JP6473631B2

JP6473631B2 - 建設機械の油圧制御装置

Info

Publication number: JP6473631B2
Application number: JP2015025341A
Authority: JP
Inventors: 尚太小熊; 孝夫南條; 吉原　秀雄; 秀雄吉原; 達也武下
Original assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd; Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd; Kobe Steel Ltd
Priority date: 2015-02-12
Filing date: 2015-02-12
Publication date: 2019-02-20
Anticipated expiration: 2035-02-12
Also published as: JP2016148392A

Description

本発明は、油圧ショベル等の建設機械に設けられた油圧制御装置に関するものである。

例えば、特許文献１に記載の油圧ショベルは、上部旋回体に対して上げ方向及び下げ方向に回転可能に取り付けられたブームと、ブームを駆動するブームシリンダと、ブームに対して回転可能に取り付けられたアームと、アームを駆動するアームシリンダと、アームシリンダに対して作動油を供給するための可変容量式の油圧ポンプとを備えている。

この油圧ショベルでは、ブームの下げ動作とアーム動作とが同時に行われる２種複合動作時においてブームの位置エネルギーを活用するためにブームシリンダから油圧ポンプの吐出通路に作動油が戻されるとともに、この作動油の流量の分だけ油圧ポンプの流量が減らされる。

具体的に、前記油圧ショベルは、ブームシリンダのヘッド側室と油圧ポンプの吐出通路との間に設けられたアクチュエータ回生回路（回生流路及び第２流量調整部）と、アクチュエータ回生回路を通じた戻り油の流量及び油圧ポンプの容量を制御するコントローラとを備えている。

また、特許文献１に記載の油圧ショベルでは、ブーム下げ動作時におけるブームシリンダから導出される作動油のうち油圧ポンプの吐出通路に戻し切れない余剰の作動油が存在する場合に当該作動油の持つエネルギーがアキュムレータによって蓄えられる。

具体的に、特許文献１に記載の油圧ショベルは、アキュムレータと、ブームシリンダのヘッド側室とアキュムレータとの間に設けられたアキュムレータ回生回路（蓄圧流路、第１流量調整部）とを備えている。前記コントローラは、アキュムレータ回生回路を通じてアキュムレータに蓄圧される戻り油の流量を制御する。

特許文献１に記載の油圧ショベルによれば、ブーム下げ動作とアーム動作との２種複合動作時において、ブームの位置エネルギーを効率よく利用することができる。

また、下部体と、下部体上に旋回可能に設けられた上部旋回体と、上部旋回体を旋回駆動する旋回モータとを備えた建設機械において、旋回制動時における上部旋回体の慣性エネルギーを活用するために旋回モータからの戻り油を回生するものも知られている。

具体的に、この建設機械は、油圧ポンプを駆動するエンジンの駆動軸に接続された回生モータと、旋回モータと回生モータとの間に設けられたモータ回生回路とを備えている。

前記建設機械によれば、旋回制動時にモータ回生回路を通じて回生モータに作動油が供給されることにより、旋回制動時における上部旋回体の慣性エネルギーによってエンジンをアシストすることができる。

特開２００８−８９０２４号公報

ここで、ブーム下げ動作とアーム動作と旋回減速動作とが同時に行われる３種複合動作時において、ブームの位置エネルギーを利用して油圧ポンプの吐出流量を減らす（エンジンの動力を減らす）特許文献１に記載の油圧ショベルに対して、上部旋回体の慣性エネルギーによりエンジンをアシストする構成を付加することが考えられる。

しかし、これらの構成を単に組み合わせるだけでは、十分な回生効率を得ることができないという課題がある。

具体的に、ブームの位置エネルギーを利用して油圧ポンプの吐出流量を減らした状態においては当該油圧ポンプに要求される動力が小さいため、上部旋回体の慣性エネルギーのうち油圧ポンプの動力（エンジンの動力）として利用できる部分が制限される。

本発明の目的は、３種複合動作時においてブームの位置エネルギー及び上部旋回体の慣性エネルギーを有効に活用することにより十分な回生効率を得ることができる建設機械を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、下部体と、前記下部体上に旋回可能に設けられた上部旋回体と、前記上部旋回体に対して上げ方向及び下げ方向に回転可能に取り付けられたブームとを有する建設機械の油圧制御装置であって、前記上部旋回体を旋回駆動する旋回モータと、前記ブームを駆動するブームシリンダと、前記建設機械に設けられた被駆動体を駆動するための油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータに対して作動油を供給する可変容量式の油圧ポンプと、前記油圧ポンプを駆動するエンジンと、前記ブームシリンダのヘッド側室と前記油圧ポンプの吐出通路との間に設けられ、前記ヘッド側室から前記吐出通路への作動油の流量を調整可能なアクチュエータ回生回路と、アキュムレータと、前記ブームシリンダのヘッド側室と前記アキュムレータとの間に設けられ、前記ヘッド側室から前記アキュムレータへの作動油の流量を調整可能なアキュムレータ回生回路と、前記エンジンの駆動軸に接続された回生モータと、前記回生モータと前記旋回モータとの間に設けられ、前記旋回モータから前記回生モータへの作動油の供給を許容する許容状態と禁止する禁止状態との間で切換可能なモータ回生回路と、コントローラとを備え、前記コントローラは、前記ブーム下げ動作と前記被駆動体の動作との２種複合動作時において、前記ヘッド側室から前記吐出通路へ供給可能な回生流量に基づいて前記アクチュエータ回生回路を制御し、前記ヘッド側室から前記アキュムレータに供給可能な蓄圧流量に基づいて前記アキュムレータ回生回路を制御し、さらに前記油圧ポンプの吐出流量から前記回生流量を減じた流量が得られるように前記油圧ポンプの容量を小さくする一方、前記上部旋回体の旋回減速時において、前記モータ回生回路を前記許容状態に切換制御し、前記ブームの下げ動作と前記被駆動体の動作と前記上部旋回体の旋回減速動作とが同時に行われる３種複合動作時において、前記モータ回生回路を前記許容状態に切換制御し、この状態で前記回生流量及び前記蓄圧流量を特定し、さらに特定された前記回生流量及び前記蓄圧流量に基づいて前記アクチュエータ回生回路及びアキュムレータ回生回路を制御する、建設機械の油圧制御装置を提供する。

