KR101213313B1 - 하이브리드 건설 기계의 제어 장치 - Google Patents

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카야바 고교 가부시기가이샤
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Abstract

파일럿 유로의 파일럿압이 낮을수록 가변 용량형 펌프의 틸팅각이 커지도록 제어하는 레귤레이터를 구비하고, 컨트롤러는, 가변 용량형 펌프로부터 각 액추에이터로 유도되는 토출유의 유량을 제어하는 복수의 조작 밸브 모두가 중립 위치에 있다고 판정한 경우에는, 전자기 밸브를 개방 위치로 설정하여 가변 용량형 펌프의 토출유를 회생용 유압 모터에 공급함과 동시에, 파일럿 유로 전환 전자기 밸브를 차단 위치로 설정하여 파일럿 유로를 통하여 레귤레이터로 유도되는 파일럿압을 감압 밸브에 의해 감압한다.

Description

하이브리드 건설 기계의 제어 장치{CONTROL DEVICE FOR HYBRID CONSTRUCTION MACHINE}
본 발명은, 전동 모터를 구동원으로서 이용하는 하이브리드 건설 기계의 제어 장치에 관한 것이다.
파워 셔블 등의 건설 기계에 있어서의 하이브리드 구조는, 예를 들어, 엔진의 잉여 출력으로 발전기를 회전시켜 발전하고, 그 전력을 배터리에 축전함과 동시에, 그 배터리의 전력으로 전동 모터를 구동하여 액추에이터를 작동시키도록 하고 있다. 또한, 액추에이터의 배출 에너지로 발전기를 회전하여 발전하고, 동일하게 그 전력을 배터리에 축전함과 동시에, 그 배터리의 전력으로 전동 모터를 구동하여 액추에이터를 작동시키도록 하고 있다(JP2002-275945A 참조).
또한, 파워 셔블 등에서는, 액추에이터가 정지하고 있을 때라도, 엔진은 회전한 채로의 상태를 유지한다. 이러한 때에는, 엔진과 함께 펌프도 회전하므로, 펌프는, 소위 스탠바이 유량을 토출하게 된다.
상기한 종래의 하이브리드 구조에서는, 액추에이터가 정지하고 있을 때에 펌프로부터 토출되는 스탠바이 유량은 탱크로 복귀될 뿐이며, 유효하게 이용되고 있지 않았다.
본 발명은, 상기의 문제점을 감안하여 이루어진 것이며, 펌프의 스탠바이 유량을 유효 이용하여 발전 기능을 발휘시켜, 에너지의 회생을 도모한 하이브리드 건설 기계의 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 하이브리드 건설 기계의 제어 장치로서, 가변 용량형 펌프와, 상기 가변 용량형 펌프로부터 각 액추에이터로 유도되는 토출유의 유량을 제어하는 복수의 조작 밸브와, 상기 조작 밸브가 중립 위치인 경우에 상기 가변 용량형 펌프의 토출유를 탱크로 유도하는 중립 유로와, 상기 중립 유로에 있어서의 상기 조작 밸브의 하류측에 설치된 파일럿압 발생용 조절판과, 상기 파일럿압 발생용 조절판의 상류측에 발생하는 압력이 유도되는 파일럿 유로와, 상기 파일럿 유로의 파일럿압이 낮을수록 상기 가변 용량형 펌프의 틸팅각이 커지도록 제어하는 레귤레이터와, 상기 조작 밸브의 조작 상황을 검출하는 조작 상황 검출기와, 상기 가변 용량형 펌프의 토출유에 의해 회전하는 회생용 유압 모터와, 상기 가변 용량형 펌프와 상기 유압 모터를 접속하는 유로를 개폐하는 전자기 밸브와, 상기 유압 모터에 접속된 발전기와, 상기 중립 유로와 상기 파일럿 유로의 연통과 차단을 전환하는 파일럿 유로 전환 전자기 밸브와, 상기 파일럿 유로 전환 전자기 밸브에 의해 상기 중립 유로와 상기 파일럿 유로가 차단되었을 때에, 상기 파일럿 유로를 통하여 상기 레귤레이터로 유도되는 파일럿압을 감압하는 감압 밸브와, 상기 조작 상황 검출기의 검출 결과에 기초하여 상기 조작 밸브 모두가 중립 위치에 있는지 여부를 판정하고, 상기 조작 밸브 모두가 중립 위치에 있다고 판정한 경우에는, 상기 전자기 밸브를 개방 위치로 설정하여 상기 가변 용량형 펌프의 토출유를 상기 유압 모터에 공급함과 동시에, 상기 파일럿 유로 전환 전자기 밸브를 차단 위치로 설정하는 컨트롤러를 구비한다.
본 발명에 따르면, 조작 밸브 모두가 중립 위치에 있으며 가변 용량형 펌프가 스탠바이 유량을 토출하고 있는 상태에서는, 가변 용량형 펌프의 토출유는 전자기 밸브를 통하여 회생용 유압 모터에 공급되기 때문에, 가변 용량형 펌프의 스탠바이 유량을 유효 이용할 수 있다. 또한, 가변 용량형 펌프의 토출유가 유압 모터에 공급되는 회생 시에는, 파일럿 유로 전환 전자기 밸브가 차단 위치로 설정되고, 가변 용량형 펌프의 틸팅각을 제어하는 레귤레이터에는 감압 밸브에 의해 감압된 파일럿압이 유도되기 때문에, 가변 용량형 펌프의 틸팅각은 크게 유지된다. 따라서, 가변 용량형 펌프로부터 유압 모터에 공급되는 토출유의 유량이 많아지기 때문에, 회생 에너지를 증대시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 하이브리드 건설 기계의 제어 장치의 회로도이다.
도 2는 회생 시의 제어 수순을 도시하는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 하이브리드 건설 기계의 제어 장치의 회로도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 하이브리드 건설 기계의 제어 장치의 회로도이다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 형태에 따른 하이브리드 건설 기계의 제어 장치에 대하여 설명한다. 이하의 실시 형태에서는, 하이브리드 건설 기계가 파워 셔블인 경우에 대하여 설명한다.
(제1 실시 형태)
도 1을 참조하여, 제1 실시 형태에 대하여 설명한다.
파워 셔블에는, 원동기로서의 엔진(73)으로 구동하는 가변 용량형의 제1, 제2 메인 펌프(71, 72)가 설치된다. 제1, 제2 메인 펌프(71, 72)는 동축 회전한다. 엔진(73)에는, 엔진(73)의 여력을 이용하여 발전 기능을 발휘하는 제너레이터(1)가 설치된다. 또한, 엔진(73)에는, 엔진(73)의 회전수를 검출하는 회전수 검출기로서의 회전수 센서(74)가 설치된다.
제1 메인 펌프(71)로부터 토출되는 작동유는 제1 회로 계통(75)에 공급된다. 제1 회로 계통(75)은, 상류측으로부터 순서대로, 선회 모터(76)를 제어하는 조작 밸브(2)와, 아암 실린더(도시 생략)를 제어하는 조작 밸브(3)와, 붐 실린더(77)를 제어하는 붐 2속용 조작 밸브(4)와, 예비용 어태치먼트(도시 생략)를 제어하는 조작 밸브(5)와, 좌측 주행용의 제1 주행용 모터(도시 생략)를 제어하는 조작 밸브(6)를 갖는다. 각 조작 밸브(2 내지 6)는, 제1 메인 펌프(71)로부터 각 액추에이터로 유도되는 토출유의 유량을 제어하여, 각 액추에이터의 동작을 제어한다.
각 조작 밸브(2 내지 6)와 제1 메인 펌프(71)는, 중립 유로(7) 및 중립 유로(7)와 병렬인 평행 유로(8)를 통하여 접속되어 있다. 중립 유로(7)에 있어서의 제1 주행 모터용 조작 밸브(6)의 하류측에는, 파일럿압을 생성하기 위한 조절판(9)이 설치된다. 조절판(9)은, 통과하는 유량이 많으면 상류측에 높은 파일럿압을 생성하고, 통과하는 유량이 적으면 상류측에 낮은 파일럿압을 생성하는 것이다.
중립 유로(7)는, 조작 밸브(2 내지 6) 모두가 중립 위치 또는 중립 위치 근방에 있을 때에는, 제1 메인 펌프(71)로부터 토출된 작동유의 전부 또는 일부를, 조절판(9)을 통하여 탱크(94)로 유도한다. 이때, 조절판(9)을 통과하는 유량은 많아지기 때문에, 높은 파일럿압이 생성된다.
