KR101272978B1

KR101272978B1 - 하이브리드 건설 기계

Info

Publication number: KR101272978B1
Application number: KR1020117015576A
Authority: KR
Inventors: 하루히꼬 가와사끼; 마사히로 에가와
Original assignee: 카야바 고교 가부시기가이샤
Priority date: 2009-07-10
Filing date: 2010-07-02
Publication date: 2013-06-10
Also published as: DE112010002886B4; JP2011017428A; US20110271669A1; CN102388226B; CN102388226A; JP5489563B2; US8806860B2; DE112010002886T5; KR20110093934A; WO2011004880A1

Abstract

액추에이터와 회생용 유압 모터를 접속하는 유로에 설치되고, 파일럿실에 유도되는 파일럿압의 작용으로 개방도가 제어되는 제어 밸브와, 제어 밸브의 상류측의 압력을 파일럿압으로서 제어 밸브의 파일럿실에 유도하는 전자기 파일럿 제어 밸브를 구비하고, 상기 제어 밸브는, 파일럿실의 파일럿압이 작용하는 메인 스풀의 수압 면적이, 파일럿실의 파일럿압에 대항하여 메인 스풀을 이동시키는 방향의 유출 포트의 압력이 작용하는 메인 스풀의 수압 면적에서, 압박 부재의 압박력에 대항하여 메인 스풀을 이동시키는 방향의 유출 포트의 압력이 작용하는 메인 스풀의 수압 면적을 감산한 것과 동일하다.

Description

하이브리드 건설 기계{HYBRID CONSTRUCTION MACHINE}

본 발명은, 액추에이터로부터 배출되는 작동유를 이용하여 배터리를 충전하는 하이브리드 건설 기계에 관한 것이다.

파워 셔블 등의 건설 기계에 있어서의 하이브리드 구조는, 예를 들어, 엔진의 잉여 출력으로 발전기를 회전시켜서 발전하고, 그 전력을 배터리에 축전하는 동시에, 그 배터리의 전력으로 전동 모터를 구동하여 액추에이터를 작동시키도록 하고 있다. 또한, 액추에이터의 배출 에너지로 유압 모터를 구동해서 발전기를 회전시켜 발전하고, 마찬가지로 그 전력을 배터리에 축전하는 동시에, 그 배터리의 전력으로 전동 모터를 구동해서 액추에이터를 작동시키도록 하고 있다(JP2002-275945A 참조).

상기한 종래의 하이브리드 구조에서는, 액추에이터와 유압 모터 사이의 유로에 파손 등이 발생한 경우에는, 액추에이터가 제어 불능이 되어 일주(逸走)할 우려가 있다.

본 발명은, 상기의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 안전성을 높인 하이브리드 건설 기계의 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 액추에이터로부터 배출되는 작동유를 이용하여 회생을 행하는 하이브리드 건설 기계이며, 상기 액추에이터로부터 배출되는 작동유의 공급을 받아 회전하는 회생용 유압 모터와, 상기 회생용 유압 모터에 접속된 발전기와, 상기 액추에이터와 상기 회생용 유압 모터를 접속하는 유로에 설치되고, 파일럿실에 유도되는 파일럿압의 작용으로 개방도가 제어되는 제어 밸브와, 상기 제어 밸브의 상류측의 압력을 파일럿압으로서 상기 제어 밸브의 상기 파일럿실에 유도하는 전자기 파일럿 제어 밸브를 구비하고, 상기 제어 밸브는, 일단부가 상기 파일럿실에 면하여 밸브 본체에 미끄럼 이동 가능하게 내장되고, 유입 포트와 유출 포트의 연통과 차단을 전환하는 메인 스풀과, 상기 메인 스풀의 타단부가 면하는 스프링실에 수납 장착되어, 상기 메인 스풀을 상기 파일럿실의 파일럿압에 대항하여 압박하는 압박 부재를 구비하고, 상기 파일럿실의 파일럿압이 작용하는 상기 메인 스풀의 수압 면적은, 상기 파일럿실의 파일럿압에 대항하여 상기 메인 스풀을 이동시키는 방향의 상기 유출 포트의 압력이 작용하는 상기 메인 스풀의 수압 면적에서, 상기 압박 부재의 압박력에 대항하여 상기 메인 스풀을 이동시키는 방향의 상기 유출 포트의 압력이 작용하는 상기 메인 스풀의 수압 면적을 감산한 것과 같다.

본 발명에 따르면, 제어 밸브의 상류측과 하류측의 차압은 항상 일정하게 유지되기 때문에, 제어 밸브를 통과하는 작동유의 유량은 일정해진다. 따라서, 제어 밸브의 하류측의 유로에 파손 등이 발생해도, 액추에이터가 제어 불능이 되는 사태를 방지할 수 있어 안전성을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 하이브리드 건설 기계의 제어 장치의 회로도이다.
도 2는 압력 제어 밸브와 전자기 파일럿 제어 밸브가 내장된 밸브 본체의 단면도이다.
도 3은 압력 제어 밸브와 전자기 파일럿 제어 밸브가 내장된 밸브 본체의 단면도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 관한 하이브리드 건설 기계에 대해 설명한다. 이하의 실시 형태에서는, 하이브리드 건설 기계가 파워 셔블(power shovel)일 경우에 대해 설명한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 파워 셔블에는, 원동기로서의 엔진(73)으로 구동하는 가변 용량형의 제1, 2 메인 펌프(71, 72)가 설치된다. 제1, 2 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, 상류측부터 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(2~6)는, 제1 메인 펌프(71)로부터 각 액추에이터에 유도되는 토출유의 유량을 제어하여, 각 액추에이터의 동작을 제어한다.

각 조작 밸브(2~6)와 제1 메인 펌프(71)는, 중립 유로(7) 및 중립 유로(7)와 병렬한 패럴렐(parallel) 유로(8)를 통해 접속되어 있다. 중립 유로(7)에서의 조작 밸브(2~6)의 하류측에는, 파일럿압을 생성하기 위한 스로틀(9)이 설치된다. 스로틀(9)은, 통과하는 유량이 많으면 상류측에 높은 파일럿압을 생성하고, 통과하는 유량이 적으면 상류측에 낮은 파일럿압을 생성하는 것이다.

중립 유로(7)는, 조작 밸브(2~6) 모두가 중립 위치 또는 중립 위치 근방에 있을 때에는, 제1 메인 펌프(71)로부터 토출된 작동유의 전부 또는 일부를, 스로틀(9)을 통해 탱크(94)로 유도한다. 이때, 스로틀(9)을 통과하는 유량은 많아지기 때문에 높은 파일럿압이 생성된다.

