WO2006129422A1 - 作業機械 - Google Patents

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WO2006129422A1
WO2006129422A1 PCT/JP2006/307532 JP2006307532W WO2006129422A1 WO 2006129422 A1 WO2006129422 A1 WO 2006129422A1 JP 2006307532 W JP2006307532 W JP 2006307532W WO 2006129422 A1 WO2006129422 A1 WO 2006129422A1
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generator
cylinder
motor
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Shoji Tozawa
Madoka Binnaka
Hideto Furuta
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Shin Caterpillar Mitsubishi Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to a work machine provided with a hybrid drive device.
  • a drive device for a work machine such as a hydraulic excavator has a hybrid drive device including a generator driven by an engine and a capacitor that stores electric power generated by the generator.
  • An electric motor or electric generator that operates with electric power supplied from at least one of these generators and capacitors drives a pump or a pump motor.
  • a boom control circuit that controls a boom cylinder operates a motor / generator by electric power supplied from a generator or a capacitor to drive a pump / motor.
  • the control circuit for the stick to be controlled is to operate the electric motor for the stick by the electric power supplied with the generator or the power of the capacitor, and to drive the pump for the stick.
  • the control circuit for the packet to control the bucket cylinder In this type, the packet motor is driven by the electric power supplied to the generator or the capacitor, and the packet pump is driven.
  • the boom cylinder drive circuit includes a bi-directional discharge type pump motor having both a pump function for supplying a working fluid and a fluid pressure motor function for receiving a supply of the working fluid in a closed circuit. It is equipped with an electric generator that has both an electric motor function that is driven by electric power supplied from a generator or a capacitor and drives a pump motor, and an electric generator function that is driven by the pump motor and generates electric power (for example, see Patent Document 1).
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-190845 (Page 1, Page 7, Figure 1)
  • the combination of the pump / motor and the motor / generator is limited to a closed circuit, and cannot be applied to an open circuit for returning the discharged return fluid to the tank.
  • the present invention has been made in view of the above points, and provides a work machine that can easily obtain a flow rate required by a boom control circuit by making the boom control circuit independent. With the goal.
  • the invention described in claim 1 is provided with an upper turning body that can be turned by an electric motor for rotation and a generator for a lower traveling body that can be driven by a traveling motor.
  • a working machine provided with a working device in which a boom rotated by a stick, a stick rotated by a stick cylinder, and a packet rotated by a bucket cylinder are sequentially connected, and is driven by the engine.
  • the motor-generator that functions as a generator and functions as a motor upon receiving power supply, and the motor-generator that stores the power supplied from the motor-generator functioning as the generator and functions as a motor
  • a hybrid provided with a capacitor for supplying electric power to the motor and a main pump driven by at least one of an engine and an electric generator.
  • the travel 'stick' packet control circuit that controls the working fluid supplied to the travel motor, stick cylinder and bucket cylinder from the main pump of the hybrid drive unit
  • This boom pump is equipped with a boom pump installed on the boom.
  • the boom control circuit controls the working fluid supplied to the boom cylinder, and the power of the hybrid drive unit is charged.
  • a hybrid drive driven by an energy regenerative motor Boom electric generator that functions as a motor that functions as a generator that supplies electric power to the storage battery of the moving device and that functions as an electric motor by the electric power supplied from the electric storage battery, and an electric motor for the boom that functions as an electric motor Boom
  • This is a working machine equipped with a clutch that disconnects the pump power for the boom electric generator that transmits power to the pump and functions as a generator.
  • the invention described in claim 2 is provided with an upper rotating body that can be rotated by an electric motor for rotation * generator for a lower traveling body that can be driven by a traveling motor, and the upper rotating body is provided with a boom cylinder.
  • a working machine provided with a working device in which a boom rotated by a stick, a stick rotated by a stick cylinder, and a packet rotated by a bucket cylinder are sequentially connected, and is driven by the engine.
  • An electric generator that functions as a generator and functions as an electric motor by receiving power supply, and an electric generator that stores electric power supplied from an electric generator that functions as a generator and functions as an electric motor
  • a hybrid provided with a capacitor for supplying electric power to the motor and a main pump driven by at least one of an engine and an electric generator.
  • a hydraulic pressure actuator control circuit that controls the working fluid supplied from the main pump of the hybrid drive device to the travel motor, boom cylinder, stick cylinder, and bucket cylinder, and the capacitor power of the hybrid drive device. Electricity for turning with the generated electric power. ⁇ Electricity for turning that actuates as a generator when the upper turning body is turned and braked. * Generator power is equipped with a turning control circuit that collects the generated power in a capacitor.
  • the fluid pressure actuator control circuit is provided in the return fluid passage through which the boom assist pump that assists the flow rate of the working fluid supplied to the main pump power boom cylinder of the hybrid drive unit and the return fluid discharged from the boom cylinder.
  • Energy regenerative motor and energy regenerative motor This is a work machine equipped with a boom electric motor / generator that functions as a generator that is driven by the electric power and supplies electric power to the electric accumulator of the hybrid drive device and that also functions as an electric motor by the electric power supplied by the electric accumulator.
  • the invention described in claim 3 is provided in the return fluid passage of the energy regenerative motor force boom side force of the boom cylinder in the work machine described in claim 1 or 2.
  • the return fluid path in the work machine according to any one of claims 1 to 3 is configured such that one return path having an energy regeneration motor and an energy regeneration motor are provided.
  • the other return passage branched on the upstream side and a flow rate control valve for controlling a flow rate ratio between the flow rate in one return passage and the flow rate in the other return passage are provided.
  • the hydraulic pressure actuator control circuit in the work machine described in claim 2 functions as an electric motor for a boom functioning as an electric motor.
  • a boom electric motor / generator that functions as a boom is equipped with a clutch that also disconnects the boom assist pump power.
  • the invention described in claim 6 is provided with a plurality of main pumps in the work machine according to any one of claims 2 to 5, and the fluid pressure actuator control circuit has one main pump force boom cylinder Working fluid supply passage for the boom cylinder supplying working fluid to the working fluid, working fluid supply passage force for the boom cylinder branching, working fluid supply passage for the bucket cylinder for supplying working fluid to the bucket cylinder, and other main pumps From the working fluid supply passage for the stick cylinder that supplies the working fluid to the stick cylinder, the branching portion of the working fluid supply passage for the boom cylinder, and the boom assist pump. Position where the working fluid can be supplied to the bucket cylinder as a one-way flow to the boom cylinder.
  • the invention described in claim 7 is the work machine according to claim 6, wherein the stick-boom circuit connecting passage that connects the working fluid supply passage for the stick cylinder and the head side of the boom cylinder is provided.
  • the stick-boom circuit connecting passage that connects the working fluid supply passage for the stick cylinder and the head side of the boom cylinder is provided.
  • Stick 'Attached in the inter-circuit communication passage between the booms the working fluid supply passage force for the stick cylinder is displaced between the position where the one-way flow to the head side of the boom cylinder is possible and the position where the flow is blocked.
  • Stick 'boom electromagnetic between And a valve Stick 'boom electromagnetic between And a valve.
  • the main pump force driving motor, the stick cylinder and the bucket cylinder control circuit for controlling the working fluid supplied to the driving motor, the stick cylinder and the bucket cylinder of the hybrid drive device.
  • the boom control circuit that has a boom pump installed separately from the main pump of the hybrid drive device and controls the working fluid supplied to the boom pump force boom cylinder is independent.
  • Boom control circuit requires the boom control circuit without being affected by the working fluid supplied to the travel motor, stick cylinder and bucket cylinder by controlling the rotation speed of the boom pump with a generator The flow rate can be easily obtained.
  • the boom control circuit efficiently inputs power to the unloaded boom electric generator from the energy regenerative motor operated by the return fluid discharged by the boom cylinder force when the clutch is disengaged.
  • the electric power generated by the boom can be stored in the battery, and when the clutch is connected, the boom pump is driven by the electric generator for the boom that functions as an electric motor by the electric power of the battery. Since the working fluid can be supplied from the boom cylinder to the boom cylinder, the energy of the return fluid discharged from the boom cylinder force can be effectively regenerated even in an open circuit.
  • the fluid pressure actuator control circuit controls the working fluid supplied from the main pump of the hybrid drive device to the travel motor, boom cylinder, stick cylinder, and bucket cylinder.
  • the boom cylinder force is also discharged from the energy regenerative motor operated by the return fluid.
  • the electric power for the boom can be stored in the battery of the hybrid drive unit.
  • the boom assist pump can be driven by the electric motor for the boom that functions as an electric motor with the electric power of the electric power of the hybrid drive unit, and the working fluid can be supplied from the boom assist pump to the boom cylinder. Effectively uses the energy of the return fluid discharged from the boom cylinder I can regenerate.
  • an energy regenerative motor is provided in one return passage through which the return fluid discharged by the boom cylinder force passes, and the return flow rate passing through the energy regenerative motor and the energy regenerative motor Since the flow rate ratio control valve controls the flow rate ratio with the return flow rate in the other return passage that is branched from one return passage on the upstream side, the time force when the return fluid from the boom cylinder is generated By gradually increasing the flow ratio of the diverted flow, the occurrence of shock can be prevented, and the boom cylinder can be operated stably by suppressing rapid load fluctuations of the boom cylinder.
  • the energy regenerative motor operated by the return fluid discharged from the boom cylinder supplies power to the unloaded boom electric motor / generator.
  • Electric power generated by efficient input can be stored in the accumulator of the hybrid drive unit, and when the clutch is connected, the electric motor for the boom that functions as an electric motor by the electric power of the accumulator power of the hybrid drive unit
  • the boom assist pump can be driven by the machine, and the working fluid can be supplied from the boom assist pump to the boom cylinder.
  • the electromagnetic valve between the packet and the boom is provided in the working fluid supply passage for the boom cylinder, the operation from one main pump is performed by opening the electromagnetic valve.
  • the fluid supply amount and the working fluid supply amount of the boom assist pump force can be combined and supplied to the boom cylinder, and the boom cylinder can be operated at a high speed, improving workability and closing the solenoid valve.
  • the high pressure in the bucket cylinder can be secured.
  • an electromagnetic valve between the packet sticks is provided in the communication path between the circuits between the packet sticks, and by opening this solenoid valve, the amount of working fluid supplied to other main pump power stick cylinders is secured.
  • workability can be improved and high pressure can be secured in the bucket cylinder by closing the solenoid valve.
  • the stick-boom is provided in the circuit-to-circuit communication path between the stick-boom that communicates the working fluid supply path for the stick cylinder and the head side of the boom cylinder.
  • the working fluid from other main pumps can also be boomed by opening this solenoid valve. Since it can be supplied to the head side of the cylinder and the boom cylinder can be raised at high speed, workability can be improved and the amount of working fluid supplied to the stick cylinder can be secured by closing this solenoid valve.
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of a hybrid drive device and a fluid pressure actuator control circuit for a work machine according to the present invention.
  • FIG. 2 is a side view of the working machine.
  • FIG. 3 is a circuit diagram showing another embodiment of a hybrid drive device and a fluid pressure actuator control circuit for a work machine according to the present invention.
  • the work machine 1 is a hydraulic excavator, and the slewing bearing portion 3 is provided on the lower traveling body 2.
  • the upper rotating body 4 is rotatably provided through the upper rotating body 4 such as an engine and a hydraulic pump.
  • the power unit 5 and the cap 6 that protects the operator are mounted to form the body 7.
  • the lower traveling body 2 is provided with traveling motors 2trL and 2trR for driving the left and right crawler belts, respectively, and the upper revolving body 4 is for driving a turning deceleration mechanism provided in the turning bearing portion 3. Equipped with a rotating electric motor / generator (not shown in Fig. 2).
  • a work device 8 is attached to the upper swing body 4.
  • a boom (8bm), a stick (8st) and a packet (8bk) are rotatably coupled to a bracket (not shown) of the upper swing body (4) in turn, and the boom (8bm) is rotated by a boom cylinder (8bmc). It is rotated by the stick cylinder 8stc, and the packet 8bk is rotated by the bucket cylinder 8bkc.
  • a clutch 12 for connecting and disconnecting rotational power output from the engine 11 is connected to an engine 11, and the input shaft of the power transmission device 14 is connected to the clutch 12. 13 is connected, and two variable displacement main pumps 17A and 17B are connected to the output shaft 15 of the power transmission device 14.
  • the main pumps 17A and 17B are driven by the engine 11 to the input / output shaft 21 of the power transmission device 14 in a parallel relationship with the engine 11 to function as a generator and receive power supply.
