JP2001099103A - ハイブリッド油圧システム及び油圧式建設機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ハイブリッド油圧システム及び油圧式建設機
械に関し、エンジンと電気モータとをポンプの駆動源と
して併用することによって、待機後の速やかな作業復帰
と待機状態での燃料浪費及び騒音振動の大幅な低減とを
両立できるようにする。 【解決手段】 油圧を機械的動きに変換するアクチュエ
ータ１４と、アクチュエータ１４に作動油を供給する油
圧ポンプ１２と、油圧ポンプ１２を駆動するエンジン７
と、エンジン７の出力軸と油圧ポンプ１２の入力軸１２
ａとの間に介装されたクラッチ８と、油圧ポンプ１２の
入力軸１２ａに連結された電気モータ９と、アクチュエ
ータ１４の負荷状態を検出又は推定する負荷検知手段１
３ａと、負荷検知手段１３ａにより検出又は推定された
アクチュエータ１４の負荷状態に基づき、エンジン７の
始動停止と電気モータ９の始動停止とクラッチ８の断接
とを統合制御する制御手段６とをそなえてハイブリッド
油圧システムを構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、油圧ショベル等の
油圧機構を用いた建設機械の油圧システムに用いて好適
の、エンジンと電気モータとをポンプの駆動源として併
用したハイブリッド油圧システム、及び、油圧ショベル
等に用いて好適の、油圧式建設機械に関する。

【０００２】

【従来の技術】ショベル等の建設機械ではその機構とし
て機械式と油圧式とがあるが、掘削力等の力の強さや構
造の簡単さなどの利点から、油圧式が主流になってい
る。図５は、従来の油圧ショベル等の油圧機構を用いた
建設機械に用いられる油圧システムのシステム構成図で
ある。

【０００３】図５に示すように、従来の油圧システム
は、油圧ポンプ３１とエンジン（ディーゼルエンジン）
３２とをそなえ、エンジン３２により油圧ポンプ３１を
駆動して作動油に油圧を発生させるようになっている
（エンジン３２の始動はセルモータ３６によって行な
う）。発生する油圧エネルギの大きさは油圧ポンプ３１
の仕事量に応じて決まるが、ここでは、コントローラ
（制御手段）３０によりエンジン３２の回転速度を制御
し、大きな油圧エネルギが必要な場合にはエンジン回転
速度を上昇させて油圧ポンプ３１の仕事量を増大させ、
逆に大きな油圧エネルギを必要しない場合にはエンジン
回転速度を低下させて油圧ポンプ３１の仕事量を減少さ
せるようになっている。

【０００４】そして、発生した油圧により作動油はコン
トロールバルブ３３を介して必要な流量に調整され各ア
クチュエータ３４に送り込まれ、各装置（例えば、走行
装置，旋回装置，作業装置）の機械的な動きに変換され
るようになっている。油圧エネルギを供給すべきアクチ
ュエータ３４の選択は、作業レバー３５を操作すること
によって行なわれる。すなわち、作業レバー３５を操作
することにより操作信号がコントロールバルブ３３に送
信され、コントロールバルブ３３では内部の油圧回路の
スプールを動かして、目的のアクチュエータ３４に作動
油を供給するようになっているのである。

【０００５】アクチュエータ３４に作動油が送り込まれ
ている時には油圧は増加する。従って、コントロールバ
ルブ３３内の油圧を検出することによって、その大きさ
から機械が作業中であるか否かを判断することができ
る。図５に示す従来の油圧システムでは、コントロール
バルブ３３の内部油圧回路内に所定の圧力スイッチ３３
ａを設けて、油圧が所定値以上になった時には機械が作
業中であることを示す作業信号をコントローラ３０に入
力するようになっている。

【０００６】上記のような油圧システムをそなえた建設
機械、例えば油圧ショベルの使い方の代表的なものとし
て、ダンプ積込み作業がある。ダンプ積込み作業とは、
油圧ショベルで土を堀り、掘った土をダンプカーに積み
込む作業であるが、荷台の土が満杯になった時にはダン
プカーの入替えが行なわれるため、その入替えの間は油
圧ショベルは待機状態となる。

【０００７】この待機状態の間は外部への仕事がないた
め油圧ポンプ３１を駆動して油圧エネルギを発生させる
必要はなく、逆に油圧ポンプ３１を駆動するための無駄
な燃料を消費するだけとなる。しかしながら、一旦エン
ジン３２を停止してしまうと次に作業復帰するときに始
動操作のためのロスタイムが発生してしまい、また、エ
ンジン３２は始動後直ぐには回転が立ち上がらない。さ
らに、エンジン３２が回転してから油圧が所要のレベル
まで立ち上がるには、やはり幾らかの時間がかかり、作
業復帰までにさらにロスタイムが発生してしまうことに
なる。また、エンジン３２を停止するとエアコン等の快
適装備も働かなくなってしまう。

【０００８】以上のようにエンジン３２を停止させると
無駄な燃料消費はなくなるものの、様々な不具合が発生
してしまう。そこで、従来、待機時にはエンジン３２を
停止するのではなくエンジン３２の回転速度を低下さ
せ、これにより燃料消費を低減するとともに直ぐに油圧
が立ち上がるようにしていた。このエンジン回転速度を
低下させる操作は運転者のスロットルダイヤルの操作に
よっても勿論可能であるが、従来の油圧システムでは、
待機状態になると自動的にエンジン回転速度を低下させ
る制御が行なわれていた。

【０００９】この制御はオートエンジンコントロール
（ＡＥＣ）と呼ばれるものであり、図６に示すように、
コントロールバルブ３３から作業信号が所定時間入力さ
れなかった時（即ち、作業レバー３５が所定時間操作さ
れなかった時）には、コントローラ３０からエンジン３
２に回転速度指令信号を送信してエンジン３２の回転速
度を低下させるようになっている。そして、コントロー
ルバルブ３３から作業信号が入力され時（即ち、作業レ
バーが操作され時）、再びコントローラ３０からエンジ
ン３２に回転速度指令信号を送信し、元の回転速度まで
復帰させるようになっている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の油圧システムにかかる制御方法（ＡＥＣ）で
は、エンジン回転速度は低下してはいるものの、エンジ
ン３２が動作しているのには変わり無く、燃料の無駄な
消費が全くなくなるわけではない。また、エンジン３２
が動作している以上は騒音や振動が発生することは避け
られない。このように従来の油圧システムでは、待機後
の速やかな作業復帰と待機状態における燃料消費の低減
及び騒音振動の低減との両立という点においては不十分
であった。

【００１１】本発明は、このような課題に鑑み創案され
たもので、エンジンと電気モータとをポンプの駆動源と
して併用することによって、待機後の速やかな作業復帰
と待機状態での燃料浪費及び騒音振動の大幅な低減とを
両立できるようにした、ハイブリッド油圧システム及び
油圧式建設機械を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】このため、本発明のハイ
ブリッド油圧システムでは、油圧を機械的動きに変換す
るアクチュエータと、該アクチュエータに作動油を供給
する油圧ポンプと、該油圧ポンプを駆動するエンジン
と、該エンジンの出力軸と該油圧ポンプの入力軸との間
に介装されたクラッチと、該油圧ポンプの入力軸に連結
された電気モータと、該アクチュエータの負荷状態を検
出又は推定する負荷検知手段と、該負荷検知手段により
検出又は推定された該アクチュエータの負荷状態に基づ
き、該エンジンの始動停止と該電気モータの始動停止と
該クラッチの断接とを統合制御する制御手段とをそなえ
たことを特徴としている。

【００１３】好ましくは、該制御手段により、該負荷検
知手段により検出又は推定された該アクチュエータの負
荷状態が無負荷又は略無負荷のときには、該クラッチを
切断して該エンジンは停止状態に、該電気モータは作動
状態にして該電気モータにより該油圧ポンプを駆動させ
るような制御を行なう（請求項２）。また、該クラッチ
と該油圧ポンプとの間にフライホイールをそなえること
が好ましく（請求項３）、より好ましくは、該フライホ
イールを該電気モータから該油圧ポンプの入力軸に動力
を伝達するための動力伝達部材として構成する（請求項
４）。

