KR20120092172A

KR20120092172A - 하이브리드 건설 기계의 제어 시스템

Info

Publication number: KR20120092172A
Application number: KR1020127017193A
Authority: KR
Inventors: 하루히꼬 가와사끼; 마사히로 에가와
Original assignee: 카야바 고교 가부시기가이샤
Priority date: 2010-02-23
Filing date: 2011-02-17
Publication date: 2012-08-20
Also published as: JP2011174490A; KR101390633B1; JP5350292B2; US20120312007A1; DE112011100649B4; CN102741562B; WO2011105279A1; US9127438B2; CN102741562A; DE112011100649T5

Abstract

건설 기계의 제어 시스템은, 가변 용량 펌프인 한 쌍의 제1, 2 메인 펌프와, 제1, 2 메인 펌프에 접속하고, 복수의 조작 밸브를 갖는 제1, 2 회로 계통과, 제1, 2 회로 계통과 제1, 2 메인 펌프 사이에 설치한 메인 전환 밸브와, 메인 전환 밸브를 통해 제1, 2 메인 펌프에 접속한 발전용 유압 모터와, 발전용 유압 모터에 접속된 발전기와, 발전기가 발전한 전력을 축적하는 배터리를 구비하고, 적어도 한쪽의 회로 계통에 접속한 메인 전환 밸브가, 그것에 접속한 한쪽의 메인 펌프를 발전용 유압 모터에 연통하는 위치에 있는 경우, 다른 쪽의 회로 계통에 접속한 메인 전환 밸브는, 다른 쪽의 메인 펌프를 다른 쪽의 회로 계통에 연통시킨다.

Description

하이브리드 건설 기계의 제어 시스템{CONTROL SYSTEM FOR HYBRID CONSTRUCTION MACHINERY}

본 발명은, 하이브리드 건설 기계의 제어 시스템에 관한 것이다.

JP2002-275945A는, 엔진과, 엔진에 의해 구동되는 발전기와, 발전기에 의한 발전 전력을 축전하는 배터리와, 배터리의 전력에 의해 구동되는 전동기를 구비한 하이브리드 건설 기계를 개시하고 있다.

출원인은, 이러한 종류의 건설 기계에 관한 일본 특허 출원 제2009-164279호를 출원하였다. 이 출원에 관한 발명은, 액추에이터를 제어하는 조작 밸브를 모두 중립 위치에 유지하고 있는 경우, 즉 각 액추에이터가 비작동 상태에 있는 경우, 가변 용량의 메인 펌프의 토출유를 발전용 유압 모터에 공급한다.

메인 펌프의 토출유를 발전용 유압 모터로 유도하는 경우에는, 상기 조작 밸브와 메인 펌프 사이에 설치한 전환 밸브를 전환하여, 메인 펌프와 조작 밸브의 접속을 차단하고, 메인 펌프의 토출유를 발전용 유압 모터에 공급한다.

그러나 이 구성에서는, 메인 펌프의 토출유를 발전용 유압 모터에 공급하는 경우에, 메인 펌프와 조작 밸브의 연통을 차단하므로, 예를 들어 한냉지 등에서는, 조작 밸브가 바로 차가워져 버린다. 조작 밸브가 지나치게 차가워지면, 액추에이터를 작동시키기 위해 조작 밸브에 다시 메인 펌프의 토출유를 공급한 경우에, 조작 밸브의 밸브 본체와 스풀 사이에서 고착 현상이 발생한다. 그 원인은 다음과 같다.

메인 펌프의 토출유는, 조작 밸브를 조작하고 있지 않은 동안에도, 유압 탱크 안에서는 높은 유온을 유지하고 있다. 또한, 조작 밸브는 그 밸브 본체는 주물로 하는 동시에, 스풀을 스틸제로 하는 것이 통상이므로, 양쪽 모두 스틸재이지만 재질이 다르므로, 열팽창률이 다르다.

따라서, 조작 밸브가 차가워지고 있는 상태에서, 높은 유온을 유지한 메인 펌프의 토출유가 조작 밸브측에 공급되면, 밸브 본체와 스풀의 열팽창률이 다르므로, 그들 양자가 고착해 버린다.

본 발명의 목적은, 메인 펌프의 토출유를 발전용 유압 모터에 공급하고 있는 동안에도, 조작 밸브가 차가워지기 어려운 건설 기계의 제어 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 형태에 따르면, 건설 기계의 제어 시스템이며, 가변 용량 펌프인 한 쌍의 제1, 2 메인 펌프와, 제1, 2 메인 펌프에 접속하고, 복수의 조작 밸브를 갖는 제1, 2 회로 계통과, 제1, 2 회로 계통과 제1, 2 메인 펌프 사이에 설치한 메인 전환 밸브와, 메인 전환 밸브를 통해 제1, 2 메인 펌프에 접속한 발전용 유압 모터와, 발전용 유압 모터에 접속된 발전기와, 발전기가 발전한 전력을 축적하는 배터리를 구비하고, 적어도 한쪽의 회로 계통에 접속한 메인 전환 밸브가, 그것에 접속한 한쪽의 메인 펌프를 발전용 유압 모터에 연통하는 위치에 있는 경우, 다른 쪽의 회로 계통에 접속한 메인 전환 밸브는, 다른 쪽의 메인 펌프를 다른 쪽의 회로 계통에 연통시키는 제어 시스템이 제공된다.

상기 형태에 따르면, 메인 펌프를 발전용 유압 모터에 접속하고 있는 동안이라도, 메인 펌프의 토출유가 조작 밸브측으로 유도되므로, 조작 밸브가 지나치게 차가워지지 않는다. 따라서, 차가워진 조작 밸브에 유온이 높은 메인 펌프의 토출유가 공급됨으로써 발생하는 종래와 같은 문제는 발생하지 않는다.

본 발명의 실시 형태, 본 발명의 이점에 대해서는, 첨부된 도면을 참조하면서 이하에 상세하게 설명한다.

도 1은 제1 실시 형태에 관한 하이브리드 건설 기계의 제어 시스템의 회로도이다.
도 2는 제어 시스템의 흐름도이다.
도 3은 제2 실시 형태에 관한 하이브리드 건설 기계의 제어 시스템의 회로도이다.
도 4는 제3 실시 형태에 관한 하이브리드 건설 기계의 제어 시스템의 회로도이다.

