DE112010002883B4

DE112010002883B4 - Steuervorrichtung für Hybrid-Baumaschine

Info

Publication number: DE112010002883B4
Application number: DE112010002883.4T
Authority: DE
Inventors: Haruhiko Kawasaki; Masahiro Egawa
Original assignee: Kayaba Industry Co Ltd
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2009-07-10
Filing date: 2010-07-02
Publication date: 2014-02-06
Anticipated expiration: 2030-07-03
Also published as: US20110265467A1; JP5419572B2; CN102388227A; DE112010002883T5; US8833065B2; WO2011004879A1; JP2011017427A; KR20110093935A; KR101273086B1; CN102388227B

Abstract

Eine Steuervorrichtung für eine Hybrid-Baumaschine enthält einen Ausstoßdruck-Einleitkanal, der einen Ausstoßdruck von einer regelbaren Pumpe zu einer Stelleinrichtung leitet, und einen Lastdruck-Einleitkanal, der einen maximalen Lastdruck jeweiliger Stellglieder oder einen Lastdruck eines Hydraulikmotors zu der Stelleinrichtung leitet. Eine Steuereinrichtung erregt einen Schaltmagneten eines Magnet-Vorsteuerventils so, dass ein Ausstoßöl von der regelbaren Pumpe zu dem Hydraulikmotor geleitet wird, wenn sie auf Basis eines Erfassungsergebnisses von einem Betriebszustands-Detektor festgestellt hat, dass sich die Stellglieder in einem Ruhezustand befinden, und die Stelleinrichtung so steuert, dass eine Druckdifferenz zwischen dem Ausstoßdruck der regelbaren Pumpe und dem Lastdruck des Hydraulikmotors konstant gehalten wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für eine Hybrid-Baumaschine, bei der ein Elektromotor als eine Antriebsquelle eingesetzt wird, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Technischer Hintergrund
Eine Steuervorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 ist bereits aus der JP 2007-327527 A bekannt.
Bei einer bekannten herkömmlichen Steuervorrichtung, die eine Lastmessschaltung enthält, wird ein maximaler Lastdruck einer Vielzahl von Stellgliedern ausgewählt, die mit einem Kreislaufsystem verbunden sind, und dann steuert eine Stelleinrichtung einen Ausstoßstrom einer Hauptpumpe so, dass eine Druckdifferenz zwischen dem ausgewählten maximalen Lastdruck und einem Ausstoßdruck der Hauptpumpe konstant bleibt. Des Weiteren sind ein Betätigungsventil und ein Druckausgleichventil mit jedem Stellglied verbunden, und Steuerung wird so durchgeführt, dass ein Zuführstrom unabhängig von Änderung des Lastdrucks der Stellglieder konstant bleibt (siehe JP2004-197825A ).
Zusammenfassung der Erfindung
Bei der oben beschriebenen herkömmlichen Vorrichtung dreht sich ein Motor selbst dann konstant, wenn sich die jeweiligen Stellglieder in einem Ruhezustand befinden. Daher verbraucht der Motor, wenn sich die Stellglieder im Ruhezustand befinden, Energie, obwohl im Wesentlichen keine Arbeit verrichtet wird. Dadurch kommt es zu erheblichem Energieverlust.
Die Erfindung ist angesichts des oben beschriebenen Problems gemacht worden, und eine Aufgabe derselben besteht darin, eine Steuervorrichtung für eine Hybrid-Baumaschine zu schaffen, mit der eine Verbesserung des Energie-Wirkungsgrades erzielt werden kann, indem ein Primärantrieb effektiv genutzt wird, wenn sich ein Stellglied in einem Ruhezustand befindet.
Die vorliegende Erfindung ist eine Steuervorrichtung für eine Hybrid-Baumaschine. Die Steuervorrichtung für eine Hybrid-Baumaschine umfasst eine regelbare Pumpe, die mit einer Antriebskraft von einem Primärantrieb gedreht wird; eine Stelleinrichtung, die einen Neigungswinkel der regelbaren Pumpe steuert; eine Vielzahl von Betätigungsventilen, die einen Strom eines Arbeitsöls steuern, der von der regelbaren Pumpe zu jeweiligen Stellgliedern geleitet wird; einen Betriebszustands-Detektor, der einen Betriebszustand der Betätigungsventile erfasst; einen regenerativen Hydraulikmotor, der von einem Ausstoßöl von der regelbaren Pumpe gedreht wird; eine Einrichtung zum Erzeugen von elektrischem Strom, die mit dem Hydraulikmotor verbunden ist; ein Stromventil, das in einem Strömungskanal vorhanden ist, der die regelbare Pumpe mit dem Hydraulikmotor verbindet, wobei eine Öffnung desselben durch eine Wirkung eines Vorsteuerdrucks gesteuert wird, der zu einer Vorsteuerkammer desselben geleitet wird, ein Magnet-Vorsteuerventil, mit dem der Vorsteuerdruck gesteuert wird, der auf die Vorsteuerkammer des Stromventils wirkt; einen Ausstoßdruck-Einleitkanal, der einen Ausstoßdruck der regelbaren Pumpe zu der Stelleinrichtung leitet; einen Lastdruck-Einleitkanal, der einen maximalen Lastdruck der jeweiligen Stellglieder oder einen Lastdruck des Hydraulikmotors zu der Stelleinrichtung leitet; und eine Steuereinrichtung, die, wenn sie auf Basis eines Erfassungsergebnisses von dem Betriebsbedingungs-Detektor festgestellt hat, dass sich die Stellglieder in einem Funktionszustand befinden, die Stelleinrichtung so steuert, dass eine Druckdifferenz zwischen dem Ausstoßdruck der regelbaren Pumpe und dem maximalen Lastdruck der jeweiligen Stellglieder konstant gehalten wird, und, wenn sie festgestellt hat, dass sich die Stellglieder in einem Ruhezustand befinden, einen Schaltmagneten des Magnet-Vorsteuerventils erregt, so dass das Ausstoßöl von der regelbaren Pumpe zu dem Hydraulikmotor geleitet wird, und die Stelleinrichtung so steuert, dass eine Druckdifferenz zwischen dem Ausstoßdruck der regelbaren Pumpe und dem Lastdruck des Hydraulikmotors konstant gehalten wird.
Gemäß der vorliegende Erfindung wird, wenn sich das Stellglied in dem Ruhezustand befindet, Erzeugung von elektrischem Strom durch den Hydraulikmotor unter Verwendung der Antriebskraft des Primärantriebs durchgeführt, und so kann Energieverlust vermieden werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Schaltbild, das eine Steuervorrichtung für eine Hybrid-Baumaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist ein Flussdiagramm, das einen Steuervorgang zeigt, der von einer Steuereinrichtung durchgeführt wird.
3 ist ein Flussdiagramm, das einen Steuervorgang zeigt, der von der Steuereinrichtung durchgeführt wird.
4 ist ein Steuerkennfeld (control map), das eine Beziehung zwischen einer Druckdifferenz und einem Hilfsstrom zeigt.
5 ist ein Steuerkennfeld, das die Beziehung zwischen der Druckdifferenz und dem Hilfsstrom zeigt.
Ausführungsformen der Erfindung
Eine Steuervorrichtung für eine Hybrid-Baumaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. In der folgenden Ausführungsform wird ein Fall beschrieben, in dem die Hybrid-Baumaschine ein Bagger ist.
Der Bagger ist, wie in 1 gezeigt, mit einer regelbaren Hauptpumpe 71 versehen, die sich unter Nutzung einer Antriebskraft eines Motors 73 dreht, der als ein Primärantrieb dient. Der Motor 73 ist mit einem Generator 6 versehen, der eine Funktion zum Erzeugen von elektrischem Strom unter Nutzung einer überschüssigen Kraft des Motors 73 erfüllt. Der Motor 73 ist des Weiteren mit einem Drehgeschwindigkeitssensor 74 versehen, der als ein Drehgeschwindigkeits-Detektor dient, der eine Drehgeschwindigkeit des Motors 73 erfasst. Ein Haupt-Strömungskanal 75, den ein ausgestoßenes Arbeitsöl durchläuft, ist mit der Hauptpumpe 71 verbunden.
