JP2009275771A - 流体圧アクチュエータ制御回路 - Google Patents

Abstract

【課題】ポンプとアキュムレータとから流体圧アクチュエータに作動流体を供給する場合に、ポンプ所要エネルギを最小に分担制御できる流体圧アクチュエータ制御回路を提供する。
【解決手段】シリンダCyのヘッド側は、アキュムレータ制御弁１を介してアキュムレータAccに接続し、再生制御弁２を介してロッド側に接続する。容量可変型のポンプPpの吐出側通路はポンプ流量制御弁３に接続し、閉止制御弁４を介してシリンダCyに接続する。制御装置５は、アキュムレータAccに蓄圧力がある間は、ポンプ動力を減少させるとともにアキュムレータ制御弁１を開いてアキュムレータAccからシリンダCyに作動流体を供給し、アキュムレータAccの蓄圧力がなくなった状態で、ポンプ動力を制御してポンプPpからシリンダCyに作動流体を供給する機能を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、位置エネルギ回収用のアキュムレータを備えた流体圧アクチュエータ制御回路に関する。

ブームシリンダにより作業機を上下動する油圧式掘削機において、ブームシリンダのヘッド側を蓄圧器操作弁を介して蓄圧器（アキュムレータ）に接続するとともに、可変リリーフ弁を介してタンクに接続し、作業機の位置に応じて、蓄圧器操作弁および可変リリーフ弁を制御して、作業機の重量とバランスする油圧を蓄圧器内に発生させ、ブームを上げるときは、複数のブームシリンダにポンプとアキュムレータとから作動油を供給するようにした油圧式掘削機の位置エネルギ回収活用装置がある（例えば、特許文献１参照）。
特開平０１−１９９００１号公報（第２−３頁、第１図）

この従来の位置エネルギ回収活用装置は、複数のシリンダに対してポンプとアキュムレータとから作動油を供給するようにしているが、ポンプとアキュムレータとを共用運転する際に、ポンプで消費されるポンプ所要エネルギを最小にできる制御システムは確立されていない。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、ポンプとアキュムレータとから流体圧アクチュエータに作動流体を供給する場合に、ポンプ所要エネルギを最小に分担制御できる流体圧アクチュエータ制御回路を提供することを目的とする。

請求項１に記載された発明は、容量可変型のポンプから流体圧アクチュエータに供給される作動流体を方向制御および流量制御するポンプ流量制御弁と、流体圧アクチュエータによって上昇された荷重体が有する位置エネルギを下降時に蓄圧力として蓄積可能なアキュムレータと、流体圧アクチュエータとアキュムレータとの間の通路中に設けられてアキュムレータから流体圧アクチュエータへの作動流体の流れを制御するアキュムレータ制御弁と、アキュムレータに蓄圧力がある間は、ポンプ動力を減少させるとともにアキュムレータ制御弁を開いてアキュムレータから流体圧アクチュエータに作動流体を供給し、アキュムレータの蓄圧力がなくなった状態で、ポンプ動力を制御してポンプからアクチュエータに作動流体を供給する機能を備えた制御装置とを具備した流体圧アクチュエータ制御回路である。

請求項２に記載された発明は、請求項１記載の流体圧アクチュエータ制御回路におけるアキュムレータ制御弁の接続先を、ポンプ流量制御弁より下流側としたものである。

請求項３に記載された発明は、請求項１または２記載の流体圧アクチュエータ制御回路におけるアキュムレータ制御弁が、流体圧アクチュエータとアキュムレータとの間の通路中に設けられたエネルギ蓄積制御用の蓄積制御弁と、アキュムレータとポンプ流量制御弁の下流側との間に設けられたエネルギ放出制御用の放出制御弁とを具備したものである。

請求項４に記載された発明は、請求項１乃至３のいずれか記載の流体圧アクチュエータ制御回路における荷重体を、油圧ショベルの作業装置とし、流体圧アクチュエータを、作業装置を上下方向に回動する油圧シリンダとしたものである。

