JP6190728B2 - ハイブリッド建設機械の制御システム - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド建設機械の制御システムに関する。

従来から、アクチュエータから導かれる作動油を利用して油圧モータを回転させてエネルギ回生を行うハイブリッド建設機械が知られている。

特許文献１には、ブームシリンダと旋回モータとを備え、ブーム下げ作業時にブームシリンダから導かれる作動油や、旋回作業時に旋回モータから導かれる作動油を利用して、油圧モータを回転させてエネルギ回生を行うハイブリッド建設機械が開示されている。

特開２００９−２８７７４５号公報

しかしながら、特許文献１に記載のハイブリッド建設機械では、ブームシリンダや旋回モータ以外のアクチュエータを操作している場合には、余剰となる油圧エネルギを回生することができない。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ブームシリンダや旋回モータ以外のアクチュエータが操作されている場合であっても、余剰となる油圧エネルギを回生可能なハイブリッド建設機械の制御システムを提供することを目的とする。

本発明は、ハイブリッド建設機械の制御システムであって、メインポンプと当該メインポンプからメイン通路を介して供給される作動流体をアクチュエータへ給排する操作弁とを各々有する二つの回路系統と、前記二つの回路系統の少なくともいずれか一方に設けられ前記メイン通路の作動流体圧をメインリリーフ圧以下に保つメインリリーフ弁と、前記二つの回路系統の前記メイン通路の前記メインポンプと前記操作弁との間から各々分岐する二つの回生通路と、前記二つの回路系統の一方の前記回生通路を介して導かれる作動流体によって回転する回生用の回生モータと、前記回生モータと連動して回転することでアシスト通路を介して作動流体を二つの前記メイン通路に供給可能なアシストポンプと、前記二つの回路系統の一方の前記回生通路を開閉可能な回生通路切換弁と、前記アシスト通路に介装され、前記アシストポンプから供給される作動流体を前記二つの回生通路の少なくとも一方に供給するアシスト切換弁と、を備え、前記回生通路切換弁は、作動流体の流れを遮断するノーマル位置と、前記アクチュエータの作動中に前記メイン通路の作動流体圧が前記メインリリーフ圧より低い設定圧に達した場合に前記メイン通路から前記回生モータへの作動流体の流れを許容する回生位置と、を備え、前記アシスト切換弁は、前記アシスト通路の作動流体を前記二つの回生通路に按分するノーマル位置と、二つの前記メイン通路のうち一方の作動流体圧が高い場合に当該メイン通路に前記アシスト通路の作動流体をより多く供給する第一切換位置と、二つの前記メイン通路のうち他方の作動流体圧が高い場合に当該メイン通路に前記アシスト通路の作動流体をより多く供給する第二切換位置と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、アクチュエータの作動中に、二つの回路系統の一方のメイン通路の作動流体圧がメインリリーフ圧より若干低い設定圧に達した場合、回生通路切換弁が回生位置に切り換わってメイン通路の作動流体が回生モータに導かれる。よって、ブームシリンダや旋回モータ以外のアクチュエータが操作されている場合であっても、余剰となる作動流体の流体圧エネルギを回生することができる。

本発明の第一の実施の形態に係るハイブリッド建設機械の制御システムの回路図である。 図１における回生通路切換弁と高圧選択切換弁との拡大図である。 本発明の第二の実施の形態に係るハイブリッド建設機械の制御システムの回生通路切換弁と高圧選択切換弁との拡大図である。 高圧選択切換弁の断面図である。 回生通路切換弁の断面図である。 本発明の第三の実施の形態に係るハイブリッド建設機械の制御システムの回路図である。 図６における回生通路切換弁と高圧選択切換弁との拡大図である。 回生通路切換弁の断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

（第一の実施の形態）
以下、図１及び図２を参照して、本発明の第一の実施の形態に係るハイブリッド建設機械の制御システム１００について説明する。ここでは、ハイブリッド建設機械が油圧ショベルである場合について説明する。油圧ショベルでは、作動流体として作動油が用いられる。

まず、図１を参照して、ハイブリッド建設機械の制御システム１００の全体構成について説明する。

油圧ショベルは、作動油を吐出して各アクチュエータを駆動する第一メインポンプＭＰ１及び第二メインポンプＭＰ２と、第一メインポンプＭＰ１から作動油が供給される第一回路系統Ｓ１と、第二メインポンプＭＰ２から作動油が供給される第二回路系統Ｓ２と、を備える。

第一メインポンプＭＰ１及び第二メインポンプＭＰ２は、斜板の傾転角が調整可能な可変容量型ポンプである。第一メインポンプＭＰ１及び第二メインポンプＭＰ２は、エンジンＥによって駆動されて同軸回転する。

第一回路系統Ｓ１は、上流側から順に、旋回モータＲＭを制御する操作弁１と、アームシリンダ（図示省略）を制御する操作弁２と、流体圧シリンダとしてのブームシリンダＢＣを制御するブーム二速用の操作弁３と、ブレーカやクラッシャ等の予備用アタッチメント（図示省略）を制御する操作弁４と、左走行用である第一走行用モータ（図示省略）を制御する操作弁５と、を有する。

各操作弁１〜５は、第一メインポンプＭＰ１から各アクチュエータへ導かれる作動油の流量を制御して、各アクチュエータの動作を制御する。各操作弁１〜５は、油圧ショベルのオペレータが操作レバーを手動操作することに伴って供給されるパイロット圧によって操作される。

各操作弁１〜５は、互いに並列なメイン通路としての中立流路６とパラレル通路７とを通じて第一メインポンプＭＰ１に接続されている。中立流路６における操作弁１の上流側には、中立流路６の作動油圧が所定のメインリリーフ圧を超えると開弁して作動油圧を所定のメインリリーフ圧以下に保つメインリリーフ弁８が設けられる。所定のメインリリーフ圧は、各操作弁１〜５の最低作動圧を充分に確保できる程度に高く設定される。

中立流路６における操作弁５の下流側には、パイロット圧（ネガティブコントロール圧）を生成するための絞り９が設けられる。絞り９は、通過する流量が多ければ上流側に高いパイロット圧を生成し、通過する流量が少なければ上流側に低いパイロット圧を生成する。

絞り９には、絞り９の上流側に生成されるパイロット圧が所定のパイロットリリーフ圧を超えると開弁してパイロット圧を所定のパイロットリリーフ圧以下に保つパイロットリリーフ弁１０が並列に設けられる。なお、所定のパイロットリリーフ圧は、絞り９に異常圧が生じない程度にメインリリーフ弁８のメインリリーフ圧より低く設定される。

中立流路６は、操作弁１〜５の全てが中立位置又は中立位置近傍にある場合には、第一メインポンプＭＰ１から吐出された作動油の全部又は一部をタンクＴに導く。この場合、絞り９を通過する作動油の流量が多くなるため、高いパイロット圧が生成される。

一方、操作弁１〜５がフルストロークに切り換えられると、中立流路６が閉ざされて作動油の流通がなくなる。この場合、絞り９を通過する作動油の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、第一メインポンプＭＰ１から吐出された作動油の一部がアクチュエータに導かれ、残りが中立流路６からタンクＴに導かれるため、絞り９は、中立流路６の作動油の流量に応じたパイロット圧を生成する。つまり、絞り９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。

絞り９の上流側にはパイロット流路１１が接続される。パイロット流路１１には、絞り９によって生成されたパイロット圧が導かれる。パイロット流路１１は、第一メインポンプＭＰ１の容量（斜板の傾転角）を制御するレギュレータ１２に接続される。

レギュレータ１２は、パイロット流路１１のパイロット圧と比例（比例定数は負の数）して第一メインポンプＭＰ１の斜板の傾転角を制御して、第一メインポンプＭＰ１の一回転あたりの押し除け量を制御する。したがって、操作弁１〜５がフルストロークに切り換えられて絞り９を通過する作動油の流れがなくなり、パイロット流路１１のパイロット圧がゼロになれば、第一メインポンプＭＰ１の斜板の傾転角が最大になり、一回転あたりの押し除け量が最大になる。

