(57)【要約】【課題】ハイブリッド作業機の制御システムをコンパクト化させる。【解決手段】ハイブリッド作業機の制御システム１００は、作動油をブームシリンダＢＣに供給する流体供給源ＭＰ１，ＭＰ２，ＡＰと、ピストン側室２５から排出される作動油のエネルギを回生する回生ユニットＲＵと、伸長位置１７ｄと収縮位置１７ｅとを有するブーム用切換弁１７と、ブーム用切換弁１７が伸長位置１７ｄにあるときに作動油をピストン側室２５へ導く増速流路６ｆが開放される増速位置６ｄと、ブーム用切換弁１７が収縮位置１７ｅにあるときにピストン側室２５と回生モータＭとを連通する回生流路６ｇとピストン側室２５とロッド側室３０とを連通する再生流路６ｈとが開放される回生再生位置６ｅと、を有するブーム二速用切換弁６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】
ハイブリッド作業機の制御システムであって、
負荷側圧力室への作動流体の供給及び反負荷側圧力室からの作動流体の排出によって伸長して負荷を上昇させ、前記反負荷側圧力室への作動流体の供給及び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と、
タンクに貯留される作動流体を前記流体圧シリンダに供給する流体供給源と、
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回生モータ、前記回生モータに連結される回転電機、及び、前記回転電機によって発電された電力を貯める蓄電池を有する回生ユニットと、
作動流体を前記負荷側圧力室へ導き前記流体圧シリンダを伸長させる伸長位置と、前記負荷側圧力室の作動流体を前記タンクへ導き前記流体圧シリンダを収縮させる収縮位置と、を有する第１切換弁と、
前記第１切換弁が前記伸長位置にあるときに前記流体供給源から供給される作動流体を前記負荷側圧力室へ導く増速流路が開放される増速位置と、前記第１切換弁が前記収縮位置にあるときに前記負荷側圧力室と前記回生モータとを連通する回生流路と前記負荷側圧力室と前記反負荷側圧力室とを連通する再生流路とが開放される回生再生位置と、前記増速流路、前記回生流路及び前記再生流路が閉塞される中立位置と、を有する第２切換弁と、を備えることを特徴とするハイブリッド作業機の制御システム。
【請求項２】
前記第１切換弁と前記第２切換弁とを接続する接続通路と、
前記第２切換弁と前記負荷側圧力室とを接続し、前記第２切換弁を通じて前記接続通路と連通可能な負荷側通路と、
前記接続通路と前記負荷側通路とを連通する連通路と、
前記連通路に設けられ、前記接続通路から前記負荷側通路へ向かう作動流体の流れのみを許容する逆止弁と、をさらに備え、
前記第２切換弁が前記増速位置または前記中立位置にあるときに、前記第１切換弁が前記伸長位置に切り換えられると、前記第１切換弁を通じて前記流体圧力源から前記負荷側圧力室へ供給される作動流体は、前記接続通路及び前記第２切換弁を通じて前記負荷側通路に導かれるとともに、前記接続通路及び前記逆止弁を通じて前記負荷側通路に導かれることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド作業機の制御システム。
【請求項３】
前記第１切換弁と前記第２切換弁とを接続する接続通路と、
前記第２切換弁と前記負荷側圧力室とを接続し、前記第２切換弁を通じて前記接続通路と連通可能な負荷側通路と、をさらに備え、
前記第２切換弁は、前記中立位置にあるときに開放される前記負荷側通路と前記接続通路とを連通する連通流路をさらに有し、
前記連通流路が開放される面積は、前記中立位置から前記回生再生位置にかけて徐々に減少することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド作業機の制御システム。
【請求項４】
前記第２切換弁が前記回生再生位置にあるとき、前記連通流路は閉塞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作業機の制御システム。
【請求項５】
前記回生流路が開放される面積と前記再生流路が開放される面積との少なくとも一方は、前記中立位置から前記回生再生位置にかけて徐々に変化することを特徴とする請求項１から４の何れか１つに記載のハイブリッド作業機の制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド作業機の制御システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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作業機が知られている。
【０００３】
特許文献１には、ブームを上下に回動させるブームシリンダを備えるハイブリッド作業機が開示されている。このハイブリッド作業機では、ブームを下降させる際にブームシリンダから戻される作動油を利用して油圧モータを回転させ、油圧モータの回転トルクで発電機を駆動している。
【０００４】
このハイブリッド作業機は、ブームシリンダのピストン側室から油圧モータに導かれる作動油の流量を制御する回生流量制御弁と、ブームシリンダのピストン側室からロッド側室に導かれる作動油の流量を制御する再生流量制御弁と、をさらに備える。回生流量制御弁の開度と再生流量制御弁の開度とが制御されることで、発電機において回生されるエネルギ及びブームの下降速度が調整される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１７９５４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載のハイブリッド作業機では、回生流量制御弁と再生流量制御弁とが別々に制御システム内に設置される。これらの制御弁をシステム内に組み込むためには、各制御弁と各要素とを接続する配管が必要であり、また、各制御弁が配置されるスペースを確保する必要がある。この結果、システムを製造するコストが上昇するとともに、システム全体が大型化するおそれがある。
【０００７】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ハイブリッド作業機の制御システムをコンパクト化するとともに製造コストを低減させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明は、ハイブリッド作業機の制御システムが、流体圧シリンダを伸長させる伸長位置と、流体圧シリンダを収縮させる収縮位置と、を有する第１切換弁と、第１切換弁が伸長位置にあるときに流体供給源から供給される作動流体を負荷側圧力室へ導く増速流路が開放される増速位置と、第１切換弁が収縮位置にあるときに負荷側圧力室と回生モータとを連通する回生流路と負荷側圧力室と反負荷側圧力室とを連通する再生流路とが開放される回生再生位置と、を有する第２切換弁と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
第１の発明では、第２切換弁は、流体圧シリンダを伸長させる際に作動流体を負荷側圧力室へ導くことで流体圧シリンダの作動速度を上昇させる増速制御が行われる位置を有するとともに、負荷側圧力室と回生モータとを連通させる回生制御及び負荷側圧力室と反負荷側圧力室とを連通させる再生制御が行われる位置を有する。つまり、増速制御弁として機能する第２切換弁に、回生制御弁としての機能と再生制御弁としての機能とが統合されている。このように、１つの切換弁に複数の機能が集約されているため、それぞれの機能を有する制御弁を別々に設置した場合と比較し、各制御弁と各要素とを接続する配管が不要となり、また、各制御弁が配置されるスペースを確保する必要がなくなる。
【００１０】
