(57)【要約】【課題】操作弁が冷えて、バルブ本体とスプールとが固着しないようにする。【解決手段】複数の操作弁２〜６，１３〜１６を設けた第１，２回路系統のいずれか一方の回路系統には、ノーマル状態で中立流路１８とタンクＴに連通し、切換位置で上記中立流路１８とタンクＴとの連通を遮断して当該中立流路１８を上記発電用油圧モータＭに連通する回生切換弁１７を設けている。そして、操作弁１３〜１６が中立位置にあって、発電用油圧モータＭに圧油を供給するときには、その圧油が上記操作弁１３〜１６を経由するので、それらのバルブ本体が温められる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御機構によって吐出量が制御される一対の可変容量型の第１，２メインポンプと、これら第１，２メインポンプに接続した第１，２回路系統と、少なくとも上記いずれか一方のメインポンプの吐出油が供給されたときに回転する発電用油圧モータと、この油圧モータに連係した発電機と、この発電機が発電した電力を蓄電するバッテリーとを備えてなり、上記第１，２回路系統には、複数の操作弁を設けるとともに、これら操作弁のすべてが中立位置にあるとき、上記第１，２メインポンプの吐出油をタンクに導く中立流路を備えた建設機械の制御装置において、上記いずれか一方の回路系統にはノーマル状態で中立流路とタンクに連通し、切換位置で上記中立流路とタンクとの連通を遮断して当該中立流路を上記発電用油圧モータに連通する回生切換弁を設けた建設機械の制御装置。
【請求項２】
上記回生切換弁は、上記いずれか一方の回路系統において最下流に設けた請求項１記載の建設機械の制御装置。
【請求項３】
上記回生切換弁は、パイロット電磁制御弁を介してパイロットポンプに接続するとともに、上記パイロット電磁制御弁をコントローラに接続し、コントローラの出力信号でパイロット電磁制御弁が開いたとき、回生切換弁が上記切換位置に切り換えられる構成にした請求項１または２記載の建設機械の制御装置。
【請求項４】
上記いずれか他方のメインポンプの吐出量を制御する制御機構は、上記回生切換弁が開位置に切り換えられたとき、上記他方のメインポンプの吐出量を最少吐出量に制御する構成にした請求項１〜３のいずれか１に記載の建設機械の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ハイブリッド型の建設機械の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願人は、この種の建設機械を、特願２００９−１６４２７９号にかかわる出願としてすでに提供している。
上記特願２００９−１６４２７９号にかかわる発明は、アクチュエータを制御する操作弁をすべて中立位置に保っているとき、すなわち各アクチュエータが非作動状態にあるとき、可変容量型のメインポンプの吐出油を発電用油圧モータに供給するようにしている。
【０００３】
そして、上記のようにメインポンプの吐出油を発電用油圧モータに導くときには、上記操作弁とメインポンプとの間に設けた切換弁を切り換え、メインポンプと操作弁の接続を遮断して、上記のようにメインポンプの吐出油を発電用油圧モータに供給する構成にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２７５９４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のようにした従来の装置では、メインポンプの吐出油を発電用油圧モータに供給するとき、メインポンプと操作弁との連通を遮断する構成にしているので、例えば寒冷地などでは、操作弁がすぐに冷えてしまう。もし、操作弁が冷えすぎると、アクチュエータを作動させるために、操作弁に再びメインポンプの吐出油を供給したとき、操作弁のバルブ本体とスプールとの間で固着現象が発生するが、その原因は次のとおりである。
【０００６】
