专利名称：工程机械的混合动力系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及具备发动机以及具有电动马达和发电机双方功能的旋转电机装置的工程机械的混合动力系统。
背景技术：
作为工程机械的混合动カ系统，例如有专利文献I中记载的系统。该系统为以下结构设置发动机以及具有电动马达和发电机双方功能的旋转电机装置，将旋转电机装置直接连接到发动机的输出轴，用发动机驱动旋转电机和液压泵双方。此外，当液压执行机构的负荷轻吋，用发动机旋转驱动液压泵，驱动液压执行机构，并且用发动机的剩余动カ驱动旋转电机装置使旋转电机装置作为发电机发挥作用，将产生的电カ储存在蓄电池中；当液压执行机构的负荷大时，使旋转电机装置作为电动马达发挥作用，用发动机和旋转电机装 置双方驱动液压泵，驱动执行机构。作为其他的混合动カ系统，也有专利文献2中记载的系统。该系统为以下结构将旋转电机装置从发动机上分离，在该旋转电机装置上连接旋转液压装置，将液压泵和旋转液压装置通过控制阀并联地连接到液压执行机构。此外，当液压执行机构的负荷轻时，将液压泵的喷出油的一部分向旋转液压装置供给，使旋转液压装置作为液压马达发挥作用，用该液压马达(旋转液压装置)驱动旋转电机装置使旋转电机装置作为发电机发挥作用，将产生的电カ储存在蓄电池中；当液压执行机构的负荷大时，使旋转电机装置作为电动马达发挥作用而驱动旋转液压装置，使旋转液压装置作为液压泵发挥作用，将用发动机驱动的液压泵和旋转液压装置双方的喷出油向液压执行机构供给。专利文献I :日本特开2001-173024号公报专利文献2 日本专利第3875900号公报
发明内容
发明要解决的课题在专利文献I记载的混合动カ系统中，作为电机部件的旋转电机装置与发动机主体一体地构成，因此对于旋转电机装置需要寻求用于保护其不受发动机的发热、振动影响的对策。对此，专利文献2中记载的混合动カ系统与专利文献I中记载的混合动カ系统相比，能够通过将旋转电机装置从发动机上分离来使配置的自由度提高，使作为电气部件的旋转电机装置与发动机的发热、振动隔离。但是，在专利文献2记载的系统中，采用以下结构为了切换来自由发动机驱动的液压泵的喷出油的流路和来自由旋转电机装置驱动的旋转液压装置的喷出油的流路，控制阀具有将来自由发动机驱动的液压泵的喷出油的流路开闭的第一切换阀，和将来自由旋转电机装置驱动的旋转液压装置的喷出油的流路开闭的第二切换阀这两个切换阀，当旋转液压装置及旋转电机装置的动作状态切换(从旋转液压装置作为液压马达发挥作用，旋转电机装置作为发电机发挥作用的状态，向旋转电机装置作为电动马达发挥作用，旋转液压装置作为液压泵发挥作用的状态的切換，或与其相反的切換)时，将第一及第ニ切换阀ON/OFF地切換。因此，存在以下问题在工程机械的运转过程中(工作过程中)进行上述的切换旋转液压装置及旋转电机装置的动作状态的情况下，流过流路的液压油的流量变动很大，产生冲击，工程机械的运转会发生故障。本发明的目的是提供ー种工程机械的混合动カ系统，该混合动カ系统能够使旋转电机装置与发动机的发热、振动隔离地配置，并且能够实现在工程机械的运转过程中切換旋转液压装置及旋转电机装置的动作状态时不产生流量变动引起的冲击，平稳地切换旋转液压装置及旋转电机装置的动作状态。
_0] 解决课题的方法(I)为了实现上述目的，本发明的工程机械的混合动カ系统具有发动机；由该发动机驱动的主液压泵；多个执行机构；控制阀，其通过第一液压油供给油路与上述主液压泵连接，控制向上述多个执行机构供给的液压油的流动；具有电动马达和发电机双方功能的旋转电机装置；旋转液压装置，其与该旋转电机装置连接，当上述旋转电机装置作为电动·马达发挥作用时，该旋转液压装置由上述旋转电机装置驱动，作为液压泵发挥作用，当上述旋转电机装置作为发电机发挥作用时，该旋转液压装置作为液压马达发挥作用，驱动上述旋转电机装置；将上述旋转液压装置与上述第一液压油供给油路连接的第二液压油供给油路；蓄电装置；双向转换器，连接于上述蓄电装置和上述旋转电机装置之间，控制上述蓄电装置和上述旋转电机装置之间的电力的交接，在该工程机械的混合动カ系统中，具有流量控制阀装置，其配置于上述第一液压油供给油路和上述第二液压油供给油路，当上述主液压泵的喷出油通过第二液压油供给油路向上述旋转液压装置供给时，该流量控制阀装置控制向上述控制阀供给的流量和向上述旋转液压装置供给的流量的比例；将上述旋转液压装置在上述流体控制阀装置的下游侧与上述第一液压油供给油路连接的第三液压油供给油路；设置于上述第三液压油供给油路的可开闭的第一切换阀；检测上述液压泵的驱动转矩的驱动转矩检测装置；控制装置，其根据由上述驱动转矩检测装置检测到的上述液压泵的驱动转矩，判断用于驱动上述多个执行机构的执行机构驱动转矩是否比预先设定的切换转矩大，在上述执行机构驱动转矩比上述切换转矩小的情况下，将上述第一切换阀切换到关闭位置，控制上述双向转换器使上述旋转电机装置作为发电机发挥作用，并且以随着上述执行机构驱动转矩的増大而使从上述主液压泵向上述旋转液压装置供给的液压油的流量減少的方式控制上述流量控制阀装置，在上述执行机构驱动转矩比上述切換转矩大的情况下，将上述第一切換阀切换到打开位置，以使上述旋转电机装置作为电动马达发挥作用的方式控制上述双向转换器，使上述旋转液压装置作为液压泵发挥作用，并且以上述主液压泵的喷出油不供给上述旋转液压装置的方式控制上述流量控制阀装置。