油圧作業機のハイブリッド駆動回路
【課題】第１油圧ポンプ及び第２油圧ポンプを備えたものにあって油圧ポンプの駆動効率を高めることができ、また、動力回収用の電動機を含めて電動機の数を少なくすることができる油圧作業機のハイブリッド駆動回路。
【解決手段】複数の油圧アクチュエータを制御するコントロールバルブ１３は、第１油圧ポンプ１１に接続され複数の方向制御弁１４ｂ，１５ａ，１６ｂ，１７ａから成る第１方向制御弁群１３ａと、ポンプ・モータ１２から成る第２油圧ポンプに接続され別の複数の方向制御弁１４ａ，１５ｂ，１６ａ，１７ｂから成る第２方向制御弁群１３ｂとを含み、エンジン１８と電動機１９とを互いに独立させて配置し、第１油圧ポンプ１１をエンジン１８に接続し、ポンプ・モータ１２から成る第２油圧ポンプを電動機１９に接続した構成にしてある。
【解決手段】複数の油圧アクチュエータを制御するコントロールバルブ１３は、第１油圧ポンプ１１に接続され複数の方向制御弁１４ｂ，１５ａ，１６ｂ，１７ａから成る第１方向制御弁群１３ａと、ポンプ・モータ１２から成る第２油圧ポンプに接続され別の複数の方向制御弁１４ａ，１５ｂ，１６ａ，１７ｂから成る第２方向制御弁群１３ｂとを含み、エンジン１８と電動機１９とを互いに独立させて配置し、第１油圧ポンプ１１をエンジン１８に接続し、ポンプ・モータ１２から成る第２油圧ポンプを電動機１９に接続した構成にしてある。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧ショベル等の油圧作業機に備えられ、油圧ポンプを駆動する原動機であるエンジンと、動力回収用の電動機とを備えた油圧作業機のハイブリッド駆動回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の従来技術として、特許文献１に示されるものがある。この従来技術は、エンジン及び油圧ポンプと同軸上に電動機を設けるとともに、旋回に伴う動力回収用の別の電動機、すなわち旋回電動機を備えた構成になっている。この従来技術では、旋回電動機は制動時に発電し、そのとき蓄えた電力を使って旋回体を旋回させることが行われる。この旋回体の旋回に際して電力の不足を生じた場合には、エンジンに直結した前述の電動機の発電によってまかなわれる。また、余剰電力が発生した場合には、エンジンの出力をアシストするようになっている。
【０００３】
ところで、油圧作業機が油圧ショベルである場合には、複数の油圧ポンプが備えられることがある。この場合、油圧ショベルには例えば、第１油圧ポンプ及び第２油圧ポンプと、これらの第１油圧ポンプ及び第２油圧ポンプから吐出される圧油によって作動する複数の油圧アクチュエータと、第１油圧ポンプ及び第２油圧ポンプから複数の油圧アクチュエータに供給される圧油の流れをそれぞれ制御する複数の方向制御弁から成るコントロールバルブとが備えられる。このような構成を有する油圧ショベルに、前述した特許文献１に示される従来技術の考え方を適用させたときには、エンジンの同軸上に電動機と、第１油圧ポンプと、第２油圧ポンプとを設けることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４１２１０１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述のように第１油圧ポンプ及び第２油圧ポンプを有する油圧ショベルにおいて、特許文献１に示される考え方を採用した場合には、電動機は単体で第１油圧ポンプ及び第２油圧ポンプを駆動する容量を有さないものとなりやすい。しかし仮に、電動機を第１油圧ポンプ及び第２油圧ポンプを駆動し得る容量のものに設定できたとしても、このような構成にあっては、同軸上に配置されたエンジンと、第１油圧ポンプ及び第２油圧ポンプによる大きな慣性・抵抗が働くために油圧ポンプの駆動効率が低下しやすい。これにより大きなエネルギロスを生じ、経済性の点で問題がある。
【０００６】
なお、このような構成の油圧ショベルにあって、フロント作業装置に含まれるブームの動作、すなわちブーム下げ動作に伴って動力を回収することを考えた場合には、前述の電動機とは別の動力回収用の電動機を設けることが必要になる。したがって、当該ハイブリッド駆動回路の製作コストが高くなり、また、回路構成の大型化を招くという別の問題を生じる。
【０００７】
本発明は、上述した従来技術における実状からなされたもので、その目的は、第１油圧ポンプ及び第２油圧ポンプを備えたものにあって油圧ポンプの駆動効率を高めることができ、また、動力回収用の電動機を含めて電動機の数を少なくすることができる油圧作業機のハイブリッド駆動回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的を達成するために、本発明に係る油圧作業機のハイブリッド駆動回路は、第１油圧ポンプ及び第２油圧ポンプと、これらの第１油圧ポンプ及び第２油圧ポンプから吐出される圧油によって作動する複数の油圧アクチュエータと、上記第１油圧ポンプ及び上記第２油圧ポンプから上記複数の油圧アクチュエータに供給される圧油の流れをそれぞれ制御する複数の方向制御弁から成るコントロールバルブとを備えるとともに、油圧ポンプを駆動する原動機であるエンジンと、動力回収用の電動機とを備えた油圧作業機のハイブリッド駆動回路において、上記コントロールバルブは、上記第１油圧ポンプに接続され複数の方向制御弁から成る第１方向制御弁群と、上記第２油圧ポンプに接続され別の複数の方向制御弁から成る第２方向制御弁群とを含み、上記エンジンと上記電動機とを互いに独立させて配置し、上記第１油圧ポンプを上記エンジンに接続し、上記第２油圧ポンプを上記電動機に接続し、上記第２油圧ポンプがポンプ・モータから成ることを特徴としている。
【０００９】
このように構成した本発明は、エンジンによって第１油圧ポンプを駆動し、電動機によってポンプ・モータを駆動するので、第１油圧ポンプ及びポンプ・モータのそれぞれの駆動に伴う慣性・抵抗を小さくすることができる。すなわち、第１油圧ポンプ、及びポンプ・モータから成る第２油圧ポンプを備えたものにあって、油圧ポンプの駆動効率を高めることができる。また、電動機を第２油圧ポンプであるポンプ・モータの駆動源として活用できるとともに、動力回収に際しては油圧アクチュエータからの戻り油でポンプ・モータを回転させることによって電動機を駆動し、発電させることができ、このポンプ・モータが接続する電動機を動力回収に活用させることができる。すなわち、電動機を油圧ポンプの駆動用と動力回収用に兼用させることができ、動力回収用の電動機を含めて電動機の数を少なくすることができる。
【００１０】
また、本発明に係る油圧作業機のハイブリッド駆動回路は、上記発明において、上記ポンプ・モータをモータとして活用させる動力回収時に、上記ポンプ・モータに接続される第２方向制御弁群に含まれる複数の方向制御弁のうちの特定方向制御弁を除く他の全ての方向制御弁を中立に保持する中立保持手段を備えたことを特徴としている。
【００１１】
このように構成した本発明は、動力回収時には、中立保持手段によってポンプ・モータに接続される第２方向制御弁群に含まれる特定方向制御弁を除く他の全ての方向制御弁が中立に保持され、特定方向制御弁を介してこの特定方向制御弁で制御される油圧アクチュエータからの戻り油をポンプ・モータに供給して、このポンプ・モータを回転させ、動力回収を行わせることができる。
【００１２】
