KR101645115B1 - 하이브리드 건설 기계의 제어 시스템 - Google Patents

하이브리드 건설 기계의 제어 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR101645115B1
KR101645115B1 KR1020147033489A KR20147033489A KR101645115B1 KR 101645115 B1 KR101645115 B1 KR 101645115B1 KR 1020147033489 A KR1020147033489 A KR 1020147033489A KR 20147033489 A KR20147033489 A KR 20147033489A KR 101645115 B1 KR101645115 B1 KR 101645115B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
tilting angle
motor
boom
control
flow rate
Prior art date
Application number
KR1020147033489A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20150016283A (ko
Inventor
하루히코 가와사키
마사히로 에가와
Original Assignee
케이와이비 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 케이와이비 가부시키가이샤 filed Critical 케이와이비 가부시키가이샤
Publication of KR20150016283A publication Critical patent/KR20150016283A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101645115B1 publication Critical patent/KR101645115B1/ko

Links

Images

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/2058—Electric or electro-mechanical or mechanical control devices of vehicle sub-units
    • E02F9/2062—Control of propulsion units
    • E02F9/2075—Control of propulsion units of the hybrid type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B11/00—Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor
    • F15B11/02—Systems essentially incorporating special features for controlling the speed or actuating force of an output member
    • F15B11/024—Systems essentially incorporating special features for controlling the speed or actuating force of an output member by means of differential connection of the servomotor lines, e.g. regenerative circuits
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/2058—Electric or electro-mechanical or mechanical control devices of vehicle sub-units
    • E02F9/2095—Control of electric, electro-mechanical or mechanical equipment not otherwise provided for, e.g. ventilators, electro-driven fans
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/22—Hydraulic or pneumatic drives
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/22—Hydraulic or pneumatic drives
    • E02F9/2217—Hydraulic or pneumatic drives with energy recovery arrangements, e.g. using accumulators, flywheels
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/22—Hydraulic or pneumatic drives
    • E02F9/2221—Control of flow rate; Load sensing arrangements
    • E02F9/2232—Control of flow rate; Load sensing arrangements using one or more variable displacement pumps
    • E02F9/2235—Control of flow rate; Load sensing arrangements using one or more variable displacement pumps including an electronic controller
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/22—Hydraulic or pneumatic drives
    • E02F9/2221—Control of flow rate; Load sensing arrangements
    • E02F9/2239—Control of flow rate; Load sensing arrangements using two or more pumps with cross-assistance
    • E02F9/2242—Control of flow rate; Load sensing arrangements using two or more pumps with cross-assistance including an electronic controller
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/22—Hydraulic or pneumatic drives
    • E02F9/2278—Hydraulic circuits
    • E02F9/2282—Systems using center bypass type changeover valves
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/22—Hydraulic or pneumatic drives
    • E02F9/2278—Hydraulic circuits
    • E02F9/2292—Systems with two or more pumps
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/22—Hydraulic or pneumatic drives
    • E02F9/2278—Hydraulic circuits
    • E02F9/2296—Systems with a variable displacement pump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B23/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of engines with devices driven thereby
    • F01B23/10—Adaptations for driving, or combinations with, electric generators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B21/00—Common features of fluid actuator systems; Fluid-pressure actuator systems or details thereof, not covered by any other group of this subclass
    • F15B21/08—Servomotor systems incorporating electrically operated control means
    • F15B21/082—Servomotor systems incorporating electrically operated control means with different modes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B21/00—Common features of fluid actuator systems; Fluid-pressure actuator systems or details thereof, not covered by any other group of this subclass
    • F15B21/14—Energy-recuperation means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/04—Control effected upon non-electric prime mover and dependent upon electric output value of the generator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B11/00—Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor
    • F15B11/02—Systems essentially incorporating special features for controlling the speed or actuating force of an output member
    • F15B11/024—Systems essentially incorporating special features for controlling the speed or actuating force of an output member by means of differential connection of the servomotor lines, e.g. regenerative circuits
    • F15B2011/0246—Systems essentially incorporating special features for controlling the speed or actuating force of an output member by means of differential connection of the servomotor lines, e.g. regenerative circuits with variable regeneration flow
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00—Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/20—Fluid pressure source, e.g. accumulator or variable axial piston pump
    • F15B2211/205—Systems with pumps
    • F15B2211/20507—Type of prime mover
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00—Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/20—Fluid pressure source, e.g. accumulator or variable axial piston pump
    • F15B2211/205—Systems with pumps
    • F15B2211/2053—Type of pump
    • F15B2211/20546—Type of pump variable capacity
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00—Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/20—Fluid pressure source, e.g. accumulator or variable axial piston pump
    • F15B2211/205—Systems with pumps
    • F15B2211/20576—Systems with pumps with multiple pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00—Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/30—Directional control
    • F15B2211/305—Directional control characterised by the type of valves
    • F15B2211/3056—Assemblies of multiple valves
    • F15B2211/30565—Assemblies of multiple valves having multiple valves for a single output member, e.g. for creating higher valve function by use of multiple valves like two 2/2-valves replacing a 5/3-valve
    • F15B2211/3058—Assemblies of multiple valves having multiple valves for a single output member, e.g. for creating higher valve function by use of multiple valves like two 2/2-valves replacing a 5/3-valve having additional valves for interconnecting the fluid chambers of a double-acting actuator, e.g. for regeneration mode or for floating mode
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00—Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/60—Circuit components or control therefor
    • F15B2211/665—Methods of control using electronic components
    • F15B2211/6658—Control using different modes, e.g. four-quadrant-operation, working mode and transportation mode
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00—Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/70—Output members, e.g. hydraulic motors or cylinders or control therefor
    • F15B2211/705—Output members, e.g. hydraulic motors or cylinders or control therefor characterised by the type of output members or actuators
    • F15B2211/7058—Rotary output members
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00—Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/70—Output members, e.g. hydraulic motors or cylinders or control therefor
    • F15B2211/76—Control of force or torque of the output member
    • F15B2211/763—Control of torque of the output member by means of a variable capacity motor, i.e. by a secondary control on the motor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00—Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/80—Other types of control related to particular problems or conditions
    • F15B2211/88—Control measures for saving energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Fluid-Pressure Circuits (AREA)
  • Operation Control Of Excavators (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

하이브리드 건설 기계의 제어 시스템은, 붐 조작용의 조작 밸브와, 가변 용량형 유체압 모터와, 유체압 모터로 분배되는 유량 비율을 조절하는 분배 기구와, 유체압 모터와 일체적으로 회전하는 모터 제너레이터와, 모터 제너레이터와 일체적으로 회전하는 가변 용량형 어시스트 펌프와, 분배 기구를 제어하는 분배 기구 제어부와, 유체압 모터 및 어시스트 펌프의 틸팅각을 제어하는 틸팅각 제어부와, 모터 제너레이터의 회전 속도를 목표 회전 속도로 유지하는 모터 제너레이터 제어부를 구비한다. 붐 회생 제어시의 목표 회전 속도는, 어시스트 제어만을 행하는 경우의 목표 회전 속도보다 높게 설정된다.

