JP2009250361A - 油圧シリンダ作動圧の回生回路 - Google Patents

Abstract

【課題】省エネを図ることができる油圧シリンダ作動圧の回生回路を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は上記目的を達成するために、油圧シリンダ４の作動時に該油圧シリンダ４から排出される保持圧及び戻り圧のうちの少なくとも何れかを蓄圧するアキュムレータ１０を備え、該アキュムレータ１０に蓄えられた油圧をパイロット制御系におけるパイロット圧として用いるように構成した油圧シリンダ作動圧の回生回路を提供するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、油圧シリンダ作動圧の回生回路に関するものであり、特に、建設機械等に装備されている油圧シリンダの作動時に排出される保持圧、戻り圧を含む作動圧を有効利用しうるようにした油圧シリンダ作動圧の回生回路に関するものである。

従来、例えば、次のような油圧駆動装置が知られている。この従来技術は、エンジンの出力軸に発電機及び油圧ポンプが取り付けられ、該油圧ポンプからの圧油がコントロールバルブを介してアームシリンダ及びブームシリンダにそれぞれ供給されるようになっている。これにより、操作レバーを操作してコントロールバルブを制御することにより、アーム及びブームに所望の動作をさせることができる。

前記発電機には、インバータが接続されている。インバータは、発電機で発生した交流電力を直流電力に変換してバッテリに蓄える通常充電作用、インバータに接続されたバケット用電動機の回生作用によって発生した交流電力を直流電力に変換して回生充電作用の各作用を行う。

また、インバータは、バッテリに蓄えられた電気エネルギーを交流に変換してバケット用電動機及び／又は発電機に供給する放電作用、発電機からの交流電力をバケット用電動機に供給する供給作用の各作用を行う。

そして、前記油圧ポンプ側が低負荷時には、エンジンが運転されると発電機が発電作用を行い、発生した交流電力がインバータを介してバケット用電動機に供給されることにより、その駆動が可能となる。これとともに、エンジンによって油圧ポンプが駆動されるので、コントロールバルブを操作することによりアームシリンダ及びブームシリンダが動作する。

バケット用電動機は、その負荷が小さいときには発電機からインバータ経由で供給される交流電力によって駆動される。このとき、発電機で発電された交流電力は、インバータにおいて直流電力に変換されてバッテリに蓄えられる。

一方、バケット用電動機の負荷が所定値よりも大きくなると、発電機で発電された交流電力のバッテリへの蓄電は停止され、バケット用電動機の駆動エネルギーとして、発電機から供給された電力だけでなく必要であればバッテリに蓄えられた電力が併せて用いられる。

また、バケットシリンダは、バケット用電動機によって直接駆動されるのではなく、該バケット用電動機の出力軸に取り付けられたバケット用油圧ポンプを介して駆動されている。該バケット用油圧ポンプは、バケット用電動機の回転方向に応じて圧油の吐出方向が転換する双方向性ポンプとして構成され、バケット用油圧ポンプの両側吐出口が管路を介してバケットシリンダのヘッド側油室及びロッド側油室に接続されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−１６７０４号公報（第４〜６頁、図２、図５）。

特許文献１に記載の従来技術においては、バケットシリンダをバケット用電動機を介し
て駆動するようにしている。そのため、エンジンの余剰トルクを利用して蓄電されたバッテリの電気エネルギーを有効に用いることができるとしている。しかし、バケットシリンダは、バケット用電動機によって直接駆動されるのではなく、該バケット用電動機の出力軸に取り付けられた双方向性のバケット用油圧ポンプも必要としている。該双方向性のバケット用油圧ポンプでバケットシリンダを動作させるためには、圧油源としてのオイルタンク、該オイルタンクとバケット用油圧ポンプとの間に設けられた自動切換弁、オペレートチェック弁及び手動開閉弁等の付設が必要である。このため、必ずしも省エネとはならずコスト高も招くことになる。

