JP2011163291A

JP2011163291A - ハイブリッド建設機械の制御装置

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Publication number: JP2011163291A
Application number: JP2010029344A
Authority: JP
Inventors: Haruhiko Kawasaki; 治彦川崎; Yoshihiro Egawa; 祐弘江川
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2010-02-12
Filing date: 2010-02-12
Publication date: 2011-08-25
Anticipated expiration: 2030-02-12
Also published as: DE112011100517T5; WO2011099401A1; US8606452B2; JP5511425B2; KR101507646B1; US20120245806A1; KR20120063510A; CN102695866A

Abstract

【課題】サブポンプの出力を相対的に小さくしたとしても作業性が安定し、しかも、過放電を防止できる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。
【解決手段】コントローラＣは、上記バッテリー２６の蓄電量がしきい値を下回ったかどうかを判定する機能と、蓄電量がしきい値を下回ったとき、上記アシスト修正係数Ｋａに基づいて上記アシスト力制御機構を制御してサブポンプＳＰのアシスト力を小さくする機能と、蓄電量がしきい値を下回ったとき、上記エンジン回転数修正係数Ｋｅに基づいてエンジン回転数制御手段ＥＣを制御し、上記エンジン回転数を大きくしてメインポンプＭＰ１，ＭＰ２の吐出量を相対的に多くする機能とを備え、サブポンプのアシスト力が小さくなった分、エンジンの回転数を上げてメインポンプの出力を上昇させる構成にした。
【選択図】図２

Description

この発明は、バッテリーの電力で回転する電動モータを備え、この電動モータの動力を利用するハイブリッド建設機械の制御装置に関する。

バッテリーの電力で回転する電動モータを備えたハイブリッド建設機械の制御装置として特許文献１に記載されたものが従来から知られている。
この従来の装置は、バッテリーの電力で回転する電動モータの動力でサブポンプを回転し、このサブポンプの吐出油をメインポンプに合流させて、アシスト力を発揮させるようにしている。
そして、バッテリーの蓄電量が低下したとき、サブポンプのアシスト力を相対的に小さくするとともに、エンジンの回転数を上げてバッテリーの充電を優先させるようにしている。

特開２００９−２８７３４４号公報

上記のようにした従来の装置では、バッテリーの蓄電量が低下したとき、サブポンプのアシスト力を相対的に小さくするとともに、エンジンの回転数をアップさせて充電を優先させるようにしているが、サブポンプのアシスト出力が減少した分の出力をまかなう構成になっていなかった。

上記のようにサブポンプのアシスト力を小さくしたときに、そのアシスト力の減少分をまかなえないと、継続している作業においてその作業性が変化し、オペレータに違和感を与えるという問題があった。

この発明の目的は、サブポンプの出力を相対的に小さくしたとしても作業性が安定し、しかも、過放電を防止できる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、このメインポンプを駆動するエンジンと、このエンジンの回転を制御するエンジン回転数制御手段と、発電機で発電された電力を蓄電するバッテリーと、メインポンプの吐出側に接続されるとともにメインポンプをアシストする可変容量型のサブポンプと、このサブポンプが指令されたアシスト出力を出力するように制御するアシスト制御機構と、コントローラとを備えている。

そして、上記コントローラは、エンジン回転数制御手段およびアシスト制御機構に接続している。また、このコントローラには、バッテリーの蓄電量がしきい値を下回ったとき上記アシスト制御機構を制御してサブポンプのアシスト出力を減少させるためのアシスト修正係数の係数テーブルと、バッテリーの蓄電量が上記しきい値を下回ったときエンジン回転数制御手段を制御してエンジンの回転数を上げるためのエンジン回転数修正係数の係数テーブルと、バッテリーの蓄電量に対するしきい値とを記憶している。