すなわち、上記のようにメインポンプの吐出油は、操作弁を操作していないときでも、油圧タンクは、高い油温を保っている。また、操作弁はそのバルブ本体は鋳物にするとともに、スプールをスチール製にするのが通常なので、どちらもスチールだが材質が異なる為、熱膨張が異なる。
【０００７】
したがって、操作弁が冷えている状態で、高い油温を保ったメインポンプの吐出油が操作弁側に供給されると、バルブ本体とスプールとの熱膨張が異なるために、上記したようにそれら両者が固着してしまうという問題が発生していた。特に最近の建設機械では、省エネルギー化を図るために、非作業状態でエンジンを止めたりするので、バルブ本体が冷めやすくなり、上記のような問題がさらに顕著になっていた。
【０００８】
この発明の目的は、メインポンプの吐出油を発電用油圧モータに供給しているときでも、操作弁が冷え難い建設機械の制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明は、制御機構によって吐出量が制御される一対の可変容量型の第１，２メインポンプと、これら第１，２メインポンプに接続した第１，２回路系統と、少なくとも上記いずれか一方のメインポンプの吐出油が供給されたときに回転する発電用油圧モータと、この油圧モータに連係した発電機と、この発電機が発電した電力を蓄電するバッテリーとを備えてなる。そして、上記第１，２回路系統には、複数の操作弁を設けるとともに、これら操作弁のすべてが中立位置にあるとき、上記第１，２メインポンプの吐出油をタンクに導く中立流路を備えている。
さらに、上記いずれか一方の回路系統にはノーマル状態で中立流路とタンクに連通し、切換位置で上記中立流路とタンクとの連通を遮断して当該中立流路を上記発電用油圧モータに連通する回生切換弁を設けている。
【００１０】
第２の発明は、上記回生切換弁が、上記いずれか一方の回路系統において最下流に設けられている。
【００１１】
第３の発明は、上記回生切換弁が、パイロット電磁制御弁を介してパイロットポンプに接続されるとともに、上記パイロット電磁制御弁をコントローラに接続し、コントローラの出力信号でパイロット電磁制御弁が開いたとき、回生切換弁が上記切換位置に切り換えられる構成にしている。
【００１２】
第４の発明は、上記いずれか他方のメインポンプの吐出量を制御する制御機構が、上記回生切換弁が開位置に切り換えられたとき、上記他方のメインポンプの吐出量を最少吐出量に制御する構成になっている。
【発明の効果】
【００１３】
第１の発明によれば、いずれか一方のメインポンプの吐出油を発電用油圧モータに供給するときには、上記メインポンプの吐出油が当該回路系統の操作弁を経由するので、これら制御弁は発電用油圧モータに供給される作動油で暖められる。したがって、従来のようにバルブ本体とスプールとが固着するような問題は発生しない。
【００１４】
第２の発明によれば、回生切換弁が一方の回路系統の最下流に位置しているので、暖められたメインポンプの吐出油は、上記一方の回路系統のすべての操作弁を経由することになり、全体がむらなく暖められる。
【００１５】
第３の発明によれば、コントローラを介して回生切換弁を制御できるので、発電用油圧モータをコンピュータ制御することができる。したがって、例えば、コントローラがバッテリーの蓄電量を測りながら、発電用油圧モータを回転させたりすることもできる。
【００１６】
第４の発明によれば、一方のメインポンプの吐出油を一方の回路系統を経由して発電用油圧モータに供給しているとき、他方のメインポンプの吐出油は他方の回路系統に供給されるが、そのときの吐出量が最少に保たれるので、エネルギーロスも少なくなる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図示した実施形態は、パワーショベルの制御装置で、エンジンＥで駆動する可変容量型の第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２を設けているが、これら第１，２メインポンプＭＰ１、ＭＰ２は同軸回転するものである。なお、図中符号１はエンジンＥに設けたジェネレータで、エンジンＥの余力を利用して発電機能を発揮するものである。
