JP2009287745A - ハイブリッド建設機械の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２のスタンバイ流量を利用して発電し、スタンバイ流量をエネルギーに変換する。
【解決手段】
パイロット流路１１，２２は上記開閉弁１０，２１の上流側に接続し、第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２がスタンバイ流量を確保しているとき上記開閉弁１０，２１が閉じるとともに、コントローラＣは、第１，２圧力センサー１３，２４からの圧力信号に基づいて第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２がスタンバイ流量を吐出していることを判定するとともに、上記第１，２電磁弁５８，５９を開位置にする
【選択図】 図１

Description

この発明は、電動モータを駆動源として利用するハイブリッド建設機械の制御装置に関する。

パワーショベル等の建設機械におけるハイブリッド構造は、例えば、エンジンの余剰出力で発電機を回転して発電し、その電力をバッテリーに蓄電するとともに、そのバッテリーの電力で電動モータを駆動してアクチュエータを作動させるようにしている。また、アクチュエータの排出エネルギーで発電機を回転して発電し、同じくその電力をバッテリーに蓄電するとともに、そのバッテリーの電力で電動モータを駆動してアクチュエータを作動させるようにしている。
また、パワーショベルなどでは、作業機系のアクチュエータを停止しているときでも、エンジンを回転させたままの状態を保つ。このようなときにはエンジンとともにポンプも回転するので、当該ポンプは、いわゆるスタンバイ流量を吐出することになる。
特開２００２−２７５９４５号公報

上記した従来の制御装置では、作業機系のアクチュエータを停止しているときにポンプから吐出されるいわゆるスタンバイ流量は、タンクに戻されるだけなので、そのほとんどがエネルギーロスになるという問題があった。
この発明の目的は、メインポンプのスタンバイ流量を利用して発電機能を発揮させるようにしてエネルギーの回生を図ったハイブリッド建設機械の制御装置を提供することである。

第１の発明は、可変容量型のメインポンプと、このメインポンプに接続するとともに複数の操作弁を設けてなる回路系統と、この回路系統に設けた操作弁のすべてが中立位置を保っているときメインポンプの吐出油をタンクに導く中立流路と、最下流に位置する操作弁のさらに下流側における上記中立流路に設けたパイロット圧発生用の絞りと、上記最下流の操作弁と絞りとの間に発生する圧力を導くパイロット流路と、このパイロット流路に接続するとともにメインポンプの傾転角を制御するレギュレータと、上記パイロット流路の圧力を検出する圧力センサーとを備えた建設機械の制御装置において、最下流の操作弁とパイロット圧発生用の絞りとの間における中立流路に設け、通常は開位置を保ちパイロット流路のパイロット圧が設定圧以上になってメインポンプがスタンバイ流量を確保したときに閉位置に切り換る開閉弁と、メインポンプの吐出側に接続した可変容量型のサブポンプと、このサブポンプを回転させるための電動モータと、この電動モータを回転させるアシスト油圧モータと、メインポンプとアシスト油圧モータとの接続過程に設けるとともに開閉動作する電磁弁と、コントローラとを備えている。そして、上記パイロット流路は上記開閉弁の上流側に接続し、コントローラは圧力センサーからの圧力信号に基づいて、メインポンプがスタンバイ流量を吐出していると判定したときに、上記開閉弁を閉じるとともに、上記電磁弁を開位置にするものである。

第２の発明は、上記メインポンプと電磁弁とはスタンバイ流路を介して接続するとともに、メインポンプと最上流に位置する操作弁との接続過程に、上記スタンバイ流路を接続している。
第３の発明は、上記サブポンプ、アシスト油圧モータ及び電動モータを同軸回転する構成にするとともに、電動モータに発電機としての機能を持たせたものである。
第４の発明は、上記アシスト油圧モータにアクチュエータの排出油や供給油を導入する構成にしたものである。

第１の発明によれば、従来、無駄に排出されていたスタンバイ流量を発電エネルギーとして回生できるので、省エネルギーを達成することができる。
第２の発明によれば、スタンバイ流路に導く流体の圧力損失を少なくすることができる。
第３の発明によれば、電動モータは発電機兼用としたので、全体の構成を簡略化できる。
第４の発明によれば、アクチュエータの排出油や供給油の一部をアシスト油圧モータに導入できるようにしたので、アクチュエータが作動している場合にも、発電機能を発揮させることができる。

図１に示した第１実施形態は、パワーショベルの制御装置で、エンジンＥで駆動する可変容量型の第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２を備えているが、これら第１，２メインポンプＭＰ１、ＭＰ２は同軸回転するものである。なお、図中符号１はエンジンＥに設けたジェネレータで、エンジンＥの余力を利用して発電機能を発揮するものである。
上記第１メインポンプＭＰ１は第１回路系統Ｓ１に接続しているが、この第１回路系統Ｓ１は、その上流側から順に、旋回モータＲＭを制御する操作弁２、図示していないアームシリンダを制御する操作弁３、ブームシリンダＢＣを制御するブーム２速用の操作弁４、図示していない予備用アタッチメントを制御する操作弁５および図示していない左走行用である第１走行用モータを制御する操作弁６を接続している。