さらに、コントローラは、上記バッテリーの蓄電量が上記しきい値を下回ったかどうかを判定する機能と、蓄電量がしきい値を下回ったとき、上記アシスト修正係数に基づいて上記アシスト制御機構を制御してサブポンプのアシスト出力を小さくする機能と、蓄電量がしきい値を下回ったとき、上記エンジン回転数修正係数に基づいてエンジン回転数制御手段を制御し、上記エンジン回転数を大きくしてメインポンプの吐出量を相対的に多くする機能とを備えている。そして、サブポンプのアシスト出力が小さくなった分、エンジンの回転数を上げてメインポンプの出力を上昇させる構成にしている。

第２の発明は、上記コントローラに記憶された上記アシスト修正係数は蓄電量が十分ある時には１とし、蓄電量が上記しきい値を下回ったとき、上記アシスト修正係数が１以下になるように設定されている。

第３の発明は、コントローラが、バッテリーの蓄電量に対する第１しきい値と第２しきい値とを記憶し、バッテリーの蓄電量が第１しきい値を下回ったとき、アシスト修正係数に基づいてサブポンプのアシスト出力を小さくする一方、バッテリーの蓄電量が第２しきい値に到達したとき、アシスト修正係数に基づいてサブポンプのアシスト出力をゼロにする機能を備えている。

第４の発明は、上記メインポンプに、複数の操作弁を備えた回路系統を接続するとともに、この回路系統のすべての操作弁が中立位置に保たれているとき、中立流路に発生するパイロット圧の作用で、メインポンプの吐出量をスタンバイ流量に保つ構成にし、このメインポンプには発電機を回す油圧モータを接続する一方、上記コントローラには、バッテリーの蓄電量が上記しきい値を下回ったとき上記スタンバイ回生動力を多くするスタンバイ回生修正係数のテーブルを記憶し、バッテリーの蓄電量が上記しきい値を下回り、かつ、上記すべての操作弁が中立位置にあるとき、コントローラは、スタンバイ回生修正係数に基づいてエンジン回転数制御手段を制御してエンジン回転数を上げ、スタンバイ回生動力を相対的に多くする構成にしている。

第１〜４の発明によれば、サブポンプのアシスト出力が小さくなった分、エンジンの回転数を上げてメインポンプの出力を上昇させる構成にしたので、サブポンプの出力を相対的に小さくしたとしてもその作業性を損なうようなことはない。
また、バッテリーの蓄電量に応じて修正係数をあらかじめテーブル化して記憶させているので、その修正係数に基づいてサブポンプのアシスト出力やエンジン回転数の制御が簡単になるとともに、コントローラの調整やメンテナンスが簡単になる。

さらに、第３の発明によれば、バッテリーの蓄電量が第２しきい値になれば、サブポンプのアシスト出力もゼロにするので、バッテリーが過放電にはならない。特に、リチウムイオンバッテリーは、過放電によって大きなダメージを受けるが、この発明ではリチウムイオンバッテリーを用いても、そのような問題は発生しない。
さらに、第４の発明によれば、スタンバイ回生エネルギーを多くできるとともに、修正係数に応じて制御を可能にしたので、バッテリーにすばやく充電することができる。

実施形態の回路図である。実施形態の修正テーブルを示す説明図である。実施形態のフロー図である。

図１はパワーショベルの回路図で、図示していない回転数センサーを備えたエンジンＥで駆動する可変容量型の第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２を設けているが、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。また、このエンジンＥはエンジン回転数制御手段ＥＣの出力信号でその回転数が制御できるようにしている。

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生成するための絞り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、絞り９を介してタンクＴ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、電磁切換制御弁１０を設けているが、この電磁切換制御弁１０はそのソレノイドをコントローラＣに接続している。

上記のようにした電磁切換制御弁１０は、そのソレノイドが非励磁のとき、スプリングのばね力の作用で図示の全開位置を保ち、ソレノイドが励磁したとき、上記スプリングのばね力に抗して絞り位置に切り換わるようにしている。そして、電磁切換制御弁１０が上記絞り位置に切り換わったときの絞り開度は、上記絞り９の開度よりも小さくなるようにしている。

