JP2011017427A

JP2011017427A - ハイブリッド建設機械の制御装置

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Publication number: JP2011017427A
Application number: JP2009164280A
Authority: JP
Inventors: Haruhiko Kawasaki; 治彦川崎; Yoshihiro Egawa; 祐弘江川
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2009-07-10
Filing date: 2009-07-10
Publication date: 2011-01-27
Anticipated expiration: 2029-07-10
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Abstract

【課題】アクチュエータが非作動状態にあるとき、エンジンの駆動力を活用して発電用油圧モータで発電できるようにして、エネルギーロスを抑える。
【解決手段】レギュレータ１は、発電用油圧モータＭの負荷圧と上記メインポンプＭＰの吐出圧との差圧を一定に保つ機能を有し、かつ、コントローラＣは、操作状況検出手段で検出された信号に基づいて、アクチュエータが作動状態にあるか否かを判定する。そして、アクチュエータが非作動状態にあれば、電磁制御弁のソレノイドを励磁する。また、ソレノイドが励磁された電磁パイロット制御弁ＰＶから導かれたパイロット圧に応じて流量制御弁ＦＶが切り換わってメインポンプＭＰの吐出油を発電用油圧モータに供給するとともに、レギュレータは、メインポンプＭと発電用油圧ポンプとの差圧を一定に保つ構成にしている。
【選択図】図１

Description

この発明は、電動モータの動力を利用してサブポンプを回転させるとともに、このサブポンプの吐出流体をメインポンプの吐出側に合流させるロードセンシング機能を有するハイブリッド建設機械の制御装置に関する。

従来から知られているロードセンシング回路を備えた制御装置は、当該回路系統に接続した複数のアクチュエータの最高負荷圧を選択して、その選択された最高負荷圧とメインポンプの吐出圧との差圧が一定に保たれるように、レギュレータがメインポンプの吐出量を制御する。また、個々のアクチュエータには操作弁と圧力補償弁とを接続して、当該アクチュエータの負荷圧の変化にかかわりなく供給流量を一定に保てるように制御している。

特開２００４−１９７８２５号公報

上記のように従来の装置では、各アクチュエータが非作動状態にあるときにも、エンジンは常に回転している。そのために、アクチュエータの非作動時には、エンジンがほとんど仕事をしていないにもかかわらずエネルギーを消費していることになるので、その分、エネルギーロスが大きくなるという問題があった。
この発明の目的は、アクチュエータが非作動状態にあるとき、エンジンを有効に活用してエネルギー効率を上げるハイブリッド建設機械の制御装置を提供することである。

この発明は、エンジンの駆動力で回転する可変容量型のメインポンプと、このメインポンプの傾転角を制御するレギュレータと、メインポンプに接続するとともに、複数のアクチュエータに対応した複数の操作弁と、これら各アクチュエータの最高負荷圧をレギュレータに導く負荷圧導入ラインとを有するロードセンシング回路を備え、上記レギュレータは、上記メインポンプの最大容量の範囲内でポンプ吐出圧と負荷圧導入ラインに導かれたロードセンシング回路の最高負荷圧との差圧を一定に保つ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。

上記の装置を前提にしつつ、第１の発明は、上記操作弁を操作しているか否かを検出する操作状況検出手段と、発電機に連係した発電用油圧モータと、上記メインポンプと発電用油圧モータとの間に設けるとともに、パイロット室に導かれるパイロットの圧の作用で開度が制御される流量制御弁と、この流量制御弁のパイロット室に作用させるパイロット圧を制御する電磁パイロット制御弁と、上記電磁パイロット制御弁を制御するコントローラとを備えている。

そして、上記レギュレータは、発電用油圧モータの負荷圧と上記メインポンプの吐出圧との差圧を一定に保つ機能を有し、かつ、上記コントローラは、上記操作状況検出手段で検出された信号に基づいて、上記アクチュエータが作動状態にあるか否かを判定するとともに、アクチュエータが非作動状態にあれば、上記電磁パイロット制御弁のソレノイドを励磁する一方、ソレノイドが励磁された電磁パイロット制御弁から導かれたパイロット圧に応じて上記流量制御弁が切り換わって上記メインポンプの吐出油を発電用油圧モータに供給するとともに、上記レギュレータは、メインポンプと発電用油圧ポンプとの差圧を一定に保つ。

