JP5791530B2

JP5791530B2 - 建設機械の制御装置

Info

Publication number: JP5791530B2
Application number: JP2012013185A
Authority: JP
Inventors: 俊介福田; 説与吉田
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2012-01-25
Filing date: 2012-01-25
Publication date: 2015-10-07
Anticipated expiration: 2032-01-25
Also published as: EP2808563A1; EP2808563A4; JP2013151985A; CN104067002B; KR20140116142A; US20150033726A1; WO2013111707A1; EP2808563B1; US9441648B2; CN104067002A; KR101653472B1

Description

この発明は、メインポンプの動力を利用して電動・発電機を回し、その電動・発電機の駆動力でアシストポンプを回すハイブリッドタイプの建設機械の制御装置に関する。

この種の装置として、本出願人は、特開２０１１−２４１９４７号にかかわる発明をすでに提供しているが、この装置を図２に示した。
この従来の装置は、可変容量型の第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２を備えるとともに、第１メインポンプＭＰ１は第１供給通路５１を経由して第１回路系統に接続しているが、この第１回路系統には複数の操作弁５２〜５６を接続している。

上記のようにした第１供給通路５１には、第１ロジック弁５７の出力ポート５７ａを接続しているが、この第１ロジック弁５７の入力ポート５７ｂは、合流通路ａを経由して可変容量型のアシストポンプＡＰに常時連通させている。
一方、上記第２メインポンプＭＰ２は、第２供給通路５８ａ，５８ｂを経由して第２回路系統に接続しているが、この第２回路系統には複数の操作弁５９〜６２を接続している。

また、上記第２供給通路５８ａ，５８ｂには、第２ロジック弁６３を設けているが、この第２ロジック弁６３の入力ポート６３ａを、第２ロジック弁６３の上流側における第２供給通路５８ａを介して第２メインポンプＭＰ２に接続し、その出力ポート６３ｂを第２ロジック弁６３の下流側における第２供給通路５８ｂを介して第２回路系統に接続している。

一方、前記可変容量型のアシストポンプＡＰは、可変容量型の油圧モータＭと連係して一体回転するとともに、この油圧モータＭは電動・発電機ＭＧに連係している。そして、この電動・発電機ＭＧは、インバーターＩを介してバッテリー６４に接続している。したがって、油圧モータＭが回転すれば、電動・発電機ＭＧが回って発電するとともに、その発電された電力はインバーターＩを介してバッテリー６４に蓄電される。

そして、上記第２供給通路５８ａには切換弁６５を接続しているが、この切換弁６５は、センタリングスプリングの作用で通常は図示の中立位置を保ち、アシストポンプＡＰに連通した合流通路ａを、接続通路６７を経由して上記第２供給通路５８ａに連通させる。なお、符号６６は接続通路６７に設けたチェック弁で、切換弁６５から第２供給通路５８ａへの流通のみを許容するものである。

また、上記切換弁６５が図示の中立位置にあるときには、第２メインポンプＭＰ２と上記油圧モータＭとの連通を遮断するが、切換弁６５が図面左側位置に切り換わると、第２メインポンプＭＰ２と油圧モータＭとを通路ｂを介して連通させる。
なお、切換弁６５が図示の右側位置に切り換わると、通路ａ、ｂのそれぞれと、第２供給通路５８ａとの連通を遮断する。

そして、上記のように切換弁６５が中立位置にあるときには、アシストポンプＡＰの吐出油が第２メインポンプＭＰ２の吐出油と、第２供給通路５８ａで合流することになる。なお、上記合流通路ａは、第１ロジック弁５７の入力ポート５７ｂにも接続されている。したがって、上記合流通路ａは、第１，２ロジック弁５７，６３に対して、並列に接続されていることになる。
また、図中符号Ｅは第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２を駆動するエンジン、Ｃは当該装置の電磁弁を制御するコントローラである。

特開２０１１−２４１９４７号公報

上記のようにした従来の装置では、アシストポンプＡＰを、合流通路ａを介して第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２に対して並列に接続しているが、第２メインポンプＭＰ２に対しては、チェック弁６６を備えた接続通路６７を介して接続している。しかし、チェック弁６６はその開度が制限されるので、アシストポンプＡＰから第２メインポンプＭＰ２にいたる過程での圧力損失が、チェック弁を備えていない第１メインポンプＭＰ１にいたる過程の圧力損失よりも大きくなり、両者間での圧力バランスが崩れてしまう。

