JP5546750B2 - ハイブリッド式建設機械 - Google Patents

Description

本発明は建設機械に係り、特に油圧ポンプを駆動するエンジンを電動モータでアシストするハイブリッド式建設機械に関する。

内燃機関の動力と電動機の動力を併用して効率的に動作するハイブリッド式建設機械が開発され用いられるようになっている。ハイブリッド式建設機械として、いわゆるパラレル方式の駆動形態をとるものが知られている。

パラレル方式の駆動形態では、油圧ポンプと、発電機作用と電動機作用を行なう動力機とが、共通の動力源としての内燃機関（エンジン）にパラレルに接続される。油圧ポンプによって油圧アクチュエータが駆動されるとともに、動力機の発電機作用によって蓄電装置に充電が行われる。この蓄電装置からの電力により動力機を電動機として動作させてエンジンをアシストする。なお、動力機としては、一台で発電機作用と電動機作用の双方を行なう兼用機(発電機兼電動機)を用いる場合と、別々の発電機と電動機を併用する場合とがある。

上述のハイブリッド式建設機械において、油圧ポンプは例えばディーゼルエンジンやガソリンエンジンなどの内燃機関（エンジン）により駆動される。内燃機関の最大出力はそのときの内燃機関の回転数によって決まるため、内燃機関の出力には回転数に応じた上限値が設定される。したがって、油圧ポンプがエンジンに要求する動力（油圧作動部分が必要とする油圧を発生させるための出力）が、そのときの内燃機関の回転数によって決まる上限値を越えている場合は、要求しただけの動力を出力することはできない。

そこで、ハイブリッド式建設機械では、油圧ポンプがエンジンに要求する動力が上限値を越えた場合に、動力機を電動機として用いてエンジンをアシストし、上限値を超えた部分の出力を動力機により補うことが行われる。このように、ハイブリッド式建設機械では、電動機によるアシストがあるため、エンジンの定格出力を小さくすることができるという利点がある。

例えば、エンジンの定格出力を小さくしておき、大きな油圧出力が必要な場合に電動機によりエンジンをアシストして必要な油圧出力を得ることが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

ところが、電動機でのエンジンのアシストが連続して行なわれる、あるいは頻繁に行なわれると、電動機を駆動するためのバッテリの蓄電率を維持できなくなる。そこで、油圧ポンプの馬力をエンジンの定格出力以下に設定することにより、なるべくエンジンを有効に使用しバッテリの電力を使い過ぎないように制御する。あるいは、バッテリの蓄電率に応じて油圧ポンプの出力を抑制するように制御することにより、電動機のアシストを抑制する。
特開２００４−１１５０２号公報

上述のように、油圧ポンプの出力を小さなものとしたり、油圧ポンプの出力を抑制した場合、油圧ポンプから油圧アクチュエータに供給する油圧出力が減少し、作業が遅くなったり、力強さが損なわれるという問題がある。また、作業者にとって、バッテリの充電率が低下していつ油圧出力が減少するかがわからないため、突然油圧出力が減少して所望の作業を行なうことができなくなるおそれがある。

本発明は上述の問題に鑑みなされたものであり、一時的に油圧ポンプの出力を増大して油圧による作業を大きな出力で行なうことのできるハイブリッド式建設機械を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明によれば、可変容量式油圧ポンプを駆動するエンジンと、該可変容量式油圧ポンプからの油圧により駆動される複数の油圧アクチュエータと、該エンジンを補助する電動発電機と、電力を供給して前記電動発電機を駆動し、前記電動発電機からの電力により充電される蓄電器とを有するハイブリッド式建設機械であって、前記可変容量式油圧ポンプの最大出力は前記エンジンの最大出力以上であり、前記可変容量式油圧ポンプの出力を前記エンジンの最大出力より大きく設定して運転する際に、前記電動発電機で前記エンジンを補助し、駆動する油圧アクチュエータが連続動作可能な油圧モータである場合、前記可変容量式油圧ポンプの出力を前記エンジンの最大出力以下の第１の出力に設定し、駆動する油圧アクチュエータが油圧シリンダのみである場合、前記可変容量式油圧ポンプの出力を前記エンジンの最大出力より大きい第２の出力に設定する、ことを特徴とするハイブリッド式建設機械が提供される。

