特許 6383879 作業機械の圧油エネルギ回生装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6383879

(24)【登録日】2018年8月10日

(45)【発行日】2018年8月29日

(54)【発明の名称】作業機械の圧油エネルギ回生装置

(51)【国際特許分類】

   F15B 21/14 20060101AFI20180820BHJP

   E02F 9/20 20060101ALI20180820BHJP

   E02F 9/22 20060101ALI20180820BHJP

【ＦＩ】

   F15B21/14 A

   E02F9/20 M

   E02F9/22 M

【請求項の数】11

【全頁数】31

(21)【出願番号】特願2017-542562(P2017-542562)

(86)(22)【出願日】2015年9月29日

(86)【国際出願番号】JP2015077593

(87)【国際公開番号】WO2017056200

(87)【国際公開日】20170406

【審査請求日】2017年8月16日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005522

【氏名又は名称】日立建機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001829

【氏名又は名称】特許業務法人開知国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】土方 聖二

(72)【発明者】

【氏名】石川 広二

(72)【発明者】

【氏名】大木 孝利

(72)【発明者】

【氏名】井村 進也

【審査官】 山本 崇昭

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−０３４８２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／０９９７１０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１３−２０００２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１２８４６４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１５Ｂ １１／００−１１／２２

Ｆ１５Ｂ ２１／１４

Ｅ０２Ｆ ３／４２−９／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１油圧アクチュエータと、前記第１油圧アクチュエータから排出された戻り油により駆動する回生用油圧モータと、前記回生用油圧モータと機械的に連結された第１油圧ポンプと、前記第１油圧アクチュエータ及び第２油圧アクチュエータの少なくとも一方を駆動する圧油を吐出する第２油圧ポンプと、前記第１油圧ポンプが吐出した圧油を前記第２油圧ポンプが吐出した圧油に合流させる合流管路と、前記合流管路を流通する前記第１油圧ポンプからの圧油の流量を調整可能とする第１調整器と、前記第２油圧ポンプの吐出流量を調整可能とする第２調整器と、前記第１調整器と前記第２調整器とに制御指令を出力する制御装置とを備えた作業機械の圧油エネルギ回生装置において、
前記制御装置は、前記第１油圧ポンプが吐出した圧油の合流がなく前記第２油圧ポンプのみで、前記第１油圧アクチュエータ及び前記第２油圧アクチュエータの少なくとも一方を駆動する場合の非合流時ポンプ流量を算出し、前記合流管路を流通する前記第１油圧ポンプからの圧油の流量が前記非合流時ポンプ流量より小さくなるように、前記第１調整器へ出力する制御指令を演算する第１演算部と、
前記非合流時ポンプ流量から前記合流管路を流通する前記第１油圧ポンプからの圧油の流量を減算して目標ポンプ流量を算出し、前記目標ポンプ流量になるように、前記第２調整器へ出力する制御指令を演算する第２演算部とを備えた
ことを特徴とする作業機械の圧油エネルギ回生装置。

【請求項2】

請求項１に記載の作業機械の圧油エネルギ回生装置において、
前記第１油圧アクチュエータを操作するための第１操作装置と、前記第２油圧アクチュエータを操作するための第２操作装置と、前記第１操作装置の操作量を検出する第１操作量検出器と、前記第２操作装置の操作量を検出する第２操作量検出器とを更に備え、
前記制御装置は、前記第１操作量検出器が検出した前記第１操作装置の操作量と前記第２操作量検出器が検出した前記第２操作装置の操作量とを取り込み、
前記制御装置によって算出される前記非合流時ポンプ流量が、前記第１操作装置の操作量と前記第２操作装置の操作量とから演算される要求ポンプ流量である
ことを特徴とする作業機械の圧油エネルギ回生装置。

【請求項3】

請求項１に記載の作業機械の圧油エネルギ回生装置において、
前記第１油圧アクチュエータを操作するための第１操作装置と、前記第２油圧アクチュエータを操作するための第２操作装置と、前記第１操作装置の操作量を検出する第１操作量検出器と、前記第２操作装置の操作量を検出する第２操作量検出器と、前記第２油圧ポンプの回転数を検出する回転数センサとを更に備え、
前記制御装置は、前記第１操作量検出器が検出した前記第１操作装置の操作量と前記第２操作量検出器が検出した前記第２操作装置の操作量と前記回転数センサが検出した前記第２油圧ポンプの回転数とを取り込み、
前記制御装置によって算出される前記非合流時ポンプ流量が、前記第１操作装置の操作量と前記第２操作装置の操作量とから推定された前記第２油圧ポンプの推定容量と、前記第２油圧ポンプの回転数とから演算される推定ポンプ流量である
ことを特徴とする作業機械の圧油エネルギ回生装置。

【請求項4】

請求項１に記載の作業機械の圧油エネルギ回生装置において、
前記第２油圧ポンプの回転数を検出する回転数センサを更に備え、
前記第２調整器は、前記第２油圧ポンプの容量を制御するためのポンプ制御信号を生成するポンプ制御信号部と、前記ポンプ制御信号を補正するポンプ制御信号補正部とを有し、
前記制御装置は、前記回転数センサが検出した前記第２油圧ポンプの回転数と、前記ポンプ制御信号を取り込み、
前記制御装置によって算出される前記非合流時ポンプ流量が、前記ポンプ制御信号から推定された前記第２油圧ポンプの推定容量と、前記第２油圧ポンプの回転数とから演算される推定ポンプ流量である
ことを特徴とする作業機械の圧油エネルギ回生装置。

【請求項5】

請求項１に記載の作業機械の圧油エネルギ回生装置において、
前記第１油圧ポンプ及び前記回生用油圧モータと機械的に連結された電動機と、前記電動機の回転数を調整可能とする第３調整器と、
前記第１油圧アクチュエータを操作するための第１操作装置と、
前記第１操作装置の操作量を検出する第１操作量検出器とを更に備え、
前記制御装置は、前記第１操作量検出器が検出した前記第１操作装置の操作量を取り込み、前記操作量に応じて前記第１油圧アクチュエータから排出された戻り油により前記回生用油圧モータに入力される回収動力を算出し、前記合流管路を流通する前記第１油圧ポンプからの圧油の流量を供給するのに必要な要求アシスト動力を算出し、前記回収動力と前記要求アシスト動力を超えないように目標アシスト動力を設定し、前記目標アシスト動力となるように前記第１調整器と前記第２調整器へ出力する制御指令を演算する第３演算部を備えた
ことを特徴とする作業機械の圧油エネルギ回生装置。

【請求項6】

請求項１に記載の作業機械の圧油エネルギ回生装置において、
前記第１油圧アクチュエータと前記回生用油圧モータとを接続する管路に設けた分岐部から分岐して前記第１油圧アクチュエータからの戻り油をタンクに排出するための排出回路と、
前記排出回路に設けられ、前記排出回路を連通又は遮断に切替える切換弁と、
前記第１油圧アクチュエータを操作するための第１操作装置と、
前記第１操作装置の操作量を検出する第１操作量検出器とを更に備え、
前記制御装置は、前記第１操作量検出器が検出した前記第１操作装置の操作量を取り込み、前記操作量に応じて前記切換弁に出力する遮断指令を演算する第４演算部を備えた
ことを特徴とする作業機械の圧油エネルギ回生装置。

【請求項7】

請求項５に記載の作業機械の圧油エネルギ回生装置において、
前記第１油圧アクチュエータと前記回生用油圧モータとを接続する管路に設けた分岐部から分岐して前記第１油圧アクチュエータからの戻り油をタンクに排出するための排出回路と、
前記排出回路に設けられ、前記排出回路の流量を調整する流量調整装置とを更に備え、
前記制御装置は、前記回収動力が前記電動機の最大動力を上回らないように、前記第１油圧アクチュエータから排出される動力を前記排出回路に分配するように前記流量調整装置に出力する制御指令を演算する第５演算部を備えた
ことを特徴とする作業機械の圧油エネルギ回生装置。

【請求項8】

請求項５に記載の作業機械の圧油エネルギ回生装置において、
前記第１油圧アクチュエータと前記回生用油圧モータとを接続する管路に設けた分岐部から分岐して前記第１油圧アクチュエータからの戻り油をタンクに排出するための排出回路と、
前記排出回路に設けられ、前記排出回路の流量を調整する流量調整装置とを更に備え、
前記制御装置は、前記回収動力が前記電動機の最大動力と前記要求アシスト動力との合計値を上回らないように、前記第１油圧アクチュエータから排出される動力を前記排出回路に分配するように前記流量調整装置に出力する制御指令を演算する第６演算部を備えた
ことを特徴とする作業機械の圧油エネルギ回生装置。

【請求項9】

請求項５に記載の作業機械の圧油エネルギ回生装置において、
前記第１油圧アクチュエータと前記回生用油圧モータとを接続する管路に設けた分岐部から分岐して前記第１油圧アクチュエータからの戻り油をタンクに排出するための排出回路と、
前記排出回路に設けられ、前記排出回路の流量を調整する流量調整装置とを更に備え、
前記制御装置は、前記回生用油圧モータに入力可能な最大流量を上回らないように、前記第１油圧アクチュエータから排出される動力を前記排出回路に分配するように前記流量調整装置に出力する制御指令を演算する第７演算部を備えた
ことを特徴とする作業機械の圧油エネルギ回生装置。

【請求項10】

請求項１に記載の作業機械の圧油エネルギ回生装置において、
前記合流管路から分岐しタンクと連通する排出管路と、
前記排出管路に設けられ前記第１油圧ポンプからの圧油の一部又は全部をタンクにブリードオフ可能とするブリード弁とを備え、
前記第１調整器は、前記ブリード弁と前記ブリード弁の開口面積を調整可能とする電磁比例減圧弁とで構成した
ことを特徴とする作業機械の圧油エネルギ回生装置。

【請求項11】

請求項１に記載の作業機械の圧油エネルギ回生装置において、
前記第１油圧ポンプは可変容量型油圧ポンプであって、
前記第１調整器は、前記可変容量型油圧ポンプの容量を制御可能なレギュレータである
ことを特徴とする作業機械の圧油エネルギ回生装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、作業機械の圧油エネルギ回生装置に係り、さらに詳しくは、油圧ショベル等の油圧アクチュエータを備えた作業機械の圧油エネルギ回生装置に関する。

【背景技術】

【0002】

作業機械において、場積をとらず限られたスペースに配設できるようにし回収したエネルギの利用用途を広げることができる圧油のエネルギ回収装置及び圧油のエネルギ回収・再生装置を提供することを課題として、油圧アクチュエータからの戻り圧油により駆動する油圧ポンプモータと、油圧ポンプモータの駆動力で発電する電動モータと、電動モータの発電した電力を貯蓄するバッテリとを備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０００−１３６８０６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述した従来技術によれば、圧油のエネルギをバッテリに電気エネルギとして貯蓄するので、アキュムレータ等で圧油のエネルギを貯蓄する場合に比べて、大きな場積を必要としないという利点がある。

【0005】

しかし、従来技術の作業機械の場合、圧油のエネルギを一度電気エネルギに変換してバッテリに蓄えるため、回収時と利用時の損失が大きくなり、エネルギを有効に利用できないという課題がある。

【0006】

すなわち、油圧アクチュエータの戻り油のエネルギをバッテリに蓄える際には、油圧ポンプモータの損失、電動モータの損失、バッテリの充放電損失が発生するので、これらの損失の合計分を減したエネルギがバッテリに蓄えられる。また、バッテリに蓄えられたエネルギを利用する際にも、バッテリ、電動モータ、油圧ポンプモータの損失が発生する。このため、従来技術を適用した作業機械においては、回収から利用までの間の損失を考慮すると、回収利用可能なエネルギの約半分を損失として失う場合もあると考えられる。