【００１９】
上記第１メインポンプＭＰ１は第１回路系統に接続しているが、この第１回路系統は、その上流側から順に、旋回モータを制御する操作弁２、アームシリンダを制御する操作弁３、ブームシリンダを制御するブーム２速用の操作弁４、予備用アタッチメントを制御する操作弁５および左走行用のモータを制御する操作弁６を接続している。
【００２０】
上記各操作弁２〜６のそれぞれは、中立流路７およびパラレル通路８を介して第１メインポンプＭＰ１に接続している。
上記中立流路７であって、左走行モータ用の操作弁６の下流にはパイロット圧を生成するためのパイロット圧制御用の絞り９を設けている。この絞り９はそこを流れる流量が多ければ、その上流側に高いパイロット圧を生成し、その流量が少なければ低いパイロット圧を生成するものである。
【００２１】
また、上記中立流路７は、上記操作弁２〜６のすべてが中立位置もしくは中立位置近傍にあるとき、第１メインポンプＭＰ１から吐出された油の全部または一部を、絞り９を介してタンクＴに導くが、このときには絞り９を通過する流量も多くなるので、上記したように高いパイロット圧が生成される。
【００２２】
一方、上記操作弁２〜６がフルストロークの状態で切り換えられると、中立流路７が閉ざされて流体の流通がなくなる。したがって、この場合には、絞り９を流れる流量がなくなり、パイロット圧はゼロを保つことになる。
ただし、操作弁２〜６の操作量によっては、ポンプ吐出量の一部がアクチュエータに導かれ、一部が中立流路７からタンクＴに導かれることになるので、絞り９は、中立流路７に流れる流量に応じたパイロット圧を生成する。言い換えると、絞り９は、操作弁２〜６の操作量に応じたパイロット圧を生成することになる。
【００２３】
また、上記中立流路７であって、操作弁６と絞り９との間にはパイロット流路１０を接続しているが、このパイロット流路１０は、電磁切換弁１１を介して、第１メインポンプＭＰ１の傾転角を制御するレギュレータ１２に接続している。
上記レギュレータ１２は、パイロット流路１０のパイロット圧と逆比例して第１メインポンプＭＰ１の傾転角を制御し、その１回転当たりの押し除け量を制御する。したがって、操作弁２〜６をフルストロークして中立流路７の流れがなくなり、パイロット圧がゼロになれば、第１メインポンプＭＰ１の傾転角が最大になり、その１回転当たりの押し除け量が最大になる。
【００２４】
また、上記電磁切換弁１１にはパイロット油圧源ＰＰを接続し、パイロット流路１０とパイロット油圧源ＰＰとの圧力を選択して上記レギュレータ１２に導くようにするとともに、この電磁切換弁１１はコントローラＣの出力信号に応じて切り換えられるようにしている。
すなわち、コントローラＣから電磁切換弁１１に対する信号が出力されていない状態では、図示のノーマル位置を保ち、パイロット流路１０の圧力をレギュレータ１２に導く。また、コントローラＣからの信号が電磁切換弁１１に入力すると、上記ノーマル位置から切り換わってパイロットポンプＰＰの圧力をレギュレータ１２に導く。
【００２５】
一方、上記第２メインポンプＭＰ２は第２回路系統に接続しているが、この第２回路系統は、その上流側から順に、右走行用モータを制御する操作弁１３、バケットシリンダを制御する操作弁１４、ブームシリンダを制御する操作弁１５およびアームシリンダを制御するアーム２速用の操作弁１６を接続するとともに、この操作弁１６よりもさらに下流側に回生切換弁１７を接続している。
【００２６】
上記各操作弁１３〜１６は、中立流路１８を介して第２メインポンプＭＰ２に接続するとともに、操作弁１４および操作弁１５はパラレル通路１９を介して第２メインポンプＭＰ２に接続している。
【００２７】
そして、上記中立流路１８であって、回生切換弁１７の下流側にはパイロット圧制御用の絞り２０を設けているが、この絞り２０は、第１回路系統の絞り９と全く同様に機能するものである。