한편, 조작 밸브(2 내지 6)가 풀 스트로크의 상태로 전환되면, 중립 유로(7)가 폐쇄되어 유체의 유통이 없어진다. 이 경우에는, 조절판(9)을 통과하는 유량이 거의 없어져, 파일럿압은 제로를 유지하게 된다. 단, 조작 밸브(2 내지 6)의 조작량에 따라서는, 제1 메인 펌프(71)로부터 토출된 작동유의 일부가 액추에이터로 유도되고, 나머지가 중립 유로(7)로부터 탱크로 유도되게 되기 때문에, 조절판(9)은, 중립 유로(7)의 작동유의 유량에 따른 파일럿압을 생성한다. 즉, 조절판(9)은, 조작 밸브(2 내지 6)의 조작량에 따른 파일럿압을 생성한다.
중립 유로(7)에 있어서의 최하류의 조작 밸브(6)와 조절판(9) 사이에는, 중립 유로 전환 전자기 밸브(10)가 설치된다. 중립 유로 전환 전자기 밸브(10)는, 그 솔레노이드가 컨트롤러(90)에 접속되어 있다. 중립 유로 전환 전자기 밸브(10)는, 솔레노이드가 비여자일 때에는 스프링의 스프링력의 작용으로 도시한 완전 개방 위치로 설정되고, 솔레노이드가 여자일 때에는 스프링의 스프링력에 저항하여 조절판 위치로 설정된다. 중립 유로 전환 전자기 밸브(10)가 조절판 위치로 전환되었을 때의 조절판 개방도는, 조절판(9)의 개방도보다도 작게 설정되어 있다.
중립 유로(7)에 있어서의 조작 밸브(6)와 중립 유로 전환 전자기 밸브(10) 사이에는 파일럿 유로(11)가 접속된다. 파일럿 유로(11)에는, 조절판(9)의 상류측에 발생하는 압력이 파일럿압으로서 유도된다. 파일럿 유로(11)는, 제1 메인 펌프(71)의 틸팅각을 제어하는 레귤레이터(12)에 접속된다. 레귤레이터(12)는, 파일럿 유로(11)의 파일럿압과 역비례하여 제1 메인 펌프(71)의 틸팅각을 제어하여, 제1 메인 펌프(71)의 1회전당의 배출량을 제어한다. 따라서, 조작 밸브(2 내지 6)를 풀 스트로크하여 중립 유로(7)의 흐름이 없어져, 파일럿 유로(11)의 파일럿압이 제로로 되면, 제1 메인 펌프(71)의 틸팅각이 최대로 되어, 1회전당의 배출량이 최대로 된다.
파일럿 유로(11)에는, 감압 밸브(80)와 파일럿 유로 전환 전자기 밸브(81)가 병렬로 설치된다. 파일럿 유로 전환 전자기 밸브(81)는, 감압 밸브(80)를 우회하는 바이패스 유로(82)에 설치된다. 파일럿 유로 전환 전자기 밸브(81)는, 솔레노이드가 비여자일 때에 도시한 연통 위치로 설정되고, 중립 유로(7)로부터 파일럿 유로(11)에 이르는 작동유는 감압 밸브(80)를 우회한다. 한편, 솔레노이드가 여자하였을 때에 차단 위치로 설정되고, 중립 유로(7)는 감압 밸브(80)만을 통하여 파일럿 유로(11)와 연통한다. 이와 같이, 파일럿 유로 전환 전자기 밸브(81)는, 중립 유로(7)와 파일럿 유로(11)의 연통과 차단을 전환하는 것이다.
모든 조작 밸브(2 내지 6)가 중립 위치에 있고, 중립 유로 전환 전자기 밸브(10)가 완전 개방 위치에 있을 때에, 감압 밸브(80)를 우회하여 중립 유로(7)와 파일럿 유로(11)가 연통하면, 조절판(9)의 상류측의 압력이 파일럿압으로서 직접 레귤레이터(12)에 작용한다. 이와 같이, 조작 밸브(2 내지 6) 모두가 중립 위치에 있을 때에, 조절판(9)의 상류측의 압력이 레귤레이터(12)에 직접 작용하면, 제1 메인 펌프(71)는, 최소 틸팅각을 유지하여 스탠바이 유량을 토출한다.
한편, 파일럿 유로 전환 전자기 밸브(81)가 차단 위치로 전환되어, 중립 유로(7)와 파일럿 유로(11)가 감압 밸브(80)를 통하여 연통하면, 레귤레이터(12)로 유도되는 파일럿압은 감압 밸브(80)에 의해 감압된다. 이와 같이, 레귤레이터(12)에 작용하는 파일럿압은, 파일럿 유로 전환 전자기 밸브(81)가 연통 위치에 있을 때보다도 차단 위치에 있을 때 쪽이, 감압 밸브(80)에 의해 감압된 만큼 낮아진다. 따라서, 제1 메인 펌프(71)의 틸팅각이 커지게 되어, 제1 메인 펌프(71)의 1 회전당의 배출량이 상대적으로 많아진다.
파일럿 유로(11)에는, 파일럿 유로(11)의 압력을 검출하는 압력 검출기로서의 제1 압력 센서(13)가 설치된다. 제1 압력 센서(13)에 의해 검출된 압력 신호는 컨트롤러(90)에 출력된다. 파일럿 유로(11)의 파일럿압은, 조작 밸브(2 내지 6)의 조작량에 따라서 변화하기 때문에, 제1 압력 센서(13)가 검출하는 압력 신호는, 제1 회로 계통(75)의 요구 유량에 따라서 변화하게 된다.
또한, 컨트롤러(90)는, 제1 압력 센서(13)가 검출하는 압력 신호에 따라서, 조작 밸브(2 내지 6) 모두가 중립 위치에 있는지의 여부를 판정한다. 즉, 컨트롤러(90)에는, 조작 밸브(2 내지 6) 모두가 중립 위치에 있을 때의 조절판(9)의 상류에 발생하는 압력이 설정 압력으로서 미리 기억되어 있다. 따라서, 제1 압력 센서(13)의 압력 신호가 설정 압력에 도달하였을 때, 컨트롤러(90)는, 조작 밸브(2 내지 6) 모두가 중립 위치에 있고, 그것에 접속된 액추에이터가 비작업의 상태에 있다고 판정할 수 있다. 이와 같이, 컨트롤러(90)는, 제1 압력 센서(13)의 검출 압력에 기초하여 조작 밸브(2 내지 6) 모두가 중립 위치에 있는지의 여부를 판정한다.
파일럿 유로(11)의 파일럿압을 검출하는 제1 압력 센서(13)는, 조작 밸브(2 내지 6)의 조작 상황을 검출하는 조작 상황 검출기에 해당한다. 본 발명의 조작 상황 검출기는, 제1 압력 센서에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 조작 상황 검출기로서, 각 조작 밸브(2 내지 6)의 중립 위치를 검출하는 위치 검출기로서의 센서를 설치하도록 해도 된다. 이 경우, 컨트롤러(90)는, 이 센서의 검출 결과에 기초하여 조작 밸브(2 내지 6) 모두가 중립 위치에 있는지의 여부를 판정한다.
제2 메인 펌프(72)는 제2 회로 계통(78)에 접속하고 있다. 제2 회로 계통(78)은, 그 상류측부터 순서대로, 우측 주행용의 제2 주행용 모터(도시 생략)를 제어하는 조작 밸브(14)와, 버킷 실린더(도시 생략)를 제어하는 조작 밸브(15)와, 붐 실린더(77)를 제어하는 조작 밸브(16)와, 아암 실린더(도시 생략)를 제어하는 아암 2속용 조작 밸브(17)를 갖는다. 조작 밸브(16)에는, 조작 방향 및 조작량을 검출하는 센서가 설치되고, 이 센서의 검출 신호는 컨트롤러(90)에 출력된다. 각 조작 밸브(14 내지 17)는, 제2 메인 펌프(72)로부터 각 액추에이터로 유도되는 토출유의 유량을 제어하여, 각 액추에이터의 동작을 제어한다.
각 조작 밸브(14 내지 17)와 제2 메인 펌프(72)는, 중립 유로(18) 및 중립 유로(18)와 병렬인 평행 유로(19)를 통하여 접속되어 있다. 중립 유로(18)에 있어서의 조작 밸브(17)의 하류측에는, 파일럿압을 생성하기 위한 조절판(20)이 설치된다. 조절판(20)은, 제1 메인 펌프(71)측의 조절판(9)과 동일한 기능을 갖는 것이다.