第２の発明は、上記発電機にはバッテリーを接続し、発電機で発電された電力をこのバッテリーに充電する一方、上記コントローラは、このバッテリーに接続してその充電量を検出する機能を備え、バッテリーの充電量に応じて、上記電磁パイロット制御弁のソレノイド電流を制御するものである。

第１の発明によれば、アクチュエータが非作動状態にあるとき、エンジンの駆動力を活用して発電用油圧モータで発電させられるので、従来のようなエネルギーロスを抑えることができる。
第２の発明によれば、発電用油圧モータで発電した電力をバッテリーに充電するとともに、このバッテリーの充電状況に応じて、発電用油圧モータに供給する流量を制御できるので、より効率的な充電を実施することができる。

この発明の実施形態である回路図である。フローチャート図である。フローチャート図である。アシスト流量と差圧との関係を示したグラフである。フローチャート図である。

図示の実施形態は、図１に示したように、従来公知のロードセンシング回路ＬＳを備えたパワーショベルに関するものである。
そして、上記ロードセンシング回路ＬＳは、可変容量型のメインポンプＭＰに接続しているが、このメインポンプＭＰはエンジンＥの駆動力で回転するもので、このメインポンプＭＰにはその傾転角を制御するレギュレータ１を設けている。
上記レギュレータ１には、吐出圧導入ライン２を介してメインポンプＭＰの吐出圧が導かれるとともに、負荷圧導入ライン３を介してロードセンシング回路ＬＳの最高負荷圧が導かれるようにしている。
このようにしたレギュレータ１は、上記吐出圧と最高負荷圧との差圧が一定に保たれるようにメインポンプＭＰの傾転角を制御するものである。

すなわち、上記ロードセンシング回路ＬＳには、走行用モータを制御する操作弁Ｖ１，Ｖ２、ブームシリンダＢＣを制御する操作弁Ｖ３、アームシリンダを制御する操作弁Ｖ４、バケットシリンダを制御する操作弁Ｖ５および旋回モータＲＭを制御する操作弁Ｖ６を設けているが、これら各操作弁Ｖ１〜Ｖ６は、パラレル通路ａを介してメインポンプＭＰに対して並列に接続している。そして、これら各操作弁Ｖ１〜Ｖ６には、圧力補償弁Ｃ１〜Ｃ６を接続している。これら圧力補償弁Ｃ１〜Ｃ６は、当該操作弁Ｖ１〜Ｖ６に接続したアクチュエータの負荷圧の変化にかかわりなく一定の流量が供給されるように制御するものである。また、当該ロードセンシング回路ＬＳには高圧選択弁ＣＨ１〜ＣＨ５を設け、上記各操作弁Ｖ１〜Ｖ６に接続したアクチュエータの最高負荷圧を上記レギュレータ１に導くようにしている。

ただし、この実施形態では、ロードセンシング回路ＬＳにおける最終的な高圧選択弁ＣＨ１のさらに下流側に、後で詳しく説明する発電用油圧モータＭの負荷圧と、上記ロードセンシング回路ＬＳの最高負荷圧との高い方の圧力を選択する高圧選択弁ＣＨ６を設けている。
また、上記吐出圧導入ライン２は、圧力センサーＰＳ１および第１パイロットライン４を介してコントローラＣに接続し、負荷圧導入ライン３は、圧力センサーＰＳ２および第２パイロットライン５を介してコントローラＣに接続している。したがって、コントローラＣは、メインポンプＭＰの吐出圧と、高圧選択弁ＣＨ６で選択された最高負荷圧との差圧を検出することができる。
なお、図中符号６はエンジンＥの回転力で発電するジェネレータで、エンジンＥの余剰出力で発電するものである。

次に、発電機ＭＧに連係した発電用油圧モータＭについて説明する。この発電用油圧モータＭは、可変容量型であってその傾転角を傾角制御器７で制御される。そして、発電用油圧モータＭは、接続用通路８、流量制御弁ＦＶおよび合流通路９を介してメインポンプＭＰに連通している。