【００１４】また、該制御手段により、該クラッチを切
断して該エンジンを停止した後、該油圧ポンプの回転速
度が所定値以下になったときに該電気モータに該油圧ポ
ンプを駆動させるような制御を行なうことが好ましい
（請求項５）。また、該電気モータの回転速度を調整す
る回転速度調整手段をそなえ、該制御手段により、該電
気モータによる該油圧ポンプの駆動時には該油圧ポンプ
の回転速度が通常運転時の回転速度よりも低い所定の回
転速度に保たれるように該回転速度調整手段を制御する
ことが好ましい（請求項６）。

【００１５】また、オペレータが該アクチュエータを操
作するための操作手段をそなえ、該制御手段により、該
操作レバーが該アクチュエータを操作する方向に操作さ
れたら該クラッチを接続し該エンジンを始動させるとと
もに、該電気モータによる該油圧ポンプの駆動を停止さ
せるような制御を行なうことが好ましく（請求項７）、
その際、該制御手段により、該エンジンを始動し該クラ
ッチを接続してから所定時間は、該電気モータにより該
油圧ポンプを駆動するような制御を行なうことがより好
ましい（請求項８）。

【００１６】また、該アクチュエータが複数そなえられ
るとともに、該油圧ポンプと上記複数のアクチュエータ
との間に介装され上記複数のアクチュエータの中の任意
のアクチュエータに該油圧ポンプから供給される作動油
を送り込むコントロールバルブをそなえ、該操作手段に
より該コントロールバルブが操作されて作動油を送り込
むべきアクチュエータが選択されるようにしてもよい
（請求項９）。

【００１７】また、該負荷検知手段は、該アクチュエー
タと該油圧ポンプとを結ぶ油圧回路上の油圧に基づき該
アクチュエータの負荷状態を検出又は推定するものでも
よく（請求項１０）、該油圧ポンプの回転速度変化に基
づき該アクチュエータの負荷状態を検出又は推定するも
のでもよく（請求項１１）、該操作手段の操作位置に基
づき該アクチュエータの負荷状態を検出又は推定するも
のでもよい（請求項１２）。

【００１８】また、該電気モータを該油圧ポンプからの
駆動力の入力により発電機としても機能するように構成
するとともに、該電気モータに接続され充電可能なバッ
テリと、該電気モータを発電機に切り換える切換手段と
をそなえ、該制御手段により、該電気モータを駆動源と
して用いるときには該バッテリから該電気モータに電力
を供給し、該電気モータを駆動源として用いないときに
は該切換手段を操作して該電気モータを発電機に切り換
え、該油圧ポンプの入力軸からの駆動力の入力により発
電した電力を該バッテリに充電するような制御を行なう
ことが好ましい（請求項１３）。

【００１９】また、該バッテリの充電残量を検出又は推
定する充電残量検知手段をそなえ、該制御手段により、
該電気モータによる該油圧ポンプの駆動時に該充電残量
検知手段により検出又は推定された該バッテリの充電残
量が充電が必要な状態にまで低下したときには、該クラ
ッチを接続し該エンジンを始動させるとともに、該切換
手段を操作して該電気モータを発電機に切り換えるよう
な制御を行なうことが好ましく（請求項１４）、その
際、該エンジンの回転速度を通常運転時の回転速度より
も低い所定の回転速度に設定することがより好ましい
（請求項１５）。

【００２０】さらに、オペレータにより操作可能なパワ
ーアップスイッチをそなえ、該制御手段により、該パワ
ーアップスイッチがオンにされたときには、該エンジン
による該油圧ポンプの駆動中でも該切換手段を操作して
該電気モータを発電機から駆動源に切り換えるような制
御を行なうことが好ましく（請求項１６）、その際、該
パワーアップスイッチがオンにされてから所定時間が経
過したら、該切換手段を操作して該電気モータを再び発
電機に切り換えるようにすることがより好ましい（請求
項１７）。

【００２１】そして、本発明の油圧式建設機械（請求項
１８）は、上述したハイブリッド油圧システム（請求項
１〜１７）のいずれかをそなえたことを特徴としてい
る。

【００２２】

【発明の実施形態】以下、図面により、本発明の実施の
形態について説明する。図１，図２は本発明の一実施形
態としてのハイブリッド油圧システムについて示すもの
であり、ここでは建設機械の一種である油圧ショベルに
適用した場合について示している。なお、本発明のハイ
ブリッド油圧システムは油圧ショベルのみならず油圧機
構を用いた建設機械一般に適用しうるものであり、さら
には建設機械のみならず油圧機構を用いた機械一般に適
用しうるものである。

【００２３】以下、図１を参照しながら本実施形態のハ
イブリッド油圧システムの構成について説明する。図１
に示すように、本ハイブリッド油圧システムは、従来の
油圧ショベルの油圧システムと同様に、作動油に油圧を
発生させる油圧ポンプ１２，油圧ポンプ１２を駆動する
エンジン７，複数のアクチュエータ１４，油圧ポンプ１
２からアクチュエータ１４に作動油を供給するコントロ
ールバルブ１３，作業レバー１６をそなえている。

【００２４】まず、これらの各構成要素から説明する
と、油圧ポンプ１２は油圧ショベルに通常用いられてい
る一般的なポンプであり、回転運動により作動油を圧縮
して油圧を発生させるようになっている。例えば、油圧
ショベル用の油圧ポンプ１２としては、ギヤポンプ，ベ
ーンポンプ，ピストンポンプ等を用いることができ、油
圧ショベルの用途やその他の要求に応じて適宜のポンプ
が採用される。

【００２５】油圧ポンプを駆動するエンジン７として
は、一般にディーゼルエンジン（勿論、ガソリンエンジ
ンでも可）が用いられる。エンジン７には燃料噴射装置
７ａがそなえられ、燃料噴射装置７ａでは後述するコン
トローラ６からのエンジン制御信号により燃料噴射量を
調整して機関回転速度を制御したり、燃料カットにより
機関を停止したりするようになっている。例えば、燃料
噴射装置７ａがメカニカルガバナーの場合には、コント
ローラ６からのエンジン制御信号によりアクチュエータ
がガバナレバーを動かして燃料噴射量を調整するように
なっている。また、燃料噴射装置７ａが電子ガバナーの
場合には、直接コントローラ６から電子ガバナーにエン
ジン制御信号が入力されて燃料噴射量を調整するように
なっている。

【００２６】アクチュエータ１４は、油圧ポンプ１２か
らコントロールバルブ１３を介して供給された作動油の
油圧エネルギを機械的な動きに変換する装置である。油
圧ショベルには目的に応じて複数のアクチュエータ１４
がそなえられている。例えば、作業装置を動かすための
油圧シリンダや、走行装置（車輪等）を動かすための走
行モータ（油圧モータ）や、旋回装置（旋回ギヤ）を動
かすための旋回モータ（油圧モータ）等である。

【００２７】コントロールバルブ１３は、任意のアクチ
ュエータ１４に油圧ポンプ１２から供給される作動油の
油圧を送り込む装置であり、オペレータによる作業レバ
ー（操作手段）１６の操作によって制御されるようにな
っている。作業レバー１６は各装置を動作させるための
入力手段であり、油圧信号出力のものと電気信号出力も
のとがある。コントロールバルブ１３では、作業レバー
１６からの信号（油圧信号又は電気信号）により、内部
油圧回路のスプールを動かして目的のアクチュエータ１
４に作動油を供給するようになっている。

【００２８】また、コントロールバルブ１３内には圧力
スイッチ（負荷検知手段）１３ａがそなえられている。
この圧力スイッチ１３ａはコントロールバルブ１３の内
部油圧が所定値以上のときにオンになるスイッチであ
る。前記所定値は装置が作動している時（即ち、アクチ
ュエータ１４に負荷が作用している時）の油圧に設定さ
れており、圧力スイッチ１３ａでは、オンになった時に
はコントローラ６に信号（作業信号）を出力するように
なっている。