중립 유로(18)에 있어서의 최하류의 조작 밸브(17)와 조절판(20) 사이에는, 중립 유로 전환 전자기 밸브(21)가 설치된다. 중립 유로 전환 전자기 밸브(21)는, 제1 메인 펌프(71)측의 중립 유로 전환 전자기 밸브(10)와 동일한 구성이다.
중립 유로(18)에 있어서의 조작 밸브(17)와 중립 유로 전환 전자기 밸브(21) 사이에는 파일럿 유로(22)가 접속된다. 파일럿 유로(22)에는, 조절판(20)의 상류측에 발생하는 압력이 파일럿압으로서 유도된다. 파일럿 유로(22)는, 제2 메인 펌프(72)의 틸팅각을 제어하는 레귤레이터(23)에 접속된다.
파일럿 유로(22)에는, 감압 밸브(84)와 파일럿 유로 전환 전자기 밸브(85)가 병렬로 설치된다. 파일럿 유로 전환 전자기 밸브(85)는, 감압 밸브(84)를 우회하는 바이패스 유로(86)에 설치된다. 레귤레이터(23), 감압 밸브(84) 및 파일럿 유로 전환 전자기 밸브(85)는, 제1 메인 펌프(71)측의 레귤레이터(12), 감압 밸브(80) 및 파일럿 유로 전환 전자기 밸브(81)와 동일한 구성이고, 그들의 작동도 동일하기 때문에, 설명을 생략한다.
제1, 제2 메인 펌프(71, 72)에는 각각 유로(55, 56)가 접속되고, 유로(55, 56)에는 각각 전자기 밸브(58, 59)가 설치된다. 유로(55, 56)는, 제1, 제2 회로 계통(75, 78)의 상류측에서 제1, 제2 메인 펌프(71, 72)에 접속되어 있다. 전자기 밸브(58, 59)는, 솔레노이드가 컨트롤러(90)에 접속되어 있다. 전자기 밸브(58, 59)는, 솔레노이드가 비여자일 때에 도시한 폐쇄 위치로 설정되고, 솔레노이드가 여자하였을 때에 개방 위치로 설정된다.
전자기 밸브(58, 59)는, 합류 통로(57) 및 체크 밸브(60)를 통하여 유압 모터(88)에 접속된다. 유압 모터(88)는, 발전기(91)와 연계하여 회전함과 동시에, 이 발전기(91)에서 발전된 전력은 인버터(92)를 통하여 배터리(26)에 충전된다. 또한, 유압 모터(88)와 발전기(91)는, 직접 연결해도 되고, 감속기를 통하여 연결해도 된다.
제1, 제2 회로 계통(75, 78)의 어느 하나의 조작 밸브, 예를 들어 제1 회로 계통(75)의 어느 하나의 조작 밸브를 전환하여, 그 조작 밸브에 접속한 액추에이터를 작동시키면, 그 조작 밸브의 조작량에 따라서 중립 유로(7)에 흐르는 유량이 변화한다. 그리고, 중립 유로(7)를 흐르는 작동유의 유량에 따라서, 파일럿압 발생용 조절판(9)의 상류측에 발생하는 파일럿압이 변화된다. 이 파일럿압에 따라서 레귤레이터(12)는 제1 메인 펌프(71)의 틸팅각을 제어한다. 즉, 파일럿압이 작아지면 작아질수록, 틸팅각을 크게 하여 제1 메인 펌프(71)의 1회전당의 배출량을 많게 한다. 반대로, 파일럿압이 커지면 커질수록, 틸팅각을 작게 하여 제1 메인 펌프(71)의 1회전당의 배출량을 적게 한다. 이 작용은, 제2 메인 펌프(72)와 제2 회로 계통(78)의 관계에 있어서도 동일하다.
유압 모터(88)를 회전시켜 배터리(26)를 충전하기 위해서는, 오퍼레이터가 컨트롤러(90)에 스탠바이 회생 지령 신호를 수동 조작하여 입력함으로써 행해진다. 오퍼레이터로부터 스탠바이 회생 지령 신호가 입력되지 않은 상태에서는, 컨트롤러(90)는, 중립 유로 전환 전자기 밸브(10, 21), 파일럿 유로 전환 전자기 밸브(81, 85) 및 전자기 밸브(58, 59) 모두를 도시한 노멀 위치로 보유 지지한다. 이 상태에서는, 제1, 제2 메인 펌프(70, 71)의 틸팅각은, 파일럿압 발생용 조절판(9, 20)의 상류측의 압력으로 제어되게 된다. 따라서, 이 상태에서, 조작 밸브(2 내지 6, 14 내지 17) 모두가 중립 위치로 유지되면, 파일럿 유로(11, 22)로 유도되는 파일럿압이 최대로 된다. 파일럿압이 최대로 되면, 레귤레이터(12, 23)가 제1, 제2 메인 펌프(71, 72)의 틸팅각을 작게 하여 1회전당의 배출량을 최소로 제어하기 때문에, 제1, 제2 메인 펌프(71, 72)는 스탠바이 유량을 토출한다.
다음으로, 도 2를 참조하여, 오퍼레이터가 수동 조작에 의해, 컨트롤러(90)에 스탠바이 회생 지령 신호를 입력한 경우에 대하여 설명한다. 도 2에 도시한 제어 수순은 컨트롤러(90)에 의해 실행된다. 컨트롤러(90)에는, 제어 장치 전체의 처리 동작을 제어하는 CPU, CPU의 처리 동작에 필요한 프로그램, 데이터 등이 기억된 ROM 및 ROM으로부터 판독된 데이터나 각 계기에 의해 판독된 데이터 등을 일시적으로 기억하는 RAM 등이 저장되어 있다.
스텝 1에서는, 오퍼레이터의 수동 조작에 의해 스탠바이 회생 지령 신호의 입력이 있는지의 여부가 판정된다. 스탠바이 회생 지령 신호가 입력되었다고 판정된 경우에는 스텝 2로 진행한다.
스텝 2에서는, 제1, 제2 압력 센서(13, 24)의 검출 압력이 설정 압력 이상인지의 여부가 판정된다. 검출 압력이 설정 압력 미만으로 판정된 경우에는, 제1, 제2 회로 계통(75, 78)의 어느 하나의 조작 밸브(2 내지 6, 14 내지 17)가 중립 위치에 없어 액추에이터가 작업 중이라고 판정하고 스텝 3으로 진행한다.
스텝 3에서는, 중립 유로 전환 전자기 밸브(10, 21), 전자기 밸브(58, 59) 및 파일럿 유로 전환 전자기 밸브(81, 85)는 노멀 위치로 보유 지지되어 스텝 1로 돌아간다.
스텝 2에서 제1, 제2 압력 센서(13, 24)의 검출 압력이 설정 압력 이상으로 판정된 경우에는, 모든 조작 밸브(2 내지 6, 14 내지 17)가 중립 위치에 있어 액추에이터가 비작업 상태라고 판정하고 스텝 4로 진행한다.
스텝 4에서는, 검출 압력이 설정 압력 이상인 상태가 T초간 경과하는지의 여부가 판정된다. T초간 경과하기 전에, 제1, 제2 압력 센서(13, 24)의 검출 압력이 설정 압력 미만으로 되면, 스텝 1로 돌아간다. 한편, 검출 압력이 설정 압력 이상인 상태가 T초간 경과하면 스텝 5로 진행한다.
스텝 5에서는, 중립 유로 전환 전자기 밸브(10, 21) 및 전자기 밸브(58, 59)의 솔레노이드가 여자되어, 중립 유로 전환 전자기 밸브(10, 21)는 조절판 위치로 전환되고, 전자기 밸브(58, 59)는 개방 위치로 전환된다. 이에 의해, 제1, 제2 메인 펌프(71, 72)로부터 토출된 작동유는, 유로(55, 56) 및 합류 통로(57)를 통하여 유압 모터(88)에 공급된다.
스텝 6에서는, 회전수 센서(74)에 의해 검출된 엔진(73)의 회전수가 미리 정해진 설정 회전수 이하인지의 여부가 판정된다. 이 설정 회전수는, 컨트롤러(90)의 ROM에 미리 기억되어 있다. 엔진 회전수가 설정 회전수 이하가 아니라 설정 회전수를 초과한다고 판정된 경우에는 스텝 7로 진행한다. 스텝 7에서는, 파일럿 유로 전환 전자기 밸브(81, 85)는, 솔레노이드가 비여자로 유지되어, 개방 위치로 유지된다. 이에 의해, 파일럿 유로(11, 22)의 파일럿압은, 파일럿 유로 전환 전자기 밸브(81, 85) 및 파일럿 유로(11, 22)를 통하여 레귤레이터(12, 23)로 유도된다. 따라서, 제1, 제2 메인 펌프(71, 72)는 스탠바이 유량을 토출하기 위한 틸팅각을 유지한다. 이와 같이, 엔진 회전수가 높은 경우에는, 파일럿 유로 전환 전자기 밸브(81, 85)는 개방 위치로 유지되고, 제1, 제2 메인 펌프(71, 72)는 스탠바이 유량을 토출하는 틸팅각으로 유지된다. 이것은, 엔진 회전수가 높으면, 제1, 제2 메인 펌프(71, 72)는, 1회전당의 배출 용적이 적어도, 소정의 토출량을 확보할 수 있기 때문이다.
