JPWO2011092837A1 - ハイブリッド式建設機械 - Google Patents

Abstract

ハイブリッド式建設機械は、可変容量式油圧ポンプを駆動するエンジンと、可変容量式油圧ポンプからの油圧により駆動される複数の油圧アクチュエータと、蓄電器からの電力により駆動され、エンジンを補助する電動発電機とを含む。可変容量式油圧ポンプの最大出力はエンジンの最大出力以上である。可変容量式油圧ポンプの出力をエンジンの最大出力より大きく設定して運転する際に、電動発電機でエンジンを補助する。

Description

本発明は建設機械に係り、特に油圧ポンプを駆動するエンジンを電動モータでアシストするハイブリッド式建設機械に関する。

内燃機関の動力と電動機の動力を併用して効率的に動作するハイブリッド式建設機械が開発され用いられるようになっている。ハイブリッド式建設機械として、いわゆるパラレル方式の駆動形態をとるものが知られている。

パラレル方式の駆動形態では、油圧ポンプと、発電機機能と電動機機能を有する動力機とが、共通の動力源としての内燃機関（エンジン）にパラレルに接続される。油圧ポンプによって油圧アクチュエータが駆動されるとともに、動力機の発電機機能によって蓄電装置に充電が行われる。この蓄電装置からの電力により動力機を電動機として動作させてエンジンをアシストする。なお、動力機としては、一台で発電機機能と電動機機能の双方を有する兼用機(発電機兼電動機)を用いる場合と、別々の発電機と電動機を併用する場合とがある。

上述のハイブリッド式建設機械において、油圧ポンプは例えばディーゼルエンジンやガソリンエンジンなどの内燃機関（エンジン）により駆動される。内燃機関の最大出力はそのときの内燃機関の回転数によって決まるため、内燃機関の出力には回転数に応じた上限値が設定される。したがって、油圧ポンプがエンジンに要求する動力（油圧作動部分が必要とする油圧を発生させるための出力）が、そのときの内燃機関の回転数によって決まる上限値を越えている場合は、要求しただけの動力を出力することはできない。

そこで、ハイブリッド式建設機械では、油圧ポンプがエンジンに要求する動力が上限値を越えた場合に、動力機を電動機として用いてエンジンをアシストし、上限値を超えた部分の出力を動力機により補うことが行われる。このように、ハイブリッド式建設機械では、電動機によるアシストがあるため、エンジンの定格出力を小さくすることができるという利点がある。

例えば、エンジンの定格出力を小さくしておき、大きな油圧出力が必要な場合に電動機によりエンジンをアシストして必要な油圧出力を得ることが提案されている（例えば、特開２００４−１１５０２号公報参照。）。

ところが、電動機でのエンジンのアシストが連続して行なわれる、あるいは頻繁に行なわれると、電動機を駆動するためのバッテリの蓄電率を維持できなくなる。そこで、油圧ポンプの馬力をエンジンの定格出力以下に設定することにより、なるべくエンジンを有効に使用しバッテリの電力を使い過ぎないように制御する。あるいは、バッテリの蓄電率に応じて油圧ポンプの出力を抑制するように制御することにより、電動機のアシストを抑制する。

上述のように、油圧ポンプの出力を小さなものとしたり、油圧ポンプの出力を抑制した場合、油圧ポンプから油圧アクチュエータに供給する油圧出力が減少し、作業が遅くなったり、力強さが損なわれるという問題がある。また、作業者にとって、バッテリの充電率が低下していつ油圧出力が減少するかがわからないため、突然油圧出力が減少して所望の作業を行なうことができなくなるおそれがある。

本発明は上述の問題に鑑みなされたものであり、一時的に油圧ポンプの出力を増大して油圧による作業を大きな出力で行なうことのできるハイブリッド式建設機械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、本発明によれば、可変容量式油圧ポンプを駆動するエンジンと、該可変容量式油圧ポンプからの油圧により駆動される複数の油圧アクチュエータと、蓄電器からの電力により駆動され、該エンジンを補助する電動発電機とを有するハイブリッド式建設機械であって、該可変容量式油圧ポンプの最大出力は該エンジンの最大出力以上であり、該可変容量式油圧ポンプの出力を該エンジンの最大出力より大きく設定して運転する際に、該電動発電機で該エンジンを補助することを特徴とするハイブリッド式建設機械が提供される。

上述のハイブリッド式建設機械において、駆動する油圧アクチュエータが連続動作可能な油圧アクチュエータである場合、該可変容量式油圧ポンプの出力を該エンジンの最大出力以下の第１の出力に設定することが好ましい。また、駆動する油圧アクチュエータが油圧シリンダである場合、該可変容量式油圧ポンプの出力を該エンジンの最大出力より大きい第２の出力に設定することが好ましい。また、該可変容量式油圧ポンプの出力は、該油圧アクチュエータの各々の操作の有無に基づいて設定されることとしてもよい。該可変容量式油圧ポンプの出力は、該油圧アクチュエータのうちのいずれか一つのみが動作している場合に、該可変容量式油圧ポンプの出力を該エンジンの最大出力より大きい第２の出力に設定されることとしてもよい。該可変容量式油圧ポンプの出力は、該油圧アクチュエータの各々の駆動方向に基づいて設定されることとしてもよい。

また、上述のハイブリッド式建設機械は該油圧アクチュエータにより駆動されるブーム及びアームを有し、該可変容量式油圧ポンプの出力は、該ブーム及び該アームの駆動方向に基づいて設定されることとしてもよい。さらに、該油圧アクチュエータを駆動していない場合、該可変容量式油圧ポンプの出力は該エンジンの最大出力より小さい値に設定されることとしてもよい。また、該油圧アクチュエータの種類及び運転状況は、操作者のレバー操作に基づいて判定されることとしてもよい。

上述の発明によれば、駆動する油圧アクチュエータが油圧シリンダのみである場合に、一時的に油圧ポンプの出力を増大して油圧による作業を大きな出力で行なうことができる。このため、油圧シリンダにより駆動される作業部分を力強く作動させることができ、ハイブリッド式建設機械の作業部分の一部を油圧専用建設機械と同等な力強さで駆動することができる。

本出願の他の目的、特徴及び利点は、添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むことにより、一層明瞭となるであろう。

ハイブリッド式ショベルの側面図である。 図１に示すショベルの駆動系の構成を表すブロック図である。 蓄電系のブロック図である。 本発明の第１実施形態による油圧ポンプ出力制御処理のフローチャートである。 コントローラにおいて油圧ポンプの出力制御を行なう部分の機能ブロック図である。 油圧ポンプの出力特性を示すグラフである。 油圧ポンプの出力をエンジンの出力に等しい第１の出力（低出力）に設定した場合の、エンジン、アシストモータ、及び油圧ポンプの出力を示すグラフである。 油圧ポンプの出力をエンジンの出力より大きい第２の出力（高出力）に設定した場合の、エンジン、アシストモータ、及び油圧ポンプの出力を示すグラフである。 旋回用電動機で上部旋回体を旋回させる場合のショベルの駆動系の構成を表すブロック図である。 ショベルが行なう掘削・積込み動作を説明するための図である。 本発明の第２実施形態による油圧ポンプ出力制御処理のフローチャートである。

