KR20140135690A - 건설 기계 - Google Patents

Abstract

회수한 에너지를 효율적으로 사용함으로써, 연료 소비를 대폭으로 저감할 수 있는 건설 기계를 제공한다. 액추에이터(6)를 구동하는 작동유를 토출하는 제1 유압 펌프(3)와, 제2 유압 펌프(9)와, 제2 유압 펌프(9)를 구동하는 제2 원동기(7)와, 제2 원동기(7)를 구동하기 위한 에너지를 축적하는 에너지 축적 수단(8)과, 제1 유압 펌프(3)가 토출한 작동유와 제2 유압 펌프(9)가 토출한 작동유를 받아들이고, 이 합류한 작동유, 또는, 어느 한쪽의 선택한 작동유를 액추에이터(6)에 공급하는 작동유 전환부(11c)를 갖는 작동유 공급 회로(10)를 구비한 건설 기계로서, 제2 유압 펌프(9)의 구동 효율 및/또는 에너지 축적 수단(8)에 축적되는 에너지의 축적량이 미리 설정한 설정값보다 높아지는 때에, 작동유 전환부(11c)로 전환 지령을 출력하고, 제2 원동기(7)에 구동 지령을 출력하는 제어 장치(20)를 구비하였다.

Description

건설 기계{CONSTRUCTION MACHINERY}

본 발명은 건설 기계에 관한 것으로서, 특히, 액추에이터에 작동유를 공급하는 유압 펌프를 2개 이상 구비하고 있는 건설 기계에 관한 것이다.

일반적으로, 건설 기계의 하나인 유압 셔블은, 엔진 등의 원동기와, 이 원동기에 의해 구동되는 유압 펌프와, 이 유압 펌프로부터 토출된 압유에 의해 붐, 아암, 버킷, 및 선회체 등을 구동하는 유압 액추에이터와, 유압 펌프로부터의 압유를 유압 액추에이터로 전환하여 공급하는 컨트롤 밸브를 구비하고 있다. 이러한 건설 기계에 있어서, 동력원의 동력을 저감하여 건설 기계 전체의 연료 소비를 저감하기 위해서, 자중으로 낙하하는 붐의 위치 에너지나, 선회체의 관성 운동 에너지를 회수하여 유효 활용하는 기술이 제안되어 있다.

예를 들어, 유압 액추에이터 구동용의 유압 펌프로부터 토출된 압유가 공급됨으로써 구동되는 유압 액추에이터와, 상기 유압 액추에이터로부터 유출된 복귀 압유를 회수하는 회수 수단과, 상기 회수된 복귀 압유를 소정의 에너지로 변환하여 저축하는 에너지 저축 수단과, 상기 에너지 저축 수단에 저축된 에너지에 의해 상기 유압 액추에이터 구동용 유압 펌프가 상기 유압 액추에이터를 구동할 때의 에너지를 보조하는 재생 수단을 구비하도록 한 압유의 에너지 회수·재생 장치에 있어서, 상기 에너지 저축 수단으로서, 상기 유압 액추에이터로부터 유출된 복귀 압유가 유입됨으로써 구동되는 회수용의 유압 모터와, 상기 회수용 유압 모터의 구동력이 입력됨으로써 전기 에너지를 발생하는 발전기와, 상기 발전기에 의해 발생된 전기 에너지를 저축하는 배터리를 구비하고, 상기 재생 수단으로서, 상기 배터리에 저축된 전기 에너지에 의해 상기 유압 액추에이터 구동용 유압 펌프가 상기 유압 액추에이터를 구동할 때의 에너지를 보조하는 재생 수단을 구비하도록 한 압유의 에너지 회수·재생 장치가 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).

일본 특허 공개 제2000-136806호 공보

특허문헌 1의 종래 기술에 의하면, 배터리에 저축된 전기 에너지에 의해 발전기를 전동기로서 구동하고, 회수용의 유압 모터를 재생용의 유압 펌프로서 구동하므로, 유압 액추에이터 구동용의 유압 펌프(이후, 메인 펌프라고 함)의 토출 유량을 감소시킬 수 있다. 이 결과, 메인 펌프를 구동하는 엔진 부하가 감소하므로, 연료 소비를 저감할 수 있다.

그런데, 재생용의 유압 펌프를 구동하는 전동기는, 재생용의 유압 펌프의 토출압을 발생시키기 위하여 필요한 토크 외에, 재생용의 유압 펌프의 회전에 의해 발생하는 마찰이나 교반 저항을 상쇄하기 위한 토크(이후, 저항 토크라고 함)를 발생시킬 필요가 있다. 이로 인해, 예를 들어, 낮은 토출압으로 재생용의 유압 펌프를 구동하는 경우에는, 높은 토출압으로 구동하는 경우에 비하여 전동기의 전체 토크에 차지하는 저항 토크의 비율이 높아진다.

예를 들어, 낮은 토출압으로 재생용의 유압 펌프를 구동하기 위해서, 배터리에 회수한 전기 에너지를 전동기의 구동에 소비해버려, 높은 토출압으로 재생용의 유압 펌프를 구동할 수 없게 된 경우에는, 회수한 에너지의 대부분이 저항 토크에서 소비되게 되어, 에너지 효율의 악화를 초래한다.

따라서, 에너지 효율을 높이고, 충분한 연료 저감 효과를 발휘하기 위해서는, 회수한 에너지의 재생 사용의 타이밍(전동기에서 재생용의 유압 펌프를 구동하는 타이밍)을 고려할 필요가 있다.

상술한 특허문헌 1은, 압유의 에너지 회수·재생 장치에 대하여 개시하고 있지만, 에너지의 재생 사용의 타이밍 등에 대해서는 언급하고 있지 않다.

본 발명은 상술한 사항에 기초하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 회수한 에너지를 효율적으로 사용함으로써, 연료 소비를 대폭으로 저감할 수 있는 건설 기계를 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위해서, 제1 발명은, 액추에이터와, 상기 액추에이터를 구동하기 위한 작동유를 토출하는 제1 유압 펌프와, 상기 제1 유압 펌프를 구동하는 제1 원동기와, 상기 액추에이터를 구동하기 위한 작동유를 토출하는 제2 유압 펌프와, 상기 제2 유압 펌프를 구동하는 제2 원동기와, 상기 제2 원동기를 구동하기 위한 에너지를 축적하는 에너지 축적 수단과, 상기 제1 유압 펌프가 토출한 작동유와 상기 제2 유압 펌프가 토출한 작동유를 받아들이고, 이 합류한 작동유, 또는, 어느 한쪽의 선택한 작동유를 상기 액추에이터에 공급하는 작동유 전환부를 갖는 작동유 공급 회로를 구비한 건설 기계로서, 상기 제2 유압 펌프의 구동 효율 및/또는 상기 에너지 축적 수단에 축적되는 에너지의 축적량이 미리 설정한 설정값보다 높아지는 때에, 상기 작동유 전환부로 전환 지령을 출력하고, 상기 제2 원동기에 구동 지령을 출력하는 제어 장치를 구비한 것으로 한다.

또한, 제2 발명은, 제1 발명에 있어서, 상기 제2 유압 펌프의 구동 효율이 미리 설정한 설정값보다 낮아질 때에, 상기 작동유 전환부로 전환 지령을 출력하고, 상기 제2 원동기에 회전수 저하 지령, 또는 정지 지령을 출력하는 제어 장치를 더 구비한 것을 특징으로 한다.

또한, 제3 발명은, 제2 발명에 있어서, 상기 제1 유압 펌프의 토출압을 검출하는 토출압 검출 수단을 더 구비하고, 상기 제어 장치는, 상기 토출압 검출 수단이 검출한 상기 제1 유압 펌프의 토출압을 취득하고, 상기 제1 유압 펌프의 토출압이 미리 정한 기준 압력보다도 높은 때에 상기 제2 원동기에 구동 지령을 출력하고, 상기 제1 유압 펌프의 토출압이 미리 정한 기준 압력보다도 낮은 때에 상기 제2 원동기에 회전수 저하 지령, 또는 정지 지령을 출력하고, 상기 제1 유압 펌프의 토출압이 미리 정한 기준 압력보다도 높은 때에, 상기 제1 유압 펌프가 토출한 작동유와 상기 제2 유압 펌프가 토출한 작동유를 받아들이고, 이 합류한 작동유, 또는, 상기 제2 유압 펌프가 토출한 작동유를 상기 액추에이터에 공급하고, 상기 제1 유압 펌프의 토출압이 미리 정한 기준 압력보다도 낮은 때에 상기 제1 유압 펌프가 토출한 작동유를 상기 액추에이터에 공급하도록 상기 작동유 전환부로 전환 지령을 출력하는 것을 특징으로 한다.

