팬(21)의 회전 속도는, 표 3의 도표에 기초하여, 팬 유압 펌프(23)로부터 팬 유압 모터(22)로의 상기 유압 오일의 유속을 변화시킴으로써 조정된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 작동 기계 레버(18)가 동작 위치에서 중립 위치로 전환되고, 모든 작동 기계 레버들(18)이 중립 위치에 있을 때, 제어 장치(30)는 다음과 같이 엔진(15) 및 유압 모터(22)를 제어한다.

이 경우에 있어서, 예를 들면, 제어 장치(30)는 모든 작동 기계 레버들(18)이 중립 위치로 전환된 후 기 설정된 지연 시간(T1)(약 4초)이 경과한 후에 정규 범위에 해당하는 약 2000rpm 정도의 높은 속도에서 기 설정된 낮은 회전 속도에 해당하는 약 1400rpm 정도의 중간 속도로 엔진(15)의 회전 속도를 낮추게 되고, 모든 작동 기계 레버들(18)이 중립 위치로 전환된 후 상기 기 설정된 지연 시간(T1)(약 4초)이 경과한 후에 냉각 팬(21)의 회전 속도를 낮추게 된다. 이에 따라, 예를 들면, 작동 기계 레버들(18) 중 하나가 하나의 동작 위치에서 상기 중립 위치를 통과하여 또 다른 동작 위치로 전환될 때, 상기 엔진 회전 속도가 변동되는 것을 방지할 수 있게 된다. 즉, 작동 기계 레버(18)가 상기 중립 위치를 통과함에 따라 상기 엔진 회전 속도가 갑자기 떨어지고, 작동 기계 레버(18)가 다른 작동 위치에 도달함에 따라 곧바로 증가하는 현상이 방지된다.

또한, 모든 작동 기계 레버들(18)이 상기 중립 위치에 있는 상태에서, 상기 엔진 회전 속도는 상기 지연 시간(T1) 후에 낮아지고, 상기 연료는 상기 회전 속도의 감소에 기초하여 절약된다. 이 경우에 있어서, 상기 팬 회전 속도의 감소량은 상기 유압 오일의 온도에 대응하여 표 3의 도표에 따라 조절된다.

또한, 상기 엔진 회전 속도가 상기 중립 상태에 있는 모든 작동 기계 레버들(18)의 위치에 따라 감소된 후에, 제어 장치(30)는 작동 기계 레버들(18) 중 적어도 하나가 상기 중립 위치에서 상기 동작 위치로 전환될 때 엔진(15) 및 유압 모터(22)의 동작들을 제어한다. 즉, 제어 장치(30)는 1400rpm의 중간 속도에서 2000rpm의 높은 속도로 엔진(15)의 회전 속도를 곧바로 증가시키고, 작동 기계 레버(18)의 동작 위치로의 전환에 따라, 기 설정된 시간(T2)(2 내지 3초) 후에 냉각 팬(21)의 회전 속도를 점차적으로 증가시킨다. 이에 따라, 팬 유압 펌프(23) 내의 압력 또는 팬 유압 펌프(23)로부터 팬 유압 모터(22)로 공급된 작동 유체의 압력이 갑작스럽게 상승하는 것을 방지할 수 있게 된다. 따라서, 상기 유압 오일의 분배 통로들 및 다양한 유압 장치들이 파손되는 것을 방지할 수 있게 된다.

이어서, 도 4에 도시된 흐름도를 참조하여 상술한 유압식 구동 팬을 위한 제어 장치의 작동을 설명하기로 한다. 이하에서 설명되는 도 4에 도시된 흐름도와 도 5 및 도 6에 도시된 흐름도들의 단계들은 제어 장치(30)의 제어에 기초하여 메모리 부(34) 내에 저장된 프로그램들에 따라 수행된다.