次に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

まず、本発明が適用されるハイブリッド式建設機械の一例としてハイブリッド式ショベルについて説明する。

図１はハイブリッド式ショベルの側面図である。ショベルの下部走行体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。上部旋回体３からブーム４が延在し、ブーム４の先端にアーム５が接続される。さらに、アーム５の先端にバケット６が接続される。ブーム４、アーム５及びバケット６は、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によりそれぞれ油圧駆動される。また、上部旋回体３には、キャビン１０及び動力源（図示せず）が搭載される。

図２は、図１に示すショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。

機械式駆動部としてのエンジン１１と、アシスト駆動部としての電動発電機１２（アシストモータ１２とも称する）は、ともに増力機としての変速機１３（スプリッタとしても機能する）に接続されている。変速機１３の出力軸には、容量可変式油圧ポンプ１４が接続されている。油圧発生機である容量可変式油圧ポンプ１４には、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。以下、容量可変式油圧ポンプ１４を、単に油圧ポンプ１４と称することもある。

コントロールバルブ１７は、油圧系の制御を行う制御装置である。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、コントロールバルブ１７には、上部旋回体を旋回駆動する旋回機構２の旋回油圧モータ２Ａが接続されている。

電動発電機１２には、インバータ１８Ａを介して蓄電系１００が接続されている。図３は蓄電系１００のブロック図である。蓄電系１００のバッテリ１９は電力ライン２７により電動発電機１２に接続されており、電動発電機１２からの電力によりバッテリ１９を充電することができると共に、バッテリ１９からの電力で電動発電機１２を駆動することもできる。

蓄電系１００は、一定電圧蓄電部としてのＤＣバス１１０、蓄電制御部としての昇降圧コンバータ１８Ｂ、及び変動電圧蓄電部としてのバッテリ１９により構成される。

昇降圧コンバータ１８Ｂは、一側がＤＣバス１１０を介して電動発電機１２に接続されるとともに、他側がバッテリ１９に接続されており、ＤＣバス電圧値が一定の範囲内に収まるように昇圧又は降圧を切り替える制御を行う。電動発電機１２が電動（アシスト）運転を行う場合には、インバータ１８Ａを介して電動発電機１２に電力を供給する必要があるため、ＤＣバス電圧値を昇圧する必要がある。一方、電動発電機１２が発電運転を行う場合には、発電された電力をインバータ１８Ａを介してバッテリ１９に充電する必要があるため、ＤＣバス電圧値を降圧する必要がある。電動発電機１２はエンジン１１の負荷状態に応じて運転状態が切り替えられる。

ＤＣバス１１０は、インバータ１８Ａと昇降圧コンバータ１８Ｂとの間に配設されており、バッテリ１９と電動発電機１２との間で電力の授受が可能に構成されている。

ＤＣバス電圧検出部１１１は、ＤＣバス電圧値を検出するための電圧検出部である。検出されるＤＣバス電圧値はコントローラ３０に入力され、このＤＣバス電圧値を一定の範囲内に収めるための昇圧動作と降圧動作の切替制御を行うために用いられる。

バッテリ電圧検出部１１２は、バッテリ１９の電圧値を検出するための電圧検出部であり、バッテリの充電状態を検出するために用いられる。検出されるバッテリ電圧値は、コントローラ３０に入力され、昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切替制御を行うために用いられる。

バッテリ電流検出部１１３は、バッテリ１９の電流値を検出するための電流検出部である。バッテリ電流値は、バッテリ１９から昇降圧コンバータ１００に流れる電流を正の値として検出される。検出されるバッテリ電流値は、コントローラ３０に入力され、昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切替制御を行うために用いられる。

以上の構成を有するショベルは、エンジン１１及び電動発電機１２を動力源とするハイブリッド式建設機械である。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、その出力軸は変速機１３の一方の入力軸に接続される。エンジン１１は、建設機械の運転中は常時運転される。

電動発電機１２は、電動（アシスト）運転及び発電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１８Ａ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 Magnet）モータで構成することができる。電動発電機１２の回転軸は変速機１３の他方の入力軸に接続される。

変速機１３は、２つの入力軸と１つの出力軸を有する。２つの入力軸には、エンジン１１の駆動軸と電動発電機１２の駆動軸がそれぞれ接続される。また、出力軸には容量可変式油圧ポンプ１４の駆動軸が接続される。エンジン１１の負荷が大きい場合には、電動発電機１２が電動（アシスト）運転を行い、電動発電機１２の駆動力が変速機１３の出力軸を経て油圧ポンプ１４に伝達される。これによりエンジン１１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の駆動力が変速機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が発電運転による発電を行う。電動発電機１２の電動（アシスト）運転と発電運転の切り替えは、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。

油圧ポンプ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油圧ポンプである。油圧ポンプ１４で発生した油圧は、コントロールバルブ１７を介して油圧負荷である油圧モータ１Ａ、１Ｂ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９、及び旋回油圧モータ２Ａの各々を駆動するために供給される。

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、バケットシリンダ９、及び旋回油圧モータ２Ａ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１８Ａ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１８Ａが電動発電機１２の電動（アシスト）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の発電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。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（電動（アシスト）運転又は発電運転）に基づき、コントローラ３０によって行われる。

コントローラ３０は、ショベルの駆動制御を行う制御装置であり、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。エンジン速度制御、油圧モータ出力制御、バッテリ充放電制御等は、コントローラ３０のＣＰＵが内部メモリに格納された駆動制御用のプログラムを実行することにより実現される。

コントローラ３０には、ハイブリッド式建設機械の運転室にある操作部３２を操作者が操作して生成された入力信号が供給される。操作部３２には、ブーム４を操作するためのブーム操作レバー、アーム５を操作するためのアーム操作レバー、バケット６を操作するためのバケット操作レバー、走行を操作するための走行操作レバー、及び旋回を操作するための旋回操作レバーが設けられている。操作者がこれらの操作レバーを動かすことで、操作レバーの操作量に応じた入力信号がコントローラ３０に供給される。

次に、本発明の第１実施形態による油圧ポンプの出力制御に関して説明する。第１実施形態では、油圧負荷に油圧を供給するための油圧ポンプとして上述の容量可変式油圧ポンプ１４が用いられる。容量可変式油圧ポンプ１４は、外部からの入力信号（電流信号）により最大出力（馬力）を調整することのできる油圧ポンプである。

本実施形態では、容量可変式油圧ポンプ１４の最大出力は、エンジン１１の最大出力より大きい。すなわち、容量可変式油圧ポンプ１４として、エンジン１１の最大出力より大きい出力を出すことのできる容量可変式油圧ポンプが用いられる。

図４は油圧ポンプの出力制御のフローチャートである。図５はコントローラ３０において油圧ポンプの出力制御を行なう部分の機能ブロック図である。

油圧ポンプの出力制御が開始されると、まず、ステップＳ１においてショベルが走行中か否かが判定される。この判定は、図５に示すように、走行操作レバー信号がＯＮであるかＯＦＦであるかをＯＮ／ＯＦＦ判定部４１Ａで判定することで行なわれる。走行操作レバー信号は、操作部３２の走行操作レバーが操作されているときに生成される電気信号であり、走行操作レバー信号がＯＮのときは操作者が走行操作レバーを操作してショベルが走行していることを表す。ＯＮ／ＯＦＦ判定部４１Ａでの判定結果は動作判定部４２に供給される。

