WO2012033064A1

WO2012033064A1 - 建設機械のハイブリッドシステム

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Publication number: WO2012033064A1
Application number: PCT/JP2011/070194
Authority: WO
Inventors: 釣賀　靖貴; 高橋　究; 石井　元; 吉田　肇
Original assignee: 日立建機株式会社
Priority date: 2010-09-10
Filing date: 2011-09-05
Publication date: 2012-03-15
Also published as: KR20130108061A; EP2615310A1; US20130152573A1; JP2012057766A; CN102792031A

Abstract

　コントローラ３５は、トルクセンサ３４により検出した油圧ポンプ３の駆動トルクに基づいて、アクチュエータ駆動トルクが切替トルクτ０より小さい場合は、電磁切替弁１７を閉じ、回転電機装置８が発電機として機能させ、アクチュエータ駆動トルクが増大するにしたがって油圧ポンプ３から回転油圧装置９に供給される圧油の流量が減少するように圧力補償機能付き流量制御弁１３を制御し、アクチュエータ駆動トルクが切替トルクより大きい場合は、電磁切替弁１７を開け、回転電機装置８が電動モータとして機能させ、油圧ポンプ３の吐出油が回転油圧装置９に供給されないように圧力補償機能付き流量制御弁１３を制御する。これにより、建設機械の運転中に回転油圧装置及び回転電機装置の動作状態を切り換えたときに流量変動によるショックを発生しないようにする。

Description

建設機械のハイブリッドシステム

　本発明は、エンジンとは別に電動モータと発電機の双方の機能を有する回転電機装置を備えた建設機械のハイブリッドシステムに関する。

　建設機械のハイブリッドシステムとしては、例えば特許文献１に記載のものがある。このシステムでは、エンジンとは別に電動モータと発電機の双方の機能を有する回転電機装置を設け、回転電機装置をエンジンの出力軸に直接接続し、エンジンで回転電機と油圧ポンプの両方を駆動する構成としている。また、油圧アクチュエータの負荷が軽いときは、エンジンで油圧ポンプを回転駆動し、油圧アクチュエータを駆動するとともに、エンジンの余剰動力で回転電機装置を駆動して回転電機装置を発電機として機能させ、発生した電力をバッテリに蓄電し、油圧アクチュエータの負荷が大きいときは、回転電機装置を電動モータとして機能させ、エンジンと回転電機装置の両方で油圧ポンプを駆動し、アクチュエータを駆動している。

　他のハイブリッドシステムとして、特許文献２に記載のものもある。このシステムでは、回転電機装置をエンジンから切り離し、この回転電機装置に回転油圧装置を連結し、油圧ポンプと回転油圧装置を制御弁を介して並列に油圧アクチュエータに接続した構成としている。また、油圧アクチュエータの負荷が軽いときは、油圧ポンプの吐出油の一部を回転油圧装置に供給して、回転油圧装置を油圧モータとして機能させ、この油圧モータ（回転油圧装置）で回転電機装置を駆動して回転電機装置を発電機として機能させ、発生した電力をバッテリに蓄電し、油圧アクチュエータの負荷が大きいときは、回転電機装置を電動モータとして機能させて回転油圧装置を駆動し、回転油圧装置を油圧ポンプとして機能させ、エンジンで駆動される油圧ポンプと回転油圧装置の両方の吐出油を油圧アクチュエータに供給している。

特開２００１－１７３０２４号公報特許第３８７５９００号公報

　特許文献１記載のハイブリッドシステムでは、電機部品である回転電機装置がエンジン本体と一体で構成されるため、回転電機装置に対してエンジンの発熱、振動から保護するための対策を講じる必要がある。これに対し、特許文献２に記載のハイブリッドシステムは、特許文献１記載のものに比べて、回転電機装置をエンジンから切り離したことで配置の自由度が高く、電気部品である回転電機装置をエンジンの発熱、振動から隔離することが可能となる。

　しかし、特許文献２記載のシステムでは、制御弁は、エンジンで駆動される油圧ポンプからの吐出油と回転電機装置で駆動される回転油圧装置からの吐出油の流路を切り換えるため、エンジンで駆動される油圧ポンプからの吐出油の流路を開閉する第１切替弁と、回転電機装置で駆動される回転油圧装置からの吐出油の流路を開閉する第２切替弁の２つの切替弁を備え、回転油圧装置及び回転電機装置の動作状態の切り換え（回転油圧装置が油圧モータとして機能し回転電機装置が発電機として機能している状態から、回転電機装置が電動モータとして機能し回転油圧装置が油圧ポンプとして機能する状態への切り換え、或いはその逆の切り換え）に際して、第１及び第２切替弁をＯＮ／ＯＦＦ的に切り換える構成となっている。このため、建設機械の運転中（作業中）にそのような回転油圧装置及び回転電機装置の動作状態の切り換えを行った場合は、流路を流れる圧油の流量が大きく変動してショックが発生し、建設機械の運転に支障を生じてしまうという問題がある。

　本発明の目的は、回転電機装置をエンジンの発熱、振動から隔離して配置することを可能とするとともに、建設機械の運転中に回転油圧装置及び回転電機装置の動作状態を切り換えたときに流量変動によるショックを発生せず、回転油圧装置及び回転電機装置の動作状態をスムーズに切り換えることができる建設機械のハイブリッドシステムを提供することである。

　（１）上記目的を達成するために、本発明は、エンジンと、このエンジンにより駆動されるメインの油圧ポンプと、複数のアクチュエータと、前記メインの油圧ポンプに第１圧油供給油路を介して接続され、前記複数のアクチュエータに供給される圧油の流れを制御するコントロールバルブと、電動モータと発電機の双方の機能を有する回転電機装置と、この回転電機装置に連結され、前記回転電機装置が電動モータとして機能するときは前記回転電機装置によって駆動されて、油圧ポンプとして機能し、前記回転電機装置が発電機として機能するときは油圧モータとして機能して前記回転電機装置を駆動する回転油圧装置と、前記回転油圧装置を前記第１圧油供給油路に接続する第２圧油供給油路と、蓄電装置と、前記蓄電装置と前記回転電機装置との間に接続され、前記蓄電装置と前記回転電機装置との間の電力の授受を制御する双方向コンバータとを備える建設機械のハイブリッドシステムにおいて、前記第１圧油供給油路と前記第２圧油供給油路に配置され、前記メインの油圧ポンプの吐出油が前記第２圧油供給油路を介して前記回転油圧装置に供給されるときに、前記コントロールバルブに供給される流量と前記回転油圧装置に供給される流量との割合を制御する流量制御弁装置と、前記回転油圧装置を前記流量制御弁装置の下流側で前記第１圧油供給油路に接続する第３圧油供給油路と、前記第３圧油供給油路に設けられた開閉可能な第１切替弁と、前記油圧ポンプの駆動トルクを検出する駆動トルク検出装置と、前記駆動トルク検出装置により検出した前記油圧ポンプの駆動トルクに基づいて、前記複数のアクチュエータを駆動するためのアクチュエータ駆動トルクが予め設定した切替トルクより大きいかどうかを判定し、前記アクチュエータ駆動トルクが前記切替トルクより小さい場合は、前記第１切替弁を閉位置に切り換え、前記回転電機装置が発電機として機能するよう前記双方向コンバータを制御し、かつ前記アクチュエータ駆動トルクが増大するにしたがって前記メインの油圧ポンプから前記回転油圧装置に供給される圧油の流量が減少するように前記流量制御弁装置を制御し、前記アクチュエータ駆動トルクが前記切替トルクより大きい場合は、前記第１切替弁を開位置に切り換え、前記回転電機装置が電動モータとして機能するよう前記双方向コンバータを制御して、前記回転油圧装置を油圧ポンプとして機能させ、かつ前記メインの油圧ポンプの吐出油が前記回転油圧装置に供給されないように前記流量制御弁装置を制御する制御装置とを備えるものとする。

