ハイブリッド建設機械の制御装置
【課題】 エンジンＥの起動時に第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２をアンロード状態にして、エンジンＥの負荷を小さくする。
【解決手段】 エンジンＥを起動させるためにイグニションキーを操作すると、コントローラＣは、電磁開閉弁３３を開いて、サブポンプＳＰの吐出流体をパイロット通路３２に供給する。パイロット通路３２に圧力流体が流れると、そのときのパイロット通路３３の圧力がアンロード弁３７のパイロット室３７ｂに作用し、当該アンロード弁３７を開位置に切り換える。アンロード弁３７が開けば、第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２は、このアンロード弁３７を介してアンロードされる。このように第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２がアンロードされている状態で、エンジンＥを起動させる。
【解決手段】 エンジンＥを起動させるためにイグニションキーを操作すると、コントローラＣは、電磁開閉弁３３を開いて、サブポンプＳＰの吐出流体をパイロット通路３２に供給する。パイロット通路３２に圧力流体が流れると、そのときのパイロット通路３３の圧力がアンロード弁３７のパイロット室３７ｂに作用し、当該アンロード弁３７を開位置に切り換える。アンロード弁３７が開けば、第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２は、このアンロード弁３７を介してアンロードされる。このように第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２がアンロードされている状態で、エンジンＥを起動させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えばパワーショベル等の建設機械を制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワーショベル等の建設機械におけるハイブリッド構造は、原則的にはエンジンでポンプを駆動するが、例えば、エンジンの余剰出力で発電機を回転して発電したり、あるいはアクチュエータの排出エネルギーで発電機を回転して発電したりするとともに、この発電機の電力を利用して電動モータを回転させてアクチュエータ等を作動させるようにしている。
【特許文献１】特開２００２−２７５９４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記した従来の装置では、エンジンでメインポンプを回転させるが、例えば、イグニションキーを操作してエンジンを起動するとき、メインポンプの起動時の負荷がエンジンに作用する。このポンプの負荷が、回転数が十分に上がっていないエンジンに対して過負荷になり、エンジンは黒鉛を排出しながら回転することになる。この黒鉛は、当然のように公害の大きな要因になるという問題があった。
また、エンジンがある回転数を維持して当該回路系統がスタンバイ状態を維持するまで、当該建設機械のアクチュエータを使った作業ができないので、スタンバイ状態を保つまでの間、立ち上げに時間がかかるという問題もあった。
この発明の目的は、起動時のエンジンの負荷を小さくするとともに、立ち上がり時間を短くできるハイブリッド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】
【０００４】
第１の発明は、エンジンの駆動力で回転する可変容量型のメインポンプと、このメインポンプの傾転角を制御するレギュレータと、複数の操作バルブを設けるとともにメインポンプに接続した回路系統と、上記回路系統の操作バルブを中立位置に保持したときメインポンプの吐出流量が流通する中立流路と、この中立流路に設けるとともに中立流路に流れが発生したときに高い圧力を発生するパイロット圧生成機構と、このパイロット圧生成機構が生成したパイロット圧を上記レギュレータに導くパイロット流路とを備えている。
さらに、メインポンプの吐出側に設けるとともに当該メインポンプから上記操作バルブへの流通のみを許容するチェック弁と、電動モータの駆動力で回転するサブポンプと、一方を上記サブポンプの吐出側に接続するとともに他方を上記チェック弁の下流側に接続した合流通路と、サブポンプに接続したパイロット通路と、このパイロット通路に設けた電磁開閉弁と、この電磁開閉弁の下流側に設けるとともに通常は閉位置を保ち、上記電磁開閉弁の下流側の圧力作用で開位置に切り換って上記チェック弁の上流側をアンロードさせるアンロード弁とを備えている。
【０００５】
第２の発明は、メインポンプと同軸回転するパイロットポンプと、このパイロットポンプの吐出圧をパイロット圧として切り換るバルブ群と、サブポンプに接続したパイロット通路に設けた減圧弁とを備えている。そして、上記サブポンプに接続したパイロット通路を上記パイロットポンプの吐出側に接続するとともに、上記減圧弁の上流側の圧力をアンロード弁のパイロット室に導き、このパイロット室の圧力作用でアンロード弁が開位置を保つ構成にしている。
【０００６】
第３の発明は、エンジンのイグニションキー、上記電磁開閉弁及び上記電動モータに接続したコントローラを設けている。そして、このコントローラは、イグニションキーが操作されたときに電動モータを駆動してサブポンプを回転させる機能と、サブポンプを回転させてから電磁開閉弁を開位置に切り換える機能と、電磁開閉弁が開いてからエンジンを回転させる機能とを備えている。
【０００７】
第４の発明は、パイロット圧生成機構に接続したパイロット流路に圧力センサーを設け、この圧力センサーが検出したパイロット圧を上記コントローラに入力する構成にしている。そして、上記コントローラは、イグニションキーが操作されたときに電動モータを駆動してサブポンプを回転させる機能と、サブポンプを回転させてから電磁開閉弁を開位置に切り換える機能と、電磁開閉弁が開いてからエンジンを回転させる機能と、サブポンプの吐出量が中立流路に流れて上記圧力センサーからの圧力信号が予め設定した圧力に達したときサブポンプの吐出量を減少させる機能とを備えている。
【０００８】
第５の発明は、上記コントローラが、電磁開閉弁を開位置に切り換えた後にアンロード弁を開位置に切り換えてメインポンプをアンロードにする一方、エンジンの回転数が予め設定した回転数に達した後、あるいはイグニションキーを操作してから予め設定した時間を経過した後に、上記電磁開閉弁を閉じてオンロードにする機能と、上記電磁開閉弁が閉じたときサブポンプの吐出量を減少させる機能とを備えている。
【発明の効果】
【０００９】
第１〜４の発明によれば、エンジンを起動するとき、メインポンプの吐出側をアンロードしてそれを無負荷状態にできるので、エンジンの起動時における負荷も小さくできる。したがって、起動時のエンジンの立ち上がりが早くなるとともに、従来のようエンジンに過負荷が作用して黒鉛を排出するなどといった問題が発生しない。
また、メインポンプがアンロード状態にあっても、サブポンプの吐出量が中立流路に導かれる。このように中立流路に導かれたサブポンプの吐出量でパイロット圧生成機構にパイロット圧を生成させることができる。したがって、メインポンプは、この生成されたパイロット圧に相当する傾転角を維持する。
【００１０】
第２の発明によれば、コントローラの指令で、電動モータを回転してサブポンプの吐出量を確保するとともに、電磁開閉弁を開けば、パイロット通路に設けた減圧弁の上流側の圧力がアンロード弁に作用してそれを開弁させ、サブポンプの吐出量をパイロットポンプの吐出側に供給する。このように電動モータの回転からサブポンプの吐出量を中立流路及びパイロットポンプの吐出側に導くまでのスタンバイ状態を連続的に無駄なく実行できる。
【００１１】
第３の発明によれば、コンローラは、イグニションキーが操作されたときに電動モータを駆動してサブポンプを回転させるとともに、電磁開閉弁を開位置に切り換え、しかも電磁開閉弁が開いてからエンジンを回転させるので、パイロット流量を確保するなどスタンバイ状態が整った後に、エンジンを回転させることになる。したがって、エンジンを軽負荷で回転させられるとともに、短時間で所定の回転数に到達させられるので、エンジン停止から当該建設機械を短時間で作業状態にすることができる。
【００１２】
第４の発明によれば、イグニションキーを操作してからスタンバイ状態を保つまでの立ち上がり時間を短くできる。
第５の発明によれば、エンジンの負荷を少なくしながら、短時間でスタンバイ状態にすることができる。すなわち、イグニションキーが操作されると、まず、電動モータが回転するので、サブポンプからアシスト流量が操作バルブ群に供給される。それと同時に電磁開閉弁が開位置に切り換るので、操作バルブ群に対するパイロット圧が確保されるとともに、アンロード弁が開位置に切り換る。したがって、当該回路系統では、パイロット圧生成機構でパイロット圧が生成されるとともに、このパイロット圧でメインポンプの傾転角がほぼ最小角に保たれる。ただし、この状態では、メインポンプはまだ回転していない。
