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CN105026773A - 发动机辅助装置及作业机械 - Google Patents

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CN105026773A
CN105026773A CN201480009670.8A CN201480009670A CN105026773A CN 105026773 A CN105026773 A CN 105026773A CN 201480009670 A CN201480009670 A CN 201480009670A CN 105026773 A CN105026773 A CN 105026773A
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CN
China
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pressure
accumulator
pump
main
engine
Prior art date
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Pending
Application number
CN201480009670.8A
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English (en)
Inventor
梶田重夫
岸田耕治
多田彰吾
芳野铁也
金绳裕也
的场信明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Caterpillar SARL
Original Assignee
Caterpillar SARL
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Caterpillar SARL filed Critical Caterpillar SARL
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Abstract

本发明提供一种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。在发动机(6)直接连结可变容量型的主泵(7、8)及具有马达功能和泵功能的可变容量型的辅助泵(16)。通过副蓄能器(18)，将从流体压力致动器(3a、9)流出的回流压力流体暂时蓄压，并供给至辅助泵(16)的入口，辅助泵(16)向主蓄能器(17)进行加压供给。控制器根据发动机负载转矩以及由发动机转速设定单元所设定的辅助启动转矩和/或加载启动转矩，运算并控制辅助泵斜盘角，并且将从主蓄能器(17)排出的蓄压流体引导至辅助泵(16)的入口、或者将从辅助泵(16)的出口排出的加压流体引导至主蓄能器(17)。

Description

发动机辅助装置及作业机械
技术领域
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
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泵等流体压力泵的输入轴，经由止回阀使方向控制阀的供给口与流体压力泵的排出口连通，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泵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1)。
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泵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泵而使能量再生。
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)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-322578号公报
专利文献2：日本特开2006-349092号公报
发明内容
发明要解决的问题
专利文献1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。
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。
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。
用于解决问题的手段