第２の発明は、ハイブリッド作業機の制御システムが、第１切換弁と第２切換弁とを接続する接続通路と、第２切換弁と負荷側圧力室とを接続し第２切換弁を通じて接続通路と連通可能な負荷側通路と、接続通路と負荷側通路とを連通する連通路と、連通路に設けられ接続通路から負荷側通路へ向かう作動流体の流れのみを許容する逆止弁と、をさらに備え、第２切換弁が増速位置または中立位置にあるときに、第１切換弁が伸長位置に切り換えられると、第１切換弁を通じて流体圧力源から負荷側圧力室へ供給される作動流体は、接続通路及び第２切換弁を通じて負荷側通路に導かれるとともに、接続通路及び逆止弁を通じて負荷側通路に導かれることを特徴とする。
【００１１】
第２の発明では、接続通路は第２切換弁を通じて負荷側通路と連通しているため、流体供給源から吐出された作動流体は、第１切換弁、接続通路、第２切換弁及び負荷側通路を通じて負荷側圧力室へと導かれる。また、流体供給源から吐出された作動流体は、第２切換弁を経由することなく、接続通路から連通路を通じて負荷側通路にも供給される。このように、作動流体は、二つの経路を通じて負荷側圧力室へと導かれる。このため、負荷側圧力室に供給される作動流体の流量が確保され、流体圧シリンダの応答性を向上させることができる。また、流路抵抗が大きい第２切換弁を経由することなく、負荷側圧力室へと作動流体を導くことが可能となるため、作動流体が負荷側圧力室に供給される際の圧力損失を低減させることができる。
【００１２】
第３の発明は、ハイブリッド作業機の制御システムが、第１切換弁と第２切換弁とを接続する接続通路と、第２切換弁と負荷側圧力室とを接続し第２切換弁を通じて接続通路と連通可能な負荷側通路と、をさらに備え、第２切換弁は、中立位置にあるときに開放される負荷側通路と接続通路とを連通する連通流路をさらに有し、連通流路が開放される面積は、中立位置から回生再生位置にかけて徐々に減少することを特徴とする。
【００１３】
第３の発明では、連通流路が開放される面積は、中立位置から回生再生位置にかけて徐々に減少する。このため、負荷側通路から接続通路へと導かれていた作動流体の流れが急激に変化することが防止され、流体圧シリンダをスムーズに作動させることができる。
【００１４】
第４の発明は、第２切換弁が回生再生位置にあるとき、連通流路は閉塞されることを特徴とする。
【００１５】
第４の発明では、負荷側通路と接続通路とを連通する連通流路は、第２切換弁が回生再生位置に変位したときに閉塞される。このため、負荷側圧力室から排出されるすべての作動流体が反負荷側圧力室と回生モータとの何れかへ導かれる。したがって、排出されるすべての作動流体のエネルギを有効利用することができる。
【００１６】
第５の発明は、回生流路が開放される面積と再生流路が開放される面積との少なくとも一方は、中立位置から回生再生位置にかけて徐々に変化することを特徴とする。
【００１７】
第５の発明では、回生流路が開放される面積と再生流路が開放される面積との少なくとも一方は、中立位置から回生再生位置に変位する第２切換弁の変位に応じて徐々に変化する。このように、第２切換弁の変位量に応じて回生流路が開放される面積と再生流路が開放される面積の少なくとも一方を変化させることで、回生モータへ導かれる作動流体の反負荷側圧力室へ導かれる作動流体の流量との配分を変化させることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明では、ハイブリッド作業機の制御システムをコンパクト化することができるとともに製造コストを低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態に係るハイブリッド作業機の制御システムを示す回路図である。
【図２】ブーム二速用切換弁の位置に対する連通流路の開度の変化を示すグラフである。
【図３】ブーム二速用切換弁の位置に対する回生流路または再生流路の開度の変化を示すグラフである。
【図４】ブーム二速用切換弁の位置に対する回生流路及び再生流路の開度の変化の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係るハイブリッド作業機の制御システムについて説明する。
【００２１】
以下の実施形態では、ハイブリッド作業機が油圧ショベルである場合について説明する。また、以下の実施形態では、負荷は、油圧ショベルのブームであり、流体圧シリンダは、ブームを昇降させるためのブームシリンダＢＣであり、作動流体としては、作動油が用いられる。
【００２２】
図１に示すように、ハイブリッド作業機の制御システム１００は、タンクＴに貯留される作動油を加圧供給する流体供給源として、可変容量型の第一メインポンプＭＰ１と、可変容量型の第二メインポンプＭＰ２と、可変容量型のアシストポンプＡＰと、を備える。
【００２３】
第一メインポンプＭＰ１の吐出ポートは、第一供給切換弁Ｖ１を介して第一回路系統に接続される。第二メインポンプＭＰ２の吐出ポートは、第二供給切換弁Ｖ２を介して第二回路系統に接続される。アシストポンプＡＰの吐出ポートは、第一供給切換弁Ｖ１を介して第一メインポンプＭＰ１の吐出ポートに合流可能であると共に、第二供給切換弁Ｖ２を介して第二メインポンプＭＰ２の吐出ポートに合流可能である。
【００２４】
第一供給切換弁Ｖ１は、４ポート２位置のスプール式の切換弁である。第一供給切換弁Ｖ１は、スプールの一端に臨んでパイロット室が設けられ、スプールの他端がスプリングで支持される。第一供給切換弁Ｖ１は、パイロット室にパイロット圧が供給されていない状態では、スプリングの付勢力によってノーマル位置に保持される（図１に示す状態）。
【００２５】
第一供給切換弁Ｖ１は、ノーマル位置に保持されている状態では、第一メインポンプＭＰ１の吐出油を第一回路系統に供給すると共に、アシストポンプＡＰの吐出油をチェック弁を介して第一メインポンプＭＰ１の吐出ポートに合流させる。
【００２６】
第一供給切換弁Ｖ１は、パイロット室のパイロット圧によって切換位置（図１の右側位置）に切り換えられると、アシストポンプＡＰの吐出油の第一メインポンプＭＰ１の吐出ポートへの合流が遮断される。このとき、第一回路系統への第一メインポンプＭＰ１の吐出油の供給は維持される。
【００２７】
第二供給切換弁Ｖ２は、６ポート３位置のスプール式の切換弁である。第二供給切換弁Ｖ２には、スプールの両端に臨んでパイロット室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によって中立状態に支持される。第二供給切換弁Ｖ２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に保持される（図１に示す状態）。
【００２８】
第二供給切換弁Ｖ２は、ノーマル位置に保持されている状態では、第二メインポンプＭＰ２の吐出油を第二回路系統に供給すると共に、アシストポンプＡＰの吐出油を第二メインポンプＭＰ２の吐出ポートに合流させる。
【００２９】
第二供給切換弁Ｖ２は、一方のパイロット室のパイロット圧によって第一切換位置（図１の右側位置）に切り換えられると、アシストポンプＡＰの吐出油の第二メインポンプＭＰ２の吐出ポートへの合流が遮断される。このとき、第二回路供給系統への第二メインポンプＭＰ２の吐出油の供給は維持される。
【００３０】
第二供給切換弁Ｖ２は、他方のパイロット室のパイロット圧によって第二切換位置（図１の左側位置）に切り換えられると、アシストポンプＡＰの吐出油の第二メインポンプＭＰ２の吐出ポートへの合流と、第二メインポンプＭＰ２の吐出油の第二回路供給系統への供給とが、共に遮断される。
【００３１】
このとき、第二メインポンプＭＰ２の吐出油は、後述の回生モータＭに供給され、回生モータＭを回転駆動させる。なお、ノーマル位置及び第一切換位置においては、第二メインポンプＭＰ２の吐出油の油圧モータＭへの供給は遮断される。
【００３２】
第一供給切換弁Ｖ１のパイロット室には、パイロット油圧源ＰＰから電磁弁１を介してパイロット圧が供給される。電磁弁１は、ソレノイドが非励磁のノーマル位置では、パイロット室をパイロット油圧源ＰＰから遮断する（図１に示す状態）。電磁弁１は、ソレノイドが励磁されることで、パイロット油圧源ＰＰの吐出油をパイロット室に供給する連通位置（図１の下側位置）に切り換わる。