한편, 조작 밸브(2~6)가 풀 스트로크의 상태로 전환되면, 중립 유로(7)가 닫히고 유체의 유통이 없어진다. 이 경우에는, 스로틀(9)을 통과하는 유량이 거의 없어져 파일럿압은 제로를 유지하게 된다. 단, 조작 밸브(2~6)의 조작량에 따라서, 제1 메인 펌프(71)로부터 토출된 작동유의 일부가 액추에이터에 유도되고, 나머지가 중립 유로(7)로부터 탱크에 유도되기 때문에, 스로틀(9)은, 중립 유로(7)의 작동유의 유량에 따른 파일럿압을 생성한다. 즉, 스로틀(9)은, 조작 밸브(2~6)의 조작량에 따른 파일럿압을 생성한다.

중립 유로(7)에 있어서의 최하류의 조작 밸브(6)와 스로틀(9)의 사이에는, 중립 유로 전환 전자기 밸브(10)가 설치된다. 중립 유로 전환 전자기 밸브(10)는, 그 솔레노이드가 컨트롤러(90)에 접속된다. 중립 유로 전환 전자기 밸브(10)는, 솔레노이드가 비여자일 때에는 스프링의 스프링력의 작용으로 도시한 노멀 위치인 개방 위치로 설정되고, 솔레노이드가 여자일 때에는 스프링의 스프링력에 대항하여 폐쇄 위치로 설정된다.

중립 유로(7)에 있어서의 조작 밸브(6)와 중립 유로 전환 전자기 밸브(10)의 사이에는 파일럿 유로(11)가 접속된다. 파일럿 유로(11)에는, 스로틀(9)의 상류측에 발생하는 압력이 파일럿압으로서 유도된다. 파일럿 유로(11)는, 제1 메인 펌프(71)의 틸팅각을 제어하는 틸팅각 제어기로서의 레귤레이터(12)에 접속된다. 레귤레이터(12)는, 파일럿 유로(11)의 파일럿압과 역비례해서 제1 메인 펌프(71)의 틸팅각을 제어하여, 제1 메인 펌프(71)의 1회전당 압출량을 제어한다. 따라서, 조작 밸브(2~6)를 풀 스트로크하여 중립 유로(7)의 흐름이 없어지고, 파일럿 유로(11)의 파일럿압이 제로가 되면, 제1 메인 펌프(71)의 틸팅각이 최대가 되어, 1회전당 압출량이 최대가 된다.

파일럿 유로(11)에는, 파일럿 유로(11)의 압력을 검출하는 압력 검출기로서의 제1 압력 센서(13)가 설치된다. 제1 압력 센서(13)에서 검출된 압력 신호는 컨트롤러(90)에 출력된다. 파일럿 유로(11)의 파일럿압은, 조작 밸브(2~6)의 조작량에 따라 변화되기 때문에, 제1 압력 센서(13)가 검출하는 압력 신호는, 제1 회로 계통(75)의 요구 유량에 따라 변화하게 된다.

컨트롤러(90)에는, 조작 밸브(2~6)가 거의 중립 위치에 있을 때의 스로틀(9)의 상류에 발생하는 압력이 설정 압력으로서 미리 기억되어 있다. 컨트롤러(90)는, 제1 압력 센서(13)의 압력 신호가 설정 압력에 도달한 경우에는, 조작 밸브(2~6)가 거의 중립 위치에 있어서 조작 밸브(2~6)에 접속된 액추에이터가 비작업 상태에 있다고 판정하고, 중립 유로 전환 전자기 밸브(10)를 여자하여 폐쇄 위치로 전환한다. 중립 유로 전환 전자기 밸브(10)가 폐쇄 위치로 전환된 후에는, 레귤레이터(12)는, 파일럿 유로(11)의 파일럿압의 작용을 받아 제1 메인 펌프(71)의 틸팅각을 제어한다. 이로 인해, 제1 메인 펌프(71)는 스탠바이 유량을 토출한다. 그리고, 조작 밸브(2~6)가 중립 위치로부터 전환되어, 제1 압력 센서(13)의 압력 신호가 설정 압력보다 저하된 경우에는, 컨트롤러(90)는 중립 유로 전환 전자기 밸브(10)를 비여자로 하여 개방 위치로 전환한다.

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 2속용의 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(14~17)는, 제2 메인 펌프(72)로부터 각 액추에이터에 유도되는 토출유의 유량을 제어하여, 각 액추에이터의 동작을 제어한다.

각 조작 밸브(14~17)와 제2 메인 펌프(72)는, 중립 유로(18) 및 중립 유로(18)와 병렬한 패럴렐 유로(19)를 통해 접속되어 있다. 중립 유로(18)에 있어서의 조작 밸브(14~17)의 하류측에는, 파일럿압을 생성하기 위한 스로틀(20)이 설치된다. 스로틀(20)은, 제1 메인 펌프(71)측의 스로틀(9)과 동일한 기능을 갖는 것이다.

중립 유로(18)에 있어서의 최하류의 조작 밸브(17)와 스로틀(20)의 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)의 사이에는 파일럿 유로(22)가 접속된다. 파일럿 유로(22)에는, 스로틀(20)의 상류측에 발생하는 압력이 파일럿압으로서 유도된다. 파일럿 유로(22)는, 제2 메인 펌프(72)의 틸팅각을 제어하는 틸팅각 제어기로서의 레귤레이터(23)에 접속된다. 레귤레이터(23)는, 제1 메인 펌프(71)의 레귤레이터(12)와 마찬가지로, 파일럿 유로(22)의 파일럿압과 역비례해서 제2 메인 펌프(72)의 틸팅각을 제어하여, 제2 메인 펌프(72)의 1회전당 토출량을 제어한다.

파일럿 유로(22)에는, 파일럿 유로(11)와 마찬가지로, 파일럿 유로(22)의 압력을 검출하는 압력 검출기로서의 제2 압력 센서(24)가 설치된다. 제1 메인 펌프(71)측과 마찬가지로, 컨트롤러(90)는, 제2 압력 센서(24)의 압력 신호에 기초하여 중립 유로 전환 전자기 밸브(21)를 전환한다.

선회 모터용 조작 밸브(2)의 액추에이터 포트에는, 선회 모터(76)에 연통하는 통로(28, 29)가 접속되는 동시에, 통로(28, 29)의 각각에는 브레이크 밸브(30, 31)가 접속된다. 조작 밸브(2)를 중립 위치에 유지하고 있을 때에는, 액추에이터 포트가 닫혀 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. 이로 인해, 통로(28)로부터 작동유가 공급되어 선회 모터(76)가 회전하는 동시에, 선회 모터(76)로부터의 복귀 오일이 통로(29)를 통해 탱크로 되돌아간다. 조작 밸브(2)를 상기와는 반대 방향으로 전환하면, 통로(29)가 제1 메인 펌프(71)에 접속되고, 통로(28)가 탱크에 연통하여 선회 모터(76)는 역회전한다.