또한, 제4 발명은, 제2 또는 제3 발명에 있어서, 상기 에너지 축적 수단의 출력을 검출하는 출력 검출 수단을 더 구비하고, 상기 제어 장치는, 상기 출력 검출 수단이 검출한 상기 에너지 축적 수단의 출력을 취득하고, 상기 에너지 축적 수단의 출력에 대한 상기 제2 유압 펌프의 출력 비율이 미리 정한 기준값보다도 높은 때에 상기 제2 원동기에 구동 지령을 출력하고, 상기 에너지 축적 수단의 출력에 대한 상기 제2 유압 펌프의 출력 비율이 미리 정한 기준값보다도 낮은 때에 상기 제2 원동기에 회전수 저하 지령, 또는 정지 지령을 출력하고, 상기 에너지 축적 수단의 출력에 대한 상기 제2 유압 펌프의 출력 비율이 미리 정한 기준값보다도 높은 때에, 상기 제1 유압 펌프가 토출한 작동유와 상기 제2 유압 펌프가 토출한 작동유를 받아들이고, 이 합류한 작동유, 또는, 상기 제2 유압 펌프가 토출한 작동유를 상기 액추에이터에 공급하고, 상기 에너지 축적 수단의 출력에 대한 상기 제2 유압 펌프의 출력 비율이 미리 정한 기준값보다도 낮은 때에, 상기 제1 유압 펌프가 토출한 작동유를 상기 액추에이터에 공급하도록 상기 작동유 전환부로 전환 지령을 출력하는 것을 특징으로 한다.

또한, 제5 발명은, 제2 내지 제4 발명 중 어느 하나에 있어서, 상기 제2 원동기의 구동 토크를 검출하는 토크 검출 수단을 더 구비하고, 상기 제어 장치는, 상기 토크 검출 수단이 검출한 상기 제2 원동기의 구동 토크를 취득하고, 상기 제2 원동기의 구동 토크가 미리 정한 기준 토크보다도 높은 때에 상기 제2 원동기에 구동 지령을 출력하고, 상기 제2 원동기의 구동 토크가 미리 정한 기준 토크보다도 낮은 때에 상기 제2 원동기에 회전수 저하 지령, 또는 정지 지령을 출력하고, 상기 제2 원동기의 구동 토크가 미리 정한 기준 토크보다도 높은 때에, 상기 제1 유압 펌프가 토출한 작동유와 상기 제2 유압 펌프가 토출한 작동유를 받아들이고, 이 합류한 작동유, 또는, 상기 제2 유압 펌프가 토출한 작동유를 상기 액추에이터에 공급하고, 상기 제2 원동기의 구동 토크가 미리 정한 기준 토크보다도 낮은 때에, 상기 제1 유압 펌프가 토출한 작동유를 상기 액추에이터에 공급하도록 상기 작동유 전환부로 전환 지령을 출력하는 것을 특징으로 한다.

또한, 제6 발명은, 제3 내지 제5 발명 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 유압 펌프의 토출압을 검출하는 토출압 검출 수단을 더 구비하고, 상기 제어 장치는, 상기 토출압 검출 수단이 검출한 상기 제1 유압 펌프의 토출압을 취득하고, 상기 제1 유압 펌프의 토출압이 미리 정한 기준 압력의 범위 내일 때에 상기 제2 원동기에 구동 지령을 출력하고, 상기 제1 유압 펌프의 토출압이 미리 정한 기준 압력의 범위 밖일 때에 상기 제2 원동기에 회전수 저하 지령, 또는 정지 지령을 출력하고, 상기 제1 유압 펌프의 토출압이 미리 정한 기준 압력의 범위 내일 때에, 상기 제1 유압 펌프가 토출한 작동유와 상기 제2 유압 펌프가 토출한 작동유를 받아들이고, 이 합류한 작동유, 또는, 상기 제2 유압 펌프가 토출한 작동유를 상기 액추에이터에 공급하고, 상기 제1 유압 펌프의 토출압이 미리 정한 기준 압력의 범위 밖일 때에, 상기 제1 유압 펌프가 토출한 작동유를 상기 액추에이터에 공급하도록 상기 작동유 전환부로 전환 지령을 출력하는 것을 특징으로 한다.

또한, 제7 발명은, 제2 내지 제6 발명 중 어느 하나에 있어서, 상기 에너지 축적 수단의 에너지 축적량을 검출하는 에너지 검출 수단을 더 구비하고, 상기 제어 장치는, 상기 에너지 검출 수단이 검출한 상기 에너지 축적 수단의 에너지 축적량을 취득하고, 상기 에너지 축적 수단의 에너지 축적량이 미리 정한 기준 에너지보다도 높은 때에 상기 제2 원동기에 구동 지령을 출력하고, 상기 에너지 축적 수단의 에너지 축적량이 미리 정한 기준 에너지보다도 낮은 때에 상기 제2 원동기에 회전수 저하 지령, 또는 정지 지령을 출력하고, 상기 에너지 축적 수단의 에너지 축적량이 미리 정한 기준 에너지보다도 높은 때에, 상기 제1 유압 펌프가 토출한 작동유와 상기 제2 유압 펌프가 토출한 작동유를 받아들이고, 이 합류한 작동유, 또는, 상기 제2 유압 펌프가 토출한 작동유를 상기 액추에이터에 공급하고, 상기 에너지 축적 수단의 에너지 축적량이 미리 정한 기준 에너지보다도 낮은 때에, 상기 제1 유압 펌프가 토출한 작동유를 상기 액추에이터에 공급하도록 상기 작동유 전환부로 전환 지령을 출력하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 회수한 에너지를 효율적으로 사용함으로써, 동력원의 동력을 저감하여 건설 기계 전체의 연소량 소비를 대폭으로 저감할 수 있는 건설 기계를 제공할 수 있다. 이 결과, 건설 기계의 가동 시간이 연장되므로, 생산성이 향상된다.

도 1은 본 발명의 건설 기계의 제1 실시 형태를 도시하는 측면도이다.
도 2는 본 발명의 건설 기계의 제1 실시 형태를 구성하는 전동·유압 기기의 시스템 구성도이다.
도 3은 본 발명의 건설 기계의 제1 실시 형태를 구성하는 컨트롤러에 있어서의 유압 펌프 모터 구동 조건의 일례를 도시하는 표도이다.
도 4는 본 발명의 건설 기계의 제1 실시 형태를 구성하는 컨트롤러의 처리 내용을 도시하는 흐름도이다.
도 5는 건설 기계에 있어서의 메인 펌프 및 유압 펌프 모터의 토출압과 토출 유량의 목표값과, 발전 전동기의 구동 토크와 유압 펌프 모터의 저항 토크의 관계의 일례를 도시하는 특성도이다.
도 6은 본 발명의 건설 기계의 제1 실시 형태에 있어서의 메인 펌프 및 유압 펌프 모터의 토출압과 토출 유량의 목표값과, 발전 전동기의 구동 토크와 유압 펌프 모터의 저항 토크의 관계의 일례를 도시하는 특성도이다.
도 7은 본 발명의 건설 기계의 제1 실시 형태를 구성하는 유압 펌프 모터의 구동 효율의 특성 일례를 도시하는 특성도이다.
도 8은 본 발명의 건설 기계의 제1 실시 형태를 구성하는 컨트롤러에 있어서의 유압 펌프 모터 구동 조건의 다른 예를 도시하는 표도이다.
도 9는 본 발명의 건설 기계의 제2 실시 형태를 구성하는 전동·유압 기기의 시스템 구성도이다.

이하, 건설 기계로서 유압 셔블을 예로 들어서 본 발명의 실시 형태를 도면을 사용하여 설명한다. 또한, 본 발명은 건설 기계 전반(작업 기계를 포함함)에 적용이 가능하고, 본 발명의 적용은 유압 셔블에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

도 1에 있어서, 전동식 유압 셔블은 주행체(40)와, 주행체(40) 상에 선회 가능하게 설치한 선회체(50) 및 선회체(50)에 장설(裝設)한 셔블 기구(60)를 구비하고 있다.

셔블 기구(60)는 붐(61)과, 붐(61)을 구동하기 위한 붐 실린더(6)와, 붐(61)의 선단부 근방에 회전 가능하게 축지지된 아암(62)과, 아암(62)을 구동하기 위한 아암 실린더(64)와, 아암(62)의 선단에 회전 가능하게 축지지된 버킷(63)과, 버킷(63)을 구동하기 위한 버킷 실린더(65) 등으로 구성되어 있다.

선회체(50)의 후부에는, 후술하는 엔진이나 메인 펌프 등을 수납하는 원동기 실(51)이 설치되어 있다.

이어서, 유압 셔블의 전동·유압 기기의 시스템 구성에 대하여 도 2를 사용하여 설명한다. 또한, 본 실시 형태에 있어서는, 액추에이터로서 붐 실린더(6)를 예로 들어 설명한다. 도 2는 본 발명의 건설 기계의 제1 실시 형태를 구성하는 전동·유압 기기의 시스템 구성도이다. 도 2에 있어서, 도 1에 도시하는 부호와 동일한 부호의 것은, 동일 부분이므로, 그 상세한 설명은 생략한다.