また、上記中立流路７であって、操作弁６と電磁切換制御弁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、パイロット流路１１のパイロット圧と逆比例して第１メインポンプＭＰ１の傾転角を制御して、その１回転当たりの押し除け量を制御する。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の流れがなくなって、パイロット圧がゼロになれば、第１メインポンプＭＰ１の傾転角が最大になり、その１回転当たりの押し除け量が最大になる。

上記のようにしたパイロット流路１１には、減圧弁Ｒ１とパイロット流路切換電磁弁ＰＬ１とを並列に設けている。つまり、パイロット流路切換電磁弁ＰＬ１は、上記減圧弁Ｒ１を迂回するバイパス流路に設けている。このようにしたパイロット流路切換電磁弁ＰＬ１は、そのソレノイドが非励磁のときに開位置を保ち、中立流路７からパイロット流路１１に至る過程で、上記減圧弁Ｒ１を迂回させる。また、パイロット流路切換電磁弁ＰＬ１は、そのソレノイドが励磁したとき閉位置を保ち、減圧弁Ｒ１を介してのみ中立流路７とパイロット流路１１とを連通させる。

そして、操作弁２〜６のすべてが中立位置にあって、電磁切換制御弁１０が全開位置にあるときに、減圧弁Ｒ１を迂回して中立流路７とパイロット流路１１とが連通すると、絞り９の上流側の圧力がパイロット圧として直接レギュレータ１２に作用する。このように操作弁２〜６のすべてが中立位置にあるときに、絞り９の上流側の圧力がレギュレータ１２に直接作用すると、第１メインポンプＭＰ１は、最小傾転角を維持してスタンバイ流量を確保する。

一方、パイロット流路切換電磁弁ＰＬ１が閉位置に切り換わって、中立流路７とパイロット流路１１とが減圧弁Ｒ１を介して連通すれば、レギュレータ１２に導かれるパイロット圧は、この減圧弁Ｒ１で減圧された圧力になる。言い換えると、レギュレータ１２に作用するパイロット圧は、パイロット流路切換電磁弁ＰＬ１が開位置にあるときよりも、減圧弁Ｒ１で減圧された分だけ低くなる。

したがって、すべての操作弁２〜６が中立位置にあってパイロット流路切換電磁弁ＰＬ１が開位置にあるときよりも、第１メインポンプＭＰ１の傾転角が大きくなり、その１回転当たりの押し除け量が相対的に多くなる。

さらに、上記パイロット流路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２〜６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の要求流量に応じて変化することになる。

また、コントローラＣは、上記第１圧力センサー１３が検出する圧力信号に応じて、操作弁２〜６がすべて中立位置にあるかどうかを検出することができる。つまり、コントローラＣは、操作弁２〜６がすべて中立位置にあるときの絞り９の上流に発生する圧力を設定圧としてあらかじめ記憶している。したがって、第１圧力センサー１３の圧力信号が設定圧に達したとき、コントローラＣは、当該操作弁のすべてが中立位置にあり、それに接続されたアクチュエータが非作業の状態にあると判断することができる。

なお、上記設定圧を検出する第１圧力センサー１３が操作弁２〜６の操作状況を検出する操作状況検出手段を構成することになる。
ただし、操作状況検出手段は、上記圧力センサーに限定されるものではない。たとえば、各操作弁２〜６に中立位置を検出するセンサーを設け、このセンサーをコントローラＣに接続すれば、上記中立位置を検出するセンサーが操作状況検出手段となる。

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、電磁切換制御弁２１を設けているが、この電磁切換制御弁２１も第１回路系統Ｓ１側の電磁切換制御弁１０と同じ構成にしている。

また、上記中立流路１８であって、操作弁１７と電磁切換制御弁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。

