JP4805974B2 - 液圧制御装置及びこれを含む建設機械 - Google Patents

Description

本発明は、建設機械用液圧制御装置及びこれを含む建設機械に関する。

従来より、駆動機構の一部を電動化したハイブリッド型の建設機械が提案されている。このような建設機械では、上部旋回体を旋回させるための旋回機構の動力源として電動機を備え、この電動機の力行運転で旋回機構を加速（駆動）するとともに、旋回機構を減速（制動）する際に回生運転を行い、発電される電力をバッテリに充電している（例えば、特許文献１参照）。また、この特許文献１に記載された建設機械は、旋回機構以外の駆動機構を油圧で駆動するために油圧ポンプを備えるが、この油圧ポンプを駆動するためのエンジンに増速機を介して発電機を接続し、発電で得る電力をバッテリの充電と旋回機構の電動機の駆動に用いている。

また、駆動機構をエンジンの出力のみで動作させる非ハイブリッド型の建設機械において、メインリリーフバルブの設定圧力又はそれより僅かに低い圧力をコントローラ内で検知し、該圧力を作業者が意図的に数秒間持続させることにより、メインリリーフバルブのリリーフ圧をある一定時間設定圧力より上昇させ、しかる後に自動的にリリーフ圧力を設定圧力に復帰させる自動昇圧回路が知られている。
特開平２００４−０３６３０３号公報 実開平４−１２１５０３号公報

しかしながら、上記特許文献２に記載される構成では、メインリリーフバルブのリリーフ圧をある一定時間設定圧力より上昇させるが、その一定時間の間、メインリリーフバルブから液圧アクチュエータへ供給される流量が減少するので、液圧アクチュエータの作動速度の低下（ひいては液圧アクチュエータにより動作されるブームやアーム等の作動部材の作動速度の低下）が生じてしまうという問題がある。

そこで、本発明は、液圧アクチュエータの作動速度の低下を防止しつつ、リリーフバルブのリリーフ圧を増加することができる建設機械用液圧制御装置及びこれを含む建設機械等の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１の局面によれば、エンジンに接続されると共に、バッテリからの電力に基づいて動作する電動機に接続されるポンプと、該ポンプからの液圧により動作する液圧アクチュエータを備えた建設機械における液圧制御装置であって、
昇圧制御時に、前記ポンプと前記液圧アクチュエータの間に設けられるリリーフバルブのリリーフ圧を増加させると共に、前記エンジンの出力に前記電動機の出力を付加して前記ポンプの出力を増加させることを特徴とする、液圧制御装置が提供される。

本発明の第２の局面によれば、エンジンと、バッテリと、前記バッテリからの電力に基づいて動作する電動機と、前記電動機及びエンジンに接続されるポンプと、ポンプからの液圧により動作する液圧アクチュエータと、ポンプと液圧アクチュエータの間に設けられるリリーフバルブと、前記ポンプの吐出側の液圧を検出する圧力センサと、液圧制御装置とを備える建設機械であって、
前記ポンプをエンジンのみを動力源として作動させる第１のモードと、
前記ポンプをエンジン及び電動機の双方を動力源として作動させる第２のモードとを備え、
前記制御装置は、前記第１のモード時において、前記圧力センサで検出される液圧が所定閾値を超えた場合に、前記リリーフバルブのリリーフ圧を増加させると共に、前記第１のモードから前記第２のモードに切り替えを許可することを特徴とする、建設機械が提供される。

本発明の第３の局面によれば、エンジンに接続されると共に、バッテリからの電力に基づいて動作する電動機に接続されるポンプと、該ポンプからの液圧により動作する液圧アクチュエータを備えた建設機械における液圧制御方法であって、
昇圧制御を行うべきか否かを判定する判定ステップと、
前記判定ステップにおいて昇圧制御を行うべきと判定された場合に、前記ポンプと前記液圧アクチュエータの間に設けられるリリーフバルブのリリーフ圧を増加させるリリーフ圧増加ステップと、
前記リリーフ圧増加ステップに後続して実行され、前記エンジンの出力に前記電動機の出力を付加して前記ポンプの出力を増加させるステップとを含むことを特徴とする、液圧制御方法が提供される。

本発明によれば、液圧アクチュエータの作動速度の低下を防止しつつ、リリーフバルブのリリーフ圧を増加することができる建設機械用液圧制御装置及びこれを含む建設機械等が得られる。

以下、図面を参照して、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、本実施例の液圧制御装置を含む建設機械１００を示す側面図である。

この建設機械１００の下部走行体１には、旋回機構２を介して上部旋回体３が搭載されている。また、上部旋回体３には、ブーム４、アーム５、及びバケット６と、これらを油圧駆動するためのブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９に加えて、キャビン１０及び動力源が搭載される。

図２は、本実施例の液圧制御装置を含む建設機械１００の構成を表すブロック図である。この図２では、機械的動力系を二重線、高圧油圧ラインを実線、パイロットラインを破線、電気駆動・制御系を一点鎖線でそれぞれ示す。

エンジン１１と、電動発電機１２は、ともに減速機１３の入力軸に接続されている。また、この減速機１３の出力軸には、メインポンプ１４及びパイロットポンプ１５が接続されている。メインポンプ１４には、高圧油圧ライン１６を介してコントロールバルブ１７が接続されている。高圧油圧ライン１６には、リリーフバルブ７０が設けられる。リリーフバルブ７０は、リリーフ圧が可変のバルブであり、リリーフ圧は、ソレノイドバルブ７４の切り替えにより通常リリーフ圧ｐ_０から、通常リリーフ圧ｐ_０よりも高い昇圧時リリーフ圧ｐ_１に増加される。ソレノイドバルブ７４の切り替えは、後述のコントローラ３０により制御される。また、高圧油圧ライン１６には、高圧油圧ライン１６の油圧を検出する圧力センサ７２が設けられる。圧力センサ７２は、メインポンプ１４の吐出口からコントロールバルブ１７までの高圧油圧ライン１６の任意の位置に配置されてよい。圧力センサ７２は、高圧油圧ライン１６内の油圧を表す電気信号を出力し、この電気信号は、コントローラ３０に入力される。