【0007】

本発明は、上述の事柄に基づいてなされたもので、その目的は、油圧アクチュエータからの戻り圧油を効率的に利用できる作業機械の圧油エネルギ回生装置を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記の目的を達成するために、第１の発明は、第１油圧アクチュエータと、前記第１油圧アクチュエータから排出された戻り油により駆動する回生用油圧モータと、前記回生用油圧モータと機械的に連結された第１油圧ポンプと、前記第１油圧アクチュエータ及び第２油圧アクチュエータの少なくとも一方を駆動する圧油を吐出する第２油圧ポンプと、前記第１油圧ポンプが吐出した圧油を前記第２油圧ポンプが吐出した圧油に合流させる合流管路と、前記合流管路を流通する前記第１油圧ポンプからの圧油の流量を調整可能とする第１調整器と、前記第２油圧ポンプの吐出流量を調整可能とする第２調整器と、前記第１調整器と前記第２調整器とに制御指令を出力する制御装置とを備えた作業機械の圧油エネルギ回生装置において、前記制御装置は、前記第１油圧ポンプが吐出した圧油の合流がなく前記第２油圧ポンプのみで、前記第１油圧アクチュエータ及び前記第２油圧アクチュエータの少なくとも一方を駆動する場合の非合流時ポンプ流量を算出し、前記合流管路を流通する前記第１油圧ポンプからの圧油の流量が前記非合流時ポンプ流量より小さくなるように、前記第１調整器へ出力する制御指令を演算する第１演算部と、前記非合流時ポンプ流量から前記合流管路を流通する前記第１油圧ポンプからの圧油の流量を減算して目標ポンプ流量を算出し、前記目標ポンプ流量になるように、前記第２調整器へ出力する制御指令を演算する第２演算部とを備えたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、回生用油圧モータに機械的に連結された油圧ポンプを回収したエネルギで直接駆動することができるので、エネルギを一旦蓄える際の損失が発生しない。この結果、エネルギ変換損失を減少できるので効率良くエネルギを利用することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の作業機械の圧油エネルギ回生装置の第１の実施の形態を備えた油圧ショベルを示す斜視図である。

【図2】本発明の作業機械の圧油エネルギ回生装置の第１の実施の形態を示す駆動制御システムの概略図である。

【図3】本発明の作業機械の圧油エネルギ回生装置の第１の実施の形態を構成するコントローラのブロック図である。

【図4】本発明の作業機械の圧油エネルギ回生装置の第１の実施の形態を構成するコントローラの第２関数発生器の内容を説明する特性図である。

【図5】本発明の作業機械の圧油エネルギ回生装置の第１の実施の形態を構成するコントローラの油圧ポンプ流量演算の内容を説明するブロック図である。

【図6】本発明の作業機械の圧油エネルギ回生装置の第２の実施の形態を示す駆動制御システムの概略図である。

【図7】本発明の作業機械の圧油エネルギ回生装置の第２の実施の形態を構成するコントローラのブロック図である。

【図8】本発明の作業機械の圧油エネルギ回生装置の第２の実施の形態を構成するコントローラの油圧ポンプ流量演算の内容を説明するブロック図である。

【図9】本発明の作業機械の圧油エネルギ回生装置の第３の実施の形態を示す駆動制御システムの概略図である。

【図10】本発明の作業機械の圧油エネルギ回生装置の第３の実施の形態を構成するコントローラの油圧ポンプ流量演算の内容を説明するブロック図である。

【図11】本発明の作業機械の圧油エネルギ回生装置の第４の実施の形態を示す駆動制御システムの概略図である。

【図12】本発明の作業機械の圧油エネルギ回生装置の第４の実施の形態を構成するコントローラのブロック図である。

【図13】本発明の作業機械の圧油エネルギ回生装置の第５の実施の形態を構成するコントローラのブロック図である。

【図14】本発明の作業機械の圧油エネルギ回生装置の第５の実施の形態を構成するコントローラの可変動力制限演算部の内容を説明する特性図である。

【図15】本発明の作業機械の圧油エネルギ回生装置の第６の実施の形態を示す駆動制御システムの概略図である。

【図16】本発明の作業機械の圧油エネルギ回生装置の第６の実施の形態を構成するコントローラのブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の作業機械の圧油エネルギ回生装置の実施の形態を図面を用いて説明する。

【実施例1】

【0012】

図１は本発明の作業機械の圧油エネルギ回生装置の第１の実施の形態を備えた油圧ショベルを示す斜視図、図２は本発明の作業機械の圧油エネルギ回生装置の第１の実施の形態を示す駆動制御システムの概略図である。
図１において、油圧ショベル１は、ブーム１ａ、アーム１ｂ及びバケット１ｃを有する多関節型の作業装置１Ａと、上部旋回体１ｄ及び下部走行体１ｅを有する車体１Ｂとを備えている。ブーム１ａは、上部旋回体１ｄに回動可能に支持されていて、第１油圧アクチュエータであるブームシリンダ（油圧シリンダ）３ａにより駆動される。上部旋回体１ｄは下部走行体１ｅ上に旋回可能に設けられている。

【0013】

アーム１ｂは、ブーム１ａに回動可能に支持されていて、アームシリンダ（油圧シリンダ）３ｂにより駆動される。バケット１ｃは、アーム１ｂに回動可能に支持されていて、バケットシリンダ（油圧シリンダ）３ｃにより駆動される。下部走行体１ｅは、左右の走行モータ３ｄ，３ｅにより駆動される。ブームシリンダ３ａ、アームシリンダ３ｂ、及びバケットシリンダ３ｃの駆動は、上部旋回体１ｄの運転室（キャブ）内に設置され油圧信号を出力する操作装置４、２４（図２参照）によって制御されている。

【0014】

図２に示す駆動制御システムは、動力回生装置７０と、操作装置４，２４と、複数のスプール型方向切換弁からなる制御弁５と、チェック弁６と、切換弁７と、電磁切換弁８と、第３調整器としてのインバータ９Ａと、チョッパ９Ｂと、蓄電装置９Ｃとを備えており、制御装置としてコントローラ１００を備えている。

【0015】

油圧源装置としては、第２油圧ポンプとしての可変容量型の油圧ポンプ１０とパイロット圧油を供給するパイロット油圧ポンプ１１とタンク１２とを備えている。油圧ポンプ１０とパイロット油圧ポンプ１１とは駆動軸で連結されたエンジン５０によって駆動される。油圧ポンプ１０は第２調整器としてのレギュレータ１０Ａを有していて、レギュレータ１０Ａは後述する電磁比例弁７４を介して供給されるパイロット圧油により油圧ポンプ１０の斜板傾転角を制御することで、油圧ポンプ１０の吐出流量を調整する。

【0016】

油圧ポンプ１０からの圧油をブームシリンダ３ａ〜走行モータ３ｄへ供給する油路３０には、後述するチェック弁６を介して連結される合流管路としての補助油路３１と各アクチュエータへ供給する圧油の方向と流量を制御する複数のスプール型方向切換弁からなる制御弁５と油圧ポンプ１０の吐出圧を検出する圧力センサ４０とが設けられている。制御弁５は、そのパイロット受圧部へのパイロット圧油の供給により、各方向切換弁のスプール位置を切り換えて、油圧ポンプ１０からの圧油を各油圧アクチュエータに供給して、アーム１ｂ等を駆動している。圧力センサ４０は検出した油圧ポンプ１０の吐出圧を後述するコントローラ１００に出力する。

【0017】

制御弁５の各方向切換弁のスプール位置は、操作装置４，２４の操作レバー等の操作によって切り換えされる。操作装置４，２４は、操作レバー等の操作により、パイロット油ポンプ１１から図示しないパイロット一次側油路を介して供給されるパイロット一次圧油を、パイロット二次側油路を通して制御弁５のパイロット受圧部に供給している。ここで、操作装置４は第１油圧アクチュエータであるブームシリンダ３ａを操作するものであり、操作装置２４は第２油圧アクチュエータであるブームシリンダ３ａ以外の油圧アクチュエータを操作するものを１つにまとめた形で示している。

【0018】

操作装置４は、内部にパイロット弁４Ａが設けられていて、制御弁５のブームシリンダ３ａの駆動を制御するスプール型方向切換弁の受圧部にパイロット配管を介して接続されている。パイロット弁４Ａは、操作装置４の操作レバーの傾倒方向と操作量に応じて制御弁５のパイロット受圧部に油圧信号を出力する。ブームシリンダ３ａの駆動を制御するスプール型方向切換弁は、操作装置から入力される油圧信号に応じて位置を切り換えられ、油圧ポンプ１０から吐出される圧油の流れをその切換位置に応じて制御することでブームシリンダ３ａの駆動を制御する。ここで、ブーム１ａが上げ方向に動作するようにブームシリンダ３ａを駆動するための油圧信号（ブーム上げ操作信号Ｐｕ）が通過するパイロット配管には操作量検出器としての圧力センサ７５が取り付けられている。圧力センサ７５は検出したブーム上げ操作信号Ｐｕを後述するコントローラ１００に出力する。さらに、ブーム１ａが下げ方向に動作するようにブームシリンダ３ａを駆動するための油圧信号（ブーム下げ操作信号Ｐｄ）が通過するパイロット配管には操作量検出器としての圧力センサ４１が取り付けられている。圧力センサ４１は検出したブーム下げ操作信号Ｐｄを後述するコントローラ１００に出力する。

【0019】

操作装置２４は、内部にパイロット弁２４Ａが設けられていて、制御弁５のブームシリンダ３ａ以外の油圧アクチュエータの駆動を制御するスプール型方向切換弁の受圧部にパイロット配管を介して接続されている。パイロット弁２４Ａは、操作装置２４の操作レバーの傾倒方向と操作量に応じて制御弁５のパイロット受圧部に油圧信号を出力する。該当する油圧アクチュエータの駆動を制御するスプール型方向切換弁は、操作装置から入力される油圧信号に応じて位置を切り換えられ、油圧ポンプ１０から吐出される圧油の流れをその切換位置に応じて制御することで該当する油圧アクチュエータの駆動を制御する。

【0020】

操作装置２４のパイロット弁２４Ａと制御弁５の受圧部とを接続する２系統のパイロット配管には、それぞれのパイロット圧力を検出する圧力センサ４２、４３が設けられている。圧力センサ４２，４３は検出した操作装置２４の操作量信号を後述するコントローラ１００に出力する。

【0021】

操作装置４のパイロット弁４Ａと制御弁５の受圧部とを接続する２系統のパイロット配管のそれぞれから分岐した油路には、これらのラインのうちの高値の圧油を選択する第１高圧選択弁７１の入力ポートが接続されている。また、操作装置２４のパイロット弁２４Ａと制御弁５の受圧部とを接続する２系統のパイロット配管のそれぞれから分岐した油路には、これらのラインのうちの高値の圧油を選択する第２高圧選択弁７３の入力ポートが接続されている。第１高圧選択弁７１の出力ポートと第２高圧選択弁７３の出力ポートとは、これらの出力のうちの高値の圧油を選択する第３高圧選択弁７２の入力ポートが接続されている。第３高圧選択弁７２の出力ポートは、電磁比例弁７４の入力ポートに接続されている。

【0022】

電磁比例弁７４の入力ポートには、第３高圧選択弁７２から出力される圧油が入力されている。一方、電磁比例弁７４の操作部には、コントローラ１００から出力される指令信号が入力されている。電磁比例弁７４は、入力される最も高いパイロット圧を、この指令信号に応じて調整減圧してレギュレータ１０Ａへ供給する。