上記のようにしたパイロット流路２２には、減圧弁Ｒ２とパイロット流路切換電磁弁ＰＬ２とを並列に設けている。つまり、パイロット流路切換電磁弁ＰＬ２は、上記減圧弁Ｒ２を迂回するバイパス流路に設けている。
なお、上記レギュレータ２３、減圧弁Ｒ２およびパイロット流路切換電磁弁ＰＬ２も、第１回路系統Ｓ１側のレギュレータ１２、減圧弁Ｒ１およびパイロット流路切換電磁弁ＰＬ１と同じ構成にするとともに、それらの作動も同じである。したがって、第２回路系統Ｓ２に対する電磁切換制御弁２１、レギュレータ２３、減圧弁Ｒ２およびパイロット流路切換電磁弁ＰＬ２の作動の説明は、上記第１回路系統Ｓ１側の電磁切換制御弁１０、レギュレータ１２、減圧弁Ｒ１およびパイロット流路切換電磁弁ＰＬ１の説明を援用する。

上記のようにした第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２のそれぞれには、流路５５，５６を介して電磁弁５８，５９を接続している。なお、上記流路５５，５６は、第１，２回路系統Ｓ１，Ｓ２の上流側において第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２に接続している。
また、上記電磁弁５８，５９は、ソレノイドが非励磁状態にあるとき図示の閉位置を保ち、ソレノイドを励磁したとき開位置を保つとともに、それらソレノイドをコントローラＣに接続している。

さらに、これら電磁弁５８，５９は合流通路５７およびチェック弁６０を介して油圧モータＭに接続している。この油圧モータＭは、発電機兼用の電動モータＭＧと連係して回転するとともに、この発電機兼用の電動モータＭＧの回転で発電された電力はインバータＩを介してバッテリー２６にチャージされる。
なお、上記油圧モータＭと発電機兼用の電動モータＭＧとは、それらを直結してもよいし、図示していない減速機を介して連係してもよい。

上記のようにした実施形態において、第１，２回路系統Ｓ１，Ｓ２のいずれかの操作弁、例えば第１回路系統Ｓ１のいずれかの操作弁を切り換えて、当該操作弁に接続したアクチュエータを作動させると、当該操作弁の操作量に応じて中立流路７に流れる流量が変化する。そして、中立流路７に流れる流量に応じて、パイロット圧発生用の絞り９の上流側に発生するパイロット圧が変化するが、このパイロット圧に応じてレギュレータ１２は第１メインポンプＭＰ１の傾転角を制御する。すなわち、パイロット圧が小さくなればなるほど、上記傾転角を大きくして第１メインポンプＭＰ１の１回転当たりの押し除け量を多くする。反対にパイロット圧が大きくなればなるほど、上記傾転角を小さくして第１メインポンプＭＰ１の１回転当たりの押し除け量を少なくする。
上記の作用は、第２メインポンプＭＰ２と第２回路系統Ｓ２との関係においても同様である。

次に、油圧モータＭを回転してバッテリー２６にチャージするために、オペレータが手動操作によって、コントローラＣにスタンバイ回生指令信号を入力した場合について説明する。
なお、オペレータからスタンバイ回生指令信号が入力されていない状態では、コントローラＣは、上記した電磁切換制御弁１０，２１、パイロット流路切換電磁弁ＰＬ１，ＰＬ２および電磁弁５８，５９のすべてを図示のノーマル位置に保持する。したがって、この状態では、第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２の傾転角は、パイロット圧発生用の絞り９，２０の上流側の圧力で制御されることになる。

したがって、上記の状態で、例えば制御弁２〜６，１４〜１７のすべてが中立位置に保たれれば、パイロット流路１１，２２に導かれるパイロット圧が最大になる。パイロット圧が最大になれば、レギュレータ１２，２３が第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２の傾転角を小さくして１回転当たりの押し除け量を最小にするので、第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２はスタンバイ流量を確保する。

