【手続補正書】
【提出日】平成30年3月9日(2018.3.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、
前記エンジンに機械的に接続され、駆動トルクを発生することで放電し、制動トルクを発生することで発電するアシストモータと、
前記エンジンと前記アシストモータの合計トルクで駆動される複数の油圧ポンプと、
前記複数の油圧ポンプから吐出される圧油によって駆動される複数の油圧アクチュエータと、
前記複数のクチュエータの作動を指示する複数の操作レバー装置と、
前記アシストモータが発電した電力を蓄積し、前記アシストモータが放電する時に電力を供給する蓄電装置と、
前記複数の操作レバー装置の操作量と、前記複数の油圧ポンプの吐出圧と、前記エンジンの回転数の信号を入力し、前記複数の油圧ポンプの吐出流量を制御するポンプ流量制御装置とを備えたハイブリッド作業機械において、
前記ポンプ流量制御装置は、
前記複数の操作レバー装置の操作量と、前記複数の油圧ポンプの吐出圧と、前記エンジンの回転数から求めたポンプ出力基準値とから前記複数の油圧ポンプの最大吐出流量を制限制御するためのそれぞれの流量基準値を演算し、前記流量基準値に基づいて前記複数の油圧ポンプの吐出流量を制御することで、前記複数の油圧ポンプの合計値である合計ポンプ出力馬力が前記ポンプ出力基準値を超えないように前記複数の油圧ポンプの最大吐出流量を制限制御するポンプ流量制限制御部と、
前記複数の油圧ポンプのそれぞれの吐出圧が第１圧力閾値より高いかどうかを判定し、前記複数の油圧ポンプのいずれか一方の吐出圧が前記第１圧力閾値よりも高いと判定され、その状態が所定時間を超えて継続したときに、前記複数の油圧ポンプのうち吐出圧が前記第１圧力閾値よりも高いと判定された油圧ポンプの前記流量基準値から一定量の流量補正値を減算し、かつその後前記高負荷運転状態が前記所定時間を超えて継続する毎に前記流量補正値を一定量増加させて前記減算を行うことで、前記複数の油圧ポンプのうち吐出圧が前記第１圧力閾値よりも高いと判定された油圧ポンプの吐出流量が低下するよう制御するポンプ流量補正制御部とを有することを特徴とするハイブリッド作業機械。
【請求項２】
請求項１に記載のハイブリッド作業機械において、
ポンプ流量補正制御部（８２ｂ）は、前記複数の油圧ポンプのうち吐出圧が前記第１圧力閾値よりも高いと判定された油圧ポンプの吐出圧が第１圧力閾値より小さい第２圧力閾値以下に低下したときに前記吐出圧が前記第１圧力閾値よりも高いと判定された油圧ポンプの吐出流量の低下を停止するよう制御することを特徴とするハイブリッド作業機械。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明は、エンジンと、前記エンジンに機械的に接続され、駆動トルクを発生することで放電し、制動トルクを発生することで発電するアシストモータと、前記エンジンと前記アシストモータの合計トルクで駆動される複数の油圧ポンプと、前記複数の油圧ポンプから吐出される圧油によって駆動される複数の油圧アクチュエータと、前記複数のクチュエータの作動を指示する複数の操作レバー装置と、前記アシストモータが発電した電力を蓄積し、前記アシストモータが放電する時に電力を供給する蓄電装置と、前記複数の操作レバー装置の操作量と、前記複数の油圧ポンプの吐出圧と、前記エンジンの回転数の信号を入力し、前記複数の油圧ポンプの吐出流量を制御するポンプ流量制御装置とを備えたハイブリッド作業機械において、前記ポンプ流量制御装置は、前記複数の操作レバー装置の操作量と、前記複数の油圧ポンプの吐出圧と、前記エンジンの回転数から求めたポンプ出力基準値とから前記複数の油圧ポンプの最大吐出流量を制限制御するためのそれぞれの流量基準値を演算し、前記流量基準値に基づいて前記複数の油圧ポンプの吐出流量を制御することで、前記複数の油圧ポンプの合計値である合計ポンプ出力馬力が前記ポンプ出力基準値を超えないように前記複数の油圧ポンプの最大吐出流量を制限制御するポンプ流量制限制御部と、前記複数の油圧ポンプのそれぞれの吐出圧が第１圧力閾値より高いかどうかを判定し、前記複数の油圧ポンプのいずれか一方の吐出圧が前記第１圧力閾値よりも高いと判定され、その状態が所定時間を超えて継続したときに、前記複数の油圧ポンプのうち吐出圧が前記第１圧力閾値よりも高いと判定された油圧ポンプの前記流量基準値から一定量の流量補正値を減算し、かつその後前記高負荷運転状態が前記所定時間を超えて継続する毎に前記流量補正値を一定量増加させて前記減算を行うことで、前記複数の油圧ポンプのうち吐出圧が前記第１圧力閾値よりも高いと判定された油圧ポンプの吐出流量が低下するよう制御するポンプ流量補正制御部とを有するものとする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