  • An electric motor / generator 22 that functions as an electric motor is connected.
  • the motor power of the motor / generator 22 is set smaller than the engine power.
  • the motor / generator 22 is connected to a motor / generator controller 22c such as an inverter.
  • the electric 'generator controller 22c stores the electric power supplied from the electric' generator 22 that functions as a generator via a capacitor controller 23c such as a converter and also functions as a motor.
  • a capacitor 23 for supplying power to the machine 22 is connected.
  • the capacitor 23 is a battery or a capacitor.
  • the power transmission device 14 in the hybrid drive device 10 incorporates a continuously variable transmission mechanism such as a toroidal type or a planetary gear type, and rotates continuously output to the output shaft 15 by a control signal of an external force. Output is possible.
  • a continuously variable transmission mechanism such as a toroidal type or a planetary gear type
  • the main pumps 17A and 17B in the hybrid drive unit 10 are provided with a working fluid such as working oil stored in the tank 24 in the fluid pressure actuator control circuit 25 that controls each fluid pressure actuator of the work machine 1. Used for the control circuit 25a for the running 'stick' packet To pay.
  • the travel 'stick' packet control circuit 25a controls the working fluid supplied to the travel motors 2trL and 2trR, the stick cylinder 8stc, and the bucket cylinder 8bkc.
  • a boom control circuit 45 for controlling the working fluid supplied to the boom cylinder 8bmc is independently separated from the traveling 'stick' packet control circuit 25a. It is installed.
  • the electric power supplied from the capacitor 23 of the hybrid drive device 10 is operated as an electric motor for the turning stick-bucket control circuit 25a and the boom control circuit 45 using the electric power supplied from the capacitor 23 of the hybrid drive device 10.
  • a turning control circuit 28 that collects the electric power generated from the turning electric motor / generator 4sw operated as a generator during the turning braking of the upper turning body 4 in the capacitor 23 is installed.
  • the turning control circuit 28 includes a turning electric motor / generator 4sw that drives the upper turning body 4 to turn through a turning speed reduction mechanism 4gr, and a turning electric generator / generator controller 4swc such as an inverter. In addition, it functions as an electric motor by the electric power supplied from the electric storage device 23 of the hybrid drive device 10, and functions as a generator when it is forcibly rotated by the inertial turning force, and collects electric power in the electric storage device 23.
  • the pump passages 31 and 32 connected to the discharge ports of the main pumps 17A and 17B of the hybrid drive device 10 are solenoid valves 33 that operate as electromagnetic proportional valves provided in a bypass passage that is returned to the tank 24. , 34 and a solenoid valve 35 that operates as a straight traveling valve.
  • the solenoid valves 33 and 34 function as bypass valves.
  • the pump passages 31, 32 are controlled by a control signal from the controller. Is controlled to the fully open position communicating with the tank 24, and the operator is displaced to the closed position in proportion to the magnitude of the operation signal for operating the fluid pressure actuators 2trL, 2trR, 8stc, 8bkc.
  • the solenoid valve 35 can supply working fluid to the fluid pressure actuators 2trL, 2trR, 8stc, and 8bkc from the two main pumps 17A and 17B in the left working position shown in FIG.
  • two travel motors 2trL, 2trR from only one main pump 17B It is possible to travel straight ahead by supplying the equally divided working fluid.
  • the travel 'stick' packet control circuit 25a includes a travel control circuit 36 for controlling the working fluid supplied from the main pumps 17A and 17B of the hybrid drive device 10 to the travel motors 2trL and 2trR, and a hybrid drive.
  • Control cylinder 46 for controlling the working fluid supplied from the main pumps 17A and 17B of the device 10 to the stick cylinder 8stc that operates the working device 8 and the bucket cylinder from the main pumps 17A and 17B of the hybrid drive device 10
  • a packet control circuit 47 for controlling the working fluid supplied to the 8bkc.
  • the traveling control circuit 36 is an electromagnetic that controls the direction and the flow rate of the working fluid supplied through the traveling motor working fluid supply passages 41 and 42 drawn from the electromagnetic valve 35 that operates as a traveling straight valve. Valves 43 and 44 are provided.
  • the boom control circuit 45 includes a boom pump 84 installed separately from the main pumps 17A and 17B of the hybrid drive device 10, and the boom pump 84 force boom cylinder working fluid supply passage 84a.
  • the solenoid valve 49 controls the direction and the flow rate of the working fluid supplied to the boom cylinder 8bmc via the hydraulic cylinder. You are in communication!
  • an electromagnetic valve 84b that acts in the same manner as the electromagnetic valves 33 and 34 is provided.
  • An electromagnetic valve 53 functioning as a fall prevention valve is interposed in the working fluid supply / discharge passage 51 on the head side, and when the boom is stopped, the electromagnetic valve 53 is switched to the check valve position on the left side to control the boom 8bm. Prevents descent due to its own weight.
  • an electromagnetic valve 54 functioning as a regeneration valve is provided between both the working fluid supply / discharge passages 51 and 52, and this solenoid valve 54 is controlled to be switched to the check valve position when the boom is lowered, so that the head of the boom cylinder 8bmc A part of the return fluid from which the side chamber force is also discharged is regenerated into the mouth side chamber.
  • a return fluid passage 55 for diverting the return fluid discharged from the boom cylinder 8bmc is provided on the tank passage side of the solenoid valve 49.
  • One return passage 56 of the return fluid passage 55 and the other return passage are provided.
  • 57 is provided with flow ratio control valves 58 and 59 for controlling the flow ratio divided into the return passages 56 and 57.
  • the flow rate control valves 58 and 59 are divided into one solenoid valve 58 for flow control provided in one return passage 56 and upstream of the one solenoid valve 58. This is formed by the other solenoid valve 59 for flow control provided in the other return passage 57.
  • An energy regeneration motor 86 is provided in one return passage 56 through which the return fluid discharged from the boom cylinder 8bmc passes.
  • the energy regeneration motor 86 is driven by the energy regeneration motor 86 and is hybrid type.
  • the boom motor 'generator 87 is connected to the boom motor' generator 87, which functions as a generator that supplies power to the capacitor 23 of the driving device 10 and also functions as a motor with the supplied power 23.
  • the boom pump 84 is connected to the boom 87 via a clutch 88.
  • the clutch 88 is an electric motor for a boom that functions as an electric motor.
  • the electric motor for the boom that functions as a generator and transmits power from the generator 87 to the boom pump 84. ⁇ Controlled to disconnect generator 87 from boom pump 84 force.
  • the rotational speed of the energy regenerative motor 86 to be operated is controlled by the amount of return fluid in one of the return passages 56 whose flow rate is controlled by the flow rate control valves 58 and 59, and the energy regenerative motor 86
  • the electric power collected from the driven boom electric generator 87 via the electric generator controller 87c is supplied to and stored in the capacitor 23 of the hybrid drive device 10.
  • the energy regeneration motor 86 is preferably operated when the electromagnetic valve 49 for directional control and flow control is in the right ventricle in FIG. That is, when the boom descends, the working fluid supply / discharge passage 51 on the head side of the boom cylinder 8bmc communicates with the return fluid passage 55, and the energy regeneration motor 86 is caused by the boom's own weight due to the return fluid discharged from the head side force of the boom cylinder 8bmc. It is desirable to operate with a margin.
  • the stick control circuit 46 is a solenoid that performs direction control and flow rate control of the working fluid supplied through the working fluid supply passage 61 for the stick cylinder drawn from the solenoid valve 35 that operates as a straight traveling valve.
  • a valve 62 is provided, and the working fluid supply / discharge passages 63 and 64 of the electromagnetic valve 62 communicate with the head side chamber and the rod side chamber of the stick cylinder 8stc.
  • a solenoid valve 65 that functions as a regeneration valve from the rod side to the head side is provided between both working fluid supply / discharge passages 63, 64, and this solenoid valve 65 is switched to the check valve position when the stick is lowered. By controlling, the rod side chamber force of the stick cylinder 8stc is regenerated into the head side chamber.
  • the packet control circuit 47 includes a bucket drawn out from the electromagnetic valve 35 that operates as a straight traveling valve.
  • the working fluid supply passage 66 for the cylinder is equipped with an electromagnetic valve 67 for controlling the direction and flow rate of the working fluid supplied through the working fluid supply passage 66, and the working fluid supply and discharge passages 68, 69 of the solenoid valve 67 are connected to the head side chamber of the bucket cylinder 8bk It communicates with the side room.
  • inter-circuit communication passage 73 Between the bucket cylinder working fluid supply passage 66 and the stick cylinder working fluid supply passage 61, there is provided an inter-circuit communication passage 73 between the packets' sticks communicating between them.
  • inter-circuit communication passage 73 between the packet 'sticks there is a position for allowing a one-way flow from the working fluid supply passage 66 for the bucket cylinder to the working fluid supply passage 61 for the stick cylinder, and a blocking position.
  • a solenoid valve 74 between the packet 'sticks is provided.
  • Solenoid valves 53, 54, 65, 74 are switching valves having a flow rate adjusting function with a built-in check valve.
  • Solenoid valves 33, 34, 35, 43, 44, 49, 53, 54, 58, 59, 62, 65, 67, 74, 84b are a solenoid that is proportionally controlled by a controller (not shown) and a return Each is equipped with a spring (not shown), and the displacement is controlled to a position where the solenoid exciting force and the spring restoring force are balanced.
  • the boom control circuit 45 includes a boom pump 84 installed separately from the main pumps 17A and 17B of the hybrid drive device 10 and controls the working fluid supplied from the boom pump 84 to the boom cylinder 8bmc. Therefore, it is supplied independently to the traveling motors 2trL, 2trR, the stick cylinder 8stc, and the bucket cylinder 8bkc by controlling the rotational speed of the boom pump 84 by the boom electric generator 87.
  • the flow required by the boom cylinder 8bmc without being affected by the working fluid can be easily obtained.
  • the boom control circuit 45 operates the energy regenerative motor 86 by the return fluid discharged from the boom cylinder 8bmc, and the energy regenerative motor 86 causes the boom electric power generation. Since the power is supplied to the battery 23 of the hybrid drive device 10 by driving the machine 87, the energy contained in the return fluid discharged from the boom cylinder 8bmc can be efficiently collected in the battery 23, and the hybrid drive device 10 It can be regenerated effectively as pump power.
  • the energy of the return fluid from which the head side force of the boom cylinder 8bmc is also discharged is stored in the energy regeneration motor 86 and It can be absorbed and stored in the battery 23 by the electric motor generator 87 for the boom.
  • the boom control circuit 45 disengages the clutch 88, whereby the boom regenerative motor 86 operated by the return fluid discharged from the boom cylinder 8b mc is used for the boom electric motor / power generation in an unloaded state. Power can be efficiently input to the machine 87 and the generated electric power can be stored in the capacitor 23 of the hybrid drive device 10.
  • the boom pump 84 is driven by the boom electric motor / generator 87 that functions as an electric motor by the electric power from the capacitor 23, and the boom pump 84 is connected to the boom cylinder. Since the working fluid can be supplied to the 8bmc, the energy of the return fluid discharged from the boom cylinder 8bmc can be effectively regenerated even in an open circuit.
  • the amount of working fluid supplied to the boom cylinder 8bmc is determined by the pump capacity and the rotation speed of the boom pump 84 dedicated to the boom circuit, and the pump capacity is determined according to the main pumps 17A and 17B.
  • the speed is controlled by the boom electric motor / generator 87, and the boom up efficiency can be improved by the sufficient amount of working fluid supplied to the head side of the boom cylinder 8bmc.
  • the boom control circuit 45 diverts the return fluid discharged from the boom cylinder 8bmc in the return fluid passage 55, and controls the flow rate ratio of the diverted flow by the flow rate control valves 58 and 59. Since the energy regenerative motor 86 is operated by one return fluid whose flow rate is controlled by the volume ratio control valves 58 and 59, the flow rate ratio that is diverted to the energy regenerative motor 86 side from the time when the return fluid from the boom cylinder 8bmc is generated. By gradually increasing the value, it is possible to prevent the occurrence of shocks and to suppress the sudden load fluctuation of the boom cylinder 8bmc, thereby obtaining stable operation of the boom cylinder 8bmc.
  • the boom cylinder 8bmc By gradually increasing the flow ratio of the return fluid discharged to the energy regenerative motor 86, the energy regenerative motor 86 can absorb the energy of the return fluid smoothly and the boom cylinder 8bmc head By suppressing the sudden load fluctuation on the side, the boom 8bm's own weight drop operation can be stabilized. In short, the energy during boom down can be stored independently of other circuit forces.