在如上述构成的本发明中，发动机和旋转电机装置不需要是一体的，能够实现旋转电机装置的配置的自由度变高，与发动机产生的热 振动隔离地配置旋转电机装置，根据电气系统的搭载环境的提高，能够实现更加高可靠性的混合动力系统。此外，本发明，在执行机构驱动转矩比预先设定的切换转矩小的情况下，将第一切换阀切換到关闭位置，控制双向转换器使旋转电机装置作为发电机发挥作用，并且以随着执行机构驱动转矩的増大而使从主液压泵向旋转液压装置供给的液压油的流量減少的方式控制流量控制阀装置；在执行机构驱动转矩比切換转矩大的情况下，将第一切換阀切换到打开位置，以使旋转电机装置作为电动马达发挥作用的方式控制双向转换器，使旋转液压装置作为液压泵发挥作用，并且以主液压泵的喷出油不供给旋转液压装置的方式控制流量控制阀装置。因此，从旋转液压装置作为液压马达发挥作用，旋转电机装置作为发电机发挥作用的状态，向旋转电机装置作为电动马达发挥作用，旋转液压装置作为液压泵发挥作用的状态的切换，或与其相反的切换，以从主液压泵向旋转液压装置供给的液压油的流量几乎为零的状态进行，且能够可变控制切換前或切換后的流量。結果，能够实现在工程机械的运转过程中切换旋转液压装置及旋转电机装置的动作状态时不产生由流量变动引起的冲击，平稳地切换旋转液压装置及旋转电机装置的动作状态。(2)优选为，在上述(I)的混合动カ系统中，上述流量控制阀装置具有设置于上述第二液压油供给油路的节流部；以及带有压カ补偿功能的流量控制阀，其配置于上述第一液压油供给油路和上述第二液压油供给油路，且具有当上述主液压泵的喷出油通过上述第二液压油供给油路向上述旋转液压装置供给时，控制上述节流部的前后压差、控制向上述旋转液压装置供给的液压油的流量的压カ补偿功能，并且当操作上述控制阀时，比上述 节流部优先向上述控制阀供给基于要求流量的流量，上述控制装置以当上述执行机构驱动转矩比上述切换转矩小时，随着上述执行机构驱动转矩的増大，上述节流部的前后压差减少，向上述旋转液压装置供给的液压油的流量減少的方式控制上述带有压力补偿功能的流量控制阀。由此流量控制阀装置能够在主液压泵的喷出油通过第二液压油供给油路向旋转液压装置供给时，控制向控制阀供给的流量和向旋转液压装置供给的流量的比例。而且，控制装置能够以当执行机构驱动转矩比上述切换转矩小吋，随着执行机构驱动转矩的増大，从主液压泵向旋转液压装置供给的液压油的流量減少的方式控制流量控制阀装置。(3)此外，优选为，在上述(2)的混合动カ系统中，上述带有压力补偿功能的流量控制阀具有当上述旋转液压装置作为液压马达发挥作用时，上述节流部的上游侧的液压通过第一信号液压油路导入的向打开方向动作的第一受压部；以及上述节流部的下游侧的液压通过第二信号液压油路导入的向节流方向动作的第二受压部，上述控制装置具有配置于上述第二信号液压油路的第二切换阀，和输入来自上述驱动转矩检测装置的信号的控制器，上述控制器在上述执行机构驱动转矩比上述切换转矩小时，将第二切換阀切换至向上述第二受压部导入上述节流部的下游侧的液压的第一位置，使上述带有压力补偿功能的流量控制阀的压カ补偿功能有效，在上述执行机构驱动转矩比上述切换转矩大时，将第二切换阀切換至使上述第二受压部与油箱连通的第二位置，使上述带有压力补偿功能的流量控制阀的压力补偿功能无效。由此控制装置能够在执行机构驱动转矩比切换转矩小的情况下，以随着执行机构驱动转矩的増大，从主液压泵向旋转液压装置供给的液压油的流量減少的方式控制流量控制阀装置，在执行机构驱动转矩比切換转矩大的情况下，以主液压泵的喷出油不供给旋转液压装置的方式控制流量控制阀装置。(4)再有，优选为，在上述(2)的混合动カ系统中，上述带有压力补偿功能的流量控制阀包括当上述旋转液压装置作为液压马达发挥作用时，上述节流部的上游侧的液压通过第一信号液压油路导入的向打开方向动作的第一受压部；上述节流部的下游侧的液压通过第二信号液压油路导入的向节流方向动作的第二受压部；以及基于控制压カ设定目标补偿压差的第三受压部，上述控制装置具有向上述第三受压部输出上述控制压力的电磁比例减压阀，以及输入来自上述驱动转矩检测装置的信号的控制器，上述控制器运算随着上述执行机构驱动转矩的増大而变小、当上述执行机构驱动转矩超过上述切换转矩时变为零的目标补偿压差，并控制上述电磁比例减压阀以得到该目标补偿压差。由此控制装置能够以如下方式控制流量控制阀装置在执行机构驱动转矩比切換转矩小的情况下，随着执行机构驱动转矩的增大从主液压泵向旋转液压装置供给的液压油的流量減少，当执行机构驱动转矩变为与切换转矩相等时，从主液压泵向旋转液压装置供给的液压油的流量几乎变为零。(5)此外，优选为，在上述(I)的混合动カ系统中，上述控制装置求出从由上述驱动转矩检测装置检测到的上述液压泵的驱动转矩、减去由上述双向转换器得到的上述旋转电机装置作为发电机发挥作用时的发电转矩而得的转矩值，使该转矩值用作上述执行机构驱动转矩。 由此即使对执行机构不设置特别的传感器，也可以求出执行机构驱动转矩。(6)此外，优选为，在上述(I) (5)的混合动カ系统中，上述驱动转矩检测装置是设置于将上述发动机的驱动カ向上述液压泵传递的旋转轴上的转矩传感器。由此驱动转矩检测机构能够检测主液压泵的驱动转矩。发明效果根据本发明，发动机和旋转电机装置不需要是一体的，能够实现旋转电机装置的配置的自由度变高，与发动机产生的热 振动隔离地配置旋转电机装置，通过电气系统的搭载环境的提高，能够实现可靠性更高的混合动カ系统。此外，根据本发明，从旋转液压装置作为液压马达发挥作用，旋转电机装置作为发电机发挥作用的状态，向旋转电机装置作为电动马达发挥作用，旋转液压装置作为液压泵发挥作用的状态的切換，或与其相反的切換，以从主液压泵向旋转液压装置供给的液压油的流量几乎为零的状态进行，且能够可变控制切換前或切換后的流量，因此，能够实现在エ程机械的运转过程中切换旋转液压装置及旋转电机装置的动作状态时不产生由流量变动引起的冲击，平稳地切换旋转液压装置及旋转电机装置的动作状态。由此能够发挥更加优良的运转性能。
