KR20120053063A

KR20120053063A - 하이브리드 작업 기계

Info

Publication number: KR20120053063A
Application number: KR1020127008472A
Authority: KR
Inventors: 하루히꼬 가와사끼; 마사히로 에가와
Original assignee: 카야바 고교 가부시기가이샤
Priority date: 2010-05-20
Filing date: 2011-04-22
Publication date: 2012-05-24
Also published as: US9032722B2; US20120233995A1; CN102822537B; WO2011145432A1; KR101286841B1; JP5424982B2; CN102822537A; DE112011101710T5; JP2011241948A

Abstract

컨트롤러는 메인 펌프로부터 액추에이터로의 압력 유체의 공급을 제어하는 조작 밸브가 중립 위치에 있는지를 판정하고, 액추에이터로부터의 복귀 오일에서 회전하는 유압 모터의 입력 동력을 검출하고, 조작 밸브가 중립 위치에 있고, 또한 유압 모터의 입력 동력이 제1 임계값을 초과한 경우, 비례 전자기 스로틀 밸브의 개방도를 좁힌다.

Description

하이브리드 작업 기계{HYBRID WORK MACHINE}

본 발명은 액추에이터로부터의 회생 유량을 이용하는 하이브리드 작업 기계에 관한 것이다.

일본 특허 공개 제2009-236190A호는 액추에이터의 회생 유량을 이용하는 하이브리드 작업 기계를 개시하고 있다. 이 하이브리드 작업 기계에 있어서는, 액추에이터인 붐 실린더와 회생용의 유압 모터 사이에 개폐 밸브가 설치된다. 개폐 밸브는 액추에이터를 제어하는 조작 밸브가 중립 위치로 복귀되었을 경우에 폐쇄 위치를 유지한다.

고부하가 작용하고 있는 고속 작동중의 붐 실린더를 급정지시키는 경우는, 조작 밸브를 중립 위치로 전환함과 동시에 개폐 밸브를 폐쇄 위치로 전환하여, 붐 실린더의 일주(逸走)를 방지하고, 모터 제너레이터의 흡수 능력 이상의 고토크가 유압 모터로부터 모터 제너레이터에 입력되지 않도록 하고 있다. 이에 의해, 모터 제너레이터의 흡수 능력 이상의 고토크가 모터 제너레이터에 작용하여, 모터 제너레이터가 고장나거나, 일주하는 것을 방지하고 있다.

그러나, 상기 종래의 하이브리드 작업 기계에서는, 액추에이터를 급정지시키기 위해 조작 밸브를 중립 위치로 급격하게 복귀시켰을 경우, 모터 제너레이터의 흡수 능력 이상의 고토크가 모터 제너레이터에 작용할 가능성이 있었다. 이것은, 개폐 밸브의 응답성에 한계가 있어, 개폐 밸브를 순식간에 폐쇄하여, 액추에이터를 급정지시키는 것이 어렵기 때문이다.

모터 제너레이터의 흡수 능력을 크게 하기 위해서, 모터 제너레이터를 대형화하는 것도 생각할 수 있지만, 대형화된 만큼 비용이 늘어난다.

본 발명의 목적은, 하이브리드 작업 기계에 있어서, 고부하가 작용하고 있는 고속 작동중의 액추에이터를 급정지 했을 경우에, 액추에이터를 확실하게 정지시킬 수 있어, 모터 제너레이터에 흡수 능력 이상의 고토크가 작용하지 않도록 하는 것이다.

본 발명의 일 형태에 따르면, 하이브리드 작업 기계이며, 메인 펌프와, 상기 메인 펌프를 구동하는 엔진과, 합류 통로를 통해서 상기 메인 펌프의 토출측에 접속한 가변 용량의 어시스트 펌프와, 상기 어시스트 펌프의 틸팅각을 제어하는 경사각 제어기와, 상기 합류 통로에 설치한 비례 전자기 스로틀 밸브와, 액추에이터와, 상기 메인 펌프로부터 상기 액추에이터로의 압력 유체의 공급을 제어하는 조작 밸브와, 상기 액추에이터로부터의 복귀 오일에 의해 회전하는 가변 용량의 유압 모터와, 상기 어시스트 펌프 및 상기 유압 모터에 접속되는 모터 제너레이터와, 상기 모터 제너레이터에 접속되는 배터리와, 상기 경사각 제어기 및 상기 비례 전자기 스로틀 밸브에 접속되어, 상기 조작 밸브가 중립 위치에 있는지 판정하고, 상기 액추에이터로부터의 복귀 오일에 의해 회전하는 상기 유압 모터의 입력 동력을 검출하고, 상기 조작 밸브가 중립 위치에 있고, 또한 상기 유압 모터의 입력 동력이 제1 임계값을 초과한 경우에, 상기 비례 전자기 스로틀 밸브의 개방도를 좁히는 컨트롤러를 구비한 하이브리드 작업 기계가 제공된다.