動作判定部４２は、コントローラ３０により実現される機能部であり、図４に示す出力制御を行なう部分に相当する。動作判定部４２は後述のように油圧負荷の作動を判定した結果に基づいて、油圧ポンプ１４の出力を設定するための油圧ポンプ出力設定指令を出力する。この油圧ポンプ出力設定指令により、油圧ポンプ１４の出力が、第１の出力（低出力）又は第２の出力（高出力）に設定される。

ステップＳ１においてショベルが走行中であると判定されると（ステップＳ１のＹＥＳ）、処理はステップＳ２に進む。ステップＳ２では、油圧ポンプ１４の最大出力を第１の出力（低出力）に設定する処理が行なわれる。この第１の出力（低出力）は、エンジン１１の最大出力以下の出力である。ステップＳ２の容量可変式油圧ポンプ１４の最大出力を第１の出力（低出力）に設定する処理は、容量可変式油圧ポンプ１４に出力調整信号を入力することで行なわれる。出力調整信号は例えば電流信号であり、電流の大きさに応じて油圧ポンプの出力を調整・制御することができる。

一方、ステップＳ１においてショベルが走行中ではないと判定されると（ステップＳ１のＮＯ）、処理はステップＳ３に進む。ステップＳ３では、ショベルの上部旋回体３が旋回中か否かが判定される。この判定は、図４に示すように、旋回操作レバー信号がＯＮであるかＯＦＦであるかをＯＮ／ＯＦＦ判定部４１Ｂで判定することで行なわれる。旋回操作レバー信号は、操作部３２の旋回操作レバーが操作されているときに生成される電気信号であり、旋回操作レバー信号がＯＮのときは操作者が旋回操作レバーを操作してショベルの上部旋回体３が旋回していることを表す。ＯＮ／ＯＦＦ判定部４１Ｂでの判定結果は単体動作判定部４２に供給される。

ステップＳ３において上部旋回体３が旋回中であると判定されると（ステップＳ３のＹＥＳ）、処理はステップＳ２に進む。ステップＳ２では、上述のように油圧ポンプ１４の最大出力を第１の出力（低出力）に設定する処理が行なわれる。

一方、ステップＳ３において上部旋回体３が旋回中ではない判定されると（ステップＳ３のＮＯ）、処理はステップＳ４に進む。ステップＳ４では、ショベルのブーム４が作動中か否かが判定される。この判定は、図５に示すように、ブーム操作レバー信号がＯＮであるかＯＦＦであるかをＯＮ／ＯＦＦ判定部４１Ｃで判定することで行なわれる。旋回操作レバー信号は、操作部３２のブーム操作レバーが操作されているときに生成される電気信号であり、ブーム操作レバー信号がＯＮのときは操作者がブーム操作レバーを操作してブーム４が作動していることを表す。ＯＮ／ＯＦＦ判定部４１Ｃでの判定結果は単体動作判定部４２に供給される。

ステップＳ４においてブーム４が作動中であると判定されると（ステップＳ４のＹＥＳ）、処理はステップＳ５に進む。ステップＳ５では、ショベルのアーム５が作動中か否かが判定される。この判定は、図５に示すように、アーム操作レバー信号がＯＮであるかＯＦＦであるかをＯＮ／ＯＦＦ判定部４１Ｄで判定することで行なわれる。アーム操作レバー信号は、操作部３２のアーム操作レバーが操作されているときに生成される電気信号であり、アーム操作レバー信号がＯＮのときは操作者がアーム操作レバーを操作してアーム５が作動していることを表す。ＯＮ／ＯＦＦ判定部４１Ｄでの判定結果は単体動作判定部４２に供給される。

ステップＳ５においてアーム５が作動中であると判定されると（ステップＳ５のＹＥＳ）、処理はステップＳ２に進み、上述のように油圧ポンプ１４の最大出力を第１の出力（低出力）に設定する処理が行なわれる。

一方、ステップＳ５においてアーム５が作動中ではないと判定されると（ステップＳ５のＮＯ）、処理はステップＳ６に進む。ステップＳ６では、ショベルのバケット６が作動中か否かが判定される。この判定は、図５に示すように、バケット操作レバー信号がＯＮであるかＯＦＦであるかをＯＮ／ＯＦＦ判定部４１Ｅで判定することで行なわれる。バケット操作レバー信号は、操作部３２のバケット操作レバーが操作されているときに生成される電気信号であり、バケット操作レバー信号がＯＮのときは操作者がバケット操作レバーを操作してバケット６が作動していることを表す。ＯＮ／ＯＦＦ判定部４１Ｅでの判定結果は単体動作判定部４２に供給される。

ステップＳ６においてバケット６が作動中であると判定されると（ステップＳ６のＹＥＳ）、処理はステップＳ２に進み、上述のように油圧ポンプ１４の最大出力を第１の出力（低出力）に設定する処理が行なわれる。

一方、ステップＳ６においてバケット６が作動中ではないと判定されると（ステップＳ６のＮＯ）、処理はステップＳ７に進む。ステップＳ７では、油圧ポンプ１４の最大出力を第２の出力（高出力）に設定する処理が行なわれる。この第２の出力（高出力）は、エンジン１１の最大出力より大きい出力である。ステップＳ７の容量可変式油圧ポンプ１４の最大出力を第２の出力（高出力）に設定する処理は、容量可変式油圧ポンプ１４に上述の出力調整信号を入力することで行なわれる。

出力調整信号が電流信号である場合、ステップＳ２で第１の出力（低出力）に設定する場合の電流値を設定し、ステップＳ７において第２の出力（高出力）に設定する場合の電流値を設定する。

上述のステップＳ４において、ブーム４が作動中ではないと判定されると（ステップＳ４のＮＯ）、処理はステップＳ８に進む。ステップＳ８では、ステップＳ５と同様に、ショベルのアーム５が作動中か否かが判定される。この判定は、図５に示すように、アーム操作レバー信号がＯＮであるかＯＦＦであるかをＯＮ／ＯＦＦ判定部４１Ｄで判定することで行なわれる。

ステップＳ８においてアーム５が作動中であると判定されると（ステップＳ８のＹＥＳ）、処理はステップＳ９に進む。ステップＳ９では、ステップＳ６と同様に、ショベルのバケット６が作動中か否かが判定される。この判定は、図５に示すように、バケット操作レバー信号がＯＮであるかＯＦＦであるかをＯＮ／ＯＦＦ判定部４１Ｅで判定することで行なわれる。

ステップＳ９においてバケット６が作動中であると判定されると（ステップＳ９のＹＥＳ）、処理はステップＳ２に進み、上述のように油圧ポンプ１４の最大出力を第１の出力（低出力）に設定する処理が行なわれる。

一方、ステップＳ９においてバケット６が作動中ではないと判定されると（ステップＳ９のＮＯ）、処理はステップＳ７に進み、油圧ポンプ１４の最大出力を第２の出力（高出力）に設定する処理が行なわれる。

また、ステップＳ８においてアーム４が作動中ではないと判定されると（ステップＳ８のＮＯ）、処理はステップＳ１０に進む。ステップＳ１０では、ステップＳ６，Ｓ９と同様に、ショベルのバケット６が作動中か否かが判定される。この判定は、図５に示すように、バケット操作レバー信号がＯＮであるかＯＦＦであるかをＯＮ／ＯＦＦ判定部４１Ｅで判定することで行なわれる。