【００３３】
第二供給切換弁Ｖ２の一方のパイロット室は、電磁弁２ａを介してパイロット油圧源ＰＰに接続される。第二供給切換弁Ｖ２の他方のパイロット室は、電磁弁２ｂを介してパイロット油圧源ＰＰに接続される。電磁弁２ａと電磁弁２ｂとは、ソレノイドが非励磁のノーマル位置では、パイロット室をパイロット油圧源ＰＰから遮断する（図１に示す状態）。電磁弁２ａと電磁弁２ｂとは、ソレノイドが励磁されることで、パイロット油圧源ＰＰの吐出油をパイロット室に供給する連通位置に切り換えられる。
【００３４】
電磁弁１と電磁弁２ａと電磁弁２ｂとの各々のソレノイドは、コントローラＣに接続される。
【００３５】
コントローラＣは、中央演算装置（ＣＰＵ），読み出し専用メモリ（ＲＯＭ），ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ），及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏ  インタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラＣは、単一のマイクロコンピュータで構成されていてもよいし、複数のマイクロコンピュータで構成されていてもよい。
【００３６】
コントローラＣは、ハイブリッド作業機のオペレータからの入力信号に応じて、電磁弁１と電磁弁２ａと電磁弁２ｂとの各々のソレノイドを励磁し、あるいは非励磁にする。
【００３７】
第一メインポンプＭＰ１と第二メインポンプＭＰ２とは、エンジンＥによって回転駆動される。エンジンＥには、余剰トルクを用いて発電を行なう発電機３が付設される。発電機３で発電された電力は、バッテリチャージャー３８を介してバッテリ３７に充電される。バッテリチャージャー３８は、通常の家庭用の電源３９が接続された場合にも、バッテリ３７に電力を充電することができる。
【００３８】
第一メインポンプＭＰ１に接続される第一回路系統には、上流側から、旋回モータを制御する切換弁４，アームシリンダを制御する切換弁５，ブームシリンダＢＣを制御する第２切換弁としてのブーム二速用切換弁６，予備用アタッチメントを制御する切換弁７，及び左走行用のモータを制御する切換弁８が設けられる。これらの切換弁４〜８は、中立通路９とパラレル通路１０とを介して相互に接続され、第一供給切換弁Ｖ１を介して第一メインポンプＭＰ１に接続される。ブーム二速用切換弁６の具体的な構成については後述する。
【００３９】
中立通路９における左走行モータ用の切換弁８の下流には、パイロット圧を生成するためのパイロット圧制御用の絞り１１が設けられる。絞り１１は、流量が多ければ上流側に高いパイロット圧を生成し、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。
【００４０】
具体的には、中立通路９は、切換弁４〜８が中立位置もしくは中立位置近傍にあるときには、第一メインポンプＭＰ１から第一回路系統に供給された作動油の全部又は一部を絞り１１を通じてタンクＴに導く。このとき、絞り１１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。
【００４１】
一方、中立通路９は、切換弁４〜８がフルストロークの状態に切り換えられると、流体の流通がなくなる。この場合、絞り１１を流れる作動油の流量がなくなるため、パイロット圧はゼロとなる。切換弁４〜８の操作量によっては、作動油の一部がアクチュエータに導かれ、残りが中立通路９からタンクＴに導かれる。そのため、絞り１１は、中立通路９を流れる作動油の流量に応じたパイロット圧を生成する。このように、絞り１１は、上流側に位置する切換弁４〜８の操作量に応じたパイロット圧を生成する。
【００４２】
中立通路９における切換弁８と絞り１１との間には、パイロット通路１２が接続される。パイロット通路１２は、電磁切換弁１３を介して第一メインポンプＭＰ１の斜板の傾転角を制御するレギュレータ１４に接続される。
【００４３】
レギュレータ１４は、第一メインポンプＭＰ１の斜板の傾転角をパイロット圧に比例（比例定数は負の数）するように制御し、第一メインポンプＭＰ１の一回転あたりの作動油吐出量を設定する。
【００４４】
電磁切換弁１３は、その位置に応じて、パイロット通路１２及びパイロット油圧源ＰＰの何れか一方のパイロット圧源をレギュレータ１４に接続する切換弁である。電磁切換弁１３は、ノーマル位置では、パイロット通路１２の圧力をパイロット圧としてレギュレータ１４に供給する（図１に示す状態）。電磁切換弁１３は、励磁電流の供給を受けると切換位置（図１の下側位置）に切り換わり、パイロット油圧源ＰＰの圧力をパイロット圧としてレギュレータ１４に供給する。
【００４５】
電磁切換弁１３のソレノイドは、コントローラＣに接続される。コントローラＣは、ハイブリッド作業機のオペレータからの入力信号に応じて、電磁切換弁１３に励磁電流を供給して切換位置に切り換える。一方、コントローラＣは、オペレータによって信号が入力されない限り、ソレノイドを非励磁にして、電磁切換弁１３をノーマル位置に保持する。
【００４６】
電磁切換弁１３がノーマル位置であるときに、切換弁４〜８がフルストロークに切り換えられて中立通路９の流れがなくなり、パイロット通路１２のパイロット圧がゼロになると、第一メインポンプＭＰ１の傾転角は最大となる。このとき、第一メインポンプＭＰ１の一回転あたりの作動油吐出量は最大になる。
【００４７】
一方で、電磁切換弁１３は、例えば、暖機運転時のように、切換弁４〜８のすべてがノーマル位置に維持される場合、すなわち旋回モータ，アームシリンダ，ブームシリンダＢＣ，予備用アタッチメント，及び左走行モータが非稼働である場合に切換位置に切り換えられる。電磁切換弁１３が切換位置にあるとき、レギュレータ１４には、パイロット油圧源ＰＰの圧力が減圧されることなくパイロット圧として供給される。このため、第一メインポンプＭＰ１の傾転角は最小となり、第一メインポンプＭＰ１の一回転あたりの作動油吐出量は最小になる。このように、電磁切換弁１３が切換位置に切り換えられることで第一メインポンプＭＰ１の吐出量は通常よりも減少するため、無駄な燃料の消費を抑えることができる。
【００４８】
パイロット通路１２には、パイロット通路１２の圧力を検出する第１圧力センサ４２が設けられる。第１圧力センサ４２によって検出された圧力は、コントローラＣに出力される。
【００４９】
第二メインポンプＭＰ２に接続される第二回路系統には、上流側から、右走行用モータを制御する切換弁１５，バケットシリンダを制御する切換弁１６，ブームシリンダＢＣを制御する第１切換弁としてのブーム用切換弁１７，及びアームシリンダを制御するアーム二速用の切換弁１８が設けられる。これらの切換弁１５〜１８は、中立通路１９を介して相互に接続され、第二供給切換弁Ｖ２を介して第二メインポンプＭＰ２に接続される。また、切換弁１６とブーム用切換弁１７とは、パラレル通路２０を介して相互に接続される。ブーム用切換弁１７の具体的な構成については後述する。
【００５０】
中立通路１９におけるアーム二速用の切換弁１８の下流側には、パイロット圧を生成するためのパイロット圧制御用の絞り２１が設けられる。絞り２１は、上流側の圧力を、パイロット通路２２を介して第二メインポンプＭＰ２のレギュレータ２３にパイロット圧として供給する。絞り２１は、絞り１１と同様に機能するものであるため、ここでは詳細な説明は省略する。
【００５１】
レギュレータ２３は、第二メインポンプＭＰ２の斜板の傾転角をパイロット圧に比例（比例定数は負の数）するように制御し、第二メインポンプＭＰ２の一回転あたりの作動油吐出量を設定する。例えば、切換弁１５〜１８がフルストロークに切り換えられて中立通路１９の流れがなくなり、パイロット通路２２のパイロット圧がゼロになると、第二メインポンプＭＰ２の傾転角は最大となる。このとき、第二メインポンプＭＰ２の一回転あたりの作動油吐出量は最大になる。