上述のハイブリッド式建設機械において、前記油圧アクチュエータを駆動していない場合、前記可変容量式油圧ポンプの出力を前記エンジンの最大出力より小さい値に設定することとしてもよい。また、前記油圧アクチュエータの種類及び運転状況を、操作者のレバー操作に基づいて判定することとしてもよい。

上述の発明によれば、駆動する油圧アクチュエータが油圧シリンダのみである場合に、一時的に油圧ポンプの出力を増大して油圧による作業を大きな出力で行なうことができる。このため、油圧シリンダにより駆動される作業部分を力強く作動させることができ、ハイブリッド式建設機械の作業部分の一部を従来の油圧専用建設機械と同等な力強さで駆動することができる。

次に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

まず、本発明が適用されるハイブリッド式建設機械の一例としてハイブリッド式ショベルについて説明する。

図１はハイブリッド式ショベルの側面図である。ショベルの下部走行体１には、旋回機構２を介して上部旋回体３が搭載されている。上部旋回体３からブーム４が延在し、ブーム４の先端にアーム５が接続される。さらに、アーム５の先端にバケット６が接続される。ブーム４、アーム５及びバケット６は、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９によりそれぞれ油圧駆動される。また、上部旋回体３には、キャビン１０及び動力源（図示せず）が搭載される。

図２は、図１に示すショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。

機械式駆動部としてのエンジン１１と、アシスト駆動部としての電動発電機１２（アシストモータ１２とも称する）は、ともに増力機としての減速機１３（スプリッタとしても機能する）に接続されている。減速機１３の出力軸には、容量可変式油圧ポンプ１４が接続されている。油圧発生機である容量可変式油圧ポンプ１４には、油圧ライン１６を介してコントロールバルブ１７が接続されている。以下、容量可変式油圧ポンプ１４を、単に油圧ポンプ１４と称することもある。

コントロールバルブ１７は、油圧系の制御を行う制御装置である。コントロールバルブ１７には、下部走行体１用の油圧モータ１Ａ（右用）及び１Ｂ（左用）、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９が高圧油圧ラインを介して接続される。また、コントロールバルブ１７には、上部旋回体を旋回駆動する旋回機構２の旋回油圧モータ２Ａが接続されている。

電動発電機１２には、インバータ１８Ａ及びコンバータ１８Ｂを介して蓄電器としてのバッテリ１９が接続されている。バッテリ１９は電力ライン２７及び２８により電動発電機１２に接続されており、電動発電機１２からの電力によりバッテリ１９を充電することができると共に、バッテリ１９からの電力で電動発電機１２を駆動することもできる。

以上の構成を有するショベルは、エンジン１１及び電動発電機１２を動力源とするハイブリッド式建設機械である。これらの動力源は、図１に示す上部旋回体３に搭載される。以下、各部について説明する。

エンジン１１は、例えば、ディーゼルエンジンで構成される内燃機関であり、その出力軸は減速機１３の一方の入力軸に接続される。エンジン１１は、建設機械の運転中は常時運転される。

電動発電機１２は、電動（アシスト）運転及び発電運転の双方が可能な電動機であればよい。ここでは、電動発電機１２として、インバータ１８Ａによって交流駆動される電動発電機を示す。この電動発電機１２は、例えば、磁石がロータ内部に埋め込まれたＩＰＭ(Interior Permanent Magnet)モータで構成することができる。電動発電機１２の回転軸は減速機１３の他方の入力軸に接続される。

減速機１３は、２つの入力軸と１つの出力軸を有する。２つの入力軸には、エンジン１１の駆動軸と電動発電機１２の駆動軸がそれぞれ接続される。また、出力軸には容量可変式油圧ポンプ１４の駆動軸が接続される。エンジン１１の負荷が大きい場合には、電動発電機１２が電動（アシスト）運転を行い、電動発電機１２の駆動力が減速機１３の出力軸を経て油圧ポンプ１４に伝達される。これによりエンジン１１の駆動がアシストされる。一方、エンジン１１の負荷が小さい場合は、エンジン１１の駆動力が減速機１３を経て電動発電機１２に伝達されることにより、電動発電機１２が発電運転による発電を行う。電動発電機１２の電動（アシスト）運転と発電運転の切り替えは、コントローラ３０により、エンジン１１の負荷等に応じて行われる。