このようにポンプ流量制御装置を設け、油圧ポンプの吐出圧が高圧域で運転される高負荷運転状態にありかつ高負荷運転状態が所定時間以上継続したときに、油圧ポンプの吐出流量が低下するよう制御することにより、操作違和感が生じずに高負荷圧の連続運転による蓄電装置の連続放電を抑制することができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
【図１】本発明のハイブリッド作業機械の第１の参考例における油圧ショベルの側面図である。
【図２】本発明のハイブリッド作業機械の第１の参考例における油圧ショベルの電動・油圧機器のシステム構成図である。
【図３】コントローラの制御機能を示すブロック図である。
【図４】コントローラのアシストモータ制御部におけるトルク指令値を演算する機能を示すブロック図である。
【図５】コントローラのポンプ流量制御部におけるレギュレータ指令値を演算するポンプ流量制御のフローチャートの一部である。
【図６】図５のフローチャートの続きである。
【図７】図６のフローチャートの続きである。
【図８】図５のステップＳ１においてポンプ出力基準値を決定するのに用いるテーブルの一例を示す図
【図９】図５のステップＳ１及びＳ２の演算処理部分（ポンプ流量制限制御部）の機能を示すブロック図である。
【図１０Ａ】ポンプ流量制限制御部の制御概念を示す図であって、２つの油圧ポンプの一方のＰＱ特性を示す図である。
【図１０Ｂ】ポンプ流量制限制御部の制御概念を示す図であって、２つの油圧ポンプの他方のＰＱ特性を示す図である。
【図１１】図５のステップＳ３において第１及び第２出力閾値を決定するのに用いるテーブルの一例を示す図である。
【図１２】本発明のハイブリッド作業機械の一実施の形態におけるコントローラのポンプ流量制御部におけるレギュレータ指令値を演算するポンプ流量制御のフローチャートの一部である。
【図１３】図１２のフローチャートの続きである。
【図１４】図１３のフローチャートの続きである。
【図１５】本発明のハイブリッド作業機械の第２の参考例におけるコントローラのポンプ流量制御部におけるレギュレータ指令値を演算するポンプ流量制御のフローチャートの一部である。
【図１６】図１５のフローチャートの続きである。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
以下、作業機械として油圧ショベルを例にとって本発明の参考例及び実施の形態を図面を用いて説明する。なお、本発明は、蓄電装置を備えたハイブリッド作業機械全般に適用が可能であり、本発明の適用は油圧ショベルに限定されるものではない。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
＜第１の参考例＞
図１は本発明のハイブリッド作業機械の第１の参考例における油圧ショベルのす側面図である。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
旋回体２０は、旋回フレーム２１と、旋回フレーム２１上に設けられた、原動機としてのエンジン２２と、エンジン２２により駆動されるアシストモータ２３と、旋回電動モータ２５と、アシストモータ２３及び旋回電動モータ２５に接続される蓄電装置２４と、旋回電動モータ２５の回転を減速する減速機構２６等から構成され、旋回電動モータ２５の駆動力が減速機構２６を介して伝達され、その駆動力により下部走行体１０に対して上部旋回体２０（旋回フレーム２１）を旋回駆動させる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
図２は発明のハイブリッド作業機械の第１の参考例における油圧ショベルの電動・油圧機器のシステムを示す図である。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
コントローラ８０は、各種操作指令信号、旋回電動モータ２５の回転数信号等を用いて、旋回電動モータ２５のトルク指令値、アシストモータ２３のトルク指令値、油圧ポンプ４１ａ、４１ｂの容積指令値を演算する。旋回電動モータ２５へのトルク指令とアシストモータ２３へのトルク指令は、インバータ５２，５３へ送り、インバータ５２，５３が旋回電動モータ２５とアシストモータ２３のトルクを制御する。油圧ポンプ４１ａ，４１ｂへの容積指令は、電気・油圧信号変換デバイス７０ａ，７０ｂを介してレギュレータ４２ａ，４２ｂへ送り、レギュレータ４２ａ，４２ｂが油圧ポンプ４１ａ，４１ｂの容積を制御する。電気・油圧信号変換デバイス７０ａ，７０ｂは、コントローラ８０からの電気信号を油圧パイロット信号へ変換するものであり、例えば電磁比例バルブに相当する。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