[图I]是表示本发明的ー实施方式中工程机械的混合动カ系统的机器结构的图。[图2]是表示带有压力补偿功能的流量控制阀的第一可变节流部和第二可变节流部的开ロ面积特性的图。[图3]是表示搭载有本实施方式的混合动カ系统的液压挖掘机的外观的图。[图4]是表示控制器的处理功能的流程图。[图5]是表示在控制器的内存表上存储的减法运算转矩值与电磁比例减压阀的目标控制压カ(目标补偿压差)之间关系的图。[图6]是表示基于执行机构驱动转矩的变化的发电驱动转矩和主要的主泵驱动转矩的变化的图。
具体实施例方式下面，使用附图来说明本发明的实施方式。图I是表示本发明的ー实施方式中工程机械的混合动カ系统的机器结构的图。在图I中，本实施方式的混合动カ系统具有发动机I ;通过旋转轴2与该发动机I连接，由发动机I驱动的主液压泵3 ;多个执行机构5a 5g ;控制阀7，其通过第一液压油供给油路6连接到液压泵3，控制从液压泵3向多个执行机构5a 5g供给的液压油的流动；具有电动马达和发电机双方功能的旋转电机装置8 ;旋转液压装置9，其与该旋转电机装置8连接，当旋转电机装置8作为电动马达发挥作用吋，该旋转液压装置9由旋转电机装置8驱动，作为液压泵(副泵)发挥作用，当旋转电机装置8作为发电机发挥作用时，该旋转液压装置9驱动旋转电机装置8，作为液压马达发挥作用；将旋转液压装置9连接到第一液压油供给油路6的第二液压油供给油路11 ;设置于第二液压油供给油路11的固定节流部12 ;带有压力补偿功能的流量控制阀13，其配置于第一液压油供给油路6和第二液压油 供给油路11，该流量控制阀13具有如下压カ补偿功能当主液压泵3的喷出油通过第二液压油供给油路向旋转液压装置供给时，控制节流部12的前后压差，控制向旋转液压装置供给的液压油的流量，并且当操作控制阀7吋，比节流部12优先向控制阀7供给基于要求流量的流量；输出液压信号的电磁比例减压阀14，该液压信号用于设定带有压力补偿功能的流量控制阀13的目标补偿压差；切換带有压力补偿功能的流量控制阀13的压カ补偿功能的有效、无效的电磁切换阀15 ;将旋转液压装置9在带有压力补偿功能的流量控制阀13的下游侧连接到第一液压油供给油路6的第三液压油供给油路16 ;以及设置于第三液压油供给油路16的可开闭的电磁切换阀17。带有压力补偿功能的流量控制阀13具有用于控制通过第一液压油供给油路6向控制阀7供给的液压油的流量的第一可变节流部13x ;以及用于控制通过第二液压油供给油路11向旋转液压装置9供给的液压油的流量的第二可变节流部13y。图2是表示带有压力补偿功能的流量控制阀13的第一可变节流部13x和第二可变节流部13y的开ロ面积特性的图。横轴为滑阀行程，将从图I看滑阀位于图示左侧位置时的行程作为零。图中，实线为第一可变节流部13x的开ロ面积特性，单点划线为第二可变节流部13y的开ロ面积特性。第一可变节流部13x，在滑阀行程为零时(滑阀位于图示左侧位置吋)开ロ面积最大，随着滑阀行程増大(滑阀从图示左侧位置向图示右侧位置移动)开ロ面积减小，当滑阀行程最大时(滑阀移动至图示右侧位置时)开ロ面积变为零。第二可变节流部13y相反，在滑阀行程为零时(滑阀位于图示左侧位置吋)开ロ面积为零，随着滑阀行程増大(滑阀从图示左侧位置向图示右侧位置移动)开ロ面积增大，当滑阀行程最大时(滑阀移动至图示右侧位置吋)开ロ面积变为最大。回到图1，带有压力补偿功能的流量控制阀13包括通过第一信号液压油路21a被导入固定节流部12的上游侧的液压，向第二可变节流部13y的关闭方向动作的第一受压部13a ;通过第二信号液压油路21b被导入固定节流部12的下游侧的液压，向第二可变节流部13y的打开方向动作的第二受压部13b ;以及被导入电磁比例减压阀14输出的控制压力(液压信号)，基于该控制压カ设定目标补偿压差的第三受压部13c。由此带有压カ补偿功能的流量控制阀13，具有在主液压泵3的喷出油通过第二液压油供给油路11向旋转液压装置9供给时，控制固定节流部12的前后压差、控制向旋转液压装置9供给的液压油的流量的压カ补偿功能，并且在操作控制阀7吋，比固定节流部12优先向控制阀7供给基于要求流量的流量。这里，固定节流部12和带有压力补偿功能的流量控制阀13构成流量控制阀装置，该流量控制阀装置配置于第一液压油供给油路6和第二液压油供给油路11，当主液压泵3的喷出油通过第二液压油供给油路11向旋转液压装置9供给时，该流量控制阀装置控制向控制阀7供给的流量和向旋转液压装置9供给的流量的比例。电磁切换阀15配置于第二信号液压油路21b，当施加给电磁切换阀15的螺线管15a的电气控制信号为OFF吋，电磁切换阀15位于图示左侧的第一位置，当控制信号变为ON时，切换到图示右侧的第二位置。电磁切换阀15在位于图示左侧的第一位置时，使第二信号液压油路21b连通，向第二受压部13b导入固定节流部12的下游侧的液压，使带有压力补偿功能的流量控制阀13的压カ补偿功能有效。此外，电磁切换阀15在切换到图示右侧的第二位置吋，切断第二信号液压油路21b，使第二受压部13b连通到油箱，使带有压力补偿功能的流量控制阀13的压カ补偿功能无效。