上記プロセスを経過した段階で、コントローラがエンジンを回転させる。このようにエンジンが回転すれば、メインポンプも回転するが、このときにはその傾転角が上記のようにほぼ最小角に保たれているので、メインポンプは、少ない流量を吐出しながらアンロードされるとともに、パイロットポンプも回転する。
そして、上記の状態からエンジンの回転数が所定の回転数に達するか、あるいはイグニションキーを操作してから予め設定した時間を経過したとき、電磁開閉弁が閉位置に切り換ってメインポンプをオンロードにすると同時に、サブポンプの吐出量を減少させる。したがって、当該回路系統には、メインポンプの吐出量と減少したサブポンプの吐出量とが供給される。最終的にサブポンプの吐出量がゼロになれば、メインポンプはアシスト流量がない状態でスタンバイ流量を確保する。
このようなシーケンス制御の中で、エンジンの負荷を少なくしながら、短時間でスタンバイ状態にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図示の実施形態は、パワーショベルの制御装置で、エンジンＥの駆動力で同軸回転する可変容量型の第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２及び固定容量型のパイロットポンプＰＰを備えている。
上記第１メインポンプＭＰ１は第１回路系統に接続するとともに、その傾転角を制御するレギュレータ１を設けている。また、第２メインポンプＭＰ２は第２回路系統を接続するとともに、その傾転角を制御するレギュレータ２を設けている。
上記第１回路系統には、その上流側から順に、旋回モータＲＭを制御する旋回モータ用の操作バルブ３、図示していないアームシリンダを制御するアーム１速用の操作バルブ４、ブームシリンダＢＣを制御するブーム２速用の操作バルブ５、図示していない予備用アタッチメントを制御する予備用の操作バルブ６および図示していない左走行用モータを制御する左走行モータ用の操作バルブ７を接続している。
【００１４】
上記各操作バルブ３〜７のそれぞれは、中立流路８およびパラレル通路９を介して第１メインポンプＭＰ１に接続している。そして、中立流路８であって、左走行モータ用の操作バルブ７の下流側にはパイロット圧生成機構１０を設けている。このパイロット圧生成機構１０はそこを流れる流量が多ければ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。
また、上記中立流路８は、上記操作バルブ３〜７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から吐出された流体の全部または一部をタンクに導くが、このときにはパイロット圧生成機構１０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。
【００１５】
一方、上記操作バルブ３〜７がフルストロークの状態で切り換えられると、中立流路８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、パイロット圧生成機構１０を流れる流量がほとんどなくなり、パイロット圧はゼロを保つことになる。
ただし、操作バルブ３〜７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８からタンクに導かれることになるので、パイロット圧生成機構１０は、中立流路８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、パイロット圧生成機構１０は、操作バルブ３〜７の操作量に応じたパイロット圧を生成することになる。
【００１６】
そして、上記パイロット圧生成機構１０にはパイロット流路１１を接続するとともに、このパイロット流路１１を上記レギュレータ１に接続している。このようにしたレギュレータ１は、パイロット圧と逆比例して第１メインポンプＭＰ１の吐出量を制御する。したがって、操作バルブ３〜７をフルストロークして中立流路８の流れがゼロになったとき、言い換えるとパイロット圧生成機構１０が発生するパイロット圧がゼロになったときに第１メインポンプＭＰ１の吐出量が最大に保たれる。
上記のようにしたパイロット流路１１には第１圧力センサー１２を接続するとともに、この第１圧力センサー１２で検出した圧力信号をコントローラＣに入力するようにしている。
【００１７】
一方、上記第２回路系統には、その上流側から順に、図示していない右走行用モータを制御する右走行モータ用の操作バルブ１３、図示していないバケットシリンダを制御するバケット用の操作バルブ１４、ブームシリンダＢＣを制御するブーム１速用の操作バルブ１５および図示していないアームシリンダを制御するアーム２速用の操作バルブ１６を接続している。なお、上記ブーム１速用の操作バルブ１５には、その操作方向および操作量を検出する図示していないセンサーを設けている。
【００１８】
上記各操作バルブ１３〜１６は、中立流路１７を介して第２メインポンプＭＰ２に接続するとともに、バケット用の操作バルブ１４およびブーム１速用の操作バルブ１５はパラレル通路１８を介して第２メインポンプＭＰ２に接続している。
上記中立流路１７であって、アーム２速用の操作バルブ１６の下流側にはパイロット圧生成機構１９を設けているが、このパイロット圧生成機構１９は、先に説明したパイロット圧生成機構１０と全く同様に機能するものである。
【００１９】
そして、上記パイロット圧生成機構１９にはパイロット流路２０を接続するとともに、このパイロット流路２０を、第２メインポンプＭＰ２の傾転角を制御するレギュレータ２に接続している。このようにしたレギュレータ２は、パイロット圧と逆比例して第２メインポンプＭＰ２の吐出量を制御する。したがって、操作バルブ１３〜１６をフルストロークして中立流路１７の流れがゼロになったとき、言い換えるとパイロット圧生成機構１９が発生するパイロット圧がゼロになったとき、第２メインポンプＭＰ２の吐出量が最大に保たれる。
上記のようにしたパイロット流路２０には第２圧力センサー２１を接続するとともに、この第２圧力センサー２１で検出した圧力信号をコントローラＣに入力するようにしている。
【００２０】
なお、上記パイロットポンプＰＰの吐出流体は上記した各操作バルブ３〜７，１３〜１６等のバルブ群のパイロット経路に導かれる。したがって、これらバルブ群は、図示していない操作レバーを操作することによって、パイロットポンプＰＰから吐出されるパイロット圧の作用で切り換るものである。
【００２１】
次に、発電機兼用の電動モータＭＧを駆動源として回転する可変容量型のサブポンプＳＰについて説明する。
このサブポンプＳＰは、後で説明する可変容量型のアシストモータＡＭと同軸回転するもので、その傾転角を制御する傾角制御器２２をコントローラＣに接続し、コントローラＣからの信号に応じてサブポンプＳＰの傾転角を制御するようにしている。また、サブポンプＳＰを回転させる電動モータＭＧも、インバータＩを介してコントローラＣに接続し、コントローラＣからの信号に応じて電動モータＭＧを起動停止したり、その回転数を制御したりできるようにしている。
【００２２】
上記のようにしたサブポンプＳＰには吐出通路２３を接続しているが、この吐出通路２３は、第１メインポンプＭＰ１の吐出側に合流する第１合流通路２４と、第２メインポンプＭＰ２の吐出側に合流する第２合流通路２５とに分岐するとともに、これら第１，２合流通路２４，２５のそれぞれには、コントローラＣの出力信号で開度が制御される第１，２比例電磁絞り弁２６，２７を設けている。
なお、図中符号２８，２９は上記第１，２合流通路２４，２５に設けたチェック弁で、サブポンプＳＰから第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２の合流点への流通のみを許容するものである。
また、上記第１，２合流通路２４，２５と第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２との合流点よりも、上記メインポンプから見て上流側に第１，２チェック弁３０，３１を設けているが、この第１，２チェック弁３０，３１は、第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２から第１，２回路系統への流通のみを許容するものである。したがって、サブポンプＳＰの吐出流体が第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２に逆流することはない。
【００２３】
さらに、上記サブポンプＳＰに接続した上記吐出通路２３には、パイロット通路３２を接続するとともに、このパイロット通路３２をパイロットポンプＰＰの吐出側に合流させている。このようにしたパイロット通路３２には、パイロットポンプＰＰに向かってその上流側から電磁開閉弁３３、減圧弁３４を設けている。そして、電磁開閉弁３３はそれに設けたソレノイドをコントローラＣに接続し、通常は図示の閉位置を保つが、当該コントローラＣの出力信号で開位置に切り換るようにしている。