Description

하이브리드 건설 기계의 제어 시스템{CONTROL SYSTEM FOR HYBRID CONSTRUCTION MACHINE}
본 발명은 하이브리드 건설 기계의 제어 시스템에 관한 것이다.
엔진과 모터 제너레이터를 구비한 파워셔블 등의 하이브리드 건설 기계가 알려져 있다. 하이브리드 건설 기계는, 엔진의 잉여 출력으로 발전기를 회전시켜 발전하거나, 액추에이터로부터의 배출 에너지에 의해 모터 제너레이터를 회전시켜 발전한다. 이와 같이 하여 발전된 전력은, 모터 제너레이터를 회전시키는 데에 사용되고, 모터 제너레이터의 회전에 의해 유압 모터 등이 구동된다.
JP2009-235717A에는, 선회 모터의 선회 압력을 회생 에너지로서 이용하는 하이브리드 건설 기계의 제어 장치가 개시되어 있다. 이 제어 장치는, 붐이 하강할 때에 붐 실린더로부터 배출되는 유체의 압력이나 선회 모터의 선회 압력을 이용하여 유체압 모터를 회전시키고, 모터 제너레이터를 회전시켜 발전하거나, 유체압 모터에 연결한 어시스트 펌프를 작동시킨다.
상기 제어 장치에서는, 어시스트 펌프는 메인 펌프와 함께 사용되므로 큰 토출량을 필요로 하지 않아 비교적 낮은 회전 속도에서 사용된다. 모터 제너레이터는 붐 실린더로부터 에너지를 회생한다. 붐 실린더로부터의 회생 유량은 많기 때문에, 보다 많은 에너지를 회생하기 위해서는, 모터 제너레이터를 보다 높은 회전 속도로 회전시킬 필요가 있다.
그러나 붐 실린더로부터 에너지를 회생하는 붐 회생 제어와 어시스트 펌프의 구동을 동시에 행하는 경우, 상술한 바와 같이 어시스트 펌프에 요구되는 회전 속도가 낮으므로, 모터 제너레이터의 회전 속도를 충분히 상승시키는 것은 어렵다. 따라서 붐 실린더가 수축하는 붐의 하강시에 붐의 하강 속도를 오퍼레이터의 요구 속도까지 충분히 높이는 것이 곤란해진다.
본 발명의 목적은, 효율적인 에너지 회생을 행하면서, 붐의 하강시에 붐의 하강 속도를 오퍼레이터의 요구 속도까지 충분히 높이는 것이 가능한 하이브리드 건설 기계의 제어 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 어느 형태에 의하면, 하이브리드 건설 기계의 제어 시스템이며, 붐 실린더를 제어하는 붐 조작용의 조작 밸브와, 붐의 하강시에 붐 실린더로부터 배출되는 복귀 유체에 의해 회전하는 회생용의 가변 용량형 유체압 모터와, 복귀 유체 중 유체압 모터로 분배되는 유량 비율을 조절하는 분배 기구와, 유체압 모터와 일체적으로 회전하는 모터 제너레이터와, 모터 제너레이터와 일체적으로 회전하는 가변 용량형 어시스트 펌프와, 조작 밸브의 전환량에 따라 규정되는 붐의 하강 속도를 유지하도록 분배 기구를 제어하는 분배 기구 제어부와, 유체압 모터 및 어시스트 펌프의 틸팅각을 제어하는 틸팅각 제어부와, 모터 제너레이터의 회전 속도를 목표 회전 속도로 유지하는 모터 제너레이터 제어부를 구비하고, 복귀 유체에 의해 유체압 모터가 회전하는 붐 회생 제어시의 목표 회전 속도는, 어시스트 펌프를 작동시키는 어시스트 제어만을 행하는 경우의 목표 회전 속도보다 높게 설정된다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 하이브리드 건설 기계의 제어 시스템을 도시하는 회로도이다.
도 2는 컨트롤러에 있어서 행해지는 처리의 내용을 나타내는 흐름도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다.
도 1은 본 실시 형태에 있어서의 하이브리드 건설 기계의 제어 시스템을 도시하는 회로도이다.
본 실시 형태에서는 하이브리드 건설 기계로서 파워셔블을 예시하지만, 그 외의 건설 기계이어도 된다. 파워셔블은, 가변 용량형의 제1 메인 펌프(MP1)와, 가변 용량형의 제2 메인 펌프(MP2)와, 제1 메인 펌프(MP1)에 접속되는 제1 회로 계통과, 제2 메인 펌프(MP2)에 접속되는 제2 회로 계통을 구비한다.
제1 회로 계통에는, 상류측으로부터 순서대로 선회 모터(RM)를 제어하는 선회 모터용의 조작 밸브(1), 아암 실린더(도시하지 않음)를 제어하는 아암 1속용의 조작 밸브(2), 붐 실린더(BC)를 제어하는 붐 2속용의 조작 밸브(3), 예비용 어태치먼트(도시하지 않음)를 제어하는 예비용의 조작 밸브(4), 좌측 주행 모터(도시하지 않음)를 제어하는 좌측 주행 모터용의 조작 밸브(5)가 접속된다.
각 조작 밸브(1 내지 5)는 중립 유로(6) 및 패러렐 통로(7)를 통해 제1 메인 펌프(MP1)에 접속된다. 중립 유로(6)에 있어서의 좌측 주행 모터용의 조작 밸브(5)의 하류측에는, 파일럿압 생성 기구(8)가 설치된다. 파일럿압 생성 기구(8)는 그곳을 흐르는 유량이 많을수록 그 상류측에 보다 높은 파일럿압을 생성한다.
파일럿압 생성 기구(8)를 흐르는 유량은, 조작 밸브(1 내지 5)의 전환량에 따라 변화되므로, 파일럿압 생성 기구(8)는 조작 밸브(1 내지 5)의 전환량에 따른 파일럿압을 생성하게 된다.
조작 밸브(1 내지 5) 전부가 중립 위치 또는 중립 위치 근방에 있는 경우, 중립 유로(6)는 제1 메인 펌프(MP1)로부터 토출된 유체의 전부 또는 일부를 탱크(T)에 유도한다. 이 경우, 파일럿압 생성 기구(8)를 통과하는 유량이 많으므로, 파일럿압 생성 기구(8)는 높은 파일럿압을 생성한다.
조작 밸브(1 내지 5)가 전환된 경우, 펌프 토출량의 일부가 액추에이터에 유도되고, 나머지가 중립 유로(6)로부터 탱크(T)로 유도된다. 이 경우, 파일럿압 생성 기구(8)는 중립 유로(6)에 흐르는 유량에 따른 파일럿압을 생성한다.
조작 밸브(1 내지 5)가 풀 스트로크의 상태로 전환된 경우, 중립 유로(6)가 폐쇄되어 유체의 유통이 없어진다. 이 경우, 파일럿압 생성 기구(8)를 흐르는 유량이 없어지므로, 파일럿압은 제로로 유지된다.
파일럿압 생성 기구(8)에는 파일럿 유로(9)가 접속된다. 파일럿 유로(9)는 제1 메인 펌프(MP1)의 틸팅각을 제어하는 레귤레이터(10)에 접속된다. 레귤레이터(10)는 파일럿 유로(9)의 파일럿압에 역비례하여 제1 메인 펌프(MP1)의 틸팅각을 제어하고, 제1 메인 펌프(MP1)의 토출량을 제어한다. 따라서 조작 밸브(1 내지 5)가 풀 스트로크의 상태로 전환되면, 중립 유로(6)의 흐름이 없어져 파일럿압 생성 기구(8)가 생성하는 파일럿압이 제로로 되므로, 제1 메인 펌프(MP1)의 틸팅각이 최대로 되어 토출량이 최대로 된다.
파일럿 유로(9)에는 제1 압력 센서(11)가 접속된다. 압력 검출기로서의 제1 압력 센서(11)는 검출한 압력 신호를 컨트롤러(C)에 입력한다.
