JP2010255824A - ハイブリッド式建設機械及びその油圧制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ロードセンシング方式を採用して電動油圧ポンプをより有効に活用するパラレルハイブリッド式建設機械の制御装置を提供すること。
【解決手段】パラレルハイブリッド式建設機械のための油圧制御装置１００は、原動機１０によって駆動される油圧ポンプ２０と、発電機１１が発電した電力によって駆動される電動油圧ポンプ２１と、油圧アクチュエータ７〜９のそれぞれにおける圧油の流量を制御する複数の流量制御弁３０〜３２と、各流量制御弁３０〜３２の前後の圧力差を所定値に維持する圧力補償弁３３〜３５と、流量制御弁３０〜３２に対する圧油の供給源として油圧ポンプ２０と電動油圧ポンプ２１とを切り替える切り替え手段６０〜６５と、油圧アクチュエータ７〜９のそれぞれにおける負荷圧力に応じて切り替え手段６０〜６５のそれぞれを制御する制御手段７０と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、原動機の駆動力とその原動機によって駆動される発電機が発電した電力とで各種油圧アクチュエータを動作させるパラレルハイブリッド式建設機械及びその油圧制御装置に関し、特に、ロードセンシング方式を採用したパラレルハイブリッド式建設機械及びその油圧制御装置に関する。

従来、原動機で第一及び第二の油圧ポンプと発電機とを駆動し、第一の油圧ポンプが吐出する圧油をアーム用アクチュエータに供給し、第二の油圧ポンプが吐出する圧油をバケット用アクチュエータに供給すると共に、その発電機又はその発電機が発生させた電力を蓄えるバッテリの電力で電動油圧ポンプを駆動し、電動油圧ポンプが吐出する圧油をブーム用アクチュエータに供給する構成としたハイブリッド式の建設機械が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

また、特許文献１は、これら第一及び第二の油圧ポンプの吐出量がロードセンシング方式、ポジティブコントロール方式、又はネガティブコントロール方式に基づくポンプ容量制御により制御され得ることを開示する（特許文献１の段落［００２４］参照。）。

特開２００２−３２２６８２号公報

しかしながら、特許文献１の建設機械は、電動油圧ポンプをブーム用アクチュエータ専用とするので電動油圧ポンプの活用が不十分であり、また、第一及び第二の油圧ポンプのポンプ容量制御にロードセンシング方式を採用できるとするもののその具体的な構成を何ら開示していない。

そこで、本発明は、ロードセンシング方式を採用して電動油圧ポンプをより有効に活用するパラレルハイブリッド式建設機械及びその油圧制御装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、第一の発明に係る油圧制御装置は、原動機の駆動力と該原動機によって駆動される発電機が発電した電力とで複数の油圧アクチュエータを動作させるパラレルハイブリッド式建設機械のための油圧制御装置であって、前記原動機によって駆動される油圧ポンプと、前記発電機が発電した電力によって駆動される電動油圧ポンプと、前記油圧アクチュエータのそれぞれにおける圧油の流量を制御する複数の流量制御弁であり、各流量制御弁の前後の圧力差を所定値に維持する圧力補償弁をそれぞれ伴う複数の流量制御弁と、前記流量制御弁に対する圧油の供給源として前記油圧ポンプと前記電動油圧ポンプとを切り替える切り替え手段と、前記油圧アクチュエータのそれぞれにおける負荷に応じて前記切り替え手段のそれぞれを制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。

また、第二の発明は、第一の発明に係る油圧制御装置であって、前記制御手段は、負荷が最大となる油圧アクチュエータに対応する一の流量制御弁に対する圧油の供給源を前記電動油圧ポンプに切り替え、他の油圧アクチュエータに対応する流量制御弁のそれぞれに対する圧油の供給源を前記油圧ポンプに切り替えることを特徴とする。

また、第三の発明は、第二の発明に係る油圧制御装置であって、前記他の油圧アクチュエータのうちの最大負荷圧力に応じて前記油圧ポンプの吐出量を調整する吐出量調整手段を更に備えることを特徴とする。

また、第四の発明は、第三の発明に係る油圧制御装置であって、前記制御手段は、前記原動機の出力を、前記他の油圧アクチュエータの負荷に見合う出力に調整することを特徴とする。

また、第五の発明は、第二乃至第四の何れかの発明に係る油圧制御装置であって、前記発電機は、電動機としても機能し、前記制御手段は、前記他の油圧アクチュエータの負荷が前記原動機の出力を上回る場合に前記発電機を電動機として機能させ前記原動機をアシストさせることを特徴とする。

また、第六の発明は、第五の発明に係る油圧制御装置であって、前記制御手段は、前記発電機が発電した電力を蓄える蓄電装置の蓄電状態と、前記電動油圧ポンプを所望の回転速度で回転させるのに必要な電力と、前記発電機を電動機として機能させ前記原動機をアシストさせるのに必要な電力とに基づいて、前記電動油圧ポンプ及び前記発電機のそれぞれに対する電力の供給を制御することを特徴とする。