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泵，将对利用从该主泵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：可变容量型的辅助泵，与上述发动机或主泵直接连结，具有发动机辅助用马达功能和蓄能器蓄压用泵功能；主蓄能器，积蓄从该辅助泵排出的加压流体；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泵及主蓄能器；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；主泵压力传感器，检测从主泵排出的主泵压力；主泵容量传感器，检测主泵的可变的容量；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；辅助泵压力传感器，检测从辅助泵排出的辅助泵排出压力；及控制器，由主泵压力和主泵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泵排出压力之间的差压(辅助时的辅助泵排出压力可设为0)，运算并控制辅助泵的容量，并且将从主蓄能器排出的蓄压流体引导至辅助泵，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泵排出压力与副蓄能器压力之间的差压，运算并控制辅助泵的容量，并且将从辅助泵排出的加压流体引导至主蓄能器。
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泵的中途，通过打开动作而将主蓄能器的蓄压流体向辅助泵进行加压供给；及卸荷阀，与辅助泵的流体流出侧连接，能够通过打开动作而将辅助泵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，由主泵压力和主泵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泵，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泵排出压力之间的差压(辅助泵排出压力可设为0)，运算并控制辅助泵的容量，由此对发动机进行辅助；主泵校正单元，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，对主泵的转矩进行校正；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泵，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泵排出压力与副蓄能器压力之间的差压，运算并控制辅助泵的容量，由此使工作流体蓄压于主蓄能器。
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。
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、主泵、辅助泵、主蓄能器及副蓄能器作为液压设备。
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；辅助泵流入侧单向阀，能够实现从副蓄能器向辅助泵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；及辅助泵流出侧单向阀，可以实现能够将从辅助泵排出的压油蓄压于主蓄能器的方向的流动。
发明效果
根据权利要求1记载的发明，在发动机或主泵直接连结具有发动机辅助用马达功能和蓄能器蓄压用泵功能的可变容量型的辅助泵，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，将供给至辅助泵的加压流体进一步利用辅助泵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，由主泵压力和主泵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泵排出压力之间的差压(辅助时的辅助泵排出压力可设为0)运算辅助泵的容量，并控制该辅助泵的容量，并且将蓄压流体从主蓄能器向辅助泵进行加压供给而将辅助泵作为马达来驱动，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泵排出压力与副蓄能器压力之间的差压，运算并控制辅助泵的容量，同时将从辅助泵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泵对发动机进行辅助，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泵蓄压于主蓄能器，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。