油圧ポンプ１４は、コントロールバルブ１７に供給するための油圧を発生する油圧ポンプである。油圧ポンプ１４で発生した油圧は、コントロールバルブ１７を介して油圧負荷である油圧モータ１Ａ、１Ｂ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９、及び旋回油圧モータ２Ａの各々を駆動するために供給される。

コントロールバルブ１７は、高圧油圧ラインを介して接続される下部走行体１用の油圧モータ１Ａ、１Ｂ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９、及び旋回油圧モータ２Ａの各々に供給する油圧を運転者の操作入力に応じて制御することにより、これらを油圧駆動制御する油圧制御装置である。

インバータ１８Ａは、上述の如く電動発電機１２とバッテリ１９との間に設けられ、コントローラ３０からの指令に基づき、電動発電機１２の運転制御を行う。これにより、インバータ１８Ａが電動発電機１２の電動（アシスト）を運転制御している際には、必要な電力をバッテリ１９から電動発電機１２に供給する。また、電動発電機１２の発電を運転制御している際には、電動発電機１２により発電された電力をバッテリ１９に充電する。なお、バッテリ１９の充放電制御は、バッテリ１９の充電状態、電動発電機１２の運転状態（電動（アシスト）運転又は発電運転）に基づき、コントローラ３０によって行われる。

コントローラ３０は、ショベルの駆動制御を行う制御装置であり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及び内部メモリを含む演算処理装置で構成される。エンジン速度制御、油圧モータ出力制御、バッテリ充放電制御等は、コントローラ３０のＣＰＵが内部メモリに格納された駆動制御用のプログラムを実行することにより実現される。

コントローラ３０には、ハイブリッド式建設機械の運転室にある操作部３２を操作者が操作して生成された入力信号が供給される。操作部３２には、ブーム４を操作するためのブーム操作レバー、アーム５を操作するためのアーム操作レバー、バケット６を操作するためのバケット操作レバー、走行を操作するための走行操作レバー、及び旋回を操作するための旋回操作レバーが設けられている。操作者がこれらの操作レバーを動かすことで、操作レバーの操作量に応じた入力信号がコントローラ３０に供給される。

次に、本発明の一実施形態による油圧ポンプの出力制御に関して説明する。本実施形態では、油圧負荷に油圧を供給するための油圧ポンプとして上述の容量可変式油圧ポンプ１４が用いられる。容量可変式油圧ポンプ１４は、外部からの入力信号（電流信号）により最大出力（馬力）を調整することのできる油圧ポンプである。

本実施形態では、容量可変式油圧ポンプ１４の最大出力は、エンジン１１の最大出力より大きい。すなわち、容量可変式油圧ポンプ１４として、エンジン１１の最大出力より大きい出力を出すことのできる容量可変式油圧ポンプが用いられる。

図３は油圧ポンプの出力制御のフローチャートである。図４はコントローラ３０において油圧ポンプの出力制御を行なう部分の機能ブロック図である。

油圧ポンプの出力制御が開始されると、まず、ステップＳ１においてショベルが走行中か否かが判定される。この判定は、図４に示すように、走行操作レバー信号がＯＮであるかＯＦＦであるかをＯＮ／ＯＦＦ判定部４１Ａで判定することで行なわれる。走行操作レバー信号は、操作部３２の走行操作レバーが操作されているときに生成される電気信号であり、走行操作レバー信号がＯＮのときは操作者が走行操作レバーを操作してショベルが走行していることを表す。ＯＮ／ＯＦＦ判定部４１Ａでの判定結果は動作判定部４２に供給される。

動作判定部４２は、コントローラ３０により実現される機能部であり、図３に示す出力制御を行なう部分に相当する。動作判定部４２は後述のように油圧負荷の作動を判定した結果に基づいて、油圧ポンプ１４の出力を設定するための油圧ポンプ出力設定指令を出力する。この油圧ポンプ出力設定指令により、油圧ポンプ１４の出力が、第１の出力（低出力）又は第２の出力（高出力）に設定される。