【0023】

つまり、第１高圧選択弁７１、第２高圧選択弁７３、及び第３高圧選択弁７２により、パイロット弁２４Ａとパイロット弁４Ａから出力される最も高いパイロット圧が選択されて、電磁比例弁７４に入力される。電磁比例弁７４は、入力されたパイロット圧をコントローラ１００からの指令信号に応じて所望の圧力に減圧し、油圧ポンプ１０のレギュレータ１０Ａへ出力する。レギュレータ１０Ａは、入力された圧力に比例した押しのけ容積になるように、油圧ポンプ１０の斜板傾転角を制御する。

【0024】

換言すると、第２調整器であるレギュレータ１０Ａは、ポンプ制御信号部とポンプ制御信号補正部とを備えていて、ポンプ制御信号部で生成したパイロット圧（ポンプ制御信号）をポンプ制御信号補正部で調整してレギュレータ１０Ａへ供給する。ポンプ制御信号部は、油圧ポンプ１０の容量を制御するためのパイロット圧を生成する操作装置４のパイロット弁４Ａと、操作装置２４のパイロット弁２４Ａと、第１高圧選択弁７１と、第２高圧選択弁７３と、第３高圧選択弁７２とを備えている。ポンプ制御信号補正部は、コントローラ１００からの指令信号に応じて入力されたパイロット圧を減圧する電磁比例弁７４を備えている。

【0025】

次に、回生装置である動力回生装置７０について説明する。動力回生装置７０は、ボトム側油路３２と、回生回路３３と、切換弁７と、電磁切換弁８と、インバータ９Ａと、チョッパ９Ｂと、蓄電装置９ｃと、回生用油圧モータとしての油圧モータ１３と、電動機１４と、補助油圧ポンプ１５と、コントローラ１００とを備えている。

【0026】

ボトム側油路３２は、ブームシリンダ３ａの縮短時にタンク１２に戻る油（戻り油）が流通する油路であり、一端側がブームシリンダ３ａのボトム側油室３ａ１に接続されていて他端側が制御弁５の接続ポートに接続されている。ボトム側油路３２には、ブームシリンダ３ａのボトム側油室３ａ１の圧力を検出する圧力センサ４４と、ブームシリンダ３ａのボトム側油室３ａ１からの戻り油を制御弁５を介してタンク１２に排出するか否かを切替える切換弁７が設けられている。圧力センサ４４は検出したボトム側油室３ａ１の圧力を後述するコントローラ１００に出力する。

【0027】

切換弁７は、一端側にばね７ｂを、他端側にパイロット受圧部７ａを有し、そのパイロット受圧部７ａへのパイロット圧油の供給の有無により、スプール位置を切り換えて、ブームシリンダ３ａのボトム側油室３ａ１から制御弁５へ流入する戻り油の連通／遮断を制御している。パイロット受圧部７ａには、パイロット油圧ポンプ１１から後述する電磁切換弁８を介してパイロット圧油が供給される。

【0028】

電磁切換弁８の入力ポートには、パイロット油圧ポンプ１１から出力される圧油が入力されている。一方、電磁切換弁８の操作部には、コントローラ１００から出力される指令信号が入力されている。この指令信号に応じて、パイロット油圧ポンプ１１から供給されたパイロット圧油の切換弁７のパイロット操作部７ａへの供給／遮断を制御する。

【0029】

回生回路３３は、その一端をボトム側油路３２の切換弁７とブームシリンダ３ａのボトム側油室３ａ１との間に接続し、その他端を油圧モータ１３の入口に接続している。このことにより、当該油圧モータ１３を介してボトム側油室３ａ１からの戻り油をタンク１２に導いている。

【0030】

回生用油圧モータとしての油圧モータ１３は、補助油圧ポンプ１５と機械的に連結されている。油圧モータ１３の駆動力によって補助油圧ポンプ１５は回転する。

【0031】

第１油圧ポンプとしての補助油圧ポンプ１５の吐出口には、補助油路３１の一端側が接続されていて、他端側は油路３０に接続されている。補助油路３１には、補助油圧ポンプ１５から油路３０への圧油の流入を許容し、油路３０から補助油圧ポンプ１５側への圧油の流入を禁止するチェック弁６が設けられている。

【0032】

補助油圧ポンプ１５は第１調整器としてのレギュレータ１５Ａを有していて、レギュレータ１５Ａは後述するコントローラ１００からの指令により補助油圧ポンプ１５の斜板傾転角を制御することで、補助油圧ポンプ１５の吐出流量を調整する。

【0033】

油圧モータ１３は、さらに電動機１４と機械的に連結されていて、油圧モータ１３の駆動力により発電を行う。電動機１４には、回転数を制御するためのインバータ９Ａ、昇圧するためのチョッパ９Ｂ、発電した電気エネルギを蓄えるための蓄電装置９Ｃが電気的に接続されている。

【0034】

コントローラ１００は、圧力センサ７５が検出した操作装置４のパイロット弁４Ａの上げ側パイロット圧信号Ｐｕと、圧力センサ４１が検出した操作装置４のパイロット弁４Ａの下げ側パイロット圧信号Ｐｄと、圧力センサ４２、４３が検出した操作装置２４のパイロット弁２４Ａのパイロット圧信号と、圧力センサ４４が検出したブームシリンダ３ａのボトム側油室３ａ１の圧力信号とを入力し、これらの入力値に応じた演算を行い、電磁切換弁８、インバータ９Ａ、電磁比例弁７４、及び補助油圧ポンプ用レギュレータ１５Ａへ制御指令を出力する。

【0035】

電磁切換弁８はコントローラ１００からの指令信号により切り換えられ、切換弁７にパイロット油ポンプ１１からの圧油を送る。インバータ９Ａはコントローラ１００からの信号により所望の回転数に制御され、電磁比例弁７４はコントローラ１００の指令信号に応じた圧力を出力し油圧ポンプ１０の容量を制御する。補助油圧ポンプ１５はコントローラ１００からの信号により所望の容量に制御される。

【0036】

次に、上述した本発明の作業機械の圧油エネルギ回生装置の第１の実施の形態の動作の概要を説明する。
まず、図２に示す操作装置４の操作レバーをブーム下げ方向に操作すると、パイロット弁４Ａからパイロット圧Ｐｄが制御弁５のパイロット受圧部に伝えられ、制御弁５のブームシリンダ３ａの駆動を制御するスプール型方向切換弁が切換操作される。これにより、油圧ポンプ１０からの圧油が制御弁５を介してブームシリンダ３ａのロッド側油室３ａ２に流入する。この結果、ブームシリンダ３ａのピストンロッドは縮小動作する。これに伴い、ブームシリンダ３ａのボトム側油室３ａ１から排出される戻り油は、ボトム側油路３２と連通状態の切換弁７と制御弁５とを通ってタンク１２に導かれる。

【0037】

このとき、コントローラ１００には、圧力センサ４０が検出した油圧ポンプ１０の吐出圧信号と、圧力センサ４４が検出したブームシリンダ３ａのボトム側油室３ａ１の圧力信号と、圧力センサ７５が検出したパイロット弁４Ａの上げ側パイロット圧信号Ｐｕと、圧力センサ４１が検出したパイロット弁４Ａの下げ側パイロット圧信号Ｐｄとが入力されている。

【0038】

このような状態において、オペレータが操作装置４の操作レバーをブーム下げ方向に、規定値以上に操作すると、コントローラ１００は、電磁切換弁８へ切換指令を、インバータ９Ａへ回転数指令を、補助油圧ポンプ１５のレギュレータ１５Ａへ容量指令を、電磁比例弁７４へ制御指令をそれぞれ出力する。

【0039】

この結果、切換弁７が遮断位置に切換り、ブームシリンダ３ａのボトム側油室３ａ１からの戻り油は、制御弁５への油路が遮断されるため、回生回路３３に流れ、油圧モータ１３を駆動してその後タンク１２に排出される。

【0040】

油圧モータ１３の駆動力により補助油圧ポンプ１５は回転する。補助油圧ポンプ１５の吐出した圧油は、補助油路３１とチェック弁６とを介して油圧ポンプ１０の吐出した圧油と合流する。コントローラ１００は、油圧ポンプ１０の動力をアシストするように補助油圧ポンプ１５のレギュレータ１５Ａへ容量指令を出力する。コントローラ１００は、補助油圧ポンプ１５から供給された圧油の流量分、油圧ポンプ１０の容量を低減するように電磁比例弁７４へ制御指令を出力する。

【0041】

油圧モータ１３に入力された油圧エネルギの内、補助油圧ポンプ１５で消費しきれなかった余剰エネルギは、電動機１４を駆動し発電することで費やされる。電動機１４の発電した電気エネルギは蓄電装置９Ｃに蓄えられる。

【0042】

本実施の形態においては、ブームシリンダ３ａから排出された圧油のエネルギは、油圧モータ１３によって回収し、補助油圧ポンプ１５の駆動力として油圧ポンプ１０の動力をアシストする。また、余分な動力は、電動機１４を介して蓄電装置９Ｃに蓄える。このことにより、エネルギの有効用と燃費の低減とを図っている。

【0043】

次に、コントローラ１００の制御の概要について図３乃至図５を用いて説明する。図３は本発明の作業機械の圧油エネルギ回生装置の第１の実施の形態を構成するコントローラのブロック図、図４は本発明の作業機械の圧油エネルギ回生装置の第１の実施の形態を構成するコントローラの第２関数発生器の内容を説明する特性図、図５は本発明の作業機械の圧油エネルギ回生装置の第１の実施の形態を構成するコントローラの油圧ポンプ流量演算の内容を説明するブロック図である。図３乃至図５において、図１及び図２に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

【0044】

図３に示すコントローラ１００は、第１関数発生器１０１と、第２関数発生器１０２と、第１減算演算器１０３と、第１乗算演算器１０４と、第２乗算演算器１０５と、第１出力変換部１０６と、第２出力変換部１０７と、最小値選択演算部１０８と、第１除算演算器１０９と、第２除算演算器１１０と、第３出力変換部１１１と、第２減算演算器１１２と、第４出力変換部１１３と、最少流量信号指令部１１４と、要求ポンプ流量信号部１２０とを備えている。

【0045】

第１関数発生器１０１は、図３に示すように、圧力センサ４１で検出した操作装置４のパイロット弁４Ａの下げ側パイロット圧Ｐｄをレバー操作信号１４１として入力する。第１関数発生器１０１には、レバー操作信号１４１に対する切換開始点が予めテーブルに記憶されている。

【0046】

第１関数発生器１０１は、レバー操作信号１４１が切換開始点以下の場合にはＯＦＦ信号を、切換開始点超過の場合にはＯＮ信号を、第１出力変換部１０６に出力する。第１出力変換部１０６は、入力信号を電磁切換弁８の制御信号に変換し、電磁弁指令２０８として電磁切換弁８に出力する。このことにより、電磁切換弁８が動作し、切換弁７が切換えられ、ブームシリンダ３ａのボトム側油室３ａ１の油は、回生回路３３側に流入する。

【0047】

第２関数発生器１０２は、下げ側パイロット圧Ｐｄをレバー操作信号１４１として一の入力端に入力し、圧力センサ４４で検出したブームシリンダ３ａのボトム側油室３ａ１の圧力を圧力信号１４４として他の入力端に入力する。これらの入力信号を基にブームシリンダ３ａの目標ボトム流量を算出する。

【0048】

第２関数発生器１０２の演算の詳細を図４を用いて説明する。図４は本発明の作業機械の圧油エネルギ回生装置の第１の実施の形態を構成するコントローラの第２関数発生器の内容を説明する特性図である。
図４において、横軸はレバー操作信号１４１の操作量を示し、縦軸は目標ボトム流量（ブームシリンダ３ａのボトム側油室３ａ１から流出する戻り油の目標流量）を示している。図４において、実線の基本特性線ａは、従来の制御弁５による戻り油制御と同等の特性を得るために設定されている。上側の破線で示す特性線ｂと下側の破線で示す特性線ｃは、ボトム側油室３ａ１の圧力信号１４４によって特性線ａを補正した場合を示している。