【００２４】
一方、上記第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２の吐出側に設けた上記第１，２チェック弁３０，３１の上流側には、アンロード通路３５，３６を接続するとともに、このアンロード通路３５，３６にアンロード弁３７を設けている。このアンロード弁３７は、通常はスプリング３７ａの作用で図示の閉位置を保ち、両アンロード通路３５，３６を閉じる。そして、上記スプリング３７ａとは反対側に設けたパイロット室３７ｂの圧力作用で切り換り、アンロード通路３５，３６をタンクに連通させる。さらに、パイロット室３７ｂは上記電磁開閉弁３３と減圧弁３４との間に接続している。したがって、電磁開閉弁３３が開いてパイロット通路３２にサブポンプＳＰからの流体が流れれば、減圧弁３４の上流側に圧力が発生するが、その圧力がアンロード弁３７のパイロット室３７ｂに作用し、当該アンロード弁３７を開弁するものである。
【００２５】
そして、コントローラＣは、エンジンＥの図示していないイグニションスイッチがオンになると、まず、電動モータＭＧを回転させるが、このときには傾角制御器２２を介して、サブポンプＳＰは最大の傾転角を維持する。
したがって、電動モータＭＧが回転すれば、サブポンプＳＰから流体が吐出されるが、このときにはコントローラＣが電磁開閉弁３３を開いているので、サブポンプＳＰの吐出圧は減圧弁３４で減圧されてパイロットポンプＰＰの吐出側に導かれるとともに上記したパイロット経路に導かれる。
また、上記のようにサブポンプＳＰの吐出流体が減圧弁３４を通過すれば、その上流側に圧力が発生するが、この圧力がアンロード弁３７のパイロット圧となって当該アンロード弁３７を開位置に切り換え、第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２をアンロード状態にする。このように電磁開閉弁３３が開き、コントローラＣはエンジンＥを起動させるが、このときには第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２がアンロード状態にあるので、エンジンＥの起動時にはその負荷が小さくなる。
【００２６】
さらに、上記のようにイグニションキーが操作されてサブポンプＳＰが回転するときには、コントローラＣが第１，２比例電磁絞り弁２６，２７の開度を制御して第１，２チェック弁３０，３１の下流側に流体を供給する。このように第１，２チェック弁３０，３１の下流側に流体が供給されると、その流体は中立流路８，１７及びパイロット圧生成機構１０，１９を経由してタンクに戻される。
したがって、パイロット圧生成機構１０，１９でパイロット圧が生成されるが、このパイロット圧がレギュレータ１，２に作用して第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２の傾転角を小さくしてその吐出量をスタンバイ流量にする。また、このときには、パイロット圧生成機構１０，１９で生成されたパイロット圧の圧力信号が、第１，２圧力センサー１２，２１を介して、コントローラＣに入力する。
【００２７】
上記のように第１，２圧力センサー１２，２１からの信号を受信したコントローラＣは、第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２に接続した第１，２回路系統がスタンバイ状態を保ちつつ、エンジンＥが所定の回転数に達するか、あるいはイグニションキーを操作後所定の時間が経過した後に、電磁開閉弁３３を閉位置に切り換えるとともに、サブポンプＳＰの吐出量を減少させる。なお、サブポンプＳＰの吐出量を減少させる手段としては、サブポンプＳＰの傾転角を小さくするか、あるいは電動モータＭＧの回転数を落とすかいずれであってもよい。サブポンプＳＰの傾転角を小さくするときには、コントローラＣは傾角制御器２２を介して制御し、電動モータＭＧの回転数を落とすときには、コントローラＣは、インバータＩを介して制御する。
【００２８】
次に、サブポンプＳＰと同軸回転する可変容量型のアシストモータＡＭについて説明する。
コントローラＣに接続した傾角制御器５５で傾転角が制御されるアシストモータＡＭには、接続用通路４２を接続しているが、この接続用通路４２は、導入通路４３およびチェック弁４４，４５を介して、旋回モータＲＭに接続した通路４６，４７に接続している。しかも、上記導入通路４３にはコントローラＣで開閉制御される電磁切換弁４８を設けるとともに、この電磁切換弁４８とチェック弁４４，４５との間に、旋回モータＲＭの旋回時の圧力あるいはブレーキ時の圧力を検出する圧力センサー４９を設け、この圧力センサー４９の圧力信号をコントローラＣに入力するようにしている。
そして、コントローラＣは、旋回モータＲＭの旋回あるいはブレーキ動作に影響を及ぼさない範囲内であって、ブレーキ弁ｂ１，ｂ２の設定圧よりも低い圧力信号を受信したとき、電磁切換弁４８を開位置に切り換えて、旋回モータＲＭの圧力流体の一部をアシストモータＡＭに導く。
【００２９】
また、導入通路４３であって、旋回モータＲＭから接続用通路４２への流れに対して、上記電磁切換弁４８よりも下流側となる位置には、安全弁５０を設けているが、この安全弁５０は、例えば電磁切換弁４８などが故障して開弁しっぱなしになったり、接続通路４２に故障が生じたりしたとき、通路４６，４７の圧力を維持して旋回モータＲＭがいわゆる逸走するのを防止するものである。
【００３０】
さらに、上記ブームシリンダＢＣは、そのピストン側室５１ａと操作バルブ１５とを接続する通路過程に比例電磁弁５２を設け、上記ピストン側室５１ａと比例電磁弁５２との間には、接続用通路４２に連通する通路５３を接続するとともに、この通路５３にはコントローラＣで制御される電磁弁５４を設けている。
そして、操作バルブ１５を切り換え操作して、ブームシリンダＢＣの上記ロッド側室５１ｂを第２メインポンプＭＰ２に接続し、ピストン側室５１ａをタンクに連通したときには、コンローラＣは、上記操作バルブ１５に設けた図示していないセンサーを介して当該バルブ１５の操作状況を認識する。コントローラＣが操作バルブ１５の上記の操作状況を認識すると、コントローラＣは、比例電磁弁５２を完全に閉じるとともに、電磁弁５４を開位置に切り換える。電磁弁５４がこのように開位置に切り換れば、ブームシリンダＢＣのピストン側室５１ａの戻り流体がアシストモータＡＭに供給されることになる。
【００３１】
一方、上記したようにエンジンＥを起動させたとき、第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２に接続した第１，２回路系統がスタンバイ状態を保ったら、電磁開閉弁３３を閉じるとともに、サブポンプＳＰの吐出量を減少させるが、それ以後は、コントローラＣが、第１，２圧力センサー１２，２１などの信号をもとにして、サブポンプＳＰのアシスト制御をする。このときのサブポンプＳＰ及びアシストモータＡＭは、次のように機能する。
【００３２】
例えば、第１，２圧力センサー１２，２１からコントローラＣに相対的に高い圧力信号が入力すると、コントローラＣは、第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２が最小吐出量を維持しているものと判定して傾角制御器２２，５５を制御し、サブポンプＳＰおよびアシストモータＡＭの傾転角をゼロもしくは最小にする。
コントローラＣが、上記のように第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２の吐出量が最小である旨の信号を受信したとき、コントローラＣは電動モータＭＧの回転を停止してもよいし、その回転を継続させてもよい。
電動モータＭＧの回転を止める場合には、消費電力を節約できるという効果があり、電動モータＭＧを回転し続けた場合には、サブポンプＳＰおよびアシストモータＡＭも回転し続けるので、当該サブポンプＳＰおよびアシストモータＡＭの起動時のショックを少なくできるという効果がある。いずれにしても、電動モータＭＧを止めるかあるいは回転し続けるかは、当該建設機械の用途や使用状況に応じて決めればよいことである。
【００３３】
上記の状況で第１回路系統あるいは第２回路系統のいずれかの操作バルブを切り換えれば、その操作量に応じて中立流路８あるいは１７を流れる流量が少なくなり、それにともなってパイロット圧生成機構１０あるいは１９で生成されるパイロット圧も低くなる。このようにパイロット圧が低くなれば、それにともなって第１メインポンプＭＰ１あるいは第２メインポンプＭＰ２は、その傾転角を大きくして吐出量を増大させる。
また、上記のように第１メインポンプＭＰ１あるいは第２メインポンプＭＰ２の吐出量を増大するときには、コントローラＣは、電動モータＭＧを常に回転した状態に保つ。つまり、第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２の吐出量が最小のときに電動モータＭＧを停止した場合には、コントローラＣは、パイロット圧が低くなったことを感知して、電動モータＭＧを再起動させる。