ステップＳ１においてショベルが走行中であると判定されると（ステップＳ１のＹＥＳ）、処理はステップＳ２に進む。ステップＳ２では、油圧ポンプ１４の最大出力を第１の出力（低出力）に設定する処理が行なわれる。この第１の出力（低出力）は、エンジン１１の最大出力以下の出力である。ステップＳ２の容量可変式油圧ポンプ１４の最大出力を第１の出力（低出力）に設定する処理は、容量可変式油圧ポンプ１４に出力調整信号を入力することで行なわれる。出力調整信号は例えば電流信号であり、電流の大きさに応じて油圧ポンプの出力を調整・制御することができる。

一方、ステップＳ１においてショベルが走行中ではないと判定されると（ステップＳ１のＮＯ）、処理はステップＳ３に進む。ステップＳ３では、ショベルの上部旋回体３が旋回中か否かが判定される。この判定は、図４に示すように、旋回操作レバー信号がＯＮであるかＯＦＦであるかをＯＮ／ＯＦＦ判定部４１Ｂで判定することで行なわれる。旋回操作レバー信号は、操作部３２の旋回操作レバーが操作されているときに生成される電気信号であり、旋回操作レバー信号がＯＮのときは操作者が旋回操作レバーを操作してショベルの上部旋回体３が旋回していることを表す。ＯＮ／ＯＦＦ判定部４１Ｂでの判定結果は単体動作判定部４２に供給される。

ステップＳ３において上部旋回体３が旋回中であると判定されると（ステップＳ３のＹＥＳ）、処理はステップＳ２に進む。ステップＳ２では、上述のように油圧ポンプ１４の最大出力を第１の出力（低出力）に設定する処理が行なわれる。

一方、ステップＳ３において上部旋回体３が旋回中ではない判定されると（ステップＳ３のＮＯ）、処理はステップＳ４に進む。ステップＳ４では、ショベルのブーム４が作動中か否かが判定される。この判定は、図４に示すように、ブーム操作レバー信号がＯＮであるかＯＦＦであるかをＯＮ／ＯＦＦ判定部４１Ｃで判定することで行なわれる。旋回操作レバー信号は、操作部３２のブーム操作レバーが操作されているときに生成される電気信号であり、ブーム操作レバー信号がＯＮのときは操作者がブーム操作レバーを操作してブーム４が作動していることを表す。ＯＮ／ＯＦＦ判定部４１Ｃでの判定結果は単体動作判定部４２に供給される。

ステップＳ４においてブーム４が作動中であると判定されると（ステップＳ４のＹＥＳ）、処理はステップＳ５に進む。ステップＳ５では、ショベルのアーム５が作動中か否かが判定される。この判定は、図４に示すように、アーム操作レバー信号がＯＮであるかＯＦＦであるかをＯＮ／ＯＦＦ判定部４１Ｄで判定することで行なわれる。アーム操作レバー信号は、操作部３２のアーム操作レバーが操作されているときに生成される電気信号であり、アーム操作レバー信号がＯＮのときは操作者がアーム操作レバーを操作してアーム５が作動していることを表す。ＯＮ／ＯＦＦ判定部４１Ｄでの判定結果は単体動作判定部４２に供給される。

ステップＳ５においてアーム５が作動中であると判定されると（ステップＳ５のＹＥＳ）、処理はステップＳ２に進み、上述のように油圧ポンプ１４の最大出力を第１の出力（低出力）に設定する処理が行なわれる。

一方、ステップＳ５においてアーム５が作動中ではないと判定されると（ステップＳ５のＮＯ）、処理はステップＳ６に進む。ステップＳ６では、ショベルのバケット６が作動中か否かが判定される。この判定は、図４に示すように、バケット操作レバー信号がＯＮであるかＯＦＦであるかをＯＮ／ＯＦＦ判定部４１Ｅで判定することで行なわれる。バケット操作レバー信号は、操作部３２のバケット操作レバーが操作されているときに生成される電気信号であり、バケット操作レバー信号がＯＮのときは操作者がバケット操作レバーを操作してバケット６が作動していることを表す。ＯＮ／ＯＦＦ判定部４１Ｅでの判定結果は単体動作判定部４２に供給される。

