JP5489563B2 - ハイブリッド建設機械の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、旋回時のエネルギーをバッテリーにチャージする建設機械に関する。

本出願人は、この種の建設機械を、特願２００８−１４３４１０号にかかわる出願としてすでに提供している。
上記特願２００８−１４３４１０号にかかわる発明（以下「従来の建設機械」という）は、例えば、旋回モータの旋回あるいはブレーキ時に、そ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、ブレーキ弁の設定圧よりも低い圧力のときに、電磁切換弁を閉位置から開位置に切り換えて旋回モータの余剰流量をアシスト油圧モータに導くようにしている。また、上記電磁切換弁とアシスト油圧モータとの間に安全弁を設け、上記電磁切換弁の下流側における流路系統に破損等の障害が発生しても、上記旋回モータが逸走しないようにしている。

特開２００２−２７５９４５号公報

上記のようにした従来の装置では、旋回モータ等のアクチュエータとアシスト油圧モータとを接続する通路に、電磁切換弁と安全弁とを別々に設けているので、別々に設けたバルブの分だけ、装置が大型化するという問題があった。
この発明の目的は、装置全体を小型化するとともに、安全性を高めた装置を提供することである。

この発明は、アクチュエータとアシスト油圧モータとを通路を介して接続し、アクチュエータの余剰流量をアシスト油圧モータに導いて、当該アシスト油圧モータを回転させるとともに、このアシスト油圧モータの回転力を利用して発電機兼用の電動モータを駆動するハイブリッド建設機械の制御装置を前提にするものである。

補正
上記の装置を前提にしつつ、第１の発明は、上記通路に設けるとともにパイロット圧に応じて開度を制御する圧力制御弁と、コントローラの電気信号に応じて切り換わって、上記圧力制御弁の上流側の圧力をパイロット圧としてこの圧力制御弁のパイロット室に導く電磁パイロット制御弁とを備えている。しかも、上記圧力制御弁は、流入ポートと流出ポートとを設けたバルブ本体に、一端をパイロット室に臨ませ、他端をスプリング室に臨ませたメインスプールを摺動自在に組み込み、上記メインスプールには、当該圧力制御弁の中立位置において上記流入ポートと流出ポートとを遮断する第１のランド部と、上記流出ポートを介して上記第１のランド部と対向する第２のランド部と、上記流入ポートを介して上記第１のランド部と対向する第３のランド部とを備え、上記パイロット室に臨ませたスプール端の受圧面積ＰＡ、上記第１のランド部の流出ポート側の受圧面積Ａ１、上記第２のランド部の流出ポート側の受圧面積Ａ２としたとき、ＰＡ＝Ａ１−Ａ２の関係を保つとともに、上記第１及び第３のランド部における上記流入ポート側の受圧面積を等しくしている。

第２の発明は、上記メインスプールを、スプール部とピストン部とに分離し、ピストン部の一端を上記パイロット室に臨ませるとともに、このピストン部の受圧面積を、スプール部の最小径部よりも小さくした点に特徴を有する。

第３の発明は、上記バルブ本体に電磁パイロット制御弁を組み込んだ点に特徴を有する。

第１の発明によれば、メインスプールを上記のように構成したので、その上流側と下流側との差圧は、常に一定に保たれることになる。このようにメインスプールの上流側と下流側との差圧が一定に保たれるので、この圧力制御弁を流れる流量も一定になる。したがって、この圧力制御弁の下流側の流路系統に破損等の障害が発生しても、アクチュエータが制御不能な動作をしたりせず、安全性を確保することができる。

第２の発明によれば、メインスプールのピストン部の受圧面積を、スプール部の最小径部よりも小さくしたので、このピストン部の受圧面に対向するスプリング室に設けたスプリングのばね力を小さく設定することができる。スプリングのばね力を小さく設定できるので、それだけ全体の小型化に役立つことになる。
第３の発明は、電磁パイロット制御弁と圧力制御弁とをバルブ本体に一体的に組み込んだので、ここでも装置の小型化を実現することができる。

