发动机辅助装置及作业机械的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及使用了蓄能器(accumulator)的发动机辅助装置及搭载有该发动机辅助装置的液压挖掘机等作业机械。
【背景技术】
[0002]作为适用于液压挖掘机等液压驱动的作业机械的能量再生回路的一例，有如下系统:在设置于控制阀与箱体之间的回流流体通路中，串联设置可变容量型液压马达等流体压力马达，在流体压力马达的输出轴，经由减速器连接可变容量型液压栗等流体压力栗的输入轴，经由止回阀使方向控制阀的供给口与流体压力栗的排出口连通，方向控制阀的一个输出口与蓄压用的蓄能器连接，另一个输出口与从主栗向流体压力致动器供给工作流体的主回路连接(例如，参考专利文献I)。
[0003]上述系统中，将回流压力流体供给至可变容量型的液压马达，驱动可变容量型液压栗来将压油蓄压于蓄能器，在致动器工作时将蓄能器的压油供给至主栗而使能量再生。
[0004]除此以外，近年来，在如液压挖掘机那样的作业机械中，也尝试着将液压系统和电气系统组合而成的混合系统。例如，在发动机驱动部设置发电电动机，且在回转驱动中采用发电电动机，利用发电电动机驱动上部回转体，并且在回转制动时将制动能量转换成电来充电于电容器和/或电池，在回转驱动中使用所积蓄的电力。另外，在发动机为轻负载时利用与发动机直接连结的发电电动机进行充电，在重负载时使用已充电的电力，利用发电电动机进行动力辅助(例如，参考专利文献2)。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:日本特开2006-322578号公报
[0008]专利文献2:日本特开2006-349092号公报
【发明内容】
[0009]发明要解决的问题
[0010]专利文献I的使用了蓄能器的能量再生系统在将蓄压于蓄能器的压油供给至液压致动器时，从蓄能器供给的压油量因蓄能器的蓄压状态和/或主回路的状态而发生变动，因此无法实现稳定的能量再生。
[0011]另一方面，在专利文献2的将液压系统和电气系统组合而成的混合系统中，需要大容量的发电电动机和/或电容器或电池等蓄电装置、以及对它们进行控制的电气控制装置，成本会增高。另外，有无法通过简单的改造来安装于现有机械上的问题。
[0012]本发明是鉴于这种问题点而完成的，其目的在于提供能够从蓄能器进行稳定的能量再生的廉价的发动机辅助装置及搭载有该发动机辅助装置的作业机械。
[0013]用于解决问题的手段
[0014]权利要求1中所记载的发明为发动机辅助装置，该发动机辅助装置通过发动机来驱动可变容量型的主栗，将对利用从该主栗排出的加压流体而工作的流体压力致动器进行制动时所产生的剩余能量积蓄于蓄能器而再生于发动机，所述发动机辅助装置具备:可变容量型的辅助栗，与上述发动机或主栗直接连结，具有发动机辅助用马达功能和蓄能器蓄压用栗功能；主蓄能器，积蓄从该辅助栗排出的加压流体；副蓄能器，将从流体压力致动器流出的回流压力流体暂时蓄压并供给至辅助栗及主蓄能器；发动机转速设定单元，用于指示发动机设定转速；发动机转速传感器，检测发动机实际转速；主栗压力传感器，检测从主栗排出的主栗压力；主栗容量传感器，检测主栗的可变的容量；主蓄能器压力传感器，检测主蓄能器的主蓄能器压力；副蓄能器压力传感器，检测副蓄能器的副蓄能器压力；辅助栗压力传感器，检测从辅助栗排出的辅助栗排出压力；及控制器，由主栗压力和主栗的容量求出发动机负载转矩，当该发动机负载转矩超过由发动机转速设定单元所设定的辅助启动转矩时，基于发动机负载转矩与辅助启动转矩之间的转矩差以及主蓄能器压力与辅助栗排出压力之间的差压(辅助时的辅助栗排出压力可设为O)，运算并控制辅助栗的容量，并且将从主蓄能器排出的蓄压流体引导至辅助栗，当发动机负载转矩低于由发动机转速设定单元所设定的加载启动转矩时，基于发动机负载转矩与加载启动转矩之间的转矩差以及辅助栗排出压力与副蓄能器压力之间的差压，运算并控制辅助栗的容量，并且将从辅助栗排出的加压流体引导至主蓄能器。