  • the flow ratio control valves 58 and 59 can be installed by separating one electromagnetic valve 58 and the other electromagnetic valve 59 in any place in one return passage 56 and the other return passage 57, respectively.
  • the flow rate ratio and flow rate of the return fluid flowing to the energy regeneration motor 86 side can be freely controlled by individually controlling the opening degree of one return passage 56 and the other return passage 57 without being related to each other. .
  • the turning control circuit 28 causes the turning electric motor / generator 4sw to stop.
  • electric power it can be efficiently recovered in the accumulator 23 of the hybrid drive device 10 and can be effectively regenerated as the pump power of the hybrid drive device 10.
  • the electromagnetic valve 74 between the packets' sticks by controlling the electromagnetic valve 74 between the packets' sticks to a position where flow in one direction is possible, the working fluid supplied from the one main pump 17A to the bucket cylinder 8bkc is supplied from the other main pump 17B.
  • the electromagnetic valve 74 between the packet sticks is controlled to the cutoff position, and the packet control circuit 47 and stick control
  • the pressure can be controlled separately by separating the packet system and the stick system.
  • FIG. 3 Next, another embodiment shown in FIG. 3 will be described.
  • the work machine is the same as that shown in FIG. 3
  • the engine 12 is connected to a clutch 12 for intermittently rotating power output from the engine 11, and the clutch 12 is connected to the input shaft of the power transmission device 14. 13 is connected to the output shaft 15 of the power transmission device 14. Pumps 17A and 17B are connected.
  • the input / output shaft 21 of the power transmission device 14 is driven by the engine 11 in a parallel relationship with the engine 11 to function as a generator and receive power supply.
  • An electric motor / generator 22 that functions as an electric motor is connected.
  • the motor power of the motor / generator 22 is set smaller than the engine power.
  • the motor / generator 22 is connected to a motor / generator controller 22c such as an inverter.
  • the electric generator controller 22c stores the electric power supplied from the electric generator 22 that functions as a generator via the electric storage controller 23c such as a converter and also functions as an electric motor.
  • a capacitor 23 for supplying power to the machine 22 is connected.
  • the capacitor 23 is a battery or a capacitor.
  • the power transmission device 14 in the hybrid drive device 10 incorporates a continuously variable transmission mechanism such as a toroidal type or a planetary gear type, and rotates continuously variable on the output shaft 15 by a control signal from an external force. Output is possible.
  • a continuously variable transmission mechanism such as a toroidal type or a planetary gear type
  • the main pumps 17A and 17B in the hybrid drive device 10 supply a working fluid such as working oil stored in the tank 24 to the fluid pressure actuator control circuit 25.
  • An energy regenerative motor 86 is provided in the fluid pressure actuator control circuit 25, and electric power recovered from the boom electric motor / generator 87 driven by the energy regenerative motor 86 through the generator controller 87c. Is stored in the battery 23.
  • the electric power supplied from the electric storage device 23 of the hybrid type drive device 10 operates the electric motor for swiveling and the generator 4sw as an electric motor and generates electric power when the upper rotating body 4 is braked for turning.
  • Turning electric motor / generator operated as a machine 4sw force A turning control circuit 28 for collecting the generated electric power in the capacitor 23 is installed.
  • the turning control circuit 28 includes a turning electric motor / generator 4sw that drives the upper turning body 4 to turn through a turning reduction mechanism 4gr, and a turning electric generator / generator controller 4swc such as an inverter. In addition, it functions as an electric motor by the electric power supplied from the electric storage device 23 of the hybrid drive device 10, and functions as a generator when it is forcibly rotated by the inertial turning force, and collects electric power in the electric storage device 23.
  • the pump passages 31, 32 connected to the discharge ports of the main pumps 17A, 17B are the electromagnetic passages provided in the bypass passage returning to the tank 24. It is connected to the solenoid valves 33 and 34 that operate as proportional valves and is connected to the solenoid valve 35 that operates as a travel straight valve!
  • the solenoid valves 33 and 34 function as bypass valves.
  • the pump passage 31 is controlled by a control signal from the controller.
  • 32 is controlled to the fully open position communicating with the tank 24, and the operator is displaced to the closed position in proportion to the magnitude of the operation signal for operating the fluid pressure actuators 2trL, 2trR, 8bmc, 8stc, 8bkc.
  • the solenoid valve 35 can supply the working fluid to the fluid pressure actuators 2trL, 2trR, 8bmc, 8stc, 8bkc from the two main pumps 17A, 17B.
  • the working fluid equally divided into the two travel motors 2tr L and 2trR is supplied from only one main pump 17B, and straight travel is enabled.
  • the fluid pressure actuator control circuit 25 includes a travel control circuit 36 that controls the working fluid supplied from the main pumps 17A and 17B of the hybrid drive device 10 to the travel motors 2trL and 2trR, and the hybrid drive device 10.
  • the work pump control circuit 37 for controlling the working fluid supplied to the work actuators 8bmc, 8stc, 8bkc for operating the work device 8 from the main pumps 17A, 17B.
  • the traveling control circuit 36 is an electromagnetic that controls the direction and the flow rate of the working fluid supplied through the traveling motor working fluid supply passages 41 and 42 drawn from the electromagnetic valve 35 that operates as a straight traveling valve. Valves 43 and 44 are provided.
  • the work device control circuit 37 includes a boom control circuit 45 that controls the working fluid supplied from the main pumps 17A and 17B of the hybrid drive device 10 to the boom cylinder 8bmc, and a main device of the hybrid drive device 10.
  • the boom control circuit 45 includes an electromagnetic valve 49 that controls the direction and flow rate of the working fluid supplied through the boom cylinder working fluid supply passage 48 drawn from the solenoid valve 35 that operates as a straight traveling valve.
  • the working fluid supply / discharge passages 51 and 52 of the electromagnetic valve 49 are communicated with the head side chamber and the rod side chamber of the boom cylinder 8bmc.
  • an electromagnetic valve 53 that functions as a fall prevention valve is interposed, and when the boom is stopped, the electromagnetic valve 53 is controlled to be switched to the check valve position on the left side of the boom 8bm. Prevents descent due to its own weight.
  • an electromagnetic valve 54 functioning as a regeneration valve is provided between both the working fluid supply / discharge passages 51 and 52, and this solenoid valve 54 is controlled to be switched to the check valve position when the boom is lowered, so that the head of the boom cylinder 8bmc A part of the return fluid from which the side chamber force is also discharged is regenerated into the mouth side chamber.
  • a return fluid passage 55 for diverting the return fluid discharged from the boom cylinder 8bmc, and one return passage 56 of the return fluid passage 55 and the other return passage.
  • 57 is provided with flow ratio control valves 58 and 59 for controlling the flow ratio divided into the return passages 56 and 57.
  • the flow rate control valves 58 and 59 are branched on one upstream side of the one solenoid valve 58 and one solenoid valve 58 for flow control provided in one return passage 56 having the energy regeneration motor 86. It is formed by the other solenoid valve 59 for controlling the flow rate provided in the other return passage 57.
  • a boom assist pump 84as for assisting the flow rate of the working fluid is supplied to the boom assist working fluid.
  • the solenoid valve 84B is connected via the passage 84A and is also connected to the solenoid valve 84B of the binos passage that operates in the same manner as the solenoid valves 33 and 34.
  • the energy regenerative motor 86 provided in one return passage 56 through which the return fluid discharged from the boom cylinder 8bmc passes is driven by the energy regenerative motor 86 to be stored in the battery 23 of the hybrid drive device 10.
  • a boom electric generator 87 that functions as a generator that supplies electric power to the battery and functions as an electric motor by the electric power supplied from the capacitor 23 is connected to the boom electric generator 87 through a clutch 88. Connected to boom assist pump 84as.
  • the clutch 88 transmits power to the boom assist pump 84as from the boom electric generator '87 that functions as an electric motor, and for the boom that functions as a generator. Electric generator 87 is disconnected from boom assist pump 84as.
  • the rotational speed of the energy regenerative motor 86 to be operated is controlled by the amount of return fluid in one of the return passages 56 whose flow rate is controlled by the flow rate control valves 58 and 59, and this energy regenerative motor 86 Electric power is supplied to and stored in the battery 23 of the hybrid drive device 10 by the driven electric motor / generator 87 for the boom.
  • the energy regeneration motor 86 is preferably operated when the electromagnetic valve 49 for directional control and flow control is in the right ventricle in FIG. That is, when the boom descends, the working fluid supply / discharge passage 51 on the head side of the boom cylinder 8bmc communicates with the return fluid passage 55, and the energy regeneration motor 86 is caused by the boom's own weight due to the return fluid discharged from the head side force of the boom cylinder 8bmc. It is desirable to operate with a margin.
  • the stick control circuit 46 is a solenoid that performs direction control and flow rate control on the working fluid supplied through the working fluid supply passage 61 for the stick cylinder drawn from the solenoid valve 35 that operates as a straight travel valve.
  • a valve 62 is provided, and the working fluid supply / discharge passages 63 and 64 of the electromagnetic valve 62 communicate with the head side chamber and the rod side chamber of the stick cylinder 8stc.
  • a solenoid valve 65 that functions as a regeneration valve from the rod side to the head side is provided between both working fluid supply / discharge passages 63, 64, and this solenoid valve 65 is switched to the check valve position when the stick is lowered. By controlling, the rod side chamber force of the stick cylinder 8stc is regenerated into the head side chamber.
  • the packet control circuit 47 includes an electromagnetic valve 67 that controls the direction and the flow rate of the working fluid supplied through the bucket cylinder working fluid supply passage 66 drawn from the solenoid valve 35 that operates as a straight traveling valve.
  • the working fluid supply / discharge passages 68, 69 of the electromagnetic valve 67 are communicated with the head side chamber and the rod side chamber of the bucket cylinder 8bkc.
  • a stick-to-boom circuit communication passage 71 that communicates with the stick cylinder.
  • the stick cylinder working fluid supply passage 61 force Boom cylinder 8bmc is displaced between the position allowing the unidirectional flow to the head side and the position blocking the flow.
  • a solenoid valve 72 is provided between
  • Boom cylinder working fluid supply passage 48 and stick cylinder working fluid supply passage 61 Between these, there is provided an inter-circuit communication passage 73 between the packets 'sticks communicating between them.
  • the boom cylinder working fluid supply passage 48 In the inter-circuit communication passage 73 between the packets' sticks, the boom cylinder working fluid supply passage 48 is connected.
  • An electromagnetic valve 74 between the packet sticks having a position for allowing one-way flow to the stick cylinder 8stc and a position for blocking is provided.
  • a packet 'boom solenoid valve 89 is provided which is displaced between a position where fluid can be supplied to the boom cylinder 8bmc as a one-way flow and a position where the flow is interrupted.
  • Solenoid valves 53, 54, 65, 72, 74, and 89 are switching valves having a flow rate adjusting function incorporating a check valve.
  • Solenoid valves 33, 34, 35, 43, 44, 49, 53, 54, 58, 59, 62, 65, 67, 72, 74, 84B, 89 are solenoids that are proportionally controlled by a controller not shown And a return spring (not shown), respectively, and the displacement is controlled to a position where the solenoid exciting force and the spring restoring force are balanced.
  • the fluid pressure actuator control circuit 25 controls the working fluid supplied from the main pumps 17A and 17B of the hybrid drive device 10 to the travel motors 2trL and 2trR, the boom cylinder 8bmc, the stick cylinder 8stc, and the bucket cylinder 8bkc.
  • the clutch 88 When the clutch 88 is disengaged, power is efficiently input from the energy regenerative motor 86 operated by the return fluid discharged from the boom cylinder 8bmc to the unloaded boom electric motor / generator 87.
  • the generated electric power can be stored in the battery 23 of the hybrid drive unit 10, and when the clutch 88 is connected, the electric motor for the boom that functions as an electric motor by the electric power from the battery 23 of the hybrid drive unit 10 can be used.
  • the boom assist pump 84as is driven by the generator 87, and the boom Can be supplied to the working fluid to da 8Bmc, it regenerated effectively the Eneru formic having the return fluid discharged from the boom cylinder 8Bmc also in an open circuit.
  • the return fluid discharged from the boom cylinder 8bmc to the return fluid passage 55 is divided into one return passage 56 and the other return passage 57, and the divided flow ratio is set to the flow ratio control valve 5 8.
