(57)【要約】  ブーム下げ操作時にブームシリンダ（３Ａ）の戻り油が流通する油路（５１）に接続され、発電機（２５）が接続された油圧モータ（２４）を有する回生回路（５３）と、油路（５１）に接続され、コントロールバルブ（５Ａ）を有する流量調整回路（５４）と、操作装置（４Ａ）の操作量ごとに定められた第１設定流量（Ｑ２）に基づいて回生回路（５３）の流量を制御するインバータ（２６）と、操作装置（４Ａ）の操作量ごとに定められた第２設定流量（Ｑ１）に基づいて流量調整回路（５４）の流量を制御するコントロールバルブ（５Ａ）及び比例弁（２７）を備える。これによりオペレータの操作フィーリングを良好に保持することができる。
2012105345.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作量に応じた操作信号を出力する操作装置（４Ａ）と、この操作装置から出力される操作信号に基づいて伸縮する油圧シリンダ（３ａ）と、エンジン（７）によって駆動され前記油圧シリンダに圧油を供給する油圧ポンプ（６）とを備える作業機械の動力回生装置において、
前記油圧シリンダのボトム側油圧室（５５）に接続され、当該油圧室からの戻り油のエネルギーを電気エネルギーに変換するための回生手段（２４，２５）を介して当該戻り油をタンクに導く回生回路（５３）と、
前記油圧室に接続され、当該油圧室からの戻り油を流量調整手段（５Ａ）を介してタンクに導く流量調整回路（５４）と、
前記操作装置の操作量を検出する検出手段（１９，２０）と、
前記操作装置の操作量ごとに定められた第１設定流量及び前記検出手段で検出される操作量に基づいて前記回生回路の流量を制御する第１流量制御手段（２６）と、
前記操作装置の操作量ごとに定められた第２設定流量及び前記検出手段で検出される操作量に基づいて前記流量調整回路の流量を制御する第２流量制御手段（５Ａ，２７）とを備えることを特徴とする作業機械の動力回生装置。
【請求項２】
請求項１に記載の作業機械の動力回生装置において、
前記第１設定流量と前記第２設定流量の合計値は、前記操作装置の操作量の増加とともに増加することを特徴とする作業機械の動力回生装置。
【請求項３】
請求項２に記載の作業機械の動力回生装置において、
前記第１設定流量は、前記操作装置の操作量が第１設定値未満のときはゼロに保持されており、当該第１設定値以上のときは前記操作装置の操作量の増加とともに増加するように定められており、
前記第２設定流量は、前記操作装置の操作量が前記第１設定値未満のときは前記操作装置の操作量の増加とともに増加するように定められており、前記第１設定値以上かつ第２設定値未満の場合は前記操作装置の操作量の増加とともに減少するように定められており、前記第２設定値以上のときはゼロに保持されていることを特徴とする作業機械の動力回生装置。
【請求項４】
請求項３に記載の作業機械の動力回生装置において、
前記第１設定値及び前記第２設定値の少なくとも一方を他の値に変更する設定値変更手段（２９）をさらに備えることを特徴とする作業機械の動力回生装置。
【請求項５】
請求項３に記載の作業機械の動力回生装置において、
前記第１設定値及び前記第２設定値の少なくとも一方を他の値に切り換える設定値切換手段（３０）をさらに備えることを特徴とする作業機械の動力回生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は建設機械等の作業機械のエネルギー回生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、油圧ショベルをはじめとする油圧作業機械に対して燃料消費率（燃費）の向上に関する要求が高まっている。【０００３】
例えば、特開２００３−３２９０１２号公報には、ブームシリンダ（油圧シリンダ）のボトム側油圧室に接続されブーム下げ時の戻り油が流通する油路（戻り油油路）に切替弁を設置し、油圧モータ及びこれに連結された発電機を備える回生回路を当該切替弁の下流側に接続した油圧ショベルが開示されている。当該油圧ショベルでは、モニタパネルで選択された作業モードに応じて当該切替弁の切替位置が切り換えられるようになっており、作業モードに応じて当該回生回路とボトム側油圧室との連通状態が選択的に切り換えられるようになっている（例えば、掘削作業ではボトム側油圧室と回生回路が連通され、微操作作業ではボトム側油圧室と回生回路は遮断される）。したがって、例えば、ブーム下げ時にボトム側油圧室と回生回路が連通する作業モードが選択されている場合には、ブームを下げるとボトム側油圧室から排出される戻り油によって当該油圧モータ及び当該発電機が駆動されて回生電流が発生する。しかし、この油圧ショベルでは、オペレータによって作業モードが切り換えられなければ回生されないため、作業モードの変更作業が繁雑で回生すべきときに回生されないおそれがあった。【０００４】