上記のようにした流量制御弁ＦＶは、２位置に切り換え可能にしたもので、その一方にスプリング１０のばね力を作用させ、他方にはパイロット室１１を設けている。そして、通常はスプリング１０のばね力の作用で図示のノーマル位置を保つが、このノーマル位置においては、メインポンプＭＰと発電用油圧モータＭとの連通を遮断する。
一方、パイロット室１１にパイロット圧が作用したときには、流量制御弁ＦＶが切り換わるが、この切り換え位置においては、メインポンプＭＰと発電用油圧モータＭとを、上記合流通路９を介して連通させる。しかも、この流量制御弁ＦＶは、上記パイロット室１１に作用するパイロット圧に応じて、その連通開度が制御されるものである。

そして、上記パイロット室１１に作用するパイロット圧を制御するのが、電磁パイロット制御弁ＰＶである。この電磁パイロット制御弁ＰＶは、コントローラＣに接続したソレノイドを励磁することによって切り換わるもので、図示のノーマル位置では上記パイロット室１１をタンクＴに連通させ、ソレノイドを励磁したときには、パイロットポンプＰＰの吐出圧を上記パイロット室１１に導くものである。そして、この電磁パイロット制御弁ＰＶは、その励磁電流に応じて開度が制御され、その結果として流量制御弁ＦＶの上記パイロット室１１に作用する圧力を制御する。
したがって、上記電磁パイロット制御弁ＰＶの励磁電流をコントローラＣで制御することによって、流量制御弁ＦＶの開度が制御されることになる。

なお、図中符号１２は上記合流通路８と流量制御弁ＦＶとの間に設けたチェック弁で、メインポンプＭＰから発電用油圧モータＭへの流れのみを許容するものである。
そして、上記チェック弁１２と流量制御弁ＦＶとの間に発生する圧力は、高圧選択弁ＣＨ６に導かれるようにしている。
したがって、ロードセンシング回路ＬＳのアクチュエータを動作せず、発電用油圧モータＭのみを駆動しているときには、高圧選択弁ＣＨ６で発電用油圧モータＭの負荷圧が選択されるとともに、レギュレータ１は、上記発電用油圧モータＭの負荷圧とメインポンプＭＰの吐出圧との差圧が一定になるように制御することになる。

上記のようにした発電用油圧モータＭには発電機ＭＧを連係するとともに、この発電機ＭＧはインバータＩを介してバッテリー１３に接続しているが、このバッテリー１３はコントローラＣに接続している。したがって、コントローラＣは、バッテリー１３の充電状況を把握することができる。

また、上記ロードセンシング回路ＬＳの各操作弁Ｖ１〜Ｖ６には、その操作状況を検出する図示していない操作状況検出手段を設け、この操作状況検出手段で検出した信号をコントローラＣに入力するようにしている。したがって、コントローラＣは、操作弁が中立位置にあるか否か、すなわち、それら操作弁Ｖ１〜Ｖ６に接続したアクチュエータが作動状態にあるか、非作動状態にあるかを判定できる。

次に、上記発電用油圧モータＭを利用して発電機ＭＧに発電させる場合についての制御フローを図２にしたがって説明する。図２に示すように、コントローラＣは、上記操作状況検出手段を介して各操作弁Ｖ１〜Ｖ６に接続したアクチュエータの作動状態を検出する（ステップＳ１）。そして、いずれかの操作弁が中立位置以外の位置に切り換えられていれば、コントローラＣは、いずれかのアクチュエータが作業中と判定して通常のロードセンシング制御を実行する（ステップＳ２）。

上記ステップＳ２において、すべての操作弁Ｖ１〜Ｖ６が中立位置にあるとコントローラＣが判定したときにはステップＳ４に移行し、オペレータから発電要求があったかどうかを判定する。なお、オペレータの発電要求は、例えばオペレータが発電要求用のスイッチを操作したかどうかで判定される。

上記ステップＳ４においてオペレータからの発電要求がなければ、コントローラＣは、ステップ５に移行して電磁パイロット制御弁ＰＶのソレノイドを非励磁状態にし、電磁パイロット制御弁ＰＶを図示のノーマル位置に保持する。電磁パイロット制御弁ＰＶがノーマル位置に保持されれば、流量制御弁ＦＶのパイロット室１１がタンクＴに連通するので、流量制御弁ＦＶも図示のノーマル位置を保ち、メインポンプＭＰと発電用油圧モータＭとの連通を遮断する。したがって、オペレータからの発電要求がなければ、発電用油圧モータＭが駆動せず、発電機ＭＧも作動しない。