도 2에 있어서, 1은 동력원인 엔진(제1 원동기), 2는 엔진에 공급되는 연료를 저장하는 연료 탱크, 3은 엔진(1)에 구동되는 가변 용량형의 메인 펌프(제1 펌프), 4는 유량 조정 수단으로서의 컨트롤 밸브, 5는 붐 조작용의 제어 밸브, 6은 붐 실린더, 7은 발전·전동기(제2 원동기), 8은 캐패시터 또는 배터리로 구성하는 축전 수단(에너지 축적 수단), 9는 발전·전동기(7)에 의해 구동하는 유압 펌프 모터(제2 유압 펌프), 10은 메인 펌프(3)가 토출하는 작동유와 유압 펌프 모터(9)가 토출하는 작동유를 합류시키는 작동유 공급 회로, 11a 내지 11c는 전환 밸브, 20은 컨트롤러(제어 수단)를 나타낸다. 메인 펌프(3)는 가변 용량 기구로서 예를 들어 경사축을 갖고 있고, 이 경사축의 틸팅각을 용량 제어 장치(3a)로 조정함으로써 메인 펌프(3)의 용량(밀어내기 용적)을 변화시켜서, 압유의 토출 유량을 제어하고 있다.

메인 펌프(3)로부터 토출되는 압유를, 붐 실린더(6) 등의 각 액추에이터에 공급하는 주관로(30)에는, 주관로(30) 내의 압유 압력을 제한하는 릴리프 밸브(12)와 압유의 방향과 유량을 제어하는 컨트롤 밸브(4)가 설치되어 있다. 릴리프 밸브(12)는 유압 배관 내의 압력이 설정 압력 이상으로 상승한 경우에, 주관로(30)의 압유를 작동유 탱크(14)로 빼내는 것이다.

유량 조정 수단으로서의 컨트롤 밸브(4)는 붐 조작용의 제어 밸브(5)를 구비하고 있다. 붐 조작용의 제어 밸브(5)는 3 위치 6 포트의 전환 제어 밸브이며, 그 양쪽 파일럿 조작부(도시하지 않음)에 공급되는 파일럿 압력에 의해 제어 밸브(5)의 위치를 전환하여, 작동유의 유로 개구 면적을 변화시킨다. 이것에 의해, 메인 펌프(3)로부터 붐 실린더(6)에 공급되는 작동유의 방향과 유량을 제어하여, 붐 실린더(6)를 구동하고 있다. 또한, 붐 조작용의 제어 밸브(5)는 메인 펌프(3)로부터의 압유가 공급되는 입구 포트(5c)와, 작동유 탱크(14)에 연통하는 출구 포트(5d)와, 중립 위치인 때에 연통하는 센터 포트(5T)와, 붐 실린더(6)측에 접속하는 접속 포트(5a, 5b)를 갖고 있다.

붐 실린더(6)는 실린더와 피스톤 로드를 갖고 있고, 실린더는, 보텀측의 유실(6a)과 로드측의 유실(6b)을 구비하고 있다. 보텀측의 유실(6a)에는, 후술하는 전환 밸브(11a)가 배치된 제1 관로(31)의 일단부측이 접속되어 있고, 제1 관로(31)의 타단부측은, 붐 조작용의 제어 밸브(5)의 접속 포트(5a)에 접속되어 있다. 로드측의 유실(6b)에는, 제2 관로(32)의 일단부측이 접속되어 있고, 제2 관로(32)의 타단부측은, 붐 조작용의 제어 밸브(5)의 접속 포트(5b)에 접속되어 있다.

발전·전동기(7)는 후술하는 컨트롤러(20)로부터의 지령에 의해, 축전 수단(8)의 전력을 사용하여 토크를 발생하는 역행 제어, 또는, 토크를 흡수함으로써 발전하고 전력을 에너지 축적 수단인 축전 수단(8)에 축적하는 회생 제어 중 어느 하나가 실행된다.

유압 펌프 모터(9)는 그 회전축을 발전·전동기(7)의 회전축과, 직접 또는 기어 등을 통하여 기계적으로 연결되어 있다. 발전·전동기(7)가 역행 제어되는 경우에는, 유압 펌프 모터(9)는 유압 펌프로서 작동하고, 작동유를 작동유 탱크(14)로부터 흡인하여 후술하는 부관로(33)에 토출한다. 한편, 발전·전동기(7)가 회생 제어되는 경우에는, 유압 펌프 모터(9)는 유압 모터로서 작동하고, 후술하는 부관로(33)로부터의 작동유의 압력에 의해 회전된다.

유압 펌프 모터(9)가 유압 펌프로서 작동할 경우에, 유압 펌프 모터(9)로부터의 압유가 토출되는 부관로(33)에는, 부관로(33) 내의 압유 압력을 제한하는 릴리프 밸브(13)와 압유의 연통/차단을 제어하는 전환 밸브(11b, 11c)가 설치되어 있다. 릴리프 밸브(13)는 유압 배관 내의 압력이 설정 압력 이상으로 상승한 경우에, 부관로(33)의 압유를 작동유 탱크(14)로 빼내는 것이다. 또한, 전환 밸브(11b, 11c)는, 2 포트 2 위치의 전자 전환 밸브이며, 그 전환은, 후술하는 컨트롤러(20)로부터의 지령에 의해 제어되고 있다.

전환 밸브(11b)는, 한쪽의 포트를, 제1 관로(31)로부터의 유출만을 허가하는 체크 밸브의 출구측에 접속하고, 다른 쪽의 포트를 부관로(33)에 접속하고 있다. 전환 밸브(11c)는 한쪽의 포트를, 주관로(30)에의 유입만을 허가하는 체크 밸브의 입구측에 접속하고, 다른 쪽의 포트를 부관로(33)에 접속하고 있다.

작동유 전환부로서의 전환 밸브(11c)와 전환 밸브(11c)의 한쪽의 포트에 접속한 부관로(33)로부터 주관로(30)에의 유입만을 허가하는 체크 밸브로 작동유 공급 회로(10)를 구성하고 있다. 작동유 공급 회로(10)는 유압 펌프 모터(9)가 토출한 작동유의 주관로(30)에의 합류의 유무를 컨트롤러(20)로부터의 지령에 의해 제어한다.

압력 센서(16)는 메인 펌프(3)의 토출압을 검출하기 위해서, 주관로(30)에 설치되어 있다. 축전량 센서(17)는 축전 수단(8)의 축전량을 검출하기 위해서, 축전 수단(8)에 설치되어 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 전압 센서를 설치하고, 축전 수단의 전압값을 검출하고 있다. 압력 센서(16)로부터의 메인 펌프(3)의 토출압 검출 신호와, 축전량 센서(17)로부터의 축전 수단(8)의 축전량 검출 신호는 컨트롤러(20)에 입력되어 있다.

컨트롤러(20)는 도시하지 않은 각 조작 레버의 조작 신호와, 압력 센서(16)가 검출한 메인 펌프(3)의 토출압 검출 신호와, 축전량 센서(17)가 검출한 축전 수단(8)의 축전량 검출 신호를 취득하는 입력부와, 이 검출 신호를 기초로 후술하는 연산 처리를 행하는 연산부와, 후술하는 축전 수단(8)의 축전량의 고, 중, 저의 미리 정한 각 기준값과, 메인 펌프(3)의 토출압 고, 저의 미리 정한 각 기준값 등을 기억하는 기억부와, 메인 펌프(3)의 토출 유량을 제어하기 위해서, 용량 제어 장치(3a)에 연산부에서 산출한 토출 유량 지령을 출력함과 함께, 유압 펌프 모터(9)의 토크를 제어하기 위해서, 발전·전동기(7)에 연산부에서 산출한 역행 지령, 또는 회생 지령을 출력하는 출력부를 구비하고 있다. 또한, 출력부는, 각 전환 밸브(11a 내지 11c)의 개폐 상태를 제어하기 위해서, 연산부에서 산출한 개폐 타이밍에 있어서, 전환 밸브(11a 내지 11c)의 전자 조작부에 전류 지령을 출력한다.

이어서, 컨트롤러(20)의 연산부의 처리 내용에 대하여 도 3 및 도 4를 사용하여 설명한다. 도 3은 본 발명의 건설 기계의 제1 실시 형태를 구성하는 컨트롤러에 있어서의 유압 펌프 모터 구동 조건의 일례를 도시하는 표도, 도 4는 본 발명의 건설 기계의 제1 실시 형태를 구성하는 컨트롤러의 처리 내용을 도시하는 흐름도이다. 도 3 및 도 4에 있어서, 도 2에 도시하는 부호와 동일한 부호의 것은 동일 부분이므로, 그 상세한 설명은 생략한다.

본 실시 형태에 있어서는, 축전 수단(8)에 축적한 전기 에너지를 효율적으로 재생 사용하는 것을 특징으로 한다. 이로 인해, 컨트롤러(20)는 붐 올리기의 조작이 행하여졌을 때에 소정의 조건으로부터, 구동 효율을 판정하고, 유압 펌프 모터(9)의 구동·정지를 제어하고 있다.

도 3의 표도는, 컨트롤러(20)가 제어하는 유압 펌프 모터(9)의 구동·정지 판정 기준을 나타내는 것으로서, 세로란의 축전량의 고·중·저는, 미리 정한 축전 수단(8)의 축전량의 고, 중, 저의 각 기준값과 축전량 센서(17)가 검출한 축전 수단(8)의 축전량의 비교에 의해 정한다. 또한, 가로란의 토출압 고저는, 미리 정한 메인 펌프(3)의 토출압 기준 압력값과 압력 센서(16)가 검출한 메인 펌프(3)의 토출압 검출 신호의 비교에 의해, 토출압 검출 신호가 기준 압력값 이상이면, 고라고 정하고, 기준 압력값 미만이면 저라고 정한다.