本発明によれば、旋回モータからの戻り油を用いた回生がブームシリンダからの戻り油を用いた回生に優先して行われるため、回生流量に応じて油圧ポンプの吐出流量が低減された状態で旋回モータからの戻り油により回生される動力（以下、アシスト動力という）を設定する場合と比較して、アシスト動力を増加することが可能となる。そのため、上部旋回体の慣性エネルギーを有効に活用することができる。

ここで、アシスト動力が増加すると２種複合動作の場合と比較して油圧ポンプの吐出流量が多い状態で維持される。そのため、油圧ポンプに要求される動力（以下、要求動力という）のうち回生流量により負担される動力が制限される場合があるが、ヘッド側室からの作動油は、油圧ポンプの吐出通路だけでなくアキュムレータに対しても供給可能である。

そこで、本発明では、モータ回生回路が許容状態に切り換えられた状態（アシスト動力の回生が行われている状態）で回生流量及び蓄圧流量が特定される。これにより、ブームシリンダからの戻り油のうち吐出通路側への供給が制限された作動油をアキュムレータに導いて、ブームの位置エネルギーも有効に活用することができる。

したがって、本発明によれば、３種複合動作時においてブームの位置エネルギー及び上部旋回体の慣性エネルギーを有効に活用することにより十分な回生効率を得ることができる。

ここで、旋回モータから導出された全ての作動油を用いて負担可能なアシスト可能動力が油圧ポンプに要求される要求動力を超える場合に要求動力を保持すると、エンジンの回転数の増加に伴うエンジンの吹き上がりが生じるおそれがある。

そこで、前記建設機械の油圧制御装置において、前記コントローラは、前記３種複合動作時において、前記旋回モータから導出される全ての作動油を用いて負担可能なアシスト可能動力が前記油圧ポンプに要求される要求動力を超える場合に、前記要求動力が前記アシスト可能動力以上となるように前記油圧ポンプの容量を増加することが好ましい。

この態様によれば、油圧ポンプの容量、つまり、エンジンの動力を増加することにより、アシスト可能動力の全てを用いた場合のエンジンの吹き上がりを防止することができる。

一方、油圧ポンプの容量の増加に伴い回生流量がさらに制限されるが、上述のようにブームシリンダからの戻り油のうち吐出通路への供給が制限された作動油はアキュムレータに導くことができる。

また、エンジンの吹き上がりを防止するために、前記建設機械の油圧制御装置において、前記回生モータは、可変容量式のモータであり、前記コントローラは、前記３種複合動作時において、前記旋回モータから導出される全ての作動油を用いて負担可能なアシスト可能動力が前記油圧ポンプに要求される要求動力を超える場合に、前記回生モータにより回生される動力が前記要求動力以下となるように前記回生モータを制御することもできる。

この態様によれば、アシスト可能動力が要求動力を超える場合に、アシスト動力を要求動力以下に調整することによりエンジンの吹き上がりを防止することができる。

また、前記態様によれば、想定される全てのアシスト可能動力を吸収可能な大容量の回生モータを採用する場合と比較して回生モータの小容量化、つまり小型化を図ることもできる。

ここで、アシスト可能動力を超える動力に要求動力を増加する場合、元々の要求動力を超える動力で駆動する油圧ポンプは余剰の作動油を吐出し、当該余剰の作動油の持つエネルギーはリリーフ弁等によって熱として廃棄される。

そこで、前記建設機械の油圧制御装置において、前記コントローラは、前記３種複合動作時に前記アシスト可能動力が前記要求動力を超える場合に、前記要求動力が前記アシスト可能動力と略同等となるように前記油圧ポンプの容量を増加することが好ましい。

この態様によれば、上述のようにアシスト可能動力の全てを用いた場合のエンジンの吹き上がりを防止しながらリリーフ弁等によって熱として廃棄されるエネルギーを最小限に抑えることができる。

ここで、アシスト動力が要求動力よりも小さい場合には、回生流量により負担される動力の分だけ油圧ポンプの動力（エンジンの動力）の一部を低減することができる。

具体的に、前記建設機械の油圧制御装置において、前記コントローラは、前記３種複合動作時において、前記回生モータにより回生される動力が前記要求動力よりも小さい場合、前記油圧ポンプの吐出流量から前記回生流量を減じた流量が得られるように前記油圧ポンプの容量を小さくすることが好ましい。

この態様によれば、油圧ポンプの容量を減らすことによりエンジンの動力を低減することができる。

本発明によれば、３種複合動作時においてブームの位置エネルギー及び上部旋回体の慣性エネルギーを有効に活用することにより十分な回生効率を得ることができる。

本発明の第１実施形態に係る油圧ショベルの全体構成を示す側面図である。図１の油圧ショベルの油圧系統を示す回路図である。図１の油圧ショベルの電気系統を示すブロック図である。図３のコントローラにより実行される処理を示すフローチャートである。動力の分配状態の例１を示す表である。動力の分配状態の例２及び第２実施形態による分配状態を示す表である。

以下添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を具体化した例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。

＜第１実施形態＞
図１を参照して、本発明の第１実施形態に係る建設機械の一例としての油圧ショベル１は、クローラ２ａを有する下部走行体（下部体）２と、下部走行体２上に旋回可能に設けられた上部旋回体３と、上部旋回体３に取り付けられたアタッチメント４とを備えている。

アタッチメント４は、上部旋回体３に対して上げ方向及び下げ方向に回転可能に取り付けられたブーム６と、ブーム６の先端部に対して押し方向及び引き方向に回転可能に取り付けられたアーム（被駆動体）７と、アーム７の先端部に対して回転可能に取り付けられたバケット８とを備えている。

また、アタッチメント４は、ブーム６を駆動するブームシリンダ９と、アーム７を駆動するアームシリンダ（油圧アクチュエータの一例）１０と、バケット８を駆動するバケットシリンダ１１とを備えている。

ブーム６は、ブームシリンダ９のロッドが伸長することにより上げ方向に作動し、ブームシリンダ９のロッドが縮小することにより下げ方向に作動する。アーム７は、アームシリンダ１０のロッドが伸長することにより引き方向に作動し、アームシリンダ１０のロッドが縮小することにより押し方向に作動する。

