JP2009287744A - Control device for hybrid construction machine - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、電動モータの動力を利用してサブポンプを回転させるとともに、このサブポンプの吐出流体をメインポンプの吐出側に合流させるロードセンシング機能を有するハイブリッド建設機械の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for a hybrid construction machine having a load sensing function for rotating a sub pump by using power of an electric motor and for joining a discharge fluid of the sub pump to a discharge side of a main pump.
従来から知られているロードセンシング回路を備えた制御装置は、当該回路系統に接続した複数のアクチュエータにおける負荷圧のうちの最高負荷圧を選択して、メインポンプが当該最高負荷圧と一定の差圧を保てるようにその吐出量を制御するとともに、個々のアクチュエータには操作弁と圧力補償弁とを接続して、当該アクチュエータの負荷圧の変化にかかわりなく供給流量を一定に保てるように制御している。
上記のように従来の装置では、エンジンを常時高回転させているために、そのエンジン音が騒音の原因になるという問題があった。
この発明の目的は、通常はエンジンを高回転で使用する作業領域においても、電動モータで駆動するサブポンプを補助的に使用することにより、エンジンの回転数を下げられるようにして、上記従来の問題を解決した装置を提供することである。
As described above, the conventional apparatus has a problem that the engine noise causes noise because the engine is always rotated at a high speed.
The object of the present invention is to reduce the engine speed by using a sub-pump driven by an electric motor in a work area where the engine is normally used at high speeds. It is to provide a device that solves the above.
この発明は、可変容量型のメインポンプと、このメインポンプの傾転角を制御するレギュレータと、メインポンプに接続するとともに、複数のアクチュエータに対応した複数の操作弁を備え、これら各アクチュエータの最高負荷圧を検出するロードセンシング回路とを備え、上記メインポンプの最大容量の範囲内でポンプ吐出圧とロードセンシング回路の最高負荷圧との差圧を一定に保つロードセンシング制御装置を備えたハイブリッド建設機械の制御装置を前提にするものである。 The present invention includes a variable capacity main pump, a regulator that controls the tilt angle of the main pump, a plurality of operation valves that are connected to the main pump, and that correspond to a plurality of actuators. Hybrid construction equipped with a load sensing circuit that detects the load pressure and a load sensing control device that keeps the differential pressure between the pump discharge pressure and the maximum load pressure of the load sensing circuit within the maximum capacity of the main pump. It presupposes a machine control device.
上記の装置を前提にしつつ、第１の発明は、上記メインポンプの吐出側に、電動モータの出力で駆動する可変容量型のサブポンプを接続するとともに、このサブポンプにはその傾転角を制御する傾角制御器を設け、この傾角制御器を制御するコントローラを設けている。そして、このコントローラは、メインポンプの最大容量を記憶するとともに、メインポンプの傾転角に応じてそのポンプ吐出量を判定し、かつ、メインポンプの吐出圧とロードセンシング回路の最高負荷圧との差圧を検出し、メインポンプの吐出量が上記最大容量に達しているかどうかを判定する。そして、上記最大容量に達しているとき上記サブポンプの吐出量を確保するとともに、メインポンプの吐出圧とロードセンシング回路の最高負荷圧との差圧に応じてサブポンプの吐出量を制御する。 On the premise of the above apparatus, the first invention connects a variable displacement sub pump driven by the output of the electric motor to the discharge side of the main pump, and controls the tilt angle of the sub pump. An inclination controller is provided, and a controller for controlling the inclination controller is provided. The controller stores the maximum capacity of the main pump, determines the pump discharge amount according to the tilt angle of the main pump, and calculates the discharge pressure of the main pump and the maximum load pressure of the load sensing circuit. A differential pressure is detected, and it is determined whether or not the discharge amount of the main pump has reached the maximum capacity. Then, when the maximum capacity is reached, the discharge amount of the sub pump is ensured, and the discharge amount of the sub pump is controlled according to the differential pressure between the discharge pressure of the main pump and the maximum load pressure of the load sensing circuit.
第２の発明は、上記コントローラは、メインポンプの吐出圧とロードセンシング回路の最高負荷圧とを比較して、その差圧が相対的に小さいときはサブポンプの傾転角を相対的に大きくし、差圧が設定された一定の圧力に近づくにしたがってサブポンプの傾転角を相対的に小さくする。 According to a second aspect of the present invention, the controller compares the discharge pressure of the main pump and the maximum load pressure of the load sensing circuit, and relatively increases the tilt angle of the sub pump when the differential pressure is relatively small. The tilt angle of the sub-pump is relatively decreased as the differential pressure approaches the set constant pressure.
第３の発明は、メインポンプにその駆動源であるエンジンを連係する一方、コントローラは、エンジンの回転数を検出し、予め設定されたエンジンの高回転領域と低回転領域とを記憶する。そして、コントローラは、エンジンが高回転領域で回転しているときにサブポンプの傾転角を相対的に大きくする高回転制御パターンと、エンジンが低回転領域で回転しているときにサブポンプの傾転角を相対的に小さくする低回転制御パターンとを記憶するとともに、エンジンが高回転領域で回転しているとき、上記高回転制御パターンを選択して、サブポンプの傾転角を制御し、エンジンが低回転領域で回転しているとき、上記低回転制御パターンを選択して、サブポンプの傾転角を制御する。 In the third aspect of the invention, the engine, which is the driving source, is linked to the main pump, while the controller detects the number of revolutions of the engine and stores preset high and low engine speed regions. The controller also includes a high rotation control pattern that relatively increases the tilt angle of the sub pump when the engine is rotating in the high rotation region, and the tilt of the sub pump when the engine is rotating in the low rotation region. The low rotation control pattern for relatively reducing the angle is stored, and when the engine is rotating in the high rotation region, the high rotation control pattern is selected to control the tilt angle of the sub-pump. When rotating in the low rotation region, the low rotation control pattern is selected to control the tilt angle of the sub pump.