また、第七の発明は、第六の発明に係る油圧制御装置であって、前記制御手段は、前記電動油圧ポンプに対する電力の供給を優先させることを特徴とする。

また、第八の発明は、第一乃至第七の何れかの発明に係る油圧制御装置を備えたハイブリッド式建設機械である。

上述により、本発明は、ロードセンシング方式を採用して電動油圧ポンプをより有効に活用するパラレルハイブリッド式建設機械及びその油圧制御装置を提供することができる。

本発明に係る油圧制御装置を備えたハイブリッド式建設機械の構成例を示す図である。 本発明に係る油圧制御装置の第一実施例の油圧回路図である。 最大負荷、総負荷、及び残余負荷を導き出す手順を説明するための図である。 制御内容決定処理の流れを示すフローチャートである。 原動機省力制御における処理の流れを示すフローチャートである。 ブームシリンダが最大負荷となる場合における油圧制御装置の状態を示す回路図である。 第一原動機アシスト制御における処理の流れを示すフローチャートである。 第二原動機アシスト制御における処理の流れを示すフローチャートである。 原動機増力制御における処理の流れを示すフローチャートである。 本発明に係る油圧制御装置の第二実施例の油圧回路図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。

図１は、本発明に係る油圧制御装置を備えたハイブリッド式建設機械である油圧ショベルの構成例を示す図である。図１において、油圧ショベル１は、クローラ式の下部走行体２の上に、旋回機構を介して、上部旋回体３をＸ軸周りに旋回自在に搭載している。

また、上部旋回体３は、前方中央部に、バケット４、アーム５及びブーム６、並びに、これらを駆動する油圧アクチュエータとしてのバケットシリンダ７、アームシリンダ８及びブームシリンダ９から構成される掘削アタッチメントを備える。

図２は、本発明に係る油圧制御装置の第一実施例の油圧回路図であり、機械的結合を二重線で示し、圧油管路を実線で示し、制御圧管路を破線で示し、制御電流線を斜線付きの線で示す。

油圧制御装置１００は、エンジン１０によって駆動される油圧ポンプ２０、又は、電動機１６によって駆動される電動油圧ポンプ２１が吐出する圧油をバケットシリンダ７、アームシリンダ８、及びブームシリンダ９に選択的に供給して掘削アタッチメントを動作させるようにする装置である。

エンジン１０は、燃料を燃焼させて動力（回転力）を発生させる原動機であり、例えば、所定の回転数で回転するディーゼルエンジンであって、その出力軸を動力分配機構１２の第一軸（後述）に連結し発生させた回転力を動力分配機構１２に伝達する。

発電電動機１１は、蓄電装置１４に蓄えられた電力を用いて動力（回転力）を発生させる電動機であり、その出力軸を動力分配機構１２の第二軸（後述）に連結し発生させた回転力を動力分配機構１２に伝達する。

また、発電電動機１１は、発電機としても機能し（以下、発電機として機能する場合を「発電機モード」とする。）、電動機として機能する（以下、電動機として機能する場合を「電動機モード」とする。）場合とは反対に、動力分配機構１２の第二軸を介してその出力軸に伝えられるエンジン１０による回転力によって駆動されて交流電力を発電し、インバータ１３を介してその発電した電力を直流電力に変換して蓄電装置１４に充電する。

動力分配機構１２は、動力を分配するための機構であり、例えば、エンジン１０の出力軸に連結される第一軸、発電電動機１１の出力軸に連結される第二軸、及び、油圧ポンプ２０の入力軸に連結される第三軸を有し、エンジン１０が発生させた回転力を発電電動機１１及び油圧ポンプ２０に分配して伝え、発電電動機１１に発電を行わせ、且つ、油圧ポンプ２０に圧油を吐出させる。

また、動力分配機構１２は、エンジン１０が発生させた回転力、及び、電動機モードにある発電電動機１１が発生させた回転力を油圧ポンプ２０に伝え、油圧ポンプ２０に圧油を吐出させるようにしてもよい。

インバータ１３は、交流電力と直流電力とを相互に変換するための装置であり、例えば、発電機モードにある発電電動機１１が発電した交流電力を直流電力に変換し蓄電装置１４がその直流電力を蓄電できるようにする。

また、インバータ１３は、発電電動機１１が電動機として機能するよう、蓄電装置１４に蓄えられた直流電力を交流電力に変換して発電電動機１１に供給する。

蓄電装置１４は、電力を蓄えるための装置であり、例えば、電気二重層キャパシタ、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池等である。

インバータ１５は、インバータ１３と同様、交流電力と直流電力とを相互に変換するための装置であり、例えば、電動機１６を回転させるため、蓄電装置１４に蓄えられた直流電力を交流電力に変換して電動機１６に供給する。

また、インバータ１５は、電動油圧ポンプ２１の回生運転により電動機１６が発生させる交流電力を直流電力に変換し蓄電装置１４がその直流電力を蓄電できるようにする。

電動機１６は、電力を用いて回転力を発生させるための装置であり、例えば、発電電動機１１が発電した電力、又は、蓄電装置１４に蓄えられた電力を用いて電動油圧ポンプ２１を回転させるための回転力を発生させる。