상기 유압식 구동 팬의 제어 장치에 있어서, 냉각 팬(21)의 회전 속도는 엔진(15)이 회전할 때 제어 장치(30)의 제어에 기초하여 조정된다. 즉, 단계 101에서는, 각각의 레버 스위치들(33)은 모든 작동 기계 레버들(18)이 비-동작 상태에 있는지 여부를 측정한다. 만일 적어도 하나의 작동 기계 레버(18)가 중립 위치로 배열되기 위하여 동작되었다면, 상기 공정은 단계 106으로 이동하고, 표 3에 나타난 도표의 검색이 수행된다. 이어서, 냉각 팬(21)의 하나의 정규 회전 속도가 엔진(15)의 회전 속도에 따라 선택된다. 단계 107에서는, 상기 선택된 속도에 따라, 유압 펌프(23)로부터 유압 모터(22)로의 상기 유압 오일의 유속이 비례전자식 제어 밸브(24)의 작동에 기초하여 조정되고, 냉각 팬(21)은 상기 선택된 정규 회전 속도로 회전하게 된다.

만일 단계 101에서 모든 작동 기계 레버들(18)이 상기 중립 위치에 배열되고 상기 유압식 굴착기의 작동 장치가 정지 상태에 있다고 측정된 경우, 단계 102에서 엔진(15)의 회전 속도가 엔진 회전 속도 센서(31)에 의해 측정된다. 이어서, 단계 103에서 냉각 팬(21)의 회전 속도가 팬 회전 속도 센서(32)에 의해 측정된다. 다음 단계인 단계 104에서, 냉각수 온도(Tw)와 유압 오일 온도(To)가 각각 수온 센서(28) 및 유압 오일 온도 센서(29)에 의해 각각 측정된다.

다음으로, 단계 105에서는, 엔진(15)의 1차 주파수 소음과 냉각 팬(21)의 1차 주파수 소음이 단계 102와 단계 103에서의 측정 결과들에 기초하여 공명 범위에 있는지 여부가 결정된다. 즉, 단계 105에서는, 메모리 부(34)에 저장되어 있는 표 1 및 표 2에 나타난 냉각 팬(21)과 엔진(15)의 1차 주파수들이 냉각 팬(21)의 측정된 회전 속도와 엔진(15)의 측정된 회전 속도에 기초하여 결정된다. 또한, 상기 1차 주파수들 사이의 차이가 기 설정값 이내에 있는지 여부가 결정된다.

만일 단계 105에서 1차 주파수 소음이 상기 공명 범위에 존재하지 않는 경우, 상기 공정은 단계 106으로 진행한다. 단계 106에서는, 상술한 바와 같이 표 3에 나타난 도표의 검색이 수행된다. 이어서, 단계 107에서 냉각 팬(21)은 상기 선택된 정규 회전 속도를 유지하도록 회전된다.

반면에, 단계 105에서 1차 주파수가 상기 공명 범위에 존재하는 경우, 단계 108에서는 상기 냉각수의 온도 측정 결과가 기 설정값(예를 들면, 수온 과열로 설정된 온도)과 같거나 큰 경우인지 여부가 결정된다. 상기 냉각수 온도가 상기 기 설정값 이상인 경우에는, 공정은 단계 112로 이동한다. 또한, 단계 112에서는, 표 3에 나타난 도표의 검색이 수행되고, 단계 113에서는, 냉각 팬(21)은 상기 엔진 회전 속도에 대응하는 높은 팬 회전 속도(표 3의 도표에서 약 650rpm 내지 약 1300rpm 정도)로 회전하게 된다. 상기 높은 팬 회전 속도에 기초하여, 표 3의 도표와 수학식 1로부터 명백하게 알 수 있듯이, 엔진(15)의 1차 주파수 소음과 냉각 팬(21)의 1차 주파수 소음사이의 공명은 회피되게 된다.