  • the energy regenerative motor 86 is operated by one return fluid whose flow rate is controlled by the flow ratio control valves 58, 59, and the electric motor generator 87 for the boom is driven by the energy regenerative motor 86. Since the electric power is supplied to the battery 23 of the hybrid drive device 10, a shock is generated by gradually increasing the flow ratio of the flow divided to the energy regenerative motor 86 from the time when the return fluid from the boom cylinder 8bmc is generated. In addition to preventing sudden fluctuations in the load on the boom cylinder 8bmc, stable operation of the boom cylinder 8bmc can be obtained.
  • the energy regeneration motor 86 can smoothly absorb the energy of the return fluid and suppress the sudden load fluctuation on the head side of the boom cylinder 8bmc, so that the operation of dropping the weight of the boom 8bm can be stabilized.
  • the flow ratio control valves 58 and 59 can be installed by separating one electromagnetic valve 58 and the other electromagnetic valve 59 separately at any place in one return passage 56 and the other return passage 57, respectively.
  • the flow rate ratio and flow rate of the return fluid flowing to the energy regeneration motor 86 side can be freely controlled by individually controlling the opening degree of one return passage 56 and the other return passage 57 without being related to each other. .
  • the turning control circuit 28 causes the turning electric motor / generator 4sw to stop.
  • electric power it can be efficiently recovered by the accumulator 23 of the hybrid drive unit 10 and can be effectively used as pump power for the hybrid drive unit 10. I can live.
  • the operation from one main pump 17A can be performed by opening the electromagnetic valve 89 to the one-way flow position.
  • the fluid supply amount and the boom assist pump 84as force combined fluid supply amount can be supplied to the boom cylinder 8bmc, the boom cylinder 8bmc can be used to speed up the boom-up operation, and workability can be improved. By closing it, the high pressure in the bucket cylinder 8bkc can be secured.
  • the electromagnetic valve 74 between the packet 'sticks is provided in the inter-circuit communication path 73 between the packet' sticks, this electromagnetic valve 74 is controlled to flow in one direction; , 89 is closed, the working fluid supplied from one main pump 17A to the working fluid supply passage 48 is supplied to the working fluid supply passage 61 for the stick cylinder via this solenoid valve 74, and from the other main pump 17B.
  • the working fluid supplied to the working fluid supply passage 61 can be combined and supplied to the stick cylinder 8stc, and the speed of the stick cylinder 8stc can be increased, so that workability can be improved.
  • the boom system, the packet system, and the stick system can be separated and the pressure can be controlled separately.
  • the generation of high pressure in the bucket cylinder 8bkc can be secured.
  • the solenoid valve 89 passes through the solenoid valve 89 from the main pump 17A, and then merges with the working fluid supplied from the boom assist pump 84as to provide electromagnetic control for direction control.
  • the present invention can be applied to a swivel work machine such as a hydraulic excavator.

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Abstract

　走行モータ2trL，2trR、スティックシリンダ8stcおよびバケットシリンダ8bkcへの作動流体を制御する走行・スティック・バケット用制御回路25aに対して、ブームシリンダ8bmcへの作動流体を制御するブーム用制御回路45を独立して分離設置する。ブーム用制御回路45は、ブーム用ポンプ84を備え、ブームシリンダ8bmcからの戻り流体が通る一方の戻り通路56中にはエネルギ回生モータ86を設け、このエネルギ回生モータ86にはブーム用電動・発電機87を接続し、このブーム用電動・発電機87にはクラッチ88を介して前記ブーム用ポンプ84を接続する。ブーム用制御回路45を独立させることで、ブーム用制御回路45が要求する流量を容易に得られるようにした作業機械を提供できる。

Description

明 細 書
作業機械
技術分野
[0001] 本発明は、ハイブリッド式駆動装置を備えた作業機械に関するものである。
背景技術
[0002] 油圧ショベルなどの作業機械の駆動装置は、エンジンにより駆動する発電機と、発 電機により発電した電力を蓄える蓄電器とを備えたハイブリッド式駆動装置を有して V、る。これらの発電機および蓄電器の少なくとも一方力 供給した電力により作動す る電動機または電動 '発電機は、ポンプまたはポンプ ·モータを駆動する。
[0003] 例えば、ブームシリンダを制御するブーム用制御回路は、発電機または蓄電器から 供給された電力により電動 ·発電機を作動して、ポンプ ·モータを駆動するものであり 、また、スティックシリンダを制御するスティック用制御回路は、発電機または蓄電器 力も供給された電力によりスティック用の電動機を作動して、スティック用のポンプを 駆動するものであり、さらに、バケツトシリンダを制御するパケット用制御回路は、発電 機または蓄電器力も供給された電力によりパケット用の電動機を作動して、パケット用 のポンプを駆動するものである。そして、これらのブーム用制御回路、スティック用制 御回路およびパケット用制御回路は、相互に作動流体を補充し合う複数の応援回路 により接続されている。
[0004] また、ブームシリンダの駆動回路は、閉回路中に、作動流体を供給するポンプ機能 と作動流体の供給を受けて作動する流体圧モータ機能とを兼備した両方向吐出型 のポンプ'モータを設け、発電機または蓄電器から供給された電力により作動されて ポンプ ·モータを駆動する電動機機能とポンプ ·モータにより駆動されて発電する発 電機機能とを兼備した電動'発電機とを備えている (例えば、特許文献 1参照)。 特許文献 1 :特開 2004— 190845号公報 (第 1頁、第 7頁、図 1)
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0005] ブーム用制御回路では、大流量が要求されるのに対して、パケット用制御回路では 、高圧が要求されるので、これらの要求を満たすように複数の応援回路を制御するこ とは容易でない。
[0006] また、前記ポンプ ·モータと電動 ·発電機とを組合せたものは閉回路に限られ、流体 圧ァクチユエ一タカ 排出された戻り流体をタンクに戻す開回路には適用できない。
[0007] 本発明は、このような点に鑑みなされたもので、ブーム用制御回路を独立させること で、ブーム用制御回路が要求する流量を容易に得られるようにした作業機械を提供 することを目的とする。また、開回路においても流体圧ァクチユエ一タカ 排出された 戻り流体が有するエネルギを有効に回生できる作業機械を提供することを目的とする 課題を解決するための手段
[0008] 請求項 1に記載された発明は、走行モータにより走行可能な下部走行体に対し、旋 回用電動 *発電機により旋回可能な上部旋回体が設けられ、この上部旋回体にブー ムシリンダにより回動されるブームとスティックシリンダにより回動されるスティックとバ ケットシリンダにより回動されるパケットとを順次連結した作業装置が設けられた作業 機械であって、エンジンと、このエンジンにより駆動されて発電機として機能するととも に電力の供給を受けて電動機として機能する電動'発電機と、この発電機として機能 する電動'発電機から供給された電力を蓄えるとともに電動機として機能する電動- 発電機に電力を供給する蓄電器と、エンジンおよび電動'発電機の少なくとも一方に より駆動されるメインポンプとを備えたハイブリッド式駆動装置と、ハイブリッド式駆動 装置のメインポンプから走行モータ、スティックシリンダおよびバケツトシリンダに供給 される作動流体を制御する走行'スティック'パケット制御回路と、ハイブリッド式駆動 装置のメインポンプから分離して設置されたブーム用ポンプを備えこのブーム用ポン プ力 ブームシリンダに供給される作動流体を制御するブーム用制御回路と、ハイブ リツド式駆動装置の蓄電器力 供給された電力により旋回用電動 ·発電機を電動機と して作動するとともに上部旋回体の旋回制動時に発電機として作動した旋回用電動 •発電機力 発生した電力を蓄電器に回収する旋回用制御回路とを具備し、ブーム 用制御回路は、ブームシリンダ力 排出される戻り流体が通る戻り流体通路中に設け られたエネルギ回生モータと、エネルギ回生モータにより駆動されてハイブリッド式駆 動装置の蓄電器に電力を供給する発電機として機能するとともに蓄電器カゝら供給さ れた電力により電動機として機能するブーム用電動'発電機と、電動機として機能す るブーム用電動'発電機力 ブーム用ポンプに動力を伝えるとともに発電機として機 能するブーム用電動 '発電機をブーム用ポンプ力 切離すクラッチとを備えた作業機 械である。