【００２９】本ハイブリッド油圧システムでは、上記構
成要素に加えてさらに以下に説明するような構成要素を
そなえている。まず、エンジン７と油圧ポンプ１２との
間には、エンジン７の出力軸７ｂと油圧ポンプ１２の入
力軸１２ａとの出力の伝達を断接するクラッチ８が介装
されている。クラッチ８はコントローラ６により制御さ
れ、コントローラ６からのクラッチ信号により断接が行
なわれるようになっている。なお、クラッチ８としては
一般的な油圧クラッチ又は電磁クラッチを用いることが
できるが、構成の簡素さの点で電磁クラッチを採用する
ことが好ましい。

【００３０】また、油圧ポンプ１２の入力軸１２ａには
出力ギヤ１１が同軸に固設されている。この出力ギヤ１
１はエンジン７及び後述する電気モータ９から出力され
る駆動力を外部に出力するための部材であり、エアコン
のコンプレッサ等の駆動力はこの出力ギヤ１１から取り
出している。また、この出力ギヤ１１は十分なイナーシ
ャを持つべく大径に形成されており、クラッチ８が切断
されエンジン７からの駆動力が断たれた時に慣性力によ
って油圧ポンプ１２を駆動するためのフライホイールと
しても機能するようになっている。

【００３１】そして、本ハイブリッド油圧システムで
は、油圧ポンプ１２を駆動するための駆動源として、上
述したエンジン７に加えてさらに電気モータ９をそなえ
ている。電気モータ９はその出力軸をギヤ１０に連結さ
れており、ギヤ１０は出力ギヤ１１に噛合している。こ
のため、電気モータ９の出力はギヤ１０を介して出力ギ
ヤ１１に伝達されるようになっている。この場合、出力
ギヤ１１は電気モータ９の出力を油圧ポンプ１２に伝達
するための動力伝達部材として機能するようになってい
る。

【００３２】電気モータ９は一般的な直流モータであり
その型式は問わない。ただし、後述するように出力ギヤ
１１側からの回転の入力により発電機としても機能する
ような構成とする。電気モータ９への電力供給はバッテ
リ３により行なうようになっている。このバッテリ３は
電気モータ９のみならず、他の電気／電子システム（例
えば油圧ポンプ１２，エンジン７の制御システムや，エ
アコン，ライト，ラジオ等）１にも電源を供給するため
のものであり、一般の充電可能な車載用２次電池を用い
ることができる。なお、バッテリ３からはその端子電圧
がコントローラ６に入力されるようになっている。

【００３３】また、電気モータ９のモータ出力が大きい
場合には高圧で作動させるのが好ましいので、バッテリ
３を電気モータ９専用の高圧バッテリとすることも可能
である。この場合、他の電気／電子システム１への電力
の供給には、２４Ｖ等の低圧バッテリを別に設けるか、
若しくは降圧用コンバータで電気モータ９用の高圧バッ
テリからの電力を降圧させた上で供給するようにする。

【００３４】電気モータ９の発電機への切り換えは、モ
ード切換スイッチ（切換手段）２により行なわれるよう
になっている。モード切換スイッチ２はバッテリ３と電
気モータ９との間の電気回路を動力側か充電側かに切り
換える装置であり、一般的なリレーで構成することがで
きる。モード切換スイッチ２はコントローラ６により制
御され、コントローラ６からの切換信号によりモード切
換が行なわれるようになっている。

【００３５】そして、モード切換スイッチ２により回路
が動力側に切り換えられた時には、電気はバッテリ３か
ら電気モータ９に向けて流れるようになり、電気モータ
９は駆動源として機能するようになっている。逆に、回
路が充電側に切り換えられた時には、電気は電気モータ
９からバッテリ３に向けて流れるようになり、電気モー
タ９は発電機として機能するようになっている。

【００３６】モード切換スイッチ２により動力側に切り
換えられた時の回路上には、モータ速度制御装置（回転
速度調整手段）４が設けられている。モータ速度制御装
置４はバッテリ３からの直流電源を電力制御して電気モ
ータ９に送電する装置であり、公知のチョッパー回路等
の半導体スイッチング回路で構成することが好ましい。

【００３７】モータ速度制御装置４では、コントローラ
６からのモータ制御信号（電圧信号，ＰＷＭ信号，ＦＭ
信号等）を受けて０〜１００％の範囲で電力制御を行な
うようになっている。０％の時には供給電力は０になっ
て電気モータ９は停止し、１００％の時にはバッテリ３
から電気モータ９に最大電力が供給されモータ速度は最
大になる。つまり、モータ速度制御装置４では、コント
ローラ６からのモータ制御信号によってモータ速度を連
続可変制御できるようになっているのである。

【００３８】一方、モード切換スイッチ２により充電側
に切り換えられた時の回路上には、定電圧電源装置５が
設けられている。定電圧電源装置５は電気モータ９が発
電機として機能する時、この発電機から入力された不安
定な電力を定電圧化した上でバッテリ３側へ送電する装
置であり、公知のスイッチングレギュレータ（降圧タイ
プ，昇圧タイプ共に可能）で構成することができる。こ
の定電圧電源装置５をそなえることにより、発電機（電
気モータ）９で発電した電力をバッテリ３へ充電しなが
ら同時に電気／電子システム１に供給することが可能と
なり、電気モータ９を通常のオルタネータとして用いる
ことができるようになっている。

【００３９】さらに本ハイブリッド油圧システムでは、
その機能要素としてピックアップ１７，パワーアップス
イッチ１８，エコスイッチ１９及びスロットルダイヤル
１５をそなえている。ピックアップ１７は出力ギヤ１１
の円周面を臨むようにそなえられており、出力ギヤ１１
の円周面に刻まれた歯の有無を検出するようになってい
る。そして、出力ギヤ１１の回転に伴い検出した歯の有
無に応じて、コントローラ６にパルス信号（回転速度信
号）を出力するようになっている。

【００４０】パワーアップスイッチ１８，エコスイッチ
１９及びスロットルダイヤル１５は、上述の作業レバー
１６とともに図示しない操縦席にそなえられている。パ
ワーアップスイッチ１８はより強い油圧を要求する時、
エコスイッチ１９は省エネ運転を行なう時のために設け
られられたスイッチであり、各スイッチ１８，１９を押
すことによってそれぞれコントローラ６に信号が入力さ
れるようになっている。また、スロットルダイヤル１５
はエンジン７の回転速度を段階的或いは連続的に設定す
るための手段であり、例えば、ポテンシャルメータやロ
ータリスイッチを用いることができる。

【００４１】さらに上記の構成要素に加えて、操縦席に
はキースイッチ２０がそなえられている。このキースイ
ッチ２０はエンジンの始動又は停止させるためのもので
あり、オペレータがキースイッチ２０をオンにした時に
は、キースイッチ２０からコントローラ６に始動信号が
入力され、逆にキースイッチ２０をオフにした時には、
停止信号が入力されるようになっている。

【００４２】以上、従来の油圧システムと同じ機能要素
に加えて本ハイブリッド油圧システムにおいて新たに設
けられた構成要素についても説明したが、これらを統合
制御するコントローラ（制御手段）６の機能にも従来の
油圧システムと比較して大きな相違がある。以下、図２
に示す機能ブロック図を参照しながら本ハイブリッド油
圧システムにかかるコントローラ６の機能について説明
する。

【００４３】図２に示すように、コントローラ６はその
機能要素として、エンジン制御手段２１，クラッチ制御
手段２２，モータ制御手段２３，運転切換制御手段２
４，タイマ２５，充電判定手段２６，始動停止制御手段
２７をそなえている。なお、コントローラ６はマイコン
により構成された一般的な電子制御装置であり（勿論、
マイコンによらずロジック回路等であってもかまわな
い）、上記の各機能要素２１〜２７はマイコンを動作さ
せるプログラムを適宜設計することによって（或いはロ
ジック回路を適宜設計することによって）構成すること
ができるようになっている。