上記ステップＳ４においてオペレータからの発電要求があれば、コントローラＣは、ステップＳ６に移行して、バッテリー１３の充電状態を検出し、それがフル充電近傍のときには、再びステップＳ５に移行して、上記したようにメインポンプＭＰと発電用油圧モータＭとの連通を遮断する。つまり、発電機ＭＧを作動させない。

上記ステップＳ６において、バッテリー１３がフル充電近傍態にないとコントローラＣが判定したら、ステップＳ７に移行して再びバッテリー１３の充電状態を検出し、その充電量の多少を判定する。なお、充電量の多少の判定基準は、コントローラＣにあらかじめ記憶されているものである。
そして、上記充電量が多いと判定したら、コントローラＣは、現状の充電量を基準にして必要充電量を演算するとともに、その必要充電量に応じたポンプ吐出量を決定する（ステップＳ８）。すなわち、この場合には、発電用油圧モータＭに供給するメインポンプＭＰの吐出量を少なく設定する。

そして、コントローラＣは、ステップＳ９に移行し、上記演算した流量に見合う流量を確保するために、電磁パイロット制御弁ＰＶのソレノイドの励磁電流を制御する。この電磁パイロット制御弁ＰＶで制御されたパイロット圧が流量制御弁ＦＶのパイロット室１１に作用すれば、流量制御弁ＦＶは、上記演算した必要流量に応じた開度を維持する。
上記のように流量制御弁ＦＶの開度が維持されれば、上記レギュレータ１には、メインポンプＭＰの吐出圧と、高圧選択弁ＣＨ６で選択された発電用油圧モータＭの負荷圧とが作用するとともに、レギュレータ１は、上記流量制御弁ＦＶで特定された開度に応じた流量を確保するために、上記吐出圧と負荷圧との差圧を一定に保つように機能する（ステップＳ１０）。

また、上記ステップＳ７において、上記充電量が少ないとコントローラＣが判定したら、コントローラＣは、現状の充電量を基準にして必要充電量を演算するとともに、その必要充電量に応じたポンプ吐出量を決定する（ステップＳ１１）。すなわち、この場合には、発電用油圧モータＭに供給するメインポンプＭＰの吐出量を多く設定する。
そして、コントローラＣは、ステップＳ９に移行して、上記したと同様の制御を実行する（ステップＳ１０）。

以上のようにこの実施形態によれば、ロードセンシング回路ＬＳ側のアクチュエータを非作動状態に維持しているときのエンジンＥの駆動力を利用し、メインポンプＭＰを積極的に回転させて発電することができるので、エネルギーロスを抑えることができる。

次に、メインポンプ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、上記発電機ＭＧを電動モータとして利用し、それを駆動源として回転するが、この電動モータとしての発電機ＭＧの駆動力によって、上記発電用油圧モータＭも同軸回転する構成にしているが、このときの発電用油圧モータには発電機能は発揮されない。そこで、以下には発電用油圧モータＭを単に油圧モータＭと表現する。そして、上記発電機ＭＧにはインバータ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で電動モータとしての発電機ＭＧの回転数等を制御できるようにしている。

上記のようにした油圧モータＭおよびサブポンプＳＰの傾転角は傾角制御器７，１４で制御されるが、これら傾角制御器７，１４は、コントローラＣの出力信号で制御されるものである。
また、上記サブポンプＳＰは合流通路９に接続しているが、サブポンプＳＰはこの合流通路９を介してメインポンプＭＰの吐出側に連通するものである。そして、この合流通路９には、サブポンプＳＰからメインポンプＭＰの吐出側への流通のみを許容するチェック弁１５を設けている。