当电磁切换阀15使带有压力补偿功能的 流量控制阀13的压カ补偿功能无效时，带有压カ补偿功能的流量控制阀13以将液压泵3的喷出油的全部向控制阀7供给的方式动作。在图I中,本实施方式的混合动カ系统还具有指示执行机构5a 5g的动作的操纵杆31 (为了图示方便只图示ー个)；指示系统电源的0N/0FF及发动机I的启动/停止的电键开关32 ;指示动カ模式的设定的动カ模式开关33 ;设置于将发动机I的驱动カ向液压泵3传递的旋转轴2上，检测液压泵3的驱动转矩的转矩传感器(驱动转矩检测装置)34 ；控制器35 ;蓄电池(蓄电装置)36 ；以及连接于蓄电池36和旋转电机装置9之间，控制蓄电池36和旋转电机装置8之间的电力交接的双向转换器37。从电键开关32输入发动机启动指令时,控制器35驱动未图示的启动装置,启动发动机I。此外，控制器35从操纵杆31输入操作电气信号，进行规定的运算处理，向控制阀7内的电磁比例阀输出指示电流信号。控制阀7内的电磁比例阀根据该指示电流信号工作，切换对应的主滑阀来驱动对应的执行机构。再有，控制器35，输入来自动カ模式开关33的操作指示信号、来自转矩传感器34的检测信号、以及来自双向转换器37的旋转电机装置8作为发电机发挥作用时的发电转矩信号，进行规定的运算处理，向电磁比例减压阀14和电磁切换阀15的螺线管15a输出控制信号。这里，电磁比例减压阀14、电磁切换阀15以及控制器35构成如下控制装置根据由转矩传感器(驱动转矩检测装置)34检测到的液压泵3的驱动转矩，判断用于驱动多个执行机构5a 5g的执行机构驱动转矩(后述)是否比预先设定的切换转矩TO(后述)大，在该执行机构驱动转矩比切换转矩TO小的情况下，将电磁切换阀17(第一切换阀)切换到关闭位置，控制双向转换器37使旋转电机装置8作为发电机发挥作用，并且以随着执行机构驱动转矩的増大而使从主液压泵3向旋转液压装置9供给的液压油的流量減少的方式，控制由固定节流部12和带有压力补偿功能的流量控制阀13构成的流量控制阀装置；在执行机构驱动转矩比切换转矩TO大的情况下，将电磁切换阀17(第一切换阀)切換到打开位置，控制双向转换器37使旋转电机装置8作为电动马达发挥作用，使旋转液压装置9作为液压泵发挥作用，并且以主液压泵3的喷出油不供给旋转液压装置9的方式，控制由固定节流部12和带有压力补偿功能的流量控制阀13构成的流量控制阀装置。搭载有本实施方式的混合动カ系统的工程机械为例如液压挖掘机，多个执行机构5a 5g为，例如旋转用液压马达5a、行驶用液压马达5b、动臂用液压缸5c、斗杆用液压缸5d、铲斗用液压缸5e、摆动用液压缸5f、以及铲板用液压缸5g。图3是表示液压挖掘机的外观的图。液压挖掘机具有下部行驶体101 ;在该下部行驶体101上可旋转地搭载的上部旋转体102 ;以及在该上部旋转体102的前端部分通过摇柱103能够向上下及左右方向转动地连接的前作业机104。下部行驶体101是履带式的，在履带架105前方侧设置上下可动的排土用的铲板106。上部旋转体102具有形成基础下部构造的旋转台107和在旋转台107上设置的驾驶室(驾驶室)108。前作业机104具有动臂111、斗杆112以及铲斗113，动臂111的基端与摇柱103销连接，动臂111的前端与斗杆112的基端销连接，斗杆112的前端与铲斗113销连接。·上部旋转体102相对于下部行驶体101由旋转用液压马达5a (图I)旋转驱动，摇柱103及前作业机104相对于旋转台107由摆动用液压缸5f左右地转动驱动，动臂111、斗杆112、铲斗113分别通过伸缩动臂用液压缸5c、斗杆用液压缸5d、铲斗用液压缸5e来上下地转动驱动。下部行驶体101由左右的行驶用液压马达5b旋转驱动，铲板106由铲板用液压缸5g上下地驱动。图4是表示控制器35的处理功能的流程图。首先，控制器35运算电磁比例减压阀14输出的控制压力的目标值即目标控制压力(带有压カ补偿功能的流量控制阀13的目标补偿压差)，向电磁比例减压阀14输出对应的驱动电流(步骤S100)。电磁比例减压阀14根据该驱动电流动作，向带有压力补偿功能的流量控制阀13的第三受压部13c输出与目标控制压カ对应的控制压力。如前所述，带有压カ补偿功能的流量控制阀13的第三受压部13c将该控制压カ设定为目标补偿压差。步骤SlOO中的电磁比例减压阀14的目标控制压カ的运算以如下的方式进行。控制器35，输入转矩传感器34的检测信号，从该检测信号求出主液压泵3的驱动转矩(以下称为主泵驱动转矩)。而且，控制器35，从双向转换器37输入旋转电机装置8的控制信息，算出旋转电机装置8作为发电机发挥作用时的驱动转矩(以下称为发电驱动转矩)。接着，控制器35运算从主泵驱动转矩减去发电驱动转矩的值。即，若将主泵驱动转矩记作T P，将发电驱动转矩记作Tg，则进行xp-Tg的运算。这里，若将主泵驱动转矩T p中供给执行机构5a 5g的转矩(以下适当称为执行机构驱动转矩)记作Ta,则Tp-Tg与Ta相等。换言之,控制器35,通过从主泵驱动转矩中减去发电驱动转矩，计算执行机构驱动转矩T a。接着，控制器35，使T P-T g的值即执行机构驱动转矩T a參照内存表，运算对应的电磁比例减压阀14的目标控制压力。图5是表示在内存表上存储的Tp-Tg的值与电磁比例减压阀14的目标控制压力(目标补偿压差)之间关系的图。在图5中，电磁比例减压阀14的目标控制压カ用Pc表示。