請求項１に記載された発明によれば、制御装置により容量可変型のポンプとアキュムレータ制御弁とを制御して、アキュムレータに蓄圧力がある間は、ポンプ動力を減少させるとともにアキュムレータ制御弁を開いてアキュムレータから流体圧アクチュエータに作動流体を供給し、アキュムレータの蓄圧力がなくなると、ポンプからアクチュエータに作動流体を供給することで、ポンプとアキュムレータとを共用運転する際に、ポンプで消費されるポンプ所要エネルギを最小にすることができる。

請求項２に記載された発明によれば、アキュムレータ制御弁の接続先を、ポンプ流量制御弁より下流側としたので、アキュムレータ利用時のポンプ吐出圧の不要な上昇によるエネルギ消費を防止できるとともに、複数のポンプが用いられている場合は、アキュムレータに接続されたポンプと接続されていないポンプとの間のアンバランスを防止できる。

請求項３に記載された発明によれば、アキュムレータ制御弁は、蓄積制御弁と放出制御弁とを別個に設けることで、アキュムレータに蓄積されたエネルギの再利用時の注入先を位置エネルギ回収元の流体圧アクチュエータ以外の他の流体圧アクチュエータとすることが可能となる。

請求項４に記載された発明によれば、油圧ショベルの作業装置を上下動する油圧シリンダに作動流体を供給する流体圧供給源のハイブリッド化において、ポンプとアキュムレータとを共用運転する際のポンプ所要エネルギを最小にすることができる。

以下、本発明を、図１乃至図８に示された一実施の形態を参照しながら詳細に説明する。

図８に示されるように、作業機械としての油圧ショベル10は、機体11に対し荷重体としての作業装置12が可動的に設けられ、この作業装置12は、機体11と、この機体11に対し上下方向回動自在に軸支されたブーム13とに、油圧シリンダとしてのブームシリンダ14の基端部およびロッド先端部が回動自在に連結され、さらに、ブーム13と、このブーム13の先端部に回動自在に軸支されたアーム15とに、アームシリンダ16の基端部およびロッド先端部が回動自在に連結され、さらに、アーム15と、このアーム15の先端部に回動自在に軸支されたバケット17とに、バケットシリンダ18の基端部およびロッド先端部のリンケージ19が回動自在に連結されている。

ブームシリンダ14は、作業装置12の全体の荷重Ｗを受けて縮小動作が可能な流体圧アクチュエータであり、以下、この種の流体圧アクチュエータを、シリンダCyという。

図１に示されるように、シリンダCyのヘッド側は、アキュムレータ制御弁１の一部であるエネルギ蓄積制御用の蓄積制御弁1aを経た通路によりアキュムレータAccに連通可能に設けられ、アキュムレータAccを介し反対側にはアキュムレータ制御弁１の一部であるエネルギ放出制御用の放出制御弁1bが設けられている。

また、シリンダCyのヘッド側とロッド側とを連通可能な通路中には再生制御弁２が設けられている。

さらに、原動機としてのエンジンＥにより駆動される容量可変型のポンプPpの吐出側通路はポンプ流量制御弁３の供給ポートに接続され、このポンプ流量制御弁３の一方の出力ポートは、通路Ｍを経てシリンダCyのヘッド側に連通され、他方のポートは、閉止制御弁４を介してシリンダCyのロッド側に接続されている。

蓄積制御弁1aは、シリンダCyのヘッド側からアキュムレータAccまたはタンクＴへの流れを方向制御および流量制御するエネルギ蓄積用制御弁であるが、アキュムレータAccとタンクＴとの切替は、別の弁を用いても良い。

放出制御弁1bは、アキュムレータAccからシリンダCyのヘッド側への流れを制御する蓄積工ネルギ放出用の弁であり、制御弁１に１つにまとめて共用することもできる。

この放出制御弁1bがあれば、アキュムレータAccに蓄積されたエネルギを再利用するときの注入先を、位置エネルギ回収先のシリンダCy（ブームシリンダ14）以外の他の回路とすることも可能となる。