선회 모터(76)의 회전 중에는, 브레이크 밸브(30) 또는 브레이크 밸브(31)가 릴리프 밸브의 기능을 발휘하여, 통로(28, 29)가 설정 압력 이상으로 되었을 때, 브레이크 밸브(30, 31)가 개방되어, 통로(28, 29)의 압력을 설정 압력으로 유지한다. 또한, 선회 모터(76)의 회전 중에, 조작 밸브(2)를 중립 위치에 복귀시키면, 조작 밸브(2)의 액추에이터 포트가 폐쇄된다. 이와 같이 조작 밸브(2)의 액추에이터 포트가 폐쇄되어도, 선회 모터(76)는 관성 에너지로 계속 회전하기 때문에, 선회 모터(76)가 펌프 작용을 한다. 이때, 통로(28, 29), 선회 모터(76) 및 브레이크 밸브(30, 31)로 폐쇄 회로가 구성되는 동시에, 브레이크 밸브(30, 31)에 의해 관성 에너지가 열에너지로 변환된다.

한편, 조작 밸브(16)를 중립 위치로부터 한쪽 방향으로 전환하면, 제2 메인 펌프(72)로부터 토출된 작동유는, 통로(32)를 통해 붐 실린더(77)의 피스톤 측실(33)에 공급되는 동시에, 로드 측실(34)로부터의 복귀 오일은 통로(35)를 통해 탱크로 복귀되어, 붐 실린더(77)는 신장한다. 조작 밸브(16)를 상기와는 반대 방향으로 전환하면, 제2 메인 펌프(72)로부터 토출된 작동유는, 통로(35)를 통해 붐 실린더(77)의 로드 측실(34)에 공급되는 동시에, 피스톤 측실(33)로부터의 복귀 오일은 통로(32)를 통해 탱크로 복귀되어, 붐 실린더(77)는 수축한다. 붐 2속용 조작 밸브(4)는, 조작 밸브(16)와 연동해서 전환하는 것이다.

붐 실린더(77)의 피스톤 측실(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 상태로 완전 개방 위치를 유지한다.

다음으로, 제1, 2 메인 펌프(71, 72)의 출력을 어시스트하는 가변 용량형의 어시스트 펌프(89)에 대해 설명한다. 어시스트 펌프(89)는 회생용 유압 모터(88)와 동축 회전하도록 연결된다. 회생용 유압 모터(88)는 가변 용량형 모터로서 발전기(91)에 접속된다. 어시스트 펌프(89)는, 발전기(91)를 전동 모터로서 사용했을 때의 구동력으로 회전한다. 그때, 어시스트 펌프(89)에 연결된 회생용 유압 모터(88)도 회전한다. 발전기(91)에는 인버터(92)를 통해 배터리(26)가 접속되고, 인버터(92)에 접속된 컨트롤러(90)에서 전동 모터로서 기능하는 발전기(91)의 회전수 등이 제어된다. 또한, 어시스트 펌프(89) 및 회생용 유압 모터(88)의 틸팅각은 틸팅각 제어기로서의 레귤레이터(37, 38)로 제어되고, 레귤레이터(37, 38)는 컨트롤러(90)의 출력 신호로 제어된다. 또한, 이하에서는, 발전기(91)가 전동 모터로서 기능하는 경우에 발전기(91)를 "전동 모터(91)"라고 칭한다.

어시스트 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 분기되어 형성된다. 제1, 2 어시스트 유로(40, 41)의 각각에는, 컨트롤러(90)의 출력 신호로 개방도가 제어되는 제1, 2 전자기 비례 스로틀 밸브(42, 43)가 설치된다. 또한, 제1, 2 어시스트 유로(40, 41)의 각각에는, 제1, 2 전자기 비례 스로틀 밸브(42, 43)의 하류에, 어시스트 펌프(89)로부터 제1, 2 메인 펌프(71, 72)의 토출측으로의 작동유의 흐름만을 허용하는 체크 밸브(44, 45)가 설치된다.

회생용 유압 모터(88)에는 접속용 유로(46)가 접속된다. 접속용 유로(46)는, 도입 유로(47) 및 체크 밸브(48, 49)를 통해 선회 모터(76)에 접속된 통로(28, 29)에 접속된다.

도입 유로(47)에는, 파일럿 조작형 밸브인 압력 제어 밸브(50)가 설치된다. 압력 제어 밸브(50)에는, 파일럿압이 유도되는 파일럿실(51)과, 파일럿실(51)에 대향하는 스프링(52)이 설치된다. 압력 제어 밸브(50)는, 파일럿실(51)에 유도되는 파일럿압의 작용으로 개방도가 제어된다.

도입 유로(47)와 파일럿실(51)의 사이에는, 압력 제어 밸브(50)의 상류측의 도입 유로(47)의 압력을 파일럿압으로서 파일럿실(51)에 유도하는 전자기 파일럿 제어 밸브(53)가 설치된다. 전자기 파일럿 제어 밸브(53)에는, 솔레노이드(54)와, 솔레노이드(54)에 대향하는 스프링(55)이 설치된다. 솔레노이드(54)는 컨트롤러(90)에 접속된다. 전자기 파일럿 제어 밸브(53)는, 컨트롤러(90)에 의해 온오프 제어되며, 솔레노이드(54)가 비여자 상태에서는 스프링(55)의 압박력에 의해 도시한 노멀 위치인 차단 위치로 설정되고, 솔레노이드(54)가 여자 상태에서는 스프링(55)이 압축되어 연통 위치로 설정된다. 차단 위치에서는, 압력 제어 밸브(50)의 파일럿실(51)은 도입 유로(47)와의 연통이 차단되고 탱크(56)와 연통하기 때문에, 파일럿실(51)은 대기압이 된다. 한편, 연통 위치에서는, 파일럿실(51)에 도입 유로(47)의 압력이 파일럿압으로서 유도되어, 압력 제어 밸브(50)는 파일럿압에 따른 개방도로 설정된다.

도 2에 도시한 바와 같이, 압력 제어 밸브(50)와 전자기 파일럿 제어 밸브(53)는, 밸브 본체(58)에 일체로 내장된다. 이하에서는, 압력 제어 밸브(50) 및 전자기 파일럿 제어 밸브(53)의 구조를 상세하게 설명한다.

우선, 압력 제어 밸브(50)에 대해 설명한다. 밸브 본체(58)에는, 압력 제어 밸브(50)의 유입 포트(60)와 유출 포트(61)가 설치된다. 또한, 밸브 본체(58)에는, 유입 포트(60)와 유출 포트(61)의 연통과 차단을 전환하는 메인 스풀(59)이 미끄럼 이동 가능하게 내장된다.