【0049】

具体的には、ボトム側油室３ａ１の圧力信号１４４が増加すると、基本特性線ａの傾きが増加して特性線ｂの方向に補正されて、連続的に特性が変化する。逆に、圧力信号１４４が減少すると、基本特性線ａの傾きが減少して特性線ｃの方向に補正されて、連続的に特性が変化する。このように、第２関数発生器は、レバー操作信号１４１に応じて基本となる目標ボトム流量を算出し、ボトム側油室３ａ１の圧力信号１４４の変化に応じて基本となる目標ボトム流量を補正して、最終目標ボトム流量を算出している。

【0050】

図３に戻り、第２関数発生器１０２は、最終目標ボトム流量信号１０２Ａを第２出力変換部１０７と第１乗算演算器１０４とへ出力する。第２出力変換部１０７は、入力された最終目標ボトム流量信号１０２Ａを目標電動機回転数に変換し回転数指令信号２０９Ａとしてインバータ９Ａに出力する。このことにより、油圧モータ１３の押しのけ容量に該当する電動機１４の回転数が制御される。また、回転数指令信号２０９Ａは、第２除算演算器１１０へ入力される。

【0051】

第１減算演算器１０３は、後述する要求ポンプ流量信号部１２０で算出した要求ポンプ演算信号１２０Ａと最少流量信号指令部１１４からの最少流量信号とを入力し、その偏差を要求ポンプ流量信号１０３Ａとして算出し、第２乗算演算器１０５と第２減算演算器１１２とへ出力する。ここで、要求ポンプ演算信号１２０Ａの算出方法について図５を用いて説明する。

【0052】

要求ポンプ流量信号部１２０は、図５に示すように、第１関数発生器１４５と、第２関数発生器１４６と、第３関数発生器１４７と、第４関数発生器１４８と、第１加算演算器１４９と、第２加算演算器１５０と、第３加算演算器１５１と、第５関数発生器とを備えている。

【0053】

第１関数発生器１４５は、図５に示すように、圧力センサ４１で検出した操作装置４のパイロット弁４Ａの下げ側パイロット圧Ｐｄをレバー操作信号１４１として入力する。第１関数発生器１４５には、レバー操作信号１４１に対する要求ポンプ流量が予めテーブルに記憶されている。同様に、第２関数発生器１４６は、圧力センサ７５で検出した操作装置４のパイロット弁４Ａの上げ側パイロット圧Ｐｕをレバー操作信号１７５として入力する。第２関数発生器１４６には、レバー操作信号１４１に対する要求ポンプ流量が予めテーブルに記憶されている。

【0054】

第１関数発生器１４５の出力と第２関数発生器１４６の出力は、第１加算演算器１４９へ入力され、第１加算演算器１４９は、これらの加算値を操作装置４による要求ポンプ流量として第３加算演算器１５１へ出力する。

【0055】

第３関数発生器１４７は、図５に示すように、圧力センサ４２で検出した操作装置２４のパイロット弁２４Ａの一方側パイロット圧をレバー操作信号１４２として入力する。第３関数発生器１４７には、レバー操作信号１４２に対する要求ポンプ流量が予めテーブルに記憶されている。同様に、第４関数発生器１４８は、圧力センサ４３で検出した操作装置２４のパイロット弁２４Ａの他方側パイロット圧をレバー操作信号１４３として入力する。第４関数発生器１４８には、レバー操作信号１４３に対する要求ポンプ流量が予めテーブルに記憶されている。

【0056】

第３関数発生器１４７の出力と第４関数発生器１４８の出力は、第２加算演算器１５０へ入力され、第２加算演算器１５０は、これらの加算値を操作装置２４による要求ポンプ流量として第３加算演算器１５１へ出力する。

【0057】

第３加算演算器１５１は、操作装置４と操作装置２４による複合操作を行った場合に必要な油圧ポンプ流量を算出し、第５関数発生器１５２へ出力する。第５関数発生器１５２は、第３加算演算器１５１からの要求ポンプ流量を入力し、上限を制限した値を要求ポンプ演算信号１２０Ａとして出力する。これは、油圧ポンプ１０が吐出できる流量には上限があるためであり、第５関数発生器１５２の上限値は、油圧ポンプ１０の最大容量から決定される値である。

【0058】

換言すると、算出された要求ポンプ演算信号１２０Ａは、補助油圧ポンプ１５が吐出した圧油の合流がなく油圧ポンプ１０のみで、第１油圧アクチュエータであるブームシリンダ３ａと第２油圧アクチュエータであるブームシリンダ３ａ以外の油圧アクチュエータの少なくとも一方を駆動する場合の非合流時ポンプ流量である要求ポンプ流量である。

【0059】

以上に示す要求ポンプ流量信号部１２０の制御ロジックによって、各操作装置のレバー操作信号に応じた流量が過不足なく算出され、複合操作時には必要なだけの流量が計算されると共に、油圧ポンプ１０が吐出可能な流量の上限を超えない範囲で要求ポンプ演算信号１２０Ａが算出される。

【0060】

図３に戻り、第１乗算演算器１０４は、第２関数発生器１０２からの最終目標ボトム流量信号１０２Ａとボトム側油室３ａ１の圧力信号１４４とを入力し、その乗算値を回収動力信号１０４Ａとして算出し、最小値選択演算部１０８へ出力する。

【0061】

第２乗算演算器１０５は、圧力センサ４０が検出した油圧ポンプ１０の吐出圧を圧力信号１４０として一の入力端に入力し、第１減算演算器１０３が算出した要求ポンプ流量信号１０３Ａを他の入力端に入力し、その乗算値を要求ポンプ動力信号１０５Ａとして算出し、最小値選択演算部１０８へ出力する。

【0062】

最小値選択演算部１０８は、第１乗算演算器１０４からの回収動力信号１０４Ａと、第２乗算演算器１０５からの要求ポンプ動力信号１０５Ａとを入力し、いずれか小さい方を補助油圧ポンプ１５の目標アシスト動力信号１０８Ａとして選択算出し、第１除算演算器１０９へ出力する。

【0063】

ここで、機器の効率を考えた場合、回収した動力を電動機１４によって電気エネルギに変換し蓄電装置９Ｃに蓄え再利用するよりも、なるべく補助油圧ポンプ１５で用いた方が損失を少なくできるので効率が良い。このため、最小値選択演算部１０８で回収動力信号１０４Ａと要求ポンプ動力信号１０５Ａとのいずれか小さい方を選択することにより、要求ポンプ動力信号１０５Ａを超えない範囲で、回収動力を最大限補助油圧ポンプ１５に供給することが可能になる。

【0064】

第１除算演算器１０９は、最小値選択演算部１０８からの目標アシスト動力信号１０８Ａと油圧ポンプ１０の吐出圧の圧力信号１４０とを入力し、目標アシスト動力信号１０８Ａを圧力信号１４０で除算した値を目標アシスト流量信号１０９Ａとして算出し、第２除算演算器１１０と第２減算演算器１１２とへ出力する。

【0065】

第２除算演算器１１０は、第１除算演算器１０９からの目標アシスト流量信号１０９Ａと第２出力変換部１０７からの回転数指令信号２０９Ａとを入力し、目標アシスト流量信号１０９Ａを回転数指令信号２０９Ａで除算した値を補助油圧ポンプ１５の目標容量信号１１０Ａとして算出し、第３出力変換部１１１へ出力する。

【0066】

第３出力変換部１１１は、入力された目標容量信号１１０Ａを例えば傾転角に変換し容量指令信号２１５Ａとしてレギュレータ１５Ａに出力する。このことにより、補助油圧ポンプ１５の容量が制御される。

【0067】

第２減算演算器１１２は、第１減算演算器１０３からの要求ポンプ流量信号１０３Ａと、第１除算演算器１０９からの目標アシスト流量信号１０９Ａと、最少流量信号指令部１１４からの最少流量信号とを入力する。第２減算演算器１１２は、要求ポンプ流量信号１０３Ａと最少流量信号とを加算して要求ポンプ流量信号部１２０の要求ポンプ演算信号１２０Ａを算出し、この要求ポンプ演算信号１２０Ａと目標アシスト流量信号１０９Ａとの偏差を目標ポンプ流量信号１１２Ａとして算出し、第４出力変換部１１３へ出力する。

【0068】

第４出力変換部１１３は、入力された目標ポンプ流量信号１１２Ａを例えば油圧ポンプ１０の容量に変換し、容量に応じた制御圧となるような制御圧指令信号２１０Ａを電磁比例弁７４に出力する。電磁比例弁７４は、コントローラ１００からの指令に応じた制御圧となるように、第３高圧選択弁７２から出力された圧力を減圧してレギュレータ１０Ａに出力する。レギュレータ１０Ａは、入力された圧力に応じて油圧ポンプ１０の容量を制御する。

【0069】

ここで、第２関数発生器１０２と、第１減算演算器１０３と、第１乗算演算器１０４と、第２乗算演算器１０５と、最小値選択演算部１０８と、第１除算演算器１０９と、第２除算演算器１１０と、要求ポンプ流量信号部１２０とは、合流管路を流通する補助油圧ポンプ１５からの圧油の流量が、非合流時ポンプ流量である要求ポンプ流量信号１２０Ａより小さくなるように、レギュレータ１５Ａへ出力する制御指令である目標容量信号１１０Ａを演算する第１演算部を構成する。

【0070】

また、第１減算演算器１０３と、第２減算演算器１１２と、最小流量信号指令部１１４と、要求ポンプ流量信号部１２０とは、非合流時ポンプ流量である要求ポンプ流量信号１２０Ａから合流管路を流通する補助油圧ポンプ１５からの圧油の流量である目標アシスト流量信号１０９Ａを減算して目標ポンプ流量１１２Ａを算出し、この目標ポンプ流量１１２Ａになるように、電磁比例弁７４へ出力する制御指令である目標ポンプ流量信号１１２Ａを演算する第２演算部を構成する。

【0071】

更に、第２関数発生器１０２と、第１減算演算器１０３と、第１乗算演算器１０４と、第２乗算演算器１０５と、最小値選択演算部１０８と、第１除算演算器１０９と、第２除算演算器１１０と、第２減算演算器１１２と、最小流量信号指令部１１４と、要求ポンプ流量信号部１２０とは、操作装置４の操作量を取り込み、この操作量に応じてブームシリンダ３ａから排出された戻り油により油圧モータ１３に入力される回収動力信号１０４Ａを算出し、合流管路を流通する補助油圧ポンプ１５からの圧油の流量を供給するのに必要な要求アシスト動力を算出し、回収動力信号１０４Ａと要求アシスト動力を超えないように目標アシスト動力信号１０８Ａを設定し、この目標アシスト動力信号１０８Ａとなるようにレギュレータ１５Ａと電磁比例弁７４へ出力する制御指令である目標容量信号１１０Ａ，目標ポンプ流量信号１１２Ａを演算する第３演算部を構成する。

【0072】

また、第１関数発生器１０１は、操作装置４の操作量を取り込み、この操作量に応じて切換弁７に出力する遮断指令を演算する第４演算部を構成する。

【0073】

次に、上述した本発明の作業機械の圧油エネルギ回生装置の第１の実施の形態の制御ロジックによる動作を図２、図３及び図５を用いて説明する。
操作装置４の操作レバーをブーム下げ方向に操作すると、パイロット弁４Ａからパイロット圧Ｐｄが生成され、圧力センサ４１により検出され、コントローラ１００にレバー操作信号１４１として入力される。このとき、油圧ポンプ１０の吐出圧は圧力センサ４０により検出され圧力信号１４０としてコントローラ１００に入力される。また、ブームシリンダ３ａのボトム側油室３ａ１の圧力は圧力センサ４４により検出され圧力信号１４４としてコントローラ１００に入力される。