Der Bagger enthält eine Lastmessschaltung 40. Die Lastmessschaltung 40 ist mit Betätigungsventilen 41, 42, die einen Hubmotor steuern, mit einem Betätigungsventil 43, das einen Ausleger-Zylinder 80 steuert, einem Betätigungsventil 44, das einen Arm-Zylinder steuert, einem Betätigungsventil 45, das einen Schaufel-Zylinder steuert, und einem Betätigungsventil 46 versehen, das einen Drehmotor 81 steuert. Die jeweiligen Betätigungsventile 41 bis 46 steuern Funktionen jeweiliger Stellglieder, indem sie einen Strom von ausgestoßenem Öl steuern, der von der Hauptpumpe 71 zu den jeweiligen Stellgliedern geleitet wird. Die jeweiligen Betätigungsventile 41 bis 46 sind über einen Parallel-Strömungskanal 76, der von dem Haupt-Strömungskanal 75 abzweigt, parallel verbunden, Druckausgleichventile 51 bis 56, die Steuerung so durchführen, dass den jeweiligen Stellgliedern unabhängig von Änderung eines Lastdrucks jedes Stellgliedes ein konstanter Strom zugeführt wird, sind jeweils mit den Betätigungsventilen 41 bis 46 verbunden.
Die Hauptpumpe 71 ist mit einer Stelleinrichtung 1 versehen, die einen Neigungswinkel derselben steuert. Ein Ausstoßdruck-Einleitkanal 2, der einen Ausstoßdruck der Hauptpumpe 71 zu der Stelleinrichtung 1 leitet, ist mit dem Haupt-Strömungskanal 75 verbunden. Die Lastmessschaltung 40 ist mit Hochdruck-Wählventilen 61 bis 65 versehen. Die Hochdruck-Wählventile 61 bis 65 wählen einen maximalen Lastdruck aus den jeweiligen Lastdrücken der Stellglieder aus, die mit den Betätigungsventilen 41 bis 46 verbunden sind, und daraufhin wird der maximale Lastdruck zu einem ersten Druckleitkanal 3a geleitet. Der erste Druckleitkanal 3a ist über ein Hochdruck-Wählventil 66 mit einem zweiten Druckleitkanal 3b verbunden, den ein Lastdruck eines weiter unten beschriebenen regenerativen Hydraulikmotors 88 durchläuft. Das Hochdruck-Wählventil 66 wählt den höheren Druck aus dem durch die Hochdruck-Wählventile 61 bis 65 ausgewählten maximalen Lastdruck und dem Lastdruck des regenerativen Hydraulikmotors 88 aus, und daraufhin wird der ausgewählte Druck über einen Lastdruck-Einleitkanal 3 zu der Stelleinrichtung 1 geleitet. So ist der über den Lastdruck-Einleitkanal 3 zu der Stelleinrichtung 1 geleitete Druck entweder der maximale Lastdruck der Stellglieder oder der Lastdruck des Hydraulikmotors 88.
Der Druck in dem Ausstoßdruck-Einleitkanal 2 wird mit einem Drucksensor 77, der als ein Druck-Detektor dient, über einen ersten Vorsteuer-Strömungskanal 4 erfasst, und ein Erfassungsergebnis wird an eine Steuereinrichtung 90 ausgegeben. Des Weiteren wird der Druck in dem Lastdruck-Einleitkanal 3 von einem Drucksensor 78, der als ein Druck-Detektor dient, über einen zweiten Vorsteuer-Strömungskanal 5 erfasst, und ein Erfassungsergebnis wird an die Steuereinrichtung 90 ausgegeben. Die Steuereinrichtung 90 berechnet eine Druckdifferenz zwischen dem mit dem Drucksensor 77 erfassten Druck und dem mit dem Drucksensor 78 erfassten Druck und steuert die Stelleinrichtung 1 so, dass die Druckdifferenz konstant bleibt. Das heißt, die Stelleinrichtung 1 steuert den Neigungswinkel der Hauptpumpe 71 so, dass die Druckdifferenz zwischen dem Ausstoßdruck der Hauptpumpe 71, der durch den Ausstoßdruck-Einleitkanal 2 geleitet wird, und entweder dem maximalen Lastdruck der Stellglieder oder dem Lastdruck des Hydraulikmotors 88, der durch den Lastdruck-Einleitkanal 3 geleitet wird, konstant bleibt.
Der regenerative Hydraulikmotor 88 dreht sich zusammen mit einer Einrichtung 91 zum Erzeugen von elektrischem Strom bzw. Stromerzeugungseinrichtung. Der Hydraulikmotor 88 ist ein regelbarer Motor, dessen Neigungswinkel von einer Stelleinrichtung 7 gesteuert wird, die mit der Steuereinrichtung 90 verbunden ist. Mit einem von der Stromerzeugungseinrichtung 91 erzeugten elektrischen Strom wird eine Batterie 13 über einen Wechselrichter 92 geladen. Die Batterie 13 ist mit der Steuereinrichtung 90 so verbunden, dass die Steuereinrichtung 90 ein Maß der Ladung der Batterie 13 prüfen kann. Der Hydraulikmotor 88 und die Stromerzeugungseinrichtung 91 können direkt oder über ein Untersetzungsgetriebe gekoppelt sein.
Der in dem Motor 73 vorhandene Generator 6 ist mit einer Batterieladeeinrichtung 33 verbunden, und die Batterie 13 wird über die Batterieladeeinrichtung 33 mit einem durch den Generator 6 erzeugten elektrischen Strom geladen. Die Batterieladeeinrichtung 33 ist auch mit einer Stromquelle 34 eines separaten Systems, wie beispielsweise einer Haushalts-Stromquelle, verbunden.
Die Hauptpumpe 71 ist mit dem Hydraulikmotor 88 über einen zusammenführenden Strömungskanal 9 und einen verbindenden Strömungskanal 8 verbunden, die von dem Haupt-Strömungskanal abzweigen. Der zusammenführende Strömungskanal 9 ist mit einem Stromventil 82 versehen, das einen Zuführstrom von Arbeitsöl steuert, der dem Hydraulikmotor 88 von der Hauptpumpe 71 zugeführt wird. Das Stromventil 82 ist ein durch Vorsteuerdruck gesteuertes Ventil, das zwischen einer Sperrposition und einer Verbindungsposition umgeschaltet werden kann, wobei eine Feder 10 an einer Seite desselben vorhanden ist und eine Vorsteuerkammer 11, zu der ein Vorsteuerdruck geleitet wird, an der anderen Seite vorhanden ist. Unter normalen Bedingungen wird das Stromventil 82 durch eine Spannkraft der Feder 10 in der Sperrposition (einer in 1 gezeigten Position), d. h. einer normalen Position, gehalten, so dass Verbindung zwischen der Hauptpumpe 71 und dem Hydraulikmotor 88 gesperrt ist. Wenn der Vorsteuerdruck hingegen auf die Vorsteuerkammer 11 wirkt, wird das Stromventil 82 an die Verbindungsposition geschaltet, so dass die Hauptpumpe 71 mit dem Hydraulikmotor 88 in Verbindung steht. Eine Öffnung des Stromventils 82 wird durch die Wirkung des Vorsteuerdrucks gesteuert, der zu der Vorsteuerkammer 11 geleitet wird.
Ein Magnet-Vorsteuerventil 83 steuert den Vorsteuerdruck, der auf die Vorsteuerkammer 11 des Stromventils 82 wirkt. Das Magnet-Vorsteuerventil 83 ist ein Magnetventil, das zwischen einer Sperrposition und einer Verbindungsposition umgeschaltet werden kann, wobei eine Feder an einer Seite desselben vorhanden ist und ein Schaltmagnet, der mit der Steuereinrichtung 9 verbunden ist, an der anderen Seite vorhanden ist. Wenn sich der Schaltmagnet in einer nicht erregten Position befindet, wird das Magnet-Vorsteuerventil 83 durch eine Spannkraft der Feder in der Sperrposition (einer in 1 gezeigten Position), d. h. einer normalen Position, gehalten, so dass die Vorsteuerkammer 11 des Stromventils 82 mit einem Behälter 85 in Verbindung steht. Wenn sich der Schaltmagnet hingegen in einem erregten Zustand befindet, wird das Magnet-Vorsteuerventil 83 an die Verbindungsposition geschaltet, so dass ein Vorsteuer-Öl, das von einer Vorsteuerpumpe 84 ausgestoßen wird, zu der Vorsteuerkammer 11 geleitet wird. Eine Öffnung des Magnet-Vorsteuerventils 83 wird entsprechend einem an den Schaltmagneten angelegten Strom gesteuert, so dass der auf die Vorsteuerkammer 11 des Stromventils 82 wirkende Vorsteuerdruck gesteuert wird. So kann die Öffnung des Stromventils 82 gesteuert werden, indem die Steuereinrichtung 90 den an den Schaltmagneten des Magnet-Vorsteuerventils 83 angelegten Strom steuert.
