發(fā)動(dòng)機(jī)輔助裝置及作業(yè)機(jī)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(dòng)機(jī)輔助裝置及搭載有該發(fā)動(dòng)機(jī)輔助裝置的液壓挖掘機(jī)等作業(yè)機(jī)械。
【背景技術(shù)】
[0002]作為適用于液壓挖掘機(jī)等液壓驅(qū)動(dòng)的作業(yè)機(jī)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(dá)等流體壓力馬達(dá)，在流體壓力馬達(dá)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(gè)輸出口與蓄壓用的蓄能器連接，另一個(gè)輸出口與從主栗向流體壓力致動(dòng)器供給工作流體的主回路連接(例如，參考專利文獻(xiàn)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(dá)，驅(qū)動(dòng)可變?nèi)萘啃鸵簤豪鮼?lái)將壓油蓄壓于蓄能器，在致動(dòng)器工作時(shí)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(lái)，在如液壓挖掘機(jī)那樣的作業(yè)機(jī)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(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)部設(shè)置發(fā)電電動(dòng)機(jī)，且在回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)中采用發(fā)電電動(dòng)機(jī)，利用發(fā)電電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)上部回轉(zhuǎn)體，并且在回轉(zhuǎn)制動(dòng)時(shí)將制動(dòng)能量轉(zhuǎn)換成電來(lái)充電于電容器和/或電池，在回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)中使用所積蓄的電力。另外，在發(fā)動(dòng)機(jī)為輕負(fù)載時(shí)利用與發(fā)動(dòng)機(jī)直接連結(jié)的發(fā)電電動(dòng)機(jī)進(jìn)行充電，在重負(fù)載時(shí)使用已充電的電力，利用發(fā)電電動(dòng)機(jī)進(jìn)行動(dòng)力輔助(例如，參考專利文獻(xiàn)2)。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2006-322578號(hào)公報(bào)
[0008]專利文獻(xiàn)2:日本特開(kāi)2006-349092號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]發(fā)明要解決的問(wèn)題
[0010]專利文獻(xiàn)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(dòng)器時(shí)，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(dòng)，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的能量再生。
[0011]另一方面，在專利文獻(xiàn)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(dòng)機(jī)和/或電容器或電池等蓄電裝置、以及對(duì)它們進(jìn)行控制的電氣控制裝置，成本會(huì)增高。另外，有無(wú)法通過(guò)簡(jiǎn)單的改造來(lái)安裝于現(xiàn)有機(jī)械上的問(wèn)題。
[0012]本發(fā)明是鑒于這種問(wèn)題點(diǎn)而完成的，其目的在于提供能夠從蓄能器進(jìn)行穩(wěn)定的能量再生的廉價(jià)的發(fā)動(dòng)機(jī)輔助裝置及搭載有該發(fā)動(dòng)機(jī)輔助裝置的作業(yè)機(jī)械。
[0013]用于解決問(wèn)題的手段
[0014]權(quán)利要求1中所記載的發(fā)明為發(fā)動(dòng)機(jī)輔助裝置，該發(fā)動(dòng)機(jī)輔助裝置通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)可變?nèi)萘啃偷闹骼酰瑢?duì)利用從該主栗排出的加壓流體而工作的流體壓力致動(dòng)器進(jìn)行制動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的剩余能量積蓄于蓄能器而再生于發(fā)動(dòng)機(jī)，所述發(fā)動(dòng)機(jī)輔助裝置具備:可變?nèi)萘啃偷妮o助栗，與上述發(fā)動(dòng)機(jī)或主栗直接連結(jié)，具有發(fā)動(dòng)機(jī)輔助用馬達(dá)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(dòng)器流出的回流壓力流體暫時(shí)蓄壓并供給至輔助栗及主蓄能器；發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定單元，用于指示發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)定轉(zhuǎn)速；發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器，檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速；主栗壓力傳感器，檢測(cè)從主栗排出的主栗壓力；主栗容量傳感器，檢測(cè)主栗的可變的容量；主蓄能器壓力傳感器，檢測(cè)主蓄能器的主蓄能器壓力；副蓄能器壓力傳感器，檢測(cè)副蓄能器的副蓄能器壓力；輔助栗壓力傳感器，檢測(cè)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(dòng)機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩，當(dāng)該發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩超過(guò)由發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定單元所設(shè)定的輔助啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩時(shí)，基于發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩與輔助啟動(dòng)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(shí)的輔助栗排出壓力可設(shè)為O)，運(yùn)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(dǎo)至輔助栗，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩低于由發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定單元所設(shè)定的加載啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩時(shí)，基于發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩與加載啟動(dòng)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(yùn)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(dǎo)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(dòng)機(jī)輔助裝置，該發(fā)動(dòng)機(jī)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(guò)打開(kāi)動(dòng)作而將主蓄能器的蓄壓流體向輔助栗進(jìn)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(guò)打開(kāi)動(dòng)作而將輔助栗的流體流出側(cè)向工作流體箱開(kāi)放，控制器具備:負(fù)載轉(zhuǎn)矩運(yùn)算單元，由主栗壓力和主栗的容量求出發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩；輔助控制單元，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩超過(guò)由發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定單元所設(shè)定的輔助啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩時(shí)，打開(kāi)主蓄能器再生閥和卸荷閥，利用主蓄能器壓力來(lái)驅(qū)動(dòng)輔助栗，并且基于發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩與輔助啟動(dòng)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(yùn)算并控制輔助栗的容量，由此對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)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(dāng)該輔助轉(zhuǎn)矩不足時(shí)，對(duì)主栗的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行校正；及加載控制單元，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩低于由發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定單元所設(shè)定的加載啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩時(shí)，關(guān)閉主蓄能器再生閥和卸荷閥并驅(qū)動(dòng)輔助栗，并且基于發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩與加載啟動(dòng)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(yùn)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(dòng)機(jī)輔助裝置中，該該發(fā)動(dòng)機(jī)輔助裝置中的發(fā)動(dòng)機(jī)具備直接連結(jié)的起動(dòng)馬達(dá)，主蓄能器再生閥及卸荷閥具備在起動(dòng)馬達(dá)啟動(dòng)時(shí)聯(lián)動(dòng)地進(jìn)行打開(kāi)動(dòng)作的功能。
[0017]權(quán)利要求4中所記載的發(fā)明為作業(yè)機(jī)械，該作業(yè)機(jī)械具備:機(jī)架；作業(yè)裝置，搭載于該機(jī)架；及權(quán)利要求1至3中任一方所述的發(fā)動(dòng)機(jī)輔助裝置，設(shè)置于機(jī)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(dòng)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(jī)械，該作業(yè)機(jī)械中的機(jī)架具備:下部行走體；上部回轉(zhuǎn)體，能夠通過(guò)液壓式的回轉(zhuǎn)馬達(dá)而相對(duì)于下部行走體進(jìn)行回轉(zhuǎn)，作業(yè)裝置具備使該作業(yè)裝置上下移動(dòng)液壓式的動(dòng)臂油缸，發(fā)動(dòng)機(jī)輔助裝置中的副蓄能器具備將動(dòng)臂下降時(shí)從動(dòng)臂油缸的頭側(cè)腔室排放的壓油以及回轉(zhuǎn)制動(dòng)時(shí)從回轉(zhuǎn)馬達(dá)排放的壓油暫時(shí)蓄壓的功能，并且具備:動(dòng)臂頭壓力蓄壓用單向閥，能夠僅實(shí)現(xiàn)將動(dòng)臂下降時(shí)的動(dòng)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(dòng)；動(dòng)臂再生切換閥，為了經(jīng)該動(dòng)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(kāi)狀態(tài)；高壓選擇閥，選擇回轉(zhuǎn)馬達(dá)的左回轉(zhuǎn)制動(dòng)時(shí)及右回轉(zhuǎn)制動(dòng)時(shí)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(dòng)；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(dòng)；及輔助栗流出側(cè)單向閥，可以實(shí)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(dòng)。
[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(dòng)機(jī)或主栗直接連結(jié)具有發(fā)動(dòng)機(jī)輔助用馬達(dá)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(guò)將從流體壓力致動(dòng)器流出的回流壓力流體暫時(shí)蓄壓的副蓄能器，將供給至輔助栗的加壓流體進(jìn)一步利用輔助栗進(jìn)行加壓而作為高壓的流體壓力能量積蓄于主蓄能器，通過(guò)控制器，由主栗壓力和主栗的可變的容量所求出的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩超過(guò)輔助啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩時(shí)，基于發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩與輔助啟動(dòng)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(shí)的輔助栗排出壓力可設(shè)為O)運(yùn)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(jìn)行加壓供給而將輔助栗作為馬達(dá)來(lái)驅(qū)動(dòng)，由此對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行輔助，另外，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩低于加載啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩時(shí)，基于發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩與加載啟動(dòng)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(yùn)算并控制輔助栗的容量，同時(shí)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(dòng)機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的狀態(tài)等，無(wú)需使用大容量的發(fā)電電動(dòng)機(jī)、蓄電裝置等而可以廉價(jià)提供能夠從主蓄能器或副蓄能器進(jìn)行穩(wěn)定的能量再生的發(fā)動(dòng)機(jī)輔助裝置。進(jìn)而，在發(fā)動(dòng)機(jī)高負(fù)載時(shí)，通過(guò)利用主蓄能器壓力被驅(qū)動(dòng)的輔助栗對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行輔助，在發(fā)動(dòng)機(jī)低負(fù)載時(shí)，從流體壓力致動(dòng)器經(jīng)副蓄能器被穩(wěn)定供給的加壓流體通過(guò)輔助栗蓄壓于主蓄能器，因此能夠使發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)載平緩，能夠改善燃料經(jīng)濟(jì)性，并且能夠減少?gòu)陌l(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩，對(duì)主蓄能器再生閥和卸荷閥進(jìn)行開(kāi)閉控制，同時(shí)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(dòng)機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的狀態(tài)等，能夠在適當(dāng)?shù)亩〞r(shí)將由