第１の発明によれば、予め設定したメインポンプの最大容量に達したとき、電動モータを駆動源とするサブポンプを利用して、メインポンプの最大容量以上の流量をアシストすることができるので、必要以上にエンジンの回転数を上げなくてもよくなる。このようにエンジンの回転数を必要以上に上げなくてもよいので、エンジンによる騒音を抑えることができる。
さらに、第１及び第２の発明によれば、サブポンプのアシスト流量は、メインポンプの吐出圧とロードセンシング回路の最高負荷圧との差圧に基づいて制御するようにしているので、サブポンプの吐出量は、ロードセンシング回路が要求する流量の範囲内に抑えることができる。したがって、必要以上の流量を供給しなくてすみ、その分、省エネルギー化を図ることができる。
According to the first invention, when the preset maximum capacity of the main pump is reached, the sub-pump using the electric motor as a drive source can be used to assist the flow rate exceeding the maximum capacity of the main pump. It is not necessary to increase the engine speed more than necessary. Thus, since it is not necessary to raise the rotation speed of an engine more than necessary, the noise by an engine can be suppressed.
Furthermore, according to the first and second inventions, the assist flow rate of the sub pump is controlled based on the differential pressure between the discharge pressure of the main pump and the maximum load pressure of the load sensing circuit. The amount can be kept within the range of flow required by the load sensing circuit. Therefore, it is not necessary to supply a flow rate higher than necessary, and energy saving can be achieved correspondingly.
第３の発明によれば、コントローラは、高回転制御パターンと低回転制御パターンとに分けてサブポンプのアシスト流量を制御するようにしたので、例えば、パワーショベルにおいて、ショベルで精巧な地ならしをするときなどでは、低回転制御パターンでサブポンプのアシスト流量を制御できる。この低回転制御パターンでは、サブポンプのアシスト流量を相対的に少なくするので、上記のように精巧な地ならしをする場合など、オペレータにとって微妙な制御がし易くなるという利点がある。
精巧な地ならしをする場合に、もし、サブポンプのアシスト流量を多くすれば、操作弁を少し操作しただけで大流量が供給されてしまう。そのために、オペレータは、当該操作弁に接続したアクチュエータの細かな制御ができなくなる。しかし、第３の発明の場合には、サブポンプによるアシスト流量を活用しながら、当該アクチュエータを細かく制御することができる。
According to the third aspect of the invention, the controller controls the assist flow rate of the sub-pump separately for the high rotation control pattern and the low rotation control pattern. For example, the assist flow rate of the sub-pump can be controlled with a low rotation control pattern. In this low rotation control pattern, the assist flow rate of the sub-pump is relatively reduced, so that there is an advantage that fine control can be easily performed for the operator, for example, in the case where the ground leveling is elaborate as described above.
In the case of elaborate ground leveling, if the assist flow rate of the sub pump is increased, a large flow rate is supplied by operating the operation valve a little. Therefore, the operator cannot finely control the actuator connected to the operation valve. However, in the case of the third invention, the actuator can be finely controlled while utilizing the assist flow rate by the sub pump.
図示の実施形態は、図１に示したように、従来公知のロードセンシング回路ＬＳを備えたパワーショベルに関するものである。
そして、上記ロードセンシング回路ＬＳは、可変容量型のメインポンプＭＰに接続しているが、このメインポンプＭＰはエンジンＥの駆動力で回転するもので、このメインポンプＭＰにはその傾転角を制御するレギュレータ１を設けている。
上記レギュレータ１には、吐出圧導入ライン２を介してメインポンプＭＰの吐出圧が導かれるとともに、負荷圧導入ライン３を介してロードセンシング回路ＬＳの最高負荷圧が導かれるようにしている。このようにしたレギュレータ１は、上記吐出圧と最高負荷圧との差圧が一定に保たれるようにメインポンプＭＰの傾転角を制御するものである。
The illustrated embodiment relates to a power shovel including a conventionally known load sensing circuit LS as shown in FIG.
The load sensing circuit LS is connected to a variable capacity main pump MP. The main pump MP rotates with the driving force of the engine E, and the main pump MP has an inclination angle. A
The
すなわち、上記ロードセンシング回路ＬＳには、走行用モータを制御する操作弁Ｖ１，Ｖ２、ブームシリンダＢＣを制御する操作弁Ｖ３、アームシリンダを制御する操作弁Ｖ４、バケットシリンダを制御する操作弁Ｖ５および旋回モータＲＭを制御する操作弁Ｖ６を設けているが、これら各操作弁Ｖ１〜Ｖ６は、パラレル通路ａを介してメインポンプＭＰに対して並列に接続している。そして、これら各操作弁Ｖ１〜Ｖ６には、圧力補償弁Ｃ１〜Ｃ６を接続している。これら圧力補償弁Ｃ１〜Ｃ６は、当該操作弁Ｖ１〜Ｖ６に接続したアクチュエータの負荷圧の変化にかかわりなく一定の流量が供給されるように制御するものである。また、当該ロードセンシング回路ＬＳには上記高圧選択弁ＣＨ１〜ＣＨ５を設け、上記各操作弁Ｖ１〜Ｖ６に接続したアクチュエータの最高負荷圧を上記レギュレータ１に導くようにしている。
That is, the load sensing circuit LS includes operation valves V1 and V2 for controlling the traveling motor, an operation valve V3 for controlling the boom cylinder BC, an operation valve V4 for controlling the arm cylinder, an operation valve V5 for controlling the bucket cylinder, and An operation valve V6 for controlling the turning motor RM is provided, and these operation valves V1 to V6 are connected in parallel to the main pump MP through a parallel passage a. And these operation valves V1-V6 are connected to pressure compensation valves C1-C6. These pressure compensation valves C1 to C6 are controlled so that a constant flow rate is supplied regardless of changes in the load pressure of the actuators connected to the operation valves V1 to V6. The load sensing circuit LS is provided with the high pressure selection valves CH1 to CH5 so that the maximum load pressure of the actuator connected to the operation valves V1 to V6 is guided to the
また、上記吐出圧導入ライン２は、圧力センサーＰＳ１および第１パイロットライン４を介してコントローラＣにし、負荷圧導入ライン３は、圧力センサーＰＳ２および第２パイロットライン５を介してコントローラＣに接続している。したがって、コントローラＣは、メインポンプＭＰの吐出圧と、ロードセンシング回路ＬＳにおける最高負荷圧との差圧を検出することができる。
なお、図中符号６はエンジンＥの回転力で発電するジェネレータで、エンジンＥの余剰出力で発電するものである。
The discharge pressure introduction line 2 is connected to the controller C via the pressure sensor PS1 and the
次に、メインポンプの出力をアシストする可変容量型のサブポンプＳＰについて説明する。
上記可変容量型のサブポンプＳＰは、発電機兼用の電動モータＭＧの駆動力で回転するが、この電動モータＭＧの駆動力によって、可変容量型のアシストモータＡＭも同軸回転する構成にしている。そして、上記電動モータＭＧにはインバータＩを接続するとともに、このインバータＩをコントローラＣに接続し、このコントローラＣで電動モータＭＧの回転数等を制御できるようにしている。
Next, the variable displacement sub pump SP that assists the output of the main pump will be described.
