CN102822422B

CN102822422B - 混合动力施工机械的控制系统

Info

Publication number: CN102822422B
Application number: CN201180016304.1A
Authority: CN
Inventors: 川崎治彦; 江川祐弘
Original assignee: Kayaba Industry Co Ltd
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2010-03-26
Filing date: 2011-02-23
Publication date: 2015-07-29
Anticipated expiration: 2031-02-23
Also published as: DE112011101065T5; US20120312006A1; CN102822422A; US9200430B2; WO2011118322A1; KR20120123095A; KR101421362B1; JP2011202458A; JP5323753B2

Abstract

本发明提供一种混合动力施工机械的控制系统。该混合动力施工机械的控制系统包括：发动机；主泵，其被发动机驱动；旋转轴，其与辅助泵、再生液压马达及电动发电机相连结；离合器，其用于使发动机与旋转轴联动。

Description

混合动力施工机械的控制系统

技术领域

本发明涉及一种利用发动机或再生液压马达的输出使发电机旋转、并且利用发电机的旋转力驱动辅助泵的混合动力施工机械的控制系统。

背景技术

日本JP2006-336845A公开了一种混合动力施工机械，其经由离合器使发动机与主泵的旋转轴联动，将旋转轴的旋转力经由动力传递装置传递到电动发电机中。

电动发电机经由离合器与同发动机处于不同系统的再生液压马达相连接。从而，电动发电机能够利用发动机的输出或再生液压马达的输出的任意一种来发挥发电功能。

在以往的控制系统中，由于将离合器分别设在发动机系统和再生液压马达系统中，因此必然使装置大型化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种使用一台离合器就足够而谋求装置的小型化、能够利用再生液压马达的驱动力和电动发电机的驱动力来驱动辅助泵的装置。

根据本发明的某一技术方案，提供一种混合动力施工机械的控制系统，该控制系统包括：发动机；主泵，其被发动机驱动；旋转轴，其与辅助泵、再生液压马达及电动发电机相连结；离合器，其用于使发动机与旋转轴联动。

根据上述技术方案，由于经由旋转轴使电动发电机、辅助泵及再生液压马达相连结，并且使旋转轴与离合器相联动，使该离合器与用于驱动主泵的发动机相联动，因此一台离合器就足够了，能够使装置小型化。另外，能够紧凑地组装电动发电机、辅助泵及再生液压马达。另外，由于能够经由离合器将发动机的驱动力直接传递到电动发动机上，因此不再像以往那样需要动力传递装置，相应地改善了动力传递效率，提高了发电效率。

以下，参照添加的附图详细说明本发明的实施方式、本发明的优点。

附图说明

图1是本发明第1实施方式的混合动力施工机械的控制系统的回路图。

图2是本发明第2实施方式的混合动力施工机械的控制系统的回路图。

图3是本发明第3实施方式的混合动力施工机械的控制系统的回路图。

图4是本发明第4实施方式的混合动力施工机械的控制系统的回路图。

具体实施方式

说明第1实施方式。

图1所示的第1实施方式具有作为可变容量泵的第1主泵MP1、第2主泵MP2，第1主泵MP1与第1回路系统相连接，第2主泵MP2与第2回路系统相连接。

与第1主泵MP1相连接的第1回路系统从其上游侧起依次连接有：操作阀1，其用于控制旋转马达；操作阀2，其用于控制臂缸（arm cylinder）；动臂二档用的操作阀3，其用于控制动臂缸（boom cylinder）BC；操作阀4，其用于控制预备用附件；操作阀5，其用于控制左行驶用的马达。

各个操作阀1～5分别经由中立流路6及并行通路7与第1主泵MP1相连接。

在中立流路6上，在左行驶用马达的操作阀5的下游处设有用于生成先导压的先导压控制用的节流阀8。若流过节流阀8的流量较多，则在其上游侧生成较高的先导压，若流量较少，则生成较低的先导压。