パイロット流路１１には、パイロット流路１１の圧力を検出する圧力センサ１３が設けられる。圧力センサ１３によって検出した圧力信号はコントローラＣに出力される。パイロット流路１１のパイロット圧は、操作弁１〜５の操作量に応じて変化する。よって、圧力センサ１３によって検出される圧力信号は、第一回路系統Ｓ１の要求流量に比例する。

第二回路系統Ｓ２は、上流側から順に、右走行用である第二走行用モータ（図示省略）を制御する操作弁１４と、バケットシリンダ（図示省略）を制御する操作弁１５と、ブームシリンダＢＣを制御する操作弁１６と、アームシリンダ（図示省略）を制御するアーム二速用の操作弁１７と、を有する。

各操作弁１４〜１７は、第二メインポンプＭＰ２から各アクチュエータへ導かれる作動油の流量を制御して、各アクチュエータの動作を制御する。各操作弁１４〜１７は、油圧ショベルのオペレータが操作レバーを手動操作することに伴って供給されるパイロット圧によって操作される。

各操作弁１４〜１７は、メイン通路としての中立流路１８を通じて第二メインポンプＭＰ２に接続されている。また、操作弁１４〜１６は、中立流路１８と並列なパラレル通路２９を通じて第二メインポンプＭＰ２に接続されている。中立流路１８における操作弁１４の上流側には、中立流路１８の作動油圧が所定のメインリリーフ圧を超えると開弁して、作動油圧をメインリリーフ圧以下に保つメインリリーフ弁１９が設けられる。所定のメインリリーフ圧は、各操作弁１４〜１７の最低作動圧を充分に確保できる程度に高く設定される。

なお、メインリリーフ弁８，１９は、第一回路系統Ｓ１と第二回路系統Ｓ２との少なくともいずれか一方に設けられればよい。第一回路系統Ｓ１と第二回路系統Ｓ２のうち一方のみにメインリリーフ弁が設けられる場合には、第一回路系統Ｓ１と第二回路系統Ｓ２の他方からも、作動油が同じメインリリーフ弁に導かれるように接続される。このように、単一のメインリリーフ弁が設けられる場合には、メインリリーフ弁は、第一回路系統Ｓ１と第二回路系統Ｓ２とで共用される。

中立流路１８における操作弁１７の下流側には、パイロット圧（ネガティブコントロール圧）を生成するための絞り２０が設けられる。絞り２０は、第一メインポンプＭＰ１側の絞り９と同じ機能を有する。

絞り２０には、絞り２０の上流側に生成されるパイロット圧が所定のパイロットリリーフ圧を超えると開弁してパイロット圧を所定のパイロットリリーフ圧以下に保つパイロットリリーフ弁２１が並列に設けられる。なお、所定のパイロットリリーフ圧は、絞り２０に異常圧が生じない程度にメインリリーフ弁１９のメインリリーフ圧より低く設定される。

絞り２０の上流側にはパイロット流路２２が接続され、パイロット流路２２には絞り２０によって生成されたパイロット圧が導かれる。パイロット流路２２は、第二メインポンプＭＰ２の容量（斜板の傾転角）を制御するレギュレータ２３に接続される。

レギュレータ２３は、パイロット流路２２のパイロット圧と比例（比例定数は負の数）して第二メインポンプＭＰ２の斜板の傾転角を制御して、第二メインポンプＭＰ２の一回転あたりの押し除け量を制御する。したがって、操作弁１４〜１７がフルストロークに切り換えられて絞り２０を通過する作動油の流れがなくなり、パイロット流路２２のパイロット圧がゼロになれば、第二メインポンプＭＰ２の斜板の傾転角が最大になり、一回転あたりの押し除け量が最大になる。

パイロット流路２２には、パイロット流路２２の圧力を検出する圧力センサ２４が設けられる。圧力センサ２４によって検出した圧力信号はコントローラＣに出力される。パイロット流路２２のパイロット圧は、操作弁１４〜１７の操作量に応じて変化する。よって、圧力センサ２４によって検出される圧力信号は、第二回路系統Ｓ２の要求流量に比例する。

エンジンＥには、エンジンＥの余力を利用して発電する発電機２５が設けられる。発電機２５で発電された電力は、バッテリチャージャ２６を介してバッテリ２７に充電される。バッテリチャージャ２６は、通常の家庭用の電源２８に接続した場合にも、バッテリ２７に電力を充電できる。

次に、旋回モータＲＭについて説明する。

旋回モータＲＭは、旋回モータＲＭを駆動するための旋回回路３０に設けられる。旋回回路３０は、第一メインポンプＭＰ１と旋回モータＲＭとを接続し操作弁１が介装される一対の給排通路３１，３２と、給排通路３１，３２のそれぞれに接続され設定圧力で開弁するリリーフ弁３３，３４と、を備える。

操作弁１は、三位置の切換弁である。操作弁１が中立位置である場合には、操作弁１のアクチュエータポートが閉じられるため、旋回モータＲＭに対する作動油の給排が遮断され、旋回モータＲＭは停止状態を保つ。

操作弁１が一方の位置に切り換わると、給排通路３１が第一メインポンプＭＰ１に接続され、給排通路３２がタンクＴに連通する。これにより、給排通路３１を通じて作動油が供給されて旋回モータＲＭが回転すると共に、旋回モータＲＭからの戻り作動油が給排通路３２を通じてタンクＴに排出される。一方、操作弁１が他方の位置に切り換わると、給排通路３２が第一メインポンプＭＰ１に接続され、給排通路３１がタンクＴに連通し、旋回モータＲＭは逆向きに回転する。

旋回モータＲＭの旋回動作時に、給排通路３１，３２の旋回圧力がリリーフ弁３３，３４の設定圧力に達した場合には、リリーフ弁３３，３４が開弁して高圧側の余剰流量が低圧側に導かれる。

旋回モータＲＭの旋回動作中に、操作弁１が中立位置に切り換わると、操作弁１のアクチュエータポートが閉じられる。これにより、給排通路３１，３２と、旋回モータＲＭと、リリーフ弁３３，３４と、によって閉回路が構成される。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は慣性エネルギによって回転し続けてポンプ作用を発揮する。

これにより、旋回動作時には低圧であった給排通路３１，３２の一方が高圧となり、旋回動作時には高圧であった給排通路３１，３２の他方が低圧となる。よって、旋回モータＲＭにブレーキ力が作用しブレーキ動作が行われる。この際、給排通路３１，３２のブレーキ圧力がリリーフ弁３３，３４の設定圧力に達した場合には、リリーフ弁３３，３４が開弁して高圧側のブレーキ流量が低圧側に導かれる。

旋回モータＲＭのブレーキ動作時に、旋回モータＲＭの吸込流量が不足した場合には、タンクＴから給排通路３１，３２への作動油の流れのみを許容するチェック弁３５，３６を通じてタンクＴの作動油が吸い込まれる。

次に、ブームシリンダＢＣについて説明する。

ブームシリンダＢＣの動作を制御する操作弁１６は、三位置の切換弁である。操作弁１６が中立位置から一方の位置に切り換わると、第二メインポンプＭＰ２から吐出された作動油が給排通路３８を通じてブームシリンダＢＣのピストン側室３９に供給されると共に、ロッド側室４０からの戻り作動油が給排通路３７を通じてタンクＴに排出される。よって、ブームシリンダＢＣは伸長する。

一方、操作弁１６が他方の位置に切り換わると、第二メインポンプＭＰ２から吐出された作動油が給排通路３７を通じてブームシリンダＢＣのロッド側室４０に供給されると共に、ピストン側室３９からの戻り作動油が給排通路３８を通じてタンクＴに排出される。よって、ブームシリンダＢＣは収縮する。

操作弁１６が中立位置に切り換わると、ブームシリンダＢＣに対する作動油の給排が遮断され、ブームは停止した状態を保つ。なお、ブーム二速用の操作弁３は、オペレータによる操作レバーの操作量が所定量より大きい場合に切り換わる。

操作弁１６を中立位置に切り換えブームの動きを止めた場合、バケット，アーム，及びブーム等の自重によって、ブームシリンダＢＣには収縮する方向の力が作用する。このように、ブームシリンダＢＣは、操作弁１６が中立位置の場合にはピストン側室３９によって負荷を保持するものであり、ピストン側室３９が負荷側圧力室となる。