在内存表中存储有如图5所示的T p- T g的值与电磁比例减压阀14的目标控制压力Pc之间的关系。该关系以如下方式设定随着T P- Tg的值的增加，电磁比例减压阀14的目标控制压カPC降低，当T P- T g的值超过预先设定的阈值(切换转矩)T O吋，电磁比例减压阀14的目标控制压カPC变为零。这里，阈值(切换转矩)T 0为发动机I的输出转矩中主液压泵3可消耗的最大容许转矩，例如，考虑发动机I驱动未图示的先导泵的情况或机械损耗等，将阈值(切换转矩)T 0设定为从发动机I的最大额定转矩(在最大设定旋转数下的输出转矩)中减去发动机I驱动未图示的先导泵或机械损耗等的转矩部分得到的值。此外，若将Tp-Tg的值为零时的目标控制压カPc记作PcO，则PcO为将主液压泵3的全部喷出油向旋转液压装置9供给，发电驱动转矩Tg与主泵驱动转矩T P相等时的目标控制压力。
接着，控制器35判断动カ模式开关33是否为ON(步骤SI 10)，若动カ模式开关33不为0N，接着，判断Tp-Tg的值是否比预先设定的阈值(切换转矩)TO(液压泵3可消耗的最大容许转矩)高(步骤SI 20)。xp-Tg的值与执行机构驱动转矩T a相等，阈值(切换转矩)T 0为液压泵3可消耗的最大容许转矩。因此，Tp-Tg的值不比预先设定的阈值(切换转矩)T 0高的情況，也就是执行机构驱动转矩T a比液压泵3可消耗的最大容许转矩低的情况，也是发动机I的驱动转矩有剩余的情況。因此，在上述情况下，使旋转液压装置9作为液压马达发挥作用(使旋转电机装置8作为发电机发挥作用)，因此使电磁切换阀15的驱动电流为OFF (无驱动电流)，使电磁切換阀17的驱动电流为OFF (无驱动电流)，控制双向转换器37为发电 充电模式(步骤S130)。步骤SllO中动カ模式开关33不为ON的情况，或步骤S120中判断主泵驱动转矩T P比阈值(切换转矩)T 0高的情況，是发电机I的驱动转矩没有剰余的情况，在上述情况下，使旋转液压装置9作为液压泵发挥作用(使旋转电机装置8作为电动马达发挥作用)，因此转移到步骤S140，使电磁切换阀15的驱动电流为ON(有驱动电流)，使电磁切换阀17的驱动电流为ON(有驱动电流)，控制双向转换器37为驱动模式。接着，说明本实施方式的动作概要。 通常 首先，控制器35通常通过图4的步骤SlOO的处理，运算电磁比例减压阀14的目标控制压カ(压カ补偿阀13的目标补偿压差)Pc，向电磁比例减压阀14输出对应的驱动电流。电磁比例减压阀14根据来自控制器35的驱动电流输出与目标控制压カPc相等的控制压力，压カ补偿阀13设定与目标控制压カPc相等的目标补偿压差。 动カ模式开关33为OFF, x p- x g ^ t 0的情況 在动カ模式开关33处于OFF位置的情况下，控制器35在步骤S120中，监视Tp-T g(执行机构驱动转矩T a)是否比预先设定的阈值(切换转矩)T 0高,在Tp-Tg不比预先设定的阈值(切换转矩)TO高的情况下，使双向转换器37、电磁切换阀15及电磁切换阀17为以下设定(步骤S130)。(I)电磁切换阀15 —驱动电流OFF(2)双向转换器37 —发电 充电模式(3)电磁切换阀17 —驱动电流OFF
使电磁切换阀15的驱动电流为0FF，由此带有压カ补偿功能的流量控制阀13的压カ补偿功能变为有效，固定节流部12的前后压差由带有压力补偿功能的流量控制阀13控制，从主液压泵3向旋转液压装 置9供给的液压油的流量(固定节流部12的通过流量)根据带有压カ补偿功能的流量控制阀13的目标补偿压差(目标控制压カPc)控制。即，随着T P- Tg(执行机构驱动转矩Ta)减小而接近阈值(切换转矩)T 0，带有压力补偿功能的流量控制阀13的目标补偿压差(固定节流部12的前后压差)变小，从主液压泵3向旋转液压装置9供给的液压油的流量(固定节流部12的通过流量)減少，当变为Tp-Tg =TO吋，目标补偿压差(固定节流部12的前后压差)变为零，从主液压泵3向旋转液压装置9供给的液压油的流量也变为零。此外，通过将双向转换器37设定为发电模式，旋转电机装置8作为发电机发挥作用。通过使电磁切换阀17的驱动电流为0FF，电磁切换阀17保持在关闭位置。该设定下，通过由带有压カ补偿功能的流量控制阀13控制前后压差的固定节流部12，向旋转液压装置9供给主液压泵3的喷出油的一部分，旋转液压装置9作为液压马达旋转。由此旋转电机装置8被动地旋转，发电。即，旋转液压装置9、旋转电机装置8、蓄电池36处于如下状态。旋转液压装置9…作为液压马达发挥作用旋转电机装置8…作为发电机发挥作用蓄电池36......充电状态该状态下，主液压泵3同时进行控制阀I要求的向执行机构5a 5g的液压油的供给，即执行机构驱动和蓄电池36的充电。此外，由于电磁切换阀17处于关闭位置，因此能够避免以下情况通过固定节流部12的向旋转液压装置9供给的液压油，通过第三液压油供给油路向控制阀供给；或经由带有压力补偿功能的流量控制阀13向控制阀供给的液压油，通过第三液压油供给油路向旋转液压装置9供给。 Tp-Tg> T 0的情况 控制器35在步骤S120中，判断T P- T g(执行机构驱动转矩T a)比预先设定的阈值(切换转矩)TO高的情况下，使双向转换器37及电磁切换阀15为以下设定(步骤S140)。(I)电磁切换阀15 —驱动电流ON(2)双向转换器37 —驱动模式(3)电磁切换阀17 —驱动电流ON使电磁切换阀15的驱动电流为0N，由此电磁切换阀15切换至第二位置，使第二受压部13b与油箱连通，带有压力补偿功能的流量控制阀13的压カ补偿功能变为无效。