KR20060078300A - Hybrid system of an excavator - Google Patents

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장달식
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Abstract

본 발명은 굴삭기의 하이브리드 장치에 관한 것으로, 엔진과 모터-발전기에 연결된 메인유압펌프의 토출압유를 공급하는 유압라인이 3개의 전자식 컨트롤밸브를 통하여 굴삭기의 붐, 아암 그리고 버켓으로 구성된 프론트작업장치과 선회 기구 및 주행 기구에 병렬 분산 연결되어 있으며, 상기 프론트작업장치, 선회유압모터 및 주행 모터와 연결된 유압라인에 전자제어 밸비스터밸브가 설치되어 컨트롤러에 의해 제어되는 한편, 상기 붐실린더의 귀환라인에 유압모터와 모터-발전기가 설치되고, 상기 선회유압모터의 한쪽 유압라인에 어큐물레이터가 설치된 구조로 이루어져 있다. 본 발명은 분산형 컨트롤밸브를 통하여 액츄에이터를 제어하므로 중앙 공간을 확보해 줄 수 있고, 전자제어 밸비스터밸브를 사용하여 각 액튜에이터에 흐르는 압유의 흐름을 제어함으로써 부하에 무관하게 속도 제어할 수가 있어 제어성이 용이하게 되며, 상기 선회장치에서 귀환하는 고압의 잉여 압력을 어큐물레이터를 저장하여 에너지를 회수함과 더불어 붐실린더에서 회수되는 압유로 유압모터와 모터전동기를 가동시켜 전기에너지로 변환시켜 회수함으로써, 굴삭기의 손실에너지를 줄일 수 있고 연비를 개선할 수 있게 한다.The present invention relates to a hybrid device of an excavator, wherein a hydraulic line for supplying discharge pressure of a main hydraulic pump connected to an engine and a motor-generator is pivoted with a front work device consisting of an boom, an arm and a bucket of an excavator through three electronic control valves. Parallelly connected to the mechanism and the traveling mechanism, an electronically controlled ballast valve is installed in the hydraulic line connected to the front work device, the swing hydraulic motor and the traveling motor, and controlled by a controller, while the hydraulic pressure is returned to the return line of the boom cylinder. The motor and the motor-generator are installed, and the accumulator is installed in one hydraulic line of the turning hydraulic motor. In the present invention, the actuator is controlled through a distributed control valve to secure a central space, and by controlling the flow of pressure oil flowing through each actuator using an electronically controlled valve regulator, the speed can be controlled regardless of the load. The high pressure surplus pressure returned from the turning device stores the accumulator to recover the energy, and the hydraulic motor and the motor are operated by the pressure oil recovered from the boom cylinder and converted into electrical energy. By doing so, it is possible to reduce the energy loss of the excavator and to improve fuel efficiency.

굴삭기의 하이브리드 장치, 전자제어 밸비스터밸브, 모터-발전기Hybrid devices of excavators, electronically controlled ballast valves, motor-generators

Description

굴삭기의 하이브리드 유압제어시스템{Hybrid system of an excavator}Hybrid hydraulic control system of excavator

도 1은 본 발명에 따른 굴삭기의 하이브리드 시스템에 대한 개략적인 회로도이다.
1 is a schematic circuit diagram of a hybrid system of an excavator according to the present invention.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호설명※ Explanation of Codes on Major Parts of Drawings

2: 메인유압펌프 3: 배터리2: main hydraulic pump 3: battery

4: 엔진 5: 보조펌프4: engine 5: auxiliary pump

6: 제1모터-발전기 7: 컨트롤러6: first motor-generator 7: controller

8a,8b,8c,13: 유압라인 9a-9d: 전자비례 릴리프밸브8a, 8b, 8c, 13: Hydraulic lines 9a-9d: Electro-proportional relief valve

10,11,12: 전자개폐밸브 15: 버켓실린더10,11,12: solenoid valve 15: bucket cylinder

16: 아암실린더 17: 붐실린더16: arm cylinder 17: boom cylinder

17a: 피스톤헤드측 챔버 20: 프론트작업장치17a: piston head side chamber 20: front work device

21,25,18: 유압라인 26: 주행장치21,25,18: Hydraulic line 26: Traveling device

26a,26b: 주행모터 27,36: 귀환라인26a, 26b: driving motor 27, 36: return line

28: 유압 펌프모터 28a : 제2모터-발전기28: hydraulic pump motor 28a: second motor-generator

30: 선회장치 30a: 선회유압모터30: swing device 30a: swing hydraulic motor

33: 전자비례 릴리프밸브 34: 감압밸브 33: electromagnetic proportional relief valve 34: pressure reducing valve                 

35: 어큐물레이터 37: 시퀀스밸브35: accumulator 37: sequence valve

40: 주행속도 선택밸브
40: Travel speed selector valve

본 발명은 굴삭기의 유압제어시스템에 관한 것으로, 특히 굴삭기의 각 작동부분을 제어하기가 용이할 뿐만 아니라, 작동기구를 가동시킬 때 귀환하는 고압의 압유에서 에너지를 회수하여 굴삭기의 엔진 연비를 향상시킬 수 있고, 매연의 배출량을 줄일 수 있게 한 굴삭기의 하이브리드 유압제어시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a hydraulic control system of an excavator, and in particular, it is easy to control each operating part of the excavator, and also to recover the energy from the high-pressure pressure oil returned when the operating mechanism is operated to improve the engine fuel efficiency of the excavator. And a hybrid hydraulic control system of an excavator that can reduce the amount of soot emissions.