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，同时控制辅助泵及主泵，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副蓄能器使压力变动平滑的加压流体加载于主蓄能器，并且能够在适当的定时从主蓄能器或副蓄能器取出用于驱动辅助泵的能量，其中，该控制器具备：辅助控制单元，当发动机负载转矩超过通过发动机转速设定单元所设定的辅助启动转矩时，对发动机进行辅助；主泵校正单元，当辅助转矩不足时，对主泵的转矩进行校正；及加载控制单元，当发动机负载转矩下降时，使工作流体蓄压于主蓄能器。
根据权利要求3记载的发明，在发动机的起动马达启动时，主蓄能器再生阀及卸荷阀联动地进行打开动作，由此在发动机启动时和/或从怠速停止到发动机重新启动时的情况下，能够利用蓄压于主蓄能器的加压流体，使辅助泵沿发动机旋转方向发挥作为辅助马达的功能，因此能够减轻起动马达的负载，由此，能够实现起动马达的小型化、减少电池消耗、减少使用起动马达时的令人不快的齿轮声。
根据权利要求4记载的发明，将流体压力致动器、主泵、辅助泵、主蓄能器及副蓄能器作为液压设备而构成使用了液压系统的混合系统的作业机械，因此与使用了由发电电动机和/或蓄电装置所构成的电气系统的混合系统相比，能够大幅降低成本，且维护较少，能够降低运转成本。另外，能够轻松地安装于现有的液压式的作业机械。进而，能够经由副蓄能器有效地回收从液压致动器所排放的回流压油，因此能够减少至今作为热量而排放的液压装置的能量损失，能够将液压冷却装置小型化。
根据权利要求5记载的发明，通过动臂头压力蓄压用单向阀及动臂再生切换阀，能够仅在动臂下降时将动臂油缸的头侧腔室的压油回收至副蓄能器侧并蓄压于主蓄能器内，并且通过高压选择阀、顺序阀及回转压力蓄压用单向阀，能够保持回转马达左回转制动时及右回转制动时所产生的回转制动压力，同时能够将压力超过回转制动压力的回流油暂时由副蓄能器回收并蓄压于主蓄能器内，并且，通过辅助泵流入侧单向阀、蓄能器间单向阀及辅助泵流出侧单向阀，能够仅向将主蓄能器内的高压的压油供给至辅助泵的方向进行引导，因此能够通过副蓄能器，使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的液压变动平滑，同时能够将由辅助泵进行了加压的压油以高压状态蓄压于主蓄能器，在发动机的负载较低时能够有效地回收剩余能量，并且发动机的负载较高时能够有效地利用该剩余能量，能够减少液压装置的能量损失，因此，能够将发动机小型化，且随着发动机小型化，也能够将发动机的冷却装置、空气净化器等相关装置小型化。进而，通过使用高压用的主蓄能器和中压用的副蓄能器，即使是小型的辅助泵也能够进行高效的能量再生。
附图说明
图1是表示本发明所涉及的发动机辅助装置的一种实施方式的回路图。
图2是表示作为搭载有如上辅助装置的作业机械的代表事例的液压挖掘机的示意图。
图3是表示如上辅助装置的控制装置的输入输出的框图。
图4是如上辅助装置的控制流程图。
图5是表示图4的控制流程图中的辅助控制任务的控制框图。
图6是表示图4的控制流程图中的加载控制任务的控制框图。
图7是说明如上辅助装置中的蓄能器的加载动作的回路图。
图8是说明如上辅助装置中的发动机、辅助动作的回路图。
图9是说明如上辅助装置中的辅助控制的发动机转速、转矩特性图。
图10是说明如上辅助装置中的加载控制的发动机转速、转矩特性图。
具体实施方式
以下，基于图1至图10所示的一种实施方式，对本发明进行详细说明。
图2表示将液压挖掘机作为基础机械(base machine)的作业机械A，该作业机械A在机架B上搭载有作业装置C。机架B在具备行走用液压马达的下部行走体1上以能够通过回转用液压马达回转的方式设有上部回转体2，在该上部回转体2上搭载有作业装置C。
该作业装置C在上部回转体2上，动臂3的基端以沿上下方向转动自如的方式被轴支撑，在该动臂3设有作为动臂转动用液压缸的动臂油缸3a，在动臂3的顶端，斗杆4以沿前后方向转动自如的方式被轴支撑，在该斗杆4设有作为斗杆转动用液压缸的斗杆油缸4a，在斗杆4的顶端，电磁铁等附属装置5以转动自如的方式被轴支撑来代替原来的铲斗，在该附属装置5设有作为附属装置转动用液压缸的铲斗油缸5a。
图1是表示作业机械A的作为流体压力回路的液压回路，在搭载于上部回转体2上的发动机6的输出轴，依次直接连结有用于将作为加压流体的工作压油供给至作业机械A的各流体压力致动器(液压缸及液压马达)的可变容量型的主泵7、8即前泵7及后泵8，其通过发动机6被驱动。在发动机6的输出轴，连接有利用从未图示的车载电池所供给的电力被驱动的起动马达6s。
前泵7及后泵8为分别具备容量可变控制用的泵斜盘的可变容量型泵，这些泵斜盘的斜盘角分别被斜盘控制装置7a、8a控制，与这些斜盘角成比例地分别控制前泵7及后泵8的各泵容量。
在该图1示出使上部回转体2相对于下部行走体1回转驱动的回转用液压马达(称为回转马达)9和2个动臂油缸3a即第1动臂油缸3a1及第2动臂油缸3a2。