【００４４】各機能要素について説明すると、まず、エ
ンジン制御手段２１はエンジン７の運転状態を制御する
制御手段である。エンジン制御手段２１では、後述する
運転切換制御手段２４，始動停止制御手段２７からの始
動／停止信号，充電判定手段２６からの再始動信号及び
スロットルダイヤル１５からのエンジン回転数設定信号
に基づき、エンジン７の燃料噴射装置７ａに適宜エンジ
ン制御信号を出力して、燃料噴射量を調整してエンジン
回転速度を制御したり、燃料カットにより機関を停止さ
せたりするようになっている。

【００４５】具体的には、運転切換制御手段２４又は始
動停止制御手段２７から停止信号が入力された時には、
エンジン７を停止させるべく燃料噴射装置７ａに燃料噴
射をカットさせるようになっている。逆に始動信号が入
力された時には、エンジン７を始動させるべく燃料噴射
装置７ａに燃料を噴射させるようになっている。ここで
噴射される燃料は始動用に調整された量の燃料であり、
始動後は通常運転時のエンジン回転速度（作業用エンジ
ン回転速度）になるように燃料噴射装置７ａに燃料噴射
量を制御させるようになっている。

【００４６】また、エンジン７の停止時において充電判
定手段２６から再始動信号が入力された時には、エンジ
ン７を再始動させるべく燃料噴射装置７ａに始動可能な
燃料噴射量を噴射させるとともに、エンジン７の再始動
後は作業用エンジン回転速度よりも低い所定のエンジン
回転速度（省エネエンジン回転速度）になるように燃料
噴射装置７ａからの燃料噴射量を制御するようになって
いる。また、スロットルダイヤル１５からエンジン回転
数設定信号が入力された時には、設定されたエンジン回
転数を達成するように燃料噴射装置７ａからの燃料噴射
量を適宜増減制御するようになっている。

【００４７】クラッチ制御手段２２はクラッチ８の断接
を制御する制御手段であり、後述する運転切換制御手段
２４，始動停止制御手段２７及び充電判定手段２６から
のクラッチ断接信号に基づきクラッチ８の断接制御を行
なうようになっている。具体的には、運転切換制御手段
２４又は始動停止制御手段２７からクラッチ切断信号が
入力された時には、エンジン７を油圧ポンプ１２から切
り離すべくクラッチ８を切断し、逆に運転切換制御手段
２４，始動停止制御手段２７又は充電判定手段２６から
クラッチ接続信号が入力された時には、エンジン７を油
圧ポンプ１２に連結すべくクラッチ８を接続するように
なっている。

【００４８】次に、モータ制御手段２３について説明す
ると、モータ制御手段２３はモード切換スイッチ２とモ
ータ速度制御装置４とを制御することによって電気モー
タ９の運転状態を制御する制御手段である。モータ制御
手段２３では、後述する運転切換制御手段２４，充電判
定手段２６からの動力側／充電側切換信号，始動停止制
御手段２７からのクランキング信号，パワーアップスイ
ッチ１８からのパワーアップ信号及びエコスイッチ１９
からのエコ信号に基づき、モード切換スイッチ２にモー
ド切換信号を出力して回路の動力側と充電側との切換を
行なうとともに、モータ速度制御装置４にモータ制御信
号を出力して電気モータ９のオン／オフやモータ回転速
度を制御するようになっている。

【００４９】具体的には、運転切換制御手段２４から動
力側への切換信号が入力された時には、電気モータ９を
油圧ポンプ１２の駆動源とすべくモード切換スイッチ２
により回路を充電側から動力側に切り換えさせるととも
に、所定のモータ回転速度（省エネ運転時モータ回転速
度）になるようにモータ速度制御装置４に電気モータ９
への電力供給量を調整させるようになっている。逆に運
転切換制御手段２４又は充電判定手段２６から充電側へ
の切換信号が入力された時には、電気モータ９を発電機
として機能させるべくモード切換スイッチ２により回路
を動力側から充電側に切り換えさせるようになってい
る。

【００５０】また、始動停止制御手段２７からクランキ
ング信号が入力された時には、エンジン７をクランキン
グすべくモード切換スイッチ２により回路を充電側から
動力側に切り換えさせるとともに、電気モータ９への電
力供給量を最大して所定のモータ回転速度（クランキン
グ時モータ回転速度）になるようにモータ速度制御装置
４を制御するようになっている。

【００５１】また、通常運転時においてパワーアップス
イッチ１８からパワーアップ信号が入力された時には、
電気モータ９の出力をエンジン７の出力に加算すべくモ
ード切換スイッチ２により回路を充電側から動力側に切
り換えさせるとともに、所定のモータ回転速度（パワー
アップ時モータ回転速度）になるようにモータ速度制御
装置４に電気モータ９への電力供給量を調整させるよう
になっている。また、省エネ運転時においてエコスイッ
チ１９からエコ信号が入力された時には、モータ回転速
度が省エネ運転時モータ回転速度よりもさらに低い第２
省エネ運転時モータ回転速度になるようにモータ速度制
御装置４に電気モータ９への電力供給量を調整させるよ
うになっている。

【００５２】次に、運転切換制御手段２４について説明
すると、運転切換制御手段２４は装置の運転状態に応じ
て通常運転と省エネ運転との間で運転モードを切り換え
るための制御手段であり、圧力スイッチ１３ａからの作
業信号，ピックアップ１７からのパルス信号（回転速度
信号）に基づき装置の運転状態を判断し、エンジン制御
手段２１，クラッチ制御手段２２，モータ制御手段２３
に適宜制御信号を出力して運転モードを切り換えるよう
になっている。

【００５３】具体的には、運転切換制御手段２４では、
圧力スイッチ１３ａからの作業信号が入力されている間
は装置が稼動状態（即ち、アクチュエータ１４に負荷が
作用している状態）にあるとみなすようになっている。
そして、圧力スイッチ１３ａからの作業信号がオフにな
るとタイマ２５を作動させ、所定時間オフが続くと装置
が待機状態（即ち、アクチュエータ１４が無負荷又は略
無負荷状態）になったものと判定するようになってい
る。

【００５４】装置が待機状態になったものと判定された
場合、運転切換制御手段２４は、まず第１省エネ運転を
行なうようになっている。第１省エネ運転では、クラッ
チ８を切断すべくクラッチ制御手段２２にクラッチ切断
信号を出力し、続いてエンジン７を停止させるべくエン
ジン制御手段２１に停止信号を出力するようになってい
る。この第１省エネ運転によりエンジン７は停止し、油
圧ポンプ１２はフライホイールとしての出力ギヤ１１の
慣性によって回転駆動されるようになる。また、第１省
エネ運転中において運転切換制御手段２４では、ピック
アップ１７からの回転速度信号に基づき出力ギヤ１１の
回転速度（油圧ポンプ１２の入力軸１２ａの回転速度）
を演算し、演算した回転速度が所定値（省エネ運転時モ
ータ回転速度に対応する値）以下まで低下したか否か判
定するようになっている。

【００５５】そして、出力ギヤ１１の回転速度が所定値
以下まで低下したと判定された時には、第２省エネ運転
を行なうようになっている。第２省エネ運転では、電気
モータ９の機能を発電機から駆動源に切り換えて油圧ポ
ンプ１２を駆動させるべく、モータ制御手段２３に駆動
側への切換信号を出力するようになっている。この第２
省エネ運転により油圧ポンプ１２は電気モータ９により
所定の省エネ運転時モータ回転速度で回転駆動されるよ
うになる。

【００５６】一方、省エネ運転中（第１省エネ運転又は
第２省エネ運転中）において圧力スイッチ１３ａからの
作業信号がオンになった時には、運転切換制御手段２４
では、まず、エンジン７を始動させるべくエンジン制御
手段２１に始動信号を出力し、続いてクラッチ８を接続
すべくクラッチ制御手段２２にクラッチ接続信号を出力
するようになっている。そして、クラッチ接続信号の出
力と同時にタイマ２５を作動させ、所定時間経過した時
点で電気モータ９の機能を発電機に切り換えるくモータ
制御手段２３に充電側への切換信号を出力するようにな
っている。

