JP7003135B2 - ショベル - Google Patents

Description

本発明は、ショベルに関する。

従来、油圧ポンプと旋回用油圧モータとを接続する管路に配置される旋回リリーフ弁を用いて、旋回用油圧モータの旋回トルクを調整するショベルが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１６－１６９５７０号公報

しかしながら、上記のショベルでは、ハーフレバー状態での旋回減速の際、作動油が旋回用油圧モータから旋回制御弁を通過して作動油タンクに流れる際、旋回制御弁で不必要なエネルギー損失が生じる。

そこで、上記課題に鑑み、旋回減速時のエネルギー損失を低減することが可能なショベルを提供することを目的とする。

本発明の実施形態に係るショベルは、旋回用油圧モータと、前記旋回用油圧モータに作動油を供給する油圧ポンプと、前記旋回用油圧モータと前記油圧ポンプとを接続する管路に設けられる旋回制御弁と、前記旋回用油圧モータと前記旋回制御弁とを接続する第１管路と、前記旋回制御弁の下流側に配置される他の油圧アクチュエータの制御弁の上流側の第２管路と、を連通可能なバイパス回路と、を備え、前記バイパス回路は、前記第１管路と前記第２管路との間に配置され、所定の条件に基づいて制御されるバイパス弁を有する。

本発明の実施形態によれば、旋回減速時のエネルギー損失を低減することができる。

本発明の実施形態に係るショベルの側面図 図１のショベルの駆動系の構成例を示すブロック図 図１のショベルに搭載される油圧システムの第１構成例を示す概略図 第１構成例におけるコントローラの動作の流れを示すブロック線図 旋回回生処理の一例のフローチャート 図１のショベルに搭載される油圧システムの第２構成例を示す概略図 第２構成例におけるコントローラの動作の流れを示すブロック線図 第２構成例におけるコントローラの動作の流れを示すブロック線図 図１のショベルに搭載される油圧システムの第３構成例を示す概略図 図１のショベルに搭載される油圧システムの第４構成例を示す概略図

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

最初に、図１を参照して、本発明の実施形態に係るショベルの全体構成について説明する。図１は本発明の実施形態に係るショベルの側面図である。

図１に示されるように、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が旋回可能に搭載されている。上部旋回体３には、ブーム４が取り付けられている。ブーム４の先端には、アーム５が取り付けられ、アーム５の先端にはエンドアタッチメントとしてのバケット６が取り付けられている。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。上部旋回体３には、キャビン１０が設けられ、且つエンジン１１等の動力源が搭載される。

次に、図２を参照して、図１のショベルの駆動系の構成について説明する。図２は、図１のショベルの駆動系の構成例を示すブロック図である。図２中、機械的動力系、高圧油圧ライン、パイロットライン、及び電気制御系をそれぞれ二重線、太実線、破線、及び一点鎖線で示している。

図２に示されるように、ショベルの駆動系は、主に、エンジン１１、レギュレータ１３、メインポンプ１４、パイロットポンプ１５、コントロールバルブ１７、操作装置２６、吐出圧センサ２８、操作圧センサ２９、コントローラ３０、圧力制御弁３１等を含む。

エンジン１１は、ショベルの駆動源である。本実施形態では、エンジン１１は、例えば、所定の回転数を維持するように動作するディーゼルエンジンである。また、エンジン１１の出力軸は、メインポンプ１４及びパイロットポンプ１５の入力軸に連結されている。

メインポンプ１４は、高圧油圧ラインを介して作動油をコントロールバルブ１７に供給する。本実施形態では、メインポンプ１４は、斜板式可変容量型油圧ポンプである。

レギュレータ１３は、メインポンプ１４の吐出量を制御する。本実施形態では、レギュレータ１３は、コントローラ３０からの制御指令に応じてメインポンプ１４の斜板傾転角を調節することによってメインポンプ１４の吐出量を制御する。

パイロットポンプ１５は、パイロットラインを介して操作装置２６及び圧力制御弁３１を含む各種油圧制御機器に作動油を供給する。本実施形態では、パイロットポンプ１５は、固定容量型油圧ポンプである。

コントロールバルブ１７は、ショベルにおける油圧システムを制御する油圧制御装置である。コントロールバルブ１７は、制御弁１７１～１７６、及び制御弁１７７を含む。コントロールバルブ１７は、制御弁１７１～１７６を通じ、メインポンプ１４が吐出する作動油を１又は複数の油圧アクチュエータに選択的に供給できる。制御弁１７１～１７６は、メインポンプ１４から油圧アクチュエータに流れる作動油の流量、及び油圧アクチュエータから作動油タンクに流れる作動油の流量を制御する。油圧アクチュエータは、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、左側走行用油圧モータ１Ａ、右側走行用油圧モータ１Ｂ、及び旋回用油圧モータ２Ａを含む。また、コントロールバルブ１７は、制御弁１７７を通じ、油圧アクチュエータから流出する作動油を作動油タンクに選択的に流出させる。制御弁１７７は、油圧アクチュエータから作動油タンクに流れる作動油の流量を制御する。

操作装置２６は、操作者が油圧アクチュエータの操作のために用いる装置である。本実施形態では、操作装置２６は、パイロットラインを介して、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を油圧アクチュエータのそれぞれに対応する制御弁のパイロットポートに供給する。パイロットポートのそれぞれに供給される作動油の圧力（パイロット圧）は、油圧アクチュエータのそれぞれに対応する操作装置２６のレバー又はペダル（図示せず。）の操作方向及び操作量に応じた圧力である。