上記のように圧力バランスが崩れると、アシストポンプＡＰの吐出油を、第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２に合流させて、操作弁５２〜５６及び５９〜６２を操作しているときに、オペレータの操作感を悪くするという問題があった。

この発明の目的は、第１，２メインポンプとは別の動力源を用いて駆動するアシストポンプを第１，２メインポンプに並列に接続する場合に、それら第１，２メインポンプに対する圧力がアンバランスにならない建設機械の制御装置を提供することである。

この発明は、第１，２メインポンプと、上記第１メインポンプと第１供給通路を介して接続される第１回路系統と、上記第２メインポンプと第２供給通路及び上記第２供給通路過程に設けられた第２ロジック弁を介して接続される第２回路系統と、上記第２メインポンプに接続される油圧モータと、上記油圧モータの駆動力で回転する電動・発電機と、上記電動・発電機の駆動力で回転するアシストポンプとを備えている。そして、上記アシストポンプは並列にした一対の分岐通路が備えられた合流通路に接続され、一方の分岐通路は第１ロジック弁を介して上記第１供給通路に接続され、他方の分岐通路は切換弁が設けられるとともに、上記切換弁は、切換位置に応じて、上記アシストポンプを上記第２ロジック弁の上流側における第２供給通路に接続させたり、また、その切換位置に応じて、上記第２メインポンプを上記油圧モータに接続させたりする。

そして、第１の発明は、上記切換弁の下流で上記分岐通路からさらに分岐させたバイパス通路が設けられ、上記バイパス通路を、上記第２ロジック弁を経由させずに第２供給通路の下流側に接続させている。

第２の発明には、上記切換弁の下流側における分岐通路には、アシストポンプから第２ロジック弁への流通のみを許容するチェック弁が設けられ、上記バイパス通路には、アシストポンプから第２回路系統への流通のみを許容するチェック弁が設けられている。

第３の発明は、上記第１ロジック弁のパイロット室あるいは第２ロジック弁のパイロット室の少なくとも一方に開閉弁を設け、上記開閉弁は、全開位置、閉位置、絞り制御位置に切り換え可能にしている。

第１の発明によれば、切換弁と第２ロジック弁との接続過程にチェック弁を設けた合流通路以外に、第２回路系統に直接接続したバイパス通路を設けたので、アシストポンプと第２回路系統との接続過程における圧力損失が小さくなる。したがって、アシストポンプとの間にチェック弁を有しない第１回路系統側との間で圧力バランスを保つことができる。このように圧力バランスを保つことができるので、アシストポンプによる合流制御をするときにも、操作感が悪くなるのを防止できる。

第２の発明によれば、分岐通路とバイパス通路とのそれぞれにチェック弁を設けたので、切換弁の下流側において、分岐通路とバイパス通路との間で圧油が逆流しない。

第３の発明によれば、第１ロジック弁の開度を制御する開閉弁を全開位置、閉位置あるいは絞り制御位置のいずれかに切り換えるかによって、アシストポンプの吐出油が第１回路系統に合流するときの圧力損失に応じて、第１ロジック弁の開度を制御しながら、両回路系統の圧力を制御できる。したがって、例えば、既存のシステムにアシストポンプを新たに付加した場合でも、上記開閉弁を制御することによって、オペレータは、既存のシステムの操作感とほとんど同じ感覚で操作することができる。

この発明の実施形態を示す回路図である。従来の建設機械の制御装置の回路図である。

図１はこの発明の実施形態の要部を示すものである。上記要部を含め、以下に詳しく説明する。ただし、従来と同一構成要素には同一符号を用いて説明する。

この発明の実施形態は、可変容量型の第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２を備え、第１メインポンプＭＰ１は第１供給通路１を介して第１回路系統Ｓ１に直接接続するとともに、第１ロジック弁２に設けた入力ポート２ａと出力ポート２ｂのうちの出力ポート２ｂを上記第１供給通路１に接続している。なお、上記第１回路系統Ｓ１には、複数の操作弁５２〜５６が接続されている。

また、上記第２メインポンプＭＰ２は第２供給通路３を経由して第２回路系統Ｓ２に接続しているが、上記第２供給通路３の通路過程には、第２ロジック弁４を設けている。そして、第２ロジック弁４の入力ポート４ａを、第２ロジック弁４の上流における第２供給通路３に接続し、第２ロジック弁４の出力ポート４ｂを、第２ロジック弁４の下流における第２供給通路３に接続している。なお、上記第２回路系統には、複数の操作弁５９〜６２が接続されている。