この点を鑑みた油圧ショベルとして、戻り油油路を２本以上の油路に分流する分岐部と、当該分岐部で分流された圧油の一部を発電機が接続された油圧モータを介してタンクに導く回生回路と、操作レバーの操作量に応じて通過流量が変更されるオリフィス（流量調整手段）を介して当該分岐部で分流された圧油の残りをタンクに導く流量調整回路を備えたものがある（特開２００７−１０７６１６号公報）。すなわち、この油圧ショベルでは、ブーム下げ時の操作レバーの操作量に応じて当該回生回路と当該流量調整回路に流出する戻り油の流量を制御することで、操作性の急変を招くことなく回生量と操作性の両立を図ろうとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３２９０１２号公報
【特許文献２】特開２００７−１０７６１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献２には、ブーム下げ操作時における操作レバーの操作量に応じて回生回路に流出させる戻り油の量を変化させる旨の記載があるものの、ブーム下げ操作時におけるレバー操作量に対してブームシリンダのボトム側油圧室からどの程度の量の戻り油を流出させるかという点については具体的に開示されていない。すなわち、上記のように回生回路を備える油圧ショベルを実用するに際して、レバー操作量に対するブーム下げ時のメータアウト流量（以下、ブーム下げメータアウト流量と称することがある）の関係を通常の油圧ショベル（回生回路を備えず動力源がエンジンのみである油圧ショベル）のものと同等に設定しなければ、ブーム下げ時の操作フィーリングにオペレータが違和感を覚える結果となってしまう。【０００７】
本発明の目的は、油圧アクチュエータからの戻り油による回生の有無に関わらず、オペレータの操作フィーリングを良好に保持することができる作業機械の動力回生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本発明は、上記目的を達成するために、操作量に応じた操作信号を出力する操作装置と、この操作装置から出力される操作信号に基づいて伸縮する油圧シリンダと、エンジンによって駆動され前記油圧シリンダに圧油を供給する油圧ポンプとを備える作業機械の動力回生装置において、前記油圧シリンダのボトム側油圧室に接続され、当該油圧室からの戻り油のエネルギーを電気エネルギーに変換するための回生手段を介して当該戻り油をタンクに導く回生回路と、前記油圧室に接続され、当該油圧室からの戻り油を流量調整手段を介してタンクに導く流量調整回路と、前記操作装置の操作量を検出する検出手段と、前記操作装置の操作量ごとに定められた第１設定流量及び前記検出手段で検出される操作量に基づいて前記回生回路の流量を制御する第１流量制御手段と、前記操作装置の操作量ごとに定められた第２設定流量及び前記検出手段で検出される操作量に基づいて前記流量調整回路の流量を制御する第２流量制御手段とを備えるものとする。【０００９】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記第１設定流量と前記第２設定流量の合計値は、前記操作装置の操作量の増加とともに増加するものとする。【００１０】
（３）上記（２）において、好ましくは、前記第１設定流量は、前記操作装置の操作量が第１設定値未満のときはゼロに保持されており、当該第１設定値以上のときは前記操作装置の操作量の増加とともに増加するように定められており、前記第２設定流量は、前記操作装置の操作量が前記第１設定値未満のときは前記操作装置の操作量の増加とともに増加するように定められており、前記第１設定値以上かつ第２設定値未満の場合は前記操作装置の操作量の増加とともに減少するように定められており、前記第２設定値以上のときはゼロに保持されているものとする。【００１１】
（４）上記（３）において、好ましくは、前記第１設定値及び前記第２設定値の少なくとも一方を他の値に変更する設定値変更手段をさらに備えるものとする。【００１２】