また、本発明に係る油圧作業機のハイブリッド駆動回路は、上記発明において、上記油圧作業機が、ブーム、アーム、及びバケットを含むフロント作業装置を有する油圧ショベルから成り、上記油圧アクチュエータが上記ブームを駆動するブームシリンダを含み、上記ポンプ・モータと上記ブームシリンダとの間に、上記ブームシリンダの伸長動作、及び収縮動作の双方を可能とする第１ブーム用方向制御弁を備え、上記第１油圧ポンプと上記ブームシリンダとの間に、上記ブームシリンダの伸長動作のみを可能にする第２ブーム用方向制御弁を備え、上記特定方向制御弁は、上記第１ブーム用方向制御弁から成ることを特徴としている。
【００１３】
このように構成した本発明は、ブーム下げ動作時に、ブームシリンダの収縮に伴って、ブームシリンダのボトム室からの戻り油を第１ブーム用方向制御弁を介してポンプ・モータに供給し、このポンプ・モータを回転させ、動力回収を行わせることができる。
【００１４】
また、本発明に係る油圧作業機のハイブリッド駆動回路は、上記発明において、上記ポンプ・モータと上記第１ブーム用方向制御弁との間に、ジャッキアップ弁を設けたことを特徴としている。
【００１５】
このように構成した本発明は、フロント作業装置が接地した状態からジャッキアップ動作が行われるときには、ジャッキアップ弁、及び第１ブーム用方向制御弁を介して、ポンプ・モータから吐出される圧油をブームシリンダのロッド室に供給して、このブームシリンダを収縮させ、所望のジャッキアップ動作を行わせることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、第１油圧ポンプと第２油圧ポンプのうちの第１油圧ポンプをエンジンによって駆動させ、ポンプ・モータから成る第２油圧ポンプをエンジンとは独立して配置した電動機によって駆動させるようにしたことから、第１油圧ポンプ及びポンプ・モータそれぞれによる慣性・抵抗を小さくすることができ、油圧ポンプの駆動効率を高めることができる。したがって、従来に比べて省エネを実現させることができ、優れた経済性を確保することができる。また、第２油圧ポンプを構成するポンプ・モータを油圧アクチュエータからの戻り油で回転させることによって電動機を駆動して発電させ、動力を回収することができる。これにより、電動機を油圧ポンプすなわちポンプ・モータの駆動用と動力回収用に兼用させることができ、動力回収時に活用される電動機を含めて電動機の数を少なくすることができ、当該ハイブリッド駆動回路の製作コストを従来よりも安くすることができる。また、回路構成のコンパクト化を実現させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係るハイブリッド駆動回路の一実施形態が備えられる油圧作業機の一例として挙げた油圧ショベルを示す側面図である。
【図２】本実施形態に係るハイブリッド駆動回路の概略構成を示す回路図である。
【図３】図２に示すハイブリッド駆動回路の要部構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る油圧作業機のハイブリッド駆動回路の実施の形態を図に基づいて説明する。
【００１９】
図１は本発明に係るハイブリッド駆動回路の一実施形態が備えられる油圧作業機の一例として挙げた油圧ショベルを示す側面図である。
【００２０】
この図１に示す油圧ショベルは、走行体１と、この走行体１上に配置される旋回体２と、この旋回体２に上下方向の回動可能に取り付けられるフロント作業装置３とを備えている。このフロント作業装置３は、旋回体２に取り付けられるブーム４と、このブーム４の先端に取り付けられるアーム５と、このアーム５の先端に取り付けられ、土砂の掘削作業等を行うバケット６とを含んでいる。また、このフロント作業装置３は、ブーム４を駆動するブームシリンダ７と、アーム８を駆動するアームシリンダ８と、バケット６を駆動するバケットシリンダ９とを含んでいる。
【００２１】
図２は本実施形態に係るハイブリッド駆動回路の概略構成を示す回路図、図３は図２に示すハイブリッド駆動回路の要部構成を示す回路図である。
【００２２】
図２に示す本実施形態に係るハイブリッド駆動回路は、複数の油圧ポンプ、例えば１つの可変容量油圧ポンプから成る第１油圧ポンプ１１と、１つのポンプ・モータ１２から成る第２油圧ポンプとを含んでいる。また、第１油圧ポンプ１１及びポンプ・モータ１２から吐出される圧油によって作動する複数の油圧アクチュエータ、すなわち前述したフロント作業装置３に含まれるブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９の他、走行体１を走行させる走行モータ１０、及び旋回体２を旋回させる図示しない旋回モータ等を備えている。走行モータ１０は、図示を簡略にさせてあるが、走行体１の右側履帯を駆動する走行右モータと、走行体１の左側履帯を駆動する走行左モータとを含んでいる。
【００２３】
また、本実施形態は、第１油圧ポンプ１１及びポンプ・モータ１２から上述した複数の油圧アクチュエータに供給される圧油の流れをそれぞれ制御する複数の方向制御弁から成るコントロールバルブ１３を備えている。このコントロールバルブ１３は、第１油圧ポンプ１１に接続され複数の方向制御弁から成る第１方向制御弁群１３ａと、ポンプ・モータ１２に接続され複数の方向制御弁から成る第２方向制御弁群１３ｂとを含んでいる。
【００２４】
コントロールバルブ１３の第１方向制御弁群１３ａには、ブームシリンダ７を制御可能な第２ブーム用方向制御弁１４ｂと、アームシリンダ８を制御可能な第１アーム用方向制御弁１５ａと、バケットシリンダ９を制御可能な第２バケット用方向制御弁１６ｂと、走行モータ１０中の走行右モータを制御可能な走行右用方向制御弁１７ａ等が含まれている。また、第２方向制御弁群１３ｂには、ブームシリンダ７を制御可能な第１ブーム用方向制御弁１４ａと、アームシリンダ８を制御可能な第２アーム用方向制御弁１５ｂと、バケットシリンダ９を制御可能な第１バケット用方向制御弁１６ａと、走行モータ１０の走行左モータを制御可能な走行左用方向制御弁１７ｂ等が含まれている。
【００２５】
また、本実施形態は、油圧ポンプの駆動源であるエンジン１８と、油圧ポンプの駆動源
であるとともに、発電可能な電動機１９とを互いに独立させて配置してある。第１方向制御弁群１３ａが接続される第１油圧ポンプ１１をエンジン１８に接続し、第２方向制御弁群１３ｂが接続され第２油圧ポンプを構成するポンプ・モータ１２を電動機１９に接続させてある。すなわち、エンジン１８と電動機１９とは互いに並設させてある。標準クラスの油圧ショベルに備えられるエンジンの出力を仮に１００とすると、本実施形態に備えられるエンジン１８の出力は例えば５０に設定してあり、電動機１９の出力も例えば５０に設定してある。つまり本実施形態におけるエンジン１８の出力と電動機１９の出力の割合は、例えば５０：５０に設定してある。なお、電動機１９は、バッテリによって駆動するようにしてもよく、商用電源によって駆動するようにしてもよい。
【００２６】
また、本実施形態は、各油圧アクチュエータに対応する方向制御弁を切り換え操作する操作装置を備えている。例えば図２に示すように、第１ブーム用方向制御弁１４ａ及び第２ブーム用方向制御弁１４ｂを切り換え操作するブーム用操作装置２０や、第１アーム用方向制御弁１５ａ及び第２アーム用方向制御弁１５ｂを切り換え操作するアーム用操作装置２１などを備えている。
【００２７】
また、本実施形態は、ポンプ・モータ１２をモータとして活用させる動力回収に際して、ブーム下げ動作に伴う動力回収を考慮しており、このブーム下げ動作を行うブームシリンダ７を制御する第２方向制御弁群１３ｂに含まれる第１ブーム用方向制御弁１４ａを特定方向制御弁に設定してある。
【００２８】