コントロールバルブ１７は、本実施例の建設機械１００における油圧系の制御を行う制御装置であり、このコントロールバルブ１７には、下部走行体１用の油圧モータ１Ａ（右用）及び１Ｂ（左用）、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９が高圧油圧ラインを介して接続される。

また、電動発電機１２には、インバータ１８を介してバッテリ１９が接続されており、また、バッテリ１９には、インバータ２０を介して旋回用電動機２１が接続されている。

旋回用電動機２１の回転軸２１Ａには、レゾルバ２２、メカニカルブレーキ２３、及び旋回減速機２４が接続される。また、パイロットポンプ１５には、パイロットライン２５を介して操作装置２６が接続される。

操作装置２６には、油圧ライン２７及び２８を介して、コントロールバルブ１７及び圧力センサ２９がそれぞれ接続される。この圧力センサ２９には、本実施例の建設機械１００の電気系の駆動制御を行うコントローラ３０が接続されている。

このような本実施例の建設機械１００は、エンジン１１、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１を動力源とするハイブリッド型の建設機械である。これらの動力源は、図１に示す上部旋回体３に搭載される。以下、各部について説明する。

エンジン１１は、例えば、ディーゼルエンジンで構成される内燃機関であり、その出力軸は減速機１３の一方の入力軸に接続される。このエンジン１１は、建設機械１００の運転中は常時運転される。

電動発電機１２は、力行運転及び回生運転の双方が可能な電動機であればよい。ここでは、電動発電機１２として、インバータ２０によって交流駆動される電動発電機を示す。この電動発電機１２は、例えば、磁石がロータ内部に埋め込まれたＩＰＭ(Interior Permanent Magnetic)モータで構成することができる。電動発電機１２の回転軸は減速機１３の他方の入力軸に接続される。

減速機１３は、２つの入力軸と１つの出力軸を有する。２つの入力軸の各々には、エンジン１１の駆動軸と電動発電機１２の駆動軸が接続される。また、出力軸にはメインポンプ１４の駆動軸が接続される。例えば後述の昇圧制御を行う場合等には、電動発電機１２が力行運転を行い、電動発電機１２の駆動力が減速機１３の出力軸を経てメインポンプ１４に伝達される。これによりメインポンプ１４の駆動がアシストされる。一方、エンジン１１の負荷が小さい場合は、エンジン１１の駆動力が減速機１３を経て電動発電機１２に伝達されることにより、電動発電機１２が回生運転による発電を行う。電動発電機１２の力行運転と回生運転の切り替えは、コントローラ３０により、エンジン１１の負荷等に応じて行われる。

メインポンプ１４は、コントロールバルブ１７に供給するための油圧を発生するポンプである。この油圧は、コントロールバルブ１７を介して油圧モータ１Ａ、１Ｂ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９の各々を駆動するために供給される。

パイロットポンプ１５は、油圧操作系に必要なパイロット圧を発生するポンプである。この油圧操作系の構成については後述する。

コントロールバルブ１７は、高圧油圧ラインを介して接続される下部走行体１用の油圧モータ１Ａ、１Ｂ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９の各々に供給する油圧を運転者の操作入力に応じて制御することにより、これらを油圧駆動制御する油圧制御装置である。

インバータ１８は、上述の如く電動発電機１２とバッテリ１９との間に設けられ、コントローラ３０からの指令に基づき、電動発電機１２の運転制御を行う。これにより、インバータ１８が電動発電機１２の力業を運転制御している際には、必要な電力をバッテリ１９から電動発電機１２に供給する。また、電動発電機１２の回生を運転制御している際には、電動発電機１２により発電された電力をバッテリ１９に充電する。

バッテリ１９は、インバータ１８とインバータ２０との間に配設されている。これにより、電動発電機１２と旋回用電動機２１の少なくともどちらか一方が力行運転を行っている際には、力行運転に必要な電力を供給するとともに、また、少なくともどちらか一方が回生運転を行っている際には、回生運転によって発生した回生電力を電気エネルギーとして蓄積するための電源である。尚、バッテリ１９は、充放電可能なバッテリであれば種類は任意であり、鉛バッテリ、ニッケル水素バッテリ、リチウムイオンバッテリや電気２重層キャパシタ等の容量性負荷から構成されてもよい。

インバータ２０は、上述の如く旋回用電動機２１とバッテリ１９との間に設けられ、コントローラ３０からの指令に基づき、旋回用電動機２１に対して運転制御を行う。これにより、インバータ２０が旋回用電動機２１の力業を運転制御している際には、必要な電力をバッテリ１９から旋回用電動機２１に供給する。また、旋回用電動機２１が回生運転をしている際には、旋回用電動機２１により発電された電力をバッテリ１９へ充電する。

旋回用電動機２１は、力行運転及び回生運転の双方が可能な電動機であればよく、上部旋回体３の旋回機構２を駆動するために設けられている。力行運転の際には、旋回用電動機２１の回転駆動力の回転力が旋回減速機２４にて増幅され、上部旋回体３が加減速制御され回転運動を行う。また、上部旋回体３の慣性回転により、旋回減速機２４にて回転数が増加されて旋回用電動機２１に伝達され、回生電力を発生させることができる。ここでは、旋回用電動機２１として、ＰＷＭ(Pulse Width Modulation)制御信号によりインバータ２０によって交流駆動される電動機を示す。この旋回用電動機２１は、例えば、磁石埋込型のＩＰＭモータで構成することができる。これにより、より大きな誘導起電力を発生させることができるので、回生時に旋回用電動機２１にて発電される電力を増大させることができる。

なお、バッテリ１９の充放電制御は、バッテリ１９の充電状態、電動発電機１２の運転状態（力行運転又は回生運転）、旋回用電動機２１の運転状態（力行運転又は回生運転）に基づき、コントローラ３０によって行われる。