[0009] 請求項 2に記載された発明は、走行モータにより走行可能な下部走行体に対し、旋 回用電動 *発電機により旋回可能な上部旋回体が設けられ、この上部旋回体にブー ムシリンダにより回動されるブームとスティックシリンダにより回動されるスティックとバ ケットシリンダにより回動されるパケットとを順次連結した作業装置が設けられた作業 機械であって、エンジンと、このエンジンにより駆動されて発電機として機能するととも に電力の供給を受けて電動機として機能する電動'発電機と、この発電機として機能 する電動'発電機から供給された電力を蓄えるとともに電動機として機能する電動- 発電機に電力を供給する蓄電器と、エンジンおよび電動'発電機の少なくとも一方に より駆動されるメインポンプとを備えたハイブリッド式駆動装置と、ハイブリッド式駆動 装置のメインポンプから走行モータ、ブームシリンダ、スティックシリンダおよびバケツ トシリンダに供給される作動流体を制御する流体圧ァクチユエータ制御回路と、ハイ ブリツド式駆動装置の蓄電器力 供給された電力により旋回用電動 ·発電機を電動 機として作動するとともに上部旋回体の旋回制動時に発電機として作動した旋回用 電動 *発電機力 発生した電力を蓄電器に回収する旋回用制御回路とを具備し、流 体圧ァクチユエータ制御回路は、ハイブリッド式駆動装置のメインポンプ力 ブームシ リンダに供給される作動流体の流量を援助するブームアシストポンプと、ブームシリン ダカ 排出される戻り流体が通る戻り流体通路中に設けられたエネルギ回生モータと 、エネルギ回生モータにより駆動されてハイブリッド式駆動装置の蓄電器に電力を供 給する発電機として機能するとともに蓄電器力 供給された電力により電動機として 機能するブーム用電動'発電機とを備えた作業機械である。
[0010] 請求項 3に記載された発明は、請求項 1または 2記載の作業機械におけるエネルギ 回生モータ力 ブームシリンダのヘッド側力 の戻り流体通路中に設けられたもので ある。 [0011] 請求項 4に記載された発明は、請求項 1乃至 3のいずれか記載の作業機械におけ る戻り流体通路が、エネルギ回生モータを有する一方の戻り通路と、エネルギ回生モ ータの上流側で分岐された他方の戻り通路と、一方の戻り通路での流量と他方の戻 り通路での流量との流量比を制御する流量比制御弁とを具備したものである。
[0012] 請求項 5に記載された発明は、請求項 2記載の作業機械における流体圧ァクチュ エータ制御回路が、電動機として機能するブーム用電動 *発電機力 ブームアシスト ポンプに動力を伝えるとともに発電機として機能するブーム用電動 ·発電機をブーム アシストポンプ力も切離すクラッチを具備したものである。
[0013] 請求項 6に記載された発明は、請求項 2乃至 5のいずれか記載の作業機械におけ るメインポンプが、複数設けられ、流体圧ァクチユエータ制御回路は、一のメインボン プ力 ブームシリンダに作動流体を供給するブームシリンダ用作動流体供給通路と、 ブームシリンダ用作動流体供給通路力 分岐されてバケツトシリンダに作動流体を供 給するバケツトシリンダ用作動流体供給通路と、他のメインポンプからスティックシリン ダに作動流体を供給するスティックシリンダ用作動流体供給通路と、ブームシリンダ 用作動流体供給通路中であってバケツトシリンダ用作動流体供給通路の分岐部とブ ームアシストポンプからの合流部との間に設けられバケツトシリンダへの作動流体をブ 一ムシリンダへの一方向流れとして供給可能とする位置と流れを遮断する位置との間 で変位されるパケット 'ブーム間の電磁弁と、バケツトシリンダ用作動流体供給通路と スティックシリンダ用作動流体供給通路とを連通するバケツト ·スティック間の回路間 連通通路と、パケット 'スティック間の回路間連通通路中に設けられ、バケツトシリンダ への作動流体供給通路からスティックシリンダへの作動流体供給通路への一方向流 れを可能とする位置および流れを遮断する位置をそれぞれ有するパケット 'スティック 間の電磁弁とを具備したものである。
[0014] 請求項 7に記載された発明は、請求項 6記載の作業機械において、スティックシリン ダ用作動流体供給通路とブームシリンダのヘッド側とを連通するスティック ·ブーム間 の回路間連通通路と、スティック 'ブーム間の回路間連通通路中に設けられ、ステイツ クシリンダ用作動流体供給通路力 ブームシリンダのヘッド側への一方向流れを可 能とする位置と流れを遮断する位置との間で変位されるスティック 'ブーム間の電磁 弁とを具備したものである。
発明の効果
[0015] 請求項 1記載の発明によれば、ハイブリッド式駆動装置のメインポンプ力 走行モ ータ、スティックシリンダおよびバケツトシリンダに供給される作動流体を制御する走 行'スティック'パケット用制御回路に対し、ハイブリッド式駆動装置のメインポンプから 分離して設置されたブーム用ポンプを備え、このブーム用ポンプ力 ブームシリンダ に供給される作動流体を制御するブーム用制御回路は、独立しているので、ブーム 用電動 '発電機によりブーム用ポンプの回転速度を制御するなどして、走行モータ、 スティックシリンダおよびバケツトシリンダに供給される作動流体に影響されることなく 、ブーム用制御回路が要求する流量を容易に得ることができる。また、ブーム用制御 回路は、クラッチを切離すことにより、ブームシリンダ力 排出される戻り流体により作 動されるエネルギ回生モータより、無負荷状態のブーム用電動 '発電機に動力を効 率良く入力して発生した電力を蓄電器に蓄えることができるとともに、クラッチを接続 したときは、蓄電器力 の電力により電動機として機能するブーム用電動 '発電機に よりブーム用ポンプを駆動して、このブーム用ポンプからブームシリンダに作動流体 を供給できるので、開回路においてもブームシリンダ力も排出された戻り流体が有す るエネルギを有効に回生できる。
[0016] 請求項 2記載の発明によれば、流体圧ァクチユエータ制御回路は、ハイブリッド式 駆動装置のメインポンプから走行モータ、ブームシリンダ、スティックシリンダおよびバ ケットシリンダに供給される作動流体を制御する際に、ブームシリンダ力も排出される 戻り流体により作動されるエネルギ回生モータより、ブーム用電動 *発電機に動力を 入力して発生した電力をハイブリッド式駆動装置の蓄電器に蓄えることができるととも に、ハイブリッド式駆動装置の蓄電器力 の電力により電動機として機能するブーム 用電動'発電機によりブームアシストポンプを駆動して、このブームアシストポンプから ブームシリンダに作動流体を供給できるので、開回路にお 、てもブームシリンダから 排出された戻り流体が有するエネルギを有効に回生できる。
[0017] 請求項 3記載の発明によれば、作業機械の機体に設けられた作業装置のブームが 自重落下する際に、ブームシリンダのヘッド側力 排出される戻り流体が有するエネ ルギをエネルギ回生モータおよび電動.発電機により吸収して蓄電器に蓄えることが できる。
[0018] 請求項 4記載の発明によれば、ブームシリンダ力 排出される戻り流体が通る一方 の戻り通路中にエネルギ回生モータを設け、このエネルギ回生モータを通過する戻り 流量と、エネルギ回生モータの上流側で一方の戻り通路より分岐された他方の戻り 通路での戻り流量との流量比を流量比制御弁により制御するので、ブームシリンダか らの戻り流体が発生した時点力 エネルギ回生モータ側に分流される流量比を徐々 に増加させることによってショックの発生を防止できるとともに、ブームシリンダの急激 な負荷変動を抑えることで、ブームシリンダの安定した動作が得られる。
[0019] 請求項 5記載の発明によれば、クラッチを切離すことにより、ブームシリンダから排 出される戻り流体により作動されるエネルギ回生モータより、無負荷状態のブーム用 電動 '発電機に動力を効率良く入力して発生した電力をハイブリッド式駆動装置の蓄 電器に蓄えることができるとともに、クラッチを接続したときは、ハイブリッド式駆動装 置の蓄電器力 の電力により電動機として機能するブーム用電動 '発電機によりブー ムアシストポンプを駆動して、このブームアシストポンプからブームシリンダに作動流 体を供給できる。
[0020] 請求項 6記載の発明によれば、ブームシリンダ用作動流体供給通路中にパケット · ブーム間の電磁弁を設けたので、この電磁弁を開くことで、一のメインポンプからの作 動流体供給量とブームアシストポンプ力 の作動流体供給量とを合わせてブームシリ ンダに供給でき、ブームシリンダによるブームアップ動作の高速ィ匕を図れ、作業性を 向上できるとともに、この電磁弁を閉じることで、バケツトシリンダでの高圧を確保でき る。また、パケット 'スティック間の回路間連通通路中にパケット 'スティック間の電磁弁 を設けたので、この電磁弁を開くことで、他のメインポンプ力 スティックシリンダへの 作動流体供給量を確保して、スティックシリンダ動作の高速ィ匕を図れるので、作業性 を向上できるとともに、この電磁弁を閉じることで、バケツトシリンダでの高圧発生を確 保できる。
[0021] 請求項 7記載の発明によれば、スティックシリンダ用作動流体供給通路とブームシリ ンダのヘッド側とを連通するスティック ·ブーム間の回路間連通通路中にスティック ·ブ ーム間の電磁弁を設けたので、この電磁弁を開くことで、一のメインポンプおよびブ ームアシストポンプからの作動流体供給量に加えて、他のメインポンプからの作動流 体もブームシリンダのヘッド側に供給でき、ブームシリンダによるブームアップ動作の 高速ィ匕を図れるので、作業性を向上できるとともに、この電磁弁を閉じることで、スティ ックシリンダへの作動流体供給量を確保できる。
図面の簡単な説明
[0022] [図 1]本発明に係る作業機械のハイブリッド式駆動装置および流体圧ァクチユエータ 制御回路の一実施の形態を示す回路図である。
[図 2]同上作業機械の側面図である。
[図 3]本発明に係る作業機械のハイブリッド式駆動装置および流体圧ァクチユエータ 制御回路の他の実施の形態を示す回路図である。
符号の説明
[0023] 1 作業機械
2 下部走行体
2trL, 2trR 走行モータ
4 上部旋回体
4sw 旋回用電動'発電機
8 作業装置
8bm ブーム
8st スティック
8bk パケット
8bmc ブームシリンダ
8stc スティックシリンダ
8bkc バケツトシリンダ
10 ハイブリッド式駆動装置
11 エンジン
17A, 17B メインポンプ
22 電動，発電機 23 蓄電器
25 流体圧ァクチユエータ制御回路
25a 走行'スティック'パケット用制御回路
28 旋回用制御回路
45 ブーム用制御回路
48 ブームシリンダ用作動流体供給通路
55 戻り流体通路
56, 57 戻り通路
58, 59 流量比制御弁
61 スティックシリンダ用作動流体供給通路
66 バケツトシリンダ用作動流体供給通路
71 スティック 'ブーム間の回路間連通通路
72 スティック 'ブーム間の電磁弁
73 パケット 'スティック間の回路間連通通路
74 パケット 'スティック間の電磁弁
84 ブーム用ポンプ
84as ブームアシストポンプ
86 エネノレギ回生モータ
87 ブーム用電動'発電機
88 クラッチ
89 パケット 'ブーム間の電磁弁
発明を実施するための最良の形態
[0024] 以下、本発明を、図 1および図 2に示された一実施の形態、図 3に示された他の実 施の形態を参照しながら詳細に説明する。なお、流体および流体圧は、作動油およ び油圧を用いる。
[0025] 先ず、図 1および図 2に示された一実施の形態を説明すると、図 2に示されるように 、作業機械 1は油圧ショベルであり、下部走行体 2上に旋回軸受部 3を介して上部旋 回体 4が回動自在に設けられ、この上部旋回体 4に、エンジンおよび流体圧ポンプな どの動力装置 5、オペレータを保護するキヤブ 6などが搭載されて、機体 7を形成して いる。下部走行体 2は、左右の履帯を駆動するための走行モータ 2trL, 2trRをそれぞ れ備え、また、上部旋回体 4は、旋回軸受部 3に設けられた旋回減速機構を駆動す るための旋回用電動 ·発電機（図 2には示されず)を備えて!/、る。
[0026] 上部旋回体 4には、作業装置 8が装着されている。この作業装置 8は、上部旋回体 4のブラケット（図示せず）にブーム 8bm、スティック 8stおよびパケット 8bkが順次回動 自在にピン結合され、ブーム 8bmはブームシリンダ 8bmcにより回動され、スティック 8st はスティックシリンダ 8stcにより回動され、パケット 8bkはバケツトシリンダ 8bkcにより回 動される。
[0027] 図 1に示されたハイブリッド式駆動装置 10は、エンジン 11に、このエンジン 11から出 力された回転動力を断続するクラッチ 12が接続され、このクラッチ 12に動力伝達装置 14の入力軸 13が接続され、動力伝達装置 14の出力軸 15に 2つの可変容量型のメイ ンポンプ 17A, 17Bが接続されている。
[0028] これらのメインポンプ 17A, 17Bに対してエンジン 11と並列的な関係で動力伝達装置 14の入出力軸 21に、エンジン 11により駆動されて発電機として機能するとともに電力 の供給を受けて電動機として機能する電動 ·発電機 22が接続されて 、る。この電動 · 発電機 22の電動機動力は、エンジン動力より小さく設定する。この電動'発電機 22に は、インバータなどの電動 ·発電機制御器 22cが接続されて ヽる。
[0029] 電動 '発電機制御器 22cは、コンバータなどの蓄電器制御器 23cを介して、発電機と して機能する電動'発電機 22から供給された電力を蓄えるとともに電動機として機能 する電動'発電機 22に電力を供給する蓄電器 23が接続されている。蓄電器 23は、バ ッテリや、キャパシタなどである。
[0030] ノ、イブリツド式駆動装置 10における動力伝達装置 14は、トロイダル式、遊星歯車式 などの無段変速機構を内蔵し、外部力 の制御信号により出力軸 15に無段変速され た回転を出力可能となっている。