Ein Rückschlagventil 12, das einen Strom nur von der Hauptpumpe 71 zu dem Hydraulikmotor 88 zulässt, ist in dem zusammenführenden Strömungskanal 9 stromab von dem Stromventil 82 vorhanden. Ein zwischen dem Rückschlagventil 12 und dem Stromventil 82 erzeugter Druck, d. h. der Lastdruck des Hydraulikmotors 88, wird über den zweiten Druckleitkanal 3b zu dem Hochdruck-Wählventil 66 geleitet. In einem Zustand, in dem keines der Stellglieder in der Lastmessschaltung 40 in Funktion ist und nur der Hydraulikmotor 88 angetrieben wird, wählt das Hochdruck-Wählventil 66 den Lastdruck des Hydraulikmotors 88 aus, und dadurch steuert die Stelleinrichtung 1 den Neigungswinkel der Hauptpumpe 71 so, dass die Druckdifferenz zwischen dem Ausstoßdruck der Hauptpumpe 71 und dem Lastdruck des Hydraulikmotors 88 konstant bleibt.
Jedes Betätigungsventil 41 bis 46 ist mit einem Sensor 86 versehen, der als ein Betriebszustands-Detektor dient und der einen Betriebszustand der Betätigungsventile 41 bis 46 erfasst, indem er eine neutrale Position der Betätigungsventile 41 bis 46 elektrisch erfasst. Erfassungssignale Von den Sensoren 86 werden an die Steuereinrichtung 90 ausgegeben. Auf Basis der Erfassungssignale von den Sensoren 86 stellt die Steuereinrichtung 90 fest, ob sich die Betätigungsventile 41 bis 46 in der neutralen Position befinden oder nicht, d. h., ob sich die jeweiligen Stellglieder in Funktion oder in Ruhe befinden. Der Betriebszustands-Detektor ist nicht auf den Sensor 86 zum elektrischen Erfassen der neutralen Position der Betätigungsventile 41 bis 46 beschränkt, und statt dessen kann ein Sensor eingesetzt werden, der die neutrale Position der Betätigungsventile 41 bis 46 hydraulisch erfasst.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 2 ein Steuervorgang beschrieben, der ausgeführt wird, wenn die Stromerzeugungseinrichtung 91 elektrischen Strom unter Verwendung des Hydraulikmotors 88 erzeugt. Der folgende Steuervorgang wird von der Steuereinrichtung 90 ausgeführt. Eine CPU zum Steuern eines Gesamt-Verarbeitungsvorgangs der Steuervorrichtung, ein Programm, das für den Verarbeitungsvorgang der CPU erforderlich ist, ein ROM, der Daten und dergleichen speichert, ein RAM, der aus dem ROM gelesene Daten, von verschiedenen Messinstrumenten gelesene Daten usw. temporär speichert, usw., sind in der Steuereinrichtung 90 untergebracht.
In einem Schritt 1 erfassen die Sensoren 86 die jeweiligen Betriebszustände der Stellglieder, die mit den Betätigungsventilen 41 bis 46 verbunden sind. Das heißt, es werden durch die an den Betätigungsventilen 41 bis 46 vorhandenen Sensoren 86 erfasste Erfassungssignale gelesen.
In einem Schritt 2 wird auf Basis der Erfassungssignale von den Sensoren 86 festgestellt, ob sich alle der Betätigungsventile 41 bis 46 in der neutralen Position befinden oder nicht. Wenn in Schritt 2 festgestellt wird, dass sich eines der Betätigungsventile 41 bis 46 in einer umgeschaltenen Position und nicht in der neutralen Position befindet, wird festgestellt, dass das mit diesem Betätigungsventil verbundene Stellglied in Funktion ist, und daher geht die Routine zu einem Schritt 3 weiter, in dem normale Lastmess-Steuerung fortgesetzt wird. Die Routine kehrt dann zu Schritt 1 zurück.
Wenn in Schritt 2 festgestellt wird, dass sich alle der Betätigungsventile 41 bis 46 in der neutralen Position befindet, wird festgestellt, dass sich die jeweiligen Stellglieder in Ruhe befinden, und daraufhin geht die Routine zu einem Schritt 4 weiter.
Um die Batterie 13 durch Drehen des Hydraulikmotors 88 zu laden, muss eine Anforderung zum Erzeugen von elektrischem Strom durch eine Bedienungsperson ausgegeben werden. Die Bedienungsperson gibt die Stromerzeugungs-Anforderung aus, indem sie einen Schalter zum Anfordern von Stromerzeugung betätigt, und wenn der Schalter betätigt wird, wird ein Bereitschafts-Regenerations-Befehlssignal in die Steuereinrichtung 90 eingegeben. So wird in Schritt 4 festgestellt, ob das Bereitschafts-Regenerations-Befehlssignal eingegeben worden ist oder nicht.
Wenn in Schritt 4 festgestellt wird, dass das Bereitschafts-Regenerations-Befehlssignal nicht eingegeben worden ist, geht die Routine zu einem Schritt 6 weiter. In Schritt 6 wird der Schaltmagnet des Magnet-Vorsteuerventils 83 in einem nicht erregten Zustand gehalten, so dass das Magnet-Vorsteuerventil 83 in der in 1 gezeigten normalen Position gehalten wird. Wenn das Magnet-Vorsteuerventil 83 in der Sperrposition, d. h. der normalen Position, gehalten wird, steht die Vorsteuerkammer 11 des Stromventils 82 mit dem Behälter 85 in Verbindung, und daher wird das Stromventil 82 ebenfalls in der Sperrposition, d. h. der in 1 gezeigten normalen Position, gehalten, so dass Verbindung zwischen der Hauptpumpe 71 und dem Hydraulikmotor 88 unterbrochen ist. So wird, wenn durch die Bedienungsperson keine Stromerzeugungs-Anforderung ausgegeben wird, der Hydraulikmotor 88 nicht gedreht, und die Stromerzeugungseinrichtung 91 wird nicht angetrieben.
Wenn in Schritt 4 festgestellt wird, dass das Bereitschafts-Regenerations-Befehlssignal eingegeben worden ist, geht die Routine zu einem Schritt 5 weiter. In Schritt 5 wird festgestellt, ob die Batterie 13 nahezu voll geladen ist oder nicht. Wenn in Schritt 5 festgestellt wird, dass das Maß der Ladung der Batterie 13 nahe an voller Ladung liegt, geht die Routine wieder zu Schritt 6 weiter, so dass Verbindung zwischen der Hauptpumpe 71 und dem Hydraulikmotor 88 unterbrochen wird und die Stromerzeugungseinrichtung 91 nicht angetrieben wird.
Wenn in Schritt 5 festgestellt wird, dass das Maß der Ladung der Batterie 13 nicht nahe an voller Ladung liegt, oder, mit anderen Worten, dass das Maß der Ladung nicht ausreicht, geht die Routine zu einem Schritt 7 weiter. In Schritt 7 wird das Maß der Ladung der Batterie 13 bestimmt. Das heißt, es wird festgestellt, ob das Maß der Ladung der Batterie 13 genauso hoch ist wie oder höher als ein vorgegebenes Maß der Ladung. Das Bezugsmaß der Ladung wird im Voraus in dem ROM der Steuereinrichtung 90 gespeichert.
Wenn in Schritt 7 festgestellt wird, dass das Maß der Ladung der Batterie 13 genauso hoch ist wie oder höher als das Bezugsmaß der Ladung, geht die Routine zu einem Schritt 8 über. In Schritt 8 wird ein erforderliches Maß der Ladung auf Basis des aktuellen Maßes der Ladung der Batterie 13 berechnet, und ein Pumpen-Ausstoßstrom der Hauptpumpe 71, der dem erforderlichen Maß der Ladung entspricht, wird bestimmt. Wenn hingegen in Schritt 7 festgestellt wird, dass das Maß der Ladung der Batterie 13 niedriger ist als das Bezugsmaß der Ladung, geht die Routine zu einem Schritt 9 weiter. In Schritt 9 wird ähnlich wie in Schritt 8 das erforderliche Maß der Ladung auf Basis des aktuellen Maßes der Ladung der Batterie 13 berechnet, und der Pumpen-Ausstoßstrom, der dem erforderlichen Maß der Ladung entspricht, wird bestimmt. Dabei ist der in Schritt 8 bestimmte Pumpen-Ausstoßstrom geringer als der in Schritt 9 bestimmte Pumpen-Ausstoßstrom.