【００５２】
パイロット通路２２には、パイロット通路２２の圧力を検出する第２圧力センサ４３が設けられる。第２圧力センサ４３によって検出された圧力は、コントローラＣに出力される。
【００５３】
次に、エネルギを有する作動油が収縮時に排出される流体圧シリンダとしてのブームシリンダＢＣと、ブームシリンダＢＣの作動を切り換えるブーム用切換弁１７及びブーム二速用切換弁６について説明する。
【００５４】
ブームシリンダＢＣは、負荷側圧力室としてのピストン側室２５と反負荷側圧力室としてのロッド側室３０とを内部に画成するピストンと、ピストンとブームとを連結するピストンロッドとを有する。ブームシリンダＢＣは、ピストン側室２５への作動油の供給によって伸長してブームを上昇させ、ピストン側室２５からの作動油の排出によって収縮してブームを下降させる。ブームシリンダＢＣの作動は、ブーム用切換弁１７及びブーム二速用切換弁６によって制御される。
【００５５】
ブーム用切換弁１７は、６ポート３位置のスプール式の切換弁である。ブーム用切換弁１７は、入力ポートとして、中立通路１９に接続されるポートと、パラレル通路２０に接続されるポートと、ブーム用切換弁１７とタンクＴとを接続する排出通路３１に接続されるポートと、を有する。また、ブーム用切換弁１７は、出力ポートとして、ブーム用切換弁１７とブーム二速用切換弁６とを接続する接続通路２６に接続されるポートと、ブーム用切換弁１７とブームシリンダＢＣのロッド側室３０とを接続する反負荷側通路２９に接続されるポートと、中立通路１９に接続されるポートと、を有する。
【００５６】
ブーム用切換弁１７には、図示しないスプールの両端に臨んでパイロット室１７ａ，１７ｂがそれぞれ設けられる。スプールは、両端にそれぞれ設けられる一対のセンタリングスプリングの付勢力によって中立状態に支持される。
【００５７】
ブーム用切換弁１７の３つの位置は、ブームシリンダＢＣを伸長させる伸長位置１７ｄと、ブームシリンダＢＣを収縮させる収縮位置１７ｅと、ブームシリンダＢＣを停止させる停止位置１７ｃと、からなる。これらの３つの位置は、ハイブリッド作業機のオペレータの操作によって選択される。
【００５８】
具体的には、オペレータによって図示しないブーム操作レバーがブームを上昇させる方向に操作されると、パイロット室１７ａにパイロット圧が供給され、ブーム用切換弁１７は、伸長位置１７ｄ（図１の右側位置）に切り換えられる。一方、オペレータによってブーム操作レバーがブームを下降させる方向に操作されると、パイロット室１７ｂにパイロット圧が供給され、ブーム用切換弁１７は、収縮位置１７ｅ（図１の左側位置）に切り換えられる。そして、オペレータによってブーム操作レバーがブームを停止させる位置、すなわち中立位置に操作されると、ブーム用切換弁１７は、センタリングスプリングの付勢力によって停止位置１７ｃ（図１の位置）に切り換えられる。
【００５９】
ブーム用切換弁１７が停止位置１７ｃにあるときは、上流側の中立通路１９と下流側の中立通路１９とが連通された状態となり、その他のポートは遮断された状態となる。ブーム用切換弁１７が伸長位置１７ｄにあるときは、パラレル通路２０と接続通路２６とが連通されるとともに、反負荷側通路２９と排出通路３１とが連通された状態となり、上流側の中立通路１９と下流側の中立通路１９とは遮断された状態となる。ブーム用切換弁１７が収縮位置１７ｅにあるときは、接続通路２６と排出通路３１とが絞りを通じて連通されるとともに、パラレル通路２０と反負荷側通路２９とが連通された状態となり、上流側の中立通路１９と下流側の中立通路１９とは遮断された状態となる。
【００６０】
ブーム二速用切換弁６は、８ポート３位置のスプール式の切換弁である。ブーム二速用切換弁６は、入力ポートとして、中立通路９に接続されるポートと、パラレル通路１０に接続されるポートと、反負荷側通路２９から分岐された分岐通路２９ａに接続されるポートと、ブーム二速用切換弁６とブーム用切換弁１７とを接続する接続通路２６に接続されるポートと、を有する。また、ブーム二速用切換弁６は、出力ポートとして、中立通路９に接続されるポートと、接続通路２６から分岐された分岐通路２６ａに接続されるポートと、ブーム二速用切換弁６と後述の回生モータＭとを接続する回生通路２７に接続されるポートと、ブーム二速用切換弁６とブームシリンダＢＣのピストン側室２５とを接続する負荷側通路２４に接続されるポートと、を有する。
【００６１】
ブーム二速用切換弁６には、図示しないスプールの両端に臨んでパイロット室６ａ，６ｂがそれぞれ設けられる。スプールは、両端にそれぞれ設けられる一対のセンタリングスプリングの付勢力によって中立状態に支持される。一方のパイロット室６ｂには、パイロット通路５１を通じてパイロット油圧源ＰＰの圧力が供給される。パイロット通路５１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５２が介装される。電磁比例減圧弁５２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油圧源ＰＰからのパイロット圧を減圧して指令値に応じたパイロット圧とし、このパイロット圧をパイロット通路５１に供給する。
【００６２】
ブーム二速用切換弁６の３つの位置は、ブーム用切換弁１７が伸長位置１７ｄにあるときに第一メインポンプＭＰ１とピストン側室２５とを連通可能な増速位置６ｄと、増速位置６ｄにおいて連通する第一メインポンプＭＰ１とピストン側室２５とを遮断させる中立位置６ｃと、ブーム用切換弁１７が収縮位置１７ｅにあるときにピストン側室２５とロッド側室３０とを連通可能であるとともにピストン側室２５と回生モータＭとを連通可能である回生再生位置６ｅと、からなる。これらの３つの位置は、ハイブリッド作業機のオペレータの操作及びコントローラＣからの指令信号によって選択される。
【００６３】
具体的には、オペレータによってブーム操作レバーがブームシリンダＢＣを上昇させる方向に操作されると、パイロット室６ａにパイロット圧が供給され、ブーム操作レバーが所定量以上操作されると、ブーム二速用切換弁６は、増速位置６ｄ（図１の右側位置）に切り換えられる。一方、ブーム操作レバーが中立状態に戻されると、ブーム二速用切換弁６は、センタリングスプリングの付勢力によって中立位置６ｃ（図１の位置）に復帰する。また、ブーム用切換弁１７が収縮位置１７ｅにあるときであって、後述の回生ユニットＲＵによりエネルギの回生が可能であるとコントローラＣが判定すると、コントローラＣは、電磁比例減圧弁５２に指令信号を出力する。電磁比例減圧弁５２は、指令信号に応じたパイロット圧をパイロット通路５１を通じてパイロット室６ｂに供給する。この結果、ブーム二速用切換弁６は、回生再生位置６ｅ（図１の左位置）に切り換えられる。
【００６４】
ブーム二速用切換弁６が中立位置６ｃにあるときは、上流側の中立通路９と下流側の中立通路９とが連通されるとともに、接続通路２６と負荷側通路２４とが連通された状態となり、その他のポートは遮断された状態となる。ブーム二速用切換弁６のスプールには、接続通路２６と負荷側通路２４とを連通させる連通流路６iが形成されており、連通流路６iは、中立位置６ｃにおいて開放される。
【００６５】
ブーム二速用切換弁６が増速位置６ｄにあるときは、パラレル通路１０と分岐通路２６ａとが連通されるとともに、接続通路２６と負荷側通路２４とが連通された状態となり、その他のポートは遮断された状態となる。ブーム二速用切換弁６のスプールには、パラレル通路１０と分岐通路２６ａとを連通させる増速流路６ｆが形成されており、増速流路６ｆは、増速位置６ｄにおいて開放される。なお、増速位置６ｄでは、連通流路６iも開放される。
【００６６】