上記各操作弁２〜６のそれぞれは、中立流路７およびパラレル通路８を介して第１メインポンプＭＰ１に接続している。
上記中立流路７であって、第１走行モータ用操作弁６の下流側にはパイロット圧を発生させるための絞り９を設けている。この絞り９はそこを流れる流量が多ければ、その上流側に高いパイロット圧を生成し、その流量が少なければ低いパイロット圧を生成するものである。
また、上記中立流路７は、上記操作弁２〜６のすべてが中立位置もしくは中立位置近傍にあるとき、第１メインポンプＭＰ１から吐出された油の全部または一部をタンクに導くが、このときには絞り９を通過する流量も多くなるので、上記したように高いパイロット圧が生成される。

一方、上記操作弁２〜６がフルストロークの状態で切り換えられると、中立流路７が閉ざされて流体の流通がなくなる。したがって、この場合には、絞り９を流れる流量がほとんどなくなり、パイロット圧はゼロを保つことになる。
ただし、操作弁２〜６の操作量によっては、ポンプ吐出量の一部がアクチュエータに導かれ、一部が中立流路７からタンクに導かれることになるので、絞り９は、中立流路７に流れる流量に応じたパイロット圧を生成する。言い換えると、絞り９は、操作弁２〜６の操作量に応じたパイロット圧を生成することになる。

上記のようにした中立流路７であって、最下流の操作弁６と上記絞り９との間には、開閉弁１０を設けているが、この開閉弁１０はそのソレノイド１０ａをコントローラＣに接続している。言い換えると、開閉弁１０はコントローラＣの指令にともづいて開閉動作するものである。そして、開閉弁１０がノーマル位置にあるとき、スプリング１０ｂのバネ力で全開状態を保ち、ソレノイド１０ａが励磁したときスプリング１０ｂのバネ力に抗して切り換り、閉状態を保つ。
また、上記中立流路７であって、操作弁６と開閉弁１０との間にはパイロット流路１１を接続しているが、このパイロット流路１１は、第１メインポンプＭＰ１の傾転角を制御するレギュレータ１２に接続している。

上記レギュレータ１２は、パイロット圧と逆比例して第１メインポンプＭＰ１の吐出量を制御する。したがって、操作弁２〜６をフルストロークして中立流路７の流れがゼロになってパイロット圧がゼロになったときに第１メインポンプＭＰ１の吐出量が最大に保たれる。
上記のようにしたパイロット流路１１には第１圧力センサー１３を接続するとともに、この第１圧力センサー１３で検出した圧力信号をコントローラＣに伝達するようにしている。そして、パイロット流路１１のパイロット圧は、操作弁の操作量に応じて変化するので、第１圧力センサー１３が検出する圧力信号は、第１回路系統Ｓ１の要求流量に比例することになる。

また、第１圧力センサー１３の圧力信号が設定圧に達したら、コントローラＣは、上記ソレノイド１０ａを励磁して開閉弁１０を閉位置に切り換える。このように開閉弁１０を閉位置に切り換えるタイミングは、操作弁２〜６をほとんど中立位置に保って絞り９の上流側の圧力が設定圧にまで上昇したときで、コントローラＣは、この設定圧を予め記憶している。開閉弁１０が上記のように閉位置に切り換ったときにも、パイロット流路１１の圧力がレギュレータ１２に作用して第１メインポンプＭＰ１を必要な傾転角に保ち、当該ポンプＭＰ１にスタンバイ流量を確保させる。
さらに、操作弁２〜６のいずれかを切り換えると、圧力センサー１３の信号圧が低下する。そして、上記信号圧が予め設定された圧力に低下したとき、コントローラＣは、ソレノイド１０ａを非励磁にし、開閉弁１０をスプリング１０ｂのバネ力で開位置に復帰させるとともに、電磁弁５８を非励磁にして、通路５５，５７を遮断する。

一方、上記第２メインポンプＭＰ２は第２回路系統Ｓ２に接続しているが、この第２回路系統Ｓ２は、その上流側から順に、図示していない右走行用である第２走行用モータを制御する操作弁１４、図示していないバケットシリンダを制御する操作弁１５、ブームシリンダＢＣを制御する操作弁１６および図示していないアームシリンダを制御するアーム２速用の操作弁１７を接続している。なお、上記操作弁１６には、その操作方向および操作量を検出するセンサーを設けるとともに、その操作信号をコントローラＣに伝達するようにしている。

上記各操作弁１４〜１７は、中立流路１８を介して第２メインポンプＭＰ２に接続するとともに、操作弁１５および操作弁１６はパラレル通路１９を介して第２メインポンプＭＰ２に接続している。
上記中立流路１８であって、操作弁１７の下流側には絞り２０を設けているが、この絞り２０は、第１回路系統Ｓ１の絞り９と全く同様に機能するものである。
そして、上記中立流路１８であって、最下流の操作弁１７と上記絞り２０との間には、開閉弁２１を設けているが、この開閉弁２１も第１回路系統Ｓ１の開閉弁１０と同じ構成にしている。すなわち、開閉弁２１はそのソレノイド２１ａをコントローラＣに接続し、開閉弁２１はコントローラＣの指令にともづいて開閉動作するようにしている。そして、開閉弁２１がノーマル位置にあるとき、スプリング２１ｂのバネ力で全開状態を保ち、ソレノイド２１ａが励磁したときスプリング２１ｂのバネ力に抗して切り換り、閉状態を保つ。