종래의 일반적인 굴삭기에서는 조작성이 우수한 유압 제어시스템이 구성되어있기는 하지만, 하나의 스풀을 사용하여 압유의 흐름을 제어하는 방식이기 때문에 동력 손실이 크다는 단점이 있었다.In the conventional general excavator, although a hydraulic control system having excellent operability is configured, there is a disadvantage in that power loss is large because it uses a single spool to control the flow of pressure oil.

따라서 굴삭기에서 대폭적인 연료 소비량의 절감을 실현시키기 위해서는 종래의 일반적인 유압시스템 보다도 높은 효율로 가동이 가능한 동력 전달시스템의 개발이 필요하고 손실 에너지를 재활용해야할 필요가 있다.Therefore, in order to realize a significant reduction in fuel consumption in an excavator, it is necessary to develop a power transmission system that can operate with higher efficiency than a conventional hydraulic system and to recycle lost energy.

이런 요구 사항을 만족하기 위해 기존의 집중형 메인 컨트롤밸브를 분산형으로 변경하고 전자화라는 방법을 이용하여 하이브리드 시스템과 손실 에너지를 재활용할 수 있는 시스템을 구현하였다.In order to meet these requirements, the existing centralized main control valve was changed to distributed and a hybrid system and a system capable of recycling lost energy were implemented using a method called electronic.

한편, 상기한 바와 같은 요구에 부응하기 위해 일본국 고마쯔사의 미국 특허 제 6,708.787 호가 있는 바, 상기 발명에 따른 장치는 하이브리드형 시스템을 구성하고 있으며, 1개의 가변 펌프가 전자식 레귤레이터에 의해 제어되는 방식으로 구성되어 있다.On the other hand, there is a U.S. Patent No. 6,708.787 of Komatsu, Japan, in order to meet the demand as described above, the apparatus according to the invention constitutes a hybrid system, in which one variable pump is controlled by an electronic regulator Consists of.

또한 상기 발명에 따른 굴삭기는 엔진의 여유 마력을 전기에너지로 변환하여 저장하는 한편, 붐이 하강할 때 귀환하는 압유를 이용하여 유압모터를 구동시켜 발전하게 하여 그 전력을 저장하고, 선회 정지시 모터가 발전을 하면 이 에너지도 저장한다. In addition, the excavator according to the present invention converts and stores the horsepower of the engine to electrical energy, while driving the hydraulic motor to generate power by using the pressure oil returning when the boom is lowered to save the power, the motor at the time of turning stop When it develops, it also stores this energy.

그러나 상기 고마쯔사의 미국 특허에 따른 시스템은 선회구동을 전동 모터에 의존하고 있어, 파우어 밀도가 20:1인 유압모터와 비교할 때 그 전동 모터를 수용할 수 있는 공간 확보가 곤란하고, 유압 시스템의 댐핑효과를 활용할 수 없어 충격이 예상된다.However, the system according to Komatsu's U.S. patent relies on electric motors for rotational driving, making it difficult to secure a space for accommodating the electric motors when compared to a hydraulic motor having a powder density of 20: 1, and damping the hydraulic system. The effect is not available and shock is expected.

또한, 상기 미국 특허에 따른 시스템은 일반적인 중앙집중식 유압컨트롤밸브를 사용하고 있어 압력손실의 주요원인이 되고 있는 미터 아웃(Meter:Out) 제어시 큰 압력손실이 발생되어질 수가 있고, 또 중앙집중 컨트롤밸브를 적용할 경우 하이브리드시스템이 요구하는 배터리와 전동 모터와 같은 부품을 설치하기 위한 중앙 공간을 확보하기가 어려운 문제가 있다.In addition, the system according to the US patent uses a general centralized hydraulic control valve can cause a large pressure loss during meter out control, which is the main cause of pressure loss, and also a centralized control valve In this case, it is difficult to secure a central space for installing components such as a battery and an electric motor required by a hybrid system.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 굴삭기에 적용한 하이브리드 시스템에서 발생하는 여러 가지 문제점을 해결하여 하이브리드 시스템을 설치하기 위한 중앙공간을 확보하여 줌과 더불어, 시스템의 제어가 용이하며 손실에너지를 회 수하여 굴삭기의 연비를 향상시킴과 더불어 환경을 보호할 수 있게 하는 굴삭기의 하이브리드 유압제어시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention solves various problems occurring in the hybrid system applied to the conventional excavator as described above to secure a central space for installing the hybrid system, and to control the system and recover the lost energy. The purpose of the present invention is to provide an excavator hydraulic control system that can improve the fuel efficiency of the excavator and protect the environment.