また、アームシリンダ及びブームシリンダ等への圧油の供給を制御するコントロールバルブの操作方式としては、エンジン等の原動機で駆動されるギヤポンプ等からなるパイロットポンプ及びパイロット弁等を備えてパイロット方式とされるのが一般的である。しかし、このパイロット方式の場合は、コントロールバルブを操作している間、エンジン等の原動機及びパイロットポンプを引き続いて運転することが必要となるため、必ずしも省エネとはならない。

そこで、省エネを図るために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、油圧シリンダの作動時に該油圧シリンダから排出される保持圧及び戻り圧のうちの少なくとも何れかを蓄圧するアキュムレータを備え、該アキュムレータに蓄えられた油圧をパイロット制御系におけるパイロット圧として用いるように構成した油圧シリンダ作動圧の回生回路を提供する。

この構成によれば、油圧シリンダは、ヘッド側油室に圧油が供給されるとロッド側油室の戻り圧（戻り油）が排出されてピストンロッドが前進する。これと逆にロッド側油室に圧油が供給されるとヘッド側油室の保持圧（保持油）が排出されてピストンロッドは後退する。この油圧シリンダの作動時に排出される保持圧及び戻り圧のうちの少なくとも何れかがアキュムレータに蓄圧される。そして該アキュムレータに蓄えられた油圧が、パイロット制御方式の油圧機器におけるパイロット圧として利用される。

請求項２記載の発明は、上記アキュムレータからパイロット圧として供給する油圧の圧力を検出する圧力センサと、電動機で駆動される油圧ポンプとを備え、前記圧力センサで検出された圧力値が所定値以下のときは該検出された圧力値に基づいて前記電動機を始動させ、前記油圧ポンプからの吐出圧で前記アキュムレータから供給される油圧の圧力を補充して所要圧のパイロット圧とするようにした油圧シリンダ作動圧の回生回路を提供する。

この構成によれば、油圧シリンダの作動当初等には、アキュムレータに蓄圧される油圧の圧力値は所定値以下になる場合がある。そこでアキュムレータからパイロット圧として供給される油圧の圧力値が圧力センサで検出され、その圧力値が所定値以下のときは電動機駆動の油圧ポンプが始動し、該油圧ポンプからの吐出圧で前記アキュムレータから供給される油圧の圧力が補充されて所要圧のパイロット圧とされる。

請求項１記載の発明は、油圧シリンダの作動時に該油圧シリンダから排出される保持圧及び戻り圧のうちの少なくとも何れかを蓄圧するアキュムレータを備え、該アキュムレータに蓄えられた油圧をパイロット制御系におけるパイロット圧として用いるように構成し
たので、油圧シリンダの作動時に排出される戻り油及び保持油は、通常の場合そのまま油タンクに戻される。この戻り油及び保持油の各油圧がパイロット制御系におけるパイロット圧として利用されることで原動機駆動のパイロットポンプの運転が不要となって、省エネを図ることができるという利点がある。

請求項２記載の発明は、上記アキュムレータからパイロット圧として供給する油圧の圧力を検出する圧力センサと、電動機で駆動される油圧ポンプとを備え、前記圧力センサで検出された圧力値が所定値以下のときは該検出された圧力値に基づいて前記電動機を始動させ、前記油圧ポンプからの吐出圧で前記アキュムレータから供給される油圧の圧力を補充して所要圧のパイロット圧としたので、電動機駆動の油圧ポンプは、アキュムレータからパイロット圧として供給される油圧の圧力値が所定値以下の場合に、その圧力値補充ときのみ運転されることで、その運転エネルギーが低減して省エネを図ることができるという利点がある。