ステップＳ１０においてバケット６が作動中であると判定されると（ステップＳ１０のＹＥＳ）、処理はステップＳ７に進み、上述のように油圧ポンプ１４の最大出力を第２の出力（高出力）に設定する処理が行なわれる。

一方、ステップＳ１０においてバケット６が作動中ではないと判定されると（ステップＳ１０のＮＯ）、処理はステップＳ２に進み、上述のように油圧ポンプ１４の最大出力を第１の出力（低出力）に設定する処理が行なわれる。

ステップＳ２又はステップＳ７において油圧ポンプ１４の最大出力が、第１の出力（低出力）又は第２の出力（高出力）に設定されると、ポンプの出力制御処理は終了する。

以上の油圧ポンプの出力制御によれば、ショベルが走行中又は上部旋回体３が旋回中であると（ステップＳ１のＹＥＳ及びステップＳ２のＹＥＳ）、油圧ポンプ１４の出力は第１の出力（低出力）に設定される。第１の出力は、エンジン１１の最大出力以下の出力であるため、油圧ポンプ１４をエンジン１１の出力のみで連続して駆動することができる。すなわち、ショベルの走行又は上部旋回体３の旋回は、エンジン１１の出力のみで行われる。

ショベルの走行は、走行用の油圧モータ１Ａ，１Ｂに油圧を供給することにより行われるものであり、ある程度長時間連続して油圧モータ１Ａ，１Ｂに油圧を供給することが多い。また、上部旋回体３の旋回も、旋回油圧モータ２Ａに油圧を供給することにより行われるものであり、ある程度長時間連続して油圧モータ１Ａ，１Ｂに油圧を供給することが多い。すなわち、油圧モータには長時間連続して油圧を供給することが多いため、連続して供給することのできるエンジン１１の出力のみで油圧ポンプ１４を駆動する。

ショベルが走行中ではなく、上部旋回体３が旋回中ではないときは（ステップＳ１のＮＯ及びステップＳ２のＮＯ）、ブーム４、アーム５、及びバケット６が作動中であるか否かが判定される（ステップＳ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ８，Ｓ９，Ｓ１０の処理）。この処理は、ブーム４、アーム５、及びバケット６のいずれか一つが作動中である場合にのみ油圧ポンプ１４の出力を第２の出力（高出力）に設定する処理である。

例えば、ステップＳ４においてブーム４が作動中であると判定された場合、ステップＳ５でアーム５が作動中ではないと判定され、且つステップＳ６でバケット６が作動中ではないと判定された場合にのみ（すなわち、ブーム４のみが作動中）、油圧ポンプ１４の出力は第２の出力（高出力）に設定される。また、例えば、ステップＳ４においてブーム４が作動中ではないと判定された場合であって、ステップＳ８でアーム５が作動中であると判定され、且つステップＳ９においてバケット６が作動中ではないと判定された場合にのみ（すなわち、アーム５のみが作動中）、油圧ポンプ１４の出力は第２の出力（高出力）に設定される。さらに、例えば、ステップＳ４においてブーム４が作動中ではないと判定された場合であって、ステップＳ８でアーム５が作動中ではないと判定され、且つステップＳ１０においてバケット６が作動中であると判定された場合にのみ（すなわち、バケット６のみが作動中）、油圧ポンプ１４の出力は第２の出力（高出力）に設定される。

以上の処理でわかるように、ブーム４、アーム５、及びバケット６のうちいずれか一つのみが作動中である場合に、油圧ポンプ１４の出力は第２の出力（高出力）に設定される。したがって、油圧シリンダ７，８，９に供給する油圧出力を通常より大きくできるので、ブーム４、アーム５、及びバケット６により力強く作業を行うことができる。油圧シリンダは限られたストローク以内での作動であり、油圧を長時間連続して供給することはほとんど無い。したがって、油圧ポンプ１４の出力は第２の出力（高出力）に設定される時間は短く、長時間連続して第２の出力（高出力）に設定されることはない。

ここで、油圧ポンプ１４が第２の出力（高出力）に設定されると、第２の出力（高出力）はエンジン１１の最大出力より大きいので、電動発電機（アシストモータ）１２の、電動（アシスト）運転による出力がエンジン１１の出力に加えられる。すなわち、油圧ポンプ１４が第２の出力（高出力）に設定されると、バッテリ１９からの電力で電動発電機（アシストモータ）１２が力行運転されることとなり、バッテリ１９が放電している状態となる。もし、第２の出力（高出力）への設定が連続して長く続くと、バッテリ１９の放電量が大きくなり、蓄電率が極端に小さくなってしまうおそれがある。

そこで、本実施形態では、上述のように、動作時間の短い油圧シリンダが一つだけ作動する場合にのみ、油圧ポンプ１４の出力を第２の出力（高出力）に設定することで、バッテリ１９の蓄電率の極端な減少を防止しつつ、力強い作業が行えるようにしている。

図６は油圧ポンプ１４の出力特性を示すグラフである。図６において、第１の出力（低出力）に設定された場合のポンプ出力が実線で示され、第２の出力（高出力）に設定された場合のポンプ出力が点線で示されている。第１の出力（低出力）をエンジン１１の最大出力に等しく設定した場合、実線で示されたポンプ出力（第２の出力）と点線で示されたポンプ出力（第１の出力）との差分を、電動発電機（アシストモータ）１２の、電動（アシスト）運転による出力で補うこととなる。

以上のような構成とすれば、エンジン１１の最大出力を小さくしながら、油圧ポンプ１４の出力を短時間だけエンジンの出力より大きくすることができ、大きな油圧を油圧負荷（油圧シリンダ）に供給して力強い作業を行なうことができる。しかも、電動発電機（アシストモータ）１２のアシストは短時間であるため、バッテリ１９の蓄電率を極端に低下させるおそれはない。

図７は油圧ポンプ１４の出力をエンジン１１の出力に等しい第１の出力（低出力）に設定した場合の、エンジン１１、アシストモータ１２、及び油圧ポンプ１４の出力を示すグラフである。図７に示す例は、例えば、走行用の油圧モータ１Ａ，１Ｂに油圧ポンプ１４から油圧を供給してショベルが走行している状態である。エンジン１１の出力は走行を開始してから約２．５秒で最大出力に達する。エンジン１１の出力が最大に達するまでの間、アシストモータ１２が力行運転される。これにより、油圧ポンプ１４の出力は、エンジン１１の出力とアシストモータ１２の出力との和となり、油圧モータ１Ａ，１Ｂに迅速に油圧を供給して走行を開始することができる。走行開始から約２．５秒が経過するとエンジン１１の出力は最大出力となり、油圧ポンプ１４の出力に等しくなる。したがって、アシストモータ１２の出力は不要となり、その後はエンジン１１の出力のみで油圧ポンプ１４が駆動される。