제1 실시 형태에 대해 설명한다.

도 1은 회전 속도 센서를 구비한 엔진(E)으로 구동하는 가변 용량 펌프인 제1, 2 메인 펌프(MP1, MP2)를 구비하는 파워 셔블의 제어 시스템을 도시하고 있다. 제1, 2 메인 펌프(MP1, MP2)는 동축 회전한다. 제너레이터(1)는 엔진(E)에 설치되고, 엔진(E)의 여력을 이용하여 발전 기능을 발휘한다.

제1 메인 펌프(MP1)는 제1 회로 계통에 접속하고 있다. 제1 회로 계통은, 상류측으로부터 순서대로, 선회 모터를 제어하는 조작 밸브(2), 아암 실린더를 제어하는 조작 밸브(3), 붐 실린더를 제어하는 붐 2속용의 조작 밸브(4), 예비용 어태치먼트를 제어하는 조작 밸브(5) 및 좌측 주행용의 모터를 제어하는 조작 밸브(6)를 접속하고 있다.

각 조작 밸브(2 내지 6)의 각각은, 중립 유로(7) 및 패럴렐 통로(8)를 통해 제1 메인 펌프(MP1)에 접속하고 있다.

중립 유로(7)에 있어서의 좌측 주행용 모터의 조작 밸브(6)의 하류에는, 파일럿압을 생성하기 위한 파일럿압 제어용의 교축부(9)가 설치된다. 교축부(9)는, 그곳을 흐르는 유량이 많으면, 그 상류측에 높은 파일럿압을 생성하고, 그 유량이 적으면 낮은 파일럿압을 생성한다.

중립 유로(7)는, 조작 밸브(2 내지 6)의 모두가 중립 위치 혹은 중립 위치 근방에 있는 경우, 제1 메인 펌프(MP1)로부터 토출된 오일의 전부 또는 일부를, 교축부(9)를 통해 탱크(T)로 유도한다. 이 경우에는 교축부(9)를 통과하는 유량이 많아지므로, 높은 파일럿압이 생성된다.

한편, 조작 밸브(2 내지 6)가 풀 스트로크의 상태로 전환되면, 중립 유로(7)가 폐쇄되어 유체의 유통이 없어진다. 이 경우에는, 교축부(9)를 흐르는 유량이 없어지므로, 파일럿압은 제로로 유지된다.

조작 밸브(2 내지 6)의 조작량에 따라서는, 펌프 토출량의 일부가 액추에이터로 유도되고, 일부가 중립 유로(7)로부터 탱크(T)로 유도되게 된다. 이 경우, 교축부(9)는, 중립 유로(7)에 흐르는 유량에 따른 파일럿압을 생성한다. 바꾸어 말하면, 교축부(9)는, 조작 밸브(2 내지 6)의 조작량에 따른 파일럿압을 생성한다.

또한, 중립 유로(7)이며, 조작 밸브(6)와 교축부(9) 사이에는 파일럿 유로(10)가 접속된다. 파일럿 유로(10)는, 전자기 전환 밸브(11)를 통해, 제1 메인 펌프(MP1)의 틸팅각을 제어하는 레귤레이터(12)에 접속하고 있다.

레귤레이터(12)는, 파일럿 유로(10)의 파일럿압과 역비례하여 제1 메인 펌프(MP1)의 틸팅각을 제어함으로써, 그 1회전당 배출량을 제어한다. 조작 밸브(2 내지 6)가 풀 스트로크하여 중립 유로(7)의 흐름이 없어지면, 파일럿압이 제로로 되고, 제1 메인 펌프(MP1)의 틸팅각이 최대로 되어, 그 1회전당 배출량이 최대로 된다.

또한, 전자기 전환 밸브(11)는, 전자기 가변 감압 밸브(13)를 통해 파일럿 유압원(PP)에 접속하고 있다. 전자기 전환 밸브(11)가 도시한 노멀 위치인 통상 제어 위치에 있는 경우, 레귤레이터(12)가 파일럿 유로(10)에 접속하고, 솔레노이드가 여자(勵磁)하여 회생 에너지 제어 위치로 전환되면, 레귤레이터(12)가 전자기 가변 감압 밸브(13)에 접속한다.

또한, 제1 메인 펌프(MP1)와 제1 회로 계통의 최상류의 조작 밸브(2) 사이에는 메인 전환 밸브(14)가 접속되어 있다. 메인 전환 밸브(14)는 그 양 단부에 설치한 파일럿실(14a, 14b)에 작용하는 파일럿압에 의해 전환되는 것으로, 한쪽의 파일럿실(14a)은 전자기 제어 밸브(15a)를 통해 파일럿 유압원(PP)에 접속하고, 다른 쪽의 파일럿실(14b)은 전자기 제어 밸브(15b)를 통해 파일럿 유압원(PP)에 접속하고 있다.

메인 전환 밸브(14)는, 도시한 중립 위치인 제1 위치와, 도면 좌측 위치인 제2 위치와, 도면 우측 위치인 제3 위치로 전환 가능하다.

메인 전환 밸브(14)가 제1 위치(중립 위치)를 유지하고 있는 경우에는, 제1 메인 펌프(MP1)의 토출유를 제1 회로 계통으로 유도하는 메인 통로(V)가 개방되고, 어시스트 펌프(AP)의 토출유를 제1 메인 펌프(MP1)의 토출측으로 유도하는 합류 통로(W)가 개방된다. 체크 밸브(18)는 제1 메인 펌프(MP1)로부터 어시스트 펌프(AP)로의 흐름을 방지한다.

메인 전환 밸브(14)가 좌측 위치인 제2 위치로 전환된 경우에는, 제1 메인 펌프(MP1)의 토출유를 제1 회로 계통으로 유도하는 교축 통로(X)가 개방되고, 제1 메인 펌프(MP1)의 토출유를 발전용 유압 모터(M)로 유도하는 회생 통로(Y)가 개방된다. 이에 의해, 제1 메인 펌프(MP1)의 토출유가, 회생 통로(Y)를 경유하여 발전용 유압 모터(M)에 공급되는 동시에, 그 토출유의 일부가 교축 통로(X)를 경유하여 제1 회로 계통에도 공급된다.