次に、アシストモータ制御部８１は、エンジン出力最大値演算部８１ｂにおいて、エンジン回転数現在値またはエンジン回転数目標値Ｎからエンジン出力最大値ＰｏｗＥｎｇを算出する。このエンジン出力最大値ＰｏｗＥｎｇは後述するポンプ出力基準値Ｐｏｗ１と同様、予め設定したテーブルを使って決定される。なお、エンジン出力最大値ＰｏｗＥｎｇからオルターネータ、エアコン等の補機を負荷差し引いた出力が油圧ポンプ３１ａ，４１ｂの割り当て動力となる関係にあるため、ポンプ出力基準値Ｐｏｗ１をポンプ効率ηで除してポンプ入力基準値を求め、このポンプ入力基準値に補機負荷を加算してエンジン出力最大値ＰｏｗＥｎｇを算出してもよい。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
図５〜図７は、コントローラ８０のポンプ流量制御部８２（ポンプ流量制限制御部８２ａ及びポンプ流量補正制御部８２ｂ）におけるレギュレータ指令値を演算するポンプ流量制御のフローチャートを示す図であり、図８は図５のステップＳ１においてポンプ出力基準値を決定するのに用いるテーブルの一例を示す図であり、図９は、図５のステップＳ１及びＳ２の演算処理部分（ポンプ流量制限制御部８２ａ）の機能を示すブロック図である。図５〜図７のフローチャート中、ステップＳ１及びＳ２がポンプ流量制限制御部８２ａに該当し、ステップＳ３〜Ｓ２４がポンプ流量補正制御部８２ｂに該当する。本参考例は、ポンプ流量を低減する条件が、ポンプ吐出圧とポンプ出力のＡＮＤ条件の場合のものである。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８０】
次に、本参考例の動作について説明する。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８２】
まず、ポンプ吐出圧Ｐａ，Ｐｂは低いため、図９の流量演算部８２ａ５，８２ａ６において馬力制御の制限流量Ｑ２ａ，Ｑ２ｂは要求流量Ｑ１ａ，Ｑ１ｂよりも大きい値として演算され（図１０Ａ、図１０Ｂ参照）、
Ｑ２ａ＞Ｑ１ａ
Ｑ２ｂ＞Ｑ１ｂ
の関係となる。このためステップＳ２において、ポンプ流量基準値Ｑ３ａ，Ｑ３ｂが以下のように演算される。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８７】
まず、油圧ポンプ４１ａの吐出圧Ｐａが高いため、図９の流量演算部８２ａ５において馬力制御の制限流量Ｑ２ａは要求流量Ｑ１ａよりも小さい値として演算される一方（図１０Ａ）、油圧ポンプ４１ｂの吐出圧は高くないため、図９の流量演算部８２ａ６において馬力制御の制限流量Ｑ２ｂは要求流量Ｑ１ｂよりも大きい値として演算され（図１０Ｂ参照）、
Ｑ２ａ＜Ｑ１ａ
Ｑ２ｂ＞Ｑ１ｂ
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９６】
以上のように本参考例によれば、油圧ポンプ４１ａ，４１ｂの吐出圧が高くかつポンプ出力が高くてエンジン単体ではポンプ駆動できないときは、一定時間経過後にポンプ流量を徐々に減少させることで、操作違和感が生じずに高負荷圧の連続運転による蓄電装置２４の連続放電を抑制することができる。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９７】
また、本参考例では、ポンプ出力に関する判定条件（Ｓ５及びＳ１５）とポンプ吐出圧に関する判定条件（Ｓ６，Ｓ７及びＳ１６，Ｓ１７）の両方を持ち、両方の判定条件で油圧ポンプ４１ａ，４１ｂの吐出流量を減少させる必要があるかどうかを判定するため、次のような効果も得られる。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９８】
すなわち、ポンプ吐出圧の条件だけ（実施の形態）の場合は、出力に関する判定条件がないため、片方のポンプ吐出圧は高いが合計のポンプ出力は低いときは、エンジン単体でポンプを駆動可能で蓄電装置の連続放電がない場合でも、ポンプ流量を低減し、動作速度を低下させてしまう可能性がある。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９９】