[0015]权利要求2中所记载的发明为权利要求1中所记载的发动机辅助装置，该发动机辅助装置具备:主蓄能器再生阀，设置于从主蓄能器向辅助栗的中途，通过打开动作而将主蓄能器的蓄压流体向辅助栗进行加压供给；及卸荷阀，与辅助栗的流体流出侧连接，能够通过打开动作而将辅助栗的流体流出侧向工作流体箱开放，控制器具备:负载转矩运算单元，由主栗压力和主栗的容量求出发动机负载转矩；辅助控制单元，当发动机负载转矩超过由发动机转速设定单元所设定的辅助启动转矩时，打开主蓄能器再生阀和卸荷阀，利用主蓄能器压力来驱动辅助栗，并且基于发动机负载转矩与辅助启动转矩之间的转矩差以及主蓄能器压力与辅助栗排出压力之间的差压(辅助栗排出压力可设为O)，运算并控制辅助栗的容量，由此对发动机进行辅助；主栗校正单元，求出能够以主蓄能器压力输出的辅助转矩，当该辅助转矩不足时，对主栗的转矩进行校正；及加载控制单元，当发动机负载转矩低于由发动机转速设定单元所设定的加载启动转矩时，关闭主蓄能器再生阀和卸荷阀并驱动辅助栗，并且基于发动机负载转矩与加载启动转矩之间的转矩差以及辅助栗排出压力与副蓄能器压力之间的差压，运算并控制辅助栗的容量，由此使工作流体蓄压于主蓄能器。
[0016]权利要求3中所记载的发明为权利要求2中所记载的发动机辅助装置中，该该发动机辅助装置中的发动机具备直接连结的起动马达，主蓄能器再生阀及卸荷阀具备在起动马达启动时联动地进行打开动作的功能。
[0017]权利要求4中所记载的发明为作业机械，该作业机械具备:机架；作业装置，搭载于该机架；及权利要求1至3中任一方所述的发动机辅助装置，设置于机架及作业装置，将权利要求1至3中任一方所述的流体压力致动器、主栗、辅助栗、主蓄能器及副蓄能器作为液压设备。
[0018]权利要求5中所记载的发明为权利要求4中所记载的作业机械，该作业机械中的机架具备:下部行走体；上部回转体，能够通过液压式的回转马达而相对于下部行走体进行回转，作业装置具备使该作业装置上下移动液压式的动臂油缸，发动机辅助装置中的副蓄能器具备将动臂下降时从动臂油缸的头侧腔室排放的压油以及回转制动时从回转马达排放的压油暂时蓄压的功能，并且具备:动臂头压力蓄压用单向阀，能够仅实现将动臂下降时的动臂油缸的头侧腔室的压油回收至副蓄能器侧的方向的流动；动臂再生切换阀，为了经该动臂头压力蓄压用单向阀将压油回收至副蓄能器而从关闭状态切换成打开状态；高压选择阀，选择回转马达的左回转制动时及右回转制动时的高压；顺序阀，设置于该高压选择阀的下游侧，且兼备溢流功能；回转压力蓄压用单向阀，将经该顺序阀的压油供给至副蓄能器侧；辅助栗流入侧单向阀，能够实现从副蓄能器向辅助栗的流体流入侧的流动；蓄能器间单向阀，能够实现从副蓄能器向主蓄能器的流动；及辅助栗流出侧单向阀，可以实现能够将从辅助栗排出的压油蓄压于主蓄能器的方向的流动。
[0019]发明效果
[0020]根据权利要求1记载的发明，在发动机或主栗直接连结具有发动机辅助用马达功能和蓄能器蓄压用栗功能的可变容量型的辅助栗，通过将从流体压力致动器流出的回流压力流体暂时蓄压的副蓄能器，将供给至辅助栗的加压流体进一步利用辅助栗进行加压而作为高压的流体压力能量积蓄于主蓄能器，通过控制器，由主栗压力和主栗的可变的容量所求出的发动机负载转矩超过辅助启动转矩时，基于发动机负载转矩与辅助启动转矩之间的转矩差以及主蓄能器压力与辅助栗排出压力之间的差压(辅助时的辅助栗排出压力可设为O)运算辅助栗的容量，并控制该辅助栗的容量，并且将蓄压流体从主蓄能器向辅助栗进行加压供给而将辅助栗作为马达来驱动，由此对发动机进行辅助，另外，当发动机负载转矩低于加载启动转矩时，基于发动机负载转矩与加载启动转矩之间的转矩差以及辅助栗排出压力与副蓄能器压力之间的差压，运算并控制辅助栗的容量，同时将从辅助栗所供给的加压流体蓄压于主蓄能器，因此，按照主蓄能器的蓄压状态和/或发动机负载转矩的状态等，无需使用大容量的发电电动机、蓄电装置等而可以廉价提供能够从主蓄能器或副蓄能器进行稳定的能量再生的发动机辅助装置。进而，在发动机高负载时，通过利用主蓄能器压力被驱动的辅助栗对发动机进行辅助，在发动机低负载时，从流体压力致动器经副蓄能器被稳定供给的加压流体通过辅助栗蓄压于主蓄能器，因此能够使发动机的负载平缓，能够改善燃料经济性，并且能够减少从发动机产生的黑烟等废气。
[0021]根据权利要求2记载的发明，控制器按照发动机负载转矩，对主蓄能器再生阀和卸荷阀进行开闭控制，同时控制辅助栗及主栗，因此按照主蓄能器的蓄压状态和/或发动机负载转矩的状态等，能够在适当的定时将由