메인 전환 밸브(14)가 우측 위치인 제3 위치로 전환된 경우에는, 메인 통로(V)만이 개방된다. 이에 의해, 제1 메인 펌프(MP1)의 토출유는, 제1 회로 계통에만 공급된다.

전자기 전환 밸브(11) 및 전자기 제어 밸브(15a, 15b)의 솔레노이드는 컨트롤러(C)에 접속하고, 전환 동작을 컨트롤러(C)가 제어 가능하다.

전자기 가변 감압 밸브(13)의 솔레노이드도 컨트롤러(C)에 접속하고, 당해 감압 밸브(13)의 2차압을 컨트롤러(C)가 제어한다.

한편, 제2 메인 펌프(MP2)는 제2 회로 계통에 접속하고 있다. 제2 회로 계통은, 상류측으로부터 순서대로, 우측 주행용 모터를 제어하는 조작 밸브(19), 버킷 실린더를 제어하는 조작 밸브(20), 붐 실린더를 제어하는 조작 밸브(21) 및 아암 실린더를 제어하는 아암 2속용의 조작 밸브(22)를 접속하고 있다.

각 조작 밸브(19 내지 22)는, 중립 유로(23)를 통해 제2 메인 펌프(MP2)에 접속하고 있다. 조작 밸브(20) 및 조작 밸브(21)는 패럴렐 통로(24)를 통해 제2 메인 펌프(MP2)에 접속하고 있다.

중립 유로(23)에 있어서의, 조작 밸브(22)의 하류측에는 파일럿압 제어용의 교축부(25)가 설치된다. 교축부(25)는, 제1 회로 계통의 교축부(9)와 완전히 마찬가지로 기능한다.

중립 유로(23)이며, 최하류의 조작 밸브(22)와 교축부(25) 사이에는, 파일럿 유로(26)가 접속된다. 파일럿 유로(26)는, 전자기 전환 밸브(27)를 통해, 제2 메인 펌프(MP2)의 틸팅각을 제어하는 레귤레이터(28)에 접속하고 있다.

레귤레이터(28)는, 파일럿 유로(26)의 파일럿압과 역비례하여 제2 메인 펌프(MP2)의 틸팅각을 제어함으로써, 그 1회전당 배출량을 제어한다. 조작 밸브(19 내지 22)가 풀 스트로크하여 중립 유로(23)의 흐름이 없어지면, 파일럿압이 제로로 되고, 제2 메인 펌프(MP2)의 틸팅각이 최대로 되어, 그 1회전당 배출량이 최대로 된다.

또한, 전자기 전환 밸브(27)는, 전자기 가변 감압 밸브(13)를 통해 파일럿 유압원(PP)에 접속하고 있다. 전자기 전환 밸브(27)가 도시한 노멀 위치인 통상 제어 위치에 있는 경우, 레귤레이터(28)가 파일럿 유로(26)에 접속하고, 솔레노이드가 여자하여 회생 에너지 제어 위치로 전환되면, 레귤레이터(28)가 전자기 가변 감압 밸브(13)에 접속한다. 즉, 전자기 가변 감압 밸브(13)에 대하여, 전자기 전환 밸브(11, 27)가 병렬로 접속되고, 이들 전자기 전환 밸브(11, 27)에는, 전자기 가변 감압 밸브(13)에서 제어된 동일한 압력이 유도된다.

또한, 제2 메인 펌프(MP2)와 제2 회로 계통의 최상류의 조작 밸브(19) 사이에는 메인 전환 밸브(29)가 접속된다. 메인 전환 밸브(29)는 그 양 단부에 설치한 파일럿실(29a, 29b)에 작용하는 파일럿압에 의해 전환되는 것으로, 한쪽의 파일럿실(29a)은 전자기 제어 밸브(16a)를 통해 파일럿 유압원(PP)에 접속하고, 다른 쪽의 파일럿실(29b)은 전자기 제어 밸브(16b)를 통해 파일럿 유압원(PP)에 접속하고 있다.

메인 전환 밸브(29)는, 도시한 중립 위치인 제1 위치와, 도면 좌측 위치인 제2 위치와, 도면 우측 위치인 제3 위치로 전환 가능하다.

메인 전환 밸브(29)가 제1 위치(중립 위치)로 전환된 경우에는, 제2 메인 펌프(MP2)의 토출유를 제2 회로 계통으로 유도하는 메인 통로(V)가 개방되고, 어시스트 펌프(AP)의 토출유를 제2 메인 펌프(MP2)의 토출측으로 유도하는 합류 통로(W)가 개방된다. 체크 밸브(31)는 제2 메인 펌프(MP2)로부터 어시스트 펌프(AP)로의 흐름을 방지한다.

메인 전환 밸브(29)가 좌측 위치인 제2 위치로 전환된 경우에는, 제2 메인 펌프의 토출유를 제2 회로 계통으로 유도하는 교축 통로(X)가 개방되고, 제2 메인 펌프(MP2)의 토출유를 발전용 유압 모터(M)로 유도하는 회생 통로(Y)가 개방된다. 이에 의해, 제2 메인 펌프(MP2)의 토출유가, 회생 통로(Y)를 경유하여 발전용 유압 모터(M)에 공급되는 동시에, 그 토출유의 일부가 교축 통로(X)를 경유하여 제2 회로 계통에도 공급된다.

메인 전환 밸브(29)가 우측 위치인 제3 위치로 전환된 경우에는, 메인 통로(V)만이 개방된다. 이에 의해, 제2 메인 펌프(MP2)의 토출유는, 제2 회로 계통에만 공급된다.

전자기 전환 밸브(27) 및 전자기 제어 밸브(16a, 16b)의 솔레노이드는 컨트롤러(C)에 접속하고, 전환 동작을 컨트롤러(C)가 제어 가능하다.

조작 밸브(2 내지 6 및 19 내지 22)에는, 그 중립 위치를 검출하기 위한 중립 위치 검출부를 설치하고 있지만, 중립 위치 검출부는, 조작 밸브(2 내지 6 및 19 내지 22)의 중립 위치를 전기적인 센서를 이용하여 검출해도 되고, 유압적으로 검출하도록 해도 된다.