第１実施形態の回路図である。 第１実施形態の電磁パイロット制御弁と圧力制御弁とをバルブ本体に組み込んだ状態の断面図である。 第２実施形態の電磁パイロット制御弁と圧力制御弁とをバルブ本体に組み込んだ状態の断面図である。

図１，２はパワーショベルに関する第１実施形態を示すもので、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。
上記第１メインポンプＭＰ１は第１回路系統に接続しているが、この第１回路系統は、その上流側から順に、旋回モータＲＭを制御する操作弁１、図示していないアームシリンダを制御する操作弁２、ブームシリンダＢＣを制御するブーム２速用の操作弁３、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４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５を接続している。

上記各操作弁１〜５のそれぞれは、中立流路６およびパラレル通路７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６であって、第１走行モータ用操作弁５の下流側にはパイロット圧を生成するための絞り８を設けている。この絞り８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６は、上記操作弁１〜５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８を介してタンクＴに導くが、このときには絞り８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１〜５がフルストロークの状態で切り換えられると、中立流路６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８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１〜５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６からタンクに導かれることになるので、絞り８は、中立流路６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８は、操作弁１〜５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６であって、最下流の操作弁５と上記絞り８との間には、電磁切換制御弁９を設けているが、この電磁切換制御弁９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９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閉位置に切り換わるようにしている。

また、上記中立流路６であって、最下流の操作弁５と上記絞り８との間には、電磁開閉弁９を設けているが、この電磁開閉弁９はそのソレノイドをコントローラＣに接続している。言い換えると、電磁開閉弁９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、電磁開閉弁９がノーマル位置にあるとき全開状態を保ち、ソレノイドが励磁したとき閉状態を保つ。
また、上記中立流路６であって、操作弁５と電磁開閉弁９との間にはパイロット流路１０を接続しているが、このパイロット流路１０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１１に接続している。

上記レギュレータ１１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１〜５をフルストロークして中立流路６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１０には第１圧力センサー１２を接続するとともに、この第１圧力センサー１２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１０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１２が検出する圧力信号は、第１回路系統の要求流量に応じて変化する。

また、第１圧力センサー１２の圧力信号が設定圧に達したら、コントローラＣは、電磁開閉弁９のソレノイドを励磁して電磁開閉弁９を閉位置に切り換える。このように電磁開閉弁９を閉位置に切り換えるタイミングは、操作弁１〜５をほとんど中立位置に保って絞り８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。電磁開閉弁９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１０の圧力がレギュレータ１１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１〜５のいずれかを切り換えると、第１圧力センサー１２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、電磁開閉弁９のソレノイドを非励磁にする。

一方、上記第２メインポンプＭＰ２は第２回路系統に接続しているが、この第２回路系統は、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１３、図示していないバケットシリンダを制御する操作弁１４、ブームシリンダＢＣを制御する操作弁１５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１６を接続している。なお、上記操作弁１７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１３〜１６は、中立流路１７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１４および操作弁１５はパラレル通路１８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１７であって、操作弁１６の下流側には絞り１９を設けているが、この絞り１９は、第１回路系統の絞り８と全く同様に機能するものである。

そして、上記中立流路１７であって、最下流の操作弁１６と上記絞り１９との間には、電磁開閉弁２０を設けているが、この電磁開閉弁２０も第１回路系統の電磁開閉弁９と同じ構成にしている。すなわち、電磁開閉弁２０はそのソレノイドをコントローラＣに接続し、電磁開閉弁２０はコントローラＣの指令にもとづいて開閉動作するようにしている。そして、電磁開閉弁２０がノーマル位置にあるとき全開状態を保ち、ソレノイドが励磁したとき閉状態を保つ。