메인 스풀(59)은, 스풀 본체(62)와 스풀 본체(62)에 미끄럼 이동 가능하게 내장되는 피스톤부(63)로 분할되어 형성된다. 스풀 본체(62)의 단부는 스프링실(64)에 면하고, 피스톤부(63)의 단부는 파일럿실(51)에 면해서 배치된다. 이와 같이, 메인 스풀(59)은, 일단부가 스프링실(64)에 면하고, 타단부가 파일럿실(51)에 면해서 배치된다. 스프링실(64)에는, 메인 스풀(59)을 파일럿실(51)의 파일럿압에 대항하여 압박하는 압박 부재로서의 스프링(52)이 수납 장착된다. 따라서, 메인 스풀(59)의 일단부에는 스프링(52)의 압박력이 작용하고, 타단부에는 파일럿실(51)의 파일럿압에 의한 하중이 작용한다.

전자기 파일럿 제어 밸브(53)가 연통 위치로 설정되면, 파일럿실(51)은 유입 포트(60)와 연통하기 때문에, 파일럿실(51)에 작용하는 파일럿압은 유입 포트(60)의 압력과 동등해진다.

메인 스풀(59)은, 통상 상태에서는, 스프링(52)의 압박력에 의해 도 1 및 도 2에 도시하는 중립 위치를 유지하고, 유입 포트(60)와 유출 포트(61)의 연통을 차단한다. 한편, 파일럿실(51)의 파일럿압에 의한 하중이 스프링(52)의 압박력을 이기면, 메인 스풀(59)은 스프링(52)의 압박력에 대항하여 이동하고, 제1 랜드부(65)에 형성된 노치(66)를 통해 유입 포트(60)가 유출 포트(61)에 연통하여 압력 제어 밸브(50)가 개방한다. 노치(66)는, 유출 포트(61)에 대한 개구 면적이 메인 스풀(59)의 이동량에 따라 변화하도록 형성된다. 구체적으로는, 노치(66)는, 통상 상태에서는 유출 포트(61)와의 연통이 차단되며, 메인 스풀(59)이 스프링(52)의 압박력에 대항하여 이동함으로써 유출 포트(61)와 연통하여, 메인 스풀(59)의 이동량에 따라 유출 포트(61)에 대한 개구 면적이 점차 커지는 형상으로 형성된다.

피스톤부(63)는, 직경이 스풀 본체(62)의 최소 직경보다 작게 형성된다. 즉, 파일럿실(51)의 파일럿압이 작용하는 피스톤부(63)의 수압 면적은 스풀 본체(62)의 최소 직경부의 단면적보다 작다. 이와 같이, 메인 스풀(59)을 스풀 본체(62)와 피스톤부(63)로 분할하여 형성함으로써, 파일럿실(51)의 파일럿압이 작용하는 메인 스풀(59)의 수압 면적을 작게 할 수 있기 때문에, 작은 스프링력으로 메인 스풀(59)을 균형잡을 수 있다. 따라서, 스프링(52)을 작게 할 수 있기 때문에, 그만큼 압력 제어 밸브(50)를 소형화할 수 있다.

메인 스풀(59)은, 일단부면이 유입 포트(60)에 면하는 동시에 타단부면이 유출 포트(61)에 면해 노치(66)가 형성되는 제1 랜드부(65)와, 일단부면이 유입 포트(60)에 면하는 제2 랜드부(67)와, 일단부면이 유출 포트(61)에 면하는 제3 랜드부(68)를 구비한다. 즉, 유입 포트(60)의 압력은, 제1 랜드부(65)와 제2 랜드부(67)에 작용하고, 유출 포트(61)의 압력은, 제1 랜드부(65)와 제3 랜드부(68)에 작용한다.

파일럿실(51)의 파일럿압이 작용하는 메인 스풀(59)의 수압 면적을 PA라고 한다. 또한, 유출 포트(61)의 압력이 작용하는 제1 랜드부(65)의 수압 면적, 즉, 파일럿실(51)의 파일럿압에 대항하여 메인 스풀(59)을 이동시키는 방향의 유출 포트(61)의 압력이 작용하는 메인 스풀의 수압 면적을 A1이라고 한다. 또한, 유출 포트(61)의 압력이 작용하는 제3 랜드부(68)의 수압 면적, 즉, 스프링(52)의 압박력에 대항하여 메인 스풀(59)을 이동시키는 방향의 유출 포트(61)의 압력이 작용하는 메인 스풀(59)의 수압 면적을 A2라고 한다. 각 수압 면적(AP, A1, A2)은, PA=A1-A2의 관계로 설정된다. 즉, PA는 A1과 A2의 차분과 동일하도록 설정된다.

한편, 유입 포트(60)의 압력이 작용하는 제1 랜드부(65)의 수압 면적(A3)과 유입 포트(60)의 압력이 작용하는 제2 랜드부(67)의 수압 면적(A4)은 동일하게 설정된다. 따라서, 유입 포트(60)의 압력이 메인 스풀(59)의 이동에 영향을 미치지는 않는다.

유입 포트(60)의 압력, 즉 파일럿실(51)의 압력을 P1이라고 하고, 유출 포트의 압력을 P2라고 하고, 스프링(52)의 스프링력을 F라고 하면, 메인 스풀(59)에 작용하는 힘의 균형은 이하의 식으로 나타낸다.

PA·P1=(A1-A2)·P2+F

여기서, 상술한 바와 같이 PA=A1-A2이기 때문에, 상기 식은 이하와 같이 된다.

PA·P1=PA·P2+F

상기 식의 양변을 PA로 나누어 정리하면, 이하와 같이 된다.

P1-P2=F/PA

상기 식에서 알 수 있듯이, 유입 포트(60)와 유출 포트(61)의 차압(P1-P2)은 일정값이 된다.

유입 포트(60)와 유출 포트(61)의 차압은 일정하게 유지되기 때문에, 압력 제어 밸브(50)를 통과하는 작동유의 유량은 일정하게 유지된다. 따라서, 압력 제어 밸브(50)의 하류측 유로 계통에 파손 등의 장해가 발생해도, 선회 모터(76)가 일주할 위험 등을 방지할 수 있다.

전자기 파일럿 제어 밸브(53)는, 슬리브(81)에 대해 파일럿 스풀(82)이 미끄럼 이동 가능하게 내장된다. 솔레노이드(54)가 비여자 상태에서는, 파일럿 스풀(82)은, 스프링(55)의 압박력에 의해 도 1 및 도 2에 도시하는 노멀 위치인 차단 위치를 유지한다. 파일럿 스풀(82)이 노멀 위치에 있는 경우에는, 파일럿실(51)에 연통하는 파일럿 포트(83)가 노치(84)를 통해 탱크(56)에 연통한다.