【００５７】充電判定手段２６はバッテリ３の充電状態
を判定して上記の第２省エネ運転でのバッテリ３の過放
電を防止するための手段であり、内部に電圧計（充電残
量検知手段）をそなえている。そして、バッテリ３から
入力される端子電圧を計測し、計測した端子電圧が所定
値以下になった時には、バッテリ３が充電残量が充電が
必要な状態まで低下したものと判定するようになってい
る。

【００５８】バッテリ３の充電残量が充電が必要な状態
まで低下したものと判定された場合、充電判定手段２６
では、電気モータ９の機能を発電機に切り換えるべくモ
ータ制御手段２３に充電側への切換信号を出力するとと
もに、エンジン７によって油圧ポンプ１２を駆動すべく
エンジン制御手段２１に再始動信号を出力し、クラッチ
制御手段２２にクラッチ接続信号を出力するようになっ
ている。

【００５９】最後に始動停止制御手段２７について説明
すると、始動停止制御手段２７はエンジン７の始動停止
を行なう制御手段であり、上述の運転切換制御手段２４
のような自動的にエンジン７を始動停止させるのではな
く、オペレータのキースイッチ２０の操作を受けてエン
ジン制御手段２１，モータ制御手段２３に適宜制御信号
を出力してエンジン７を始動停止させるようになってい
る。

【００６０】具体的には、オペレータのキースイッチ２
０のオン操作により始動信号が入力された時には、始動
停止制御手段２７では、エンジン８を油圧ポンプ１２に
連結すべくクラッチ制御手段２２にクラッチ接続信号を
出力し、電気モータ９によってエンジン７をクランキン
グさせるべくモータ制御手段２３に動力側への切換信号
を出力するとともに、エンジン７に始動用の燃料を噴射
すべくエンジン制御手段２１に始動信号を出力するよう
になっている。逆に、オペレータのキースイッチ２０の
オフ操作により停止信号が入力された時には、エンジン
７への燃料噴射をカットすべくエンジン制御手段２１に
停止信号を出力し、クラッチ８を切断すべくクラッチ制
御手段２２にクラッチ切断信号を出力するようになって
いる。

【００６１】本発明の一実施形態としてのハイブリッド
油圧システムは上述のように構成されているので、本ハ
イブリッド油圧システムをそなえた油圧ショベルの運転
時には次のような作用及び効果が得られる。以下、図３
に示すタイムチャートを参照しながら本ハイブリッド油
圧システムの作用及び効果について説明する。まず、油
圧ショベルの停止時（即ち、エンジン７，電気モータ９
の停止時）においてオペレータが図示しないキースイッ
チを回すと、キースイッチからコントローラ６に始動信
号が入力される。

【００６２】この始動信号を受けてコントローラ６で
は、クラッチ８にクラッチ信号を出力してクラッチ８を
接続するとともに、モード切換スイッチ２にモード切換
信号を出力して回路を動力側に切換え、モータ速度制御
装置４へのモータ制御信号を最大値にし、さらにエンジ
ン７の燃料噴射装置７ａにエンジン制御信号を出力して
始動時の燃料噴射量にセットする（ガバナの位置を始動
時の燃料噴射位置にセットする）。これによりバッテリ
３から電気モータ９へ最大の電力が供給され、電気モー
タ９はセルモータとして機能し、ギヤ１０，出力ギヤ
（フライホイール）１１，クラッチ８を介してエンジン
７をクランキングする。この電気モータ９によるクラン
キングによって燃料噴射装置７ａから噴射された燃料が
着火し、エンジン７は始動する。

【００６３】エンジン７の始動後、コントローラ６はモ
ード切換スイッチ２にモード切換信号を出力して回路を
充電側に切り換える。この回路の切換によりバッテリ３
から電気モータ９への通電が断たれるため電気モータ９
は動力発生源ではなくなるが、エンジン７が回転してい
るため、今度はクラッチ８，出力ギヤ（フライホイー
ル）１１，ギヤ１０を介して電気モータ９がエンジン７
により回転駆動されるようになり、電気モータ９は発電
機（オルタネータ）として機能するようになる。そし
て、回路にそなえられた定電圧電源装置５によって安定
化され、バッテリ３に充電されるとともに他の電気／電
子システム１にも供給される。

【００６４】エンジン７により油圧ポンプ１２を駆動し
ている間は、一般的な油圧ショベルと同様にスロットル
ダイヤル１５を回すことによって任意のエンジン回転速
度に設定することができ、エンジン回転速度に応じた大
きさの油圧をコントロールバルブ１３に供給できる。そ
して、作業レバー１６を操作することによってコントロ
ールバルブ１３から目的のアクチュエータ１４に油圧を
送りこみ、作業装置に所望の動作を行なわせることがで
きる。

【００６５】このように作業装置を動作させている間
は、圧力スイッチ１３ａから作業信号が入力されている
が、図３に示すように作業を中断してアクチュエータ１
４を動かさなくなると（時点ｔ０）、圧力スイッチ１３
ａからの作業信号はオフになり、コントローラ６は所定
時間tt１が経過したところで運転モードを通常運転から
省エネ運転（第１省エネ運転）に切り換える（時点ｔ
１）。

【００６６】第１省エネ運転では、上述したようにクラ
ッチ８を切り離した後、直ぐに燃料噴射装置７ａからの
燃料噴射をカットしてエンジン７を停止させる。これに
より油圧ポンプ１２への動力は断たれるが、アクチュエ
ータ１４が作動しなていなため無負荷又は略無負荷であ
り、また、出力ギヤ（フライホイール）１１のイナーシ
ャは十分に大きいため、出力ギヤ１１は徐々に回転速度
を落としながらも暫くの間は回転し続ける。この間、油
圧ポンプ１２は出力ギヤ１１の回転により駆動されるの
で、回転速度に応じた大きさの油圧が発生する。また、
エンジン７は停止しているので、騒音振動は少なく燃料
消費量は０となる。

【００６７】オペレータが作業レバー１６を操作する
と、圧力スイッチ１３ａからの作業信号はオンになり、
コントローラ６は作業状態と認識する（時点ｔ２）。そ
して、燃料噴射装置７ａにエンジン制御信号を出力して
始動用の燃料を噴射させるととともに、クラッチ８にク
ラッチ信号を出力してクラッチ８を接続する。このクラ
ッチ８の接続によりエンジン７はクランキング状態にな
るが、電気モータ９がセルモータとして機能する時より
もはるかに速い回転速度でクランキングするので、エン
ジン７はほとんど遅れなく始動し、エンジン回転速度は
所定の作業用エンジン回転速度まで速やかに上昇し、出
力ギヤ１１の回転速度Ｎも作業用回転速度Ｎ1 まで速や
かに上昇する。

【００６８】この時、コントローラ６では、上記制御に
よってエンジン７を始動させるとともに、モード切換ス
イッチ２にモード切換信号を出力して電気モータ９を充
電側から動力側へ切り換える。これによりクラッチ８の
接続による負荷等によって出力ギヤ１１の回転速度Ｎが
低下することが防止され、回転速度Ｎは作業用回転速度
Ｎ1 まで速やかに上昇する。なお、この電気モータ９に
よる始動補助はエンジン７の立ち上がりに一時的に行な
い、上記の時点ｔ２から所定時間tt２が経過した後は、
モード切換スイッチ２にモード切換信号を出力して電気
モータ９を再び発電機として機能させる。

【００６９】再び作業を中断してアクチュエータ１４を
動かさなくなると（時点ｔ３）、コントローラ６は所定
時間tt１が経過したところで運転モードを通常運転から
省エネ運転（第１省エネ運転）に切り換える（時点ｔ
４）。そして、出力ギヤ１１の回転速度Ｎが所定の回転
速度（省エネ回転速度）Ｎ0 まで低下した時、コントロ
ーラ６は運転モードを通常運転から第１省エネ運転から
第２省エネ運転に切り換える（時点ｔ５）。