（５）上記（３）において、好ましくは、前記記憶手段には、さらに、前記第１設定値及び前記第２設定値の少なくとも一方を他の値に切り換える設定値切換手段とをさらに備えるものとする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、戻り油による回生の有無に関わらずオペレータの操作フィーリングを良好に保持できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態に係るハイブリッド式油圧ショベルの外観図。
【図２】本発明の実施の形態に係る油圧ショベルの駆動制御システムの概略図。
【図３】本発明の実施の形態に係る車体コントローラ１１の構成図。
【図４】本発明の実施の形態に係る記憶部１０５に記憶されたメータリング線図。
【図５】本発明の実施の形態において第１設定値Ｌ１及び第２設定値Ｌ２を新たな設定値Ｌ１’，Ｌ２’に変更したときのメータリング線図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態に係るハイブリッド式油圧ショベルの外観図である。この図に示す油圧ショベルは、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おり、ブームシリンダ（油圧シリンダ）３ａにより駆動される。
【００１６】
アーム１ｂは、ブーム１ａに回動可能に支持されており、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おり、バケットシリンダ（油圧シリンダ）３ｃにより駆動される。上部旋回体１ｄは旋回モータ（電動機）１６（図２参照）により旋回駆動され、下部走行体１ｅは左右の走行モータ（油圧モータ）３ｅ，３ｆ（図２参照）により駆動される。ブームシリンダ３ａ、アームシリンダ３ｂ、バケットシリンダ３ｃ及び旋回モータ１６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４Ａ，４Ｂ（図２参照）によって制御される。
【００１７】
図２は本発明の実施の形態に係る油圧ショベルの駆動制御システムの概略図である。なお、先の図と同じ部分には同じ符号を付して説明は省略する（後の図も同様とする）。この図に示す駆動制御システムは、動力回生装置７０と、操作装置４Ａ，４Ｂと、コントロールバルブ（スプール型方向切換弁）５Ａ，５Ｂ，５Ｃと、油圧信号を電気信号に変換する圧力センサ１７，１８と、インバータ１３と、チョッパ１４と、バッテリ１５と、インバータ１２を備えており、制御装置として車体コントローラ（ＭＣＵ）１１、バッテリコントローラ（ＢＣＵ）２２及びエンジンコントローラ（ＥＣＵ）２１を備えている。
【００１８】
図２において、動力回生装置７０は、油路５１と、分岐部５２と、回生回路５３と、流量調整回路５４と、圧力センサ２０と、車体コントローラ（ＭＣＵ）１１と、インバータ２６を備えている。
【００１９】
油路５１は、ブームシリンダ３ａの縮短時にタンク９に戻る油（戻り油）が流通する戻り油油路であり、ブームシリンダ３ａのボトム側油圧室５５に接続されている。油路５１には当該油路５１を複数の油路に分流する分岐部５２が設けられている。分岐部５２には、回生回路５３と、流量調整回路５４が接続されている。
【００２０】
回生回路５３は、チェックバルブ２８と、当該チェックバルブ２８の下流側に設置され発電機２５が接続された油圧モータ２４を備えており、当該油圧モータ２４を介してボトム側油圧室５５からの戻り油をタンク９に導いている。ブーム下げ時における戻り油を回生回路５３に導入して油圧モータ２４を回転させると発電機２５が回転して回生電力を発生させることができる。
【００２１】
チェックバルブ２８には、オペレータによってブーム下げ操作が行われたときに操作装置４Ａから出力される操作信号（油圧信号）が導かれている。チェックバルブ２８は、ブーム下げ操作時における操作装置４Ａの操作量が第１設定値Ｌ１（後述）に達したときに出力される操作信号（圧力Ｐ１の油圧信号（図４参照））によって開くように設定されており、これにより操作装置４Ａの操作量が第１設定値Ｌ１以上になったときに油圧モータ２４に戻り油が供給されるようになっている。
【００２２】
また、ブーム下げ操作時における油圧モータ２４及び発電機２５の回転数はインバータ２６によって制御されている。このように油圧モータ２４の回転数をインバータ２６で制御すると油圧モータ２４を通過する油の流量を調整できるので、ボトム側油圧室５５から回生回路５３に流れる戻り油の流量を調整することができる。すなわち、本実施の形態におけるインバータ２６は、回生回路５３の流量を制御する流量制御手段として機能している。
【００２３】