一方、上記第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２とは別にアシストポンプＡＰを設けているが、このアシストポンプＡＰは電動・発電機ＭＧの駆動力で回転する。そして、電動・発電機ＭＧは、油圧モータＭの駆動力で回転するが、油圧モータＭは切換弁５に接続した接続通路６を経由して、第２ロジック弁４の上流における第２供給通路３に接続している。
なお、上記電動・発電機ＭＧは、インバーターＩを介してバッテリー６４に接続されている。したがって、油圧モータＭが回転すれば、電動・発電機ＭＧが回って発電するとともに、その発電された電力はインバーターＩを介してバッテリー６４に蓄電される。

また、上記アシストポンプＡＰには合流通路７を接続しているが、この合流通路７は分岐通路７ａ，７ｂに分岐するとともに、一方の分岐通路７ａは、第１ロジック弁２の入力ポート２ａに直接接続している。
他方の分岐通路７ｂは、切換弁５及びその下流に設けたチェック弁８を経由して第２ロジック弁４の上流における第２供給通路３に接続している。なお、上記チェック弁８は、アシストポンプＡＰから第２供給通路３への流通のみを許容するものである。

そして、上記切換弁５は３位置切換弁であり、図示の中立位置においては、分岐通路７ｂを連通状態に保ち、接続通路６を遮断する。
切換弁５が上記中立位置にあるとき、アシストポンプＡＰの吐出油は、一方の分岐通路７ａを経由して第１ロジック弁２の入力ポート２ａに供給されるとともに、他方の分岐通路７ｂを経由して第２ロジック弁４の上流における第２供給通路３に供給される。

また、切換弁５が図面左側位置に切り換わると、分岐通路７ｂが遮断されるとともに、接続通路６が連通する。
したがって、このときには第２ロジック弁４の上流における第２供給通路３が接続通路６を介して油圧モータＭに連通することになる。
さらに、切換弁５が図面右側位置に切り換わると、接続通路６及び分岐通路７ｂの両者が遮断されることになる。

また、上記のようにした分岐通路７ｂは、切換弁５とチェック弁８との間をさらに分岐し、その分岐された通路をバイパス通路９としている。このバイパス通路９は、第２ロジック弁４の下流における第２供給通路３に直接接続するとともに、このバイパス通路９には、アシストポンプＡＰから、第２ロジック弁４の下流における第２供給通路３への流通のみを許容するチェック弁１０を設けている。

上記のようにした切換弁５は、そのパイロット室５ａ，５ｂに電磁切換弁１１，１２を接続し、この電磁切換弁１１，１２を介してパイロットポンプＰＰからのパイロット圧が導かれる構成にしているが、このパイロット圧の作用で、切換弁５は上記中立位置から図面左側位置あるいは右側位置のいずれかに切り換えられる。

また、上記した第１，２ロジック弁２，４は、そのパイロット室２ｃ、４ｃを、開閉弁１３，１４を介して第１，２供給通路１，３に接続している。そして、これら開閉弁１３，１４は全開位置と閉位置との間に絞り制御位置を有し、それらのパイロット室１３ａ，１４ａのパイロット圧に応じて、上記全開位置、閉位置あるいは絞り制御位置に切り換えられるようにしている。

なお、上記開閉弁１３，１４のパイロット室１３ａ，１４ａには、電磁切換弁１１，１５を接続し、この電磁切換弁１１，１５を介して導かれるパイロットポンプＰＰからのパイロット圧で、開閉弁１３，１４が上記のように切り換えられるが、上記電磁切換弁１１は、上記したように切換弁５の一方のパイロット室５ａにも接続されている。

そして、上記電磁切換弁１１が図１に示す中立位置を保持していると、切換弁５のパイロット室５ａ及び開閉弁１４のパイロット室１４ａのそれぞれがドレン通路１６に連通する一方、図１に示すコントローラＣからの制御信号によって電磁切換弁１１のソレノイドが励磁して、当該電磁切換弁１１が切換位置に切り換われば、これら両パイロット室５ａ，１４ａにパイロットポンプＰＰのパイロット圧が導かれる。

また、電磁切換弁１５が図１に示す中立位置を保持していると、開閉弁１３のパイロット室１３ａがドレン通路１６に連通する一方、上記コントローラＣからの制御信号によって電磁切換弁１５のソレノイドが励磁して、当該電磁切換弁１５が上記切換位置に切り換われば、開閉弁１３の両パイロット室１３ａにパイロットポンプＰＰのパイロット圧が導かれる。