Nach dem Bestimmen des Pumpen-Ausstoßstroms in den Schritten 8 und 9 geht die Routine zu einem Schritt 10 weiter. In Schritt 10 wird ein an den Schaltmagneten des Magnet-Vorsteuerventils 83 angelegter elektrischer Erregungsstrom gesteuert, um einen Strom zu gewährleisten, der dem in den Schritten 8 und 9 bestimmten Pumpen-Ausstoßstrom entspricht. Dementsprechend wirkt ein durch das Magnet-Vorsteuerventil 83 gesteuerter Vorsteuerdruck auf die Vorsteuerkammer 11 des Stromventils 82, und dadurch wird das Stromventil 82 auf eine Öffnung eingestellt, die dem in den Schritten 8 und 9 bestimmten Pumpen-Ausstoßstrom entspricht. Indem die Öffnung des Stromventils 82 eingestellt wird, wird das von der Hauptpumpe 71 ausgestoßene Arbeitsöl zu dem Hydraulikmotor 88 geleitet, während der Ausstoßdruck der Hauptpumpe 71 und der Lastdruck des Hydraulikmotors 88, die durch das Hochdruck-Wählventil 66 ausgewählt werden, auf die Stelleinrichtung 1 wirken. Die Stelleinrichtung 1 gewährleistet dann einen Strom, der der eingestellten Öffnung des Stromventils 82 entspricht, indem sie den Neigungswinkel der Hauptpumpe 71 so steuert, dass die Druckdifferenz zwischen dem Ausstoßdruck der Hauptpumpe 72 und dem Lastdruck des Hydraulikmotors 88 konstant bleibt.
So wird der Ausstoßstrom von der Hauptpumpe 71 gesteuert, indem der an den Schaltmagneten des Magnet-Vorsteuerventils 83 angelegte elektrische Erregungsstrom, wie oben beschrieben, gesteuert wird. Wenn der Hydraulikmotor 88 entsprechend diesem Ausstoßstrom gedreht wird, wird die Stromerzeugungseinrichtung 91 veranlasst, elektrischen Strom zu erzeugen. Mit dem durch die Stromerzeugungseinrichtung 91 erzeugten elektrischen Strom wird die Batterie 13 über den Wechselrichter 92 geladen. Dadurch wird Regeneration unter Nutzung eines Bereitschaftsstroms durchgeführt, der von der Hauptpumpe 71 ausgestoßen wird (Schritt 11).
Daher kann, wenn sich die Stellglieder der Lastmess-Schaltung 41 im Ruhezustand befinden, elektrischer Strom erzeugt werden, indem die Hauptpumpe 71 unter Nutzung einer Antriebskraft des Motors 73 aktiv gedreht wird, und so kann Energieverlust verhindert werden.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 1 eine regelbare Hilfspumpe 89 beschrieben, die einen Ausgang der Hauptpumpe 71 unterstützt. Die Hilfspumpe 89 ist mit dem Hydraulikmotor 88 so gekoppelt, dass sie sich koaxial mit ihm dreht. Die Hilfspumpe 89 ist eine regelbare Pumpe, deren Neigungswinkel von einer Stelleinrichtung 14 gesteuert wird, die mit der Steuereinrichtung 90 verbunden ist. Die Hilfspumpe 89 dreht sich unter Nutzung der Stromerzeugungseinrichtung 91, die als ein Elektromotor arbeitet, als einer Antriebsquelle und erfüllt so eine Pumpenfunktion. Eine Drehgeschwindigkeit der Stromerzeugungseinrichtung 91 wird von der Steuereinrichtung 90 über den Wechselrichter 92 gesteuert. Wenn der Hydraulikmotor 88 die Funktion zum Erzeugen von elektrischem Strom erfüllt, wird der Neigungswinkel des Hilfsmotors 89 auf ein Minimum eingestellt, um die Last zu verringern, die auf den Hydraulikmotor 88 wirkt.
Ein von der Hilfspumpe 89 ausgestoßenes Arbeitsöl wird mit dem zusammenführenden Strömungskanal 9 von einem Hilfs-Strömungskanal 87 zusammengeführt und dann zu dem Haupt-Strömungskanal 75 an der Ausstoßseite der Hauptpumpe 71 geleitet. Ein Rückschlagventil 15, das das Arbeitsöl nur von der Hilfspumpe 89 zu dem Haupt-Strömungskanal 75 strömen lässt, ist in dem Hilfs-Strömungskanal 87 vorhanden.
Kanäle 16, 17 sind mit Stellglied-Anschlüssen des Betätigungsventils 46 für den Drehmotor 81 verbunden. Bremsventile 18, 19 sind mit den Kanälen 16 bzw. 17 verbunden. Wenn das Betätigungsventil 46 in der neutralen Position gehalten wird, sind die Stellglied-Anschlüsse geschlossen, so dass der Drehmotor 81 in einem angehaltenen Zustand gehalten wird.
Wenn das Betätigungsventil 46 in einer beliebigen Richtung von einem Zustand ausgehend geschaltet wird, in dem der Drehmotor 81 angehalten ist, wird einer der Kanäle, d. h. Kanal 16, mit der Hauptpumpe 71 verbunden, und der andere Kanal 17 steht mit einem Behälter 93 in Verbindung. Dadurch wird über den Kanal 16 ein Arbeitsöl zugeführt und bewirkt, dass sich der Drehmotor 81 dreht, und ein Rücklauföl von dem Drehmotor 81 wird über den Kanal 17 zu dem Behälter 93 zurückgeleitet. Wenn das Betätigungsventil 46 in einer zu der oben erwähnten Richtung entgegengesetzten Richtung umgeschaltet wird, wird der Kanal 17 mit der Hauptpumpe 71 verbunden, der Kanal 16 steht mit dem Behälter 93 in Verbindung, und der Drehmotor 81 dreht sich umgekehrt.
Wenn ein Druck in dem Kanal 16 oder 17 einen Solldruck erreicht oder übersteigt, wenn sich der Drehmotor 81 dreht, öffnet sich das Bremsventil 18 oder 19 und erfüllt eine Entlastungsventilfunktion, so dass der Druck in einem Hochdruckseiten-Kanal von den Kanälen 16, 17 auf dem Solldruck gehalten wird. Des Weiteren werden, wenn das Betätigungsventil 46 an die neutrale Position zurückgestellt wird, wenn sich der Drehmotor 81 dreht, die Stellglied-Anschlüsse des Betätigungsventils 46 geschlossen. Der Drehmotor 81 dreht sich selbst dann, wenn die Stellglied-Anschlüsse des Betätigungsventils 46 geschlossen sind, unter Nutzung von Trägheitsenergie weiter, und daher erfüllt der Drehmotor 81 eine Pumpfunktion. Dabei wird durch die Kanäle 16, 17, den Drehmotor 81 und die Bremsventile 18, 19 ein geschlossener Kreislauf gebildet, und die Trägheitsenergie wird durch die Bremsventile 18, 19 in Wärmeenergie umgewandelt.
Wenn das Betätigungsventil 43 von der neutralen Position aus in einer Richtung umgeschaltet wird, wird das von der Hauptpumpe 71 ausgestoßene Arbeitsöl über einen Kanal 20 einer Kolbenseiten-Kammer 21 des Ausleger-Zylinders 80 zugeführt, und ein Rücklauföl von einer Stangenseiten-Kammer 22 wird über einen Kanal 23 zu dem Behälter 93 zurückgeleitet, so dass der Ausleger-Zylinder 80 ausfährt. Wenn das Betätigungsventil 43 in einer zu der oben beschriebenen Richtung entgegengesetzten Richtung umgeschaltet wird, wird das von der Hauptpumpe 71 ausgestoßene Arbeitsöl der Stangenseiten-Kammer 22 des Ausleger-Zylinders 80 über den Kanal 23 zugeführt, und ein Rücklauföl von der Kolbenseiten-Kammer 21 wird über den Kanal 20 zu dem Behälter 93 zurückgeleitet, so dass der Ausleger-Zylinder 80 einfährt. Ein Proportional-Magnetventil 24, dessen Öffnung durch die Steuereinrichtung 90 gesteuert wird, ist in dem Kanal 20 vorhanden, der die Kolbenseiten-Kammer 21 des Ausleger-Zylinders 80 mit dem Betätigungsventil 43 verbindet. Unter normalen Bedingungen wird das Proportional-Magnetventil 24 in einer vollständig offenen Position gehalten.