前泵7及后泵8的吸入口经由未图示的配管而与箱体内部连通，另外，前泵7及后泵8的排出口与用于使第1动臂油缸3a1及第2动臂油缸3a2工作的动臂的第1流量控制阀10及动臂的第2流量控制阀11的各供给口连通。
在从第1动臂油缸3a1的头侧遍及杆侧而设置的再生通路中设有利用动臂下降操作用液控压力被切换而使第1动臂油缸3a1的头侧腔室的压油再生于杆侧腔室的动臂再生阀12和逆流防止用的单向阀13。
在将动臂的第2流量控制阀11和第2动臂油缸3a2的头侧腔室连通的通路中也设有逆流防止用的单向阀14。
在对回转马达9进行左回转、右回转或停止控制的回转流量控制阀15设有从后泵8供给工作压油的液压回路，但省略其图示。通过使回转流量控制阀15从左右的切换位置返回到图1所示的中立位置，由此产生左回转制动时或右回转制动时的回转制动压力。
在发动机6或主泵7、8的输出轴直接连结有具有泵和马达这两种功能的可变容量型的辅助泵16。该辅助泵16具备容量可变控制用的泵斜盘，通过斜盘控制装置16a控制该泵斜盘的斜盘角，与该斜盘角成比例地控制辅助泵16的泵容量。
在该辅助泵16的排出通路上连接有用于积蓄流体压力能量的单个或多个主蓄能器17，另一方面，在第2动臂油缸3a2的头侧与回转马达9的驱动回路之间的通路设有用于暂时积蓄从第2动臂油缸3a2及回转马达9排放的压油的副蓄能器18。
在第1动臂油缸3a1的头侧腔室与第2动臂油缸3a2的头侧腔室之间设有利用动臂下降操作用液控压力而被切换的切换阀19。
在从第2动臂油缸3a2的头侧腔室向副蓄能器18的通路中设有：动臂头压力蓄压用单向阀20，用于防止压油的泄漏；及动臂再生切换阀21，用于利用动臂下降操作用液控压力而从关闭状态切换成打开状态，并将第2动臂油缸3a2的头侧腔室的压油引导至副蓄能器18侧。
在回转马达9的左旋转用端口与右旋转用端口之间设有高压选择阀(梭阀)22，在从该高压选择阀22的出口向副蓄能器18的通路中设有用于保持回转制动压力的顺序阀23和逆流防止用的回转压力蓄压用单向阀24。
在从主蓄能器17遍及辅助泵16的入口而设置的通路中设有电磁工作式的主蓄能器再生阀25，该主蓄能器再生阀通过从关闭位置切换到打开位置来将蓄压于主蓄能器17的压油向辅助泵16的入口侧进行加压供给。
在从辅助泵16的出口遍及作为工作流体箱的工作油箱34而设置的排出通路中，以能够在打开位置与关闭位置之间进行切换的方式设有电磁工作式的卸荷阀26，该卸荷阀通过在打开位置将辅助泵16的出口侧向工作油箱34内开放而控制成卸载状态。
通过关闭该卸荷阀26，将从辅助泵16排出的压油蓄压于主蓄能器17，另外，通过打开该卸荷阀26，停止由辅助泵16进行的主蓄能器17的蓄压、或者利用蓄压于主蓄能器17的压油而将辅助泵16作为马达来驱动。
主蓄能器再生阀25及卸荷阀26被控制成，在液压装置的运行中为了主蓄能器17的蓄压排压而进行开闭动作，并且在起动马达6s启动时联动地进行打开动作，通过在发动机6的启动和/或从怠速停止到重新启动时，利用蓄压于主蓄能器17的压油而将辅助泵16作为马达来驱动，由此减小施加于起动马达6s的负载。
在从主蓄能器17遍及工作油箱34而设置的排出通路中设有设定主蓄能器17的最高压力的溢流阀27。
在从副蓄能器18遍及辅助泵16的入口而设置的通路中设有辅助泵流入侧单向阀28，该辅助泵流入侧单向阀用于将压油从副蓄能器18供给至辅助泵16的入口并且防止逆流。
在从副蓄能器18遍及主蓄能器17而设置的通路中设有蓄能器间单向阀29，该蓄能器间单向阀用于将压油从副蓄能器18供给至主蓄能器17并且防止逆流。
同样，设有用于防止从主蓄能器17逆流的辅助泵流出侧单向阀30和单向阀31。
辅助泵流出侧单向阀30位于卸荷阀26与溢流阀27之间的通路中，可以实现能够将从辅助泵16排出的压油蓄压于主蓄能器17的方向的流动，并且防止从主蓄能器17及副蓄能器18向辅助泵16的出口逆流。
通过斜盘控制装置7a、8a的斜盘角调整活塞的位移来控制前泵7及后泵8的容量可变用的前泵斜盘及后泵斜盘的各斜盘角，通过动力换挡控制阀32对这些活塞位移进行可变控制。
该动力换挡控制阀32为向斜盘控制装置7a、8a的斜盘角调整活塞输出与动力换挡控制信号相对应的动力换挡压力来调整前泵7及后泵8的转矩的电磁比例减压阀。
在辅助泵16的入口侧的单向阀31连接有返回回路33及工作油箱34。
接着，图3中汇总了控制装置的输入输出信号，在控制器40的输入侧分别连接有：用于指示发动机设定转速的作为发动机转速设定单元的加速器调节刻度盘41；用于检测发动机实际转速Ne的发动机转速传感器42；用于分别检测作为前泵7及后泵8的主泵压力的前泵压力Ppf及后泵压力Ppr的作为主泵压力传感器的前泵压力传感器43及后泵压力传感器44；用于由作为斜盘式可变容量型泵的前泵7的前泵斜盘角φf及后泵8的后泵斜盘角φr分别检测各泵的容量的作为主泵容量传感器的前泵斜盘角传感器45及后泵斜盘角传感器46；用于检测主蓄能器17的主蓄能器压力Pa1的主蓄能器压力传感器47；用于检测副蓄能器18的副蓄能器压力Pa2的副蓄能器压力传感器48；及用于检测从辅助泵16排出的辅助压油的辅助泵排出压力Pa3的辅助泵压力传感器49。