The variable displacement sub-pump SP is rotated by the driving force of the electric motor MG that also serves as a generator, and the variable displacement assist motor AM is also rotated coaxially by the driving force of the electric motor MG. An inverter I is connected to the electric motor MG, and the inverter I is connected to a controller C so that the controller C can control the rotational speed of the electric motor MG.
上記のようにしたサブポンプＳＰおよびアシストモータＡＭの傾転角は傾角制御器Ｓｄ，Ａｄで制御されるが、これら傾角制御器Ｓｄ，Ａｄは、コントローラＣの出力信号で制御されるものである。
また、上記サブポンプＳＰには合流通路７を設けているが、サブポンプＳＰはこの合流通路７を介してメインポンプＭＰの吐出側に連通するものである。そして、この合流通路７には、サブポンプＳＰからメインポンプＭＰの吐出側への流通のみを許容するチェック弁８を設けている。
The tilt angles of the sub pump SP and the assist motor AM as described above are controlled by the tilt controllers Sd and Ad. These tilt controllers Sd and Ad are controlled by the output signal of the controller C.
The sub pump SP is provided with a merging
さらに、上記旋回モータＲＭは、通路９，１０を介して上記旋回モータ制御用の操作弁に接続しているが、両通路９，１０のそれぞれにはブレーキ弁１１，１２を接続している。そして、旋回モータ制御用の操作弁を中立位置に保っているときには、旋回モータＲＭは停止状態を維持する。
上記の状態から旋回モータ制御用の操作弁を例えば一方の方向に切り換えると、上記一方の通路９がメインポンプＭＰに接続され、他方の通路１０がタンクに連通する。したがって、通路９から圧力流体が供給されて旋回モータＲＭが回転するとともに、旋回モータＲＭからの戻り流体が通路１０を介してタンクに戻される。
旋回モータ制御用の操作弁を上記とは反対方向に切り換えると、今度は、通路１０にメインポンプＭＰからの吐出流体が供給され、通路９がタンクに連通し、旋回モータＲＭは逆転することになる。
Further, the turning motor RM is connected to the operation valve for controlling the turning motor through
When the operation valve for controlling the swing motor is switched, for example, in one direction from the above state, the one
When the operation valve for controlling the swing motor is switched in the opposite direction, the discharge fluid from the main pump MP is supplied to the
上記のように旋回モータＲＭを駆動しているときには、上記ブレーキ弁１１あるいは１２がリリーフ弁の機能を発揮し、通路９，１０が設定圧以上になったとき、ブレーキ弁１１，１２が開弁して高圧側の通路の圧力を設定圧以内に制御する。また、旋回モータＲＭを回転している状態で、旋回モータ制御用の操作弁を中立位置に戻せば、当該操作弁は閉じられるが、このように操作弁が閉じられても、旋回モータＲＭはその慣性エネルギーで回転し続け、当該旋回モータＲＭがポンプ作用をする。この時には、通路９，１０、旋回モータＲＭ、ブレーキ弁１１あるいは１２で閉回路が構成されるとともに、ブレーキ弁１１あるいは１２によって、上記慣性エネルギーが熱エネルギーに変換されることになる。
When the swing motor RM is driven as described above, the
また、ブーム制御用の操作弁を中立位置から一方の方向に切り換えると、メインポンプＭＰからの圧力流体は、通路１３を経由してブームシリンダＢＣのピストン側室１４に供給されるとともに、そのロッド側室１５からの戻り流体は通路１６を経由してタンクに戻され、ブームシリンダＢＣは伸長することになる。
反対に、ブーム制御用の操作弁を上記とは反対方向に切り換えると、メインポンプＭＰからの圧力流体は、通路１６を経由してブームシリンダＢＣのロッド側室１５に供給されるとともに、そのピストン側室１４からの戻り流体は通路１３を経由してタンクに戻され、ブームシリンダＢＣは収縮することになる。
上記のようにしたブームシリンダＢＣのピストン側室１４とブーム制御用の操作弁とを結ぶ通路１３には、コントローラＣで開度が制御される比例電磁弁１７を設けている。なお、この比例電磁弁１７はそのノーマル状態で全開位置を保つようにしている。
When the operation valve for boom control is switched from the neutral position to one direction, the pressure fluid from the main pump MP is supplied to the
On the contrary, when the operation valve for boom control is switched in the opposite direction, the pressure fluid from the main pump MP is supplied to the
A proportional
一方、前記したアシストモータＡＭには接続用通路１８を接続しているが、この接続用通路１８は、導入通路１９およびチェック弁２０，２１を介して、旋回モータＲＭに接続した通路９，１０に接続している。しかも、上記導入通路１９にはコントローラＣで開閉制御される電磁切換弁２２を設けるとともに、この電磁切換弁２２とチェック弁２０，２１との間に、旋回モータＲＭの旋回時の圧力あるいはブレーキ時の圧力を検出する圧力センサー２３を設け、この圧力センサー２３の圧力信号をコントローラＣに入力するようにしている。
On the other hand, a connecting
また、導入通路１９であって、旋回モータＲＭから接続用通路１８への流れに対して、上記電磁切換弁２２よりも下流側となる位置には、安全弁２４を設けているが、この安全弁２４は、例えば電磁切換弁２２など、接続用通路１８系統に故障が生じたとき、通路９，１０の圧力を維持して旋回モータＲＭがいわゆる逸走するのを防止するものである。
さらに、ブームシリンダＢＣと上記比例電磁弁１７との間には、接続用通路１８に連通する導入通路２５を接続するとともに、この導入通路２５にはコントローラＣで制御される電磁開閉弁２６を設けている。なお、この電磁開閉弁２６はノーマル状態で閉位置を保つようにしている。
上記のようにアシストモータＡＭは、導入通路１９，２５及び接続用通路１８を介して、旋回モータＲＭ及びブームシリンダＢＣのそれぞれに連通しているので、それら両アクチュエータから供給される圧力流体でこのアシストモータＡＭを回転させることができる。
A
Further, an
As described above, the assist motor AM communicates with each of the turning motor RM and the boom cylinder BC via the
なお、前記ジェネレータ６が発電した電力は、バッテリーチャージャー２７を介してバッテリー２８に充電される。また、バッテリーチャージャー２７は、通常の家庭用の電源２９に接続した場合にも、バッテリー２８に電力を充電できるようにしている。つまり、このバッテリーチャージャー２７は、当該装置とは別の独立系電源にも接続可能にしたものである。
The electric power generated by the
次に、上記実施形態の作用を、コントローラＣの機能とともに図２に示したフローチャート図に基づいて説明する。
上記コントローラＣは、次の機能を備えている。すなわち、当該メインポンプＭＰの最大容量、例えば定格容量をあらかじめ記憶するとともに、メインポンプＭＰの傾転角からその吐出量を演算する機能を備えている。また、図３に示すようにサブポンプＳＰの最大アシスト流量Ｑmaxを予め記憶し、この最大アシスト流量Ｑmaxの範囲内で、サブポンプＳＰのアシスト流量Ｑを制御する。このように最大アシスト流量Ｑmaxの範囲内でサブポンプＳＰの吐出量を制御するが、そのアシスト流量Ｑは、サブポンプＳＰの傾転角や電動モータＭＧの回転数などによって決まる。そして、コントローラＣは、サブポンプＳＰの傾転角や電動モータＭＧの回転数を制御するが、どのような制御をするのが最も効率的かを判断して、サブポンプＳＰの傾転角や電動モータＭＧの回転数を制御するようにしている。
Next, the operation of the above embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
The controller C has the following functions. That is, a maximum capacity of the main pump MP, for example, a rated capacity, is stored in advance, and a function of calculating the discharge amount from the tilt angle of the main pump MP is provided. Further, as shown in FIG. 3, the maximum assist flow Qmax of the sub pump SP is stored in advance, and the assist flow Q of the sub pump SP is controlled within the range of the maximum assist flow Qmax. In this way, the discharge amount of the sub pump SP is controlled within the range of the maximum assist flow Qmax, and the assist flow Q is determined by the tilt angle of the sub pump SP, the rotation speed of the electric motor MG, and the like. The controller C controls the tilt angle of the sub-pump SP and the rotation speed of the electric motor MG. The controller C determines what control is most efficient and determines the tilt angle of the sub-pump SP and the electric motor. The rotational speed of the MG is controlled.
上記のようにしたコントローラＣは、先ず、メインポンプＭＰの傾転角から、当該ポンプＭＰの吐出量を読み込む（ステップＳ１）とともに、その吐出量があらかじめ定めた最大容量を超えているか否かを判定する（ステップＳ２）。
メインポンプＭＰの吐出量が、上記最大容量を超えていなければ、言い換えれば、最大容量以内なら、コントローラＣは、メインポンプＭＰが、ロードセンシング回路ＬＳの要求流量を吐出する余力があるものと判断して、サブポンプＳＰのアシスト流量Ｑをゼロに設定する（ステップＳ３）。なお、サブポンプＳＰのアシスト流量Ｑをゼロにするためには、電動モータＭＧを回転させながら、コントローラＣが傾角制御器Ｓｄを制御してサブポンプＳＰ傾転角をゼロにしてもよいし、コントローラＣがインバータＩを制御して電動モータＭＧの回転を停止してもよい。
電動モータＭＧの回転を止める場合には、消費電力を節約できるという効果があり、電動モータＭＧを回転し続けた場合には、サブポンプＳＰおよびアシストモータＡＭも回転し続けるので、当該サブポンプＳＰおよびアシストモータＡＭの起動時のショックを少なくできるという効果がある。いずれにしても、電動モータＭＧを止めるかあるいは回転し続けるかは、当該建設機械の用途や使用状況に応じて決めればよいことである。
The controller C configured as described above first reads the discharge amount of the pump MP from the tilt angle of the main pump MP (step S1), and determines whether or not the discharge amount exceeds a predetermined maximum capacity. Determine (step S2).
If the discharge amount of the main pump MP does not exceed the above-mentioned maximum capacity, in other words, if it is within the maximum capacity, the controller C determines that the main pump MP has sufficient capacity to discharge the required flow rate of the load sensing circuit LS. Then, the assist flow rate Q of the sub pump SP is set to zero (step S3). In order to make the assist flow rate Q of the sub pump SP zero, the controller C may control the tilt controller Sd while rotating the electric motor MG to make the sub pump SP tilt angle zero, or the controller C May control the inverter I to stop the rotation of the electric motor MG.
When the rotation of the electric motor MG is stopped, there is an effect that power consumption can be saved. When the electric motor MG is continuously rotated, the sub pump SP and the assist motor AM are also continuously rotated. There is an effect that the shock at the start-up of the motor AM can be reduced. In any case, whether to stop or continue to rotate the electric motor MG may be determined according to the application and usage status of the construction machine.
メインポンプＭＰの吐出量が上記最大容量に達している場合には、コントローラＣは、ロードセンシング回路ＬＳの要求流量がメインポンプＭＰの能力を超えているものと判定して、そのときのサブポンプＳＰの吐出量を制御する（ステップＳ４）。
このときのサブポンプＳＰの吐出量は、図３に示すように、メインポンプＭＰの吐出圧ＰＰとロードセンシング回路ＬＳの最高負荷圧ＰＬとの差圧に応じて制御される。すなわち、コントローラＣは、圧力センサーＰＳ１，ＰＳ２から入力した圧力信号に基づいて、上記吐出圧ＰＰと最高負荷圧ＰＬとの差を演算する。
When the discharge amount of the main pump MP reaches the maximum capacity, the controller C determines that the required flow rate of the load sensing circuit LS exceeds the capacity of the main pump MP, and the sub pump SP at that time The discharge amount is controlled (step S4).
Discharge rate of the sub pump SP in this case, as shown in FIG. 3, it is controlled according to the differential pressure between the maximum load pressure P L of the discharge pressure P P and the load sensing circuit LS in the main pump MP. That is, the controller C based on the pressure signal input from the pressure sensor PS1, PS2, calculates the difference between the discharge pressure P P and the maximum load pressure P L.
上記の差圧があらかじめ設定した大きさを維持していれば、コントローラＣは、メインポンプＭＰがある程度の余力があるもの判定して、アシスト流量Ｑをゼロに設定する。
そして、上記差圧が小さくなるにしたがって、コントローラＣは、ロードセンシング回路ＬＳの要求流量に対してメインポンプＭＰの余力が小さくなっていくものとして、サブポンプＳＰによるアシスト流量を増やしていく。
なお、図３において、差圧が小さい一定の範囲内において最大アシスト流量Ｑmaxを維持するようにしたが、これは差圧が小さい一定範囲では、なるべく多くのアシスト流量を確保するようにしたものである。ただし、このような配慮が不要であれば、差圧ゼロのときに最大アシスト流量Ｑmaxとし、そこから差圧が大きくなるにしたがってアシスト流量ＱをＱminに近づけるようにしてもよい。
If the above-mentioned differential pressure is maintained at a preset level, the controller C determines that the main pump MP has some remaining capacity, and sets the assist flow rate Q to zero.
Then, as the differential pressure decreases, the controller C increases the assist flow rate of the sub pump SP, assuming that the remaining capacity of the main pump MP becomes smaller than the required flow rate of the load sensing circuit LS.
In FIG. 3, the maximum assist flow Qmax is maintained within a certain range where the differential pressure is small, but this is to ensure as much assist flow as possible in the certain range where the differential pressure is small. is there. However, if such consideration is not required, the maximum assist flow Qmax may be set when the differential pressure is zero, and the assist flow Q may be made closer to Qmin as the differential pressure increases.
上記のようにステップＳ４でサブポンプＳＰのアシスト流量Ｑが設定されたら、ステップＳ５，Ｓ６に進み、電動モータＭＧの出力が所定の範囲を超えないようにパワー制御値を設定するとともに、電動モータＧＭが所定のトルクを超えないようにトルク制御値を設定する。
そして、上記アシスト流量Ｑ、パワー制御値およびトルク制御値に基づいて、コントローラＣは、サブポンプＳＰの傾転角や電動モータＭＧの回転数を制御する（ステップＳ７）。
When the assist flow rate Q of the sub pump SP is set in step S4 as described above, the process proceeds to steps S5 and S6, in which a power control value is set so that the output of the electric motor MG does not exceed a predetermined range and the electric motor GM The torque control value is set so that does not exceed a predetermined torque.
Then, based on the assist flow rate Q, the power control value, and the torque control value, the controller C controls the tilt angle of the sub pump SP and the rotation speed of the electric motor MG (step S7).
このようにした実施形態では、メインポンプＭＰの吐出量が最大容量に達したとき、当該メインポンプＭＰの余力がないものと判断して、サブポンプＳＰによるアシストを開始する。しかも、サブポンプＳＰのアシスト流量Ｑは、メインポンプＭＰの吐出圧ＰＰとロードセンシング回路ＬＳの最高負荷圧ＰＬとの差に応じて制御するようにしたので、サブポンプＳＰのアシスト流量を必要以上に大きくすることがなく、その分、省エネルギーを達成できる。 In the embodiment thus configured, when the discharge amount of the main pump MP reaches the maximum capacity, it is determined that there is no remaining capacity of the main pump MP, and the assist by the sub pump SP is started. Moreover, the assist flow rate Q of the sub-pump SP is, since to control in accordance with the difference between the maximum load pressure P L of the discharge pressure P P and the load sensing circuit LS of the main pump MP, unnecessarily assist flow of the sub pump SP Therefore, energy saving can be achieved.
なお、上記実施形態では、サブポンプＳＰのアシスト流量Ｑを、メインポンプＭＰの吐出圧ＰＰとロードセンシング回路ＬＳの最高負荷圧ＰＬとの差に基づいてのみ制御するようにしたが、例えば、図４に示すようにエンジンＥの回転数に応じて、エンジン高回転モードとエンジン低回転モードとの２種類のモードに基づいて制御するようにしてもよい。
つまり、図４は、エンジンＥが高回転のときには、アシスト流量Ｑを相対的に多くし、エンジンＥが低回転のときには、アシスト流量Ｑを相対的に少なくする制御である。
In the above embodiment, the assist flow rate Q of the sub pump SP, but so as to control only based on the difference between the maximum load pressure P L of the discharge pressure P P and the load sensing circuit LS of the main pump MP, for example, As shown in FIG. 4, control may be performed based on two types of modes, an engine high rotation mode and an engine low rotation mode, in accordance with the rotation speed of the engine E.
That is, FIG. 4 shows control in which the assist flow rate Q is relatively increased when the engine E is rotating at a high speed, and the assist flow rate Q is relatively decreased when the engine E is at a low speed.
例えば、パワーショベルなどの場合には、エンジンＥの回転数は、オペレータの設定量で決まる。したがって、オペレータがエンジンＥを高回転させているときには、メインポンプＭＰの吐出量を多く要求していることになる。このようなときには、コントローラＣがエンジン高回転モードを選択し、サブポンプＳＰのアシスト流量Ｑを相対的に多くする。 For example, in the case of a power shovel or the like, the rotational speed of the engine E is determined by the set amount of the operator. Therefore, when the operator rotates the engine E at a high speed, a large discharge amount of the main pump MP is requested. In such a case, the controller C selects the engine high rotation mode and relatively increases the assist flow rate Q of the sub pump SP.
一方、オペレータがエンジンＥの回転数を低くしているときには、ショベル等を微妙に動かす精巧な制御を求めている場合が多い。このように精巧な制御をしているときに、アシスト流量Ｑを多くすると、操作弁をわずかに操作しただけで多くの流量が流れてしまう。そのために実際には精巧な制御が難しくなってしまう。
上記のような問題を解消するために、コントローラＣがエンジンＥの回転数を検出して、その回転数に応じて、図４に示すように、エンジン高回転モードとエンジン低回転モードとを選択できるようにしたものである。つまり、エンジン低回転モードを選択したときには、上記した精巧な制御ができるようにしたものである。
On the other hand, when the operator lowers the rotational speed of the engine E, there are many cases of demanding elaborate control for moving the excavator or the like delicately. When the assist flow rate Q is increased during such elaborate control, a large flow rate flows even if the operation valve is slightly operated. For this reason, it is actually difficult to perform elaborate control.
In order to solve the above problems, the controller C detects the rotation speed of the engine E, and selects the engine high rotation mode and the engine low rotation mode as shown in FIG. 4 according to the rotation speed. This is what you can do. That is, when the engine low speed mode is selected, the above-described elaborate control can be performed.
次に、旋回モータＲＭあるいはブームシリンダＢＣの圧力流体を利用してアシストモータＡＭを回転させる場合について説明する。
上記旋回モータＲＭが旋回している最中に旋回モータ用の操作弁を中立位置に切り換えると、前記したように通路９，１０間で閉回路が構成されるとともに、ブレーキ弁１１あるいは１２が当該閉回路のブレーキ圧を維持して、慣性エネルギーを熱エネルギーに変換する。
そして、圧力センサー２３は上記旋回圧あるいはブレーキ圧を検出するとともに、その圧力信号をコントローラＣに入力する。コントローラＣは、旋回モータＲＭの旋回あるいはブレーキ動作に影響を及ぼさない範囲内であって、ブレーキ弁１１，１２の設定圧よりも少し低い圧力を検出したとき、電磁切換弁２２を閉位置から開位置に切り換える。このように電磁切換弁２２が開位置に切り換れば、旋回モータＲＭに導かれた圧力流体は、導入通路１９に流れるとともに安全弁２４および接続用通路１８を経由してアシストモータＡＭに供給される。
Next, the case where the assist motor AM is rotated using the pressure fluid of the turning motor RM or the boom cylinder BC will be described.
When the operation valve for the swing motor is switched to the neutral position while the swing motor RM is turning, a closed circuit is formed between the
The
このときコントローラＣは、圧力センサー２３からの圧力信号に応じて、アシストモータＡＭの傾転角を制御するが、それは次のとおりである。
すなわち、通路９あるいは１０の圧力は、旋回動作あるいはブレーキ動作に必要な圧力に保たれていなければ、旋回モータＲＭを旋回させたり、あるいはブレーキをかけたりできなくなる。
そこで、上記通路９あるいは１０の圧力を、上記旋回圧あるいはブレーキ圧に保つために、コントローラＣはアシストモータＡＭの傾転角を制御しながら、この旋回モータＲＭの負荷を制御するようにしている。つまり、コントローラＣは、圧力センサー２３で検出される圧力が上記旋回モータＲＭの旋回圧あるいはブレーキ圧とほぼ等しくなるように、アシストモータＡＭの傾転角を制御する。
At this time, the controller C controls the tilt angle of the assist motor AM in accordance with the pressure signal from the
That is, unless the pressure in the
Therefore, in order to keep the pressure in the
上記のようにしてアシストモータＡＭが回転力を得れば、その回転力は、同軸回転する電動モータＭＧに作用するが、このアシストモータＡＭの回転力は、電動モータＭＧに対するアシスト力として作用する。したがって、アシストモータＡＭの回転力の分だけ、電動モータＭＧの消費電力を少なくすることができる。
また、上記アシストモータＡＭの回転力でサブポンプＳＰの回転力をアシストすることもできるが、このときには、アシストモータＡＭとサブポンプＳＰとが相まって圧力変換機能を発揮する。
If the assist motor AM obtains a rotational force as described above, the rotational force acts on the electric motor MG that rotates coaxially. The rotational force of the assist motor AM acts as an assist force on the electric motor MG. . Therefore, the power consumption of the electric motor MG can be reduced by the amount of the rotational force of the assist motor AM.
Further, the rotational force of the sub-pump SP can be assisted by the rotational force of the assist motor AM. At this time, the assist motor AM and the sub-pump SP combine to exhibit a pressure conversion function.
つまり、接続用通路１８に流入する流体圧はポンプ吐出圧よりも低い場合が多い。この低い圧力を利用して、サブポンプＳＰに高い吐出圧を維持させるために、アシストモータＡＭおよびサブポンプＳＰによって増圧機能を発揮させるようにしている。
すなわち、上記アシストモータＡＭの出力は、１回転当たりの押しのけ容積Ｑ１とそのときの圧力Ｐ１の積で決まる。また、サブポンプＳＰの出力は１回転当たりの押しのけ容積Ｑ２と吐出圧Ｐ２の積で決まる。そして、この実施形態では、アシストモータＡＭとサブポンプＳＰとが同軸回転するので、Ｑ１×Ｐ１＝Ｑ２×Ｐ２が成立しなければならない。そこで、例えば、アシストモータＡＭの上記押しのけ容積Ｑ１を上記サブポンプＳＰの押しのけ容積Ｑ２の３倍すなわちＱ１＝３Ｑ２にしたとすれば、上記等式が３Ｑ２×Ｐ１＝Ｑ２×Ｐ２となる。この式から両辺をＱ２で割れば、３Ｐ１＝Ｐ２が成り立つ。
That is, the fluid pressure flowing into the connecting
That is, the output of the assist motor AM is determined displacement volume to Q 1 per rotation and the product of pressure P 1 at that time. The output of the sub pump SP is determined by the product of the displacement volume Q 2 per revolution and the discharge pressure P 2 . In this embodiment, since the assist motor AM and the sub pump SP rotate coaxially, Q 1 × P 1 = Q 2 × P 2 must be satisfied. Therefore, for example, if the displacement volume to Q 1 assist motor AM was tripled i.e. Q 1 = 3Q 2 volume Q 2 displacement of the sub pump SP, this equation does 3Q 2 × P 1 = Q 2 × the P 2. If both sides are divided by Q 2 from this equation, 3P 1 = P 2 holds.
したがって、サブポンプＳＰの傾転角を変えて、上記押しのけ容積Ｑ２を制御すれば、アシストモータＡＭの出力で、サブポンプＳＰに所定の吐出圧を維持させることができる。言い換えると、旋回モータＲＭからの流体圧を増圧してサブポンプＳＰから吐出させることができる。
ただし、アシストモータＡＭの傾転角は、上記したように通路９，１０の圧力を旋回圧あるいはブレーキ圧に保つように制御される。したがって、旋回モータＲＭからの流体を利用する場合には、アシストモータＡＭの傾転角は必然的に決められることになる。このようにアシストモータＡＭの傾転角が決められた中で、上記した圧力変換機能を発揮させるためには、サブポンプＳＰの傾転角を制御することになる。
Therefore, by changing the tilt angle of the sub pump SP, by controlling the displacement volume Q 2, the output of the assist motor AM, it is possible to maintain the predetermined discharge pressure sub pump SP. In other words, the fluid pressure from the turning motor RM can be increased and discharged from the sub pump SP.
However, the tilt angle of the assist motor AM is controlled so as to keep the pressure in the
なお、上記接続用通路１８、導入通路１９の系統の圧力が何らかの原因で、旋回圧あるいはブレーキ圧よりも低くなったときには、圧力センサー２３からの圧力信号に基づいてコントローラＣは、電磁切換弁２２を閉じて、旋回モータＲＭに影響を及ぼさないようにする。
また、接続用通路１８に流体の漏れが生じたときには、安全弁２４が機能して通路９，１０の圧力が必要以上に低くならないようにして、旋回モータＲＭの逸走を防止する。
When the pressure in the system of the
Further, when fluid leakage occurs in the connecting
次に、ブームシリンダＢＣとアシストモータＡＭとの関係を説明する。ブームシリンダＢＣを作動させるためにその操作弁を操作すると、当該操作弁に設けた図示していないセンサーによって、上記操作弁の操作方向とその操作量が検出されるとともに、その操作信号がコントローラＣに入力される。 Next, the relationship between the boom cylinder BC and the assist motor AM will be described. When the operation valve is operated to operate the boom cylinder BC, the operation direction and the operation amount of the operation valve are detected by a sensor (not shown) provided on the operation valve, and the operation signal is transmitted to the controller C. Is input.
上記センサーの操作信号に応じて、コントローラＣは、オペレータがブームシリンダＢＣを上昇させようとしているのか、あるいは下降させようとしているのかを判定する。ブームシリンダＢＣを上昇させるための信号がコントローラＣに入力すれば、コントローラＣは比例電磁弁１７をノーマル状態に保つ。言い換えると、比例電磁弁１７を全開位置に保つ。
In response to the operation signal from the sensor, the controller C determines whether the operator is going to raise or lower the boom cylinder BC. If a signal for raising the boom cylinder BC is input to the controller C, the controller C keeps the
一方、ブームシリンダＢＣを下降させる信号が上記センサーからコントローラＣに入力すると、コントローラＣは、当該操作弁の操作量に応じて、オペレータが求めているブームシリンダＢＣの下降速度を演算するとともに、比例電磁弁１７を閉じて、電磁開閉弁２６を開位置に切り換える。
上記のように比例電磁弁１７を閉じて電磁開閉弁２６を開位置に切り換えれば、ブームシリンダＢＣの戻り流体の全量がアシストモータＡＭに供給される。しかし、アシストモータＡＭで消費する流量が、オペレータが求めた下降速度を維持するために必要な流量よりも少なければ、ブームシリンダＢＣはオペレータが求めた下降速度を維持できない。このようなときには、コントローラＣは、上記操作弁の操作量、アシストモータＡＭの傾転角や電動モータＭＧの回転数などをもとにして、アシストモータＡＭが消費する流量以上の流量をタンクに戻すように比例電磁弁１７の開度を制御し、オペレータが求めるブームシリンダＢＣの下降速度を維持する。
On the other hand, when a signal for lowering the boom cylinder BC is input from the sensor to the controller C, the controller C calculates the lowering speed of the boom cylinder BC requested by the operator according to the operation amount of the operation valve, and is proportional. The
If the
一方、アシストモータＡＭに流体が供給されると、アシストモータＡＭが回転するとともに、その回転力は、同軸回転する電動モータＭＧに作用するが、このアシストモータＡＭの回転力は、電動モータＭＧに対するアシスト力として作用する。したがって、アシストモータＡＭの回転力の分だけ、消費電力を少なくすることができる。
一方、電動モータＭＧに対して電力を供給せず、上記アシストモータＡＭの回転力だけで、サブポンプＳＰを回転させることもできるが、このときには、アシストモータＡＭおよびサブポンプＳＰが、上記したのと同様にして圧力変換機能を発揮する。
On the other hand, when fluid is supplied to the assist motor AM, the assist motor AM rotates and its rotational force acts on the coaxially rotating electric motor MG. The rotational force of the assist motor AM is applied to the electric motor MG. Acts as an assist force. Therefore, power consumption can be reduced by the amount of rotational force of the assist motor AM.
On the other hand, the sub pump SP can be rotated only by the rotational force of the assist motor AM without supplying electric power to the electric motor MG. At this time, the assist motor AM and the sub pump SP are the same as described above. The pressure conversion function is demonstrated.
また、次に、旋回モータＲＭの旋回作動とブームシリンダＢＣの下降作動とを同時に行う場合について説明する。
上記のように旋回モータＲＭを旋回させながら、ブームシリンダＢＣを下降させるときには、旋回モータＲＭからの流体と、ブームシリンダＢＣからの戻り流体とが、接続用通路１８で合流してアシストモータＡＭに供給される。
Next, the case where the turning operation of the turning motor RM and the lowering operation of the boom cylinder BC are simultaneously performed will be described.
When the boom cylinder BC is lowered while turning the turning motor RM as described above, the fluid from the turning motor RM and the return fluid from the boom cylinder BC merge in the
このとき、接続用通路１８の圧力が上昇すれば、それにともなって導入通路１９側の圧力も上昇するが、その圧力が旋回モータＲＭの旋回圧あるいはブレーキ圧よりも高くなったとしても、チェック弁２０，２１があるので、旋回モータＲＭには影響を及ぼさない。
また、前記したように導入通路１９側の圧力が旋回圧あるいはブレーキ圧よりも低くなれば、コントローラＣは、圧力センサー２３からの圧力信号に基づいて電磁切換弁２２を閉じる。
したがって、旋回モータＲＭの旋回動作とブームシリンダＢＣの下降動作とを上記のように同時に行うときには、上記旋回圧あるいはブレーキ圧にかかわりなく、ブームシリンダＢＣの必要下降速度を基準にしてアシストモータＡＭの傾転角を決めればよい。
At this time, if the pressure in the connecting
Further, as described above, when the pressure on the
Therefore, when the turning operation of the turning motor RM and the lowering operation of the boom cylinder BC are simultaneously performed as described above, the assist motor AM is operated on the basis of the required lowering speed of the boom cylinder BC regardless of the turning pressure or the brake pressure. The tilt angle can be determined.
一方、アシストモータＡＭを駆動源として電動モータＭＧを発電機として使用するときには、サブポンプＳＰの傾転角をゼロにしてほぼ無負荷状態にし、アシストモータＡＭには、電動モータＭＧを回転させるために必要な出力を維持しておけば、アシストモータＡＭの出力を利用して、電動モータＭＧに発電機能を発揮させることができる。 On the other hand, when the electric motor MG is used as a generator with the assist motor AM as a drive source, the tilt angle of the sub-pump SP is set to zero and the load is almost unloaded, and the assist motor AM is rotated to rotate the electric motor MG. If the necessary output is maintained, the electric motor MG can exhibit the power generation function using the output of the assist motor AM.
なお、上記のようにチェック弁８を設けたので、例えば、サブポンプＳＰおよびアシストモータＡＭ系統が故障した場合に、メインポンプＭＰ系統と、サブポンプＳＰおよびアシストモータＡＭ系統とを切り離すことができる。特に、電磁切換弁２２および電磁開閉弁２６は、それらがノーマル状態にあるとき、図面に示すようにスプリングのバネ力で閉位置を保つとともに、上記比例電磁弁１７も全開位置であるノーマル位置を保つので、電気系統が故障したとしても、上記のようにメインポンプＭＰ系統と、サブポンプＳＰおよびアシストモータＡＭ系統とを切り離すことができる。
Since the
いずれにしても、上記実施形態によれば、メインポンプＭＰの吐出量が最大容量に達した場合に、メインポンプＭＰを駆動するエンジンＥの回転数を落として、メインポンプＭＰの吐出流量を小さくするとともに、その吐出量を小さくした分、サブポンプＳＰの吐出流量で補うことができる。したがって、エンジンＥの回転数を落とした分だけエンジンＥによる騒音を低く抑えることができる。
また、メインポンプＭＰの最大容量を小さくするとともに、その最大容量を小さくした分サブポンプＳＰの吐出量で補うようにすれば、メインポンプＭＰを駆動するエンジンＥの回転数を落とすことができ、その分、エンジンＥによる騒音も低く抑えることができる。
In any case, according to the above embodiment, when the discharge amount of the main pump MP reaches the maximum capacity, the number of revolutions of the engine E that drives the main pump MP is reduced and the discharge flow rate of the main pump MP is reduced. At the same time, the discharge amount of the sub-pump SP can be compensated for by reducing the discharge amount. Therefore, the noise caused by the engine E can be reduced by the amount corresponding to the decrease in the rotational speed of the engine E.
In addition, if the maximum capacity of the main pump MP is reduced and supplemented by the discharge amount of the sub pump SP by reducing the maximum capacity, the rotational speed of the engine E that drives the main pump MP can be reduced. The noise from the engine E can also be kept low.
さらに、上記のようにアシストモータＡＭのアシスト力を利用すれば、電動モータＭＧを発電機として用いることもできるし、サブポンプＳＰを回転するための補助駆動源としても用いることができる。したがって、アシストモータＡＭも利用したときには、その省エネルギー効果が大きくなる。
なお、上記実施形態では、操作弁Ｖ１〜Ｖ６と圧力補償弁Ｃ１〜Ｃ６とが、いわゆるアフターオリフィスの関係にあるが、それらがビフォーオリフィスの関係にあってもよいことは当然である。
Furthermore, if the assist force of the assist motor AM is used as described above, the electric motor MG can be used as a generator, and can also be used as an auxiliary drive source for rotating the sub pump SP. Therefore, when the assist motor AM is also used, the energy saving effect is increased.
In the above embodiment, the operation valves V1 to V6 and the pressure compensation valves C1 to C6 are in a so-called after orifice relationship, but it is natural that they may be in a before orifice relationship.
ＭＰ メインポンプ
ＬＳ ロードセンシング回路
Ｅ エンジン
１ レギュレータ
Ｃ コントローラ
ＳＰ サブポンプ
ＭＧ 電動モータ
Ｓｄ 傾角制御器
MP Main pump LS Load sensing
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