そして、コントローラＣは、第１，２圧力センサー１２，２１の圧力信号に応じて、第１，２比例電磁絞り弁２６，２７の開度を制御し、サブポンプＳＰの吐出量を按分して、第１，２回路系統に供給する。
【００３４】
一方、アシストモータＡＭが回転力を得れば、その回転力は、同軸回転する電動モータＭＧに作用するが、このアシストモータＡＭの回転力は、電動モータＭＧに対するアシスト力として作用する。したがって、アシストモータＡＭの回転力の分だけ、電動モータＭＧの消費電力を少なくすることができる。
また、上記アシストモータＡＭの回転力でサブポンプＳＰの回転力をアシストすることもできるが、このときには、アシストモータＡＭとサブポンプＳＰとが相まって圧力変換機能を発揮させる。
【００３５】
つまり、接続用通路４２に流入する流体圧はポンプ吐出圧よりも低いことが多い。この低い圧力を利用して、サブポンプＳＰに高い吐出圧を維持させるために、アシストモータＡＭおよびサブポンプＳＰによって増圧機能を発揮させるようにしている。
すなわち、上記アシストモータＡＭの出力は、１回転当たりの押しのけ容積Ｑ１とそのときの圧力Ｐ１の積で決まる。また、サブポンプＳＰの出力は１回転当たりの押しのけ容積Ｑ２と吐出圧Ｐ２の積で決まる。そして、この実施形態では、アシストモータＡＭとサブポンプＳＰとが同軸回転するので、Ｑ１×Ｐ１＝Ｑ２×Ｐ２が成立しなければならない。そこで、例えば、アシストモータＡＭの上記押しのけ容積Ｑ１を上記サブポンプＳＰの押しのけ容積Ｑ２の３倍すなわちＱ１＝３Ｑ２にしたとすれば、上記等式が３Ｑ２×Ｐ１＝Ｑ２×Ｐ２となる。この式から両辺をＱ２で割れば、３Ｐ１＝Ｐ２が成り立つ。
したがって、サブポンプＳＰの傾転角を変えて、上記押しのけ容積Ｑ２を制御すれば、アシストモータＡＭの出力で、サブポンプＳＰに所定の吐出圧を維持させることができる。
【００３６】
また、アシストモータＡＭを駆動源として電動モータＭＧを発電機として使用することもできるが、このときには、サブポンプＳＰの傾転角をゼロにしてほぼ無負荷状態にし、アシストモータＡＭには、電動モータＭＧを回転させるために必要な出力を維持しておけば、アシストモータＡＭの出力を利用して、電動モータＭＧに発電機能を発揮させることができる。
【００３７】
上記のようにしたこの実施形態によれば、エンジンＥを起動させる際にイグニションキーを操作すると、コントローラＣがそれを感知して、まず電動モータＭＧを回転させるとともに、サブポンプＳＰから圧力流体を吐出させる。
また、コントローラＣは、第１，２比例電磁絞り弁２６，２７を開くとともに、電磁開閉弁３３を開位置に切り換える。電磁開閉弁３３が開位置に切り換ると、サブポンプＳＰの吐出流体がパイロット通路３２に流れ、減圧弁３４を介してパイロットポンプＰＰの吐出側に供給される。このようにしてパイロットポンプＰＰの吐出側に供給された圧力流体は、前記したパイロット経路を通ってバルブ群に供給され、バルブ群をいつでも切り換えられる状態に保つ。
【００３８】
また、減圧弁３４の上流側の圧力が、アンロード弁３７のパイロット室３７ｂに作用するとともに、当該アンロード弁３７を開位置に切り換える。したがって、第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２はアンロード状態に保たれる。
このように第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２がアンロード状態になったら、コントローラＣはエンジンＥを起動させるが、このエンジンＥの起動時には、第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２の回転負荷がエンジンＥにほとんど作用しなくなり、エンジンＥが短時間で立ち上がるとともに、過負荷状態で黒鉛を発生するようなこともない。
【００３９】
上記のようにエンジンＥが立ち上がるまでの間は、第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２がアンロード状態を保っているが、第１，２回路系統の中立流路８，１７には、サブポンプＳＰからの吐出流体が供給されるので、パイロット圧生成機構１０，１９が高いパイロット圧を生成する。したがって、この高いパイロット圧の作用で、第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２はスタンバイ流量を保つのに必要な傾転角に保たれるとともに、第１，２回路系統はスタンバイ状態を維持する。
なお、上記サブポンプＳＰの吐出流体が、上記のように中立流路８，１７に供給されるときには、第１，２チェック弁３０，３１が機能するので、上記サブポンプＳＰの吐出流体がアンロードされることはない。
【００４０】
そして、コントローラＣは、第１，２回路系統のメインポンプＭＰ１，ＭＰ２をスタンバイ状態に保ちつつ、エンジンＥが所定の回転数に達するが、イグニションキーを操作した後、所定の時間経過後に、電磁開閉弁３３を閉じるとともに、サブポンプＳＰの吐出量を減少させる。
上記のようにコントローラＣは、イグニションキーの操作から電動モータＭＧの起動、サブポンプＳＰの吐出流体の制御、第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２のアンロード制御、エンジンＥの起動等を連続的に無駄なく実行する。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】この発明の実施形態を示す回路図である。
【符号の説明】
【００４２】
Ｅ エンジン
ＭＰ１ 第１メインポンプ
ＭＰ２ 第２メインポンプ
１，２ レギュレータ
ＰＰ パイロットポンプ
３〜７ 操作バルブ
８ 中立流路
１０ レパイロット圧生成機構
１１ パイロット流路
１２ 第１圧力センサー
Ｃ コントローラ
１３〜１６ 操作バルブ
１７ 中立流路
１９ パイロット圧生成機構
２０ パイロット流路
２１ 第２圧力センサー
ＳＰ サブポンプ
ＭＧ 電動モータ
２４，２５ 第１，２合流通路
３０，３１ 第１，２チェック弁
３２ パイロット通路
３３ 電磁開閉弁
３４ 減圧弁
３７ アンロード弁
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えばパワーショベル等の建設機械を制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワーショベル等の建設機械におけるハイブリッド構造は、原則的にはエンジンでポンプを駆動するが、例えば、エンジンの余剰出力で発電機を回転して発電したり、あるいはアクチュエータの排出エネルギーで発電機を回転して発電したりするとともに、この発電機の電力を利用して電動モータを回転させてアクチュエータ等を作動させるようにしている。
【特許文献１】特開２００２−２７５９４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記した従来の装置では、エンジンでメインポンプを回転させるが、例えば、イグニションキーを操作してエンジンを起動するとき、メインポンプの起動時の負荷がエンジンに作用する。このポンプの負荷が、回転数が十分に上がっていないエンジンに対して過負荷になり、エンジンは黒鉛を排出しながら回転することになる。この黒鉛は、当然のように公害の大きな要因になるという問題があった。
また、エンジンがある回転数を維持して当該回路系統がスタンバイ状態を維持するまで、当該建設機械のアクチュエータを使った作業ができないので、スタンバイ状態を保つまでの間、立ち上げに時間がかかるという問題もあった。
この発明の目的は、起動時のエンジンの負荷を小さくするとともに、立ち上がり時間を短くできるハイブリッド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】
【０００４】
第１の発明は、エンジンの駆動力で回転する可変容量型のメインポンプと、このメインポンプの傾転角を制御するレギュレータと、複数の操作バルブを設けるとともにメインポンプに接続した回路系統と、上記回路系統の操作バルブを中立位置に保持したときメインポンプの吐出流量が流通する中立流路と、この中立流路に設けるとともに中立流路に流れが発生したときに高い圧力を発生するパイロット圧生成機構と、このパイロット圧生成機構が生成したパイロット圧を上記レギュレータに導くパイロット流路とを備えている。
さらに、メインポンプの吐出側に設けるとともに当該メインポンプから上記操作バルブへの流通のみを許容するチェック弁と、電動モータの駆動力で回転するサブポンプと、一方を上記サブポンプの吐出側に接続するとともに他方を上記チェック弁の下流側に接続した合流通路と、サブポンプに接続したパイロット通路と、このパイロット通路に設けた電磁開閉弁と、この電磁開閉弁の下流側に設けるとともに通常は閉位置を保ち、上記電磁開閉弁の下流側の圧力作用で開位置に切り換って上記チェック弁の上流側をアンロードさせるアンロード弁とを備えている。