さらに、前記した旋回モータＲＭは、通路１６，１７を介して上記旋回モータ制御用の操作弁に接続しているが、両通路１６，１７のそれぞれにはブレーキ弁１８，１９を接続している。そして、旋回モータ制御用の操作弁を中立位置に保っているときには、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制御用の操作弁を例えば一方の方向に切り換えると、上記一方の通路１６がメインポンプＭＰに接続され、他方の通路１７がタンクに連通する。したがって、通路１６から圧力流体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からの戻り流体が通路１７を介してタンクに戻される。
旋回モータ制御用の操作弁を上記とは反対方向に切り換えると、今度は、通路１７にメインポンプＭＰからの吐出流体が供給され、通路１６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１８あるいは１９がリリーフ弁の機能を発揮し、通路１６，１７が設定圧以上になったとき、ブレーキ弁１８，１９が開弁して高圧側の通路の圧力を設定圧以内に制御する。また、旋回モータＲＭを回転している状態で、旋回モータ制御用の操作弁を中立位置に戻せば、当該操作弁は閉じられるが、このように操作弁が閉じられても、旋回モータＲＭはその慣性エネルギーで回転し続け、当該旋回モータＲＭがポンプ作用をする。この時には、通路１６，１７、旋回モータＲＭ、ブレーキ弁１８あるいは１９で閉回路が構成されるとともに、ブレーキ弁１８あるいは１９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。

また、ブーム制御用の操作弁を中立位置から一方の方向に切り換えると、メインポンプＭＰからの圧力流体は、通路２０を経由してブームシリンダＢＣのピストン側室２１に供給されるとともに、そのロッド側室２２からの戻り流体は通路２３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。
反対に、ブーム制御用の操作弁を上記とは反対方向に切り換えると、メインポンプＭＰからの圧力流体は、通路２３を経由してブームシリンダＢＣのロッド側室２２に供給されるとともに、そのピストン側室２１からの戻り流体は通路２０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。
上記のようにしたブームシリンダＢＣのピストン側室２１とブーム制御用の操作弁とを結ぶ通路２０には、コントローラＣで開度が制御される比例電磁弁２４を設けている。なお、この比例電磁弁２４はそのノーマル状態で全開位置を保つようにしている。

一方、前記した油圧モータＭに接続した接続用通路８は、導入通路２５およびチェック弁２６，２７を介して、旋回モータＲＭに接続した通路１６，１７に接続している。しかも、上記導入通路２５にはコントローラＣで開閉制御される電磁切換弁２８を設けるとともに、この電磁切換弁２８とチェック弁２６，２７との間に、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２９を設け、この圧力センサー２９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、導入通路２５であって、旋回モータＲＭから接続用通路８への流れに対して、上記電磁切換弁２８よりも下流側となる位置には、安全弁３０を設けているが、この安全弁３０は、例えば電磁切換弁２８など、接続用通路８系統に故障が生じたとき、通路１６，１７の圧力を維持して旋回モータＲＭがいわゆる逸走するのを防止するものである。
さらに、ブームシリンダＢＣと上記比例電磁弁２４との間には、接続用通路８に連通する導入通路３１を接続するとともに、この導入通路３１にはコントローラＣで制御される電磁開閉弁３２を設けている。なお、この電磁開閉弁３２はノーマル状態で閉位置を保つようにしている。
上記のように油圧モータＭは、導入通路２５，３１及び接続用通路８を介して、旋回モータＲＭ及びブームシリンダＢＣのそれぞれに連通しているので、それら両アクチュエータから供給される圧力流体でこの油圧モータＭを回転させることができる。

なお、前記ジェネレータ６が発電した電力は、バッテリーチャージャー３３を介してバッテリー１３に充電される。また、バッテリーチャージャー３３は、通常の家庭用の電源３４に接続した場合にも、バッテリー１３に電力を充電できるようにしている。つまり、このバッテリーチャージャー３３は、当該装置とは別の独立系電源にも接続可能にしたものである。

次に、上記実施形態の作用を、コントローラＣの機能とともに図３に示したフローチャート図に基づいて説明する。
上記コントローラＣは、次の機能を備えている。すなわち、当該メインポンプＭＰの最大容量、例えば定格容量をあらかじめ記憶するとともに、メインポンプＭＰの傾転角からその吐出量を演算する機能を備えている。また、図４に示すようにサブポンプＳＰの最大アシスト流量Ｑmaxを予め記憶し、この最大アシスト流量Ｑmaxの範囲内で、サブポンプＳＰのアシスト流量Ｑを制御する。このように最大アシスト流量Ｑmaxの範囲内でサブポンプＳＰの吐出量を制御するが、そのアシスト流量Ｑは、サブポンプＳＰの傾転角や発電機ＭＧの回転数などによって決まる。そして、コントローラＣは、サブポンプＳＰの傾転角や発電機ＭＧの回転数を制御するが、どのような制御をするのが最も効率的かを判断して、サブポンプＳＰの傾転角やモータとして使用する発電機ＭＧの回転数を制御するようにしている。

上記のようにしたコントローラＣは、先ず、メインポンプＭＰの傾転角から、当該ポンプＭＰの吐出量を読み込む（ステップｓ１）とともに、その吐出量があらかじめ定めた最大容量を超えているか否かを判定する（ステップｓ２）。
メインポンプＭＰの吐出量が、上記最大容量を超えていなければ、言い換えれば、最大容量以内なら、コントローラＣは、メインポンプＭＰが、ロードセンシング回路ＬＳの要求流量を吐出する余力があるものと判断して、サブポンプＳＰのアシスト流量Ｑをゼロに設定する（ステップｓ３）。なお、サブポンプＳＰのアシスト流量Ｑをゼロにするためには、発電機ＭＧを回転させながら、コントローラＣが傾角制御器１４を制御してサブポンプＳＰの傾転角をゼロにしてもよいし、コントローラＣがインバータＩを制御してモータとして使用する発電機ＭＧの回転を停止してもよい。

モータとしての発電機ＭＧの回転を止める場合には、消費電力を節約できるという効果があり、発電機ＭＧを回転し続けた場合には、サブポンプＳＰおよび油圧モータＭも回転し続けるので、当該サブポンプＳＰおよび油圧モータＭの起動時のショックを少なくできるという効果がある。いずれにしても、発電機ＭＧを止めるかあるいは回転し続けるかは、当該建設機械の用途や使用状況に応じて決めればよいことである。

メインポンプＭＰの吐出量が上記最大容量に達している場合には、コントローラＣは、ロードセンシング回路ＬＳの要求流量がメインポンプＭＰの能力を超えているものと判定して、そのときのサブポンプＳＰの吐出量を制御する（ステップｓ４）。
このときのサブポンプＳＰの吐出量は、図４に示すように、メインポンプＭＰの吐出圧Ｐ_Ｐとロードセンシング回路ＬＳの最高負荷圧Ｐ_Ｌとの差圧に応じて制御される。すなわち、コントローラＣは、圧力センサーＰＳ１，ＰＳ２から入力した圧力信号に基づいて、上記吐出圧Ｐ_Ｐと最高負荷圧Ｐ_Ｌとの差を演算する。

上記の差圧があらかじめ設定した大きさを維持していれば、コントローラＣは、メインポンプＭＰがある程度の余力があるもの判定して、アシスト流量Ｑをゼロに設定する。
そして、上記差圧が小さくなるにしたがって、コントローラＣは、ロードセンシング回路ＬＳの要求流量に対してメインポンプＭＰの余力が小さくなっていくものとして、サブポンプＳＰによるアシスト流量を増やしていく。

なお、図４において、差圧が小さい一定の範囲内において最大アシスト流量Ｑmaxを維持するようにしたが、これは差圧が小さい一定範囲では、なるべく多くのアシスト流量を確保するようにしたものである。ただし、このような配慮が不要であれば、差圧ゼロのときに最大アシスト流量Ｑmaxとし、そこから差圧が大きくなるにしたがってアシスト流量ＱをＱminに近づけるようにしてもよい。

上記のようにステップｓ４でサブポンプＳＰのアシスト流量Ｑが設定されたら、ステップｓ５，ｓ６に進み、モータとしての発電機ＭＧの出力が所定の範囲を超えないようにパワー制御値を設定するとともに、発電機ＭＧが所定のトルクを超えないようにトルク制御値を設定する。
そして、上記アシスト流量Ｑ、パワー制御値およびトルク制御値に基づいて、コントローラＣは、サブポンプＳＰの傾転角やモータとしての発電機ＭＧの回転数を制御する（ステップｓ７）。

このようにした実施形態では、メインポンプＭＰの吐出量が最大容量に達したとき、当該メインポンプＭＰの余力がないものと判断して、サブポンプＳＰによるアシストを開始する。しかも、サブポンプＳＰのアシスト流量Ｑは、メインポンプＭＰの吐出圧Ｐ_Ｐとロードセンシング回路ＬＳの最高負荷圧Ｐ_Ｌとの差に応じて制御するようにしたので、サブポンプＳＰのアシスト流量を必要以上に大きくすることがなく、その分、省エネルギーを達成できる。

なお、上記実施形態では、サブポンプＳＰのアシスト流量Ｑを、メインポンプＭＰの吐出圧Ｐ_Ｐとロードセンシング回路ＬＳの最高負荷圧Ｐ_Ｌとの差に基づいてのみ制御するようにしたが、例えば、図５に示すようにエンジンＥの回転数に応じて、エンジン高回転モードとエンジン低回転モードとの２種類のモードに基づいて制御するようにしてもよい。
つまり、図５は、エンジンＥが高回転のときには、アシスト流量Ｑを相対的に多くし、エンジンＥが低回転のときには、アシスト流量Ｑを相対的に少なくする制御である。

例えば、パワーショベルなどの場合には、エンジンＥの回転数は、オペレータの設定量で決まる。したがって、オペレータがエンジンＥを高回転させているときには、メインポンプＭＰの吐出量を多く要求していることになる。このようなときには、コントローラＣがエンジン高回転モードを選択し、サブポンプＳＰのアシスト流量Ｑを相対的に多くする。

一方、オペレータがエンジンＥの回転数を低くしているときには、ショベル等を微妙に動かす精巧な制御を求めている場合が多い。このように精巧な制御をしているときに、アシスト流量Ｑを多くすると、操作弁をわずかに操作しただけで多くの流量が流れてしまう。そのために実際には精巧な制御が難しくなってしまう。
上記のような問題を解消するために、コントローラＣがエンジンＥの回転数を検出して、その回転数に応じて、図５に示すように、エンジン高回転モードとエンジン低回転モードとを選択できるようにしたものである。つまり、エンジン低回転モードを選択したときには、上記した精巧な制御ができるようにしたものである。

次に、旋回モータＲＭあるいはブームシリンダＢＣの圧力流体を利用して油圧モータＭを回転させる場合について説明する。
上記旋回モータＲＭが旋回している最中に旋回モータ用の操作弁を中立位置に切り換えると、前記したように通路１６，１７間で閉回路が構成されるとともに、ブレーキ弁１８あるいは１９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２９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１８，１９の設定圧よりも少し低い圧力を検出したとき、電磁切換弁２８を閉位置から開位置に切り換える。このように電磁切換弁２８が開位置に切り換れば、旋回モータＲＭに導かれた圧力流体は、導入通路２５に流れるとともに安全弁３０および接続用通路８を経由して油圧モータＭに供給される。

このときコントローラＣは、圧力センサー２９からの圧力信号に応じて、油圧モータＭ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１６あるいは１７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１６あるいは１７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は油圧モータＭ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２９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、油圧モータＭの傾転角を制御する。

上記のようにして油圧モータＭが回転力を得れば、その回転力は、同軸回転する発電機ＭＧに作用するが、この油圧モータＭの回転力は、電動モータとしての発電機ＭＧに対するアシスト力として作用する。したがって、油圧モータＭの回転力の分だけ、発電機ＭＧの消費電力を少なくすることができる。
また、上記油圧モータＭ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、油圧モータＭ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８に流入する流体圧はポンプ吐出圧よりも低い場合が多い。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、油圧モータＭ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、上記油圧モータＭ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、油圧モータＭ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、油圧モータＭ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、油圧モータＭ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からの流体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、油圧モータＭの傾転角は、上記したように通路１６，１７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からの流体を利用する場合には、油圧モータＭの傾転角は必然的に決められることになる。このように油圧モータＭ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、上記接続用通路８、導入通路２５の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２９からの圧力信号に基づいてコントローラＣは、電磁切換弁２８を閉じて、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８に流体の漏れが生じたときには、安全弁３０が機能して通路１６，１７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と油圧モータＭとの関係を説明する。ブームシリンダＢＣを作動させるためにその操作弁を操作すると、当該操作弁に設けた図示していないセンサーによって、上記操作弁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２４をノーマル状態に保つ。言い換えると、比例電磁弁２４を全開位置に保つ。