상기 형태에 따르면, 유압 모터의 입력 동력이 제1 임계값을 초과한 경우는, 유압 모터의 입력 동력을 어시스트 펌프에서 흡수하므로, 모터 제너레이터에 흡수 능력 이상의 동력이 입력되는 것을 방지할 수 있다.

따라서, 개폐 밸브의 응답성을 올리거나, 필요 이상으로 모터 제너레이터를 대형화하거나 하지 않아도, 고부하가 작용하고 있는 고속 작동중의 액추에이터를 급정지 했을 경우에, 모터 제너레이터에는 흡수 능력 이상의 고토크를 작용시키지 않고, 액추에이터를 확실하게 정지할 수 있다.

본 발명의 실시형태 및 본 발명의 이점에 대해서는 첨부된 도면을 참조하면서 이하에 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 파워 셔블의 회로도이다.
도 2는 제1 제어 플로우를 도시하는 흐름도이다.
도 3 제2 제어 플로우를 도시하는 흐름도이다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 파워 셔블의 회로도이다. 파워 셔블은 가변 용량의 제1, 제2 메인 펌프(MP1, MP2)를 구비한다. 제1 메인 펌프(MP1)에는 제1 회로 계통이 접속된다. 제2 메인 펌프(MP2)에는 제2 회로 계통이 접속된다.

제1 회로 계통에는, 상류측으로부터 순서대로, 선회 모터(RM)를 제어하는 조작 밸브(1), 아암 실린더를 제어하는 아암 1속용의 조작 밸브(2), 붐 실린더(BC)를 제어하는 붐 2속용의 조작 밸브(3), 예비용 어태치먼트를 제어하는 조작 밸브(4) 및 좌측 주행용 모터를 제어하는 조작 밸브(5)가 접속된다.

각 조작 밸브(1 내지 5)의 각각은 중립 유로(6) 및 패럴렐 통로(7)를 통해서 제1 메인 펌프(MP1)에 접속된다.

중립 유로(6)의, 조작 밸브(5)의 하류측에는 파일럿압 생성 기구(8)가 설치된다. 파일럿압 생성 기구(8)는 그곳을 흐르는 유량이 많으면 높은 파일럿압을 생성하고, 유량이 적으면 낮은 파일럿압을 생성한다.

중립 유로(6)는, 조작 밸브(1 내지 5)의 모두가 중립 위치 또는 중립 위치 근방에 있을 경우에, 제1 메인 펌프(MP1)로부터 토출된 유체의 전부 또는 일부를 탱크(T)로 유도한다. 이 경우, 파일럿압 생성 기구(8)를 통과하는 유량도 많아지므로 높은 파일럿압이 생성된다.

조작 밸브(1 내지 5)가 풀 스트로크의 상태로 전환되면, 중립 유로(6)가 폐쇄되어서, 유체의 유통이 없어진다. 이 경우, 파일럿압 생성 기구(8)를 흐르는 유량이 거의 없어져, 파일럿압은 제로를 유지한다.

단, 조작 밸브(1 내지 5)의 조작량에 따라서는, 펌프 토출량의 일부가 액추에이터로 유도되고, 일부가 중립 유로(6)로부터 탱크(T)로 유도되므로, 파일럿압 생성 기구(8)는 중립 유로(6)로 흐르는 유량에 따른 파일럿압을 생성한다. 즉, 파일럿압 생성 기구(8)는 조작 밸브(1 내지 5)의 조작량에 따른 파일럿압을 생성한다.

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 파일럿압과 역비례해서 제1 메인 펌프(MP1)의 토출량을 제어한다. 따라서, 조작 밸브(1 내지 5)를 풀 스트로크시켜서 중립 유로(6)의 흐름이 제로가 되었을 경우, 환언하면 파일럿압 생성 기구(8)가 발생하는 파일럿압이 제로가 된 경우에는, 제1 메인 펌프(MP1)의 토출량이 최대로 유지된다.