ブーム二速用切換弁６が回生再生位置６ｅにあるときは、負荷側通路２４と分岐通路２９ａとが絞り及び逆止弁を通じて連通されるとともに、負荷側通路２４と回生通路２７とが連通された状態となる。また、上流側の中立通路９と下流側の中立通路９とが連通された状態となり、その他のポートは遮断された状態となる。ブーム二速用切換弁６のスプールには、負荷側通路２４と回生通路２７とを連通させる回生流路６ｇと、負荷側通路２４と分岐通路２９ａとを連通させる再生流路６ｈと、が形成されており、回生流路６ｇと再生流路６ｈとは、回生再生位置６ｅにおいて開放される。
【００６７】
また、図１に示すように、ブーム用切換弁１７とブーム二速用切換弁６とを接続する接続通路２６と、ブーム二速用切換弁６とブームシリンダＢＣのピストン側室２５とを接続する負荷側通路２４と、は連通路２８によって連通される。連通路２８には、逆止弁３２が設けられ、この逆止弁３２によって、負荷側通路２４から接続通路２６へ向かう作動油の流れが遮断され、接続通路２６から負荷側通路２４へ向かう作動油の流れのみが許容される。
【００６８】
また、連通路２８が接続される位置よりもピストン側室２５寄りの負荷側通路２４には、下降防止弁３３が設けられる。下降防止弁３３は、ブームシリンダＢＣが意図せず収縮し、ブームが下降することを防止するために設けられるものである。下降防止弁３３は、逆止弁と逆止弁を開弁させるパイロット圧室と、を有している。パイロット圧室には、パイロット通路３４を通じてブーム用切換弁１７のパイロット室１７ｂに供給されるパイロット圧が供給される。
【００６９】
このため、下降防止弁３３のパイロット圧室にパイロット圧が供給されていないときは、ピストン側室２５への作動油の流入は許容されるが、ピストン側室２５からの作動油の流出は下降防止弁３３によって遮断される。一方、下降防止弁３３のパイロット圧室にパイロット圧が供給されているとき、すなわち、オペレータによってブームを下降させる操作が行われパイロット室１７ｂにパイロット圧が供給されているときは、下降防止弁３３は開弁された状態となり、ピストン側室２５の作動油は負荷側通路２４を通じて流出可能となる。
【００７０】
ブーム用切換弁１７とブーム二速用切換弁６とは、他の切換弁４，５，７，８，１５，１６，１８とともに、図示しないバルブブロック内に配置される。また、ブーム二速用切換弁６に接続される負荷側通路２４は、第１接続ポイントＣＰ１においてバルブブロックに接続され、負荷側通路２４のうち第１接続ポイントＣＰ１よりもブーム二速用切換弁６側の部分は、バルブブロック内に形成される。同様に、ブーム用切換弁１７に接続される反負荷側通路２９のうち第２接続ポイントＣＰ２よりもブーム用切換弁１７側の部分は、バルブブロック内に形成され、ブーム二速用切換弁６に接続される回生通路２７のうち第３接続ポイントＣＰ３よりもブーム二速用切換弁６側の部分は、バルブブロック内に形成される。
【００７１】
このように、バルブブロックとブームシリンダＢＣとの間、及び、バルブブロックと回生モータＭとの間には、再生制御弁や回生制御弁といった制御弁が配置されず、配管のみが存在する。このため、各制御弁と各要素とを接続する配管が不要になるとともに、各制御弁が配置されるスペースを確保する必要がなくなる。この結果、ハイブリッド作業機の制御システム１００を製造するコストを低減させることができるとともに、ハイブリッド作業機の制御システム１００をコンパクト化することができる。
【００７２】
また、バルブブロックとブームシリンダＢＣとを接続する配管上に切換弁が設けられていないため、切換弁の切り換えによる配管容積の変化がない。このため、切換弁を切り換える際の配管の容積変化に起因して発生するブームシリンダＢＣの変位が抑制され、ブームシリンダＢＣの作動の応答性を向上させることができる。また、ほとんどの流路をバルブブロック内に形成することが可能となるため、配管を用いた場合と比較し、流路の長さを短くすることができる。この結果、作動油が移動する際の圧力損失を低減させることができる。
【００７３】
続いて、ピストン側室２５から排出される作動油のエネルギを回収してエネルギ回生を行う回生ユニットＲＵについて説明する。
【００７４】
回生ユニットＲＵは、ブームシリンダＢＣのピストン側室２５から排出される作動油によって回転して作動油のエネルギを回収する回生モータＭと、回生モータＭに連結され発電機及び電動モータとして機能する回転電機３５と、回転電機３５が発電した電力を直流に変換するインバータ３６と、回転電機３５によって発電された電力を貯める蓄電池としてのバッテリ３７と、を有する。
【００７５】
回生モータＭは、傾転角が調整可能な可変容量型モータであり、斜板の傾転角を制御するためのレギュレータ４０を有する。レギュレータ４０は、コントローラＣからの信号に応じて、回生モータＭの斜板の傾転角を変化させる。回生モータＭには、回生通路２７を通じて、ピストン側室２５から排出される作動油が導かれ、回生モータＭは、導かれた作動油によって回転駆動される。
【００７６】
回生モータＭは、回転電機３５及びアシストポンプＡＰと同軸回転するように連結されており、回転電機３５及びアシストポンプＡＰを駆動することができる。回生モータＭと回転電機３５及びアシストポンプＡＰ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。
【００７７】
回転電機３５を発電機として機能させた場合には、回転電機３５で発電された電力はインバータ３６を介してバッテリ３７に充電される。この場合には、アシストポンプＡＰの斜板の傾転角を最小にして、アシストポンプＡＰの駆動負荷が回生モータＭに作用しない状態とすることが好ましい。
【００７８】
バッテリ３７はコントローラＣに接続され、コントローラＣにはバッテリ３７の蓄電量を示す信号が入力される。コントローラＣは、入力された蓄電量に基づいて、バッテリ３７が充電可能な状態にあるか否かを判定し、回生モータＭ及び回転電機３５の回転数や回生モータＭに導かれる作動油の流量等を制御する。
【００７９】
回転電機３５を電動モータとして機能させた場合には、バッテリ３７の電力で駆動する回転電機３５の出力トルクでアシストポンプＡＰを回転駆動させることが可能である。このとき、アシストポンプＡＰは、斜板の傾転角に応じた作動油を吐出する。また、この場合には、回生モータＭの斜板の傾転角を最少にして、回転抵抗を小さくし、回転電機３５の出力損失を最小にすることが好ましい。
【００８０】
アシストポンプＡＰの斜板の傾転角はレギュレータ４１によって制御される。レギュレータ４１は、コントローラＣからの信号に応じて、アシストポンプＡＰの斜板の傾転角を変化させる。
【００８１】
コントローラＣは、第１圧力センサ４２及び第２圧力センサ４３の圧力信号に基づいて、第一メインポンプＭＰ１及び第二メインポンプＭＰ２に対してアシストが必要か否かを判定し、アシストが必要であると判定された場合には、アシストポンプＡＰの斜板の傾転角や第一供給切換弁Ｖ１の位置、第二供給切換弁Ｖ２の位置を適宜制御する。この結果、アシストポンプＡＰの吐出油は、アシストが必要なメインポンプの吐出口側へと供給される。
【００８２】
なお、アシストポンプＡＰは、回生モータＭと回転電機３５との何れか一方または両方の駆動力によって回転可能である。例えば、回生モータＭの駆動力が大きければ、回生モータＭが回転電機３５を駆動して発電を行う場合にも、アシストポンプＡＰから作動油を吐出させることが可能である。
【００８３】
次に、上記構成のハイブリッド作業機の制御システム１００において、ブームを作動させる際の作動油の流れについて具体的に説明する。
【００８４】
まず、ブームを上昇させる場合について説明する。
【００８５】
オペレータによってブーム操作レバーがブームを上昇させる方向に操作されると、ブーム用切換弁１７のパイロット室１７ａにパイロット圧が供給され、ブーム用切換弁１７は、伸長位置１７ｄに切り換えられる。ブーム用切換弁１７が伸長位置１７ｄに切り換えられると、パラレル通路２０と接続通路２６とが連通され、反負荷側通路２９と排出通路３１とが連通される。
【００８６】