【００７０】第２省エネ運転では、上述したようにモー
ド切換スイッチ２にモード切換信号を出力して回路を充
電側から動力側に切り換える。これにより、バッテリ３
からモータ速度制御装置４を介して発電機として機能し
ていた電気モータ９は、本来のモータとして機能するよ
うになり、ギヤ１０，出力ギヤ１１を介して油圧ポンプ
１２に駆動力が伝達されるようになる。

【００７１】この時、油圧ポンプ１２は無負荷のため、
電気モータ９は小さい出力で出力ギヤ１１の回転速度Ｎ
を保持することができる。そして、コントローラ６はピ
ックアップ１７からの回転速度信号に基づき算出される
入力軸１２ａの回転速度Ｎをフィードバックしながらモ
ータ速度制御装置４により電気モータ９への電力制御を
行ない、出力ギヤ１１の回転速度Ｎが所定の省エネ回転
速度Ｎ0に維持されるように制御する。これにより、長
時間の作業待ち状態が続いた場合でも電気モータ９によ
る駆動によって一定の油圧が維持される。また、エンジ
ン７は停止しているので、騒音振動は少なく燃料消費量
は０となる。

【００７２】オペレータが作業レバー１６を操作する
と、圧力スイッチ１３ａからの作業信号はオンになり、
コントローラ６は作業状態と認識する（時点ｔ６）。そ
して、燃料噴射装置７ａにエンジン制御信号を出力して
始動用の燃料を噴射させるとともに、クラッチ８にクラ
ッチ信号を出力してクラッチ８を接続する。このクラッ
チ８の接続によりエンジン７はクランキング状態になる
が、電気モータ９による駆動と出力ギヤ１１のイナーシ
ャとによってエンジン７はほとんど遅れなく始動し、出
力ギヤ１１の回転速度Ｎは作業用回転速度Ｎ1 まで速や
かに上昇する。ただし、電気モータ９による始動補助は
エンジン７の立ち上がりに一時的に行ない、上記の時点
ｔ６から所定時間tt２が経過した後は、モード切換スイ
ッチ２にモード切換信号を出力して電気モータ９を発電
機として機能させる。

【００７３】なお、上記省エネ回転速度Ｎ0 は、作業用
回転速度Ｎ1 よりは十分に低いがエンジン７の始動時の
アイドル回転速度よりは高い値（例えば、１０００ｒｐ
ｍ〜１５００ｒｐｍ）である。このような回転速度Ｎ0
を選定することにより出力ギヤ１１のイナーシャと相ま
って大きなエネルギが維持されるようになり、作業レバ
ー１６の操作による油圧ポンプ１２よりも下流側での負
荷投入やエンジン始動時のクラッチ８の接続による負荷
の影響が少なく、出力ギヤ１１の回転速度Ｎは作業レバ
ー１６の操作に対して応答遅れなく立ち上がるようにな
る。

【００７４】また、コントローラ６は常にバッテリ３の
充電状態を端子電圧に基づきセンシングしており、上記
第２省エネ運転中においてバッテリ３の充電残量が充電
が必要な状態まで低下した時には、直ちにモード切換ス
イッチ２にモード切換信号を出力して回路を充電側に切
り換える。そして、エンジン噴射制御信号を出力して始
動燃料を噴射するとともにクラッチ信号を出力してクラ
ッチ８を接続し、エンジン７をクランキングして始動さ
せる。始動後は出力ギヤ１１の回転速度Ｎが省エネ回転
速度Ｎ0 に維持されるようにエンジン回転速度を制御す
る。これにより、電気モータ９はクラッチ８，出力ギヤ
１１，ギヤ１０を介してエンジン７によって駆動され発
電機として機能するようになり、バッテリ３の過放電が
防止される。

【００７５】また、長時間のダンプ待ちのように待機状
態が長く続く場合には、オペレータの判断によりエコス
イッチ１９を押すこともできる。このエコスイッチ１９
が押されると、コントローラ６はモータ速度制御手段４
にモータ制御信号を出力し、出力ギヤ１１の回転速度Ｎ
が省エネ回転速度Ｎ0 よりもさらに低い第２省エネ回転
速度Ｎ2 （例えば８００ｒｐｍ）になるようにモータ回
転速度を下げさせる。これにより待機状態での騒音振動
が更に低減するとともに、バッテリ３の放電速度が低下
してバッテリ３が充電を要する状態になるまでの時間が
延ばされる。

【００７６】なお、再度エコスイッチ１９を押した場合
には、コントローラ６はモータ速度制御手段４にモータ
制御信号を出力し、出力ギヤ１１の回転速度Ｎが通常の
省エネ回転速度Ｎ0 に戻るようにモータ回転速度を上昇
させる。また、作業レバー１６を操作した場合には、コ
ントローラ６は作業状態に復帰したと認識して上述した
ようにクラッチ８を接続しエンジン７を始動させるとと
もに、始動後は電気モータ９の機能を駆動源から発電機
に切り換える。

【００７７】さらに、作業状態においてより大きな作業
能力が要求される場合には、オペレータの判断によりパ
ワーアップスイッチ１８を押すこともできる。このパワ
ーアップスイッチ１８が押されるとコントローラ６はパ
ワーアップ制御を開始する。即ち、モード切換スイッチ
２にモード切換信号を出力して回路を充電側から動力側
に切り換えるとともに、モータ速度制御手段４にモータ
制御信号を出力してモータ回転速度を所定値に設定す
る。これによりエンジン７の駆動力に電気モータ９の駆
動力が加算され、油圧ショベルの作業能力が大きく向上
する。ただし、パワーアップ制御が一定時間続いた時
は、コントローラ６は自動的にモード切換スイッチ２に
モード切換信号を出力して回路を動力側から充電側に切
り換える。これにより電気モータ９の焼損やバッテリ３
の過放電が防止される。

【００７８】このように本ハイブリッド油圧システムに
よれば、圧力スイッチ１３ａからの作業信号が所定時間
入力されなかった時には、クラッチ８を切断してエンジ
ン７を停止するので、騒音振動が少なく無駄な燃料を消
費しないという利点がある。また、エンジン７を停止し
た後も油圧ポンプ１２の入力軸１２ａは出力ギヤ（フラ
イホイール）１１のイナーシャによって回転しているの
で、クラッチ８を接続するだけで直ぐにエンジン７を始
動させることができ、速やかに作業復帰することができ
るという利点がある。

【００７９】そして、待機状態が続き出力ギヤ１１の回
転速度Ｎが低下してきた時には、電気モータ９によって
入力軸１２ａを駆動して所定の省エネ回転速度Ｎ0 に維
持するので、待機状態が続いた場合でもいつでも直ぐに
エンジン７を始動させることができ、速やかに作業復帰
することができるという利点がある。さらに、作業状態
に復帰する時にはエンジン７が立ち上がるまでの間電気
モータ９を駆動状態にするので、クラッチ８の接続に伴
う負荷等による回転速度Ｎの低下を防止して速やかに作
業状態に復帰することができるという利点がある。

【００８０】また、バッテリ３の充電残量は端子電圧に
基づき常にウオッチしており、充電残量が低下した時に
は電気モータ９を発電機に切り換えるのでバッテリ３が
過放電してしまうことを防止することができるという利
点もある。また、電気モータ９は発電機（オルタネー
タ）として機能するとともに、エンジン７の始動時には
セルモータとしても機能するので、オルタネータとセル
モータとを別に設ける必要がなく部品点数を削減するこ
とができるという利点がある。

【００８１】さらに、この電気モータ９は作業中断時の
無負荷状態での回転速度維持を目的としたものであるの
で、小型化することができるという利点もある。また、
出力ギヤ１１をフライホイールとして用いるとともに、
電気モータ９の出力を入力軸１２ａに伝達するための動
力伝達部材としても用いることによっても、部品点数を
削減することができるという利点がある。

【００８２】また、出力ギヤ（フライホイール）１１は
その慣性力によってエンジン７が停止した後も回転し続
け、回転速度が低下した時には電気モータ９によって駆
動されるので、待機状態となり自動的にエンジン７が停
止した時でもエアコンのコンプレッサを駆動することが
でき、オペレータはエアコンを使用し続けることができ
るという利点がある。