ハイブリッド建設機械の制御システム１００は、旋回回路３０及びブームシリンダＢＣからの作動油のエネルギを回収してエネルギ回生を行う回生制御を行う回生装置を備える。以下では、その回生装置について説明する。

回生装置による回生制御は、コントローラＣによって行われる。コントローラＣは、回生制御を実行するＣＰＵ（中央演算処理装置）と、ＣＰＵの処理動作に必要な制御プログラムや設定値等が記憶されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）と、各種センサが検出した情報を一時的に記憶するＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）と、を備える。

まず、旋回回路３０からの作動油を利用してエネルギ回生を行う旋回回生制御について説明する。

旋回モータＲＭに接続される給排通路３１，３２には、それぞれ分岐通路４１，４２が接続される。分岐通路４１，４２は合流して、旋回回路３０からの作動油を回生用の回生モータＭに導くための旋回回生通路４３に接続される。分岐通路４１，４２のそれぞれには、給排通路３１，３２から旋回回生通路４３への作動油の流れのみを許容するチェック弁４４，４５が設けられる。旋回回生通路４３は、合流回生通路４６を通じて回生モータＭに接続される。

回生モータＭは、斜板の傾転角が調整可能な可変容量型モータであり、発電機兼用の回転電機としての電動モータ４７と同軸回転するように連結されている。回生モータＭは、旋回モータＲＭやブームシリンダＢＣから合流回生通路４６を通じて排出される作動油によって駆動される。回生モータＭは、電動モータ４７を駆動可能である。電動モータ４７が発電機として機能した場合には、電動モータ４７で発電された電力はインバータ４８を介してバッテリ２７に充電される。回生モータＭと電動モータ４７とは、直接連結されてもよいし、減速機を介して連結されてもよい。

回生モータＭの上流には、回生モータＭへの作動油の供給量が充分でなくなった場合に、タンクＴから合流回生通路４６に作動油を吸い上げて回生モータＭへ供給する吸上通路７８が接続される。吸上通路７８には、タンクＴから合流回生通路４６への作動油の流れのみを許容するチェック弁７８ａが設けられる。

旋回回生通路４３には、コントローラＣから出力される信号にて切り換え制御される電磁切換弁４９が設けられる。電磁切換弁４９とチェック弁４４，４５との間には、旋回モータＲＭの旋回動作時の旋回圧力又はブレーキ動作時のブレーキ圧力を検出する圧力センサ５０が設けられる。圧力センサ５０にて検出された圧力信号は、コントローラＣに出力される。

電磁切換弁４９は、ソレノイドが非励磁のときに閉位置（図１に示す状態）に設定され、旋回回生通路４３を遮断する。電磁切換弁４９は、ソレノイドが励磁されたときに開位置に切り換えられ、旋回回生通路４３を開通する。電磁切換弁４９は、開位置に切り換えられると、旋回回路３０からの作動油を回生モータＭに導く。これにより、旋回回生が行われる。

ここで、旋回回路３０から回生モータＭへの作動油の経路について説明する。例えば、給排通路３１，３２を通じて供給される作動油によって旋回モータＲＭが旋回する旋回動作時には、給排通路３１，３２の余剰油が分岐通路４１，４２及びチェック弁４４，４５を通じて旋回回生通路４３に流入し、回生モータＭに導かれる。また、給排通路３１，３２を通じて供給される作動油によって旋回モータＲＭが旋回している際に操作弁１が中立位置に切り換えられるブレーキ動作時には、旋回モータＲＭのポンプ作用によって吐出された作動油が分岐通路４１，４２及びチェック弁４４，４５を通じて旋回回生通路４３に流入し、回生モータＭに導かれる。

旋回回生通路４３における電磁切換弁４９の下流側には、安全弁５１が設けられる。安全弁５１は、例えば旋回回生通路４３の電磁切換弁４９などに異常が生じた場合に、分岐通路４１，４２の圧力を維持して旋回モータＲＭが逸走することを防止するものである。

コントローラＣは、圧力センサ５０の検出圧力が旋回回生開始圧力以上になったと判定した場合には、電磁切換弁４９のソレノイドを励磁する。これにより、電磁切換弁４９が開位置に切り換わって旋回回生が開始される。

コントローラＣは、圧力センサ５０の検出圧力が旋回回生開始圧力未満になったと判定した場合には、電磁切換弁４９のソレノイドを非励磁にする。これにより、電磁切換弁４９が閉位置に切り換わって旋回回生が停止する。

次に、ブームシリンダＢＣからの作動油を利用してエネルギ回生を行うブーム回生制御について説明する。

ブームシリンダＢＣのピストン側室３９と操作弁１６とを接続する給排通路３８には、コントローラＣの出力信号によって開度が制御される電磁比例絞り弁５２が設けられる。電磁比例絞り弁５２はノーマル状態で全開位置を保つ。

給排通路３８には、ピストン側室３９と電磁比例絞り弁５２との間から分岐するブーム回生通路５３が接続される。ブーム回生通路５３は、ピストン側室３９からの戻り作動油を回生モータＭに導くための通路である。旋回回生通路４３とブーム回生通路５３とは合流して合流回生通路４６に接続される。

ブーム回生通路５３には、コントローラＣから出力される信号にて切り換え制御される電磁切換弁５４が設けられる。電磁切換弁５４は、ソレノイドが非励磁のときに閉位置（図１に示す状態）に切り換えられ、ブーム回生通路５３を遮断する。電磁切換弁５４は、ソレノイドが励磁されたときに開位置に切り換えられ、ブーム回生通路５３を開通してピストン側室３９から合流回生通路４６への作動油の流れのみを許容する。

操作弁１６には、操作弁１６の操作方向とその操作量を検出するセンサ（図示省略）が設けられる。センサにて検出された信号はコントローラＣに出力される。コントローラＣは、センサによって検出された操作弁１６の操作方向とその操作量に基づいて、ブームシリンダＢＣの伸縮方向とその伸縮量を演算する。

なお、上記センサに代えて、ブームシリンダＢＣにピストンロッドの移動方向とその移動量を検出するセンサを設けてもよいし、又は、操作レバーに操作方向とその操作量を検出するセンサを設けてもよい。

コントローラＣは、センサの検出結果に基づいて、オペレータがブームシリンダＢＣを伸長させようとしているか、又は収縮させようとしているかを判定する。コントローラＣは、ブームシリンダＢＣの伸長動作を判定すると、電磁比例絞り弁５２をノーマル状態である全開位置に保つと共に、電磁切換弁５４を閉位置に保つ。

一方、コントローラＣは、ブームシリンダＢＣの収縮動作を判定すると、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の収縮速度を演算すると共に、電磁比例絞り弁５２を閉じて電磁切換弁５４を開位置に切り換える。これにより、ブームシリンダＢＣからの戻り作動油の全量が回生モータＭに導かれ、ブーム回生が行われる。

回生モータＭで消費する流量が、オペレータが求めたブームシリンダＢＣの収縮速度を維持するために必要な流量よりも少ない場合には、コントローラＣは、操作弁１６の操作量，回生モータＭの斜板の傾転角，及び電動モータ４７の回転速度等に基づいて、回生モータＭが消費する流量を超えた分の流量をタンクＴに戻すように電磁比例絞り弁５２の開度を制御する。これにより、オペレータが求めるブームシリンダＢＣの収縮速度が維持される。

旋回モータＲＭを旋回させながら、ブームシリンダＢＣを下降させる場合には、旋回モータＲＭからの戻り作動油と、ブームシリンダＢＣからの戻り作動油とが、合流回生通路４６で合流して回生モータＭに供給される。

このとき、旋回回生通路４３の圧力が上昇して、旋回モータＲＭの旋回圧又はブレーキ圧よりも高くなったとしても、旋回回生通路４３内の作動油はチェック弁４４，４５によって逆流が阻止されるため、旋回モータＲＭには影響を及ぼさない。また、旋回回生通路４３の圧力が低下して、旋回圧又はブレーキ圧よりも低くなると、コントローラＣは、圧力センサ５０からの圧力信号に基づいて電磁切換弁４９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の下降動作とを同時に行う場合には、旋回圧又はブレーキ圧にかかわりなく、ブームシリンダＢＣに要求される下降速度を基準にして回生モータＭの傾転角が規定される。