また、上記回生切換弁１７は、図示のノーマル位置で中立流路１８と絞り２０とを連通させ、このノーマル位置から切り換え位置に切り換わると、中立流路１８と上記絞り２０との連通を遮断するとともに、中立流路１８を発電用油圧モータＭに連通させる
さらに、上記中立流路１８であって、上記回生切換弁１７と上記絞り２０との間には、パイロット流路２１を接続しているが、このパイロット流路２１は第２メインポンプＭＰ２の傾転角を制御するレギュレータ２２に接続している。
【００２８】
上記レギュレータ２２は、パイロット流路２１のパイロット圧と逆比例して第２メインポンプＭＰ２の傾転角を制御し、その１回転当たりの押し除け量を制御する。したがって、操作弁１３〜１６をフルストロークして中立流路１８の流れがなくなり、パイロット圧がゼロになれば、第２メインポンプＭＰ２の傾転角が最大になり、その１回転当たりの押し除け量が最大になる。
【００２９】
また、上記回生切換弁１７は、その一方にパイロット室１７ａを設けるとともに、このパイロット室１７ａに対向する側にスプリング１７ｂのばね力を作用させている。したがって、パイロット室１７ａにパイロット圧が作用していないときには、回生切換弁１７は、スプリング１７ｂのばね力の作用で図示のノーマル位置を保ち、中立流路１８と絞り２０とを連通させるとともに、中立流路１８と発電用油圧モータＭとの連通を遮断する。
一方、パイロット室１７ａにパイロット圧が導かれると、回生切換弁１７は、上記スプリング１７ｂのばね力に抗して切り換わり、中立流路１８と絞り２０との連通を遮断するとともに、中立流路１８を発電用油圧モータＭに連通させる。
【００３０】
上記のようにした回生切換弁１７のパイロット室１７ａは、パイロット電磁制御弁２３を介してパイロットポンプＰＰに接続している。そして、上記パイロット電磁制御弁２３は、コントローラＣの出力信号によって制御される。すなわち、通常は図示の閉位置を保ち、コントローラＣの出力信号に基づいて切り換わったとき開位置に切り換わる。
【００３１】
パイロット電磁制御弁２３が開位置に切り換わると、パイロットポンプＰＰのパイロット圧が回生切換弁１７のパイロット室１７ａに導かれるので、回生切換弁１７が発電用油圧モータＭに対して開状態となる切換位置に切り換わる。したがって、中立流路１８と絞り２０との連通が遮断されるとともに、中立流路１８に流入した圧油を発電用油圧モータＭに供給し、この発電用油圧モータＭを回転させる。
なお、上記発電用油圧モータＭは傾角制御器２４によってその傾転角が制御されるようにしているが、この傾角制御器２４はコントローラＣの出力信号で制御されるようにしている。
【００３２】
さらに、上記発電用油圧モータＭは発電機２５に連係しているので、発電用油圧モータＭが回転すれば発電機２５が回って発電するとともに、インバータ２６を介して発電電力をバッテリー２７に充電する。そして、コントローラＣはこのバッテリー２７の充電量を監視する機能を備えている。
なお、図中符号２８はバッテリーチャージャーで、ジェネレータ１で発電された電力をバッテリー２７に充電するためのものであるが、この実施形態では、バッテリーチャージャー２８を、家庭用の電源などの別系統の電源２９にも接続している。
【００３３】
さらに、上記発電用油圧モータＭと連携して回転するアシストポンプＡＰを設けているが、このアシストポンプＡＰにもコントローラＣによって制御される傾角制御器３０を設けている。
【００３４】
このようにしたアシストポンプＡＰは、第１，２合流制御弁３１，３２を介して、第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２と第１，２回路系統との間における合流点３３，３４に接続しているが、これら第１，２合流制御弁３１，３２は、その一方にパイロット室を設け、このパイロット室に対向する側にスプリングを設けている。そして、第１，２合流制御弁３１，３２は、図示のノーマル状態で開位置を保ち、パイロット室にパイロット圧が作用したときにスプリングに抗して閉位置に切り換わる構成にしている。