流量調整回路５４は、流量調整手段であるコントロールバルブ（スプール型方向切換弁）５Ａを介してボトム側油圧室５５からの戻り油をタンク９に導いている。コントロールバルブ５Ａにおける一方の受圧部（図２中の右側の受圧部）にはブーム下げ操作時に操作装置４Ａから比例弁２７を介して出力される操作信号（油圧信号）が入力されており、また、他方の受圧部（図２中の左側の受圧部）にはブーム上げ操作時に操作装置４Ａから出力される操作信号（油圧信号）が入力されている。コントロールバルブ５Ａのスプールは、これら２つの受圧部に入力される操作信号に応じて移動し、油圧ポンプ６からブームシリンダ３ａに供給される圧油の方向及び流量を切り換える。
【００２４】
比例弁２７は、ブーム下げ操作時における操作装置４Ａの操作量に応じた操作信号をコントロールバルブ５Ａの受圧部に出力するものであり、これによりボトム側油圧室５５からコントロールバルブ５Ａを通過する戻り油の流量（すなわち、流量調整回路５４を流れる戻り油の流量）を調整している。すなわち、本実施の形態における比例弁２７は、流量調整回路５４の流量を制御する流量制御手段として機能している。
【００２５】
本実施の形態における比例弁２７には、ブーム下げ操作時に操作装置４Ａから出力される油圧信号が入力されている。そして、本実施の形態の比例弁２７では、車体コントローラ１１における比例弁出力値演算部１０３（後述）から入力される出力値に応じて操作装置４Ａからの油圧信号の圧力を適宜調整し、その調整後の油圧信号をコントロールバルブ５Ａの受圧部に出力する構成をとっている。具体的には、ブーム下げ操作時における比例弁２７は、（１）操作装置４Ａの操作量が後述する第１設定値Ｌ１未満の場合には、図２に示す位置（全開位置）に保持されて操作装置４Ａからの油圧信号をそのまま出力する。また、（２）操作装置４Ａの操作量が第１設定値Ｌ１以上かつ第２設定値Ｌ２未満（第２設定値Ｌ２は第１設定値Ｌ１よりも大きい値）の場合は、コントロールバルブ５Ａを通過する戻り油の流量が操作装置４Ａの操作量に応じて後述のメータリング線図（図４参照）のように変化するよう（すなわち、パイロット圧が低減するように）に油圧信号を調整する。さらに、（３）操作装置４Ａの操作量が第２設定値Ｌ２以上の場合には、戻り油のコントロールバルブ５Ａの通過を遮断するために、操作装置４Ａからのコントロールバルブ５Ａへの油圧信号の入力を遮断する（すなわち、比例弁２７は全閉され、コントロールバルブ５Ａは図２の中立位置に保持される。）。
【００２６】
圧力センサ２０は、ブーム下げ操作時に操作装置４Ａからコントロールバルブ５Ａに出力される油圧信号の圧力（パイロット圧）を検出するためのもので、操作装置４Ａとコントロールバルブ５Ａの受圧部を接続するパイロット管路（油路）に取り付けられている。圧力センサ２０は車体コントローラ１１と接続されており、油圧信号の圧力の検出値を電気信号に変換して車体コントローラ１１に出力している。ところで、操作装置４Ａから出力される油圧信号の圧力は操作装置４Ａの操作量に比例しているため、圧力センサ２０で検出した油圧信号の圧力からブーム下げ操作時における操作装置４Ａの操作量を算出することができる。すなわち、本実施の形態における圧力センサ２０は操作装置４Ａの操作量を検出する手段（操作量検出手段）として機能している。なお、操作装置４Ａの操作量を検出する他の手段としては、操作装置４Ａにおける操作レバーの位置を検出するポジションセンサも利用することができる。
【００２７】
操作装置４Ａ，４Ｂは、エンジン７に接続されたパイロットポンプ４１から供給される作動油を２次圧に減圧してブームシリンダ３ａ、アームシリンダ３ｂ、バケットシリンダ３ｃ及び旋回モータ１６を制御するための油圧信号を発生する。
【００２８】
操作装置４Ａは、ブームシリンダ３ａの駆動を制御するコントロールバルブ５Ａの受圧部と、アームシリンダ３ｂの駆動を制御するコントロールバルブ５Ｂの受圧部にパイロット管路を介して接続されており、操作レバーの傾倒方向に応じて各コントロールバルブ５Ａ，５Ｂの受圧部に油圧信号を出力する。コントロールバルブ５Ａ，５Ｂは、操作装置４Ａ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６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、アームシリンダ３ｂの駆動を制御する。
【００２９】