油圧ポンプ２０は、一回転当たりの吐出量（ｃｃ／ｒｅｖ）が可変である可変容量型のポンプであり、電磁比例減圧弁６６（後述）の二次圧に応じて動作するレギュレータ６７（後述）によってその吐出量が制御される。

電動油圧ポンプ２１は、一回転当たりの吐出量（ｃｃ／ｒｅｖ）が可変である電動ポンプであり、電動機１６によってその吐出量が制御される。

流量調整弁３０〜３２はそれぞれ、油圧ポンプ２０又は電動油圧ポンプ２１が吐出する圧油をバケットシリンダ７、アームシリンダ８、又はブームシリンダ９へ供給し、また、バケットシリンダ７、アームシリンダ８、又はブームシリンダ９内の圧油を圧油タンクへ排出するために圧油の流れを調整するスプール弁である。

圧力補償弁３３〜３５はそれぞれ、流量調整弁３０〜３２の上流側の圧力と下流側の圧力との間の圧力差を所定のロードセンシング差圧に保つための弁であり、スプリング３３ａ〜３５ａの付勢力がそのロードセンシング差圧に相当する。

コントロールポンプ４０は、制御用圧油を吐出するための油圧ポンプであり、所定の吐出圧（例えば、４ＭＰａである。）で制御用圧油を継続的に吐出する固定容量型の油圧ポンプである
リモコン弁４１〜４３はそれぞれ、バケット４、アーム５、又はブーム６を操作するための操作手段であり、コントロールポンプ４０が吐出する圧油を利用して各リモコン弁の操作量に応じた制御圧を発生させ、対応する流量調整弁３０〜３２のパイロットポートにその発生させた制御圧を導入させる。なお、図示されてはいないが、走行モータや旋回機構を操作するための操作手段も同様の構成を採り得るものとする。

圧力センサ５０ａ〜５２ａ、５０ｂ〜５２ｂのそれぞれは、リモコン弁４１〜４３が発生させた制御圧を測定するためのセンサであり、測定した値をメインコントローラ７０に対して出力する。

圧力センサ５３ａ〜５５ａ、５３ｂ〜５５ｂのそれぞれは、バケットシリンダ７、アームシリンダ８、又はブームシリンダ９の負荷圧を測定するためのセンサであり、測定した値をメインコントローラ７０に対して出力する。

電磁比例切換弁６０〜６２のそれぞれは、油圧ポンプ２０が吐出する圧油の流量調整弁３０〜３２への流入を許容するか（開状態）或いは禁止するか（閉状態）を切り替えるための弁であり、例えば、２ポート２ポジションのスプール弁であって、メインコントローラ７０が出力する制御電流に応じて切り替えを実行する。

電磁比例切換弁６３〜６５のそれぞれは、電動油圧ポンプ２１が吐出する圧油の流量調整弁３０〜３２への流入を許容するか（開状態）或いは禁止するか（閉状態）を切り替えるための弁であり、例えば、２ポート２ポジションのスプール弁であって、メインコントローラ７０が出力する制御電流に応じて切り替えを実行する。

図２において、電磁比例切換弁６０〜６２は、メインコントローラ７０からの制御電流の供給を受けない場合に油圧ポンプ２０が吐出する圧油の流量調整弁３０〜３２への流入を許容し（初期状態で開）、一方で、電磁比例切換弁６３〜６５は、メインコントローラ７０からの制御電流の供給を受けない場合に電動油圧ポンプ２１が吐出する圧油の流量調整弁３０〜３２への流入を禁止するが（初期状態で閉）、最大負荷となり易いブームシリンダ９に対応する電磁比例切換弁６２が初期状態で閉となる一方で同じくブームシリンダ９に対応する電磁比例切換弁６５が初期状態で開となっていてもよく、電磁比例切換弁６０〜６５の全てが初期状態で開となっていてもよい。

電磁比例減圧弁６６は、コントロールポンプ４０が吐出する圧油を利用して、メインコントローラ７０が出力する制御電流に応じた二次圧を発生させるための弁であり、その発生させた二次圧をレギュレータ６７に導入させる。

レギュレータ６７は、油圧ポンプ２０の吐出量を制御するための機構であり、例えば、電磁比例減圧弁６６の二次圧が上昇するにつれて油圧ポンプ２０の吐出量を増大させるようにする。

メインコントローラ７０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ（Read Only Memory）等を備えたコンピュータであり、バルブ制御手段及びハイブリッド制御手段に対応するプログラムをＲＯＭに記憶しながら、各手段に対応する処理をＣＰＵに実行させる。

なお、弁制御手段は、電磁比例切換弁６０〜６５、及び、電磁比例減圧弁６６を制御するための手段であり、ハイブリッド制御手段は、エンジン１０の回転数、発電電動機１１の動作モード（電動機モード又は発電機モード）及び回転数、並びに、電動機１６の回転数を制御するための手段である。