Der verbindende Strömungskanal 8, der mit dem Hydraulikmotor 88 verbunden ist, ist über einen Einleit-Strömungskanal 25 und Rückschlagventile 26, 27 mit den Kanälen 16, 17 verbunden. Ein Magnet-Schaltventil 28, dessen Öffnen/Schließen von der Steuereinrichtung 90 gesteuert wird, ist in dem Einleit-Strömungskanal 25 vorhanden. Des Weiteren ist ein Drucksensor 29, der einen beim Drehen des Drehmotors 81 erzeugten Druck oder einen Druck erfasst, der erzeugt wird, wenn der Drehmotor 81 gebremst wird, zwischen dem Magnet-Schaltventil 28 und den Rückschlagventilen 26, 27 vorhanden, und ein Drucksignal von dem Drucksensor 29 wird an die Steuereinrichtung 90 ausgegeben.
Ein Sicherheitsventil 30, das das Arbeitsöl zu dem verbindenden Strömungskanal 8 leitet, wenn der Druck in dem Einleit-Strömungskanal 25 einen vorgegebenen Druck erreicht, ist in dem Einleit-Strömungskanal 25 stromab von dem Magnet-Schaltventil 28 vorhanden. Wenn ein Defekt in dem System des Einleit-Strömungskanals 25 auftritt, beispielsweise an dem Magnet-Schaltventil 28 oder dergleichen, verhindert das Sicherheitsventil 30, dass der Drehmotor 81 durchgeht, indem es den Druck in den Kanälen 16, 17 aufrechterhält.
Ein Einleit-Strömungskanal 31, der mit dem verbindenden Strömungskanal 8 in Verbindung steht, ist zwischen dem Ausleger-Zylinder 80 und dem Proportional-Magnetventil 24 vorhanden. Ein Magnet-Öffnungs-/Schließventil 32, dessen Öffnen/Schließen durch die Steuereinrichtung 90 gesteuert wird, ist in dem Einleit-Strömungskanal 31 vorhanden. Unter normalen Bedingungen wird das Magnet-Öffnungs-/Schließventil 32 in einer geschlossenen Position gehalten.
Der Hydraulikmotor 88 steht, wie oben beschrieben, mit dem Drehmotor 81 über den Einleit-Strömungskanal 25 und den verbindenden Strömungskanal 8 in Verbindung, und steht mit dem Ausleger-Zylinder 80 über den Einleit-Strömungskanal 31 sowie den verbindenden Strömungskanal 8 in Verbindung und wird daher durch das von beiden Stellgliedern 81, 80 zugeführte Arbeitsöl gedreht.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 3 ein Steuervorgang beschrieben, der an der Hilfspumpe 89 durchgeführt wird. Der folgende Steuervorgang wird von der Steuereinrichtung 90 ausgeführt.
Ein maximales Volumen der Hauptpumpe 71, so beispielsweise ein Nennvolumen, ein Programm zum Berechnen eines Ausstoßstroms anhand des Neigungswinkels der Hauptpumpe 71 sowie ein maximaler Hilfsstrom Qmax der Hilfspumpe 89 werden im Voraus in der Steuereinrichtung 90 gespeichert. Die Steuereinrichtung 90 steuert einen Hilfsstrom Q der Hilfspumpe 89 innerhalb eines Bereiches des maximalen Hilfsstroms Qmax. Der Hilfsstrom Q der Hilfspumpe 89 wird durch einen Neigungswinkel der Hilfspumpe 89, eine Drehgeschwindigkeit der Stromerzeugungseinrichtung 91 usw. bestimmt. Die Steuereinrichtung 90 bestimmt ein effizientestes Steuerverfahren und steuert dann den Neigungswinkel der Hilfspumpe 89 sowie die Drehgeschwindigkeit der Stromerzeugungseinrichtung 91, die als ein Motor arbeitet.
Der im Folgenden beschriebene Steuervorgang wird ausgeführt, wenn die Stellglieder in Funktion sind, d. h. wenn normale Lastmess-Steuerung abläuft, und er bezieht sich auf die in Schritt 3 von 2 durchgeführte Steuerung.
In einem Schritt 21 wird der Ausstoßstrom der Hauptpumpe 71 anhand des Neigungswinkels berechnet und gelesen.
In einem Schritt 22 wird festgestellt, ob der in dem Schritt 22 gelesene Ausstoßstrom ein vorgegebenes Maximalvolumen der Hauptpumpe 71 übersteigt.
Wenn in Schritt 22 festgestellt wird, dass der Ausstoßstrom der Hauptpumpe 71 das Maximalvolumen nicht übersteigt, oder, mit anderen Worten, genauso groß ist wie oder kleiner als der Maximalwert, geht die Routine zu einem Schritt 23 weiter. In Schritt 23 wird festgestellt, dass eine überschüssige Kraft zum Ausstoßen eines Stroms, der für die Lastmessschaltung 40 erforderlich ist, in der Hauptpumpe 71 vorhanden ist, und daher wird der Hilfsstrom Q der Hilfspumpe 89 auf Null eingestellt. Der Hilfsstrom Q der Hilfspumpe 89 kann auf Null eingestellt werden, indem die Stelleinrichtung 14 zum Einstellen des Neigungswinkels der Hilfspumpe 89 auf Null eingestellt wird, während die Stromerzeugungseinrichtung 91 gedreht wird, oder indem der Wechselrichter 92 so gesteuert wird, dass er Drehung der Stromerzeugungseinrichtung 91 unterbricht, die als ein Motor arbeitet.
Indem die Drehung der Stromerzeugungseinrichtung 91 unterbrochen wird, kann der Stromverbrauch verringert werden. Wenn Drehung der Stromerzeugungseinrichtung 91 fortgesetzt wird, drehen sich auch die Hilfspumpe 89 und der Hydraulikmotor 88 weiter, und daher kann Stoß, der durch Aktivierung der Hilfspumpe 89 und des Hydraulikmotors 88 erzeugt wird, verringert werden. Die Feststellung dahingehend, ob die Stromerzeugungseinrichtung 91 angehalten wird oder dass zugelassen wird, dass sie sich weiter dreht, kann entsprechend dem Einsatzzweck und den Einsatzbedingungen der Baumaschine getroffen werden.
Wenn in Schritt 22 festgestellt wird, dass der Ausstoßstrom der Hauptpumpe 71 das Maximalvolumen überschreitet, geht die Routine zu einem Schritt 24 weiter. In Schritt 24 wird festgestellt, dass der für die Lastmess-Schaltung 40 erforderliche Strom ein Volumen der Hauptpumpe 71 übersteigt, und daher wird der Hilfsstrom Q der Hilfspumpe 89 gesteuert. Der Hilfsstrom Q wird auf Basis eines in 4 gezeigten Steuerkennfeldes gesteuert, das in dem RAM der Steuereinrichtung 90 gespeichert ist. In dem in 4 gezeigten Steuerkennfeld zeigt eine Abszisse eine Druckdifferenz ΔP zwischen einem Ausstoßdruck P_P der Hauptpumpe 71 und einem maximalen Lastdruck P_L der Stellglieder, und die Ordinate zeigt den Hilfsstrom Q der Hilfspumpe 89. Die Druckdifferenz ΔP zwischen dem Ausstoßdruck P_P der Hauptpumpe 71 und dem maximalen Lastdruck P_L der Stellglieder wird auf Basis von den Drucksensoren 77, 78 eingegebener Drucksignale berechnet. Wenn normale Lastmess-Steuerung abläuft, dreht sich der Hydraulikmotor 88 nicht, und daher übersteigt der maximale Lastdruck der Stellglieder den Lastdruck des Hydraulikmotors 88. Dementsprechend wählt das Hochdruck-Wählventil 66 den maximalen Lastdruck der Stellglieder. So ist der von dem Drucksensor 78 erfasste Druck der maximale Lastdruck der Stellglieder.
Wenn die Druckdifferenz ΔP größer ist als eine vorgegebene Druckdifferenz ΔP₁, wird, wie in 4 gezeigt, festgestellt, dass ein bestimmter Grad an überflüssiger Kraft in der Hauptpumpe 71 vorhanden ist, und daher wird der Hilfsstrom Q der Hilfspumpe 89 auf Null eingestellt. Wenn die Druckdifferenz ΔP abnimmt, nimmt das Maß an überschüssiger Kraft in der Hauptpumpe 71 relativ zu dem für die Lastmess-Schaltung 40 erforderlichen Strom ab, und daher wird der Hilfsstrom Q allmählich erhöht.