また、上記中立流路１７であって、操作弁１６と電磁開閉弁２０との間にはパイロット流路２１を接続しているが、このパイロット流路２１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２２に接続している。
上記レギュレータ２２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１３〜１６をフルストロークして中立流路１７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２１には第２圧力センサー２３を接続するとともに、この第２圧力センサー２３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２１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２３が検出する圧力信号は、第２回路系統の要求流量に応じて変化する。

また、第２圧力センサー２３の圧力信号が設定圧に達したら、コントローラＣは、上記電磁開閉弁２０を閉位置に切り換える。このように電磁開閉弁２０を閉位置に切り換えるタイミングは、操作弁１３〜１６をほとんど中立位置に保って絞り１９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。電磁開閉弁２０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２１の圧力がレギュレータ２２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１３〜１６のいずれかを切り換えると、第２圧力センサー２３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、電磁開閉弁２０を開位置に復帰させる。
また、エンジンＥにはジェネレータ２４を設け、このジェネレータ２４が発電した電力は上記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。

一方、第１回路系統に接続した旋回モータ用の操作弁１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２７，２８を接続するとともに、両通路２７，２８のそれぞれにはブレーキ弁２９，３０を接続している。そして、旋回モータ用の操作弁１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１をいずれか一方の方向に切り換えると、一方の通路２７が第１メインポンプＭＰ１に接続され、他方の通路２８がタンクに連通する。したがって、通路２７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２８を介してタンクに戻される。
旋回モータ用の操作弁１を上記とは反対方向に切り換えると、今度は、通路２８にポンプ吐出油が供給され、通路２７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２９あるいは３０がリリーフ弁の機能を発揮し、通路２７，２８が設定圧以上になったとき、ブレーキ弁２９，３０が開弁して、上記通路２７，２８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１を中立位置に戻せば、当該操作弁１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１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２７，２８、旋回モータＲＭ、ブレーキ弁２９あるいは３０で閉回路が構成されるとともに、ブレーキ弁２９あるいは３０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１５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３１を経由してブームシリンダＢＣのピストン側室３２に供給されるとともに、そのロッド側室３３からの戻り油は通路３４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１５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３４を経由してブームシリンダＢＣのロッド側室３３に供給されるとともに、そのピストン側室３２からの戻り油は通路３１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１５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３２と操作弁１５とを結ぶ通路３１には、コントローラＣで開度が制御される比例電磁弁３５を設けている。なお、この比例電磁弁３５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も連係して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３６，３７で制御されるが、この傾角制御器３６，３７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３８を接続しているが、この吐出通路３８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３９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４０とに分岐するとともに、これら第１，２アシスト流路３９，４０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４１，４２を設けている。
なお、図中符号４３，４４は上記第１，２アシスト流路３９，４０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４５を接続しているが、この接続用通路４５は、導入通路４６およびチェック弁４７，４８を介して、旋回モータＲＭに接続した通路２７，２８に接続している。しかも、上記導入通路４６には、圧力制御弁ＦＶを接続しているが、この圧力制御弁ＦＶは、その上流側の圧力を導くパイロット室４９と、このパイロット室４９に対向してスプリング５０とを設けている。

上記のようにした圧力制御弁ＦＶのパイロット室４９には、上記したように当該圧力制御弁ＦＶの上流側における導入通路４６の圧力を導くが、この導入通路４６と上記パイロット室４９との間には電磁パイロット制御弁ＰＶを接続している。この電磁パイロット制御弁ＰＶは、そのソレノイド５１とスプリング５２とを対向させるとともに、ソレノイド５１をコントローラＣに接続している。

上記のようにした圧力制御弁ＦＶと電磁パイロット制御弁ＰＶとは、図２に示すようにバルブ本体５３に一体的に組み込んでいる。
すなわち、上記バルブ本体５３には、メインスプールＭＳを摺動可能に組み込むとともに、流入ポート５４と流出ポート５５とを設けている。