파일럿 유로(9)에는 제1 압력 센서(11)가 접속된다. 제1 압력 센서(11)의 압력 신호는 컨트롤러(C)에 입력된다.

제2 회로 계통에는, 상류측으로부터 순서대로, 우측 주행용 모터를 제어하는 조작 밸브(12), 버킷 실린더를 제어하는 조작 밸브(13), 붐 실린더(BC)를 제어하는 붐 1속용의 조작 밸브(14), 및 아암 실린더를 제어하는 아암 2속용의 조작 밸브(15)가 접속된다. 조작 밸브(14)에는, 조작 방향 및 조작량을 검출하는 센서(14a)가 설치된다.

각 조작 밸브(12 내지 15)는 중립 유로(16)를 통해서 제2 메인 펌프(MP2)에 접속된다. 조작 밸브(13) 및 조작 밸브(14)는 패럴렐 통로(17)를 통해서 제2 메인 펌프(MP2)에 접속된다.

중립 유로(16)의, 조작 밸브(15)의 하류측에는 파일럿압 생성 기구(18)가 설치된다. 파일럿압 생성 기구(18)는, 먼저 설명한 파일럿압 생성 기구(8)와 완전히 동일하게 기능한다.

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 파일럿압과 역비례해서 제2 메인 펌프(MP2)의 토출량을 제어한다. 조작 밸브(12 내지 15)를 풀 스트로크시켜서 중립 유로(16)의 흐름이 제로가 되었을 경우, 환언하면 파일럿압 생성 기구(18)가 발생하는 파일럿압이 제로가 된 경우에는, 제2 메인 펌프(MP2)의 토출량이 최대로 유지된다.

파일럿 유로(19)에는 제2 압력 센서(21)가 접속된다. 제2 압력 센서(21)의 압력 신호는 컨트롤러(C)에 입력된다.

제1, 제2 메인 펌프(MP1, MP2)는 하나의 엔진(E)의 구동력으로 동축 회전한다.

엔진(E)에는 제너레이터(22)가 설치된다. 제너레이터(22)는 엔진(E)의 잉여 출력으로 회전하고, 발전한다. 제너레이터(22)가 발전한 전력은 배터리 챠저(23)를 통해 배터리(24)에 충전된다.

배터리 챠저(23)는 통상의 가정용의 전원(25)에 접속했을 경우에도, 배터리(24)에 전력을 충전할 수 있다. 즉, 배터리 챠저(23)는 다른 독립계 전원에도 접속할 수 있다.

제1 회로 계통에 접속된 조작 밸브(1)의 액추에이터 포트에는 선회 모터(RM)에 연통하는 통로(26, 27)가 접속된다. 양쪽 통로(26, 27)의 각각에는 브레이크 밸브(28, 29)가 접속된다. 조작 밸브(1)를 중립 위치로 유지하고 있을 경우에는, 액추에이터 포트가 폐쇄되어 선회 모터(RM)는 정지 상태를 유지한다.

조작 밸브(1)를 어느 하나로 전환하면, 어느 한쪽의 통로 예를 들어 통로(26)로부터 압력 유체가 공급되어서 선회 모터(RM)가 회전한다. 선회 모터(RM)로부터의 복귀 유체는 통로(27)를 통해 탱크(T)로 복귀된다.

선회 모터(RM)를 구동하고 있을 경우에는 브레이크 밸브(28 또는 29)가 릴리프 밸브의 기능을 발휘하고, 통로(26, 27)가 설정압 이상으로 되면 브레이크 밸브(28, 29)가 밸브 개방해서 고압측의 유체를 저압측으로 유도한다.

선회 모터(RM)를 회전하고 있는 상태에서 조작 밸브(1)를 중립 위치로 복귀시키면, 조작 밸브(1)의 액추에이터 포트가 폐쇄된다. 조작 밸브(1)의 액추에이터 포트가 폐쇄되어도, 선회 모터(RM)는 관성 에너지로 계속해서 회전하지만, 선회 모터(RM)가 관성 에너지로 회전함으로써, 선회 모터(RM)가 펌프 작용을 한다. 이 경우에는, 통로(26, 27), 선회 모터(RM), 브레이크 밸브(28 또는 29)로 폐쇄 회로가 구성되어, 브레이크 밸브(28 또는 29)에 의해 관성 에너지가 열 에너지로 변환된다.