一方、オペレータの手動操作により、スタンバイ回生指令信号がコントローラＣに入力すると、コントローラＣは、第１，２圧力センサー１３，２４で検出された圧力信号が設定圧に達しているか否かを判定する。もし、上記圧力信号が設定圧に達していなければ、第１，２回路系統Ｓ１，Ｓ２のいずれかの操作弁に接続したアクチュエータが作業中であると判定して、電磁切換制御弁１０，２１、パイロット流路切換電磁弁ＰＬ１，ＰＬ２および電磁弁５８，５９をノーマル位置に保持する。

第１，２圧力センサー１３，２４で検出された圧力信号が設定圧に達していれば、コントローラＣは、第１，２回路系統Ｓ１，Ｓ２のいずれの操作弁に接続したアクチュエータも非作業状態にあると判定し、コントローラＣは，電磁切換制御弁１０，２１および電磁弁５８，５９のソレノイドを励磁する。したがって、上記電磁切換制御弁１０，２１は絞り位置に切り換わるとともに、電磁弁５８，５９は開位置に切り換わる。

上記のようにして電磁切換制御弁１０，２１および電磁弁５８，５９が切り換えられると、第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２の吐出量は、電磁弁５８，５９を経由して油圧モータＭに供給されるので、油圧モータＭの駆動力で発電機兼用の電動モータＭＧを回転して発電する。発電機兼用の電動モータＭＧで発電された電力は、インバータＩを介してバッテリー２６にチャージされる。

上記のように発電機兼用の電動モータＭＧを回転して発電するとき、コントローラＣは、バッテリー２６の蓄電量を検出し、この蓄電量に基づいた修正係数をテーブル化して記憶するとともに、この係数テーブルの修正係数に応じて、エンジンＥの回転数、スタンバイ回生動力を制御するものである。
すなわち、コントローラＣには、図２に示すようにスタンバイ回生修正係数をテーブル化してあらかじめ記憶させている。このスタンバイ回生修正係数は、バッテリー２６の蓄電量が第１しきい値ＳＯ１を超えているときに１、第１しきい値ＳＯ１を下回ったときには１以上となり、バッテリー２６の蓄電量が第２しきい値ＳＯ２を下回ったときその修正係数が最大になるように設定されている。そして、コントローラＣは、制御指令値に上記修正係数を乗じてエンジン回転数、スタンバイ回生動力を制御する。

したがって、バッテリー２６の蓄電量が第１しきい値ＳＯ１を超えていれば、スタンバイ回生修正係数ＫＳが１となり、エンジンＥの回転数、スタンバイ回生動力は現状のままを維持する。しかし、バッテリー２６の蓄電量が第１しきい値ＳＯ１を下回っていると、スタンバイ回生修正係数ＫＳが１よりも大きくなるので、当該係数の増加分だけエンジンＥの回転数、スタンバイ回生動力が上がることになる。さらに、上記蓄電量が第２しきい値ＳＯ２を下回れば、スタンバイ修正係数が最大になるので、それにともなってエンジンＥの回転数、スタンバイ回生動力がさらに上昇する。

上記のようにエンジンＥの回転数が上昇すれば、それにともなって第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２の回転数も上昇し、その吐出量を相対的に多くする。このように第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２の吐出量が多くなれば、油圧モータＭの回転数も上昇するので、それにともなって発電機兼用の電動モータＭＧの回転数も上昇し、発電量が相対的に多くなる。
つまり、バッテリー２６の蓄電量が十分足りていれば、発電機兼用の電動モータＭは現状の発電量を保つ。そして、上記蓄電量がしきい値よりも少なくなれば、発電機兼用の電動モータの発電量が相対的に多くなる。

なお、上記の説明の中では、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油圧モータＭ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吐出油が油圧モータＭに供給されるとともに、この油圧モータＭの回転力で発電機兼用の電動モータＭＧを回転することができる。

また、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。
さらに、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。

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、この発電機兼用の電動モータＭＧの駆動力によって、可変容量型の油圧モータＭも同軸回転する構成にしている。
なお、後で詳しく説明するが、上記サブポンプＳＰは、油圧モータＭの駆動力でも回転できるし、それら発電機兼用の電動モータＭＧおよび油圧モータＭの合成駆動力でも回転できる。
そして、上記発電機兼用の電動モータ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で発電機兼用の電動モータ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および油圧モータＭ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。