【００８３】さらに、長時間待機状態が続くような場合
には、エコスイッチ１８を押すことにより出力ギヤ１１
の回転速度Ｎを省エネ回転速度Ｎ0 よりも低い第２省エ
ネ回転速度Ｎ2 に設定することができるので、さらに騒
音振動を低減することができるとともに、バッテリ３が
放電されるまでの時間を延ばすことができるという利点
もある。そして、この場合でも作業状態への復帰時には
出力ギヤ１１のイナーシャと相まってスムーズにエンジ
ン７を始動することができる。

【００８４】さらに、作業状態においてパワーアップス
イッチ１８を押した場合には、エンジン７の駆動力に電
気モータ９の駆動力を加算して油圧ショベルの作業能力
を大きく向上させることができるという利点がある。ま
た、このパワーアップ制御には一定のタイムリミットが
設けられているので、電気モータ９の焼損やバッテリ３
の過放電を防止することができるという利点もある。

【００８５】以上、本発明の一実施形態について説明し
たが、本発明は上述した実施形態に限定されるものでは
なく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実
施することができる。例えば、上述の実施形態では、バ
ッテリ３の端子電圧からバッテリ３の充電残量を推定す
るようになっているが、バッテリ３内に比重センサ（充
電残量検知手段）をそなえて検出したバッテリ液の比重
から充電残量を推定するようにしてもよい。また、電
圧，電流を積算時間から推定することも可能である。

【００８６】また、上述の実施形態では、負荷検知手段
として圧力スイッチ１３ａをそなえ、コントロールバル
ブ１３の油圧回路内の油圧に基づき装置が待機状態か否
か判定するようになっているが、これに限らず作業レバ
ー１６の操作位置を検出して操作位置が中立位置であれ
ば待機状態であると判定するようにしてもよい。さら
に、ピックアップ１７により検出される出力ギヤ１１の
回転速度Ｎの変化（回転速度Ｎの落ち込み具合）から装
置が作業状態か又は待機状態かを判定するようにしても
よい。例えば、回転速度Ｎの落ち込みが大きい時には装
置に負荷がかかっているのと判断することができる。

【００８７】また、上述の実施形態では、出力ギヤ１１
をギヤ１０と噛合させることにより電気モータ２と油圧
ポンプ１２との間の動力伝達を行なっているが、ベルト
とプーリ（一方のプーリはフライホイールと兼用）によ
り動力を伝達するようにしてもよい。さらに、図４に示
すように、電気モータ９を油圧ポンプ１２の入力軸１２
ａと同軸に配設し、電気モータ９のロータを入力軸１２
ａと一体に構成するようにしてもよい。

【００８８】また、上述の実施形態では、電気モータ９
として直流モータをそなえているが、ベクトル制御やイ
ンバータ等の公知の技術を用いることによって交流モー
タをそなえることも可能である。ただし、この場合には
電気モータ（交流モータ）は回生能力を有することが前
提であり、当然ながらモータ速度制御装置４，定電圧電
源装置５は交流に対応したものにする必要がある。

【００８９】さらに、コントローラ６による制御方法に
ついても上述の実施形態に限定されず種々の制御方法が
可能である。例えば、上述の実施形態ではオペレータが
パワーアップスイッチ１８を押すことによってパワーア
ップ制御を実行しているが、アクチュエータ１４の負荷
を検出し、検出した負荷の大きさに応じて電気モータ９
によるアシストを行なうようにすることもできる。

【００９０】また、検出したアクチュエータ１４の負荷
が小さい場合には、クラッチ８を切離してエンジン７を
停止し、電気モータ９のみによって油圧ポンプ１２を駆
動することもできる。さらに、外部から電力供給を受け
るようにすることによって、エンジン７を停止しクラッ
チ８を切り、電気モータ９のみで油圧ポンプ１２を駆動
すれば排気ガスの全く出ない電気ショベルとして機能さ
せることができる。

【００９１】即ち、本発明のハイブリッド油圧システム
によれば、アクチュエータ１４の負荷状態に応じたエン
ジン７，電気モータ９及びクラッチ８の統合制御が可能
であり、油圧ショベルをはじめとした油圧式建設機械の
作業状況に応じた最適な油圧制御を行なうことができ
る。

【００９２】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明のハイブリ
ッド油圧システム（請求項１〜１７）によれば、検出又
は推定されたアクチュエータの負荷状態に基づき、エン
ジンの始動停止と電気モータの始動停止とクラッチの断
接とを統合制御することによって、アクチュエータの使
用状況に応じた最適な油圧制御を行なうことができると
いう利点がある。

【００９３】特に、検出又は推定されたアクチュエータ
の負荷状態が無負荷又は略無負荷のときにはクラッチを
切断しエンジンを停止状態にして、電気モータにより油
圧ポンプを駆動させるようにすれば、待機状態での騒音
振動を大幅に低減できるとともに無駄な燃料消費を無く
すことができ、加えて速やかな作業復帰も可能になると
いう利点がある（請求項２）。

【００９４】また、クラッチと油圧ポンプとの間にフラ
イホイールをそなえるようにすれば、エンジンを停止し
た後も油圧ポンプはフライホイールのイナーシャによっ
て回転しているので、クラッチを接続するだけで直ぐに
エンジンを始動させることができ、速やかに作業復帰す
ることができるという利点があり（請求項３）、その
際、フライホイールを電気モータから油圧ポンプの入力
軸に動力を伝達するための動力伝達部材として構成する
ようにすれば、部品点数を増加させることもない（請求
項４）。

【００９５】また、クラッチを切断してエンジンを停止
した後、油圧ポンプの回転速度が所定値以下になったと
きに電気モータに油圧ポンプを駆動させるようにすれ
ば、電気モータによる電気の消費を抑えることができる
という利点がある（請求項５）。また、油圧ポンプの回
転速度が通常運転時の回転速度よりも低い所定の回転速
度に保たれるように電気モータの回転速度を調整するよ
うにすれば、より騒音振動を低減することができるとい
う利点がある（請求項６）。

【００９６】また、操作レバーがアクチュエータを操作
する方向に操作されたらクラッチを接続しエンジンを始
動させるとともに、電気モータによる油圧ポンプの駆動
を停止させるようにすれば、オペレータの意思に応じた
速やかな作業復帰が可能になるという利点があり（請求
項７）、特に、エンジンを始動しクラッチを接続してか
ら所定時間は電気モータにより油圧ポンプを駆動するよ
うにすれば、クラッチの接続に伴う負荷によってエンジ
ン回転速度が低下することを防止して速やかな作業復帰
が可能になるという利点がある（請求項８）。

【００９７】また、電気モータを駆動源として用いると
きにはバッテリから電気モータに電力を供給し、電気モ
ータを駆動源として用いないときには発電機に切り換え
て発電した電力をバッテリに充電するようにすれば、外
部から電力を供給することなく電気モータを作動させる
ことができるという利点があり、また、オルタネータを
別に設ける必要がなく部品点数を削減することができる
という利点もある（請求項１３）。

【００９８】また、電気モータによる油圧ポンプの駆動
時にバッテリの充電残量が充電が必要な状態にまで低下
したときには、クラッチを接続しエンジンを始動させる
とともに電気モータを発電機に切り換えるようにすれ
ば、バッテリの過放電を防止することができるという利
点があり（請求項１４）、その際、エンジンの回転速度
を通常運転時の回転速度よりも低い所定の回転速度に設
定するようにすれば、騒音振動を低減することができる
（請求項１５）。

【００９９】さらに、パワーアップスイッチがオンにさ
れたときにはエンジンによる油圧ポンプの駆動中でも電
気モータを発電機から駆動源に切り換えるようにすれ
ば、エンジンの駆動力に電気モータの駆動力を加算して
アクチュエータの作業能力を大きく向上させることがで
きるという利点があり（請求項１６）、その際、パワー
アップスイッチがオンにされてから所定時間が経過した
ら電気モータを再び発電機に切り換えるようにすれば、
バッテリの過放電や電気モータの焼損を防止することが
できるという利点がある（請求項１７）。