また、動力回収時にポンプ・モータ１２を回転させる際に、第２方向制御弁群１３ｂに含まれる複数の方向制御弁のうちの前述した特定方向制御弁である第１ブーム用方向制御弁１４ａを除く他の全ての方向制御弁、すなわち第２アーム用方向制御弁１５ｂ、第１バケット用方向制御弁１６ａ、走行右用方向制御弁１７ｂ等を中立に保持する中立保持手段を備えている。この中立保持手段は、同図２に示す切換弁２２等によって構成されている。切換弁２２は、アーム用操作装置２１の操作に関連して設けたものであり、ブーム用操作装置２０がブーム下げ動作を行うように操作されたとき、ブーム用操作装置２０から出力されたパイロット圧に応じて中立位置である下段の切換位置２２ａから上段の切換位置２２ｂに切り換えられ、アーム用操作装置２１による第１方向制御弁群１３ａに含まれる第１アーム用方向制御弁１５ａの切り換え操作を可能とするものの、第２方向制御弁群１３ｂに含まれる第２アーム用方向制御弁１５ｂの左右制御部をタンク２３に連通させて中立に保持する。なお、切換弁２２は、中立位置である下段の切換位置２２ａに保たれているときには、アーム用操作装置２１の操作に応じて、第１アーム用方向制御弁１５ａと第２アーム用方向制御弁１５ｂの双方の切り換え操作が可能となっている。
【００２９】
図示省略してあるが、前述した切換弁２２と同等の切換弁、すなわち中立保持手段を構成する切換弁を、図示しないバケット用操作装置に関連させて設けてある。同様に、切換弁２２と同様の切換弁を、図示しない走行用操作装置に関連させて設けてある。
【００３０】
図３に示すように、前述した第１ブーム用方向制御弁１４ａはブーム上げ動作のためにブームシリンダ７のボトム室７ａに圧油を供給して、このブームシリンダ７を伸長させる切換位置である上段の切換位置１４ａ１と、ブーム下げ動作のためにブームシリンダ７のロッド室７ｂに圧油を供給して、このブームシリンダ７を収縮させる切換位置である下段の切換位置１４ａ２とを有している。これに対して、前述した第２ブーム用方向制御弁１４ｂは、ブーム上げ動作のための切換位置である上段の切換位置１４ｂ１は有するものの、ブームシリンダ７を収縮させるための切換位置は有していない。この第２ブーム用方向制御弁１４ｂは、例えばセンタバイパス型の方向制御弁から成っている。
【００３１】
第１油圧ポンプ１１と第２ブーム用方向制御弁１４ｂとの間には、第２ブーム用方向制御弁１４ｂ側から第１油圧ポンプ１１側への圧油の逆流を阻止する逆止弁２４を設けてある。また、ポンプ・モータ１２の出口ポート１２ｂに連絡される管路２８には、第１ブーム用方向制御弁１４ａ側からポンプ・モータ１２側への圧油の逆流を阻止する逆止弁２５を設けてある。
【００３２】
さらに、本実施形態は、ポンプ・モータ１２と、第１ブーム用方向制御弁１４ａ及び逆止弁２５との間に、フロント作業装置３を接地させて行なわれるジャッキアップ操作時に活用されるジャッキアップ弁２６を設けてある。
【００３３】
このジャッキアップ弁２６は、同図３の上段の中立位置２６ａに、ポンプ・モータ１２の入口ポート１２ａに連絡される管路２７と連通する油路２６ａ１と、ポンプ・モータ１２の出口ポート１２ｂに連絡される管路２８と連通する油路２６ａ２と、タンク２３に連絡される管路２３ａに連通する油路２６ａ３と、油路２６ａ１と油路２６ａ３との接続点２６ａ４よりも第１ブーム用方向制御弁１４ａ側に位置する油路２６ａ１部分に設けられる絞り２６ａ５とを有している。また、このジャッキアップ弁２６は、同図３の下段の切換位置２６ｂに、ポンプ・モータ１２の入力ポート１２ａに連絡される管路２７と連通する油路２６ｂ１と、ポンプ・モータ１２の出口ポート１２ｂに連絡される管路２８と連通する油路２６ｂ２と、タンク２３に連絡される管路２３ａと油路２６ｂ２とを接続させる油路２６ｂ３とを有している。このような中立位置２６ａ及び切換位置２６ｂを有するジャッキアップ弁２６は、管路２７の圧力の上昇に伴って切換位置２６ｂに切り換えられ、管路２８の圧力の低下に伴ってばねの力により中立位置２６ａに復帰するようになっている。
【００３４】
なお、ポンプ・モータ１２が接続される電動機１９は、図示しない制御装置によって、ブーム用操作装置２０の操作量に応じた回転数に制御されるようになっている。
【００３５】
このように構成した本実施形態は、当該油圧ショベルで実施される土砂の掘削作業等の通常作業時には、エンジン１８によって第１油圧ポンプ１１が駆動され、電動機１９によって第２油圧ポンプを構成するポンプ・モータ１２が駆動される。したがって、第１油圧ポンプ１１から吐出される圧油が図２に示すコントロールバルブ１３に含まれる第１方向制御弁群１３ａの第２ブーム用方向制御弁１４ｂ、第１アーム用方向制御弁１５ａ、第２バケット用方向制御弁１６ｂ、走行右用方向制御弁１７ａ等に供給され、ポンプ・モータ１２から吐出される圧油がコントロールバルブ１３に含まれる第２方向制御弁群１３ｂの第１ブーム用方向制御弁１４ａ、第２アーム用方向制御弁１５ｂ、第１バケット用方向制御弁１６ａ、走行左用方向制御弁１７ｂ等に供給される。これにより、ブーム用操作装置２０、アーム用操作装置２１等の操作装置を操作することによりコントロールバルブ１３に含まれる対応する方向制御弁が切り換えられて所望の作業を実施できる。
【００３６】
例えば、ブーム用操作装置２０がブーム上げ側に操作されたときには、図３に示す第１ブーム用方向制御弁１４ａが上段の切換位置１４ａ１に切り換えられ、第２ブーム用方向制御弁１４ｂ１が上段の切換位置１４ｂ１に切り換えられる。これにより、第１油圧ポンプ１１から吐出される圧油が逆止弁２４、第２ブーム用方向制御弁１４ｂの切換位置１４ｂ１を介してブームシリンダ７のボトム室７ａに供給される、同時にブーム用操作装置２０の操作量に応じて回転数が制御される電動機１９によって駆動されるポンプ・モータ１２から吐出される圧油が、出口ポート１２ｂの管路２８に導かれ、ジャッキアップ弁２６の中立位置２６ａの油路２６ａ２、逆止弁２５、第１ブーム用方向制御弁１４ａの切換位置１４ａ１を介してブームシリンダ７のボトム室７ａに供給される。また、ブームシリンダ７のロッド室７ｂの油は、第１ブーム用方向制御弁１４ａの切換位置１４ａ１、管路２７、ジャッキアップ弁２６の切換位置２６ａの油路２６ａ１、絞り２６ａ５、油路２６ａ３、管路２３ａを介してタンク２３に戻される。したがって、ブームシリンダ７が伸長して所望のブーム上げ動作が行われる。
【００３７】
また、ブーム用操作装置２０がブーム下げ側に操作されたときには、第２ブーム用方向制御弁１４ｂは中立に保持されたままとなり、第１ブーム用方向制御弁１４ａは同図３に示す下段の切換位置１４ａ２に切り換えられる。これにより、ポンプ・モータ１２から吐出される圧油が管路２８、ジャッキアップ弁２６の中立位置２６ａの油路２６ａ２、逆止弁２５、第１ブーム用方向制御弁１４ａの下段の切換位置１４ａ２を介してブームシリンダ７のロッド室７ｂに供給され、ブームシリンダ７のボトム室７ａの油は第１ブーム用方向制御弁１４ａの切換位置１４ａ２、管路２７、ジャッキアップ弁２６の切換位置２６ａの油路２６ａ１、絞り２６ａ５、油路２６ａ３、管路２３ａを介してタンク２３に戻される。したがって、ブームシリンダ７が収縮して所望のブーム下げ動作が行われる。
【００３８】
なお、このブーム下げ動作の間、ブーム用操作装置２０のブーム下げ操作に伴って、図２に示す切換弁２２が上段位置２２に切り換えられ、コントロールバルブ１３の第２方向制御弁群１３ｂに含まれる第２アーム用方向制御弁１５ｂ、第１バケット用方向制御弁１６ａ、及び走行左用方向制御弁１７ｂは中立に保たれるので、アーム用操作装置２１等の他の操作装置の操作によってブーム下げ動作が影響を受けることがない。仮にブーム下げ動作とともに、アーム用操作装置２１等のブーム用操作装置とは異なる他の操作装置が操作されたときには、第１油圧ポンプ１１から吐出された圧油がコントロールバルブ１３の第１方向制御弁群１３ａに含まれる第１アーム用方向制御弁１５ａ、第２バケット用方向制御弁１６ｂ、走行右用方向制御弁１７ａ等を介して、それぞれ対応する油圧アクチュエータを作動させて所望の複合操作を実施することができる。
