發(fā)動機輔助裝置及作業(yè)機械的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及使用了蓄能器(accumulator)的發(fā)動機輔助裝置及搭載有該發(fā)動機輔助裝置的液壓挖掘機等作業(yè)機械。
【背景技術(shù)】
[0002]作為適用于液壓挖掘機等液壓驅(qū)動的作業(yè)機械的能量再生回路的一例，有如下系統(tǒng):在設(shè)置于控制閥與箱體之間的回流流體通路中，串聯(lián)設(shè)置可變?nèi)萘啃鸵簤厚R達等流體壓力馬達，在流體壓力馬達的輸出軸，經(jīng)由減速器連接可變?nèi)萘啃鸵簤豪醯攘黧w壓力栗的輸入軸，經(jīng)由止回閥使方向控制閥的供給口與流體壓力栗的排出口連通，方向控制閥的一個輸出口與蓄壓用的蓄能器連接，另一個輸出口與從主栗向流體壓力致動器供給工作流體的主回路連接(例如，參考專利文獻I)。
[0003]上述系統(tǒng)中，將回流壓力流體供給至可變?nèi)萘啃偷囊簤厚R達，驅(qū)動可變?nèi)萘啃鸵簤豪鮼韺河托顗河谛钅芷鳎谥聞悠鞴ぷ鲿r將蓄能器的壓油供給至主栗而使能量再生。
[0004]除此以外，近年來，在如液壓挖掘機那樣的作業(yè)機械中，也嘗試著將液壓系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)組合而成的混合系統(tǒng)。例如，在發(fā)動機驅(qū)動部設(shè)置發(fā)電電動機，且在回轉(zhuǎn)驅(qū)動中采用發(fā)電電動機，利用發(fā)電電動機驅(qū)動上部回轉(zhuǎn)體，并且在回轉(zhuǎn)制動時將制動能量轉(zhuǎn)換成電來充電于電容器和/或電池，在回轉(zhuǎn)驅(qū)動中使用所積蓄的電力。另外，在發(fā)動機為輕負載時利用與發(fā)動機直接連結(jié)的發(fā)電電動機進行充電，在重負載時使用已充電的電力，利用發(fā)電電動機進行動力輔助(例如，參考專利文獻2)。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0006]專利文獻
[0007]專利文獻1:日本特開2006-322578號公報
[0008]專利文獻2:日本特開2006-349092號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]發(fā)明要解決的問題
[0010]專利文獻I的使用了蓄能器的能量再生系統(tǒng)在將蓄壓于蓄能器的壓油供給至液壓致動器時，從蓄能器供給的壓油量因蓄能器的蓄壓狀態(tài)和/或主回路的狀態(tài)而發(fā)生變動，因此無法實現(xiàn)穩(wěn)定的能量再生。
[0011]另一方面，在專利文獻2的將液壓系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)組合而成的混合系統(tǒng)中，需要大容量的發(fā)電電動機和/或電容器或電池等蓄電裝置、以及對它們進行控制的電氣控制裝置，成本會增高。另外，有無法通過簡單的改造來安裝于現(xiàn)有機械上的問題。
[0012]本發(fā)明是鑒于這種問題點而完成的，其目的在于提供能夠從蓄能器進行穩(wěn)定的能量再生的廉價的發(fā)動機輔助裝置及搭載有該發(fā)動機輔助裝置的作業(yè)機械。
[0013]用于解決問題的手段