レゾルバ２２は、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａの回転位置及び回転角度を検出するセンサであり、旋回用電動機２１と機械的に連結することで旋回用電動機２１の回転前の回転軸２１Ａの回転位置と、左回転又は右回転した後の回転位置との差を検出することにより、回転軸２１Ａの回転角度及び回転方向を検出するように構成されている。旋回用電動機２１の回転軸２１Ａの回転角度を検出することにより、旋回機構２の回転角度及び回転方向が導出される。

メカニカルブレーキ２３は、機械的な制動力を発生させる制動装置であり、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａを機械的に停止させる。このメカニカルブレーキ２３は、電磁式スイッチにより制動／解除が切り替えられる。この切り替えは、コントローラ３０によって行われる。

旋回減速機２４は、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａの回転速度を減速して旋回機構２に機械的に伝達する減速機である。これにより、力行運転の際には、旋回用電動機２１の回転力を増力させ、より大きな回転力として旋回体へ伝達することができる。これとは逆に、回生運転の際には、旋回体で発生した回転数を増加させ、より多くの回転動作を旋回用電動機２１に発生させることができる。

旋回機構２は、旋回用電動機２１のメカニカルブレーキ２３が解除された状態で旋回可能となり、これにより、上部旋回体３が左方向又は右方向に旋回される。

操作装置２６は、旋回用電動機２１、下部走行体１、ブーム４、アーム５、及びバケット６を操作するための操作装置であり、レバー２６Ａ及び２６Ｂとペダル２６Ｃを含む。レバー２６Ａは、旋回用電動機２１及びアーム５を操作するためのレバーであり、上部旋回体３の運転席近傍に設けられる。レバー２６Ｂは、ブーム４及びバケット６を操作するためのレバーであり、運転席近傍に設けられる。また、ペダル２６Ｃは、下部走行体１を操作するための一対のペダルであり、運転席の足下に設けられる。

この操作装置２６は、パイロットライン２５を通じて供給される油圧（１次側の油圧）を運転者の操作量に応じた油圧（２次側の油圧）に変換して出力する。操作装置２６から出力される２次側の油圧は、油圧ライン２７を通じてコントロールバルブ１７に供給されるとともに、圧力センサ２９によって検出される。

レバー２６Ａ及び２６Ｂとペダル２６Ｃの各々が操作されると、油圧ライン２７を通じてコントロールバルブ１７が駆動され、これにより、油圧モータ１Ａ、１Ｂ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９内の油圧が制御されることによって、下部走行体１、ブーム４、アーム５、及びバケット６が駆動される。

なお、油圧ライン２７は、油圧モータ１Ａ及び１Ｂを操作するために１本ずつ（すなわち合計２本）、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９をそれぞれ操作するために２本ずつ（すなわち合計６本）設けられるため、実際には全部で８本あるが、説明の便宜上、１本にまとめて表す。

圧力センサ２９では、レバー２６Ａの操作による、油圧ライン２８内の油圧の変化が圧力センサ２９で検出される。圧力センサ２９は、油圧ライン２８内の油圧を表す電気信号を出力する。この電気信号は、コントローラ３０に入力される。

コントローラ３０は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)及び内部メモリを含む演算処理装置で構成される。コントローラ３０は、液圧制御装置として機能し、本実施例の建設機械１００の駆動制御を行う。この建設機械１００の駆動制御は、以下で詳説する昇圧制御を含む。

コントローラ３０は、メインポンプ１４の動力源の観点から大きく分けて２つのモードで、建設機械１００の駆動制御を行う。第１のモードでは、コントローラ３０は、電動発電機１２を非作動状態に維持し、又は、電動発電機１２を回生運転で作動させる。従って、第１のモードでは、メインポンプ１４は、エンジン１１の出力のみを用いて動作する。第２のモードでは、コントローラ３０は、電動発電機１２を力行運転で作動させる。従って、第２のモードでは、エンジン１１及び電動発電機１２が作動状態となり、メインポンプ１４は、エンジン１１の出力及び電動発電機１２の出力の双方を用いて動作する。

図３は、本実施例のコントローラ３０により実行されてよい昇圧制御の一例を示すフローチャートである。

ステップ３００では、圧力センサ７２の出力信号に基づいて、高圧油圧ライン１６内の油圧が所定の閾値ｐ_ｔｈを超えたか否かを判定する。所定の閾値ｐ_ｔｈは、通常リリーフ圧ｐ_０と同一であってもよいが、通常リリーフ圧ｐ_０より僅かに小さい値に設定される。例えば、通常リリーフ圧ｐ_０を３５Ｍｐａとすると、所定の閾値ｐ_ｔｈは、３３Ｍｐａに設定されてよい。高圧油圧ライン１６内の油圧が所定の閾値ｐ_ｔｈを超えた場合には、ステップ３０２以降の昇圧制御が開始され、高圧油圧ライン１６内の油圧が所定の閾値ｐ_ｔｈを超えない場合には、今回周期の処理ルーチンはそのまま終了する。ステップ３００の処理は、第１のモード時において、高圧油圧ライン１６内の油圧が所定の閾値ｐ_ｔｈを超えるまで、所定周期毎に繰り返し実行される。

ステップ３０２では、バッテリ１９からの放電が可能か否かを判定する。バッテリ１９からの放電が可能か否かは、バッテリ１９の充電状態（ＳＯＣ）に基づいて判定されてもよい。例えば、バッテリ１９のＳＯＣが規定範囲６０−８０％内である場合には、バッテリ１９からの放電が可能と判定され、バッテリ１９のＳＯＣが規定範囲外である場合には、バッテリ１９からの放電が可能でないと判定されてよい。本ステップ３０２において、バッテリ１９からの放電が可能と判定され場合には、ステップ３０４に進み、バッテリ１９からの放電が可能でないと判定された場合には、ステップ３１４に進む。