上部旋回体３は、下部走行体２に対して上部旋回体３を旋回駆動する旋回モータ３ａと、図２に示す油圧系統１２と、図３に示すコントローラ１３とを備えている。

図２を参照して、油圧系統１２は、ブームシリンダ９に作動油を供給する可変容量式の第１油圧ポンプ１４と、アームシリンダ１０及び旋回モータ３ａに作動油を供給する可変容量式の第２油圧ポンプ（油圧ポンプの一例）１５と、両油圧ポンプ１４、１５を駆動するエンジン１６と、エンジン１６の出力軸に接続された回生モータ１７と、ブーム６を駆動するためのブーム駆動回路１８と、アーム７を駆動するためのアーム駆動回路１９と、上部旋回体３を旋回駆動するための旋回駆動回路２０と、ブームシリンダ９からの戻り油をアームシリンダ１０に回生するためのアーム回生回路（アクチュエータ回生回路）２１と、アキュムレータ４２と、ブームシリンダ９からの戻り油によりアキュムレータ４２を蓄圧するためのアキュムレータ回生回路２２と、旋回モータ３ａからの戻り油により回生モータ１７を作動するためのモータ回生回路２３とを備えている。

第２油圧ポンプ１５は、ポンプ調整器１５ｂを有し、このポンプ調整器１５ｂが後述するコントローラ１３から指令を受けることにより第２油圧ポンプ１５の容量が調整される。また、第２油圧ポンプ１５の吐出圧力は、吐出圧検出センサ１５ａにより検出される。

回生モータ１７は、モータ調整器１７ａを有し、このモータ調整器１７ａがコントローラ１３から指令を受けることにより回生モータ１７の容量が調整される。また、回生モータ１７は、後述するアキュムレータ回生回路２２及びモータ回生回路２３のうち高圧側の回路と接続されるように、当該両回路２２、２３に対してシャトル弁１７ｂを介して接続されている。

ブーム駆動回路１８は、第１油圧ポンプ１４とブームシリンダ９との間に設けられたコントロールバルブ２４と、コントロールバルブ２４を操作するためのブーム操作手段２５と、ブーム６の下げ方向の操作が行われたことを検出可能なブーム下げ操作検出センサ２６と、ブームシリンダ９のヘッド側室の圧力を検出可能なヘッド圧検出センサ２７とを備えている。

コントロールバルブ２４は、ブーム６を停止させるための中立位置と、ブーム６を下げ方向に駆動するためのブーム下げ位置（図の右側位置）と、ブーム６を上げ方向に駆動するためのブーム上げ位置（図の左側位置）との間で切換可能である。また、コントロールバルブ２４は、ブーム操作手段２５が操作されていない状態で中立位置に付勢されている。

ブーム操作手段２５は、リモコン弁と操作レバーとを有し、操作レバーが操作されることにより、図外のパイロットポンプからの作動油（パイロット圧）をコントロールバルブ２４の両パイロットポートに供給可能である。

ブーム下げ操作検出センサ２６は、ブーム操作手段２５によるブーム下げの操作量をパイロット圧として検出可能である。なお、油圧系統１２には、ブーム上げ操作検出センサも設けられているが、図の簡略化のため省略されている。

アーム駆動回路１９は、第２油圧ポンプ１５とアームシリンダ１０との間に設けられたコントロールバルブ２８と、コントロールバルブ２８を操作するためのアーム操作手段２９と、アーム７の押し方向の操作が行われたことを検出可能なアーム押し操作検出センサ３０と、アームシリンダ１０のロッド側室の圧力を検出可能なロッド圧検出センサ３１とを備えている。

コントロールバルブ２８は、アーム７を停止させるための中立位置と、アーム７を押し方向に駆動するためのアーム押し位置（図の右側位置）と、アーム７を引き方向に駆動するためのアーム引き位置（図の左側位置）との間で切換可能である。また、コントロールバルブ２８は、アーム操作手段２９が操作されていない状態で中立位置に付勢されている。

アーム操作手段２９は、リモコン弁と操作レバーとを有し、操作レバーが操作されることにより、図外のパイロットポンプから作動油（パイロット圧）をコントロールバルブ２８の両パイロットポートに供給可能である。

アーム押し操作検出センサ３０は、アーム操作手段２９によるアーム押しの操作量をパイロット圧として検出可能である。なお、油圧系統１２には、アーム引き操作検出センサも設けられているが、図の簡略化のため省略されている。

旋回駆動回路２０は、第２油圧ポンプ１５と旋回モータ３ａとの間に設けられたコントロールバルブ３２と、コントロールバルブ３２を操作するための旋回操作手段３３と、上部旋回体３の右旋回操作が行われたことを検出可能な右旋回操作検出センサ３４と、上部旋回体３の左旋回操作が行われたことを検出可能な左旋回操作検出センサ３５と、コントロールバルブ３２と旋回モータ３ａとの間に設けられたブレーキ回路３６と、旋回モータ３ａの右旋回通路の圧力を検出可能な右旋回圧検出センサ３７と、旋回モータ３ａの左旋回通路の圧力を検出可能な左旋回圧検出センサ３８とを備えている。

コントロールバルブ３２は、上部旋回体３を停止させるための中立位置と、上部旋回体３を右旋回駆動するための右旋回位置（図の上側位置）と、上部旋回体３を左旋回駆動するための左旋回位置（図の下側位置）との間で切換可能である。また、コントロールバルブ３２は、旋回操作手段３３が操作されていない状態で中立位置に付勢されている。

旋回操作手段３３は、リモコン弁と操作レバーとを有し、操作レバーが操作されることにより、図外のパイロットポンプ作動油（パイロット圧）をコントロールバルブ３２の両パイロットポートに供給可能である。

右旋回操作検出センサ３４は、旋回操作手段３３による右旋回操作をパイロット圧として検出可能であり、左旋回操作検出センサ３５は、旋回操作手段３３による左旋回操作をパイロット圧として検出可能である。

ブレーキ回路３６は、コントロールバルブ３２が中立位置に操作された状態において旋回モータ３ａの右旋回通路及び左旋回通路のうちの高圧側の通路（以下、高圧側通路という）に背圧を立てながら低圧側の通路（以下、低圧側通路という）に作動油を補給する。

具体的に、ブレーキ回路３６は、高圧側通路がリリーフ圧を超えたときに開放する一対のリリーフ弁３６ａと、リリーフ弁３６ａが開放したときに高圧側通路から低圧側通路に作動油を導くための一対のチェック弁３６ｂと、リリーフ弁３６ａを通じた作動油のうち低圧側通路に導くことができない作動油をタンクに導くためのブーストチェック弁３６ｃとを備えている。