한편, 조작 밸브(14)를 중립 위치로부터 도면 우측 위치로 전환하면, 제2 메인 펌프(MP2)로부터의 압력 유체는 통로(30)를 경유해서 붐 실린더(BC)의 피스톤측 실(31)에 공급된다. 로드측 실(32)로부터의 복귀 유체는 통로(33)를 경유해서 탱크(T)에 복귀되고, 붐 실린더(BC)는 신장한다.

조작 밸브(14)를 도면 좌측 방향으로 전환하면, 제2 메인 펌프(MP2)로부터의 압력 유체는 통로(33)를 경유해서 붐 실린더(BC)의 로드측 실(32)에 공급된다. 피스톤측 실(31)로부터의 복귀 유체는 통로(30)를 경유해서 탱크(T)에 복귀되고, 붐 실린더(BC)는 수축한다. 조작 밸브(3)는 조작 밸브(14)와 연동해서 전환한다.

붐 실린더(BC)의 피스톤측 실(31)과 조작 밸브(14)를 연결하는 통로(30)에는, 컨트롤러(C)에 의해 개방도가 제어되는 비례 전자기 밸브(34)가 설치된다. 비례 전자기 밸브(34)는 노멀 상태에서 완전 개방 위치를 유지한다.

다음에, 제1, 제2 메인 펌프(MP1, MP2)의 출력을 어시스트하는 가변 용량의 어시스트 펌프(AP)에 대해서 설명한다.

어시스트 펌프(AP)는 모터 제너레이터(MG)의 구동력으로 회전한다. 모터 제너레이터(MG)의 구동력에 의해, 가변 용량의 유압 모터(AM)도 동축 회전한다. 모터 제너레이터(MG)에는 인버터(I)가 접속된다. 인버터(I)는 컨트롤러(C)에 접속되어, 컨트롤러(C)에 의해 모터 제너레이터(MG)의 회전 속도 등을 제어할 수 있다.

어시스트 펌프(AP) 및 유압 모터(AM)의 틸팅각은 경사각 제어기(35, 36)로 제어된다. 경사각 제어기(35, 36)는 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 분기한다. 제1, 제2합류 통로(38, 39)의 각각에는, 컨트롤러(C)의 출력 신호에 의해 개방도가 제어되는 제1, 제2 비례 전자기 스로틀 밸브(40, 41)가 설치된다.

유압 모터(AM)에는 접속용 통로(42)가 접속된다. 접속용 통로(42)는 합류 통로(43) 및 체크 밸브(44, 45)를 통해서, 선회 모터(RM)에 접속하는 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 압력을 검출하는 압력 센서(47)가 설치된다. 압력 센서(47)의 압력 신호는 컨트롤러(C)에 입력된다.

합류 통로(43)의, 선회 모터(RM)로부터 접속용 통로(42)로의 흐름에 대하여 전자기 개폐 밸브(46)보다도 하류측이 되는 위치에는 안전 밸브(48)가 설치된다. 안전 밸브(48)는, 예를 들어 전자기 개폐 밸브(46) 등에 고장이 발생했을 경우에, 통로(26, 27)의 압력이 유지되어서 선회 모터(RM)가 일주하는 것을 방지한다.

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.

다음에, 본 실시형태의 작용을 설명한다.

선회 모터(RM)가 선회하고 있는 중에 조작 밸브(1)가 중립 위치로 전환되면, 통로(26, 27) 사이에서 폐쇄 회로가 구성되어, 브레이크 밸브(28 또는 29)가 폐쇄 회로의 브레이크압을 유지하고, 관성 에너지를 열 에너지로 변환한다.

압력 센서(47)는 선회압 또는 브레이크압을 검출한다. 압력 신호는 컨트롤러(C)에 입력된다. 컨트롤러(C)는 선회 모터(RM)의 선회 또는 브레이크 동작에 영향을 미치지 않는 범위 내이며, 브레이크 밸브(28, 29)의 설정압보다도 낮은 압력을 검출했을 경우, 전자기 개폐 밸브(46)를 전환한다. 전자기 개폐 밸브(46)가 전환되면, 선회 모터(RM)에 유도된 압력 유체는 합류 통로(43)로 흘러, 안전 밸브(48) 및 접속용 통로(42)를 경유해서 유압 모터(AM)에 공급된다.

컨트롤러(C)는, 이하에 설명한 바와 같이, 압력 센서(47)로부터의 압력 신호에 따라, 유압 모터(AM)의 틸팅각을 제어한다.