なお、上記コントローラＣは、オペレータの操作に応じた制御信号を出力するとともに、オペレータは、上記電磁切換弁１１，１２及び１５のそれぞれを同時に切換位置に切り換えることもできるし、それらを個別に切り換えることもできる構成にしている。

次に、この実施形態の作用を説明する。
オペレータが電動・発電機ＭＧに発電機能を発揮させようとしたときには、コントローラＣから制御信号を出力して、電磁切換弁１１を上記切換位置に切り換える。電磁切換弁１１が切換位置に切り換われば、切換弁５の一方のパイロット室５ａ及び開閉弁１４のパイロット室１４ａのそれぞれに、パイロットポンプＰＰのパイロット圧が導かれる。なお、このときにはコントローラＣは、電磁切換弁１２のソレノイドを非励磁状態に保ち、切換弁５の他方のパイロット室５ｂをドレン通路１６に連通させる。

また、電磁切換弁１１が上記のように切換位置に切り換わっているので、開閉弁１４のパイロット室１４ａにもパイロット圧が導かれる。したがって、開閉弁１４はパイロット室１４ａの圧力作用で閉位置に切り換わる。
開閉弁１４が閉位置に切り換われば、第２ロジック弁４のパイロット室４ｃが閉ざされるので、第２ロジック弁４は閉じた状態を保つ。

したがって、第２メインポンプＭＰ２からの吐出油は、第２回路系統Ｓ２に導かれることなく、接続通路６及び切換弁５を経由して油圧モータＭに供給され、当該油圧モータＭを回転させる。このようにして油圧モータＭが回転すれば、電動・発電機ＭＧが回転して発電するとともに、発電した電力がインバーターＩからバッテリー６４に充電される。

一方、オペレータが、アシストポンプＡＰの吐出油を、第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２に合流させようとしたときには、上記電磁切換弁１１，１２及び１５のソレノイドのすべてを非励磁にして、当該電磁切換弁１１，１２及び１５を図示の中立位置に保ち、切換弁５のパイロット室５ａ，５ｂ、開閉弁１３，１４のパイロット室１３ａ，１４ａのそれぞれをドレン通路１６に連通させる。

上記のように開閉弁１３のパイロット室１３ａがドレン通路１６に連通すれば、開閉弁１３は図示のノーマル位置である全開位置を保つ。この状態で、アシストポンプＡＰの吐出油が分岐通路７ａから第１ロジック弁２に流入すれば、当該第１ロジック弁２が開弁するので、上記のように分岐通路７ａに供給されたアシストポンプＡＰの吐出油は、第１ロジック弁２を経由して第１供給通路１に合流し、第１回路系統Ｓ１に供給される。

一方、切換弁５のパイロット室５ａ，５ｂがドレン通路１６に連通すれば、当該切換弁５は図示の中立位置に保たれ、合流通路７の分岐通路７ｂ及びバイパス通路９がアシストポンプＡＰに連通する。このとき開閉弁１４のパイロット室１４ａもドレン通路１６に連通しているので、開閉弁１４は図示のノーマル位置である全開位置を保つ。
開閉弁１４が全開位置を保てば、第２ロジック弁４のパイロット室４ｃが第２供給通路３に連通するので、分岐通路７ｂの圧力が第２ロジック弁４に作用して当該第２ロジック弁４を開弁する。

したがって、アシストポンプＡＰの吐出油は、分岐通路７ｂから第２ロジック弁４を経由して第２回路系統Ｓ２に供給されるとともに、上記バイパス通路９を通って第２回路系統Ｓ２に直接供給される。
上記のようにアシストポンプＡＰの吐出油は、分岐通路７ｂ及びバイパス通路９の２つの通路を経由して第２回路系統Ｓ２に供給されるので、圧力損失が相対的に小さくなる。

なお、上記バイパス通路９にもチェック弁１０を設けているので、バイパス通路９の圧力損失もチェック弁１０の開度に左右される。しかし、上記分岐通路７ｂのチェック弁８と、バイパス通路９のチェック弁１０との合計開度が流路面積になるので、バイパス通路９を設けた分、分岐通路７ｂだけの場合よりも圧力損失は小さくなる。
したがって、第１回路系統Ｓ１と第２回路系統Ｓ２との圧力バランスを保ちやすくなる。