[0031] ハイブリッド式駆動装置 10におけるメインポンプ 17A, 17Bは、タンク 24内に収容され た作動油などの作動流体を、作業機械 1の各流体圧ァクチユエータを制御する流体 圧ァクチユエータ制御回路 25のなかの走行'スティック'パケット用制御回路 25aに供 給する。走行'スティック'パケット用制御回路 25aは、走行モータ 2trL, 2trR、ステイツ クシリンダ 8stcおよびバケツトシリンダ 8bkcに供給される作動流体を制御するものであ る。
[0032] 流体圧ァクチユエータ制御回路 25内には、この走行'スティック'パケット用制御回 路 25aに対して、ブームシリンダ 8bmcに供給される作動流体を制御するブーム用制御 回路 45が独立して分離設置されて ヽる。
[0033] これらの走行 ·スティック 'バケツト用制御回路 25aおよびブーム用制御回路 45に対し て、ハイブリッド式駆動装置 10の蓄電器 23から供給された電力により旋回用電動-発 電機 4swを電動機として作動するとともに上部旋回体 4の旋回制動時に発電機として 作動した旋回用電動 ·発電機 4swから発生した電力を蓄電器 23に回収する旋回用制 御回路 28が設置されている。
[0034] この旋回用制御回路 28は、上部旋回体 4を旋回減速機構 4grを介して旋回駆動す る旋回用電動 ·発電機 4swと、インバータなどの旋回用電動 '発電機制御器 4swcとを 備え、ハイブリッド式駆動装置 10の蓄電器 23から供給された電力により電動機として 機能するとともに、慣性旋回力により強制回転されると発電機として機能して蓄電器 2 3に電力を回収する。
[0035] ハイブリッド式駆動装置 10のメインポンプ 17A, 17Bの吐出口に接続されたポンプ通 路 31, 32は、タンク 24に戻されるバイパス通路中に設けられた電磁比例弁として作動 する電磁弁 33, 34に接続されているとともに、走行直進弁として作動する電磁弁 35に 接続されている。
[0036] 電磁弁 33, 34は、バイパス弁として機能し、オペレータが流体圧ァクチユエータ 2trL , 2trR, 8stc, 8bkcを操作する操作信号がないときは、コントローラからの制御信号に よりポンプ通路 31, 32をタンク 24に連通する全開位置に制御され、オペレータが流体 圧ァクチユエータ 2trL, 2trR, 8stc, 8bkcを操作する操作信号の大きさに比例して閉 じ位置に変位する。
[0037] 電磁弁 35は、図 1に示された左側の作業位置では、 2つのメインポンプ 17A, 17B力 ら流体圧ァクチユエータ 2trL, 2trR, 8stc, 8bkcに作動流体を供給でき、右側の走行 直進位置に切換わると、一方のメインポンプ 17Bのみから 2つの走行モータ 2trL, 2trR に等分された作動流体を供給して、直進走行が可能となる。
[0038] 走行'スティック'パケット用制御回路 25aは、ハイブリッド式駆動装置 10のメインボン プ 17A, 17Bから走行モータ 2trL, 2trRに供給される作動流体を制御する走行用制御 回路 36と、ハイブリッド式駆動装置 10のメインポンプ 17A, 17Bから、作業装置 8を作動 するスティックシリンダ 8stcに供給される作動流体を制御するスティック用制御回路 46 と、ハイブリッド式駆動装置 10のメインポンプ 17A, 17Bからバケツトシリンダ 8bkcに供 給される作動流体を制御するパケット用制御回路 47とを備えている。
[0039] 走行用制御回路 36は、走行直進弁として作動する電磁弁 35から引出された走行モ ータ用作動流体供給通路 41, 42を経て供給された作動流体を方向制御および流量 制御する電磁弁 43, 44を備えている。
[0040] ブーム用制御回路 45は、ハイブリッド式駆動装置 10のメインポンプ 17A, 17Bから分 離して設置されたブーム用ポンプ 84を備え、このブーム用ポンプ 84力 ブームシリン ダ用作動流体供給通路 84aを経てブームシリンダ 8bmcに供給される作動流体を方向 制御および流量制御する電磁弁 49を備え、この電磁弁 49の作動流体給排通路 51, 5 2がブームシリンダ 8bmcのヘッド側室とロッド側室とに連通されて!/、る。ブームシリンダ 用作動流体供給通路 84aからタンク 24に戻されるバイパス通路中には、前記電磁弁 3 3, 34と同様に作用する電磁弁 84bが設けられて 、る。
[0041] ヘッド側の作動流体給排通路 51には、落下防止弁として機能する電磁弁 53が介在 され、この電磁弁 53をブーム停止時に左側の逆止弁位置に切換制御してブーム 8bm の自重による下降を防止する。また、両方の作動流体給排通路 51, 52間には再生弁 として機能する電磁弁 54が設けられ、この電磁弁 54をブーム下降時に逆止弁位置に 切換制御して、ブームシリンダ 8bmcのヘッド側室力も排出された戻り流体の一部を口 ッド側室に再生する。
[0042] 電磁弁 49のタンク通路側には、ブームシリンダ 8bmcから排出される戻り流体を分流 する戻り流体通路 55が設けられ、この戻り流体通路 55の一方の戻り通路 56および他 方の戻り通路 57には、これらの戻り通路 56, 57に分流される流量比を制御する流量 比制御弁 58, 59が設けられている。この流量比制御弁 58, 59は、一方の戻り通路 56 に設けられた流量制御用の一方の電磁弁 58と、この一方の電磁弁 58の上流側で分 岐された他方の戻り通路 57に設けられた流量制御用の他方の電磁弁 59とによって形 成されている。
[0043] ブームシリンダ 8bmcから排出される戻り流体が通る一方の戻り通路 56中にはェネル ギ回生モータ 86が設けられ、このエネルギ回生モータ 86には、エネルギ回生モータ 8 6により駆動されてハイブリッド式駆動装置 10の蓄電器 23に電力を供給する発電機と して機能するとともに蓄電器 23力 供給された電力により電動機として機能するブー ム用電動'発電機 87が接続され、このブーム用電動 '発電機 87にはクラッチ 88を介し て前記ブーム用ポンプ 84が接続され、クラッチ 88は、電動機として機能するブーム用 電動 '発電機 87からブーム用ポンプ 84に動力を伝えるとともに発電機として機能する ブーム用電動 ·発電機 87をブーム用ポンプ 84力 切離すように制御される。
[0044] そして、流量比制御弁 58, 59により流量制御された一方の戻り通路 56の戻り流体量 により、作動されるエネルギ回生モータ 86の回転速度を制御し、このエネルギ回生モ ータ 86により駆動されたブーム用電動 '発電機 87からその電動 '発電機制御器 87cを 介して回収された電力は、ハイブリッド式駆動装置 10の蓄電器 23に供給され蓄えら れる。
[0045] このエネルギ回生モータ 86が作動するのは、方向制御および流量制御する電磁弁 49が図 1において右室にあるときが望ましい。すなわち、ブーム下降時に、ブームシリ ンダ 8bmcのヘッド側の作動流体給排通路 51が戻り流体通路 55に連通して、ブームシ リンダ 8bmcのヘッド側力 排出された戻り流体によりエネルギ回生モータ 86がブーム 自重により余裕を持って作動することが望まし 、。
[0046] スティック用制御回路 46は、走行直進弁として作動する電磁弁 35から引出されたス テイツクシリンダ用作動流体供給通路 61を経て供給された作動流体を方向制御およ び流量制御する電磁弁 62を備え、この電磁弁 62の作動流体給排通路 63, 64がスティ ックシリンダ 8stcのヘッド側室とロッド側室とに連通されている。また、両方の作動流体 給排通路 63, 64間にはロッド側からヘッド側への再生弁として機能する電磁弁 65が 設けられ、この電磁弁 65をスティック 'イン下降時に逆止弁位置に切換制御して、ステ イツクシリンダ 8stcのロッド側室力 排出された戻り流体をヘッド側室に再生する。
[0047] パケット用制御回路 47は、走行直進弁として作動する電磁弁 35から引出されたバケ ットシリンダ用作動流体供給通路 66を経て供給された作動流体を方向制御および流 量制御する電磁弁 67を備え、この電磁弁 67の作動流体給排通路 68, 69がバケツトシ リンダ 8bkcのヘッド側室とロッド側室とに連通されている。
[0048] バケツトシリンダ用作動流体供給通路 66とスティックシリンダ用作動流体供給通路 6 1との間には、これらの間を連通するパケット 'スティック間の回路間連通通路 73が設 けられ、このパケット 'スティック間の回路間連通通路 73中には、バケツトシリンダ用作 動流体供給通路 66からスティックシリンダ用作動流体供給通路 61への一方向流れを 可能とする位置および遮断する位置をそれぞれ有するパケット 'スティック間の電磁 弁 74が設けられている。
[0049] エンジン 11の速度、クラッチ 12の断続、動力伝達装置 14の変速、クラッチ 88の断続 などは、コントローラ（図示せず)から出力された信号により制御される。
[0050] 電磁弁 53, 54, 65, 74は、逆止弁を内蔵した流量調整機能を有する切換弁である。
[0051] 電磁弁 33, 34, 35, 43, 44, 49, 53, 54, 58, 59, 62, 65, 67, 74, 84bは、図示されな いコントローラにより比例制御されるソレノイドと、リターンスプリング（図示せず）とをそ れぞれ備え、ソレノイド励磁力とスプリング復元力とがバランスした位置に変位制御さ れる。
[0052] 次に、図 1および図 2に示された実施の形態の作用効果を説明する。
[0053] ハイブリッド式駆動装置 10のメインポンプ 17A, 17Bから走行モータ 2trL, 2trR、ステ イツクシリンダ 8stcおよびバケツトシリンダ 8bkcに供給される作動流体を制御する走行 •スティック'パケット用制御回路 25aに対し、ハイブリッド式駆動装置 10のメインポンプ 17A, 17Bから分離して設置されたブーム用ポンプ 84を備えこのブーム用ポンプ 84か らブームシリンダ 8bmcに供給される作動流体を制御するブーム用制御回路 45は、独 立して 、るので、ブーム用電動'発電機 87によりブーム用ポンプ 84の回転速度を制 御するなどして、走行モータ 2trL, 2trR、スティックシリンダ 8stcおよびバケツトシリンダ 8bkcに供給される作動流体に影響されることなぐブームシリンダ 8bmcが要求する流 量を容易に得ることができる。
[0054] また、ブーム用制御回路 45は、ブームシリンダ 8bmcから排出される戻り流体によりェ ネルギ回生モータ 86を作動し、このエネルギ回生モータ 86によりブーム用電動 ·発電 機 87を駆動して、ハイブリッド式駆動装置 10の蓄電器 23に電力を供給するので、ブ 一ムシリンダ 8bmcから排出される戻り流体が有するエネルギを蓄電器 23に効率良く 回収でき、ハイブリッド式駆動装置 10のポンプ動力として有効に回生できる。
[0055] 特に、作業機械 1の機体 7に設けられた作業装置 8のブーム 8bmが自重落下する際 に、ブームシリンダ 8bmcのヘッド側力も排出される戻り流体が有するエネルギをエネ ルギ回生モータ 86およびブーム用電動'発電機 87により吸収して蓄電器 23に蓄える ことができる。
[0056] このとき、ブーム用制御回路 45は、クラッチ 88を切離すことにより、ブームシリンダ 8b mcから排出される戻り流体により作動されるエネルギ回生モータ 86より、無負荷状態 のブーム用電動 ·発電機 87に動力を効率良く入力して、発生した電力をハイブリッド 式駆動装置 10の蓄電器 23に蓄えることができる。
[0057] 一方、クラッチ 88を接続したときは、蓄電器 23からの電力により電動機として機能す るブーム用電動 ·発電機 87によりブーム用ポンプ 84を駆動して、このブーム用ポンプ 8 4からブームシリンダ 8bmcに作動流体を供給できるので、開回路にぉ 、てもブームシ リンダ 8bmcから排出された戻り流体が有するエネルギを有効に回生できる。
[0058] このとき、ブームシリンダ 8bmcへの作動流体供給量は、ブーム回路専用のブーム用 ポンプ 84のポンプ容量と回転速度により決定され、ポンプ容量は、メインポンプ 17A, 17Bにしたがって決定され、回転速度はブーム用電動 ·発電機 87により制御され、ブ 一ムシリンダ 8bmcのヘッド側への充分な作動流体供給量により、ブームアップ効率を 向上できる。
[0059] ブーム用制御回路 45は、ブームシリンダ 8bmcから排出される戻り流体を戻り流体通 路 55にて分流し、その分流された流量比を流量比制御弁 58, 59により制御し、この流 量比制御弁 58, 59により流量制御された一方の戻り流体によりエネルギ回生モータ 8 6を作動するので、ブームシリンダ 8bmcからの戻り流体が発生した時点からエネルギ 回生モータ 86側に分流される流量比を徐々に増加させることによってショックの発生 を防止できるとともに、ブームシリンダ 8bmcの急激な負荷変動を抑えることで、ブーム シリンダ 8bmcの安定した動作が得られる。
[0060] すなわち、作業装置 8のブーム 8bmが自重落下する際に、ブームシリンダ 8bmcのへ ッド側力 排出される戻り流体のエネルギ回生モータ 86側への流量比を徐々に増加 させることで、戻り流体が有するエネルギをエネルギ回生モータ 86が円滑に吸収でき るとともに、ブームシリンダ 8bmcのヘッド側の急激な負荷変動を抑えることで、ブーム 8bmの自重落下動作を安定させることができる。要するに、ブームダウン時のエネル ギを他の回路力も独立して蓄えることができる。