上述发动机转速传感器42、前泵压力传感器43、后泵压力传感器44、前泵斜盘角传感器45、后泵斜盘角传感器46、主蓄能器压力传感器47、副蓄能器压力传感器48、辅助泵压力传感器49等各传感器的设置位置如图1所示。
另一方面，在控制器40的输出侧分别连接有通过控制器40被控制的辅助泵16的斜盘控制装置16a、主蓄能器再生阀25、卸荷阀26及动力换挡控制阀32。
接着，基于图1、图7及图8，对动力再生回路的动作进行说明。
I.液压回路的动作说明
(1)蓄能器、加载动作
基于图1及图7，对蓄能器、加载动作进行说明。
图1中，若进行动臂下降操作，则动臂下降操作用液控压力从包含未图示的操作杆联动型比例减压阀的液控操作回路输出，利用该动臂下降操作用液控压力，动臂的第1流量控制阀10从腔室a切换到腔室b，同时动臂再生阀12从腔室a切换到腔室b，切换阀19从腔室a切换到腔室b，动臂再生切换阀21从腔室a切换到腔室b。
因此，压油从前泵7经过动臂的第1流量控制阀10的腔室b而供给至第1动臂油缸3a1及第2动臂油缸3a2的杆侧腔室，另一方面，第1动臂油缸3a1的头侧腔室与第2动臂油缸3a2的头侧腔室之间被切换阀19隔断，第1动臂油缸3a1的头侧腔室的压油的大半部分经动臂再生阀12而再生于第1动臂油缸3a1及第2动臂油缸3a2的杆侧腔室，上述头侧腔室的压油的一部分经动臂的第1流量控制阀10的腔室b而向工作油箱34开放。
此时，如图7所示，第2动臂油缸3a2的头侧腔室的压油经动臂头压力蓄压用单向阀20、动臂再生切换阀21而被引导至副蓄能器18。另外，回转制动时的压油经高压选择阀22、顺序阀23及回转压力蓄压用单向阀24而被引导至副蓄能器18侧。
被引导至副蓄能器18侧的压油如图7所示那样供给至辅助泵16的入口。当主蓄能器17未被蓄压时，关闭卸荷阀26，使通过辅助泵16进行了加压的压油引导至主蓄能器17而进行蓄压。当主蓄能器17达到最高压力时，打开卸荷阀26，将辅助泵16的排出侧向工作油箱34开放。
此时，当被引导至副蓄能器18侧的压油的流量大于辅助泵16的吸入流量时，被暂时蓄压于副蓄能器18。另外，当主蓄能器17的压力低于副蓄能器18的压力时，经由蓄能器间单向阀29而直接被蓄压于主蓄能器17。
此外，图1中，若进行动臂提升操作，则动臂提升操作用液控压力从上述液控操作回路向动臂的第1流量控制阀10及动臂的第2流量控制阀11输出，利用该动臂提升操作用液控压力，动臂的第1流量控制阀10从腔室a切换到腔室c，同时动臂的第2流量控制阀11从腔室a切换到腔室b，大流量的压油从前泵7及后泵8供给至动臂油缸3a1、3a2的头侧腔室。
(2)发动机、辅助动作
基于图8对发动机、辅助动作进行说明如下：当发动机6的负载转矩较高时，打开主蓄能器再生阀25，向辅助泵16的入口供给被蓄压于主蓄能器17的压油，并且打开与辅助泵16的出口连接的卸荷阀26。
由此，辅助泵16作为液压马达而工作并对发动机6进行辅助。辅助的转矩是以主蓄能器17的压力为基础，通过斜盘控制装置16a控制辅助泵16的斜盘来进行调整的。详细内容将在后述的辅助控制中进行说明。
II.发动机辅助控制的说明
基于图4的控制流程图、图5的辅助控制任务的控制框图、图6的加载控制任务的控制框图、图9的说明辅助控制的特性图、图10的说明加载控制的特性图，对发动机辅助控制进行说明。图9及图10中，T表示发动机转矩曲线，Tmax表示最大输出转矩，Tas表示辅助启动转矩，Tcs表示加载启动转矩，T1表示发动机负载转矩。
(1)整体控制流程
基于图4的控制流程图，对整体控制流程进行说明。
图4中，由处理器S1读取图3所示的输入信号。接着，由作为负载转矩运算单元的处理器S2，以由前泵斜盘角传感器45所检测的前泵斜盘角φf、由前泵压力传感器43所检测的前泵压力Ppf、由后泵斜盘角传感器46所检测的后泵斜盘角φr、由后泵压力传感器44所检测的后泵压力Ppr为基础，通过下式计算发动机负载转矩T1。
T1＝{Ppf·φf·Dp+Ppr·φr·Dp}/2π
Dp：主泵7、8的泵最大容量
由判定器S3比较发动机负载转矩T1和辅助启动转矩Tas。如图9所示，通过加速器调节刻度盘41设定辅助启动转矩Tas。
如图9所示，当上述发动机负载转矩T1大于辅助启动转矩Tas时，移动到处理器S4，如图8所示，打开主蓄能器再生阀25，并且打开卸荷阀26。接着，移动到处理器S5的辅助控制任务，进行后述的辅助控制。
当由判定器S3判定为发动机负载转矩T1不大于辅助启动转矩Tas时，移动到判定器S6，确认主蓄能器17的压力(主蓄能器压力Pa1)。当该主蓄能器压力Pa1未达到主蓄能器最高压力时(Yes)，由判定器S7比较发动机负载转矩T1和加载启动转矩Tcs。如图10所示，通过加速器调节刻度盘41设定加载启动转矩Tcs。