【００３９】
そして、前述のようなブーム下げ動作が行われる間、管路２７に油が戻される際に、ジャッキアップ弁２６の中立位置２６ａの絞り２６ａ５によって、ジャッキアップ弁２６の上流側の管路２７部分の圧力による力が、ばね力よりも高くなると、ジャッキアップ弁２６が下段の切換位置２６ｂに切り換えられる。これによりブームシリンダ７のボトム室７ａの油がジャッキアップ弁２６の切換位置２６ｂの油路２６ｂ１、管路２７を介してポンプ・モータ１２の入口ポート１２ａに導かれ、ポンプ・モータ１２の出口ポート１２ｂから排出した油は管路２８、ジャッキアップ弁２６の切換位置２６ｂの油路２６ｂ２，２６ｂ３、管路２３ａを介してタンク２３に導かれる。これに伴いポンプ・モータ１２がモータとして働き、このポンプ・モータ１２によって電動機１９が駆動され、発電する。この発電によって生じた電力は、例えば図示しないバッテリ等に蓄えられる。このようにして蓄えられた電力は、例えば電動機１９の駆動用に活用される。
【００４０】
このようなブーム下げ動作によって、フロント作業装置３が接地すると、管路２７内の圧力が低下して、ジャッキアップ弁２６は、そのばね力等により再び中立位置２６ａに復帰する。したがって、フロント作業装置３の接地に引き続いてジャッキアップ操作が行われる場合等にあっては、ブーム用操作装置２０の下げ操作が継続されることにより、第１ブーム用方向制御弁１４ａは切換位置１４ａ２のままに保たれる。したがって、ポンプ・モータ１２から吐出される圧油が、管路２８、ジャッキアップ弁２６の中立位置２６ａの油路２６ａ１、逆止弁２５、第１ブーム用方向制御弁１４ａの切換位置１４ａ２を介してブームシリンダ７のロッド室７ｂに供給され、ブームシリンダ７のボトム室７ａの油は、第１ブーム用方向制御弁１４ａの切換位置１４ａ２、ジャッキアップ弁２６の中立位置２６ａの絞り２６ａ５、油路２６ａ１，２６ａ３、管路２３ａを介してタンク２３に戻される。これにより、ブームシリンダ７が収縮して所望のジャッキアップ操作が行われる。
【００４１】
このように構成した本実施形態によれば、エンジン１８によって第１油圧ポンプ１１を駆動し、電動機１９によって第２油圧ポンプを構成するポンプ・モータ１２を駆動するので、第１油圧ポンプ１１及びポンプ・モータ１２のそれぞれの駆動に伴う慣性・抵抗を小さくすることができる。すなわち、第１油圧ポンプ１１、及びポンプ・モータ１２から成る第２油圧ポンプを備えたものにあって、油圧ポンプの駆動効率を高めることができる。したがって、省エネを実現させることができ、優れた経済性を確保することができる。また、電動機１９を第２油圧ポンプであるポンプ・モータ１２の駆動源として活用できるとともに、ブーム下げ操作に伴う動力回収に際しては、前述したようにブームシリンダ７のボトム室７ａからの戻り油でポンプ・モータ１２を回転させ、電動機１９を駆動して発電させることができ、このポンプ・モータ１２に接続している電動機１９を動力回収用に活用させることができる。すなわち、電動機１９を油圧ポンプの駆動用と動力回収用に兼用させることができ、動力回収用の電動機を含めて電動機の数を少なくすることができる。したがって、この本実施形態に係るハイブリッド駆動回路の製作コストを安くすることができる。また、回路構成のコンパクト化を実現させることができる。
【００４２】
なお、上記実施形態では、エンジン１８によって駆動される第１油圧ポンプ１１を単に１つ設けた構成にしてあるが、当該油圧ショベルが大型となる場合等にあっては、エンジン１８によって駆動される複数の第１油圧ポンプを設けた構成にしてもよい。また上記では、第２油圧ポンプを構成するポンプ・モータ１２ａを単に１つ設けた構成にしてあるが、第２油圧ポンプを複数のポンプ・モータによって構成してもよい。その場合にはポンプ・モータごとに異なる電動機を設けることもできる。
【００４３】
また、上記実施形態では、エンジン１８と電動機１９の出力の割合を５０：５０に設定してあるが、この割合を異ならせるように構成してもよい。
【００４４】
また、上記実施形態では、ポンプ・モータ１２と第１ブーム用方向制御弁１４ａとの間にジャッキアップ弁２６を設けた構成にしてあるが、ジャッキアップ動作を必要としない油圧ショベル等の油圧作業機にあっては、このジャッキアップ弁を除いた構成とすることができる。
【００４５】
また、図３に示すように、第２ブーム用方向制御弁１４ｂはセンタバイパス型の方向制御弁によって構成してあるが、第１ブーム用方向制御弁１４ａも、第２ブーム用方向制御弁１４ｂと同様のセンタバイパス型の方向制御弁によって構成してもよい。
【符号の説明】
【００４６】
３ フロント作業装置
４ ブーム
７ ブームシリンダ
７ａ ボトム室
７ｂ ロッド室
８ アームシリンダ
９ バケットシリンダ
１０ 走行モータ
１１ 第１油圧ポンプ
１２ ポンプ・モータ（第２油圧ポンプ）
１３ コントロールバルブ
１３ａ 第１方向制御弁群
１３ｂ 第２方向制御弁群
１４ａ 第１ブーム用方向制御弁（特定方向制御弁）
１４ｂ 第２ブーム用方向制御弁
１８ エンジン
１９ 電動機
２０ ブーム用操作装置
２２ 切換弁（中立保持手段）
２３ タンク
２３ａ 管路
２６ ジャッキアップ弁
２６ａ２ 絞り
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧ショベル等の油圧作業機に備えられ、油圧ポンプを駆動する原動機であるエンジンと、動力回収用の電動機とを備えた油圧作業機のハイブリッド駆動回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の従来技術として、特許文献１に示されるものがある。この従来技術は、エンジン及び油圧ポンプと同軸上に電動機を設けるとともに、旋回に伴う動力回収用の別の電動機、すなわち旋回電動機を備えた構成になっている。この従来技術では、旋回電動機は制動時に発電し、そのとき蓄えた電力を使って旋回体を旋回させることが行われる。この旋回体の旋回に際して電力の不足を生じた場合には、エンジンに直結した前述の電動機の発電によってまかなわれる。また、余剰電力が発生した場合には、エンジンの出力をアシストするようになっている。
【０００３】
ところで、油圧作業機が油圧ショベルである場合には、複数の油圧ポンプが備えられることがある。この場合、油圧ショベルには例えば、第１油圧ポンプ及び第２油圧ポンプと、これらの第１油圧ポンプ及び第２油圧ポンプから吐出される圧油によって作動する複数の油圧アクチュエータと、第１油圧ポンプ及び第２油圧ポンプから複数の油圧アクチュエータに供給される圧油の流れをそれぞれ制御する複数の方向制御弁から成るコントロールバルブとが備えられる。このような構成を有する油圧ショベルに、前述した特許文献１に示される従来技術の考え方を適用させたときには、エンジンの同軸上に電動機と、第１油圧ポンプと、第２油圧ポンプとを設けることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４１２１０１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述のように第１油圧ポンプ及び第２油圧ポンプを有する油圧ショベルにおいて、特許文献１に示される考え方を採用した場合には、電動機は単体で第１油圧ポンプ及び第２油圧ポンプを駆動する容量を有さないものとなりやすい。しかし仮に、電動機を第１油圧ポンプ及び第２油圧ポンプを駆動し得る容量のものに設定できたとしても、このような構成にあっては、同軸上に配置されたエンジンと、第１油圧ポンプ及び第２油圧ポンプによる大きな慣性・抵抗が働くために油圧ポンプの駆動効率が低下しやすい。これにより大きなエネルギロスを生じ、経済性の点で問題がある。