ステップ３０４では、ソレノイドバルブ７４を介してリリーフバルブ７０のリリーフ圧を通常リリーフ圧ｐ_０から昇圧時リリーフ圧ｐ_１（＞ｐ_０）に切り替える。

ステップ３０６では、インバータ１８に指令を送り電動発電機１２を力行運転で動作させる。これにより、上述の第２のモードが形成され、メインポンプ１４は、エンジン１１の出力及び電動発電機１２の出力の双方を用いて動作する。この第２のモードでは、メインポンプ１４は、電動発電機１２の出力によりアシストされるので、エンジン１１の出力のみを用いる第１のモードに比べて、高出力を発生することが可能である。ステップ３０６の処理が終了すると、ステップ３０８に進む。

ステップ３０８では、上記ステップ３０４でリリーフバルブ７０のリリーフ圧を昇圧時リリーフ圧ｐ_１に切り替えた時点からの時間ｔ、即ち昇圧制御継続時間ｔが所定時間（本例では、一例として８秒）を超えたか否かを判定する。昇圧制御継続時間ｔが所定時間を超えた場合には、ステップ３１０に進む。他方、昇圧制御継続時間ｔが所定時間を超えない場合には、ステップ３０４に戻り、昇圧制御が維持される。即ち、リリーフバルブ７０のリリーフ圧が昇圧時リリーフ圧ｐ_１に増加され、且つ、メインポンプ１４が電動発電機１２の出力によりアシストされた状態が維持される。

ステップ３１０では、ソレノイドバルブ７４を介してリリーフバルブ７０のリリーフ圧を昇圧時リリーフ圧ｐ_１から通常リリーフ圧ｐ_０に切り替える。ステップ３１０の処理が終了すると、ステップ３１２に進む。

ステップ３１２では、インバータ１８に指令を送り電動発電機１２の力行運転を停止する。これにより、電動発電機１２の出力によるアシストが終了し、上述の第１のモードが復帰される。ステップ３１２の処理が終了すると、今回の昇圧制御が終了し、次回の昇圧制御に備えてステップ３００に戻ることになる。

ステップ３１４では、ソレノイドバルブ７４を介してリリーフバルブ７０のリリーフ圧を通常リリーフ圧ｐ_０から昇圧時リリーフ圧ｐ_１（＞ｐ_０）に切り替える。ステップ３１４の処理が終了すると、ステップ３１６に進む。即ち、バッテリ１９からの放電が可能でない場合には、上述の第２のモードは形成されず、それに代えて、リリーフバルブ７０のリリーフ圧の増加処理のみが実行される。

ステップ３１６では、上記ステップ３１４でリリーフバルブ７０のリリーフ圧を昇圧時リリーフ圧ｐ_１に切り替えた時点からの時間ｔ、即ち昇圧制御継続時間ｔが所定時間（本例では、一例として８秒）を超えたか否かを判定する。昇圧制御継続時間ｔが所定時間を超えた場合には、ステップ３１８に進む。他方、昇圧制御継続時間ｔが所定時間を超えない場合には、ステップ３１４に戻り、そのままの状態が維持される。即ち、リリーフバルブ７０のリリーフ圧が昇圧時リリーフ圧ｐ_１に増加された状態が維持される。

図３に示す昇圧制御によれば、バッテリ１９からの放電が可能な状況下で、高圧油圧ライン１６内の油圧が所定の閾値ｐ_ｔｈを超えると、リリーフバルブ７０のリリーフ圧が昇圧時リリーフ圧ｐ_１に切り替えられると共に、上述の第２のモードが形成され、メインポンプ１４が電動発電機１２の出力によりアシストされる。

図４は、図３に示した本実施例の昇圧制御時におけるメインポンプ１４の出力特性を示す図（ｐ−Ｑ線図）である。

図４には、第１のモード時のメインポンプ１４のｐ−Ｑ特性が、曲線Ｍ_１で示されている。ここでは、一例として、エンジン１１は、第１のモード時及び第２のモード時のいずれにおいても同一の一定馬力の特性で運転することとする。

ここで、第１のモード時において高圧油圧ライン１６内の油圧が所定の閾値ｐ_ｔｈを超えると、リリーフバルブ７０のリリーフ圧が昇圧時リリーフ圧ｐ_１に切り替えられるので、通常リリーフ圧ｐ_０よりも右側の出力特性が実現可能となる。この際、メインポンプ１４が電動発電機１２の出力によりアシストされない場合には、図４の曲線Ｐ_１に示すように、第１のモード時のメインポンプ１４の特性曲線Ｍ_１に沿った出力特性となるので、高圧油圧ライン１６内の流量は、高圧油圧ライン１６内の油圧が所定の閾値ｐ_ｔｈより大きくなるに従って、高圧油圧ライン１６内の油圧が所定の閾値ｐ_ｔｈとなった時点の流量Ｑ_ｔｈに比べて徐々に減少していく。従って、高圧油圧ライン１６内の油圧が所定の閾値ｐ_ｔｈを超えた際に、単にリリーフバルブ７０のリリーフ圧を昇圧時リリーフ圧ｐ_１に切り替えるだけの構成では、昇圧制御時の圧力の上昇に伴って高圧油圧ライン１６内の流量が低減して、各種シリンダ７，８，９や油圧モータ１Ａ，１Ｂの作動速度の低下（ひいてはブーム４、アーム５、バケット６等の作動部材の作動速度の低下）を招いてしまう。

これに対して、図３に示した本実施例の昇圧制御によれば、上述の如くバッテリ１９からの放電が可能である場合に、メインポンプ１４が電動発電機１２の出力によりアシストされるので、昇圧制御時の圧力の上昇に伴って生じうる各種シリンダ７，８，９や油圧モータ１Ａ，１Ｂの作動速度の低下（ひいてはブーム４、アーム５、バケット６等の作動部材の作動速度の低下）を防止することができる。即ち、図３に示した昇圧制御では、第１のモード時において高圧油圧ライン１６内の油圧が所定の閾値ｐ_ｔｈを超えると、リリーフバルブ７０のリリーフ圧が昇圧時リリーフ圧ｐ_１に切り替えられると共に、メインポンプ１４が電動発電機１２の出力によりアシストされる。メインポンプ１４が電動発電機１２の出力によりアシストされると、例えば図４に示すＰ_２、Ｐ_３のような出力特性を実現することができる。例えば図４に示すＰ_２のような出力特性によれば、高圧油圧ライン１６内の油圧が所定の閾値ｐ_ｔｈとなった時点（昇圧制御開始時）の流量Ｑ_ｔｈを維持しつつ、高圧油圧ライン１６内の油圧を昇圧時リリーフ圧ｐ_１まで上昇させることが可能である。また、図４に示すＰ_３のような出力特性によれば、高圧油圧ライン１６内の油圧が所定の閾値ｐ_ｔｈとなった時点（昇圧制御開始時）の流量Ｑ_ｔｈから徐々に流量を増加させつつ、高圧油圧ライン１６内の油圧を昇圧時リリーフ圧ｐ_１まで上昇させることが可能である。