상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 유압제어시스템은 엔진과 발전/전동기에 병렬 연결되어 가동되는 메인유압펌프의 토출압유를 공급하는 유압라인이 3개의 전자식 컨트롤밸브를 통하여 굴삭기의 붐, 아암 그리고 버켓으로 구성된 프론트작업장치과 선회 기구 및 주행 기구에 병열 분산 연결되어 있으며, 상기 붐실린더와 아암실린더, 버켓실린더, 선회유압모터 및 주행 모터와 연결된 유압라인에 전자제어 밸비스터밸브가 설치되어 컨트롤러에 의해 제어되는 한편, 상기 붐실린더의 귀환라인에 유압모터와 모터-발전기가 설치되고, 상기 선회유압모터의 한쪽 유압라인에 어큐물레이터가 설치된 구조로 이루어져 있다.Hydraulic control system of the present invention for achieving the above object is a hydraulic boom for supplying the discharge pressure oil of the main hydraulic pump which is connected in parallel to the engine and the generator / motor, the boom of the excavator through three electronic control valves, The front work device consisting of the arm and the bucket is connected in parallel with the swing mechanism and the traveling mechanism, and an electronically controlled ballast valve is installed in the hydraulic line connected to the boom cylinder, the arm cylinder, the bucket cylinder, the swing hydraulic motor and the travel motor. While being controlled by, the hydraulic motor and the motor-generator is installed in the return line of the boom cylinder, and the accumulator is installed in one hydraulic line of the swing hydraulic motor.

이러한 구조로 이루어진 본 발명의 장치는 굴삭기의 각 액튜에이터를 분산형 컨트롤밸브를 통하여 제어하게 되어 있으므로 중앙 공간을 확보해 주고, 전자제어 밸비스터밸브를 사용하여 각 액튜에이터에 흐르는 압유의 흐름을 제어함으로써 부하에 무관하게 속도 제어할 수가 있어 제어성이 용이하게 되며, 상기 선회장치에 공급되는 압유 및 귀환하는 고압의 압유를 어큐물레이터를 저장하여 에너지를 회수함과 더불어 붐실린더의 헤드부분에서 회수되는 압유로 유압모터와 모터전동기를 가동시켜 전기 에어지로 변환시켜 회수함으로써, 굴삭기의 손실에너지를 회수할 수 있고 연비를 개선할 수 있는 것이다.
The apparatus of the present invention having such a structure is to control each actuator of the excavator through a distributed control valve to ensure a central space, and to control the flow of the hydraulic oil flowing through each actuator using an electronically controlled valve ballast valve It can control the speed irrespective of the speed, and it is easy to control. The pressure is recovered from the head of the boom cylinder by recovering energy by accumulating the pressure oil supplied to the turning device and the high pressure oil returning. By operating the oil passage hydraulic motor and the motor motor and converting them to electric air to recover them, the lost energy of the excavator can be recovered and fuel economy can be improved.

이하 본 발명을 첨부한 예시 도면을 참조하여 자세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the present invention will be described in detail.

도 1은 본 발명에 따른 굴삭기의 유압제어시스템의 구성을 나타낸 유압회로도로서, 상기 도 1에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 굴삭기의 유압제어시스템은 엔진(4)과, 상기 엔진(4)에 의해 함께 구동되는 메인유압펌프(2)와, 보조펌프(5)를 포함한다. 그리고 상기 엔진(4)과 메인유압펌프(2)를 연결하는 구동축상에는 메인유압펌프(2)의 요구동력이 엔진(4)의 최적효율점에서의 출력보다 낮을 때 그 엔진(4)의 여유동력으로 전력을 발생시키는 제1모터-전동기(6)가 연결되고, 이 제1모터-전동기(6)는 배터리(3)가 연결되어 제1모터-전동기(6)에서 발생한 전기를 축전하게 된다. 1 is a hydraulic circuit diagram showing a configuration of an hydraulic control system of an excavator according to the present invention. As shown in FIG. 1, the hydraulic control system of an excavator according to the present invention includes an engine 4 and an engine 4. It includes a main hydraulic pump (2) and the auxiliary pump (5) driven together by. And on the drive shaft connecting the engine 4 and the main hydraulic pump 2, when the required power of the main hydraulic pump 2 is lower than the output at the optimum efficiency point of the engine 4, the spare power of the engine 4 A first motor-motor 6 for generating electric power is connected, and the first motor-motor 6 is connected with a battery 3 to store electricity generated by the first motor-motor 6.