한편, 상술한 단계 108의 결정에 있어서, 상기 냉각수의 온도 측정 결과가 상기 기 설정값보다 작은 경우, 단계 109에서는 상기 유압 오일의 온도 측정 결과가 기 설정값(상기 유압 오일의 온도 과열로 설정된 온도)인지 여부가 결정된다. 또한, 상기 유압 오일의 온도 측정 결과가 상기 기 설정값과 같거나 더 큰 경우에는, 상기 공정은 단계 112로 진행한다. 단계 112에서는, 상술한 바와 같이 도표의 검색이 수행된다. 이어서, 단계 113에서는, 냉각 팬(21)은 상기 공명을 회피하기 위한 높은 팬 회전 속도로 회전하게 된다.

이에 반해, 단계 109의 결정에 있어서, 상기 유압 오일의 온도 측정 결과가 상기 기 설정값 미만인 경우, 단계 110에서는 표 3의 도표가 검색되고, 엔진(15)의 회전 속도에 대응하여 냉각 팬(21)의 낮은 회전 속도(표 3의 도표에서 350rpm 내지 850rpm)가 결정된다. 이어서, 단계 111에서는, 냉각 팬(21)은 엔진(15)의 회전 속도에 대응하여 상기 기 설정된 낮은 팬 회전 속도로 회전하게 된다. 상기 낮은 팬 회전 속도의 경우에 있어서, 표 3의 도표와 수학식 1로부터 명백하게 알 수 있듯이, 엔진(15)의 1차 주파수 소음과 냉각 팬(21)의 1차 주파수 소음 사이의 공명은 회피되게 된다.

상기 표 1 내지 표 3으로부터 명백하게 알 수 있듯이, 상기 회전 속도가 상기 엔진 회전 속도에 대응하여 냉각 팬(21)의 정규 회전 속도의 범위에서 최소값으로 설정되어 있다면, 예를 들면, 상기 엔진 회전 속도가 약 1400rpm 정도인 경우에 냉각 팬(21)의 정규 회전 속도는 약 800rpm 정도이며, 이 때, 상기 엔진은 인-라인 6-실린더 엔진이며 냉각 팬(21)의 임펠러 블레이드들의 개수는 여섯 개이므로, 1차 주파수 소음들이 각각 약 70Hz 및 약 80Hz 정도가 된다. 그 결과, 상기 주파수 소음들의 차이가 단지 약 10Hz이므로, 상기 주파수 소음들은 공진하게 되고, 불안정한 공명 소음과 진동이 발생된다. 따라서, 모든 1차 주파수들이 상기 공명 범위로부터 넓게 편향시키기 위해, 팬 회전 속도를, 예를 들면, 약 580rpm 정도로 낮추기 위한 제어 또는 팬 회전 속도를 약 650Hz 정도로 높이기 위한 제어가 실행된다.

상술한 바와 같이, 본 실시예에 있어서, 모든 작동 기계 레버들(18)이 상기 중립 위치에 있고 엔진(15)과 냉각 팬(21)이 상기 공명 범위에 있을 때, 상기 냉각수와 상기 냉각 오일의 적어도 하나의 온도가 상기 기 설정된 온도와 같거나 클 경우에는, 상기 팬 회전 속도는 증가하게 되고, 상기 공명은 회피되게 된다. 또한, 상기 냉각수와 상기 냉각 오일의 온도들이 상기 기 설정된 온도와 같거나 작을 경우, 즉, 상기 냉각 팬의 회전 속도의 감소가 허용되는 조건 하에서, 상기 팬 회전 속도는 감소하게 되고, 상기 공명은 회피되며 상기 연료 소비는 개선된다.

그러므로, 본 실시예에 따르면, 상기 작동 유체에 의해 발생하는 냉각 효과에 불리한 영향을 주지 않으면서 상기 공명 소음과 진동을 방지할 수 있게 된다. 또한, 본 실시예에 따르면, 냉각 팬(21)의 회전 속도의 제어는 도표들에 따라 수행되므로, 상기 제어를 빠르게 수행할 수 있게 된다.