통로(26 또는 27)의 압력은, 선회 동작 또는 브레이크 동작에 필요한 압력으로 유지되어 있지 않으면, 선회 모터(RM)를 선회시키거나, 또는 브레이크를 걸거나 할 수 없게 된다.

따라서, 통로(26 또는 27)의 압력을, 선회압 또는 브레이크압으로 유지하기 위해서, 컨트롤러(C)는 유압 모터(AM)의 틸팅각을 제어하고, 선회 모터(RM)의 부하를 제어한다. 구체적으로는, 컨트롤러(C)는, 압력 센서(47)로 검출되는 압력이 선회 모터(RM)의 선회압 또는 브레이크압과 대략 동등해지도록, 유압 모터(AM)의 틸팅각을 제어한다.

유압 모터(AM)가 회전력을 얻으면, 그 회전력은 동축 회전하는 모터 제너레이터(MG)에 작용한다. 유압 모터(AM)의 회전력은 모터 제너레이터(MG)에 대한 어시스트력으로서 작용한다. 따라서, 유압 모터(AM)의 회전력의 분만큼, 모터 제너레이터(MG)의 소비 전력을 적게 할 수 있다.

유압 모터(AM)의 회전력으로 어시스트 펌프(AP)의 회전력을 어시스트할 수도 있다.

다음에, 조작 밸브(14) 및 그것에 연동해서 조작 밸브(3)를 전환하고, 붐 실린더(BC)를 제어하는 경우에 대해서 설명한다.

붐 실린더(BC)를 작동시키기 위해서, 조작 밸브(14) 및 그것에 연동하는 조작 밸브(3)를 전환하면, 센서(14a)에 의해, 조작 밸브(14)의 조작 방향과 조작량이 검출된다. 조작 신호는 컨트롤러(C)에 입력된다.

센서(14a)의 조작 신호에 따라, 컨트롤러(C)는, 오퍼레이터가 붐 실린더(BC)를 상승시키려고 하고 있는 것인지, 또는 하강시키려고 하고 있는 것인지를 판정한다. 붐 실린더(BC)를 상승시키기 위한 신호가 컨트롤러(C)에 입력되면, 컨트롤러(C)는 비례 전자기 밸브(34)를 노멀 상태로 유지한다. 환언하면, 비례 전자기 밸브(34)를 완전 개방 위치로 유지한다. 이 경우에는, 어시스트 펌프(AP)로부터 소정의 토출량이 확보되도록, 컨트롤러(C)는 전자기 개폐 밸브(50)를 도시의 폐쇄 위치로 유지하고, 모터 제너레이터(MG)의 회전 속도나 어시스트 펌프(AP)의 틸팅각을 제어한다.

붐 실린더(BC)를 하강시키는 신호가 센서(14a)로부터 컨트롤러(C)에 입력되면, 컨트롤러(C)는, 조작 밸브(14)의 조작량에 따라, 오퍼레이터가 구하고 있는 붐 실린더(BC)의 하강 속도를 연산하고, 비례 전자기 밸브(34)를 폐쇄하고, 전자기 개폐 밸브(50)를 개방 위치로 전환한다.

비례 전자기 밸브(34)가 폐쇄되어 전자기 개폐 밸브(50)가 개방 위치로 전환되면, 붐 실린더(BC)의 복귀 유체의 전체량이 유압 모터(AM)에 공급된다. 그러나, 유압 모터(AM)에서 소비하는 유량이 오퍼레이터가 구한 하강 속도를 유지하기 위해서 필요한 유량보다도 적으면, 붐 실린더(BC)는 오퍼레이터가 구한 하강 속도를 유지할 수 없다. 이 경우에는, 컨트롤러(C)는 조작 밸브(14)의 조작량, 유압 모터(AM)의 틸팅각이나 모터 제너레이터(MG)의 회전 속도 등을 기초로 하고, 유압 모터(AM)가 소비하는 유량 이상의 유량을 탱크(T)에 복귀시키도록 비례 전자기 밸브(34)의 개방도를 제어하고, 오퍼레이터가 구하는 붐 실린더(BC)의 하강 속도를 유지한다.

유압 모터(AM)에 유체가 공급되면, 유압 모터(AM)가 회전한다. 유압 모터(AM)의 회전력은 동축 회전하는 모터 제너레이터(MG)에 작용한다. 유압 모터(AM)의 회전력은 모터 제너레이터(MG)에 대한 어시스트력으로서 작용한다. 따라서, 유압 모터(AM)의 회전력의 분만큼, 소비 전력을 적게 할 수 있다.