【００３５】
さらに、上記第１，２合流制御弁３１，３２のパイロット室は、第１，２電磁制御弁３５，３６を介して上記パイロットポンプＰＰに接続しているが、これら第１，２電磁制御弁３５，３６は、コントローラＣの出力信号で制御されるもので、図示のノーマル状態では、閉位置を保ち、パイロットポンプＰＰと第１，２合流制御弁３１，３２のパイロット室との連通を遮断する。
【００３６】
また、コントローラＣの出力信号によって、第１，２電磁制御弁３５，３６が開位置に切り換わると、パイロットポンプＰＰの吐出圧を第１，２合流制御弁３１，３２のパイロット室に導く。したがって、このときに第１，２合流制御弁３１，３２は閉位置に切り換わって、アシストポンプＡＰと合流点３３，３４との間の流通を遮断する。
なお、図中符号３７，３８はチェック弁で、アシストポンプＡＰから上記合流点３３，３４への流れのみを許容するものである。
【００３７】
次にこの実施形態の作用を説明する。
第１、２回路系統のすべての操作弁２〜６，１３〜１６が中立位置に保持されるとともに、回生切換弁１７が図示のノーマル位置にあるとき、オペレータから回生信号が入力されると、コントローラＣはパイロット電磁制御弁２３を開位置に切り換える。このようにパイロット電磁制御弁２３が開位置に切り換わると、パイロットポンプＰＰの吐出圧が回生切換弁１７のパイロット室１７ａに作用するので、中立流路１８と絞り２０との連通が遮断され、絞り２０に流れがなくなる。
【００３８】
絞り２０に流れがなくなれば、その上流側の圧力もゼロになるので、それにともなってレギュレータ２２は第２メインポンプＭＰ２の傾転角を最大にし、その１回転当たりの押し除け量を最大にする。押し除け量を最大にされた第２メインポンプＭＰ２の吐出油は、中立流路１８から回生切換弁１７を経由して発電用油圧モータＭに供給され、当該モータＭを回転させる。そして、この発電用油圧モータＭの回転にともなって発電機２５が回って発電するとともに、この発電電力はインバータ２６を通ってバッテリー２７に蓄電される。
【００３９】
なお、コントローラＣは、バッテリー２７の蓄電量が十分か否かをあらかじめ記憶した設定値を基に判定し、その蓄電量が少ないと判断したときには、コントローラＣが発電機２５の吸収トルクを多く指令し、当該油圧モータＭに作用する圧力を上げる。つまり、コントローラＣは、バッテリー２７の蓄電量に応じて発電用油圧モータＭの入力トルクを制御する機能を備えている。
また、上記のようにオペレータから回生信号が入力されると、コントローラＣは、電磁切換弁１１を切り換えてパイロットポンプＰＰの吐出圧をレギュレータ１２に作用させ、第１メインポンプＭＰ１の１回転当たりの押し除け量を最少に保つ。
【００４０】
上記のようにこの実施形態では、回生切換弁１７を操作弁１３〜１６よりも下流に設けたので、第２メインポンプＭＰ２の吐出油は、第２回路系統のすべての操作弁１３〜１６を経由することになる。言い換えると、第２メインポンプＭＰ２と発電用油圧モータＭとの間を循環する高温油がすべての操作弁１３〜１６を通過することになる。したがって、操作弁１３〜１６のバルブ本体は確実に温められる。
また、第１回路系統の操作弁２〜６にも第１メインポンプＭＰ１の最少スタンバイ流量が流れるので、それら操作弁２〜６も温められることになる。
【００４１】
いずれにしても、発電用油圧モータＭを回転して発電するときには、第１，２回路系統に高温油が循環するので、すべての操作弁２〜６および１３〜１６のバルブ本体が温められる。したがって、バルブ本体が冷えてしまって、バルブ本体とスプールとが固着したりしない。
しかも、発電用油圧モータＭに対しては、１回転当たりの押し除け量を最大にした第２メインポンプＭＰ２の吐出油のみを供給し、第１メインポンプＭＰ１の１回転当たりの押し除け量は最少にしているので、第１メインポンプＭＰ１の吐出量を小さくした分、パワーロスを最少にできる。