【0074】

コントローラ１００において、レバー操作信号１４１は、第１関数発生器１０１と第２関数発生器１０２とに入力される。第１関数発生器１０１は、レバー操作信号１４１が切換開始点超過の場合にＯＮ信号を出力し、第１出力変換部１０６を介して電磁切換弁８にＯＮ信号が出力される。これにより、パイロット油圧ポンプ１１からの圧油は電磁切換弁８を介して切換弁７のパイロット受圧部７ａに入力される。この結果、ボトム側油路３２が遮断する方向（切換弁７の閉止側）に切換動作が行われ、ブームシリンダ３ａのボトム側油室３ａ１からの戻り油は、制御弁５を介してタンク１２へ流入する油路がブロックされ、油圧モータ１３流入する回生回路３３に流入する。

【0075】

さらに、レバー操作信号１４１とボトム側油室３ａ１の圧力信号１４４はコントローラ１００において第２関数発生器１０２に入力され、第２関数発生器１０２は、レバー操作信号１４１とボトム側油室３ａ１の圧力信号１４４とに応じた最終目標ボトム流量信号１０２Ａを算出する。最終目標ボトム流量信号１０２Ａは、第２出力変換部１０７において目標電動機回転数に変換され、回転数指令信号２０９Ａとしてインバータ９Ａに出力される。

【0076】

このことにより、電動機１４の回転数は所望の回転数に制御される。この結果、ブームシリンダ３ａのボトム側油室３ａ１から排出される戻り油の流量が調整され、操作装置４のレバー操作に応じたスムーズなシリンダ動作が実現できる。

【0077】

一方、図５に示すように、コントローラ１００の要求ポンプ流量信号部１２０では、圧力センサ４１，７５，４２，４３によって検出されたレバー操作信号１４１，１７５，１４２，１４３から要求ポンプ演算信号１２０Ａを算出し、要求ポンプ演算信号１２０Ａは、図３に示す最少流量信号指令部１１４からの最少流量信号とともに、第１減算演算器１０３に入力され、第１減算演算器１０３は要求ポンプ流量信号１０３Ａを算出する。

【0078】

第２関数発生器１０２で算出された最終目標ボトム流量信号１０２Ａとボトム側油室３ａ１の圧力信号１４４とは第１乗算演算器１０４に入力され、第１乗算演算器１０４は回収動力信号１０４Ａを算出する。また、第１減算演算器１０３で算出された要求ポンプ流量信号１０３Ａと油圧ポンプ１０の圧力信号１４０とは第２乗算演算器１０５に入力され、第２乗算演算器１０５は要求ポンプ動力信号１０５Ａを算出する。回収動力信号１０４Ａと要求ポンプ動力信号１０５Ａとは最小値選択演算部１０８に入力する。

【0079】

最小値選択演算部１０８は、２入力の内の小さい方を目標アシスト動力信号１０８Ａとして出力する。これは、回収動力信号１０４Ａに対して、要求ポンプ動力信号１０５Ａを超えない範囲で優先的に補助油圧ポンプ１５に用いることができる動力（エネルギ量）を算出するものである。このことにより、電気エネルギに変換する損失を最小限に抑え、効率の良い回生動作が行われる。

【0080】

最小値選択演算部１０８で算出された目標アシスト動力信号１０８Ａと油圧ポンプ１０の吐出圧の圧力信号１４０とは第１除算演算器１０９に入力され、第１除算演算器１０９は目標アシスト流量信号１０９Ａを算出する。

【0081】

第１除算演算器１０９で算出された目標アシスト流量信号１０９Ａと第２出力変換部１０７で算出された回転数指令信号２０９Ａとは第２除算演算器１１０に入力され、第２除算演算器１１０は、目標容量信号１１０Ａを算出する。目標容量信号１１０Ａは、第３出力変換部１１１において例えば傾転角に変換され、容量指令信号２１５Ａとしてレギュレータ１５Ａに出力される。

【0082】

このことにより、補助油圧ポンプ１５は要求ポンプ動力信号１０５Ａを超えない範囲で、なるべく多量の流量を油圧ポンプ１０に供給する制御がなされる。この結果効率よく回収動力を利用できる。

【0083】

第１減算演算器１０３で算出された要求ポンプ流量信号１０３Ａと第１除算演算器１０９で算出された目標アシスト流量信号１０９Ａと最少流量信号指令部１１４からの最少流量信号とは第２減算演算器１１２に入力され、第２減算演算器１１２は、目標ポンプ流量信号１１２Ａを算出する。目標ポンプ流量信号１１２Ａは、第４出力変換部１１３において油圧ポンプ１０の容量に変換され、油圧ポンプ１０の容量に応じた制御圧指令信号２１０Ａとして電磁比例弁７４に出力される。電磁比例弁７４で減圧された制御圧がレギュレータ１０Ａに出力される。

【0084】

このことにより、油圧ポンプ１０は補助油圧ポンプ１５から供給された流量分、容量を低減できるので、油圧ポンプ１０の出力を低減できる。また、制御弁５に供給される圧油の流量は、補助油圧ポンプ１５からの供給がない場合と、ある場合とで変わらないので、操作装置２４の操作レバーに応じた良好な操作性が確保できる。

【0085】

上述した本発明の作業機械の圧油エネルギ回生装置の第１の実施の形態によれば、回生用の油圧モータ１３に機械的に連結された油圧ポンプである補助油圧ポンプ１５を回収したエネルギで直接駆動することができるので、エネルギを一旦蓄える際の損失が発生しない。この結果、エネルギ変換損失を減少できるので効率良くエネルギを利用することが可能になる。

【0086】

また、上述した本発明の作業機械の圧油エネルギ回生装置の第１の実施の形態によれば、補助油圧ポンプ１５から供給された分だけ、油圧ポンプ１０の容量を低減するように制御するので、制御弁５に供給される圧油の流量は変動しない。このことにより、良好な操作性が確保できる。

【実施例2】

【0087】

以下、本発明の作業機械の圧油エネルギ回生装置の第２の実施の形態を図面を用いて説明する。図６は本発明の作業機械の圧油エネルギ回生装置の第２の実施の形態を示す駆動制御システムの概略図、図７は本発明の作業機械の圧油エネルギ回生装置の第２の実施の形態を構成するコントローラのブロック図、図８は本発明の作業機械の圧油エネルギ回生装置の第２の実施の形態を構成するコントローラの油圧ポンプ流量演算の内容を説明するブロック図である。図６乃至図８において、図１乃至図５に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

【0088】

図６乃至図８に示す本発明の作業機械の圧油エネルギ回生装置の第２の実施の形態は、大略第１の実施の形態と同様の油圧源と作業機等とで構成されるが、以下の構成が異なる。本実施の形態においては、エンジン５０の回転軸の回転数を検出する回転数センサ７６を設けた点が異なる。回転数センサ７６が検出した回転数信号は、コントローラ１００に入力され、制御ロジックの演算に用いられる。また、コントローラ１００は、要求ポンプ流量信号部１２０に換えて推定ポンプ流量信号部１５３を設けた点が第１の実施の形態と異なる。

【0089】

第１の実施の形態においては、コントローラ１００で各レバー操作信号に応じて要求ポンプ演算信号１２０Ａを算出し、その要求ポンプ演算信号１２０Ａとなるように、電磁比例弁７４に指令信号を出力し、電磁比例弁７４は、指令信号に応じて、レギュレータ１０Ａに供給する圧油の圧力を減圧調整するように構成されていた。

【0090】

本実施の形態においては、各レバー操作信号（パイロット圧力）によって決まる油圧ポンプ１０の容量を推定し、補助油圧ポンプ１５で流量をアシストするときだけ、電磁比例弁７４で油圧ポンプ１０の容量を低減するように制御する点が異なる。すなわち、補助油圧ポンプ１５で流量をアシストしないときは、各レバー操作量に応じたパイロット圧が直接レギュレータ１０Ａに供給されるので、油圧的に油圧ポンプ１０の流量が制御され、補助油圧ポンプ１５で流量をアシストするときだけ、電磁比例弁７４に制御指令が出力されて電気的に減圧されて、油圧ポンプ１０の流量が制御される。この結果、油圧的に油圧ポンプ１０の容量を制御する時間が生じるので、常時、電磁比例弁７４で油圧ポンプ１０の容量を制御する場合よりも、応答性を向上させることができる。

【0091】

図７に示すように、推定ポンプ流量信号部１５３は、後述する演算により推定ポンプ流量信号１５３Ａを算出し、第１減算演算器１０３に出力する。つまり本実施の形態においては、推定ポンプ流量信号１５３Ａが、非合流時ポンプ流量である推定ポンプ流量である。推定ポンプ流量信号部１５３における推定ポンプ流量信号１５３Ａの算出方法について図８を用いて説明する。

【0092】

推定ポンプ流量信号部１５３は、図８に示すように、最大値選択器１５４と、関数発生器１５５と、乗算演算器１５６とを備えている。

【0093】

最大値選択器１５４は、図８に示すように、圧力センサ４１で検出した操作装置４のパイロット弁４Ａの下げ側パイロット圧Ｐｄをレバー操作信号１４１として、同じく圧力センサ７５で検出した上げ側パイロット圧Ｐｕをレバー操作信号１７５としてそれぞれ入力する。また、圧力センサ４２で検出した操作装置２４のパイロット弁２４Ａの一方側パイロット圧をレバー操作信号１４２として、同じく圧力センサ４３で検出した他方側パイロット圧をレバー操作信号１４３としてそれぞれ入力する。最大値選択器１５４は、入力信号のうちの最大値を選択算出し、関数発生器１５５へ出力する。これは、第１〜３高圧選択弁７１，７３，７２の動作を模擬した演算である。

【0094】

関数発生器１５５には、レギュレータ１０Ａの特性が予めテーブルに記憶されている。すなわち、レギュレータ１０Ａに入力された圧油の圧力信号に対する油圧ポンプ１０の容量の特性が記憶されている。このことにより、入力されたレバー操作信号の最大値から、油圧ポンプ１０の容量を推定算出し、乗算演算記１５６へ出力する。

【0095】

乗算演算器１５６は、関数発生器１５５からの油圧ポンプ推定容量信号と回転数センサ７６で検出した回転数信号１７６とを入力し、その乗算値を油圧ポンプ１０の吐出する流量である推定ポンプ流量信号１５３Ａとして算出し、出力する。

【0096】

図７に戻り、推定ポンプ流量信号部１５３が算出した推定ポンプ流量信号１５３Ａは、目標アシスト流量信号１０９Ａが０のとき、すなわち補助油圧ポンプ１５からの流量アシストが無い場合は、そのままの値が目標ポンプ流量信号１１２Ａとして出力される。コントローラ１００は、推定したポンプ流量をそのまま出力するように電磁比例弁７４へ指令信号を出力する。この結果、電磁比例弁７４では入力されたパイロット圧に対して絞り制御を行わずに、入力された圧力信号をそのままレギュレータ１０Ａに出力することになる。このことにより、油圧ポンプ１０は各操作レバーのパイロット弁の最大値に応じた容量に制御される。このように、油圧ポンプ１０の容量が油圧的に制御されることにより、油圧ポンプ１０の応答性を向上させることができる。

【0097】

一方、目標アシスト流量信号１０９Ａが０以外のとき、すなわち補助油圧ポンプ１５からの流量アシストが有る場合は、流量アシストの分を低減した流量相当の指令が電磁比例弁７４に出力される。この結果、電磁比例弁７４では入力されたパイロット圧力に対して絞り（減圧）制御を行い、レギュレータ１０Ａに出力し、油圧ポンプ１０の容量を下げるように制御する。このことにより、油圧ポンプ１０は補助油圧ポンプ１５から供給された流量分、容量を低減できるので、油圧ポンプ１０の出力を低減できる。また、制御弁５に供給される圧油の流量は、補助油圧ポンプ１５からの供給が無い場合とある場合とで変わらないので、操作装置２４の操作レバーに応じた良好な操作性が確保できる。