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、当該操作弁の操作量に応じて、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２４を閉じて、電磁開閉弁３２を開位置に切り換える。
上記のように比例電磁弁２４を閉じて電磁開閉弁３２を開位置に切り換えれば、ブームシリンダＢＣの戻り流体の全量が油圧モータＭに供給される。しかし、油圧モータＭ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、上記操作弁の操作量、油圧モータＭの傾転角や発電機ＭＧの回転数などをもとにして、油圧モータＭ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２４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、油圧モータＭに流体が供給されると、油圧モータＭが回転するとともに、その回転力は、電動モータとしての発電機ＭＧに作用するが、この油圧モータＭの回転力は、電動モータとしての発電機ＭＧに対するアシスト力として作用する。したがって、油圧モータＭ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、電動モータとしての発電機ＭＧに対して電力を供給せず、上記油圧モータＭ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、油圧モータＭ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。

次に、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からの流体と、ブームシリンダＢＣからの戻り流体とが、接続用通路８で合流して油圧モータＭに供給される。

このとき、接続用通路８の圧力が上昇すれば、それにともなって導入通路２５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２６，２７があるので、旋回モータＲＭには影響を及ぼさない。
また、前記したように導入通路２５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２９からの圧力信号に基づいて電磁切換弁２８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油圧モータＭの傾転角を決めればよい。

なお、上記のようにチェック弁１５を設けたので、例えば、サブポンプＳＰおよび油圧モータＭ系統が故障した場合に、メインポンプＭＰ系統と、サブポンプＳＰおよび油圧モータＭ系統とを切り離すことができる。特に、電磁切換弁２８および電磁開閉弁３２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２４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、上記のようにメインポンプＭＰ系統と、サブポンプＳＰおよび油圧モータＭ系統とを切り離すことができる。

この発明は、パワーショベルに用いるのに最適である。

ＭＰメインポンプ
ＬＳロードセンシング回路
Ｅエンジン
１レギュレータ
３負荷圧導入ライン
Ｃコントローラ
ＦＶ流量制御弁
Ｖ１〜Ｖ６操作弁
ＭＧ発電機
Ｍ発電用油圧モータ
ＰＶ電磁パイロット制御弁

Claims

エンジンの駆動力で回転する可変容量型のメインポンプと、このメインポンプの傾転角を制御するレギュレータと、メインポンプに接続するとともに、複数のアクチュエータに対応した複数の操作弁と、これら各アクチュエータの最高負荷圧をレギュレータに導く負荷圧導入ラインとを有するロードセンシング回路を備え、上記レギュレータは、上記メインポンプの最大容量の範囲内でポンプ吐出圧と負荷圧導入ラインに導かれたロードセンシング回路の最高負荷圧との差圧を一定に保つハイブリッド建設機械の制御装置において、上記操作弁を操作しているか否かを検出する操作状況検出手段と、発電機に連係した発電用油圧モータと、上記メインポンプと発電用油圧モータとの間に設けるとともに、パイロット室に導かれるパイロットの圧の作用で開度が制御される流量制御弁と、この流量制御弁のパイロット室に作用させるパイロット圧を制御する電磁パイロット制御弁と、上記電磁パイロット制御弁を制御するコントローラとを備え、上記レギュレータは、発電用油圧モータの負荷圧と上記メインポンプの吐出圧との差圧を一定に保つ機能を有し、かつ、上記コントローラは、上記操作状況検出手段で検出された信号に基づいて、上記アクチュエータが作動状態にあるか否かを判定するとともに、アクチュエータが非作動状態にあれば、上記電磁パイロット制御弁のソレノイドを励磁する一方、ソレノイドが励磁された電磁パイロット制御弁から導かれたパイロット圧に応じて上記流量制御弁が切り換わって上記メインポンプの吐出油を発電用油圧モータに供給するとともに、上記レギュレータは、メインポンプと発電用油圧ポンプとの差圧を一定に保つ構成にしたハイブリッド建設機械の制御装置。
上記発電機にはバッテリーを接続し、発電機で発電された電力をこのバッテリーに充電する一方、上記コントローラは、このバッテリーに接続してその充電量を検出する機能を備え、バッテリーの充電量に応じて、上記電磁パイロット制御弁のソレノイド電流を制御する請求項１記載のハイブリッド建設機械の制御装置。