【０００６】
なお、このような構成の油圧ショベルにあって、フロント作業装置に含まれるブームの動作、すなわちブーム下げ動作に伴って動力を回収することを考えた場合には、前述の電動機とは別の動力回収用の電動機を設けることが必要になる。したがって、当該ハイブリッド駆動回路の製作コストが高くなり、また、回路構成の大型化を招くという別の問題を生じる。
【０００７】
本発明は、上述した従来技術における実状からなされたもので、その目的は、第１油圧ポンプ及び第２油圧ポンプを備えたものにあって油圧ポンプの駆動効率を高めることができ、また、動力回収用の電動機を含めて電動機の数を少なくすることができる油圧作業機のハイブリッド駆動回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的を達成するために、本発明に係る油圧作業機のハイブリッド駆動回路は、第１油圧ポンプ及び第２油圧ポンプと、これらの第１油圧ポンプ及び第２油圧ポンプから吐出される圧油によって作動する複数の油圧アクチュエータと、上記第１油圧ポンプ及び上記第２油圧ポンプから上記複数の油圧アクチュエータに供給される圧油の流れをそれぞれ制御する複数の方向制御弁から成るコントロールバルブとを備えるとともに、油圧ポンプを駆動する原動機であるエンジンと、動力回収用の電動機とを備えた油圧作業機のハイブリッド駆動回路において、上記コントロールバルブは、上記第１油圧ポンプに接続され複数の方向制御弁から成る第１方向制御弁群と、上記第２油圧ポンプに接続され別の複数の方向制御弁から成る第２方向制御弁群とを含み、上記エンジンと上記電動機とを互いに独立させて配置し、上記第１油圧ポンプを上記エンジンに接続し、上記第２油圧ポンプを上記電動機に接続し、上記第２油圧ポンプがポンプ・モータから成ることを特徴としている。
【０００９】
このように構成した本発明は、エンジンによって第１油圧ポンプを駆動し、電動機によってポンプ・モータを駆動するので、第１油圧ポンプ及びポンプ・モータのそれぞれの駆動に伴う慣性・抵抗を小さくすることができる。すなわち、第１油圧ポンプ、及びポンプ・モータから成る第２油圧ポンプを備えたものにあって、油圧ポンプの駆動効率を高めることができる。また、電動機を第２油圧ポンプであるポンプ・モータの駆動源として活用できるとともに、動力回収に際しては油圧アクチュエータからの戻り油でポンプ・モータを回転させることによって電動機を駆動し、発電させることができ、このポンプ・モータが接続する電動機を動力回収に活用させることができる。すなわち、電動機を油圧ポンプの駆動用と動力回収用に兼用させることができ、動力回収用の電動機を含めて電動機の数を少なくすることができる。
【００１０】
また、本発明に係る油圧作業機のハイブリッド駆動回路は、上記発明において、上記ポンプ・モータをモータとして活用させる動力回収時に、上記ポンプ・モータに接続される第２方向制御弁群に含まれる複数の方向制御弁のうちの特定方向制御弁を除く他の全ての方向制御弁を中立に保持する中立保持手段を備えたことを特徴としている。
【００１１】
このように構成した本発明は、動力回収時には、中立保持手段によってポンプ・モータに接続される第２方向制御弁群に含まれる特定方向制御弁を除く他の全ての方向制御弁が中立に保持され、特定方向制御弁を介してこの特定方向制御弁で制御される油圧アクチュエータからの戻り油をポンプ・モータに供給して、このポンプ・モータを回転させ、動力回収を行わせることができる。
【００１２】
また、本発明に係る油圧作業機のハイブリッド駆動回路は、上記発明において、上記油圧作業機が、ブーム、アーム、及びバケットを含むフロント作業装置を有する油圧ショベルから成り、上記油圧アクチュエータが上記ブームを駆動するブームシリンダを含み、上記ポンプ・モータと上記ブームシリンダとの間に、上記ブームシリンダの伸長動作、及び収縮動作の双方を可能とする第１ブーム用方向制御弁を備え、上記第１油圧ポンプと上記ブームシリンダとの間に、上記ブームシリンダの伸長動作のみを可能にする第２ブーム用方向制御弁を備え、上記特定方向制御弁は、上記第１ブーム用方向制御弁から成ることを特徴としている。
【００１３】
このように構成した本発明は、ブーム下げ動作時に、ブームシリンダの収縮に伴って、ブームシリンダのボトム室からの戻り油を第１ブーム用方向制御弁を介してポンプ・モータに供給し、このポンプ・モータを回転させ、動力回収を行わせることができる。
【００１４】
また、本発明に係る油圧作業機のハイブリッド駆動回路は、上記発明において、上記ポンプ・モータと上記第１ブーム用方向制御弁との間に、ジャッキアップ弁を設けたことを特徴としている。
【００１５】
このように構成した本発明は、フロント作業装置が接地した状態からジャッキアップ動作が行われるときには、ジャッキアップ弁、及び第１ブーム用方向制御弁を介して、ポンプ・モータから吐出される圧油をブームシリンダのロッド室に供給して、このブームシリンダを収縮させ、所望のジャッキアップ動作を行わせることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、第１油圧ポンプと第２油圧ポンプのうちの第１油圧ポンプをエンジンによって駆動させ、ポンプ・モータから成る第２油圧ポンプをエンジンとは独立して配置した電動機によって駆動させるようにしたことから、第１油圧ポンプ及びポンプ・モータそれぞれによる慣性・抵抗を小さくすることができ、油圧ポンプの駆動効率を高めることができる。したがって、従来に比べて省エネを実現させることができ、優れた経済性を確保することができる。また、第２油圧ポンプを構成するポンプ・モータを油圧アクチュエータからの戻り油で回転させることによって電動機を駆動して発電させ、動力を回収することができる。これにより、電動機を油圧ポンプすなわちポンプ・モータの駆動用と動力回収用に兼用させることができ、動力回収時に活用される電動機を含めて電動機の数を少なくすることができ、当該ハイブリッド駆動回路の製作コストを従来よりも安くすることができる。また、回路構成のコンパクト化を実現させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係るハイブリッド駆動回路の一実施形態が備えられる油圧作業機の一例として挙げた油圧ショベルを示す側面図である。
【図２】本実施形態に係るハイブリッド駆動回路の概略構成を示す回路図である。
【図３】図２に示すハイブリッド駆動回路の要部構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る油圧作業機のハイブリッド駆動回路の実施の形態を図に基づいて説明する。
【００１９】
図１は本発明に係るハイブリッド駆動回路の一実施形態が備えられる油圧作業機の一例として挙げた油圧ショベルを示す側面図である。
【００２０】
この図１に示す油圧ショベルは、走行体１と、この走行体１上に配置される旋回体２と、この旋回体２に上下方向の回動可能に取り付けられるフロント作業装置３とを備えている。このフロント作業装置３は、旋回体２に取り付けられるブーム４と、このブーム４の先端に取り付けられるアーム５と、このアーム５の先端に取り付けられ、土砂の掘削作業等を行うバケット６とを含んでいる。また、このフロント作業装置３は、ブーム４を駆動するブームシリンダ７と、アーム８を駆動するアームシリンダ８と、バケット６を駆動するバケットシリンダ９とを含んでいる。