操作装置４Ｂは、バケットシリンダ３ｃの駆動を制御するコントロールバルブ５Ｃの受圧部と２つのパイロット管路を介して接続されており、操作レバーの傾倒方向に応じてコントロールバルブ５Ｃの受圧部に油圧信号を出力する。コントロールバルブ５Ｃは、操作装置４Ｂ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６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バケットシリンダ３ｃの駆動を制御する。
【００３０】
また、操作装置４Ｂは、コントロールバルブ５Ｃの受圧部に接続する上記２つのパイロット管路に加え、他の２つのパイロット管路に接続されている。また、当該他の２つのパイロット管路のうち、上部旋回体１ｄが左旋回するように旋回モータ１６を駆動する油圧信号が通過するものには圧力センサ１７が取り付けられており、上部旋回体１ｄが右旋回するように旋回モータ１６を駆動する油圧信号（圧油）が通過するものには圧力センサ１８が取り付けられている。圧力センサ１７，１８は、操作装置４Ｂから出力される油圧信号の圧力を検出してその圧力に対応する電気信号に変換する信号変換手段として機能するもので、変換した電気信号を車体コントローラ１１に出力可能に構成されている。圧力センサ１７，１８から車体コントローラ１１に出力された電気信号は、インバータ１３を介して旋回モータ１６（電動アクチュエータ）の駆動を制御する操作信号として利用される。
【００３１】
コントロールバルブ５Ｅ，５Ｆの受圧部はパイロット管路を介して運転室内に設置された走行操作装置（図示せず）と接続されている。コントロールバルブ５Ｅ，５Ｆは、当該走行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６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走行モータ３ｅ，３ｆの駆動を制御する。
【００３２】
車体コントローラ（ＭＣＵ）１１は、ブームシリンダ３ａにおけるボトム側油圧室５５から回生回路５３に分流する戻り油の流量と、当該ボトム側油圧室５５から流量調整回路５４に分流する戻り油の流量とを算出し、当該算出した流量の戻り油が２つの回路５３，５４に流れるようにインバータ１３及びコントロールバルブ５Ａを制御する機能を有している。また、車体コントローラ１１は、インバータ１３及び比例弁２７と接続されており、これらに対して操作信号を出力している。さらに、車体コントローラ１１は圧力センサ２０と接続されており、圧力センサ２０の検出値を入力している。
【００３３】
また、車体コントローラ１１は、圧力センサ１７，１８から入力される電気信号に基づいてインバータ１３を介して旋回モータ１６の駆動を制御する役割を有する。具体的には、圧力センサ１７から電気信号が入力されたときにはその電気信号に対応した速度で上部旋回体１ｄを左旋回させ、圧力センサ１８から電気信号が入力されたときにはその電気信号に対応した速度で上部旋回体１ｄを右旋回させる。また、車体コントローラ１１は、上部旋回体１ｄの旋回制動時には旋回モータ１６から電気エネルギーを回収する動力回生制御も行う。さらに、その動力回生制御時に発生した回生電力や、動力変換機（発電電動機）１０によって発生された電力の余剰電力（例えば、油圧ポンプ６の負荷が軽い場合等）をバッテリ１５に充電する制御も行う。
【００３４】
次に、本実施の形態に係る車体コントローラ１１が備えるボトム側油圧室５５からの戻り油の流量調整機能について図を参照しつつ説明する。
【００３５】
図３は本発明の実施の形態に係る車体コントローラ１１の構成図である。この図に示す車体コントローラ１１は、ＲＯＭやＲＡＭ等で構成される記憶部（記憶手段）１０５と、第１流量演算部１０１及び第２流量演算部１００（流量演算手段）と、モータ指令値演算部１０２と、比例弁出力値演算部１０３を備えている。
【００３６】
記憶部１０５には、ブーム下げ操作時（ブームシリンダ３ａが縮短される場合）における操作装置４Ａの操作量に対するボトム側油圧室５５からのメータアウト流量の関係と、ブーム下げ操作時の戻り油を流す回路を選択する基準として操作装置４Ａの操作量の設定値（第１設定値Ｌ１及び第２設定値Ｌ２）が記憶されている。図４は本発明の実施の形態に係る記憶部１０５に記憶されたメータリング線図である。本実施の形態では、ブーム下げ操作時における操作装置４Ａの操作量とボトム側油圧室５５からのメータアウト流量との関係は、この図に示すようにメータリング線図の形式で記憶されている。
【００３７】