図８は油圧ポンプ１４の出力をエンジン１１の出力より大きい第２の出力（高出力）に設定した場合の、エンジン１１、アシストモータ１２、及び油圧ポンプ１４の出力を示すグラフである。図８に示す例は、例えば、バケット用の油圧シリンダであるバケットシリンダ９に油圧を供給してバケット６のみを作動している状態である。エンジン１１の出力はバケット６の作業を開始してから約２．５秒で最大出力に達する。エンジン１１の出力が最大に達するまでの間、アシストモータ１２が力行運転される。これにより、油圧ポンプ１４の出力は、エンジン１１の出力とアシストモータ１２の出力との和となり、バケットシリンダ９に迅速に油圧を供給して作業を開始することができる。バケット９による作業開始から約２．５秒が経過するとエンジン１１の出力は最大出力となる。ここで、バケット６のみの作動であるため、油圧ポンプ１４の出力はエンジン１１の最大出力より大きい第２の出力（高出力）に設定されている。したがって、アシストモータ１２は、エンジン１１の出力が最大出力となった後も継続して力行運転される。これにより、油圧ポンプ１４にはエンジン１１の出力とアシストモータ１２の出力との和が供給され、これが油圧ポンプ１４の出力となる。したがって、バケットシリンダ９には通常の油圧ポンプ１４の油圧出力より大きな油圧出力が供給され、バケット６により力強い作業を行なうことができる。

以上の如く、本実施形態によるハイブリッド式ショベルは、可変容量式油圧ポンプ１４を駆動するエンジン１１と、可変容量式油圧ポンプ１４からの油圧により駆動される複数の油圧アクチュエータと、バッテリ１９からの電力により駆動され、エンジン１１を補助するアシストモータとを有している。そして、可変容量式油圧ポンプ１４の最大出力はエンジンの１１の最大出力以上であり、可変容量式油圧ポンプ１４の出力をエンジン１１の最大出力より大きく設定して運転する際に、アシストモータ１２でエンジン１１をアシストする。これにより、駆動する油圧アクチュエータが油圧シリンダのみである場合に、一時的に可変容量式油圧ポンプ１４の出力を増大して油圧による作業を大きな出力で行なうことができる。このため、油圧シリンダにより駆動される作業部分を力強く作動させることができ、ハイブリッドショベルの作業部分の一部を従来の油圧専用ショベルと同等な力強さで駆動することができる。

なお、上述の実施形態では、油圧シリンダの一つのみを作動する際に油圧ポンプ１４の出力を高く設定して力強い作業を行なうこととしたが、バッテリ１９の蓄電率を維持することができるのであれば、複数の油圧シリンダを作動する場合でも、油圧ポンプ１４の出力を高く設定して力強い作業を行なうようにしてもよい。すなわち、油圧負荷としての油圧アクチュエータのうち、油圧モータを駆動する場合は、油圧ポンプ１４の出力を第１の出力（低出力）のままに維持し、油圧シリンダのみを駆動する場合は、油圧ポンプ１４の出力を第２の出力（高出力）に設定する。そのような制御は図４に示す出力制御に基づいて容易に達成することができる。

また、油圧アクチュエータを駆動していない場合、すなわち、油圧ポンプ１４からの油圧出力が必要無い場合は、油圧ポンプ１４の出力をエンジン１１の最大出力より小さい値に設定することとしてもよい。本実施形態では油圧ポンプ１４として容量可変式油圧ポンプを用いるので、油圧ポンプ１４の出力を任意に設定することができる。

また、上述のショベルでは、図２に示すように上部旋回体３が油圧モータ２Ａにより駆動されて旋回する構成となっているが、上部旋回体３を電動モータの駆動により旋回するように構成してもよい。この場合、図９に示すように、上部旋回体３を駆動する油圧モータ２Ａの代わりに、電動モータとして旋回用電動機２１が設けられる。旋回用電動機２１はインバータ１８Ｃを介して蓄電系１００に接続される。インバータ１８Ｃを介して蓄電系１００から電動機２１に電力が供給され、旋回用電動機２１により旋回機構２が駆動されて、上部旋回体３を旋回させる。また、旋回用電動機２１が減速する際には、旋回用電動機２１を回生運転させて、それにより発生した電力をインバータを介して蓄電系１００に蓄電してもよい。

図９に示すように旋回用電動機２１で上部旋回体３を駆動する場合は、図４に示す油圧ポンプの出力制御処理において、ステップＳ３におけるショベルの上部旋回体３が旋回中か否かの判定を行なう必要はなく、ステップＳ３は省略される。したがって、図５における旋回操作レバー操作のＯＮ、ＯＦＦ判定を行なうＯＮ／ＯＦＦ判定部４１Ｂも設ける必要は無い。

上述の第１実施形態において、図４に示す油圧ポンプの出力制御処理では、ブーム、アーム、及びバケットのいずれか一つのみの操作がＯＮとなっている場合にだけ、油圧ポンプの出力を第２の出力（高出力）に設定している。すなわち、複数の油圧アクチュエータのうち、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のうちの一つだけに油圧を供給する場合にだけ、容量可変式油圧ポンプ１４の出力を高出力に設定している。これは、油圧シリンダへの油圧の供給は連続して長く続くことがなく、油圧シリンダ一つの駆動用だけであれば、油圧ポンプ１４は一時的に短い時間だけ高出力に設定されるため、エンジン１１の動力及び電動発電機１２の出力（バッテリ１９からの電力）でまかなえるという考えに基づいている。

ここで、油圧ポンプ１４を一時的に短い時間だけ高出力に設定することができる条件として、単一の油圧シリンダを駆動する場合のみではなく、複数の油圧シリンダを駆動する場合でもそのような条件を満足することがある。以下に説明する第２実施形態では、複数の油圧シリンダを駆動する場合にも、油圧ポンプ１４を一時的に短い時間だけ高出力に設定している。

まず、油圧シリンダを含む油圧アクチュエータの駆動について、油圧ショベルの基本的な作業動作に基づいて説明する。油圧ショベルを用いて行なう動作の代表的なものとして、掘削・積込み動作がある。掘削・積込み動作は、掘削動作と積込み動作を含む一連の動作であり、バケットで土を掘ってすくい上げ、ダンプカーの荷台等の所定の場所に排土する作業である。掘削・積込み動作については、社団法人日本建設機械化協会規格（ＪＣＭＡＳ）において詳細に規定されている。

掘削・積込み動作について、図１０を参照しながらさらに詳しく説明する。まず、図１０（ａ）に示すように、上部旋回体３を旋回してバケット６が掘削位置の上方に位置している状態で、且つ、アーム５が開きバケット６も開いた状態で、オペレータはブーム４を下げ、バケット６の先端が目標の掘削深さＤとなるようにバケット６を下降させる。通常、旋回及びブーム下げは、オペレータが操作し、目視でバケット６の位置を確認する。また、上部旋回体３の旋回と、ブーム４の下げは同時に行なうことが一般的である。以上の動作をブーム下げ旋回動作と称し、この動作区間をブーム下げ旋回動作区間と称する。

オペレータがバケット６の先端が目標の掘削深さＤに到達したと判断したら、次に、図１０（ｂ）に示すように水平引き動作に移る。水平引き動作では、バケット６の先端がほぼ水平に移動するように、アーム５が地面に対して垂直になるまでアーム５を閉じる。この水平引き動作により、所定の深さの土が掘削されバケット６でかき寄せられる。水平引き動作が完了したら、次に、図１０（ｃ）に示すように、アーム５に対して９０度になるまでバケット６を閉じる。すなわち、バケット６の上縁が水平となるまでバケット６を閉じ、かき集めた土をバケット６内に収容する。以上の動作を掘削動作と称し、この動作区間を掘削動作区間と称する。