예를 들어, 축전량 센서(17)가 검출한 축전 수단(8)의 축전량이 미리 정한 축전 수단(8)의 축전량의 고기준값의 범위일 경우에는, 컨트롤러(20)는 압력 센서(16)가 검출한 메인 펌프(3)의 토출압 검출 신호가, 미리 정한 메인 펌프(3)의 토출압 고, 저 중 어느 것이어도, 유압 펌프 모터(9)를 구동 제어한다.

또한, 축전 수단(8)의 축전량이 미리 정한 축전 수단(8)의 축전량 중 기준값의 범위일 경우에는, 컨트롤러(20)는 메인 펌프(3)의 토출압 검출 신호가 기준 압력값 이상(고)이라면, 유압 펌프 모터(9)를 구동 제어하고, 메인 펌프(3)의 토출압 검출 신호가 기준 압력값 미만(저)이면, 유압 펌프 모터(9)를 정지 제어한다.

또한, 축전 수단(8)의 축전량이 미리 정한 축전 수단(8)의 축전량의 저기준값의 범위일 경우에는, 컨트롤러(20)는 압력 센서(16)가 검출한 메인 펌프(3)의 토출압 검출 신호가, 미리 정한 메인 펌프(3)의 토출압 고, 저 중 어느 것이어도, 유압 펌프 모터(9)를 정지 제어한다.

이어서, 컨트롤러(20)의 처리 내용에 대하여 도 4를 사용하여 설명한다.

먼저, 컨트롤러(20)는 붐 올리기 조작이 행하여졌는지 여부를 판단한다(스텝 S1). 구체적으로는, 도시하지 않은 조작 레버에 의한 붐 올리기 조작 신호의 입력 유무에 의해 판단한다. 붐 올리기 조작이 행해진 경우에는 (스텝 S2)로 진행하고, 그 이외의 경우에는, (스텝 S1)에 복귀된다.

컨트롤러(20)는 전환 밸브(11a)에 개방 지령을, 전환 밸브(11b)에 폐쇄 지령을 각각 출력한다(스텝 S2). 이것에 의해, 도 2에 도시하는 붐 실린더(6)의 보텀측의 유실(6a)에 메인 펌프(3)로부터의 압유가 제어 밸브(5)를 통하여 공급 가능하게 됨과 함께, 유압 펌프 모터(9)에의 회수 계통이 폐지된다.

컨트롤러(20)는 축전 수단(8)의 축전량이 고기준값의 범위인지 여부를 판단한다(스텝 S3). 구체적으로는, 미리 정한 축전 수단(8)의 축전량의 고기준값과 축전량 센서(17)가 검출한 축전 수단(8)의 축전량을 비교하여 판단한다. 축전 수단(8)의 축전량이 고기준값의 범위인 경우에는 (스텝 S4)로 진행하고, 그 이외의 경우에는, (스텝 S5)로 진행한다.

컨트롤러(20)는 전환 밸브(11c)에 개방 지령을, 발전·전동기(7)에 역행 지령을, 용량 제어 장치(3a)에 토출 유량 감소 지령을 각각 출력한다(스텝 S4). 이것에 의해, 도 2에 도시하는 발전·전동기(7)를 역행 구동하고, 유압 펌프 모터(9)를 유압 펌프로서 작동시켜, 유압 펌프 모터(9)로부터 토출된 압유를 부관로(33), 전환 밸브(11c)를 통하여 주관로(30)에 공급하고, 메인 펌프(3)로부터의 압유와 합류시킨다.

또한, 메인 펌프(3)의 토출 유량은, 유압 펌프 모터(9)로부터 공급된 압유의 분만큼 감소 제어되므로, 붐 실린더(6)에 공급되는 작동유의 양은 변화하지 않고, 구동원인 엔진(1)의 부하가 감소하므로, 엔진(1)의 연료 소비량을 감소시킬 수 있다.

한편, (스텝 S3)에 있어서, 축전 수단(8)의 축전량이 고기준값의 범위가 아닌 경우에는, 컨트롤러(20)는 축전 수단(8)의 축전량이 중 기준값의 범위인지 여부를 판단한다(스텝 S5). 구체적으로는, 미리 정한 축전 수단(8)의 축전량의 중 기준값과 축전량 센서(17)가 검출한 축전 수단(8)의 축전량을 비교하여 판단한다. 축전 수단(8)의 축전량이 중 기준값의 범위인 경우에는 (스텝 S6)으로 진행하고, 그 이외의 경우에는, (스텝 S7)로 진행한다.

컨트롤러(20)는 메인 펌프(3)의 토출압이 기준 압력값 이상(고)인지 여부를 판단한다(스텝 S6). 구체적으로는, 미리 정한 메인 펌프(3)의 토출압 기준 압력값과 압력 센서(16)가 검출한 메인 펌프(3)의 토출압 검출 신호를 비교하여 판단한다. 메인 펌프(3)의 토출압이 기준 압력값 이상(고)인 경우에는 (스텝 S4)로 진행하고, 그 이외의 경우에는, (스텝 S7)로 진행한다.

컨트롤러(20)는 전환 밸브(11c)에 개방 지령을, 발전·전동기(7)에 정지 지령을 각각 출력한다(스텝 S7). 이것에 의해, 도 2에 도시하는 발전·전동기(7)를 정지하고, 유압 펌프 모터(9)를 정지시켜, 유압 펌프 모터(9)로부터 토출된 압유의 주관로(30)에의 공급을 정지시킨다.

이어서, 상술한 본 발명의 건설 기계의 제1 실시 형태의 동작에 대하여 설명한다. 먼저, 도 3에 도시하는, 축전 수단(8)의 축전량이 저기준값의 범위 내일 때의 컨트롤러(20)의 제어에 대하여 설명한다. 상술한 바와 같이, 이 경우, 컨트롤러(20)는 압력 센서(16)가 검출한 메인 펌프(3)의 토출압 검출 신호의 값에 관계없이, 유압 펌프 모터(9)를 정지 제어한다.

도 2에 있어서, 붐 조작용의 제어 밸브(5)는 도시하지 않은 조작 레버의 조작량이 제로인 중립의 경우 배치를 나타내고 있다. 여기서, 접속 포트(5a와 5b)는 입구 포트(5c)와 출구 포트(5d)와 각각 차단되어 있고, 센터 포트(5T)가 연통하므로, 메인 펌프(3)로부터의 압유는 작동유 탱크(14)에 공급된다.

오퍼레이터에 의해, 도시하지 않은 조작 레버로 붐 올리기의 조작이 행하여지면, 파일럿 조작부(도시하지 않음)에 공급되는 파일럿 압력에 의해, 붐 조작용의 제어 밸브(5)는 우방향으로 이동하여 A 위치로 전환된다. 이것에 의해, 입구 포트(5c)와 접속 포트(5a)가 연통하고, 출구 포트(5d)와 접속 포트(5b)가 연통한다. 또한, 컨트롤러(20)는 입력된 메인 펌프(3)의 토출압과 축전 수단(8)의 축전량의 신호로부터, 도 3에 도시하는 판정 기준에 기초하여, 유압 펌프 모터(9)의 구동 제어 또는 정지 제어 중 어느 하나를 판단한다. 여기에서는, 정지 제어가 행하여진다. 컨트롤러(20)는 붐 올리기의 조작 신호를 입력하고, 전환 밸브(11a)의 전자 조작부에 개방 지령을, 전환 밸브(11b)의 전자 조작부에 폐쇄 지령을, 전환 밸브(11c)의 전자 조작부에 폐쇄 지령을 각각 출력한다. 또한, 발전·전동기(7)에는 정지 지령을 출력한다.

이것에 의해, 메인 펌프(3)로부터의 압유는, 제1 관로(31)를 통하여 붐 실린더(6)의 보텀측의 유실(6a)에 공급되고, 붐 실린더(6)의 로드측의 유실(6b) 내의 압유는, 제2 관로(32)를 통하여 작동유 탱크(14)에 배출된다. 이 결과, 붐 실린더(6)의 피스톤 로드가 신장한다.

한편, 이 상태로부터, 오퍼레이터에 의해 붐 내리기의 조작이 행하여지면, 파일럿 조작부(도시하지 않음)에 공급되는 파일럿 압력에 의해, 붐 조작용의 제어 밸브(5)는 좌방향으로 이동하여 B 위치로 전환된다. 이것에 의해, 입구 포트(5c)와 접속 포트(5b)가 연통하고, 출구 포트(5d)와 접속 포트(5a)가 연통한다. 또한, 컨트롤러(20)는 붐 내리기의 조작 신호를 입력하고, 전환 밸브(11a)의 전자 조작부에 폐쇄 지령을, 전환 밸브(11b)의 전자 조작부에 개방 지령을 각각 출력한다. 이것에 의해, 메인 펌프(3)로부터의 압유는, 제2 관로(32)를 통하여 붐 실린더(6)의 로드측의 유실(6b)에 공급되어, 붐 실린더(6)의 피스톤 로드가 축소됨과 함께, 붐 실린더(6)의 보텀측의 유실(6a)로부터 배출된 압유는, 부관로(33)를 통하여 유압 펌프 모터(9)에 유도된다. 이것에 의해, 유압 펌프 모터(9)는 유압 모터로서 작동하고, 발전·전동기(7)를 회전시킨다. 이때, 컨트롤러(20)는 발전·전동기(7)를 회전 방향과 역방향으로 토크가 발생하도록 회생 제어하고, 그 발전 전력을 축전 수단(8)에 축적한다.