另外，在操作阀1～5全部位于中立位置或中立位置附近的情况下，中立流路6将从第1主泵MP1供给到第1回路系统的油的全部或一部分经由节流阀8引导到罐T中。在该情况下，由于通过节流阀8的流量也增多，因此生成较高的先导压。

另一方面，当将操作阀1～5切换为全阀程（full stroke）的状态时，使中立流路6关闭而不存在流体的流通。从而，由于不存在流过节流阀8的流量，因此先导压保持为零。

根据操作阀1～5的操作量，泵排出量的一部分被引导到致动器中，一部分从中立流路6被引导到罐T中，因此节流阀8生成与流动在中立流路6中的流量相对应的先导压。换言之，节流阀8生成与操作阀1～5的操作量相对应的先导压。

另外，在中立流路6上，在操作阀5与节流阀8之间连接有先导流路9。先导流路9经由电磁换向阀10与用于控制第1主泵MP1的偏转角的调节器11相连接。

调节器11与先导流路9的先导压成反比例地控制第1主泵MP1的偏转角，控制该第1主泵MP1每旋转一周所排出的排出量。若将操作阀1～5设为全阀程而在中立流路6中不存在排出油的流动、使先导压为零，则第1主泵MP1的偏转角达到最大，其每旋转一周所排出的排出量达到最大。

另外，电磁换向阀10与先导液压源PP相连接。在电磁换向阀10位于图示的正常位置、即通常控制位置的情况下，调节器11与先导流路9相连通，当使电磁换向阀10的螺线管励磁而该电磁换向阀10切换到切换位置时，调节器11与先导液压源PP相连通。电磁换向阀10的螺线管与控制器C相连接，在操作者输入了信号的情况下，控制器C使电磁换向阀10的螺线管励磁而使该电磁换向阀10切换到切换位置，只要未输入信号就不使螺线管励磁而将该电磁换向阀10保持在通常控制位置。

先导液压源PP用于排出高于由节流阀8产生的最高先导压的压力。从而，在电磁换向阀10切换到切换位置的情况下，能够使第1主泵MP1的排出量进一步减少，例如为欲减少损失的非作业状态下的发电时等进行待机。

另一方面，第2主泵MP2与第2回路系统相连接。第2回路系统自其上游侧起依次连接有：操作阀12，其用于控制右行驶用马达；操作阀13，其用于控制铲斗缸（bucket cylinder）；操作阀14，其用于控制动臂缸BC；臂二档用的操作阀15，其用于控制臂缸。

各个操作阀12～15经由中立流路16与第2主泵MP2相连接。操作阀13、14经由并行通路17与第2主泵MP2相连接。

在中立流路16上，在操作阀15的下游侧设有先导压控制用的节流阀18。节流阀18与第1回路系统的节流阀8完全相同地发挥功能。

在中立流路16上，在最下游的操作阀15与节流阀18之间连接有先导流路19。先导流路19经由电磁换向阀20与用于控制第2主泵MP2的偏转角的调节器21相连接。

电磁换向阀20与先导液压源PP相连接。在电磁换向阀20位于图示的正常位置、即通常控制位置的情况下，调节器21与先导流路19相连通，当使电磁换向阀20的螺线管励磁而使该电磁换向阀20切换到切换位置时，调节器21与先导液压源PP相连通。电磁换向阀20的螺线管与控制器C相连接，在操作者输入了信号的情况下，控制器C使电磁换向阀20的螺线管励磁而使该电磁换向阀20切换到切换位置，只要未输入该信号就不使螺线管励磁而将该电磁换向阀20保持在通常控制位置。

调节器21与先导流路19的先导压成反比例地控制第2主泵MP2的偏转角，控制该第2主泵MP2每旋转一周所排出的排出量。若将操作阀12～15设为全阀程而在中立流路16中不存在排出油的流动、使先导压为零，则第2主泵MP2的偏转角达到最大，其每旋转一周所排出的排出量达到最大。