また、上記中立流路１８であって、操作弁１７と開閉弁２１との間にはパイロット流路２２を接続しているが、このパイロット流路２２は、第２メインポンプＭＰ２の傾転角を制御するレギュレータ２３に接続している。
上記レギュレータ２３は、パイロット圧と逆比例して第２メインポンプＭＰ２の吐出量を制御する。したがって、操作弁１４〜１７をフルストロークして中立流路１８の流れがゼロになってパイロット圧がゼロになったときに第２メインポンプＭＰ２の吐出量が最大に保たれる。
上記のようにしたパイロット流路２２には第２圧力センサー２４を接続するとともに、この第２圧力センサー２４で検出した圧力信号をコントローラＣに伝達するようにしている。そして、パイロット流路２２のパイロット圧は、操作弁の操作量に応じて変化するので、第２圧力センサー２４が検出する圧力信号は、第２回路系統Ｓ２の要求流量に比例することになる。

また、第２圧力センサー２４の圧力信号が設定圧に達したら、コントローラＣは、上記ソレノイド２１ａを励磁して開閉弁２１を閉位置に切り換える。このように開閉弁２１を閉位置に切り換えるタイミングは、操作弁１４〜１７をほとんど中立位置に保って絞り２０の上流側の圧力が設定圧にまで上昇したときで、コントローラＣは、この設定圧を予め記憶している。開閉弁２１が上記のように閉位置に切り換ると、そのときのパイロット流路２２の圧力がレギュレータ２３に作用して第２メインポンプＭＰ２を必要な傾転角に保ち、当該ポンプＭＰ２にスタンバイ流量を確保させる。
さらに、操作弁１４〜１７のいずれかを切り換えると、圧力センサー２４の信号圧が低下する。そして、上記信号圧が予め設定された圧力に低下したとき、コントローラＣは、ソレノイド２１ａを非励磁にし、開閉弁２１をスプリング２１ｂのバネ力で開位置に復帰させるとともに、電磁弁５９を非励磁にして、通路５６，５７を遮断する。

なお、上記エンジンＥに設けたジェネレータ１はバッテリーチャージャー２５に接続し、ジェネレータ１が発電した電力は、バッテリーチャージャー２５を介してバッテリー２６に充電される。
また、上記バッテリーチャージャー２５は、通常の家庭用の電源２７に接続した場合にも、バッテリー２６に電力を充電できるようにしている。つまり、このバッテリーチャージャー２５は、当該装置とは別の独立系電源にも接続可能にしたものである。

一方、第１回路系統Ｓ１に接続した旋回モータ用の操作弁２のアクチュエータポートには、旋回モータＲＭに連通する通路２８，２９を接続するとともに、両通路２８，２９，のそれぞれにはブレーキ弁３０，３１を接続している。そして、旋回モータ用の操作弁２を中立位置に保っているときには、上記アクチュエータポートが閉じられて旋回モータＲＭは停止状態を維持する。
上記の状態から旋回モータ用の操作弁２をいずれか一方の方向に切り換えると、一方の通路２８が第１メインポンプＭＰ１に接続され、他方の通路２９がタンクに連通する。したがって、通路２８から圧油が供給されて旋回モータＲＭが回転するとともに、旋回モータＲＭからの戻り油が通路２９を介してタンクに戻される。
旋回モータ用の操作弁２を上記とは反対方向に切り換えると、今度は、通路２９にポンプ吐出油が供給され、通路２８がタンクに連通し、旋回モータＲＭは逆転することになる。

上記のように旋回モータＲＭを駆動しているときには、上記ブレーキ弁３０あるいは３１がリリーフ弁の機能を発揮し、通路２８，２９が設定圧以上になったとき、ブレーキ弁３０，３１が開弁して、上記通路２８，２９の圧力を設定圧に保つ。また、旋回モータＲＭを回転している状態で、旋回モータ用の操作弁２を中立位置に戻せば、当該操作弁２のアクチュエータポートが閉じられる。このように操作弁２のアクチュエータポートが閉じられても、旋回モータＲＭはその慣性エネルギーで回転し続けるが、旋回モータＲＭが慣性エネルギーで回転することによって、当該旋回モータＲＭがポンプ作用をする。この時には、通路２８，２９、旋回モータＲＭ、ブレーキ弁３０あるいは３１で閉回路が構成されるとともに、ブレーキ弁３０あるいは３１によって、上記慣性エネルギーが熱エネルギーに変換されることになる。