アーム回生回路２１は、ブームシリンダ９のヘッド側通路とアームシリンダ１０のロッド側通路との間（ブームシリンダ９のヘッド側室と第２油圧ポンプ１５の吐出通路との間）に設けられ、ブームシリンダ９のヘッド側通路からアームシリンダ１０のロッド側通路への作動油の流量を調整可能である。

具体的に、アーム回生回路２１は、ブームシリンダ９のヘッド側通路とアームシリンダ１０のロッド側通路とを接続するアーム回生通路３９と、アーム回生通路３９に設けられたアーム回生弁４０とを備えている。アーム回生弁４０は、後述するコントローラ１３から指令が出力されていない状態において閉鎖位置に付勢され、コントローラ１３からの指令によりアーム回生通路３９内の作動油の流量を調整可能な電磁弁である。

なお、符号Ｈ１は、コントロールバルブ２４が中立位置にある状態でブーム６が下がらないように当該ブーム６を保持するためのホールディングバルブである。

アキュムレータ回生回路２２は、ブームシリンダ９のヘッド側通路（ブームシリンダ９のヘッド側室）とアキュムレータ４２との間に設けられ、ブームシリンダ９のヘッド側通路からアキュムレータ４２への作動油の流量を調整可能である。

具体的に、アキュムレータ回生回路２２は、ブームシリンダ９のヘッド側通路とアキュムレータ４２とを接続するアキュムレータ通路４１と、ヘッド側通路からアキュムレータ４２への作動油の流量を調整可能なアキュムレータ回生弁４３（以下、ＡＣＣ回生弁４３という）と、アキュムレータ４２から放出される作動油の流量を調整可能な放圧弁４４と、ヘッド側通路からの作動油のうちタンクに排出する作動油の流量を調整可能なメータアウト弁４６（以下、Ｍ／Ｏ弁４６という）と、アキュムレータ４２に蓄えられた作動油の圧力を検出可能な蓄圧検出センサ４７とを備えている。

ＡＣＣ回生弁４３は、アキュムレータ通路４１のアキュムレータ４２の上流側（ブームシリンダ９側）に設けられている。ＡＣＣ回生弁４３は、後述するコントローラ１３から指令が出力されていない状態において閉鎖位置に付勢され、コントローラ１３からの指令によりアキュムレータ通路４１内の作動油の流量を調整可能な電磁弁である。

放圧弁４４は、アキュムレータ通路４１のアキュムレータ４２の下流側（シャトル弁１７ｂ側）に設けられている。放圧弁４４は、後述するコントローラ１３から指令が出力されていない状態において閉鎖位置に付勢され、コントローラ１３からの指令によりアキュムレータ通路４１内の作動油の流量を調整可能な電磁弁である。ＡＣＣ弁４３が閉鎖位置に切り換えられた状態で放圧弁４４を開放することにより、アキュムレータ４２に蓄えられた作動油によって回生モータ１７が作動する。

Ｍ／Ｏ弁４６は、アキュムレータ通路４１のＡＣＣ回生弁４３の上流側の位置とタンクとを接続するメータアウト通路４５に設けられている。Ｍ／Ｏ弁４６は、後述するコントローラ１３から指令が出力されていない状態において閉鎖位置に付勢され、コントローラ１３からの指令によりメータアウト通路４５内の作動油の流量を調整可能な電磁弁である。

なお、符号Ｈ２は、コントロールバルブ２４が中立位置にある状態でブーム６が下がらないように当該ブーム６を保持するためのホールディングバルブである。ホールディングバルブは、コントロールバルブ２４とブームシリンダ９のヘッド側室との間にも設けられているが、図の簡略化のために省略されている。

モータ回生回路２３は、回生モータ１７と旋回モータ３ａとの間に設けられ、旋回モータ３ａから回生モータ１７への作動油を供給する状態と停止する状態との間で切換可能である。

具体的に、モータ回生回路２３は、旋回モータ３ａの右旋回用のポート（右旋回通路）に接続された右連通路４８と、旋回モータ３ａの左旋回用のポート（左旋回通路）に接続された左連通路４９と、右連通路４８に設けられた右回生弁５０と、左連通路４９に設けられた左回生弁５１とを備えている。

右回生弁５０は、後述するコントローラ１３からの指令が出力されていない状態において閉鎖位置に付勢され、コントローラ１３からの指令により右連通路４８内の作動油の流量を調整可能な電磁弁である。

左回生弁５１は、後述するコントローラ１３からの指令が出力されていない状態において閉鎖位置に付勢され、コントローラ１３からの指令により左連通路４９内の作動油の流量を調整可能な電磁弁である。

両連通路４８、４９は、両回生弁５０、５１の下流側の位置で１本の通路に収束し、この１本の通路がシャトル弁１７ｂを介して回生モータ１７に接続されている。

なお、旋回モータ３ａの旋回速度は、旋回速度センサ３ｂによって検出される。

図３を参照して、コントローラ１３には、ブーム下げ操作検出センサ２６、アーム押し操作検出センサ３０、右旋回操作検出センサ３４、左旋回操作検出センサ３５、ヘッド圧検出センサ２７、ロッド圧検出センサ３１、右旋回圧検出センサ３７、左旋回圧検出センサ３８、蓄圧検出センサ４７、吐出圧検出センサ１５ａ及び旋回速度センサ３ｂによる検出信号が入力される。また、コントローラ１３は、前記検出信号に基づいて、アーム回生弁４０、ＡＣＣ蓄圧弁４３、Ｍ／Ｏ弁４６、放圧弁４４、右回生弁５０、左回生弁５１、ポンプ調整器１５ｂ及びモータ調整器１７ａに作動指令を出力する。

具体的に、コントローラ１３は、ブーム６の下げ動作とアーム７の押し動作との２種複合動作時に次の制御を実行する。

＜２種複合動作時の制御＞
図２を参照して、コントローラ１３は、ブームシリンダ９のヘッド側室からアームシリンダ１０のロッド側通路へ供給可能な回生流量に基づいてアーム回生回路２１を制御する。また、コントローラ１３は、ブームシリンダ９のヘッド側室からアキュムレータ４２に供給可能な蓄圧流量に基づいてアキュムレータ回生回路２２を制御する。さらに、コントローラ１３は、第２油圧ポンプ１５の吐出流量から前記回生流量を減じた流量が得られるように第２油圧ポンプ１５の容量を制御する。なお、第２油圧ポンプ１５の吐出流量は、アーム操作手段２９及び旋回操作手段３３の操作量に基づいて特定される。