유압 모터(AM)를 구동원으로 해서, 모터 제너레이터(MG)를 발전기로서 사용하는 경우에는, 어시스트 펌프(AP)의 틸팅각을 제로로 해서 대략 무부하 상태로 하고, 유압 모터(AM)에는, 모터 제너레이터(MG)를 회전시키기 위해서 필요한 출력을 유지시킨다. 이에 의해, 유압 모터(AM)의 출력을 이용하여, 모터 제너레이터(MG)에 발전 기능을 발휘시킬 수 있다.

제1, 제2 비례 전자기 스로틀 밸브(40, 41)의 하류측에는 체크 밸브(51, 52)가 설치된다. 체크 밸브(51, 52)는 어시스트 펌프(AP)로부터 제1, 제2 메인 펌프(MP1, MP2)측으로의 유통만을 허용한다.

컨트롤러(C)는 유압 모터(AM)의 입력 동력(입구측의 동력)의 크기를 항상 감시하고 있다. 동력의 크기를 연산하는 방법은 예를 들어 다음 3가지로 고려할 수 있다.

(1) 모터 제너레이터의 발전 동력인 전류×전압에 의해 계산하는 방법.

(2) 유압 모터(AM)의 틸팅각과 모터 제너레이터(MG)의 회전 속도로부터 유량을 계산하고, 그 유량에 유압 모터(AM)의 입구압을 곱해서 계산하는 방법.

(3) 유압 모터(AM)의 다이내믹 특성을 수학 모델화해서 유압 모터(AM)의 틸팅각을 추정하고, 틸팅각을 기초로 해서 모터 제너레이터(MG)의 회전 속도로부터 유량을 계산하고, 유량에 유압 모터(AM)의 입구압을 곱해서 계산하는 방법.

이상 3가지 계산 방법 이외에 어떤 계산 방법을 사용해도 된다. 어느쪽의 방법을 채용하더라도, 컨트롤러(C)는 유압 모터(AM)의 입력 동력을 감시하고 있다.

컨트롤러(C)는 유압 모터(AM)의 입력 동력을 감시하고, 조작 밸브(1 내지 5, 12 내지 15)에 설치한 센서로부터의 신호에 기초하여, 그들 모든 조작 밸브(1 내지 5, 12 내지 15)가 중립 위치를 유지하고 있는지 체크한다.

예를 들어 붐 실린더(BC)를 정지하는 경우에는, 오퍼레이터는 조작 밸브(3, 14)를 중립 위치로 복귀시킨다. 이 경우, 컨트롤러(C)는 센서로부터의 신호에 기초하여 전자기 개폐 밸브(50)를 폐쇄한다.

붐 실린더(BC)를 급정지하는 경우에는, 조작 밸브(3, 14)를 중립 위치로 복귀시킴과 동시에 전자기 개폐 밸브(50)를 순식간에 폐쇄하지 않으면 안되지만, 전자기 개폐 밸브(50)의 응답성에 한계가 있어, 전자기 개폐 밸브(50)가 폐쇄될 때에 응답 지연이 발생한다.

가령, 붐 실린더(BC)가 고부하 동작을 하고 있으면, 전자기 개폐 밸브(50)에 응답 지연이 발생하면, 그때의 큰 동력이 유압 모터(AM)에 입력된다. 컨트롤러(C)는 이때의 입력 동력을 연산하고, 그 연산 결과가 미리 설정한 제1 임계값(ε1)을 초과하고 있는가를 판정한다. 그리고, 컨트롤러(C)는 판정 결과에 따라서 도 2에 도시하는 흐름도에 따른 제어를 실행한다.

즉, 하이브리드 제어를 스타트(스텝 S1)시키면, 컨트롤러(C)는 모든 조작 밸브(1 내지 5, 12 내지 15)가 중립 위치를 유지하고 있는가를 판정한다(스텝 S2). 만약에 어느 하나의 조작 밸브(1 내지 5, 12 내지 15)가 중립 위치 이외의 전환 위치에 있으면, 컨트롤러(C)는 통상의 하이브리드 제어를 위해 필요한 지령 신호를 출력한다(스텝 S3).