用于控制动臂缸BC的操作阀14使其一侧的致动器端口经由一侧的通路22与活塞侧室23相连通。在连通通路中的通路22上设有再生流量控制阀24。再生流量控制阀24在其一侧设有先导室24a，在与先导室24a相反的一侧设有弹簧24b。

再生流量控制阀24利用弹簧24b的弹簧力保持图示的正常位置，当向先导室24a作用先导压时，将该再生流量控制阀24切换到附图右侧的切换位置。

在再生流量控制阀24位于图示的正常位置的情况下，使连通操作阀14一侧的致动器端口与活塞侧室23的主流路24c全部打开，并且关闭用于连通活塞侧室23与再生液压马达M的再生流路24d。

通路25是用于连通再生流路24d与再生液压马达M的通路，在其通路过程上设有仅允许排出油从再生流路24d向再生液压马达M流通的单向阀26。

用于控制动臂缸BC的操作阀14的另一侧的致动器端口经由另一侧的通路27与动臂缸BC的活塞杆侧室28相连通。而且，经由再生通路29使另一侧的通路27与活塞侧室23相连接，在再生通路29上设有再生流量控制阀30。再生流量控制阀30在其一侧设有先导室30a，在与先导室30a相反的一侧设有弹簧30b。

再生流量控制阀30利用弹簧30b的弹簧力保持图示的正常位置，在正常位置处关闭再生流路30c，另一方面，当向先导室30a作用先导压时，将该再生流量控制阀30切换到附图右侧的切换位置，使再生流路30c维持与切换量相对应的节流开度。

单向阀31设在再生通路29上，该单向阀31仅允许排出油从活塞侧室23向另一侧的通路27流通。

再生流量控制阀24及再生流量控制阀30各自的先导室24a、30a经由比例电磁阀32与先导液压源PP相连接。比例电磁阀32在其一侧设有与控制器C相连接的螺线管32a，在与螺线管32a相反的一侧设有弹簧32b。

比例电磁阀32利用弹簧32b的弹簧力保持图示的正常位置，根据操作者的输入信号，在控制器C使螺线管32a励磁时切换比例电磁阀32，根据励磁电流控制开度。

从而，能够利用控制器C对作用于再生流量控制阀24及再生流量控制阀30的先导室24a、30a的先导压进行控制。

但是，应进行以下设定，即，使再生流量控制阀30中的弹簧30b的弹簧力大于再生流量控制阀24的弹簧24b的弹簧力，即使受到相同的先导压，再生流量控制阀30的打开时刻也较迟。

另一方面，在与第1回路系统相连接的旋转马达用的操作阀1的致动器端口处连接有与旋转马达RM相连通的通路33、34，在两通路33、34上分别连接有制动阀35、36。在将旋转马达用的操作阀1保持在中立位置的情况下，致动器端口关闭而使旋转马达RM维持停止状态。

当从上述状态将旋转马达用的操作阀1切换到任意一侧方向时，一侧的通路33与第1主泵MP1相连接，另一侧的通路34与罐相连通。从而，从通路33供给压力油而使旋转马达RM旋转，并且使来自旋转马达RM的返回油经由通路34返回到罐中。

当将旋转马达用的操作阀1切换到与上述情况相反的方向时，这次，将泵排出油供给到通路34中，使通路33与罐相连通，使旋转马达RM反方向转动。

在驱动旋转马达RM的情况下，制动阀35或制动阀36发挥减压阀的功能，当通路33、34中的压力大于等于设定压时，制动阀35、36打开，将通路33、34的压力保持为设定压。另外，在使旋转马达RM旋转的状态下，若旋转马达用的操作阀1返回到中立位置，则该操作阀1的致动器端口关闭。即使操作阀1的致动器端口关闭，旋转马达RM仍能因其惯性能继续旋转。由此，通过利用惯性能使旋转马达RM旋转，从而使该旋转马达RM发挥泵的作用。在该情况下，由通路33、34、旋转马达RM、制动阀35或制动阀36构成闭合回路，利用制动阀35或制动阀36将惯性能转换为热能。