솔레노이드(54)가 여자되어 파일럿 스풀(82)이 스프링(55)의 압박력에 대항해서 이동하면, 파일럿 포트(83)와 탱크(56)의 연통이 차단되는 동시에, 도입 유로(47)에 연통하는 임포트(85)가 파일럿 포트(83)와 연통하여, 도입 유로(47)의 압력이 파일럿압으로서 파일럿실(51)에 유도된다. 이로 인해, 압력 제어 밸브(50)는 파일럿압에 따른 개방도로 설정된다. 이때, 파일럿실(51)은, 파일럿 포트(83), 임포트(85) 및 도입 유로(47)를 통해 유입 포트(60)와 연통하기 때문에, 파일럿실(51)의 파일럿압은 유입 포트(60)의 압력과 동등해진다.

도 3에 본 실시 형태의 변형예를 도시한다. 도 3에 도시하는 형태는, 본 실시 형태의 제1 랜드부(65)를 포핏(poppet)부(86)로 변경한 것이며, 메인 스풀(59)의 수압 면적 및 기타 구성은 본 실시 형태와 동일하다.

도 1에 도시한 바와 같이, 도입 유로(47)에 있어서의 압력 제어 밸브(50)와 체크 밸브(48, 49)의 사이에는, 선회 모터(76)의 선회시의 압력 혹은 브레이크 시의 압력을 검출하는 압력 센서(69)가 설치된다. 압력 센서(69)의 압력 신호는 컨트롤러(90)에 출력된다.

붐 실린더(77)와 비례 전자기 밸브(36)의 사이에는, 접속용 유로(46)에 연통하는 도입 통로(70)가 접속된다. 도입 통로(70)에는 컨트롤러(90)로 개폐가 제어되는 전자기 개폐 밸브(99)가 설치된다.

제1, 2 메인 펌프(71, 72)에는 각각 스탠바이 유로(95, 96)가 접속되고, 스탠바이 유로(95, 96)에는 각각 전자기 밸브(97, 98)가 설치된다. 스탠바이 유로(95, 96)는, 제1, 2 회로 계통(75, 78)의 상류측에서 제1, 2 메인 펌프(71, 72)에 접속된다. 전자기 밸브(97, 98)의 일단부에는 스프링이 설치되고, 타단부에는 컨트롤러(90)에 접속된 솔레노이드가 설치된다. 전자기 밸브(97, 98)는, 솔레노이드가 비여자인 통상 상태에서는 도시한 폐쇄 위치에 유지되고, 솔레노이드가 여자되었을 때 개방 위치로 전환된다.

스탠바이 유로(95, 96)를 제1, 2 회로 계통(75, 78)의 상류측에서 제1, 2 메인 펌프(71, 72)에 접속한 것은, 스탠바이 유로(95, 96)에 유도되는 작동유의 압력 손실을 작게 하기 위해서이다. 스탠바이 유로(95, 96)는 합류 유로(57)에 합류하고, 합류 유로(57)는 접속용 유로(46)에 접속된다. 합류 유로(57)에는, 제1, 2 메인 펌프(71, 72)로부터 회생용 유압 모터(88)로의 작동유의 흐름만을 허용하는 체크 밸브(79)가 설치된다.

다음으로, 이상에서 설명한 유압 회로의 작용에 대해 설명한다.

제1, 2 회로 계통(75, 78)의 조작 밸브(2~6, 14~17)가 중립 위치에 유지되어 있으면, 제1, 2 메인 펌프(71, 72)의 토출 유량의 전량이, 중립 유로(7, 18)로부터 스로틀(9, 20)을 경유하여 탱크(94)에 유도된다. 이와 같이 펌프 토출 유량의 전량이 스로틀(9, 20)을 경유하여 탱크(94)에 유도되면, 스로틀(9, 20)의 상류측의 압력이 상승하는 동시에, 이 압력이 파일럿 유로(11, 22)를 경유하여 레귤레이터(12, 23)에 유도된다. 이로 인해, 레귤레이터(12, 23)는, 파일럿 유로(11, 22)의 파일럿압의 작용으로, 제1, 2 메인 펌프(71, 72)의 틸팅각을 작게 하여 제1, 2 메인 펌프(71, 72)의 토출 유량을 스탠바이 유량으로 설정한다.

그리고, 파일럿 유로(11, 22)의 파일럿압이 설정 압력에 도달한 경우에는, 컨트롤러(90)는 중립 유로 전환 전자기 밸브(10, 21)를 폐쇄 위치로 전환한다. 중립 유로 전환 전자기 밸브(10, 21)가 폐쇄 위치로 전환되었을 때에도, 파일럿 유로(11, 22)의 압력이 레귤레이터(12, 23)에 작용하여, 제1, 2 메인 펌프(71, 72)는 스탠바이 유량을 토출한다. 이때, 컨트롤러(90)는, 전자기 밸브(97, 98)의 솔레노이드를 여자하여, 전자기 밸브(97, 98)를 폐쇄 위치에서 개방 위치로 전환한다. 이로 인해, 제1, 2 메인 펌프(71, 72)로부터 토출된 스탠바이 유량은, 스탠바이 유로(95, 96), 전자기 밸브(97, 98), 합류 유로(57), 접속용 유로(46)를 경유하여 회생용 유압 모터(88)에 공급된다.

제1, 2 메인 펌프(71, 72)로부터 토출된 스탠바이 유량을 회생용 유압 모터(88)에 공급할 때에는, 컨트롤러(90)는, 레귤레이터(38)를 제어하여 회생용 유압 모터(88)의 틸팅각을 미리 기억된 설정 틸팅각으로 설정하는 동시에, 레귤레이터(37)를 제어하여 어시스트 펌프(89)의 틸팅각을 제로로 설정한다. 또한, 컨트롤러(90)는 인버터(92)를 통해 발전기(91)를 회생 상태로 유지한다. 이로 인해, 발전기(91)는, 회생용 유압 모터(88)의 구동력으로 회전하여 발전 기능을 발휘한다. 이와 같이, 제1, 2 메인 펌프(71, 72)의 스탠바이 유량을 이용하여, 발전기(91)에 발전 기능을 발휘시키는 스탠바이 회생 동작이 행해진다. 발전기(91)에서 발전된 전력은 배터리(26)에 축전되고, 배터리(26)에 축전된 전력은 발전기(91)가 전동 모터로서 기능할 때의 동력원으로서 이용된다.