上記のようにしたメインスプールＭＳは、ピストン部５６とスプール部５７とに分割するとともに、ピストン部５６の直径はスプール部５７の最小径よりもさらに小さくしている。そして、上記ピストン部５６の先端をパイロット室４９に臨ませるとともに、このピストン部５６と対向するスプール部５７の端部を、スプリング５０を設けたスプリング室５８に臨ませている。
なお、上記パイロット室４９は、オンオフ制御をする電磁パイロット制御弁ＰＶを介して上記流入ポート５４と連通するもので、この電磁パイロット制御弁ＰＶが開弁すれば、パイロット室４９の圧力は流入ポート５４の圧力と等しくなる。

そして、上記メインスプールＭＳは、スプリング５０のばね力の作用で、通常は、図示の中立位置を保ち、上記流入ポート５４と流出ポート５５との連通を遮断する。また、パイロット室４９のパイロット圧の作用力が、スプリング５０のばね力に打ち勝てば、メインスプールＭＳは、上記ばね力に抗して移動し、メインスプールＭＳに形成した第１のランド部５９に形成したノッチ６０を介して、流入ポート５４と流出ポート５５とを連通させる。このときの流出ポート５５に対するノッチ６０の開度は、上記メインスプールＭＳの移動量に応じて変化するものである。

なお、上記のようにメインスプールＭＳを、ピストン部５６とスプール部５７とに分離したのは、パイロット室４９に臨ませるメインスプールＭＳの受圧面積を小さくして、小さなばね力でメインスプールＭＳをバランスさせるためである。このように小さなばね力でメインスプールＭＳがバランスすれば、スプリング５０を小さくできるので、その分、圧力制御弁ＦＶを小型化できる。

上記メインスプールＭＳは、パイロット室４９における受圧面積をＰＡとするとともに、流出ポート５５側の上記第１のランド部５９の受圧面積をＡ１、流出ポート５５側において、上記ランド部５９に対向する第２のランド部６１の受圧面積をＡ２とすると、ＰＡ＝Ａ１−Ａ２の関係を保つ構成にしている。
なお、上記第１のランド部５９を挟んで第２のランド部６１とは反対側に位置し、かつ流入ポート５４側において上記第１のランド部５９と対向する第３のランド部６２の受圧面積は、上記ランド部５９の受圧面積と等しくしている。

上記の条件のもとで、上記流入ポート５４側の圧力すなわちパイロット室４９の圧力をＰ１、流出ポート５５側の圧力をＰ２、スプリング５０のばね力をＦとすると、メインスプールＭＳがバランスする条件は
ＰＡ・Ｐ１＝（Ａ１−Ａ２）・Ｐ２＋Ｆ となる。
そして、上記したようにＰＡ＝Ａ１−Ａ２なので、
上記式は、
ＰＡ・Ｐ１＝ＰＡ・Ｐ２＋Ｆ となり、
さらに
Ｐ１−Ｐ２＝Ｆ／ＰＡとなるので、流入ポート５４と流出ポート５５との差圧Ｐ１−Ｐ２は一定になる。

上記のように流入ポート５４と流出ポート５５との差圧が一定に保たれるので、圧力制御弁ＦＶの下流側の流路系統に破損等の障害が発生しても、旋回モータＲＭが逸走するといった危険を防止できる。

一方、上記電磁パイロット制御弁ＰＶは、スリーブ６３に対してパイロットスプール６４を摺動自在に組み込むとともに、上記ソレノイド５１が非励磁状態にあると、上記パイロットスプール６４は、スプリング５２のばね力の作用で図示のノーマル位置を保つ。パイロットスプール６４がノーマル位置にあれば、上記パイロット室４９に連通するパイロットポート６５がノッチ６６を介してタンクＴに連通する。

そして、ソレノイド５１が励磁してパイロットスプール６４がスプリング５２のばね力に抗して移動すると、パイロットポート６５とタンクＴとの連通が遮断されるとともに、上記流入ポート５４側に連通するインポート６７がパイロットポート６５と連通し、流入ポート５４側の圧力が上記パイロット室４９に導かれる。