また、この放出制御弁1bにより、接続先をポンプ流量制御弁３の下流側としているが、接続先をポンプ流量制御弁３の上流側に変更することもできる。この場合、アキュムレータAccを利用するときのポンプ動力が大きくなり、省エネルギ上は望ましくないが、接続先のフレキシビリティ上は有利である。

再生制御弁２は、シリンダCyのヘッド側からロッド側への再生流量を制御する弁であり、全開時の開口面積が大きな弁を選定する。

ポンプ流量制御弁３は、各荷重体駆動装置（ブームシリンダ14、アームシリンダ16、バケットシリンダ18等）に注入されるポンプ流量および各荷重体駆動装置からタンクＴへ戻される戻り流量を方向制御および流量制御するコントロール弁であり、注入流量と戻り流量との関係が固定されるスプール弁でもよいが、注入流量と戻り流量との関係を複数のロジック弁で別々に制御できるようにすることが望ましい。

閉止制御弁４は、シリンダCyのヘッド側からロッド側への再生時にポンプ流量制御弁３でタンクＴ側への流路を閉にできないときにタンクＴ側への流路を閉じる補助弁である。

なお、図１では、流体ポンプおよび１つの荷重体駆動装置を構成するシリンダCy（ブームシリンダ14等）を１セットのみ示したが、複数セット設ける場合もある。

シリンダCyなどを操作する操作レバー（電気ジョイスティック）Ｌ、シリンダCyのヘッド圧Phおよびロッド圧Prを検出する圧力センサSph，Spr、アキュムレータAccに蓄えられた圧力すなわちアキュムレータ圧Paを検出する圧力センサSac、ポンプ吐出圧Pppを検出する圧力センサSpp、ブーム13などの荷重体の角度を検出する角度センサSan、およびエンジンＥの回転速度（＝ポンプ回転数）を検出する回転数センサＲが、制御装置５の入力部に接続されている。

この制御装置５は、内部に演算処理装置および記憶装置などを内蔵し、この制御装置５の出力部は、各制御弁１，1a，２，３，４の可動制御部（ソレノイドなど）、エンジンＥの回転速度（＝ポンプ回転数）を制御するエンジン制御部（電子ガバナＧなど）、およびポンプPｐの容量を制御するポンプ容量制御部（斜板レギュレータなど）に接続され、これらを電気信号により制御する。図１中の実線は油圧ラインを表わし、一点鎖線は制御信号ラインを表わす。

そして、制御装置５は、荷重体の荷重を受けて片ロッド型のシリンダCyが縮小するときに容量可変型のポンプPpおよびポンプ流量制御弁３を制御して、ポンプPpからシリンダCyのロッド側に供給されるポンプ流量をほぼ０に制御し、再生制御弁２を開くことにより、荷重を受けたシリンダCyを縮小方向に加速し、アキュムレータ制御弁１を開くことによりアキュムレータAccにヘッド側からの流量を供給して蓄圧する。

その際、最初は再生制御弁２を開いてシリンダCyのヘッド側から流出した流体をロッド側に再生する加速優先モードで制御し、シリンダ速度が目標速度に到達したら再生制御弁２を絞ってシリンダCyのヘッド側の圧力すなわちシリンダヘッド圧を増加させる昇圧優先モードに切換える。

次に、上記のようにしてアキュムレータAccに蓄積されたエネルギを放出する際は、ポンプ流量との併用で、アキュムレータAccに蓄積された位置エネルギを再利用して、ブームアップ等の操作を行なうが、単にポンプ流量にアキュムレータ流量が追加されるだけでは、流体圧アクチュエータの速度向上による作業性の向上は期待できるが、ポンプ所要エネルギを低減することはできず、ポンプ駆動エンジンの燃費低減にはつながらないので、以下に、作業性を維持しつつ、最も燃費低減に寄与できる制御方式を説明する。