メインコントローラ７０は、圧力センサ５０ａ〜５５ａ、５０ｂ〜５５ｂの出力に基づいて、バケットシリンダ７、アームシリンダ８、及びブームシリンダ９のそれぞれの駆動負荷のうちの最大である最大負荷Ｔmax、それら駆動負荷の合計である総負荷Ｔtotal、及び、総負荷Ｔtotalから最大負荷Ｔmaxを差し引いた残余負荷Ｔrest（＝Ｔtotal−Ｔmax）を算出する。

また、メインコントローラ７０は、エンジン１０の駆動状態に基づいてエンジン１０の出力Ｔengを取得し、且つ、蓄電装置１４の充電状態ＳＯＣに基づいて蓄電装置１４が供給可能な出力Ｔbatを取得する。

その上で、メインコントローラ７０は、油圧制御装置１００の制御内容を決定し、決定した制御内容を弁制御手段及びハイブリッド制御手段に対して出力する。

ここで、図３を参照しながら、メインコントローラ７０が最大負荷Ｔmax、総負荷Ｔtotal、及び残余負荷Ｔrestを導き出す手順について説明する。

最初に、メインコントローラ７０は、圧力センサ５３ａ〜５５ａ、５３ｂ〜５５ｂのそれぞれの出力に基づいて流量調整弁３０の下流側の圧力（バケット圧Ｐ１）、流量調整弁３１の下流側の圧力（アーム圧Ｐ２）、及び、流量調整弁３２の下流側の圧力（ブーム圧Ｐ３）を取得する。

また、メインコントローラ７０は、圧力センサ５０ａ〜５２ａ、５０ｂ〜５２ｂのそれぞれの出力に基づいてリモコン弁４１の制御圧（バケット操作圧Ｐ４）と操作方向、リモコン弁４２の制御圧（アーム操作圧Ｐ５）と操作方向、及び、リモコン弁４３の制御圧（ブーム操作圧Ｐ６）と操作方向を取得する。

その後、メインコントローラ７０は、バケット操作圧Ｐ４とＲＯＭに記憶されたバケット操作用参照テーブル（バケット操作圧Ｐ４とバケットシリンダ７に流入させる圧油の目標流量Ｑ１との間の対応関係を記憶するルックアップテーブルである。）とに基づいてバケットシリンダ目標流量Ｑ１を取得する。なお、バケットシリンダ目標流量Ｑ１は、原則的には、バケット操作圧Ｐ４の増大に比例して（例えば、バケット操作用レバーの傾斜角の増大に比例して）、増大するものとする。アームシリンダ目標流量Ｑ２及びブームシリンダ目標流量Ｑ３についても同様である。また、各リモコン弁の操作方向に応じて各シリンダのロッド側用ルックアップテーブル（例えば、バケット操作圧Ｐ４とバケットシリンダ７のロッド側に流入させる圧油の目標流量Ｑ１との間の対応関係を記憶するルックアップテーブルである。）とボトム側用ルックアップテーブル（例えば、バケット操作圧Ｐ４とバケットシリンダ７のボトム側に流入させる圧油の目標流量Ｑ１との間の対応関係を記憶するルックアップテーブルである。）とを切り換えるようにしてもよい。

その後、メインコントローラ７０は、バケット圧Ｐ１とバケットシリンダ目標流量Ｑ１とに基づいて（例えば、バケット圧Ｐ１にバケットシリンダ目標流量Ｑ１を乗じることによって）、バケット負荷Ｔ１を算出する。アーム負荷Ｔ２及びバケット負荷Ｔ３についても同様である。

更にその後、メインコントローラ７０は、バケット負荷Ｔ１、アーム負荷Ｔ２及びバケット負荷Ｔ３のうちの最大のものを導出して最大負荷Ｔmaxを取得し、バケット負荷Ｔ１、アーム負荷Ｔ２及びバケット負荷Ｔ３を合計して総負荷Ｔtotalを取得し、更に、総負荷Ｔtotalから最大負荷Ｔmaxを差し引いて残余負荷Ｔrestを取得する。

このようにして、メインコントローラ７０は、バケットシリンダ７、アームシリンダ８、及びブームシリンダ９に関する最大負荷Ｔmax、総負荷Ｔtotal、及び残余負荷Ｔrestを取得するが、旋回用油圧モータ又は走行用油圧モータ等における負荷を更に考慮しながら最大負荷Ｔmax、総負荷Ｔtotal、及び残余負荷Ｔrestを取得するようにしてもよい。

次に、図４を参照しながら、メインコントローラ７０が油圧制御装置１００の制御内容を決定する処理（以下、「制御内容決定処理」とする。）について説明する。なお、図４は、制御内容決定処理の流れを示すフローチャートであり、メインコントローラ７０は、所定周期で繰り返しこの制御内容決定処理を実行するものとする。

最初に、メインコントローラ７０は、図３で示されたような手順に従って最大負荷Ｔmax、総負荷Ｔtotal、及び残余負荷Ｔrestを導き出す（ステップＳ１）。

その後、メインコントローラ７０は、エンジン１０の駆動状態に基づいて（例えば、ＲＯＭに記憶された参照テーブルであり、エンジン１０の回転数とエンジン１０の出力Ｔengとの間の対応関係を示す参照テーブルを参照することによって）エンジン１０の出力Ｔengを取得し、且つ、蓄電装置１４の充電状態ＳＯＣに基づいて（例えば、蓄電装置１４の電圧値を検出することによって）蓄電装置１４が供給可能な出力Ｔbatを取得する（ステップＳ２）。