一方、操作弁１６を中立位置から一方の方向に切り換えると、第２メインポンプＭＰ２からの圧油は、通路３２を経由してブームシリンダＢＣのピストン側室３３に供給されるとともに、そのロッド側室３４からの戻り油は通路３５を経由してタンクに戻され、ブームシリンダＢＣは伸長することになる。
操作弁１６を上記とは反対方向に切り換えると、第２メインポンプＭＰ２からの圧油は、通路３５を経由してブームシリンダＢＣのロッド側室３４に供給されるとともに、そのピストン側室３３からの戻り油は通路３２を経由してタンクに戻され、ブームシリンダＢＣは収縮することになる。なお、ブーム２速用の操作弁３は、上記操作弁１６と連動して切り換るものである。
上記のようにしたブームシリンダＢＣのピストン側室３３と操作弁１６とを結ぶ通路３２には、コントローラＣで開度が制御される比例電磁弁３６を設けている。なお、この比例電磁弁３６はそのノーマル状態で全開位置を保つようにしている。

次に、第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２の出力をアシストする可変容量型のサブポンプＳＰについて説明する。
上記可変容量型のサブポンプＳＰは、発電機兼用の電動モータＭＧの駆動力で回転するが、この電動モータＭＧの駆動力によって、可変容量型のアシスト油圧モータＡＭも同軸回転する構成にしている。そして、上記電動モータＭＧには、バッテリー２６に接続したインバータＩを接続するとともに、このインバータＩをコントローラＣに接続し、このコントローラＣで電動モータＭＧの回転数等を制御できるようにしている。
また、上記のようにしたサブポンプＳＰおよびアシスト油圧モータＡＭの傾転角は傾角制御器３７，３８で制御されるが、この傾角制御器３７，３８は、コントローラＣの出力信号で制御されるものである。

上記サブポンプＳＰには吐出通路３９を接続しているが、この吐出通路３９は、第１メインポンプＭＰ１の吐出側に合流する第１アシスト流路４０と、第２メインポンプＭＰ２の吐出側に合流する第２アシスト流路４１とに分岐するとともに、これら第１，２アシスト流路４０，４１のそれぞれには、コントローラＣの出力信号で開度が制御される第１，２電磁比例絞り弁４２，４３を設けている。
なお、図中符号４４，４５は上記第１，２アシスト流路４０，４１に設けたチェック弁で、サブポンプＳＰから第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２への流通のみを許容するものである。

一方、アシスト油圧モータＡＭには接続用通路４６を接続しているが、この接続用通路４６は、導入通路４７およびチェック弁４８，４９を介して、旋回モータＲＭに接続した通路２８，２９に接続している。しかも、上記導入通路４７にはコントローラＣで開閉制御される電磁切換弁５０を設けるとともに、この電磁切換弁５０とチェック弁４８，４９との間に、旋回モータＲＭの旋回時の圧力あるいはブレーキ時の圧力を検出する圧力センサー５１を設け、この圧力センサー５１の圧力信号をコントローラＣに入力するようにしている。

また、導入通路４７であって、旋回モータＲＭから接続用通路４６への流れに対して、上記電磁切換弁５０よりも下流側となる位置には、安全弁５２を設けているが、この安全弁５２は、例えば電磁切換弁５０など、通路４６系統に故障が生じたとき、通路２８，２９の圧力を維持して旋回モータＲＭがいわゆる逸走するのを防止するものである。
さらに、上記ブームシリンダＢＣと上記比例電磁弁３６との間には、接続用通路４６に連通する導入通路５３を設けるとともに、この導入通路５３にはコントローラＣで制御される電磁開閉弁５４を設けている。

上記のようにしたアシスト油圧モータＡＭは、第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２にも接続しているが、その接続経路は次のようにしている。すなわち、第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２の吐出側であって、最上流に位置する操作弁２，１４の上流側にはスタンバイ流路５５，５６を接続するとともに、このスタンバイ流路５５，５６は、合流通路５７を介して前記接続用通路４６に接続している。そして、上記スタンバイ流路５５，５６には第１，２電磁弁５８，５９を設けているが、これら第１，２電磁弁５８，５９は、その一方にスプリング５８ａ，５９ａを設け、他方にソレノイド５８ｂ，５９ｂを設けるとともに、ソレノイド５８ｂ，５９ｂをコントローラＣに接続している。上記第１，２電磁弁５８，５９は、通常は、スプリング５８ａ，５９ａのばね力で閉位置を保ち、コントローラＣからの信号でソレノイド５８ｂ，５９ｂが励磁されたとき開位置に切り換るものである。
上記のようにスタンバイ流路５５，５６を、第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２の吐出側であって、最上流に位置する操作弁２，１４の上流側に接続したのは、スタンバイ流路５５，５６に導かれる流体の圧力損失を少なくするためである。
なお、図中符号６０は合流通路５７に設けたチェック弁で、第１，２電磁弁５８，５９及びスタンバイ流路５５，５６を経由した圧油を、接続用通路４６に流通させるものである。

以下には、この第１実施形態の作用を説明する。
今、第１，２回路系統Ｓ１，Ｓ２の操作弁２〜６，１４〜１７を中立位置に保っていると、第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２の吐出油全量が、中立流路７，１８から絞り９，２０を経由してタンクに導かれる。このようにポンプ吐出油の全量が絞り９，２０を経由してタンクに導かれると、絞り９，２０の上流側の圧力が上昇するとともに、このときの圧力がパイロット流路１１，２２を経由してレギュレータ１２，２３に導かれる。したがって、レギュレータ１２，２３は、上記のように上昇したパイロット圧の作用で、第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２の傾転角を小さくしてスタンバイ流量を維持する。