한편, 스텝 6에서 엔진 회전수가 설정 회전수 이하라고 판정된 경우에는 스텝 8로 진행한다. 스텝 8에서는, 파일럿 유로 전환 전자기 밸브(81, 85)는, 솔레노이드가 여자되어, 폐쇄 위치로 전환된다. 이에 의해, 파일럿 유로(11, 22)의 파일럿압은, 감압 밸브(80, 84)에 의해 감압되어, 레귤레이터(12, 23)로 유도된다. 따라서, 제1, 제2 메인 펌프(71, 72)는, 그 틸팅각이 스탠바이 유량을 토출할 때보다도 커지게 되어, 1회전당의 배출량이 많아지기 때문에, 엔진 회전수가 낮아도 소정의 토출량을 확보할 수 있다.
스텝 7 및 스텝 8 중 어느 것에 있어서도, 제1, 제2 메인 펌프(71, 72)로부터 토출된 작동유는, 전자기 밸브(58, 59)를 경유하여 유압 모터(88)에 공급되고, 유압 모터(88)의 구동력으로 발전기(91)가 회전하여 발전한다(스텝 9). 발전기(91)에서 발전된 전력은, 인버터(92)를 통하여 배터리(26)에 충전된다. 이상과 같이 하여, 제1, 제2 메인 펌프(71, 72)가 토출하는 스탠바이 유량에 의해 회생이 행해진다.
유압 모터(88)가 회전하고 있는 동안, 스텝 2로 돌아가서 제어 플로우가 반복된다. 반복의 과정에서, 조작 밸브(2 내지 6, 14 내지 17) 중 어느 하나가 조작되어, 스텝 2에서 파일럿 유로(11, 22)의 파일럿압이 설정 압력 미만으로 판정된 경우에는, 액추에이터가 작업 중이라고 판정하고 스텝 3으로 진행하고, 스텝 3으로부터 스텝 1로 돌아간다. 스텝 3에서는, 중립 유로 전환 전자기 밸브(10, 21), 전자기 밸브(58, 59) 및 파일럿 유로 전환 전자기 밸브(81, 85)는, 솔레노이드가 비여자로 전환되어, 노멀 위치로 복귀한다. 이에 의해, 제1, 제2 메인 펌프(71, 72)로부터 유압 모터(88)에의 작동유의 공급이 차단되어, 스탠바이 회생 동작이 정지한다. 또한, 레귤레이터(12, 23)는, 제1, 제2 메인 펌프(71, 72)의 틸팅각을, 조작 밸브(2 내지 6, 14 내지 17)의 조작량에 따른 요구 유량에 매치시킨다.
여기서, 만약, 중립 유로 전환 전자기 밸브(10, 21)가 완전 개방 위치와 조절판 위치를 갖는 전환 밸브가 아니라, 완전 개방 위치와 완전 폐쇄 위치를 갖는 전환 밸브인 경우에는, 스탠바이 회생 동작 시에는 중립 유로 전환 전자기 밸브(10, 21)는 완전 폐쇄 위치로 설정되고, 조작 밸브(2 내지 6, 14 내지 17) 중 어느 하나가 중립 위치로부터 전환되어 액추에이터가 작동할 때에는, 중립 유로 전환 전자기 밸브(10, 21)는 완전 폐쇄 위치로부터 완전 개방 위치로 전환된다(스텝 3). 이 전환 시, 파일럿 유로(11, 22)의 압력은 오일 누설분만 내려가기 때문에, 제1, 제2 메인 펌프(71, 72)의 틸팅각은 원활하게 커지지 않는다. 그 때문에, 제1, 제2 메인 펌프(71, 72)의 토출량이, 조작 밸브(2 내지 6, 14 내지 17)의 전환량에 비례한 유량으로 복귀하는 데에 시간이 걸린다. 그러나, 본 제1 실시 형태에서는, 중립 유로 전환 전자기 밸브(10, 21)는 완전 개방 위치와 조절판 위치를 갖는 전환 밸브이기 때문에, 중립 유로 전환 전자기 밸브(10, 21)가 조절판 위치로부터 완전 개방 위치로 전환될 때, 파일럿 유로(11, 22)의 압력은, 조절판을 통하여 빠르게 빠져나간다. 이 때문에, 조작 밸브(2 내지 6, 14 내지 17) 중 어느 하나가 중립 위치로부터 전환되어 액추에이터가 작동할 때에는, 제1, 제2 메인 펌프(71, 72)의 토출량이, 조작 밸브(2 내지 6, 14 내지 17)의 전환량에 비례한 유량으로 복귀하는 데에 시간이 걸리지 않는다.
도 2에 도시한 제어 플로우에서는, 파일럿 유로(11, 22)의 파일럿압을 감압 밸브(80, 84)에 의해 감압할지의 여부(스텝 7, 8)는, 엔진 회전수에 따라서 결정하였다(스텝 6). 그러나, 스텝 6 내지 8을 생략하고, 스텝 4에서 검출 압력이 설정 압력 이상인 상태가 T초간 경과한 경우에는, 스텝 5에서 중립 유로 전환 전자기 밸브(10, 21) 및 전자기 밸브(58, 59)의 솔레노이드를 여자함과 동시에, 파일럿 유로 전환 전자기 밸브(81, 85)의 솔레노이드를 여자하도록 해도 된다. 즉, 엔진 회전수에 관계없이, 파일럿 유로(11, 22)의 파일럿압을 감압 밸브(80, 84)에 의해 감압하도록 해도 된다.
이상의 제1 실시 형태에 따르면, 이하에 나타내는 작용 효과를 발휘한다.
제1, 제2 메인 펌프(71, 72)로부터 각 액추에이터로 유도되는 토출유의 유량을 제어하는 조작 밸브(2 내지 6, 14 내지 17)가 중립 위치이고, 제1, 제2 메인 펌프(71, 72)가 스탠바이 유량을 토출하고 있는 상태에서는, 레귤레이터(12, 23)에는 감압 밸브(80, 84)에 의해 감압된 파일럿압이 유도된다. 이에 의해, 제1, 제2 메인 펌프(71, 72)의 틸팅각이 최소각보다 크게 유지되게 된다. 틸팅각이 크게 유지되면, 제1, 제2 메인 펌프(71, 72)의 1회전당의 배출 용적은, 틸팅각이 최소일 때보다도 커진다.
따라서, 배터리(26)를 충전하기 위한 에너지가 충분히 확보된다. 또한, 배출 용적을 크게 한 상태에서 제1, 제2 메인 펌프(71, 72)를 사용할 수 있으므로, 펌프 효율도 좋아져, 전체적으로도 에너지 효율이 향상된다. 또한, 1회전당의 배출 용적을 크게 할 수 있으므로, 펌프의 회전수를 올리지 않아도, 배터리(26)를 충전하기 위한 에너지를 충분히 확보할 수 있다. 따라서, 원동기인 엔진의 회전수를 올리지 않아도 되고, 그만큼, 에너지의 소비량이 적어짐과 동시에, 엔진 소리에 기인하는 소음도 저감할 수 있다.
(제2 실시 형태)
도 3을 참조하여, 제2 실시 형태에 대하여 설명한다. 이하에서는, 제1 실시 형태와 다른 점을 설명한다.
제2 실시 형태에서는, 파일럿 유로 전환 전자기 밸브(81, 85)의 구성이 제1 실시 형태와 다르다. 또한, 파일럿 유로(11, 22)에 서브 파일럿 유로(95)가 접속되고, 서브 파일럿 유로(95)에는 파일럿 유로(11, 22)를 통하여 파일럿 압유를 공급하는 파일럿압원으로서의 파일럿 펌프(96)가 접속된다. 또한, 제1, 제2 압력 센서(13, 24)는, 파일럿 유로 전환 전자기 밸브(81, 85)의 상류에 설치된다. 이들 이외의 구성은, 제1 실시 형태와 동일이고, 그 설명은 생략한다.