한편, 제2 회로 계통에는, 상류측부터 순서대로 우측 주행 모터(도시하지 않음)를 제어하는 우측 주행 모터용의 조작 밸브(12), 버킷 실린더(도시하지 않음)를 제어하는 버킷용의 조작 밸브(13), 붐 실린더(BC)를 제어하는 붐 1속용의 조작 밸브(14), 아암 실린더(도시하지 않음)를 제어하는 아암 2속용의 조작 밸브(15)가 접속된다. 붐 1속용의 조작 밸브(14)에는, 조작 방향 및 전환량을 검출하는 센서(14a)가 설치된다.
각 조작 밸브(12 내지 15)는 중립 유로(16)를 통해 제2 메인 펌프(MP2)에 접속된다. 또한, 버킷용의 조작 밸브(13) 및 붐 1속용의 조작 밸브(14)는 패러렐 통로(17)를 통해 제2 메인 펌프(MP2)에 접속된다. 중립 유로(16)에 있어서의 아암 2속용의 조작 밸브(15)의 하류측에는, 파일럿압 생성 기구(18)가 설치된다. 파일럿압 생성 기구(18)는 그곳을 흐르는 유량이 많을수록 그 상류측에 보다 높은 파일럿압을 생성한다.
파일럿압 생성 기구(18)에는 파일럿 유로(19)가 접속된다. 파일럿 유로(19)는 제2 메인 펌프(MP2)의 틸팅각을 제어하는 레귤레이터(20)에 접속된다. 레귤레이터(20)는 파일럿 유로(19)의 파일럿압에 역비례하여 제2 메인 펌프(MP2)의 틸팅각을 제어하고, 제2 메인 펌프(MP2)의 토출량을 제어한다. 따라서 조작 밸브(12 내지 15)가 풀 스트로크의 상태로 전환되면, 중립 유로(16)의 흐름이 없어져 파일럿압 생성 기구(18)가 생성하는 파일럿압이 제로로 되므로, 제2 메인 펌프(MP2)의 틸팅각이 최대로 되어 토출량이 최대로 된다.
파일럿 유로(19)에는 제2 압력 센서(21)가 접속된다. 제2 압력 센서(21)는 검출한 압력 신호를 컨트롤러(C)에 입력한다.
제1 메인 펌프(MP1) 및 제2 메인 펌프(MP2)는, 하나의 엔진(E)의 구동력에 의해 동축 회전한다. 엔진(E)에는 제네레이터(22)가 연결된다. 제네레이터(22)는 엔진(E)의 잉여 출력에 의해 회전하여 발전 가능하다. 제네레이터(22)에 의해 발전된 전력은, 배터리 차저(23)를 통해 배터리(24)에 충전된다. 배터리 차저(23)는 가정용의 전원(25)에 접속한 경우에도, 배터리(24)에 전력을 충전 가능하다. 즉, 배터리 차저(23)는 파워셔블과는 별도의 독립된 전원에도 접속 가능하다. 배터리(24)는 컨트롤러(C)에 접속된다. 컨트롤러(C)는, 배터리(24)의 충전량을 감시하는 기능을 갖는다.
제1 회로 계통에 접속된 선회 모터용의 조작 밸브(1)의 액추에이터 포트에는, 선회 모터(RM)에 연통하는 통로(26, 27)가 접속된다. 선회 회로로서의 통로(26, 27)에는, 각각 릴리프 밸브(28, 29)가 접속된다. 선회 모터용의 조작 밸브(1)가 도 1에 도시하는 중립 위치에 보유 지지되어 있는 경우, 액추에이터 포트가 폐색되어 선회 모터(RM)는 정지 상태로 유지된다.
선회 모터용의 조작 밸브(1)가 도 1의 우측 위치로 전환되면, 통로(26)가 제1 메인 펌프(MP1)에 접속되고, 통로(27)가 탱크(T)에 연통한다. 따라서 제1 메인 펌프(MP1)의 토출 유체가 통로(26)를 통해 선회 모터(RM)에 공급되고 선회 모터(RM)가 회전한다. 또한, 선회 모터(RM)로부터의 복귀 유체가 통로(27)를 통해 탱크(T)로 복귀된다.
선회 모터용의 조작 밸브(1)가 도 1의 좌측 위치로 전환되면, 제1 메인 펌프(MP1)의 토출 유체가 통로(27)를 통해 선회 모터(RM)에 공급되고 선회 모터(RM)가 역회전한다. 또한, 선회 모터(RM)로부터의 복귀 유체가 통로(26)를 통해 탱크(T)로 복귀된다.
선회 모터(RM)가 회전 중, 통로(26, 27)가 설정압 이상으로 되었을 때, 릴리프 밸브(28, 29)가 개방되어 고압측의 유체가 탱크로 복귀된다. 또한, 선회 모터(RM)가 회전 중에, 선회 모터용의 조작 밸브(1)가 중립 위치로 복귀된 경우, 조작 밸브(1)의 액추에이터 포트가 폐색된다. 조작 밸브(1)의 액추에이터 포트가 폐색되어도, 선회 모터(RM)는 그 관성 에너지에 의해 잠시동안 계속해서 회전한다. 선회 모터(RM)가 관성 에너지에 의해 회전함으로써 선회 모터(RM)가 펌프 작용을 발휘한다. 이때, 통로(26, 27), 선회 모터(RM), 릴리프 밸브(28, 29)로 폐회로가 구성되면, 릴리프 밸브(28, 29)에 의해 관성 에너지가 열에너지로 변환된다.
본 실시 형태에서는, 선회 모터(RM)를 정지시키는 브레이크시의 관성 에너지나, 선회 동작시의 선회 압력에 의해, 통로(26, 27) 내의 압력이 릴리프 밸브(28, 29)를 개방시키는 설정압을 초과하였을 때, 그 에너지를 열에너지로서 소비하는 대신에, 선회 회로의 유체를 후술하는 합류 통로(43)를 통해 유체압 모터(AM)에 공급한다. 이에 의해, 선회 회생 제어가 행해진다. 선회 회생 제어시에는, 컨트롤러(C)가 합류 통로(43)에 설치된 전자기 개폐 밸브(46)를 개방 위치로 전환한다.
또한, 본 실시 형태에서는 합류 통로(43)에 전자기 개폐 밸브(46)를 설치하고 있지만, 전자기 개폐 밸브(46) 대신에 파일럿압의 작용에 의해 전환되는 개폐 밸브를 설치해도 된다. 이 경우, 파일럿압을 제어하는 파일럿 전자기 제어 밸브를 새롭게 설치하면 된다. 파일럿 전자기 제어 밸브는 컨트롤러(C)로부터의 신호에 의해 개폐 제어된다.
붐 1속용의 조작 밸브(14)가 중립 위치로부터 도 1의 우측 위치로 전환되면, 제2 메인 펌프(MP2)로부터의 압력 유체는, 통로(30)를 경유하여 붐 실린더(BC)의 피스톤측실(31)에 공급된다. 로드측실(32)로부터의 복귀 유체는 통로(33)를 경유하여 탱크(T)로 복귀된다. 이에 의해, 붐 실린더(BC)가 신장하여 붐이 상승한다.
반대로, 붐 1속용의 조작 밸브(14)가 도 1의 좌측 위치로 전환되면, 제2 메인 펌프(MP2)로부터의 압력 유체는, 통로(33)를 경유하여 붐 실린더(BC)의 로드측실(32)에 공급된다. 피스톤측실(31)로부터의 복귀 유체는 통로(30)를 경유하여 탱크(T)로 복귀된다. 이에 의해, 붐 실린더(BC)가 수축하여 붐이 하강한다. 또한, 붐 2속용의 조작 밸브(3)는 붐 1속용의 조작 밸브(14)와 연동하여 전환된다.
붐을 하강시켜 붐 실린더(BC)를 수축시킬 때의 복귀 유량은, 붐 1속용의 조작 밸브(14)의 전환량에 의해 결정되고, 복귀 유량에 의해 붐의 하강 속도가 결정된다. 즉, 오퍼레이터가 붐 1속용의 조작 밸브(14)를 전환하기 위한 레버를 조작할 때의 조작량에 따라 붐 실린더(BC)의 수축 속도, 즉 붐의 하강 속도가 제어된다.
붐 실린더(BC)의 피스톤측실(31)과 붐 1속용의 조작 밸브(14)를 연결하는 통로(30)에는, 분배 기구로서의 비례 전자기 밸브(34)가 설치된다. 비례 전자기 밸브(34)의 개방도는, 분배 기구 제어부로서의 컨트롤러(C)의 출력 신호에 의해 제어되고, 노멀 상태에서 완전 개방으로 된다.
이어서, 제1 메인 펌프(MP1) 및 제2 메인 펌프(MP2)의 출력을 어시스트하는 가변 용량형의 어시스트 펌프(AP)에 대해 설명한다.