【0098】

上述した本発明の作業機械の圧油エネルギ回生装置の第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

【0099】

また、上述した本発明の作業機械の圧油エネルギ回生装置の第２の実施の形態によれば、各レバー操作信号（パイロット圧力）によって決まる油圧ポンプ１０の容量を推定し、補助油圧ポンプ１５で流量をアシストするときだけ、電磁比例弁７４で油圧ポンプ１０の容量を低減するように制御するので、油圧的に油圧ポンプ１０の容量を制御する時間が生じ、制御の応答性が向上できる。

【実施例3】

【0100】

以下、本発明の作業機械の圧油エネルギ回生装置の第３の実施の形態を図面を用いて説明する。図９は本発明の作業機械の圧油エネルギ回生装置の第３の実施の形態を示す駆動制御システムの概略図、図１０は本発明の作業機械の圧油エネルギ回生装置の第３の実施の形態を構成するコントローラの油圧ポンプ流量演算の内容を説明するブロック図である。図９及び図１０において、図１乃至図８に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

【0101】

図９及び図１０に示す本発明の作業機械の圧油エネルギ回生装置の第３の実施の形態は、大略第２の実施の形態と同様の油圧源と作業機等とで構成されるが、以下の構成が異なる。本実施の形態においては、第３高圧選択弁７２の出力ポートと電磁比例弁７４の入力ポートとを接続する配管に圧力センサ７７を設けた点が異なる。圧力センサ７７が検出した電磁比例弁７４の入力圧力信号（ポンプ制御信号）は、コントローラ１００に入力され、制御ロジックの演算に用いられる。また、コントローラ１００の推定ポンプ流量信号部１５３において、ポンプ流量を推定するのにレバー操作信号を用いずに、電磁比例弁７４の入力圧力信号（ポンプ制御信号）を用いた点が第２の実施の形態と異なる。

【0102】

図９に示す第２調整器であるレギュレータ１０Ａは、ポンプ制御信号部とポンプ制御信号補正部とを備えていて、ポンプ制御信号部で生成したパイロット圧（ポンプ制御信号）をポンプ制御信号補正部で調整してレギュレータ１０Ａへ供給する。ポンプ制御信号部は、第２油圧ポンプ１０の容量を制御するためのパイロット圧を生成する操作装置４のパイロット弁４Ａと、操作装置２４のパイロット弁２４Ａと、第１高圧選択弁７１と、第２高圧選択弁７３と、第３高圧選択弁７２とを備えている。ポンプ制御信号補正部は、コントローラ１００からの指令信号に応じて入力されたパイロット圧を減圧する電磁比例弁７４を備えている。

【0103】

本実施の形態においては、上述のポンプ制御信号から油圧ポンプ１０の容量を推定算出し、回転数信号と演算することで非合流時ポンプ流量である推定ポンプ流量を算出している。

【0104】

図１０に示す本実施の形態における推定ポンプ流量信号部１５３は、図８に示す第２の実施の形態における推定ポンプ流量信号部１５３と以下の点が異なる。本実施の形態においては、関数発生器１５５の入力信号を、各圧力センサが検出した各レバー操作信号に換えて、圧力センサ７７が検出した電磁比例弁７４に入力される圧力信号１７７（ポンプ制御信号）としている。このことにより、最大値選択器１５４は省略している。関数発生器１５５には、レギュレータ１０Ａに入力された圧油の圧力信号に対する油圧ポンプ１０の容量の特性が記憶されている。このことにより、入力されたポンプ制御信号から、油圧ポンプ１０の容量を推定算出し、乗算演算記１５６へ出力する。

【0105】

乗算演算器１５６は、関数発生器１５５からの油圧ポンプ推定容量信号と回転数センサ７６で検出した回転数信号１７６とを入力し、その乗算値を油圧ポンプ１０の吐出する流量である推定ポンプ流量信号１５３Ａとして算出している。

【0106】

第２の実施の形態においては、第３高圧選択弁７２で選択された圧力を各レバー操作信号と最大値選択器１５４の演算により算出していたが、本実施の形態においては、直接第３高圧選択弁７２で選択された圧力を圧力センサ７７で検出している。このことにより、上述した演算が不要となり、簡略化が可能となる。

【0107】

上述した本発明の作業機械の圧油エネルギ回生装置の第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

【実施例4】

【0108】

以下、本発明の作業機械の圧油エネルギ回生装置の第４の実施の形態を図面を用いて説明する。図１１は本発明の作業機械の圧油エネルギ回生装置の第４の実施の形態を示す駆動制御システムの概略図、図１２は本発明の作業機械の圧油エネルギ回生装置の第４の実施の形態を構成するコントローラのブロック図である。
図１１及び図１２において、図１乃至図１０に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

【0109】

図１１及び図１２に示す本発明の作業機械の圧油エネルギ回生装置の第４の実施の形態は、大略第１の実施の形態と同様の油圧源と作業機等とで構成されるが、以下の構成が異なる。本実施の形態においては、電磁切換弁８を電磁比例減圧弁６０とし、切換弁７を制御弁６１に変更した点と、油圧モータ１３を可変容量型油圧モータ６２に替え、モータ容量を可変するモータレギュレータ６２Ａを設けた点が異なる。モータレギュレータ６２Ａは、コントローラ１００からの指令により可変容量型油圧モータ６２の容量を変化させる。また、コントローラ１００は、流量制限演算部１３０と動力制限演算部１３１と第３除算演算器１３２と第３減算演算器１３３と第３関数発生器１３４と第５出力変換部１３５と一定回転数指令部１３６と第４除算演算器１３７と第６出力変換部１３８とを設けた点が第１の実施の形態と異なる。

【0110】

本実施の形態においては、ブームシリンダ３ａのボトム側油室３ａ１からの戻り油を制御弁６１で分流可能にすると共に、電動機１４を一定の回転数で回し、可変容量型油圧モータ６２の容量を制御することで回生流量を制御している。このことにより、電動機１４の最大動力または可変容量型油圧モータ６２の最大回収流量を上回るエネルギ／流量がブームシリンダ３ａから排出された場合であっても、機器の破損を防ぐことができると共に、ブームの操作性を確保できる。図１１において、第１の実施の形態と異なる部位について説明する。

【0111】

ボトム側油路３２には切換弁７に替えて、制御弁６１が設けられている。制御弁６１は、ブームシリンダ３ａのボトム側油室３ａ１からの戻り油の内、制御弁５を介してタンク１２に排出する流量を分流制御する。

【0112】

制御弁６１は、一端側にばね６１ｂを、他端側にパイロット受圧部６１ａを有している。制御弁６１のスプールは、パイロット受圧部６１ａに入力されるパイロット圧油の圧力に応じて移動するので、圧油が通過する開口面積が制御され、パイロット圧油の圧力がある一定値以上のときには完全に閉止する。このことにより、ブームシリンダ３ａのボトム側油室３ａ１からの戻り油の内、制御弁５を介してタンク１２に排出する流量を制御できる。パイロット受圧部６１ａには、パイロット油圧ポンプ１１から後述する電磁比例減圧弁６０を介してパイロット圧油が供給されている。

【0113】

本実施の形態における電磁比例減圧弁６０の入力ポートには、パイロット油圧ポンプ１１から出力される圧油が入力されている。一方、電磁比例減圧弁６０の操作部には、コントローラ１００から出力される指令信号が入力されている。この指令信号に応じて電磁比例減圧弁６０のスプール位置が調整され、これにより、パイロット油圧ポンプ１１から制御弁６１のパイロット受圧部６１ａに供給されるパイロット圧油の圧力が適宜調整されている。

【0114】

コントローラ１００は、コントローラ内部で演算した制御弁６１に分流すべき目標排出流量になるように、電磁比例減圧弁６０に制御指令を出力し、制御弁６１の開口面積を調整する。

【0115】

次に、本実施の形態におけるコントローラ１００の制御の概要について図１２を用いて説明する。図１２において、第１の実施の形態と異なる部位について説明する。
本実施の形態においては、第３関数発生器１３４からの目標開口面積信号１３４Ａを第５出力変換部１３５に出力し、第５出力変換部１３５は、入力された目標開口面積信号１３４Ａを電磁比例減圧弁６０の制御指令に変換し電磁弁指令信号２６０Ａとして電磁比例減圧弁６０に出力する。このことにより、制御弁６１の開度が制御され、ブームシリンダ３ａのボトム側油室３ａ１からの戻り油の内、制御弁５を介してタンク１２に排出する流量を制御できる。また、第４除算演算器１３７からの目標容量信号１３７Ａを第６出力変換部１３８に出力し、第６出力変換部１３８は、入力された目標容量信号１３７Ａを例えば傾転角に変換し容量指令信号２６２Ａとしてモータレギュレータ６２Ａに出力する。このことにより、可変容量型油圧モータ６２の容量が制御される。

【0116】

本実施の形態におけるコントローラ１００は、第１の実施の形態における第１関数発生器１０１と第１出力変換部１０６とを省略し、残りの演算器に加えて、流量制限演算部１３０と動力制限演算部１３１と第３除算演算器１３２と第３減算演算器１３３と第３関数発生器１３４と第５出力変換部１３５と一定回転数指令部１３６と第４除算演算器１３７と第６出力変換部１３８とを備えている。

【0117】

流量制限演算部１３０は、図６に示すように第２関数発生器１０２が算出した最終目標ボトム流量信号１０２Ａを入力して、可変容量型油圧モータ６２の最大回収流量の上限で制限した制限流量信号１３０Ａを出力する。油圧モータは一般的に最大流量が決まっていることから、機器の仕様に合わせた特性が設定される。制限流量信号１３０Ａは、第１乗算演算器１０４へ出力される。

【0118】

第１乗算演算器１０４は、流量制限演算部１３０からの制限流量信号１３０Ａとボトム側油室３ａ１の圧力信号１４４とを入力し、その乗算値を回収動力信号１０４Ａとして算出し、動力制限演算部１３１へ出力する。

【0119】

動力制限演算部１３１は、第１乗算演算器１０４が算出した回収動力信号１０４Ａを入力して、電動機１４の最大動力の上限で制限した制限回収動力信号１３１Ａを出力する。電動機１４に関しても、一般的に最大動力が決まっていることから、機器の仕様に合わせた特性が設定される。制限回収動力信号１３１Ａは、第３除算演算器１３２と最小値選択演算部１０８とへ出力される。流量制限演算部１３０と動力制限演算部１３１とで、制限をかけることにより、機器の破損を防止できる。

【0120】

第３除算演算器１３２は、動力制限演算部１３１からの制限回収動力信号１３１Ａとボトム側油室３ａ１の圧力信号１４４とを入力し、制限回収動力信号１３１Ａを圧力信号１４４で除算した値を目標回収流量信号１３２Ａとして算出し、第３減算演算器１３３と第４除算演算器１３７とへ出力する。

【0121】

第３減算演算器１３３は、第２関数発生器１０２からの最終目標ボトム流量信号１０２Ａと第３除算演算器１３２からの目標回収流量信号１３２Ａとを入力し、その偏差を制御弁６１に分流すべき目標排出流量信号１３３Ａとして算出し、第３関数発生器１３４へ出力する。

【0122】

第３関数発生器１３４は、圧力センサ４４で検出したブームシリンダ３ａのボトム側油室３ａ１の圧力を圧力信号１４４として一の入力端に入力し、第３減算演算部１３３からの制御弁６１に分流すべき目標排出流量信号１３３Ａを他の入力端に入力する。これらの入力信号からオリフィスの数式に基づいて制御弁６１の目標開口面積を算出し、目標開口面積信号１３４Ａを第５出力変換部１３５へ出力する。