【０００５】
第２の発明は、メインポンプと同軸回転するパイロットポンプと、このパイロットポンプの吐出圧をパイロット圧として切り換るバルブ群と、サブポンプに接続したパイロット通路に設けた減圧弁とを備えている。そして、上記サブポンプに接続したパイロット通路を上記パイロットポンプの吐出側に接続するとともに、上記減圧弁の上流側の圧力をアンロード弁のパイロット室に導き、このパイロット室の圧力作用でアンロード弁が開位置を保つ構成にしている。
【０００６】
第３の発明は、エンジンのイグニションキー、上記電磁開閉弁及び上記電動モータに接続したコントローラを設けている。そして、このコントローラは、イグニションキーが操作されたときに電動モータを駆動してサブポンプを回転させる機能と、サブポンプを回転させてから電磁開閉弁を開位置に切り換える機能と、電磁開閉弁が開いてからエンジンを回転させる機能とを備えている。
【０００７】
第４の発明は、パイロット圧生成機構に接続したパイロット流路に圧力センサーを設け、この圧力センサーが検出したパイロット圧を上記コントローラに入力する構成にしている。そして、上記コントローラは、イグニションキーが操作されたときに電動モータを駆動してサブポンプを回転させる機能と、サブポンプを回転させてから電磁開閉弁を開位置に切り換える機能と、電磁開閉弁が開いてからエンジンを回転させる機能と、サブポンプの吐出量が中立流路に流れて上記圧力センサーからの圧力信号が予め設定した圧力に達したときサブポンプの吐出量を減少させる機能とを備えている。
【０００８】
第５の発明は、上記コントローラが、電磁開閉弁を開位置に切り換えた後にアンロード弁を開位置に切り換えてメインポンプをアンロードにする一方、エンジンの回転数が予め設定した回転数に達した後、あるいはイグニションキーを操作してから予め設定した時間を経過した後に、上記電磁開閉弁を閉じてオンロードにする機能と、上記電磁開閉弁が閉じたときサブポンプの吐出量を減少させる機能とを備えている。
【発明の効果】
【０００９】
第１〜４の発明によれば、エンジンを起動するとき、メインポンプの吐出側をアンロードしてそれを無負荷状態にできるので、エンジンの起動時における負荷も小さくできる。したがって、起動時のエンジンの立ち上がりが早くなるとともに、従来のようエンジンに過負荷が作用して黒鉛を排出するなどといった問題が発生しない。
また、メインポンプがアンロード状態にあっても、サブポンプの吐出量が中立流路に導かれる。このように中立流路に導かれたサブポンプの吐出量でパイロット圧生成機構にパイロット圧を生成させることができる。したがって、メインポンプは、この生成されたパイロット圧に相当する傾転角を維持する。
【００１０】
第２の発明によれば、コントローラの指令で、電動モータを回転してサブポンプの吐出量を確保するとともに、電磁開閉弁を開けば、パイロット通路に設けた減圧弁の上流側の圧力がアンロード弁に作用してそれを開弁させ、サブポンプの吐出量をパイロットポンプの吐出側に供給する。このように電動モータの回転からサブポンプの吐出量を中立流路及びパイロットポンプの吐出側に導くまでのスタンバイ状態を連続的に無駄なく実行できる。
【００１１】
第３の発明によれば、コンローラは、イグニションキーが操作されたときに電動モータを駆動してサブポンプを回転させるとともに、電磁開閉弁を開位置に切り換え、しかも電磁開閉弁が開いてからエンジンを回転させるので、パイロット流量を確保するなどスタンバイ状態が整った後に、エンジンを回転させることになる。したがって、エンジンを軽負荷で回転させられるとともに、短時間で所定の回転数に到達させられるので、エンジン停止から当該建設機械を短時間で作業状態にすることができる。
【００１２】
第４の発明によれば、イグニションキーを操作してからスタンバイ状態を保つまでの立ち上がり時間を短くできる。
第５の発明によれば、エンジンの負荷を少なくしながら、短時間でスタンバイ状態にすることができる。すなわち、イグニションキーが操作されると、まず、電動モータが回転するので、サブポンプからアシスト流量が操作バルブ群に供給される。それと同時に電磁開閉弁が開位置に切り換るので、操作バルブ群に対するパイロット圧が確保されるとともに、アンロード弁が開位置に切り換る。したがって、当該回路系統では、パイロット圧生成機構でパイロット圧が生成されるとともに、このパイロット圧でメインポンプの傾転角がほぼ最小角に保たれる。ただし、この状態では、メインポンプはまだ回転していない。
上記プロセスを経過した段階で、コントローラがエンジンを回転させる。このようにエンジンが回転すれば、メインポンプも回転するが、このときにはその傾転角が上記のようにほぼ最小角に保たれているので、メインポンプは、少ない流量を吐出しながらアンロードされるとともに、パイロットポンプも回転する。
そして、上記の状態からエンジンの回転数が所定の回転数に達するか、あるいはイグニションキーを操作してから予め設定した時間を経過したとき、電磁開閉弁が閉位置に切り換ってメインポンプをオンロードにすると同時に、サブポンプの吐出量を減少させる。したがって、当該回路系統には、メインポンプの吐出量と減少したサブポンプの吐出量とが供給される。最終的にサブポンプの吐出量がゼロになれば、メインポンプはアシスト流量がない状態でスタンバイ流量を確保する。
このようなシーケンス制御の中で、エンジンの負荷を少なくしながら、短時間でスタンバイ状態にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図示の実施形態は、パワーショベルの制御装置で、エンジンＥの駆動力で同軸回転する可変容量型の第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２及び固定容量型のパイロットポンプＰＰを備えている。
上記第１メインポンプＭＰ１は第１回路系統に接続するとともに、その傾転角を制御するレギュレータ１を設けている。また、第２メインポンプＭＰ２は第２回路系統を接続するとともに、その傾転角を制御するレギュレータ２を設けている。
上記第１回路系統には、その上流側から順に、旋回モータＲＭを制御する旋回モータ用の操作バルブ３、図示していないアームシリンダを制御するアーム１速用の操作バルブ４、ブームシリンダＢＣを制御するブーム２速用の操作バルブ５、図示していない予備用アタッチメントを制御する予備用の操作バルブ６および図示していない左走行用モータを制御する左走行モータ用の操作バルブ７を接続している。
【００１４】
上記各操作バルブ３〜７のそれぞれは、中立流路８およびパラレル通路９を介して第１メインポンプＭＰ１に接続している。そして、中立流路８であって、左走行モータ用の操作バルブ７の下流側にはパイロット圧生成機構１０を設けている。このパイロット圧生成機構１０はそこを流れる流量が多ければ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。
また、上記中立流路８は、上記操作バルブ３〜７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から吐出された流体の全部または一部をタンクに導くが、このときにはパイロット圧生成機構１０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。
【００１５】
一方、上記操作バルブ３〜７がフルストロークの状態で切り換えられると、中立流路８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、パイロット圧生成機構１０を流れる流量がほとんどなくなり、パイロット圧はゼロを保つことになる。
ただし、操作バルブ３〜７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８からタンクに導かれることになるので、パイロット圧生成機構１０は、中立流路８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、パイロット圧生成機構１０は、操作バルブ３〜７の操作量に応じたパイロット圧を生成することになる。
【００１６】
そして、上記パイロット圧生成機構１０にはパイロット流路１１を接続するとともに、このパイロット流路１１を上記レギュレータ１に接続している。このようにしたレギュレータ１は、パイロット圧と逆比例して第１メインポンプＭＰ１の吐出量を制御する。したがって、操作バルブ３〜７をフルストロークして中立流路８の流れがゼロになったとき、言い換えるとパイロット圧生成機構１０が発生するパイロット圧がゼロになったときに第１メインポンプＭＰ１の吐出量が最大に保たれる。
上記のようにしたパイロット流路１１には第１圧力センサー１２を接続するとともに、この第１圧力センサー１２で検出した圧力信号をコントローラＣに入力するようにしている。
【００１７】