省エネを図るという目的を、油圧シリンダの作動時に該油圧シリンダから排出される保持圧及び戻り圧のうちの少なくとも何れかを蓄圧するアキュムレータを備え、該アキュムレータに蓄えられた油圧をパイロット制御系におけるパイロット圧として用いるように構成した。これに加えてさらに、前記アキュムレータからパイロット圧として供給する油圧の圧力を検出する圧力センサと、電動機で駆動される油圧ポンプとを具備させ、前記圧力センサで検出された圧力値が所定値以下のときは該検出された圧力値に基づいて前記電動機を始動させ、前記油圧ポンプからの吐出圧で前記アキュムレータから供給される油圧の圧力を補充して所要圧のパイロット圧とすることにより実現した。

以下、本発明の実施例を図面に従って詳述する。図１は油圧シリンダ作動圧の回生回路の電気油圧回路図である。まず、本実施例に係る油圧シリンダ作動圧の回生回路の構成を説明する。本実施例の油圧シリンダは、油圧ショベルにおけるアームシリンダ等に適用されている。

図１において、エンジン１で駆動されるメインポンプ（可変容量油圧ポンプ）２の吐出口がコントロールバルブ３の給油ポート３ｃに接続されている。コントロールバルブ３は、左行側パイロットポート３ａ及び右行側パイロットポート３ｂを備えたパイロット作動式の三位置切換弁であり、第１の出力ポート３ｄは油圧シリンダ４のヘッド側油室４ａに接続され、第２の出力ポート３ｅには蓄圧ライン５が接続され、第３の出力ポート３ｆは油圧シリンダ４のロッド側油室４ｂに接続されている。

コントロールバルブ３は、中立位置Ｎでは給油ポート３ｃと第１〜第３の出力ポート３ｄ，３ｅ，３ｆ間はブロック状態である。左行側パイロットポート３ａにパイロット圧が入力されたときの左行側位置Ｌでは給油ポート３ｃが油圧シリンダ４のヘッド側油室４ａに連通し、油圧シリンダ４のロッド側油室４ｂが蓄圧ライン５に連通するともに絞り６ａが設けられた弁路を介してタンク７に連通する。また、右行側パイロットポート３ｂにパイロット圧が入力されたときの右行側位置Ｒでは給油ポート３ｃが油圧シリンダ４のロッド側油室４ｂに連通し、油圧シリンダ４のヘッド側油室４ａが蓄圧ライン５に連通するともに絞り６ｂが設けられた弁路を介してタンク７に連通する。

前記蓄圧ライン５は、第２の出力ポート３ｅ側からの圧油の流れのみを許容するチェック弁８及び圧力制御弁９を介してアキュムレータ１０に接続されている。アキュムレータ１０は、油圧シリンダ４の作動時に該油圧シリンダ４から排出される保持圧及び戻り圧のうちの少なくとも何れかを蓄圧ライン５を介して蓄圧し、その蓄えられた油圧を前記コン
トロールバルブ３に対するパイロット圧として供給するための油圧源としての機能を有している。圧力制御弁９はアキュムレータ１０内の油圧を４〜１５ＭＰａ以下の圧力値に設定する。圧力制御弁９の弁出口に通じる油路には１６ＭＰａ以上の油圧をタンク７に逃がすリリーフ弁１１が接続されている。

アキュムレータ１０からの油圧供給ライン１２は、供給するパイロット圧を３〜５ＭＰａ以下に設定する圧力制御弁１３及びチェック１４弁を介してパイロット操作弁１５の入力ポート１５ｃに接続されている。チェック弁１４は圧力制御弁１３側からパイロット操作弁１５方向への圧油の流れのみを許容する。パイロット操作弁１５における一方の出力ポート１５ａは前記コントロールバルブ３の左行側パイロットポート３ａに接続され、他方の出力ポート１５ｂは前記コントロールバルブ３の右行側パイロットポート３ｂに接続されている。該パイロット操作弁１５には、入力ポート１５ｃから供給された油圧を一方の出力ポート１５ａ側と他方の出力ポート１５ｂ側に切換えるための操作レバー１５ｄが備えられている。