吐出圧センサ２８は、メインポンプ１４の吐出圧を検出する。本実施形態では、吐出圧センサ２８は、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。

操作圧センサ２９は、操作装置２６を用いた操作者の操作内容を検出する。本実施形態では、操作圧センサ２９は、油圧アクチュエータのそれぞれに対応する操作装置２６のレバー又はペダルの操作方向及び操作量を圧力（操作圧）の形で検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。操作装置２６の操作内容は、操作圧センサ２９以外の他のセンサを用いて検出されてもよい。

コントローラ３０は、ショベルの駆動制御を行う主制御部として機能する。本実施形態では、コントローラ３０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を含むコンピュータで構成されている。コントローラ３０の各種機能は、例えばＲＯＭに格納されたプログラムをＣＰＵが実行することで実現される。コントローラ３０の詳細については後述する。

圧力制御弁３１は、コントローラ３０が出力する制御指令に応じて動作する。本実施形態では、圧力制御弁３１は、コントローラ３０が出力する電流指令に応じてパイロットポンプ１５からコントロールバルブ１７内の制御弁１７７のパイロットポートに導入される二次圧を調整する電磁弁である。圧力制御弁３１は、例えば、電流指令が大きいほど、制御弁１７７のパイロットポートに導入される二次圧が大きくなるように動作する。

次に、図３を参照して、ショベルに搭載される油圧システムの第１構成例について説明する。図３は、図１のショベルに搭載される油圧システムの第１構成例を示す概略図である。図３では、図２と同様に、機械的動力系、高圧油圧ライン、パイロットライン、及び電気制御系を、それぞれ二重線、太実線、破線、及び一点鎖線で示している。

図３に示されるように、油圧システムは、エンジン１１、レギュレータ１３Ｌ、１３Ｒ、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒ、パイロットポンプ１５、旋回圧センサ２４Ｌ、２４Ｒ、操作装置２６、吐出圧センサ２８Ｌ、２８Ｒ、操作圧センサ２９、コントローラ３０、旋回油圧回路ＴＣ、バイパス回路６０等を含む。油圧システムは、エンジン１１によって駆動されるメインポンプ１４Ｌ、１４Ｒから、センターバイパス管路４０Ｌ、４０Ｒ、パラレル管路４２Ｌ、４２Ｒを経て作動油タンクまで作動油を循環させる。メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒは、図２のメインポンプ１４に対応する。

センターバイパス管路４０Ｌは、コントロールバルブ１７内に配置された制御弁１７１、１７３、１７５Ａ及び１７６Ａを通る高圧油圧ラインである。

センターバイパス管路４０Ｒは、コントロールバルブ１７内に配置された制御弁１７２、１７４、１７５Ｂ及び１７６Ｂを通る高圧油圧ラインである。

制御弁１７１は、メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油を左側走行用油圧モータ１Ａへ供給し、且つ、左側走行用油圧モータ１Ａが吐出する作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。

制御弁１７２は、メインポンプ１４Ｒが吐出する作動油を右側走行用油圧モータ１Ｂへ供給し、且つ、右側走行用油圧モータ１Ｂが吐出する作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。

制御弁１７３は、メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油を旋回用油圧モータ２Ａへ供給し、且つ、旋回用油圧モータ２Ａが吐出する作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。

制御弁１７４は、メインポンプ１４Ｒが吐出する作動油をバケットシリンダ９へ供給し、且つ、バケットシリンダ９内の作動油を作動油タンクへ排出するためのスプール弁である。

制御弁１７５Ａ、１７５Ｂは、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒが吐出する作動油をブームシリンダ７へ供給し、且つ、ブームシリンダ７内の作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるブーム用第１制御弁としてのスプール弁である。また、本実施例では、制御弁１７５Ａは、ブーム４の上げ操作が行われた場合にのみ作動し、ブーム４の下げ操作が行われた場合には作動しない。

制御弁１７６Ａ、１７６Ｂは、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒが吐出する作動油をアームシリンダ８へ供給し、且つ、アームシリンダ８内の作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるアーム用第１制御弁としてのスプール弁である。

制御弁１７７Ａは、アームシリンダ８のロッド側油室から作動油タンクに流出する作動油の流量を制御するアーム用第２制御弁としてのスプール弁である。制御弁１７７Ｂは、ブームシリンダ７のボトム側油室から作動油タンクに流出する作動油の流量を制御するブーム用第２制御弁としてのスプール弁である。制御弁１７７Ａ、１７７Ｂは図２の制御弁１７７に対応する。

制御弁１７７Ａ、１７７Ｂは、最小開口面積（開度０％）の第１弁位置と最大開口面積（開度１００％）の第２弁位置とを有する。制御弁１７７Ａ、１７７Ｂは、第１弁位置と第２弁位置との間で無段階に移動可能である。

パラレル管路４２Ｌは、センターバイパス管路４０Ｌに並行する高圧油圧ラインである。パラレル管路４２Ｌは、制御弁１７１、１７３、１７５Ａの何れかによってセンターバイパス管路４０Ｌを通る作動油の流れが制限或いは遮断された場合に、より下流の制御弁に作動油を供給する。