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比例電磁絞り弁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。

したがって、サブポンプＳＰの吐出油は、第１，２比例電磁絞り弁４２．４３の開度に応じて第１，２アシスト流路４０，４１に振り分けられて、第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２の吐出油と合流し、これら第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２をアシストする。
ただし、このサブポンプのアシスト流量は第１の圧力センサー１３、第２の圧力センサー２４の圧力に対応して、流量が設定され、その中で、コントローラＣが、サブポンプＳＰの傾転角、油圧モータＭの傾転角、発電機兼用の電動モータ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。

また、上記コントローラＣは、図２に示すように、バッテリー２６の蓄電量に応じて、アシスト流量、動力を制御するためのアシスト修正係数をテーブル化し記憶している。このアシスト修正係数は、バッテリー２６の蓄電量が第１しきい値ＳＯ１を超えているときに１、第１しきい値ＳＯ１を下回ったときには１以下となり、バッテリー２６の蓄電量が第２しきい値ＳＯ２以下になったときにゼロになるようにしている。

したがって、バッテリー２６の蓄電量が第１しきい値ＳＯ１を超えていれば、サブポンプＳＰの吐出量があらかじめ設定したアシスト流量、動力になるように、コントローラＣが、サブポンプＳＰの傾転角、油圧モータＭの傾転角、発電機兼用の電動モータＭＧの回転数などを制御する。
また、バッテリー２６の蓄電量が第１しきい値ＳＯ１を下回れば、サブポンプＳＰの吐出量があらかじめ設定したアシスト流量、動力になるように修正指令し、コントローラＣが、サブポンプＳＰの傾転角、油圧モータＭの傾転角、発電機兼用の電動モータＭＧの回転数などを制御する。

さらに、バッテリー２６の蓄電量が第２しきい値ＳＯ２を下回れば、サブポンプＳＰの吐出量がゼロになるように、コントローラＣが、サブポンプＳＰの傾転角、油圧モータＭの傾転角、発電機兼用の電動モータＭＧの回転数などを制御する。
なお、上記のように第２しきい値を下回ったとき、サブポンプＳＰのアシスト出力をゼロにしたのは、サブポンプＳＰを駆動するために、バッテリー２６が過放電にならないようにするためである。
上記のようにバッテリー２６の蓄電量が少なくなったときに、サブポンプＳＰのアシスト流量、動力を減少させるようにしたのは、発電機兼用の電動モータＭＧの出力を軽減して、バッテリー２６の電力消費量を少なくし、バッテリー２６に対する充電を優先させるためである。

なお、上記のようにサブポンプＳＰのアシスト流量、動力を制御するためには、サブポンプＳＰの傾転角、油圧モータＭの傾転角、発電機兼用の電動モータＭＧのいずれを制御してもよいし、それらを複合的に制御してもよい。したがって、サブポンプＳＰの傾転角を制御する傾角制御器３７、油圧モータＭの傾転角を制御する傾角制御器３８、および発電機兼用の電動モータＭＧの回転数を制御するインバータＩのそれぞれが、この発明のアシスト制御機構を構成するものである。

また、上記のようにサブポンプＳＰのアシスト流量、動力を減少させたときには、エンジン回転数制御手段ＥＣを介してエンジンＥの回転数を上げ、アシスト流量の減少分に相当する流量を、第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２の吐出量の増加でまかなえるようにしている。
そのために、上記コントローラＣは、図２に示すように、バッテリー２６の蓄電量に応じて、エンジンＥの回転数を制御するためのエンジン回転数修正係数をテーブル化して記憶している。このエンジン回転数修正係数は、バッテリー２６の蓄電量が第１しきい値ＳＯ１を超えているときに１、第１しきい値ＳＯ１を下回ったときには１以上となり、バッテリー２６の蓄電量が第２しきい値ＳＯ２以下になったときに最大になるようにしている。