어시스트 펌프(AP)에는, 모터 제너레이터(MG)가 연결되고, 모터 제너레이터(MG)에는 유체압 모터(AM)가 연결된다. 어시스트 펌프(AP)는, 모터 제너레이터(MG) 또는 가변 용량형의 유체압 모터(AM)의 구동력에 의해 회전하고, 모터 제너레이터(MG)와 유체압 모터(AM)는 동축 회전한다.
모터 제너레이터(MG)에는 인버터(I)가 접속되고, 인버터(I)는 컨트롤러(C)에 접속된다. 모터 제너레이터 제어부로서 기능하는 컨트롤러(C)는, 인버터(I)를 통해 모터 제너레이터(MG)의 회전 속도 등을 제어한다. 어시스트 펌프(AP) 및 유체압 모터(AM)의 틸팅각은, 틸팅각 제어부로서의 틸팅각 제어기(35, 36)에 의해 제어된다. 틸팅각 제어기(35, 36)는, 컨트롤러(C)에 접속되고, 컨트롤러(C)의 출력 신호에 의해 제어된다.
어시스트 펌프(AP)에는 토출 통로(37)가 접속된다. 토출 통로(37)는 제1 메인 펌프(MP1)의 토출측에 합류하는 제1 합류 통로(38)와, 제2 메인 펌프(MP2)의 토출측에 합류하는 제2 합류 통로(39)로 분기된다. 제1 합류 통로(38) 및 제2 합류 통로(39)에는, 각각 컨트롤러(C)의 출력 신호에 의해 개방도가 제어되는 제1 비례 전자기 스로틀 밸브(40) 및 제2 비례 전자기 스로틀 밸브(41)가 설치된다.
유체압 모터(AM)에는 접속용 통로(42)가 접속된다. 접속용 통로(42)는 합류 통로(43) 및 체크 밸브(44, 45)를 통해, 선회 모터(RM)가 접속된 통로(26, 27)에 접속된다. 합류 통로(43)에는 컨트롤러(C)에 의해 개폐 제어되는 전자기 개폐 밸브(46)가 설치된다. 전자기 개폐 밸브(46)와 체크 밸브(44, 45) 사이에는, 선회 모터(RM)의 선회시의 압력 또는 브레이크시의 압력인 선회 압력을 검출하는 압력 센서(47)가 설치된다. 압력 센서(47)의 압력 신호는, 컨트롤러(C)에 입력된다.
합류 통로(43)에 있어서의, 선회 회로로부터 유체압 모터(AM)에의 흐름에 대해 전자기 개폐 밸브(46)보다도 하류측에는, 안전 밸브(48)가 설치된다. 안전 밸브(48)는, 예를 들어 전자기 개폐 밸브(46) 등, 접속용 통로(42) 및 합류 통로(43)의 계통에 설치되는 부재가 고장난 경우에, 통로(26, 27)의 압력을 유지하여 선회 모터(RM)가 일주하는 것을 방지한다. 또한, 선회 회로로부터 유체압 모터(AM)에의 흐름에 대해 상류측부터 순서대로 압력 센서(47), 전자기 개폐 밸브(46), 안전 밸브(48)가 설치된다.
붐 실린더(BC)와 비례 전자기 밸브(34) 사이에는, 접속용 통로(42)에 연통하는 통로(49)가 설치된다. 통로(49)에는, 컨트롤러(C)에 의해 제어되는 전자기 개폐 밸브(50)가 설치된다. 또한, 본 실시 형태에서는, 비례 전자기 밸브(34)와 전자기 개폐 밸브(50)를 양쪽 모두 설치하고 있지만, 유체압 모터(AM)에 붐 실린더(BC)의 복귀 유체를 유도하지 않도록 하는 유로 전환 기구 등이 설치되는 경우에는, 전자기 개폐 밸브(50)는 없어도 된다.
전자기 개폐 밸브(50)가 개방 위치로 전환되면, 비례 전자기 밸브(34)의 개방도에 따라, 붐 실린더(BC)로부터의 복귀 유체는, 유체압 모터(AM)에 유도되는 유체와 붐 1속용의 조작 밸브(14)로부터 탱크에 유도되는 유체로 분배된다.
컨트롤러(C)는, 전자기 개폐 밸브(50)를 개방할 때, 붐 실린더(BC)의 붐 1속용의 조작 밸브(14)를 조작하는 레버의 조작량에 따라, 오퍼레이터가 요구하고 있는 붐 실린더(BC)의 하강 속도를 연산한다. 컨트롤러(C)는, 유체압 모터(AM)에 유도되는 유체와, 붐 1속용의 조작 밸브(14)로부터 탱크에 유도되는 유체의 합계 유량에 기초하여 붐 실린더(BC)의 하강 속도를 유지할 수 있도록 비례 전자기 밸브(34)의 개방도를 결정한다.
컨트롤러(C)에는, 각 조작 밸브(1 내지 5, 12 내지 15)의 레버의 조작량을 검출하는 전환량 검출부(도시하지 않음)가 접속된다. 또한, 전환량 검출부는, 각 조작 밸브(1 내지 5, 12 내지 15)의 레버의 전환량을 검출하는 구성이어도 되고, 각 조작 밸브(1 내지 5, 12 내지 15)의 스풀의 이동량을 직접 검출하거나, 스풀에 작용시키는 파일럿압을 검출하는 구성이어도 된다.
컨트롤러(C)에는, 회전 속도 Nb, 회전 속도 Na 및 회전 속도 Nr이 기억된다. 회전 속도 Nb는, 붐 회생 제어시의 모터 제너레이터의 회전 속도이다. 회전 속도 Na는, 붐 회생 제어 및 선회 회생 제어를 행하지 않고, 어시스트 펌프(AP)만을 작동시키는 경우의 모터 제너레이터(MG)의 회전 속도이다. 회전 속도 Nr은, 붐 회생 제어를 행하지 않고 선회 회생 제어만을 실행하는 경우 및 선회 회생 제어와 어시스트 제어의 양쪽 모두를 실행하는 경우의 모터 제너레이터(MG)의 회전 속도이다.
컨트롤러(C)에는, 선회 압력의 임계값 Pt가 미리 기억된다. 임계값 Pt는, 선회 모터(RM)의 선회 회로에 설치한 릴리프 밸브(28, 29)의 설정압보다 약간 낮은 압력이며, 선회 모터(RM)의 브레이크압 또는 기동압보다 약간 낮은 압력이다. 컨트롤러(C)는, 압력 센서(47)에 의해 검출된 선회 압력이 임계값 Pt에 도달한 경우, 전자기 개폐 밸브(46)를 폐쇄 위치로부터 개방 위치로 전환하고, 릴리프 밸브(28, 29)를 통해 탱크로 배출되는 만큼의 유체를 합류 통로(43)에 공급한다.
컨트롤러(C)에는, 선회 압력과 선회 압력의 임계값에 기초하여 선회 회생 유량을 연산하는 연산식이 미리 기억된다. 따라서 컨트롤러(C)는, 당해 연산식을 사용하여, 압력 센서(47)에 의해 검출한 압력에 기초하여 선회 회생 유량을 예측할 수 있다.
또한, 선회 회생 유량의 예측은, 예를 들어 압력 센서(47)에 의해 검출되는 압력과 선회 회생 유량의 관계를 나타내는 테이블을 미리 컨트롤러(C)에 기억시켜 두고, 당해 테이블을 참조함으로써 행해도 된다. 이 경우, 컨트롤러(C)는, 연산 기능을 구비하고 있지 않아도 된다.
이하, 붐 회생 제어시 및 선회 회생 제어시에 있어서의 컨트롤러의 처리에 대해 설명한다. 도 2는 컨트롤러의 처리의 내용을 나타내는 흐름도이다.
스텝 S1에 있어서 컨트롤러(C)는, 어시스트 제어 명령에 대응하는 어시스트 유량 Qa 및 미리 기억되어 있는 모터 제너레이터(MG)의 회전 속도 Na를 설정한다. 어시스트 제어 명령은, 어시스트 펌프(AP)를 작동시키는 신호이다. 이 신호는, 붐 1속용의 조작 밸브(14)가 붐 실린더(BC)를 신장시키는 방향으로 조작되어 있거나, 그 외의 조작 밸브(1, 2, 4, 5, 13, 15)가 조작되어 있는 경우에, 각 조작 밸브의 전환량을 검출하는 전환량 검출부로부터 컨트롤러(C)에 입력되는 신호이다. 붐 실린더(BC)가 수축하는 붐의 하강 제어만이 행해지는 경우에는, 어시스트 제어 명령은 출력되지 않는다.