パラレル管路４２Ｒは、センターバイパス管路４０Ｒに並行する高圧油圧ラインである。パラレル管路４２Ｒは、制御弁１７２、１７４、１７５Ｂの何れかによってセンターバイパス管路４０Ｒを通る作動油の流れが制限或いは遮断された場合に、より下流の制御弁に作動油を供給する。

レギュレータ１３Ｌ、１３Ｒは、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒの吐出圧に応じてメインポンプ１４Ｌ、１４Ｒの斜板傾転角を調節することによって、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒの吐出量を制御する。レギュレータ１３Ｌ、１３Ｒは、図２のレギュレータ１３に対応する。具体的には、レギュレータ１３Ｌ、１３Ｒは、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒの吐出圧が所定値以上となった場合にメインポンプ１４Ｌ、１４Ｒの斜板傾転角を調節して吐出量を減少させる。吐出圧と吐出量との積で表されるメインポンプ１４の吸収馬力がエンジン１１の出力馬力を超えないようにするためである。

旋回操作レバー２６Ａは、操作装置２６の一例であり、上部旋回体３の旋回を操作するために用いられる。また、旋回操作レバー２６Ａは、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用して、レバー操作量に応じた制御圧を制御弁１７３のパイロットポートに導入させる。具体的には、旋回操作レバー２６Ａは、右旋回方向に操作された場合に、制御弁１７３の左側パイロットポートに作動油を導入させる。また、旋回操作レバー２６Ａは、左旋回方向に操作された場合に、制御弁１７３の右側パイロットポートに作動油を導入させる。

ブーム操作レバー２６Ｂは、操作装置２６の一例であり、ブーム４を操作するために用いられる。また、ブーム操作レバー２６Ｂは、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用して、レバー操作量に応じた制御圧を制御弁１７５Ａ、１７５Ｂのパイロットポートに導入させる。具体的には、ブーム操作レバー２６Ｂは、ブーム上げ方向に操作された場合に、制御弁１７５Ａの右側パイロットポートに作動油を導入させ、且つ、制御弁１７５Ｂの左側パイロットポートに作動油を導入させる。一方、ブーム操作レバー２６Ｂは、ブーム下げ方向に操作された場合には、制御弁１７５Ａの左側パイロットポートに作動油を導入させることなく、制御弁１７５Ｂの右側パイロットポートにのみ作動油を導入させる。

吐出圧センサ２８Ｌ、２８Ｒは、吐出圧センサ２８の一例であり、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒの吐出圧を検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。

操作圧センサ２９Ａ、２９Ｂは、操作圧センサ２９の一例であり、旋回操作レバー２６Ａ、ブーム操作レバー２６Ｂに対する操作者の操作内容を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。操作内容は、例えば、レバー操作方向、レバー操作量（レバー操作角度）等である。

左右走行レバー（又はペダル）、アーム操作レバー、及びバケット操作レバー（何れも図示せず。）はそれぞれ、下部走行体１の走行、アーム５の開閉、及びバケット６の開閉を操作するための操作装置である。これらの操作装置は、旋回操作レバー２６Ａ、ブーム操作レバー２６Ｂと同様の構成であってよい。即ち、これらの操作装置は、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用して、レバー操作量（又はペダル操作量）に応じた制御圧を油圧アクチュエータのそれぞれに対応する制御弁の左右何れかのパイロットポートに導入させる。また、これらの操作装置のそれぞれに対する操作者の操作内容は、操作圧センサ２９Ａと同様、対応する操作圧センサによって圧力の形で検出され、検出値がコントローラ３０に対して出力される。

コントローラ３０は、操作圧センサ２９Ａ等の出力を受信し、必要に応じてレギュレータ１３Ｌ、１３Ｒに対して制御信号を出力し、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒの吐出量を変化させる。

圧力制御弁３１Ａ、３１Ｂは、コントローラ３０が出力する電流指令に応じてパイロットポンプ１５から制御弁１７７Ａ、１７７Ｂのパイロットポートに導入される制御圧を調整する。圧力制御弁３１Ａ、３１Ｂは、図２の圧力制御弁３１に対応する。

圧力制御弁３１Ａは、制御弁１７７Ａを第１弁位置と第２弁位置の間の任意の位置で停止できるように制御圧を調整可能である。圧力制御弁３１Ｂは、制御弁１７７Ｂを第１弁位置と第２弁位置の間の任意の位置で停止できるように制御圧を調整可能である。

旋回油圧回路ＴＣは、上部旋回体３の旋回を実現するための油圧回路である。この例では、旋回油圧回路ＴＣは、旋回用油圧モータ２Ａ、リリーフ弁２２Ｌ、２２Ｒ、チェック弁２３Ｌ、２３Ｒ等を含む。

旋回用油圧モータ２Ａは、上部旋回体３を旋回させる油圧モータである。旋回用油圧モータ２Ａのポート２１Ｌ、２１Ｒは、制御弁１７３に接続され、且つ、リリーフ弁２２Ｌ、２２Ｒ及びチェック弁２３Ｌ、２３Ｒを介して油路４４に接続されている。

リリーフ弁２２Ｌは、ポート２１Ｌ側の圧力が所定のリリーフ圧に達した場合に開き、ポート２１Ｌ側の作動油を油路４４側に流出させる。リリーフ弁２２Ｒは、ポート２１Ｒ側の圧力が所定のリリーフ圧に達した場合に開き、ポート２１Ｒ側の作動油を油路４４側に流出させる。