또한, 이상의 설명에서는, 제1, 2 회로 계통(75, 78)의 조작 밸브(2~6, 14~17) 모두가 중립 위치에 유지되어 있을 경우에, 스탠바이 회생 동작이 행해진다고 설명하였다. 그러나, 제1, 2 회로 계통(75, 78) 중 어느 한쪽, 즉, 조작 밸브(2~6) 또는 조작 밸브(14~17)가 중립 위치에 있을 때에도 회생용 유압 모터(88)가 회전하여 스탠바이 회생 동작이 행해진다. 즉, 컨트롤러(90)는, 제1 압력 센서(13)의 압력 신호에 기초하여 전자기 밸브(97)를 개방 위치로 설정하고, 제2 압력 센서(24)의 압력 신호에 기초하여 전자기 밸브(98)를 개방 위치로 설정한다. 이와 같이, 제1, 2 메인 펌프(71, 72) 중 어느 한쪽의 토출유가 회생용 유압 모터(88)에 공급되면, 회생용 유압 모터(88)의 구동력으로 발전기(91)가 회전하여 발전이 행해진다.

다음으로, 어시스트 펌프(89)의 어시스트력을 이용하는 경우에 대해 설명한다. 어시스트 펌프(89)의 어시스트 유량은 컨트롤러(90)에 미리 기억되고, 컨트롤러(90)는, 그 기억된 어시스트 유량에 기초하여, 어시스트 펌프(89)의 틸팅각, 회생용 유압 모터(88)의 틸팅각 및 전동 모터(91)의 회전수 등을 어떻게 제어하면 가장 효율적일지를 판단해서 제어한다.

제1 회로 계통(75)의 조작 밸브(2~6) 혹은 제2 회로 계통(78)의 조작 밸브(14~17)가 전환되었을 때에, 중립 유로 전환 전자기 밸브(10, 21)가 폐쇄 위치를 유지하고 있으면, 컨트롤러(90)는 중립 유로 전환 전자기 밸브(10, 21)를 개방 위치로 전환한다. 이로 인해, 파일럿 유로(11, 22)의 파일럿압이 낮아지고, 그 낮아진 파일럿압 신호가 제1, 2 압력 센서(13, 24)를 통해 컨트롤러(90)에 입력되며, 컨트롤러(90)는 파일럿압 신호에 기초하여 제1, 2 메인 펌프(71, 72)의 토출 유량이 증가하도록 레귤레이터(12, 23)를 제어한다. 또한, 이와 동시에 컨트롤러(90)는 전자기 밸브(97, 98)를 폐쇄 위치로 전환하기 때문에, 제1, 2 메인 펌프(71, 72)의 토출 유량의 전량이 제1, 2 회로 계통(75, 78)의 액추에이터에 공급된다.

제1, 2 메인 펌프(71, 72)의 토출 유량이 증가할 때에는, 컨트롤러(90)는 전동 모터(91)를 항상 회전한 상태로 유지한다. 전동 모터(91)의 구동원은, 배터리(26)에 축전한 전력이며, 이 전력의 일부는 제1, 2 메인 펌프(71, 72)의 스탠바이 유량을 이용해서 축전한 것이기 때문에, 에너지 효율이 매우 좋다.

전동 모터(91)의 구동력으로 어시스트 펌프(89)가 회전하면, 어시스트 펌프(89)로부터 어시스트 유량이 토출된다. 컨트롤러(90)는, 제1, 2 압력 센서(13, 24)의 압력 신호에 기초하여 제1, 2 전자기 비례 스로틀 밸브(42, 43)의 개방도를 제어하여, 어시스트 펌프(89)의 토출량을 안분해서 제1, 2 회로 계통(75, 78)에 공급한다.

제1 회로 계통(75)에 접속된 선회 모터(76)를 구동하기 위해서, 선회 모터용 조작 밸브(2)를 한쪽 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 반대 방향으로 전환하면, 다른 쪽 통로(29)가 제1 메인 펌프(71)에 연통하고, 한쪽 통로(28)가 탱크에 연통하여, 선회 모터(76)가 역회전한다. 이때의 선회압도 브레이크 밸브(31)의 설정압으로 유지된다. 또한, 선회 모터(76)가 선회하고 있는 동안에 조작 밸브(2)를 중립 위치로 전환하면, 통로(28, 29) 간에 폐쇄 회로가 구성 되는 동시에, 브레이크 밸브(30) 혹은 브레이크 밸브(31)가 폐쇄 회로의 브레이크압을 유지하여 관성 에너지를 열에너지로 변환한다.

압력 센서(69)는 선회 모터(76)의 선회압 또는 브레이크압을 검출하는 동시에, 그 압력 신호를 컨트롤러(90)에 출력한다. 컨트롤러(90)는, 선회 모터(76)의 선회 혹은 브레이크 동작에 영향을 미치지 않는 범위 내이며 브레이크 밸브(30, 31)의 설정압보다 낮은 압력을 검출한 경우에는, 전자기 파일럿 제어 밸브(53)를 차단 위치에서 연통 위치로 전환한다. 전자기 파일럿 제어 밸브(53)가 연통 위치로 전환되면, 압력 제어 밸브(50)의 파일럿실(51)에 도입 유로(47)의 압력이 파일럿압으로서 유도되는 동시에, 압력 제어 밸브(50)는 그 파일럿압에 따른 개방도를 유지한다. 따라서, 선회 모터(76)로부터 배출된 작동유는 접속용 유로(46)를 통해 회생용 유압 모터(88)에 공급된다. 이때, 컨트롤러(90)는, 압력 센서(69)의 압력 신호에 기초하여 회생용 유압 모터(88)의 틸팅각을 제어한다. 이하에, 그 제어에 대해 설명한다.

통로(28, 29)의 압력은, 선회 모터(76)의 선회 동작 혹은 브레이크 동작에 필요한 압력으로 유지되어 있지 않으면, 선회 모터(76)를 선회시키거나 제동을 걸 수 없게 된다. 그래서, 통로(28, 29)의 압력을 선회압 혹은 브레이크압으로 유지하기 위해서, 컨트롤러(90)는 회생용 유압 모터(88)의 틸팅각을 제어하면서 선회 모터(76)의 부하를 제어한다. 즉, 컨트롤러(90)는, 압력 센서(69)에서 검출된 압력이 선회 모터(76)의 선회압 혹은 브레이크압과 대략 동등해지도록 회생용 유압 모터(88)의 틸팅각을 제어한다.

도입 유로(47) 및 접속용 유로(46)를 통해 회생용 유압 모터(88)에 작동유가 공급되고 회생용 유압 모터(88)가 회전력을 얻으면, 그 회전력은 동축 회전하는 전동 모터(91)에 작용한다. 회생용 유압 모터(88)의 회전력은, 전동 모터(91)에 대한 어시스트력으로서 작용한다. 따라서, 회생용 유압 모터(88)의 회전력만큼 전동 모터(91)의 소비 전력을 적게 할 수 있다. 또한, 회생용 유압 모터(88)의 회전력으로 어시스트 펌프(89)의 회전력을 어시스트할 수도 있고, 이 경우에는, 회생용 유압 모터(88)와 어시스트 펌프(89)가 서로 작용하여 압력 변환 기능을 발휘한다.