ステップＳ６においてバケット６が作動中であると判定されると（ステップＳ６のＹＥＳ）、処理はステップＳ２に進み、上述のように油圧ポンプ１４の最大出力を第１の出力（低出力）に設定する処理が行なわれる。

一方、ステップＳ６においてバケット６が作動中ではないと判定されると（ステップＳ６のＮＯ）、処理はステップＳ７に進む。ステップＳ７では、油圧ポンプ１４の最大出力を第２の出力（高出力）に設定する処理が行なわれる。この第２の出力（高出力）は、エンジン１１の最大出力より大きい出力である。ステップＳ７の容量可変式油圧ポンプ１４の最大出力を第２の出力（高出力）に設定する処理は、容量可変式油圧ポンプ１４に上述の出力調整信号を入力することで行なわれる。

出力調整信号が電流信号である場合、ステップＳ２で第１の出力（低出力）に設定する場合の電流値を設定し、ステップＳ７において第２の出力（高出力）に設定する場合の電流値を設定する。

上述のステップＳ４において、ブーム４が作動中ではないと判定されると（ステップＳ４のＮＯ）、処理はステップＳ８に進む。ステップＳ８では、ステップＳ５と同様に、ショベルのアーム５が作動中か否かが判定される。この判定は、図４に示すように、アーム操作レバー信号がＯＮであるかＯＦＦであるかをＯＮ／ＯＦＦ判定部４１Ｄで判定することで行なわれる。

ステップＳ８においてアーム５が作動中であると判定されると（ステップＳ８のＹＥＳ）、処理はステップＳ９に進む。ステップＳ９では、ステップＳ６と同様に、ショベルのバケット６が作動中か否かが判定される。この判定は、図４に示すように、バケット操作レバー信号がＯＮであるかＯＦＦであるかをＯＮ／ＯＦＦ判定部４１Ｅで判定することで行なわれる。

ステップＳ９においてバケット６が作動中であると判定されると（ステップＳ９のＹＥＳ）、処理はステップＳ２に進み、上述のように油圧ポンプ１４の最大出力を第１の出力（低出力）に設定する処理が行なわれる。

一方、ステップＳ９においてバケット６が作動中ではないと判定されると（ステップＳ９のＮＯ）、処理はステップＳ７に進み、油圧ポンプ１４の最大出力を第２の出力（高出力）に設定する処理が行なわれる。

また、ステップＳ８においてアーム４が作動中ではないと判定されると（ステップＳ８のＮＯ）、処理はステップＳ１０に進む。ステップＳ１０では、ステップＳ６，Ｓ９と同様に、ショベルのバケット６が作動中か否かが判定される。この判定は、図４に示すように、バケット操作レバー信号がＯＮであるかＯＦＦであるかをＯＮ／ＯＦＦ判定部４１Ｅで判定することで行なわれる。

ステップＳ１０においてバケット６が作動中であると判定されると（ステップＳ１０のＹＥＳ）、処理はステップＳ７に進み、上述のように油圧ポンプ１４の最大出力を第２の出力（高出力）に設定する処理が行なわれる。

一方、ステップＳ１０においてバケット６が作動中ではないと判定されると（ステップＳ１０のＮＯ）、処理はステップＳ２に進み、上述のように油圧ポンプ１４の最大出力を第１の出力（低出力）に設定する処理が行なわれる。

ステップＳ２又はステップＳ７において油圧ポンプ１４の最大出力が、第１の出力（低出力）又は第２の出力（高出力）に設定されると、ポンプの出力制御処理は終了する。

以上の油圧ポンプの出力制御によれば、ショベルが走行中又は上部旋回体３が旋回中であると（ステップＳ１のＹＥＳ及びステップＳ２のＹＥＳ）、油圧ポンプ１４の出力は第１の出力（低出力）に設定される。第１の出力は、エンジン１１の最大出力以下の出力であるため、油圧ポンプ１４をエンジン１１の出力のみで連続して駆動することができる。すなわち、ショベルの走行又は上部旋回体３の旋回は、エンジン１１の出力のみで行われる。