【００２１】
図２は本実施形態に係るハイブリッド駆動回路の概略構成を示す回路図、図３は図２に示すハイブリッド駆動回路の要部構成を示す回路図である。
【００２２】
図２に示す本実施形態に係るハイブリッド駆動回路は、複数の油圧ポンプ、例えば１つの可変容量油圧ポンプから成る第１油圧ポンプ１１と、１つのポンプ・モータ１２から成る第２油圧ポンプとを含んでいる。また、第１油圧ポンプ１１及びポンプ・モータ１２から吐出される圧油によって作動する複数の油圧アクチュエータ、すなわち前述したフロント作業装置３に含まれるブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９の他、走行体１を走行させる走行モータ１０、及び旋回体２を旋回させる図示しない旋回モータ等を備えている。走行モータ１０は、図示を簡略にさせてあるが、走行体１の右側履帯を駆動する走行右モータと、走行体１の左側履帯を駆動する走行左モータとを含んでいる。
【００２３】
また、本実施形態は、第１油圧ポンプ１１及びポンプ・モータ１２から上述した複数の油圧アクチュエータに供給される圧油の流れをそれぞれ制御する複数の方向制御弁から成るコントロールバルブ１３を備えている。このコントロールバルブ１３は、第１油圧ポンプ１１に接続され複数の方向制御弁から成る第１方向制御弁群１３ａと、ポンプ・モータ１２に接続され複数の方向制御弁から成る第２方向制御弁群１３ｂとを含んでいる。
【００２４】
コントロールバルブ１３の第１方向制御弁群１３ａには、ブームシリンダ７を制御可能な第２ブーム用方向制御弁１４ｂと、アームシリンダ８を制御可能な第１アーム用方向制御弁１５ａと、バケットシリンダ９を制御可能な第２バケット用方向制御弁１６ｂと、走行モータ１０中の走行右モータを制御可能な走行右用方向制御弁１７ａ等が含まれている。また、第２方向制御弁群１３ｂには、ブームシリンダ７を制御可能な第１ブーム用方向制御弁１４ａと、アームシリンダ８を制御可能な第２アーム用方向制御弁１５ｂと、バケットシリンダ９を制御可能な第１バケット用方向制御弁１６ａと、走行モータ１０の走行左モータを制御可能な走行左用方向制御弁１７ｂ等が含まれている。
【００２５】
また、本実施形態は、油圧ポンプの駆動源であるエンジン１８と、油圧ポンプの駆動源
であるとともに、発電可能な電動機１９とを互いに独立させて配置してある。第１方向制御弁群１３ａが接続される第１油圧ポンプ１１をエンジン１８に接続し、第２方向制御弁群１３ｂが接続され第２油圧ポンプを構成するポンプ・モータ１２を電動機１９に接続させてある。すなわち、エンジン１８と電動機１９とは互いに並設させてある。標準クラスの油圧ショベルに備えられるエンジンの出力を仮に１００とすると、本実施形態に備えられるエンジン１８の出力は例えば５０に設定してあり、電動機１９の出力も例えば５０に設定してある。つまり本実施形態におけるエンジン１８の出力と電動機１９の出力の割合は、例えば５０：５０に設定してある。なお、電動機１９は、バッテリによって駆動するようにしてもよく、商用電源によって駆動するようにしてもよい。
【００２６】
また、本実施形態は、各油圧アクチュエータに対応する方向制御弁を切り換え操作する操作装置を備えている。例えば図２に示すように、第１ブーム用方向制御弁１４ａ及び第２ブーム用方向制御弁１４ｂを切り換え操作するブーム用操作装置２０や、第１アーム用方向制御弁１５ａ及び第２アーム用方向制御弁１５ｂを切り換え操作するアーム用操作装置２１などを備えている。
【００２７】
また、本実施形態は、ポンプ・モータ１２をモータとして活用させる動力回収に際して、ブーム下げ動作に伴う動力回収を考慮しており、このブーム下げ動作を行うブームシリンダ７を制御する第２方向制御弁群１３ｂに含まれる第１ブーム用方向制御弁１４ａを特定方向制御弁に設定してある。
【００２８】
また、動力回収時にポンプ・モータ１２を回転させる際に、第２方向制御弁群１３ｂに含まれる複数の方向制御弁のうちの前述した特定方向制御弁である第１ブーム用方向制御弁１４ａを除く他の全ての方向制御弁、すなわち第２アーム用方向制御弁１５ｂ、第１バケット用方向制御弁１６ａ、走行右用方向制御弁１７ｂ等を中立に保持する中立保持手段を備えている。この中立保持手段は、同図２に示す切換弁２２等によって構成されている。切換弁２２は、アーム用操作装置２１の操作に関連して設けたものであり、ブーム用操作装置２０がブーム下げ動作を行うように操作されたとき、ブーム用操作装置２０から出力されたパイロット圧に応じて中立位置である下段の切換位置２２ａから上段の切換位置２２ｂに切り換えられ、アーム用操作装置２１による第１方向制御弁群１３ａに含まれる第１アーム用方向制御弁１５ａの切り換え操作を可能とするものの、第２方向制御弁群１３ｂに含まれる第２アーム用方向制御弁１５ｂの左右制御部をタンク２３に連通させて中立に保持する。なお、切換弁２２は、中立位置である下段の切換位置２２ａに保たれているときには、アーム用操作装置２１の操作に応じて、第１アーム用方向制御弁１５ａと第２アーム用方向制御弁１５ｂの双方の切り換え操作が可能となっている。
【００２９】
図示省略してあるが、前述した切換弁２２と同等の切換弁、すなわち中立保持手段を構成する切換弁を、図示しないバケット用操作装置に関連させて設けてある。同様に、切換弁２２と同様の切換弁を、図示しない走行用操作装置に関連させて設けてある。
【００３０】
図３に示すように、前述した第１ブーム用方向制御弁１４ａはブーム上げ動作のためにブームシリンダ７のボトム室７ａに圧油を供給して、このブームシリンダ７を伸長させる切換位置である上段の切換位置１４ａ１と、ブーム下げ動作のためにブームシリンダ７のロッド室７ｂに圧油を供給して、このブームシリンダ７を収縮させる切換位置である下段の切換位置１４ａ２とを有している。これに対して、前述した第２ブーム用方向制御弁１４ｂは、ブーム上げ動作のための切換位置である上段の切換位置１４ｂ１は有するものの、ブームシリンダ７を収縮させるための切換位置は有していない。この第２ブーム用方向制御弁１４ｂは、例えばセンタバイパス型の方向制御弁から成っている。
【００３１】
第１油圧ポンプ１１と第２ブーム用方向制御弁１４ｂとの間には、第２ブーム用方向制御弁１４ｂ側から第１油圧ポンプ１１側への圧油の逆流を阻止する逆止弁２４を設けてある。また、ポンプ・モータ１２の出口ポート１２ｂに連絡される管路２８には、第１ブーム用方向制御弁１４ａ側からポンプ・モータ１２側への圧油の逆流を阻止する逆止弁２５を設けてある。
【００３２】
さらに、本実施形態は、ポンプ・モータ１２と、第１ブーム用方向制御弁１４ａ及び逆止弁２５との間に、フロント作業装置３を接地させて行なわれるジャッキアップ操作時に活用されるジャッキアップ弁２６を設けてある。
【００３３】
このジャッキアップ弁２６は、同図３の上段の中立位置２６ａに、ポンプ・モータ１２の入口ポート１２ａに連絡される管路２７と連通する油路２６ａ１と、ポンプ・モータ１２の出口ポート１２ｂに連絡される管路２８と連通する油路２６ａ２と、タンク２３に連絡される管路２３ａに連通する油路２６ａ３と、油路２６ａ１と油路２６ａ３との接続点２６ａ４よりも第１ブーム用方向制御弁１４ａ側に位置する油路２６ａ１部分に設けられる絞り２６ａ５とを有している。また、このジャッキアップ弁２６は、同図３の下段の切換位置２６ｂに、ポンプ・モータ１２の入力ポート１２ａに連絡される管路２７と連通する油路２６ｂ１と、ポンプ・モータ１２の出口ポート１２ｂに連絡される管路２８と連通する油路２６ｂ２と、タンク２３に連絡される管路２３ａと油路２６ｂ２とを接続させる油路２６ｂ３とを有している。このような中立位置２６ａ及び切換位置２６ｂを有するジャッキアップ弁２６は、管路２７の圧力の上昇に伴って切換位置２６ｂに切り換えられ、管路２８の圧力の低下に伴ってばねの力により中立位置２６ａに復帰するようになっている。