그리고, 메인유압펌프(2)는,버켓실린더(15), 아암실린더(16) 및 붐실린더(17)로 구성되는 프론트작업장치(20)와, 선회유압모터(30a)를 포함한 선회장치(30)와, 주행모터(26a,26b)를 포함한 주행장치(26)에 각각의 유압라인(8a,8b,8c)을 통하여 병렬로 연결되고, 이들 각각의 유압라인(8a,8b,8c)에 전자개폐밸브(10,11,12)가 연결되어 각 장치(20,26,30)에 메인유압펌프(2)의 압유를 선택적으로 공급하게 되어 있으며, In addition, the main hydraulic pump 2 includes a turning device 30 including a front working device 20 composed of a bucket cylinder 15, an arm cylinder 16, and a boom cylinder 17, and a turning hydraulic motor 30a. ) And the traveling device 26 including the traveling motors 26a and 26b are connected in parallel through the respective hydraulic lines 8a, 8b and 8c, and to each of the hydraulic lines 8a, 8b and 8c. Open / close valves (10, 11, 12) are connected to selectively supply the hydraulic oil of the main hydraulic pump (2) to each device (20, 26, 30),

주행장치(26)의 좌우측 주행모터(26a,26b)에는 상기 보조펌프(5)의 압유를 유압라인(13)을 통하여 공급받아 주행속도를 증가시키는 변속기(26c,26d)가 구비되고 상기 유압라인(13)에는 주행속도를 선택하는 주행속도 선택밸브(40)가 설치되어 있다. 따라서 주행모터(26a,26b)는 상기 메인유압펌프(2)의 압유를 공급받아 작동하고 상기 주행속도 선택밸브(40)를 컨트롤러(7)의 제어신호에 따라 개폐시킴에 따 라 변속기(26c,26d)에 변속신호압력이 전달 또는 차단되어 주행속도가 증감하게 되어 있다. The left and right driving motors 26a and 26b of the traveling device 26 are provided with transmissions 26c and 26d for increasing the traveling speed by receiving the hydraulic oil of the auxiliary pump 5 through the hydraulic line 13. 13, a traveling speed selection valve 40 for selecting the traveling speed is provided. Accordingly, the traveling motors 26a and 26b operate by receiving the hydraulic oil from the main hydraulic pump 2 and open and close the traveling speed selection valve 40 according to the control signal of the controller 7. The shift signal pressure is transmitted or interrupted at 26d), and the running speed is increased or decreased.

한편, 상기 프론트작업장치(20)의 버켓실린더(15), 암실린더(16), 붐실린더(17)와, 선회장치(30)의 선회유압모터(30a), 주행장치(26)의 주행모터(26a,26b)로 메인유압펌프(2)의 압유를 공급하는 유압라인(21,25,8b,8c)에는 각각 이들 유압라인(21,25,8b,8c)을 통하여 공급되는 유량을 제어하는 전자제어 밸비스터밸브(22,23,24,32,38,39)가 연결되고, 상기 전자제어 밸비스터밸브(22,23,24,32,38,39)들은 컨트롤러(7)로부터 제공되는 전기적 제어신호에 의해 각각 개별적으로 제어된다. On the other hand, the bucket cylinder 15, the arm cylinder 16, the boom cylinder 17 of the front work device 20, the turning hydraulic motor 30a of the turning device 30, the traveling motor of the traveling device 26 The hydraulic lines 21, 25, 8b and 8c for supplying the hydraulic oil of the main hydraulic pump 2 to the 26a and 26b respectively control the flow rates supplied through these hydraulic lines 21, 25, 8b and 8c. Electronically controlled ballast valves 22, 23, 24, 32, 38, and 39 are connected, and the electronically controlled ballast valves 22, 23, 24, 32, 38, and 39 are electrically supplied from the controller 7. Each is controlled individually by a control signal.

또한 상기 버켓실린더(15), 아암실린더(16) 및 붐실린더(17)와 탱크(T)를 연결하는 귀환라인에는 상기 컨트롤러(7)의 제어신호에 의해 제어되어 각각의 릴리프압력을 조절하는 전자제어 릴리프밸브(9a,9b,9c)가 설치되어 있다. In addition, the feedback line connecting the bucket cylinder 15, the arm cylinder 16, the boom cylinder 17, and the tank T is controlled by a control signal of the controller 7 to control each relief pressure. Control relief valves 9a, 9b and 9c are provided.