　このように構成した本発明においては、エンジンと回転電機装置を一体とする必要がなく、回転電機装置の配置の自由度が高くなり、エンジンの発生する熱・振動から回転電機装置を隔離して配置することが可能となり、電気系の搭載環境の向上により、より信頼性の高いハイブリッドシステムを実現することが可能となる。

　また、本発明は、アクチュエータ駆動トルクが予め設定した切替トルクより小さい場合は、第１切替弁を閉位置に切り換え、回転電機装置が発電機として機能するよう双方向コンバータを制御し、かつアクチュエータ駆動トルクが増大するにしたがってメインの油圧ポンプから回転油圧装置に供給される圧油の流量が減少するように流量制御弁装置を制御し、アクチュエータ駆動トルクが切替トルクより大きい場合は、第１切替弁を開位置に切り換え、回転電機装置が電動モータとして機能するよう双方向コンバータを制御して、回転油圧装置を油圧ポンプとして機能させ、かつメインの油圧ポンプの吐出油が回転油圧装置に供給されないように流量制御弁装置を制御している。このため、回転油圧装置が油圧モータとして機能し回転電機装置が発電機として機能している状態から、回転電機装置が電動モータとして機能し回転油圧装置が油圧ポンプとして機能する状態への切り換え、或いはその逆の切り換えを、メインの油圧ポンプから回転油圧装置に供給される圧油の流量がほとんどゼロの状態で行い、かつ切り換え前或いは切り換え後の流量を可変制御することができる。その結果、建設機械の運転中に回転油圧装置及び回転電機装置の動作状態を切り換えたときに流量変動によるショックを発生することがなく、回転油圧装置及び回転電機装置の動作状態をスムーズに切り換えることができる。

　（２）好ましくは、上記（１）のハイブリッドシステムにおいて、前記流量制御弁装置は、前記第２圧油供給油路に設けられた絞り部と、前記第１圧油供給油路と前記第２圧油供給油路に配置され、前記メインの油圧ポンプの吐出油が前記第２圧油供給油路を介して前記回転油圧装置に供給されるときに、前記絞り部の前後差圧を制御して、前記回転油圧装置に供給される圧油の流量を制御する圧力補償機能を有するとともに、前記コントロールバルブが操作されたときは、前記絞り部に優先して前記コントロールバルブに要求流量に応じた流量を供給する圧力補償機能付き流量制御弁とを有し、前記制御装置は、前記アクチュエータ駆動トルクが前記切替トルクより小さいときは、前記アクチュエータ駆動トルクが増大するにしたがって前記絞り部の前後差圧が減少し、前記回転油圧装置に供給される圧油の流量が減少するように前記圧力補償機能付き流量制御弁を制御する。

　これにより流量制御弁装置は、メインの油圧ポンプの吐出油が第２圧油供給油路を介して回転油圧装置に供給されるときに、コントロールバルブに供給される流量と回転油圧装置に供給される流量との割合を制御することができる。また、制御装置は、アクチュエータ駆動トルクが前記切替トルクより小さいとき、アクチュエータ駆動トルクが増大するにしたがってメインの油圧ポンプから回転油圧装置に供給される圧油の流量が減少するように流量制御弁装置を制御することができる。

　（３）また、好ましくは、上記（２）のハイブリッドシステムにおいて、前記圧力補償機能付き流量制御弁は、前記回転油圧装置が油圧モータとして機能するときに、前記絞り部の上流側の油圧が第１信号圧油路を介して導かれる開方向作動の第１受圧部と、前記絞り部の下流側の油圧が第２信号圧油路を介して導かれる絞り方向作動の第２受圧部とを有し、前記制御装置は、前記第２信号圧油路に配置される第２切替弁と、前記駆動トルク検出装置からの信号を入力するコントローラとを有し、前記コントローラは、前記アクチュエータ駆動トルクが前記切替トルクより小さいときは、前記第２受圧部に前記絞り部の下流側の油圧を導く第１位置に前記第２切替弁を切り換えて、前記圧力補償機能付き流量制御弁の圧力補償機能を有効とし、前記アクチュエータ駆動トルクが前記切替トルクより大きくなるときは、前記第２受圧部をタンクに連通させる第２位置に前記第２切替弁を切り換えて、前記圧力補償機能付き流量制御弁の圧力補償機能を無効とする。

　これにより制御装置は、アクチュエータ駆動トルクが切替トルクより小さい場合は、アクチュエータ駆動トルクが増大するにしたがってメインの油圧ポンプから回転油圧装置に供給される圧油の流量が減少するように流量制御弁装置を制御し、アクチュエータ駆動トルクが切替トルクより大きい場合は、メインの油圧ポンプの吐出油が回転油圧装置に供給されないように流量制御弁装置を制御することができる。

　（４）更に、好ましくは、上記（２）のハイブリッドシステムにおいて、前記圧力補償機能付き流量制御弁は、前記回転油圧装置が油圧モータとして機能するときに、前記絞り部の上流側の油圧が第１信号圧油路を介して導かれる開方向作動の第１受圧部と、前記絞り部の下流側の油圧が第２信号圧油路を介して導かれる絞り方向作動の第２受圧部と、制御圧力に基づいて目標補償差圧を設定する第３受圧部とを有し、前記制御装置は、前記第３受圧部に前記制御圧力を出力する電磁比例減圧弁と、前記駆動トルク検出装置からの信号を入力するコントローラとを有し、前記コントローラは、前記アクチュエータ駆動トルクが増大するにしたがって小さくなり、前記アクチュエータ駆動トルクが前記切替トルクを超えるとゼロとなる目標補償差圧を演算し、この目標補償差圧が得られるよう前記電磁比例減圧弁を制御する。

　これにより制御装置は、アクチュエータ駆動トルクが切替トルクより小さい場合は、アクチュエータ駆動トルクが増大するにしたがってメインの油圧ポンプから回転油圧装置に供給される圧油の流量が減少し、アクチュエータ駆動トルクが切替トルクに等しくなったときに、油圧ポンプから回転油圧装置に供給される圧油の流量がほとんどゼロとなるように流量制御弁装置を制御することができる。

　（５）また、好ましくは、上記（１）のハイブリッドシステムにおいて、前記制御装置は、前記駆動トルク検出装置により検出した前記油圧ポンプの駆動トルクから、前記双方向コンバータから得た前記回転電機装置が発電機として機能するときの発電トルクを減算したトルク値を求め、このトルク値を前記アクチュエータ駆動トルクとして用いる。

　これによりアクチュエータに対して特別なセンサを設けなくても、アクチュエータ駆動トルクを求めることができる。

　（６）また、好ましくは、上記（１）～（５）のハイブリッドシステムにおいて、前記駆動トルク検出装置は、前記エンジンの駆動力を前記油圧ポンプに伝達する回転軸に設けられたトルクセンサである。