【００４２】
なお、この実施形態では、回生切換弁１７を操作弁１３〜１６の最下流側に設けたが、必ずしも最下流に設けなくてもよい。ただし、回生切換弁１７をこの実施形態のように最下流に設けた方が、各操作弁１３〜１６を確実かつ効率的に温めることができる。
【００４３】
また、第１回路系統のいずれかの操作弁に接続したアクチュエータを作動させ、第２回路系統の操作弁１３〜１６を中立位置に保った状態でオペレータから回生信号が入力されたときには、コントローラＣは電磁切換弁１１を図示のノーマル位置に保って、第１回路系統に接続した第１メインポンプＭＰ１には、操作弁の操作量に応じた吐出量を確保させるとともに、第２メインポンプＭＰ２の吐出油で発電用油圧モータＭを回転させる。
【００４４】
なお、この実施形態の電磁切換弁１１、レギュレータ１２，２２のそれぞれが相まって、この発明の制御機構を構成し、この制御機構によって第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２の吐出量が制御される。
また、上記したように発電用油圧モータＭにはアシストポンプＡＰを連係しているが、非作業時に発電用油圧モータＭが発電機能を発揮しているときには、アシストポンプＡＰの傾転角を最小にして、その負荷が発電用油圧モータＭにほとんど作用しない状態にすることにより発電効率を向上させることも可能である。
【００４５】
さらに、作業時に発電機２５を電動モータとして機能させれば、上記アシストポンプＡＰが回転してポンプ機能を発揮させることができるが、アシストポンプＡＰの吐出油を第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２のいずれに合流させるかは、オペレータの入力信号に応じてコントローラＣが制御する。ただし、このような合流制御に関して、コントローラＣには、アシストポンプＡＰのアシスト流量をオペレータの入力信号に応じた流量が吐出される様にし、その中で、コントローラＣが、アシストポンプＡＰの傾転角、油圧モータＭの傾転角、電動モータとして用いる発電機２５の回転数などをどのように制御したら最も効率的かを判断してそれぞれの制御を実施できるようにしている。
【００４６】
なお、オペレータが第１，２回路系統の両方に対してアシスト力を必要としたときには、コントローラＣは第１，２電磁制御弁３５，３６をノーマル状態である閉位置に保ち、いずれか一方の回路系統にアシスト力を必要とするときには、コントローラＣは、第１，２電磁制御弁３５，３６のいずれか一方を開位置に切り換えて、第１，２合流制御弁３１，３２のいずれか一方を閉位置に切り換える。さらに、第１，２回路系統のいずれにもアシストポンプＡＰのアシスト力が必要とされていないときには、コントローラＣは、第１，２電磁制御弁３５，３６の両方のソレノイドを励磁して、第１，２合流制御弁３１，３２を閉位置に切り換える。
【００４７】
また、この実施形態では、アシストポンプＡＰのアシストを前提にして、第１，２合流制御弁３１，３２をノーマル状態で開位置を保つようにしたので、アシストポンプＡＰのアシストを必要とするたびに第１，２電磁制御弁３５，３６に電気信号を供給しなくてもよいので、その分、電力の消費量を低く抑えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
この発明は、パワーショベルに用いるのに最適である。
【符号の説明】
【００４９】
ＭＰ１，ＭＰ２  第１，２メインポンプ
２〜６        操作弁
１３〜１６      操作弁
７，１８        中立流路
１７            回生切換弁
２３            パイロット電磁制御弁
２５            発電機
Ｃ            コントローラ
Ｍ            発電用油圧モータ
２７            バッテリー
【図１】
2011169396.tif 000003