(a) アキュムレータAccに蓄積されたエネルギを燃費向上に最も寄与できる方法で利用する。

ｉ.アキュムレータAccに圧の蓄積がある間は、対象駆動系（例えばブーム等、但し、エネルギ回収駆動系と別の駆動系（例えばアーム等）でもよい）には、アキュムレータAccからのみ作動流体を供給する。

アキュムレータ制御弁１（蓄積制御弁1aまたは放出制御弁1b）を速度指令値に応じて０〜全開まで制御して、シリンダCyのヘッド側に供給されるヘッド流量を確保し、シリンダCyを駆動する。

このとき、再生制御弁２は閉じ、閉止制御弁４は開とし、シリンダCyのロッド側の作動流体はポンプ流量制御弁３からタンクに排出する。これにより、ポンプ流量をアキュムレータ流量分だけ節約できる。

ii.アキュムレータ制御弁１（蓄積制御弁1aまたは放出制御弁1b）の接続先は、ポンプ流量制御弁３の下流側とし、アキュムレータAcc利用時のポンプ吐出圧Pppの不要な上昇を防止する。

このとき、省エネのため、該当駆動系のポンプ動力が最小になるよう（最小流量をタンクへバイパスする程度）制御する。

ここで、ポンプ動力は、圧力センサSppで検出されたポンプ吐出圧Pppと、回転数センサＲで検出されたポンプ回転数およびポンプ容量（制御装置５により制御可能な斜板傾転角）で決まるポンプ流量との積により演算できるので、制御装置５は、ポンプ回転数またはポンプ容量を可変制御することで、このポンプ動力を制御できる。

該当ポンプPpが複数台あれば、全てのポンプPpを最小流量に運転する。ポンプ流量制御弁３からタンクＴへの流路のみとし（圧を最小とし）、また、ポンプPpの容量（斜板傾転角など）も最小に制御する。

さらに、ポンプ吐出圧Pppもアキュムレータ再利用時は、ほぼ０とすることで、ポンプPpで消費されるパワーを節約する。

iii.上記の制御により、ポンプ入力（動力／機器効率）の運転サイクル中の最小化を図っている。

iv.仮にアキュムレータAccの接続先をポンプ流量制御弁３の上流側にすると、複数台のポンプを用いる場合、片側のポンプのみアキュムレータAccでアシストすることになり、ポンプバランス上、特にトルク制約を全ポンプ制御している場合に、片側高圧の影響を受け、好ましくないが、アキュムレータAccの接続先をポンプ流量制御弁３の下流側にすると、この問題を解消できる。

(b) アキュムレータAccが空になると、ポンプPpからポンプ流量制御弁３を経て注入先シリンダCyのヘッド側などに供給する。

(c) この方法は、アキュムレータAccへのエネルギ蓄積方法に関係なく、一般的に適用可能な方法である。

次に、図２は、アキュムレータ蓄積エネルギ再利用時の燃費向上運転を説明するための構成を示した模式図であり、この図２に基づき、ポンプPpとアキュムレータAccとの両方から流体を供給する場合に、ポンプエネルギを最小にできる分担方式を検証する。

（システム構成）
この図２は、ポンプPpとアキュムレータAccの両方から分担して複数の回路に流体を供給するエネルギ放出システムを示し、アキュムレータAccの容量に制約がある場合を対象としている構成例である。

Qpはポンプ流量、Qaはアキュムレータ流量、Qmは第１回路での必要流量、Qoは第２回路での必要流量、Qbはタンクに戻されるバイパス流量を表わす。第１回路および第２回路の各開度が大きくなると、バイパス回路の開度は小さくなる。図２において、実線は流体圧（油圧）回路を示し、１点鎖線は制御信号（制御指令など）回路を表わす。

この図２において、ポンプ流量制御弁３の構成と回路数は、他の変形例も考えられるが、ここではポンプ流量制御弁３の回路数が２つで、オープンセンタ方式の構成で例示している。