如图10所示，当发动机负载转矩T1小于加载启动转矩Tcs时，移动到处理器S8，如图7所示，关闭卸荷阀26，并且关闭主蓄能器再生阀25。接着，移动到处理器S9的加载控制任务，进行后述的加载控制。
当由判定器S6、判定器S7判定为不满足条件时，由判定器S10确认副蓄能器18的压力(副蓄能器压力Pa2)。当该副蓄能器压力Pa2超过规定压力时，由处理器S11打开卸荷阀26，关闭主蓄能器再生阀25，按照副蓄能器压力Pa2来调整辅助泵16的斜盘角，利用副蓄能器18的压油来驱动辅助泵16，从而对发动机6进行辅助，同时开放副蓄能器18的压油。
当利用判定器S10判定为副蓄能器压力Pa2为规定压力以下时，由处理器S12将辅助泵16的斜盘角控制成最小，且打开卸荷阀26，关闭主蓄能器再生阀25。
(2)辅助控制任务
如图5所示，在具备辅助控制单元40a的辅助控制任务的控制框图中，50是由图4的控制流程图的处理器S2运算了发动机负载转矩T1的作为负载转矩运算单元的运算器。
基于由加速器调节刻度盘41设定的数值，利用函数表51设定最大辅助转矩Tam，并且利用函数表52设定辅助启动转矩Tas。
由减法器53求出由主蓄能器压力传感器47所检测的主蓄能器压力Pa1与由辅助泵压力传感器49所检测的辅助泵排出压力Pa3之间的差压ΔP，由该差压ΔP，通过转矩运算器54并利用以下计算公式求出能够以主蓄能器压力Pa1从发挥作为液压马达的功能的辅助泵16输出的辅助转矩Ta1，并由最小值选择器55与最大辅助转矩Tam进行比较来选择并输出较小的转矩。
此外，如图8所示，在进行该辅助时，辅助泵16的排出侧经卸荷阀26而向工作油箱34开放，因此辅助泵排出压力Pa3可大致设为0，且可设为差压ΔP＝主蓄能器压力Pa1。
Ta1＝ΔP·Dpm·ηt/2π
Dpm：辅助泵16的泵最大容量
ηt：转矩效率
另一方面，通过减法器56，求出由图4的控制流程图的处理器S2所求出的发动机负载转矩T1与基于由加速器调节刻度盘41所设定的数值并利用函数表52所设定的辅助启动转矩Tas之差，并输入到加法器57。
另外，通过减法器59求出基于由加速器调节刻度盘41所指示的数值并利用函数表58所设定的发动机设定转速Ns与由发动机转速传感器42所检测的发动机实际转速Ne之间的偏差，利用PI控制运算器60进行比例积分控制(PI控制)，并将PI控制的输出输入到加法器57，由该加法器57与来自减法器56的输出进行加法运算。
由最小值选择器61比较加法器57的输出和从最小值选择器55输出的转矩制限值，将较小的值作为所需辅助转矩Ta而输入到辅助泵斜盘角运算器62，利用下述运算公式运算所需的辅助泵容量D，由针对辅助泵最大容量Dpm所需的辅助泵容量D的比率，求出辅助泵16的斜盘角φa，控制辅助泵16的斜盘控制装置16a，以得到该斜盘角φa。
D＝(2π·Ta)/(ΔP·ηt)
φa＝D/Dpm
D：所需的辅助泵容量
Dpm：辅助泵最大容量
ηt：转矩效率
另外，如图5所示，主泵校正单元40b通过加法器63加法运算由最小值选择器61所求出的所需辅助转矩Ta和辅助启动转矩Tas，通过减法器64从由运算器50所运算的发动机负载转矩T1减去加法器63的输出，由下限限制器65提取正值，进而通过运算器66求出主泵校正转矩。
该主泵校正转矩输入到未图示的主泵转矩控制器，进而通过动力换挡控制阀32对主泵(前泵7、后泵8)的驱动转矩进行校正。
通过上述作用，当发动机负载转矩T1大于辅助启动转矩Tas时，基于主蓄能器压力Pa1等调整辅助泵16的斜盘角来对发动机6进行辅助，另外，当辅助泵16的辅助转矩Ta1不足时，对主泵(前泵7、后泵8)的驱动转矩进行校正。
(3)加载控制任务
如图6所示，在具备加载控制单元40c的加载控制任务的控制框图中，基于加速器调节刻度盘41并利用函数表67设定加载启动转矩Tcs，基于加速器调节刻度盘41并利用函数表68设定最大加载转矩Tcm。
由减法器69求出由图4的控制流程图的处理器S2所求出的发动机负载转矩T1与加载启动转矩Tcs之差，由最小值选择器70比较该差和最大加载转矩Tcm，将值较小的转矩作为所需加载转矩Tc而输出。
另一方面，由减法器71求出由辅助泵压力传感器49所检测的辅助泵排出压力Pa3与通过副蓄能器压力传感器48所检测的副蓄能器压力Pa2之间的差压ΔP，将该差压ΔP和所需加载转矩Tc输入到该辅助泵斜盘角运算器72，利用下述运算公式运算所需的辅助泵容量D，并由针对辅助泵最大容量Dpm所需的辅助泵容量D的比率，求出辅助泵16的斜盘角φa，控制辅助泵16的斜盘控制装置16a，以得到该斜盘角φa。
D＝2π·Tc·ηt/ΔP
φa＝D/Dpm
D：所需的辅助泵容量
Dpm：辅助泵最大容量
ηt：转矩效率
通过上述作用，基于所需的加载转矩Tc而控制辅助泵16的转矩，同时对主蓄能器17进行加载，因此能够防止发动机6的过负载。
接着，对图示的实施方式的作用效果进行总结说明。