모든 조작 밸브(1 내지 5, 12 내지 15)가 중립 위치를 유지하고 있는 경우에는, 유압 모터(AM)의 입력 동력(PL)을 연산하고(스텝 S4), 입력 동력(PL)이 제1 임계값(ε1)보다도 큰가의 여부를 판정한다(스텝 S5).

입력 동력(PL)이 제1 임계값(ε1)보다도 작으면, 붐 실린더(BC)를 급정지시키는 상황이 아니라고 판정하고, 컨트롤러(C)는 스텝 S3에 복귀된다.

그러나, 입력 동력(PL)이 제1 임계값(ε1)보다도 크면, 고부하 동작을 하고 있는 붐 실린더(BC)를 급정지시키고 있다고 판정해서 스텝 S6으로 이행한다.

스텝 S6에 있어서, 컨트롤러(C)는 어시스트 펌프(AP)의 경사각 제어기(35)를 제어해서 어시스트 펌프(AP)의 틸팅각을 증대시켜, 1회전당의 배출 용적을 증대시킨다. 또한, 컨트롤러(C)는 제1, 제2 비례 전자기 스로틀 밸브(40, 41)의 개방도를 감소시킨다. 따라서, 어시스트 펌프(AP)로부터는 1회전당 토출량이 증대하고, 그것이 제1, 제2 비례 전자기 스로틀 밸브(40, 41)를 통과하므로, 압력 손실이 증대하고, 압력 손실분이 유압 모터(AM)에 대한 제동력으로서 기능한다.

스텝 S2에서 모든 조작 밸브(1 내지 5, 12 내지 15)가 중립 위치에 있는가 여부를 판정하도록 한 것은 다음 이유 때문이다. 예를 들어, 어느 하나의 조작 밸브를 중립 위치 이외의 전환 위치에 유지하고 있는 경우에는, 당해 조작 밸브에 접속한 액추에이터를 동작시키고 있고, 어시스트 펌프(AP)에 당해 액추에이터의 부하가 작용하고 있다. 따라서, 붐 실린더(BC)를 급정지할 경우도, 어시스트 펌프(AP)에 작용하고 있는 부하도 유압 모터(AM)의 입력 동력을 흡수할 수 있다. 이로 인해, 모든 조작 밸브(1 내지 5, 12 내지 15)가 중립 위치에 있을 경우만, 스텝 S6에 나타내는 제어를 실행한다.

따라서, 예를 들어 크레인의 경우에는, 신축 제어를 하기 위한 조작 밸브는 1개로 충분하므로, 그 조작 밸브가 중립 위치에 있는가를 판정하는 것만으로 충분하다.

상기 실시형태에서는, 어시스트 펌프(AP)의 틸팅각의 제어와 제1, 제2 비례 전자기 스로틀 밸브(40, 41)의 개방도의 제어를 동시에 실행하지만, 어시스트 펌프(AP)의 틸팅각을 어느 정도 유지하면서, 제1, 제2 비례 전자기 스로틀 밸브(40, 41)의 개방도를 제어하도록 해도 좋다.

도 2에 도시하는 스텝(5)에 있어서, 유압 모터(AM)의 입력 동력(PL)이 제1 임계값(ε1)보다도 작다고 하여도, 시간(t1) 경과후도, 입력 동력(PL)이 충분히 작아지지 않고 있을 경우에는, 붐 실린더(BC)가 이상한 상태에 있다고 판정할 수 있다.

이 경우에는 도 3에 도시한 흐름도에 기초한 제어를 실행하면, 붐 실린더(BC)를 확실하게 정지할 수 있다.

도 3에 나타내는 제어 형태에 있어서, 스텝 S1 내지 S6까지는 도 2 경우와 동일하다.

스텝 S5에 있어서, 유압 모터(AM)의 입력 동력(PL)이 제1 임계값(ε1)보다도 작아도, 컨트롤러(C)는, 미리 설정한 시간(t1) 후에, 입력 동력(PL)이 제2 임계값(ε2)보다도 작게되어 있는가를 스텝 S7에서 판정한다. 제1, 제2 임계값은 ε1>ε2의 관계이다.

스텝 S7에 있어서 입력 동력(PL)이 제2 임계값(ε2)보다도 작게되어 있으면, 컨트롤러(C)는 입력 동력(PL)이 충분히 흡수되어 있다고 판정해서 스텝 S3에 복귀되어, 통상의 하이브리드 제어를 실행한다.