チェック弁２３Ｌは、ポート２１Ｌ側の圧力が油路４４側の圧力より低くなった場合に開き、油路４４側からポート２１Ｌ側に作動油を流入させる。チェック弁２３Ｒは、ポート２１Ｒ側の圧力が油路４４側の圧力より低くなった場合に開き、油路４４側からポート２１Ｒ側に作動油を流入させる。この構成により、チェック弁２３Ｌ、２３Ｒは、旋回用油圧モータ２Ａの減速時又は制動時に油路４４側から吸入側ポート側に作動油を流入させることができる。

旋回圧センサ２４Ｌ、２４Ｒは、旋回用油圧モータ２Ａのポート２１Ｌ、２１Ｒにおける作動油の圧力を検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。

バイパス回路６０は、旋回用油圧モータ２Ａと制御弁１７３とを接続するモータ管路５１Ａ、５１Ｂと、制御弁１７３の下流側に配置される制御弁１７５Ａ、１７６Ａの上流側のパラレル管路４２Ｌとを連通可能に構成されている。バイパス回路６０は、コントロールバルブ１７内に配置された選択弁６２と、バイパス弁６４と、を有する。

選択弁６２は、モータ管路５１Ａ及びモータ管路５１Ｂのうち圧力が高い側とパラレル管路４２Ｌとを連通させる。一方、選択弁６２は、モータ管路５１Ａ及びモータ管路５１Ｂのうち圧力が低い側とパラレル管路４２Ｌとを遮断する。モータ管路５１Ａは、旋回用油圧モータ２Ａの一方の側と制御弁１７３との間の管路である。モータ管路５１Ｂは、旋回用油圧モータ２Ａの他方の側と制御弁１７３との間の管路である。本実施形態では、選択弁６２は、モータ管路５１Ａに接続された第１入口６２Ａと、モータ管路５１Ｂに接続された第２入口６２Ｂと、パラレル管路４２Ｌに接続された出口６２Ｃとを有するシャトル弁である。選択弁６２は、第１入口６２Ａ及び第２入口６２Ｂのうち圧力が高い側と出口６２Ｃとを連通させる。一方、選択弁６２は、第１入口６２Ａ及び第２入口６２Ｂのうち圧力が低い側と出口６２Ｃとを遮断する。なお、選択弁６２は、２つのチェック弁を組み合わせて構成されていてもよい。また、選択弁６２の出口６２Ｃは、パラレル管路４２Ｒに接続されていてもよい。

バイパス弁６４は、選択弁６２の出口６２Ｃとパラレル管路４２Ｌとの間に設けられる圧力制御弁である。バイパス弁６４は、旋回用油圧モータ２Ａの減速圧力がパラレル管路４２Ｌの圧力よりも高い場合に開口される。旋回用油圧モータ２Ａの減速圧力は、例えば旋回用油圧モータ２Ａの吐出側に設けられる圧力センサ（図示せず。）によって検出される。圧力センサは、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。パラレル管路４２Ｌの圧力は、例えば吐出圧センサ２８Ｌによって検出されるメインポンプ１４Ｌの吐出圧であってよい。また、バイパス弁６４は、ショベルの動作が複合動作である場合に開口されることが好ましい。この構成により、旋回用油圧モータ２Ａの減速時のエネルギーを別の油圧アクチュエータで使用できる。本実施形態では、バイパス弁６４は、比例制御可能なスプール弁である。なお、バイパス弁６４は、リリーフ弁であってもよい。また、バイパス弁６４は、異なる設定圧力のリリーフ弁を多段に接続した構成であってもよい。

戻り弁７０は、制御弁１７３の下流側に設けられ、作動油タンクに排出される作動油の流量を制御する流量制御弁である。戻り弁７０は、旋回用油圧モータ２Ａの減速圧力がパラレル管路４２Ｌの圧力よりも高い場合に遮断される。また、戻り弁７０は、ショベルの動作が複合動作である場合に遮断されることが好ましい。この構成により、旋回用油圧モータ２Ａの減速時に、旋回用油圧モータ２Ａの吐出側から吐出される作動油が制御弁１７３を通過して作動油タンクに流れることが防止される。そのため、制御弁１７３の旋回用油圧モータ２Ａの吐出側と接続されるポートと制御弁１７３の作動油タンクと接続されるポートとの間の開口で生じる不必要なエネルギー損失を低減できる。本実施形態では、戻り弁７０は、スプール弁である。

次に、図３の油圧システムで採用されるネガティブコントロール制御（以下「ネガコン制御」と称する。）について説明する。

センターバイパス管路４０Ｌ、４０Ｒは、最も下流にある制御弁１７６Ａ、１７６Ｂのそれぞれと作動油タンクとの間にネガティブコントロール絞り１８Ｌ、１８Ｒを備える。メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒが吐出した作動油の流れは、ネガティブコントロール絞り１８Ｌ、１８Ｒで制限される。そして、ネガティブコントロール絞り１８Ｌ、１８Ｒは、レギュレータ１３Ｌ、１３Ｒを制御するための制御圧（以下、「ネガコン圧」とする。）を発生させる。

破線で示されるネガコン圧管路４１Ｌ、４１Ｒは、ネガティブコントロール絞り１８Ｌ、１８Ｒの上流で発生させたネガコン圧をレギュレータ１３Ｌ、１３Ｒに伝達するための制御圧ラインである。