즉, 붐의 하강 제어 이외에서, 조작 밸브가 조작된 경우, 컨트롤러(C)는 조작 밸브의 전환량을 검출하는 동시에, 어시스트 유량 연산부로서 기능하는 컨트롤러(C)는, 컨트롤러에 미리 설정된 연산식에 기초하여 어시스트 펌프의 토출량인 어시스트 유량 Qa를 연산한다.
스텝 S2에 있어서 컨트롤러(C)는, 붐 1속용의 조작 밸브(14)의 조작 상황으로부터 붐 실린더(BC)의 신축 상태를 검출한다. 붐 실린더(BC)의 수축 작동시, 즉 붐의 하강 제어시인 경우에는, 회생 유량 연산부로서 기능하는 컨트롤러(C)는, 붐 1속용의 조작 밸브(14)의 전환량에 기초하여 붐 회생 유량 Qb를 연산한다. 또한, 컨트롤러(C)는, 미리 기억되어 있는 붐 회생 제어시의 모터 제너레이터(MG)의 회전 속도 Nb를 설정한다.
스텝 S3에 있어서 컨트롤러(C)는, 선회 회생 제어시의 모터 제너레이터(MG)의 회전 속도 Nr과 선회 압력의 임계값 Pt를 설정한다. 회전 속도 Nr 및 임계값 Pt는, 컨트롤러(C)에 미리 기억되어 있다. 또한, 스텝 S1 내지 S3에 있어서, 컨트롤러(C)가 회전 속도 Na 등을 설정하는 것은, 컨트롤러(C)에 접속한 조작 밸브나 틸팅각 제어기(35, 36) 등의 제어에 필요한 데이터를 제어 프로그램에 설정하는 것을 의미한다.
스텝 S4에 있어서 컨트롤러(C)는, 붐 회생 제어를 행하는지의 여부, 즉 붐 회생 제어 명령이 있는지의 여부를 판정한다. 붐 회생 제어 명령은, 붐용 제어 밸브의 조작 레버가 붐 실린더(BC)를 수축시키는, 즉 붐을 내리는 방향으로 조작되어 있는 경우에 검출되는 신호이며, 전환량 검출부로부터 컨트롤러(C)에 입력된다. 붐 회생 제어 명령이 있다고 판정되면 처리가 스텝 S5로 진행되고, 붐 회생 제어 명령이 없다고 판정되면 처리가 스텝 S11로 진행된다.
스텝 S5에 있어서 컨트롤러(C)는, 어시스트 제어 명령 및 선회 동작 중 적어도 한쪽이 있는지의 여부를 판정한다. 어시스트 펌프(AP)를 작동시키는지의 여부는, 어시스트 제어 명령의 유무에 의해 판정된다. 선회 모터(RM)를 작동시키는지의 여부는, 선회 모터용의 조작 밸브(1)의 전환 조작의 유무에 의해 판정된다.
어시스트 제어 명령이 없고, 또한 선회 모터용의 조작 밸브(1)의 전환 조작도 행해지고 있지 않다고 판정되면 처리가 스텝 S6으로 진행된다. 어시스트 펌프(AP) 또는 선회 모터(RM)를 작동시킨다고 판정되면 처리가 스텝 S8로 진행된다.
스텝 S6에 있어서 복귀 유량 연산부로서 기능하는 컨트롤러(C)는, 붐 1속용의 조작 밸브(14)의 전환량에 따라, 붐 실린더(BC)의 수축 속도(붐의 하강 속도), 즉 붐 실린더(BC)로부터의 복귀 유량을 연산한다. 또한, 컨트롤러(C)는, 전자기 개폐 밸브(50)를 개방 위치로 전환하는 동시에, 연산된 복귀 유량에 따라 비례 전자기 밸브(34)의 개방도를 제어한다.
또한, 컨트롤러(C)는, 붐 실린더(BC)의 수축 동작에 수반되는 붐 회생 제어를 단독으로 실행하기 위한 제어값을 연산한다. 구체적으로는, 회생 유량 연산부로서 기능하는 컨트롤러(C)는, 비례 전자기 밸브(34)의 개방도에 따라 접속용 통로(42)에 유도되는 회생 유량 Qb를 연산하고, 모터 틸팅각 연산부로서 기능하는 컨트롤러(C)는, 이 회생 유량 Qb에 의해 모터 제너레이터(MG)의 회전 속도를 회전 속도 Nb로 유지할 수 있는 유체압 모터(AM)의 틸팅각 β를 연산한다. 즉, 틸팅각 β는, 회생 유량 Qb에 의해 회전하는 유체압 모터(AM)를, 회전 속도 Nb로 회전시키기 위해 필요한 1회전당의 배출량에 대응하는 틸팅각이다.
또한, 컨트롤러(C)는, 회전 속도 Nb로 회전하는 모터 제너레이터(MG)와 일체적으로 회전하는 어시스트 펌프(AP)의 틸팅각 α를 제로로 하여 그 토출량을 제로로 한다.
스텝 S5에 있어서 어시스트 펌프(AP) 또는 선회 모터(RM)를 작동시킨다고 판정되어 처리가 스텝 S8로 진행되면 컨트롤러(C)는, 선회 회생 제어 명령이 있는지의 여부를 판정한다. 선회 회생 제어 명령이라 함은, 합류 통로(43)에 설치한 압력 센서(47)가 검출하는 선회 압력이, 임계값 Pt에 도달한 경우의 입력 신호이다. 선회 회생 제어 명령이 있다고 판정되면 처리가 스텝 S9로 진행되고, 선회 회생 제어 명령이 없다고 판정되면 처리가 스텝 S10으로 진행된다.
스텝 S9에 있어서 컨트롤러(C)는, 붐 회생 제어, 선회 회생 제어 및 어시스트 제어를 위한 제어값을 결정한다. 즉, 컨트롤러(C)는, 모터 제너레이터(MG)의 회전 속도를 붐 회생 제어의 단독 제어시(스텝 S6)와 동일한 회전 속도 Nb로 유지하면서, 압력 센서(47)에 의해 검출되는 선회 압력의 값을 임계값 Pt로 유지하는 것이 가능한 유체압 모터(AM)의 틸팅각 β를 연산한다.
또한, 펌프 틸팅각 연산부로서 기능하는 컨트롤러(C)는, 회전 속도 Nb로 회전하면서, 연산된 어시스트 유량 Qa를 토출할 수 있는 어시스트 펌프(AP)의 틸팅각 α를 연산한다. 이 틸팅각 α는, 회전 속도 Nb로 회전하는 어시스트 펌프(AP)가, 어시스트 유량 Qa를 토출하기 위해 필요한 1회전당의 배출량에 대응하는 틸팅각이다.
스텝 S8에 있어서 선회 회생 제어 명령이 없다고 판정되어 처리가 스텝 S10으로 진행되면 컨트롤러(C)는, 선회 회생 제어는 행하지 않고, 붐 회생 제어 및 어시스트 제어를 위한 제어값을 연산한다. 즉, 컨트롤러(C)는, 설정된 회생 유량 Qb에 의해, 모터 제너레이터(MG)의 회전 속도를 설정된 회전 속도 Nb로 유지할 수 있는 유체압 모터(AM)의 틸팅각 β를 연산한다. 또한, 컨트롤러(C)는, 회전 속도 Nb로 회전하면서 설정된 어시스트 유량 Qa를 토출할 수 있는 어시스트 펌프(AP)의 틸팅각 α를 연산한다.
스텝 S4에 있어서 붐 회생 제어 명령이 없다고 판정되어 처리가 스텝 S11로 진행되면 컨트롤러(C)는, 어시스트 펌프(AP)를 작동시키기 위한 어시스트 제어 명령 및 선회 모터(RM)의 선회 동작의 유무를 판정한다. 어시스트 제어 명령 및 선회 동작 모두가 없다고 판정되면 처리가 스텝 S12로 진행되고, 컨트롤러(C)는 제어값을 제로로 설정한다.
어시스트 제어 명령 또는 선회 동작이 있다고 판정되어 처리가 스텝 S13으로 진행되면, 선회 회생 판정부로서 기능하는 컨트롤러(C)는, 선회 회생 제어 명령의 유무를 판정한다. 압력 센서(47)에 의해 검출된 선회 압력이 임계값 Pt에 도달하고 있는 경우, 선회 회생 제어 명령이 있다고 판정되고, 선회 압력이 임계값 Pt에 도달하고 있지 않은 경우, 선회 회생 제어 명령이 없다고 판정된다. 선회 회생 제어 명령이 있다고 판정되면 처리가 스텝 S14로 진행되고, 선회 회생 제어 명령이 없다고 판정되면 처리가 스텝 S17로 진행된다.