なお、図３に示した第２実施形態は、第１実施形態の第１のランド部５９をポペット部６８にしたもので、受圧面積等その他の構成は、第１実施形態と全く同じである。

そして、上記導入通路４６であって、圧力制御弁ＦＶとチェック弁４７，４８との間には、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６９を設け、この圧力センサー６９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、上記ブームシリンダＢＣと上記比例電磁弁３５との間には、接続用通路４５に連通する導入通路７０を設けるとともに、この導入通路７０にはコントローラＣで制御される電磁開閉弁７１を設けている。

そして、上記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１，１３の上流側にはスタンバイ流路７２，７３を接続するとともに、このスタンバイ流路７２，７３は、合流通路７４を介して前記接続用通路４５に接続している。そして、上記スタンバイ流路７２，７３には第１，２電磁弁７５，７６を設けているが、これら第１，２電磁弁７５，７６は、その一方にスプリングを設け、他方にソレノイドを設けるとともに、このソレノイドをコントローラＣに接続している。上記第１，２電磁弁７５，７６は、通常は、スプリング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７２，７３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１，１３の上流側に接続したのは、スタンバイ流路７２，７３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７７は合流通路７４に設けたチェック弁で、第１，２電磁弁７５，７６及びスタンバイ流路７２，７３を経由した圧油を、接続用通路４５に流通させるものである。

以下には、上記回路の作用を説明する。
今、第１，２回路系統の操作弁１〜５，１３〜１６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６，１７から絞り８，１９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８，１９を経由してタンクに導かれると、絞り８，１９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１０，２１を経由してレギュレータ１１，２２に導かれる。したがって、レギュレータ１１，２２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１０，２１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１２，２３の圧力信号で感知するとともに、電磁開閉弁９，２０を閉位置に切り換える。電磁開閉弁９，２０が閉位置に切り換ったときにも、パイロット流路１０，２１の圧力がレギュレータ１１，２２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７５，７６のソレノイドを励磁して、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７２，７３、第１，２電磁弁７５，７６、合流通路７４およびチェック弁７７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３７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３６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回路系統の操作弁１〜５，１３〜１６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回路系統のいずれか一方の操作弁１〜５あるいは１３〜１６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１２あるいは２３の圧力信号に基づいていずれか一方の電磁弁７５あるいは７６を開位置に切り換え、いずれか他方の電磁弁７６あるいは７５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回路系統あるいは第２回路系統のいずれかの操作弁を切り換えたとき、電磁開閉弁９，２０が閉位置を保っていれば、コントローラＣは、これら電磁開閉弁９，２０を開位置に切り換える。電磁開閉弁９，２０が開位置に保たれれば、パイロット流路１０，２１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１２，２３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７５，７６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１２，２３からの圧力信号に応じて、第１，２比例電磁絞り弁４１，４２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回路系統に供給する。