파일럿 유로 전환 전자기 밸브(81, 85)는, 파일럿 유로(11, 22)에 설치되고, 제1 위치와 제2 위치로 전환 가능하다. 파일럿 유로 전환 전자기 밸브(81, 85)는, 솔레노이드를 비여자로 하였을 때에 노멀 상태에서 제1 위치로 설정되고, 솔레노이드를 여자하였을 때에 제2 위치로 설정된다. 제1 위치에 있어서는, 파일럿 유로(11, 22)와 중립 유로(7, 18)를 연통시킴과 동시에, 파일럿 유로(11, 22)와 서브 파일럿 유로(95)의 연통을 차단한다. 한편, 제2 위치에 있어서는, 파일럿 유로(11, 22)와 서브 파일럿 유로(95)를 연통시킴 동시에, 파일럿 유로(11, 22)와 중립 유로(7, 18)의 연통을 차단한다. 이와 같이, 파일럿 유로 전환 전자기 밸브(81, 85)는, 파일럿 유로(11, 22)에 대하여 중립 유로(7, 18) 또는 서브 파일럿 유로(95)를 선택적으로 연통시킨다.
서브 파일럿 유로(95)에는, 파일럿 펌프(96)와 파일럿 유로 전환 전자기 밸브(81, 85) 사이에, 감압 밸브(80, 84)가 설치된다. 파일럿 펌프(96)와 파일럿 유로 전환 전자기 밸브(81, 85) 사이에 감압 밸브(80, 84)를 설치한 것은, 파일럿 펌프(96)로부터 공급되는 파일럿압을 안정시키기 위해서이다. 감압 밸브(80, 84)에 의해 감압된 파일럿압은, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 제1, 제2 메인 펌프(71, 72)가 스탠바이 유량을 토출할 때에 필요로 하는 파일럿압보다도 낮게 설정된다.
컨트롤러(90)는, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 각 조작 밸브(2 내지 6, 14 내지 17)에 접속된 액추에이터가 작업 중일 때에는, 중립 유로 전환 전자기 밸브(10, 21), 전자기 밸브(58, 59) 및 파일럿 유로 전환 전자기 밸브(81, 85)의 솔레노이드를 비여자로 하여, 노멀 위치로 유지한다. 따라서, 중립 유로(7, 18)의 압력이 직접 레귤레이터(12, 23)로 유도되고, 제1, 제2 메인 펌프(71, 72)는, 조작 밸브가 요구하는 유량을 확보하기 위한 틸팅각을 유지한다.
한편, 오퍼레이터의 수동 조작에 의해 스탠바이 회생 지령 신호가 입력되고, 또한 모든 조작 밸브(2 내지 6, 14 내지 17)가 중립 위치에 있어 액추에이터가 비작업 상태인 경우에는, 컨트롤러(90)는, 도 2에 도시한 제어 플로우에 따라서 제1, 제2 메인 펌프(71, 72)의 틸팅각을 제어한다.
(제3 실시 형태)
도 4를 참조하여, 제3 실시 형태에 대하여 설명한다. 이하에서는, 제1 실시 형태와 다른 점을 설명한다.
제3 실시 형태는, 파일럿 유로 전환 전자기 밸브(81, 85)에, 제1 실시 형태의 중립 유로 전환 전자기 밸브(10, 21)의 기능을 갖게 함과 동시에, 중립 유로 전환 전자기 밸브(10, 21)의 조절판을, 파일럿 유로 전환 전자기 밸브(81, 85)의 외부에 조절판(98)으로서 설치하였다. 또한, 중립 유로(7, 18)에는 병렬 유로(97)가 병렬로 접속되고, 병렬 유로(97)에는 감압 밸브(80, 84)가 설치된다. 이들 이외의 구성은, 제1 실시 형태와 동일이고, 그 설명은 생략한다.
파일럿 유로 전환 전자기 밸브(81, 85)는, 제1 내지 제3 위치로 전환 가능하고, 노멀 위치인 제1 위치에 있어서, 중립 유로(7, 18)를 조절판(9, 20)과 파일럿 유로(11, 22)에 연통시킨다. 중립 유로(7, 18)에 있어서의 파일럿 유로 전환 전자기 밸브(81, 85)와 조절판(9, 20) 사이에는 파일럿 유로(11, 20)가 접속되고, 파일럿 유로(11, 20)에는 조절판(98)이 설치된다. 파일럿 유로 전환 전자기 밸브(81, 85)가 제1 위치일 때에는, 중립 유로(7, 18)는 조절판(98)의 하류에 접속된다. 조절판(98)은, 제1 실시 형태의 중립 유로 전환 전자기 밸브(10, 21)의 조절판과 동일한 기능을 달성하는 것이다.
파일럿 유로 전환 전자기 밸브(81, 85)가 제2 위치에 있을 때에는, 중립 유로(7, 18)와 조절판(9, 20)의 연통은 차단되고, 중립 유로(7, 18)는 파일럿 유로(11, 20)에 있어서의 조절판(98)의 하류에 접속된다. 또한, 제3 위치에 있을 때에는, 중립 유로(7, 18)와 조절판(9, 20)의 연통은 차단되고, 병렬 유로(97)가 파일럿 유로(11, 20)에 있어서의 조절판(98)의 하류에 접속되고, 파일럿 유로(11, 20)의 파일럿압은 감압 밸브(80, 84)에 의해 감압된다. 이와 같이, 파일럿 유로 전환 전자기 밸브(81, 85)는, 파일럿 유로(11, 22)에 대하여 중립 유로(7, 18) 또는 병렬 유로(97)를 선택적으로 연통시킨다.
제3 실시 형태에서는, 파일럿 유로 전환 전자기 밸브(81, 85)는, 도 2에 도시한 제어 플로우의 스텝 5에서 제2 위치로 전환되고, 스텝 8에서 제3 위치로 전환되고, 그 밖에는 제1 실시 형태와 동일이다.
또한, 이상의 설명에서는, 제1, 제2 회로 계통(75, 78)의 조작 밸브(2 내지 6, 14 내지 17) 모두가 중립 위치로 유지되어 있는 경우에, 스탠바이 회생 동작이 행해지는 것으로 설명하였다. 그러나, 제1, 제2 회로 계통(75, 78) 중 어느 한쪽, 즉, 조작 밸브(2 내지 6) 또는 조작 밸브(14 내지 17)가 중립 위치에 있을 때에도 유압 모터(88)가 회전하여 스탠바이 회생 동작이 행해진다. 즉, 컨트롤러(90)는, 제1 압력 센서(13)의 압력 신호에 기초하여 전자기 밸브(58)를 개방 위치로 설정하고, 제2 압력 센서(24)의 압력 신호에 기초하여 전자기 밸브(59)를 개방 위치로 설정한다. 이와 같이, 제1, 제2 메인 펌프(71, 72) 중 어느 한쪽의 토출유가 유압 모터(88)에 공급되면, 유압 모터(88)의 구동력으로 발전기(91)가 회전하여 발전이 행해진다.
또한, 엔진(73)에 설치한 제너레이터(1)는 배터리 차저(25)에 접속되고, 제너레이터(1)가 발전한 전력은 배터리 차저(25)를 통하여 배터리(26)에 충전된다. 배터리 차저(25)는, 통상의 가정용 전원(27)에 접속한 경우에도, 배터리(26)에 전력을 충전할 수 있도록 하고 있다. 이와 같이, 배터리 차저(25)는, 독립 전원에도 접속 가능하다.
이상의 제1 내지 제3 실시 형태는, 액추에이터가 비작업 상태이고 엔진(73)의 회전수가 낮을 때에, 제1, 제2 메인 펌프(71, 72)의 틸팅각을 크게 하여, 1회전당의 배출량을 많게 하여, 엔진(73)의 회전수가 낮아도 효율이 좋은 충전을 할 수 있도록 한 것이다. 실시 형태로서 도시한 도 1, 도 3, 및 도 4에는, 충전을 다양화시킴과 동시에, 충전한 전력을 이용하는 시스템도 개시하고 있다. 이하에는, 이 시스템에 대하여 설명한다.
선회 모터용 조작 밸브(2)의 액추에이터 포트에는, 선회 모터(76)에 연통하는 통로(28, 29)가 접속됨과 동시에, 통로(28, 29)의 각각에는 브레이크 밸브(30, 31)가 접속된다. 조작 밸브(2)를 중립 위치로 유지하고 있을 때에는, 액추에이터 포트가 폐쇄되어 선회 모터(76)는 정지 상태를 유지한다.