その後、メインコントローラ７０は、総負荷Ｔtotalと総出力（エンジン１０の出力Ｔengと蓄電装置１４が供給可能な出力Ｔbatとの合計である。）とを比較する（ステップＳ３）。

総負荷が総出力を上回ると判定した場合（ステップＳ３のＮＯ）、メインコントローラ７０は、制御内容を「原動機増力制御」（エンジン回転数を増大させてエンジン出力Ｔengをその総負荷に見合った出力まで増大させる制御である。）に決定する。

総負荷が総出力以下であると判定した場合（ステップＳ３のＹＥＳ）、メインコントローラ７０は、最大負荷Ｔmaxと蓄電装置１４が供給可能な出力Ｔbatとを比較する（ステップＳ４）。電動油圧ポンプ２１のみで最大負荷Ｔmaxとなる油圧アクチュエータを動作させることができるか否かを判定するためである。

最大負荷Ｔmaxが蓄電装置１４の供給可能出力Ｔbat以下であると判定した場合（ステップＳ４のＹＥＳ）、メインコントローラ７０は、残余負荷Ｔrestとエンジン１０の出力Ｔengとを比較する（ステップＳ５）。エンジン１０の出力が残余負荷Ｔrestに見合ったものであるか否かを判定するためである。

残余負荷Ｔrestがエンジン１０の出力Ｔeng以下の場合（ステップＳ５のＹＥＳ）、メインコントローラ７０は、制御内容を「原動機省力制御」（エンジン回転数を低減させてエンジン出力Ｔengを負荷に見合った出力まで低減させる制御である。）に決定する。

一方、残余負荷Ｔrestがエンジン１０の出力Ｔengより大きいと判定した場合（ステップＳ５のＮＯ）、メインコントローラ７０は、制御内容を「第一原動機アシスト制御」（電動油圧ポンプ２１が吐出する圧油で最大負荷Ｔmaxとなる油圧アクチュエータを動作させ、且つ、エンジン回転数をそのままに維持しながら発電電動機１１を電動機モードとしエンジン１０をアシストする制御である。）に決定する。

また、最大負荷Ｔmaxが蓄電装置１４の供給可能出力Ｔbatより大きいと判定した場合（ステップＳ４のＮＯ）、メインコントローラ７０は、制御内容を「第二原動機アシスト制御」（電動油圧ポンプ２１を停止させ、且つ、エンジン回転数をそのままに維持しながら発電電動機１１を電動機モードとしエンジン１０をアシストする制御である。）に決定する。

次に、図５及び図６を参照しながら、原動機省力制御における処理の流れについて説明する。なお、図５は、総負荷が総出力以下の場合であり、最大負荷Ｔmaxが蓄電装置１４の供給可能出力Ｔbat以下であり、且つ、残余負荷Ｔrestがエンジン出力Ｔeng以下である場合に選択される制御内容である原動機省力制御における処理の流れを示すフローチャートであり、ここでは、便宜上、最大負荷Ｔmaxとなる油圧アクチュエータがブームシリンダ９であるものとする。また、図６は、ブームシリンダ９が最大負荷となる場合における油圧制御装置１００の状態を示す回路図である。

最初に、メインコントローラ７０は、最大負荷Ｔmaxとなるブームシリンダ９に圧油を供給する圧油供給源が電動油圧ポンプ２１となるよう、弁制御手段により、電磁比例切換弁６０及び６１を開状態、電磁比例切換弁６２を閉状態、電磁比例切換弁６３及び６４を閉状態、及び、電磁比例切換弁６５を開状態に切り替える（ステップＳ１１）。

また、メインコントローラ７０は、ハイブリッド制御手段により、インバータ１５に対して制御電流を出力し、蓄電装置１４の電力を用いて電動機１６を所定回転数で回転させることで電動油圧ポンプ２１を駆動し（ステップＳ１２）、電動油圧ポンプ２１における所望の吐出量を実現させる。最大負荷Ｔmaxが蓄電装置１４の供給可能出力Ｔbat以下である限り、蓄電装置１４にある電力を優先的に電動機１６に供給し、最大負荷となるブームシリンダ９を電動油圧ポンプ２１が吐出する圧油のみで動作させるようにするためである。

また、メインコントローラ７０は、発電電動機１１が発電機モードとなるよう、ハイブリッド制御手段により、インバータ１３に対して制御電流を出力し、発電電動機１１が発電した電力を蓄電装置１４に蓄電する（ステップＳ１３）。