이하에서는, 본 발명의 제2 실시예에 대하여 전술한 제1 실시예와의 차이점을 위주로 하여 설명하기로 한다. 제2 실시예는, 도 5에 도시된 바와 같이, 단계 102가 먼저 수행되고, 단계 101이 단계 105 이후에 수행된다는 점에서 상술한 제1 실시예의 경우와 상이하다.

단계 102 내지 단계 104에 있어서, 상기 엔진 회전 속도, 상기 팬 회전 속도, 상기 냉각수의 온도(Tw) 및 상기 유압 오일의 온도(To)가 각각 측정된다.

이어서, 단계 105에서는, 냉각 팬(21)의 1차 주파수 소음과 엔진(15)의 1차 주파수 소음이 상기 공명 범위에 있는지 여부가 결정된다. 이어서, 상기 1차 주파수 소음들이 상기 공명 범위에 있는 경우, 단계 106에서는 표 3의 도표가 검색되고, 단계 107에서 냉각 팬(21)은 정규 회전 속도로 회전된다.

냉각 팬(21)의 1차 주파수 소음과 엔진(15)의 1차 주파수 소음이 상기 공명 범위에 있는 경우, 상기 공정은 단계 101로 이동하고, 모든 작동 기계 레버들(18)이 상기 중립 위치에 있는지 여부가 결정된다. 또한, 작동 기계 레버들(18) 중 어느 하나가 동작하고 있다면, 단계 112에서는 표 3의 도표가 검색되고, 엔진(15)의 회전 속도에 대응하는 냉각 팬(21)의 높은 회전 속도가 결정된다. 이어서, 단계 113에서 냉각 팬(21)은 상기 높은 회전 속도로 회전하게 된다. 따라서, 엔진(15)의 1차 주파수 소음과 냉각 팬(21)의 1차 주파수 소음 사이의 공명은 회피된다.

이에 반해, 모든 작동 기계 레버들(18)이 작동되고 있지 않는 경우에는, 상기 공정은 단계 108로 이동하고, 상기 냉각수의 측정 온도(Tw)가 상기 기 설정값과 같거나 높은 지 여부가 결정된다. 상기 측정 온도가 상기 기 설정값과 같거나 높은 경우에는, 상기 공정은 단계 112와 단계 113으로 이동하고, 도표의 검색이 수행된 후에, 냉각 팬(21)은 높은 팬 회전 속도로 회전하게 된다.

또한, 단계 108에서 상기 냉각수의 측정 온도(Tw)가 상기 기 설정값과 같거나 높지 않은 경우에는, 단계 109에서 상기 유압 오일 온도(To)가 측정된다. 상기 측정 온도(To)가 상기 기 설정값과 같거나 높은 경우에는, 상기 공정은 단계 112와 단계 113으로 이동한다. 상기 측정 온도(To)가 상기 기 설정값보다 작은 경우, 상기 공정은 단계 110으로 이동하고, 표 3의 도표가 검색된다. 또한, 단계 111에서는, 냉각 팬(21)이 상기 낮은 팬 회전 속도로 회전하고, 상기 공명 범위는 회피된다.

따라서, 본 발명의 제2 실시예는 전술한 제1 실시예와 동일한 장점들을 갖게 된다.

이하에서는, 본 발명의 제3 실시예에 대하여 전술한 제1 실시예와의 차이점을 중심으로 하여 설명한다.