【００３４】
なお、ポンプ・モータ１２が接続される電動機１９は、図示しない制御装置によって、ブーム用操作装置２０の操作量に応じた回転数に制御されるようになっている。
【００３５】
このように構成した本実施形態は、当該油圧ショベルで実施される土砂の掘削作業等の通常作業時には、エンジン１８によって第１油圧ポンプ１１が駆動され、電動機１９によって第２油圧ポンプを構成するポンプ・モータ１２が駆動される。したがって、第１油圧ポンプ１１から吐出される圧油が図２に示すコントロールバルブ１３に含まれる第１方向制御弁群１３ａの第２ブーム用方向制御弁１４ｂ、第１アーム用方向制御弁１５ａ、第２バケット用方向制御弁１６ｂ、走行右用方向制御弁１７ａ等に供給され、ポンプ・モータ１２から吐出される圧油がコントロールバルブ１３に含まれる第２方向制御弁群１３ｂの第１ブーム用方向制御弁１４ａ、第２アーム用方向制御弁１５ｂ、第１バケット用方向制御弁１６ａ、走行左用方向制御弁１７ｂ等に供給される。これにより、ブーム用操作装置２０、アーム用操作装置２１等の操作装置を操作することによりコントロールバルブ１３に含まれる対応する方向制御弁が切り換えられて所望の作業を実施できる。
【００３６】
例えば、ブーム用操作装置２０がブーム上げ側に操作されたときには、図３に示す第１ブーム用方向制御弁１４ａが上段の切換位置１４ａ１に切り換えられ、第２ブーム用方向制御弁１４ｂ１が上段の切換位置１４ｂ１に切り換えられる。これにより、第１油圧ポンプ１１から吐出される圧油が逆止弁２４、第２ブーム用方向制御弁１４ｂの切換位置１４ｂ１を介してブームシリンダ７のボトム室７ａに供給される、同時にブーム用操作装置２０の操作量に応じて回転数が制御される電動機１９によって駆動されるポンプ・モータ１２から吐出される圧油が、出口ポート１２ｂの管路２８に導かれ、ジャッキアップ弁２６の中立位置２６ａの油路２６ａ２、逆止弁２５、第１ブーム用方向制御弁１４ａの切換位置１４ａ１を介してブームシリンダ７のボトム室７ａに供給される。また、ブームシリンダ７のロッド室７ｂの油は、第１ブーム用方向制御弁１４ａの切換位置１４ａ１、管路２７、ジャッキアップ弁２６の切換位置２６ａの油路２６ａ１、絞り２６ａ５、油路２６ａ３、管路２３ａを介してタンク２３に戻される。したがって、ブームシリンダ７が伸長して所望のブーム上げ動作が行われる。
【００３７】
また、ブーム用操作装置２０がブーム下げ側に操作されたときには、第２ブーム用方向制御弁１４ｂは中立に保持されたままとなり、第１ブーム用方向制御弁１４ａは同図３に示す下段の切換位置１４ａ２に切り換えられる。これにより、ポンプ・モータ１２から吐出される圧油が管路２８、ジャッキアップ弁２６の中立位置２６ａの油路２６ａ２、逆止弁２５、第１ブーム用方向制御弁１４ａの下段の切換位置１４ａ２を介してブームシリンダ７のロッド室７ｂに供給され、ブームシリンダ７のボトム室７ａの油は第１ブーム用方向制御弁１４ａの切換位置１４ａ２、管路２７、ジャッキアップ弁２６の切換位置２６ａの油路２６ａ１、絞り２６ａ５、油路２６ａ３、管路２３ａを介してタンク２３に戻される。したがって、ブームシリンダ７が収縮して所望のブーム下げ動作が行われる。
【００３８】
なお、このブーム下げ動作の間、ブーム用操作装置２０のブーム下げ操作に伴って、図２に示す切換弁２２が上段位置２２に切り換えられ、コントロールバルブ１３の第２方向制御弁群１３ｂに含まれる第２アーム用方向制御弁１５ｂ、第１バケット用方向制御弁１６ａ、及び走行左用方向制御弁１７ｂは中立に保たれるので、アーム用操作装置２１等の他の操作装置の操作によってブーム下げ動作が影響を受けることがない。仮にブーム下げ動作とともに、アーム用操作装置２１等のブーム用操作装置とは異なる他の操作装置が操作されたときには、第１油圧ポンプ１１から吐出された圧油がコントロールバルブ１３の第１方向制御弁群１３ａに含まれる第１アーム用方向制御弁１５ａ、第２バケット用方向制御弁１６ｂ、走行右用方向制御弁１７ａ等を介して、それぞれ対応する油圧アクチュエータを作動させて所望の複合操作を実施することができる。
【００３９】
そして、前述のようなブーム下げ動作が行われる間、管路２７に油が戻される際に、ジャッキアップ弁２６の中立位置２６ａの絞り２６ａ５によって、ジャッキアップ弁２６の上流側の管路２７部分の圧力による力が、ばね力よりも高くなると、ジャッキアップ弁２６が下段の切換位置２６ｂに切り換えられる。これによりブームシリンダ７のボトム室７ａの油がジャッキアップ弁２６の切換位置２６ｂの油路２６ｂ１、管路２７を介してポンプ・モータ１２の入口ポート１２ａに導かれ、ポンプ・モータ１２の出口ポート１２ｂから排出した油は管路２８、ジャッキアップ弁２６の切換位置２６ｂの油路２６ｂ２，２６ｂ３、管路２３ａを介してタンク２３に導かれる。これに伴いポンプ・モータ１２がモータとして働き、このポンプ・モータ１２によって電動機１９が駆動され、発電する。この発電によって生じた電力は、例えば図示しないバッテリ等に蓄えられる。このようにして蓄えられた電力は、例えば電動機１９の駆動用に活用される。
【００４０】
このようなブーム下げ動作によって、フロント作業装置３が接地すると、管路２７内の圧力が低下して、ジャッキアップ弁２６は、そのばね力等により再び中立位置２６ａに復帰する。したがって、フロント作業装置３の接地に引き続いてジャッキアップ操作が行われる場合等にあっては、ブーム用操作装置２０の下げ操作が継続されることにより、第１ブーム用方向制御弁１４ａは切換位置１４ａ２のままに保たれる。したがって、ポンプ・モータ１２から吐出される圧油が、管路２８、ジャッキアップ弁２６の中立位置２６ａの油路２６ａ１、逆止弁２５、第１ブーム用方向制御弁１４ａの切換位置１４ａ２を介してブームシリンダ７のロッド室７ｂに供給され、ブームシリンダ７のボトム室７ａの油は、第１ブーム用方向制御弁１４ａの切換位置１４ａ２、ジャッキアップ弁２６の中立位置２６ａの絞り２６ａ５、油路２６ａ１，２６ａ３、管路２３ａを介してタンク２３に戻される。これにより、ブームシリンダ７が収縮して所望のジャッキアップ操作が行われる。
【００４１】
このように構成した本実施形態によれば、エンジン１８によって第１油圧ポンプ１１を駆動し、電動機１９によって第２油圧ポンプを構成するポンプ・モータ１２を駆動するので、第１油圧ポンプ１１及びポンプ・モータ１２のそれぞれの駆動に伴う慣性・抵抗を小さくすることができる。すなわち、第１油圧ポンプ１１、及びポンプ・モータ１２から成る第２油圧ポンプを備えたものにあって、油圧ポンプの駆動効率を高めることができる。したがって、省エネを実現させることができ、優れた経済性を確保することができる。また、電動機１９を第２油圧ポンプであるポンプ・モータ１２の駆動源として活用できるとともに、ブーム下げ操作に伴う動力回収に際しては、前述したようにブームシリンダ７のボトム室７ａからの戻り油でポンプ・モータ１２を回転させ、電動機１９を駆動して発電させることができ、このポンプ・モータ１２に接続している電動機１９を動力回収用に活用させることができる。すなわち、電動機１９を油圧ポンプの駆動用と動力回収用に兼用させることができ、動力回収用の電動機を含めて電動機の数を少なくすることができる。したがって、この本実施形態に係るハイブリッド駆動回路の製作コストを安くすることができる。また、回路構成のコンパクト化を実現させることができる。