回生流量及び蓄圧流量は、次の式（１）によって算出される。

Ｑ＝Ａ×Ｃ×√ΔＰ・・・（１）
ここで、Ｑは流量であり、Ａは回生弁の開口面積であり、ΔＰは回生弁の一次側の圧力と二次側の圧力との差である。

回生流量を求める場合、まず、式（１）を用いてブームシリンダ９からの戻り油による最大回生流量を算出する。具体的に、Ａにアーム回生弁４０の最大開口面積を代入し、ΔＰにブームシリンダ９のヘッド側圧（ヘッド圧検出センサ２７による検出圧）からアームシリンダ１０のロッド側圧（ロッド圧検出センサ３１による検出圧）を減じた値を代入する。次いで、最大回生流量と、アーム操作手段２９の操作量により定まるアームシリンダ１０に対する作動油の供給流量（以下、必要流量という）とに基づいてアームシリンダ１０に供給可能な回生流量を算出する。回生流量が算出されることにより、式（１）に基づいてアーム回生弁４０の開口面積Ａが算出される。

蓄圧流量を求める場合、まず、式（１）を用いてアキュムレータ４２に供給可能な作動油の最大蓄圧流量を算出する。具体的に、ＡにＡＣＣ回生弁４３の最大開口面積を代入し、ΔＰにブームシリンダ９のヘッド側圧からアキュムレータ４２の圧力（蓄圧検出センサ４７による検出圧）を減じた値を代入する。次いで、前記最大回生流量から前記回生流量を減じた残りの流量と前記最大蓄圧流量とに基づいて、アキュムレータ４２に供給可能な蓄圧流量を算出する。蓄圧流量が算出されることにより、式（１）に基づいてＡＣＣ回生弁４３の開口面積Ａが算出される。

ブームシリンダ９からの戻り油のうちアームシリンダ１０及びアキュムレータ４２の双方に供給することができない作動油は、Ｍ／Ｏ弁４６を通じてタンクに回収される。なお、Ｍ／Ｏ弁４６の開口面積は、最大回生流量から回生流量及び蓄圧流量を減じた値とブームシリンダ９のヘッド側圧とに基づいて前記（１）により算出される。

一方、コントローラ１３は、上部旋回体３の旋回減速時に次の制御を実行する。

＜旋回減速時の制御＞
コントローラ１３は、旋回減速時に旋回モータ３ａから回生モータ１７に作動油が供給されるようにモータ回生回路２３を制御する。

また、コントローラ１３は、第２油圧ポンプ１５に要求される要求動力に基づいて回生モータ１７を制御する。

要求動力は、第２油圧ポンプ１５の吐出流量と吐出圧力との積によって求められる。第２油圧ポンプ１５の吐出圧力は、吐出圧検出センサ１５ａにより検出される。

また、コントローラ１３は、旋回モータ３ａから導出される全ての作動油を用いて負担可能なアシスト可能動力を算出する。アシスト可能動力は、上部旋回体３の旋回速度（旋回速度センサ３ｂによる検出速度）と旋回モータ３ａの容量と図外の旋回ベアリングによる減速比とによって算出される。

コントローラ１３は、アシスト可能動力が要求動力以上である場合には要求動力と同等のアシスト動力を設定し、アシスト可能動力が要求動力よりも小さい場合にはアシスト可能動力と同等のアシスト動力を設定する。

ここで、回生モータ１７の動力（アシスト動力）は作動油の圧力（旋回圧検出センサ３７、３８による検出圧のうち高圧側の圧力）と回生モータ１７の容量との積によって定まる。そのため、コントローラ１３は、旋回減速時に、右回生弁５０及び左回生弁５１のうちの高圧側の回生弁を全開に切り換えるとともに、前記アシスト動力が得られるように回生モータ１７の容量を制御する。

さらに、コントローラ１３は、ブーム６の下げ動作とアーム７の押し動作と上部旋回体３の旋回減速動作とが同時に行われる３種複合動作時において次の制御を行う。

＜３種複合動作時の制御＞
コントローラ１３は、旋回モータ３ａからの戻り油により回生モータ１７の回生を実行するモータ回生処理、ブームシリンダ９の戻り油をアームシリンダ１０の駆動に用いるアクチュエータ回生処理、ブームシリンダ９の戻り油によりアキュムレータ４２を蓄圧するアキュムレータ回生処理をこの順に実行する。モータ回生処理の後であれば、アクチュエータ回生処理及びアキュムレータ回生処理は並行して行うこともできる。

モータ回生処理において、コントローラ１３は、モータ回生回路２３からの作動油により負担されるアシスト動力を特定するために、上述した旋回制動動作時の制御と同様に、アシスト可能動力及び要求動力を特定する。

そして、コントローラ１３は、アシスト可能動力が要求動力を超える場合、要求動力がアシスト可能動力以上となるように第２油圧ポンプ１５の容量を増加する（要求動力を増加させる）とともにアシスト可能動力をアシスト動力に設定する。

これにより、アシスト可能動力が要求動力よりも大きい場合であっても、アシスト可能動力の全てを用いたときのエンジン１６の吹き上がりを防止することができる。

一方、コントローラ１３は、アシスト可能動力が要求動力以下である場合には、第２油圧ポンプ１５の容量を維持したまま（要求動力を維持したまま）アシスト可能動力をアシスト動力に設定する。

そして、コントローラ１３は、アシスト動力が得られるように右回生弁５０及び左回生弁５１のうちの高圧側の回生弁を全開にするとともに回生モータ１７の容量を制御する。

モータ回生処理の後に実行されるアクチュエータ回生処理において、コントローラ１３は、上述した２種複合動作の場合と同様に、最大回生流量とアームシリンダ１０の必要流量とに基づいて回生流量を特定し、特定された回生流量に基づいてアーム回生弁４０を制御する。