一方、上記第２回路系統には、その上流側から順に、図示していない右走行用モータを制御する右走行モータ用の操作バルブ１３、図示していないバケットシリンダを制御するバケット用の操作バルブ１４、ブームシリンダＢＣを制御するブーム１速用の操作バルブ１５および図示していないアームシリンダを制御するアーム２速用の操作バルブ１６を接続している。なお、上記ブーム１速用の操作バルブ１５には、その操作方向および操作量を検出する図示していないセンサーを設けている。
【００１８】
上記各操作バルブ１３〜１６は、中立流路１７を介して第２メインポンプＭＰ２に接続するとともに、バケット用の操作バルブ１４およびブーム１速用の操作バルブ１５はパラレル通路１８を介して第２メインポンプＭＰ２に接続している。
上記中立流路１７であって、アーム２速用の操作バルブ１６の下流側にはパイロット圧生成機構１９を設けているが、このパイロット圧生成機構１９は、先に説明したパイロット圧生成機構１０と全く同様に機能するものである。
【００１９】
そして、上記パイロット圧生成機構１９にはパイロット流路２０を接続するとともに、このパイロット流路２０を、第２メインポンプＭＰ２の傾転角を制御するレギュレータ２に接続している。このようにしたレギュレータ２は、パイロット圧と逆比例して第２メインポンプＭＰ２の吐出量を制御する。したがって、操作バルブ１３〜１６をフルストロークして中立流路１７の流れがゼロになったとき、言い換えるとパイロット圧生成機構１９が発生するパイロット圧がゼロになったとき、第２メインポンプＭＰ２の吐出量が最大に保たれる。
上記のようにしたパイロット流路２０には第２圧力センサー２１を接続するとともに、この第２圧力センサー２１で検出した圧力信号をコントローラＣに入力するようにしている。
【００２０】
なお、上記パイロットポンプＰＰの吐出流体は上記した各操作バルブ３〜７，１３〜１６等のバルブ群のパイロット経路に導かれる。したがって、これらバルブ群は、図示していない操作レバーを操作することによって、パイロットポンプＰＰから吐出されるパイロット圧の作用で切り換るものである。
【００２１】
次に、発電機兼用の電動モータＭＧを駆動源として回転する可変容量型のサブポンプＳＰについて説明する。
このサブポンプＳＰは、後で説明する可変容量型のアシストモータＡＭと同軸回転するもので、その傾転角を制御する傾角制御器２２をコントローラＣに接続し、コントローラＣからの信号に応じてサブポンプＳＰの傾転角を制御するようにしている。また、サブポンプＳＰを回転させる電動モータＭＧも、インバータＩを介してコントローラＣに接続し、コントローラＣからの信号に応じて電動モータＭＧを起動停止したり、その回転数を制御したりできるようにしている。
【００２２】
上記のようにしたサブポンプＳＰには吐出通路２３を接続しているが、この吐出通路２３は、第１メインポンプＭＰ１の吐出側に合流する第１合流通路２４と、第２メインポンプＭＰ２の吐出側に合流する第２合流通路２５とに分岐するとともに、これら第１，２合流通路２４，２５のそれぞれには、コントローラＣの出力信号で開度が制御される第１，２比例電磁絞り弁２６，２７を設けている。
なお、図中符号２８，２９は上記第１，２合流通路２４，２５に設けたチェック弁で、サブポンプＳＰから第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２の合流点への流通のみを許容するものである。
また、上記第１，２合流通路２４，２５と第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２との合流点よりも、上記メインポンプから見て上流側に第１，２チェック弁３０，３１を設けているが、この第１，２チェック弁３０，３１は、第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２から第１，２回路系統への流通のみを許容するものである。したがって、サブポンプＳＰの吐出流体が第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２に逆流することはない。
【００２３】
さらに、上記サブポンプＳＰに接続した上記吐出通路２３には、パイロット通路３２を接続するとともに、このパイロット通路３２をパイロットポンプＰＰの吐出側に合流させている。このようにしたパイロット通路３２には、パイロットポンプＰＰに向かってその上流側から電磁開閉弁３３、減圧弁３４を設けている。そして、電磁開閉弁３３はそれに設けたソレノイドをコントローラＣに接続し、通常は図示の閉位置を保つが、当該コントローラＣの出力信号で開位置に切り換るようにしている。
【００２４】
一方、上記第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２の吐出側に設けた上記第１，２チェック弁３０，３１の上流側には、アンロード通路３５，３６を接続するとともに、このアンロード通路３５，３６にアンロード弁３７を設けている。このアンロード弁３７は、通常はスプリング３７ａの作用で図示の閉位置を保ち、両アンロード通路３５，３６を閉じる。そして、上記スプリング３７ａとは反対側に設けたパイロット室３７ｂの圧力作用で切り換り、アンロード通路３５，３６をタンクに連通させる。さらに、パイロット室３７ｂは上記電磁開閉弁３３と減圧弁３４との間に接続している。したがって、電磁開閉弁３３が開いてパイロット通路３２にサブポンプＳＰからの流体が流れれば、減圧弁３４の上流側に圧力が発生するが、その圧力がアンロード弁３７のパイロット室３７ｂに作用し、当該アンロード弁３７を開弁するものである。
【００２５】
そして、コントローラＣは、エンジンＥの図示していないイグニションスイッチがオンになると、まず、電動モータＭＧを回転させるが、このときには傾角制御器２２を介して、サブポンプＳＰは最大の傾転角を維持する。
したがって、電動モータＭＧが回転すれば、サブポンプＳＰから流体が吐出されるが、このときにはコントローラＣが電磁開閉弁３３を開いているので、サブポンプＳＰの吐出圧は減圧弁３４で減圧されてパイロットポンプＰＰの吐出側に導かれるとともに上記したパイロット経路に導かれる。
また、上記のようにサブポンプＳＰの吐出流体が減圧弁３４を通過すれば、その上流側に圧力が発生するが、この圧力がアンロード弁３７のパイロット圧となって当該アンロード弁３７を開位置に切り換え、第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２をアンロード状態にする。このように電磁開閉弁３３が開き、コントローラＣはエンジンＥを起動させるが、このときには第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２がアンロード状態にあるので、エンジンＥの起動時にはその負荷が小さくなる。
【００２６】
さらに、上記のようにイグニションキーが操作されてサブポンプＳＰが回転するときには、コントローラＣが第１，２比例電磁絞り弁２６，２７の開度を制御して第１，２チェック弁３０，３１の下流側に流体を供給する。このように第１，２チェック弁３０，３１の下流側に流体が供給されると、その流体は中立流路８，１７及びパイロット圧生成機構１０，１９を経由してタンクに戻される。
したがって、パイロット圧生成機構１０，１９でパイロット圧が生成されるが、このパイロット圧がレギュレータ１，２に作用して第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２の傾転角を小さくしてその吐出量をスタンバイ流量にする。また、このときには、パイロット圧生成機構１０，１９で生成されたパイロット圧の圧力信号が、第１，２圧力センサー１２，２１を介して、コントローラＣに入力する。
【００２７】
上記のように第１，２圧力センサー１２，２１からの信号を受信したコントローラＣは、第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２に接続した第１，２回路系統がスタンバイ状態を保ちつつ、エンジンＥが所定の回転数に達するか、あるいはイグニションキーを操作後所定の時間が経過した後に、電磁開閉弁３３を閉位置に切り換えるとともに、サブポンプＳＰの吐出量を減少させる。なお、サブポンプＳＰの吐出量を減少させる手段としては、サブポンプＳＰの傾転角を小さくするか、あるいは電動モータＭＧの回転数を落とすかいずれであってもよい。サブポンプＳＰの傾転角を小さくするときには、コントローラＣは傾角制御器２２を介して制御し、電動モータＭＧの回転数を落とすときには、コントローラＣは、インバータＩを介して制御する。
【００２８】
次に、サブポンプＳＰと同軸回転する可変容量型のアシストモータＡＭについて説明する。
コントローラＣに接続した傾角制御器５５で傾転角が制御されるアシストモータＡＭには、接続用通路４２を接続しているが、この接続用通路４２は、導入通路４３およびチェック弁４４，４５を介して、旋回モータＲＭに接続した通路４６，４７に接続している。しかも、上記導入通路４３にはコントローラＣで開閉制御される電磁切換弁４８を設けるとともに、この電磁切換弁４８とチェック弁４４，４５との間に、旋回モータＲＭの旋回時の圧力あるいはブレーキ時の圧力を検出する圧力センサー４９を設け、この圧力センサー４９の圧力信号をコントローラＣに入力するようにしている。