そして、上記のようにしたアシスト修正係数Ｋａとエンジン回転数修正係数Ｋｅとは、バッテリー２６の蓄電量を変数として互いに相関させるとともに、サブポンプＳＰのアシスト流量が減少した分を、第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２の吐出量が増加して、アクチュエータに対する供給油量が変化しないように設定されている。
したがって、サブポンプＳＰのアシスト流量が減少したとしても、継続している作業においてその作業性が変化せず、従来のようにオペレータに違和感を与えるといったこともなくなる。

したがって、この実施形態では、コントローラＣは、常にバッテリー２６の蓄電量を検出し、その蓄電量に応じた制御を実行することになる。
すなわち、図３に示すように、コントローラＣは、バッテリー２６の蓄電量を検出する（ステップＳ１）とともに、そのときの蓄電量に応じて、アシスト修正係数Ｋａ、エンジン回転数修正係数Ｋｅおよびスタンバイ回生修正係数Ｋｓを特定する（ステップＳ２）。

上記のように各係数を特定したら、そのときのアクチュエータが作業状態にあるかあるいは非作業状態にあるかを検出し（ステップＳ３）、作業状態にあればサブポンプＳＰの吐出量を圧力センサ１３，２４の圧力に対応したアシスト流量になるように上記アシスト制御機構を制御する（ステップＳ４）。このときコントローラＣは、サブポンプＳＰに対する通常の指令値に、バッテリー２６の蓄電量に基づいた係数を乗じる（ステップＳ５）とともに、その係数を乗じた値で、サブポンプＳＰの出力およびエンジンＥの回転数の制御を実行する（ステップＳ６）。

また、ステップＳ３において、非作業状態にあるときには、ステップＳ７に移行して、スタンバイ回生エネルギーの回収制御を実行するが、このときコントローラＣは、バッテリー２６の蓄電量に基づいた係数を指令値に乗じて（ステップＳ７）、エンジン回転数、スタンバイ回生動力制御を実行する（ステップＳ８）。

なお、上記油圧モータＭ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。

そして、上記第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。

なお、上記通路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は油圧モータＭ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、油圧モータＭの傾転角を制御する。

上記のようにして油圧モータＭが回転力を得れば、その回転力は、同軸回転する発電機兼用の電動モータＭＧに作用するが、この油圧モータＭの回転力は、発電機兼用の電動モータＭＧに対するアシスト力として作用する。したがって、油圧モータＭの回転力の分だけ、発電機兼用の電動モータＭＧの消費電力を少なくすることができる。
また、上記油圧モータＭ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、油圧モータＭ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、油圧モータＭおよびサブポンプＳＰ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、上記油圧モータＭ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、油圧モータＭ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、油圧モータＭ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、油圧モータＭ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、油圧モータＭ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、油圧モータＭの傾転角は必然的に決められることになる。このように油圧モータＭ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。

一方ブームシリンダＢＣであるが、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。

そして、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、発電機兼用の電動モータ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の戻り油の全量が油圧モータＭに供給される。しかし、油圧モータＭ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、油圧モータＭの傾転角や発電機兼用の電動モータＭＧの回転数などをもとにして、油圧モータＭ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。

さらに、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で合流して油圧モータＭ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油圧モータＭの傾転角を決めればよい。
いずれにしても、油圧モータＭ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、油圧モータＭを駆動源として発電機兼用の電動モータ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、油圧モータＭには、発電機兼用の電動モータＭＧを回転させるために必要な出力を維持しておけば、油圧モータＭの出力を利用して、発電機Ｇを機能させることができる。
また、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、油圧モータＭを利用して発電機兼用の電動モータＭＧに発電させたりできる。

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あるいは電磁弁５８，５９を設けたので、例えば、サブポンプＳＰおよび油圧モータＭ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および油圧モータＭ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および油圧モータＭ系統とを油圧的に切り離すことができる。