한편, 상기 프론트작업장치(20)중에서 상대적으로 많은 메인유압펌프(2)의 유량이 공급되거나 배출되는 붐실린더(17)에는 상기 붐실린더(17)의 피스톤헤드측 챔버(17a)에서 귀환라인(27)을 따라 탱크로 배출되는 귀환라인에 유압 펌프모터(28)가 설치되어 있고 이 유압 펌프모터(28)에는 제2모터-발전기(28a)가 기계적으로 연결된다. 이에 따라 붐이 하강하는 경우(붐실린더가 수축작동하는 경우)는 유압펌프 모터(28)가 모터로 작동되어 이 회전력으로 제2모터-발전기(28a)를 구동시켜 발전된 전력을 뱃터리에 저장하고, 반면에 붐이 명령보다 낮은 속도로 상승하는 경우 유압펌프 모터(28)가 펌프로 작동되며 회전력은 제2모터-발전기(28a)가 밧데 리의 전원을 활용하여 발생시킨다.On the other hand, the boom cylinder 17 to which the flow rate of the relatively large number of the main hydraulic pump 2 is supplied or discharged in the front work device 20 in the piston head side chamber 17a of the boom cylinder 17 in the return line ( A hydraulic pump motor 28 is installed in the return line discharged to the tank along 27), and a second motor-generator 28a is mechanically connected to the hydraulic pump motor 28. Accordingly, when the boom is lowered (when the boom cylinder is contracted), the hydraulic pump motor 28 is operated as a motor to drive the second motor-generator 28a with this rotational force to store the generated power in the battery. On the other hand, when the boom is raised at a lower speed than the command, the hydraulic pump motor 28 is operated by the pump and the rotational force is generated by the second motor-generator 28a utilizing the power of the battery.

이러한 구조로 이루어진 본 발명의 굴삭기를 운전시키면 엔진(4)의 구동이 시작되고, 메인유압펌프(2)의 요구동력이 엔진(4)의 최적효율점에서의 출력보다 적은 경우, 컨트롤러(7)는 제1모터-발전기(6)를 가동시켜 엔진(4)의 여유 동력을 전력으로 변환시킨 다음 배터리(3)에 축전시킨다.When the excavator of the present invention having such a structure is operated, driving of the engine 4 is started, and when the required power of the main hydraulic pump 2 is less than the output at the optimum efficiency point of the engine 4, the controller 7 The first motor-generator 6 operates to convert the surplus power of the engine 4 into electric power, and then accumulates in the battery 3.

컨트롤러(7)에서 프론트작업장치에 대한 작업지령이 없는 경우, 즉 컨틀롤러(7)가 프론트작업장치(20)측 전자개폐밸브(10)에 전기신호를 출력하지 않는 경우에, 메인유압펌프(2)에서 토출되는 유량은 프론트작업장치(20)에 더 이상 전달되지 못하고, 컨트롤러(7)의 지령에 따라 상기 전자비례 릴리프밸브(9d)가 개방되어 무부하상태로 탱크(T)로 회수된다. When there is no work command for the front work device in the controller 7, that is, when the controller 7 does not output an electrical signal to the electromagnetic open / close valve 10 on the front work device 20, the main hydraulic pump ( The flow rate discharged from 2) is no longer transmitted to the front work device 20, and according to the command of the controller 7, the electromagnetic proportional relief valve 9d is opened and recovered to the tank T in a no-load state.

한편, 굴삭기의 붐과 아암 그리고 버켓으로 구성된 프론트작업장치(20)가 컨트롤러(7)에 의해 작업 지령을 받게되면 전자개폐밸브(10)가 개방되어 메인유압펌프(2)의 압유가 프론트작업장치(20)로 공급되고, 이 때 프론트작업장치의 각 유압실린더(15,16,17)로 공급되는 유량은 각 유압라인(21,25,18)에 연결된 전자제어 밸비스터밸브(22,23,24)에 의해 제어되게 되며, 각 유압실린더(15,16,17)의 작동방향 제어는 각 유압라인(21,25,26)에 설치된 전자개폐밸브(n1-n10)를 선택적으로 개폐시킴으로써 결정되어진다.On the other hand, when the front work device 20 consisting of the boom, the arm and the bucket of the excavator receives a work command by the controller 7, the electromagnetic opening and closing valve 10 is opened so that the hydraulic oil of the main hydraulic pump 2 is the front work device And the flow rate supplied to each hydraulic cylinder (15, 16, 17) of the front work device is connected to each hydraulic line (21, 25, 18). 24), the operation direction control of each hydraulic cylinder (15, 16, 17) is determined by selectively opening and closing the electromagnetic opening and closing valve (n1-n10) installed in each hydraulic line (21, 25, 26) Lose.

굴삭기의 붐을 작동시키기 위해 운전석에 설치된 붐용 레버를 작동시키면 유압라인(18)에 설치된 전자제어 밸비스터밸브(24)가 개방되면서 붐실린더(17)쪽으로 압유를 제어 공급하게 되는데, 무게가 무겁고 부피가 큰 붐을 작동시키기 위해서는 통상 2개의 붐실린더(17)를 설치하여 사용하기 때문에 많은 양의 압유가 요구되어진다. When the boom lever installed in the driver's seat is operated to operate the boom of the excavator, the electronically controlled valve valve valve 24 installed in the hydraulic line 18 is opened to control and supply pressure oil toward the boom cylinder 17. The weight is heavy and bulky. In order to operate a large boom, a large amount of pressure oil is required because two boom cylinders 17 are usually installed and used.