なお、３種複合動作においてはモータ回生処理がアクチュエータ回生処理に優先して実行されるため、２種複合動作時と比較して第２油圧ポンプ１５の吐出流量が多い状態で維持される。そのため、第２油圧ポンプ１５の要求動力のうち、回生流量により負担される動力は２種複合動作時と比較して制限される場合がある。このように制限された動力は、後述するアキュムレータ回生処理においてアキュムレータ４２に蓄圧される。

また、アクチュエータ回生処理において、コントローラ１３は、アシスト可能動力が要求動力未満である場合に、第２油圧ポンプ１５の吐出流量がアーム操作手段２９及び旋回操作手段３３の操作量により定まる吐出流量から回生流量を減じた流量となるように第２油圧ポンプ１５の容量を減らす。

アクチュエータ回生処理の後に実行されるアキュムレータ回生処理において、コントローラ１３は、２種複合動作時の制御と同様に、前記最大回生流量から前記回生流量を減じた残りの流量と前記最大蓄圧流量とに基づいて蓄圧流量を算出する。

なお、上述した２種複合動作時の制御と同様に、ブームシリンダ９からの戻り油のうちアームシリンダ１０及びアキュムレータ４２の双方に供給することができない作動油は、Ｍ／Ｏ弁４６を通じてタンクに回収される。

以下、図２及び図４を参照して、コントローラ１３により実行される処理について説明する。

処理が開始されると、ブーム下げ操作検出センサ２６及びアーム押し操作検出センサ３０による検出値に基づいてブーム６の下げ動作及びアーム７の押し動作が行われているか否かが判定される（ステップＳ１）。

ステップＳ１でＮＯと判定されると、上部旋回体３が旋回減速中であるか否かが判定される（ステップＳ２）。具体的に、ステップＳ２では、旋回速度センサ３ｂによって上部旋回体３が旋回中であることが検出されている状態で、両旋回操作検出センサ３４、３５による旋回操作が検出されてない場合に、旋回減速中であると判定される。

ステップＳ２でＮＯと判定されると前記ステップＳ１を繰り返し実行する一方、ステップＳ２でＹＥＳと判定されると、上述した旋回減速時の回生制御が実行され（ステップＳ３）、当該処理はリターンする。

また、ステップＳ１でＹＥＳと判定されると、ブームシリンダ９からの戻り油をアームシリンダ１０に回生することができる条件として予め設定された回生可能条件を満たすか否かが判定される（ステップＳ４）。

ステップＳ４でＮＯと判定された場合には、ステップＳ１を繰り返し実行する。

一方、ステップＳ４でＹＥＳと判定されると、上部旋回体３が旋回減速中であるか否かが判定される（ステップＳ５）。

ステップＳ５において上部旋回体３が旋回減速中でないと判定されると、上述した２種複合動作時の回生制御Ｓ６が実行され、当該処理はリターンする。

一方、ステップＳ５において上部旋回体３が旋回減速中である、つまり、３種複合動作中であると判定されると、ステップＳ７〜Ｓ９の３種複合動作時の回生制御が実行される。以下、図４〜図６を参照して、この制御内容を説明する。

図５は、ブームシリンダ９の回生可能動力が１００であり、旋回モータ３ａのアシスト可能動力が４０であり、アキュムレータ４２の蓄圧可能動力が１００であり、第２油圧ポンプ１５の要求動力が７０である場合の動力の配分を示すものである。図６は、図５と異なり旋回モータ３ａのアシスト可能動力が１００である場合の動力配分を示すものである。なお、上記の数値は、動力配分を説明するための目安であり、実際の動力を示すものではない。

ステップＳ７のモータ回生処理では、アシスト動力が設定される。

図５の例１では、アシスト可能動力（４０）が要求動力（７０）よりも小さいため、［１］に示すようにアシスト可能動力（４０）の全てがアシスト動力に設定される。

一方、図６の例２では、アシスト可能動力（１００）が要求動力（７０）を超えるため、［１］に示すように、要求動力がアシスト可能動力（１００）以上の動力（１２０）となるように第２油圧ポンプ１５の容量（吐出流量）を増加するとともにアシスト可能動力（１００）の全てがアシスト動力に設定される。

そして、コントローラ１３は、設定されたアシスト動力が得られるように右回生弁５０及び左回生弁５１のうちの高圧側の回生弁を全開位置に制御するとともに、回生モータ１７の容量を制御する。

次いで、ステップＳ８のアクチュエータ回生処理では、回生流量及び第２油圧ポンプ１５の吐出流量が設定される。

上述のようにアシスト動力が回生流量に優先して設定されているため、２種複合動作の場合と比較して第２油圧ポンプ１５の吐出流量が多い状態で維持される。そのため、第２油圧ポンプ１５の要求動力のうち回生流量により負担される動力が制限される場合がある。

具体的に、図５の例１では、回生流量は、前記アシスト動力（４０）を要求動力（７０）から減じた動力（３０）を負担するための流量に設定される。また、アーム操作手段２９及び旋回操作手段３３の操作量により定まる第２油圧ポンプ１５の吐出流量から前記回生流量を減じた流量が第２油圧ポンプ１５の吐出流量として設定される。なお、３種複合動作中の状態においては上述のように旋回操作手段３３の操作量は０である。

一方、図６の例２では、回生流量は、アシスト動力（１００）を要求動力（１２０）から減じた動力（２０）を負担するための流量に設定される。また、ステップＳ７において増加された第２油圧ポンプ１５の容量により定まる吐出流量から前記回生流量を減じた流量が第２油圧ポンプ１５の吐出流量として設定される。

そして、コントローラ１３は、設定された回生流量となるようにアーム回生弁４０を制御するとともに、設定された吐出流量となるように第２油圧ポンプ１５の容量を制御する。

次いで、ステップＳ９のアキュムレータ回生制御では、蓄圧流量が設定される。

その結果、図５の例１では、ブームシリンダ９の回生可能動力（１００）のうちアームシリンダ１０に回生される動力（３０）を除く動力（７０）がアキュムレータ４２に配分される。

一方、図６の例２では、ブームシリンダ９の回生可能動力（１００）のうちアームシリンダ１０に回生される動力（２０）を除く動力（８０）がアキュムレータ４２に配分される。

なお、回生可能動力（１００）のうちアームシリンダ１０及びアキュムレータ４２の双方に導くことができない動力が存在する場合には、ステップＳ７においてＭ／Ｏ弁４６を通じたメータアウト流量も設定される。