In dem Steuerkennfeld in 4 wird der maximale Hilfsstrom Qmax auf einen festen Pegel innerhalb eines festen Bereiches (< ΔP₂) eingestellt, in dem die Druckdifferenz ΔP klein ist. Der Grund dafür ist, dass in dem festen Bereich, in dem die Druckdifferenz ΔP klein ist, ein möglichst starker Hilfsstrom Q gewährleistet werden muss. Als Alternative dazu kann das Kontrollkennfeld so ausgebildet sein, dass der maximale Hilfsstrom Qmax eingestellt wird, wenn die Druckdifferenz ΔP Null beträgt, und daraufhin wird veranlasst, dass sich der Hilfsstrom Q Qmin linear angleicht, wenn die Druckdifferenz ΔP zunimmt.
In den Schritten 25 und 26 wird ein Strom-Steuerwert so eingestellt, dass ein Ausgang der Stromerzeugungseinrichtung 91, die als ein Motor arbeitet, einen vorgegebenen Bereich nicht überschreitet, und ein Drehmoment-Steuerwert wird so eingestellt, dass ein Drehmoment der Stromerzeugungseinrichtung 91 ein vorgegebenes Drehmoment nicht übersteigt. In einem Schritt 27 werden der Neigungswinkel der Hilfspumpe 89 und die Drehgeschwindigkeit der Stromerzeugungseinrichtung 91 auf Basis des Hilfsstroms Q, des Strom-Steuerwertes und des Drehmoment-Steuerwertes gesteuert.
Wenn der Ausstoßstrom der Hauptpumpe 71 den Maximalwert erreicht, stellt, wie oben beschrieben, die Steuereinrichtung 90 fest, das keine überschüssige Kraft in der Hauptpumpe 71 vorhanden ist, und beginnt daher die Unterstützung unter Verwendung der Hilfspumpe 89. Die Steuereinrichtung 90 steuert dann den Hilfsstrom Q der Hilfspumpe 89, indem sie die Drehgeschwindigkeit der Stromerzeugungseinrichtung 91 und/oder die Stelleinrichtung 14 zum Steuern des Neigungswinkels der Hilfspumpe 89 auf Basis der Druckdifferenz ΔP zwischen dem Ausstoßdruck P_P der Hauptpumpe 71 und dem maximalen Lastdruck P_L der Stellglieder steuert. Indem der Hilfsstrom Q auf Basis der Druckdifferenz ΔP zwischen dem Ausstoßdruck P_P der Hauptpumpe 71 und dem maximalen Lastdruck P_L der Stellglieder auf diese Weise gesteuert wird, kann verhindert werden, dass der Hilfsstrom Q der Hilfspumpe 89 zu stark ansteigt, und so kann Energieeinsparung erreicht werden.
Oben wurde ein Fall beschrieben, in dem der Hilfsstrom Q der Hilfspumpe 89 nur auf Basis der Druckdifferenz ΔP zwischen dem Ausstoßdruck P_P der Hauptpumpe 71 und dem maximalen Lastdruck P_L der Stellglieder gesteuert wird. Als Alternative dazu kann jedoch der Hilfsstrom Q entsprechend der durch den Drehgeschwindigkeitssensor 74 erfassten Motor-Drehgeschwindigkeit auf Basis von zwei Modi gesteuert werden, d. h. einem Modus mit hoher Drehzahl des Motors und einem Modus mit niedriger Drehzahl des Motors, wie dies mit einem Steuerkennfeld in 5 dargestellt ist. In diesem Fall wird Steuerung durchgeführt, um in dem einem Modus mit hoher Drehzahl des Motors, d. h. wenn die Motor-Drehgeschwindigkeit genauso hoch ist wie oder höher als eine vorgegebene Bezugs-Drehgeschwindigkeit, einen relativen Anstieg des Hilfsstroms Q zu realisieren, und in dem Modus mit niedriger Drehzahl des Motors, d. h. wenn die Motor-Drehgeschwindigkeit niedriger ist als die Bezugs-Drehgeschwindigkeit, eine relative Verringerung des Hilfsstroms Q zu realisieren. So kann der Hilfsstrom Q auf Basis der Druckdifferenz ΔP und der Motor-Drehgeschwindigkeit gesteuert werden.
Der Grund dafür, dass der Hilfsstrom Q auf diese Weise auf Basis der Motor-Drehgeschwindigkeit gesteuert wird, ist der im Folgenden beschriebene. Bei einem Bagger oder dergleichen wird beispielsweise die Drehgeschwindigkeit des Motors 73 durch die Bedienungsperson eingestellt. Wenn die Bedienungsperson die Motor-Drehgeschwindigkeit auf eine hohe Drehgeschwindigkeit einstellt, ist ein starker Ausstoßstrom der Hauptpumpe 71 erforderlich. In diesem Fall wählt die Steuereinrichtung 90 den Modus mit hoher Drehzahl des Motors, um eine relative Zunahme des Hilfsstroms Q der Hilfspumpe 89 zu realisieren.
Wenn die Bedienungsperson die Motor-Drehgeschwindigkeit hingegen auf eine niedrige Drehgeschwindigkeit einstellt, bedeutet dies häufig, dass die Bedienungsperson präzise Steuerung durchführen will, um den Bagger oder dergleichen mit hoher Genauigkeit zu bewegen. Wenn der Hilfsstrom Q während dieser präzisen Steuerung verstärkt wird, strömt in Reaktion auf eine geringfügige Betätigung der Betätigungsventile ein starker Strom in die Stellglieder. Dies bedeutet konkret, dass die präzise Steuerung erschwert wird. Aus diesem Grund steuert die Steuereinrichtung 90 den Hilfsstrom Q, indem sie, wie in 5 gezeigt, entsprechend der Motor-Drehgeschwindigkeit den Modus mit hoher Drehzahl des Motors oder den Modus mit niedriger Drehzahl des Motors auswählt. Wenn der Modus mit niedriger Drehzahl des Motors ausgewählt wird, kann präzise Steuerung des Baggers oder dergleichen durchgeführt werden.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 1 ein Fall beschrieben, in dem der Hydraulikmotor 88 unter Verwendung eines Arbeitsöls von dem Drehmotor 81 oder dem Ausleger-Zylinder 80 gedreht wird. Wenn das Betätigungsventil 46 in die neutrale Position versetzt wird, wenn sich der Drehmotor 81 dreht, wird ein geschlossener Kreislauf zwischen den Kanälen 16, 17 ausgebildet, und das Bremsventil 18 oder 19 wandelt Trägheitsenergie in Wärmeenergie um, indem ein Bremsdruck in dem geschlossenen Kreislauf aufrechterhalten wird.
Der Drucksensor 29 erfasst einen Drehdruck oder einen Bremsdruck des Drehmotors 81 und gibt ein entsprechendes Drucksignal an die Steuereinrichtung 90 aus. Wenn ein Druck in einem Bereich erfasst wird, durch den ein Dreh- oder Bremsvorgang des Drehmotors 81 nicht beeinflusst wird und der geringfügig niedriger ist als ein Solldruck der Bremsventile 18, 19, schaltet die Steuereinrichtung 90 das Magnet-Schaltventil 28 von einer geschlossenen Position an eine offene Position. Wenn das Magnet-Schaltventil 28 an die offene Position geschaltet wird, wird das Arbeitsöl von dem Drehmotor 81 dem Hydraulikmotor 88 über den Einleit-Strömungskanal 25 und den verbindenden Strömungskanal 8 zugeführt.
Dabei steuert die Steuereinrichtung 90 den Neigungswinkel des Hydraulikmotors 88 auf Basis des Drucksignals von dem Drucksensor 29. Diese Steuerung wird im Folgenden beschrieben. Wenn der Druck in den Kanälen 16, 17 nicht auf einem Druck gehalten wird, der für den Drehvorgang oder den Bremsvorgang des Drehmotors 81 erforderlich ist, wird es unmöglich, Drehung des Drehmotors 81 zu bewirken oder ihn zu bremsen. Um den Druck in den Kanälen 16, 17 auf dem Drehdruck oder dem Bremsdruck zu halten, steuert die Steuereinrichtung 90 eine Last des Drehmotors 81, indem sie den Neigungswinkel des Hydraulikmotors 88 steuert. Das heißt, die Steuereinrichtung 90 steuert den Neigungswinkel des Hydraulikmotors 88 so, dass der mit dem Drucksensor 29 erfasste Druck im Wesentlichen dem Drehdruck oder dem Bremsdruck des Drehmotors 81 gleich ist.