ハイブリッド型のパワーショベル等の建設機械に利用することができる。

ＭＰ１第１メインポンプ
ＭＰ２第２メインポンプ
２〜６操作弁
１４〜１７操作弁
７，１８中立流路
Ｅエンジン
ＥＣエンジン回転数制御手段
ＭＧ発電機兼用の電動モータ
Ｃコントローラ
ＳＰサブポンプ
２６バッテリー
３７サブポンプの傾転角を制御する傾角制御器
３８油圧モータの傾転角を制御する傾角制御器
Ｉ発電機兼用の電動モータの回転数を制御するインバータ

Claims

可変容量型のメインポンプと、このメインポンプを駆動するエンジンと、このエンジンの回転を制御するエンジン回転数制御手段と、発電機で発電された電力を蓄電するバッテリーと、メインポンプの吐出側に接続されるとともにメインポンプをアシストする可変容量型のサブポンプと、このサブポンプが指令されたアシスト出力を出力するように制御するアシスト制御機構と、コントローラとを備え、このコントローラは、エンジン回転数制御手段およびアシスト制御機構に接続し、かつ、このコントローラには、バッテリーの蓄電量がしきい値を下回ったとき上記アシスト制御機構を制御してサブポンプのアシスト出力を減少させるためのアシスト修正係数の係数テーブルと、バッテリーの蓄電量が上記しきい値を下回ったときエンジン回転数制御手段を制御してエンジンの回転数を上げるためのエンジン回転数修正係数の係数テーブルと、バッテリーの蓄電量に対するしきい値とを記憶してなり、コントローラは、上記バッテリーの蓄電量が上記しきい値を下回ったかどうかを判定する機能と、蓄電量がしきい値を下回ったとき、上記アシスト修正係数に基づいて上記アシスト制御機構を制御してサブポンプのアシスト出力を小さくする機能と、蓄電量がしきい値を下回ったとき、上記エンジン回転数修正係数に基づいてエンジン回転数制御手段を制御し、上記エンジン回転数を大きくしてメインポンプの吐出量を相対的に多くする機能とを備え、サブポンプのアシスト出力が小さくなった分、エンジンの回転数を上げてメインポンプの出力を上昇させる構成にしたハイブリッド建設機械の制御装置。
上記コントローラに記憶された上記アシスト修正係数は蓄電量が十分ある時には１とし、蓄電量が上記しきい値を下回ったとき、上記アシスト修正係数が１以下になるように設定された請求項１記載のハイブリッド建設機械の制御装置。
コントローラは、バッテリーの蓄電量に対する第１しきい値と第２しきい値とを記憶し、バッテリーの蓄電量が第１しきい値を下回ったとき、アシスト修正係数に基づいてサブポンプのアシスト出力を小さくする一方、バッテリーの蓄電量が第２しきい値に到達したとき、アシスト修正係数に基づいてサブポンプのアシスト出力をゼロにする機能を備えた請求項１または２記載のハイブリッド建設機械の制御装置。
上記メインポンプには、複数の操作弁を備えた回路系統を接続するとともに、この回路系統のすべての操作弁が中立位置に保たれているとき、中立流路に発生するパイロット圧の作用で、メインポンプの吐出量をスタンバイ流量に保つ構成にし、このメインポンプには発電機を回す油圧モータを接続する一方、上記コントローラには、バッテリーの蓄電量が上記しきい値を下回ったとき上記スタンバイ回生動力を多くするスタンバイ回生修正係数のテーブルを記憶し、バッテリーの蓄電量が上記しきい値を下回り、かつ、上記すべての操作弁が中立位置にあるとき、コントローラは、スタンバイ回生修正係数に基づいてエンジン回転数制御手段を制御してエンジン回転数を上げ、スタンバイ回生動力を相対的に多くする構成にした請求項１〜３のいずれか１に記載したハイブリッド建設機械の制御装置。