尚、図４に示すＰ_２のような出力特性を実現するための電動発電機１２のアシスト時の仕事率Ｐは、次のようにして決定されてもよい。
仕事率Ｐ＝（Ｑ_ｔｈ−Ｑ_ｋ）×ｐ_ｋ （式１）
ここで、ｐ_ｋは、現在の高圧油圧ライン１６内の油圧であり、圧力センサ７２の出力信号に基づくものであってよい。Ｑ_ｋは、第１のモード時における高圧油圧ライン１６内の油圧ｐ_ｋのときの流量であり（図４参照）、高圧油圧ライン１６内の油圧ｐ_ｔｈのときの流量Ｑ_ｔｈと同様、第１のモード時におけるメインポンプ１４の既知のｐ−Ｑ特性Ｍ_１から導出される。この場合、上記ステップ３０６において、コントローラ３０は、圧力センサ７２の出力信号に基づいて現在の高圧油圧ライン１６内の油圧ｐ_ｋを監視しつつ、上記の式１を用いて仕事率Ｐを算出し、当該算出した仕事率Ｐが実現されるように、インバータ１８を制御する。

また、図４に示すＰ_３のような出力特性を実現するための電動発電機１２のアシスト時の仕事率Ｐは、次のようにして決定されてもよい。
仕事率Ｐ＝（Ｑ_ｔｈ＋Ｋ×Δｐ−Ｑ_ｋ）×ｐ_ｋ （式２）
ここで、Ｋは、流量Ｑの増加勾配を決めるための定数であり、例えば図４に示す例では、Ｋ＝ΔＱ／（ｐ_１−ｐ_ｔｈ）であってよい。Δｐは、昇圧制御開始時の高圧油圧ライン１６内の油圧ｐ_ｔｈからの圧力変化量であり、現在の高圧油圧ライン１６内の油圧ｐ_ｋから、昇圧制御開始時の高圧油圧ライン１６内の油圧ｐ_ｔｈを差し引いて導出される。即ちΔｐ＝ｐ_ｋ−ｐ_ｔｈとして算出される。この場合も、上記ステップ３０６において、コントローラ３０は、圧力センサ７２の出力信号に基づいて現在の高圧油圧ライン１６内の油圧ｐ_ｋを監視しつつ、上記の式２を用いて仕事率Ｐを算出し、当該算出した仕事率Ｐが実現されるように、インバータ１８を制御する。

尚、昇圧制御時の電動発電機１２のアシスト特性は、第１のモード時に比べて流量が増加される限り、任意の特性であってよい。例えば上記式２の係数ＫをΔｐに応じて可変することで、昇圧制御時の電動発電機１２のアシスト特性を非線形の特性にしてもよい。また、上記の式（１）や式（２）は、あくまで電動発電機１２のアシスト特性の考え方の例を理論的に示すものであり、実際には各種の損失が存在するので、かかる損失を考慮して電動発電機１２のアシスト特性が決定されてよい。

図５は、本実施例のコントローラ３０により実行されてよい昇圧制御のその他の一例を示すフローチャートである。

図５に示す昇圧制御は、上述の図３に示した昇圧制御に対して、リリーフバルブ７０のリリーフ圧が昇圧時リリーフ圧ｐ_１に切り替えられるときの圧力（昇圧制御開始時の圧力）と、電動発電機１２によるアシスト開始時の圧力とが異なる点が主に異なる。以下では、図３に示した昇圧制御に対して異なる処理を主に説明し、その他の同一であってよい処理の説明は適宜省略する。

ステップ５００では、圧力センサ７２の出力信号に基づいて、高圧油圧ライン１６内の油圧が所定の閾値ｐ_ｔｈ１を超えたか否かを判定する。所定の閾値ｐ_ｔｈ１は、通常リリーフ圧ｐ_０より僅かに小さい値に設定される。例えば、通常リリーフ圧ｐ_０を３５Ｍｐａとすると、所定の閾値ｐ_ｔｈ１は、３３Ｍｐａに設定されてよい。高圧油圧ライン１６内の油圧が所定の閾値ｐ_ｔｈ１を超えた場合には、ステップ５０２以降の昇圧制御が開始され、高圧油圧ライン１６内の油圧が所定の閾値ｐ_ｔｈを超えない場合には、今回周期の処理ルーチンはそのまま終了する。ステップ５００の処理は、第１のモード時において、高圧油圧ライン１６内の油圧が所定の閾値ｐ_ｔｈ１を超えるまで、所定周期毎に繰り返し実行される。

ステップ５０２及びステップ５０４の処理は、図３に示したステップ３０２及びステップ３０４と同一であってよく、ステップ５０４の処理が終了すると、ステップ５０５の処理が実行される。

ステップ５０５では、圧力センサ７２の出力信号に基づいて、高圧油圧ライン１６内の油圧が所定の閾値ｐ_ｔｈ２を超えたか否かを判定する。所定の閾値ｐ_ｔｈ２は、通常リリーフ圧ｐ_０と同一であってもよく、所定の閾値ｐ_ｔｈ１より僅かに大きい値に設定される。例えば、通常リリーフ圧ｐ_０を３５Ｍｐａとし、所定の閾値ｐ_ｔｈ１を３３Ｍｐａとすると、所定の閾値ｐ_ｔｈ２は、３４Ｍｐａに設定されてよい。高圧油圧ライン１６内の油圧が所定の閾値ｐ_ｔｈ２を超えた場合には、ステップ５０６に進み、高圧油圧ライン１６内の油圧が所定の閾値ｐ_ｔｈ２を超えない場合には、ステップ５０６をスキップしてステップ５０８に進む。