선회 모터(76)의 정지 상태로부터 조작 밸브(2)를 어느 한쪽의 방향으로 전환하면, 한쪽의 통로(28)가 제1 메인 펌프(71)에 접속되고, 다른 쪽의 통로(29)가 탱크에 연통한다. 이에 의해, 통로(28)로부터 작동유가 공급되어 선회 모터(76)가 회전함과 동시에, 선회 모터(76)로부터의 복귀 오일이 통로(29)를 통하여 탱크로 복귀된다. 조작 밸브(2)를 상기와는 반대 방향으로 전환하면, 통로(29)가 제1 메인 펌프(71)에 접속되고, 통로(28)가 탱크에 연통하고, 선회 모터(76)는 역회전한다.
선회 모터(76)의 회전 중에는, 브레이크 밸브(30 또는 31)가 릴리프 밸브의 기능을 발휘하여, 통로(28, 29)가 설정 압력 이상으로 되었을 때에, 브레이크 밸브(30, 31)가 밸브 개방하여, 통로(28, 29)의 압력을 설정 압력으로 유지한다. 또한, 선회 모터(76)의 회전 중에, 조작 밸브(2)를 중립 위치로 복귀시키면, 조작 밸브(2)의 액추에이터 포트가 폐쇄된다. 이와 같이 조작 밸브(2)의 액추에이터 포트가 폐쇄되어도, 선회 모터(76)는 관성 에너지에 의해 계속해서 회전하기 때문에, 선회 모터(76)가 펌프 작용을 한다. 이때, 통로(28, 29), 선회 모터(76) 및 브레이크 밸브(30, 31)에 의해 폐쇄 회로가 구성됨과 동시에, 브레이크 밸브(30, 31)에 의해 관성 에너지가 열에너지로 변환된다.
한편, 조작 밸브(16)를 중립 위치로부터 한쪽의 방향으로 전환하면, 제2 메인 펌프(72)로부터 토출된 작동유는, 통로(32)를 통하여 붐 실린더(77)의 피스톤측실(33)에 공급됨과 동시에, 로드측실(34)로부터의 복귀 오일은 통로(35)를 통하여 탱크로 복귀되고, 붐 실린더(77)는 신장한다. 조작 밸브(16)를 상기와는 반대 방향으로 전환하면, 제2 메인 펌프(72)로부터 토출된 작동유는, 통로(35)를 통하여 붐 실린더(77)의 로드측실(34)에 공급됨과 동시에, 피스톤측실(33)로부터의 복귀 오일은 통로(32)를 통하여 탱크로 복귀되고, 붐 실린더(77)는 수축한다. 붐 2속용 조작 밸브(3)는, 조작 밸브(16)와 연동하여 전환하는 것이다. 붐 실린더(77)의 피스톤측실(33)과 조작 밸브(16)를 접속하는 통로(32)에는, 컨트롤러(90)에 의해 개방도가 제어되는 비례 전자기 밸브(36)가 설치된다. 비례 전자기 밸브(36)는 노멀 상태에서 완전 개방 위치를 유지한다.
다음으로, 제1, 제2 메인 펌프(71, 72)의 출력을 어시스트하는 가변 용량형의 서브 펌프(89)에 대하여 설명한다. 서브 펌프(89)는, 발전기(91)를 전동 모터로서 사용하였을 때의 구동력에 의해 회전하고, 전동 모터(91)[발전기(91)]의 구동력에 의해, 유압 모터(88)도 동축 회전한다. 전동 모터(91)에는 인버터(92)를 통하여 배터리(26)가 접속되고, 인버터(92)에 접속된 컨트롤러(90)에 의해 전동 모터(91)의 회전수 등이 제어된다. 또한, 서브 펌프(89) 및 유압 모터(88)의 틸팅각은 경사각 제어기(37, 38)에 의해 제어되고, 경사각 제어기(37, 38)는 컨트롤러(90)의 출력 신호에 의해 제어된다.
서브 펌프(89)에는 토출 통로(39)가 접속된다. 토출 통로(39)는, 제1 메인 펌프(71)의 토출측에 합류하는 제1 어시스트 유로(40)와, 제2 메인 펌프(72)의 토출측에 합류하는 제2 어시스트 유로(41)로 분기하여 형성된다. 제1, 제2 어시스트 유로(40, 41)의 각각에는, 컨트롤러(90)의 출력 신호에 의해 개방도가 제어되는 제1, 제2 전자기 비례 스로틀 밸브(42, 43)가 설치된다. 또한, 제1, 제2 어시스트 유로(40, 41)의 각각에는, 제1, 제2 전자기 비례 스로틀 밸브(42, 43)의 하류에, 서브 펌프(89)로부터 제1, 제2 메인 펌프(71, 72)로의 작동유의 흐름만을 허용하는 체크 밸브(44, 45)가 설치된다.
유압 모터(88)에는 접속용 통로(46)가 접속된다. 접속용 통로(46)는, 도입 통로(47) 및 체크 밸브(48, 49)를 통하여, 선회 모터(76)에 접속된 통로(28, 29)에 접속되어 있다. 도입 통로(47)에는, 컨트롤러(90)에 의해 개폐 제어되는 전자기 전환 밸브(50)가 설치된다. 또한, 전자기 전환 밸브(50)와 체크 밸브(48, 49) 사이에는, 선회 모터(76)의 선회 시의 압력 혹은 브레이크 시의 압력을 검출하는 압력 센서(51)가 설치되고, 압력 센서(51)의 압력 신호는 컨트롤러(90)에 출력된다.
도입 통로(47)에 있어서의 전자기 전환 밸브(50)의 하류에는, 도입 통로(47)의 압력이 소정 압력에 도달한 경우에 접속용 통로(46)로 작동유를 유도하는 안전 밸브(52)가 설치된다. 안전 밸브(52)는, 예를 들어 전자기 전환 밸브(50) 등, 도입 통로(47) 계통에 고장이 발생하였을 때에, 통로(28, 29)의 압력을 유지하여 선회 모터(76)가 소위 도주(逸走)하는 것을 방지하기 위한 것이다.
붐 실린더(77)와 비례 전자기 밸브(36) 사이에는, 접속용 통로(46)에 연통하는 도입 통로(53)가 설치된다. 도입 통로(53)에는 컨트롤러(90)에 의해 개폐가 제어되는 전자기 개폐 밸브(54)가 설치된다.
다음으로, 서브 펌프(89)의 어시스트력을 이용하는 경우에 대하여 설명한다. 서브 펌프(89)의 어시스트 유량은 미리 설정되고, 컨트롤러(90)는, 서브 펌프(89)의 틸팅각, 유압 모터(88)의 틸팅각 및 전동 모터(91)의 회전수 등을 어떻게 제어하면 가장 효율적인지를 판단하여 각각의 제어를 실행한다.
제1 회로 계통(75) 혹은 제2 회로 계통(78)의 어느 하나의 조작 밸브가 전환되었을 때, 중립 유로 전환 전자기 밸브(10, 21)는 조절판 위치로부터 개방 위치로 전환된다. 이에 의해, 파일럿 유로(11, 22)의 파일럿압이 낮아지고, 그 낮아진 파일럿압 신호가 제1, 제2 압력 센서(13, 24)를 통하여 컨트롤러(90)에 출력된다. 컨트롤러(90)는, 제1, 제2 압력 센서(13, 24)의 파일럿압 신호에 기초하여, 전자기 밸브(58, 59)를 폐쇄 위치로 전환한다. 제1, 제2 메인 펌프(71, 72)는 낮아진 파일럿압에 수반하여 1회전당의 배출량이 증대하고, 제1, 제2 메인 펌프(71, 72)의 전체 토출량이 제1, 제2 회로 계통(75, 78)에 접속된 액추에이터에 공급된다.
제1, 제2 메인 펌프(71, 72)의 1회전당의 배출량을 증대할 때에는, 컨트롤러(90)는, 전동 모터(91)를 회전한 상태로 유지한다. 전동 모터(91)의 구동원은 배터리(26)에 축전된 전력이고, 이 전력의 일부는, 제1, 제2 메인 펌프(71, 72)로부터 토출된 작동유를 이용하여 축전한 것이기 때문에, 에너지 효율이 매우 좋은 것으로 된다. 전동 모터(91)의 구동력에 의해 서브 펌프(89)가 회전하면, 서브 펌프(89)로부터 어시스트 유량이 토출된다. 컨트롤러(90)는, 제1, 제2 압력 센서(13, 24)로부터의 압력 신호에 따라서, 제1, 제2 전자기 비례 스로틀 밸브(42, 43)의 개방도를 제어하여, 서브 펌프(89)의 토출량을 비례 배분하여 제1, 제2 회로 계통(75, 78)에 공급한다.