Wenn das Arbeitsöl dem Hydraulikmotor 88 über den Einleit-Strömungskanal 25 und den verbindenden Strömungskanal 8 so zugeführt wird, dass eine Drehkraft von dem Hydraulikmotor 88 bezogen wird, wirkt die Drehkraft auf den Elektromotor 91, der sich koaxial mit dem Hydraulikmotor 88 dreht. Die Drehkraft des Hydraulikmotors 88 wirkt als eine Hilfskraft auf die Einrichtung 91 zum Erzeugen von elektrischem Strom, und daher kann der von der Stromerzeugungseinrichtung 91 verbrauchte elektrische Strom um ein Maß reduziert werden, das der Drehkraft des Hydraulikmotors 88 entspricht. Des Weiteren kann eine Drehkraft der Hilfspumpe 89 durch die Drehkraft des Hydraulikmotors 88 unterstützt werden, und diesem Fall wirken der Hydraulikmotor 88 und die Hilfspumpe 89 zusammen und erfüllen eine Druckumwandlungsfunktion.
Der Druck des Arbeitsöls, das in den verbindenden Strömungskanal 8 strömt, ist häufig niedriger als ein Pumpen-Ausstoßdruck der Hauptpumpe 71. Um einen hohen Pumpen-Ausstoßdruck in der Hilfspumpe 89 unter Nutzung dieses niedrigen Drucks aufrechtzuerhalten, werden der Hydraulikmotor 88 und die Hilfspumpe 89 veranlasst, eine Druckerhöhungsfunktion zu erfüllen. Das heißt, der Ausgang des Hydraulikmotors 88 wird durch ein Produkt aus einer Fördermenge Q1 pro Umdrehung und einem Druck P zu dieser Zeit bestimmt. Des Weiteren wird der Ausgang der Hilfspumpe 89 durch ein Produkt aus einer Fördermenge Q2 pro Umdrehung und einen Ausstoßdruck P2 zu dieser Zeit bestimmt. Da sich der Hydraulikmotor 88 und die Hilfspumpe 89 koaxial drehen, gilt Q1 × P1 = Q2 × P2. So wird, wenn die Fördermenge Q1 des Hydraulikmotors 88 auf das Dreifache der Fördermenge Q2 der Hilfspumpe 89 festgelegt wird, oder wenn, mit anderen Worten, beispielsweise Q1 = 3Q2 gilt, aus der obenstehenden Gleichung 3Q2 × P1 = Q2 × P2. Wenn beide Seiten der Gleichung durch Q2 dividiert werden, ergibt sich 3P1 = P2. Daher kann, indem der Neigungswinkel der Hilfspumpe 89 geändert wird, um die Fördermenge Q2 zu steuern, ein vorgegebener Ausstoßdruck in der Hilfspumpe 89 entsprechend dem Ausgang des Hydraulikmotors 88 aufrechterhalten werden. Das heißt, ein Öldruck von dem Drehmotor 81 kann erhöht und von der Hilfspumpe 89 ausgestoßen werden.
Der Neigungswinkel des Hydraulikmotors 88 wird jedoch so gesteuert, dass der Druck in den Kanälen 16, 17 auf dem Drehdruck oder dem Bremsdruck gehalten wird, wie dies oben beschrieben ist, und daher wird der Neigungswinkel des Hydraulikmotors 88 von selbst bestimmt, wenn der Öldruck von dem Drehmotor 81 genutzt wird. Daher wird, um eine Druckumwandlungsfunktion zu erfüllen, wenn der Neigungswinkel des Hydraulikmotors 88 bestimmt wird, der Neigungswinkel der Hilfspumpe 89 gesteuert. Es ist zu bemerken, dass, wenn der Druck in dem System des verbindenden Strömungskanals 8 aus einem Grund unter den Drehdruck oder den Bremsdruck fällt, die Steuereinrichtung 90 das Magnet-Steuerventil 28 auf Basis des Druck-Signals von dem Drucksensor 29 schließt, um zu gewährleisten, dass der Drehmotor 81 nicht beeinflusst wird. Des Weiteren gewährleistet das Sicherheitsventil 50, wenn es zum Austreten von Drucköl in dem verbindenden Strömungskanal 8 kommt, dass der Druck in den Kanälen 16, 17 nicht zu stark abfällt, um so Durchgehen des Drehmotors 81 zu verhindern.
Im Folgenden wird die Steuerung des Ausleger-Zylinders 80 beschrieben. Wenn das Betätigungsventil 43 geschaltet wird, um den Ausleger-Zylinder 80 zu betätigen, werden eine Betätigungsrichtung sowie ein Betätigungsmaß des Betätigungsventils 43 von dem Sensor (nicht dargestellt) erfasst, der an dem Betätigungsventil 43 vorhanden ist, und ein entsprechendes Betätigungssignal wird an die Steuereinrichtung 90 ausgegeben.
In Reaktion auf das Betätigungssignal von dem Sensor stellt die Steuereinrichtung 90 fest, ob die Bedienungsperson den Ausleger-Zylinder 80 anheben oder absenken will. Wenn festgestellt wird, dass der Ausleger-Zylinder 80 angehoben werden soll, hält die Steuereinrichtung 90 das Proportional-Magnetventil 24 in eine vollständig offenen Position, die einem Normalzustand entspricht.
Wenn hingegen festgestellt worden ist, dass der Ausleger-Zylinder 80 abgesenkt werden soll, berechnet die Steuereinrichtung 90 eine Absenkgeschwindigkeit des Ausleger-Zylinders 80, die von der Bedienungsperson entsprechend dem Betätigungsmaß des Betätigungsventils 43 angefordert wird. Des Weiteren schließt die Steuereinrichtung 90 das Proportional-Magnetventil 24 und schaltet das Magnet-Öffnungs-/Schließventil 32 an die offene Position. Dadurch wird eine Gesamtmenge eines Rücklauföls, das von dem Ausleger-Zylinder 80 ausgestoßen wird, dem Hydraulikmotor 88 zugeführt. Wenn der durch den Hydraulikmotor 88 verbrauchte Strom geringer ist als ein Strom, der erforderlich ist, um die von der Bedienungsperson angeforderte Absenkgeschwindigkeit aufrechtzuerhalten, kann der Ausleger-Zylinder 80 jedoch die von der Bedienungsperson angeforderte Absenkgeschwindigkeit nicht aufrechterhalten. In diesem Fall steuert die Steuereinrichtung 90 die Öffnung des Proportional-Magnetventils 24 auf Basis des Betätigungsmaßes des Betätigungsventils 43, des Neigungswinkels des Hydraulikmotors 88, der Drehgeschwindigkeit der Stromerzeugungseinrichtung 91 usw. so, dass ein Strom, der genauso groß ist wie oder größer als der von dem Hydraulikmotor 88 verbrauchte Strom, zu dem Behälter 93 zurückgeleitet wird, und so wird die Absenkgeschwindigkeit des Ausleger-Zylinders 80 auf der durch die Bedienungsperson angeforderten Absenkgeschwindigkeit gehalten.
Wenn dem Hydraulikmotor 88 ein Drucköl zugeführt wird, dreht sich der Hydraulikmotor 88, und die resultierende Drehkraft wirkt auf die sich koaxial drehende Stromerzeugungseinrichtung 91. Die Drehkraft des Hydraulikmotors 88 wirkt als eine Hilfskraft auf die Stromerzeugungseinrichtung 91, und daher kann der von der Stromerzeugungseinrichtung 91 verbrauchte elektrische Strom um ein Maß reduziert werden, das der Drehkraft des Hydraulikmotors 88 entspricht. Des Weiteren kann die Hilfspumpe 89 durch die Drehkraft des Hydraulikmotors 88 allein gedreht werden, d. h. ohne der Stromerzeugungseinrichtung 91 elektrischen Strom zuzuführen, und in diesem Fall erfüllen der Hydraulikmotor 88 und die Hilfspumpe eine Druckumwandlungsfunktion.
Im Folgenden wird ein Fall beschrieben, in dem der Drehvorgang des Drehmotors 81 und der Absenkvorgang des Ausleger-Zylinders 80 gleichzeitig durchgeführt werden. Wenn der Ausleger-Zylinder 80 abgesenkt wird, während sich der Drehmotor 81 dreht, werden das Drucköl von dem Drehmotor 81 und das Rücklauföl von dem Ausleger-Zylinder 80 dem Hydraulikmotor 88 nach Zusammenführen in dem verbindenden Strömungskanal 8 zugeführt. Dabei steigt der Druck in dem Einleit-Strömungskanal 25 an, wenn der Druck in dem verbindenden Strömungskanal 8 zunimmt Aufgrund des Vorhandenseins der Rückschlagventile 26, 27 wird der Drehmotor 81 selbst dann nicht beeinflusst, wenn der Druck in dem Einleit-Strömungskanal 25 über den Drehdruck oder den Bremsdruck des Drehmotors 81 hinaus ansteigt. Des Weiteren schließt die Steuereinrichtung 90, wenn der Druck in dem Einleit-Strömungskanal 25 unter den Drehdruck oder den Bremsdruck fällt, das Magnet-Schaltventil 28 auf Basis des Druck-Signals von dem Drucksensor 29.