ステップ５０６乃至ステップ５１８の処理は、図３に示したステップ３０６乃至ステップ３１８と同一であってよい。

図５に示す昇圧制御によれば、バッテリ１９からの放電が可能な状況下で、高圧油圧ライン１６内の油圧が所定の閾値ｐ_ｔｈ１を超えると、先ず、リリーフバルブ７０のリリーフ圧が昇圧時リリーフ圧ｐ_１に切り替えられ、その後、高圧油圧ライン１６内の油圧が所定の閾値ｐ_ｔｈ２を超えると、上述の第２のモードが形成され、メインポンプ１４が電動発電機１２の出力によりアシストされる。

図６は、図５に示した本実施例の昇圧制御時におけるメインポンプ１４の出力特性を示す図（ｐ−Ｑ線図）である。図６には、第１のモード時のメインポンプ１４のｐ−Ｑ線図が、曲線Ｍ_１で示されている。ここでは、一例として、エンジン１１は、第１のモード時及び第２のモード時のいずれにおいても同一の一定馬力で運転することとする。

図５に示した昇圧制御では、第１のモード時において高圧油圧ライン１６内の油圧が所定の閾値ｐ_ｔｈ１を超えると、リリーフバルブ７０のリリーフ圧が昇圧時リリーフ圧ｐ_１に切り替えられ、更に、高圧油圧ライン１６内の油圧が所定の閾値ｐ_ｔｈ２を超えると、メインポンプ１４が電動発電機１２の出力によりアシストされる。メインポンプ１４が電動発電機１２の出力によりアシストされると、例えば図６に示すＰ_４、Ｐ_５のような出力特性を実現することができる。例えば図６に示すＰ_４のような出力特性によれば、高圧油圧ライン１６内の油圧が所定の閾値ｐ_ｔｈ２となった時点（アシスト開始時）の流量Ｑ_ｔｈ２を維持しつつ、高圧油圧ライン１６内の油圧を昇圧時リリーフ圧ｐ_１まで上昇させることが可能である。また、図６に示すＰ_５のような出力特性によれば、高圧油圧ライン１６内の油圧が所定の閾値ｐ_ｔｈ２となった時点（アシスト開始時）の流量Ｑ_ｔｈ２から高圧油圧ライン１６内の流量を徐々に増加させつつ、高圧油圧ライン１６内の油圧を昇圧時リリーフ圧ｐ_１まで上昇させることが可能である。

尚、図６に示すＰ_４のような出力特性を実現するための電動発電機１２のアシスト時の仕事率Ｐは、次のようにして決定されてもよい。
仕事率Ｐ＝（Ｑ_ｔｈ２−Ｑ_ｋ）×ｐ_ｋ （式３）
ここで、ｐ_ｋは、現在の高圧油圧ライン１６内の油圧であり、圧力センサ７２の出力信号に基づくものであってよい。Ｑ_ｋは、第１のモード時における高圧油圧ライン１６内の油圧ｐ_ｋのときの流量であり、高圧油圧ライン１６内の油圧ｐ_ｔｈ２のときの流量Ｑ_ｔｈ２と同様、第１のモード時におけるメインポンプ１４の既知のｐ−Ｑ特性Ｍ_１から導出される。この場合、上記ステップ５０６において、コントローラ３０は、圧力センサ７２の出力信号に基づいて現在の高圧油圧ライン１６内の油圧ｐ_ｋを監視しつつ、上記の式３を用いて仕事率Ｐを算出し、当該算出した仕事率Ｐが実現されるように、インバータ１８を制御する。

また、図６に示すＰ_５のような出力特性を実現するための電動発電機１２のアシスト時の仕事率Ｐは、次のようにして決定されてもよい。
仕事率Ｐ＝（Ｑ_ｔｈ２＋Ｋ×Δｐ−Ｑ_ｋ）×ｐ_ｋ （式４）
ここで、Ｋは、流量Ｑの増加勾配を決めるための定数であり、例えば図６に示す例では、Ｋ＝ΔＱ_２／（ｐ_１−ｐ_ｔｈ２）であってよい。Δｐは、アシスト開始時の高圧油圧ライン１６内の油圧ｐ_ｔｈ２からの圧力変化量であり、現在の高圧油圧ライン１６内の油圧ｐ_ｋから、アシスト開始時の高圧油圧ライン１６内の油圧ｐ_ｔｈ２を差し引いて導出される。即ちΔｐ＝ｐ_ｋ−ｐ_ｔｈ２として算出される。この場合も、上記ステップ５０６において、コントローラ３０は、圧力センサ７２の出力信号に基づいて現在の高圧油圧ライン１６内の油圧ｐ_ｋを監視しつつ、上記の式４を用いて仕事率Ｐを算出し、当該算出した仕事率Ｐが実現されるように、インバータ１８を制御する。

尚、昇圧制御時の電動発電機１２のアシスト特性は、第１のモード時に比べて流量が増加される限り、任意の特性であってよい。例えば上記式４の係数ＫをΔｐに応じて可変することで、昇圧制御時の電動発電機１２のアシスト特性を非線形の特性にしてもよい。また、上記の式（３）や式（４）は、あくまで電動発電機１２のアシスト特性の考え方の例を理論的に示すものであり、実際には各種の損失が存在するので、かかる損失を考慮して電動発電機１２のアシスト特性が決定されてよい。

図７は、本実施例のコントローラ３０により実行されてよい昇圧制御のその他の一例を示すフローチャートである。

図７に示す昇圧制御は、上述の図３に示した昇圧制御に対して、昇圧スイッチ７６がオンされた場合に昇圧制御が開始される点が主に異なる。以下では、図３に示した昇圧制御に対して異なる処理を主に説明し、その他の同一であってよい処理の説明は適宜省略する。