また、従来は、ポンプPpが回路必要流量に対し余裕を持った流量を供給し、ポンプ流量制御弁３で所定流量に調整しているが、ここでの検証は、ポンプPpとアキュムレータAccの両方から流量が供給でき、各々流量制御機能を有する場合を対象とする。

さらに、アキュムレータAccの圧力は十分高く（必要なら専用ポンプPpを持ってもよい）、各回路に供給できるものとする。また、アキュムレータAccの容量（蓄積流体容積）には制約があり、１サイクルの操作（ブームアップ等）に必要な流量を全て供給できない場合（ポンプPpからの供給も必要な場合）を検討対処とする。

（検討、考察）
(1) 流量バランス式
Qp＋Qa＝Qm＋Qo＋Qb

(2) 前提
要求流量Q1、Q2を満たすQpとQaの組み合わせは多数あるが、１サイクル操作のポンプエネルギを最小とできる分担方式を考える。

アキュムレータAccは、１サイクルの間を通して一定流量（Qa0）で供給できるものとする。すなわち、アキュムレータAccの容量はQa0・tcとする。tcは、１サイクルの時間である。

(3) 運転方式とポンプ所要エネルギ
(a) ベース運転（図３）
アキュムレータ流量Qa＝Qa0（一定）で制御する。

ここで、操作レバーＬからの操作指令が小で、Qa0＜Qm＋Qoのときは、Qa＝Qm＋Qa0とする。このときは、１サイクル中にアキュムレータAccに蓄積された流体を使い切れない。逆に、操作サイクルが想定より長いと、サイクル途中でアキュムレータAccが空になるが、このときは、Qa＝０とする。

ポンプ流量Qp＝Qm＋Qo＋Qb−Qaで制御する。

ただし、ポンプ流量Qpは、時間的に変動するが、図３は模式的に平均流量Qpaで例示している。よって、トータル流量も平均流量で一定に図示する。以後も、簡単化のため、使用時間内の平均流量で図示して検討を進める（実際には操作指令に応じて変動している）。

さらに、以下の検討において、操作指令は十分大きく、１サイクル中にアキュムレータAccに蓄積された流体が使い切れる場合について検討する。

図３は、アキュムレータAccとポンプPpとの流量分担模式図を示す。

この図３にて、ポンプ所要エネルギを計算すると、１サイクルでのポンプ所要エネルギEOは、以下の式で近似できる。厳密には、時間関数として取扱い、エネルギも積分で計算するが、傾向をつかむことが目的であるので、以下、平均値で一定とする。

EO＝∫(Qp・Ｐ・CO)dt≒Qpa・Ｐ・CO・tc

ここで、Qp（時間関数）を一定値Qpaとして近似して検討を進める。また、COは、ポンプ効率の逆数であり、この効率も、同じく１サイクル中の平均値をとり、一定値として検討を進める。さらに、Ｐはポンプ圧力であり、実際は多少変動するが、荷重体に応じてほぼ一定値で近似でき、簡単化のため、一定値Ｐとする。

(b) 短時間にアキュムレータ流量Qaを増やす運転（図４）
t1（＜tc）内にQaを増やし、アキュムレータAccに蓄積された流体を使い切る方式を検討する。

0＜t＜t1では、Qa＝Qa0＋Qa1＞Qa0、t1＜t＜tcでは、Qa＝０

ベース運転時と同様に、ポンプ流量Qpは、Qp＝Qm＋Qo＋Qb−Qaで制御する。

このときの流量配分摸式図は、図４に示されるようになる。なお、実際は、時間とともにポンプ流量Qp、トータル流量は変動するが、平均値で一定として表示される。

ここで、次の式Ａが成り立つ。
Qa1・t1＝Qa0・t2 …（Ａ）

このときの、ポンプ所要エネルギE1は、以下の式で近似される。

E1≒（Qpa−Qa1）・Ｐ・C1・t1＋（Qpa＋Qa0）Ｐ・C2・t2
＝（Qpa−Qa1）・Ｐ・C1・t1＋Qpa・Ｐ・C2・t2＋Qa0・Ｐ・C2・t2

ただし、トータル流量はベース運転と同じなので、ポンプ圧力Ｐは同じとなる。また、C1，C2は、時間t1，t2におけるポンプ効率の逆数であり、ポンプ効率は、その一般的特性として、圧力の増加、流量の減少につれて悪化するので、C1＞CO＞C2となる。