オペレータは、バケット６が９０度になるまで閉じたと判断したら、次に、図１０（ｄ）に示すように、バケット６を閉じたままバケット６の底部が所定の高さＨとなるまでブーム４を上げる。これに続いて、あるいは同時に、上部旋回体３を旋回して排土する位置までバケット６を旋回移動する。以上の動作をブーム上げ旋回動作と称し、この動作区間をブーム上げ旋回動作区間と称する。

オペレータは、ブーム上げ旋回動作が完了したと判断したら、次に、図１０（ｅ）に示すようにアーム５及びバケット６を開いて、バケット６内の土を排出する。この動作をダンプ動作と称し、この動作区間をダンプ動作区間と称する。ダンプ動作では、バケット６のみを開いて排土してもよい。

オペレータは、ダンプ動作が完了したと判断したら、次に、図１０（ｆ）に示すように、上部旋回体３を旋回してバケット６を掘削位置の真上に移動させる。このとき、旋回と同時にブーム４を下げてバケット６を掘削開始位置まで下降させる。この動作は図１０（ａ）にて説明したブーム下げ旋回動作の一部である。オペレータは、図１０（ａ）に示すようにバケット６を掘削開始位置から目標の掘削深さＤまで下降させ、再び図１０（ｂ）に示す掘削動作を行なう。

以上の「ブーム下げ旋回動作」、「掘削動作」、「ブーム上げ旋回動作」、「ダンプ動作」、「ブーム下げ旋回動作」を一サイクルとしてこのサイクルを繰り返し行いながら、掘削・積込みを進めていく。

以上のような掘削・積込み動作において、例えば、図１０（ｂ），（ｃ）に示す掘削動作区間では、ブーム４を上げながらアーム５を閉じていくという油圧シリンダの複合動作が行なわれる。したがって、掘削動作区間では、複数の油圧シリンダ（ブームシリンダ７及びアームシリンダ８）に対して油圧ポンプ１４から油圧を同時に供給することとなる。この場合は単一の油圧シリンダの駆動では無いため、上述の第１実施形態では油圧ポンプ１４の出力は低出力に設定され、掘削力が低下するおそれがある。

ところが、上述の複合動作であっても、ブームシリンダ７やアームシリンダ８のようにストローク限がある油圧アクチュエータの場合には、駆動時間が短時間であるため、油圧ポンプ１４の駆動を電動発電機１２の出力でアシストしても、バッテリ１９の充電率が極端に低下することは無い。したがって、第２実施形態では、駆動時間が短時間であって駆動する油圧アクチュエータがストローク限のある油圧シリンダである場合、複数の油圧アクチュエータを同時に駆動する複合動作であっても、油圧ポンプ１４の出力を第２の出力（高出力）に設定している。また、特に、掘削動作区間では高出力が要求されることが多いので、掘削動作区間において、ブーム４とアーム５の複合動作を行なう場合に、油圧ポンプ１４の出力を第２の出力（高出力）に設定することが好ましいといえる。

図１１は、第２実施形態による油圧ポンプ出力制御処理のフローチャートである。ステップＳ１〜Ｓ３までの処理は、図４に示すステップＳ１〜Ｓ３までの処理と同じであり、同じステップ番号を付してその説明は省略する。

ステップＳ３において上部旋回体３が旋回中であると判定されると（ステップＳ３のＹＥＳ）、処理はステップＳ２に進む。ステップＳ２では、上述のように油圧ポンプ１４の最大出力を第１の出力（低出力）に設定する処理が行なわれる。

一方、ステップＳ３において上部旋回体３が旋回中ではない判定されると（ステップＳ３のＮＯ）、処理はステップＳ１４に進む。ステップＳ１４では、ショベルのブーム４がブーム上げ動作中か、又はブーム下げ動作中あるいは動作中では無いかが判定される。この判定は、図５に示すように、ブーム操作レバー信号がＯＮであるかＯＦＦであるかをＯＮ／ＯＦＦ判定部４１Ｃで判定することで行なわれる。ブーム操作レバー信号は、操作部３２のブーム操作レバーが操作されているときに生成される電気信号であり、ブーム操作レバー信号がＯＮのときは操作者がブーム操作レバーを操作してブーム４が作動していることを表す。加えて、本実施形態では、ステップＳ１４においてブーム４が動作中であると判定された場合に、ブーム４の動作がブーム開きであるか、又はブーム閉じであるかが判定される。

この判定も、ブーム操作レバー信号に基づいて行なわれる。例えば、ブーム操作レバーが操作されていないとき（ブーム操作レバーがニュートラルの位置のとき）にブーム操作レバー信号がゼロとなり、ブーム操作レバーが手前側に倒されている場合にブーム操作レバー信号が正の（プラスの）値となり、ブーム操作レバーが向こう側に倒されている場合にブーム操作レバー信号を負の（マイナスの）値となるように設定しておけば、ブーム操作レバー信号に基づいて、ブーム４が動作しているか否かを判定でき、且つ、ブーム４が動作中である場合にはその動作方向はブーム閉じか、ブーム開きであるかを判定することができる。

ステップＳ１４において、ブーム４がブーム上げ動作中であると判定されると（Ｓ１４のＵＰ）、処理はステップＳ１５に進む。ステップＳ１５では、ショベルのアーム５がアーム上げ動作中か、又はアーム下げ動作中あるいは動作中では無いかが判定される。この判定は、図５に示すように、アーム操作レバー信号がＯＮであるかＯＦＦであるかをＯＮ／ＯＦＦ判定部４１Ｄで判定することで行なわれる。アーム操作レバー信号は、操作部３２のアーム操作レバーが操作されているときに生成される電気信号であり、アーム操作レバー信号がＯＮのときは操作者がアーム操作レバーを操作してアーム５が作動していることを表す。加えて、本実施形態では、ステップＳ１５においてアーム５が動作中であると判定された場合に、アーム５の動作がアーム開きであるか、又はアーム閉じであるかが判定される。

この判定も、アーム操作レバー信号に基づいて行なわれる。例えば、アーム操作レバーが操作されていないとき（アーム操作レバーがニュートラルの位置のとき）にアーム操作レバー信号がゼロとなり、アーム操作レバーが手前側に倒されている場合にアーム操作レバー信号が正の（プラスの）値となり、アーム操作レバーが向こう側に倒されている場合にアーム操作レバー信号を負の（マイナスの）値となるように設定しておけば、アーム操作レバー信号に基づいて、アームが動作していないか、あるいは動作中であってその方向はアーム閉じか、アーム開きかを判定することができる。

ステップＳ１５において、ショベルのアーム５がアーム開き動作中であると判定されると（Ｓ１５のＯＰＥＮ）、処理はステップＳ２に進み、油圧ポンプ１４の出力を第１の出力（低出力）に設定する。ステップＳ１５において、ショベルのアーム５がアーム閉じ動作中であると判定されると（Ｓ１５のＣＬＯＳＥ）、処理はステップＳ７に進み、油圧ポンプ１４の出力を第２の出力（高出力）に設定する。一方、ステップＳ１５において、ショベルのアーム５が動作中では無いと判定されると、処理はステップＳ１６に進む。