이어서, 도 3에 도시하는, 축전 수단(8)의 축전량이 고기준값의 범위 내일 때의 컨트롤러(20)의 제어에 대하여 설명한다. 상술한 바와 같이, 이 경우, 컨트롤러(20)는 압력 센서(16)가 검출한 메인 펌프(3)의 토출압 검출 신호의 값에 관계없이, 유압 펌프 모터(9)를 구동 제어한다.

오퍼레이터에 의해, 도시하지 않은 조작 레버로 붐 올리기의 조작이 행하여지면, 제어 밸브(5) 등의 동작은 상술한 경우와 동일하다.

컨트롤러(20)는 입력된 메인 펌프(3)의 토출압과 축전 수단(8)의 축전량의 신호로부터, 도 3에 도시하는 판정 기준에 기초하여, 유압 펌프 모터(9)의 구동 제어 또는 정지 제어 중 어느 하나를 판단한다. 여기에서는, 구동 제어가 행하여진다. 컨트롤러(20)는 붐 올리기의 조작 신호를 입력하고, 전환 밸브(11a)의 전자 조작부에 개방 지령을, 전환 밸브(11b)의 전자 조작부에 폐쇄 지령을, 전환 밸브(11c)의 전자 조작부에 개방 지령을 각각 출력한다. 또한, 발전·전동기(7)에는 역행 지령을 출력하고, 유압 펌프 모터(9)를 유압 펌프로서 작동시켜, 유압 펌프 모터(9)로부터 토출된 압유를 부관로(33), 전환 밸브(11c)를 통하여 주관로(30)의 메인 펌프(3)가 토출하는 압유에 합류시킨다.

한편, 컨트롤러(20)는 용량 제어 장치(3a)에 토출 유량 감소 지령을 출력하고, 메인 펌프(3)의 용량을 감소 제어하고, 주관로(30)에 합류한 유압 펌프 모터(9)의 토출 유량분을 감소시킨다. 이것에 의해, 붐 실린더(6)에 공급되는 작동유의 양이, 유압 펌프 모터(9)의 구동/정지에 관계없이 변화하지 않는다. 이로 인해, 유압 펌프 모터(9)의 구동/정지에 의한 조작성의 변화가 발생하지 않는다. 또한, 메인 펌프(3)의 토출 유량을 감소시키므로, 구동원인 엔진(1)의 부하가 감소하여, 엔진(1)의 연료 소비량을 감소시킬 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 있어서는, 붐 실린더(6)를 예로 들어 설명하고 있지만, 이것에 한정하는 것은 아니다. 도 2에 도시하는 붐 실린더(6) 이외의 액추에이터가 배치되어 있는 경우에, 이 액추에이터에 작동유를 공급할 필요가 있을 때는, 컨트롤러(20)는 도 3에 도시하는 판정 기준을 사용하여 유압 펌프 모터(9)의 구동/정지를 판정한다. 유압 펌프 모터(9)를 구동하는 경우에는, 컨트롤러(20)는 전환 밸브(11c)의 전자 조작부에 개방 지령을 출력한다. 또한, 발전·전동기(7)에 역행 지령을 출력하고, 유압 펌프 모터(9)를 유압 펌프로서 작동시키고, 유압 펌프 모터(9)로부터 토출된 압유를 부관로(33), 전환 밸브(11c)를 통하여 주관로(30)의 메인 펌프(3)가 토출하는 압유에 합류시킨다. 또한, 용량 제어 장치(3a)에 토출 유량 감소 지령을 출력하여, 메인 펌프(3)의 용량을 감소 제어하여, 유압 펌프 모터(9)로부터의 추가된 토출 유량분을 감소시킨다.

이어서, 메인 펌프(3)의 토출압에 관계 없이 축전 수단(8)의 축전량에 의해, 유압 펌프 모터(9)의 구동 제어를 실시한 경우의 문제점에 대하여 도 5를 사용하여 설명한다. 도 5는 건설 기계에 있어서의 메인 펌프 및 유압 펌프 모터의 토출압과 토출 유량의 목표값과, 발전 전동기의 구동 토크와 유압 펌프 모터의 저항 토크의 관계의 일례를 도시하는 특성도이며, 본 실시 형태의 특징을 나타내기 위해서, 액추에이터에 작동유를 공급할 필요가 발생하는 레버 조작이 행하여져, 메인 펌프(3)의 토출압이 변화하는 경우로서, 축전 수단(8)의 축전량이 있을 때에, 유압 펌프 모터(9)를 구동하고, 축전 수단(8)의 축전량이 없어졌을 때에, 유압 펌프 모터(9)를 정지시킨 경우의 동작 일례를 나타내고 있다.

도 5에 있어서, 횡축은 시간을 나타내고 있고, 종축의 (A) 내지 (F)는 위로부터 순차적으로 축전 수단(8)의 축전량 V, 메인 펌프(3)의 토출압 Pm, 유압 펌프 모터(9)의 토출 유량의 목표값 Qh, 오일 메인 펌프(3)의 토출 유량의 목표값 Qm, 전환 밸브(11c)의 개폐 명령값 Cc, 발전·전동기(7)의 구동 토크 Tg와 유압 펌프 모터의 저항 토크 Tr을 나타내고 있다. 또한, 시각 t0은, 액추에이터에 작동유를 공급할 필요가 발생하는 레버 조작이 행하여진 시각, 시각 t1은, 유압 펌프 모터(9)를 구동하는 발전·전동기(7)에 의해 축전 수단(8)의 축전량이 소비되어, 축전량이 없어진 시각을 각각 나타내고 있다.

먼저, 축전 수단(8)의 축전량 V가 충분한 시각 t0부터 시각 t1의 사이에 있어서, 붐 올리기의 레버 조작이 행하여지면, 컨트롤러(20)는 붐 올리기의 조작 신호를 입력하고, 도 5의 (E)에 도시한 바와 같이, 전환 밸브(11c)의 전자 조작부에 개방 지령을 출력한다. 또한, 도 5의 (F)에 도시한 바와 같이, 발전·전동기(7)에는 역행 지령(토크 지령)을 출력하고, 유압 펌프 모터(9)를 유압 펌프로서 작동시키고, 유압 펌프 모터(9)로부터 토출된 압유를 부관로(33), 전환 밸브(11c)를 통하여 주관로(30)의 메인 펌프(3)가 토출하는 압유에 합류시킨다. 이때의 토크 지령은 도 5의 (C)에 도시하는 유압 펌프 모터(9)의 토출 유량의 목표값 Qs를 기초로 연산되고 있다.

한편, 컨트롤러(20)는 주관로(30)에 합류한 유압 펌프 모터(9)의 토출 유량분을 감소시키도록, 도 5의 (D)에 도시한 바와 같이 종래의 토출 유량 목표값 Qm1로부터 Qs분 감소시킨 목표값을 기초로, 용량 제어 장치(3a)에 토출 유량 감소 지령을 출력한다.

이어서, 시각 t1에 있어서, 도 5의 (A)에 도시하는 축전 수단(8)의 축전량 V가 없어져서, 유압 펌프 모터(9)는 정지 제어된다. 컨트롤러(20)는 도 5의 (D)에 도시한 바와 같이 토출 유량 목표값 Qm을 종래의 토출 유량 목표값 Qm1에 복귀시킴과 함께, 도 5의 (E)에 도시한 바와 같이, 전환 밸브(11c)의 전자 조작부에 폐쇄 지령을 출력한다. 메인 펌프(3)의 토출압 Pm은, 도 5의 (B)에 도시한 바와 같이, 시각 t1 이후, 더욱 점증하고 있다.

시각 t0부터 시각 t1의 사이에 유압 펌프 모터(9)는 구동 제어되어 있다. 이 시각 t0부터 시각 t1에 걸쳐서, 메인 펌프(3)의 토출압 Pm은, 도 5의 (B)에 도시한 바와 같이 점증해 간다. 이와 같이, 유압 펌프 모터(9)는 메인 펌프(3)의 토출압 Pm이 낮은 상태로부터 구동하기 때문에, 도 5의 (F)에 도시한 바와 같이, 발전·전동기(7)를 구동하는 토크 Tg에 차지하는 저항 토크 Tr의 비율이 높아져버린다. 그리고, 발전·전동기(7)를 구동하는 토크 Tg에 차지하는 저항 토크 Tr의 비율이 하락하여 온 때의 시각 t1로 있어서는, 축전 수단(8)의 축전량 V가 없어지기 때문에, 유압 펌프 모터(9)를 정지하지 않을 수 없게 된다. 즉, 회수한 에너지 V의 대부분이 저항 토크 Tr에서 소비되게 되어, 에너지 효율의 악화를 초래하고 있다.