조작 밸브(2 내지 6 및 19 내지 22)의 중립 위치를 유압적으로 검출하기 위해서는, 예를 들어, 각 조작 밸브(2 내지 6 및 19 내지 22)에, 그들을 직렬로 연결하는 파일럿 라인을 설치하는 것이 생각된다. 조작 밸브(2 내지 6 및 19 내지 22)를 중립 위치로부터 전환 위치로 전환하였을 때, 파일럿 라인이 폐색되어 그 압력이 변화되므로, 이 압력 변화를 전기 신호로 변환함으로써, 조작 밸브(2 내지 6 및 19 내지 22)의 중립 위치를 검출할 수 있다.

어떻게 하든, 조작 밸브(2 내지 6 및 19 내지 22)가 중립 위치에 있는지의 여부의 전기 신호는 컨트롤러(C)에 입력된다.

또한, 발전용 유압 모터(M)는 발전기(32)에 연계되고, 발전용 유압 모터(M)가 회전함으로써, 발전기(32)가 회전하여 발전 기능을 발휘한다. 발전기(32)에서 발전된 전력은, 인버터(33)를 통해 배터리(34)에 충전된다. 배터리(34)는 컨트롤러(C)에 접속하고, 컨트롤러(C)는 배터리(34)의 충전량을 파악한다. 발전용 유압 모터(M)는, 가변 용량 유압 모터이며, 그 틸팅각을, 컨트롤러(C)에 접속한 레귤레이터(35)에서 제어할 수 있다.

배터리 챠저(36)는, 제너레이터(1)에서 발전된 전력을 배터리(34)에 충전하기 위해 사용된다. 본 실시 형태에서는, 배터리 챠저(36)를, 가정용의 전원 등의 별도 계통의 전원(37)에도 접속하고 있다.

발전용 유압 모터(M)에는 어시스트 펌프(AP)가 연계된다. 어시스트 펌프(AP)는 발전용 유압 모터(M)에 연계하여 회전한다. 어시스트 펌프(AP)는, 가변 용량 펌프이며, 그 틸팅각은 레귤레이터(38)에 의해 제어된다.

발전용 유압 모터(M)가 발전 기능을 발휘하고 있는 경우에는, 어시스트 펌프(AP)의 틸팅각을 최소로 하여, 그 부하가 발전용 유압 모터(M)에 거의 작용하지 않는 상태로 설정된다. 또한, 발전기(32)를 전동 모터로서 기능시키는 경우에는, 어시스트 펌프(AP)가 회전하여 펌프 기능을 발휘한다.

컨트롤러(C)는, 모든 조작 밸브(2 내지 6, 19 내지 22)가 중립 위치에 유지되어 있는 상태가 아닌 경우에는, 조작 밸브(2 내지 6, 19 내지 22)에 접속한 액추에이터가 작동 상태에 있다고 판정하여, 전자기 전환 밸브(11, 27), 전자기 제어 밸브(15a, 15b, 16a, 16b) 및 전자기 가변 감압 밸브(13)의 솔레노이드를 여자하지 않고, 각 밸브를 노멀 상태로 유지한다.

전자기 제어 밸브(15a, 15b, 16a, 16b)를 노멀 위치에 유지한 상태에서는, 메인 전환 밸브(14, 29)의 파일럿실(14a, 14b 및 29a, 29b)에, 파일럿압이 작용하지 않으므로, 메인 전환 밸브(14, 29)는 도시한 중립 위치인 제1 위치에 유지되고, 제1, 2 메인 펌프(MP1, MP2)의 토출유를, 각각의 회로 계통으로 유도한다.

메인 전환 밸브(14, 29)가 중립 위치에 있는 상태에서는, 그들의 메인 통로(V) 및 합류 통로(W)가 개방되므로, 발전기(32)를 전동 모터로서 작동시켜 어시스트 펌프(AP)를 회전시키면, 어시스트 펌프(AP)의 토출유를, 합류 통로(W)를 통과하여 제1, 2 메인 펌프(MP1, MP2)의 토출유와 합류시킬 수 있다.

어시스트 펌프(AP)의 토출유를 제1, 2 메인 펌프(MP1, MP2)에 합류시키는 경우에는, 발전기(32)만을 회전시키면 되므로, 전자기 제어 밸브(15a, 15b, 16a, 16b) 등의 솔레노이드를 여자시킬 필요가 없어, 그만큼, 전력의 소비량이 적어지게 된다.

또한, 메인 전환 밸브(14, 29)가 중립 위치에 있는 상태에서는, 조작 밸브의 조작량에 따라 중립 유로(7, 23)에 흐르는 유량이 변화된다. 중립 유로(7, 23)에 흐르는 유량에 따라, 파일럿압 발생용의 교축부(9, 25)의 상류측에 발생하는 파일럿압이 변화된다. 파일럿압의 변화에 따라 레귤레이터(12, 28)는 제1, 2 메인 펌프(MP1, MP2)의 틸팅각을 제어한다.

레귤레이터(12, 28)는, 파일럿압이 작아지면 작아질수록, 틸팅각을 크게 하여 제1, 2 메인 펌프(MP1, MP2)의 1회전당 배출량을 많게 한다. 반대로, 레귤레이터(12, 28)는, 파일럿압이 커지면 커질수록, 틸팅각을 작게 하여 제1, 2 메인 펌프(MP1, MP2)의 1회전당 배출량을 적게 한다.

따라서, 제1, 2 메인 펌프(MP1, MP2)는, 조작 밸브의 조작량에 따른 요구 유량에 알맞은 유량을 토출한다.

또한, 전자기 제어 밸브(15a, 16a)의 솔레노이드를 여자하여, 전자기 제어 밸브(15a, 16a)를 도시한 노멀 위치로부터 전환 위치로 전환하면, 메인 전환 밸브(14, 29)의 한쪽의 파일럿실(14a, 29a)로 파일럿압이 유도되고, 메인 전환 밸브(14, 29)는 좌측 위치인 제2 위치로 전환된다. 메인 전환 밸브(14, 29)가 제2 위치로 전환되면, 메인 전환 밸브(14, 29)의 회생 통로(Y) 및 교축 통로(X)가 개방된다.