そして、以上のように設定された蓄圧流量及びメータアウト流量に基づいて、ＡＣＣ蓄圧弁４３及びＭ／Ｏ弁４６を制御して、当該処理はリターンする。

以下、図５及び図６を参照して、比較制御と第１実施形態とを比較する。なお、比較制御は、アーム操作手段２９及び旋回操作手段３３の操作量により定まる第２油圧ポンプ１５の吐出流量から回生流量を減じた状態で、アシスト動力を設定する制御の例である。

図５の場合、比較制御では、［１］においてアーム回生弁４０の一次側と二次側との圧力差に応じて、ブームシリンダ９からアームシリンダ１０に分配される動力（５０）が設定される。そして、この分配される動力（５０）の分、第２油圧ポンプ１５の容量（要求動力）が低減される（要求動力（７０）が要求動力（２０）に低減される）。

また、比較制御では、［２］においてアームシリンダ１０に分配される動力（５０）以外の動力（５０）がアキュムレータ４２に蓄えられる。

そして、この状態で［３］においてアシスト動力（２０）が設定されるため、アシスト可能動力（４０）のうちの要求動力（２０）以外の動力（２０）は廃棄される。

これに対し、第１実施形態の例１では、上述のようにアシスト可能動力（４０）が要求動力（７０）よりも小さいため、［１］においてアシスト可能動力（４０）の全てをアシスト動力として利用することができる。その結果、比較制御における廃棄動力（２０）を有効利用することができる。

一方、第１実施形態の例１では、上記廃棄動力（２０）を利用する分、比較制御よりも第２油圧ポンプ１５の吐出流量が大きく維持される（アーム回生弁４０の一次側と二次側との圧力差が小さく維持される）。そのため、［２］に示すように回生流量の戻り油により負担される動力（３０）が比較制御における回生流量により負担される動力（５０）よりも制限されるが、第１実施形態の例１において、上記のように制限された動力（２０）を含む動力（７０）は、［３］に示すようにアキュムレータ４２に蓄圧される。

さらに、第１実施形態の例１では、［３］において回生流量の戻り油により負担される動力（３０）の分だけ第２油圧ポンプ１５の要求動力が低減される（要求動力が７０から４０に低減される）。

一方、図６の場合、比較制御では、［１］においてアーム回生弁４０の一次側と二次側との圧力差に応じてブームシリンダ９からアームシリンダ１０に分配される動力（５０）が設定される。そして、この分配される動力（５０）の分、第２油圧ポンプ１５の容量（要求動力）が低減される（要求動力（７０）が要求動力（２０）に低減される）。

そして、この状態で［３］においてアシスト動力（２０）が設定されるため、アシスト可能動力（１００）のうちの要求動力（２０）以外の動力（８０）は廃棄される。

これに対し、第１実施形態の例２では、上述のように、［１］においてアシスト可能動力（１００）の全てをアシスト動力として利用して、比較制御における廃棄動力（８０）のうちの一部の動力（３０）を有効利用することができる。

具体的に、第１実施形態の例２では、［１］において要求動力（７０）が要求動力（１２０）に増加する。そのため、第２油圧ポンプ１５から吐出される作動油の持つエネルギーのうち、元々の要求動力（７０）からの増加動力（５０）に相当するエネルギーは、図外のリリーフ弁を通過する際の熱として廃棄される。つまり、比較制御の廃棄動力（８０）から増加動力（５０）を減じた動力（３０）が有効利用される。また、この状態においてはアシスト可能動力（１００）の全てを吸収可能な動力となるように要求動力が増加されているため、アシスト可能動力（１００）の全てを用いた場合のエンジン１６の吹き上がりを防止することができる。ここで、第１実施形態の例２では、比較制御よりも油圧ポンプの吐出流量が大きく維持される（アーム回生弁４０の一次側と二次側との圧力差が小さく維持される）。そのため、［２］に示すように回生流量の戻り油により負担される動力（２０）が比較制御における回生流量の戻り油により負担される動力（５０）よりも制限されるが、［３］に示すように制限された動力（３０）を含む動力（８０）はアキュムレータ４２に蓄圧される。

さらに、第１実施形態の例２では、［３］において回生流量の戻り油により負担される動力（２０）の分だけ第２油圧ポンプ１５の要求流量が低減される（要求流量が１２０から１００に低減される）。

以上説明したように、旋回モータ３ａからの戻り油を用いた回生がブームシリンダ９からの戻り油を用いた回生に優先して行われるため、回生流量に応じて第２油圧ポンプ１５の吐出流量が低減された状態で旋回モータ３ａからの戻り油により回生されるアシスト動力を設定する場合と比較して、アシスト動力を増加することが可能となる。そのため、上部旋回体３の慣性エネルギーを有効に活用することができる。

ここで、アシスト動力が増加すると２種複合動作の場合と比較して第２油圧ポンプ１５の吐出流量が多い状態で維持される。そのため、第２油圧ポンプ１５に要求される要求動力のうち回生流量により負担される動力が制限される場合があるが、ヘッド側室からの作動油は、第２油圧ポンプ１５の吐出通路だけでなくアキュムレータ４２に対しても供給可能である。

そこで、モータ回生回路２３が（右回生弁５０又は左回生弁５１）許容状態に切り換えられた状態（アシスト動力の回生が行われている状態）で回生流量及び蓄圧流量が特定される。これにより、ブームシリンダ９からの戻り油のうち吐出通路側への供給が制限された作動油をアキュムレータ４２に導いて、ブーム６の位置エネルギーも有効に活用することができる。

したがって、３種複合動作時においてブーム６の位置エネルギー及び上部旋回体３の慣性エネルギーを有効に活用することにより十分な回生効率を得ることができる。

また、第１実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。

図６の例２に示すように、アシスト可能動力が要求動力を超える場合に要求動力がアシスト可能動力以上となるように第２油圧ポンプ１５の容量を増加することにより、アシスト可能動力の全てを用いた場合のエンジン１６の吹き上がりを防止することができる。

一方、上記のような第２油圧ポンプ１５の容量の増加に伴い回生流量がさらに制限されるが、増加された要求動力に基づいて蓄圧流量を設定することにより、ブームシリンダ９からの戻り油のうち吐出通路への供給が制限された作動油はアキュムレータ４２に導くことができる。