以下、図１及び図２を参照して、中立流路１８からの作動油のエネルギを回収してエネルギ回生を行う余剰流量回生制御と、アシストポンプとしてのサブポンプＳＰからの作動油のエネルギによって第一メインポンプＭＰ１及び第二メインポンプＭＰ２の出力をアシストするアシスト制御と、を行うバルブ装置１０１について説明する。

バルブ装置１０１は、余剰流量回生制御時に切り換えられる回生通路切換弁５８と、アシスト制御時に切り換えられる高圧選択切換弁７１と、を備える。

まず、余剰流量回生制御について説明する。

ハイブリッド建設機械の制御システム１００は、中立流路１８からの作動油のエネルギを回収してエネルギ回生を行う余剰流量回生制御を実行する。余剰流量回生制御は、旋回回生制御及びブーム回生制御と同様にコントローラＣによって行われる。

第二回路系統Ｓ２の中立流路１８における操作弁１４の上流側と合流回生通路４６とは、回生通路としての通路５６によって接続される。通路５６は、中立流路１８の第二メインポンプＭＰ２と操作弁１４との間から分岐して合流回生通路４６に接続される。通路５６には、当該通路５６を開閉可能な回生通路切換弁５８が介装される。同様に、回生通路としての通路５５は、中立流路６の第一メインポンプＭＰ１と操作弁１との間から分岐する。

図２に示すように、回生通路切換弁５８は、六ポート二位置のスプール式の切換弁である。回生通路切換弁５８には、スプールの両端に臨んでパイロット室５８ａ，５８ｂがそれぞれ設けられる。スプールは、一端に設けられるスプリング５８ｄによって一方向に付勢される。回生通路切換弁５８は、スプリング５８ｄのばね力によって、通常はノーマル位置（図１及び図２に示す状態）に保持される。

回生通路切換弁５８は、ノーマル位置に保持されている状態では、中立流路１８から合流回生通路４６への作動油の流れを遮断する。回生通路切換弁５８は、どの位置に切り換えられている状態でも、高圧選択切換弁７１と連通する中立流路１０２と通路５６とを連通させる。しかしながら、高圧選択切換弁７１側のポートは、どの位置に切り換えられている状態でも閉じられている。よって、中立流路１０２の作動油が高圧選択切換弁７１に流入することはない。

回生通路切換弁５８は、一方のパイロット室５８ａにパイロット圧が供給されると回生位置（図１中左側位置）に切り換わって、中立流路１８から合流回生通路４６への作動油の流れを許容し、パイロット圧の供給が遮断されるとノーマル位置に切り換わって通路５６を閉塞する。

パイロット室５８ａに供給されるパイロット圧は、パイロット圧源ＰＰから第一パイロット通路５９を通じて供給される。第一パイロット通路５９には、コントローラＣからの指令信号に応じて比例したパイロット圧力を出力可能な電磁弁としての電磁比例減圧弁６１が介装される。電磁比例減圧弁６１は、コントローラＣから出力される指令信号に基づいて、ソレノイドが励磁されるとパイロット圧源ＰＰを減圧して指令値に応じたパイロット圧を発生し、パイロット圧を第一パイロット通路５９に供給する。

ここで、第二回路系統Ｓ２の中立流路１８における操作弁１７より下流側であってパイロット流路２２の接続部より上流側には、中立流路１８を開閉可能なメイン通路切換弁としての中立カット弁６３が介装される。中立カット弁６３は、パイロット室６３ａにパイロット圧が供給されると閉位置に切り換わって中立流路１８を閉塞し、パイロット圧の供給が遮断されると開位置に切り換わって中立流路１８を開放する。

中立カット弁６３のパイロット室６３ａは、第一パイロット通路５９に接続される。よって、電磁比例減圧弁６１により回生通路切換弁５８の一方のパイロット室５８ａにパイロット圧が供給されるときに、同時に中立カット弁６３のパイロット室６３ａにもパイロット圧が供給される。つまり、中立カット弁６３は、回生通路切換弁５８と連動して動作する。

第一回路系統Ｓ１の中立流路６における第一メインポンプＭＰ１と操作弁１との間には、中立流路６の作動油圧（第一メインポンプＭＰ１の吐出圧）を検出する圧力センサ６４が設けられる。同様に、第二回路系統Ｓ２の中立流路１８における第二メインポンプＭＰ２と操作弁１４との間には、中立流路１８の作動油圧（第二メインポンプＭＰ２の吐出圧）を検出する圧力検出器としての圧力センサ６５が設けられる。各圧力センサ６４，６５によって検出された圧力信号は、コントローラＣに出力される。

コントローラＣは、第二回路系統Ｓ２の中立流路１８の作動油圧が所定の設定圧に達した場合に、電磁比例減圧弁６１のソレノイドを励磁する。これにより、回生通路切換弁５８の一方のパイロット室５８ａにパイロット圧が供給され、回生通路切換弁５８が回生位置に切り換えられる。そして、中立流路１８の作動油は通路５６を通って合流回生通路４６に導かれ、第二回路系統Ｓ２の余剰流量回生が行われる。なお、所定の設定圧は、メインリリーフ弁１９のメインリリーフ圧より少しだけ低い圧に設定される。

コントローラＣは、電磁比例減圧弁６１を切り換えて余剰流量回生制御を行っているとき、中立流路６，１８の作動油圧が操作弁１〜５、１４〜１７の最低作動圧以上となるように、回生モータＭの斜板の傾転角をレギュレータ６６によって制御する。

一方、回生通路切換弁５８の他方のパイロット室５８ｂは、第二パイロット通路６０を介してタンクＴに接続している。回生通路切換弁５８では、他方のパイロット室５８ｂにパイロット圧を供給することはない。パイロット室５８ｂは、回生通路切換弁５８が回生位置からノーマル位置に切り換わるときにタンクＴから吸い上げられた作動油が流入したり、回生通路切換弁５８のスプールの隙間から漏れ出した作動油をタンクＴに戻したりするものである。

次に、余剰流量回生制御の作用効果について説明する。

中立流路１８の作動油圧が所定の設定圧に達した場合、当該中立流路１８に接続される通路５６の回生通路切換弁５８が回生位置に切り換わり、第二メインポンプＭＰ２の高圧の作動油が回生モータＭに導かれる。

ここで、従来は、ブームシリンダＢＣや旋回モータＲＭの作動中には、ブーム回生制御や旋回回生制御によってブームシリンダＢＣや旋回モータＲＭの余剰流量からエネルギ回生を行うことは可能であったが、ブームシリンダＢＣや旋回モータＲＭ以外のアクチュエータが操作されている場合には、エネルギ回生を行うことができなかった。

これに対して、本実施の形態では、例えば、バケットやアームなどが操作されている状態で中立流路１８の作動油圧が設定圧に達した場合に、中立流路１８内で余剰となる作動油をメインリリーフ弁１９から廃棄する代わりに、回生モータＭへと導くことができる。よって、従来廃棄していたエネルギから回生を行うことができるため、エネルギーロスを低減してより多くのエネルギを回生することができる。したがって、システム全体としての消費エネルギを低減させることができる。

また、すべてのアクチュエータが停止している場合には、中立流路１８のスタンバイ流量を回生モータＭへと導くことができる。これにより、スタンバイ流量を利用して回生モータＭを回転させて発電を行うスタンバイチャージが行われ、バッテリ充電量を増大させることができる。特に、第二回路系統Ｓ２の中立流路１８には中立カット弁６３が設けられるため、中立流路１８の作動油圧をメインリリーフ圧近傍まで上昇させることができる。これにより、より高圧の余剰流量が回生モータＭに導かれるため、バッテリ２７を所定のバッテリ容量までチャージするのに要する時間を短縮することができる。