ステップＳ１６では、ショベルのバケット６が動作中であるか否かが判定される。この判定は、図５に示すように、バケット操作レバー信号がＯＮであるかＯＦＦであるかをＯＮ／ＯＦＦ判定部４１Ｅで判定することで行なわれる。バケット操作レバー信号は、操作部３２のバケット操作レバーが操作されているときに生成される電気信号であり、バケット操作レバー信号がＯＮのときは操作者がバケット操作レバーを操作してバケット６が作動していることを表す。ＯＮ／ＯＦＦ判定部４１Ｅでの判定結果は単体動作判定部４２に供給される。

ステップＳ１６においてバケット６が作動中であると判定されると（ステップＳ１６のＹＥＳ）、処理はステップＳ２に進み、上述のように油圧ポンプ１４の最大出力を第１の出力（低出力）に設定する処理が行なわれる。

一方、ステップＳ１６においてバケット６が作動中ではないと判定されると（ステップＳ６のＮＯ）、処理はステップＳ７に進む。ステップＳ７では、油圧ポンプ１４の最大出力を第２の出力（高出力）に設定する処理が行なわれる。この第２の出力（高出力）は、エンジン１１の最大出力より大きい出力である。ステップＳ７の容量可変式油圧ポンプ１４の最大出力を第２の出力（高出力）に設定する処理は、容量可変式油圧ポンプ１４に上述の出力調整信号を入力することで行なわれる。

出力調整信号が電流信号である場合、ステップＳ２で第１の出力（低出力）に設定する場合の電流値を設定し、ステップＳ７において第２の出力（高出力）に設定する場合の電流値を設定する。

一方、上述のステップＳ１４においてブーム下げ動作中、又は動作していないと判定されると（Ｓ１４のＤＯＷＮｏｒＯＦＦ）、処理はステップＳ１８に進む。ステップＳ１８では、ステップＳ１５と同様に、ショベルのアーム５がアーム上げ動作中か、又はアーム下げ動作中あるいは動作中では無いかが判定される。

ステップＳ１８において、ショベルのアーム５がアーム開き動作中であると判定されると（Ｓ１８のＯＰＥＮ）、処理はステップＳ１９に進む。ステップＳ１９では、上述のステップＳ１６と同様に、ショベルのバケット６が動作中であるか否かが判定される。ステップＳ１９においてバケット６が作動中であると判定されると（ステップＳ１９のＹＥＳ）、処理はステップＳ２に進み、上述のように油圧ポンプ１４の最大出力を第１の出力（低出力）に設定する処理が行なわれる。一方、ステップＳ１９においてバケット６が作動中ではないと判定されると（ステップＳ１９のＮＯ）、処理はステップＳ７に進み、油圧ポンプ１４の最大出力を第２の出力（高出力）に設定する処理が行なわれる。

ステップＳ１８において、ショベルのアーム５がアーム閉じ動作中であると判定されると（Ｓ１８のＣＬＯＳＥ）、処理はステップＳ２０に進む。ステップＳ２０では、上述のステップＳ１６と同様に、ショベルのバケット６が動作中であるか否かが判定される。ステップＳ２０においてバケット６が作動中であると判定されると（ステップＳ２０のＹＥＳ）、処理はステップＳ２に進み、上述のように油圧ポンプ１４の最大出力を第１の出力（低出力）に設定する処理が行なわれる。一方、ステップＳ２０においてバケット６が作動中ではないと判定されると（ステップＳ２０のＮＯ）、処理はステップＳ７に進み、油圧ポンプ１４の最大出力を第２の出力（高出力）に設定する処理が行なわれる。

一方、ステップＳ１８において、ショベルのアーム５が動作中では無いと判定されると（Ｓ１８のＯＦＦ）、処理はステップＳ２１に進む。ステップＳ２１では、上述のステップＳ１６と同様に、ショベルのバケット６が動作中であるか否かが判定される。ステップＳ２１においてバケット６が作動中であると判定されると（ステップＳ２１のＹＥＳ）、処理はステップＳ７に進み、油圧ポンプ１４の最大出力を第２の出力（高出力）に設定する処理が行なわれる。一方、ステップＳ２１においてバケット６が作動中ではないと判定されると（ステップＳ２１のＮＯ）、処理はステップＳ２に進み、上述のように油圧ポンプ１４の最大出力を第１の出力（低出力）に設定する処理が行なわれる。

ここで、上述の図１０に示す掘削・積込み作業に上述の油圧ポンプ出力制御処理を適用した場合について説明する。図１０（ａ）に示すブーム下げ旋回動作では、まずステップＳ１においてショベルは走行中では無いと判定され、処理はステップＳ３に進む。ステップＳ３において、上部旋回体３は旋回中であると判定され、処理はステップＳ２に進み、油圧ポンプ１４の出力は低出力に設定される。ブーム下げ旋回動作では、ブーム４は下げ動作を行ない、アームは動作しておらず、バケット６も動作していない。このようにブーム下げ旋回動作では複数の油圧シリンダの中でブームシリンダ７のみが作動する条件となるが、油圧アクチュエータの中の旋回油圧モータ２Ａが作動しているので、油圧ポンプ１４の出力は高出力とせず、低出力に設定される。また、ブーム下げ旋回動作では、ブーム４を重力に従って下げる動作を行なうだけであり、油圧シリンダにより大きな力を発生する必要が無いため、油圧ポンプ１４の出力は低出力としてもショベルの運転には差し支え無い。

図１０（ｂ），（Ｃ）に示す掘削動作では、まずステップＳ１においてショベルは走行中では無いと判定され、処理はステップＳ３に進む。ステップＳ３において、上部旋回体３は旋回中では無いと判定され、処理はステップＳ１４に進む。ステップＳ１４では、ブーム４がブーム上げ動作を行なっていると判定され、処理はステップＳ１５に進む。ステップＳ１５では、アーム５がアーム閉じ動作を行なっていると判定され、処理はステップＳ７に進んで、油圧ポンプ１４の出力は高出力に設定される。掘削動作では、ブーム４がブーム上げ動作を行ない、且つアーム５がアーム開き動作を行なうため、油圧シリンダのうち、ブームシリンダ７とアームシリンダ８を駆動する必要がある。ここで、掘削動作では土や重量物をかき寄せる作業となり、大きな力が必要となる場合がある。そこで、掘削動作では油圧モータ１４の出力を高出力に設定している。また、掘削動作の次に行なわれる動作であるブーム下げ動作は、後述のように油圧ポンプ１４の出力を低出力に設定する動作であるため、掘削動作で油圧ポンプ１４の出力を高出力に設定したとしても、油圧ポンプ１４の出力を高出力に設定している時間は短い時間であり（掘削動作の間だけ）、エンジン１１への過負荷やバッテリ１９の放電による電動発電機１２の駆動が長く続くことがない。この点からしても、掘削動作において、油圧ポンプ１４の出力を高出力に設定したとしてもショベルの運転に差し支えは無い。