이러한 붐실린더(17)의 요구조건을 만족하기 위해 붐의 유압라인(18)에 전자제어 밸비스터밸브(24)를 설치하고, 상기 유압라인(18)과 귀환라인(27)을 전자개폐밸브(n10)를 통하여 서로 연결시켜 둔다. In order to satisfy the requirements of the boom cylinder 17, an electronically controlled valve ballast valve 24 is installed in the hydraulic line 18 of the boom, and the hydraulic line 18 and the return line 27 are connected to the electromagnetic open / close valve ( n10).

또 붐실린더(17)의 헤드측 챔버(17a)와 귀환라인(27) 사이에는 유압 펌프모터(28)가 설치되어 있고 이 유압 펌프모터(28)에는 기계적으로 제2모터-발전기(28a)가 연결된다. 붐이 하강하는 경우는 유압펌프 모터(28)가 모터로 작동되어 이 회전력으로 제2모터-발전기(28a)를 구동시켜 발전된 전력을 뱃터리에 저장한다. 반면에 상기 붐실린더(17)의 상승 속도가 명령치보다 낮은 경우는 유압펌프 모터(28)가 펌프로 작동되며 이 때 모터(28)는 제2모터-발전기(28a)가 밧데리의 전원을 활용하여 발생시킨 전력에 의해 구동된다.
A hydraulic pump motor 28 is installed between the head side chamber 17a of the boom cylinder 17 and the return line 27. The hydraulic pump motor 28 is mechanically equipped with a second motor generator 28a. Connected. When the boom is lowered, the hydraulic pump motor 28 is operated as a motor to drive the second motor-generator 28a by this rotational force to store the generated power in the battery. On the other hand, when the ascending speed of the boom cylinder 17 is lower than the command value, the hydraulic pump motor 28 is operated by the pump, at which time the motor 28, the second motor-generator 28a utilizes the power of the battery Driven by the generated power.

한편, 컨트롤러(7)에서 상부선회체를 선회시키는 신호가 출력되면, 메인유압펌프(2)와 연결된 유압라인(8b)의 전자개폐밸브(11)가 개방되어 선회장치(30)에 압유가 공급되어지는데, 선회장치(30)의 유압라인(8b)에 설치된 전자제어 밸비스터밸브(32)에 의해 유량이 제어된다. On the other hand, when a signal for turning the upper swing body is output from the controller 7, the electromagnetic opening and closing valve 11 of the hydraulic line 8b connected to the main hydraulic pump 2 is opened to supply the hydraulic oil to the swinging device 30. The flow rate is controlled by the electronically controlled valverter valve 32 provided in the hydraulic line 8b of the turning device 30.

상기 선회장치(30)의 선회유압모터(30a)는 병렬 연결된 4개의 전자개폐밸브(n11-n14)에 의해 선회방향이 결정되고, 컨트롤러(7)의 선회유압모터 작동레버를 중립으로 하여 상부선회체의 작동을 정지시키면, 부피와 무게가 큰 굴삭기의 상부 선회체(도시안함)와 선회장치(30)의 관성에 의해 상기 선회유압모터(30a)가 일시적으로 계속하여 회전하게 되는데, 이 때 상기 선회유압모터(30a)에는 압유가 공급되지 않는 상태이므로, 일시적으로 계속하여 회전하는 상기 선회유압모터(30a)가 유압선로에 고여 있는 압유를 흡입하여 펌핑하는 펌프의 역할을 하게 된다. 그리고 상기 선회유압모터(30a)의 귀환라인(36)에 어큐물레이터(60)가 설치되어 귀환라인(36)의 유압을 축압하여 에너지를 회수한다. The turning hydraulic motor 30a of the turning device 30 has a turning direction determined by four electromagnetic open / close valves n11-n14 connected in parallel, and the upper turning direction of the turning hydraulic motor operating lever of the controller 7 as neutral. When the sieve is stopped, the turning hydraulic motor 30a is temporarily rotated by the inertia of the upper swinging body (not shown) and the turning device 30 of the excavator having a large volume and weight. Since the hydraulic oil is not supplied to the swing hydraulic motor 30a, the swing hydraulic motor 30a which continuously rotates serves to pump and suck the pressure oil accumulated in the hydraulic line. The accumulator 60 is installed in the return line 36 of the swing hydraulic motor 30a to accumulate the hydraulic pressure in the return line 36 to recover energy.

이때 선회유압모터(30a)의 출구압력은 유압라인에 설치된 전자비례릴리프밸브(33)에 의해 제어되고, 일정압 구간에서는 어큐물레이터(35)에 저장되며, 어큐물레이터(35)에 저장된 압력은 감압밸브(34)에 의해 일정압 이하로 유지된다. 상기 어큐물레이터(35)에 축적된 압유는 시퀀스밸브(37)에 의해 공급 유압라인(8b)의 압력이 특정압 이상에서 열려 활용할 수 있게 되어 있다.
At this time, the outlet pressure of the swing hydraulic motor (30a) is controlled by the electromagnetic proportional relief valve 33 installed in the hydraulic line, stored in the accumulator 35 in the constant pressure section, the pressure stored in the accumulator 35 Is maintained below a certain pressure by the pressure reducing valve 34. The pressure oil accumulated in the accumulator 35 can be utilized by opening the pressure of the supply hydraulic line 8b by a sequence valve 37 above a specific pressure.