　これにより駆動トルク検出手段はメインの油圧ポンプの駆動トルクを検出することができる。

　本発明によれば、エンジンと回転電機装置を一体とする必要がなく、回転電機装置の配置の自由度が高くなり、エンジンの発生する熱・振動から回転電機装置を隔離して配置することが可能となり、電気系の搭載環境の向上により、より信頼性の高いハイブリッドシステムを実現することが可能となる。

　また、本発明によれば、回転油圧装置が油圧モータとして機能し回転電機装置が発電機として機能している状態から、回転電機装置が電動モータとして機能し回転油圧装置が油圧ポンプとして機能する状態への切り換え、或いはその逆の切り換えを、メインの油圧ポンプから回転油圧装置に供給される圧油の流量がほとんどゼロの状態で行い、かつ切り換え前或いは切り換え後の流量を可変制御することができるため、建設機械の運転中に回転油圧装置及び回転電機装置の動作状態を切り換えたときに流量変動によるショックを発生することがなく、回転油圧装置及び回転電機装置の動作状態をスムーズに切り換えることができる。これにより優れた運転性能を発揮することができる。

本発明の一実施の形態における建設機械のハイブリッドシステムの機器構成を示す図である。圧力補償機能付き流量制御弁の第１可変絞り部と第２可変絞り部の開口面積特性を示す図である。本実施の形態のハイブリッドシステムが搭載される油圧ショベルの外観を示す図である。コントローラの処理機能を示すフローチャートである。コントローラのメモリのテーブルに記憶した減算トルク値と電磁比例減圧弁の目標制御圧力（目標補償差圧）との関係を示す図である。アクチュエータ駆動トルクの変化による発電駆動トルクとメインの主ポンプ駆動トルクの遷移を示す図である。

　以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。

　図１は、本発明の一実施の形態における建設機械のハイブリッドシステムの機器構成を示す図である。

　図１において、本実施の形態のハイブリッドシステムは、エンジン１と、このエンジン１に回転軸２を介して連結され、エンジン１により駆動されるメインの油圧ポンプ３と、複数のアクチュエータ５ａ～５ｇと、油圧ポンプ３に第１圧油供給油路６を介して接続され、油圧ポンプ３から複数のアクチュエータ５ａ～５ｇに供給される圧油の流れを制御するコントロールバルブ７と、電動モータと発電機の双方の機能を有する回転電機装置８と、この回転電機装置８に連結され、回転電機装置８が電動モータとして機能するときは回転電機装置８によって駆動されて、油圧ポンプ（サブポンプ）として機能し、回転電機装置８が発電機として機能するときは回転電機装置８を駆動して、油圧モータとして機能する回転油圧装置９と、回転油圧装置９を第１圧油供給油路６に接続する第２圧油供給油路１１と、第２圧油供給油路１１に設けられた固定絞り部１２と、第１圧油供給油路６と第２圧油供給油路１１に配置され、メインの油圧ポンプ３の吐出油が第２圧油供給油路を介して回転油圧装置に供給されるときに、絞り部１２の前後差圧を制御して、回転油圧装置に供給される圧油の流量を制御する圧力補償機能を有するとともに、コントロールバルブ７が操作されたときは、絞り部１２に優先してコントロールバルブ７に要求流量に応じた流量を供給する圧力補償機能付き流量制御弁１３と、圧力補償機能付き流量制御弁１３の目標補償差圧を設定するための油圧信号を出力する電磁比例減圧弁１４と、圧力補償機能付き流量制御弁１３の圧力補償機能の有効、無効を切り替える電磁切替弁１５と、回転油圧装置９を圧力補償機能付き流量制御弁１３の下流側で第１圧油供給油路６に接続する第３圧油供給油路１６と、第３圧油供給油路１６に設けられた開閉可能な電磁切替弁１７とを備えている。

　圧力補償機能付き流量制御弁１３は、第１圧油供給油路６を介してコントロールバルブ７に供給される圧油の流量を制御するための第１可変絞り部１３ｘと、第２圧油供給油路１１を介して回転油圧装置９に供給される圧油の流量を制御するための第２可変絞り部１３ｙとを有している。

　図２は、圧力補償機能付き流量制御弁１３の第１可変絞り部１３ｘと第２可変絞り部１３ｙの開口面積特性を示す図である。横軸はスプールストロークであり、図１で見てスプールが図示左側の位置にあるときのストロークをゼロとしている。図中、実線が第１可変絞り部１３ｘの開口面積特性であり、一点鎖線が第２可変絞り部１３ｙの開口面積特性である。

　第１可変絞り部１３ｘは、スプールストロークがゼロであるとき（スプールが図示左側の位置にあるとき）に開口面積が最大であり、スプールストロークが増大する（スプールが図示左側の位置から図示右側の位置へと移動する）にしたがって開口面積は減少し、スプールストロークが最大になると（スプールが図示右側の位置まで移動すると）、開口面積はゼロとなる。第２可変絞り部１３ｙは、逆に、スプールストロークがゼロであるとき（スプールが図示左側の位置にあるとき）に開口面積がゼロであり、スプールストロークが増大する（スプールが図示左側の位置から図示右側の位置へと移動する）にしたがって開口面積は増大し、スプールストロークが最大になると（スプールが図示右側の位置まで移動すると）、開口面積は最大となる。

　図１に戻り、圧力補償機能付き流量制御弁１３は、固定絞り部１２の上流側の油圧が第１信号圧油路２１ａを介して導かれ、第２可変絞り部１３ｙの閉じ方向に作動する第１受圧部１３ａと、固定絞り部１２の下流側の油圧が第２信号圧油路２１ｂを介して導かれ、第２可変絞り部１３ｙの開き方向に作動する第２受圧部１３ｂと、電磁比例減圧弁１４が出力する制御圧力（油圧信号）が導かれ、この制御圧力に基づいて目標補償差圧を設定する第３受圧部１３ｃとを有している。これにより圧力補償機能付き流量制御弁１３は、メインの油圧ポンプ３の吐出油が第２圧油供給油路１１を介して回転油圧装置９に供給されるときに、固定絞り部１２の前後差圧を制御して、回転油圧装置９に供給される圧油の流量を制御する圧力補償機能を有するとともに、コントロールバルブ７が操作されたときは、固定絞り部１２に優先してコントロールバルブ７に要求流量に応じた流量を供給するものとなる。

　ここで、固定絞り部１２と圧力補償機能付き流量制御弁１３は、第１圧油供給油路６と第２圧油供給油路１１に配置され、メインの油圧ポンプ３の吐出油が第２圧油供給油路１１を介して回転油圧装置９に供給されるときに、コントロールバルブ７に供給される流量と回転油圧装置９に供給される流量との割合を制御する流量制御弁装置を構成する。