스텝 S14에 있어서 컨트롤러(C)는, 어시스트 제어 명령의 유무를 판정한다. 어시스트 제어 명령이 있다고 판정되면 처리가 스텝 S15로 진행되고, 어시스트 제어 명령이 없다고 판정되면 처리가 스텝 S16으로 진행된다.
스텝 S15에 있어서 컨트롤러(C)는, 선회 회생 제어와 어시스트 제어를 행하기 위한 제어값을 연산한다. 컨트롤러(C)는, 선회 회생 제어를 행하면서, 붐 실린더(BC)의 수축 동작(붐의 하강 동작) 이외의 조작을 행하는 경우의 제어값을 연산한다.
즉, 틸팅각 연산부로서 기능하는 컨트롤러(C)는, 모터 제너레이터(MG)의 회전 속도를 회전 속도 Nr로 유지하면서, 선회 압력이 임계값 Pt로 유지되는 것이 가능한 유체압 모터(AM)의 틸팅각 β를 연산하는 동시에, 연산된 어시스트 유량 Qa를 토출할 수 있는 어시스트 펌프(AP)의 틸팅각 α를 연산한다.
즉, 틸팅각 α는, 회전 속도 Nr로 회전하는 어시스트 펌프(AP)가, 어시스트 유량 Qa를 토출하기 위한 1회전당의 배출량에 대응하는 틸팅각이다. 틸팅각 β는, 유체압 모터(AM)가 회전 속도 Nr로 회전하면서 임계값 Pt를 유지하기 위해 필요한 틸팅각이다.
스텝 S14에 있어서 어시스트 제어 명령이 없다고 판정되어 처리가 스텝 S16으로 진행되면, 컨트롤러(C)는, 모터 제너레이터(MG)의 회전 속도를 회전 속도 Nr로 유지하면서, 선회 압력을 임계값 Pt로 유지하는 것이 가능한 유체압 모터(AM)의 틸팅각 β를 연산한다. 본 스텝에서는 어시스트 제어는 불필요하므로, 컨트롤러(C)는, 회전 속도 Nr로 회전하는 어시스트 펌프(AP)의 틸팅각 α를 제로로 설정하여, 어시스트 펌프(AP)의 토출량을 제로로 한다.
스텝 S13에 있어서 선회 회생 제어 명령이 없다고 판정되어 처리가 스텝 S17로 진행되면, 컨트롤러(C)는, 붐 회생 제어 및 선회 회생 제어가 없는 어시스트 제어만을 위한 제어값을 연산한다. 즉, 컨트롤러(C)는, 모터 제너레이터(MG)의 회전 속도 Na를 유지하면서, 어시스트 유량 Qa를 토출할 수 있는 어시스트 펌프(AP)의 틸팅각 α를 연산한다. 본 스텝에서는, 붐 회생 제어 및 선회 회생 제어는 행해지지 않으므로, 컨트롤러(C)는 유체압 모터(AM)의 틸팅각 β를 제로로 설정한다.
상기 스텝 S6, S9, S10, S15, S16, S17에 있어서 각 제어에 따른 제어값을 연산이 종료되면, 처리가 스텝 S7로 진행된다.
스텝 S7에 있어서 컨트롤러(C)는, 각 스텝에서 특정된 유량이나 회전 속도가, 모터 제너레이터(MG)의 파워 제한 내인 것을 확인하고, 제한 내이면 상기 제어값에 따른 제어를 실행한다. 또한, 제한 밖이면 제한 내로 수정하여, 상기 제어값에 따른 제어를 실행한다.
또한, 컨트롤러(C)는, 상기 제어의 실행시에, 유체압 모터(AM) 및 어시스트 펌프(AP)의 틸팅각을 제어하는 것 외에, 비례 전자기 밸브(34), 전자기 개폐 밸브(50) 및 전자기 개폐 밸브(46)의 제어도 행한다.
예를 들어, 붐 회생 제어 명령이 입력된 경우에는, 컨트롤러(C)는, 비례 전자기 밸브(34)를 폐쇄하고, 전자기 개폐 밸브(50)를 개방 위치로 전환하고, 붐 실린더(BC)로부터의 회생 유량을 접속용 통로(42)에 유도한다. 또한, 선회 회생 제어 명령이 입력된 경우에는, 컨트롤러(C)는, 합류 통로(43)의 전자기 개폐 밸브(46)를 개방 위치로 전환하고, 선회 모터(RM)로부터 배출되는 유체를 접속용 통로(42)에 유도한다.
본 실시 형태의 제어 회로에서는, 선회 회로의 선회 압력이 릴리프 밸브(28, 29)에 설정한 브레이크압보다 약간 낮은 임계값 Pt에 도달하였을 때, 합류 통로(43)의 전자기 개폐 밸브(46)가 개방 위치로 전환되어 선회 회로의 유체가 유체압 모터(AM)에 유도된다. 따라서 선회 압력이 브레이크압에 도달하여 선회 회로의 유체가 릴리프 밸브(28, 29)를 통해 탱크(T)로 흘러 버리는 것을 방지할 수 있다. 이에 의해, 릴리프 밸브(28, 29)를 통해 탱크(T)로 복귀되어 있었던 유체를 유체압 모터(AM)에 유도함으로써 에너지를 회생할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 복귀 유량이 많아지는 붐 회생 제어시에는, 비교적 큰 회전 속도인 회전 속도 Nb로 모터 제너레이터(MG)를 회전시키므로, 복귀 유량을 낭비하는 일 없이 유체압 모터(AM)에 공급할 수 있다.
어시스트 제어만의 경우나 선회 회생 제어만의 경우에는, 모터 제너레이터(MG)의 회전 속도가, 회전 속도 Nb보다도 작은 회전 속도 Na, Nr로 설정된다. 이와 같이 회전 속도 Na, Nr을 작게 한 이유는, 다음과 같다.
어시스트 펌프(AP)는, 제1 메인 펌프(MP1) 및 제2 메인 펌프(MP2)와 병용되므로, 그만큼 큰 토출량을 필요로 하지 않는다. 그로 인해, 어시스트 펌프(AP)의 틸팅각 α는 작은 각도로 제어되는 경우가 많다.
틸팅각 α가 작은 상태에서, 모터 제너레이터(MG)의 회전 속도를 크게 하여, 어시스트 펌프(AP)의 토출량을 미소한 범위에서 제어하고자 한 경우, 틸팅각 α의 제어 범위도 미소하게 된다. 미소한 제어 범위에서 틸팅각 α를 제어하고자 하면, 어시스트 펌프(AP)의 토출량의 제어가 어려워지는 동시에, 어시스트 펌프(AP)의 펌프 효율이 저하된다.
따라서 어시스트 제어만의 경우의 회전 속도 Na를 작게 설정함으로써, 어시스트 펌프(AP)의 토출량의 제어가 용이해지는 동시에, 어시스트 펌프(AP)의 펌프 효율이 좋아진다.
또한, 선회 회생 유량은 적으므로, 선회 회생 제어만의 경우에는 유체압 모터(AM)에 공급되는 유량은 적어진다. 그로 인해, 선회 회생 제어만의 경우의 모터 제너레이터(MG)의 회전 속도 Nr을 작게 설정함으로써, 유체압 모터(AM)의 틸팅각 β의 제어 범위를 넓게 할 수 있다.
한편, 붐 회생 제어와 어시스트 제어 또는 선회 회생 제어를 동시에 실행하는 경우에는, 붐 회생 제어를 우선하기 위해 모터 제너레이터(MG)의 회전 속도는 비교적 큰 회전 속도 Nb로 설정된다.
또한, 어시스트 제어시의 회전 속도 Na와 선회 회생 제어시의 회전 속도 Nr은, 각각 붐 회생 제어시의 회전 속도 Nb보다도 작게 설정되어 있으면 되고, 회전 속도 Na와 회전 속도 Nr은 어느 쪽이 커도 되고, 동등해도 된다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명하였지만, 상기 실시 형태는 본 발명의 적용예의 일부를 나타낸 것에 불과하고, 본 발명의 기술적 범위를 상기 실시 형태의 구체적 구성으로 한정하는 취지는 아니다.
본원은, 2012년 8월 15일에 일본 특허청에 출원된 일본 특허 출원 제2012-180234에 기초하는 우선권을 주장하고, 이 출원의 모든 내용은 참조에 의해 본 명세서에 원용된다.