レギュレータ１３Ｌ、１３Ｒは、ネガコン圧に応じてメインポンプ１４Ｌ、１４Ｒの斜板傾転角を調節することによって、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒの吐出量を制御する。また、レギュレータ１３Ｌ、１３Ｒは、導入されるネガコン圧が大きいほどメインポンプ１４Ｌ、１４Ｒの吐出量を減少させ、導入されるネガコン圧が小さいほどメインポンプ１４Ｌ、１４Ｒの吐出量を増大させる。

具体的には、図３で示されるように、ショベルにおける油圧アクチュエータが何れも操作されていない場合（以下、「待機モード」とする。）、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒが吐出する作動油は、センターバイパス管路４０Ｌ、４０Ｒを通ってネガティブコントロール絞り１８Ｌ、１８Ｒに至る。そして、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒが吐出する作動油の流れは、ネガティブコントロール絞り１８Ｌ、１８Ｒの上流で発生するネガコン圧を増大させる。その結果、レギュレータ１３Ｌ、１３Ｒは、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒの吐出量を許容最小吐出量まで減少させ、吐出した作動油がセンターバイパス管路４０Ｌ、４０Ｒを通過する際の圧力損失（ポンピングロス）を抑制する。

一方、何れかの油圧アクチュエータが操作された場合、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒが吐出する作動油は、操作対象の油圧アクチュエータに対応する制御弁を介して、操作対象の油圧アクチュエータに流れ込む。そして、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒが吐出する作動油の流れは、ネガティブコントロール絞り１８Ｌ、１８Ｒに至る量を減少或いは消失させ、ネガティブコントロール絞り１８Ｌ、１８Ｒの上流で発生するネガコン圧を低下させる。その結果、低下したネガコン圧を受けるレギュレータ１３Ｌ、１３Ｒは、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒの吐出量を増大させ、操作対象の油圧アクチュエータに十分な作動油を循環させ、操作対象の油圧アクチュエータの駆動を確かなものとする。

上述のような構成により、図３の油圧システムは、待機モードにおいては、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒにおける無駄なエネルギー消費を抑制できる。なお、無駄なエネルギー消費は、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒが吐出する作動油がセンターバイパス管路４０Ｌ、４０Ｒで発生させるポンピングロスを含む。

また、図３の油圧システムは、油圧アクチュエータを作動させる場合には、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒから必要十分な作動油を作動対象の油圧アクチュエータに確実に供給できるようにする。

次に、図２から図４を参照し、図１のショベルのコントローラ３０の構成について説明する。図４は、コントローラ３０の動作の流れを示すブロック線図である。

図２及び図３に示されるように、コントローラ３０は、動作判定部３０１と、バイパス回路制御部３０２と、ポンプ流量制御部３０３と、を有する。

動作判定部３０１は、ショベルが旋回減速の動作を行っているか否かを判定する。本実施形態では、動作判定部３０１は、旋回操作レバー２６Ａの操作量に基づいて、ショベルが旋回減速の動作を行っているか否かを判定する。旋回操作レバー２６Ａの操作量は、操作圧センサ２９Ａが検出する値によって判断される。具体的には、動作判定部３０１は、旋回操作レバー２６Ａが中立位置に戻す方向に操作された場合、ショベルが旋回減速の動作を行っていると判定する。また、動作判定部３０１は、旋回用油圧モータ２Ａの吐出側の圧力と吸込側の圧力とに基づいて、ショベルが旋回減速の動作を行っているか否かを判定してもよい。具体的には、動作判定部３０１は、旋回用油圧モータ２Ａの吐出側の圧力が吸込側の圧力よりも大きい場合、ショベルが旋回減速の動作を行っていると判定する。

また、動作判定部３０１は、ショベルの動作が複合動作であるか否かを判定する。本実施形態では、動作判定部３０１は、操作装置２６の操作状態に基づいて、ショベルの動作が複合動作であるか否かを判定する。操作装置２６の操作状態は、操作圧センサ２９が検出する値によって判断される。具体的には、動作判定部３０１は、複数の操作装置２６が同時に操作されている場合、ショベルの動作が複合動作であると判定する。

バイパス回路制御部３０２は、バイパス弁６４及び戻り弁７０の開閉を制御する。本実施形態では、バイパス回路制御部３０２は、旋回用油圧モータ２Ａの減速圧力及びメインポンプ１４Ｌの吐出圧と吐出流量に基づいて、バイパス弁６４及び戻り弁７０の開閉を制御する。吐出流量の算出については後述する。具体的には、旋回用油圧モータ２Ａの減速圧力がメインポンプ１４Ｌの吐出圧より高く、メインポンプ１４Ｌの吐出流量が低減可能な場合、戻り弁７０を遮断し、バイパス弁６４を開口する。一方、バイパス回路制御部３０２は、旋回用油圧モータ２Ａの減速圧力がメインポンプ１４Ｌの吐出圧以下であり、メインポンプ１４Ｌの吐出流量が低減不可の場合、戻り弁７０を開口し、且つ、バイパス弁６４を遮断する。ここで、メインポンプ１４Ｌの吐出流量が低減不可の場合は、例えば、メインポンプ１４Ｌの吐出流量がスタンバイ流量の場合である。また、メインポンプ１４Ｌの吐出流量を用いずに、メインポンプ１４Ｌの吐出指令値（電流値）を用いて低減の可否を判断してもよい。