이에 의해, 제1, 2 메인 펌프(MP1, MP2)의 토출유는 회생 통로(Y)를 통과하여 발전용 유압 모터(M)에 공급된다. 발전용 유압 모터(M)에 압유가 공급되면, 발전용 유압 모터(M)가 회전하여 발전기(32)를 회전시켜, 발전기(32)가 발전 기능을 발휘한다. 발전된 전력은 인버터(33)를 통해 배터리(34)에 충전된다.

또한, 메인 전환 밸브(14, 29)가 제2 위치로 전환된 상태에서는, 교축 통로(X)가 개방되므로, 제1, 2 메인 펌프(MP1, MP2)의 토출유의 일부는, 교축 통로(X)를 경유하여 제1, 2 회로 계통에 공급된다. 제1, 2 메인 펌프(MP1, MP2)로부터의 토출유는, 발전용 유압 모터(M)와의 사이에서 순환하고 있으므로, 유온이 높게 유지되어 있다. 따라서, 제1, 2 회로 계통으로 유도된 작동유에 의해, 그들 회로 계통에 있어서의 조작 밸브(2 내지 6, 19 내지 22)가 따뜻하게 된다.

또한, 전자기 제어 밸브(15b, 16b)의 솔레노이드를 여자하여, 이들 전자기 제어 밸브(15b, 16b)를 도시한 노멀 위치로부터 전환 위치로 전환하면, 메인 전환 밸브(14, 29)의 다른 쪽의 파일럿실(14b, 29b)로 파일럿압이 유도되고, 메인 전환 밸브(14, 29)는 도면 우측 위치인 제3 위치로 전환된다. 메인 전환 밸브(14, 29)가 제3 위치로 전환되면, 제1, 2 메인 펌프(MP1, MP2)와 제1, 2 회로 계통이 각각 각 메인 통로(V)를 통해 접속된다.

메인 전환 밸브(14, 29)에 제3 전환 위치를 설치한 것은, 한쪽의 회로 계통에만 어시스트 펌프(AP)의 토출유를 합류시켜, 다른 쪽의 메인 펌프의 토출량을 최소로 유지하도록 하기 위해서이다.

예를 들어, 제1 회로 계통의 조작 밸브에 접속한 액추에이터만을 작동시키고, 제2 회로 계통의 조작 밸브를 모두 중립 위치에 유지하고 있는 경우에는, 메인 전환 밸브(14)를 중립 위치에 유지하고, 전자기 제어 밸브(16b)의 솔레노이드만을 여자하여 메인 전환 밸브(29)를 우측 위치인 제3 위치로 전환한다.

메인 전환 밸브(14)가 중립 위치를 유지하면, 그 메인 통로(V)와 합류 통로(W)가 개방되므로, 제1 메인 펌프(MP1)와 어시스트 펌프(AP)의 토출유가 합류하여 제1 회로 계통에 공급된다.

한편, 제3 위치로 전환된 메인 전환 밸브(29)는, 메인 통로(V)만이 개방되고, 합류 통로(W)는 폐쇄된다.

이에 의해, 제2 메인 펌프(MP2)의 토출유는 메인 통로(V)를 통과하여, 모든 조작 밸브(19 내지 22)가 중립 위치에 유지되어 있는 제2 회로 계통의 중립 유로(23)에만 흘러, 교축부(25)의 상류측의 압력을 상승시키고, 제2 메인 펌프(MP2)의 토출량이 최소로 유지된다.

한쪽의 메인 전환 밸브(14)측에서는, 전자기 제어 밸브(15a, 15b)의 솔레노이드를 여자시키지 않고, 다른 쪽의 메인 전환 밸브(29)측에 있어서의 전자기 제어 밸브(16b)만을 여자시키는 것만으로 충분하므로, 다양한 솔레노이드를 여자하는 경우에 비해 전력의 소비량이 적어지는 장점이 있다.

다음으로, 도 2에 기초하여 본 실시 형태의 제어 흐름을 설명한다.

컨트롤러(C)는, 중립 위치 검출부의 신호에 기초하여 각 액추에이터의 작동 상태를 판독한다(스텝 S1). 컨트롤러(C)는, 모든 조작 밸브(2 내지 6, 19 내지 22)가 중립 위치에 있는지의 여부를 판정하고(스텝 S2), 어느 하나의 조작 밸브가 중립 위치 이외의 전환 위치에 있는 경우에는, 조작 밸브에 접속된 액추에이터가 작업중이라고 판단하여 스텝 S3으로 이행한다.

스텝 S3에서는, 작업자의 입력 신호에 따라, 어시스트 펌프(AP)의 어시스트를 필요로 하고 있는지의 여부를 판정한다. 작업자가 어시스트를 필요로 하는 취지의 신호를 입력하고 있으면, 컨트롤러(C)는, 스텝 S4로 이행하고, 전자기 제어 밸브(15a, 15b, 16a, 16b)의 솔레노이드를 비여자 상태로 유지하고, 메인 전환 밸브(14, 29)를 중립 위치인 제1 위치에 유지한다. 메인 전환 밸브(14, 29)가 제1 위치에 유지되면, 어시스트 펌프(AP)의 토출유가 제1, 2 메인 펌프(MP1, MP2)의 토출유와 합류하여 제1, 2 회로 계통에 공급되어, 어시스트가 있는 작업이 실시된다(스텝 S5).

또한, 스텝 S3에 있어서, 작업자로부터 어시스트를 필요로 하는 신호가 입력되어 있지 않으면, 컨트롤러(C)는, 스텝 S6으로 이행하고, 전자기 제어 밸브(15b, 16b)의 솔레노이드를 여자하여, 메인 전환 밸브(14, 29)를 우측 위치인 제3 위치로 전환한다. 이 경우에는 어시스트 펌프(AP)로부터의 어시스트가 없는 상태에서의 작업이 실시된다(스텝 S7).