这种情况下，在带有压力补偿功能的流量控制阀13的受压部13a，固定节流部12的上游侧的压カ通过第一信号油路21a向第二节流部13y的关闭方向动作，带有压力补偿功能的流量控制阀13以将液压泵3的全部喷出油供给控制阀7的方式动作。此外，将双向转换器37设定为驱动模式，由此旋转电机装置8作为电动马达发挥作用。使电磁切换阀17的驱动电流为0N，由此电磁切换阀17切換至打开位置。该设定下，旋转液压装置9由旋转电机装置8驱动，作为液压泵发挥作用。电磁切换阀17切換至打开位置，由此旋转液压装置9的喷出油通过第三液压油供给油路与主液压泵3的喷出油汇合，向控制阀7供给。而且，在该设定下，旋转电机装置8作为电动马达能动地旋转。即，旋转液压装置9、旋转电机装置8、蓄电池36处于如下状态。旋转液压装置9…作为液压泵发挥作用旋转电机装置8…作为电动马达发挥作用蓄电池36......放电状态该状态下，由发动机I驱动的主液压泵3的喷出油与基于蓄电池36的电カ由旋转电机装置8 (电动马达)驱动的旋转液压装置9 (副泵)的喷出油汇合，向控制阀7供给。
由此通过发动机2和旋转电机装置(电动马达)确保执行机构5a 5g的驱动必需的转矩(能量)(混合动カ功能)。使用图6来说明本实施方式的动作的例子。图6是表示基于执行机构驱动转矩T a的变化的发电驱动转矩T g和主要的主泵驱动转矩T P的变化的图，图6的⑷ (C2)为Ta - TO(即Tp-TgS^ T 0),旋转液压装置9作为液压马达发挥作用时(旋转电机装置8作为发电机发挥作用吋)的情況；图6的(Dl) (E2)为T a > T 0 (即T P- T g > T 0)，旋转液压装置9作为液压泵发挥作用时(旋转电机装置8作为电动马达发挥作用吋)的情況。(a)状态 A状态A下，操纵杆31全部处于非操作状态，控制阀7中任意一个主滑阀都没有被操作，全部的执行机构5a 5g处于非驱动状态。此时，执行机构驱动转矩T a(施加于执行机构5a 5g的转矩)为零，主液压泵3的喷出油的全部经由节流部12向旋转液压装置9供给,主泵驱动转矩T P与发电驱动转矩T g变为相等Op= T g)。此外，T P-Tg为零，图5的目标控制压カPc变为最大的PcO，通过带有压カ补偿功能的流量控制阀13控制节流部12的前后压差变为PcO。S卩，蓄电池36的充电量很少，处于需要充电的状态的情况，控制成Tp= Tg= T 0(状态A)。当蓄电池36的充电量接近充电完毕的值时，据此发电驱动转矩Tg变少，因此控制成Tp= T g < T O。(b)状态 A —BI —B2操作操纵杆31，操作控制阀7的主滑阀中的任意ー个时，则主液压泵3的喷出油的一部分向与执行机构5a 5g相对应的部件(以下为了方便称为执行机构5x)供给，驱动执行机构5x。该情况下，产生执行机构驱动转矩Ta，相应地，主泵驱动转矩T p増大。结果，主泵驱动转矩T p暂时超过预先设定的阈值(切换转矩)TO(状态BI)。像这样主泵驱动转矩T p超过阈值(切换转矩)て0吋，てP-てg增加为与比零大的T a相应的值，目标控制压カPc相应于T P- Tg的增加而減少，由带有压力补偿功能的流量控制阀13控制的固定节流部12的前后压差也同样变小。由此向旋转电机装置9供给的液压油的流量(固定节流部12的通过流量)減少，旋转电机装置8的发电驱动转矩T g減少，由于该发电驱动转矩T g的減少，一度增加的主泵驱动转矩T P也同样减少，回到Tp=TO的状态(状态B2)。S卩，控制成Tp= T a+ T gxp= T O。(c)状态 B2 — Cl — C2若操纵杆31的操作量增加，或使执行机构的负荷压上升等，执行机构驱动转矩T a増加，则据此主泵驱动转矩T p再次暂时超过阈值(切换转矩)TO増大(状态Cl)。当主泵驱动转矩T p超过阈值(切换转矩)T 0时，Tp-Tg进ー步增大为与T a相应的值，由带有压力补偿功能的流量控制阀13控制的固定节流部12的前后压差变得更小。 由此向旋转电机装置9供给的液压油的流量(固定节流部12的通过流量)減少，旋转电机装置8的发电驱动转矩T g減少，由于该发电驱动转矩T g的減少，一度增加的主泵驱动转矩T p也同样减少，回到Tp=TO的状态(状态C2)。SP，控制成Tp= T a+ T gTp= T O。(d)状态 C2 — Dl — D2在执行机构驱动转矩T a进ー步増加超过阈值(切换转矩)T 0的情况下，据此主泵驱动转矩T p也超过阈值(切换转矩)T 0增大(状态Dl)，Tp-Tg也进ー步增大为与T a相应的值。而且，在该情况下，由于是T a超过TO的情况，因此T P-Tg也増大超过T O。结果，在Tp-Tg超过TO之前接近TO的过程中，以目标控制压力Pc (目标补偿压差)向着零慢慢地连续地变小，固定节流部12的前后压差也同样变小，从主液压泵3向旋转液压装置9供给的液压油的流量逐渐减少的方式控制，当变为Tp-Tg= TO时,Pc =0，从主液压泵3向旋转液压装置9供给的液压油的流量实际上变为零。此外，在Tp-Tg超过TO的瞬间，在图4的流程图中，控制器35的处理从步骤S130的处理转移到步骤S140的处理，带有压カ补偿功能的流量控制阀13的压カ补偿功能变为无效，电磁切换阀17切換到打开位置。而且，双向转换器37切換到驱动模式，旋转电机装置8作为电动马达发挥作用，旋转液压装置9作为液压泵发挥作用。