　電磁切替弁１５は第２信号圧油路２１ｂに配置され、電磁切替弁１５のソレノイド１５ａに付与される電気的な制御信号がＯＦＦであるときは図示左側の第１位置にあり、制御信号がＯＮになると、図示右側の第２位置に切り換えられる。電磁切替弁１５は、図示左側の第１位置にあるときは、第２信号圧油路２１ｂを連通させて、第２受圧部１３ｂに固定絞り部１２の下流側の油圧を導き、圧力補償機能付き流量制御弁１３の圧力補償機能を有効とする。また、電磁切替弁１５は、図示右側の第２位置に切り換えられると、第２信号圧油路２１ｂを遮断して、第２受圧部１３ｂをタンクに連通させ、圧力補償機能付き流量制御弁１３の圧力補償機能を無効とする。電磁切替弁１５が圧力補償機能付き流量制御弁１３の圧力補償機能を無効としたとき、圧力補償機能付き流量制御弁１３は、油圧ポンプ３の吐出油の全量をコントロールバルブ７に供給するように動作する。

　図１において、本実施の形態のハイブリッドシステムは、アクチュエータ５ａ～５ｇの動作を指令するジョイスティック３１（図示の都合上１つのみ図示）と、システム電源のＯＮ／ＯＦＦ及びエンジン１の始動／停止を指令するキースイッチ３２と、パワーモードの設定を指令するパワーモードスイッチ３３と、エンジン１の駆動力を油圧ポンプ３に伝達する回転軸２に設けられ、油圧ポンプ３の駆動トルクを検出するトルクセンサ（駆動トルク検出装置）３４と、コントローラ３５と、バッテリ（蓄電装置）３６と、バッテリ３６と回転電機装置９との間に接続され、バッテリ３６と回転電機装置８との間の電力の授受を制御する双方向コンバータ３７とを更に備えている。

　コントローラ３５は、キースイッチ３２からエンジン始動指令を入力すると、図示しないスタータを駆動し、エンジン１を始動する。また、コントローラ３５は、ジョイスティック３１から操作電気信号を入力し、所定の演算処理を行い、コントロールバルブ７内の電磁比例弁に指令電流信号を出力する。コントロールバルブ７内の電磁比例弁は、その指令電流信号により作動し、対応するメインスプールを切り換えて対応するアクチュエータを駆動する。

　更に、コントローラ３５は、パワーモードスイッチ３３からの操作指令信号と、トルクセンサ３４とからの検出信号と、双方向コンバータ３７から、回転電機装置８が発電機として機能しているときの発電トルク信号を入力し、所定の演算処理を行い、電磁比例減圧弁１４と電磁切替弁１５のソレノイド１５ａに制御信号を出力する。

　ここで、電磁比例減圧弁１４と電磁切替弁１５とコントローラ３５は、トルクセンサ（駆動トルク検出装置）３４により検出した油圧ポンプ３の駆動トルクに基づいて、複数のアクチュエータ５ａ～５ｇを駆動するためのアクチュエータ駆動トルク（後述）が予め設定した切替トルクτ０（後述）より大きいかどうかを判定し、このアクチュエータ駆動トルクが切替トルクτ０より小さい場合は、電磁切替弁１７（第１切替弁）を閉位置に切り換え、回転電機装置８が発電機として機能するよう双方向コンバータ３７を制御し、かつアクチュエータ駆動トルクが増大するにしたがってメインの油圧ポンプ３から回転油圧装置９に供給される圧油の流量が減少するように、固定絞り部１２と圧力補償機能付き流量制御弁１３とで構成される流量制御弁装置を制御し、アクチュエータ駆動トルクが切替トルクτ０より大きい場合は、電磁切替弁１７（第１切替弁）を開位置に切り換え、回転電機装置８が電動モータとして機能するよう双方向コンバータ３７を制御して、回転油圧装置９を油圧ポンプとして機能させ、かつメインの油圧ポンプ３の吐出油が回転油圧装置９に供給されないように、固定絞り部１２と圧力補償機能付き流量制御弁１３とで構成される流量制御弁装置を制御する制御装置を構成する。

　本実施の形態のハイブリッドシステムが搭載される建設機械は例えば油圧ショベルであり、複数のアクチュエータ５ａ～５ｇは、例えば、旋回用油圧モータ５ａ、走行用油圧モータ５ｂ、ブーム用油圧シリンダ５ｃ、アーム用油圧シリンダ５ｄ、バケット用油圧シリンダ５ｅ、スイング用油圧シリンダ５ｆ、ブレード用油圧シリンダ５ｇである。

　図３は油圧ショベルの外観を示す図である。

　油圧ショベルは、下部走行体１０１と、この下部走行体１０１上に旋回可能に搭載された上部旋回体１０２と、この上部旋回体１０２の先端部分にスイングポスト１０３を介して上下及び左右方向に回動可能に連結されたフロント作業機１０４とを備えている。下部走行体１０１はクローラ方式であり、トラックフレーム１０５の前方側に上下動可能な排土用のブレード１０６が設けられている。上部旋回体１０２は基礎下部構造をなす旋回台１０７と、旋回台１０７上に設けられたキャビン（運転室）１０８とを備えている。フロント作業機１０４はブーム１１１と、アーム１１２と、バケット１１３とを備え、ブーム１１１の基端はスイングポスト１０３にピン結合され、ブーム１１１の先端はアーム１１２の基端にピン結合され、アーム１１２の先端はバケット１１３にピン結合されている。

　上部旋回体１０２は下部走行体１０１に対して旋回用油圧モータ５ａ（図１）により旋回駆動され、スイングポスト１０３及びフロント作業機１０４は旋回台１０７に対してスイング用油圧シリンダ５ｆにより左右に回動駆動され、ブーム１１１、アーム１１２、バケット１１３は、それぞれ、ブーム用油圧シリンダ５ｃ、アーム用油圧シリンダ５ｄ、バケット用油圧シリンダ５ｅを伸縮することにより上下に回動駆動される。下部走行体１０１は左右の走行用油圧モータ５ｂ，５ｂにより回転駆動され、ブレード１０６はブレード用油圧シリンダ５ｇにより上下に駆動される。

　図４は、コントローラ３５の処理機能を示すフローチャートである。

　まず、コントローラ３５は、電磁比例減圧弁１４が出力する制御圧力の目標値である目標制御圧力（圧力補償機能付き流量制御弁１３の目標補償差圧）を演算し、対応する駆動電流を電磁比例減圧弁１４に出力する（ステップＳ１００）。電磁比例減圧弁１４はその駆動電流に基づいて動作し、目標制御圧力に対応する制御圧力を圧力補償機能付き流量制御弁１３の第３受圧部１３ｃに出力する。圧力補償機能付き流量制御弁１３の第３受圧部１３ｃは、前述したように、その制御圧力を目標補償差圧として設定する。

　ステップＳ１００における電磁比例減圧弁１４の目標制御圧力の演算は次のように行う。

　コントローラ３５は、トルクセンサ３４の検出信号を入力し、その検出信号からメインの油圧ポンプ３の駆動トルク（以下主ポンプ駆動トルクという）を求める。また、コントローラ３５は、双方向コンバータ３７から回転電機装置８の制御情報を入力して、回転電機装置８が発電機として機能するときの駆動トルク（以下発電駆動トルクという）を算出する。

　次いで、コントローラ３５は、主ポンプ駆動トルクから発電駆動トルクを差し引いた値を演算する。すなわち、主ポンプ駆動トルクをτｐ、発電駆動トルクをτｇとすると、
　τｐ－τｇ
の演算を行う。ここで、主ポンプ駆動トルクτｐのうちアクチュエータ５ａ～５ｇに供給されるトルク（以下適宜アクチュエータ駆動トルクという）をτａとすると、τｐ－τｇはτａに等しい。言い換えれば、コントローラ３５は、主ポンプ駆動トルクから発電駆動トルクを差し引くことにより、アクチュエータ駆動トルクτａを計算する。