そして、パイロット流路１１，２２のパイロット圧が設定圧に達したとき、コントローラＣは、その圧力を第１，２圧力センサー１３，２４の圧力信号で感知するとともに、開閉弁１０，２１を閉位置に切り換える。開閉弁１０，２１が閉位置に切り換ったときにも、パイロット流路１１，２２の圧力がレギュレータ１２，２３に作用し、第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２はスタンバイ流量を吐出する。また、このときには、コントローラＣが第１，２電磁弁５８，５９のソレノイド５８ｂ，５９ｂを励磁して、当該電磁弁を閉位置から開位置に切り換える。
したがって、第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２から吐出されるスタンバイ流量は、スタンバイ流路５５，５６、第１，２電磁弁５８，５９、合流通路５７およびチェック弁６０を経由してアシスト油圧モータＡＭに供給される。

また、上記のようにして第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２のスタンバイ流量をアシスト油圧モータＡＭに導くときには、コントローラＣは、傾角制御器３８を介してアシスト油圧モータＡＭの傾転角を予め記憶している設定傾転角に維持し、傾角制御器３７を介してサブポンプＳＰの傾転角をゼロに設定するとともに、インバータＩを介して電動モータＭＧを回生状態に保つ。
したがって、発電機兼用の電動モータＭＧは、アシスト油圧モータＡＭの駆動力で回転すれば発電機能を発揮する。つまり、この実施形態では、第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２のスタンバイ流量を利用して、電動モータＭＧに発電機としての機能を発揮させられる。このようにして発電された電力はバッテリー２６に蓄電されるとともに、このバッテリー２６に蓄電された電力は、電動モータＭＧの動力源として使用することができる。

なお、上記の説明の中では、両第１，２回路系統Ｓ１，Ｓ２の操作弁２〜６，１４〜１７の全てが中立位置に保たれていることを前提にしたが、第１，２回路系統Ｓ１，Ｓ２のいずれか一方の操作弁２〜６あるいは１４〜１７が中立位置にあるときにもスタンバイ流量でアシスト油圧モータＡＭを回転させられる。この場合には、コントローラＣが、いずれか一方の圧力センサー１３あるいは２４の圧力信号に基づいていずれか一方の電磁弁５８あるいは５９を開位置に切り換え、いずれか他方の電磁弁５９あるいは５８を閉位置に保つ。したがって、第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２のいずれか一方のポンプのスタンバイ流量がアシスト油圧モータＡＭに供給されるとともに、このアシスト油圧モータＡＭの回転力で電動モータＭＧに発電機能を発揮させることができる。

次に、サブポンプＳＰのアシスト力を利用する場合について説明するが、この第１実施形態では、サブポンプＳＰのアシスト流量を予め設定しておき、その中で、コントローラＣが、サブポンプＳＰの傾転角、アシスト油圧モータＡＭの傾転角、電動モータＭＧの回転数などをどのように制御したら最も効率的かを判断してそれぞれの制御を実施するようにしている。

そして、第１回路系統Ｓ１あるいは第２回路系統Ｓ２のいずれかの操作弁を切り換えたとき、開閉弁１０，２１が閉位置を保っていれば、コントローラＣは、これら開閉弁１０，２１を開位置に切り換える。開閉弁１０，２１が開位置に保たれれば、パイロット流路１１，２２のパイロット圧が低くなるので、その低くなったパイロット圧信号が、第１，２センサー１３，２４を介してコントローラＣに入力されるとともに、コントローラＣは、第１，２電磁弁５８，５９を図示の閉位置に切り換える。したがって、第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２は低くなったパイロット圧にともなってその吐出量を増大させるとともに、その全吐出量が、第１，２回路系統Ｓ１，Ｓ２に接続したアクチュエータに供給される。

また、上記のように第１メインポンプＭＰ１あるいは第２メインポンプＭＰ２の吐出量を増大するときには、コントローラＣは、電動モータＭＧを常に回転した状態に保つ。この電動モータＭＧの駆動源は、バッテリー２６に蓄電した電力であるが、上記したようにこの電力の一部は、第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２のスタンバイ流量を利用して蓄電したものなので、エネルギー効率が非常によいものになる。
上記電動モータＭＧの駆動力でサブポンプＳＰが回転すれば、サブポンプＳＰからアシスト流量が吐出されるが、コントローラＣは、第１，２圧力センサー１３，２４からの圧力信号に応じて、第１，２比例電磁絞り弁４２，４３の開度を制御し、サブポンプＳＰの吐出量を按分して、第１，２回路系統Ｓ１，Ｓ２に供給する。

一方、上記第１回路系統Ｓ１に接続した旋回モータＲＭを駆動するために、旋回モータ用の操作弁２を例えば一方の方向に切り換えると、一方の通路２８が第１メインポンプＭＰ１に連通し、他方の通路２９がタンクに連通して、旋回モータＲＭを回転させるが、このときの旋回圧はブレーキ弁３０の設定圧に保たれる。また、上記操作弁２を上記とは反対方向に切り換えれば、上記他方の通路２９が第１メインポンプＭＰ１に連通し、上記一方の通路２８がタンクに連通して、旋回モータＲＭを回転させるが、このときの旋回圧もブレーキ弁３１の設定圧に保たれる。
また、旋回モータＲＭが旋回している最中に旋回モータ用の操作弁２を中立位置に切り換えると、前記したように通路２８，２９間で閉回路が構成されるとともに、ブレーキ弁３０あるいは３１が当該閉回路のブレーキ圧を維持して、慣性エネルギーを熱エネルギーに変換する。