ポンプ流量制御部３０３は、メインポンプ１４Ｌの吐出量を制御する。本実施形態では、ポンプ流量制御部３０３は、図４に示されるように、メインポンプ１４Ｌの流量Ｑ_ｐから所定の計算式に基づいて算出される流量Ｑを減算して得られる流量となるようにレギュレータ１３Ｌに対して制御指令を出力する。所定の計算式は、バイパス弁６４の開口面積Ａ、メインポンプ１４Ｌの吐出圧Ｐ_ｓ、及び旋回用油圧モータ２Ａの減速圧力Ｐ_ｓｗｏを入力として流量Ｑを出力する計算式である。これにより、レギュレータ１３Ｌは、ポンプ流量制御部３０３の制御指令に応じてメインポンプ１４Ｌの斜板傾転角を調節することによってメインポンプ１４Ｌの吐出量を制御する。具体的には、ポンプ流量制御部３０３は、旋回用油圧モータ２Ａの減速圧力が大きいほど、メインポンプ１４Ｌの吐出量が小さくなるようにレギュレータ１３Ｌに対して制御指令を出力する。

次に、図５を参照して、コントローラ３０がバイパス弁６４及び戻り弁７０の開閉を制御して旋回減速時のエネルギーを回生する処理（以下「旋回回生処理」と称する。）について説明する。図５は、旋回回生処理の一例のフローチャートである。コントローラ３０は、ショベルの稼働中に所定の制御周期で繰り返しこの処理を実行する。

最初に、動作判定部３０１は、ショベルが旋回減速の動作を行っているか否かを判定する（ステップＳＴ１）。本実施形態では、動作判定部３０１は、旋回操作レバー２６Ａが中立位置に戻す方向に操作された場合、ショベルが旋回減速の動作を行っていると判定する。

ショベルが旋回減速の動作を行っていないと動作判定部３０１が判定した場合（ステップＳＴ１のＮｏ）、処理を終了する。一方、ショベルが旋回減速の動作を行っていると動作判定部３０１が判定した場合（ステップＳＴ１のＹｅｓ）、動作判定部３０１は、ショベルの動作が複合動作であるか否かを判定する（ステップＳＴ２）。本実施形態では、動作判定部３０１は、複数の操作装置２６が同時に操作されている場合、ショベルの動作が複合動作であると判定する。なお、ステップＳＴ２の後にステップＳＴ１を行ってもよく、ステップＳＴ１及びステップＳＴ２を同時に行ってもよい。

ショベルの動作が複合動作でないと動作判定部３０１が判定した場合（ステップＳＴ２のＮｏ）、処理を終了する。ショベルの動作が複合動作であると動作判定部３０１が判定した場合（ステップＳＴ２のＹｅｓ）、バイパス回路制御部３０２は、旋回用油圧モータ２Ａの減速圧力がメインポンプ１４Ｌの吐出圧より高いか否かを判定する（ステップＳＴ３）。

旋回用油圧モータ２Ａの減速圧力がメインポンプ１４Ｌの吐出圧より低い場合（ステップＳＴ３のＮｏ）、処理を終了する。一方、旋回用油圧モータ２Ａの減速圧力がメインポンプ１４Ｌの吐出圧より高い場合（ステップＳＴ３のＹｅｓ）、バイパス回路制御部３０２は、メインポンプ１４Ｌの吐出流量が低減可能か否かを判定する（ステップＳＴ４）。

メインポンプ１４Ｌの吐出流量が低減不可である場合（ステップＳＴ４のＮｏ）、処理を終了する。一方、メインポンプ１４Ｌの吐出流量が低減可能である場合（ステップＳＴ４のＹｅｓ）、バイパス回路制御部３０２は、戻り弁７０を閉口する（ステップＳＴ５）。続いて、バイパス回路制御部３０２は、バイパス弁６４を開口する（ステップＳＴ６）。なお、ステップＳＴ６の後にステップＳＴ５を行ってもよく、ステップＳＴ５及びステップＳＴ６を同時に行ってもよい。

続いて、ポンプ流量制御部３０３は、メインポンプ１４Ｌの吐出量を制御する（ステップＳＴ７）。本実施形態では、ポンプ流量制御部３０３は、メインポンプ１４Ｌの吐出量から所定の計算式に基づいて算出される流量を減算して得られる流量となるようにレギュレータ１３Ｌに対して制御指令を出力する。これにより、レギュレータ１３Ｌは、ポンプ流量制御部３０３の制御指令に応じてメインポンプ１４Ｌの斜板傾転角を調節することによってメインポンプ１４Ｌの吐出量を制御する。ステップＳＴ７の後、処理を終了する。

この構成により、ハーフレバー状態での旋回減速の際、作動油が制御弁１７３を通過して作動油タンクに流れることが防止され、作動油はバイパス回路６０を通過してパラレル管路４２Ｌに流れる。そのため、制御弁１７３で生じる不必要なエネルギー損失を低減できる。また、バイパス回路６０を通過してパラレル管路４２Ｌに流入する作動油に応じてメインポンプ１４Ｌの吐出量を低減できるので、省エネルギー化を図ることができる。

次に、図６、図７Ａ及び図７Ｂを参照して、図１のショベルに搭載される油圧システムの第２構成例について説明する。図６は、図１のショベルに搭載される油圧システムの第２構成例を示す概略図である。図６では、図２と同様に、機械的動力系、高圧油圧ライン、パイロットライン、及び電気制御系を、それぞれ二重線、太実線、破線、及び一点鎖線で示している。なお、図６の油圧システムは図３の油圧システムと同様に旋回油圧回路ＴＣを有しているが、図６においては旋回油圧回路ＴＣの図示を省略している。図７Ａ及び図７Ｂは、第２構成例におけるコントローラの動作の流れを示すブロック線図である。