한편, 제1 회로 계통(75)에 접속된 선회 모터(76)를 구동하기 위해서, 조작 밸브(2)를 한쪽의 방향으로 전환하면, 한쪽의 통로(28)가 제1 메인 펌프(71)에 연통하고, 다른 쪽의 통로(29)가 탱크에 연통하여, 선회 모터(76)가 회전한다. 이때의 선회압은 브레이크 밸브(30)의 설정압으로 유지된다. 한편, 조작 밸브(2)를 상기와는 반대 방향으로 전환하면, 다른 쪽의 통로(29)가 제1 메인 펌프(71)에 연통하고, 한쪽의 통로(28)가 탱크에 연통하여, 선회 모터(76)가 회전한다. 이때의 선회압도 브레이크 밸브(31)의 설정압으로 유지된다. 또한, 선회 모터(76)가 한창 선회하고 있는 중에 조작 밸브(2)가 중립 위치로 전환되면 통로(28, 29) 사이에서 폐쇄 회로가 구성되고, 브레이크 밸브(30 또는 31)가 폐쇄 회로의 브레이크압을 유지하여 관성 에너지를 열에너지로 변환한다.
통로(28, 29)의 압력은, 선회 동작 혹은 브레이크 동작에 필요한 압력으로 유지되어 있지 않으면, 선회 모터(76)를 선회시키거나, 브레이크를 걸거나 할 수 없게 된다. 따라서, 통로(28, 29)의 압력을, 선회압 혹은 브레이크압으로 유지하기 위해서, 컨트롤러(90)는 유압 모터(88)의 틸팅각을 제어하면서, 선회 모터(76)의 부하를 제어한다. 즉, 컨트롤러(90)는, 압력 센서(51)에 의해 검출된 압력이 선회 모터(76)의 선회압 혹은 브레이크압과 거의 동등하게 되도록, 유압 모터(88)의 틸팅각을 제어한다.
도입 통로(47) 및 접속용 통로(46)를 통하여 유압 모터(88)에 작동유가 공급되어, 유압 모터(88)가 회전력을 얻으면, 그 회전력은 동축 회전하는 전동 모터(91)에 작용한다. 유압 모터(88)의 회전력은, 전동 모터(91)에 대한 어시스트력으로서 작용한다. 따라서, 유압 모터(88)의 회전력만큼, 전동 모터(91)의 소비 전력을 적게 할 수 있다. 또한, 유압 모터(88)의 회전력으로 서브 펌프(89)의 회전력을 어시스트할 수도 있고, 이 경우에는, 유압 모터(88)와 서브 펌프(89)가 더불어 압력 변환 기능을 발휘한다.
접속용 통로(46)에 유입하는 작동유의 압력은 펌프 토출압보다도 낮은 경우가 많다. 이 낮은 압력을 이용하여 서브 펌프(89)에 높은 토출압을 유지시키기 위해서, 유압 모터(88) 및 서브 펌프(89)에 의해 증압 기능을 발휘시키도록 하고 있다. 즉, 유압 모터(88)의 출력은, 1회전당의 배출 용적 Q1과 그때의 압력 P1의 곱으로 정해진다. 또한, 서브 펌프(89)의 출력은, 1회전당의 배출 용적 Q2와 그때의 토출압 P2의 곱으로 정해진다. 유압 모터(88)와 서브 펌프(89)는 동축 회전하므로, Q1×P1 = Q2×P2가 성립한다. 따라서, 예를 들어, 유압 모터(88)의 상기 배출 용적 Q1을 서브 펌프(89)의 배출 용적 Q2의 3배, 즉 Q1 = 3Q2로 한 것으로 하면, 상기 등식이 3Q2×P1 = Q2×P2로 된다. 이 식으로부터 양변을 Q2로 나누면, 3P1 = P2가 성립된다. 따라서, 서브 펌프(89)의 틸팅각을 변화시켜 배출 용적 Q2를 제어하면, 유압 모터(88)의 출력에 의해 서브 펌프(89)에 소정의 토출압을 유지시킬 수 있다. 바꾸어 말하면, 선회 모터(76)로부터의 유압을 증압하여 서브 펌프(89)로부터 토출시킬 수 있다.
단, 유압 모터(88)의 틸팅각은, 상술한 바와 같이 통로(28, 29)의 압력을 선회압 혹은 브레이크압으로 유지하도록 제어된다. 따라서, 선회 모터(76)로부터의 유압을 이용하는 경우에는, 유압 모터(88)의 틸팅각은 필연적으로 정해지게 된다. 이와 같이, 유압 모터(88)의 틸팅각이 정해진 가운데, 압력 변환 기능을 발휘시키기 위해서는, 서브 펌프(89)의 틸팅각을 제어하게 된다. 또한, 접속용 통로(46) 계통의 압력이 어떠한 원인에 의해, 선회압 혹은 브레이크압보다도 낮아졌을 때에는, 컨트롤러(90)는, 압력 센서(51)의 압력 신호에 기초하여 전자기 전환 밸브(50)를 폐쇄하여 선회 모터(76)에 영향을 미치지 않도록 한다. 또한, 접속용 통로(46)에 압유의 누설이 발생하였을 때에는, 안전 밸브(52)가 기능하여 통로(28, 29)의 압력이 필요 이상으로 낮아지지 않도록 하여, 선회 모터(76)의 도주를 방지한다.
다음으로, 붐 실린더(77)를 제어하는 경우에 대하여 설명한다. 붐 실린더(77)를 작동시키기 위해서 조작 밸브(16)를 전환하면, 조작 밸브(16)에 설치된 센서(도시 생략)에 의해, 조작 밸브(16)의 조작 방향과 조작량이 검출되고, 그 조작 신호가 컨트롤러(90)에 출력된다.
상기 센서의 조작 신호에 따라서, 컨트롤러(90)는, 오퍼레이터가 붐 실린더(77)를 상승시키려고 하는 것인지, 혹은 하강시키려고 하는 것인지를 판정한다. 컨트롤러(90)는, 붐 실린더(77)의 상승을 판정하면, 비례 전자기 밸브(36)를 노멀 상태인 완전 개방 위치로 유지한다. 이때, 컨트롤러(90)는, 전자기 개폐 밸브(54)를 폐쇄 위치로 유지함과 동시에, 전동 모터(91)의 회전수나 서브 펌프(89)의 틸팅각을 제어한다.
한편, 컨트롤러(90)는, 붐 실린더(77)의 하강을 판정하면, 조작 밸브(16)의 조작량에 따라서 오퍼레이터가 요구하고 있는 붐 실린더(77)의 하강 속도를 연산함과 동시에, 비례 전자기 밸브(36)를 폐쇄하여 전자기 개폐 밸브(54)를 개방 위치로 전환한다. 이에 의해, 붐 실린더(77)의 복귀 오일의 전량이 유압 모터(88)에 공급된다. 그러나, 유압 모터(88)에서 소비하는 유량이, 오퍼레이터가 요구한 하강 속도를 유지하기 위해서 필요한 유량보다도 적으면, 붐 실린더(77)는 오퍼레이터가 요구한 하강 속도를 유지할 수 없다. 이와 같은 때에는, 컨트롤러(90)는, 조작 밸브(16)의 조작량, 유압 모터(88)의 틸팅각 및 전동 모터(91)의 회전수 등을 기초로 하여, 유압 모터(88)가 소비하는 유량 이상의 유량을 탱크로 복귀시키도록 비례 전자기 밸브(36)의 개방도를 제어하여, 오퍼레이터가 요구하는 붐 실린더(77)의 하강 속도를 유지한다.
유압 모터(88)에 압유가 공급되면, 유압 모터(88)가 회전하고, 그 회전력은 동축 회전하는 전동 모터(91)에 작용한다. 유압 모터(88)의 회전력은, 전동 모터(91)에 대한 어시스트력으로서 작용한다. 따라서, 유압 모터(88)의 회전력만큼, 전동 모터(91)의 소비 전력을 적게 할 수 있다. 한편, 전동 모터(91)에 대하여 전력을 공급하지 않고, 유압 모터(88)의 회전력만으로 서브 펌프(89)를 회전시킬 수도 있고, 이 경우에는, 유압 모터(88) 및 서브 펌프(89)가 압력 변환 기능을 발휘한다.