　次いで、コントローラ３５は、τｐ－τｇの値、すなわちアクチュエータ駆動トルクτａをメモリのテーブルに参照させ、対応する電磁比例減圧弁１４の目標制御圧力を演算する。

　図５は、メモリのテーブルに記憶したτｐ－τｇの値と電磁比例減圧弁１４の目標制御圧力（目標補償差圧）との関係を示す図である。図５では、電磁比例減圧弁１４の目標制御圧力をＰｃで表している。メモリのテーブルには、図５に示すようなτｐ－τｇの値と電磁比例減圧弁１４の目標制御圧力Ｐｃとの関係が記憶されている。この関係は、τｐ－τｇの値が増加するにしたがって電磁比例減圧弁１４の目標制御圧力Ｐｃは低下し、τｐ－τｇの値が予め設定したしきい値（切替トルク）τ０を超えると、電磁比例減圧弁１４の目標制御圧力Ｐｃはゼロとなるように設定されている。

　ここで、しきい値（切替トルク）τ０は、エンジン１の出力トルクのうちメインの油圧ポンプ３が消費可能な許容最大トルクであり、例えば、エンジン１が図示しないパイロットポンプを駆動していることや、機械的ロスなどを考慮し、エンジン１の最大定格トルク（最大設定回転数での出力トルク）からそれらのトルク分を差し引いた値に設定される。

　また、τｐ－τｇの値がゼロであるときの目標制御圧力ＰｃをＰｃ０とすると、Ｐｃ０は、メインの油圧ポンプ３の吐出油の全量が回転油圧装置９に供給され、発電駆動トルクτｇが主ポンプ駆動トルクτｐに等しくなるときの目標制御圧力である。

　次いで、コントローラ３５は、パワーモードスイッチ３３がＯＮかどうかを判定し（ステップＳ１１０）、パワーモードスイッチ３３がＯＮでなければ、次に、τｐ－τｇの値が予め設定したしきい値（切替トルク）τ０（油圧ポンプ３が消費可能な許容最大トルク）より高いかどうかを判定する（ステップＳ１２０）。τｐ－τｇの値はアクチュエータ駆動トルクτａに等しく、しきい値（切替トルク）τ０は油圧ポンプ３が消費可能な許容最大トルクである。したがって、τｐ－τｇの値が予め設定したしきい値（切替トルク）τ０より高くない場合とは、アクチュエータ駆動トルクτａが油圧ポンプ３が消費可能な許容最大トルクより低い場合であり、エンジン１の駆動トルクに余裕がある場合である。したがって、その場合は、回転油圧装置９を油圧モータとして機能させる（回転電機装置８を発電機として機能させる）ため、電磁切替弁１５の駆動電流をＯＦＦとし（駆動電流なし）、電磁切替弁１７の駆動電流をＯＦＦ（駆動電流なし）とし、双方向コンバータ３７を発電・充電モードに制御する（ステップＳ１３０）。

　ステップＳ１１０でパワーモードスイッチ３３がＯＮでない場合、或いはステップＳ１２０で主ポンプ駆動トルクτｐがしきい値（切替トルク）τ０より高いと判定された場合は、エンジン１の駆動トルクに余裕が無い場合であり、回転油圧装置９を油圧ポンプとして機能させる（回転電機装置８を電動モータとして機能させる）ため、ステップＳ１４０に移行し、電磁切替弁１５の駆動電流をＯＮとし（駆動電流あり）、電磁切替弁１７の駆動電流をＯＮとし（駆動電流あり）、双方向コンバータ３７を駆動モードに制御する。

　次に、本実施の形態の動作の概要を説明する。

　～常時～
　まず、コントローラ３５は、常時、図４のステップＳ１００の処理により、電磁比例減圧弁１４の目標制御圧力（圧力補償弁１３の目標補償差圧）Ｐｃを演算し、対応する駆動電流を電磁比例減圧弁１４に出力している。電磁比例減圧弁１４は、コントローラ３５からの駆動電流に基づいて目標制御圧力Ｐｃに等しい制御圧力を出力し、圧力補償弁１３は目標制御圧力Ｐｃに等しい目標補償差圧を設定している。

　～パワーモードスイッチ３３がＯＦＦでτｐ－τｇ≦τ０の場合～
　パワーモードスイッチ３３がＯＦＦ位置にある場合、コントローラ３５は、ステップＳ１２０において、τｐ－τｇ（アクチュエータ駆動トルクτａ）が予め設定したしきい値（切替トルク）τ０より高いかどうかを監視しており、τｐ－τｇが予め設定したしきい値（切替トルク）τ０より高くない場合は、双方向コンバータ３７、電磁切替弁１５及び電磁切替弁１７を下記の設定とする（ステップＳ１３０）。

　　　（１）電磁切替弁１５→駆動電流ＯＦＦ
　　（２）双方向コンバータ３７→発電・充電モード
　　　（３）電磁切替弁１７　　→駆動電流ＯＦＦ
　電磁切替弁１５の駆動電流をＯＦＦにすることで圧力補償機能付き流量制御弁１３の圧力補償機能が有効となり、固定絞り部１２の前後差圧は圧力補償機能付き流量制御弁１３によって制御され、メインの油圧ポンプ３から回転油圧装置９に供給される圧油の流量（固定絞り部１２の通過流量）は圧力補償機能付き流量制御弁１３の目標補償差圧（目標制御圧力Ｐｃ）に応じて制御される。すなわち、τｐ－τｇ（アクチュエータ駆動トルクτａ）が減少してしきい値（切替トルク）τ０に近づくにしたがって、圧力補償機能付き流量制御弁１３の目標補償差圧（固定絞り部１２の前後差圧）は小さくなってメインの油圧ポンプ３から回転油圧装置９に供給される圧油の流量（固定絞り部１２の通過流量）は減少し、τｐ－τｇ＝τ０となると、目標補償差圧（固定絞り部１２の前後差圧）はゼロとなり、メインの油圧ポンプ３から回転油圧装置９に供給される圧油の流量もゼロとなる。

　また、双方向コンバータ３７を発電モードに設定することで、回転電機装置８は発電機として機能する。電磁切替弁１７の駆動電流をＯＦＦにすることで、電磁切替弁１７は閉位置に保持される。

　この設定で、回転油圧装置９には、メインの油圧ポンプ３の吐出油の一部が圧力補償機能付き流量制御弁１３により前後差圧を制御される固定絞り部１２を介して供給され、回転油圧装置９は油圧モータとして回転する。これにより回転電機装置８は受動的に回転し、発電する。

　すなわち、回転油圧装置９、回転電機装置８、バッテリ３６は下記の状態にある。

　回転油圧装置９・・・油圧モータとして機能
　回転電機装置８・・・発電機として機能
　バッテリ３６・・・・充電状態
　この状態で、メインの油圧ポンプ３は、コントロールバルブ７が要求するアクチュエータ５ａ～５ｇへの圧油の供給、つまりアクチュエータ駆動と、バッテリ３６の充電を同時に行っている。