Claims (5)

  1. 하이브리드 건설 기계의 제어 시스템이며,
    붐 실린더를 제어하는 붐 조작용의 조작 밸브와,
    상기 붐의 하강시에 상기 붐 실린더로부터 배출되는 복귀 유체에 의해 회전하는 회생용의 가변 용량형 유체압 모터와,
    상기 복귀 유체 중 상기 유체압 모터로 분배되는 유량 비율을 조절하는 분배 기구와,
    상기 유체압 모터와 일체적으로 회전하는 모터 제너레이터와,
    상기 모터 제너레이터와 일체적으로 회전하는 가변 용량형 어시스트 펌프와,
    상기 조작 밸브의 전환량에 따라 규정되는 상기 붐의 하강 속도를 유지하도록 상기 분배 기구를 제어하는 분배 기구 제어부와,
    상기 유체압 모터 및 상기 어시스트 펌프의 틸팅각을 제어하는 틸팅각 제어부와,
    상기 모터 제너레이터의 회전 속도를 목표 회전 속도로 유지하는 모터 제너레이터 제어부를 구비하고,
    상기 복귀 유체에 의해 상기 유체압 모터가 회전하는 붐 회생 제어시의 상기 목표 회전 속도는, 상기 어시스트 펌프를 작동시키는 어시스트 제어만을 행하는 경우의 상기 목표 회전 속도보다 높게 설정되는,
    하이브리드 건설 기계의 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 붐 회생 제어시에, 상기 조작 밸브의 전환량에 기초하여 상기 복귀 유체의 유량인 복귀 유량을 연산하는 복귀 유량 연산부와,
    상기 복귀 유량 중 상기 분배 기구에 의해 상기 유체압 모터로 분배되는 유량인 붐 회생 유량을 연산하는 회생 유량 연산부와,
    상기 붐 회생 유량에 기초하여, 상기 모터 제너레이터가 상기 붐 회생 제어시의 상기 목표 회전 속도를 유지하기 위해 필요한 상기 유체압 모터의 틸팅각을 연산하는 모터 틸팅각 연산부를 더 구비하고,
    상기 틸팅각 제어부는, 상기 모터 틸팅각 연산부에 의해 연산된 상기 틸팅각에 기초하여 상기 유체압 모터의 틸팅각을 제어하는,
    하이브리드 건설 기계의 제어 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 어시스트 제어만을 행하는 경우에, 상기 어시스트 펌프의 토출량인 어시스트 유량을 연산하는 어시스트 유량 연산부와,
    상기 어시스트 유량에 기초하여, 상기 모터 제너레이터가 상기 어시스트 제어만을 행하는 경우의 상기 목표 회전 속도를 유지하기 위해 필요한 상기 어시스트 펌프의 틸팅각을 연산하는 펌프 틸팅각 연산부와,
    상기 틸팅각 제어부는, 상기 펌프 틸팅각 연산부에 의해 연산된 상기 틸팅각에 기초하여 상기 어시스트 펌프의 틸팅각을 제어하는,
    하이브리드 건설 기계의 제어 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 붐 실린더와 상기 유체압 모터를 접속하는 통로에 합류하는 합류 통로를 통해 상기 유체압 모터에 접속되는 선회 회로와,
    상기 선회 회로에 설치되는 선회 모터와,
    상기 선회 모터의 선회 압력을 검출하는 압력 검출기와,
    상기 압력 검출기에 의해 검출된 상기 선회 압력이 미리 설정된 임계값 Pt에 도달한 경우, 상기 선회 회로로부터 상기 유체압 모터로 유도되는 유체에 의해 상기 유체압 모터가 회전하는 선회 회생 제어시라고 판정하는 선회 회생 판정부와,
    상기 선회 회생 제어시라고 판정된 경우의 상기 목표 회전 속도는, 상기 붐 회생 제어시의 상기 목표 회전 속도보다 낮게 설정되는,
    하이브리드 건설 기계의 제어 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 선회 회생 제어시라고 판정된 경우, 상기 모터 제너레이터의 회전 속도를 상기 선회 회생 제어시의 상기 목표 회전 속도로 유지하면서 상기 선회 압력을 상기 임계값 Pt로 유지하기 위해 필요한 상기 유체압 모터의 틸팅각을 연산하는 틸팅각 연산부와,
    상기 틸팅각 제어부는, 상기 틸팅각 연산부에 의해 연산된 상기 틸팅각에 기초하여 상기 유체압 모터의 틸팅각을 제어하는,
    하이브리드 건설 기계의 제어 시스템.
KR1020147033489A 2012-08-15 2013-08-05 하이브리드 건설 기계의 제어 시스템 KR101645115B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012180234A JP5908371B2 (ja) 2012-08-15 2012-08-15 ハイブリッド建設機械の制御装置
JPJP-P-2012-180234 2012-08-15
PCT/JP2013/071179 WO2014027583A1 (ja) 2012-08-15 2013-08-05 ハイブリッド建設機械の制御システム