像这样从旋转液压装置9作为液压马达发挥作用，旋转电机装置8作为发电机发挥作用的状态，向旋转电机装置8作为电动马达发挥作用，旋转液压装置9作为液压泵发挥作用的状态切换前，以从液压泵3向旋转液压装置9供给的液压油的流量逐渐減少的方式进行可变控制，以切换时流量几乎变为零的方式进行控制。结果，能够实现在工程机械的运转工程中切换旋转液压装置9及旋转电机装置8的动作状态时不产生由流量变动引起的冲击，平稳地切换旋转液压装置9及旋转电机装置8的动作状态。此外，在对旋转液压装置9及旋转电机装置8的动作状态进行相反的切换时，以切换时的流量几乎为零，切換后的流量逐渐增加的方式进行可变控制，因此，同样地，能够实现在工程机械的运转工程中切换旋转液压装置9及旋转电机装置8的动作状态时不产生由流量变动引起的冲击，平稳地切換 旋转液压装置9及旋转电机装置8的动作状态。 此外，T P- Tg超过TO之后，控制器35按照主泵驱动转矩T P超过切换转矩TO的量控制旋转电机装置8的驱动转矩，主液压泵3的喷出油与由旋转电机装置8 (电动马达)驱动的旋转液压装置9 (副泵)的喷出油汇合，向控制阀7供给(混合动カ功能)。由此一度增加的主泵驱动转矩T P減少，回到Tp= TO的状态(状态D2)。S卩，若将旋转液压装置9作为液压泵(副泵)发挥作用时的驱动转矩(副泵转矩)记作TS,则控制成TS= T a- T 0xp= T O。(e)状态 D2 — El — E2在执行机构驱动转矩T a超过阈值(切换转矩)T 0进ー步増大的情况下，主泵驱动转矩T P暂时增加(状态El)，该情况下也是控制器35按照主泵驱动转矩T P超过切换 转矩T 0的量控制旋转电机装置8的驱动转矩，主液压泵3的喷出油与旋转液压装置9 (副泵)的喷出油汇合，向控制阀7供给(混合动カ功能)，因此一度増加的主泵驱动转矩T p减少，回到Tp= tO的状态(状态E2)。即，控制成is= T a- T 0xp= T O。在如上述构成的本实施方式中，发动机I与主液压泵3构成主驱动系统，旋转电机装置8与旋转液压装置9构成副驱动系统，分别一体地形成。但是，主驱动系统与副驱动系统不需要是一体的，只是分别通过第一 第三液压油供给油路6，11，16只由管路连接。因此，各驱动系统的配置的自由度高，能够使作为电气部件的旋转电机装置8与发动机I的发热 振动隔离地配置，由于电气系统的搭载环境的提高，能够实现高可靠性的混合动カ系统。此外，从旋转液压装置9作为液压马达发挥作用，旋转电机装置9作为发电机发挥作用的状态，向旋转电机装置8作为电动马达发挥作用，旋转液压装置9作为液压泵发挥作用的状态的切換，或与其相反的切換，以从主液压泵3向旋转液压装置9供给的液压油的流量几乎为零的状态进行，且能够可变控制切換前或切換后的流量，因此，能够实现在工程机械的运转过程中切换旋转液压装置9及旋转电机装置8的动作状态时不产生由流量变动引起的冲击，平稳地切换旋转液压装置9及旋转电机装置8的动作状态。由此能够发挥更加优良的运转性能。以上的实施方式能够在本发明的精神的范围内进行各种变更。例如，在上述实施方式中，说明了工程机械为液压挖掘机的情况，但是本发明也可以适用于液压挖掘机以外的工程机械(例如液压起重机、轮式挖掘机等)，得到同样的效果。此外，在上述实施方式中，由一个阀构成带有压力补偿功能的流量控制阀13，但也可以分为在第一液压油供给油路6侧配置的阀和在第二液压油供给油路11侧配置的阀两个阀构成。再有，也可以使带有压カ补偿功能的流量控制阀13具有固定节流部12的功能，由一个阀构成固定节流部12和带有压力补偿功能的流量控制阀13。此外，上述实施方式中切换电磁切换阀15来切換带有压力补偿功能的流量控制阀13的压カ补偿功能的有效、无效，但也可以设置向带有压力补偿功能的流量控制阀13的受压部13b侧施カ的活塞装置，通过使该活塞装置伸长来切換带有压力补偿功能的流量控制阀13的压カ补偿功能的有效、无效。再有，驱动转矩检测装置由设置于将发动机I的驱动カ向液压泵3传递的旋转轴2上的转矩传感器34构成，但也可以检测液压泵3的喷出压力和倾转角(容量)，将喷出压力和倾转角相乘求得液压泵3的驱动转矩。附图标记说明I发动机2旋转轴3主液压泵5a 5g执行机构
6第一液压油供给油路7控制阀8旋转电机装置9旋转液压装置11第二液压油供给油路12固定节流部13带有压力补偿功能的流量控制阀13a第一受压部13b第二受压部13c第三受压部14电磁比例减压阀15电磁切换阀(第二切换阀)16第三液压油供给油路17电磁切换阀(第一切换阀)21a第一信号液压油路21b第二信号液压油路31操纵杆32电键开关33动カ模式开关34转矩传感器(驱动转矩检测装置)35控制器36蓄电池(蓄电装置)37双向转换器
权利要求
1.ー种工程机械的混合动カ系统，包括 发动机⑴； 由该发动机驱动的主液压泵(3)； 多个执行机构(5a 5g)； 控制阀(7)，其通过第一液压油供给油路(6)与上述主液压泵连接，控制向上述多个执行机构供给的液压油的流动； 具有电动马达和发电机双方功能的旋转电机装置(8)； 旋转液压装置(9)，与该旋转电机装置连接， 当上述旋转电机装置作为电动马达发挥作用时，该旋转液压装置由上述旋转电机装置驱动，作为液压泵发挥作用， 当上述旋转电机装置作为发电机发挥作用时，该旋转液压装置作为液压马达发挥作用，驱动上述旋转电机装置； 第二液压油供给油路(11)，将上述旋转液压装置与上述第一液压油供给油路连接； 蓄电装置(36)； 以及双向转换器(37)，连接于上述蓄电装置和上述旋转电机装置之间，控制上述蓄电装置和上述旋转电机装置之间的电力的交接，该工程机械的混合动カ系统的特征在于，具有 流量控制阀装置(12，13)，其配置于上述第一液压油供给油路和上述第二液压油供给油路，当上述主液压泵的喷出油通过上述第二液压油供给油路向上述旋转液压装置供给吋，该流量控制阀装置控制向上述控制阀供给的流量和向上述旋转液压装置供给的流量的比例； 第三液压油供给油路(16)，将上述旋转液压装置在上述流体控制阀装置的下游侧与上述第一液压油供给油路连接； 可开闭的第一切换阀(17)，设置于上述第三液压油供给油路； 驱动转矩检测装置(34)，检测上述液压泵的驱动转矩； 控制装置(35)，其根据由上述驱动转矩检测装置检测到的上述液压泵的驱动转矩，判断用于驱动上述多个执行机构的执行机构驱动转矩是否比预先设定的切換转矩大，在上述执行机构驱动转矩比上述切换转矩小的情况下，将上述第一切換阀切换到关闭位置，控制上述双向转换器使上述旋转电机装置作为发电机发挥作用，并且以随着上述执行机构驱动转矩的増大而使从上述主液压泵向上述旋转液压装置供给的液压油的流量減少的方式控制上述流量控制阀装置，在上述执行机构驱动转矩比上述切換转矩大的情况下，将上述第一切换阀切換到打开位置，以使上述旋转电机装置作为电动马达发挥作用的方式控制上述双向转换器，使上述旋转液压装置作为液压泵发挥作用，并且以上述主液压泵的喷出油不供给上述旋转液压装置的方式控制上述流量控制阀装置。
2.根据权利要求I所述的工程机械的混合动カ系统，其特征在干， 上述流量控制阀装置具有 设置于上述第二液压油供给油路的节流部(12);以及、 带有压力补偿功能的流量控制阀(13)，其配置于上述第一液压油供给油路和上述第二液压油供给油路，且具有当上述主液压泵的喷出油通过上述第二液压油供给油路向上述旋转液压装置供给时，控制上述节流部的前后压差、控制向上述旋转液压装置供给的液压油的流量的压カ补偿功能，并且当操作上述控制阀时，比上述节流部优先向上述控制阀供给基于要求流量的流量， 上述控制装置以当上述执行机构驱动转矩比上述切换转矩小时，随着上述执行机构驱动转矩的増大，上述节流部的前后压差減少，向上述旋转液压装置供给的液压油的流量减少的方式控制上述带有压力补偿功能的流量控制阀。
3.根据权利要求2所述的工程机械的混合动カ系统，其特征在干， 上述带有压力补偿功能的流量控制阀具有当上述旋转液压装置作为液压马达发挥作用时，上述节流部的上游侧的液压通过第一信号液压油路(21a)导入的向打开方向动作的第一受压部(13a);以及上述节流部的下游侧的液压通过第二信号液压油路(21b)导入的向节流方向动作的第二受压部(21b)， 上述控制装置具有配置于上述第二信号液压油路的第二切换阀(15)和输入来自上述 驱动转矩检测装置的信号的控制器(35)， 上述控制器在上述执行机构驱动转矩比上述切换转矩小时，将第二切換阀切换至向上述第二受压部导入上述节流部的下游侧的液压的第一位置，使上述带有压力补偿功能的流量控制阀的压カ补偿功能有效，在上述执行机构驱动转矩比上述切换转矩大时，将第二切换阀切換至使上述第二受压部与油箱连通的第二位置，使上述带有压力补偿功能的流量控制阀的压力补偿功能无效。
4.根据权利要求2所述的工程机械的混合动カ系统，其特征在干， 上述带有压力补偿功能的流量控制阀包括当上述旋转液压装置作为液压马达发挥作用时，上述节流部的上游侧的液压通过第一信号液压油路(21a)导入的向打开方向动作的第一受压部(13a);上述节流部的下游侧的液压通过第二信号液压油路(21b)导入的向节流方向动作的第二受压部(13b);以及基于控制压カ设定目标补偿压差的第三受压部(13c)， 上述控制装置具有向上述第三受压部输出上述控制压力的电磁比例减压阀以及输入来自上述驱动转矩检测装置的信号的控制器(35)， 上述控制器运算随着上述执行机构驱动转矩增大而变小、当上述执行机构驱动转矩超过上述切换转矩时变为零的目标补偿压差，并控制上述电磁比例减压阀以得到该目标补偿压差。
5.根据权利要求I所述的工程机械的混合动カ系统，其特征在干， 上述控制装置求出从由上述驱动转矩检测装置检测到的上述液压泵的驱动转矩、减去由上述双向转换器得到的上述旋转电机装置作为发电机发挥作用时的发电转矩而得的转矩值，将该转矩值用作上述执行机构驱动转矩。
6.根据权利要求I 5中任意一项所述的工程机械的混合动カ系统，其特征在干， 上述驱动转矩检测装置是设置于将上述发动机的驱动カ向上述液压泵传递的旋转轴(2)上的转矩传感器。
全文摘要
一种工程机械的混合动力系统，控制器(35)基于由转矩传感器(34)检测的液压泵(3)的驱动转矩，在执行机构驱动转矩比切换转矩τ0小的情况下，关闭电磁切换阀(17)，使旋转电机装置(8)作为发电机发挥作用，以随着执行机构驱动转矩的增大从液压泵(3)向旋转液压装置(9)供给的液压油的流量减少的方式控制带有压力补偿功能的流量控制阀(13)，在执行机构驱动转矩比切换转矩大的情况下，打开电磁切换阀(17)，使旋转电机装置(8)作为电动马达发挥作用，以液压泵(3)的喷出油不供给旋转液压装置(9)的方式控制带有压力补偿功能的流量控制阀(13)。由此，使工程机械运转过程中切换旋转液压装置及旋转电机装置时不产生由流量变动引起的冲击。
文档编号F15B21/14GK102792031SQ201180012529
公开日2012年11月21日 申请日期2011年9月5日 优先权日2010年9月10日
发明者吉田肇, 石井元, 钓贺靖贵, 高桥究 申请人:日立建机株式会社