스텝 S2에서 모든 조작 밸브가 중립 위치에 있다고 판정한 경우에는, 각 액추에이터가 비작업 상태에 있다고 판단하여 스텝 S8로 이행한다. 스텝 S8에 있어서, 작업자로부터의 스탠바이 회생 신호가 입력되어 있는지의 여부를 판정하고, 스탠바이 회생 신호가 입력되어 있지 않으면, 스텝 S1로 복귀된다.

스텝 S8에 있어서 스탠바이 회생 신호가 입력되어 있으면, 컨트롤러(C)는, 스텝 S9로 이행하여 배터리(34)가 풀 충전 근방의 상태에 있는지의 여부를 판정한다.

배터리(34)가 풀 충전 근방의 상태에 있으면, 컨트롤러(C)는, 스텝 S10, S11로 이행하여, 전자기 전환 밸브(11, 27)를 비여자 상태로 유지하고, 전자기 제어 밸브(15a, 15b, 16a, 16b)를 비여자 상태로 하고, 메인 전환 밸브(14, 29)를 도시한 노멀 위치로 전환하여 스텝 S1로 복귀된다.

메인 전환 밸브(14, 29)가 노멀 위치를 유지하면, 제1, 2 메인 펌프(MP1, MP2)의 토출유는, 메인 전환 밸브(14, 29)의 메인 통로(V)를 통과하여 중립 유로(7, 23)로부터 파일럿 유로(10, 26)를 경유하여, 전자기 전환 밸브(11, 27)를 통과하여 레귤레이터(12, 28)에 이른다.

레귤레이터(12, 28)는, 교축부(9, 25)의 상류에 발생하는 파일럿압에 의해, 가변 용량 펌프인 메인 펌프(MP1, MP2)의 토출량을 최소, 즉 스탠바이 유량으로 유지하고, 그 스탠바이 유량은 교축부(9, 25)를 통해 탱크(T)로 복귀된다.

또한, 컨트롤러(C)가 스텝 S9에 있어서 배터리(34)의 충전량이 부족하다고 판정하면, 컨트롤러(C)는, 스텝 S12로 이행하고, 전자기 제어 밸브(15a, 16a)의 솔레노이드를 여자하고, 전자기 제어 밸브(15b, 16b)를 비여자 상태로 유지한다. 이에 의해, 파일럿 유압원(PP)으로부터의 압력이, 메인 전환 밸브(14, 29)의 파일럿실(14a, 29a)로 유도되므로, 메인 전환 밸브(14, 29)는 도시한 좌측 위치인 제2 위치로 전환되고, 제1, 2 메인 펌프(MP1, MP2)가 발전용 유압 모터(M)와 연통된다.

또한, 컨트롤러(C)는, 스텝 S13으로 이행하여 전자기 전환 밸브(11, 27)를 노멀 위치인 통상 제어 위치로부터 회생 에너지 제어 위치로 전환하여, 레귤레이터(12, 28)와 파일럿 유로(10, 26)의 연통을 차단하고, 전자기 가변 감압 밸브(13)를 레귤레이터(12, 28)에 연통시킨다.

제1, 2 메인 펌프(MP1, MP2)를 발전용 유압 모터(M)에 연통시키고, 전자기 가변 감압 밸브(13)를 레귤레이터(12, 28)에 연통시키면, 컨트롤러(C)는, 스텝 S14로 이행하고, 엔진(E)에 구비한 회전 속도 센서로부터의 신호에 기초하여, 현상의 엔진(E)의 회전 속도가 고속인지 저속인지를 판정한다. 고속인지 저속인지의 판정 기준은, 컨트롤러(C)에 미리 기억되어 있다.

엔진 회전 속도가 고속인 경우, 컨트롤러(C)는, 스텝 S15로 이행하고, 전자기 가변 감압 밸브(13)를 제어하여 그 2차압을, 제1, 2 메인 펌프(MP1, MP2)의 1회전당 배출량이 최소 근방으로 되도록 설정한다.

엔진(E)의 회전 속도가 높은 경우에, 제1, 2 메인 펌프(MP1, MP2)의 1회전당 배출량을 최소 근방으로 설정한 것은, 그 1회전당 배출량이 적더라도, 제1, 2 메인 펌프(MP1, MP2)의 단위 시간당 토출량은 엔진(E)의 회전 속도로 확보할 수 있기 때문이다.

스텝 S14에 있어서 엔진 회전 속도가 낮다고 판정된 경우에는, 컨트롤러(C)는, 스텝 S16에서 배터리(34)의 충전 상황을 판정한다. 배터리의 충전량이 많다고 판정된 경우에는, 컨트롤러(C)는, 현상의 충전량을 기준으로 하여 필요 충전량을 연산하고, 필요 충전량에 따른 펌프 토출량을 결정한다(스텝 S17).

컨트롤러(C)는, 스텝 S19로 이행하여, 전자기 가변 감압 밸브(13)의 여자 전류를 제어한다. 이 여자 전류에 따라 전자기 가변 감압 밸브(13)의 2차압이 제어되고, 제어된 2차압이 레귤레이터(12, 28)에 작용한다. 따라서, 제1, 2 메인 펌프(MP1, MP2)의 토출량은, 필요 충전량을 충전하는데 필요한 토출량을 확보하게 된다.

한편, 스텝 S16에 있어서, 배터리(34)의 충전량이 적다고 판정된 경우, 컨트롤러(C)는, 현상의 충전량을 기준으로 하여 필요 충전량을 연산하고, 필요 충전량에 따른 펌프 토출량을 결정한다(스텝 S18). 이 경우에는, 제1, 2 메인 펌프(MP1, MP2)의 토출량이 스탠바이 유량보다도 많아진다.

충전량의 다소를 판정하는 기준은, 컨트롤러(C)에 미리 기억되어 있다.

전자기 가변 감압 밸브(13)가 제어되고, 제어된 2차압에 따라 제1, 2 메인 펌프(MP1, MP2)의 토출량이 제어되고, 토출량에 따라 발전용 유압 모터(M)가 동작하여, 스탠바이 회생 제어가 실행된다(스텝 S20).

따라서, 본 실시 형태에 따르면, 전자기 가변 감압 밸브(13)를 제어하여 레귤레이터(12, 28)로 유도되는 압력을 자유롭게 제어할 수 있으므로, 배터리(34)를 챠지하기 위한 에너지가 부족한 일이 없고, 펌프 효율이 좋은 점을 이용하므로, 에너지 로스가 적어진다.