그러나, 스텝 S7에서 입력 동력(PL)이 제2 임계값(ε2)보다도 크면, 컨트롤러(C)는 붐 실린더(BC)로부터의 입력 동력(PL)이 충분히 전부 흡수되지 않고 이상한 상태에 있다고 판정해서 스텝 S8로 이행한다.

스텝 S8에 있어서, 컨트롤러(C)는 경사각 제어기(35)를 제어해서 어시스트 펌프(AP)의 틸팅각을 최대로 해서, 1회전당의 배출 용적을 최대로 한다. 동시에 제1, 제2 비례 전자기 스로틀 밸브(40, 41)를 폐쇄한다.

이와 같이 함으로써, 붐 실린더(BC)는 확실하게 정지하여, 이상한 상태는 해소된다.

상기 실시형태에서는, 붐 실린더(BC)의 회생 동력 제어를 예로 설명했지만, 선회 모터(RM)의 회생 동력을 제어하는 경우도 붐 실린더(BC)의 경우와 동일하다.

즉, 선회 모터(RM)를 급정지하는 경우에는, 조작 밸브(1)를 중립 위치로 복귀시키는 동시에, 전자기 개폐 밸브(46)를 폐쇄한다. 이때의 전자기 개폐 밸브(46)의 응답성에 한계가 있으므로, 유압 모터(AM)의 입력 동력이 모터 제너레이터(MG)의 흡수 능력을 초과한 크기로 된다.

이 경우도, 컨트롤러(C)는 도 2, 도 3에 도시한 흐름도에 기초한 제어를 한다.

이상, 본 발명의 실시형태에 대해서 설명했지만, 상기 실시형태는 본 발명의 적용예의 일부를 나타낸 것에 불과하고, 본 발명의 기술적 범위를 상기 실시형태의 구체적으로 한정하는 취지는 아니다.

본원은 일본 특허청에 2010년 5월 20일에 출원된 일본 특허 출원 제2010-116604호에 기초하는 우선권을 주장하고, 이 출원의 모든 내용은 참조로 본 명세서에 포함된다.

본 발명은 하이브리드 파워 셔블 등의 하이브리드 작업 기계에 이용할 수 있다.

Claims

하이브리드 작업 기계이며,
메인 펌프와,
상기 메인 펌프를 구동하는 엔진과,
합류 통로를 통해서 상기 메인 펌프의 토출측에 접속한 가변 용량의 어시스트 펌프와,
상기 어시스트 펌프의 틸팅각을 제어하는 경사각 제어기와,
상기 합류 통로에 설치한 비례 전자기 스로틀 밸브와,
액추에이터와,
상기 메인 펌프로부터 상기 액추에이터로의 압력 유체의 공급을 제어하는 조작 밸브와,
상기 액추에이터로부터의 복귀 오일에 의해 회전하는 가변 용량의 유압 모터와,
상기 어시스트 펌프 및 상기 유압 모터에 접속되는 모터 제너레이터와,
상기 모터 제너레이터에 접속되는 배터리와,
상기 경사각 제어기 및 상기 비례 전자기 스로틀 밸브에 접속되어, 상기 조작 밸브가 중립 위치에 있는지 판정하고, 상기 액추에이터로부터의 복귀 오일에 의해 회전하는 상기 유압 모터의 입력 동력을 검출하고, 상기 조작 밸브가 중립 위치에 있고, 또한 상기 유압 모터의 입력 동력이 제1 임계값을 초과한 경우에, 상기 비례 전자기 스로틀 밸브의 개방도를 좁히는 컨트롤러를 구비한, 하이브리드 작업 기계.
제1항에 있어서, 상기 컨트롤러는, 상기 유압 모터의 입력 동력이 상기 제1 임계값을 초과한 경우, 상기 비례 전자기 스로틀 밸브의 개방도를 좁히고, 또한 상기 경사각 제어기를 제어해서 상기 어시스트 펌프의 틸팅각을 증대시키는, 하이브리드 작업 기계.
제1항에 있어서, 상기 컨트롤러는, 상기 비례 전자기 스로틀 밸브의 개방도를 좁히고 나서 설정 시간 경과후에 상기 유압 모터에의 동력이 상기 제1 임계값보다도 작은 제2 임계값을 초과하고 있는 경우에는, 상기 경사각 제어기를 제어해서 상기 어시스트 펌프의 틸팅각을 최대로 하고, 또한 상기 비례 전자기 스로틀 밸브를 폐쇄하는, 하이브리드 작업 기계.