バケットシリンダ７又はアームシリンダ８の負荷が増大し、油圧ポンプ２０における吐出圧の増大が要求された場合（バケットシリンダ７又はアームシリンダ８における最大負荷圧力にロードセンシング差圧を加えた圧力が要求される。）、メインコントローラ７０は、ハイブリッド制御手段により、発電電動機１１の発電量を低下させることでエンジン１０の出力Ｔengのより多くの部分を油圧ポンプ２０の回転に割り振るようにし、その上で、弁制御手段により、電磁比例減圧弁６６に対して制御電流を出力し、電磁比例減圧弁６６の二次圧を増大させてレギュレータ６７を動作させ油圧ポンプ２０の吐出量を増大させるようにする。この場合、メインコントローラ７０は、ＲＯＭに記憶された所定のＰ・Ｑ（吐出圧・吐出量）特性を用いた全馬力制御に従って制御電流の大きさ（すなわち油圧ポンプ２０の吐出量である。）を決定する。

また、メインコントローラ７０は、発電電動機１１が無負荷で回転するよう（発電電動機１１の発電量がゼロとなるよう）、ハイブリッド制御手段により、発電電動機１１における界磁電流をゼロにしてもよい。エンジン１０の出力を全て油圧ポンプ２０の回転に使用できるようにするためである。

その後、メインコントローラ７０は、ハイブリッド制御手段により、エンジン１０に対して制御電流を出力し、残余負荷Ｔrestに見合ったエンジン出力となるよう、エンジン回転数を低減させる（ステップＳ１４）。

このようにして、メインコントローラ７０は、最大負荷となるブームシリンダ９を電動油圧ポンプ２１が吐出する圧油で独立して動作させ、比較的小さい負荷となるバケットシリンダ７及びアームシリンダ８を油圧ポンプ２０が吐出する圧油で動作させるようにしながらバケットシリンダ７及びアームシリンダ８における負荷に見合ったエンジン出力となるようエンジン回転数を低減させるので、エンジン１０の駆動によって発電した電力を含めたエンジン１０の出力をより有効に活用しながら掘削アタッチメントを効率的に動作させることができ、結果として燃料消費量を低下させることができる。

次に、図７を参照しながら、第一原動機アシスト制御における処理の流れについて説明する。なお、図７は、総負荷が総出力以下の場合であり、最大負荷Ｔmaxが蓄電装置１４の供給可能出力Ｔbat以下であり、且つ、残余付加Ｔrestがエンジン出力Ｔengよりも大きい場合に選択される制御内容である第一原動機アシスト制御における処理の流れを示すフローチャートであり、ここでも、便宜上、最大負荷Ｔmaxとなる油圧アクチュエータがブームシリンダ９であるものとする。また、ステップＳ２１及びＳ２２は、図５の原動機省力制御におけるステップＳ１１及びＳ１２と共通するため説明を省略するものとする。

ステップＳ２３において、メインコントローラ７０は、発電電動機１１が電動機モードとなるよう、ハイブリッド制御手段により、インバータ１３に対して制御電流を出力し、発電電動機１１を電動機として駆動させエンジン１０の出力をアシストさせる（ステップＳ２３）。

その後、メインコントローラ７０は、ハイブリッド制御手段により、エンジン１０に対して制御電流を出力し、エンジン回転数を所定回転数で維持させるようにする（ステップＳ２４）。

バケットシリンダ７又はアームシリンダ８の負荷が増大し、油圧ポンプ２０における吐出圧の増大が要求された場合、メインコントローラ７０は、ハイブリッド制御手段により、インバータ１３に対して制御電流を出力し、電動機モードにある発電電動機１１の回転トルクを増大させることでエンジン１０の出力をアシストし、その上で弁制御手段により電磁比例減圧弁６６に対して制御電流を出力し、電磁比例減圧弁６６の二次圧を増大させてレギュレータ６７を動作させ油圧ポンプ２０の吐出量を増大させるようにする。

このようにして、メインコントローラ７０は、最大負荷となるブームシリンダ９を電動油圧ポンプ２１が吐出する圧油で独立して動作させ、比較的小さい負荷となるバケットシリンダ７及びアームシリンダ８を油圧ポンプ２０が吐出する圧油で動作させるようにしながら、バケットシリンダ７及びアームシリンダ８における負荷がエンジン１０の出力を上回った場合にも発電電動機１１の回転トルクを増大させてエンジン１０の出力をアシストするので、エンジン１０の駆動によって発電した電力を含めたエンジン１０の出力をより有効に活用しながら掘削アタッチメントを効率的に動作させることができ、結果として燃料消費量を低下させることができる。

次に、図８を参照しながら、第二原動機アシスト制御における処理の流れについて説明する。なお、図８は、総負荷が総出力以下の場合であり、且つ、最大負荷Ｔmaxが蓄電装置１４の供給可能出力Ｔbatよりも大きい場合に選択される制御内容である第二原動機アシスト制御における処理の流れを示すフローチャートであり、ここでも、便宜上、最大負荷Ｔmaxとなる油圧アクチュエータがブームシリンダ９であるものとする。

最初に、メインコントローラ７０は、バケットシリンダ７、アームシリンダ８及びブームシリンダ９の全てに圧油を供給する圧油供給源が油圧ポンプ２０となるよう、弁制御手段により、電磁比例切換弁６０〜６２の全てを開状態に切り替え、電磁比例切換弁６３〜６５の全てを閉状態に切り替える（ステップＳ３１）。