另外，通路33、34经由单向阀37、38及通路39与通路25相连接，该通路25与再生液压马达M相连接。在通路39上设有利用控制器C进行开闭控制的电磁开闭阀40，在电磁开闭阀40与单向阀37、38之间，设有用于检测旋转马达RM旋转时的压力或制动时的压力的压力传感器41。压力传感器41的压力信号被输入到控制器C中。

另外，在比电磁开闭阀40朝向再生液压马达M靠下游侧的位置设有安全阀42。例如在电磁开闭阀40等通路39系统中发生故障的情况下，安全阀42用于维持通路33、34的压力并防止旋转马达RM发生所谓的失控。

另一方面，用于驱动第1主泵MP1、第2主泵MP2的发动机 E将旋转力经由传递机构43及离合器44传递到电动发电机GM。而且，在电动发电机GM的旋转轴45上使辅助泵AP与再生液压马达M联动。由此，电动发电机GM、辅助泵AP及再生液压马达M联动，使上述元件一体地旋转。

辅助泵AP及再生液压马达M是可变容量泵及可变容量液压马达，用于控制偏转角的调节器46、47与控制器C相连接。

电动发电机GM接收发动机E或再生液压马达M的旋转力而进行转动并发挥发电功能，由发电机GM发出的电力经由变换器48充入到电池49中。电池49与控制器C相连接，控制器C能够掌握电池49的蓄电量。

另外，辅助泵AP经由电磁开闭控制阀50与第1主泵MP1合流，经由电磁开闭控制阀51与第2主泵MP2合流。电磁开闭控制阀50、51在其一侧具有与控制器C相连接的螺线管50a、51a，在相反侧具有弹簧50b、51b。从而，开闭控制阀50、51在弹簧50b、51b的弹簧力的作用下保持图示的打开位置，当利用控制器C的输出信号使螺线管50a、51a励磁时，将开闭控制阀50、51切换到关闭位置。

控制器C利用压力传感器52、53检测被引导到第1主泵MP1、第2主泵MP2的调节器11、21中的先导压，并且对该压力是否达到预先设定的最高压进行判断。

在压力传感器52、53所检测出的压力达到了预先设定的最高压的非工作状态下，在操作者接上离合器44的情况下，控制器C作出操作者想要进行电池49的充电的判断。其原因在于，在导入到调节器11、21中的先导压达到了最高压的情况下，操作阀1～5和12～15保持在中立位置。

如上所述在先导压达到最高压的状态下，当操作者接上离合器44时，控制器C使电磁换向阀10、20的螺线管励磁而使调节器11、21与先导液压源PP相连接，控制第1主泵MP1、第2主泵MP2的偏转角而使其排出量最小。与此同时，也使辅助泵AP及再生液压马达M的偏转角最小。通过这一系列的控制能够使电动发电机GM的旋转负荷保持最小。

由于电动发电机GM的旋转负荷保持最小，因此用于发电的发动机E的负荷也较小即可。由电动发电机GM发出的电力经由变换器48充入到电池49中。

另外，在操作者使致动器动作并要求辅助、液压再生的情况下，切断了离合器44，将该要求信号输入到控制器C中。控制器C根据用于操作动臂缸BC的操作杆的操作方向来判断欲使动臂缸BC上升还是下降。在欲使动臂缸BC下降的情况下，根据操作杆的操作量，换言之，根据操作者所希望的动臂缸BC的下降速度，控制器C控制比例电磁阀32的螺线管32a的励磁电流。操作者所希望的下降速度越大，比例电磁阀32的开度就越大。

当打开比例电磁阀32时，来自先导液压源PP的先导压被引导到再生流量控制阀24的先导室24a和再生流量控制阀30的先导室30a中。

但是，由于再生流量控制阀24的弹簧24b的弹簧力小于再生流量控制阀30的弹簧30b的弹簧力，因此再生流量控制阀24先切换到切换位置。再生流量控制阀24的切换量是与先导压成正比例的切换量。