ステップ７００では、昇圧スイッチ７６がオンされたか否かを判定する。昇圧スイッチ７６（図２参照）は、例えば建設機械１００のキャビン１０内の適切な位置に設置される機械式スイッチであってよい。昇圧スイッチ７６は、常態でオフであり、ユーザは、例えば作業中により大きな圧力でブーム４やアーム５等を動かしたいときに、昇圧スイッチ７６をオンにする。本ステップ７００において、昇圧スイッチ７６がオンされた場合には、ステップ７０２以降の昇圧制御が開始され、昇圧スイッチ７６をオンされない場合には、今回周期の処理ルーチンはそのまま終了する。ステップ７００の処理は、第１のモード時において、昇圧スイッチ７６をオンされるまで、所定周期毎に繰り返し実行される。

ステップ７０２乃至ステップ７１８の処理は、図３に示したステップ３０２乃至ステップ３１８と同一であってよい。

図７に示す昇圧制御によれば、バッテリ１９からの放電が可能な状況下で、昇圧スイッチ７６がオンされると、リリーフバルブ７０のリリーフ圧が昇圧時リリーフ圧ｐ_１に切り替えられると共に、上述の第２のモードが形成され、メインポンプ１４が電動発電機１２の出力によりアシストされる。

図８は、本実施例のコントローラ３０により実行されてよい昇圧制御のその他の一例を示すフローチャートである。

図８に示す昇圧制御は、上述の図５に示した昇圧制御に対して、昇圧スイッチ７６がオンされた場合に昇圧制御が開始される点が主に異なる。以下では、図５に示した昇圧制御に対して異なる処理を主に説明し、その他の同一であってよい処理の説明は適宜省略する。

ステップ８００では、昇圧スイッチ７６がオンされたか否かを判定する。昇圧スイッチ７６（図２参照）は、例えば建設機械１００のキャビン１０内の適切な位置に設置される機械式スイッチであってよい。昇圧スイッチ７６は、常態でオフであり、ユーザは、例えば作業中により大きな圧力でブーム４やアーム５等を動かしたいときに、昇圧スイッチ７６をオンにする。本ステップ８００において、昇圧スイッチ７６がオンされた場合には、ステップ８０２以降の昇圧制御が開始され、昇圧スイッチ７６をオンされない場合には、今回周期の処理ルーチンはそのまま終了する。ステップ８００の処理は、第１のモード時において、昇圧スイッチ７６をオンされるまで、所定周期毎に繰り返し実行される。

ステップ８０２及びステップ８０４の処理は、図５に示したステップ５０２及びステップ５０４と同一であってよく、ステップ８０４の処理が終了すると、ステップ８０５の処理が実行される。

ステップ８０５では、圧力センサ７２の出力信号に基づいて、高圧油圧ライン１６内の油圧が所定の閾値ｐ_ｔｈ３を超えたか否かを判定する。所定の閾値ｐ_ｔｈ３は、通常リリーフ圧ｐ_０と同一であってもよいが、通常リリーフ圧ｐ_０より僅かに小さい値に設定される。例えば、通常リリーフ圧ｐ_０を３５Ｍｐａとすると、所定の閾値ｐ_ｔｈ３は、３３Ｍｐａに設定されてよい。高圧油圧ライン１６内の油圧が所定の閾値ｐ_ｔｈ３を超えた場合には、ステップ８０６に進み、高圧油圧ライン１６内の油圧が所定の閾値ｐ_ｔｈ３を超えない場合には、ステップ８０６をスキップしてステップ８０８に進む。

ステップ８０６乃至ステップ８１８の処理は、図５に示したステップ５０６乃至ステップ５１８と同一であってよい。

図８に示す昇圧制御によれば、バッテリ１９からの放電が可能な状況下で、昇圧スイッチ７６がオンされると、リリーフバルブ７０のリリーフ圧が昇圧時リリーフ圧ｐ_１に切り替えられ、その後、高圧油圧ライン１６内の油圧が所定の閾値ｐ_ｔｈ３を超えると、上述の第２のモードが形成され、メインポンプ１４が電動発電機１２の出力によりアシストされる。

尚、明らかであるが、上述した図３、図５，図７及び図８に示した昇圧制御は、同時並列的に実行されるものではなく、選択的に実行される例として記載されている。例えば、上述した図３又は図５に示した昇圧制御は、昇圧スイッチ７６を備えていない建設機械１００において実行されるのに好適である。但し、上述した図３、図５，図７及び図８に示した昇圧制御は、状況に応じていずれか１つが選択して実行されるように構成されてもよい。

以上説明した本実施例によれば、とりわけ、以下のような優れた効果が奏される。

本実施例によれば、上述の如く、昇圧制御時に、リリーフバルブ７０のリリーフ圧が昇圧時リリーフ圧ｐ_１に切り替えられると共に、メインポンプ１４が電動発電機１２の出力によりアシストされるので、昇圧制御時の圧力の上昇に伴って生じうる各種シリンダ７，８，９や油圧モータ１Ａ，１Ｂの作動速度の低下（ひいてはブーム４、アーム５、バケット６等の作動部材の作動速度の低下）を防止することができる。

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く、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、上述した実施例において、エンジン１１は、高出力モードと、標準出力モードと、低出力モードといったように、ユーザにより選択されたモードで動作するように構成されてもよい。この場合、エンジン１１が高出力モードで動作している場合に限り、上述の昇圧制御が実行されるようにしてもよい。或いは、高出力モード以外のモードで動作している場合に、先ず高出力モードに移行した上で、上述の昇圧制御が実行されるようにしてもよい。

また、上述した実施例では、圧力センサ７２は、メインポンプ１４の吐出口からコントロールバルブ１７までの高圧油圧ライン１６に設けられているが、例えばロードセンシング回路を有する構成の場合には、圧力センサ７２は、油圧モータ１Ａ、１Ｂ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９のうちの最大の油圧をシャトル弁を介して導く油路に設けられてもよい。