ショベルの走行は、走行用の油圧モータ１Ａ，１Ｂに油圧を供給することにより行われるものであり、ある程度長時間連続して油圧モータ１Ａ，１Ｂに油圧を供給することが多い。また、上部旋回体３の旋回も、旋回油圧モータ２Ａに油圧を供給することにより行われるものであり、ある程度長時間連続して油圧モータ１Ａ，１Ｂに油圧を供給することが多い。すなわち、油圧モータには長時間連続して油圧を供給することが多いため、連続して供給することのできるエンジン１１の出力のみで油圧ポンプ１４を駆動する。

ショベルが走行中ではなく、上部旋回体３が旋回中ではないときは（ステップＳ１のＮＯ及びステップＳ２のＮＯ）、ブーム４、アーム５、及びバケット６が作動中であるか否かが判定される（ステップＳ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ８，Ｓ９，Ｓ１０の処理）。この処理は、ブーム４、アーム５、及びバケット６のいずれか一つが作動中である場合にのみ油圧ポンプ１４の出力を第２の出力（高出力）に設定する処理である。

例えば、ステップＳ４においてブーム４が作動中であると判定された場合、ステップＳ５でアーム５が作動中ではないと判定され、且つステップＳ６でバケット６が作動中ではないと判定された場合にのみ（すなわち、ブーム４のみが作動中）、油圧ポンプ１４の出力は第２の出力（高出力）に設定される。また、例えば、ステップＳ４においてブーム４が作動中ではないと判定された場合であって、ステップＳ８でアーム５が作動中であると判定され、且つステップＳ９においてバケット６が作動中ではないと判定された場合にのみ（すなわち、アーム５のみが作動中）、油圧ポンプ１４の出力は第２の出力（高出力）に設定される。さらに、例えば、ステップＳ４においてブーム４が作動中ではないと判定された場合であって、ステップＳ８でアーム５が作動中ではないと判定され、且つステップＳ１０においてバケット６が作動中であると判定された場合にのみ（すなわち、バケット６のみが作動中）、油圧ポンプ１４の出力は第２の出力（高出力）に設定される。

以上の処理でわかるように、ブーム４、アーム５、及びバケット６のうちいずれか一つのみが作動中である場合に、油圧ポンプ１４の出力は第２の出力（高出力）に設定される。したがって、油圧シリンダ７，８，９に供給する油圧出力を通常より大きくできるので、ブーム４、アーム５、及びバケット６により力強く作業を行うことができる。油圧シリンダは限られたストローク以内での作動であり、油圧を長時間連続して供給することはほとんど無い。したがって、油圧ポンプ１４の出力は第２の出力（高出力）に設定される時間は短く、長時間連続して第２の出力（高出力）に設定されることはない。

ここで、油圧ポンプ１４が第２の出力（高出力）に設定されると、第２の出力（高出力）はエンジン１１の最大出力より大きいので、電動発電機（アシストモータ）１２の、電動（アシスト）運転による出力がエンジン１１の出力に加えられる。すなわち、油圧ポンプ１４が第２の出力（高出力）に設定されると、バッテリ１９からの電力で電動発電機（アシストモータ）１２が力行運転されることとなり、バッテリ１９が放電している状態となる。もし、第２の出力（高出力）への設定が連続して長く続くと、バッテリ１９の放電量が大きくなり、蓄電率が極端に小さくなってしまうおそれがある。

そこで、本実施形態では、上述のように、動作時間の短い油圧シリンダが一つだけ作動する場合にのみ、油圧ポンプ１４の出力を第２の出力（高出力）に設定することで、バッテリ１９の蓄電率の極端な減少を防止しつつ、力強い作業が行えるようにしている。

図５は油圧ポンプ１４の出力特性を示すグラフである。図５において、第１の出力（低出力）に設定された場合のポンプ出力が実線で示され、第２の出力（高出力）に設定された場合のポンプ出力が点線で示されている。第１の出力（低出力）をエンジン１１の最大出力に等しく設定した場合、実線で示されたポンプ出力（第２の出力）と点線で示されたポンプ出力（第１の出力）との差分を、電動発電機（アシストモータ）１２の、電動（アシスト）運転による出力で補うこととなる。