[0061] 流量比制御弁 58, 59は、一方の電磁弁 58と他方の電磁弁 59とを、一方の戻り通路 5 6および他方の戻り通路 57の任意の場所にそれぞれ分離して設置できるとともに、一 方の戻り通路 56および他方の戻り通路 57の開度を相互に関連することなく個別に制 御して、エネルギ回生モータ 86側に流される戻り流体の流量比および流量を自在に 制御できる。
[0062] また、下部走行体 2に対し電動機として作動する旋回用電動'発電機 4swにより旋 回させた上部旋回体 4を停止させるときは、旋回用制御回路 28により旋回用電動-発 電機 4swを発電機として作動させることで、上部旋回体 4の旋回を制動できるとともに 旋回用電動 ·発電機 4swから発生した電力を、エネルギ回生モータ 86により駆動され たブーム用電動 ·発電機 87から発生した電力とともにノ、イブリツド式駆動装置 10の蓄 電器 23に効率良く回収でき、ハイブリッド式駆動装置 10のポンプ動力として有効に回 生できる。
[0063] また、パケット 'スティック間の電磁弁 74を一方向流れ可能な位置に制御することで 、一のメインポンプ 17Aからバケツトシリンダ 8bkcに供給される作動流体を、他のメイン ポンプ 17Bからスティックシリンダ 8stcに供給される作動流体に合流させて、スティック シリンダ 8stcの高速ィ匕を図れるとともに、パケット 'スティック間の電磁弁 74を遮断位置 に制御して、パケット用制御回路 47とスティック用制御回路 46とを分離独立させたとき は、パケット系と、スティック系とを切離して、圧力を別々に制御できる。
[0064] 次に、図 3に示された他の実施の形態を説明する。なお、作業機械は、図 2に示さ れたものと同一であるから、説明を省略する。
[0065] 図 3に示されたハイブリッド式駆動装置 10は、エンジン 11に、このエンジン 11から出 力された回転動力を断続するクラッチ 12が接続され、このクラッチ 12に動力伝達装置 14の入力軸 13が接続され、動力伝達装置 14の出力軸 15に 2つの可変容量型のメイ ンポンプ 17A, 17Bが接続されている。
[0066] これらのメインポンプ 17A, 17Bに対してエンジン 11と並列的な関係で動力伝達装置 14の入出力軸 21に、エンジン 11により駆動されて発電機として機能するとともに電力 の供給を受けて電動機として機能する電動 ·発電機 22が接続されて 、る。この電動 · 発電機 22の電動機動力は、エンジン動力より小さく設定する。この電動'発電機 22に は、インバータなどの電動 ·発電機制御器 22cが接続されて ヽる。
[0067] 電動 '発電機制御器 22cは、コンバータなどの蓄電器制御器 23cを介して、発電機と して機能する電動'発電機 22から供給された電力を蓄えるとともに電動機として機能 する電動'発電機 22に電力を供給する蓄電器 23が接続されている。蓄電器 23は、バ ッテリや、キャパシタなどである。
[0068] ノ、イブリツド式駆動装置 10における動力伝達装置 14は、トロイダル式、遊星歯車式 などの無段変速機構を内蔵し、外部力 の制御信号により出力軸 15に無段変速され た回転を出力可能となっている。
[0069] ハイブリッド式駆動装置 10におけるメインポンプ 17A, 17Bは、タンク 24内に収容され た作動油などの作動流体を流体圧ァクチユエータ制御回路 25に供給する。この流体 圧ァクチユエータ制御回路 25中にはエネルギ回生モータ 86が設けられ、このエネル ギ回生モータ 86により駆動されたブーム用電動 ·発電機 87からその発電機制御器 87 cを介して回収された電力は、蓄電器 23に蓄えられる。
[0070] 流体圧ァクチユエータ制御回路 25に対して、ハイブリッド式駆動装置 10の蓄電器 23 力 供給された電力により旋回用電動 ·発電機 4swを電動機として作動するとともに上 部旋回体 4の旋回制動時に発電機として作動した旋回用電動 ·発電機 4sw力 発生 した電力を蓄電器 23に回収する旋回用制御回路 28が設置されている。
[0071] この旋回用制御回路 28は、上部旋回体 4を旋回減速機構 4grを介して旋回駆動す る旋回用電動 ·発電機 4swと、インバータなどの旋回用電動 '発電機制御器 4swcとを 備え、ハイブリッド式駆動装置 10の蓄電器 23から供給された電力により電動機として 機能するとともに、慣性旋回力により強制回転されると発電機として機能して蓄電器 2 3に電力を回収する。
[0072] エンジン 11の速度、クラッチ 12の断続、動力伝達装置 14の変速などは、コントローラ (図示せず)から出力された信号により制御される。
[0073] 図 3に示された流体圧ァクチユエータ制御回路 25において、メインポンプ 17A, 17B の吐出口に接続されたポンプ通路 31, 32は、タンク 24に戻されるバイパス通路中に設 けられた電磁比例弁として作動する電磁弁 33, 34に接続されているとともに、走行直 進弁として作動する電磁弁 35に接続されて!ヽる。
[0074] 電磁弁 33, 34は、バイパス弁として機能し、オペレータが流体圧ァクチユエータ 2trL , 2trR, 8bmc, 8stc, 8bkcを操作する操作信号がないときは、コントローラからの制御 信号によりポンプ通路 31, 32をタンク 24に連通する全開位置に制御され、オペレータ が流体圧ァクチユエータ 2trL, 2trR, 8bmc, 8stc, 8bkcを操作する操作信号の大きさ に比例して閉じ位置に変位する。
[0075] 電磁弁 35は、図 3に示された左側の作業位置では、 2つのメインポンプ 17A, 17B力 ら流体圧ァクチユエータ 2trL, 2trR, 8bmc, 8stc, 8bkcに作動流体を供給でき、右側 の走行直進位置に切換わると、一方のメインポンプ 17Bのみから 2つの走行モータ 2tr L, 2trRに等分された作動流体を供給して、直進走行が可能となる。
[0076] 流体圧ァクチユエータ制御回路 25は、ハイブリッド式駆動装置 10のメインポンプ 17A , 17Bから走行モータ 2trL, 2trRに供給される作動流体を制御する走行用制御回路 3 6と、ハイブリッド式駆動装置 10のメインポンプ 17A, 17Bから、作業装置 8を作動する 作業用ァクチユエータ 8bmc, 8stc, 8bkcに供給される作動流体を制御する作業装置 用制御回路 37とを備えている。
[0077] 走行用制御回路 36は、走行直進弁として作動する電磁弁 35から引出された走行モ ータ用作動流体供給通路 41, 42を経て供給された作動流体を方向制御および流量 制御する電磁弁 43, 44を備えている。
[0078] 作業装置用制御回路 37は、ハイブリッド式駆動装置 10のメインポンプ 17A, 17Bから ブームシリンダ 8bmcに供給される作動流体を制御するブーム用制御回路 45と、ハイ ブリツド式駆動装置 10のメインポンプ 17A, 17Bからスティックシリンダ 8stcに供給され る作動流体を制御するスティック用制御回路 46と、ハイブリッド式駆動装置 10のメイン ポンプ 17A, 17Bからバケツトシリンダ 8bkcに供給される作動流体を制御するパケット 用制御回路 47とを備えている。 [0079] ブーム用制御回路 45は、走行直進弁として作動する電磁弁 35から引出されたブー ムシリンダ用作動流体供給通路 48を経て供給された作動流体を方向制御および流 量制御する電磁弁 49を備え、この電磁弁 49の作動流体給排通路 51, 52がブームシリ ンダ 8bmcのヘッド側室とロッド側室とに連通されている。
[0080] ヘッド側の作動流体給排通路 51には、落下防止弁として機能する電磁弁 53が介在 され、この電磁弁 53をブーム停止時に左側の逆止弁位置に切換制御してブーム 8bm の自重による下降を防止する。また、両方の作動流体給排通路 51, 52間には再生弁 として機能する電磁弁 54が設けられ、この電磁弁 54をブーム下降時に逆止弁位置に 切換制御して、ブームシリンダ 8bmcのヘッド側室力も排出された戻り流体の一部を口 ッド側室に再生する。
[0081] 電磁弁 49のタンク通路側には、ブームシリンダ 8bmcから排出される戻り流体を分流 する戻り流体通路 55が設けられ、この戻り流体通路 55の一方の戻り通路 56および他 方の戻り通路 57には、これらの戻り通路 56, 57に分流される流量比を制御する流量 比制御弁 58, 59が設けられている。この流量比制御弁 58, 59は、前記エネルギ回生 モータ 86を有する一方の戻り通路 56に設けられた流量制御用の一方の電磁弁 58と、 この一方の電磁弁 58の上流側で分岐された他方の戻り通路 57に設けられた流量制 御用の他方の電磁弁 59とによって形成されて 、る。
[0082] ハイブリッド式駆動装置 10のメインポンプ 17A, 17Bからブームシリンダ 8bmcに作動 流体を供給する作動流体供給通路 48には、作動流体の流量を援助するブームァシ ストポンプ 84asが、ブームアシスト用作動流体供給通路 84Aを介して接続され、また、 前記電磁弁 33, 34と同様に作用するバイノ ス通路の電磁弁 84Bが接続されて 、る。
[0083] ブームシリンダ 8bmcから排出される戻り流体が通る一方の戻り通路 56中に設けられ たエネルギ回生モータ 86には、このエネルギ回生モータ 86により駆動されてハイブリ ッド式駆動装置 10の蓄電器 23に電力を供給する発電機として機能するとともに蓄電 器 23から供給された電力により電動機として機能するブーム用電動'発電機 87が接 続され、このブーム用電動 '発電機 87はクラッチ 88を介してブームアシストポンプ 84as に接続されている。クラッチ 88は、電動機として機能するブーム用電動'発電機 87か らブームアシストポンプ 84asに動力を伝えるとともに、発電機として機能するブーム用 電動 ·発電機 87をブームアシストポンプ 84asから切離す。
[0084] そして、流量比制御弁 58, 59により流量制御された一方の戻り通路 56の戻り流体量 により、作動されるエネルギ回生モータ 86の回転速度を制御し、このエネルギ回生モ ータ 86により駆動されるブーム用電動 ·発電機 87により、ハイブリッド式駆動装置 10の 蓄電器 23に電力を供給し蓄える。
[0085] このエネルギ回生モータ 86が作動するのは、方向制御および流量制御する電磁弁 49が図 3において右室にあるときが望ましい。すなわち、ブーム下降時に、ブームシリ ンダ 8bmcのヘッド側の作動流体給排通路 51が戻り流体通路 55に連通して、ブームシ リンダ 8bmcのヘッド側力 排出された戻り流体によりエネルギ回生モータ 86がブーム 自重により余裕を持って作動することが望まし 、。
[0086] スティック用制御回路 46は、走行直進弁として作動する電磁弁 35から引出されたス テイツクシリンダ用作動流体供給通路 61を経て供給された作動流体を方向制御およ び流量制御する電磁弁 62を備え、この電磁弁 62の作動流体給排通路 63, 64がスティ ックシリンダ 8stcのヘッド側室とロッド側室とに連通されている。また、両方の作動流体 給排通路 63, 64間にはロッド側からヘッド側への再生弁として機能する電磁弁 65が 設けられ、この電磁弁 65をスティック 'イン下降時に逆止弁位置に切換制御して、ステ イツクシリンダ 8stcのロッド側室力 排出された戻り流体をヘッド側室に再生する。
[0087] パケット用制御回路 47は、走行直進弁として作動する電磁弁 35から引出されたバケ ットシリンダ用作動流体供給通路 66を経て供給された作動流体を方向制御および流 量制御する電磁弁 67を備え、この電磁弁 67の作動流体給排通路 68, 69がバケツトシ リンダ 8bkcのヘッド側室とロッド側室とに連通されている。
[0088] スティックシリンダ用作動流体供給通路 61とブームシリンダ 8bmcのヘッド側との間に は、これらを連通するスティック 'ブーム間の回路間連通通路 71が設けられ、このステ イツク 'ブーム間の回路間連通通路 71中には、スティックシリンダ用作動流体供給通 路 61力 ブームシリンダ 8bmcのヘッド側への一方向流れを可能とする位置と流れを 遮断する位置との間で変位されるスティック 'ブーム間の電磁弁 72が設けられている
[0089] ブームシリンダ用作動流体供給通路 48とスティックシリンダ用作動流体供給通路 61 との間には、これらの間を連通するパケット 'スティック間の回路間連通通路 73が設け られ、このパケット 'スティック間の回路間連通通路 73中には、ブームシリンダ用作動 流体供給通路 48からスティックシリンダ 8stcへの一方向流れを可能とする位置および 遮断する位置をそれぞれ有するパケット 'スティック間の電磁弁 74が設けられている。
[0090] ブームシリンダ用作動流体供給通路 48中であって、バケツトシリンダ用作動流体供 給通路 66の分岐部とブームアシストポンプ 84as力 の合流部との間には、バケツトシリ ンダ 8bkcへの作動流体をブームシリンダ 8bmcへの一方向流れとして供給可能とする 位置と流れを遮断する位置との間で変位されるパケット 'ブーム間の電磁弁 89が設け られている。