また、上述した実施例では、ブーム４、アーム５、バケット６、及び下部走行体１の各々の操作が圧力センサ２９で検出される形態について説明したが、ブーム４、アーム５、バケット６、及び下部走行体１の各々の操作は、コントロールバルブ１７又は油圧ライン２７に設けられた圧力センサによって検出され、操作量に応じた電気信号がコントローラ３０に送られるように構成してもよい。

本実施例の液圧制御装置を含む建設機械１００を示す側面図である。 本実施例の液圧制御装置を含む建設機械１００の構成を表すブロック図である。 本実施例のコントローラ３０により実行されてよい昇圧制御の一例を示すフローチャートである。 図３に示した本実施例の昇圧制御時におけるメインポンプ１４の出力特性を示す図である。 本実施例のコントローラ３０により実行されてよい昇圧制御のその他の一例を示すフローチャートである。 図５に示した本実施例の昇圧制御時におけるメインポンプ１４の出力特性を示す図（ｐ−Ｑ線図）である。 本実施例のコントローラ３０により実行されてよい昇圧制御のその他の一例を示すフローチャートである。 本実施例のコントローラ３０により実行されてよい昇圧制御のその他の一例を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 下部走行体
１Ａ、１Ｂ 油圧モータ
２ 旋回機構
３ 上部旋回体
４ ブーム
５ アーム
６ バケット
７ ブームシリンダ
８ アームシリンダ
９ バケットシリンダ
１０ キャビン
１１ エンジン
１２ 電動発電機
１３ 減速機
１４ メインポンプ
１５ パイロットポンプ
１６ 高圧油圧ライン
１７ コントロールバルブ
１８ インバータ
１９ バッテリ
２０ インバータ
２１ 旋回用電動機
２２ レゾルバ
２３ メカニカルブレーキ
２４ 旋回減速機
２５ パイロットライン
２６ 操作装置
２６Ａ、２６Ｂ レバー
２６Ｃ ペダル
２７ 油圧ライン
２８ 油圧ライン
２９ 圧力センサ
３０ コントローラ
７０ リリーフバルブ
７２ 圧力センサ
７４ ソレノイドバルブ
７６ 昇圧スイッチ
１００ 建設機械

Claims (10)

1. エンジンに接続されると共に、バッテリからの電力に基づいて動作する電動機に接続されるポンプと、該ポンプからの液圧により動作する液圧アクチュエータを備えた建設機械における液圧制御装置であって、
   昇圧制御時に、前記ポンプと前記液圧アクチュエータの間に設けられるリリーフバルブのリリーフ圧を増加させると共に、前記エンジンの出力に前記電動機の出力を付加して前記ポンプの出力を増加させることを特徴とする、液圧制御装置。
2. 前記ポンプの吐出側の液圧を検出する圧力センサが接続され、
   前記圧力センサで検出される液圧が所定閾値を超えた場合に、前記昇圧制御を実行する、請求項１に記載の液圧制御装置。
3. 前記ポンプの吐出側の液圧を検出する圧力センサが接続され、
   前記圧力センサで検出される液圧が所定の第１閾値を超えた場合に、前記リリーフバルブのリリーフ圧を増加させ、更に、前記圧力センサで検出される液圧が前記第１閾値よりも高い所定の第２閾値を超えた場合に、前記エンジンの出力に前記電動機の出力を付加して前記ポンプの出力を増加させる、請求項１に記載の液圧制御装置。
4. ユーザからの昇圧指示が入力される入力部が接続され、
   前記入力部にユーザからの昇圧指示が入力された場合に、前記昇圧制御を実行する、請求項１に記載の液圧制御装置。
5. 前記昇圧制御を所定時間だけ維持し、該所定時間経過後、前記ポンプを前記エンジンの出力のみで駆動する状態に復帰させると共に、前記リリーフバルブのリリーフ圧を、増加させる前の元のリリーフ圧に復帰させる、請求項１に記載の液圧制御装置。
6. 前記ポンプの流量が所定の一定流量に維持されるように、前記エンジンの出力に付加される前記電動機の出力を制御する、請求項１に記載の液圧制御装置。
7. 前記ポンプの流量が圧力の上昇と共に増加するように、前記エンジンの出力に付加される前記電動機の出力を制御する、請求項１に記載の液圧制御装置。
8. エンジンと、バッテリと、前記バッテリからの電力に基づいて動作する電動機と、前記電動機及びエンジンに接続されるポンプと、ポンプからの液圧により動作する液圧アクチュエータと、ポンプと液圧アクチュエータの間に設けられるリリーフバルブと、前記ポンプの吐出側の液圧を検出する圧力センサと、液圧制御装置とを備える建設機械であって、
   前記ポンプをエンジンのみを動力源として作動させる第１のモードと、
   前記ポンプをエンジン及び電動機の双方を動力源として作動させる第２のモードとを備え、
   前記制御装置は、前記第１のモード時において、前記圧力センサで検出される液圧が所定閾値を超えた場合に、前記リリーフバルブのリリーフ圧を増加させると共に、前記第１のモードから前記第２のモードに切り替えを許可することを特徴とする、建設機械。
9. 前記第１のモードから前記第２のモードに切り替えは、前記リリーフバルブのリリーフ圧を増加させると同時に実行され、又は、前記圧力センサで検出される液圧が所定閾値よりも高い第２の閾値を超えたときに実行される、請求項８に記載の建設機械。
10. エンジンに接続されると共に、バッテリからの電力に基づいて動作する電動機に接続されるポンプと、該ポンプからの液圧により動作する液圧アクチュエータを備えた建設機械における液圧制御方法であって、
    昇圧制御を行うべきか否かを判定する判定ステップと、
    前記判定ステップにおいて昇圧制御を行うべきと判定された場合に、前記ポンプと前記液圧アクチュエータの間に設けられるリリーフバルブのリリーフ圧を増加させるリリーフ圧増加ステップと、
    前記リリーフ圧増加ステップに後続して実行され、前記エンジンの出力に前記電動機の出力を付加して前記ポンプの出力を増加させるステップとを含むことを特徴とする、液圧制御方法。

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