接続通路２６はブーム二速用切換弁６を通じて負荷側通路２４と連通しているため、第二メインポンプＭＰ２から吐出された作動油は、中立通路１９、パラレル通路２０、ブーム用切換弁１７、接続通路２６、ブーム二速用切換弁６、負荷側通路２４、下降防止弁３３を通じてブームシリンダＢＣのピストン側室２５へと導かれる。
【００８７】
また、接続通路２６は、連通路２８及び逆止弁３２を通じて負荷側通路２４と連通される。逆止弁３２は、接続通路２６から負荷側通路２４へ向かう作動油の流れを許容するものであるため、第二メインポンプＭＰ２から吐出された作動油は、ブーム二速用切換弁６を経由することなく、接続通路２６から連通路２８を通じて負荷側通路２４にも供給される。
【００８８】
このように、第二メインポンプＭＰ２から吐出された作動油は、二つの経路を通じてピストン側室２５へと導かれる。このため、ピストン側室２５に供給される作動油の流量が確保され、ブームシリンダＢＣの応答性を向上させることができる。また、比較的流路抵抗が大きいスプール弁であるブーム二速用切換弁６を経由することなく、ピストン側室２５へと作動油を導くことが可能となるため、作動油がピストン側室２５に供給される際の圧力損失を低減させることができる。
【００８９】
一方、ブームシリンダＢＣのロッド側室３０は、反負荷側通路２９、ブーム用切換弁１７及び排出通路３１を通じてタンクＴに連通される。この結果、ピストン側室２５に作動油が供給されるとともにロッド側室３０から作動油が排出されることでブームシリンダＢＣが伸張し、ブームは上昇する。
【００９０】
また、ブーム操作レバーがブームを上昇させる方向に操作されると、ブーム用切換弁１７のパイロット室１７ａと同時に、ブーム二速用切換弁６のパイロット室６ａにもパイロット圧が供給される。パイロット室６ａに所定量以上のパイロット圧が供給されることでブーム二速用切換弁６は増速位置６ｄに切り換わり、接続通路２６から分岐された分岐通路２６ａとパラレル通路１０とがブーム二速用切換弁６を通じて連通される。
【００９１】
このため、接続通路２６には、ブーム用切換弁１７を通じて導かれる第二メインポンプＭＰ２から吐出された作動油とともに、ブーム二速用切換弁６を通じて第一メインポンプＭＰ１から吐出された作動油が導かれる。この結果、ピストン側室２５に供給される作動油の量が増加し、ブームシリンダＢＣが伸張する速度、すなわち、ブームの上昇速度が増速される。
【００９２】
続いて、ブームを下降させる場合について説明する。
【００９３】
オペレータによってブーム操作レバーがブームを下降させる方向に操作されると、ブーム用切換弁１７のパイロット室１７ｂにパイロット圧が供給され、ブーム用切換弁１７は、収縮位置１７ｅに切り換えられる。ブーム用切換弁１７が収縮位置１７ｅに切り換えられると、パラレル通路２０と反負荷側通路２９とが連通され、接続通路２６と排出通路３１とが連通される。
【００９４】
接続通路２６はブーム二速用切換弁６を通じて負荷側通路２４と連通しており、また、負荷側通路２４に設けられる下降防止弁３３のパイロット圧室には、パイロット通路３４を通じてパイロット室１７ｂに供給されるパイロット圧が供給されるため、下降防止弁３３は開弁した状態に維持される。このため、ブームシリンダＢＣのピストン側室２５は、負荷側通路２４、下降防止弁３３、ブーム二速用切換弁６、接続通路２６、ブーム用切換弁１７及び排出通路３１を通じてタンクＴに連通される。
【００９５】
一方、ブームシリンダＢＣのロッド側室３０は、反負荷側通路２９、ブーム用切換弁１７、パラレル通路２０及び中立通路１９を通じて第二メインポンプＭＰ２に連通される。この結果、ロッド側室３０に作動油が供給されるとともにピストン側室２５から作動油が排出されることでブームシリンダＢＣが収縮し、ブームは下降する。
【００９６】
ブームを下降させる際に、ピストン側室２５から排出される作動油が有するエネルギを回生することが可能である場合には、回生制御が実行される。エネルギを回生することが可能である場合とは、制御システム１００、特に回生ユニットＲＵに異常がなく、バッテリ３７が満充電状態に至っていない場合等である。
【００９７】
また、ブームを下降させる際には、ブームの下降速度、すなわち、ブームシリンダＢＣの収縮速度を上昇させるために、ピストン側室２５から排出される作動油の一部を再生流量としてロッド側室３０に導く再生制御が行われる。
【００９８】
以下に、ブームを下降させる際に行われる回生制御及び再生制御について説明する。
【００９９】
コントローラＣによって、ピストン側室２５から排出される作動油が有するエネルギを回生することが可能であると判定されると、コントローラＣは、電磁比例減圧弁５２に指令信号を出力する。電磁比例減圧弁５２は、指令信号に応じたパイロット圧をパイロット通路５１を通じてパイロット室６ｂに供給する。この結果、ブーム二速用切換弁６は、回生再生位置６ｅに切り換えられる。
【０１００】
ブーム二速用切換弁６が回生再生位置６ｅに切り換えられると、負荷側通路２４は、接続通路２６との連通が遮断され、回生通路２７及び分岐通路２９ａに連通された状態となる。このため、ピストン側室２５から排出される作動油は、タンクＴではなく、負荷側通路２４、ブーム二速用切換弁６及び回生通路２７を通じて回生モータＭへ導かれるとともに、負荷側通路２４、ブーム二速用切換弁６、分岐通路２９ａ及び反負荷側通路２９を通じてロッド側室３０に導かれる。
【０１０１】
回生モータＭへ導かれた作動油は、回生モータＭを回転させ、その回転トルクは、回転電機３５によって電力に変換される。回転電機３５で発電された電力はインバータ３６を介してバッテリ３７に充電される。このようにして、ピストン側室２５から排出される作動油が有するエネルギは回生される。
【０１０２】
一方、ロッド側室３０に導かれた作動油は、ブーム用切換弁１７を通じてロッド側室３０に導かれる第二メインポンプＭＰ２から吐出された作動油とともにブームシリンダＢＣを収縮させるように作用する。このように、ピストン側室２５から排出される作動油の一部をロッド側室３０に導くことで、ロッド側室３０に供給される作動油の流量が増加し、ブームシリンダＢＣが収縮する速度、すなわち、ブームの下降速度を増速させることができる。
【０１０３】
なお、回生モータＭへ導かれる作動油の流量とロッド側室３０へ導かれる作動油の流量との配分は、ブーム二速用切換弁６のスプールに形成される回生流路６ｇの開口断面積と再生流路６ｈの開口断面積との比率によって設定される。つまり、回生流路６ｇの開口断面積を大きくすれば、回転電機３５による発電量が増加し、再生流路６ｈの開口断面積を大きくすれば、ブームの下降速度が増速される。
【０１０４】
エネルギの回生によってバッテリ３７が満充電状態となった場合や回生ユニットＲＵに異常が発生した場合、ブームの下降速度を速める必要がない場合には、コントローラＣは、電磁比例減圧弁５２への指令信号の出力を停止する。電磁比例減圧弁５２への指令信号が停止されると、パイロット室６ｂはタンクＴに連通され、ブーム二速用切換弁６は、中立位置６ｃに切り換わり、上述の回生制御と再生制御は停止される。
【０１０５】
次に、ブームを停止させる場合について説明する。
【０１０６】
オペレータによってブーム操作レバーがブームを作動させる位置からブームを停止させる位置、すなわち中立位置に操作されると、ブーム用切換弁１７及びブーム二速用切換弁６へのパイロット圧の供給が停止される。このため、ブーム用切換弁１７は、センタリングスプリングの付勢力によって停止位置１７ｃに切り換えられ、ブーム二速用切換弁６は、センタリングスプリングの付勢力によって中立位置６ｃに切り換えられる。このように、ブーム用切換弁１７が停止位置１７ｃに切り換えられ、ブーム二速用切換弁６が中立位置６ｃに切り換えられると、負荷側通路２４と反負荷側通路２９との何れにも作動油が供給されない状態となるため、ブームシリンダＢＣの作動は停止し、ブームの作動も停止する。
【０１０７】