若再生流量控制阀24切换到切换位置，则来自动臂缸BC的活塞侧室23的返回油根据再生流量控制阀24的切换量被分配为返回到一侧的通路24中的流量和供给到再生液压马达M中的流量。

为了使动臂缸BC维持目标下降速度，控制器C控制再生液压马达M的偏转角并控制其负荷。

若操作者所希望的下降速度增大，则比例电磁阀32的开度也增大，因此也相应地增大作用在先导室24a、30a中的先导压。若先导压增大，则将再生流量控制阀30切换到切换位置，使再生流路30c仅打开与该先导压成比例的量。

若再生流路30c打开，则来自动臂缸BC的活塞侧室23的返回油的一部分经由再生流路29及另一侧的通路27供给到动臂缸BC的活塞杆侧室28中。

这样，在离合器44分离的状态下，若利用动臂缸BC的返回油使再生液压马达M旋转，则能够使电动发电机GM转动并进行发电。

另一方面，在为了驱动与第1回路系统相连接的旋转马达RM而将旋转马达用的操作阀1切换到一方向并使旋转马达RM旋转的情况下，旋转压保持为制动阀35的设定压。另外，若将操作阀1切换到与上述一方向相反的方向，则旋转压保持为制动阀36的设定压。

另外，当旋转马达RM正在旋转的时候将旋转马达用的操作阀1切换到中立位置时，在通路33、34之间构成了闭合回路，制动阀35或制动阀36用于维持该闭合回路的制动压，将惯性能转化为热能。

若通路33或通路34的压力未保持为进行旋转动作或制动动作所必需的压力，则不能够使旋转马达RM旋转或不能对旋转马达RM进行制动。

因此，为了使通路33或通路34的压力保持为旋转压或制动压，控制器C一边控制再生液压马达M的偏转角，一边控制旋转马达RM的负荷。即，控制器C控制再生液压马达M的偏转角，使得由压力传感器41检测出的压力与旋转马达RM的旋转压或制动压大致相等。

若再生液压马达M获得旋转力，则该旋转力作用在与再生液压马达M同轴旋转的电动发电机GM上，并能够利用再生液压马达M的旋转力使电动发电机GM转动。

这样，在离合器44分离的状态下，若利用旋转马达RM的能量使再生液压马达M旋转，则能够使电动发电机GM转动并进行发电。

而且，在进行操作各个操作阀1～5、12～15的作业时，在离合器44分离的状态下，在将操作者要求辅助泵AP进行辅助的信号输入到控制器C中的情况下，控制器C控制辅助泵AP的调节器47并控制其偏转角，将螺线管50a、51a设为非励磁状态并将电磁开闭控制阀50、51保持在打开位置。由此，辅助泵AP的排出油经由电磁开闭控制阀50、51合流到第1主泵MP1、第2主泵MP2中。单向阀54、55仅允许从辅助泵AP向第1主泵MP1、第2主泵MP2的合流的流动。

在本实施方式中，当然也可以将再生液压马达M的旋转力用于对电动发电机GM进行辅助。

根据本实施方式，仅借助一台离合器44就能够利用发动机E的输出使电动发电机GM转动或者利用再生液压马达M的旋转力使电动发电机GM转动。

也能够利用再生液压马达M的旋转力对辅助泵AP的旋转力进行辅助。通常流入到再生液压马达M的压力低于第1主泵MP1、第2主泵MP2的排出压，但是在本实施方式中，为了在压力低时也使辅助泵AP维持较高的排出压，利用再生液压马达M及辅助泵AP来发挥增压功能。

即，再生液压马达M的输出由其每旋转一周所排出的排出容积Q1与此时的压力P1之积决定。另外，辅助泵AP的输出由其每旋转一周所排出的排出容积Q2与排出压P2之积决定。在本实施方式中，由于再生液压马达M与辅助泵AP同轴旋转，因此Q1×P1=Q2×P2成立。例如，若将再生液压马达M的排出容积Q1设为辅助泵AP的排出容积Q2的3倍、即Q1=3Q2，则上述等式变为3Q2×P1=Q2×P2。若自该式两边除以Q2，则3P1=P2成立。