또한, 제1, 2 메인 펌프(MP1, MP2)의 틸팅각을 자유롭게 제어할 수 있으므로, 당해 메인 펌프의 토출량을 크게 하기 위해 엔진 회전 속도를 올릴 필요가 없어, 그만큼, 에너지 로스가 적어진다.

또한, 제1, 2 메인 펌프(MP1, MP2)와 발전용 유압 모터(M) 및 어시스트 펌프(AP)는, 메인 전환 밸브(14, 29)를 통해 직접 접속되므로, 제1, 2 메인 펌프(MP1, MP2)와 발전용 유압 모터(M) 사이, 혹은 제1, 2 메인 펌프(MP1, MP2)와 어시스트 펌프(AP) 사이에, 특별한 밸브를 설치할 필요가 없어, 그만큼, 회로 구성을 간소화할 수 있다.

제2 실시 형태에 대해 설명한다.

도 3에 도시한 제2 실시 형태는, 제1 회로 계통에 접속한 메인 전환 밸브(14)를 2위치 4포트 밸브로 한 것이다.

메인 전환 밸브(14)는, 그 한쪽에 파일럿실을 설치하고, 파일럿실에 대향하는 측에 스프링의 탄력을 작용시키고 있다. 메인 전환 밸브(14)의 파일럿실은 전자기 제어 밸브(15b)를 통해 파일럿 유압원(PP)에 접속하고 있다.

메인 전환 밸브(14)는, 그것이 도시한 노멀 위치인 경우, 제1 메인 펌프(MP1)의 토출유를 제1 회로 계통으로 유도하는 메인 통로(V)를 개방하고, 어시스트 펌프(AP)의 토출유를 제1 메인 펌프(MP1)의 토출유와 합류시키는 합류 통로(W)를 개방한다.

전자기 제어 밸브(15b)의 솔레노이드를 여자하여 개방 위치로 전환하면, 파일럿 유압원(PP)의 압력이 메인 전환 밸브(14)의 파일럿실(14b)로 유도되므로, 그 파일럿압의 작용으로 메인 전환 밸브(14)가 스프링의 탄력에 저항하여 도면 우측 위치로 전환된다. 메인 전환 밸브(14)가 전환되면, 합류 통로(W)가 폐쇄되고, 메인 통로(V)만이 개방된다.

이 경우, 제1 메인 펌프(MP1)의 토출유만이 제1 회로 계통에 공급된다.

또한, 다른 쪽의 메인 전환 밸브(29)는, 중립 위치인 도시한 제1 위치에 있는 경우, 제1 실시 형태와 마찬가지로 메인 통로(V) 및 합류 통로(W)를 개방한다. 파일럿실(29a)로 유도된 파일럿압의 작용으로 도면 좌측 위치인 제2 위치로 전환된 경우에는, 회생 통로(Y)만이 개방된다. 파일럿실(29b)로 유도된 파일럿압의 작용으로 도면 우측 위치인 제3 위치로 전환된 경우에는, 메인 통로(V)만이 개방된다.

제2 실시 형태는, 메인 전환 밸브(14)에 있어서 제1 메인 펌프(MP1)를 발전용 유압 모터(M)에 연통시키는 포지션을 생략한 것이다. 제2 실시 형태에서는, 제2 메인 펌프(MP2)만이 발전용 유압 모터(M)를 구동한다.

메인 전환 밸브(14, 29)를 도시한 노멀 위치에 유지하고 있는 경우에는, 제1, 2 메인 펌프(MP1, MP2)의 토출유와, 어시스트 펌프(AP)의 토출유가 합류하여 제1, 2 회로 계통에 공급된다. 따라서, 제1 실시 형태와 마찬가지로 전자기 제어 밸브(15b, 16a, 16b)를 여자하지 않아도 되어, 그만큼, 소비 전력을 작게 할 수 있다.

또한, 예를 들어 제1 회로 계통의 액추에이터만을 작동시키고, 제2 회로 계통의 액추에이터를 비작동 상태로 유지하는 경우에는, 한쪽의 메인 전환 밸브(14)를 도시한 노멀 위치에 유지하고, 다른 쪽의 메인 전환 밸브(29)를 도면 우측 위치인 제3 위치로 전환한다.

이 상태에서는, 어시스트 펌프(AP)의 토출유는, 제1 메인 펌프(MP1)의 토출유와만 합류한다. 제2 메인 펌프(MP2)는, 스탠바이 유량을 유지하면서 그 토출유를 제2 회로 계통에 공급한다.

한편, 제2 회로 계통의 액추에이터만을 작동시키고, 제1 회로 계통의 액추에이터를 비작동 상태로 유지하는 경우에는, 다른 쪽의 메인 전환 밸브(29)를 도시한 노멀 위치에 유지하고, 한쪽의 메인 전환 밸브(14)를 도면 우측 위치로 전환한다.

이 상태에서는, 어시스트 펌프(AP)의 토출유는, 제2 메인 펌프(MP2)의 토출유와만 합류한다. 제1 메인 펌프(MP1)는, 스탠바이 유량을 유지하면서 그 토출유를 제1 회로 계통에 공급한다.

액추에이터의 비작업 시에 발전용 유압 모터(M)를 회전시켜 발전기(32)를 돌리는 경우에는, 전자기 제어 밸브(16a)의 솔레노이드를 여자하여 개방 위치로 전환하고, 메인 전환 밸브(29)를 도면 좌측 위치인 제2 위치로 전환한다.

메인 전환 밸브(29)를 전환하면, 제2 메인 펌프(MP2)의 토출유가 발전기용 유압 모터(M)에 공급되므로, 발전기(32)가 돌아 발전하고, 그 전력이 배터리(34)에 축전된다.

또한, 전자기 전환 밸브(11)의 솔레노이드를 여자하여, 개방 위치로 전환하면, 파일럿 유압원(PP)의 파일럿압이 레귤레이터(12)에 작용하고, 제1 메인 펌프(MP1)의 토출량을 최소로 유지한다. 따라서, 제1 메인 펌프(MP1)의 최소 토출량이 중립 유로(7)에 흘러, 조작 밸브 전체를 따뜻하게 한다.