そして、圧力センサー５１は上記旋回圧あるいはブレーキ圧を検出するとともに、その圧力信号をコントローラＣに入力する。コントローラＣは、旋回モータＲＭの旋回あるいはブレーキ動作に影響を及ぼさない範囲内であって、ブレーキ弁３０，３１の設定圧よりも低い圧力を検出したとき、電磁切換弁５０を閉位置から開位置に切り換える。このように電磁切換弁５０が開位置に切り換れば、旋回モータＲＭに導かれた圧油は、導入通路４７に流れるとともに安全弁５２および接続用通路４６を経由してアシスト油圧モータＡＭに供給される。
このときコントローラＣは、圧力センサー５１からの圧力信号に応じて、アシスト油圧モータＡＭの傾転角を制御するが、それは次のとおりである。

すなわち、通路２８あるいは２９の圧力は、旋回動作あるいはブレーキ動作に必要な圧力に保たれていなければ、旋回モータＲＭを旋回させたり、あるいはブレーキをかけたりできなくなる。
そこで、上記通路２８あるいは２９の圧力を、上記旋回圧あるいはブレーキ圧に保つために、コントローラＣはアシスト油圧モータＡＭの傾転角を制御しながら、この旋回モータＲＭの負荷を制御するようにしている。つまり、コントローラＣは、圧力センサー５１で検出される圧力が上記旋回モータＲＭの旋回圧あるいはブレーキ圧とほぼ等しくなるように、アシスト油圧モータＡＭの傾転角を制御する。

上記のようにしてアシスト油圧モータＡＭが回転力を得れば、その回転力は、同軸回転する電動モータＭＧに作用するが、このアシスト油圧モータＡＭの回転力は、電動モータＭＧに対するアシスト力として作用する。したがって、アシスト油圧モータＡＭの回転力の分だけ、電動モータＭＧの消費電力を少なくすることができる。
また、上記アシスト油圧モータＡＭの回転力でサブポンプＳＰの回転力をアシストすることもできるが、このときには、アシスト油圧モータＡＭとサブポンプＳＰとが相まって圧力変換機能を発揮する。

つまり、接続用通路４６に流入する圧力はポンプ吐出圧よりも低いことが多い。この低い圧力を利用して、サブポンプＳＰに高い吐出圧を維持させるために、アシスト油圧モータＡＭおよびサブポンプＳＰとによって増圧機能を発揮させるようにしている。
すなわち、上記アシスト油圧モータＡＭの出力は、１回転当たりの押しのけ容積Ｑ_１とそのときの圧力Ｐ_１の積で決まる。また、サブポンプＳＰの出力は１回転当たりの押しのけ容積Ｑ_２と吐出圧Ｐ_２の積で決まる。そして、この実施形態では、アシスト油圧モータＡＭとサブポンプＳＰとが同軸回転するので、Ｑ_１×Ｐ_１＝Ｑ_２×Ｐ_２が成立しなければならない。そこで、例えば、アシスト油圧モータＡＭの上記押しのけ容積Ｑ_１を上記サブポンプＳＰの押しのけ容積Ｑ_２の３倍すなわちＱ_１＝３Ｑ_２にしたとすれば、上記等式が３Ｑ_２×Ｐ_１＝Ｑ_２×Ｐ_２となる。この式から両辺をＱ_２で割れば、３Ｐ_１＝Ｐ_２が成り立つ。
したがって、サブポンプＳＰの傾転角を変えて、上記押しのけ容積Ｑ_２を制御すれば、アシスト油圧モータＡＭの出力で、サブポンプＳＰに所定の吐出圧を維持させることができる。言い換えると、旋回モータＲＭからの油圧を増圧してサブポンプＳＰから吐出させることができる。

ただし、アシスト油圧モータＡＭの傾転角は、上記したように通路２８，２９の圧力を旋回圧あるいはブレーキ圧に保つように制御される。したがって、旋回モータＲＭからの圧油を利用する場合には、アシスト油圧モータＡＭの傾転角は必然的に決められることになる。このようにアシスト油圧モータＡＭの傾転角が決められた中で、上記した圧力変換機能を発揮させるためには、サブポンプＳＰの傾転角を制御することになる。
なお、上記通路４６系統の圧力が何らかの原因で、旋回圧あるいはブレーキ圧よりも低くなったときには、圧力センサー５１からの圧力信号に基づいてコントローラＣは、電磁切換弁５０を閉じて、旋回モータＲＭに影響を及ぼさないようにする。
また、接続用通路４６に圧油の漏れが生じたときには、安全弁５２が機能して通路２８，２９の圧力が必要以上に低くならないようにして、旋回モータＲＭの逸走を防止する。