[0014]權(quán)利要求1中所記載的發(fā)明為發(fā)動機輔助裝置，該發(fā)動機輔助裝置通過發(fā)動機來驅(qū)動可變?nèi)萘啃偷闹骼?，將對利用從該主栗排出的加壓流體而工作的流體壓力致動器進行制動時所產(chǎn)生的剩余能量積蓄于蓄能器而再生于發(fā)動機，所述發(fā)動機輔助裝置具備:可變?nèi)萘啃偷妮o助栗，與上述發(fā)動機或主栗直接連結(jié)，具有發(fā)動機輔助用馬達功能和蓄能器蓄壓用栗功能；主蓄能器，積蓄從該輔助栗排出的加壓流體；副蓄能器，將從流體壓力致動器流出的回流壓力流體暫時蓄壓并供給至輔助栗及主蓄能器；發(fā)動機轉(zhuǎn)速設(shè)定單元，用于指示發(fā)動機設(shè)定轉(zhuǎn)速；發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器，檢測發(fā)動機實際轉(zhuǎn)速；主栗壓力傳感器，檢測從主栗排出的主栗壓力；主栗容量傳感器，檢測主栗的可變的容量；主蓄能器壓力傳感器，檢測主蓄能器的主蓄能器壓力；副蓄能器壓力傳感器，檢測副蓄能器的副蓄能器壓力；輔助栗壓力傳感器，檢測從輔助栗排出的輔助栗排出壓力；及控制器，由主栗壓力和主栗的容量求出發(fā)動機負載轉(zhuǎn)矩，當該發(fā)動機負載轉(zhuǎn)矩超過由發(fā)動機轉(zhuǎn)速設(shè)定單元所設(shè)定的輔助啟動轉(zhuǎn)矩時，基于發(fā)動機負載轉(zhuǎn)矩與輔助啟動轉(zhuǎn)矩之間的轉(zhuǎn)矩差以及主蓄能器壓力與輔助栗排出壓力之間的差壓(輔助時的輔助栗排出壓力可設(shè)為O)，運算并控制輔助栗的容量，并且將從主蓄能器排出的蓄壓流體引導至輔助栗，當發(fā)動機負載轉(zhuǎn)矩低于由發(fā)動機轉(zhuǎn)速設(shè)定單元所設(shè)定的加載啟動轉(zhuǎn)矩時，基于發(fā)動機負載轉(zhuǎn)矩與加載啟動轉(zhuǎn)矩之間的轉(zhuǎn)矩差以及輔助栗排出壓力與副蓄能器壓力之間的差壓，運算并控制輔助栗的容量，并且將從輔助栗排出的加壓流體引導至主蓄能器。
[0015]權(quán)利要求2中所記載的發(fā)明為權(quán)利要求1中所記載的發(fā)動機輔助裝置，該發(fā)動機輔助裝置具備:主蓄能器再生閥，設(shè)置于從主蓄能器向輔助栗的中途，通過打開動作而將主蓄能器的蓄壓流體向輔助栗進行加壓供給；及卸荷閥，與輔助栗的流體流出側(cè)連接，能夠通過打開動作而將輔助栗的流體流出側(cè)向工作流體箱開放，控制器具備:負載轉(zhuǎn)矩運算單元，由主栗壓力和主栗的容量求出發(fā)動機負載轉(zhuǎn)矩；輔助控制單元，當發(fā)動機負載轉(zhuǎn)矩超過由發(fā)動機轉(zhuǎn)速設(shè)定單元所設(shè)定的輔助啟動轉(zhuǎn)矩時，打開主蓄能器再生閥和卸荷閥，利用主蓄能器壓力來驅(qū)動輔助栗，并且基于發(fā)動機負載轉(zhuǎn)矩與輔助啟動轉(zhuǎn)矩之間的轉(zhuǎn)矩差以及主蓄能器壓力與輔助栗排出壓力之間的差壓(輔助栗排出壓力可設(shè)為O)，運算并控制輔助栗的容量，由此對發(fā)動機進行輔助；主栗校正單元，求出能夠以主蓄能器壓力輸出的輔助轉(zhuǎn)矩，當該輔助轉(zhuǎn)矩不足時，對主栗的轉(zhuǎn)矩進行校正；及加載控制單元，當發(fā)動機負載轉(zhuǎn)矩低于由發(fā)動機轉(zhuǎn)速設(shè)定單元所設(shè)定的加載啟動轉(zhuǎn)矩時，關(guān)閉主蓄能器再生閥和卸荷閥并驅(qū)動輔助栗，并且基于發(fā)動機負載轉(zhuǎn)矩與加載啟動轉(zhuǎn)矩之間的轉(zhuǎn)矩差以及輔助栗排出壓力與副蓄能器壓力之間的差壓，運算并控制輔助栗的容量，由此使工作流體蓄壓于主蓄能器。
[0016]權(quán)利要求3中所記載的發(fā)明為權(quán)利要求2中所記載的發(fā)動機輔助裝置中，該該發(fā)動機輔助裝置中的發(fā)動機具備直接連結(jié)的起動馬達，主蓄能器再生閥及卸荷閥具備在起動馬達啟動時聯(lián)動地進行打開動作的功能。
[0017]權(quán)利要求4中所記載的發(fā)明為作業(yè)機械，該作業(yè)機械具備:機架；作業(yè)裝置，搭載于該機架；及權(quán)利要求1至3中任一方所述的發(fā)動機輔助裝置，設(shè)置于機架及作業(yè)裝置，將權(quán)利要求1至3中任一方所述的流體壓力致動器、主栗、輔助栗、主蓄能器及副蓄能器作為液壓設(shè)備。