　また、電磁切替弁１７は閉位置にあるため、固定絞り部１２を通過して回転油圧装置９に供給される圧油が第３圧油供給油路を介してコントロールバルブに供給されることや、圧力補償機能付き流量制御弁１３を経由してコントロールバルブに供給された圧油が第３圧油供給油路を介して回転油圧装置９に供給される事態を回避できる。

　～τｐ－τｇ＞τ０の場合～
　コントローラ３５は、ステップＳ１２０において、τｐ－τｇ（アクチュエータ駆動トルクτａ）が予め設定したしきい値（切替トルク）τ０より高いと判定した場合は、双方向コンバータ３７及び電磁切替弁１５を下記の設定とする（ステップＳ１４０）。

　　　（１）電磁切替弁１５→駆動電流ＯＮ
　　（２）双方向コンバータ３７→駆動モード
　　　（３）電磁切替弁１７　　→駆動電流ＯＮ
　電磁切替弁１５の駆動電流をＯＮにすることで電磁切替弁１５が第２位置に切り換えられて第２受圧部１３ｂをタンクに連通させ、圧力補償機能付き流量制御弁１３の圧力補償機能が無効となる。この場合は、圧力補償機能付き流量制御弁１３の受圧部１３ａに第１信号油路２１ａを介して固定絞り部１２の上流側の圧力が第２絞り部１３ｙの閉じ向きに作動し、圧力補償機能付き流量制御弁１３は油圧ポンプ３の吐出油の全量をコントロールバルブ７に供給するように動作する。

　また、双方向コンバータ３７を駆動モードに設定することで、回転電機装置８は電動モータとして機能する。電磁切替弁１７の駆動電流をＯＮにすることで、電磁切替弁１７は開位置に切り換えられる。

　この設定で、回転油圧装置９は、回転電機装置８によって駆動され、油圧ポンプとして機能する。回転油圧装置９の吐出油は、電磁切替弁１７が開位置に切り換えられることで、第３圧油供給油路を介してメインの油圧ポンプ３の吐出油と合流して、コントロールバルブ７に供給される。また、この設定で、回転電機装置８は電動モータとして能動的に回転する。

　回転油圧装置９・・・油圧ポンプとして機能
　回転電機装置８・・・電動モータとして機能
　バッテリ３６・・・・放電状態
　この状態で、コントロールバルブ７へは、エンジン１により駆動されているメインの油圧ポンプ３の吐出油と、バッテリ３６の電力に基づいて回転電機装置８(電動モータ)により駆動される回転油圧装置９（サブポンプ）の吐出油が合流して供給される。

　これによりアクチュエータ５ａ～５ｇの駆動に必要なトルク（エネルギ）をエンジン２と回転電機装置（電動モータ）により確保している（ハイブリッド機能）。

　本実施の形態の動作例を図６を用いて説明する。

　図６は、アクチュエータ駆動トルクτａの変化による発電駆動トルクτｇとメインの主ポンプ駆動トルクτｐの遷移を示す図であり、図６の（Ａ）～（Ｃ２）は、τａ≦τ０（すなわちτｐ－τｇ≦τ０）で、回転油圧装置９が油圧モータとして機能するとき（回転電機装置８が発電機として機能するとき）のものであり、図６の（Ｄ１）～（Ｅ２）は、τａ＞τ０（すなわちτｐ－τｇ＞τ０）で、回転油圧装置９が油圧ポンプとして機能するとき（回転電機装置８が電動モータとして機能するとき）のものである。

　（ａ）状態Ａ
　状態Ａでは、ジョイスティック３１は全て非操作状態にあり、コントロールバルブ７はいずれのメインスプールも操作されておらず、全てのアクチュエータ５ａ～５ｇが非駆動状態にある。このとき、アクチュエータ駆動トルクτａ（アクチュエータ５ａ～５ｇに与えられるトルク）はゼロであり、メインの油圧ポンプ３の吐出油の全量が絞り部１２を経由して回転油圧装置９に供給され、主ポンプ駆動トルクτｐと発電駆動トルクτｇとは等しくなる（τｐ＝τｇ）。

　また、τｐ－τｇはゼロであり、図５の目標制御圧力Ｐｃは最大のＰｃ０となり、絞り部１２の前後差圧は圧力補償機能付き流量制御弁１３によりＰｃ０となるように制御される。

　すなわち、バッテリ３６の充電量が少なく、充電を必要とする状態である場合は、
　τｐ＝τｇ＝τ０
となるように制御される（状態Ａ）。バッテリ３６の充電量が充電完了に近い値であれば、それに応じて発電駆動トルクτｇは少なくなるため、
　τｐ＝τｇ＜τ０
となるよう制御される。

　（ｂ）状態Ａ→Ｂ１→Ｂ２
　ジョイスティック３１が操作され、コントロールバルブ７のメインスプールのいずれかが操作されると、メインの油圧ポンプ３の吐出油の一部がアクチュエータ５ａ～５ｇの対応するもの（以下便宜上アクチュエータ５ｘという）に供給されて、アクチュエータ５ｘが駆動される。この場合、アクチュエータ駆動トルクτａが発生し、その分、主ポンプ駆動トルクτｐは増大する。その結果、主ポンプ駆動トルクτｐは一時的に予め設定したしきい値（切替トルク）τ０を超える（状態Ｂ１）。

　このように主ポンプ駆動トルクτｐがしきい値（切替トルク）τ０を超えると、τｐ－τｇはゼロよりも大きなτａに応じた値に増加し、目標制御圧力Ｐｃはτｐ－τｇの増加に応じて減少し、圧力補償機能付き流量制御弁１３により制御される固定絞り部１２の前後差圧も同様に小さくなる。

　これにより回転電機装置９に供給される圧油の流量（固定絞り部１２の通過流量）が減少して、回転電機装置８の発電駆動トルクτｇが減少し、この発電駆動トルクτｇの減少により、一旦増加した主ポンプ駆動トルクτｐも同様に減少し、τｐ＝τ０の状態に戻る（状態Ｂ２）。

　すなわち、
　τｐ＝τａ＋τｇ
　τｐ＝τ０
となるように制御される。

　（ｃ）状態Ｂ２→Ｃ１→Ｃ２
　ジョイスティック３１の操作量が増える、或いはアクチュエータの負荷圧が上昇するなどして、アクチュエータ駆動トルクτａが増加すると、それに応じて主ポンプ駆動トルクτｐは再度一時的にしきい値（切替トルク）τ０を超えて増大する（状態Ｃ１）。主ポンプ駆動トルクτｐがしきい値（切替トルク）τ０を超えると、τｐ－τｇはτａに応じた値まで更に増大し、圧力補償機能付き流量制御弁１３により制御される固定絞り部１２の前後差圧は更に小さくなる。

　これにより回転電機装置９に供給される圧油の流量（固定絞り部１２の通過流量）が減少して、回転電機装置８の発電駆動トルクτｇが減少し、この発電駆動トルクτｇの減少により、一旦増加した主ポンプ駆動トルクτｐも同様に減少し、τｐ＝τ０の状態に戻る（状態Ｃ２）。

　（ｄ）状態Ｃ２→Ｄ１→Ｄ２
　アクチュエータ駆動トルクτａが更に増加してしきい値（切替トルク）τ０を超えた場合は、それに応じて主ポンプ駆動トルクτｐもしきい値（切替トルク）τ０を超えて増大し（状態Ｄ１）、τｐ－τｇもτａに応じた値まで更に増大する。そして、この場合は、τａはτ０を超えた場合であるため、τｐ－τｇもτ０を超えて増大する。