次に、ブームシリンダＢＣを制御する場合について説明する。
ブームシリンダＢＣを作動させるために、操作弁１６を切り換えると、その操作弁１６に設けたセンサー（図示していない）によって、上記操作弁１６の操作方向とその操作量が検出されるとともに、その操作信号がコントローラＣに入力される。

上記センサーの操作信号に応じて、コントローラＣは、オペレータがブームシリンダＢＣを上昇させようとしているのか、あるいは下降させようとしているのかを判定する。ブームシリンダＢＣを上昇させるための信号がコントローラＣに入力すれば、コントローラＣは比例電磁弁３６をノーマル状態に保つ。言い換えると、比例電磁弁３６を全開位置に保つ。このときには、コントローラＣは、電磁開閉弁５４を図示の閉位置に保つとともに、電動モータＭＧの回転数やサブポンプＳＰの傾転角を制御する。

一方、ブームシリンダＢＣを下降させる信号が上記センサーからコントローラＣに入力すると、コントローラＣは、操作弁１６の操作量に応じて、オペレータが求めているブームシリンダＢＣの下降速度を演算するとともに、比例電磁弁３６を閉じて、電磁開閉弁５４を開位置に切り換える。
上記のように比例電磁弁３６を閉じて電磁開閉弁５４を開位置に切り換えれば、ブームシリンダＢＣの戻り油の全量がアシスト油圧モータＡＭに供給される。しかし、アシスト油圧モータＡＭで消費する流量が、オペレータが求めた下降速度を維持するために必要な流量よりも少なければ、ブームシリンダＢＣはオペレータが求めた下降速度を維持できない。このようなときには、コントローラＣは、上記操作弁１６の操作量、アシスト油圧モータＡＭの傾転角や電動モータＭＧの回転数などをもとにして、アシスト油圧モータＡＭが消費する流量以上の流量をタンクに戻すように比例電磁弁３６の開度を制御し、オペレータが求めるブームシリンダＢＣの下降速度を維持する。

一方、アシスト油圧モータＡＭに圧油が供給されると、アシスト油圧モータＡＭが回転するとともに、その回転力は、同軸回転する電動モータＭＧに作用するが、このアシスト油圧モータＡＭの回転力は、電動モータＭＧに対するアシスト力として作用する。したがって、アシスト油圧モータＡＭの回転力の分だけ、消費電力を少なくすることができる。
一方、電動モータＭＧに対して電力を供給せず、上記アシスト油圧モータＡＭの回転力だけで、サブポンプＳＰを回転させることもできるが、このときには、アシスト油圧モータＡＭおよびサブポンプＳＰが、上記したのと同様にして圧力変換機能を発揮する。

さらに、旋回モータＲＭの旋回作動とブームシリンダＢＣの下降作動とを同時に行う場合について説明する。
上記のように旋回モータＲＭを旋回させながら、ブームシリンダＢＣを下降させるときには、旋回モータＲＭからの圧油と、ブームシリンダＢＣからの戻り油とが、接続用通路４６で合流してアシスト油圧モータＡＭに供給される。
このとき、導入通路４７の圧力が上昇すれば、それにともなって導入通路４７側の圧力も上昇するが、その圧力が旋回モータＲＭの旋回圧あるいはブレーキ圧よりも高くなったとしても、チェック弁４８，４９があるので、旋回モータＲＭには影響を及ぼさない。
また、前記したように接続用通路４６側の圧力が旋回圧あるいはブレーキ圧よりも低くなれば、コントローラＣは、圧力センサー５１からの圧力信号に基づいて電磁切換弁５０を閉じる。

したがって、旋回モータＲＭの旋回動作とブームシリンダＢＣの下降動作とを上記のように同時に行うときには、上記旋回圧あるいはブレーキ圧にかかわりなく、ブームシリンダＢＣの必要下降速度を基準にしてアシスト油圧モータＡＭの傾転角を決めればよい。
いずれにしても、アシスト油圧モータＡＭの出力で、サブポンプＳＰの出力をアシストできるとともに、サブポンプＳＰから吐出された流量を、第１，２比例電磁絞り弁４２，４３で按分して、第１，２回路系統Ｓ１，Ｓ２に供給することができる。

一方、アシスト油圧モータＡＭを駆動源として電動モータＭＧを発電機として使用するときには、サブポンプＳＰの傾転角をゼロにしてほぼ無負荷状態にし、アシスト油圧モータＡＭには、電動モータＭＧを回転させるために必要な出力を維持しておけば、アシスト油圧モータＡＭの出力を利用して、電動モータＭＧに発電機能を発揮させることができる。
また、この実施形態では、エンジンＥの出力を利用してジェネレータ１で発電したり、アシスト油圧モータＡＭを利用して電動モータＭＧに発電させたりできる。そして、このように発電した電力をバッテリー２４に蓄電するが、この実施形態では家庭用の電源２５を利用してバッテリー２６に蓄電できるようにしているので、電動モータＭＧの電力を多岐にわたって調達することができる。