また、負荷側通路２４に設けられる下降防止弁３３のパイロット圧室にもパイロット圧が供給されない状態となるため、ピストン側室２５からの作動油の流出は下降防止弁３３によって遮断される。このように、ピストン側室２５からの作動油の流出が防止されることで、ブームが自重で自然に下降することが抑制され、ブームを確実に停止させることができる。
【０１０８】
以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。
【０１０９】
ハイブリッド作業機の制御システム１００では、ブーム二速用切換弁６が、ブームシリンダＢＣを伸長させる際に作動油をピストン側室２５へ導くことでブームシリンダＢＣの作動速度を増速させる増速制御が行われる増速位置６ｄを有するとともに、ピストン側室２５と回生モータＭとを連通させる回生制御及びピストン側室２５とロッド側室３０とを連通させる再生制御が行われる回生再生位置６ｅを有する。つまり、増速制御弁として機能するブーム二速用切換弁６に、回生制御弁としての機能と再生制御弁としての機能とが統合されている。
【０１１０】
このように、１つの切換弁に複数の機能が集約されているため、それぞれの機能を有する切換弁を別々に設置した場合と比較し、各切換弁と各要素とを接続する配管が不要となり、また、各切換弁が配置されるスペースを確保する必要がなくなる。この結果、ハイブリッド作業機の制御システム１００を製造するコストを低減させることができるとともに、ハイブリッド作業機の制御システム１００をコンパクト化することができる。
【０１１１】
以下、上記実施形態に係るハイブリッド作業機の制御システム１００の変形例について説明する。
【０１１２】
上記実施形態では、ブーム二速用切換弁６において、負荷側通路２４と接続通路２６とを連通させる連通流路６ｉは、中立位置６ｃにあるとき全開であり、中立位置６ｃから回生再生位置６ｅに切り換わると遮断される。これに代えて、開放される連通流路６ｉの開口断面積（開度）を、図２において実線で示すように、ブーム二速用切換弁６が中立位置６ｃから回生再生位置６ｅに変位するのに伴って徐々に減少させてもよい。この場合、作動油の流れが急激に切り換わることが防止され、ブームシリンダＢＣを滑らかに作動させることができる。
【０１１３】
また、図２において破線で示すように、中立位置６ｃから回生再生位置６ｅに切り換わったときに、開放される連通流路６ｉの開口断面積が、中立位置６ｃにあるときよりも小さい開度である所定開度αで開放される構成としてもよい。所定開度αの大きさは、回生制御及び再生制御に利用される作動油の流量を勘案して設定される。なお、所定開度αを小さくするほど、回生制御及び再生制御に利用される作動油は増加する。
【０１１４】
また、上記実施形態では、ブーム二速用切換弁６において、負荷側通路２４と回生通路２７とを連通させる回生流路６ｇと、負荷側通路２４と分岐通路２９ａとを連通させる再生流路６ｈと、は、中立位置６ｃにあるときに閉塞されており、中立位置６ｃから回生再生位置６ｅに切り換わると全開となる。これに代えて、開放される回生流路６ｇの開口断面積（開度）と再生流路６ｈの開口断面積（開度）とは、図３において実線で示すように直線的に、または、破線で示すように曲線的に、ブーム二速用切換弁６が中立位置６ｃから回生再生位置６ｅに変位するのに伴って、徐々に増加する構成としてもよい。この場合、作動油の流れが急激に切り換わることを防止することができる。
【０１１５】
また、上記実施形態では、ブーム二速用切換弁６において、負荷側通路２４と回生通路２７とを連通させる回生流路６ｇと、負荷側通路２４と分岐通路２９ａとを連通させる再生流路６ｈと、は、回生再生位置６ｅに切り換えられたときに所定の開度で開放される。これに代えて、開放される回生流路６ｇの開口断面積（開度）は図４において実線で示すように、開放される再生流路６ｈの開口断面積（開度）は、図４において破線で示すように、中立位置６ｃから回生再生位置６ｅに変位するブーム二速用切換弁６の変位量に応じて変化させてもよい。このように、ブーム二速用切換弁６の変位量に応じて開放される回生流路６ｇの開口断面積と再生流路６ｈの開口断面積とを異ならせることで、回生モータＭへ導かれる作動油の流量とロッド側室３０へ導かれる作動油の流量との配分を変化させることができる。なお、中立位置６ｃと回生再生位置６ｅとの間におけるブーム二速用切換弁６の位置は、電磁比例減圧弁５２への指令信号を変化させ、パイロット室６ｂに供給されるパイロット圧を変化させることによって調整することができる。
【０１１６】
図４に示される例では、回生モータＭへ導かれる作動油の流量の割合を増加させるには、ブーム二速用切換弁６の位置が中立位置６ｃと回生再生位置６ｅとの中間付近となるように制御し、ロッド側室３０へ導かれる作動油の流量の割合を増加させるには、ブーム二速用切換弁６の位置が回生再生位置６ｅとなるように制御すればよい。なお、回生再生位置６ｅに切り換えられたとき、回生流路６ｇは所定の開度βで開放されるが、開度βをゼロとしてもよい。このように、中立位置６ｃから回生再生位置６ｅにかけて、回生流路６ｇが開放される開口断面積と再生流路６ｈが開放される開口断面積との少なくとも一方を徐々に変化させることで、回生モータＭへ導かれる作動油の流量とロッド側室３０へ導かれる作動油の流量との配分を制御することができる。
【０１１７】
また、上記実施形態では、ブーム二速用切換弁６のパイロット室６ｂに供給されるパイロット圧は、電磁比例減圧弁５２によって制御される。これに代えて、比例電磁弁によって、パイロット室６ｂとパイロット油圧源ＰＰとを連通するパイロット通路５１の連通開度を制御することでパイロット圧を変化させてもよい。
【０１１８】
また、上記実施形態では、接続通路２６と負荷側通路２４とを連通する連通路２８が設けられ、連通路２８には、逆止弁３２が設けられる。これに代えて、連通路２８及び逆止弁３２を廃止してもよい。この場合であっても、接続通路２６と負荷側通路２４とは、ブーム二速用切換弁６を通じて連通可能である。また、逆止弁３２等を廃止することで構成が簡素化され、製造コストを低減させることができる。
【０１１９】
また、上記実施形態では、オペレータによってブーム操作レバーがブームシリンダＢＣを上昇させる方向に操作された段階で、ブーム用切換弁１７のパイロット室１７ａとともに、ブーム二速用切換弁６のパイロット室６ａにパイロット圧が供給される。これに代えて、オペレータによってブーム操作レバーがブームシリンダＢＣを上昇させる方向に所定量以上操作されたときにブーム二速用切換弁６のパイロット室６ａにパイロット圧が供給される構成としてもよい。この場合、ブームが急激に上昇することを抑制することができる。また、パイロット室６ａにパイロット圧が供給される時期をパイロット室１７ａにパイロット圧が供給される時期から所定の期間だけ遅らせて、ブーム二速用切換弁６が増速位置６ｄに切り換わる時期を遅らせることによっても、ブームが急激に上昇することを抑制することができる。
【０１２０】
以下、本発明の実施形態の構成、作用、及び効果をまとめて説明する。
【０１２１】
ハイブリッド作業機の制御システム１００は、ピストン側室２５への作動油の供給及びロッド側室３０からの作動油の排出によって伸長して負荷を上昇させ、ロッド側室３０への作動油の供給及びピストン側室２５からの作動油の排出によって収縮して負荷を下降させるブームシリンダＢＣと、タンクＴに貯留される作動油をブームシリンダＢＣに供給する流体供給源ＭＰ１，ＭＰ２，ＡＰと、ピストン側室２５から排出される作動油によって回転する回生モータＭ、回生モータＭに連結される回転電機３５、及び、回転電機３５によって発電された電力を貯めるバッテリ３７を有する回生ユニットＲＵと、作動油をピストン側室２５へ導きブームシリンダＢＣを伸長させる伸長位置１７ｄと、ピストン側室２５の作動油をタンクＴへ導きブームシリンダＢＣを収縮させる収縮位置１７ｅと、を有するブーム用切換弁１７と、ブーム用切換弁１７が伸長位置１７ｄにあるときに流体供給源ＭＰ１，ＡＰから供給される作動油をピストン側室２５へ導く増速流路６ｆが開放される増速位置６ｄと、ブーム用切換弁１７が収縮位置１７ｅにあるときにピストン側室２５と回生モータＭとを連通する回生流路６ｇとピストン側室２５とロッド側室３０とを連通する再生流路６ｈとが開放される回生再生位置６ｅと、増速流路、回生流路６ｇ及び再生流路６ｈが閉塞される中立位置６ｃと、を有するブーム二速用切換弁６と、を備えることを特徴とする。