[0018]權(quán)利要求5中所記載的發(fā)明為權(quán)利要求4中所記載的作業(yè)機械，該作業(yè)機械中的機架具備:下部行走體；上部回轉(zhuǎn)體，能夠通過液壓式的回轉(zhuǎn)馬達而相對于下部行走體進行回轉(zhuǎn)，作業(yè)裝置具備使該作業(yè)裝置上下移動液壓式的動臂油缸，發(fā)動機輔助裝置中的副蓄能器具備將動臂下降時從動臂油缸的頭側(cè)腔室排放的壓油以及回轉(zhuǎn)制動時從回轉(zhuǎn)馬達排放的壓油暫時蓄壓的功能，并且具備:動臂頭壓力蓄壓用單向閥，能夠僅實現(xiàn)將動臂下降時的動臂油缸的頭側(cè)腔室的壓油回收至副蓄能器側(cè)的方向的流動；動臂再生切換閥，為了經(jīng)該動臂頭壓力蓄壓用單向閥將壓油回收至副蓄能器而從關(guān)閉狀態(tài)切換成打開狀態(tài)；高壓選擇閥，選擇回轉(zhuǎn)馬達的左回轉(zhuǎn)制動時及右回轉(zhuǎn)制動時的高壓；順序閥，設(shè)置于該高壓選擇閥的下游側(cè)，且兼?zhèn)湟缌鞴δ埽换剞D(zhuǎn)壓力蓄壓用單向閥，將經(jīng)該順序閥的壓油供給至副蓄能器側(cè)；輔助栗流入側(cè)單向閥，能夠?qū)崿F(xiàn)從副蓄能器向輔助栗的流體流入側(cè)的流動；蓄能器間單向閥，能夠?qū)崿F(xiàn)從副蓄能器向主蓄能器的流動；及輔助栗流出側(cè)單向閥，可以實現(xiàn)能夠?qū)妮o助栗排出的壓油蓄壓于主蓄能器的方向的流動。
[0019]發(fā)明效果
[0020]根據(jù)權(quán)利要求1記載的發(fā)明，在發(fā)動機或主栗直接連結(jié)具有發(fā)動機輔助用馬達功能和蓄能器蓄壓用栗功能的可變?nèi)萘啃偷妮o助栗，通過將從流體壓力致動器流出的回流壓力流體暫時蓄壓的副蓄能器，將供給至輔助栗的加壓流體進一步利用輔助栗進行加壓而作為高壓的流體壓力能量積蓄于主蓄能器，通過控制器，由主栗壓力和主栗的可變的容量所求出的發(fā)動機負載轉(zhuǎn)矩超過輔助啟動轉(zhuǎn)矩時，基于發(fā)動機負載轉(zhuǎn)矩與輔助啟動轉(zhuǎn)矩之間的轉(zhuǎn)矩差以及主蓄能器壓力與輔助栗排出壓力之間的差壓(輔助時的輔助栗排出壓力可設(shè)為O)運算輔助栗的容量，并控制該輔助栗的容量，并且將蓄壓流體從主蓄能器向輔助栗進行加壓供給而將輔助栗作為馬達來驅(qū)動，由此對發(fā)動機進行輔助，另外，當發(fā)動機負載轉(zhuǎn)矩低于加載啟動轉(zhuǎn)矩時，基于發(fā)動機負載轉(zhuǎn)矩與加載啟動轉(zhuǎn)矩之間的轉(zhuǎn)矩差以及輔助栗排出壓力與副蓄能器壓力之間的差壓，運算并控制輔助栗的容量，同時將從輔助栗所供給的加壓流體蓄壓于主蓄能器，因此，按照主蓄能器的蓄壓狀態(tài)和/或發(fā)動機負載轉(zhuǎn)矩的狀態(tài)等，無需使用大容量的發(fā)電電動機、蓄電裝置等而可以廉價提供能夠從主蓄能器或副蓄能器進行穩(wěn)定的能量再生的發(fā)動機輔助裝置。進而，在發(fā)動機高負載時，通過利用主蓄能器壓力被驅(qū)動的輔助栗對發(fā)動機進行輔助，在發(fā)動機低負載時，從流體壓力致動器經(jīng)副蓄能器被穩(wěn)定供給的加壓流體通過輔助栗蓄壓于主蓄能器，因此能夠使發(fā)動機的負載平緩，能夠改善燃料經(jīng)濟性，并且能夠減少從發(fā)動機產(chǎn)生的黑煙等廢氣。
[0021]根據(jù)權(quán)利要求2記載的發(fā)明，控制器按照發(fā)動機負載轉(zhuǎn)矩，對主蓄能器再生閥和卸荷閥進行開閉控制，同時控制輔助栗及主栗，因此按照主蓄能器的蓄壓狀態(tài)和/或發(fā)動機負載轉(zhuǎn)矩的狀態(tài)等，能夠在適當?shù)亩〞r將由