마지막으로 컨트롤러(7)에서 전자개폐밸브(12)로 주행제어신호가 제공되면, 메인유압펌프(2)의 유압라인(8c)에 설치된 전자개폐밸브(12)가 개방되어 주행장치(26)의 주행모터(26a,26b)로 메인유압펌프(2)의 압유가 공급되고, 주행모터(26a,26b)의 구동속도는 컨트롤러의 신호에 의해 개폐되는 주행속도 선택밸브(40)를 통하여 보조펌프(5)의 압유를 공급받아 작동하는 변속기(26c,26d)에 의해 제어된다. 중간단계의 주행속도는 컨트롤러(7)의 제어신호에 의해 전자제어 밸비스터밸브(28,39)를 제어함으로써 주행모터(26a,26b)로 공급되는 유량을 조절하여 제어할 수 있다. Finally, when the travel control signal is provided from the controller 7 to the electromagnetic open / close valve 12, the electromagnetic open / close valve 12 installed in the hydraulic line 8c of the main hydraulic pump 2 is opened to open the travel device 26. The hydraulic oil of the main hydraulic pump 2 is supplied to the traveling motors 26a and 26b, and the driving speeds of the driving motors 26a and 26b are supplied through the traveling speed selection valve 40 opened and closed by a signal from the controller. It is controlled by the transmissions 26c and 26d operated by the pressure oil of 5). The traveling speed in the intermediate stage may be controlled by adjusting the flow rate supplied to the traveling motors 26a and 26b by controlling the electronically controlled valve ballast valves 28 and 39 according to the control signal of the controller 7.                     

상기 주행장치(26)의 양쪽 주행모터(26a,26b)는 각각 4개의 전자개폐밸브(n15-n18)(n19-n22)의 개폐작동에 의해 방향이 결정된다.
Both driving motors 26a and 26b of the traveling device 26 are determined by the opening and closing operations of the four solenoid valves n15-n18 and n19-n22, respectively.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 장치는 컨트롤밸브를 여러개의 전자개폐밸브 및 전자제어 밸비스터밸브로 분산되어 있으므로 굴삭기 내부에 하이브리드 기기를 설치하기 위한 중앙 공간을 확보해 줄 수 있고, 전자제어 밸비스터밸브를 활용하여 부하에 무관한 속도제어가 되는 전자유압 시스템을 구축하여 제어성을 확보할 수 있으며, 선회 기구를 구동하는 메커니즘을 기존의 일반적인 굴삭기의 유압시스템을 그대로 사용하되 전자비례릴리프밸브를 통해 시스템의 안전성을 확보하고 회수되는 에너지는 어큐물레이터를 통하여 회수할 수가 있다.As described above, the apparatus according to the present invention can be distributed to a plurality of electronic opening and closing valves and electronically controlled valve ballast valve to secure a central space for installing a hybrid device inside the excavator, electronic control It is possible to secure controllability by constructing an electro-hydraulic system that controls speed regardless of the load by utilizing a ballaster valve, and use the hydraulic system of the existing excavator as the mechanism to drive the turning mechanism. The safety of the system can be secured and the energy recovered can be recovered through the accumulator.

또한 메인유압펌프의 여유동력과, 2개의 붐실린더의 배출유량을 모터-발전기를 통해 전기 에어지로 변환시켜 회수할 수 있도록 되어 있다.In addition, the slack power of the main hydraulic pump and the discharge flow rates of the two boom cylinders can be converted into electric airbags and recovered through the motor generator.

따라서, 본 발명은 굴삭기의 시스템 변경과 손실 에너지 회수 시스템을 통해 연비를 개선하고 실현 가능성을 고양시키며 미래의 요구에 부응하는 시스템을 실현할 수 있는 것이다.Accordingly, the present invention is to improve the fuel economy, improve the feasibility and to meet the needs of the future through the system change of the excavator and the lost energy recovery system.