図６に示されるように、第２構成例の油圧システムは、選択弁６２の出口６２Ｃがパラレル管路４２Ｌではなく、センターバイパス管路４０Ｌに連通可能に構成されている点で、第１構成例の油圧システムと異なる。なお、その他の点については、第１構成例の油圧システムと同様の構成である。

第２構成例の油圧システムでは、バイパス回路制御部３０２は、例えば図７Ａに示されるように、操作圧センサ２９Ａにより検出される値（パイロット圧）に基づいて、バイパス弁６４の開口面積を制御してもよい。また、バイパス回路制御部３０２は、例えば図７Ｂに示されるように、メインポンプ１４Ｌの吐出圧の目標値（目標ポンプ圧力）から吐出圧センサ２８Ｌにより検出される値（実ポンプ圧力）を減算して算出される差分を用いたＰＩ制御によってバイパス弁６４の開口面積を制御してもよい。

この構成により、ハーフレバー状態での旋回減速の際、作動油が制御弁１７３を通過して作動油タンクに流れることが防止され、作動油はバイパス回路６０を通過してセンターバイパス管路４０Ｌに流れる。そのため、制御弁１７３で生じる不必要なエネルギー損失を低減できる。また、バイパス回路６０を通過してセンターバイパス管路４０Ｌに流入する作動油に応じて、ネガコン圧が小さくなるので、メインポンプ１４Ｌの吐出量を低減できる。その結果、省エネルギー化を図ることができる。

次に、図８を参照して、図１のショベルに搭載される油圧システムの第３構成例について説明する。図８は、図１のショベルに搭載される油圧システムの第３構成例を示す概略図である。図８では、図２と同様、機械的動力系、高圧油圧ライン、パイロットライン、及び電気制御系を、それぞれ二重線、太実線、破線、及び一点鎖線で示している。なお、図８の油圧システムは図３の油圧システムと同様に旋回油圧回路ＴＣを有しているが、図８においては旋回油圧回路ＴＣの図示を省略している。

図８に示されるように、第３構成例の油圧システムは、選択弁６２の出口６２Ｃがパラレル管路４２Ｌ及びセンターバイパス管路４０Ｌに連通可能に構成されている点で、第１構成例の油圧システムと異なる。

この構成により、ハーフレバー状態での旋回減速の際、作動油が制御弁１７３を通過して作動油タンクに流れることが防止され、作動油はバイパス回路６０を通過してパラレル管路４２Ｌ及びセンターバイパス管路４０Ｌに流れる。そのため、制御弁１７３で生じる不必要なエネルギー損失を低減できる。また、バイパス回路６０を通過してパラレル管路４２Ｌ及びセンターバイパス管路４０Ｌに流入する作動油に応じて、メインポンプ１４Ｌの吐出量を低減できるので、省エネルギー化を図ることができる。

次に、図９を参照して、図１のショベルに搭載される油圧システムの第４構成例について説明する。図９は、図１のショベルに搭載される油圧システムの第４構成例を示す概略図である。図９では、図２と同様、機械的動力系、高圧油圧ライン、パイロットライン、及び電気制御系を、それぞれ二重線、太実線、破線、及び一点鎖線で示している。なお、図９の油圧システムは図３の油圧システムと同様に旋回油圧回路ＴＣを有しているが、図９においては旋回油圧回路ＴＣの図示を省略している。

図９に示されるように、第４構成例の油圧システムは、バイパス回路６０が選択弁６２を有しておらず、バイパス管路６６Ａと、バイパス管路６６Ｂと、を有する点で、第２構成例の油圧システムと異なる。バイパス管路６６Ａは、モータ管路５１Ａとセンターバイパス管路４０Ｌとをバイパス弁６４Ａを介して接続する。バイパス管路６６Ｂは、モータ管路５１Ｂとセンターバイパス管路４０Ｌとをバイパス弁６４Ｂを介して接続する。

第４構成例の油圧システムでは、ショベルの旋回減速時に、旋回用油圧モータ２Ａの減速圧力がセンターバイパス管路４０Ｌの圧力よりも大きい場合、バイパス回路制御部３０２は、旋回用油圧モータ２Ａの吐出側のモータ管路５１Ａ（５１Ｂ）とセンターバイパス管路４０Ｌとを接続するバイパス管路６６Ａ（６６Ｂ）に設けられたバイパス弁６４Ａ（６４Ｂ）を開口する。

この構成により、ハーフレバー状態での旋回減速の際、作動油が制御弁１７３を通過して作動油タンクに流れることが防止され、作動油がバイパス回路６０を通過してセンターバイパス管路４０Ｌに流れる。そのため、制御弁１７３で生じる不必要なエネルギー損失を低減できる。また、バイパス回路６０を通過してセンターバイパス管路４０Ｌに流入する作動油に応じて、ネガコン圧が小さくなるので、メインポンプ１４Ｌの吐出量を低減できる。その結果、省エネルギー化を図ることができる。