[0091] 電磁弁 53, 54, 65, 72, 74, 89は、逆止弁を内蔵した流量調整機能を有する切換弁 である。
[0092] 電磁弁 33, 34, 35, 43, 44, 49, 53, 54, 58, 59, 62, 65, 67, 72, 74, 84B, 89は、図 示されないコントローラにより比例制御されるソレノイドと、リターンスプリング（図示せ ず)とをそれぞれ備え、ソレノイド励磁力とスプリング復元力とがバランスした位置に変 位制御される。
[0093] 次に、図 3に示された実施の形態の作用効果を説明する。
[0094] 流体圧ァクチユエータ制御回路 25は、ハイブリッド式駆動装置 10のメインポンプ 17A , 17Bから走行モータ 2trL, 2trR、ブームシリンダ 8bmc、スティックシリンダ 8stcおよび バケツトシリンダ 8bkcに供給される作動流体を制御する際に、クラッチ 88を切離すこと により、ブームシリンダ 8bmcから排出される戻り流体により作動されるエネルギ回生モ ータ 86より、無負荷状態のブーム用電動 ·発電機 87に動力を効率良く入力して、発生 した電力をハイブリッド式駆動装置 10の蓄電器 23に蓄えることができるとともに、クラッ チ 88を接続したときは、ハイブリッド式駆動装置 10の蓄電器 23からの電力により電動 機として機能するブーム用電動 ·発電機 87によりブームアシストポンプ 84asを駆動し て、このブームアシストポンプ 84asからブームシリンダ 8bmcに作動流体を供給できる ので、開回路においてもブームシリンダ 8bmcから排出された戻り流体が有するェネル ギを有効に回生できる。
[0095] 特に、作業装置 8のブーム 8bmが自重落下する際に、ブームシリンダ 8bmcのヘッド 側から排出される戻り流体が有するエネルギを、エネルギ回生モータ 86およびブーム 用電動 ·発電機 87により吸収してハイブリッド式駆動装置 10の蓄電器 23に効率良く蓄 えることができる。
[0096] このとき、ブームシリンダ 8bmcから戻り流体通路 55に排出される戻り流体を一方の 戻り通路 56と他方の戻り通路 57とに分流し、その分流された流量比を流量比制御弁 5 8, 59により制御し、この流量比制御弁 58, 59により流量制御された一方の戻り流体に よりエネルギ回生モータ 86を作動し、このエネルギ回生モータ 86によりブーム用電動 '発電機 87を駆動して、ハイブリッド式駆動装置 10の蓄電器 23に電力を供給するので 、ブームシリンダ 8bmcからの戻り流体が発生した時点からエネルギ回生モータ 86側 に分流される流量比を徐々に増カロさせることによってショックの発生を防止できるとと もに、ブームシリンダ 8bmcの急激な負荷変動を抑えることで、ブームシリンダ 8bmcの 安定した動作が得られる。
[0097] すなわち、作業装置 8のブーム 8bmが自重落下する際に、ブームシリンダ 8bmcのへ ッド側力 排出される戻り流体のエネルギ回生モータ 86側への流量比を徐々に増加 させることで、戻り流体が有するエネルギをエネルギ回生モータ 86が円滑に吸収でき るとともに、ブームシリンダ 8bmcのヘッド側の急激な負荷変動を抑えることで、ブーム 8bmの自重落下動作を安定させることができる。
[0098] 流量比制御弁 58, 59は、一方の電磁弁 58と他方の電磁弁 59とを、一方の戻り通路 5 6および他方の戻り通路 57の任意の場所にそれぞれ分離して設置できるとともに、一 方の戻り通路 56および他方の戻り通路 57の開度を相互に関連することなく個別に制 御して、エネルギ回生モータ 86側に流される戻り流体の流量比および流量を自在に 制御できる。
[0099] また、下部走行体 2に対し電動機として作動する旋回用電動'発電機 4swにより旋 回させた上部旋回体 4を停止させるときは、旋回用制御回路 28により旋回用電動-発 電機 4swを発電機として作動させることで、上部旋回体 4の旋回を制動できるとともに 旋回用電動 ·発電機 4swから発生した電力を、エネルギ回生モータ 86により駆動され たブーム用電動 ·発電機 87から発生した電力とともにノ、イブリツド式駆動装置 10の蓄 電器 23に効率良く回収でき、ハイブリッド式駆動装置 10のポンプ動力として有効に回 生できる。
[0100] また、ブームシリンダ用作動流体供給通路 48中にパケット 'ブーム間の電磁弁 89を 設けたので、この電磁弁 89を一方向流れ位置に開くことで、一のメインポンプ 17Aから の作動流体供給量とブームアシストポンプ 84as力 の作動流体供給量とを合わせて ブームシリンダ 8bmcに供給でき、ブームシリンダ 8bmcによるブームアップ動作の高速 化を図れ、作業性を向上できるとともに、この電磁弁 89を閉じることで、バケツトシリン ダ 8bkcでの高圧を確保できる。
[0101] また、パケット 'スティック間の回路間連通通路 73中にパケット 'スティック間の電磁 弁 74を設けたので、この電磁弁 74を一方向流; ^立置に制御するとともに、電磁弁 72, 89を閉じることで、一のメインポンプ 17Aから作動流体供給通路 48に供給された作動 流体を、この電磁弁 74を経てスティックシリンダ用作動流体供給通路 61に供給し、他 のメインポンプ 17Bからこの作動流体供給通路 61に供給された作動流体に合流させ てスティックシリンダ 8stcに供給でき、スティックシリンダ 8stcの高速化を図れるので、 作業性を向上できる。
[0102] 一方、この電磁弁 74を遮断位置に制御することで、ブーム系およびパケット系と、ス ティック系とを切離して、圧力を別々に制御できる。特に、バケツトシリンダ 8bkcでの高 圧発生を確保できる。
[0103] スティックシリンダ用作動流体供給通路 61とブームシリンダ 8bmcのヘッド側とを連通 するスティック 'ブーム間の回路間連通通路 71中にスティック 'ブーム間の電磁弁 72を 設けたので、このスティック 'ブーム間の電磁弁 72を一方向流れ位置に制御すること で、一のメインポンプ 17Aから電磁弁 89を経た後さらにブームアシストポンプ 84asから 供給された作動流体と合流して、方向制御用の電磁弁 49の左室を経てブームシリン ダ 8bmcのヘッド側に供給される作動流体の供給量に加えて、他のメインポンプ 17Bか ら電磁弁 72を経た作動流体をブームシリンダ 8bmcのヘッド側に供給することで、ブー ムシリンダ 8bmcによるブームアップ動作の高速ィ匕を図れるので、作業性を向上できる 。この電磁弁 72を閉じることで、スティックシリンダ 8stcへの作動流体供給量を確保し て、スティックシリンダ 8stcの高速化を図ることができる。
[0104] 電磁弁 72, 89を遮断位置に閉じることで、ブーム用制御回路 45をメインポンプ 17A, 17Bから切離すことができる。
[0105] 電磁弁 72, 74, 89の切換状態の組合せによって、組合せの自由度が高くなり、シス テム構成の変更がフレキシブルとなる。また、ハイブリッドシステムにより、エンジン 11 の燃費効率を向上できる。
産業上の利用可能性
[0106] 本発明は、油圧ショベルなどの旋回型作業機械に適用できる。

Claims

請求の範囲
走行モータにより走行可能な下部走行体に対し、旋回用電動 *発電機により旋回可 能な上部旋回体が設けられ、この上部旋回体にブームシリンダにより回動されるブー ムとスティックシリンダにより回動されるスティックとバケツトシリンダにより回動されるバ ケットとを順次連結した作業装置が設けられた作業機械であって、
エンジンと、このエンジンにより駆動されて発電機として機能するとともに電力の供 給を受けて電動機として機能する電動'発電機と、この発電機として機能する電動- 発電機から供給された電力を蓄えるとともに電動機として機能する電動'発電機に電 力を供給する蓄電器と、エンジンおよび電動 '発電機の少なくとも一方により駆動され るメインポンプとを備えたハイブリッド式駆動装置と、
ノ、イブリツド式駆動装置のメインポンプ力も走行モータ、スティックシリンダおよびバ ケットシリンダに供給される作動流体を制御する走行'スティック'パケット用制御回路 と、
ハイブリッド式駆動装置のメインポンプ力も分離して設置されたブーム用ポンプを備 えこのブーム用ポンプ力 ブームシリンダに供給される作動流体を制御するブーム用 制御回路と、
ノ、イブリツド式駆動装置の蓄電器力も供給された電力により旋回用電動 ·発電機を 電動機として作動するとともに上部旋回体の旋回制動時に発電機として作動した旋 回用電動 *発電機力 発生した電力を蓄電器に回収する旋回用制御回路とを具備し ブーム用制御回路は、
ブームシリンダ力 排出される戻り流体が通る戻り流体通路中に設けられたェネル ギ回生モータと、
エネルギ回生モータにより駆動されてハイブリッド式駆動装置の蓄電器に電力を供 給する発電機として機能するとともに蓄電器力 供給された電力により電動機として 機能するブーム用電動'発電機と、
電動機として機能するブーム用電動 ·発電機力 ブーム用ポンプに動力を伝えると ともに発電機として機能するブーム用電動 '発電機をブーム用ポンプ力 切離すクラ ツチとを備えた
ことを特徴とする作業機械。
[2] 走行モータにより走行可能な下部走行体に対し、旋回用電動，発電機により旋回可 能な上部旋回体が設けられ、この上部旋回体にブームシリンダにより回動されるブー ムとスティックシリンダにより回動されるスティックとバケツトシリンダにより回動されるバ ケットとを順次連結した作業装置が設けられた作業機械であって、
エンジンと、このエンジンにより駆動されて発電機として機能するとともに電力の供 給を受けて電動機として機能する電動'発電機と、この発電機として機能する電動- 発電機から供給された電力を蓄えるとともに電動機として機能する電動'発電機に電 力を供給する蓄電器と、エンジンおよび電動 '発電機の少なくとも一方により駆動され るメインポンプとを備えたハイブリッド式駆動装置と、
ハイブリッド式駆動装置のメインポンプから走行モータ、ブームシリンダ、スティック シリンダおよびバケツトシリンダに供給される作動流体を制御する流体圧ァクチユエ ータ制御回路と、
ノ、イブリツド式駆動装置の蓄電器力も供給された電力により旋回用電動 ·発電機を 電動機として作動するとともに上部旋回体の旋回制動時に発電機として作動した旋 回用電動 *発電機力 発生した電力を蓄電器に回収する旋回用制御回路とを具備し 流体圧ァクチユエータ制御回路は、
ノ、イブリツド式駆動装置のメインポンプ力 ブームシリンダに供給される作動流体の 流量を援助するブームアシストポンプと、
ブームシリンダ力 排出される戻り流体が通る戻り流体通路中に設けられたェネル ギ回生モータと、
エネルギ回生モータにより駆動されてハイブリッド式駆動装置の蓄電器に電力を供 給する発電機として機能するとともに蓄電器力 供給された電力により電動機として 機能するブーム用電動 ·発電機とを備えた
ことを特徴とする作業機械。
[3] エネルギ回生モータは、ブームシリンダのヘッド側からの戻り流体通路中に設けら れた
ことを特徴とする請求項 1または 2記載の作業機械。
[4] 戻り流体通路は、
エネルギ回生モータを有する一方の戻り通路と、
エネルギ回生モータの上流側で分岐された他方の戻り通路と、
一方の戻り通路での流量と他方の戻り通路での流量との流量比を制御する流量比 制御弁と
を具備したことを特徴とする請求項 1乃至 3のいずれか記載の作業機械。
[5] 流体圧ァクチユエータ制御回路は、
電動機として機能するブーム用電動 '発電機力 ブームアシストポンプに動力を伝 えるとともに発電機として機能するブーム用電動 ·発電機をブームアシストポンプから 切離すクラッチ
を具備したことを特徴とする請求項 2記載の作業機械。
[6] メインポンプは、複数設けられ、
流体圧ァクチユエータ制御回路は、
一のメインポンプ力 ブームシリンダに作動流体を供給するブームシリンダ用作動 流体供給通路と、
ブームシリンダ用作動流体供給通路力 分岐されてバケツトシリンダに作動流体を 供給するバケツトシリンダ用作動流体供給通路と、
他のメインポンプからスティックシリンダに作動流体を供給するスティックシリンダ用 作動流体供給通路と、
ブームシリンダ用作動流体供給通路中であってバケツトシリンダ用作動流体供給通 路の分岐部とブームアシストポンプからの合流部との間に設けられバケツトシリンダへ の作動流体をブームシリンダへの一方向流れとして供給可能とする位置と流れを遮 断する位置との間で変位されるパケット 'ブーム間の電磁弁と、
バケツトシリンダ用作動流体供給通路とスティックシリンダ用作動流体供給通路とを 連通するパケット 'スティック間の回路間連通通路と、
パケット 'スティック間の回路間連通通路中に設けられ、バケツトシリンダへの作動流 体供給通路からスティックシリンダへの作動流体供給通路への一方向流れを可能と する位置および流れを遮断する位置をそれぞれ有するパケット 'スティック間の電磁 弁と
を具備したことを特徴とする請求項 2乃至 5のいずれか記載の作業機械。
スティックシリンダ用作動流体供給通路とブームシリンダのヘッド側とを連通するス ティック 'ブーム間の回路間連通通路と、
スティック 'ブーム間の回路間連通通路中に設けられ、スティックシリンダ用作動流 体供給通路からブームシリンダのヘッド側への一方向流れを可能とする位置と流れ を遮断する位置との間で変位されるスティック ·ブーム間の電磁弁と
を具備したことを特徴とする請求項 6記載の作業機械。
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