続いて、図１０（ｄ）に示すブーム上げ旋回動作では、まずステップＳ１においてショベルは走行中では無いと判定され、処理はステップＳ３に進む。ステップＳ３において、上部旋回体３は旋回中であると判定され、処理はステップＳ２に進み、油圧ポンプ１４の出力は低出力に設定される。ブーム上げ旋回動作では、ブーム４は上げ動作を行ない、アーム５は動作しておらず、バケット６も動作しないかあるいは閉じ動作を行なっている。このようにブーム上げ旋回動作では複数の油圧シリンダの中でブームシリンダ７のみが作動する条件となるが、油圧アクチュエータの中の旋回油圧モータ２Ａが作動しているので、油圧ポンプ１４の出力は高出力とせず、低出力に設定される。また、ブーム下げ旋回動作では、ブーム４を重力に逆らって上げる動作を行なうだけであり、油圧シリンダにより特に大きな力を発生する必要が無いため、油圧ポンプ１４の出力は低出力としてもショベルの運転には差し支え無い。

次に、図１０（ｅ）に示すダンプ動作では、まずステップＳ１においてショベルは走行中では無いと判定され、処理はステップＳ３に進む。ステップＳ３において、上部旋回体３は旋回中では無いと判定され、処理はステップＳ１４に進む。ステップＳ１４では、ブーム４は動作していないかブーム下げ動作を行なっていると判定され、処理はステップＳ１８に進む。ステップＳ１８では、アーム５が開き動作を行なっていると判定され、処理はステップＳ１９に進む。ステップＳ１９では、バケット６はバケット開き動作を行なっていると判定され、処理はステップＳ２に進んで油圧ポンプの出力は低出力に設定される。ダンプ動作では、バケットシリンダ９を動かすだけであり、油圧シリンダにより特に大きな力を発生する必要が無いため、油圧ポンプ１４の出力は低出力としてもショベルの運転には差し支え無い。

以上説明したように、本実施形態では、例えばステップＳ１４やステップＳ１５及びステップＳ１８のように油圧アクチュエータの動作方向によって油圧ポンプ１４の出力の設定が変えられており、各動作条件に応じて適切な出力設定を行なうことができる。具体的には、ステップＳ１４ではブームシリンダ７の駆動方向に応じて油圧ポンプ１４の出力を設定しており、ステップＳ１５及びＳ１８では、アームシリンダ８の駆動方向に応じて油圧ポンプ１４の出力を設定している。

なお、上述の第２実施形態において、図２に示すように上部旋回体３が旋回油圧モータ２Ａにより駆動されて旋回する構成となっているが、上部旋回体３を電動モータの駆動により旋回するように構成してもよい。この場合、図９に示すように、上部旋回体３を駆動する旋回油圧モータ２Ａの代わりに、電動モータとして旋回用電動機２１が設けられる。旋回用電動機２１はインバータ１８Ｃを介して蓄電系１００に接続される。インバータ１８Ｃを介して蓄電系１００から電動機２１に電力が供給され、旋回用電動機２１により旋回機構２が駆動されて、上部旋回体３を旋回させる。また、旋回用電動機２１が減速する際には、旋回用電動機２１を回生運転させて、それにより発生した電力をインバータを介して蓄電系１００に蓄電してもよい。

図９に示すように旋回用電動機２１で上部旋回体３を駆動する場合は、図４に示す油圧ポンプの出力制御処理において、ステップＳ３におけるショベルの上部旋回体３が旋回中か否かの判定を行なう必要はなく、ステップＳ３は省略される。したがって、図５における旋回操作レバー操作のＯＮ、ＯＦＦ判定を行なうＯＮ／ＯＦＦ判定部４１Ｂも設ける必要は無い。

本発明は上述の具体的に開示された実施例に限られず、本発明の範囲を逸脱することなく様々な変形例、改良例がなされるであろう。

本出願は２００８年８月６日出願の日本特許出願２００８−２０３５１８号に基づくものであり、その全内容はここに援用される。

本発明は、油圧ポンプを駆動するエンジンを電動モータでアシストするハイブリッド式建設機械に適用可能である。

１ 下部走行体
１Ａ、１Ｂ 走行機構
２ 旋回機構
２Ａ 旋回油圧モータ
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 変速機（スプリッタ）
１４ 容量可変式油圧ポンプ
１６ 油圧ライン
１７ コントロールバルブ
１８Ａ，１８Ｃ インバータ
１８Ｂ 昇降圧コンバータ
１９ バッテリ
２１ 旋回用電動機
２７ 電力ライン
３０ コントローラ
４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄ，４１Ｅ ＯＮ／ＯＦＦ判定部
４２ 動作判定部
１００ 蓄電系
１１０ ＤＣバス

Claims (9)

1. 可変容量式油圧ポンプを駆動するエンジンと、
   該可変容量式油圧ポンプからの油圧により駆動される複数の油圧アクチュエータと、
   蓄電器からの電力により駆動され、該エンジンを補助する電動発電機と
   を有するハイブリッド式建設機械であって、
   前記可変容量式油圧ポンプの最大出力は前記エンジンの最大出力以上であり、
   前記可変容量式油圧ポンプの出力を前記エンジンの最大出力より大きく設定して運転する際に、前記電動発電機で前記エンジンを補助する
   ことを特徴とするハイブリッド式建設機械。
2. 請求項１記載のハイブリッド式建設機械であって、
   駆動する油圧アクチュエータが連続動作可能な油圧アクチュエータである場合、前記可変容量式油圧ポンプの出力は、前記エンジンの最大出力以下の第１の出力に設定されることを特徴とするハイブリッド式建設機械。
3. 請求項１記載のハイブリッド式建設機械であって、
   駆動する油圧アクチュエータが油圧シリンダである場合、前記可変容量式油圧ポンプの出力は、前記エンジンの最大出力より大きい第２の出力に設定されることを特徴とするハイブリッド式建設機械。
4. 請求項１記載のハイブリッド式建設機械であって、
   前記可変容量式油圧ポンプの出力は、前記油圧アクチュエータの各々の操作の有無に基づいて設定されることを特徴とするハイブリッド式建設機械。
5. 請求項１記載のハイブリッド式建設機械であって、
   前記可変容量式油圧ポンプの出力は、前記油圧アクチュエータのうちのいずれか一つのみが動作している場合に、前記可変容量式油圧ポンプの出力を前記エンジンの最大出力より大きい第２の出力に設定されることを特徴とするハイブリッド式建設機械。
6. 請求項１記載のハイブリッド式建設機械であって、
   前記可変容量式油圧ポンプの出力は、前記油圧アクチュエータの各々の駆動方向に基づいて設定されることを特徴とするハイブリッド式建設機械。
7. 請求項１記載のハイブリッド式建設機械であって、
   前記油圧アクチュエータにより駆動されるブーム及びアームを有し、
   前記可変容量式油圧ポンプの出力は、前記ブーム及び前記アームの駆動方向に基づいて設定されることを特徴とするハイブリッド式建設機械。
8. 請求項１記載のハイブリッド式建設機械であって、
   前記油圧アクチュエータを駆動していない場合、前記可変容量式油圧ポンプの出力は前記エンジンの最大出力より小さい値に設定されることを特徴とするハイブリッド式建設機械。
9. 請求項１記載のハイブリッド式建設機械であって、
   前記油圧アクチュエータの種類及び運転状況は、操作者のレバー操作に基づいて判定されることを特徴とするハイブリッド式建設機械。

Images