Claims (6)

엔진(4)과, 엔진(4)에 의해 구동되는 적어도 하나 이상의 가변용량형 메인유압펌프(2) 및 보조펌프(5)와, 상기 메인유압펌프(2)의 압유를 버켓실린더(15), 아암실린더(16), 붐실린더(17) 등과 같은 프론트작업장치(20), 선회장치(30) 및 주행장치(26)중 적어도 하나 이상에 분배하도록 제어하는 컨트롤밸브를 포함한 굴삭기에 있어서, The engine 4, at least one variable displacement main hydraulic pump 2 and the auxiliary pump 5 driven by the engine 4, and the hydraulic pressure of the main hydraulic pump 2 are bucket cylinder 15, In an excavator including a control valve for controlling distribution to at least one of the front work device 20 such as the arm cylinder 16, the boom cylinder 17, and the like, the swinging device 30 and the traveling device 26, 상기 엔진(4)과 메인유압펌프(2)사이에 연결설치되어 엔진(4)의 여유동력으로 발전하는 모터-발전기(6)와, 상기 모터-발전기(6)에서 생성된 전기를 축전하는 배터리(3)를 구비하고, A motor-generator 6 connected between the engine 4 and the main hydraulic pump 2 to generate power by the engine 4, and a battery for storing electricity generated by the motor-generator 6. (3) provided, 상기 프론트작업장치(20), 선회장치(30) 및 주행장치(26)에 상기 메인유압펌프(2)를 각각 연결하는 유압라인(31,38,40)에 연결되어 상기 메인유압펌프(2)의 압유를 공급 또는 차단하는 제1전자개폐밸브(10), 제2전자개폐밸브(12) 및 제3전자개폐밸브(12)와, The main hydraulic pump 2 is connected to the hydraulic lines 31, 38, and 40 connecting the main hydraulic pump 2 to the front work device 20, the turning device 30, and the traveling device 26, respectively. A first solenoid valve 10, a second solenoid valve 12, and a third solenoid valve 12 for supplying or interrupting the pressurized oil thereof; 상기 제1 내지 제3전자개폐밸브(10,11,12)에 제어신호를 선택적으로 인가하여 상기 메인유압펌프(2)의 압유를 각각의 장치에 선택적으로 공급제어하는 컨트롤러(7)를 더 구비한 것을 특징으로 하는 굴삭기의 하이브리드 유압제어시스템.It is further provided with a controller (7) for selectively supplying and controlling the pressure oil of the main hydraulic pump (2) to each device by selectively applying a control signal to the first to third electromagnetic opening and closing valve (10, 11, 12) Hybrid hydraulic control system of an excavator, characterized in that. 제1항에 있어서, 상기 프론트작업장치(20)에서 탱크(T)로 귀환하는 압유에 의해 구동되는 유압 펌프모터(28)와 상기 유압 펌프모터(28)의 구동에 의해 전기를 발생시켜 상기 배터리(3)에 축전시키는 제2모터-발전기(28a)를 더 구비한 것을 특징으로 하는 굴삭기의 하이브리드 유압제어시스템. The battery of claim 1, wherein the battery is generated by the hydraulic pump motor 28 driven by the hydraulic oil returning from the front work device 20 to the tank T and the hydraulic pump motor 28. And a second motor-generator (28a) for power storage in (3). 제2항에 있어서, 상기 프론트작업장치(20)는 붐실린더(17)인 것을 특징으로 하는 굴삭기의 하이브리드 유압제어시스템.3. The hybrid hydraulic control system according to claim 2, wherein the front work device (20) is a boom cylinder (17). 제1항 내지 제3항중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 선회장치(30)는 선회유압모터(30a)로 구성되고, 상기 선회유압모터(30a)와 탱크(T)를 연결하는 귀환라인(36)에 설치되어 상기 컨트롤러(7)의 제어신호에 의해 상기 선회유압모터(30a)에서 탱크로 배출되는 압력을 제어하는 전자비례릴리프밸브(33)와, 상기 귀환라인(36)에 연결되어 귀환라인(36)의 유압을 축압하여 에너지를 회수하는 어큐물레이터(60)를 더 포함한 것을 특징으로 하는 굴삭기의 하이브리드 유압제어시스템. The return line 36 according to any one of claims 1 to 3, wherein the turning device 30 is composed of a turning hydraulic motor 30a, and connects the turning hydraulic motor 30a and the tank T. Is connected to the feedback line (36) and the electromagnetic proportional relief valve (33) for controlling the pressure discharged from the swing hydraulic motor (30a) to the tank by the control signal of the controller (7). And an accumulator (60) for accumulating and accumulating the hydraulic pressure of the hydraulic pressure (36). 제4항에 있어서, 상기 어큐물레이터(60)와 선회유압모터(30a)측 유압라인(38)은 시퀀스밸브(37)에 의해 결정되어지게 한 것을 특징으로 하는 굴삭기의 하이브리드 유압제어시스템.5. The hybrid hydraulic control system according to claim 4, wherein the accumulator (60) and the hydraulic line (38) on the swing hydraulic motor (30a) side are determined by a sequence valve (37). 제4항에 있어서, 상기 어큐물레이터(60)의 유압라인(36)에 설치되어 상기 어큐물레이터(60)에 축압되는 압력을 제어하는 감압밸브(34)가 설치된 것을 특징으로 하는 굴삭기의 하이브리드 유압제어시스템.The hybrid of an excavator according to claim 4, wherein a pressure reducing valve (34) is installed in the hydraulic line (36) of the accumulator (60) to control the pressure accumulated in the accumulator (60). Hydraulic control system.
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