さらに、コントローラＣは、電磁比例減圧弁６１を切り換えて余剰流量回生制御を行っているとき、中立流路６，１８の作動油圧が操作弁１〜５、１４〜１７の最低作動圧以上となるように、回生モータＭの斜板の傾転角をレギュレータ６６によって制御する。これにより、作動油が回生モータＭに導かれる側の中立流路６，１８における作動油圧を維持しながらエネルギ回生を行うことができる。

さらに、中立カット弁６３がパイロットリリーフ弁２１より上流側に設けられるため、中立流路１８の作動油圧が設定圧に達して中立カット弁６３を閉位置に切り換えた際、中立流路１８の作動油圧がパイロットリリーフ弁２１からリリーフされることを防止できる。これにより、余剰流量回生制御時により高い作動油圧を回生モータＭへ供給することができるため、より多くのエネルギを回生することができる。

次に、アシスト制御について説明する。

サブポンプＳＰは、斜板の傾転角が調整可能な可変容量型ポンプであり、回生モータＭと連動して同軸回転するように連結されている。サブポンプＳＰは、電動モータ４７の駆動力で回転する。電動モータ４７の回転速度は、インバータ４８を通じてコントローラＣによって制御される。サブポンプＳＰ及び回生モータＭの斜板の傾転角は、レギュレータ６７，６６を介してコントローラＣによって制御される。

サブポンプＳＰには、アシスト通路としての吐出通路６８が接続される。サブポンプＳＰは、吐出通路６８を介して作動油を中立流路６，１８に供給可能である。吐出通路６８は、通路５５に合流する第一吐出通路６９と、通路５６に合流する第二吐出通路７０と、に分岐して形成される。吐出通路６８の分岐部には、アシスト切換弁としての高圧選択切換弁７１が介装される。第一吐出通路６９及び第二吐出通路７０には、吐出通路６８から通路５５又は通路５６への作動油の流れのみを許容するチェック弁７２，７３がそれぞれ介装される。

高圧選択切換弁７１は、六ポート三位置のスプール式の切換弁である。高圧選択切換弁７１には、スプールの両端に臨んでパイロット室７１ａ，７１ｂがそれぞれ設けられる。一方のパイロット室７１ａには、通路５５の作動油が第一パイロット通路７６を介して供給される。他方のパイロット室７１ｂには、通路５６の作動油が第二パイロット通路７７を介して供給される。第一パイロット通路７６には、減衰用絞り７４が設けられ、第二パイロット通路７７には減衰用絞り７５が設けられる。スプールは、両端に各々設けられる一対のセンタリングスプリング７１ｃ，７１ｄによって中立状態に支持される。高圧選択切換弁７１は、センタリングスプリング７１ｃ，７１ｄのばね力によって、通常はノーマル位置（図１及び図２に示す状態）に保持される。

高圧選択切換弁７１は、ノーマル位置に保持されている状態では、サブポンプＳＰの吐出油を第一吐出通路６９及び第二吐出通路７０に按分して供給する。

高圧選択切換弁７１は、一方のパイロット室７１ａのパイロット圧が他方のパイロット室７１ｂのパイロット圧より高い場合には、第一切換位置（図１中右側位置）に切り換えられる。これにより、サブポンプＳＰの吐出油が通路５５に供給される。

高圧選択切換弁７１は、他方のパイロット室７１ｂのパイロット圧が一方のパイロット室７１ａのパイロット圧より高い場合には、第二切換位置（図１中左側位置）に切り換えられる。これにより、サブポンプＳＰの吐出油が通路５６に供給される。

つまり、高圧選択切換弁７１は、通路５５と通路５６とのうち、高圧の方を選択してサブポンプＳＰの吐出油を供給している。なお、高圧選択切換弁７１が切り換えられる過程では、通路５５と通路５６との両方に作動油が供給されるが、パイロット室７１ａ，７１ｂの一方のパイロット圧とパイロット室７１ａ、７１ｂの他方のパイロット圧との差圧が充分に高い場合には、サブポンプＳＰの吐出油の全量が通路５５と通路５６とのうち高圧の方に供給され、低圧の方には全く供給されない。

電動モータ４７の駆動力によってサブポンプＳＰが回転すると、サブポンプＳＰは、第一メインポンプＭＰ１及び第二メインポンプＭＰ２の少なくとも一方の出力をアシストする。第一メインポンプＭＰ１及び第二メインポンプＭＰ２のいずれをアシストするかは高圧選択切換弁７１によって決定され、コントローラＣによる制御を要しない自動アシストが行われる。

合流回生通路４６を通じて回生モータＭに作動油が供給され、回生モータＭが回転すると、回生モータＭの回転力は、同軸回転する電動モータ４７に対するアシスト力として作用する。したがって、回生モータＭの回転力の分だけ、電動モータ４７の消費電力を少なくすることができる。

回生モータＭを駆動源として電動モータ４７を発電機として使用するときには、サブポンプＳＰは、斜板の傾転角がゼロに設定され、ほぼ無負荷状態となる。

次に、アシスト制御の作用効果について説明する。

サブポンプＳＰから吐出された作動油を中立流路６，１８に導く吐出通路６８に高圧選択切換弁７１が介装され、高圧選択切換弁７１は通路５５と通路５６とのうち高圧の方を選択してサブポンプＳＰの吐出油を供給する。これにより、アクチュエータの負荷が高いときに多くのアシスト流量が高圧側の中立流路６，１８に供給されるため、油圧ショベルの作業速度を確保できる。

また、高圧選択切換弁７１は、通路５５と通路５６とのうち高圧側の通路を選択するため、サブポンプＳＰから吐出される作動油を高圧側へ供給することができる。さらに、例えばサブポンプＳＰの吐出油を通路５５と通路５６とにそれぞれ比例電磁絞り弁を介して按分して供給する従来の場合のように、比例電磁絞り弁において絞り圧力損失が生じてアシスト動力が低下してしまうことを防止でき、消費エネルギを低下させることができる。さらに、比例電磁絞り弁を用いないため、サブポンプＳＰからの吐出油を中立流路６，１８に供給するアシストシステムを低コストかつ頑健なシステムとすることができる。

さらに、旋回回生制御やブーム回生制御を行いながらサブポンプＳＰによって中立流路６，１８に作動油を供給することができるため、例えばブームシリンダＢＣを収縮させながらアームを動作させるいわゆる水平引き作業を行う場合には、ブーム回生制御によって回生しながら回生した動力によってアームをアシストすることができる。よって、システム全体としての消費エネルギを低下させることができる。

さらに、高圧選択切換弁７１の一方のパイロット室７１ａには、通路５５の作動油が減衰用絞り７４を介して供給され、他方のパイロット室７１ｂには、通路５６の作動油が減衰用絞り７５を介して供給される。これにより、高圧選択切換弁７１のスプールが急激に移動することを防止して、高圧選択切換弁７１の中立位置，第一切換位置，及び第二切換位置の間の切り換わり動作を減衰させ、切り換わる際に生じるショックを低減することができる。

以上の第一の実施の形態によれば、以下に示す効果を奏する。

従来は、ブームシリンダＢＣや旋回モータＲＭの作動中には、ブーム回生制御や旋回回生制御によってブームシリンダＢＣや旋回モータＲＭの余剰流量からエネルギ回生を行うことは可能であったが、ブームシリンダＢＣや旋回モータＲＭ以外のアクチュエータが操作されている場合には、エネルギ回生を行うことができなかった。

これに対して、本実施の形態では、例えば、バケットやアームなどが操作されている状態で中立流路１８の作動油圧が設定圧に達した場合に、回生通路切換弁５８が回生位置に切り換わって中立流路１８の作動油が回生モータＭに導かれる。よって、ブームシリンダＢＣや旋回モータＲＭ以外のアクチュエータが操作されている場合であっても、余剰となる作動油の油圧エネルギを回生することができる。したがって、従来廃棄していたエネルギから回生を行うことができるため、エネルギーロスを低減してより多くのエネルギを回生することができ、システム全体としての消費エネルギを低減させることができる。

（第二の実施の形態）
以下、図３から図５を参照して、本発明の第二の実施の形態に係るハイブリッド建設機械の制御システム２００について説明する。以下に示す各実施の形態では、上述した第一の実施の形態と異なる点を中心に説明し、第一の実施の形態と同様の機能を有する構成には同一の符号を付して説明を省略する。