【０１２２】
この構成では、ブーム二速用切換弁６が、ブームシリンダＢＣを伸長させる際に作動油をピストン側室２５へ導くことでブームシリンダＢＣの作動速度を増速させる増速制御が行われる増速位置６ｄを有するとともに、ピストン側室２５と回生モータＭとを連通させる回生制御及びピストン側室２５とロッド側室３０とを連通させる再生制御が行われる回生再生位置６ｅを有する。つまり、増速制御弁として機能するブーム二速用切換弁６に、回生制御弁としての機能と再生制御弁としての機能とが統合されている。
【０１２３】
このように、１つの切換弁に複数の機能が集約されているため、それぞれの機能を有する切換弁を別々に設置した場合と比較し、各切換弁と各要素とを接続する配管が不要となり、また、各切換弁が配置されるスペースを確保する必要がなくなる。この結果、ハイブリッド作業機の制御システム１００を製造するコストを低減させることができるとともに、ハイブリッド作業機の制御システム１００をコンパクト化することができる。また、従来のように、回生制御弁や再生制御弁が別々に配置されておらず、一カ所に集約して配置されているため、メンテナンス性を向上させることができる。
【０１２４】
また、ハイブリッド作業機の制御システム１００は、ブーム用切換弁１７とブーム二速用切換弁６とを接続する接続通路２６と、ブーム二速用切換弁６とピストン側室２５とを接続し、ブーム二速用切換弁６を通じて接続通路２６と連通可能な負荷側通路２４と、接続通路２６と負荷側通路２４とを連通する連通路２８と、連通路２８に設けられ、接続通路２６から負荷側通路２４へ向かう作動油の流れのみを許容する逆止弁３２と、をさらに備え、ブーム二速用切換弁６が増速位置６ｄまたは中立位置６ｃにあるときに、ブーム用切換弁１７が伸長位置１７ｄに切り換えられると、ブーム用切換弁１７を通じて流体圧力源ＭＰ２からピストン側室２５へ供給される作動油は、接続通路２６及びブーム二速用切換弁６を通じて負荷側通路２４に導かれるとともに、接続通路２６及び逆止弁３２を通じて負荷側通路２４に導かれることを特徴とする。
【０１２５】
この構成では、接続通路２６はブーム二速用切換弁６を通じて負荷側通路２４と連通しているため、第二メインポンプＭＰ２から吐出された作動油は、ブーム用切換弁１７、接続通路２６、ブーム二速用切換弁６及び負荷側通路２４を通じてブームシリンダＢＣのピストン側室２５へと導かれる。また、第二メインポンプＭＰ２から吐出された作動油は、ブーム二速用切換弁６を経由することなく、接続通路２６から連通路２８を通じて負荷側通路２４にも供給される。
【０１２６】
このように、第二メインポンプＭＰ２から吐出された作動油は、二つの経路を通じてピストン側室２５へと導かれる。このため、ピストン側室２５に供給される作動油の流量が確保され、ブームシリンダＢＣの応答性を向上させることができる。また、比較的流路抵抗が大きいスプール弁であるブーム二速用切換弁６を経由することなく、ピストン側室２５へと作動油を導くことが可能となるため、作動油がピストン側室２５に供給される際の圧力損失を低減させることができる。
【０１２７】
また、ハイブリッド作業機の制御システム１００は、ブーム用切換弁１７とブーム二速用切換弁６とを接続する接続通路２６と、ブーム二速用切換弁６とピストン側室２５とを接続し、ブーム二速用切換弁６を通じて接続通路２６と連通可能な負荷側通路２４と、をさらに備え、ブーム二速用切換弁６は、中立位置６ｃにあるときに開放される負荷側通路２４と接続通路２６とを連通する連通流路６ｉをさらに有し、連通流路６ｉが開放される面積は、中立位置６ｃから回生再生位置６ｅにかけて徐々に減少することを特徴とする。
【０１２８】
回生再生位置６ｅに切り換わった瞬間に負荷側通路２４から接続通路２６へと導かれていた作動油がロッド側室３０に供給されるとブームシリンダＢＣの作動速度が急変するおそれがある。これに対して、この構成では、負荷側通路２４と接続通路２６とを連通させる連通流路６ｉの開口断面積は、ブーム二速用切換弁６が中立位置６ｃから回生再生位置６ｅに変位するのに伴って減少する。このため、負荷側通路２４から接続通路２６へと導かれていた作動油の流れが急激に変化することが防止され、ブームシリンダＢＣをスムーズに作動させることができる。
【０１２９】
また、ブーム二速用切換弁６が回生再生位置６ｅにあるとき、連通流路６ｉは閉塞されることを特徴とする。
【０１３０】
この構成では、負荷側通路２４と接続通路２６とを連通する連通流路６ｉは、ブーム二速用切換弁６が回生再生位置６ｅに変位したときに閉塞される。このため、ピストン側室２５から排出されるすべての作動油がロッド側室３０と回生モータＭとの何れかへ導かれる。したがって、排出されるすべての作動油のエネルギを有効利用することができる。
【０１３１】
また、回生流路６ｇが開放される面積と再生流路６ｈが開放される面積との少なくとも一方は、中立位置６ｃから回生再生位置６ｅにかけて徐々に変化することを特徴とする。
【０１３２】
この構成では、回生流路６ｇが開放される面積と再生流路６ｈが開放される面積との少なくとも一方は、中立位置６ｃから回生再生位置６ｅに変位するブーム二速用切換弁６の変位に応じて徐々に変化する。このように、ブーム二速用切換弁６の変位量に応じて回生流路６ｇが開放される面積と再生流路６ｈが開放される面積の少なくとも一方を変化させることで、回生モータＭへ導かれる作動油の流量とロッド側室３０へ導かれる作動油の流量との配分をブーム二速用切換弁６の位置を制御することによって変化させることができる。
【０１３３】
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。
【０１３４】
上記実施形態では、流体圧シリンダからの戻り作動油を利用して回生を行う例として、ブームシリンダＢＣからの戻り作動油を利用する場合について説明した。しかしながら、ブームシリンダＢＣに代えて、アーム駆動用のアームシリンダ又はバケット駆動用のバケットシリンダからの戻り作動油を利用して回生を行うようにしてもよい。
【０１３５】
また、作業機としては、油圧ショベルに限定されず、流体圧シリンダによって駆動するブームを有する油圧クレーンや高所作業機等であってもよい。
【符号の説明】
【０１３６】
１００・・・ハイブリッド作業機の制御システム、６・・・ブーム二速用切換弁（第２切換弁）、６ａ，６ｂ・・・パイロット室、６ｃ・・・中立位置、６ｄ・・・増速位置、６ｅ・・・回生再生位置、６ｆ・・・増速流路、６ｇ・・・回生流路、６ｈ・・・再生流路、６ｉ・・・連通流路、９・・・中立通路、１０・・・パラレル通路、１７・・・ブーム用切換弁（第１切換弁）、１７ａ，１７ｂ・・・パイロット室、１７ｃ・・・停止位置、１７ｄ・・・伸長位置、１７ｅ・・・収縮位置、１９・・・中立通路、２０・・・パラレル通路、２４・・・負荷側通路、２５・・・ピストン側室（負荷側圧力室）、２６・・・接続通路、２６ａ・・・分岐通路、２７・・・回生通路、２８・・・連通路、２９・・・反負荷側通路、２９ａ・・・分岐通路、３０・・・ロッド側室（反負荷側圧力室）、３２・・・逆止弁、３３・・・下降防止弁、３５・・・回転電機、３６・・・インバータ、３７・・・バッテリ、５２・・・電磁比例減圧弁、ＭＰ１・・・第一メインポンプ（流体供給源）、ＭＰ２・・・第二メインポンプ（流体供給源）、ＡＰ・・・アシストポンプ（流体供給源）、Ｔ・・・タンク、ＢＣ・・・ブームシリンダ（流体圧シリンダ）、ＲＵ・・・回生ユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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