따라서, 본 실시 형태에 있어서는, 축전 수단(8)의 축전량 V와 메인 펌프(3)의 토출압 Pm으로부터, 유압 펌프 모터(9)의 구동 효율을 판단하고, 유압 펌프 모터(9)의 구동·정지를 제어하는 구성으로 하고 있다. 도 6을 사용하여, 유압 펌프 모터(9)의 구동·정지 시의 메인 펌프(3)의 토출압 Pm과 발전·전동기(7)를 구동하는 토크 Tg의 거동에 대하여 설명한다. 도 6은 본 발명의 건설 기계의 제1 실시 형태에 있어서의 메인 펌프 및 유압 펌프 모터의 토출압과 토출 유량의 목표값과, 발전 전동기의 구동 토크와 유압 펌프 모터의 저항 토크의 관계의 일례를 도시하는 특성도이다. 도 6에 있어서, 도 2 내지 도 5에 도시하는 부호와 동일한 부호의 것은 동일 부분이므로, 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 시각 t2는, 액추에이터에 작동유를 공급할 필요가 발생하는 레버 조작이 행하여진 시각, 시각 t3은, 메인 펌프(3)의 토출압 Pm이 기준 압력 Pth 이상이 된 시각, 시각 t4는, 메인 펌프(3)의 토출압 Pm이 기준 압력 Pth 미만이 된 시각을 각각 나타내고 있다. 기준 압력 Pth의 설정 방법 등에 대해서는 후술한다.

또한, 도 6의 (A)에 도시하는 축전 수단(8)의 축전량 V는, 시각 t2부터 시각 t4의 사이의 어떤 경우에도, 컨트롤러(20)의 중 기준값의 범위 내인 경우를 나타내고 있다.

먼저, 시각 t2에 있어서, 붐 올리기의 레버 조작이 행하여지면, 컨트롤러(20)는 붐 올리기의 조작 신호를 입력하고, 도 6의 (D)에 도시한 바와 같이, 메인 펌프(3)의 토출 유량의 목표값 Qm을 Qm1까지 상승시킨다. 시각 t2부터 시각 t3 이전까지는, 메인 펌프(3)의 토출압 Pm이 기준 압력값 Pth 미만이므로, 컨트롤러(20)는 유압 펌프 모터(9)를 구동 제어하지 않는다. 즉, 메인 펌프(3)로부터 토출된 압유만이 붐 실린더(6)에 공급되어 있다.

다음으로 시각 t3에 있어서는, 도 6의 (B)에 도시한 바와 같이, 메인 펌프(3)의 토출압 Pm이 기준 압력값 Pth 이상이 된다. 여기서, 컨트롤러(20)는 도 6의 (E)에 도시한 바와 같이, 전환 밸브(11c)의 전자 조작부에 개방 지령을 출력한다. 또한, 도 6의 (F)에 도시한 바와 같이, 발전·전동기(7)에, 역행 지령(토크 지령)을 출력한다. 역행 지령(토크 지령)은 도 6의 (C)에 도시하는 유압 펌프 모터(9)의 토출 유량의 목표값 Qs를 기초로 연산하여 산출된다.

또한, 컨트롤러(20)는 주관로(30)에 합류한 유압 펌프 모터(9)의 토출 유량분을 감소시키도록, 도 6의 (D)에 도시한 바와 같이 종래의 토출 유량 목표값 Qm1로부터 Qs분 감소시킨 목표값을 기초로, 용량 제어 장치(3a)에 토출 유량 감소 지령을 출력한다.

이어서, 시각 t4에 있어서, 도 6의 (B)에 도시한 바와 같이, 메인 펌프(3)의 토출압 Pm이 기준 압력값 Pth 미만이 되어, 유압 펌프 모터(9)는 정지 제어된다. 컨트롤러(20)는 도 6의 (D)에 도시한 바와 같이 토출 유량 목표값 Qm을 종래의 토출 유량 목표값 Qm1에 복귀시킴과 함께, 도 6의 (E)에 도시한 바와 같이, 전환 밸브(11c)의 전자 조작부에 폐쇄 지령을 출력한다. 메인 펌프(3)의 토출압 Pm은, 도 6의 (B)에 도시한 바와 같이, 시각 t4 이후, 더욱 점감하고 있다.

시각 t3부터 시각 t4의 사이에 유압 펌프 모터(9)는 구동 제어되어 있다. 이 시각 t3부터 시각 t4에 걸쳐서, 메인 펌프(3)의 토출압 Pm은, 도 6의 (B)에 도시한 바와 같이, 기준 압력 Pth 이상의 범위에 있다. 이와 같이, 유압 펌프 모터(9)는 메인 펌프(3)의 토출압 Pm이 기준 압력 Pth 이상의 범위에서 구동하기 때문에, 도 6의 (F)에 도시한 바와 같이, 발전·전동기(7)를 구동하는 토크 Tg에 차지하는 저항 토크 Tr의 비율을 낮게 할 수 있다. 이와 같이, 본 실시 형태에 의하면, 유압 펌프 모터(9)의 구동 효율이 높은 범위에서 유압 펌프 모터(9)를 구동 제어하므로, 회수한 에너지 V를 효율적으로 사용할 수 있다.

이어서, 메인 펌프(3)의 토출압 기준 압력값 Pth의 설정에 대해서, 도 7을 사용하여 설명한다. 도 7은 본 발명의 건설 기계의 제1 실시 형태를 구성하는 유압 펌프 모터의 구동 효율의 특성 일례를 도시하는 특성도이다. 도 7에 있어서, 횡축은 유압 펌프 모터(9)의 펌프 토출압 Pp를, 종축은 유압 펌프 모터(9)의 펌프 구동 효율 Ep를 나타낸다.

도 7에 도시한 바와 같이, 유압 펌프 모터(9)의 구동 효율 Ep는, 유압 펌프 모터(9)의 토출압 Pp에 따라서 점증하고, 소정의 토출압에서 최대가 된다. 이로 인해, 본 실시 형태와 같이, 메인 펌프(3)의 토출 압력이 기준 압력 Pth 이상인 때에, 유압 펌프 모터(9)를 구동하도록 하면, 구동 효율의 향상이 도모된다. 여기서, 유압 펌프 모터(9)의 구동 효율은, 유압 펌프 모터(9)를 펌프 구동하는 원동기(전동·발전기(7))의 출력에 대한 유압 펌프 모터(9)의 출력 비율로서 정의할 수 있다. 여기서, 원동기의 출력으로서, 예를 들어, 축전 수단(8)으로부터의 출력을 사용해도 된다.

또한, 기준 압력값 Pth의 설정 방법으로서는, 건설 기계의 일반적인 작업 형태에 있어서, 유압 펌프 모터(9)를 역행·회생 제어한 경우에, 축전 수단(8)의 충방전량의 밸런스가 유지되는 압력값을 미리 실험 등에 의해 결정하여 설정해도 된다.

상술한 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서는, 유압 펌프 모터(9)의 구동 효율이 높은 범위에서 유압 펌프 모터(9)를 구동 제어하는 것을 특징으로 하는데, 이 유압 펌프 모터(9)의 구동 효율이 높은 범위에 대해서는, 이하와 같이 설정해도 된다.

도 3에 도시한 바와 같이, 컨트롤러(20)는 메인 펌프(3)의 토출압 Pm이 기준 압력값 Pth보다 높은지 낮은지로 유압 펌프 모터(9)의 구동·정지 제어를 판정하고 있지만, 이 메인 펌프(3)의 토출압 Pm 대신에, 유압 펌프 모터(9)를 구동하기 위하여 필요한 발전·전동기(7)의 토크가 기준 토크보다 높은지 낮은지로 판정해도 된다. 유압 펌프 모터(9)를 구동하기 위한 토크가 높을수록 유압 펌프 모터(9)의 구동 효율이 높아지는 경향이 있기 때문이다. 이 경우, 축전량이 중 기준값의 범위 내인 때에는, 발전·전동기(7)의 토크가 기준 토크보다도 높은 때에 구동 제어하고, 낮은 때에 정지 제어한다. 또한, 이 경우, 발전·전동기(7)의 토크를 검출하는 토크 검출 수단으로서는, 토크 센서를 설치해도 되고, 발전 전동기(7)에 공급되는 전력을 계측해도 된다.

또한, 도 3에 있어서, 컨트롤러(20)는 축전량이 중 기준값의 범위 내인 때, 메인 펌프(3)의 토출압 Pm이 기준 압력값 Pth보다 높은지 낮은지로 유압 펌프 모터(9)의 구동·정지 제어를 판정하고 있지만, 기준 압력값의 고저 대신에, 메인 펌프(3)의 토출압 Pm이 소정의 범위 내인 때에 구동 제어하고, 소정의 범위 외인 때에 정지 제어하도록 해도 된다. 이러한 설정을 함으로써, 예를 들어, 유압 펌프 모터(9)의 구동 효율의 특성이, 피크값의 토출압을 초과하여 토출압의 증가에 의해 저하되는 것이어도, 고효율의 범위에서 구동·정지 제어할 수 있으므로, 회수한 에너지를 효율적으로 사용할 수 있다.

또한, 컨트롤러(20)의 유압 펌프 모터(9)의 구동 조건의 일례를 도 3에 도시했지만, 도 8과 같이 설정해도 된다. 도 8은 본 발명의 건설 기계의 제1 실시 형태를 구성하는 컨트롤러에 있어서의 유압 펌프 모터 구동 조건의 다른 예를 도시하는 표도이다.