そして、コントローラＣは、旋回モータＲＭの旋回あるいはブレーキ動作に影響を及ぼさない範囲内であって、ブレーキ弁ｂ１，ｂ２の設定圧よりも低い圧力信号を受信したとき、電磁切換弁４８を開位置に切り換えて、旋回モータＲＭの圧力流体の一部をアシストモータＡＭに導く。
【００２９】
また、導入通路４３であって、旋回モータＲＭから接続用通路４２への流れに対して、上記電磁切換弁４８よりも下流側となる位置には、安全弁５０を設けているが、この安全弁５０は、例えば電磁切換弁４８などが故障して開弁しっぱなしになったり、接続通路４２に故障が生じたりしたとき、通路４６，４７の圧力を維持して旋回モータＲＭがいわゆる逸走するのを防止するものである。
【００３０】
さらに、上記ブームシリンダＢＣは、そのピストン側室５１ａと操作バルブ１５とを接続する通路過程に比例電磁弁５２を設け、上記ピストン側室５１ａと比例電磁弁５２との間には、接続用通路４２に連通する通路５３を接続するとともに、この通路５３にはコントローラＣで制御される電磁弁５４を設けている。
そして、操作バルブ１５を切り換え操作して、ブームシリンダＢＣの上記ロッド側室５１ｂを第２メインポンプＭＰ２に接続し、ピストン側室５１ａをタンクに連通したときには、コンローラＣは、上記操作バルブ１５に設けた図示していないセンサーを介して当該バルブ１５の操作状況を認識する。コントローラＣが操作バルブ１５の上記の操作状況を認識すると、コントローラＣは、比例電磁弁５２を完全に閉じるとともに、電磁弁５４を開位置に切り換える。電磁弁５４がこのように開位置に切り換れば、ブームシリンダＢＣのピストン側室５１ａの戻り流体がアシストモータＡＭに供給されることになる。
【００３１】
一方、上記したようにエンジンＥを起動させたとき、第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２に接続した第１，２回路系統がスタンバイ状態を保ったら、電磁開閉弁３３を閉じるとともに、サブポンプＳＰの吐出量を減少させるが、それ以後は、コントローラＣが、第１，２圧力センサー１２，２１などの信号をもとにして、サブポンプＳＰのアシスト制御をする。このときのサブポンプＳＰ及びアシストモータＡＭは、次のように機能する。
【００３２】
例えば、第１，２圧力センサー１２，２１からコントローラＣに相対的に高い圧力信号が入力すると、コントローラＣは、第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２が最小吐出量を維持しているものと判定して傾角制御器２２，５５を制御し、サブポンプＳＰおよびアシストモータＡＭの傾転角をゼロもしくは最小にする。
コントローラＣが、上記のように第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２の吐出量が最小である旨の信号を受信したとき、コントローラＣは電動モータＭＧの回転を停止してもよいし、その回転を継続させてもよい。
電動モータＭＧの回転を止める場合には、消費電力を節約できるという効果があり、電動モータＭＧを回転し続けた場合には、サブポンプＳＰおよびアシストモータＡＭも回転し続けるので、当該サブポンプＳＰおよびアシストモータＡＭの起動時のショックを少なくできるという効果がある。いずれにしても、電動モータＭＧを止めるかあるいは回転し続けるかは、当該建設機械の用途や使用状況に応じて決めればよいことである。
【００３３】
上記の状況で第１回路系統あるいは第２回路系統のいずれかの操作バルブを切り換えれば、その操作量に応じて中立流路８あるいは１７を流れる流量が少なくなり、それにともなってパイロット圧生成機構１０あるいは１９で生成されるパイロット圧も低くなる。このようにパイロット圧が低くなれば、それにともなって第１メインポンプＭＰ１あるいは第２メインポンプＭＰ２は、その傾転角を大きくして吐出量を増大させる。
また、上記のように第１メインポンプＭＰ１あるいは第２メインポンプＭＰ２の吐出量を増大するときには、コントローラＣは、電動モータＭＧを常に回転した状態に保つ。つまり、第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２の吐出量が最小のときに電動モータＭＧを停止した場合には、コントローラＣは、パイロット圧が低くなったことを感知して、電動モータＭＧを再起動させる。
そして、コントローラＣは、第１，２圧力センサー１２，２１の圧力信号に応じて、第１，２比例電磁絞り弁２６，２７の開度を制御し、サブポンプＳＰの吐出量を按分して、第１，２回路系統に供給する。
【００３４】
一方、アシストモータＡＭが回転力を得れば、その回転力は、同軸回転する電動モータＭＧに作用するが、このアシストモータＡＭの回転力は、電動モータＭＧに対するアシスト力として作用する。したがって、アシストモータＡＭの回転力の分だけ、電動モータＭＧの消費電力を少なくすることができる。
また、上記アシストモータＡＭの回転力でサブポンプＳＰの回転力をアシストすることもできるが、このときには、アシストモータＡＭとサブポンプＳＰとが相まって圧力変換機能を発揮させる。
【００３５】
つまり、接続用通路４２に流入する流体圧はポンプ吐出圧よりも低いことが多い。この低い圧力を利用して、サブポンプＳＰに高い吐出圧を維持させるために、アシストモータＡＭおよびサブポンプＳＰによって増圧機能を発揮させるようにしている。
すなわち、上記アシストモータＡＭの出力は、１回転当たりの押しのけ容積Ｑ１とそのときの圧力Ｐ１の積で決まる。また、サブポンプＳＰの出力は１回転当たりの押しのけ容積Ｑ２と吐出圧Ｐ２の積で決まる。そして、この実施形態では、アシストモータＡＭとサブポンプＳＰとが同軸回転するので、Ｑ１×Ｐ１＝Ｑ２×Ｐ２が成立しなければならない。そこで、例えば、アシストモータＡＭの上記押しのけ容積Ｑ１を上記サブポンプＳＰの押しのけ容積Ｑ２の３倍すなわちＱ１＝３Ｑ２にしたとすれば、上記等式が３Ｑ２×Ｐ１＝Ｑ２×Ｐ２となる。この式から両辺をＱ２で割れば、３Ｐ１＝Ｐ２が成り立つ。
したがって、サブポンプＳＰの傾転角を変えて、上記押しのけ容積Ｑ２を制御すれば、アシストモータＡＭの出力で、サブポンプＳＰに所定の吐出圧を維持させることができる。
【００３６】
また、アシストモータＡＭを駆動源として電動モータＭＧを発電機として使用することもできるが、このときには、サブポンプＳＰの傾転角をゼロにしてほぼ無負荷状態にし、アシストモータＡＭには、電動モータＭＧを回転させるために必要な出力を維持しておけば、アシストモータＡＭの出力を利用して、電動モータＭＧに発電機能を発揮させることができる。
【００３７】
上記のようにしたこの実施形態によれば、エンジンＥを起動させる際にイグニションキーを操作すると、コントローラＣがそれを感知して、まず電動モータＭＧを回転させるとともに、サブポンプＳＰから圧力流体を吐出させる。
また、コントローラＣは、第１，２比例電磁絞り弁２６，２７を開くとともに、電磁開閉弁３３を開位置に切り換える。電磁開閉弁３３が開位置に切り換ると、サブポンプＳＰの吐出流体がパイロット通路３２に流れ、減圧弁３４を介してパイロットポンプＰＰの吐出側に供給される。このようにしてパイロットポンプＰＰの吐出側に供給された圧力流体は、前記したパイロット経路を通ってバルブ群に供給され、バルブ群をいつでも切り換えられる状態に保つ。
【００３８】
また、減圧弁３４の上流側の圧力が、アンロード弁３７のパイロット室３７ｂに作用するとともに、当該アンロード弁３７を開位置に切り換える。したがって、第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２はアンロード状態に保たれる。
このように第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２がアンロード状態になったら、コントローラＣはエンジンＥを起動させるが、このエンジンＥの起動時には、第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２の回転負荷がエンジンＥにほとんど作用しなくなり、エンジンＥが短時間で立ち上がるとともに、過負荷状態で黒鉛を発生するようなこともない。
【００３９】
上記のようにエンジンＥが立ち上がるまでの間は、第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２がアンロード状態を保っているが、第１，２回路系統の中立流路８，１７には、サブポンプＳＰからの吐出流体が供給されるので、パイロット圧生成機構１０，１９が高いパイロット圧を生成する。したがって、この高いパイロット圧の作用で、第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２はスタンバイ流量を保つのに必要な傾転角に保たれるとともに、第１，２回路系統はスタンバイ状態を維持する。