また、ポンプ出力の条件だけ（第２の参考例）の場合は、片方のポンプ吐出圧が高くかつ合計のポンプ出力が高いとき、両方のポンプの流量を低減する。このためポンプ吐出圧が低い側のリリーフ弁がリリーフしていないのにも係わらずアクチュエータの流量も減少させる可能性がある。リリーフ弁がリリーフしている場合は、アクチュエータは動いていない場合が多く、この流量を落としても操作違和感は小さい。しかし、リリーフ弁がリリーフしていない場合はアクチュエータは動いているので、この流量を落とすと操作違和感が生じる場合がある。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１００
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１００】
本参考例では、ポンプ出力に関する判定条件とポンプ吐出圧に関する判定条件のアンド条件で判定を行っているため、上記の不具合を発生せず、適切なかつ操作性の良いポンプ流量制御が可能となる。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０１】
＜実施の形態＞
本発明の一実施の形態を説明する。図１２〜図１４は、本発明の一実施の形態におけるコントローラ８０のレギュレータ指令値を演算するポンプ流量制御のフローチャートを示す図である。本実施の形態は、油圧ポンプ４１ａ，４１ｂの吐出流量を低減する条件が、ポンプ吐出圧の条件のみの場合のものである。また、本実施の形態のポンプ流量制御のフローチャートは、第１の参考例のポンプ流量制御のフローチャートから、ポンプ出力に関する判定条件を除いたもので、それ以外の処理に関しては第１の参考例のものと同じである。
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０４】
しかしながら、本実施の形態のポンプ流量制御は、第１の参考例のポンプ流量制御に比べて制御を簡略化できるため、開発や検証の期間を短縮することができる。
【手続補正２２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０５】
＜第２の参考例＞
本発明の第２の参考例を説明する。図１５〜図１６は、本発明の第２の参考例におけるコントローラ８０のレギュレータ指令値を演算するポンプ流量制御のフローチャートを示す図である。本参考例は、油圧ポンプ４１ａ，４１ｂの吐出流量を低減する条件が、ポンプ出力の条件のみの場合のものである。また、本参考例のポンプ流量制御のフローチャートは、第１の参考例のポンプ流量制御のフローチャートから、ポンプ圧力に関する判定条件を除いたもので、それ以外の処理に関しては第１の参考例のものと同じである。
【手続補正２３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０６】
本参考例によっても、ポンプ出力が高くてエンジン単体ではポンプ駆動できないときは、一定時間経過後にポンプ流量を徐々に減少させることで、操作違和感が生じずに高負荷圧の連続運転による蓄電装置の連続放電を抑制することができる。
【手続補正２４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０７】
また、片方のポンプ吐出圧が高くかつ合計のポンプ出力が高いとき、第１の参考例では吐出圧の高い方の油圧ポンプの流量を低減するが、第２の参考例では、両方の油圧ポンプ４１ａ，４１ｂの吐出流量を低減する。そのため、第１の参考例と第２の参考例は異なる操作感になるが、本発明の実施の形態と同様、第２の参考例のポンプ流量制御は、第１の参考例のポンプ流量制御に比べて制御を簡略化できるため、開発や検証の期間を短縮することができる。
【手続補正２５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０８】
＜その他＞
以上の参考例及び実施の形態では、ハイブリッド作業機械が油圧ポンプ４１ａ，４１ｂの２つのメインポンプを備える場合について説明したが、油圧ポンプは１つであってもよいし３つ以上あってもよい。油圧ポンプが１つの場合は、第２の参考例のように油圧ポンプの吐出流量を低減する条件をポンプ出力の条件のみとすればよい。
【手続補正２６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０９】
また、以上の参考例及び実施の形態では、ハイブリッド作業機械が油圧ショベルである場合について説明したが、油圧クレーン等、油圧ショベル以外の作業機械に本発明を適用してもよい。