도 8은, 유압 펌프 모터(9)의 구동 제어에 있어서의 구동량을 「대 구동」과 「소 구동」으로 구분하고, 단계적으로 변화시킨 점이 도 3과 상이하다. 「대 구동」 「소 구동」은, 유압 펌프 모터(9)의 토출 유량의 목표값의 대소를 나타내고 있고, 그 목표값은 컨트롤러(20)에 미리 설정해 둔다. 또한, 유압 펌프 모터(9)의 구동량을 도 7보다도 또한 미세하게 단계적으로 설정해도 되고, 연속적으로 변화되도록 설정해도 된다.

또한, 도 3이나 도 8에 도시한 유압 펌프 모터(9)의 「구동/정지」 대신에, 「구동/회전수를 저하시켜서 구동」으로 해도 된다. 이 경우, 유압 펌프 모터(9)는 항상 회전하고 있으므로, 높은 회전수가 필요한 때에, 회전수를 빠르게 상승시킬 수 있다. 또한, 유압 펌프 모터(9)를 항상 회전시키는 경우에는, 유압 펌프 모터(9)의 토출측에 언로드판을 설치하고, 유압 펌프 모터(9)를 소정 회전수 미만으로 구동할 때는, 부하가 걸리지 않도록 해도 된다.

상술한 본 발명의 건설 기계의 제1 실시 형태에 의하면, 회수한 에너지를 효율적으로 사용함으로써, 동력원인 엔진(1)의 동력을 저감하여 건설 기계 전체의 연소량 소비를 대폭으로 저감할 수 있는 건설 기계를 제공할 수 있다. 이 결과, 건설 기계의 가동 시간이 연장되므로, 생산성이 향상된다.

또한, 본 실시 형태에 있어서, 유압 펌프 모터(9)와 메인 펌프(3)의 토출 유량의 목표값의 변화를 스텝 형상으로 한 경우를 도 5에 도시하고 있지만, 이것에 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 이들을 원활하게 변화시켜도 된다.

또한, 토출압의 변동이 큰 경우에, 유압 펌프 모터(9)의 구동/정지 제어가 빈번히 전환되지 않도록, 컨트롤러(20)는 평균화 처리(저역 통과 필터 처리)를 행한 후의 토출압 신호를 사용해도 되고, 유압 펌프 모터(9)의 구동을 개시하는 토출압의 값을, 유압 펌프 모터(9)를 정지하는 토출압의 값보다도 높게 하여 히스테리시스를 갖게 해도 된다.

실시예 2

이하, 본 발명의 건설 기계의 제2 실시 형태를 도면을 사용하여 설명한다. 도 9는 본 발명의 건설 기계의 제2 실시 형태를 구성하는 전동·유압 기기의 시스템 구성도이다. 도 9에 있어서, 도 2 내지 도 8에 도시하는 부호와 동일한 부호의 것은 동일 부분이므로, 그 상세한 설명은 생략한다.

도 9에 도시하는 본 발명의 건설 기계의 제2 실시 형태는, 대략 제1 실시 형태와 동일한 기기로 구성되지만, 이하의 구성이 상이하다.

제1 실시 형태에 있어서는, 작동유 공급 회로(10)를 작동유 전환부로서의 전환 밸브(11c)로 구성하고, 유압 펌프 모터(9)가 토출한 작동유의 주관로(30)에의 합류의 유무를 컨트롤러(20)로부터의 지령에 의해 제어했지만, 본 실시 형태에 있어서는, 작동유 공급 회로(10)를 작동유 전환부로서의 전환 밸브(15)로 구성하고, 제어 밸브(5) 및 액추에이터에의 작동유의 공급 계통의 선택을 컨트롤러(20)로부터의 지령에 의해 제어하고 있다. 또한, 압력 센서(18)가 유압 펌프 모터(9)의 토출압을 검출하기 위해서, 부관로(33)에 설치되어 있다. 압력 센서(18)로부터의 유압 펌프 모터(9)의 토출압 검출 신호는 컨트롤러(20)에 입력되고 있다.

도 9에 있어서, 작동유 공급 회로(10)는 3 포트 2 위치의 전자 전환 밸브인 전환 밸브(15)로 구성하고 있다. 전환 밸브(15)의 한쪽의 입구 포트에는, 유압 펌프 모터(9)로부터의 압유가 토출되는 부관로(33)가 접속되고, 다른 쪽의 입구 포트에는, 메인 펌프(3)로부터의 압유가 토출되는 주관로(30)의 상류측이 접속되어 있다. 전환 밸브(15)의 출구 포트에는, 주관로(30)의 하류측의 타단부가 접속되어 있다. 전환 밸브(15)의 전자 조작부는 컨트롤러(20)에 접속되어 있다.

본 실시 형태에 있어서, 컨트롤러(20)는 제어 밸브(5) 및 액추에이터에의 작동유의 공급 계통을, 메인 펌프(3)가 토출한 작동유 계통 또는 유압 펌프 모터(9)가 토출한 작동유 계통 중 어느 한쪽으로 선택한다. 따라서, 본 실시 형태를 구성하는 유압 펌프 모터(9)의 용량은, 메인 펌프(3)의 용량과 대략 동일로 할 필요가 있고, 이 점이 제1 실시 형태와 상이하다.

이어서, 본 발명의 건설 기계의 제2 실시 형태의 동작에 대하여 설명한다.

컨트롤러(20)는 입력된 메인 펌프(3)의 토출압과 축전 수단(8)의 축전량과의 신호로부터, 도 3에 도시하는 판정 기준에 기초하여, 유압 펌프 모터(9)의 구동 제어 또는 정지 제어 중 어느 하나를 판단한다. 유압 펌프 모터(9)를 구동 제어하는 경우, 컨트롤러(20)는 전환 밸브(11a)의 전자 조작부에 개방 지령을, 전환 밸브(11b)의 전자 조작부에 폐쇄 지령을, 전환 밸브(15)의 전자 조작부로 전환 지령을 각각 출력한다. 전환 밸브(15)는 A 위치로부터 B 위치로 이동한다. 또한, 발전·전동기(7)에는 역행 지령을 출력하고, 유압 펌프 모터(9)를 유압 펌프로서 작동시켜, 유압 펌프 모터(9)로부터 토출된 압유를 부관로(33), 전환 밸브(15)를 통하여 주관로(30)에 공급시킨다.

한편, 컨트롤러(20)는 용량 제어 장치(3a)에 토출 유량 감소 지령을 출력하고, 메인 펌프(3)의 용량을 감소 제어하고, 메인 펌프(3)의 토출 유량을 대략 0 또는 극미소량으로 한다.

이와 같이, 유압 펌프 모터(9)에 의한 작동유의 공급을 계속할 경우, 컨트롤러(20)는 도 3에 도시하는 판정 기준에 있어서의 메인 펌프(3)의 토출압에 대해서는, 압력 센서(18)가 검출한 유압 펌프 모터(9)의 토출압 검출 신호를 적용한다.

도 3에 있어서, 예를 들어, 축전 수단(8)의 축전량이, 중 기준값의 범위 내이며, 유압 펌프 모터(9)의 토출압이 기준 압력 Pth 미만이 된 경우, 컨트롤러(20)는 유압 펌프 모터(9)를 정지 제어한다. 컨트롤러(20)는 전환 밸브(15)의 전자 조작부에 B 위치로부터 A 위치로의 전환 지령을 출력하고, 발전·전동기(7)에의 역행 지령의 출력을 정지한다.

한편, 용량 제어 장치(3a)에 토출 유량 감소 지령으로부터 토출 유량 증가 지령으로 변경하고, 메인 펌프(3)의 토출 유량을 전환 밸브(15)가 A 위치였을 때의 유량까지 복귀시킨다. 이와 같이, 유압 펌프 모터(9)를 구동 제어함으로써, 메인 펌프(3)를 구동하는 원동기인 엔진(1)의 연료 소비량을 저감할 수 있다.

상술한 본 발명의 건설 기계의 제2 실시 형태에 의하면, 상술한 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

또한, 상술한 본 발명의 실시 형태에 있어서는, 컨트롤러가, 유압 펌프 모터(9)의 구동 효율을 기초로, 미리 정한 기준값 이상인 때에, 유압 펌프 모터(9)를 구동 제어하고, 미리 정한 기준값 미만인 때에, 유압 펌프 모터(9)를 정지 제어하는 형태에 대하여 설명했지만, 이것에 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 미리 정한 기준값 이상인 때에, 유압 펌프 모터(9)를 구동 제어하는 것이라면, 정지 제어에 대해서는, 다른 수단에 의한 것이어도 된다.

또한, 상술한 본 발명의 실시 형태에 있어서는, 메인 펌프(3)의 원동기를, 엔진(1)과 연료 탱크(2)로 구성한 경우에 대하여 설명했지만, 이것에 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 전동기와 전력원(전원이나 축전 수단)이어도 된다. 이 경우도 마찬가지의 효과가 얻어진다.