ハイブリッド建設機械の制御システム２００は、バルブ装置１０１に代えてセクションタイプの汎用品を使用したバルブ装置２０１が用いられる点で第一の実施の形態とは相違する。

バルブ装置２０１は、余剰流量回生制御時に切り換えられる回生通路切換弁２５８と、アシスト制御時に切り換えられる高圧選択切換弁７１と、を備える。

回生通路切換弁２５８は、六ポート三位置のスプール式の切換弁である。回生通路切換弁２５８には、スプールの両端に臨んでパイロット室５８ａ，５８ｂがそれぞれ設けられる。スプールは、両端に各々設けられる一対のセンタリングスプリング５８ｃ，２５８ｄによって中立状態に支持される。回生通路切換弁５８は、センタリングスプリング５８ｃ，２５８ｄのばね力によって、通常はノーマル位置（図３に示す状態）に保持される。

回生通路切換弁２５８は、第一の実施の形態の回生通路切換弁５８のノーマル位置と回生位置とに加えて第三の位置（図３中右側位置）を備える。

第三の位置は、他方のパイロット室５８ｂに臨んで設けられる。パイロット室５８ｂは、第二パイロット通路６０を介してタンクＴに接続している。回生通路切換弁５８では、他方のパイロット室５８ｂにパイロット圧を供給することはない。パイロット室５８ｂは、回生通路切換弁５８が回生位置からノーマル位置に切り換わるときにタンクＴから吸い上げられた作動油が流入したり、回生通路切換弁５８のスプールの隙間から漏れ出した作動油をタンクＴに戻したりするものである。よって、回生通路切換弁２５８が第三の位置に切り換えられることはない。

しかしながら、回生通路切換弁２５８を高圧選択切換弁７１と同様の六ポート三位置のスプール式の切換弁とすることで、部品の共通化を図ることができ、バルブ装置２０１のコスト削減が可能である。

次に、図４及び図５を参照して、高圧選択切換弁７１と回生通路切換弁５８との具体的な構造について説明する。

図４に示すように、高圧選択切換弁７１は、作動油の流路が内部に形成されるバルブハウジング１１０と、バルブハウジング１１０内を軸方向に摺動するスプール１１１と、を備える。

バルブハウジング１１０は、吐出通路６８に接続される供給通路１２０と、供給通路１２０から供給された作動油が分岐して流れる一対のブリッヂ通路１２０ａ，１２０ｂと、通路５５，５６にそれぞれ連通するポート１３１，１３２と、ブリッヂ通路１２０ａとポート１３１とを連通させる連通通路１２２と、ブリッヂ通路１２０ｂとポート１３２とを連通させる連通通路１２３と、を有する。スプール１１１は、連通通路１２２を閉塞可能な大径部１１１ａと、連通通路１２３を閉塞可能な大径部１１１ｂと、を有する。

高圧選択切換弁７１がノーマル位置に保持されている状態（図４に示す状態）では、連通通路１２２，１２３が共にブリッヂ通路１２０ａ，１２０ｂとポート１３１，１３２とをそれぞれ連通している状態である。そのため、供給通路１２０から供給された作動油は、ブリッヂ通路１２０ａ，１２０ｂに按分される。連通通路１２２，１２３を通過した作動油は、ポート１３１，１３２を介して、通路５５，５６にそれぞれ供給される。

高圧選択切換弁７１は、パイロット室７１ａのパイロット圧がパイロット室７１ｂのパイロット圧より高い場合には、パイロット室７１ａの圧力がセンタリングスプリング７１ｃの付勢力に打ち勝ってスプール１１１を移動させ、第一切換位置に切り換えられる。これにより、スプール１１１の大径部１１１ｂが連通通路１２３におけるブリッヂ通路１２０ｂとポート１３２との連通を閉塞する。よって、供給通路１２０から供給された作動油は、ブリッヂ通路１２０ａと連通通路１２２とを通過し、ポート１３１を介して通路５５に供給される。

高圧選択切換弁７１は、パイロット室７１ｂのパイロット圧がパイロット室７１ａのパイロット圧より高い場合には、パイロット室７１ｂの圧力がセンタリングスプリング７１ｄの付勢力に打ち勝ってスプール１１１を移動させ、第二切換位置に切り換えられる。これにより、スプール１１１の大径部１１１ａが連通通路１２２におけるブリッヂ通路１２０ａとポート１３１との連通を閉塞する。よって、供給通路１２０から供給された作動油は、ブリッヂ通路１２０ｂと連通通路１２３とを通過し、ポート１３２を介して通路５６に供給される。

スプール１１１の両端には、スプール１１１と比較して小径に形成される小径ピストン１１２，１１３がそれぞれ設けられる。スプール１１１は、小径ピストン１１２，１１３に押圧されることによって、高圧選択切換弁７１をノーマル位置と第一切換位置と第二切換位置とに切り換える。小径ピストン１１２，１１３は、スプール１１１とは別体に設けられる。小径ピストン１１２，１１３は、それぞれ通路５５，５６の作動油の圧力をパイロット圧として押圧される。小径ピストン１１２，１１３が設けられることによって、パイロット室７１ａ，７１ｂに供給される作動油によるパイロット圧の受圧面積が小さくなる。そのため、小径ピストン１１２，１１３が設けられない場合と比較して、スプール１１１に作用する力を小さくすることができる。

特に、高圧選択切換弁７１の場合には、パイロット室７１ａ，７１ｂには、第一メインポンプＭＰ１，第二メインポンプＭＰ２から吐出された高圧の作動油が供給される。そこで、高圧選択切換弁７１では、小径ピストン１１２，１１３を設けることによって、スプール１１１に作用する力を小さくしている。

図５に示すように、回生通路切換弁２５８は、作動油の流路が内部に形成されるバルブハウジング１４０と、バルブハウジング１４０内を軸方向に摺動するスプール１４１と、を備える。

バルブハウジング１４０は、通路５６に接続される供給通路１５０と、供給通路１５０から供給された作動油が分岐して流れる一対のブリッヂ通路１５０ａ，１５０ｂと、合流回生通路４６に連通するポート１６１と、ブリッヂ通路１５０ｂとポート１６１とを連通させる連通通路１５２と、を有する。スプール１４１は、連通通路１５２を閉塞可能な大径部１４１ａを有する。

バルブハウジング１４０は、供給通路１５０が中立流路１０２（図３参照）を介して供給通路１２０と連通可能なように、高圧選択切換弁７１のバルブハウジング１１０に重ねて設けられる。しかしながら、上述したように、高圧選択切換弁７１側のポートは、どの位置に切り換えられている状態でも中立流路１０２と連通しない。よって、本実施の形態では、供給通路１５０と供給通路１２０とが実際に連通することはない。

回生通路切換弁２５８がノーマル位置に保持されている状態（図５に示す状態）では、連通通路１５２におけるブリッヂ通路１５０ｂとポート１６１との連通が閉塞している状態である。そのため、供給通路１５０から供給された作動油は、ブリッヂ通路１５０ａ，１５０ｂで止まることとなる。

回生通路切換弁２５８は、パイロット室５８ａのパイロット圧による押圧力がセンタリングスプリング２５８ｄの付勢力よりも大きい場合には、パイロット室５８ａの圧力がセンタリングスプリング２５８ｄの付勢力に打ち勝ってスプール１４１を移動させ、回生位置に切り換えられる。これにより、スプール１４１の大径部１４１ａが移動して連通通路１５２を連通させる。よって、供給通路１５０から供給された作動油は、ブリッヂ通路１５０ｂと連通通路１５２とを通過し、ポート１６１を介して合流回生通路４６に供給される。

回生通路切換弁５８では、センタリングスプリング５８ｃとセンタリングスプリング２５８ｄとは単一のスプリング１７０である。スプリング１７０の両端には、スプリングシート１７１，１７２がそれぞれ設けられる。

スプール１４１が回生位置（図３中左側位置）に切り換わる際には、スプール１４１の移動によって一方のスプリングシート１７１が移動してスプリング１７０を圧縮する。これにより、スプリング１７０は、センタリングスプリング２５８ｄとして機能する。