접속용 유로(46)에 유입되는 작동유의 압력은 제1 메인 펌프(71)의 펌프 토출압보다 낮은 경우가 많다. 이 낮은 압력을 이용하여 어시스트 펌프(89)에 높은 토출압을 유지시키기 위해서, 회생용 유압 모터(88) 및 어시스트 펌프(89)에 의해 증압 기능을 발휘시키도록 하고 있다. 즉, 회생용 유압 모터(88)의 출력은, 1회전당 압출 용적(Q1)과 그때의 압력(P1)의 곱으로 결정된다. 또한, 어시스트 펌프(89)의 출력은, 1회전당 압출 용적(Q2)과 그때의 토출압(P2)의 곱으로 결정된다. 회생용 유압 모터(88)와 어시스트 펌프(89)는 동축 회전하므로, Q1×P1=Q2×P2가 성립한다. 따라서, 예를 들어, 회생용 유압 모터(88)의 상기 압출 용적(Q1)을 어시스트 펌프(89)의 압출 용적(Q2)의 3배, 즉 Q1=3Q2로 했다면, 상기 등식이 3Q2×P1=Q2×P2가 된다. 이 식에서 양변을 Q2로 나누면, 3P1=P2가 성립된다. 따라서, 어시스트 펌프(89)의 틸팅각을 바꾸어 압출 용적(Q2)을 제어하면, 회생용 유압 모터(88)의 출력에 의해 어시스트 펌프(89)에 소정의 토출압을 유지시킬 수 있다. 다시 말해, 선회 모터(76)로부터의 유압을 증압하여 어시스트 펌프(89)로부터 토출시킬 수 있다.

단, 회생용 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, 회생용 유압 모터(88)의 틸팅각은 필연적으로 정해지게 된다. 이와 같이, 회생용 유압 모터(88)의 틸팅각이 정해진 가운데 압력 변환 기능을 발휘시키기 위해서는, 어시스트 펌프(89)의 틸팅각을 제어하게 된다. 또한, 접속용 유로(46) 계통의 압력이 어떠한 원인으로 인해 선회압 혹은 브레이크압보다 낮아졌을 때에는, 컨트롤러(90)는, 압력 센서(69)의 압력 신호에 기초하여, 전자기 파일럿 제어 밸브(53)의 솔레노이드(54)를 비여자로 하여, 압력 제어 밸브(50)의 유입 포트(60)와 유출 포트(61)의 연통을 차단해서 압력 제어 밸브(50)를 폐쇄하여, 선회 모터(76)에 영향을 미치지 않도록 한다. 또한, 접속용 유로(46)에 압유의 누설이 발생했을 때에는, 압력 제어 밸브(50)가 기능하여 통로(28, 29)의 압력이 필요 이상으로 낮아지지 않도록 하여, 선회 모터(76)의 일주를 방지한다.

다음으로, 붐 실린더(77)를 제어하는 경우에 대해 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 따라, 컨트롤러(90)는, 오퍼레이터가 붐 실린더(77)를 상승시키려고 하는지 혹은 하강시키려고 하는지를 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(99)를 폐쇄 위치로 유지하는 동시에, 전동 모터(91)의 회전수나 어시스트 펌프(89)의 틸팅각을 제어한다.

한편, 컨트롤러(90)는, 붐 실린더(77)의 하강을 판정하면, 조작 밸브(16)의 조작량에 따라 오퍼레이터가 요구하고 있는 붐 실린더(77)의 하강 속도를 연산하는 동시에, 비례 전자기 밸브(36)를 폐쇄하여 전자기 개폐 밸브(99)를 개방 위치로 전환한다. 이로 인해, 붐 실린더(77)로부터 배출된 작동유의 전량이 회생용 유압 모터(88)에 공급된다. 그러나, 회생용 유압 모터(88)에서 소비하는 유량이, 오퍼레이터가 요구한 하강 속도를 유지하기 위해서 필요한 유량보다 적으면, 붐 실린더(77)는 오퍼레이터가 요구한 하강 속도를 유지할 수 없다. 이러한 경우에는, 컨트롤러(90)는, 조작 밸브(16)의 조작량, 회생용 유압 모터(88)의 틸팅각 및 전동 모터(91)의 회전수 등에 기초하여, 회생용 유압 모터(88)가 소비하는 유량 이상의 유량을 탱크에 되돌리도록 비례 전자기 밸브(36)의 개방도를 제어하여, 오퍼레이터가 요구하는 붐 실린더(77)의 하강 속도를 유지한다.

회생용 유압 모터(88)에 압유가 공급되면 회생용 유압 모터(88)가 회전하고, 그 회전력은 동축 회전하는 전동 모터(91)에 작용한다. 회생용 유압 모터(88)의 회전력은, 전동 모터(91)에 대한 어시스트력으로서 작용한다. 따라서, 회생용 유압 모터(88)의 회전력만큼 전동 모터(91)의 소비 전력을 적게 할 수 있다. 한편, 전동 모터(91)에 대해 전력을 공급하지 않고 회생용 유압 모터(88)의 회전력만으로 어시스트 펌프(89)를 회전시킬 수도 있으며, 이 경우에는, 회생용 유압 모터(88)와 어시스트 펌프(89)가 압력 변환 기능을 발휘한다.

다음으로, 선회 모터(76)의 선회 동작과 붐 실린더(77)의 하강 작동을 동시에 행할 경우에 대해 설명한다. 선회 모터(76)를 선회시키면서 붐 실린더(77)를 하강시킬 때에는, 선회 모터(76)로부터의 압유와 붐 실린더(77)로부터의 복귀 오일이, 접속용 유로(46)에서 합류하여 회생용 유압 모터(88)에 공급된다. 이때, 접속용 유로(46)의 압력 상승에 따라 도입 유로(47)의 압력이 상승한다. 그리고, 도입 유로(47)의 압력이 선회 모터(76)의 선회압 혹은 브레이크압보다 높아졌어도, 체크 밸브(48, 49)가 있기 때문에 선회 모터(76)에는 영향을 미치지 않는다. 또한, 도입 유로(47)의 압력이 선회압 혹은 브레이크압보다 낮아지면, 컨트롤러(90)는, 압력 센서(69)의 압력 신호에 기초하여, 전자기 파일럿 제어 밸브(53)의 솔레노이드(54)를 비여자로 해서, 압력 제어 밸브(50)의 유입 포트(60)와 유출 포트(61)의 연통을 차단한다.