在发动机6或主泵7、8的输出轴直接连结具有发动机辅助用马达的功能和蓄能器蓄压用泵的功能的可变容量型的辅助泵16，通过与积蓄将从该辅助泵16所排出的高压的液压能量的主蓄能器17不同的、将从动臂油缸3a及回转马达9所流出的中压的回流压油暂时蓄压的副蓄能器18，向辅助泵16的入口及主蓄能器17进行供给，通过控制器40，由前泵压力Ppf及后泵压力Ppr和前泵斜盘角φf及后泵斜盘角φr所求出的发动机负载转矩T1超过辅助启动转矩Tas时，基于发动机负载转矩T1与辅助启动转矩Tas之间的转矩差以及主蓄能器压力Pa1与辅助泵排出压力Pa3之间的差压(辅助泵排出压力Pa3可设为0)，运算辅助泵16的辅助泵斜盘角φa，并控制该辅助泵斜盘角φa，并且将蓄压油从主蓄能器17向辅助泵16的入口加压供给，将辅助泵16作为马达而驱动，由此对发动机6进行辅助，另外，当发动机负载转矩T1低于加载启动转矩Tcs时，基于发动机负载转矩T1与加载启动转矩Tcs之间的转矩差以及辅助泵排出压力Pa3与副蓄能器压力Pa2之间的差压，运算并控制辅助泵斜盘角φa，同时将从辅助泵16所供给的压油蓄压于主蓄能器17，因此按照主蓄能器17的蓄压状态和/或发动机负载转矩T1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17或副蓄能器18进行稳定的能量再生的发动机辅助装置。
进而，在发动机6高负载时，通过利用主蓄能器压力Pa1作为液压马达而驱动的辅助泵16对发动机6进行辅助，在发动机6低负载时，从动臂油缸3a及回转马达9经副蓄能器18的压力平滑作用而稳定供给的压油通过辅助泵16蓄压于主蓄能器17，因此能够使发动机6的负载平缓，能够改善燃料经济性，并且能够减少从发动机6产生的黑烟等废气。
控制器40按照发动机负载转矩T1，对主蓄能器再生阀25和卸荷阀26进行开闭控制，同时控制辅助泵16、前泵7及后泵8，因此按照主蓄能器17的蓄压状态和/或发动机负载转矩T1的状态等，能够在适当的定时将由副蓄能器18使压力变动平滑的压油加载于主蓄能器17，并且能够在适当的定时从主蓄能器17或副蓄能器18取出用于驱动辅助泵16的压油能量，其中，该控制器具备：辅助控制单元40a，当发动机负载转矩T1超过通过加速器调节刻度盘41所设定的辅助启动转矩Tas时，对发动机6进行辅助；主泵校正单元40b，当辅助转矩Ta1不足时，对前泵7及后泵8的转矩进行校正；及加载控制单元40c，当发动机负载转矩T1下降时，使压油蓄压于主蓄能器17。
在发动机6的起动马达启动时，主蓄能器再生阀25及卸荷阀26联动地进行打开动作，由此在发动机启动时和/或从怠速停止到发动机重新启动时的情况下，能够利用蓄压于主蓄能器17的压油，使辅助泵16沿发动机旋转方向发挥辅助马达的功能，因此能够减小起动马达6s的负载，由此，能够实现起动马达6s的小型化、减少电池消耗、减少使用起动马达时的令人不快的齿轮声。
由于将动臂油缸3a、回转马达9、前泵7、后泵8、辅助泵16、主蓄能器17及副蓄能器18等作为液压设备而构成使用了液压系统的混合系统的作业机械，因此与使用由发电电动机和/或蓄电装置所构成的电气系统的混合系统相比，能够大幅降低成本，且维护较少，能够降低运转成本。另外，能够轻松地安装于现有的液压式的作业机械。
进而，能够经由副蓄能器18而有效地回收动臂下降及回转制动时从动臂油缸3a及回转马达9排放的中压的回流压油，因此能够减少至今作为热量而排放的液压装置的能量损失，能够抑制工作油的温度上升，因此能够将液压冷却装置小型化。
通过动臂头压力蓄压用单向阀20及动臂再生切换阀21，能够仅在动臂下降时将第2动臂油缸3a2的头侧腔室的压油回收至副蓄能器18侧并蓄压于主蓄能器17内，并且通过高压选择阀22、顺序阀23及回转压力蓄压用单向阀24，能够保持回转马达9左回转制动时或右回转制动时所产生的回转制动压力，同时将压力超过回转制动压力的回流油暂时由副蓄能器回收并蓄压于主蓄能器17内，并且，通过辅助泵流入侧单向阀28、蓄能器间单向阀29及辅助泵流出侧单向阀30，能够仅向将主蓄能器17内的高压的压油供给至辅助泵16的入口的方向进行引导，因此能够通过副蓄能器18，使动臂下降时从第2动臂油缸3a2的头侧腔室排放的回流压油以及回转制动时从回转马达9排放的回流压油的液压变动平滑，同时能够将由与发动机6的输出轴直接连结的辅助泵16进行了加压的压油以高压状态蓄压于主蓄能器17，在发动机6的负载较低时能够有效地回收剩余能量，并且在发动机6的负载较高时能够有效地利用该剩余能量，能够减少液压装置的能量损失，因此，能够将发动机6及液压冷却装置小型化，且随着发动机小型化，也能够将发动机6的冷却装置、空气净化器等相关装置小型化。进而，通过使用高压用的主蓄能器17和中压用的副蓄能器18，即使是小型的辅助泵16也能够进行高效的能量再生。
产业上的可利用性
本发明对于从事发动机辅助装置或作业机械的制造业、销售业等的从业人员而言具有产业上的可利用性。
附图标记说明
A 作业机械
B 机架
C 作业装置
1 下部行走体