다음으로, 선회 모터(76)의 선회 작동과 붐 실린더(77)의 하강 작동을 동시에 행하는 경우에 대하여 설명한다. 선회 모터(76)를 선회시키면서 붐 실린더(77)를 하강시킬 때에는, 선회 모터(76)로부터의 압유와, 붐 실린더(77)로부터의 복귀 오일이, 접속용 통로(46)에서 합류하여 유압 모터(88)에 공급된다. 이때, 도입 통로(47)의 압력이 상승하여, 선회 모터(76)의 선회압 혹은 브레이크압보다도 높아졌다고 해도, 체크 밸브(48, 49)가 있기 때문에, 선회 모터(76)에는 영향을 미치지 않는다. 또한, 접속용 통로(46)측의 압력이 선회압 혹은 브레이크압보다도 낮아지면, 컨트롤러(90)는, 압력 센서(51)의 압력 신호에 기초하여 전자기 전환 밸브(50)를 폐쇄한다.
따라서, 선회 모터(76)의 선회 동작과 붐 실린더(77)의 하강 동작을 동시에 행할 때에는, 선회압 혹은 브레이크압에 관계없이, 붐 실린더(77)의 필요 하강 속도를 기준으로 하여 유압 모터(88)의 틸팅각을 정하면 된다. 어느 쪽이든, 유압 모터(88)의 출력에 의해 서브 펌프(89)의 출력을 어시스트할 수 있음과 동시에, 서브 펌프(89)로부터 토출된 작동유를 제1, 제2 전자기 비례 스로틀 밸브(42, 43)에 의해 비례 배분하여, 제1, 제2 회로 계통(75, 78)에 공급할 수 있다.
유압 모터(88)를 구동원으로 하여 전동 모터(91)를 발전기로서 사용할 때에는, 서브 펌프(89)는 틸팅각이 제로로 설정되어 거의 무부하 상태로 된다. 유압 모터(88)에는, 전동 모터(91)를 회전시키기 위해서 필요한 출력을 유지해 두면, 유압 모터(88)의 출력을 이용하여, 발전기(91)를 기능시킬 수 있다. 또한, 엔진(73)의 출력을 이용하여 제너레이터(1)에 의해 발전시키거나, 유압 모터(88)를 이용하여 발전기(91)에 의해 발전시키거나 할 수 있다.
본 시스템에는, 체크 밸브(44, 45)가 설치됨과 동시에, 전자기 전환 밸브(50), 전자기 개폐 밸브(54) 및 전자기 밸브(58, 59)가 설치되기 때문에, 예를 들어, 유압 모터(88) 및 서브 펌프(89) 계통이 고장난 경우라도, 제1, 제2 메인 펌프(71, 72) 계통과, 유압 모터(88) 및 서브 펌프(89) 계통을 유압적으로 분리할 수 있다. 특히, 전자기 전환 밸브(50), 전자기 개폐 밸브(54) 및 전자기 밸브(58, 59)는, 노멀 상태에 있을 때에 스프링의 스프링력으로 폐쇄 위치를 유지함과 동시에, 상기 비례 전자기 밸브(36)도 노멀 상태에 있을 때에 완전 개방 위치를 유지하기 때문에, 전기 계통이 고장났다고 해도, 제1, 제2 메인 펌프(71, 72) 계통과, 유압 모터(88) 및 서브 펌프(89) 계통을 유압적으로 분리할 수 있다.
본 발명은, 상기의 실시 형태에 한정되지 않고, 그 기술적인 사상의 범위 내에 있어서 다양한 변형이나 변경이 가능하고, 그것들도 본 발명의 기술적 범위에 포함되는 것이 명백하다.
이상의 설명에 관하여 2009년 5월 8일을 출원일로 하는 일본에 있어서의 일본 특허 출원 제2009-113856의 내용을 여기에 인용에 의해 포함한다.
파워 셔블 등의 건설 기계에 이용할 수 있다.

Claims (7)

  1. 하이브리드 건설 기계의 제어 장치로서,
    가변 용량형 펌프와,
    상기 가변 용량형 펌프로부터 각 액추에이터로 유도되는 토출유의 유량을 제어하는 복수의 조작 밸브와,
    상기 조작 밸브가 중립 위치인 경우에 상기 가변 용량형 펌프의 토출유를 탱크로 유도하는 중립 유로와,
    상기 중립 유로에 있어서의 상기 조작 밸브의 하류측에 설치된 파일럿압 발생용 조절판과,
    상기 파일럿압 발생용 조절판의 상류측에 발생하는 압력이 유도되는 파일럿 유로와,
    상기 파일럿 유로의 파일럿압이 낮을수록 상기 가변 용량형 펌프의 틸팅각이 커지도록 제어하는 레귤레이터와,
    상기 조작 밸브의 조작 상황을 검출하는 조작 상황 검출기와,
    상기 가변 용량형 펌프의 토출유에 의해 회전하는 회생용 유압 모터와,
    상기 가변 용량형 펌프와 상기 유압 모터를 접속하는 유로를 개폐하는 전자기 밸브와,
    상기 유압 모터에 접속된 발전기와,
    상기 중립 유로와 상기 파일럿 유로의 연통과 차단을 전환하는 파일럿 유로 전환 전자기 밸브와,
    상기 파일럿 유로 전환 전자기 밸브에 의해 상기 중립 유로와 상기 파일럿 유로가 차단되었을 때에, 상기 파일럿 유로를 통하여 상기 레귤레이터로 유도되는 파일럿압을 감압하는 감압 밸브와,
    상기 조작 상황 검출기의 검출 결과에 기초하여 상기 조작 밸브 모두가 중립 위치에 있는지의 여부를 판정하고, 상기 조작 밸브 모두가 중립 위치에 있다고 판정한 경우에는, 상기 전자기 밸브를 개방 위치로 설정하여 상기 가변 용량형 펌프의 토출유를 상기 유압 모터에 공급함과 동시에, 상기 파일럿 유로 전환 전자기 밸브를 차단 위치로 설정하는 컨트롤러를 구비하는, 하이브리드 건설 기계의 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 파일럿 유로에는, 상기 감압 밸브와 상기 파일럿 유로 전환 전자기 밸브가 병렬로 설치되는, 하이브리드 건설 기계의 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 파일럿 유로에 접속된 서브 파일럿 유로와,
    상기 서브 파일럿 유로를 통하여 상기 파일럿 유로에 파일럿 압유를 공급하는 파일럿압원을 더 구비하고,
    상기 감압 밸브는, 상기 서브 파일럿 유로에 설치되고,
    상기 파일럿 유로 전환 전자기 밸브는, 상기 파일럿 유로에 대하여 상기 중립 유로 또는 상기 서브 파일럿 유로를 선택적으로 연통시키는, 하이브리드 건설 기계의 제어 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 중립 유로에 병렬로 접속되며, 상기 감압 밸브가 설치된 병렬 유로를 더 구비하고,
    상기 파일럿 유로 전환 전자기 밸브는, 상기 파일럿 유로에 대하여 상기 중립 유로 또는 상기 병렬 유로를 선택적으로 연통시키는, 하이브리드 건설 기계의 제어 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 중립 유로에 있어서의 상기 파일럿압 발생용 조절판의 상류에 설치되며, 조절판 위치와 완전 개방 위치로 전환 가능한 중립 유로 전환 전자기 밸브를 더 구비하고,
    상기 컨트롤러는, 상기 조작 밸브 모두가 중립 위치에 있다고 판정한 경우에는, 상기 중립 유로 전환 전자기 밸브를 조절판 위치로 설정하는, 하이브리드 건설 기계의 제어 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 가변 용량형 펌프를 구동하는 원동기와,
    상기 원동기의 회전수를 검출하는 회전수 검출기를 더 구비하고,
    상기 컨트롤러는, 상기 조작 밸브 모두가 중립 위치에 있다고 판정한 경우에는, 전자기 밸브를 개방 위치로 설정하여 상기 가변 용량형 펌프의 토출유를 상기 유압 모터에 공급함과 동시에, 상기 조작 밸브 모두가 중립 위치에 있다고 판정하고 또한 상기 회전수 검출기에 의해 검출된 회전수가 미리 정해진 설정 회전수 이하인 경우에는, 상기 파일럿 유로 전환 전자기 밸브를 차단 위치로 설정하는, 하이브리드 건설 기계의 제어 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 조작 상황 검출기는, 상기 파일럿 유로의 압력을 검출하는 압력 검출기이고,
    상기 컨트롤러는, 상기 압력 검출기에 의해 검출된 압력이 미리 정해진 설정 압력 이상인 경우에는, 상기 조작 밸브 모두가 중립 위치에 있다고 판정하는, 하이브리드 건설 기계의 제어 장치.
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