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150016283A KR20150016283A (ko) 2015-02-11
KR101645115B1 true KR101645115B1 (ko) 2016-08-02

Family

ID=50286146

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020147033489A KR101645115B1 (ko) 2012-08-15 2013-08-05 하이브리드 건설 기계의 제어 시스템

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9664209B2 (ko)
JP (1) JP5908371B2 (ko)
KR (1) KR101645115B1 (ko)
CN (1) CN104364536B (ko)
DE (1) DE112013002567B4 (ko)
WO (1) WO2014027583A1 (ko)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5928065B2 (ja) * 2012-03-27 2016-06-01 コベルコ建機株式会社 制御装置及びこれを備えた建設機械
CN103556669A (zh) * 2013-10-15 2014-02-05 徐州徐工挖掘机械有限公司 一种液压挖掘机回转能量回收控制装置
EP3147519B1 (en) 2014-05-16 2019-03-06 Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. Hydraulic energy regeneration apparatus for machinery
US10584722B2 (en) * 2015-09-29 2020-03-10 Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. Hydraulic fluid energy regeneration apparatus of work machine
JP6360824B2 (ja) * 2015-12-22 2018-07-18 日立建機株式会社 作業機械
JP2017210732A (ja) * 2016-05-23 2017-11-30 Ｋｙｂ株式会社 ハイブリッド建設機械の制御システム
CN108691828B (zh) * 2017-04-07 2020-10-30 丹佛斯动力系统公司 用于维持最小低侧压力的液压系统或闭路液压系统
US10760246B2 (en) 2018-03-08 2020-09-01 Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. Work machine
CN108869467A (zh) * 2018-07-05 2018-11-23 伊婕 一种压差液能和势能回收系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003074517A (ja) 2001-09-05 2003-03-12 Kobelco Contstruction Machinery Ltd 油圧シリンダ回路の制御方法
JP2008157407A (ja) 2006-12-26 2008-07-10 Hy:Kk 液圧駆動装置
JP2009235717A (ja) 2008-03-26 2009-10-15 Kayaba Ind Co Ltd ハイブリッド建設機械の制御装置
US20110240146A1 (en) 2009-05-08 2011-10-06 Kayaba Industry Co., Ltd. Control device for hybrid construction machine

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02229329A (ja) * 1989-02-28 1990-09-12 Kobe Steel Ltd 油圧ショベルの旋回制御方法および装置
JP4067596B2 (ja) * 1997-03-07 2008-03-26 日立建機株式会社 建設機械の油圧制御装置
JP2000136806A (ja) * 1998-11-04 2000-05-16 Komatsu Ltd 圧油のエネルギー回収装置および圧油のエネルギー回収・再生装置
JP2005076781A (ja) * 2003-09-01 2005-03-24 Shin Caterpillar Mitsubishi Ltd 作業機械の駆動装置
KR100929421B1 (ko) * 2007-10-22 2009-12-03 볼보 컨스트럭션 이키프먼트 홀딩 스웨덴 에이비 중장비용 유압제어밸브
JP5172477B2 (ja) * 2008-05-30 2013-03-27 カヤバ工業株式会社 ハイブリッド建設機械の制御装置
JP5419572B2 (ja) 2009-07-10 2014-02-19 カヤバ工業株式会社 ハイブリッド建設機械の制御装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003074517A (ja) 2001-09-05 2003-03-12 Kobelco Contstruction Machinery Ltd 油圧シリンダ回路の制御方法
JP2008157407A (ja) 2006-12-26 2008-07-10 Hy:Kk 液圧駆動装置
JP2009235717A (ja) 2008-03-26 2009-10-15 Kayaba Ind Co Ltd ハイブリッド建設機械の制御装置
US20110240146A1 (en) 2009-05-08 2011-10-06 Kayaba Industry Co., Ltd. Control device for hybrid construction machine

Also Published As

Publication number Publication date
DE112013002567B4 (de) 2018-12-13
CN104364536A (zh) 2015-02-18
JP5908371B2 (ja) 2016-04-26
US9664209B2 (en) 2017-05-30
US20150176609A1 (en) 2015-06-25
CN104364536B (zh) 2016-06-22
KR20150016283A (ko) 2015-02-11
DE112013002567T5 (de) 2015-02-05
WO2014027583A1 (ja) 2014-02-20
JP2014037861A (ja) 2014-02-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101645115B1 (ko) 하이브리드 건설 기계의 제어 시스템
KR101410597B1 (ko) 건설 기계의 제어 시스템
KR101572288B1 (ko) 하이브리드 건설기계의 제어장치
KR101568441B1 (ko) 하이브리드 건설기계의 제어장치
KR101595584B1 (ko) 하이브리드 건설기계의 제어장치
KR101568440B1 (ko) 하이브리드 건설기계의 제어장치
KR101718255B1 (ko) 하이브리드 건설 기계의 제어 시스템
JP5901381B2 (ja) 建設機械の制御装置
KR101652619B1 (ko) 건설 기계의 제어 시스템
KR101832080B1 (ko) 하이브리드 건설 기계의 제어 시스템
KR101719968B1 (ko) 하이브리드 건설 기계의 제어 시스템
CN102388227A (zh) 混合动力施工机械的控制装置
JP2009281525A (ja) ハイブリッド建設機械の制御装置
KR20110009118A (ko) 하이브리드 건설기계의 제어장치
KR101646432B1 (ko) 하이브리드 건설 기계의 제어 시스템
CN102822537A (zh) 混合动力作业机械
KR101649438B1 (ko) 건설 기계 및 컨트롤러
KR20180118753A (ko) 하이브리드 건설 기계의 제어 시스템
JP5731331B2 (ja) 作業機械の動力回生装置
KR20180110037A (ko) 하이브리드 건설기계의 제어 시스템 및 제어 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant