(57)【要約】【課題】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にする。【解決手段】ハイブリッド建設機械の制御システム１００は、作動流体をアクチュエータへ給排する操作弁１〜５、１４〜１７を有する回路系統Ｓ１、Ｓ２と、メイン通路６、１８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８、１９と、メイン通路６、１８のメインポンプＭＰ１、ＭＰ２と操作弁１〜５、１４〜１７との間から分岐する回生通路５５、５６と、回生通路５５、５６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Ｍと、回生通路５５、５６を開閉可能な回生通路切換弁５７、５８と、メイン通路６、１８の作動流体圧がメインリリーフ圧より低い設定圧に達した場合、回生通路切換弁５７、５８を開位置に切り換え制御するコントローラＣと、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項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を有する回路系統と、
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分岐する回生通路と、
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、
前記回生通路を開閉可能な回生通路切換弁と、
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、前記回生通路切換弁を開位置に切り換え制御するコントローラと、
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。
【請求項２】
前記コントローラは、前記回生通路切換弁を開位置に切り換え制御しているとき、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。
【請求項３】
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接続され、前記パイロット圧を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と、
前記メイン通路における前記操作弁と前記パイロットリリーフ弁との間に介装され、前記メイン通路を開閉可能なメイン通路切換弁と、
をさらに備え、
前記コントローラは、前記回生通路切換弁を開位置に切り換え制御しているとき、前記メイン通路切換弁を閉位置に切り換え制御する、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のハイブリッド建設機械の制御システム。
【請求項４】
前記回路系統は、２つの回路系統から構成され、
前記回生モータと連動して回転することで作動流体をアシスト通路を介して前記メイン通路に供給するアシストポンプと、
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２つの回路系統の少なくとも一方の前記メイン通路に供給するアシスト切換弁と、
をさらに備え、
前記アシスト切換弁は、前記２つの回路系統の前記メイン通路のうち作動流体圧が高い方の前記メイン通路に前記アシストポンプから供給される作動流体がより多く流れるように切り換わる、
ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のハイブリッド建設機械の制御システム。
【請求項５】
前記アクチュエータの少なくとも１つは、負荷側圧力室への作動流体の供給によって伸長して負荷を上昇させ、前記負荷側圧力室からの作動流体の排出によって収縮して前記負荷を下降させる流体圧シリンダであり、
前記回生モータは、前記負荷側圧力室から排出される作動流体によって回転する、
ことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載のハイブリッド建設機械の制御システム。
【請求項６】
前記アシスト切換弁は、前記２つの回路系統の一方の前記メイン通路の作動流体圧と他方の前記メイン通路の作動流体圧とをパイロット圧として切り換わり、
両パイロット圧は、前記アシスト切換弁の切り換わり動作を減衰させる減衰用絞りを介して前記アシスト切換弁に導かれる、
ことを特徴とする請求項４に記載のハイブリッド建設機械の制御システム。
【請求項７】
前記メイン通路の作動流体圧を検出する圧力検出器と、
前記回生通路切換弁を開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を開閉可能な電磁切換弁と、
をさらに備え、
前記コントローラは、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、前記電磁切換弁を開位置に切り換え制御する、
ことを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載のハイブリッド建設機械の制御システム。
【請求項８】
前記回路系統は、２つの回路系統から構成され、
一方の回路系統の前記メイン通路における前記メイン通路切換弁の上流側と他方の回路系統の前記操作弁とを接続する接続通路をさらに備え、
前記他方の回路系統の前記操作弁を切り換えるためのパイロット圧によって前記メイン通路切換弁が閉位置に切り換わると、前記一方の回路系統の前記メイン通路の作動流体が前記接続通路を介して前記他方の回路系統の前記操作弁に供給される、
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
特許文献１には、ブームシリンダと旋回モータとを備え、ブーム下げ時や旋回作業時にブームシリンダ及び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ことが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２８７７４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、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。
【０００６】
本発明は、このような技術的課題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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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を有する回路系統と、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、メイン通路のメインポンプと操作弁との間から分岐する回生通路と、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、回生通路を開閉可能な回生通路切換弁と、メイン通路の作動流体圧がメインリリーフ圧より低い設定圧に達した場合、回生通路切換弁を開位置に切り換え制御するコントローラと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、アクチュエータの作動中に、メイン通路の作動流体圧がメインリリーフ圧より低い設定圧に達した場合、回生通路切換弁が開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。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係るハイブリッド建設機械の制御システムを示す回路図である。
【図２】本発明の実施形態に係るハイブリッド建設機械の制御システムの変形例を示す回路図である。
【図３】本発明の実施形態に係るハイブリッド建設機械の制御システムの変形例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【００１１】
初めに、第１実施形態について説明する。
【００１２】
図１は、本実施形態におけるハイブリッド建設機械の制御システム１００を示す回路図である。
【００１３】
ハイブリッド建設機械は例えば油圧ショベル等であり、作動流体としての作動油を吐出する第１メインポンプＭＰ１及び第２メインポンプＭＰ２と、第１メインポンプＭＰ１から作動油が供給される第１回路系統Ｓ１と、第２メインポンプＭＰ２から作動油が供給される第２回路系統Ｓ２と、を備える。
【００１４】
第１メインポンプＭＰ１及び第２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し、斜板の傾転角が調整可能な可変容量型ポンプである。
【００１５】
第１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（図示せず）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２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（図示せず）を制御する操作弁４と、左走行用である第１走行用モータ（図示せず）を制御する操作弁５と、を有する。
【００１６】
各操作弁１〜５は、第１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。
【００１７】
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１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の最低作動圧を十分に確保できる程度に高く設定される。
【００１８】
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。
【００１９】
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、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。
【００２０】
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１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ので、高いパイロット圧が生成される。
【００２１】
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１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に導かれるので、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。
【００２２】
絞り９の上流側にはパイロット流路１１が接続され、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１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。
【００２３】
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１メインポンプＭＰ１の斜板の傾転角を制御して、第１メインポンプＭＰ１の１回転当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１メインポンプＭＰ１の斜板の傾転角が最大になり、１回転当たりの押し除け量が最大になる。
【００２４】
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検出器としての第１圧力センサ１３が設けられる。第１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ので、第１圧力センサ１３によって検出される圧力信号は、第１回路系統Ｓ１の要求流量に比例する。
【００２５】
第２回路系統Ｓ２は、上流側から順に、右走行用である第２走行用モータ（図示せず）を制御する操作弁１４と、バケットシリンダ（図示せず）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（図示せず）を制御するアーム２速用の操作弁１７と、を有する。
【００２６】
各操作弁１４〜１７は、第２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。
【００２７】
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２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２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の最低作動圧を十分に確保できる程度に高く設定される。
【００２８】
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１メインポンプＭＰ１側の絞り９と同じ機能を有する。
【００２９】
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、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。
【００３０】
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２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。
【００３１】
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２メインポンプＭＰ２の斜板の傾転角を制御して、第２メインポンプＭＰ２の１回転当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２メインポンプＭＰ２の斜板の傾転角が最大になり、１回転当たりの押し除け量が最大になる。
【００３２】
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検出器としての第２圧力センサ２４が設けられる。第２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ので、第２圧力センサ２４によって検出される圧力信号は、第２回路系統Ｓ２の要求流量に比例する。
【００３３】
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ようにしている。
【００３４】
次に、旋回モータＲＭについて説明する。
【００３５】
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、操作弁１と旋回モータＲＭとを接続する一対の給排通路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。
【００３６】
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。
【００３７】
操作弁１が一方に切り換わると、給排通路３１が第１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が他方に切り換わると、給排通路３２が第１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。
【００３８】
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。
【００３９】
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、給排通路３１、３２、旋回モータＲＭ及びリリーフ弁３３、３４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。
【００４０】
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、旋回動作時には高圧であった給排通路３１、３２の他方が低圧となり、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。
【００４１】
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。
【００４２】
次に、ブームシリンダＢＣについて説明する。
【００４３】
ブームシリンダＢＣの動作を制御する操作弁１６が中立位置から一方の位置に切り換わると、第２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、ブームシリンダＢＣが伸長する。
【００４４】
一方、操作弁１６が他方の位置に切り換わると、第２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、ブームシリンダＢＣが収縮する。
【００４５】
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２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。
【００４６】
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。
【００４７】
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実行する。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と、各種センサが検出した情報を一時的に記憶するＲＡＭと、を備える。
【００４８】
次に、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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。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、直接連結してもよいし、減速機を介して連結してもよい。
【００５１】
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。
【００５２】
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を遮断し、ソレノイドが励磁したときに開位置に設定され旋回回生通路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。
【００５３】
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。
【００５４】
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、旋回回生通路４３における例えば電磁切換弁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。
【００５５】
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させる。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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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）に設定されブーム回生通路５３を遮断し、ソレノイドが励磁したときに開位置に設定されブーム回生通路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。
【００６１】
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（図示せず）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。
【００６２】
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、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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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ので、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。
【００６８】
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。
【００６９】
さらに、ハイブリッド建設機械の制御システム１００は、中立流路６、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。
【００７０】
第１回路系統Ｓ１の中立流路６における操作弁１より上流側と合流回生通路４６とは、第１回生通路５５によって接続される。第２回路系統Ｓ２の中立流路における操作弁１４の上流側と合流回生通路４６とは、第２回生通路５６によって接続される。第１回生通路５５には、第１回生通路５５を開閉可能な第１回生通路切換弁５７が介装される。第２回生通路５６には、第２回生通路５６を開閉可能な第２回生通路切換弁５８が介装される。
【００７１】
第１回生通路切換弁５７及び第２回生通路切換弁５８は、パイロット室５７ａ、５８ａにパイロット圧が供給されると開位置に切り換わって中立流路６、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閉位置に切り換わって第１回生通路５５及び第２回生通路５６を閉塞する。
【００７２】
第１回生通路切換弁５７のパイロット室５７ａに供給されるパイロット圧は、第１パイロット圧源ＰＰ１から第１パイロット通路５９を通じて供給される。第１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切換弁としての第１電磁比例減圧弁６１が介装される。第１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、ソレノイドが励磁すると第１パイロット圧源ＰＰ１の圧力を減圧して指令値に応じたパイロット圧力を発生し、パイロット圧を第１パイロット通路５９に供給する。ソレノイドが非励磁になると第１パイロット通路５９をタンクＴに連通する。
【００７３】
第２回生通路切換弁５８のパイロット室５８ａに供給されるパイロット圧は、第２パイロット圧源ＰＰ２から第２パイロット通路６０を通じて供給される。第２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切換弁としての第２電磁比例減圧弁６２が介装される。第２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、ソレノイドが励磁すると第２パイロット圧源ＰＰ２の圧力を減圧して指令値に応じたパイロット圧力を発生し、パイロット圧を第２パイロット通路６０に供給する。ソレノイドが非励磁になると第２パイロット通路６０をタンクＴに連通する。
【００７４】
第２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２パイロット通路６０に接続され、第２電磁比例減圧弁６２により第２回生通路切換弁５８にパイロット圧が供給されるとき、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、第２回生通路切換弁５８と連動して動作する。
【００７５】
第１回路系統Ｓ１の中立流路６における第１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１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２回路系統Ｓ２の中立流路１８における第２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２メインポンプＭＰ２の吐出圧）を検出する圧力センサ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。
【００７６】
コントローラＣは、第１回路系統Ｓ１の中立流路６の作動油圧が所定の設定圧に達した場合、第１電磁比例減圧弁６１のソレノイドを励磁させる。これにより、第１回生通路切換弁５７にパイロット圧が供給され第１回生通路切換弁５７が第１回生通路５５を開放する。中立流路６の作動油は第１回生通路５５を通って合流回生通路４６に導かれ、第１回路系統Ｓ１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８のメインリリーフ圧より少しだけ低い圧に設定される。
【００７７】
コントローラＣは、第２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、第２電磁比例減圧弁６２のソレノイドを励磁させる。これにより、第２回生通路切換弁５８にパイロット圧が供給され第２回生通路切換弁５８が第２回生通路５６を開放する。さらに、中立カット弁６３にもパイロット圧が供給され中立カット弁６３が中立流路１８を閉塞する。中立流路１８の作動油は第２回生通路５６を通って合流回生通路４６に導かれ、第２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。
【００７８】
コントローラＣは、第１電磁比例減圧弁６１及び第２電磁比例減圧弁６２の少なくとも一方を開放して余剰流量回生制御を行っているとき、回生している側の中立流路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。
【００７９】
次に、第１メインポンプＭＰ１及び第２メインポンプＭＰ２の出力をアシストするアシストポンプとしてのサブポンプＳＰについて説明する。
【００８０】
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。回生モータＭ及びサブポンプＳＰの斜板の傾転角はレギュレータ６６、６７を介してコントローラＣによって制御される。
【００８１】
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。吐出通路６８は、第１回生通路５５に合流する第１吐出通路６９と、第２回生通路５６に合流する第２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１吐出通路６９及び第２吐出通路７０には、吐出通路６８から第１回生通路５５又は第２回生通路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。
【００８２】
高圧選択切換弁７１は、３ポート３ポジション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には第１回生通路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には第２回生通路５６の作動油が減衰用絞り７５を介して供給される。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のばね力によって、通常はノーマル位置（図１に示す状態）に保持される。
【００８３】
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、吐出通路６８の作動油を第１吐出通路６９及び第２吐出通路７０に按分して供給する。
【００８４】
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、第１切換位置（図１中下側位置）に切り換えられる。これにより、吐出通路６８の作動油が第１回生通路５５により多く供給される。
【００８５】
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、第２切換位置（図１中上側位置）に切り換えられる。これにより、吐出通路６８の作動油が第２回生通路５６により多く供給される。
【００８６】
つまり、高圧選択切換弁７１は、第１回生通路５５と第２回生通路５６とのうち、高圧の方を選択して吐出通路６８の作動油を供給している。なお、一方のパイロット室７１ａ、７１ｂのパイロット圧と他方のパイロット室７１ｂ、７１ａのパイロット圧との差圧が十分に高い場合には、吐出通路６８の作動油の全量が第１回生通路５５と第２回生通路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ようにしてもよい。
【００８７】
電動モータ４７の駆動力でサブポンプＳＰが回転すると、サブポンプＳＰは第１メインポンプＭＰ１及び第２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１メインポンプＭＰ１及び第２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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。
【００９１】
中立流路６、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６、１８に接続される第１回生通路５５又は第２回生通路５６の第１回生通路切換弁５７又は第２回生通路切換弁５８が開位置に切り換わり、第１メインポンプＭＰ１又は第２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。
【００９２】
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が可能であるが、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。
【００９３】
これに対し、本実施形態では、例えばバケットやアームなどが操作されている場合に、中立流路６、１８の作動油圧が設定圧に達した場合、中立流路６、１８内で余剰となる作動油をメインリリーフ弁８、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ので、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。
【００９４】
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６、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２回路系統Ｓ２の中立流路１８には中立カット弁６３が設けられるので、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に導かれるので、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。
【００９５】
さらに、コントローラＣは、第１電磁比例減圧弁６１及び第２電磁比例減圧弁６２の少なくとも一方に指令信号を送っ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。
【００９６】
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ので、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ので、より多くのエネルギを回生することができる。
【００９７】
さらに、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は第１回生通路５５と第２回生通路５６とのうち高圧の方を選択して吐出通路６８の作動油を供給する。これにより、アクチュエータの負荷の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に供給されるので、油圧ショベルの作業速度を確保することができる。
【００９８】
また、高圧選択切換弁７１は、第１回生通路５５と第２回生通路５６とのうち高圧側の通路を選択するので、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、サブポンプＳＰの吐出油を第１回生通路５５と第２回生通路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ので、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。
【００９９】
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ので、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水平押し作業（又は、ならし作業）の場合には、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。
【０１００】
さらに、高圧選択切換弁７１の一方のパイロット室７１ａには第１回生通路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には第２回生通路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が中立位置、第１切換位置及び第２切換位置の間で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。
【０１０１】
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つを示したに過ぎず、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。
【０１０２】
例えば、中立カット弁による中立カット機能を有する既存のコントロールバルブに、上記実施形態の中立カット弁６３を追加する場合、両中立カット弁を共用するようにしてもよい。この場合、図２に示すように、中立流路１８における操作弁１７と中立カット弁６３との間から分岐する接続通路８０が設けられる。接続通路８０は、図２には示していないが第１回路系統Ｓ１の予備用アタッチメントを制御する操作弁４に接続され、予備用アタッチメントに取り付けられるブレーカやクラッシャ等を駆動するための作動油を第２回路系統Ｓ２の中立流路１８から供給する。
【０１０３】
第２パイロット通路６０には、第２パイロット圧源ＰＰ２から中立カット弁６３へのパイロット流体の流れのみを許容するチェック弁８１と、予備用アタッチメントを操作するためのパイロット圧を発生させるパイロット圧源（図示せず）から中立カット弁６３へのパイロット圧の流れのみを許容するチェック弁８２と、が介装される。
【０１０４】
これにより、余剰流量回生制御時にはチェック弁８１を介して中立カット弁６３にパイロット圧が供給され、予備用アタッチメントの操作時には、チェック弁８２を介して中立カット弁６３にパイロット圧が供給される。よって、中立カット弁６３を切り換えるためのパイロット通路を別個に設ける場合と比較して、制御システム１００を簡素化及び小型化することができる。
【０１０５】
さらに、上記実施形態では、第１回生通路５５を開閉する第１回生通路切換弁５７と第２回生通路５６を開閉する第２回生通路切換弁５８とを別個に設けているが、図３のように、これらを一体化して１つの回生通路切換弁９０として形成してもよい。
【０１０６】
図３に示すように、回生通路切換弁９０は、３ポート３ポジションのスプール式の切換弁である。回生通路切換弁９０には、スプールの両端に臨んでパイロット室９０ａ、９０ｂがそれぞれ設けられる。一方のパイロット室９０ａには第１パイロット通路５９の作動油が供給され、他方のパイロット室９０ｂには第２パイロット通路６０の作動油が供給される。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によって中立状態に支持される。回生通路切換弁９０は、センタリングスプリングのばね力によって、通常はノーマル位置（図３に示す状態）に保持される。
【０１０７】
回生通路切換弁９０は、ノーマル位置に保持されている状態では、第１回生通路５５及び第２回生通路５６と合流回生通路４６との連通を遮断する。
【０１０８】
回生通路切換弁９０は、コントローラＣからの指令信号に基づき、第１電磁比例減圧弁６１によって発生したパイロット圧力がパイロット室９０ｂに供給されることにより、第１切換位置（図３中下側位置）に切り換えられる。これにより、第１回生通路５５の作動油が合流回生通路４６に供給される。
【０１０９】
回生通路切換弁９０は、コントローラＣからの指令信号に基づき、第２電磁比例減圧弁６２によって発生したパイロット圧力がパイロット室９０ａに供給されることにより、第２切換位置（図３中上側位置）に切り換えられる。これにより、第２回生通路５６の作動油が合流回生通路４６に供給される。
【０１１０】
このように第１回生通路切換弁５７と第２回生通路切換弁５８とを一体化することで、制御システム１００の機能部品点数を削減して低コスト化することができる。
【０１１１】
さらに、上記実施形態では、第１回路系統Ｓ１の中立流路６に第１回生通路５５を接続し、第２回路系統Ｓ２の中立流路１８に第２回生通路５６を接続して、両回路系統Ｓ１、Ｓ２の中立流路６、１８から余剰流量を回生しているが、回生通路はいずれか一方のみに設けてもよい。
【０１１２】
さらに、上記実施形態では、中立カット弁６３を第２回路系統Ｓ２の中立流路１８に設けているが、第１回路系統Ｓ１の中立流路６に設けてもよいし、両方の中立流路６、１８に設けてもよい。
【０１１３】
さらに、上記実施形態では、第１回生通路切換弁５７、第２回生通路切換弁５８及び中立カット弁６３は、パイロット圧によって切り換え制御されているが、各弁をソレノイドによって駆動される電磁弁とし、コントローラＣからの信号に応じて直接切り換え制御するようにしてもよい。
【符号の説明】
【０１１４】
１〜５      操作弁
６      中立流路（メイン通路）
８      メインリリーフ弁
１３      第１圧力センサ（圧力検出器）
１４〜１７  操作弁
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
２３      レギュレータ
２４      第２圧力センサ（圧力検出器）
３９      ピストン側室（負荷側圧力室）
５５      第１回生通路（回生通路、アシスト通路）
５６      第２回生通路（回生通路、アシスト通路）
５７      第１回生通路切換弁（回生通路切換弁）
５８      第２回生通路切換弁（回生通路切換弁）
５９      第１パイロット通路（パイロット通路）
６０      第２パイロット通路（パイロット通路）
６１      第１電磁比例減圧弁（電磁切換弁）
６２      第２電磁比例減圧弁（電磁切換弁）
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、７５  減衰用絞り
８０      接続通路
１００      ハイブリッド建設機械の制御システム
ＭＰ１      第１メインポンプ（メインポンプ）
ＭＰ２      第２メインポンプ（メインポンプ）
ＢＣ      ブームシリンダ（流体圧シリンダ）
Ｓ１      第１回路系統（回路系統）
Ｓ２      第２回路系統（回路系統）
Ｍ      回生モータ
Ｃ      コントローラ
ＳＰ    サブポンプ（アシストポンプ）
【図１】
2015172428.tif 000003
【図２】
2015172428.tif 000004
【図３】
2015172428.tif 000005