さらに、チェック弁４４，４５を設けるとともに、電磁切換弁５０および電磁開閉弁５４あるいは第１，２電磁弁５８，５９を設けたので、例えば、サブポンプＳＰおよびアシスト油圧モータＡＭ系統が故障した場合に、第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２系統と、サブポンプＳＰおよびアシスト油圧モータＡＭ系統とを油圧的には切り離すことができる。特に、電磁切換弁５０、電磁開閉弁５４及び第１，２電磁弁５８，５９は、それらがノーマル状態にあるとき、図面に示すようにスプリングのバネ力で閉位置を保つとともに、上記比例電磁弁３６も全開位置であるノーマル位置を保つので、電気系統が故障したとしても、上記のように第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２系統と、サブポンプＳＰおよびアシスト油圧モータＡＭ系統とを油圧的に切り離すことができる。

図２に示した第２実施形態は、第１実施形態の第１，２電磁弁５８，５９を一体化した電磁弁６１を用いたものである。つまり、第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２に接続したスタンバイ流路５５，５６を一つの電磁弁６１に接続するとともに、この電磁弁６１は、その一方にスプリング６１ａを設け、他方にソレノイド６１ｂを設けるとともに、このソレノイド６１ｂをコントローラＣに接続している。そして、この電磁弁６１は、通常は、スプリング６１ａのバネ力で図示の閉位置を保ち、両スタンバイ流路５５，５６と合流通路５７との連通を遮断する。
また、コントローラＣの信号によってソレノイド６１ｂが励磁して電磁弁６１が閉位置から開位置に切り換るタイミングは、圧力センサー１３，２４の両方の圧力信号が高くなって、開閉弁１０，２１が閉じたときである。このように電磁弁６１が閉位置から開位置に切り換れば、両スタンバイ流路５５，５６が同時に合流通路５７に連通する。

上記のようにした第２実施形態は、両回路系統Ｓ１，Ｓ２の操作弁２〜６及び１４〜１７のすべてを中立位置に保っている場合にのみ第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２のスタンバイ流量を利用してアシスト油圧モータＡＭを回転して、電動モータＭＧに発電機能を発揮させることができるものである。
その他の構成及び作用は、第１実施形態と同様である。

なお、上記第１，２実施形態の開閉弁１０，２１はオンオフ制御をするものであるが、コントローラＣの制御信号に応じて開度を可変にできるようにしてもよい。
また、上記開閉弁１０，２１はコントローラＣの制御信号で開閉動作するようにしたが、中立流路７，１８の圧力をパイロット圧として開閉制御させてもよい。

第１実施形態を示す回路図である。 第２実施形態を示す回路図である。

符号の説明

ＭＰ１ 第１メインポンプ
ＭＰ２ 第２メインポンプ
Ｓ１ 第１回路系統
Ｓ２ 第２回路系統
２〜６ 操作弁
１０，２１ 開閉弁
１１，２２ パイロット流路
１２，２３ レギュレータ
１３ 第１圧力センサー
Ｃ コントローラ
１４〜１７ 操作弁
２４ 第２圧力センサー
ＳＰ サブポンプ
ＡＭ アシスト油圧モータ
ＭＧ 発電機兼用の電動モータ
５８ 第１電磁弁
５９ 第２電磁弁
６１ 電磁弁

Claims (4)

1. 可変容量型のメインポンプと、このメインポンプに接続するとともに複数の操作弁を設けてなる回路系統と、この回路系統に設けた操作弁のすべてが中立位置を保っているときメインポンプの吐出油をタンクに導く中立流路と、最下流に位置する操作弁のさらに下流側における上記中立流路に設けたパイロット圧発生用の絞りと、上記最下流の操作弁と絞りとの間に発生する圧力を導くパイロット流路と、このパイロット流路に接続するとともにメインポンプの傾転角を制御するレギュレータと、上記パイロット流路の圧力を検出する圧力センサーとを備えた建設機械の制御装置において、最下流の操作弁とパイロット圧発生用の絞りとの間における中立流路に設け、通常は開位置を保ちパイロット流路のパイロット圧が設定圧以上になってメインポンプがスタンバイ流量を確保したときに閉位置に切り換る開閉弁と、メインポンプの吐出側に接続した可変容量型のサブポンプと、このサブポンプを回転させるための電動モータと、この電動モータを回転させるアシスト油圧モータと、メインポンプとアシスト油圧モータとの接続過程に設けるとともに開閉動作する電磁弁と、コントローラとを備えるとともに、上記パイロット流路は上記開閉弁の上流側に接続し、コントローラは圧力センサーからの圧力信号に基づいて、メインポンプがスタンバイ流量を吐出していると判定したときに、上記開閉弁を閉じるとともに、上記電磁弁を開位置にするハイブリッド建設機械の制御装置。
2. 上記メインポンプと電磁弁とはスタンバイ流路を介して接続するとともに、メインポンプと最上流に位置する操作弁との接続過程に、上記スタンバイ流路を接続してなる請求項１記載のハイブリッド建設機械の制御装置。
3. 上記サブポンプ、アシスト油圧モータ及び電動モータを同軸回転する構成にするとともに、電動モータに発電機としての機能を持たせた請求項１又は２記載のハイブリッド建設機械の制御装置。
4. 上記アシスト油圧モータにアクチュエータの排出油や供給油を導入可能にした請求項１又は２記載のハイブリッド建設機械の制御装置。

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