So kann, wenn der Drehvorgang des Drehmotors 81 und der Absenkvorgang des Ausleger-Zylinders 80 gleichzeitig durchgeführt werden, der Neigungswinkel des Hydraulikmotors 88 unter Verwendung der erforderlichen Absenkgeschwindigkeit des Ausleger-Zylinders 80 als Bezugswert unabhängig von dem Drehdruck oder dem Bremsdruck des Drehmotors 76 bestimmt werden.
Das Rückschlagventil 15 ist in dem Hilfs-Strömungskanal 87 vorhanden, und daher kann, wenn ein Fehler beispielsweise in dem System aus der Hilfspumpe 89 und dem Hydraulikmotor 88 auftritt, das System der Hauptpumpe 71 von dem System aus der Hilfspumpe 89 und dem Hydraulikmotor 88 getrennt werden. Des Weiteren werden unter normalen Bedingungen das Magnet-Schaltventil 28 und das Magnet-Öffnungs-/Schließventil 32 durch eine Federkraft einer Feder in dem in 1 gezeigten geschlossenen Zustand gehalten, und das Proportional-Magnetventil 24 wird in der vollständig offenen Position gehalten. Daher kann, selbst wenn ein Fehler in einem elektrischen System auftritt, das System der Hauptpumpe 71 von dem System aus der Hilfspumpe 89 und dem Hydraulikmotor 88 getrennt werden.
Industrielle Einsetzbarkeit
Die vorliegende Erfindung kann als eine Steuervorrichtung für eine Baumaschine, wie beispielsweise einen Bagger, eingesetzt werden.

Claims

Steuervorrichtung für eine Hybrid-Baumaschine, die umfasst: eine regelbare Pumpe (71), die durch eine Antriebskraft von einem Primärantrieb (73) gedreht wird; eine Stelleinrichtung (1), die einen Neigungswinkel der regelbaren Pumpe (73) steuert; eine Vielzahl von Betätigungsventilen (41, 42, 43, 44, 45, 46), die einen Strom eines Arbeitsöls steuern, der von der regelbaren Pumpe (71) zu jeweiligen Stellgliedern geleitet wird; einen Betriebszustands-Detektor (86), der einen Betriebszustand der Betätigungsventile (41, 42, 43, 44, 45, 46) erfasst; einen regenerativen Hydraulikmotor (88), der durch ein Ausstoßöl von der regelbaren Pumpe (71) gedreht wird; und eine Einrichtung (91) zum Erzeugen von elektrischen Strom, die mit dem Hydraulikmotor (88) verbunden ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung weiter umfasst: ein Stromventil (82), das in einem Strömungskanal vorhanden ist, der die regelbare Pumpe (71) mit dem Hydraulikmotor (88) verbindet, wobei eine Öffnung desselben durch eine Wirkung eines Vorsteuerdrucks gesteuert wird, der zu einer Vorsteuerkammer (11) desselben geleitet wird; ein Magnet-Vorsteuerventil (83), mit dem der Vorsteuerdruck gesteuert wird, der auf die Vorsteuerkammer (11) des Stromventils (82) wirkt; einen Ausstoßdruck-Einleitkanal (2), der einen Ausstoßdruck der regelbaren Pumpe (71) zu der Stelleinrichtung (1) leitet; einen Lastdruck-Einleitkanal (3), der einen maximalen Lastdruck der jeweiligen Stellglieder oder einen Lastdruck des Hydraulikmotors (88) zu der Stelleinrichtung (1) leitet; und eine Steuereinrichtung (90), die, wenn sie auf Basis eines Erfassungsergebnisses von dem Betriebszustands-Detektor (86) festgestellt hat, dass sich die Stellglieder in einem Funktionszustand befinden, die Stelleinrichtung (1) so steuert, dass eine Druckdifferenz zwischen dem Ausstoßdruck der regelbaren Pumpe (71) und dem maximalen Lastdruck der jeweiligen Stellglieder konstant gehalten wird, und, wenn sie festgestellt hat, dass sich die Stellglieder in einem Ruhezustand befinden, einen Schaltmagneten des Magnet-Vorsteuerventils (83) erregt, so dass das Ausstoßöl von der regelbaren Pumpe (71) zu dem Hydraulikmotor (88) geleitet wird, und die Stelleinrichtung (1) so steuert, dass eine Druckdifferenz zwischen dem Ausstoßdruck der regelbaren Pumpe (71) und dem Lastdruck des Hydraulikmotors (88) konstant gehalten wird.
Steuervorrichtung für eine Hybrid-Baumaschine nach Anspruch 1, die des Weiteren eine Batterie (13) umfasst, die mit elektrischem Strom geladen wird, der erzeugt wird, wenn sich der Hydraulikmotor (88) dreht, wobei die Steuereinrichtung (90), wenn sie festgestellt hat, dass sich die Stellglieder in dem Ruhezustand befinden, einen an den Schaltmagneten des Magnet-Vorsteuerventils angelegten elektrischen Strom entsprechend einem Maß der Ladung der Batterie (13) steuert.
Steuervorrichtung für eine Hybrid-Baumaschine nach Anspruch 2, wobei die Steuereinrichtung (90), wenn sie festgestellt hat, dass sich die Stellglieder in dem Ruhezustand befinden, ein erforderliches Maß der Ladung auf Basis des Maßes der Ladung der Batterie (13) berechnet, einen Ausstoßstrom der regelbaren Pumpe (71) entsprechend dem berechneten erforderlichen Maß der Ladung bestimmt, und den an den Schaltmagneten des Magnet-Vorsteuerventils (83) angelegten elektrischen Strom so steuert, dass der Ausstoßstrom der regelbaren Pumpe (71) den bestimmten Ausstoßstrom erreicht.
Steuervorrichtung für eine Hybrid-Baumaschine nach Anspruch 1, die des Weiteren eine Hilfspumpe (89) umfasst, die mit dem Hydraulikmotor (88) so gekoppelt ist, dass sie sich koaxial damit dreht, und die einer Ausstoßseite der regelbaren Pumpe (71) ein Ausstoßöl zuführt, wobei die Steuereinrichtung (90), wenn sie festgestellt hat, dass sich die Stellglieder in dem Funktionszustand befinden, einen Ausstoßstrom der regelbaren Pumpe (71) anhand des Neigungswinkels derselben berechnet, und, nachdem sie festgestellt hat, dass der berechnete Ausstoßstrom der regelbaren Pumpe (71) einen vorgegebenen maximalen Ausstoßstrom erreicht hat, einen Ausstoßstrom der Hilfspumpe (89) auf Basis der Druckdifferenz zwischen dem Ausstoßdruck der regelbaren Pumpe (71) und dem maximalen Lastdruck der jeweiligen Stellglieder steuert.
Steuervorrichtung für eine Hybrid-Baumaschine nach Anspruch 4, die des Weiteren einen Drehgeschwindigkeits-Detektor (74) umfasst, der eine Drehgeschwindigkeit des Primärantriebs (73) erfasst, wobei die Steuereinrichtung (90), wenn sie festgestellt hat, dass sich die Stellglieder in dem Funktionszustand befinden, den Ausstoßstrom der regelbaren Pumpe (71) anhand des Neigungswinkels derselben berechnet, und, nachdem sie festgestellt hat, dass der berechnete Ausstoßstrom der regelbaren Pumpe (71) den vorgegebenen maximalen Ausstoßstrom erreicht hat, den Ausstoßstrom der Hilfspumpe (89) auf Basis der Druckdifferenz zwischen dem Ausstoßdruck der regelbaren Pumpe (71) und dem maximalen Lastdruck der jeweiligen Stellglieder sowie der durch den Drehgeschwindigkeits-Detektor (74) erfassten Drehgeschwindigkeit steuert.
Steuervorrichtung für eine Hybrid-Baumaschine nach Anspruch 4, wobei die Steuereinrichtung (90) den Ausstoßstrom der Hilfspumpe (89) steuert, indem sie eine Stelleinrichtung (1) zum Steuern eines Neigungswinkels der Hilfspumpe (89) oder/und eine Drehgeschwindigkeit der Einrichtung (91) zum Erzeugen von elektrischem Strom steuert.