제3 실시예에 있어서, 도 6의 흐름도에 도시된 바와 같이, 제2 실시예의 단계 112와 단계 113이 생략된다. 또한, 단계 108과 단계 109에서 상기 냉각수 온도(Tw)와 상기 유압 오일 온도(To)가 상기 기 설정값과 같거나 크다고 결정되면, 상기 공정은 단계 106으로 이동하고 표 3의 도표가 검색된다. 이어서, 단계 107에서 상기 정규 회전 속도가 선택된다. 단계 108과 단계 109에 있어서, 상기 수온이, 예를 들면, 과열 상태에 있으므로, 상기 온도들(Tw, To)이 상기 기 설정값과 같거나 크다고 결정되는 경우가 거의 발생되지 않는다. 따라서, 냉각 팬(21)의 회전 속도는 거의 냉각 팬(21)이 상기 공명 범위 내에 있을 때로 유지되지 않게 된다.

이하에서는, 본 발명의 제4 실시예에 대하여 전술한 제2 실시예와 차이점을 위주로 하여 설명한다.

제4 실시예에 있어서, 상기 공명을 회피하기 위한 냉각 팬(21)의 낮은 회전 속도와 높은 회전 속도가 도표에 근거하지 않고 계산에 근거하여 실행된다. 도 7의 흐름도에 도시된 바와 같이, 단계 116과 단계 115에서는, 제2 실시예에 따른 흐름도의 단계 112와 단계 110의 도표 검색 과정 대신에, 수학식에 나타난 계산 과정이 수행된다.

여기서, Δf는 엔진과 팬 사이의 주파수 차이(Hz), Ne는 엔진 회전 속도(rpm), C는 엔진 실린더의 개수, F는 팬 임펠러 블레이드의 개수, Δfo는 공명 범위(Hz), Nfa는 팬 회전 속도 최종 명령값(rpm)을 나타낸다.

단계 116에 있어서, 냉각 팬(21)의 높은 회전 속도(최종 명령값: Nfa)는 상기 수학식 2에 나타난 식(1)에 근거하여 결정되고, 냉각 팬(21)은 다음 단계 113에서 상기 높은 회전 속도로 회전된다.

또한, 단계 115에 있어서, 냉각 팬(21)의 낮은 회전 속도(최종 명령값: Nfa)는 상기 수학식 2에 나타난 식(2)에 근거하여 결정되고, 냉각 팬(21)은 다음 단계 111에서 상기 낮은 회전 속도로 회전된다.

따라서, 제4 실시예에 있어서, 다른 기계 타입들을 위한 냉각 팬(21)의 상기 낮은 회전 속도와 높은 회전 속도에 관련된 도표들을 준비할 필요가 없게 된다. 그러므로, 상기 메모리 부의 부하가 감소된다. 또한, 상기 유압식 굴착기의 사양 및 타입이 변경되더라도, 상기 변경된 사양 및 타입에 대응하는 도표들을 준비할 필요가 없게 된다. 그러므로, 제4 실시예는 뛰어난 다용성을 갖게 된다.

본 발명은 상술한 실시예들에 한정되지 않는다. 예를 들면, 본 발명은 다음과 같은 방식으로 수행될 수 있다. 먼저, 제1 실시예에서와 같이 모든 레버들이 상기 중립 위치에 있는지 여부를 결정한다. 이어서, 상기 냉각수의 온도(Tw)와 상기 유압 오일의 온도(To)를 측정하고 상기 온도들(Tw, To)이 상기 공명 범위에 있는지 여부를 결정하는 과정 이후에, 상기 공명을 회피하기 위한 상기 높은 팬 회전 속도와 낮은 팬 회전 속도를 제4 실시예에서와 같이 계산에 의해 구할 수 있다.

또한, 각각의 실시예들에 있어서 냉각 팬(21)의 회전 속도의 조정 제어는, 예를 들면, 불도저와 같은 유압식 굴착기 이외의 건설 기계에 설치되는 유압식 구동 팬의 제어 장치에서도 수행될 수 있다.