　その結果、τｐ－τｇがτ０を超える前のτ０に近づく過程では、目標制御圧力Ｐｃ（目標補償差圧）はゼロに向かって徐々に連続的に小さくなり、固定絞り部１２の前後差圧も同様に小さくなって、メインの油圧ポンプ３から回転油圧装置９に供給される圧油の流量は徐々に減少するよう制御され、τｐ－τｇ＝τ０となると、Ｐｃ＝０となり、メインの油圧ポンプ３から回転油圧装置９に供給される圧油の流量は実質的にゼロとなる。

　また、τｐ－τｇがτ０を超えた瞬間、コントローラ３５の処理は、図４のフローチャートにおいて、ステップＳ１３０の処理からステップＳ１４０の処理に移行し、圧力補償機能付き流量制御弁１３の圧力補償機能は無効となり、電磁切替弁１７は開位置に切り換えられる。また、双方向コンバータ３７は駆動モードに切り換えられて、回転電機装置８は電動モータとして機能し、回転油圧装置９は油圧ポンプとして機能する。

　このように回転油圧装置９が油圧モータとして機能し回転電機装置８が発電機として機能している状態から、回転電機装置８が電動モータとして機能し回転油圧装置９が油圧ポンプとして機能する状態への切り換え前は、油圧ポンプ３から回転油圧装置９に供給される圧油の流量が徐々に減少するよう可変制御し、切り換え時に流量がほとんどゼロとなるように制御する。その結果、建設機械の運転中に回転油圧装置９及び回転電機装置８の動作状態を切り換えたときに流量変動によるショックを発生することがなく、回転油圧装置９及び回転電機装置８の動作状態をスムーズに切り換えることができる。なお、回転油圧装置９及び回転電機装置８の動作状態の逆の切り換えに際しても、切り換え時に流量がほとんどゼロであり、切り換え後に流量が徐々に増加するよう可変制御するため、同様に、建設機械の運転中に回転油圧装置９及び回転電機装置８の動作状態を切り換えたときに流量変動によるショックを発生することがなく、回転油圧装置９及び回転電機装置８の動作状態をスムーズに切り換えることができる。

　また、τｐ－τｇがτ０を超えた後は、コントローラ３５は、主ポンプ駆動トルクτｐが切替トルクτ０を超えた分に応じて回転電機装置８の駆動トルクを制御し、メインの油圧ポンプ３の吐出油と、回転電機装置８(電動モータ)により駆動される回転油圧装置９（サブポンプ）の吐出油が合流してコントロールバルブ７に供給される（ハイブリッド機能）。これにより一旦増加した主ポンプ駆動トルクτｐは減少して、τｐ＝τ０の状態に戻る（状態Ｄ２）。

　すなわち、回転油圧装置９が油圧ポンプ（サブポンプ）として機能するときの駆動トルク（サブポンプトルク）をτｓとすると、
　τｓ＝τａ－τ０
　τｐ＝τ０
となるように制御される。

　（ｅ）状態Ｄ２→Ｅ１→Ｅ２
　アクチュエータ駆動トルクτａがしきい値（切替トルク）τ０を超えて更に増大した場合も、主ポンプ駆動トルクτｐは一旦増加するが（状態Ｅ１）、この場合もコントローラ３５は、主ポンプ駆動トルクτｐが切替トルクτ０を超えた分に応じて回転電機装置８の駆動トルクを制御し、メインの油圧ポンプ３の吐出油と回転油圧装置９（サブポンプ）の吐出油を合流してコントロールバルブ７に供給するため（ハイブリッド機能）、一旦増加した主ポンプ駆動トルクτｐは減少して、τｐ＝τ０の状態に戻る（状態Ｅ２）。

　すなわち、
　τｓ＝τａ－τ０
　τｐ＝τ０
となるように制御される。

　以上のように構成した本実施の形態においては、エンジン１とメインの油圧ポンプ３はメイン駆動系を構成し、回転電機装置８と回転油圧装置９はサブ駆動系を構成し、それぞれが一体で構成されている。しかし、メイン駆動系とサブ駆動系は一体である必要がなく、それぞれ第１～第３圧油供給油路６，１１，１６を介して管路のみで接続されているだけである。そのため、それぞれの駆動系は配置の自由度が高く、電気部品である回転電機装置８をエンジン１の発熱・振動から隔離して配置することが可能となり、電気系の搭載環境の向上により、信頼性の高いハイブリッドシステムを実現することが可能となる。

　また、回転油圧装置９が油圧モータとして機能し回転電機装置９が発電機として機能している状態から、回転電機装置８が電動モータとして機能し回転油圧装置９が油圧ポンプとして機能する状態への切り換え、或いはその逆の切り換えを、メインの油圧ポンプ３から回転油圧装置９に供給される圧油の流量がほとんどゼロの状態で行い、かつ切り換え前或いは切り換え後の流量を可変制御することができるため、建設機械の運転中に回転油圧装置９及び回転電機装置８の動作状態を切り換えたときに流動変動によるショックを発生することがなく、回転油圧装置９及び回転電機装置８の動作状態をスムーズに切り換えることができる。これにより優れた運転性能を発揮することができる。

　以上の実施の形態は本発明の精神の範囲内で種々の変更が可能である。例えば、上記実施の形態では、建設機械が油圧ショベルである場合について説明したが、油圧ショベル以外建設機械（例えば油圧クレーン、ホイール式ショベル等）に本発明を適用し、同様の効果を得ることができる。

　また、上記実施の形態では、圧力補償機能付き流量制御弁１３を１つの弁で構成したが、第１圧油供給油路６側に配置される弁と、第２圧油供給油路１１側に配置される弁の２つの弁に分けて構成してもよい。更に、固定絞り部１２の機能を圧力補償機能付き流量制御弁１３に持たせ、固定絞り部１２と圧力補償機能付き流量制御弁１３を１つの弁で構成してもよい。

　また、電磁切替弁１５を切り換えて、圧力補償機能付き流量制御弁１３の圧力補償機能の有効、無効を切り換えたが、圧力補償機能付き流量制御弁１３の受圧部１３ｂ側を付勢するピストン装置を設け、このピストン装置を伸長させることで、圧力補償機能付き流量制御弁１３の圧力補償機能の有効、無効を切り換えてもよい。

　更に、駆動トルク検出装置をエンジン１の駆動力を油圧ポンプ３に伝達する回転軸２に設けられたトルクセンサ３４で構成したが、油圧ポンプ３の吐出圧力と傾転角（容量）を検出し、それらを乗じて油圧ポンプ３の駆動トルクを求めてもよい。

１　エンジン
２　回転軸
３　メインの油圧ポンプ
５ａ～５ｇ　アクチュエータ
６　第１圧油供給油路
７　コントロールバルブ
８　回転電機装置
９　回転油圧装置
１１　第２圧油供給油路
１２　固定絞り部
１３　圧力補償機能付き流量制御弁
１３ａ　第１受圧部
１３ｂ　第２受圧部
１３ｃ　第３受圧部
１４　電磁比例減圧弁
１５　電磁切替弁（第２切替弁）
１６　第３圧油供給油路
１７　電磁切替弁（第１切替弁）
２１ａ　第１信号圧油路
２１ｂ　第２信号圧油路
３１　ジョイスティック
３２　キースイッチ
３３　パワーモードスイッチ
３４　トルクセンサ（駆動トルク検出装置）
３５　コントローラ
３６　バッテリ（蓄電装置）
３７　双方向コンバータ