또한, 발전용 유압 모터(M)를 구동하고 있는 경우에, 유온이 높아져 있는 작동유를 제1 회로 계통에만 공급하도록 하였지만, 실제로는, 제1, 2 회로 계통의 조작 밸브는 그들의 밸브 본체를 적층하고 있으므로, 어느 한쪽의 회로 계통에 난기용(暖氣用)의 작동유를 공급하면, 다른 쪽의 회로 계통의 조작 밸브도 따뜻하게 된다.

제3 실시 형태에 대해 설명한다.

도 4에 도시한 제3 실시 형태는, 각 조작 밸브(2 내지 6, 9 내지 22)를 전환하기 위한 파일럿압을 제어하는 파일럿 조작 기구(PV1 내지 PV7)를 설치하고 있지만, 이들 파일럿 조작 기구(PV1 내지 PV7)는, 파일럿 펌프(PP)의 토출압을 제어하여 출력한다. 파일럿 조작 기구(PV1 내지 PV7)에서 발생한 파일럿압을, 복수의 고압 선택 밸브(39)에서 선택하고, 최고압을 제1, 2 가변 용량 펌프(MP1, MP2)의 레귤레이터(12, 28)로 유도한다.

파일럿 조작 기구(PV1)는 선회 모터를 제어하는 조작 밸브(2)로 유도하는 파일럿압을 제어하고, 파일럿 조작 기구(PV2)는 아암 실린더를 제어하는 조작 밸브(3, 22)로 유도하는 파일럿압을 제어하고, 파일럿 조작 기구(PV3)는 붐 실린더를 제어하는 조작 밸브(4, 21)로 유도하는 파일럿압을 제어하고, 파일럿 조작 기구(PV4)는 예비의 액추에이터를 제어하는 조작 밸브(5)로 유도하는 파일럿압을 제어하고, 파일럿 조작 기구(PV5)는 한쪽의 주행 모터를 제어하는 조작 밸브(6)로 유도하는 파일럿압을 제어하고, 파일럿 조작 기구(PV6)는 다른 쪽의 주행 모터를 제어하는 조작 밸브(19)로 유도하는 파일럿압을 제어하고, 파일럿 조작 기구(PV7)는 버킷 실린더를 제어하는 조작 밸브(20)로 유도하는 파일럿압을 제어하는 것이다.

파일럿 조작 기구(PV1 내지 PV7)에서 제어되는 파일럿압은, 그들에 관련된 조작 밸브(2 내지 6, 19 내지 22)의 각각을 중립 위치에 유지하는 경우에 제로를 유지하고, 조작 밸브(2 내지 6, 19 내지 22)의 각각을 전환하는 경우에 높아진다.

따라서, 제1, 2 가변 용량 펌프(MP1, MP2)로 유도되는 압력은, 제1, 2 실시 형태와는 반대로 된다. 이들 제1, 2 가변 용량 펌프(MP1, MP2)에 설치한 레귤레이터(12, 28)는, 파일럿압이 제로인 경우에 제1, 2 가변 용량 펌프(MP1, MP2)의 토출량을 최소로 유지하고, 파일럿압이 높아짐에 따라, 제1, 2 가변 용량 펌프(MP1, MP2)의 토출량을 늘리는 제어를 한다.

상기한 구성만이 제2 실시 형태와 다른 것으로, 그 외에는 제2 실시 형태와 동일하다. 제3 실시 형태의 제어 기구는, 제1 실시 형태에도 이용할 수 있는 것은 당연하다.

이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명하였지만, 상기 실시 형태는 본 발명의 적용예의 일부를 나타낸 것에 지나지 않고, 본 발명의 기술적 범위를 상기 실시 형태의 구체적 구성에 한정하는 취지는 아니다.

본원은 2010년 2월 23일에 일본 특허청에 출원된 일본 특허 출원 제2010-37353호에 기초하는 우선권을 주장하고, 이 출원의 모든 내용은 참조에 의해 본 명세서에 포함된다.

본 발명은, 파워 셔블 등의 하이브리드 건설 기계에 이용할 수 있다.

Claims

건설 기계의 제어 시스템이며,
가변 용량 펌프인 한 쌍의 제1, 2 메인 펌프와,
상기 제1, 2 메인 펌프에 접속하고, 복수의 조작 밸브를 갖는 제1, 2 회로 계통과,
상기 제1, 2 회로 계통과 상기 제1, 2 메인 펌프 사이에 설치한 메인 전환 밸브와,
상기 메인 전환 밸브를 통해 상기 제1, 2 메인 펌프에 접속한 발전용 유압 모터와,
상기 발전용 유압 모터에 연결된 발전기와,
상기 발전기가 발전한 전력을 축적하는 배터리를 구비하고,
적어도 한쪽의 상기 회로 계통에 접속한 상기 메인 전환 밸브가 그것에 접속한 한쪽의 상기 메인 펌프를 상기 발전용 유압 모터에 연통하는 위치에 있는 경우, 다른 쪽의 상기 회로 계통에 접속한 상기 메인 전환 밸브는 다른 쪽의 상기 메인 펌프를 다른 쪽의 상기 회로 계통에 연통시키는, 제어 시스템.
제1항에 있어서, 상기 메인 전환 밸브는, 상기 메인 펌프를 상기 발전용 유압 모터에 접속하는 위치에 있는 경우, 상기 메인 전환 밸브 내의 교축 통로를 통해 상기 메인 펌프를 그것에 접속한 상기 회로 계통에 연통시키는, 제어 시스템.
제1항에 있어서, 한쪽의 상기 회로 계통에 접속한 상기 메인 전환 밸브는, 노멀 위치에 있어서, 한쪽의 상기 메인 펌프를 그것에 접속한 상기 회로 계통에 접속하는 메인 통로와, 어시스트 펌프의 토출유를 상기 메인 펌프에 체크 밸브를 통해 합류시키는 합류 통로를 개방하고, 전환 위치에 있어서, 상기 메인 통로를 개방하여 상기 합류 통로를 폐쇄하는, 제어 시스템.