또한, 상술한 본 발명의 실시 형태에 있어서는, 유압 펌프 모터(9)의 원동기를 발전·전동기(7)와 축전 수단(8)으로 구성한 경우에 대하여 설명했지만, 이것에 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 유압 펌프 모터와 어큐뮬레이터여도 된다. 또한, 치환한 유압 펌프 모터와 제1 실시 형태의 유압 펌프 모터(9) 중 적어도 한쪽을 가변 용량형으로 하여, 어큐뮬레이터의 압력과 유압 펌프 모터(9)의 토출압 비율을 변경할 수 있도록 해도 된다.

1: 엔진(제1 원동기)
2: 연료 탱크
3: 메인 펌프(제1 유압 펌프)
4: 컨트롤 밸브
5: 붐 조작용의 제어 밸브
6: 붐 실린더(액추에이터)
7: 발전·전동기(제2 원동기)
8: 축전 수단(에너지 축적 수단)
9: 유압 펌프 모터(제2 유압 펌프)
10: 작동유 공급 회로
11a: 전환 밸브
11b: 전환 밸브
11c: 전환 밸브(작동유 전환부)
12: 릴리프 밸브
13: 릴리프 밸브
14: 작동유 탱크
15: 전환 밸브(작동유 전환부)
16: 압력 센서(토출압 검출 수단)
17: 축전량 센서(에너지 검출 수단)
18: 압력 센서
20: 컨트롤러(제어 장치)
30: 주관로
33: 부관로

Claims (7)

1. 액추에이터와, 상기 액추에이터를 구동하기 위한 작동유를 토출하는 제1 유압 펌프와, 상기 제1 유압 펌프를 구동하는 제1 원동기와, 상기 액추에이터를 구동하기 위한 작동유를 토출하는 제2 유압 펌프와, 상기 제2 유압 펌프를 구동하는 제2 원동기와, 상기 제2 원동기를 구동하기 위한 에너지를 축적하는 에너지 축적 수단과, 상기 제1 유압 펌프가 토출한 작동유와 상기 제2 유압 펌프가 토출한 작동유를 받아들이고, 이 합류한 작동유, 또는, 어느 한쪽의 선택한 작동유를 상기 액추에이터에 공급하는 작동유 전환부를 갖는 작동유 공급 회로를 구비한 건설 기계로서,
   상기 제2 유압 펌프의 구동 효율이 미리 설정한 설정값보다 높아지는 때에, 상기 작동유 전환부로 전환 지령을 출력하고, 상기 제2 원동기에 구동 지령을 출력하는 제어 장치를 구비한
   것을 특징으로 하는 건설 기계.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제2 유압 펌프의 구동 효율이 미리 설정한 설정값보다 낮아질 때에, 상기 작동유 전환부로 전환 지령을 출력하고, 상기 제2 원동기에 회전수 저하 지령, 또는 정지 지령을 출력하는 제어 장치를 더 구비한
   것을 특징으로 하는 건설 기계.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1 유압 펌프의 토출압을 검출하는 토출압 검출 수단을 더 구비하고,
   상기 제어 장치는, 상기 토출압 검출 수단이 검출한 상기 제1 유압 펌프의 토출압을 취득하고, 상기 제1 유압 펌프의 토출압이 미리 정한 기준 압력보다도 높은 때에 상기 제2 원동기에 구동 지령을 출력하고, 상기 제1 유압 펌프의 토출압이 미리 정한 기준 압력보다도 낮은 때에 상기 제2 원동기에 회전수 저하 지령, 또는 정지 지령을 출력하고,
   상기 제1 유압 펌프의 토출압이 미리 정한 기준 압력보다도 높은 때에, 상기 제1 유압 펌프가 토출한 작동유와 상기 제2 유압 펌프가 토출한 작동유를 받아들이고, 이 합류한 작동유, 또는, 상기 제2 유압 펌프가 토출한 작동유를 상기 액추에이터에 공급하고, 상기 제1 유압 펌프의 토출압이 미리 정한 기준 압력보다도 낮은 때에 상기 제1 유압 펌프가 토출한 작동유를 상기 액추에이터에 공급하도록 상기 작동유 전환부로 전환 지령을 출력하는
   것을 특징으로 하는 건설 기계.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 에너지 축적 수단의 출력을 검출하는 출력 검출 수단을 더 구비하고,
   상기 제어 장치는, 상기 출력 검출 수단이 검출한 상기 에너지 축적 수단의 출력을 취득하고, 상기 에너지 축적 수단의 출력에 대한 상기 제2 유압 펌프의 출력 비율이 미리 정한 기준값보다도 높은 때에 상기 제2 원동기에 구동 지령을 출력하고, 상기 에너지 축적 수단의 출력에 대한 상기 제2 유압 펌프의 출력 비율이 미리 정한 기준값보다도 낮은 때에 상기 제2 원동기에 회전수 저하 지령, 또는 정지 지령을 출력하고,
   상기 에너지 축적 수단의 출력에 대한 상기 제2 유압 펌프의 출력 비율이 미리 정한 기준값보다도 높은 때에, 상기 제1 유압 펌프가 토출한 작동유와 상기 제2 유압 펌프가 토출한 작동유를 받아들이고, 이 합류한 작동유, 또는, 상기 제2 유압 펌프가 토출한 작동유를 상기 액추에이터에 공급하고, 상기 에너지 축적 수단의 출력에 대한 상기 제2 유압 펌프의 출력 비율이 미리 정한 기준값보다도 낮은 때에, 상기 제1 유압 펌프가 토출한 작동유를 상기 액추에이터에 공급하도록 상기 작동유 전환부로 전환 지령을 출력하는
   것을 특징으로 하는 건설 기계.
5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제2 원동기의 구동 토크를 검출하는 토크 검출 수단을 더 구비하고,
   상기 제어 장치는, 상기 토크 검출 수단이 검출한 상기 제2 원동기의 구동 토크를 취득하고, 상기 제2 원동기의 구동 토크가 미리 정한 기준 토크보다도 높은 때에 상기 제2 원동기에 구동 지령을 출력하고, 상기 제2 원동기의 구동 토크가 미리 정한 기준 토크보다도 낮은 때에 상기 제2 원동기에 회전수 저하 지령, 또는 정지 지령을 출력하고,
   상기 제2 원동기의 구동 토크가 미리 정한 기준 토크보다도 높은 때에, 상기 제1 유압 펌프가 토출한 작동유와 상기 제2 유압 펌프가 토출한 작동유를 받아들이고, 이 합류한 작동유, 또는, 상기 제2 유압 펌프가 토출한 작동유를 상기 액추에이터에 공급하고, 상기 제2 원동기의 구동 토크가 미리 정한 기준 토크보다도 낮은 때에, 상기 제1 유압 펌프가 토출한 작동유를 상기 액추에이터에 공급하도록 상기 작동유 전환부로 전환 지령을 출력하는
   것을 특징으로 하는 건설 기계.
6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1 유압 펌프의 토출압을 검출하는 토출압 검출 수단을 더 구비하고,
   상기 제어 장치는, 상기 토출압 검출 수단이 검출한 상기 제1 유압 펌프의 토출압을 취득하고, 상기 제1 유압 펌프의 토출압이 미리 정한 기준 압력의 범위 내일 때에 상기 제2 원동기에 구동 지령을 출력하고, 상기 제1 유압 펌프의 토출압이 미리 정한 기준 압력의 범위 밖일 때에 상기 제2 원동기에 회전수 저하 지령, 또는 정지 지령을 출력하고,
   상기 제1 유압 펌프의 토출압이 미리 정한 기준 압력의 범위 내일 때에, 상기 제1 유압 펌프가 토출한 작동유와 상기 제2 유압 펌프가 토출한 작동유를 받아들이고, 이 합류한 작동유, 또는, 상기 제2 유압 펌프가 토출한 작동유를 상기 액추에이터에 공급하고, 상기 제1 유압 펌프의 토출압이 미리 정한 기준 압력의 범위 밖일 때에, 상기 제1 유압 펌프가 토출한 작동유를 상기 액추에이터에 공급하도록 상기 작동유 전환부로 전환 지령을 출력하는
   것을 특징으로 하는 건설 기계.
7. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 에너지 축적 수단의 에너지 축적량을 검출하는 에너지 검출 수단을 더 구비하고,
   상기 제어 장치는, 상기 에너지 검출 수단이 검출한 상기 에너지 축적 수단의 에너지 축적량을 취득하고, 상기 에너지 축적 수단의 에너지 축적량이 미리 정한 기준 에너지보다도 높은 때에 상기 제2 원동기에 구동 지령을 출력하고, 상기 에너지 축적 수단의 에너지 축적량이 미리 정한 기준 에너지보다도 낮은 때에 상기 제2 원동기에 회전수 저하 지령, 또는 정지 지령을 출력하고,
   상기 에너지 축적 수단의 에너지 축적량이 미리 정한 기준 에너지보다도 높은 때에, 상기 제1 유압 펌프가 토출한 작동유와 상기 제2 유압 펌프가 토출한 작동유를 받아들이고, 이 합류한 작동유, 또는, 상기 제2 유압 펌프가 토출한 작동유를 상기 액추에이터에 공급하고, 상기 에너지 축적 수단의 에너지 축적량이 미리 정한 기준 에너지보다도 낮은 때에, 상기 제1 유압 펌프가 토출한 작동유를 상기 액추에이터에 공급하도록 상기 작동유 전환부로 전환 지령을 출력하는
   것을 특징으로 하는 건설 기계.

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