Claims

　エンジン（１）と、
　このエンジンにより駆動されるメインの油圧ポンプ（３）と、
　複数のアクチュエータ（５ａ～５ｇ）と、
　前記メインの油圧ポンプに第１圧油供給油路（６）を介して接続され、前記複数のアクチュエータに供給される圧油の流れを制御するコントロールバルブ（７）と、
　電動モータと発電機の双方の機能を有する回転電機装置（８）と、
　この回転電機装置に連結され、
前記回転電機装置が電動モータとして機能するときは前記回転電機装置によって駆動されて、油圧ポンプとして機能し、
前記回転電機装置が発電機として機能するときは油圧モータとして機能して前記回転電機装置を駆動する回転油圧装置（９）と、
　前記回転油圧装置を前記第１圧油供給油路に接続する第２圧油供給油路（１１）と、
　蓄電装置（３６）と、
　前記蓄電装置と前記回転電機装置との間に接続され、前記蓄電装置と前記回転電機装置との間の電力の授受を制御する双方向コンバータ（３７）とを備える建設機械のハイブリッドシステムにおいて、
　前記第１圧油供給油路と前記第２圧油供給油路に配置され、前記メインの油圧ポンプの吐出油が前記第２圧油供給油路を介して前記回転油圧装置に供給されるときに、前記コントロールバルブに供給される流量と前記回転油圧装置に供給される流量との割合を制御する流量制御弁装置（１２，１３）と、
　前記回転油圧装置を前記流量制御弁装置の下流側で前記第１圧油供給油路に接続する第３圧油供給油路（１６）と、
　前記第３圧油供給油路に設けられた開閉可能な第１切替弁（１７）と、
　前記油圧ポンプの駆動トルクを検出する駆動トルク検出装置（３４）と、
　前記駆動トルク検出装置により検出した前記油圧ポンプの駆動トルクに基づいて、前記複数のアクチュエータを駆動するためのアクチュエータ駆動トルクが予め設定した切替トルクより大きいかどうかを判定し、前記アクチュエータ駆動トルクが前記切替トルクより小さい場合は、前記第１切替弁を閉位置に切り換え、前記回転電機装置が発電機として機能するよう前記双方向コンバータを制御し、かつ前記アクチュエータ駆動トルクが増大するにしたがって前記メインの油圧ポンプから前記回転油圧装置に供給される圧油の流量が減少するように前記流量制御弁装置を制御し、前記アクチュエータ駆動トルクが前記切替トルクより大きい場合は、前記第１切替弁を開位置に切り換え、前記回転電機装置が電動モータとして機能するよう前記双方向コンバータを制御して、前記回転油圧装置を油圧ポンプとして機能させ、かつ前記メインの油圧ポンプの吐出油が前記回転油圧装置に供給されないように前記流量制御弁装置を制御する制御装置（３５）とを備えることを特徴とする建設機械のハイブリッドシステム。
　請求項１記載の建設機械のハイブリッドシステムにおいて、
　前記流量制御弁装置は、
　前記第２圧油供給油路に設けられた絞り部（１２）と、
　前記第１圧油供給油路と前記第２圧油供給油路に配置され、前記メインの油圧ポンプの吐出油が前記第２圧油供給油路を介して前記回転油圧装置に供給されるときに、前記絞り部の前後差圧を制御して、前記回転油圧装置に供給される圧油の流量を制御する圧力補償機能を有するとともに、前記コントロールバルブが操作されたときは、前記絞り部に優先して前記コントロールバルブに要求流量に応じた流量を供給する圧力補償機能付き流量制御弁（１３）とを有し、
　前記制御装置は、前記アクチュエータ駆動トルクが前記切替トルクより小さいときは、前記アクチュエータ駆動トルクが増大するにしたがって前記絞り部の前後差圧が減少し、前記回転油圧装置に供給される圧油の流量が減少するように前記圧力補償機能付き流量制御弁を制御することを特徴とする建設機械のハイブリッドシステム。
　請求項２記載の建設機械のハイブリッドシステムにおいて、
　前記圧力補償機能付き流量制御弁は、前記回転油圧装置が油圧モータとして機能するときに、前記絞り部の上流側の油圧が第１信号圧油路（２１ａ）を介して導かれる開方向作動の第１受圧部（１３ａ）と、前記絞り部の下流側の油圧が第２信号圧油路（２１ｂ）を介して導かれる絞り方向作動の第２受圧部（２１ｂ）とを有し、
　前記制御装置は、前記第２信号圧油路に配置される第２切替弁（１５）と、前記駆動トルク検出装置からの信号を入力するコントローラ（３５）とを有し、
　前記コントローラは、前記アクチュエータ駆動トルクが前記切替トルクより小さいときは、前記第２受圧部に前記絞り部の下流側の油圧を導く第１位置に前記第２切替弁を切り換えて、前記圧力補償機能付き流量制御弁の圧力補償機能を有効とし、前記アクチュエータ駆動トルクが前記切替トルクより大きくなるときは、前記第２受圧部をタンクに連通させる第２位置に前記第２切替弁を切り換えて、前記圧力補償機能付き流量制御弁の圧力補償機能を無効とすることを特徴とする建設機械のハイブリッドシステム。
　請求項２記載の建設機械のハイブリッドシステムにおいて、
　前記圧力補償機能付き流量制御弁は、前記回転油圧装置が油圧モータとして機能するときに、前記絞り部の上流側の油圧が第１信号圧油路（２１ａ）を介して導かれる開方向作動の第１受圧部（１３ａ）と、前記絞り部の下流側の油圧が第２信号圧油路（２１ｂ）を介して導かれる絞り方向作動の第２受圧部（１３ｂ）と、制御圧力に基づいて目標補償差圧を設定する第３受圧部（１３ｃ）とを有し、
　前記制御装置は、前記第３受圧部に前記制御圧力を出力する電磁比例減圧弁と、前記駆動トルク検出装置からの信号を入力するコントローラ（３５）とを有し、
　前記コントローラは、前記アクチュエータ駆動トルクが
増大するにしたがって小さくなり、前記アクチュエータ駆動トルクが前記切替トルクを超えるとゼロとなる目標補償差圧を演算し、この目標補償差圧が得られるよう前記電磁比例減圧弁を制御することを特徴とする建設機械のハイブリッドシステム。
　請求項１記載の建設機械のハイブリッドシステムにおいて、
　前記制御装置は、前記駆動トルク検出装置により検出した前記油圧ポンプの駆動トルクから、前記双方向コンバータから得た前記回転電機装置が発電機として機能するときの発電トルクを減算したトルク値を求め、このトルク値を前記アクチュエータ駆動トルクとして用いることを特徴とする建設機械のハイブリッドシステム。
　請求項１～５のいずれか１項記載の建設機械のハイブリッドシステムにおいて、
　前記駆動トルク検出装置は、前記エンジンの駆動力を前記油圧ポンプに伝達する回転軸（２）に設けられたトルクセンサであることを特徴とする建設機械のハイブリッドシステム。