なお、上記サブポンプＳＰの吐出流体が、上記のように中立流路８，１７に供給されるときには、第１，２チェック弁３０，３１が機能するので、上記サブポンプＳＰの吐出流体がアンロードされることはない。
【００４０】
そして、コントローラＣは、第１，２回路系統のメインポンプＭＰ１，ＭＰ２をスタンバイ状態に保ちつつ、エンジンＥが所定の回転数に達するが、イグニションキーを操作した後、所定の時間経過後に、電磁開閉弁３３を閉じるとともに、サブポンプＳＰの吐出量を減少させる。
上記のようにコントローラＣは、イグニションキーの操作から電動モータＭＧの起動、サブポンプＳＰの吐出流体の制御、第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２のアンロード制御、エンジンＥの起動等を連続的に無駄なく実行する。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】この発明の実施形態を示す回路図である。
【符号の説明】
【００４２】
Ｅ エンジン
ＭＰ１ 第１メインポンプ
ＭＰ２ 第２メインポンプ
１，２ レギュレータ
ＰＰ パイロットポンプ
３〜７ 操作バルブ
８ 中立流路
１０ レパイロット圧生成機構
１１ パイロット流路
１２ 第１圧力センサー
Ｃ コントローラ
１３〜１６ 操作バルブ
１７ 中立流路
１９ パイロット圧生成機構
２０ パイロット流路
２１ 第２圧力センサー
ＳＰ サブポンプ
ＭＧ 電動モータ
２４，２５ 第１，２合流通路
３０，３１ 第１，２チェック弁
３２ パイロット通路
３３ 電磁開閉弁
３４ 減圧弁
３７ アンロード弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの駆動力で回転する可変容量型のメインポンプと、このメインポンプの傾転角を制御するレギュレータと、複数の操作バルブを設けるとともにメインポンプに接続した回路系統と、上記回路系統の操作バルブを中立位置に保持したときメインポンプの吐出流量が流通する中立流路と、この中立流路に設けるとともに中立流路に流れが発生したときに高い圧力を発生するパイロット圧生成機構と、このパイロット圧生成機構が生成したパイロット圧を上記レギュレータに導くパイロット流路とを備えた建設機械において、メインポンプの吐出側に設けるとともに当該メインポンプから上記操作バルブへの流通のみを許容するチェック弁と、電動モータの駆動力で回転するサブポンプと、一方を上記サブポンプの吐出側に接続し、他方を上記チェック弁の下流側に接続した合流通路と、サブポンプに接続したパイロット通路と、このパイロット通路に設けた電磁開閉弁と、通常は閉位置を保ち、上記電磁開閉弁の下流側の圧力作用で開位置に切り換って上記チェック弁の上流側をアンロードさせるアンロード弁とを備えたハイブリッド建設機械の制御装置。
【請求項２】
メインポンプと同軸回転するパイロットポンプと、このパイロットポンプの吐出圧をパイロット圧として切り換るバルブ群と、サブポンプに接続したパイロット通路に設けた減圧弁とを備え、上記サブポンプに接続したパイロット通路を上記パイロットポンプの吐出側に接続するとともに、上記減圧弁の上流側の圧力をアンロード弁のパイロット室に導き、このパイロット室の圧力作用でアンロード弁が開位置を保つ構成にした請求項１記載のハイブリッド建設機械の制御装置。
【請求項３】
エンジンのイグニションキー、上記電磁開閉弁及び上記電動モータに接続したコントローラを設けるとともに、このコントローラは、イグニションキーが操作されたときに電動モータを駆動してサブポンプを回転させる機能と、サブポンプを回転させてから電磁開閉弁を開位置に切り換える機能と、電磁開閉弁が開いてからエンジンを回転させる機能とを備えた請求項１又は２記載のハイブリッド建設機械の制御装置。
【請求項４】
パイロット圧生成機構に接続したパイロット流路に圧力センサーを設け、この圧力センサーが検出したパイロット圧を上記コントローラに入力する構成にし、上記コントローラは、イグニションキーが操作されたときに電動モータを駆動してサブポンプを回転させる機能と、サブポンプを回転させてから電磁開閉弁を開位置に切り換える機能と、電磁開閉弁が開いてからエンジンを回転させる機能と、サブポンプの吐出量が中立流路に流れて上記圧力センサーからの圧力信号が予め設定した圧力に達したときサブポンプの吐出量を減少させる機能とを備えた請求項１〜３のいずれかに記載のハイブリッド建設機械の制御装置。
【請求項５】
上記コントローラは、電磁開閉弁を開位置に切り換えた後にアンロード弁を開位置に切り換えてメインポンプをアンロードにする一方、エンジンの回転数が予め設定した回転数に達した後、あるいはイグニションキーを操作してから予め設定した時間を経過した後に、上記電磁開閉弁を閉じてオンロードにする機能と、上記電磁開閉弁が閉じたときサブポンプの吐出量を減少させる機能とを備えた請求項４記載のハイブリッド建設機械の制御装置。
【請求項１】
エンジンの駆動力で回転する可変容量型のメインポンプと、このメインポンプの傾転角を制御するレギュレータと、複数の操作バルブを設けるとともにメインポンプに接続した回路系統と、上記回路系統の操作バルブを中立位置に保持したときメインポンプの吐出流量が流通する中立流路と、この中立流路に設けるとともに中立流路に流れが発生したときに高い圧力を発生するパイロット圧生成機構と、このパイロット圧生成機構が生成したパイロット圧を上記レギュレータに導くパイロット流路とを備えた建設機械において、メインポンプの吐出側に設けるとともに当該メインポンプから上記操作バルブへの流通のみを許容するチェック弁と、電動モータの駆動力で回転するサブポンプと、一方を上記サブポンプの吐出側に接続し、他方を上記チェック弁の下流側に接続した合流通路と、サブポンプに接続したパイロット通路と、このパイロット通路に設けた電磁開閉弁と、通常は閉位置を保ち、上記電磁開閉弁の下流側の圧力作用で開位置に切り換って上記チェック弁の上流側をアンロードさせるアンロード弁とを備えたハイブリッド建設機械の制御装置。
【請求項２】
メインポンプと同軸回転するパイロットポンプと、このパイロットポンプの吐出圧をパイロット圧として切り換るバルブ群と、サブポンプに接続したパイロット通路に設けた減圧弁とを備え、上記サブポンプに接続したパイロット通路を上記パイロットポンプの吐出側に接続するとともに、上記減圧弁の上流側の圧力をアンロード弁のパイロット室に導き、このパイロット室の圧力作用でアンロード弁が開位置を保つ構成にした請求項１記載のハイブリッド建設機械の制御装置。
【請求項３】
エンジンのイグニションキー、上記電磁開閉弁及び上記電動モータに接続したコントローラを設けるとともに、このコントローラは、イグニションキーが操作されたときに電動モータを駆動してサブポンプを回転させる機能と、サブポンプを回転させてから電磁開閉弁を開位置に切り換える機能と、電磁開閉弁が開いてからエンジンを回転させる機能とを備えた請求項１又は２記載のハイブリッド建設機械の制御装置。
【請求項４】
パイロット圧生成機構に接続したパイロット流路に圧力センサーを設け、この圧力センサーが検出したパイロット圧を上記コントローラに入力する構成にし、上記コントローラは、イグニションキーが操作されたときに電動モータを駆動してサブポンプを回転させる機能と、サブポンプを回転させてから電磁開閉弁を開位置に切り換える機能と、電磁開閉弁が開いてからエンジンを回転させる機能と、サブポンプの吐出量が中立流路に流れて上記圧力センサーからの圧力信号が予め設定した圧力に達したときサブポンプの吐出量を減少させる機能とを備えた請求項１〜３のいずれかに記載のハイブリッド建設機械の制御装置。
【請求項５】
上記コントローラは、電磁開閉弁を開位置に切り換えた後にアンロード弁を開位置に切り換えてメインポンプをアンロードにする一方、エンジンの回転数が予め設定した回転数に達した後、あるいはイグニションキーを操作してから予め設定した時間を経過した後に、上記電磁開閉弁を閉じてオンロードにする機能と、上記電磁開閉弁が閉じたときサブポンプの吐出量を減少させる機能とを備えた請求項４記載のハイブリッド建設機械の制御装置。
【図１】
【公開番号】特開２００９−２９９３０１（Ｐ２００９−２９９３０１Ａ）
【公開日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１５２４５３（Ｐ２００８−１５２４５３）
【出願日】平成２０年６月１１日（２００８．６．１１）
【出願人】（００００００９２９）カヤバ工業株式会社 (2,151)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月１１日（２００８．６．１１）
【出願人】（００００００９２９）カヤバ工業株式会社 (2,151)
【Ｆターム（参考）】
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