なお、第４構成例の油圧システムでは、バイパス管路６６Ａ、６６Ｂがセンターバイパス管路４０Ｌに連通可能に構成されているが、バイパス管路６６Ａ、６６Ｂは、センターバイパス管路４０Ｒに連通可能に構成されていてもよい。また、バイパス管路６６Ａ、６６Ｂは、パラレル管路４２Ｌ、４２Ｒに連通可能に構成されていてもよい。さらに、バイパス管路６６Ａ、６６Ｂは、センターバイパス管路４０Ｌ、４０Ｒ及びパラレル管路４２Ｌ、４２Ｒに連通可能に構成されていてもよい。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、上記内容は、発明の内容を限定するものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。

上記の各実施形態では、メインポンプ１４Ｌから油圧アクチュエータに向かう作動油の流れを制御する制御弁１７１、１７３、１７５Ａ、１７６Ａのそれぞれは、メインポンプ１４Ｌと作動油タンクとの間で直列に接続されている。しかしながら、制御弁１７１、１７３、１７５Ａ、１７６Ａのそれぞれは、メインポンプ１４Ｌと作動油タンクとの間で互いに並列に接続されていてもよい。

同様に、メインポンプ１４Ｒから油圧アクチュエータに向かう作動油の流れを制御する制御弁１７２、１７４、１７５Ｂ、１７６Ｂのそれぞれは、メインポンプ１４Ｒと作動油タンクとの間で互いに直列に接続されている。しかしながら、制御弁１７２、１７４、１７５Ｂ、１７６Ｂのそれぞれは、メインポンプ１４Ｒと作動油タンクとの間で並列に接続されていてもよい。

本国際出願は、２０１７年７月２７日に出願した日本国特許出願第２０１７－１４５７５０号に基づく優先権を主張するものであり、当該出願の全内容を本国際出願に援用する。

１ 下部走行体
１Ａ 左側走行用油圧モータ
１Ｂ 右側走行用油圧モータ
２ 旋回機構
２Ａ 旋回用油圧モータ
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
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
１３，１３Ｌ，１３Ｒ レギュレータ
１４，１４Ｌ，１４Ｒ メインポンプ
１５ パイロットポンプ
１７ コントロールバルブ
１８Ｌ，１８Ｒ ネガティブコントロール絞り
２６ 操作装置
２６Ａ 旋回操作レバー
２６Ｂ ブーム操作レバー
２８，２８Ｌ，２８Ｒ 吐出圧センサ
２９，２９Ａ，２９Ｂ 操作圧センサ
３０ コントローラ
３１，３１Ａ，３１Ｂ 圧力制御弁
４０Ｌ，４０Ｒ センターバイパス管路
４１Ｌ，４１Ｒ ネガコン圧管路
４２Ｌ，４２Ｒ パラレル管路
５１Ａ，５１Ｂ モータ管路
６０ バイパス回路
６２ 選択弁
６２Ａ 第１入口
６２Ｂ 第２入口
６２Ｃ 出口
６４，６４Ａ，６４Ｂ バイパス弁
６６Ａ，６６Ｂ バイパス管路
７０ 戻り弁
１７１～１７７，１７５Ａ～Ｂ，１７６Ａ～Ｂ，１７７Ａ～Ｂ 制御弁
３０１ 動作判定部
３０２ バイパス回路制御部
３０３ ポンプ流量制御部

Claims (12)

1. 旋回用油圧モータと、
   前記旋回用油圧モータに作動油を供給する油圧ポンプと、
   前記旋回用油圧モータと前記油圧ポンプとを接続する管路に設けられる旋回制御弁と、
   前記旋回用油圧モータと前記旋回制御弁とを接続する第１管路と、前記旋回制御弁の下流側に配置される他の油圧アクチュエータの制御弁の上流側の第２管路と、を連通可能なバイパス回路と、
   を備え、
   前記バイパス回路は、前記第１管路と前記第２管路との間に配置され、所定の条件に基づいて制御されるバイパス弁を有する、
   ショベル。
2. 前記所定の条件は、前記旋回制御弁を操作する操作装置の操作量を含む、
   請求項１に記載のショベル。
3. 前記バイパス弁は、前記旋回用油圧モータの減速圧力が前記第２管路の吐出圧より高い場合に開口される、
   請求項２に記載のショベル。
4. 前記バイパス弁は、複合動作の時に開口される、
   請求項２に記載のショベル。
5. 前記バイパス弁は、スプール弁又はリリーフ弁である、
   請求項２に記載のショベル。
6. 前記第１管路は、前記旋回制御弁と前記旋回用油圧モータの第１ポートとを接続する第１モータ管路と、前記旋回制御弁と前記旋回用油圧モータの第２ポートとを接続する第２モータ管路と、を含み、
   前記バイパス回路は、前記第２管路を前記第１モータ管路又は前記第２モータ管路のいずれかに連通される選択弁を有する、
   請求項２に記載のショベル。
7. 前記選択弁は、シャトル弁である、
   請求項６に記載のショベル。
8. 前記旋回制御弁の下流側に設けられ、作動油タンクに排出される作動油の流量を制御する戻り弁を有する、
   請求項１に記載のショベル。
9. 前記戻り弁は、前記旋回用油圧モータの減速圧力が前記油圧ポンプの吐出圧より高い場合に遮断される、
   請求項８に記載のショベル。
10. 前記戻り弁は、複合動作の時に遮断される、
    請求項８に記載のショベル。
11. 前記第２管路は、センターバイパス管路である、
    請求項１に記載のショベル。
12. 前記第２管路は、センターバイパス管路に並行して設けられるパラレル管路である、
    請求項１に記載のショベル。

Images