从而，若改变辅助泵AP的偏转角而控制排出容积Q2，则能够利用再生液压马达M的输出使辅助泵AP维持规定的排出压。换言之，能够对来自动臂缸BC的液压进行增压并使其从辅助泵AP排出。

说明第2实施方式。

图2所示的第2实施方式使发动机E、第1主泵MP1、第2主泵MP2、离合器44、电动发电机GM、辅助泵AP及再生液压马达M全部在同一轴上联动，能够省略第1实施方式中的传递机构43。除上述结构以外的其它结构与第1实施方式相同。

说明第3实施方式。

图3所示的第3实施方式使辅助泵AP、再生液压马达M及电动发电机GM的排列与第1实施方式不同，其它结构与第1实施方式相同。

说明第4实施方式。

图4所示的第4实施方式在利用齿轮等动力传递机构56将辅助泵AP、再生液压马达M与电动发电机GM连接起来这一点上与第3实施方式不同，经由离合器44将动力传递机构56与发动机E连接起来，从而使从离合器到液压再生部、辅助部的长度方向的长度变短，改善了机体的装设性。

以上，说明了本发明的实施方式，但是上述实施方式只不过表示本发明的应用例的一部分，并不意味着将本发明的保护范围限定于上述实施方式的具体结构。

本申请基于在2010年3月26日向日本专利局申请的日本特愿2010-72561要求优先权，并将该申请的全部内容以参照的方式引入到本说明书中。

产业上的可利用性

本发明能够用于挖掘机等混合动力施工机械。

Claims

1.一种混合动力施工机械的控制系统，其中，

该混合动力施工机械的控制系统包括：

发动机；

主泵，其被上述发动机驱动；

一旋转轴，其与辅助泵、再生液压马达及电动发电机相连结，从而使上述辅助泵、上述再生液压马达及上述电动发电机一体地旋转；

离合器，其用于使上述发动机与上述一旋转轴联动。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其中，

在进行由上述发动机驱动的上述主泵的作业的情况下，不接合上述离合器，使来自被上述电动发电机驱动的上述辅助泵的液压合流到上述主泵的排出侧，利用上述再生液压马达使来自致动器的液压再生。

3.根据权利要求1所述的控制系统，其中，

在未进行由上述发动机驱动的上述主泵的作业的情况下，使上述主泵的排出量最小，使上述主泵及上述再生液压马达的偏转角保持最小，上述离合器接合，利用上述发动机的输出驱动电动发电机并将电力蓄存到电池中。

4.根据权利要求1所述的控制系统，其中，

上述控制系统包括：

调节器，其用于控制作为可变容量泵的上述辅助泵及作为可变容量液压马达的上述再生液压马达的偏转角；

控制器，其用于控制上述调节器；

调节器，其根据先导压控制作为可变容量泵的上述主泵的偏转角；

多个操作阀，其与上述主泵相连接；

先导压产生机构，其在上述操作阀位于中立位置的情况下使先导压保持最高压；

先导液压源，其相对于上述先导压产生机构独立设置；

电磁换向阀，其设在上述先导压产生机构及上述先导液压源与上述主泵的上述调节器的连接通路上，根据切换位置使上述主泵的上述调节器与上述先导压产生机构相连通，或使上述主泵的上述调节器与上述先导液压源相连通；

压力传感器，其用于检测由上述先导压产生机构生成的先导压，将检测出的压力传递到上述控制器中；

在由上述先导压产生机构生成的先导压达到最高压的情况下，上述控制器切换上述电磁换向阀并将由上述先导液压源生成的先导压引导到上述主泵的上述调节器中，使上述主泵的偏转角保持最小，并且该控制器控制上述辅助泵及上述再生液压马达的上述调节器而使上述辅助泵及上述再生液压马达的偏转角保持最小。