【0123】

ここで、制御弁６１の目標開口面積Ａは以下の式（１）と（２）で算出される。目標排出流量をＱｔ、流量係数をＣ、ブームシリンダ３ａのボトム側油室３ａ１の圧力をＰｂ、制御弁６１の開口面積をＡ、タンク圧を０ＭＰａとすると、
Ｑｔ＝ＣＡ√Ｐｂ・・・・・（１）
となり、Ａについて解くと
Ａ_０＝Ｑ_０／（Ｃ√Ｐ_ｂ）・・・（２）
となる。よって、式（２）より制御弁６１の開口面積を算出できる。

【0124】

第５出力変換部１３５は、入力された目標開口面積信号１３４Ａを電磁比例減圧弁６０の制御指令に変換し電磁弁指令信号２６０Ａとして電磁比例減圧弁６０に出力する。このことにより、制御弁６１の開度が制御され、制御弁６１に分流すべき流量が制御される。

【0125】

一定回転数指令部１３６は、電動機１４の回転数を最大回転数の一定回転数で回すために、電動機の回転数指令信号を第２出力変換部１０７に出力する。第２出力変換部１０７は、入力された回転数指令信号を目標電動機回転数に変換し回転数指令信号２０９Ａとしてインバータ９Ａに出力する。

【0126】

一定回転数指令部１３６は、電動機の回転数指令信号を第２除算演算器１１０の他端と第４除算演算器１３７の他端にも出力する。

【0127】

第２除算演算器１１０は、第１除算演算器１０９からの目標アシスト流量信号１０９Ａと一定回転数指令部１３６からの電動機の回転数指令信号とを入力し、目標アシスト流量信号１０９Ａを電動機の回転数指令信号で除算した値を補助油圧ポンプ１５の目標容量信号１１０Ａとして算出し、第３出力変換部１１１へ出力する。

【0128】

第４除算演算器１３７は、第３除算演算器１３２からの目標回収流量信号１３２Ａと一定回転数指令部１３６からの電動機の回転数指令信号とを入力し、目標回収流量信号１３２Ａを電動機の回転数指令信号で除算した値を可変容量型油圧モータ６２の目標容量信号１３７Ａとして算出し、第６出力変換部１３８へ出力する。

【0129】

第６出力変換部１３８は、入力された目標容量信号１３７Ａを例えば傾転角に変換し容量指令信号２６２Ａとしてモータレギュレータ６２Ａに出力する。このことにより、可変容量型油圧モータ６２の容量が制御される。

【0130】

ここで、第２関数発生器１０２と、第１乗算演算器１０４と、流量制限演算部１３０と、動力制限演算部１３１と、第３除算演算器１３２と、第３減算演算器１３３と、第３関数発生器１３４と、一定回転数指令部１３６と、第４除算演算器１３７とは、回収動力信号１０４Ａが電動機１４の最大動力を上回らないように、ブームシリンダ３ａから排出される動力を排出回路に分配するように制御弁６１の開度を制御する電磁比例減圧弁６０に出力する制御指令である目標開口面積信号１３４Ａを演算する第５演算部を構成する。

【0131】

また、第２関数発生器１０２と、第１乗算演算器１０４と、流量制限演算部１３０と、動力制限演算部１３１と、第３除算演算器１３２と、第３減算演算器１３３と、第３関数発生器１３４と、一定回転数指令部１３６と、第４除算演算器１３７とは、可変容量型油圧モータ６２に入力可能な最大流量である制限流量信号１３０Ａを上回らないように、ブームシリンダ３ａから排出される動力を排出回路に分配するように制御弁６１の開度を制御する電磁比例減圧弁６０に出力する制御指令である目標開口面積信号１３４Ａを演算する第７演算部を構成する。

【0132】

次に、上述した本発明の作業機械の圧油エネルギ回生装置の第５の実施の形態の制御ロジックによる動作を図１１及び図１２を用いて説明する。
図１２に示す第２関数発生器１０２から出力された最終目標ボトム流量信号１０２Ａは、流量制限演算部１３０によって可変容量型油圧モータ６２の最大流量の制限流量信号１３０Ａに制限される。このことにより、可変容量型油圧モータ６２に仕様以上の流量が流れないように制限され、可変容量型油圧モータ６２の破損を防ぐことができる。

【0133】

また、この制限された最終目標ボトム流量信号１０２Ａは第１乗算演算器１０４にボトム側油室３ａ１の圧力信号１４４と共に入力され、回収動力信号１０４Ａが算出される。

【0134】

算出された回収動力信号１０４Ａは、動力制限演算部１３１によって電動機１４の最大動力の上限で制限した制限回収動力信号１３１Ａに制限される。このことにより、過大なエネルギが電動機軸に入力されることを防ぎ、機器の破損、または過速度を回避することができる。

【0135】

動力制限演算部１３１から出力された制限回収動力信号１３１Ａは、第３除算演算器１３２にボトム側油室３ａ１の圧力信号１４４と共に入力され、目標回収流量信号１３２Ａが算出される。

【0136】

さらに、目標回収流量信号１３２Ａは、最終目標ボトム流量信号１０２Ａと共に第３減算演算器１３３に入力され、オペレータの望む所望のブームシリンダ速度を実現するために制御弁６１に分流すべき目標排出流量信号１３３Ａを算出する。

【0137】

目標排出流量信号１３３Ａは、第３関数発生器１３４にボトム側油室３ａ１の圧力信号１４４と共に入力され制御弁６１の目標開口面積が算出される。この目標開口面積の信号は、第５出力変換部１３５を介して電磁弁指令信号２６０Ａとして電磁比例減圧弁６０に出力される。

【0138】

このことにより、図１１に示すブームシリンダ３ａからの排出油は制御弁６１にも分流され、可変容量型油圧モータ６２で回収できない流量を流し、オペレータの望むブームシリンダ速度を確保することが可能となる。

【0139】

図１２に戻り、第３除算演算器１３２から出力された目標回収流量信号１３２Ａは、一定回転数指令部１３６からの電動機の回転数指令信号と共に第４除算演算器１３７に入力され、可変容量型油圧モータ６２の目標容量が算出される。この目標容量の信号は、第６出力変換部１３８を介して容量指令信号２６２Ａとしてモータレギュレータ６２Ａに出力する。

【0140】

このことにより、可変容量型油圧モータ６２には、回転軸に連結された機器の仕様によって、流量制限及び動力制限がなされた流量の作動油が流入する。この結果、過大な動力が入力されることがないので、機器の破損、または過速度の発生を防ぐことができる。

【0141】

なお、本実施の形態においては、回収動力の流量制限と、動力の制限とを同時に行う場合を例に説明したが、これに限る必要はなく、機器の仕様に合わせて、適宜選択して設計することが望ましい。例えば、電動機のトルクが十分であり、動力制限を行う必要がなければ、流量制限のみを行う制御ロジックを作成しても良い。

【0142】

上述した本発明の作業機械の圧油エネルギ回生装置の第４の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

【0143】

また、上述した本発明の作業機械の圧油エネルギ回生装置の第４の実施の形態によれば、回生用の可変容量型油圧モータ６２には、機器の仕様に応じた流量制限及び動力制限がなされた流量の作動油が流入するので、過大な動力が入力されることがない。この結果、機器の破損、または過速度の発生を防ぐことができ、信頼性が向上する。

【実施例5】

【0144】

以下、本発明の作業機械の圧油エネルギ回生装置の第５の実施の形態を図面を用いて説明する。図１３は本発明の作業機械の圧油エネルギ回生装置の第５の実施の形態を構成するコントローラのブロック図、図１４は本発明の作業機械の圧油エネルギ回生装置の第５の実施の形態を構成するコントローラの可変動力制限演算部の内容を説明する特性図である。図１３及び図１４において、図１乃至図１２に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

【0145】

図１３及び図１４に示す本発明の作業機械の圧油エネルギ回生装置の第５の実施の形態は、第４の実施の形態と同様の油圧源と作業機等とで構成されるが、制御ロジックの構成が異なる。本実施の形態においては、第４の実施の形態における動力制限演算部１３１に替えて可変動力制限演算部１３９を設けた点が第４の実施の形態と異なる。第４の実施の形態においては、電動機１４の最大動力だけで、可変容量型油圧モータ６２への作動油の流入流量等を制限していたが、本実施の形態においては、電動機１４の最大動力と補助油圧ポンプ１５の要求ポンプ動力の合計で制限をかけている。このことにより、動力制限の上限が上がるので、回収するエネルギをさらに増加でき、燃費低減効果が向上する。

【0146】

図１３に示すように、可変動力制限演算部１３９は、第１乗算演算器１０４が算出した回収動力信号１０４Ａと、第２乗算演算器１０５が算出した要求ポンプ動力信号１０５Ａとを入力して、電動機１４の最大動力の上限と補助油圧ポンプ１５の要求動力とに応じた制限付き回収動力信号１３９Ａを出力する。制限付き回収動力信号１３９Ａは、第３除算演算器１３２と最小値選択演算部１０８とへ出力される。

【0147】

可変動力制限演算部１３９の演算の詳細を図１４を用いて説明する。図１４において、横軸は第１乗算演算器１０４が算出した回収動力信号１０４Ａである目標回収動力を示し、縦軸は可変動力制限演算部１３９が算出した制限付き回収動力を示している。図１４において、実線の特性線ｘは、横軸に平行な上限制限線を電動機１４の最大動力で規定している。このとき、第２乗算演算器１０５から入力される要求ポンプ動力信号１０５Ａは０となる。

【0148】

可変動力制限演算部１３９に入力される要求ポンプ動力信号１０５Ａが０から増加した場合、特性線ｘの上限制限線は、その増加分だけｙ方向に上方に移動する。換言すると、可変動力制限演算部１３９は、要求ポンプ動力の入力分だけ、制限付き回収動力の上限を増加させる。

【0149】

このことにより、目標回収動力の上限が上がり、回収動力が増加し燃費低減効果が上がると共に、電動機１４の動力を超えたエネルギが可変容量型油圧モータ６２に入力されても、補助油圧ポンプ１５で使われることにより、電動機１４には、仕様を超える動力が入ることを防ぐことができる。

【0150】

ここで、第２関数発生器１０２と、第１減算演算器１０３と、第１乗算演算器１０４と、流量制限演算部１３０と、可変動力制限演算部１３９と、第３除算演算器１３２と、第３減算演算器１３３と、第３関数発生器１３４と、一定回転数指令部１３６と、第４除算演算器１３７とは、回収動力信号１０４Ａが電動機１４の最大動力と要求アシスト動力との合計値である回収動力信号１３９Ａを上回らないように、ブームシリンダ３ａから排出される動力を排出回路に分配するように制御弁６１の開度を制御する電磁比例減圧弁６０に出力する制御指令である目標開口面積信号１３４Ａを演算する第６演算部を構成する。

【0151】

上述した本発明の作業機械の圧油エネルギ回生装置の第５の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

【0152】

また、上述した本発明の作業機械の圧油エネルギ回生装置の第５の実施の形態によれば、目標回収動力の上限が上がり、回収動力が増加し燃費低減効果が上がる。この結果、機器の破損、または過速度の発生を防ぐことができ、信頼性が向上する。

【実施例6】

【0153】

以下、本発明の作業機械の圧油エネルギ回生装置の第６の実施の形態を図面を用いて説明する。図１５は本発明の作業機械の圧油エネルギ回生装置の第６の実施の形態を示す駆動制御システムの概略図、図１６は本発明の作業機械の圧油エネルギ回生装置の第６の実施の形態を構成するコントローラのブロック図である。図１５及び図１６において、図１乃至図１４に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