前記ベース運転での１サイクルのポンプ所要エネルギEOを変形すると、
tc＝t1＋t2であるから、
EO＝（Qpa−Qa1）・Ｐ・CO・t1＋Qa1・Ｐ・CO・t1＋Qpa・Ｐ・CO・t2
式Ａより、
EO＝（Qpa−Qa1）・Ｐ・CO・t1＋Qa0・Ｐ・CO・t2＋Qpa・Ｐ・CO・t2
ポンプ所要エネルギEO、E1を比較すると、
EO−E1
＝(Qpa−Qa1)・Ｐ・t1・(CO−C1)＋Qpa・Ｐ・t2・(CO−C2)＋Qa0・Ｐ・t2・(CO−C2)
＝(Qpa−Qa1)・Ｐ・t1・(CO−C1)＋(Qpa＋Qa0)・Ｐ・t2・(CO−C2) …（Ｂ）

ポンプ効率の一般的特性（C1＞CO＞C2）より、式（Ｂ）の第１項は負、第２項は正となる。

式（Ｂ）の正負は、Qa1が小では判断できないが、Qa1を大きくしてQpaに近づけていくと、すなわち全量をアキュムレータAccから注入すると、第１項の影響は少なくなり、第２項が主要素となり、プラスになるとともに、プラス幅が増大する。

そして、EO−E1＞０であるから、EO＞E1となり、ベース運転時のポンプ所要エネルギEOよりも、短時間にアキュムレータ流量Qaを増やす運転時のポンプ所要エネルギE1は減少する。

要するに、ポンプ所要エネルギを最小にするには、最初にアキュムレータAccを使い切るのが良い。

(c) 効率上有利な分担方式（結論）
以上より、下記の分担方式がポンプ使用エネルギ上、良いことが判明した。

(ｉ) アキュムレータAccが空になる前は、アキュムレータAccだけで注入する。

（アキュムレータAccをポンプ流量制御弁３の上流側（ポンプ側）に接続した場合）
ポンプ最小流量Qminは確保する。ポンプ流量制御弁３は、第１回路用の第１制御弁3aと第２回路用の第２制御弁3bとを備え、第１回路必要流量Qmと第２回路必要流量Qoとの流量比が確保できるように、第１制御弁3aと第２制御弁3bとの開度バランスを制御する。

（アキュムレータAccをポンプ流量制御弁３の下流側に接続した場合）
ポンプPpは、第２回路必要流量Qoを分担する。Qo≒0のときは、バイパスラインを大きく開いてポンプ圧Ｐを下げることで、さらに使用エネルギを下げることができる。

Qp＝Qo＋Qb≧Qmin

第１制御弁3aは全閉じ（すなわちバイパスラインは全開き）、第２制御弁3bは少し開く状態にある。

Qo＞Qminのときは、Qp＝Qoとなる。

ポンプ流量制御弁３は、第２回路必要流量Qoのみを対象とすればよいので、制御が簡単にできる。

第１制御弁3aは全閉時（バイパスラインは全開き）、第２制御弁3bは、図５に示されるように全開きの状態にある。ただし、Qb＜Qmの微小流量要求時のみ、第２制御弁3bはバイパスラインを大きく開ける。

ポンプ流量制御弁３の通過流量は、第２回路必要流量Qoのみとなるので、このポンプ流量制御弁３での圧損が小さくなる。すなわち、ポンプ圧Ｐが少し下がる。よって、効率アップ上は有利である。