ここで、油圧シリンダ４の作動当初等には、油圧源としてのアキュムレータ１０に蓄圧される油圧の圧力値が所定値以下に低下する場合がある。これに対しては、次のような電動機１６で駆動される可変容量油圧ポンプ１７を備えた圧力補充回路１８が構成されている。即ち、アキュムレータ１０からパイロット圧として供給する油圧の圧力を検出するための圧力センサ１９が油圧供給ライン１２に通じる油路に接続され、該圧力センサ１９からの検出信号出力線がコントローラ２０に接続されている。

コントローラ２０には、該コントローラ２０で制御されるインバータ２１が接続され、該インバータ２１には、その交流電力出力線２１ａに前記電動機１６が接続されるとともに直流電力を取り入れるためのバッテリ２２が接続されている。そして、前記圧力センサ１９で検出された圧力値が所定値以下のときは該検出された圧力値に基づいてコントローラ２０からの制御指令によりインバータ２１がバッテリ２２から直流電力を取り込み、この直流電力を交流電力に変換する。この交流電力により電動機１６が始動して可変容量油圧ポンプ１７駆動される。該可変容量油圧ポンプ１７の吐出口は、この吐出口から吐出される圧油の流れのみを許容するチェック弁２３を介して前記油圧供給ライン１２に接続されており、該可変容量油圧ポンプ１７からの吐出圧で前記アキュムレータ１０から供給される油圧の圧力が補充される。

次に、上述のように構成された油圧シリンダ作動圧の回生回路の作用を説明する。油圧源としてのアキュムレータ１０に蓄えられた油圧が油圧供給ライン１２を介してパイロット操作弁１５の入力ポート１５ｃに供給されている。該パイロット操作弁１５における操作レバー１５ｄを一方の出力ポート１５ａ側に操作すると、入力ポート１５ｃに供給された油圧がコントロールバルブ３の左行側パイロットポート３ａにパイロット圧として入力する。これにより、コントロールバルブ３が左行し、メインポンプ２からの圧油が油圧シリンダ４のヘッド側油室４ａに供給されるとともにロッド側油室４ｂから戻り圧（戻り油）が排出されてピストンロッド４ｃが前進する。このとき、ロッド側油室４ｂから排出された戻り圧（戻り油）は、絞り６ａで絞られることで蓄圧ライン５を介してアキュムレータ１０に蓄圧され、その一部が絞り６ａを通ってタンク７に戻る。

パイロット操作弁１５における操作レバー１５ｄを、上記と逆に他方の出力ポート１５ｂ側に操作すると、入力ポート１５ｃに供給された油圧がコントロールバルブ３の右行側パイロットポート３ｂにパイロット圧として入力する。これにより、コントロールバルブ３が右行し、メインポンプ２からの圧油が油圧シリンダ４のロッド側油室４ｂに供給されるとともにヘッド側油室４ａから保持圧（保持油）が排出されてピストンロッド４ｃは後退する。このとき、ヘッド側油室４ａから排出された保持圧（保持油）は、絞り６ｂで絞
られることで蓄圧ライン５を介してアキュムレータ１０に蓄圧され、その一部が絞り６ｂを通ってタンク７に戻る。

そして、上記のように、油圧シリンダ４の作動時にヘッド側油室４ａから排出された保持圧（保持油）及びロッド側油室４ｂから排出された戻り圧（戻り油）が、油圧源としてのアキュムレータ１０に蓄圧されてコントロールバルブ３を切換え操作するためのパイロット圧として利用される。