【0154】

図１５及び図１６に示す本発明の作業機械の圧油エネルギ回生装置の第６の実施の形態は、大略第１の実施の形態と同様の油圧源と作業機等とで構成されるが、以下の構成が異なる。本実施の形態においては、油圧ポンプ１０の油路３０へ供給する補助油圧ポンプ１５の圧油の流量制御を、補助油圧ポンプ１５の容量制御ではなく、補助油路３１に連結された排出回路としての排出油路３４に設けたブリード弁１６の開口面積を調整することで行う点が異なる。したがって、補助油圧ポンプ１５は、固定容量型油圧ポンプで構成する点も異なる。また、コントローラ１００は、第４関数発生器１２２と第４減算演算器１２３と開口面積演算部１２４と第７出力変換部１２５とを設けた点が第１の実施の形態と異なる。

【0155】

図１５において、第１の実施の形態と異なる部位について説明する。
補助油路３１における補助油圧ポンプ１５とチェック弁６との間の部位にタンク１２と連通する排出油路３４が連結されている。排出油路３４には、補助油路３１からタンク１２に排出される油の流量を制御するブリード弁１６が設けられている。

【0156】

ブリード弁１６は、一端側にばね１６ｂを、他端側にパイロット受圧部１６ａを有している。ブリード弁１６のスプールは、パイロット受圧部１６ａに入力されるパイロット圧油の圧力に応じて移動するので、圧油が通過する開口面積が制御され、パイロット圧油の圧力がある一定値以上のときには完全に閉止する。このことにより、補助油路３１からタンク１２に排出される排出油路３４を流れる油の流量を制御できる。パイロット受圧部１６ａには、パイロット油圧ポンプ１１から後述する電磁比例減圧弁１７を介してパイロット圧油が供給されている。

【0157】

本実施の形態における電磁比例減圧弁１７の入力ポートには、パイロット油圧ポンプ１１から出力される圧油が入力されている。一方、電磁比例減圧弁１７の操作部には、コントローラ１００から出力される指令信号が入力されている。この指令信号に応じて電磁比例減圧弁１７のスプール位置が調整され、これにより、パイロット油圧ポンプ１１からブリード弁１６のパイロット受圧部１６ａに供給されるパイロット圧油の圧力が適宜調整されている。

【0158】

本実施の形態においては、合流管路である補助油路３１を流通する補助油圧ポンプ１５からの圧油の流量を調整可能とする第１調整器は、ブリード弁１６とブリード弁１６の開口面積を調整可能とする電磁比例減圧弁１７とで構成している。

【0159】

コントローラ１００は、コントローラ内部で演算した目標アシスト流量になるように、補助油圧ポンプ１５の吐出流量と目標アシスト流量の差をブリード弁１６を介してタンク１２へ流すように、電磁比例減圧弁１７に制御指令を出力し、ブリード弁１６の開口面積を調整する。

【0160】

次に、上述した本発明の作業機械の圧油エネルギ回生装置の第６の実施の形態の動作の概要を説明する。操作装置４の操作レバーをブーム下げ方向で規定値以下に操作した場合の動作は、第１の実施の形態と同様なので省略する。

【0161】

オペレータが操作装置４の操作レバーをブーム下げ方向に、規定値以上に操作すると、コントローラ１００は、電磁切換弁８へ切換指令を、インバータ９Ａへ回転数指令を、ブリード弁１６を制御する電磁比例減圧弁１７へ制御指令を、電磁比例弁７４へ制御指令をそれぞれ出力する。

【0162】

この結果、切換弁７が遮断位置に切換り、ブームシリンダ３ａのボトム側油室３ａ１からの戻り油は、制御弁５への油路が遮断されるため、回生回路３３に流れ、油圧モータ１３を駆動してその後タンク１２に排出される。

【0163】

油圧モータ１３の駆動力により補助油圧ポンプ１５は回転する。補助油圧ポンプ１５の吐出した圧油は、補助油路３１とチェック弁６とを介して油圧ポンプ１０の吐出した圧油と合流し、油圧ポンプ１０の動力をアシストするように動作する。

【0164】

コントローラ１００は、電磁比例減圧弁１７に制御指令を出力し、ブリード弁１６の開口面積を制御することで油圧ポンプ１０と合流する補助油圧ポンプ１５からの圧油流量を調整する。このことにより、油圧ポンプ１０への合流流量が所望の流量に制御される。また、コントローラ１００は、補助油圧ポンプ１５から供給された圧油の流量分、油圧ポンプ１０の容量を低減するように電磁比例弁７４へ制御指令を出力する。

【0165】

油圧モータ１３に入力された油圧エネルギの内、補助油圧ポンプ１５で消費しきれなかった余剰エネルギは、電動機１４を駆動し発電することで費やされる。電動機１４の発電した電気エネルギは蓄電装置９Ｃに蓄えられる。

【0166】

本実施の形態においては、ブームシリンダ３ａから排出された圧油のエネルギは、油圧モータ１３によって回収し、補助油圧ポンプ１５の駆動力として油圧ポンプ１０の動力をアシストする。また、余分な動力は、電動機１４を介して蓄電装置９Ｃに蓄える。このことにより、エネルギの有効用と燃費の低減とを図っている。また、合流流量の調整をブリード弁１６の開口面積の調整で行うことから、補助油圧ポンプ１５は固定容量型油圧ポンプで良い。この結果、動力回生装置７０の構成が単純になる。

【0167】

次に、本実施の形態におけるコントローラ１００の制御の概要について図１６を用いて説明する。図１６において、第１の実施の形態と異なる部位について説明する。
第１の実施の形態においては、目標アシスト流量信号１０９Ａを最終目標ボトム流量信号１０２Ａで除算して算出した目標容量信号１１０Ａを第３出力変換部１１１からレギュレータ１５Ａに出力していたが、本実施の形態においては、開口面積演算部１２４からの目標開口面積信号１２４Ａを第７出力変換部１２５に出力し、第７出力変換部１２５は、入力された目標開口面積信号１２４Ａを電磁比例減圧弁１７の制御指令に変換し電磁弁指令２１７として電磁比例減圧弁１７に出力する。このことにより、ブリード弁１６の開度が制御され、タンク１２側に排出される補助油圧ポンプ１５の流量が制御される。この結果、補助油圧ポンプ１５から吐出される圧油の油圧ポンプ１０への合流流量が所望の流量に制御される。

【0168】

本実施の形態におけるコントローラ１００は、第１の実施の形態における第２除算演算器１１０と第３出力変換部１１１とを省略し、残りの演算器に加えて、第４関数発生器１２２と第４減算演算器１２３と開口面積演算部１２４と第７出力変換部１２５とを備えている。

【0169】

第４関数発生器１２２は、図１６に示すように第２関数発生器１０２が算出した最終目標ボトム流量信号１０２Ａを入力し、最終ボトム流量信号１０２Ａを基に補助油圧ポンプ１５の吐出流量信号１２２Ａを算出する。吐出流量信号１２２Ａは、第４減算演算器１２３へ出力される。

【0170】

第４減算演算器１２３は、第４関数発生器１２２からの補助油圧ポンプ１５の吐出流量信号１２２Ａと、第１除算演算器１０９からの目標アシスト流量信号１０９Ａとを入力し、その偏差を目標ブリード流量信号１２３Ａとして算出し、開口面積演算部１２４の一の入力端へ出力する。

【0171】

開口面積演算部１２４は、第４減算演算器１２３からの目標ブリード流量信号１２３Ａを一の入力端に入力し、圧力センサ４０が検出した油圧ポンプ１０の吐出圧を圧力信号１４０として他の入力端に入力する。これらの入力信号からオリフィスの数式に基づいてブリード弁１６の目標開口面積を算出し、目標開口面積信号１２４Ａを第７出力変換部１２５へ出力する。

【0172】

ここで、ブリード弁１６の目標開口面積Ａ_０は以下の式（３）で算出される。
Ａ_０＝Ｑ_０／Ｃ√Ｐ_Ｐ・・・・（３）
ここで、Ｑ_０は目標ブリード流量、Ｐ_Ｐは油圧ポンプ圧力、Ｃは流量係数である。

【0173】

第７出力変換部１２５は、入力された目標開口面積信号１２４Ａを電磁比例減圧弁１７の制御指令に変換し電磁弁指令２１７として電磁比例減圧弁１７に出力する。このことにより、ブリード弁１６の開度が制御され、タンク１２側に排出される補助油圧ポンプ１５の流量が制御される。

【0174】

次に、上述した本発明の作業機械の圧油エネルギ回生装置の第６の実施の形態の制御ロジックによる動作を図１５及び図１６を用いて説明する。第１の実施の形態に加えられた演算器に関する部分について説明する。

【0175】

コントローラ１００において、第２関数発生器１０２で算出された最終目標ボトム流量信号１０２Ａは、第４関数発生器１２２に入力され、第４関数発生器１２２は、補助油圧ポンプ１５の吐出流量信号１２２Ａを算出する。

【0176】

第４関数発生器１２２で算出された吐出流量信号１２２Ａと第１除算演算器１０９で算出された目標アシスト流量信号１０９Ａとは第４減算演算器１２３に入力され、第４減算演算器１２３は、目標ブリード流量信号１２３Ａを算出する。目標ブリード流量信号１２３Ａは、開口面積演算部１２４に入力される。

【0177】

開口面積演算部１２４では、入力された目標ブリード流量信号１２３Ａと油圧ポンプ１０の圧力信号１４０とからブリード弁１６の目標開口面積信号１２４Ａを算出し、第７出力変換部１２５へ出力する。

【0178】

第７出力変換部１２５は、ブリード弁１６が算出した開口面積となるように、電磁比例減圧弁１７へ制御指令を出力する。このことにより、補助油圧ポンプ１５から吐出された圧油の余剰流量はブリード弁１６を介してタンク１２に排出される。この結果、油圧ポンプ１０の圧油と補助油圧ポンプ１５の圧油の合流流量が所望の流量に調整される。

【0179】

上述した本発明の作業機械の圧油エネルギ回生装置の第６の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

【0180】

また、上述した本発明の作業機械の圧油エネルギ回生装置の第６の実施の形態によれば、油圧ポンプ１０の動力をアシストする補助油圧ポンプ１５からの圧油の流量調整をブリード弁１６の開口面積の調整で行う。このことにより、動力回生装置７０の構成が単純になり、生産コストの低減と保守性の向上が図れる。

【0181】

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

【符号の説明】

【0182】

１：油圧ショベル、１ａ：ブーム、３ａ：ブームシリンダ、３ａ１：ボトム側油室、３ａ２：ロッド側油室、４：操作装置（第１操作装置）、４Ａ：パイロット弁、５：制御弁、６：チェック弁、７：切換弁、８：電磁切換弁、９Ａ：インバータ、９Ｂ：チョッパ、９Ｃ：蓄電装置、１０：油圧ポンプ、１０Ａ：レギュレータ、１１：パイロット油圧ポンプ、１２：タンク、１３：油圧モータ、１４：電動機、１５：補助油圧ポンプ、１５Ａ：レギュレータ、１６：ブリード弁、１７：電磁比例減圧弁、２４：操作装置（第２操作装置）、２４Ａ：パイロット弁、２５：チョッパ、３０：油路、３１：補助油路、３２：ボトム側油路、３３：回生回路、３４：排出油路、４０：圧力センサ、４１：圧力センサ（第１操作量検出器）、４２：圧力センサ（第２操作量検出器）、４３：圧力センサ（第２操作量検出器）、４４：圧力センサ、５０：エンジン、６０：電磁比例減圧弁、６１：制御弁、６２：可変容量型油圧モータ、６２Ａ：モータレギュレータ、７０：動力回生装置、７１：第１高圧選択弁、７２：第３高圧選択弁、７３：第２高圧選択弁、７４：電磁比例弁、７５：圧力センサ（第１操作量検出器）、７６：回転数センサ、７７：圧力センサ、１００：コントローラ（制御装置）。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】