以上のような構成とすれば、エンジン１１の最大出力を小さくしながら、油圧ポンプ１４の出力を短時間だけエンジンの出力より大きくすることができ、大きな油圧を油圧負荷（油圧シリンダ）に供給して力強い作業を行なうことができる。しかも、電動発電機（アシストモータ）１２のアシストは短時間であるため、バッテリ１９の蓄電率を極端に低下させるおそれはない。

図６は油圧ポンプ１４の出力をエンジン１１の出力に等しい第１の出力（低出力）に設定した場合の、エンジン１１、アシストモータ１２、及び油圧ポンプ１４の出力を示すグラフである。図６に示す例は、例えば、走行用の油圧モータ１Ａ，１Ｂに油圧ポンプ１４から油圧を供給してショベルが走行している状態である。エンジン１１の出力は走行を開始してから約２．５秒で最大出力に達する。エンジン１１の出力が最大に達するまでの間、アシストモータ１２が力行運転される。これにより、油圧ポンプ１４の出力は、エンジン１１の出力とアシストモータ１２の出力との和となり、油圧モータ１Ａ，１Ｂに迅速に油圧を供給して走行を開始することができる。走行開始から約２．５秒が経過するとエンジン１１の出力は最大出力となり、油圧ポンプ１４の出力に等しくなる。したがって、アシストモータ１２の出力は不要となり、その後はエンジン１１の出力のみで油圧ポンプ１４が駆動される。

図７は油圧ポンプ１４の出力をエンジン１１の出力より大きい第２の出力（高出力）に設定した場合の、エンジン１１、アシストモータ１２、及び油圧ポンプ１４の出力を示すグラフである。図７に示す例は、例えば、バケット用の油圧シリンダであるバケットシリンダ９に油圧を供給してバケット６のみを作動している状態である。エンジン１１の出力はバケット６の作業を開始してから約２．５秒で最大出力に達する。エンジン１１の出力が最大に達するまでの間、アシストモータ１２が力行運転される。これにより、油圧ポンプ１４の出力は、エンジン１１の出力とアシストモータ１２の出力との和となり、バケットシリンダ９に迅速に油圧を供給して作業を開始することができる。バケット９による作業開始から約２．５秒が経過するとエンジン１１の出力は最大出力となる。ここで、バケット６のみの作動であるため、油圧ポンプ１４の出力はエンジン１１の最大出力より大きい第２の出力（高出力）に設定されている。したがって、アシストモータ１２は、エンジン１１の出力が最大出力となった後も継続して力行運転される。これにより、油圧ポンプ１４にはエンジン１１の出力とアシストモータ１２の出力との和が供給され、これが油圧ポンプ１４の出力となる。したがって、バケットシリンダ９には通常の油圧ポンプ１４の油圧出力より大きな油圧出力が供給され、バケット６により力強い作業を行なうことができる。

以上の如く、本実施形態によるハイブリッド式ショベルは、可変容量式油圧ポンプ１４を駆動するエンジン１１と、可変容量式油圧ポンプ１４からの油圧により駆動される複数の油圧アクチュエータと、バッテリ１９からの電力により駆動され、エンジン１１を補助するアシストモータとを有している。そして、可変容量式油圧ポンプ１４の最大出力はエンジンの１１の最大出力以上であり、可変容量式油圧ポンプ１４の出力をエンジン１１の最大出力より大きく設定して運転する際に、アシストモータ１２でエンジン１１をアシストする。これにより、駆動する油圧アクチュエータが油圧シリンダのみである場合に、一時的に可変容量式油圧ポンプ１４の出力を増大して油圧による作業を大きな出力で行なうことができる。このため、油圧シリンダにより駆動される作業部分を力強く作動させることができ、ハイブリッドショベルの作業部分の一部を従来の油圧専用ショベルと同等な力強さで駆動することができる。