2 上部回转体
3a 作为流体压力致动器的动臂油缸
6 发动机
6s 起动马达
7 作为主泵的前泵
8 作为主泵的后泵
9 作为流体压力致动器的回转马达
16 辅助泵
17 主蓄能器
18 副蓄能器
20 动臂头压力蓄压用单向阀
21 动臂再生切换阀
22 高压选择阀
23 顺序阀
24 回转压力蓄压用单向阀
25 主蓄能器再生阀
26 卸荷阀
28 辅助泵流入侧单向阀
29 蓄能器间单向阀
30 辅助泵流出侧单向阀
40 控制器
40a 辅助控制单元
40b 主泵校正单元
40c 加载控制单元
41 作为发动机转速设定单元的加速器调节刻度盘
42 发动机转速传感器
43 作为主泵压力传感器的前泵压力传感器
44 作为主泵压力传感器的后泵压力传感器
45 作为主泵容量传感器的前泵斜盘角传感器
46 作为主泵容量传感器的后泵斜盘角传感器
47 主蓄能器压力传感器
48 副蓄能器压力传感器
49 辅助泵压力传感器。

Claims (5)

1.一种发动机辅助装置，该发动机辅助装置通过发动机来驱动可变容量型的主泵，将对利用从该主泵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的特征在于，具备：
可变容量型的辅助泵，与上述发动机或主泵直接连结，具有发动机辅助用马达功能和蓄能器蓄压用泵功能；
主蓄能器，积蓄从该辅助泵排出的加压流体；
副蓄能器，将该从流体压力致动器流出的回流压力流体暂时蓄压，并供给至辅助泵及主蓄能器；
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；
主泵压力传感器，检测从主泵排出的主泵压力；
主泵容量传感器，检测主泵的可变的容量；
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；
辅助泵压力传感器，检测从辅助泵排出的辅助泵排出压力；及
控制器，由主泵压力和主泵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泵排出压力之间的差压，运算并控制辅助泵的容量，并且将从主蓄能器排出的蓄压流体引导至辅助泵，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泵排出压力与副蓄能器压力之间的差压，运算并控制辅助泵的容量，并且将从辅助泵排出的加压流体引导至主蓄能器。
2.根据权利要求1所述的发动机辅助装置，其特征在于，具备：
主蓄能器再生阀，设置于从主蓄能器向辅助泵的中途，通过打开动而将主蓄能器的蓄压流体向辅助泵进行加压供给；及
卸荷阀，与辅助泵的流体流出侧连接，能够通过打开动作而将辅助泵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，由主泵压力和主泵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泵，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泵排出压力之间的差压，运算并控制辅助泵的容量，由此对发动机进行辅助；
主泵校正单元，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，对主泵的转矩进行校正；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泵，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泵排出压力与副蓄能器压力之间的差压，运算并控制辅助泵的容量，由此使工作流体蓄压于主蓄能器。
3.根据权利要求2所述的发动机辅助装置，其特征在于，
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。
4.一种作业机械，其特征在于，具备：
机架；
作业装置，搭载于该机架；及
权利要求1至3中任一项所述的发动机辅助装置，设置于机架及作业装置，
权利要求1至3中任一项所述的流体压力致动器、主泵、辅助泵、主蓄能器及副蓄能器为液压设备。
5.根据权利要求4所述的作业机械，其特征在于，
机架具备：
下部行走体；及
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的液压式的动臂油缸，
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；
辅助泵流入侧单向阀，能够实现从副蓄能器向辅助泵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
辅助泵流出侧单向阀，可以实现能够将从辅助泵排出的压油蓄压于主蓄能器的方向的流动。
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