このように、センタリングスプリング５８ｃとセンタリングスプリング２５８ｄとを単一のスプリング１７０とすることによって、スプリングの数を削減できるとともに、回生通路切換弁２５８の全長を小さくすることができる。よって、バルブ装置１０１の小型軽量化が可能である。

また、図４及び図５に示すように、回生通路切換弁２５８のバルブハウジング１４０は、高圧選択切換弁７１のバルブハウジング１１０と同一の部品である。これらのバルブハウジング１４０，１１０は、一般的に用いられるセクションタイプの汎用品である。よって、汎用のバルブハウジング１４０，１１０を用いて回生通路切換弁２５８と高圧選択切換弁７１とを構成するため、バルブ装置２０１のコスト削減が可能である。

以上の第二の実施の形態によれば、以下に示す効果を奏する。

回生通路切換弁２５８のバルブハウジング１４０は、高圧選択切換弁７１のバルブハウジング１１０と同一の部品である。これらのバルブハウジング１４０，１１０は、一般的に用いられるセクションタイプの汎用品である。したがって、回生通路切換弁２５８を高圧選択切換弁７１と同様の六ポート三位置のスプール式の切換弁とすることで、部品の共通化を図ることができ、バルブ装置２０１のコスト削減が可能である。

（第三の実施の形態）
以下、図６から図８を参照して、本発明の第三の実施の形態に係るハイブリッド建設機械の制御システム３００について説明する。

ハイブリッド建設機械の制御システム３００は、バルブ装置３０１の回生通路切換弁３５８がタンク連通位置と、タンク連通位置に切り換えるためのパイロット圧を回生通路切換弁３５８に導くための電磁比例減圧弁６２と、を備える点で、上述した各実施の形態とは相違する。

バルブ装置３０１は、余剰流量回生制御時に切り換えられる回生通路切換弁３５８と、アシスト制御時に切り換えられる高圧選択切換弁７１と、を備える。

回生通路切換弁３５８は、六ポート三位置のスプール式の切換弁である。回生通路切換弁３５８には、スプールの両端に臨んでパイロット室５８ａ，５８ｂがそれぞれ設けられる。スプールは、両端に各々設けられる一対のセンタリングスプリング５８ｃ，２５８ｄによって中立状態に支持される。回生通路切換弁３５８は、センタリングスプリング５８ｃ，２５８ｄのばね力によって、通常はノーマル位置（図６及び図７に示す状態）に保持される。

回生通路切換弁３５８は、第一の実施の形態の回生通路切換弁５８のノーマル位置と回生位置とに加えてタンク連通位置（図６及び図７中右側位置）を備える。

回生通路切換弁３５８は、他方のパイロット室５８ｂにパイロット圧が供給されるとタンク連通位置に切り換わって、通路５６を閉塞したまま合流回生通路４６からタンクＴへの作動油の流れを許容し、パイロット圧の供給が遮断されるとノーマル位置に切り換わって合流回生通路４６とタンクＴとの連通を遮断する。

パイロット室５８ｂに供給されるパイロット圧は、パイロット圧源ＰＰから第二パイロット通路６０を通じて供給される。第二パイロット通路６０には、コントローラＣからの指令信号に応じて比例したパイロット圧力を出力可能な電磁比例減圧弁６２が介装される。電磁比例減圧弁６２は、コントローラＣから出力される指令信号に基づいて、ソレノイドが励磁されるとパイロット圧源ＰＰを減圧して指令値に応じたパイロット圧を発生し、パイロット圧を第二パイロット通路６０に供給する。

コントローラＣは、合流回生通路４６内の作動油の回生モータＭへの流入量が規定値を超えた場合に、回生通路切換弁３５８をタンク連通位置に切り換えて、合流回生通路４６をタンクＴに連通させるように制御する。

具体的には、合流回生通路４６には、回生モータＭに導かれる作動油の圧力を検出する圧力センサ５７が設けられる。本実施の形態では、作動油の圧力が作動油の流入量に該当する。これに代えて、作動油の流量を検出する流量計を設けて、検出された流量を作動油の流入量としてもよい。コントローラＣは、圧力センサ５７によって検出された圧力が規定値における圧力に達したと判定した場合に、回生通路切換弁３５８のパイロット室５８ｂにパイロット圧を供給するように電磁比例減圧弁６２を切り換える信号を出力する。

ここで、規定値とは、回生モータＭに供給される作動油の圧力に基づいて予め定められる値である。具体的には、コントローラＣは、圧力センサ５７からの圧力信号に基づいて、回生モータＭに供給可能な流量と比較して過大な流量の作動油が回生モータＭに供給されて合流回生通路４６の圧力が上昇した場合に、規定値に達したと判定する。

以上のように、コントローラＣは、回生モータＭに供給される作動油の流量が過大な場合には、回生通路切換弁３５８をタンク連通位置に切り換える。これにより、合流回生通路４６内の作動油が、タンクＴにアンロードされる。したがって、回生モータＭに導かれる作動油の流量が過剰となることを防止することができる。

また、コントローラＣは、圧力センサ５７からの圧力信号に基づいて、合流回生通路４６内が負圧になった場合にも、回生通路切換弁３５８をタンク連通位置に切り換える。例えば、ブームシリンダＢＣを収縮させてブームを下げてバケットを地面に押し当てるいわゆる土羽打ち作業を行う場合等には、ブームシリンダＢＣから回生モータＭに供給される作動油の流量が急激に減少する。このような場合に、合流回生通路４６内が負圧になる場合がある。

本実施の形態では、回生通路切換弁３５８がタンク連通位置に切り換えられるため、回生モータＭへの作動油の供給量が充分でなくなった場合に、タンクＴから合流回生通路４６に作動油を吸い上げて回生モータＭへ供給することができる。

その後、コントローラＣは、圧力センサ５７からの圧力信号に基づいて、回生モータＭへの作動油の供給量が充分になったと判定した場合に、電磁比例減圧弁６２のソレノイドを非励磁にして、回生通路切換弁３５８をタンク連通位置からノーマル位置に切り換える。

以上のように、コントローラＣは、圧力センサ５７からの圧力信号に基づいて、合流回生通路４６内が負圧になった場合にも、回生通路切換弁３５８をタンク連通位置に切り換える。これにより、回生モータＭへの作動油の供給量が充分でなくなった場合に、タンクＴから合流回生通路４６に作動油を吸い上げて回生モータＭへ供給することができる。よって、回生モータＭへの作動油の供給量が不足することが防止され、回生モータＭを保護することができる。

また、第一の実施の形態に係るハイブリッド建設機械の制御システム１００では、回生モータＭへの作動油の供給量が充分でなくなった場合にタンクＴから合流回生通路４６に作動油を吸い上げて回生モータＭへ供給する吸上通路７８が設けられていた。これに対して、本実施の形態に係るハイブリッド建設機械の制御システム３００では、回生通路切換弁３５８がタンク連通位置を備えるため、吸上通路７８を設ける必要がない。

次に、図８を参照して、回生通路切換弁３５８の具体的な構造について説明する。

図８に示すように、回生通路切換弁３５８は、作動油の流路が内部に形成されるバルブハウジング１４０と、バルブハウジング１４０内を軸方向に摺動するスプール１４１と、を備える。

バルブハウジング１４０は、通路５６に接続される供給通路１５０と、供給通路１５０から供給された作動油が分岐して流れる一対のブリッヂ通路１５０ａ，１５０ｂと、合流回生通路４６に連通するポート１６１と、タンクＴに連通するタンク通路１６２と、ブリッヂ通路１５０ｂとポート１６１とを連通させる連通通路１５２と、ポート１６１とタンク通路１６２とを連通させる連通通路１５３と、を有する。スプール１４１は、連通通路１５２を閉塞可能な大径部１４１ａと、連通通路１５３を閉塞可能な大径部１４１ｂと、を有する。

回生通路切換弁３５８がノーマル位置に保持されている状態（図６及び図７に示す状態）では、連通通路１５２，１５３が共に閉塞されている。そのため、ブリッヂ通路１５０ｂとポート１６１との連通が閉塞され、ポート１６１とタンク通路１６２との連通が閉塞される。よって、供給通路１５０から供給された作動油は、ブリッヂ通路１５０ａ，１５０ｂで止まることとなる。