또한, 상기 팬 회전 속도는 상기 냉각수 온도 또는 상기 유압식 온도를 측정하고, 그 측정 결과에 따라 제어될 수 있으며, 이에 따라 상기 공명은 회피된다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 유압식 구동 팬을 위한 제어 장치는 상기 동작 기계 레버의 작동 상태에 근거하여 상기 유압 모터의 회전 속도를 제어한다. 따라서, 상기 냉각 팬의 회전 속도를 조정 및 변경함으로써, 공명 소음과 진동이 상기 냉각 팬과 상기 엔진 사이에 발생되는 것을 방지할 수 있게 된다.

이상, 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (10)

1. 유압 모터에 의해 회전하며 엔진의 동작에 관련된 작동 유체를 냉각시키기 위한 통풍을 수행하는 냉각 팬;
   상기 작동 유체의 온도를 측정하기 위한 제1 측정 수단;
   상기 제1 측정 수단의 측정 결과에 따라 상기 유압 모터의 회전 속도를 조정하기 위한 조정 수단;
   작동 기계 레버가 동작하고 있는지 여부를 결정함으로써 상기 엔진에 의해 동작되는 작동 기구가 정지 상태에 있는지 여부를 측정하는 제2 측정 수단; 및
   상기 제2 측정 수단에 의한 측정 결과에 따라 상기 조정 수단의 동작을 제어하여 상기 냉각 팬과 상기 엔진 사이의 공명이 억제되도록 상기 유압 모터의 회전 속도를 조정하기 위한 제어 수단을 포함하고,
   상기 작동 기계 레버가 동작되지 않고 상기 작동 유체의 온도가 기 설정값보다 낮을 경우, 상기 제어 수단은 상기 냉각 팬의 회전 속도가 감소되도록 상기 조정 수단을 동작시키고,
   상기 제어 수단은, 모든 작동 기계 레버들이 중립 위치에 있는 상태에서 상기 작동 기계 레버들 중 적어도 하나가 동작 위치로 전환될 때, 상기 엔진의 회전 속도가 낮은 회전 속도에서 정규 범위로 곧바로 증가되고, 상기 냉각 팬의 회전 속도는 기 설정된 시간동안 점차적으로 증가되도록 상기 엔진 및 상기 유압 모터의 동작들을 제어하는 것을 특징으로 하는 유압식 구동 팬을 위한 제어 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 작동 유체는 상기 유압 모터를 동작시키기 위한 유압 오일이며, 상기 제1 측정 수단은 상기 유압 오일의 온도를 측정하는 것을 특징으로 하는 유압식 구동 팬을 위한 제어 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 작동 유체는 상기 엔진을 냉각시키기 위한 냉각수이며, 상기 제1 측정 수단은 상기 냉각수의 온도를 측정하는 것을 특징으로 하는 유압식 구동 팬을 위한 제어 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 작동 유체는 상기 유압 모터를 동작시키기 위한 유압 오일 및 상기 엔진을 냉각시키기 위한 냉각수이며, 상기 제1 측정 수단은 상기 유압 오일 및 상기 냉각수의 온도들을 측정하는 것을 특징으로 하는 유압식 구동 팬을 위한 제어 장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 작동 기계 레버가 동작되지 않는 경우, 상기 제어 수단은 상기 냉각 팬의 회전 속도가 증가되도록 상기 조정 수단을 동작시키는 것을 특징으로 하는 유압식 구동 팬을 위한 제어 장치.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 작동 유체의 온도가 기 설정값보다 높을 경우, 상기 제어 수단은 상기 냉각 팬의 회전 속도가 증가되도록 상기 조정 수단을 동작시키는 것을 특징으로 하는 유압식 구동 팬을 위한 제어 장치.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 수단은 메모리 부를 포함하고, 상기 메모리 부에 저장된 도표에 데이터를 추출하여 상기 추출된 데이터에 따라 상기 조정 수단의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 유압식 구동 팬을 위한 제어 장치.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 수단은 메모리 부를 포함하고, 상기 메모리 부에 저장된 수학식들에 따라 상기 조정 수단의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 유압식 구동 팬을 위한 제어 장치.
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