また、オペレータがコントローラＣに対して出力する操作信号に応じて、電磁切換弁１１あるいは１５の開度を制御し、開閉弁１３あるいは１４のいずれかを、閉位置と全開位置との間における絞り制御位置に保つこともできる。
開閉弁１３，１４を上記のように絞り制御位置に保てば、その絞り開度に応じて第１，２ロジック弁２，４の開度を制御できる。

したがって、例えば、第１ロジック弁２の開度を小さくして、この第１ロジック弁２側の圧力損失を積極的に大きくしながら、第１回路系統Ｓ１と第２回路系統Ｓ２との圧力を総合的に制御できる。

その他、開閉弁１３，１４の開度をいろいろ組み合わせることによって、第１回路系統Ｓ１と第２回路系統Ｓ２の圧力を必要に応じて制御できるので、例えば、既存のシステムにアシストポンプを新たに付加したときになどは、上記開閉弁１３，１４を制御することによって、オペレータは、既存のシステムの操作感とほとんど同じ感覚で操作することができる。
いずれにしても、この実施形態によれば、オペレータの操作感を悪くしたりせず、違和感のない操作が可能になる。

なお、上記のように開閉弁１４を絞り制御位置に保持するためのパイロット圧は、切換弁５を図示の中立位置あるいはその近傍に保てる範囲の圧力であることが必要である。なぜなら、開閉弁１４を絞り制御位置に保ちながら、切換弁５が中立位置以外の位置に切り換わってしまっては、アシストポンプＡＰの吐出油を第２ロジック弁４に導くことすらできなくなるからである。

また、電磁切換弁１１を図示の中立位置に保持し、電磁切換弁１２を切換位置に切り換えると、切換弁５の一方のパイロット室５ａがドレン通路１６に連通し、他方のパイロット室５ｂがパイロットポンプＰＰに連通する。したがって、切換弁５は図面右側位置に切り換わり、油圧モータＭと第２メインポンプＭＰ２との連通が遮断されるとともに、アシストポンプＡＰと分岐通路７ｂ及びバイパス通路９との連通も遮断される。
したがって、この場合には、アシストポンプＡＰの吐出油は、分岐通路７ａを経由して第１ロジック弁２のみに供給されることになる。

この発明は、パワーショベルに用いるのに最適である。

ＭＰ１第１メインポンプ
ＭＰ２第２メインポンプ
ＡＰアシストポンプ
Ｍ油圧モータ
ＭＧ電動・発電機
Ｓ１第１回路系統
Ｓ２第２回路系統
１第１供給通路
２第１ロジック弁
３第２供給通路
４第２ロジック弁
５切換弁
５ａ，５ｂ分岐通路
６接続通路
７合流通路
７ａ，７ｂ分岐通路
８チェック弁
９バイパス通路
１０チェック弁
１３，１４開閉弁

Claims

第１，２メインポンプと、上記第１メインポンプと第１供給通路を介して接続される第１回路系統と、上記第２メインポンプと第２供給通路及び上記第２供給通路過程に設けられた第２ロジック弁を介して接続される第２回路系統と、上記第２メインポンプに接続される油圧モータと、上記油圧モータの駆動力で回転する電動・発電機と、上記電動・発電機の駆動力で回転するアシストポンプとを備え、上記アシストポンプは並列にした一対の分岐通路が備えられた合流通路に接続され、一方の分岐通路は第１ロジック弁を介して上記第１供給通路に接続され、他方の分岐通路は切換弁が設けられるとともに、上記切換弁は、切換位置に応じて、上記アシストポンプを上記第２ロジック弁の上流側における第２供給通路に接続させたり、また切換位置に応じて、上記第２メインポンプを上記油圧モータに接続させたりする構成にした建設機械の制御装置において、上記切換弁の下流で上記分岐通路からさらに分岐させたバイパス通路が設けられ、上記バイパス通路を、上記第２ロジック弁を経由させずに第２供給通路の下流側に接続させたことを特徴とする建設機械の制御装置。
上記切換弁の下流側における分岐通路には、アシストポンプから第２ロジック弁への流通のみを許容するチェック弁が設けられ、上記バイパス通路には、アシストポンプから第２回路系統への流通のみを許容するチェック弁が設けられた請求項１に記載の建設機械の制御装置。
上記第１ロジック弁のパイロット室あるいは第２ロジック弁のパイロット室の少なくとも一方に開閉弁が設けられ、上記開閉弁は、全開位置、閉位置、絞り制御位置に切り換え可能にした請求項１又は２に記載の建設機械の制御装置。