また、メインコントローラ７０は、ハイブリッド制御手段により、インバータ１５に対して制御電流を出力し、電動機１６の駆動を停止させ電動油圧ポンプ２１を停止させる（ステップＳ３２）。

また、メインコントローラ７０は、発電電動機１１が電動機モードとなるよう、ハイブリッド制御手段により、インバータ１３に対して制御電流を出力し、発電電動機１１を電動機として駆動させエンジン１０の出力をアシストさせる（ステップＳ３３）。

その後、メインコントローラ７０は、ハイブリッド制御手段により、エンジン１０に対して制御電流を出力し、エンジン回転数を所定回転数で維持させるようにする（ステップＳ３４）。

バケットシリンダ７又はアームシリンダ８の負荷が増大し、油圧ポンプ２０における吐出圧の増大が要求された場合、メインコントローラ７０は、ハイブリッド制御手段により、インバータ１３に対して制御電流を出力し、電動機モードにある発電電動機１１の回転トルクを増大させることでエンジン１０の出力をアシストし、その上で弁制御手段により電磁比例減圧弁６６に対して制御電流を出力し、電磁比例減圧弁６６の二次圧を増大させてレギュレータ６７を動作させ油圧ポンプ２０の吐出量を増大させるようにする。

このようにして、メインコントローラ７０は、電力不足により最大負荷となるブームシリンダ９を電動油圧ポンプ２１が吐出する圧油で独立して動作させることができない場合であっても、総出力が総負荷Ｔtotalを上回る場合には発電電動機１１の回転トルクを増大させてエンジン１０の出力をアシストしながらバケットシリンダ７、アームシリンダ８及びブームシリンダ９の全てを油圧ポンプ２０が吐出する圧油で動作させるようにするので、エンジン１０の駆動によって発電した電力を含めたエンジン１０の出力をより有効に活用しながら掘削アタッチメントを効率的に動作させることができ、結果として燃料消費量を低下させることができる。

最後に、図９を参照しながら、原動機増力制御における処理の流れについて説明する。なお、図９は、総負荷が総出力よりも大きい場合に選択される制御内容である原動機増力制御における処理の流れを示すフローチャートであり、ここでも、便宜上、最大負荷Ｔmaxとなる油圧アクチュエータがブームシリンダ９であるものとする。また、ステップＳ４１及びＳ４２は、図８の第二原動機アシスト制御におけるステップＳ３１及びＳ３２と共通するため説明を省略するものとする。

ステップＳ４３において、メインコントローラ７０は、発電電動機１１が無負荷で回転するよう（発電電動機１１の発電量がゼロとなるよう）、ハイブリッド制御手段により、発電電動機１１における界磁電流をゼロにする（ステップＳ４３）。エンジン１０の出力を全て油圧ポンプ２０の回転に使用できるようにするためである。

その後、メインコントローラ７０は、ハイブリッド制御手段により、エンジン１０に対して制御電流を出力し、総負荷Ｔtotalに見合ったエンジン出力となるよう、エンジン回転数を増大させる（ステップＳ４４）。

このようにして、メインコントローラ７０は、電力不足により最大負荷となるブームシリンダ９を電動油圧ポンプ２１が吐出する圧油で独立して動作させることができず、更に、エンジン出力不足により油圧アクチュエータを油圧ポンプ２０が吐出する圧油で動作させることができない場合には、エンジン１０の出力を増大させた上でエンジン１０の出力の全てを油圧ポンプ２０に割り振りバケットシリンダ７、アームシリンダ８及びブームシリンダ９の全てを油圧ポンプ２０が吐出する圧油で動作させるようにするので、掘削アタッチメントを確実に動作させることができる。

次に、図１０を参照しながら、本発明に係る油圧制御装置の第二実施例２００について説明する。なお、図１０は、油圧制御装置２００の油圧回路図であり、図２の回路図と同様、機械的結合を二重線で示し、圧油管路を実線で示し、制御圧管路を破線で示し、制御電流線を斜線付きの線で示す。

油圧制御装置２００は、図２の油圧制御装置１００における電磁比例切換弁６０〜６５の代わりに電磁比例切換弁６０Ａ、６１Ａ及び６２Ａを備える点で油圧制御装置１００と相違するが、その他の点で共通する。そのため、共通点に関する説明を省略しながら、相違点である電磁比例切換弁６０Ａ、６１Ａ及び６２Ａを中心に説明する。

電磁比例切換弁６０Ａは、電動油圧ポンプ２１が吐出する圧油の流量調整弁３０への流入を禁止しながら油圧ポンプ２０が吐出する圧油の流量調整弁３０への流入を許容するか、或いは、油圧ポンプ２０が吐出する圧油の流量調整弁３０への流入を禁止しながら電動油圧ポンプ２１が吐出する圧油の流量調整弁３０への流入を許容するかを切り替えるための弁であり、例えば、４ポート２ポジションのスプール弁であって、メインコントローラ７０が出力する制御電流に応じて切り替えを実行する。流量調整弁３１に対する電磁比例切換弁６１Ａ、及び流量調整弁３２に対する電磁比例切換弁６２Ａの機能についても同様の説明が適用される。