【０１００】そして、本発明の油圧式建設機械（請求項
１８）によれば、上述したハイブリッド油圧システム
（請求項１〜１７）をそなえることによって、待機後の
速やかな作業復帰と待機状態での燃料浪費及び騒音振動
の大幅な低減とを両立することができるという利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態としてのハイブッリド油圧
システムの構成を示す図である。

【図２】本発明の一実施形態としてのハイブッリド油圧
システムにかかるコントローラの機能を示す機能ブロッ
ク図である。

【図３】本発明の一実施形態としてのハイブッリド油圧
システムの動作を説明するためのタイムチャートであ
る。

【図４】本発明の一実施形態としてのハイブッリド油圧
システムの構成の変形例を示す図である。

【図５】従来の油圧システムの構成を示す図である。

【図６】従来の油圧システムの動作を説明するためのタ
イムチャートである。

【符号の説明】

１ 電気／電子システム ２ モード切換スイッチ（切換手段） ３ バッテリ ４ モータ速度制御装置（回転速度調整手段） ５ 定電圧電源装置 ６ コントローラ（制御手段） ７ エンジン ７ａ 燃料噴射装置 ８ クラッチ ９ 電気モータ １０ ギヤ １１ 出力ギヤ（フライホイール） １２ 油圧ポンプ １３ コントロールバルブ １３ａ 圧力スイッチ（負荷検知手段） １４ アクチュエータ １５ スロットルダイヤル １６ 作業レバー（操作手段） １７ ピックアップ １８ パワーアップスイッチ １９ エコスイッチ ２０ キースイッチ

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 油圧を機械的動きに変換するアクチュエ
   ータと、 該アクチュエータに作動油を供給する油圧ポンプと、 該油圧ポンプを駆動するエンジンと、 該エンジンの出力軸と該油圧ポンプの入力軸との間に介
   装されたクラッチと、 該油圧ポンプの入力軸に連結された電気モータと、 該アクチュエータの負荷状態を検出又は推定する負荷検
   知手段と、 該負荷検知手段により検出又は推定された該アクチュエ
   ータの負荷状態に基づき、該エンジンの始動停止と該電
   気モータの始動停止と該クラッチの断接とを統合制御す
   る制御手段とをそなえたことを特徴とする、ハイブリッ
   ド油圧システム。
2. 【請求項２】 該制御手段は、該負荷検知手段により検
   出又は推定された該アクチュエータの負荷状態が無負荷
   又は略無負荷のときには、該クラッチを切断して該エン
   ジンは停止状態に、該電気モータは作動状態にして該電
   気モータにより該油圧ポンプを駆動させることを特徴と
   する、請求項１記載のハイブリッド油圧システム。
3. 【請求項３】 該クラッチと該油圧ポンプとの間にフラ
   イホイールをそなえたことを特徴とする、請求項１又は
   ２記載のハイブリッド油圧システム。
4. 【請求項４】 該フライホイールを該電気モータから該
   油圧ポンプの入力軸に動力を伝達するための動力伝達部
   材として構成したことを特徴とする、請求項３記載のハ
   イブリッド油圧システム。
5. 【請求項５】 該制御手段は、該クラッチを切断して該
   エンジンを停止した後、該油圧ポンプの回転速度が所定
   値以下になったときに該電気モータに該油圧ポンプを駆
   動させることを特徴とする、請求項３又は４記載のハイ
   ブリッド油圧システム。
6. 【請求項６】 該電気モータの回転速度を調整する回転
   速度調整手段をそなえ、 該制御手段は、該電気モータによる該油圧ポンプの駆動
   時には該油圧ポンプの回転速度が通常運転時の回転速度
   よりも低い所定の回転速度に保たれるように該回転速度
   調整手段を制御することを特徴とする、請求項２〜５の
   何れかの項に記載のハイブリッド油圧システム。
7. 【請求項７】 オペレータが該アクチュエータを操作す
   るための操作手段をそなえ、 該制御手段は、該操作レバーが該アクチュエータを操作
   する方向に操作されたら該クラッチを接続し該エンジン
   を始動させるとともに、該電気モータによる該油圧ポン
   プの駆動を停止させることを特徴とする、請求項２〜６
   の何れかの項に記載のハイブリッド油圧システム。
8. 【請求項８】 該制御手段は、該エンジンを始動し該ク
   ラッチを接続してから所定時間は、該電気モータにより
   該油圧ポンプを駆動することを特徴とする、請求項７記
   載のハイブリッド油圧システム。
9. 【請求項９】 該アクチュエータが複数そなえられると
   ともに、 該油圧ポンプと上記複数のアクチュエータとの間に介装
   され上記複数のアクチュエータの中の任意のアクチュエ
   ータに該油圧ポンプから供給される作動油を送り込むコ
   ントロールバルブをそなえ、 該操作手段により該コントロールバルブが操作されて作
   動油を送り込むべきアクチュエータが選択されることを
   特徴とする、請求項７又は８記載のハイブリッド油圧シ
   ステム。
10. 【請求項１０】 該負荷検知手段が、該アクチュエータ
    と該油圧ポンプとを結ぶ油圧回路上の油圧に基づき該ア
    クチュエータの負荷状態を検出又は推定することを特徴
    とする、請求項２〜９の何れかの項に記載のハイブリッ
    ド油圧システム。
11. 【請求項１１】 該負荷検知手段が、該油圧ポンプの回
    転速度変化に基づき該アクチュエータの負荷状態を検出
    又は推定することを特徴とする、請求項２〜９の何れか
    の項に記載のハイブリッド油圧システム。
12. 【請求項１２】 該負荷検知手段が、該操作手段の操作
    位置に基づき該アクチュエータの負荷状態を検出又は推
    定することを特徴とする、請求項７〜９の何れかの項に
    記載のハイブリッド油圧システム。
13. 【請求項１３】 該電気モータを該油圧ポンプからの駆
    動力の入力により発電機としても機能するように構成す
    るとともに、 該電気モータに接続され充電可能なバッテリと、 該電気モータを発電機に切り換える切換手段とをそな
    え、 該制御手段は、該電気モータを駆動源として用いるとき
    には該バッテリから該電気モータに電力を供給し、該電
    気モータを駆動源として用いないときには該切換手段を
    操作して該電気モータを発電機に切り換え、該油圧ポン
    プの入力軸からの駆動力の入力により発電した電力を該
    バッテリに充電することを特徴とする、請求項１〜１２
    の何れかの項に記載のハイブリッド油圧システム。
14. 【請求項１４】 該バッテリの充電残量を検出又は推定
    する充電残量検知手段をそなえ、 該制御手段は、該電気モータによる該油圧ポンプの駆動
    時に該充電残量検知手段により検出又は推定された該バ
    ッテリの充電残量が充電が必要な状態にまで低下したと
    きには、該クラッチを接続し該エンジンを始動させると
    ともに、該切換手段を操作して該電気モータを発電機に
    切り換えることを特徴とする、請求項１３記載のハイブ
    リッド油圧システム。
15. 【請求項１５】 該制御手段は、該エンジンの回転速度
    を通常運転時の回転速度よりも低い所定の回転速度に設
    定することを特徴とする、請求項１４記載のハイブリッ
    ド油圧システム。
16. 【請求項１６】 オペレータにより操作可能なパワーア
    ップスイッチをそなえ、 該制御手段は、該パワーアップスイッチがオンにされた
    ときには、該エンジンによる該油圧ポンプの駆動中でも
    該切換手段を操作して該電気モータを発電機から駆動源
    に切り換えることを特徴とする、請求項１３〜１５の何
    れかの項に記載のハイブリッド油圧システム。
17. 【請求項１７】 該制御手段は、該パワーアップスイッ
    チがオンにされてから所定時間が経過したら、該切換手
    段を操作して該電気モータを再び発電機に切り換えるこ
    とを特徴とする、請求項１６記載のハイブリッド油圧シ
    ステム。
18. 【請求項１８】 請求項１〜１７の何れかの項に記載の
    ハイブリッド油圧システムをそなえたことを特徴とす
    る、油圧式建設機械。