なお、上述の実施形態では、油圧シリンダの一つのみを作動する際に油圧ポンプ１４の出力を高く設定して力強い作業を行なうこととしたが、バッテリ１９の蓄電率を維持することができるのであれば、複数の油圧シリンダを作動する場合でも、油圧ポンプ１４の出力を高く設定して力強い作業を行なうようにしてもよい。すなわち、油圧負荷としての油圧アクチュエータのうち、油圧モータを駆動する場合は、油圧ポンプ１４の出力を第１の出力（低出力）のままに維持し、油圧シリンダのみを駆動する場合は、油圧ポンプ１４の出力を第２の出力（高出力）に設定する。そのような制御は図３に示す出力制御に基づいて容易に達成することができるので、ここでの説明は省略する。

また、油圧アクチュエータを駆動していない場合、すなわち、油圧ポンプ１４からの油圧出力が必要無い場合は、油圧ポンプ１４の出力をエンジン１１の最大出力より小さい値に設定することとしてもよい。本実施形態では油圧ポンプ１４として容量可変式油圧ポンプを用いるので、油圧ポンプ１４の出力を任意に設定することができる。

また、上述のショベルでは、図２に示すように上部旋回体３が油圧モータ２Ａにより駆動されて旋回する構成となっているが、上部旋回体３を電動モータの駆動により旋回するように構成してもよい。

ハイブリッド式ショベルの側面図である。 図１に示すショベルの駆動系の構成を表すブロック図である。 油圧ポンプの出力制御のフローチャートである。 コントローラにおいて油圧ポンプの出力制御を行なう部分の機能ブロック図である。 油圧ポンプの出力特性を示すグラフである。 油圧ポンプの出力をエンジンの出力に等しい第１の出力（低出力）に設定した場合の、エンジン、アシストモータ、及び油圧ポンプの出力を示すグラフである。 油圧ポンプの出力をエンジンの出力より大きい第２の出力（高出力）に設定した場合の、エンジン、アシストモータ、及び油圧ポンプの出力を示すグラフである。

符号の説明

１ 下部走行体
１Ａ、１Ｂ 走行機構
２ 旋回機構
２Ａ 旋回油圧モータ
３ 上部旋回体
４ ブーム
５ アーム
６ バケット
７ ブームシリンダ
７Ａ ブーム回生バルブ
７Ｂ ブーム回生油圧モータ
８ アームシリンダ
９ バケットシリンダ
１０ キャビン
１１ エンジン
１２ 電動発電機
１３ 減速機（スプリッタ）
１４ 容量可変式油圧ポンプ
１６ 油圧ライン
１７ コントロールバルブ
１８Ａ インバータ
１８Ｂ コンバータ
１９ バッテリ
２１ 旋回モータ
２２ 旋回テーブル
２７，２８ 電力ライン
３０ コントローラ
４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄ，４１Ｅ ＯＮ／ＯＦＦ判定部
４２ 動作判定部

Claims (3)

1. 可変容量式油圧ポンプを駆動するエンジンと、
   該可変容量式油圧ポンプからの油圧により駆動される複数の油圧アクチュエータと、
   該エンジンを補助する電動発電機と、
   電力を供給して前記電動発電機を駆動し、前記電動発電機からの電力により充電される蓄電器と
   を有するハイブリッド式建設機械であって、
   前記可変容量式油圧ポンプの最大出力は前記エンジンの最大出力以上であり、
   前記可変容量式油圧ポンプの出力を前記エンジンの最大出力より大きく設定して運転する際に、前記電動発電機で前記エンジンを補助し、
   駆動する油圧アクチュエータが連続動作可能な油圧モータである場合、前記可変容量式油圧ポンプの出力を前記エンジンの最大出力以下の第１の出力に設定し、
   駆動する油圧アクチュエータが油圧シリンダのみである場合、前記可変容量式油圧ポンプの出力を前記エンジンの最大出力より大きい第２の出力に設定する、
   ことを特徴とするハイブリッド式建設機械。
2. 請求項１記載のハイブリッド式建設機械であって、
   前記油圧アクチュエータを駆動していない場合、前記可変容量式油圧ポンプの出力を前記エンジンの最大出力より小さい値に設定することを特徴とするハイブリッド式建設機械。
3. 請求項１又は請求項２記載のハイブリッド式建設機械であって、
   前記油圧アクチュエータの種類及び運転状況を、操作者のレバー操作に基づいて判定することを特徴とするハイブリッド式建設機械。

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