【００４２】
なお、上記実施形態では、エンジン１８によって駆動される第１油圧ポンプ１１を単に１つ設けた構成にしてあるが、当該油圧ショベルが大型となる場合等にあっては、エンジン１８によって駆動される複数の第１油圧ポンプを設けた構成にしてもよい。また上記では、第２油圧ポンプを構成するポンプ・モータ１２ａを単に１つ設けた構成にしてあるが、第２油圧ポンプを複数のポンプ・モータによって構成してもよい。その場合にはポンプ・モータごとに異なる電動機を設けることもできる。
【００４３】
また、上記実施形態では、エンジン１８と電動機１９の出力の割合を５０：５０に設定してあるが、この割合を異ならせるように構成してもよい。
【００４４】
また、上記実施形態では、ポンプ・モータ１２と第１ブーム用方向制御弁１４ａとの間にジャッキアップ弁２６を設けた構成にしてあるが、ジャッキアップ動作を必要としない油圧ショベル等の油圧作業機にあっては、このジャッキアップ弁を除いた構成とすることができる。
【００４５】
また、図３に示すように、第２ブーム用方向制御弁１４ｂはセンタバイパス型の方向制御弁によって構成してあるが、第１ブーム用方向制御弁１４ａも、第２ブーム用方向制御弁１４ｂと同様のセンタバイパス型の方向制御弁によって構成してもよい。
【符号の説明】
【００４６】
３ フロント作業装置
４ ブーム
７ ブームシリンダ
７ａ ボトム室
７ｂ ロッド室
８ アームシリンダ
９ バケットシリンダ
１０ 走行モータ
１１ 第１油圧ポンプ
１２ ポンプ・モータ（第２油圧ポンプ）
１３ コントロールバルブ
１３ａ 第１方向制御弁群
１３ｂ 第２方向制御弁群
１４ａ 第１ブーム用方向制御弁（特定方向制御弁）
１４ｂ 第２ブーム用方向制御弁
１８ エンジン
１９ 電動機
２０ ブーム用操作装置
２２ 切換弁（中立保持手段）
２３ タンク
２３ａ 管路
２６ ジャッキアップ弁
２６ａ２ 絞り
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１油圧ポンプ及び第２油圧ポンプと、これらの第１油圧ポンプ及び第２油圧ポンプから吐出される圧油によって作動する複数の油圧アクチュエータと、上記第１油圧ポンプ及び上記第２油圧ポンプから上記複数の油圧アクチュエータに供給される圧油の流れをそれぞれ制御する複数の方向制御弁から成るコントロールバルブとを備えるとともに、油圧ポンプを駆動する原動機であるエンジンと、動力回収用の電動機とを備えた油圧作業機のハイブリッド駆動回路において、
上記コントロールバルブは、上記第１油圧ポンプに接続され複数の方向制御弁から成る第１方向制御弁群と、上記第２油圧ポンプに接続され別の複数の方向制御弁から成る第２方向制御弁群とを含み、
上記エンジンと上記電動機とを互いに独立させて配置し、
上記第１油圧ポンプを上記エンジンに接続し、上記第２油圧ポンプを上記電動機に接続し、
上記第２油圧ポンプがポンプ・モータから成ることを特徴とする油圧作業機のハイブリッド駆動回路。
【請求項２】
請求項１に記載の油圧作業機のハイブリッド駆動回路において、
上記ポンプ・モータをモータとして活用させる動力回収時に、上記ポンプ・モータに接続される第２方向制御弁群に含まれる複数の方向制御弁のうちの特定方向制御弁を除く他の全ての方向制御弁を中立に保持する中立保持手段を備えたことを特徴とする油圧作業機のハイブリッド駆動回路。
【請求項３】
請求項２に記載の油圧作業機のハイブリッド駆動回路において、
上記油圧作業機が、ブーム、アーム、及びバケットを含むフロント作業装置を有する油圧ショベルから成り、
上記油圧アクチュエータが上記ブームを駆動するブームシリンダを含み、
上記ポンプ・モータと上記ブームシリンダとの間に、上記ブームシリンダの伸長動作、及び収縮動作の双方を可能とする第１ブーム用方向制御弁を備え、
上記第１油圧ポンプと上記ブームシリンダとの間に、上記ブームシリンダの伸長動作のみを可能にする第２ブーム用方向制御弁を備え、
上記特定方向制御弁は、上記第１ブーム用方向制御弁から成ることを特徴とする油圧作業機のハイブリッド駆動回路。
【請求項４】
請求項３に記載の油圧作業機のハイブリッド駆動回路において、
上記ポンプ・モータと上記第１ブーム用方向制御弁との間に、ジャッキアップ弁を設けたことを特徴とする油圧作業機のハイブリッド駆動回路。
【請求項１】
第１油圧ポンプ及び第２油圧ポンプと、これらの第１油圧ポンプ及び第２油圧ポンプから吐出される圧油によって作動する複数の油圧アクチュエータと、上記第１油圧ポンプ及び上記第２油圧ポンプから上記複数の油圧アクチュエータに供給される圧油の流れをそれぞれ制御する複数の方向制御弁から成るコントロールバルブとを備えるとともに、油圧ポンプを駆動する原動機であるエンジンと、動力回収用の電動機とを備えた油圧作業機のハイブリッド駆動回路において、
上記コントロールバルブは、上記第１油圧ポンプに接続され複数の方向制御弁から成る第１方向制御弁群と、上記第２油圧ポンプに接続され別の複数の方向制御弁から成る第２方向制御弁群とを含み、
上記エンジンと上記電動機とを互いに独立させて配置し、
上記第１油圧ポンプを上記エンジンに接続し、上記第２油圧ポンプを上記電動機に接続し、
上記第２油圧ポンプがポンプ・モータから成ることを特徴とする油圧作業機のハイブリッド駆動回路。
【請求項２】
請求項１に記載の油圧作業機のハイブリッド駆動回路において、
上記ポンプ・モータをモータとして活用させる動力回収時に、上記ポンプ・モータに接続される第２方向制御弁群に含まれる複数の方向制御弁のうちの特定方向制御弁を除く他の全ての方向制御弁を中立に保持する中立保持手段を備えたことを特徴とする油圧作業機のハイブリッド駆動回路。
【請求項３】
請求項２に記載の油圧作業機のハイブリッド駆動回路において、
上記油圧作業機が、ブーム、アーム、及びバケットを含むフロント作業装置を有する油圧ショベルから成り、
上記油圧アクチュエータが上記ブームを駆動するブームシリンダを含み、
上記ポンプ・モータと上記ブームシリンダとの間に、上記ブームシリンダの伸長動作、及び収縮動作の双方を可能とする第１ブーム用方向制御弁を備え、
上記第１油圧ポンプと上記ブームシリンダとの間に、上記ブームシリンダの伸長動作のみを可能にする第２ブーム用方向制御弁を備え、
上記特定方向制御弁は、上記第１ブーム用方向制御弁から成ることを特徴とする油圧作業機のハイブリッド駆動回路。
【請求項４】
請求項３に記載の油圧作業機のハイブリッド駆動回路において、
上記ポンプ・モータと上記第１ブーム用方向制御弁との間に、ジャッキアップ弁を設けたことを特徴とする油圧作業機のハイブリッド駆動回路。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−２３１８２３（Ｐ２０１１−２３１８２３Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１００９９３（Ｐ２０１０−１００９９３）
【出願日】平成２２年４月２６日（２０１０．４．２６）
【出願人】（０００００５５２２）日立建機株式会社 (2,611)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月２６日（２０１０．４．２６）
【出願人】（０００００５５２２）日立建機株式会社 (2,611)
【Ｆターム（参考）】
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