一方、図５の例１に示すように、回生モータ１７により回生される動力（アシスト動力）が要求動力以下である場合、第２油圧ポンプ１５の吐出流量から回生流量を減じた流量が得られるよう第２油圧ポンプ１５の容量を小さくすることにより、エンジン１６の動力を低減することができる。

＜第２実施形態＞
第１実施形態では、要求動力がアシスト可能動力以上となるように第２油圧ポンプ１５の容量を増加することによりエンジン１６の吹き上がりを防止しているが、アシスト可能動力が要求動力を超える場合に、アシスト動力が要求動力以下となるように回生モータ１７を制御することにより、エンジン１６の吹き上がりを防止することもできる。具体的には、例えば、図６の第２実施形態に示すように、アシスト動力を要求動力と同等の動力（７０）に制限することにより、エンジン１６の吹き上がりを防止することができる。

この場合、要求動力（７０）の全てがアシスト動力により賄われているため、回生流量の戻り油により負担される動力は０となり、回生可能動力（１００）の全てがアキュムレータ４２に分配される。

第２実施形態によれば、アシスト可能動力が要求動力を超える場合に、アシスト動力を要求動力以下に調整することによりエンジン１６の吹き上がりを防止することができる。

また、第２実施形態によれば、想定される全てのアシスト可能動力を吸収可能な大容量の回生モータを採用する場合と比較して回生モータ１７の小容量化、つまり小型化を図ることもできる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下の態様を採用することもできる。

前記実施形態では、建設機械の一例として油圧ショベルを挙げているが、建設機械は油圧ショベルに限定されず、クレーン及び破砕機等でもよく、また、発電電動機を有するハイブリッド式の建設機械でもよい。

被駆動体の一例としてアーム７を挙げているが、被駆動体はアーム７に限定されず、例えば、バケット及びクローラ等でもよい。同様に、油圧アクチュエータは、アームシリンダ１０に限定されず、バケットシリンダ１１及び走行モータ等でもよい。

第２油圧ポンプ１５の吐出通路の一例としてアームシリンダ１０のロッド側通路を挙げているが、吐出通路はロッド側通路に限定されず、コントロールバルブ２８の一次側の通路であってもよい。油圧アクチュエータとしてアームシリンダ１０以外のものを採用した場合も同様である。

回生弁５０、５１は、流量調整可能なものを採用しているが、旋回モータ３ａから回生モータ１７への作動油の供給を許容する状態と禁止する状態との間で切換可能なものであればよい。

１油圧ショベル（建設機械の一例）
２下部走行体（下部体の一例）
３上部旋回体
３ａ旋回モータ
６ブーム
７アーム（被駆動体の一例）
９ブームシリンダ
１０アームシリンダ（油圧アクチュエータの一例）
１３コントローラ
１５第２油圧ポンプ（油圧ポンプの一例）
１６エンジン
１７回生モータ
２１アーム回生回路
２２アキュムレータ回生回路
２３モータ回生回路

Claims

下部体と、前記下部体上に旋回可能に設けられた上部旋回体と、前記上部旋回体に対して上げ方向及び下げ方向に回転可能に取り付けられたブームとを有する建設機械の油圧制御装置であって、
前記上部旋回体を旋回駆動する旋回モータと、
前記ブームを駆動するブームシリンダと、
前記建設機械に設けられた被駆動体を駆動するための油圧アクチュエータと、
前記油圧アクチュエータに対して作動油を供給する可変容量式の油圧ポンプと、
前記油圧ポンプを駆動するエンジンと、
前記ブームシリンダのヘッド側室と前記油圧ポンプの吐出通路との間に設けられ、前記ヘッド側室から前記吐出通路への作動油の流量を調整可能なアクチュエータ回生回路と、
アキュムレータと、
前記ブームシリンダのヘッド側室と前記アキュムレータとの間に設けられ、前記ヘッド側室から前記アキュムレータへの作動油の流量を調整可能なアキュムレータ回生回路と、
前記エンジンの駆動軸に接続された回生モータと、
前記回生モータと前記旋回モータとの間に設けられ、前記旋回モータから前記回生モータへの作動油の供給を許容する許容状態と禁止する禁止状態との間で切換可能なモータ回生回路と、
コントローラとを備え、
前記コントローラは、
前記ブーム下げ動作と前記被駆動体の動作との２種複合動作時において、前記ヘッド側室から前記吐出通路へ供給可能な回生流量に基づいて前記アクチュエータ回生回路を制御し、前記ヘッド側室から前記アキュムレータに供給可能な蓄圧流量に基づいて前記アキュムレータ回生回路を制御し、さらに前記油圧ポンプの吐出流量から前記回生流量を減じた流量が得られるように前記油圧ポンプの容量を小さくする一方、
前記上部旋回体の旋回減速時において、前記モータ回生回路を前記許容状態に切換制御し、
前記ブームの下げ動作と前記被駆動体の動作と前記上部旋回体の旋回減速動作とが同時に行われる３種複合動作時において、前記モータ回生回路を前記許容状態に切換制御し、この状態で前記回生流量及び前記蓄圧流量を特定し、さらに特定された前記回生流量及び前記蓄圧流量に基づいて前記アクチュエータ回生回路及びアキュムレータ回生回路を制御する、
建設機械の油圧制御装置。
前記コントローラは、前記３種複合動作時において、前記旋回モータから導出される全ての作動油を用いて負担可能なアシスト可能動力が前記油圧ポンプに要求される要求動力を超える場合に、前記要求動力が前記アシスト可能動力以上となるように前記油圧ポンプの容量を増加する、請求項１に記載の建設機械の油圧制御装置。
前記回生モータは、可変容量式のモータであり、
前記コントローラは、前記３種複合動作時において、前記旋回モータから導出される全ての作動油を用いて負担可能なアシスト可能動力が前記油圧ポンプに要求される要求動力を超える場合に、前記回生モータにより回生される動力が前記要求動力以下となるように前記回生モータを制御する、請求項１に記載の建設機械の油圧制御装置。
前記コントローラは、前記３種複合動作時において、前記回生モータにより回生される動力が前記要求動力よりも小さい場合、前記油圧ポンプの吐出流量から前記回生流量を減じた流量が得られるように前記油圧ポンプの容量を小さくする、請求項１〜３の何れか１項に記載の建設機械の油圧制御装置。