図１０において、電磁比例切換弁６０Ａ〜６２Ａは、メインコントローラ７０からの制御電流の供給を受けない場合に油圧ポンプ２０が吐出する圧油の流量調整弁３０〜３２への流入を許容する一方で電動油圧ポンプ２１が吐出する圧油の流量調整弁３０〜３２への流入を禁止するが、メインコントローラ７０からの制御電流の供給を受けない場合に、電動油圧ポンプ２１が吐出する圧油がブームシリンダ９に対応する流量調整弁３２へ流入できるようにしてもよい。

これにより、油圧制御装置２００は、油圧制御装置１００が有する有利な効果に加え、一つの流量調整弁につき一つの電磁比例切換弁を備えることにより流量調整弁に対する圧油の供給源（油圧ポンプ２０又は電動油圧ポンプ２１である。）を切り替えられるようにするので、装置の構成及び制御を簡略化することができる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなしに上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、上述の実施例において、油圧制御装置１００、２００は、単一の油圧ポンプ２０及び単一の電動油圧ポンプ２１を採用するが、複数の油圧ポンプ２０を採用するようにしてもよく、複数の電動油圧ポンプ２１を採用するようにしてもよい。

１・・・油圧ショベル ２・・・下部走行体 ３・・・上部旋回体 ４・・・バケット ５・・・アーム ６・・・ブーム ７・・・バケットシリンダ ８・・・アームシリンダ ９・・・ブームシリンダ １０・・・エンジン １１・・・発電電動機 １２・・・動力分配機構 １３・・・インバータ １４・・・蓄電装置 １５・・・インバータ １６・・・電動機 ２０・・・油圧ポンプ ２１・・・電動油圧ポンプ ３０〜３２・・・流量調整弁 ３３〜３５・・・圧力補償弁 ４０・・・コントロールポンプ ４１〜４３・・・リモコン弁 ５０ａ〜５５ａ、５０ｂ〜５５ｂ・・・圧力センサ ６０〜６５・・・電磁比例切換弁 ６０Ａ〜６２Ａ・・・電磁比例切換弁 ６６・・・電磁比例減圧弁 ６７・・・レギュレータ ７０・・・メインコントローラ １００、２００・・・油圧制御装置

Claims (8)

1. 原動機の駆動力と該原動機によって駆動される発電機が発電した電力とで複数の油圧アクチュエータを動作させるパラレルハイブリッド式建設機械のための油圧制御装置であって、
   前記原動機によって駆動される油圧ポンプと、
   前記発電機が発電した電力によって駆動される電動油圧ポンプと、
   前記油圧アクチュエータのそれぞれにおける圧油の流量を制御する複数の流量制御弁であり、各流量制御弁の前後の圧力差を所定値に維持する圧力補償弁をそれぞれ伴う複数の流量制御弁と、
   前記流量制御弁に対する圧油の供給源として前記油圧ポンプと前記電動油圧ポンプとを切り替える切り替え手段と、
   前記油圧アクチュエータのそれぞれにおける負荷に応じて前記切り替え手段のそれぞれを制御する制御手段と、
   を備えた油圧制御装置。
2. 前記制御手段は、負荷が最大となる油圧アクチュエータに対応する一の流量制御弁に対する圧油の供給源を前記電動油圧ポンプに切り替え、他の油圧アクチュエータに対応する流量制御弁のそれぞれに対する圧油の供給源を前記油圧ポンプに切り替える、
   ことを特徴とする請求項１に記載の油圧制御装置。
3. 前記他の油圧アクチュエータのうちの最大負荷圧力に応じて前記油圧ポンプの吐出量を調整する吐出量調整手段を更に備える、
   ことを特徴とする請求項２に記載の油圧制御装置。
4. 前記制御手段は、前記原動機の出力を、前記他の油圧アクチュエータの負荷に見合う出力に調整する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の油圧制御装置。
5. 前記発電機は、電動機としても機能し、
   前記制御手段は、前記他の油圧アクチュエータの負荷が前記原動機の出力を上回る場合に前記発電機を電動機として機能させ前記原動機をアシストさせる、
   ことを特徴とする請求項２乃至４の何れかに記載の油圧制御装置。
6. 前記制御手段は、前記発電機が発電した電力を蓄える蓄電装置の蓄電状態と、前記電動油圧ポンプを所望の回転速度で回転させるのに必要な電力と、前記発電機を電動機として機能させ前記原動機をアシストさせるのに必要な電力とに基づいて、前記電動油圧ポンプ及び前記発電機のそれぞれに対する電力の供給を制御する、
   ことを特徴とする請求項５に記載の油圧制御装置。
7. 前記制御手段は、前記電動油圧ポンプに対する電力の供給を優先させる、
   ことを特徴とする請求項６に記載の油圧制御装置。
8. 請求項１乃至７の何れか一項に記載の油圧制御装置を備えたハイブリッド式建設機械。