また、油圧シリンダ４の作動当初等においてアキュムレータ１０に蓄圧されている油圧の圧力値が所定値以下になっている場合は圧力補充回路１８が次のように作動する。即ち、圧力センサ１９によりアキュムレータ１０からパイロット圧として供給される油圧の圧力値が検出され、その圧力値が所定値以下のときは該検出された圧力値に基づいてコントローラ２０からの制御指令によりインバータ２１がバッテリ２２から直流電力を取り込み、この直流電力を交流電力に変換する。この交流電力により電動機１６が始動して可変容量油圧ポンプ１７駆動され、該可変容量油圧ポンプ１７からの吐出圧で前記アキュムレータ１０から供給される油圧の圧力が補充されてパイロット圧として用いるための所要圧となる。

上述したように、本実施例に係る油圧シリンダ作動圧の回生回路においては、油圧シリンダ４の作動時に該油圧シリンダ４から排出される保持油及び戻り油の各油圧を、コントロールバルブ３を切換え操作するためのパイロット圧として利用することで原動機駆動のパイロットポンプの運転が不要となって、省エネを図ることができる。

電動機１６で駆動する可変容量油圧ポンプ１７は、アキュムレータ１０からパイロット圧として供給する油圧の圧力値が所定値以下の場合に、その圧力値補充ときのみ運転することで、その運転エネルギーが低減して省エネを図ることができる。

油圧シリンダ４を油圧ショベルにおけるブームシリンダ等に適用したときは、該ブームシリンダ等とアキュムレータ１０との高低差に起因する位置エネルギーにより該アキュムレータ１０に蓄圧する保持圧及び戻り圧の圧力値をさらに高めることができる。

なお、コントロールバルブ３の左行側位置Ｌにおける絞り６ａの配設及び蓄圧ライン５に連通させるための分岐弁路３ｇの形成は共に省略して、コントロールバルブ３が左行したときのロッド側油室４ｂからの戻り圧（戻り油）は直接タンク７へ戻し、アキュムレータ１０へはヘッド側油室４ａから排出される保持圧 （保持油）のみを蓄圧するようにしてもよい。このようにしても、アキュムレータ１０をパイロット圧の油圧源として十分に機能させることができる。

また、アキュムレータに蓄えられた油圧は、パイロット制御系におけるパイロット圧としての利用の他に、油圧ポンプの傾転制御等の他用途にも利用可能である。

なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変をなすことができ、そして、本発明が該改変されたものにも及ぶことは当然である。

本発明の実施例に係る油圧シリンダ作動圧の回生回路の電気油圧回路図。

符号の説明

１ エンジン
２ メインポンプ
３ コントロールバルブ
３ａ 左行側パイロットポート
３ｂ 右行側パイロットポート
４ 油圧シリンダ
４ａ ヘッド側油室
４ｂ ロッド側油室
５ 蓄圧ライン
６ａ，６ｂ 絞り
７ タンク
８ チェック弁
９ 圧力制御弁
１０ アキュムレータ
１１ リリーフ弁
１２ 油圧供給ライン
１３ 圧力制御弁
１４ チェック弁
１５ パイロット操作弁
１６ 電動機
１７ 可変容量油圧ポンプ
１８ 圧力補充回路
１９ 圧力センサ
２０ コントローラ
２１ インバータ
２２ バッテリ
２３ チェック弁

Claims (2)

1. 油圧シリンダの作動時に該油圧シリンダから排出される保持圧及び戻り圧のうちの少なくとも何れかを蓄圧するアキュムレータを備え、該アキュムレータに蓄えられた油圧をパイロット制御系におけるパイロット圧として用いるように構成したことを特徴とする油圧シリンダ作動圧の回生回路。
2. 上記アキュムレータからパイロット圧として供給する油圧の圧力を検出する圧力センサと、電動機で駆動される油圧ポンプとを備え、前記圧力センサで検出された圧力値が所定値以下のときは該検出された圧力値に基づいて前記電動機を始動させ、前記油圧ポンプからの吐出圧で前記アキュムレータから供給される油圧の圧力を補充して所要圧のパイロット圧とするようにしたことを特徴とする請求項１記載の油圧シリンダ作動圧の回生回路。
   

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