(ii) アキュムレータAccが空になった後は、ポンプPpのみから作動流体を供給する。

このときは、アキュムレータAccの接続先による違いはなく、以下とする。

Qp＝Qm＋Qo＋Qb

Qb＝0を目指すが、最小流量Qminを確保する上で、Qm＋Qo＜Qminの場合は、バイパスラインを開く。

ポンプ流量制御弁３は、第１回路必要流量Qmと第２回路必要流量Qoとの流量比が確保できるように、第１制御弁3aと第２制御弁3bとの開度バランスをとる。

すなわち、第１回路必要流量Qm＞第２回路必要流量Qoのときは、第１制御弁3aは全開に制御し、第２制御弁3bは要求流量比に応じて絞る。

また、第１回路必要流量Qm＜第２回路必要流量Qoのときは、第１制御弁3aは要求流量比に応じて絞り、第２制御弁3bは全開に制御する。

次に、図６に示されるフローチャートにより、エネルギ放出制御の概略を説明する。

（ステップ１）
アキュムレータAccにエネルギの蓄積、すなわち蓄圧状態があるか否かを判定する。

（ステップ２）
ステップ１でエネルギの蓄積がある場合（YES）は、要するに、ポンプPpを可能な限り最小流量Qminに制御して、アキュムレータAccのみから必要な流量Qaを供給する。

すなわち、制御装置５は、既存系のポンプPpは最小動力運転に制御する。例えば、ポンプPpの容量をほぼ０に制御して、ポンプPpの吐出量をほぼ０に制御するとともに、ポンプ吐出圧Pppをほぼ０に制御する。ポンプPpが複数台ある場合も、全ポンプ共に同様の制御を行なう。このことが可能となるように、蓄積制御弁1aまたは放出制御弁1bの接続先はポンプ流量制御弁３の下流にする。

同時に、制御装置５は、速度指令に応じて専用の蓄積制御弁1aまたは放出制御弁1bの開度を０〜全開で制御して、指令に応じた荷重体上昇速度を確保する。

（ステップ３）
図７に示されるようにアキュムレータ圧Paとアキュムレータ蓄積量との間には一定の関係があるので、アキュムレータ圧Paが最小設定値Pmin以下となったときにアキュムレータAccからの放出が完了したと判断でき、アキュムレータAccの放出完了時間t1がわかるので、この放出完了時間t1を常にチェックして、経過したか否かを判定する。放出完了時間t1の前であれば（NO）、ステップ１〜３を繰返す。

（ステップ４）
アキュムレータAccの放出完了時間t1が経過したか、またはステップ１でエネルギの蓄積がない場合（NO）は、必要な全量をポンプPpから供給する。

要するに、制御装置５は、圧力センサSacから検出したアキュムレータ圧PaからアキュムレータAccが空になったことを感知すると、既存系のポンプPpから作動流体をアクチュエータに供給する。

次に、図示された実施の形態の効果を説明する。

制御装置５により容量可変型のポンプPpとアキュムレータ制御弁１とを制御して、アキュムレータAccに蓄圧力がある間は、ポンプ動力を減少させるとともにアキュムレータ制御弁１を開いてアキュムレータAccからシリンダCyに作動流体を供給し、アキュムレータAccの蓄圧力がなくなると、ポンプPpからシリンダCyに作動流体を供給することで、ポンプPpとアキュムレータAccとを共用運転する際に、ポンプPpで消費されるポンプ所要エネルギを最小にすることができる。

アキュムレータ制御弁１の接続先を、ポンプ流量制御弁３より下流側としたので、アキュムレータ利用時のポンプ吐出圧Pppの不要な上昇によるエネルギ消費を防止できるとともに、複数のポンプが用いられている場合は、アキュムレータAccに接続されたポンプと、接続されていないポンプとの間のアンバランスを防止できる。

アキュムレータ制御弁１は、蓄積制御弁1aと放出制御弁1bとを別個に設けることで、アキュムレータAccに蓄積されたエネルギの再利用時の注入先を位置エネルギ回収元のシリンダCy（ブームシリンダ14）以外の他の流体圧アクチュエータ（例えばアームシリンダ16など）とすることが可能となる。