回生通路切換弁３５８は、パイロット室５８ａのパイロット圧がパイロット室５８ｂのパイロット圧より高い場合には、パイロット室５８ａの圧力がセンタリングスプリング２５８ｄの付勢力に打ち勝ってスプール１４１を移動させ、回生位置に切り換えられる。これにより、スプール１４１の大径部１４１ａが移動して連通通路１５２を連通させる。よって、供給通路１５０から供給された作動油は、ブリッヂ通路１５０ｂと連通通路１５２とを通過し、ポート１６１を介して合流回生通路４６に供給される。

回生通路切換弁３５８は、パイロット室５８ｂのパイロット圧がパイロット室５８ａのパイロット圧より高い場合には、パイロット室５８ｂの圧力がセンタリングスプリング５８ｃの付勢力に打ち勝ってスプール１４１を移動させ、タンク連通位置に切り換えられる。これにより、スプール１４１の大径部１４１ｂが移動して連通通路１５３を連通させる。よって、合流回生通路４６から供給された作動油は、連通通路１５３を通過し、タンク通路１６２を介してタンクＴに戻される。

スプール１４１がタンク連通位置に切り換わる際には、スプール１４１の移動によって他方のスプリングシート１７２が移動してスプリング１７０を圧縮する。これにより、スプリング１７０は、センタリングスプリング５８ｃとして機能する。

以上の第三の実施の形態によれば、以下に示す効果を奏する。

コントローラＣは、ブームシリンダＢＣや旋回モータＲＭから合流回生通路４６を通じて回生モータＭに導かれる作動油の流入量が規定値を超えた場合に、回生通路切換弁３５８をタンク連通位置に切り換える。これにより、合流回生通路４６内の作動油は、タンクＴに導かれることとなる。したがって、回生モータＭに導かれる作動油の流量が過剰となることを防止することができる。

また、コントローラＣは、合流回生通路４６内が負圧になった場合にも、回生通路切換弁３５８をタンク連通位置に切り換える。これにより、回生モータＭへの作動油の供給量が充分でなくなった場合に、タンクＴから合流回生通路４６に作動油を吸い上げて回生モータＭへ供給することができる。よって、回生モータＭへの作動油の供給量が不足することが防止され、回生モータＭを保護することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

１００，２００，３００ ハイブリッド建設機械の制御システム
１０１，２０１，３０１ バルブ装置
ＭＰ１ 第一メインポンプ
Ｓ１ 第一回路系統
ＭＰ２ 第二メインポンプ
Ｓ２ 第二回路系統
６ 中立流路（メイン通路）
８ メインリリーフ弁
９ 絞り
１０ パイロットリリーフ弁
１８ 中立流路（メイン通路）
１９ メインリリーフ弁
２０ 絞り
２１ パイロットリリーフ弁
４３ 旋回回生通路
４６ 合流回生通路
４７ 電動モータ（回転電機）
５３ ブーム回生通路
５５ 通路（回生通路）
５６ 通路（回生通路）
５７ 圧力センサ
５８ 回生通路切換弁
６１ 電磁比例減圧弁（電磁弁）
６２ 電磁比例減圧弁
６３ 中立カット弁（メイン通路切換弁）
６８ 吐出通路（アシスト通路）
７１ 高圧選択切換弁（アシスト切換弁）
７４ 減衰用絞り
７５ 減衰用絞り
１０２ 中立流路
１１０ バルブハウジング
１１１ スプール
１１２ 小径ピストン
１１３ 小径ピストン
１４０ バルブハウジング
１４１ スプール
１７０ スプリング
Ｃ コントローラ
Ｍ 回生モータ
Ｔ タンク

Claims (6)

1. ハイブリッド建設機械の制御システムであって、
   メインポンプと当該メインポンプからメイン通路を介して供給される作動流体をアクチュエータへ給排する操作弁とを各々有する二つの回路系統と、
   前記二つの回路系統の少なくともいずれか一方に設けられ前記メイン通路の作動流体圧をメインリリーフ圧以下に保つメインリリーフ弁と、
   前記二つの回路系統の前記メイン通路の前記メインポンプと前記操作弁との間から各々分岐する二つの回生通路と、
   前記二つの回路系統の一方の前記回生通路を介して導かれる作動流体によって回転する回生用の回生モータと、
   前記回生モータと連動して回転することでアシスト通路を介して作動流体を二つの前記メイン通路に供給可能なアシストポンプと、
   前記二つの回路系統の一方の前記回生通路を開閉可能な回生通路切換弁と、
   前記アシスト通路に介装され、前記アシストポンプから供給される作動流体を前記二つの回生通路の少なくとも一方に供給するアシスト切換弁と、を備え、
   前記回生通路切換弁は、作動流体の流れを遮断するノーマル位置と、前記アクチュエータの作動中に前記メイン通路の作動流体圧が前記メインリリーフ圧より低い設定圧に達した場合に前記メイン通路から前記回生モータへの作動流体の流れを許容する回生位置と、を備え、
   前記アシスト切換弁は、前記アシスト通路の作動流体を前記二つの回生通路に按分するノーマル位置と、二つの前記メイン通路のうち一方の作動流体圧が高い場合に当該メイン通路に前記アシスト通路の作動流体をより多く供給する第一切換位置と、二つの前記メイン通路のうち他方の作動流体圧が高い場合に当該メイン通路に前記アシスト通路の作動流体をより多く供給する第二切換位置と、を備えることを特徴とするハイブリッド建設機械の制御システム。
2. 前記ハイブリッド建設機械の回生制御を行うコントローラを更に備え、
   前記コントローラは、前記回生通路切換弁を前記回生位置に切り換え制御しているときに、二つの前記メイン通路の作動流体圧が前記アクチュエータの最低作動圧以上となるように前記回生モータの回生流量を制御することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド建設機械の制御システム。
3. 二つの前記メイン通路の一方の作動流体圧を検出する圧力検出器と、
   パイロット圧を生成するパイロット圧源と、
   前記回生通路切換弁を前記回生位置に切り換えるためのパイロット圧を供給するパイロット通路に介装され、前記パイロット通路と前記パイロット圧源とを連通させる電磁弁と、をさらに備え、
   前記電磁弁は、前記アクチュエータの作動中に、前記圧力検出器によって検出された作動流体圧が前記設定圧に達した場合に、前記パイロット通路と前記パイロット圧源とを連通させるように切り換えられることを特徴とする請求項１又は２に記載のハイブリッド建設機械の制御システム。
4. 前記メイン通路の前記操作弁より下流側に接続され、前記メインポンプの容量を制御するレギュレータに伝達されるパイロット圧を生成する絞りと、
   前記メイン通路における前記操作弁と前記絞りとの間に介装され、前記メイン通路を開閉可能なメイン通路切換弁と、を更に備え、
   前記メイン通路切換弁は、前記電磁弁が前記パイロット通路と前記パイロット圧源とを連通させるように切り換えられているときに閉位置に切り換えられることを特徴とする請求項３に記載のハイブリッド建設機械の制御システム。
5. 前記回生モータは、前記二つの回路系統の一方の前記回生通路からの作動流体が合流する合流回生通路を通じて前記アクチュエータから排出される作動流体によっても駆動され、
   前記回生通路切換弁は、前記合流回生通路内の作動流体の前記回生モータへの流入量が規定値を超えた場合に前記合流回生通路をタンクに連通させるタンク連通位置を更に備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載のハイブリッド建設機械の制御システム。
6. 前記アシスト切換弁は、
   前記アシスト通路と前記二つの回生通路との間の連通を閉塞可能なスプールと、
   前記スプールと比較して小径に形成されて前記スプールの両端に設けられる一対の小径ピストンと、を備え、
   前記スプールは、前記二つの回生通路の作動流体の圧力をパイロット圧として押圧される前記小径ピストンに押圧されることによって、前記ノーマル位置と前記第一切換位置と前記第二切換位置とを切り換えることを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載のハイブリッド建設機械の制御システム。

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