따라서, 선회 모터(76)의 선회 동작과 붐 실린더(77)의 하강 동작을 동시에 행할 때에는, 선회 모터(76)의 선회압 혹은 브레이크압에 관계없이, 붐 실린더(77)의 필요 하강 속도를 기준으로 해서 회생용 유압 모터(88)의 틸팅각을 정하면 된다.

회생용 유압 모터(88)를 구동원으로 하여 발전기(91)에서 발전을 행할 경우에는, 어시스트 펌프(89)는 틸팅각이 제로로 설정되어 거의 무부하 상태가 된다. 회생용 유압 모터(88)에는, 발전기(91)를 회전시키기 위해 필요한 출력을 유지해 두면, 회생용 유압 모터(88)의 출력을 이용해서 발전기(91)를 기능시킬 수 있다.

또한, 엔진(73)에 설치한 제너레이터(1)는 배터리 충전기(25)에 접속되고, 제너레이터(1)가 발전한 전력은 배터리 충전기(25)를 통해 배터리(26)에 충전된다. 배터리 충전기(25)는, 통상의 가정용 전원(27)에 접속한 경우에도 배터리(26)에 전력을 충전할 수 있게 하고 있다. 이와 같이, 전동 모터(91)의 전력을 다방면에 걸쳐서 조달할 수 있다.

본 시스템에는, 체크 밸브(44, 45)가 설치되는 동시에, 압력 제어 밸브(50), 전자기 개폐 밸브(99), 전자기 밸브(97, 98)가 설치되기 때문에, 예를 들어, 회생용 유압 모터(88) 및 어시스트 펌프(89) 계통이 고장난 경우에 제1, 2 메인 펌프(71, 72) 계통과, 회생용 유압 모터(88) 및 어시스트 펌프(89) 계통을 유압적으로 분리할 수 있다. 특히, 전자기 개폐 밸브(99) 및 전자기 밸브(97, 98)는, 노멀 상태에 있을 때 스프링의 스프링력으로 폐쇄 위치를 유지하는 동시에, 상기 비례 전자기 밸브(36)도 노멀 상태에 있을 때 완전 개방 위치를 유지하기 때문에, 전기 계통이 고장나도, 제1, 2 메인 펌프(71, 72) 계통과, 회생용 유압 모터(88) 및 어시스트 펌프(89) 계통을 유압적으로 분리시킬 수 있다.

이상의 실시 형태에 따르면, 이하에 나타내는 효과를 발휘한다.

압력 제어 밸브(50)의 개방 시에는 유입 포트(60)와 유출 포트(61)의 차압이 항상 일정하게 유지되기 때문에, 압력 제어 밸브(50)를 통과하는 작동유의 유량은 일정해진다. 따라서, 압력 제어 밸브(50)의 하류측의 유로에 파손 등이 발생해도, 액추에이터가 제어 불능이 되는 사태를 방지할 수 있어 안전성을 높일 수 있다.

또한, 파일럿실(51)의 파일럿압이 작용하는 메인 스풀(59)의 피스톤부(63)의 수압 면적은, 스풀 본체(62)의 최소 직경부보다 작기 때문에, 파일럿실(51)에 대향하는 스프링실(64)에 수납 장착되는 스프링(52)의 스프링력을 작게 설정할 수 있다. 이로 인해 압력 제어 밸브(50)를 소형화할 수 있다.

또한, 압력 제어 밸브(50)와 전자기 파일럿 제어 밸브(53)는, 밸브 본체(58)에 일체로 내장되기 때문에 장치를 소형화할 수 있다.

본 발명은, 상기의 실시 형태에 한정되지 않고, 그 기술적인 사상의 범위 내에서 다양한 변형이나 변경이 가능하며, 그것들도 본 발명의 기술적 범위에 포함되는 것이 명백하다.

이상의 설명에 관해서 2009년 7월 10일을 출원일로 하는 일본에서의 일본 특허 출원 제2009-164281의 내용을 여기에 인용으로 포함시킨다.

파워 셔블 등의 건설 기계에 이용할 수 있다.

Claims

액추에이터로부터 배출되는 작동유를 이용하여 회생을 행하는 하이브리드 건설 기계이며,
상기 액추에이터로부터 배출되는 작동유의 공급을 받아 회전하는 회생용 유압 모터(88)와,
상기 회생용 유압 모터(88)에 접속된 발전기(91)와,
상기 액추에이터와 상기 회생용 유압 모터(88)를 접속하는 유로(46)에 설치되고, 파일럿실(51)에 유도되는 파일럿압의 작용으로 개방도가 제어되는 압력 제어 밸브(50)와,
상기 압력 제어 밸브(50)의 상류측의 압력을 파일럿압으로서 상기 압력 제어 밸브(50)의 상기 파일럿실(51)에 유도하는 전자기 파일럿 제어 밸브(53)를 구비하고,
상기 압력 제어 밸브(50)는,
일단부가 상기 파일럿실(51)에 면하여 밸브 본체(58)에 미끄럼 이동 가능하게 내장되고, 유입 포트(60)와 유출 포트(61)의 연통과 차단을 전환하는 메인 스풀(59)과,
상기 메인 스풀(59)의 타단부가 면하는 스프링실(64)에 수납 장착되어, 상기 메인 스풀(59)을 상기 파일럿실(51)의 파일럿압에 대항하여 압박하는 압박 부재(52)를 구비하고,
상기 파일럿실(51)의 파일럿압이 작용하는 상기 메인 스풀(59)의 수압 면적은, 상기 파일럿실(51)의 파일럿압에 대항하여 상기 메인 스풀(59)을 이동시키는 방향의 상기 유출 포트(61)의 압력이 작용하는 상기 메인 스풀(59)의 수압 면적에서, 상기 압박 부재(52)의 압박력에 대항하여 상기 메인 스풀(59)을 이동시키는 방향의 상기 유출 포트(61)의 압력이 작용하는 상기 메인 스풀(59)의 수압 면적을 감산한 것과 같은, 하이브리드 건설 기계.
제1항에 있어서, 상기 메인 스풀(59)은, 상기 스프링실(64)에 면하는 스풀 본체(62)와, 상기 스풀 본체(62)에 미끄럼 이동 가능하게 내장되어 상기 파일럿실(51)에 면하는 피스톤부(63)로 분할되어 형성되고, 상기 파일럿실(51)의 파일럿압이 작용하는 상기 피스톤부(63)의 수압 면적은, 상기 스풀 본체(62)의 최소 직경부보다 작은, 하이브리드 건설 기계.
제1항에 있어서, 상기 밸브 본체(58)에 상기 전자기 파일럿 제어 밸브(53)가 내장되는, 하이브리드 건설 기계.