油圧ショベル10の作業装置12を上下動するブームシリンダ14に作動油を供給する油圧供給源のハイブリッド化において、ポンプPpとアキュムレータAccとを共用運転する際のポンプ所要エネルギを最小にすることができる。

以上のように、アキュムレータAccは、既存の制御弁（ポンプ流量制御弁３）の下流側に接続し、制御装置５は、アキュムレータ制御弁１すなわち蓄積制御弁1aまたは放出制御弁1bを直接制御する方式により、アキュムレータAccが利用できる時は、アキュムレータAccのみから作動流体をアクチュエータに供給することが、アキュムレータAccに蓄えたエネルギを放出して再利用する際の効率の良い制御方法である。

なお、本発明のアキュムレータ制御弁１は、蓄積制御弁1aおよび放出制御弁1bを一体的に構成してもよいし分離して構成してもよい。分離して構成した場合は、他の回路へ蓄積エネルギを放出することができる。また、本発明は、油圧ショベルの旋回用油圧モータなどのシリンダ以外の流体圧アクチュエータにも適用できる。

本発明は、油圧ショベルだけでなく、クレーン車などの作業機械にも利用可能である。

本発明に係る流体圧シリンダ制御回路の一実施の形態を示す回路図である。 同上制御回路のアキュムレータ蓄積エネルギ再利用時の構成を示す模式図である。 ポンプ流量を模式的に平均流量で例示した特性図である。 同上制御回路のアキュムレータ蓄積エネルギ再利用に係る流量配分状態を示す特性図である。 同上制御回路のポンプ流量制御弁内に設けられた第２制御弁の開口特性を示す特性図である。 同上制御回路の制御手順を示すフローチャートである。 同上制御回路のアキュムレータ圧とアキュムレータ蓄積量との関係を示す特性図である。 同上制御回路を備えた油圧ショベルの側面図である。

符号の説明

Pp ポンプ
Cy 流体圧アクチュエータ（これをシリンダという）
Acc アキュムレータ
１ アキュムレータ制御弁
1a 蓄積制御弁
1b 放出制御弁
３ ポンプ流量制御弁
５ 制御装置
10 油圧ショベル
12 荷重体としての作業装置
14 油圧シリンダとしてのブームシリンダ

Claims (4)

1. 容量可変型のポンプから流体圧アクチュエータに供給される作動流体を方向制御および流量制御するポンプ流量制御弁と、
   流体圧アクチュエータによって上昇された荷重体が有する位置エネルギを下降時に蓄圧力として蓄積可能なアキュムレータと、
   流体圧アクチュエータとアキュムレータとの間の通路中に設けられてアキュムレータから流体圧アクチュエータへの作動流体の流れを制御するアキュムレータ制御弁と、
   アキュムレータに蓄圧力がある間は、ポンプ動力を減少させるとともにアキュムレータ制御弁を開いてアキュムレータから流体圧アクチュエータに作動流体を供給し、アキュムレータの蓄圧力がなくなった状態で、ポンプ動力を制御してポンプからアクチュエータに作動流体を供給する機能を備えた制御装置と
   を具備したことを特徴とする流体圧アクチュエータ制御回路。
2. アキュムレータ制御弁の接続先は、ポンプ流量制御弁より下流側とした
   ことを特徴とする請求項１記載の流体圧アクチュエータ制御回路。
3. アキュムレータ制御弁は、
   流体圧アクチュエータとアキュムレータとの間の通路中に設けられたエネルギ蓄積制御用の蓄積制御弁と、
   アキュムレータとポンプ流量制御弁の下流側との間に設けられたエネルギ放出制御用の放出制御弁と
   を具備したことを特徴とする請求項１または２記載の流体圧アクチュエータ制御回路。
4. 荷重体は、油圧ショベルの作業装置であり、
   流体圧アクチュエータは、作業装置を上下方向に回動する油圧シリンダである
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の流体圧アクチュエータ制御回路。

Images