一方、上記第１回路系統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１を例えば一方の方向に切り換えると、一方の通路２７が第１メインポンプＭＰ１に連通し、他方の通路２８がタンクに連通して、旋回モータＲＭを回転させるが、このときの旋回圧はブレーキ弁２９の設定圧に保たれる。また、上記操作弁１を上記とは反対方向に切り換えれば、上記他方の通路２８が第１メインポンプＭＰ１に連通し、上記一方の通路２７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３０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１を中立位置に切り換えると、前記したように通路２７，２８間で閉回路が構成されるとともに、ブレーキ弁２９あるいは３０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６９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２９，３０の設定圧よりも低い圧力を検出したとき、電磁パイロット制御弁ＰＶを閉位置から開位置に切り換える。このように電磁パイロット制御弁ＰＶが開位置に切り換れば、圧力制御弁ＦＶのパイロット室４９に導かれるとともに、圧力制御弁ＦＶはそのパイロット圧に応じた開度を維持する。したがって、旋回モータＲＭに導かれた圧油は接続用通路４５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６９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２７あるいは２８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２７あるいは２８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６９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４５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２７，２８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４５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６９からの圧力信号に基づいてコントローラＣは、電磁パイロット制御弁ＰＶのソレノイド５１を非励磁して、圧力制御弁ＦＶの流入ポート５４と流出ポート５５との連通を遮断し、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４５に圧油の漏れが生じたときには、圧力制御弁ＦＶが機能して通路２７，２８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１５を切り換えると、その操作弁１５に設けたセンサー（図示していない）によって、上記操作弁１５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３５をノーマル状態に保つ。言い換えると、比例電磁弁３５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７１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１５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３５を閉じて、電磁開閉弁７１を開位置に切り換える。
上記のように比例電磁弁３５を閉じて電磁開閉弁７１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１５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３５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４５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、接続用通路４５の圧力が上昇すれば、それにともなって導入通路４６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４７，４８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４５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６９からの圧力信号に基づいて圧力制御弁ＦＶの流入ポート５４と流出ポート５５との連通を遮断する。

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４１，４２で按分して、第１，２回路系統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２４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２６に蓄電するが、この実施形態では家庭用の電源７８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４３，４４を設けるとともに、圧力制御弁ＦＶおよび電磁開閉弁７１あるいは第１，２電磁弁７５，７６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、電磁開閉弁７１及び第１，２電磁弁７５，７６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３５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。

パワーショベル等の建設機械に利用することができる。

ＡＭ アシスト油圧モータ
ＭＧ 電動モータ
Ｃ コントローラ
ＦＶ 圧力制御弁
４５ 接続用通路
４６ 導入通路
４９ パイロット室
ＰＶ 電磁パイロット制御弁
５３ バルブ本体
ＭＳ メインスプール
５４ 流入ポート
５５ 流出ポート
５６ ピストン部
５７ スプール部
５８ スプリング室
５９ 第１のランド部
６１ 第２のランド部
６２ 第３のランド部

Claims (3)

1. アクチュエータとアシスト油圧モータとを通路を介して接続し、アクチュエータの余剰流量をアシスト油圧モータに導いて、当該アシスト油圧モータを回転させるとともに、このアシスト油圧モータの回転力を利用して発電機兼用の電動モータを駆動するハイブリッド建設機械の制御装置において、上記通路に設けるとともにパイロット圧に応じて開度を制御する圧力制御弁と、コントローラの電気信号に応じて切り換わって、上記圧力制御弁の上流側の圧力をパイロット圧としてこの圧力制御弁のパイロット室に導く電磁パイロット制御弁とを備えるとともに、上記圧力制御弁は、流入ポートと流出ポートとを設けたバルブ本体に、一端をパイロット室に臨ませ、他端をスプリング室に臨ませたメインスプールを摺動自在に組み込み、上記メインスプールには、当該圧力制御弁の中立位置において上記流入ポートと流出ポートとを遮断する第１のランド部と、上記流出ポートを介して上記第１のランド部と対向する第２のランド部と、上記流入ポートを介して上記第１のランド部と対向する第３のランド部とを備え、上記パイロット室に臨ませたスプール端の受圧面積ＰＡ、上記第１のランド部の流出ポート側の受圧面積Ａ１、上記第２のランド部の流出ポート側の受圧面積Ａ２としたとき、ＰＡ＝Ａ１−Ａ２の関係を保つとともに、上記第１及び第３のランド部における上記流入ポート側の受圧面積を等しくしたハイブリッド建設機械の制御装置。
2. 上記メインスプールは、スプール部とピストン部とに分離し、ピストン部の一端を上記パイロット室に臨ませるとともに、このピストン部の受圧面積を、スプール部の最小径部よりも小さくした請求項１記載のハイブリッド建設機械の制御装置。
3. 上記バルブ本体に電磁パイロット制御弁を組み込んだ請求項２に記載のハイブリッド建設機械の制御装置。

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