図４において、細い実線で示したメータリング線図は、操作装置４Ａの操作量と流量調整回路５４側を流れる戻り油の流量（流量調整回路流量Ｑ１）との関係を示したものであり、破線で示したメータリング線図は、操作装置４Ａの操作量と回生回路５３側を流れる戻り油の流量（回生回路流量Ｑ２）との関係を示したものである。また、太い実線で示したメータリング線図は、先の２つのメータリング線図を合成したものを示し、流量調整回路流量Ｑ１と回生回路流量Ｑ２の合計流量を示している。このメータリング線図は、ボトム側油圧室５５からの戻り油の全てを流量調整回路５４のみに流した場合に得られるメータリング線図（すなわち、回生回路５３を備えず動力源がエンジンのみである油圧ショベル（以下において「通常の油圧ショベル」と称することがある）におけるメータリング線図）と同じに設定されている。
【００３８】
これらのメータリング線図が示すように、操作装置４Ａの操作量が第１設定値Ｌ１未満の場合（以下において「微操作域」と称することがある）には、合計流量は流量調整回路流量Ｑ１と一致している。すなわち、このとき、ボトム側油圧室５５からの戻り油は全て流量調整回路５４に流されるようになっており、回生回路５３はチェックバルブ２８によって閉じられている。このように本実施の形態において微操作域で流量調整回路５４のみに戻り油を流す構成とした理由は、微操作域ではブームシリンダ３ａの微操作性（インチング性能）が重要視されるため、油圧モータ２４と比較して流量の制御性に優れたコントロールバルブ５Ａのみで流量制御することがインチング性能確保の観点から好ましいからである。
【００３９】
また、操作装置４Ａの操作量が第２設定値Ｌ２（第１設定値Ｌ１よりも大きな値）以上の場合（以下において「フル回生域」と称することがある）には、合計流量は回生回路流量Ｑ２と一致している。すなわち、このとき、ボトム側油圧室５５からの戻り油は全て回生回路５３に流されるようになっており、流量調整回路５４はコントロールバルブ５Ａによって閉じられている。このように本実施の形態においてフル回生域で回生回路５３のみに戻り油を流す構成とした理由は、操作装置４Ａの操作量が大きいフル回生域では大量の戻り油が発生するため、当該戻り油を利用して回生量を大きくすることが燃費性能を向上させる観点から好ましいからである。
【００４０】
一方、操作量が第１設定値Ｌ１以上かつ第２設定値Ｌ２未満の場合（以下において「中間域」と称することがある）には、回生回路５３と流量調整回路５４の双方に戻り油が流されている。具体的には、操作装置４Ａの操作量が第１設定値Ｌ１から第２設定値Ｌ２まで増加する間に、流量調整回路流量Ｑ１は第１設定値Ｌ１のときの合計流量ｑ１からゼロに向かって漸減しつつ、回生回路流量Ｑ２はゼロから第２設定値Ｌ２のときの合計流量ｑ２に向かって漸増するように設定されている。このように中間域で流量調整回路流量Ｑ１を漸減させつつ回生回路流量Ｑ２を漸増させると、微操作域からフル回生域へ滑らかに遷移させることができる。また、フル回生域から微操作域へも滑らかに遷移させることができる。なお、既述のように、このときの流量調整回路流量Ｑ１と回生回路流量Ｑ２の合計流量は、通常の油圧ショベルのものと同じになるように設定されている。
【００４１】
図３に戻り、第１流量演算部１０１は、記憶部１０５に記憶されたメータリング線図とブーム下げ操作時における操作装置４Ａの操作量に基づいて流量調整回路５４側に流れる戻り油の流量Ｑ１を演算する部分であり、第２流量演算部１００は、記憶部１０５に記憶されたメータリング線図とブーム下げ操作時における操作装置４Ａの操作量に基づいて回生回路５３側を流れる戻り油の流量Ｑ２を演算する部分である。
【００４２】
第１流量演算部１０１及び第２流量演算部１００には圧力センサ２０の検出値が入力されており、第１流量演算部１０１及び第２流量演算部１００は当該検出値に基づいて操作装置４Ａの操作量を算出する。ここでは、操作装置４Ａの操作量が第１設定値Ｌ１に達するときの油圧信号の圧力をＰ１とするとともに、当該操作量が第２設定値Ｌ２に達するときの油圧信号の圧力をＰ２とする（図４には操作量の設定値Ｌ１，Ｌ２と圧力の設定値Ｐ１，Ｐ２を併記している）。圧力センサ２０の検出値に基づいて操作装置４Ａの操作量を算出すると、当該算出した操作量に対応する流量Ｑ１，Ｑ２を記憶部１０５のメータリング線図に基づいて算出し、各回路５３，５４の目標流量として設定する。第１流量演算部１０１は算出した流量調整回路流量Ｑ１を比例弁出力値演算部１０３に出力し、第２流量演算部１００は算出した回生回路流量Ｑ２をモータ指令値演算部１０２に出力する。
【００４３】
モータ指令値演算部１０２は、第２流量演算部１００で演算された回生回路流量Ｑ２を回生回路５３の油圧モータ２４で吸い込むために必要な油圧モータ２４の回転数を演算し、油圧モータ２４を当該演算した回転数で回転させるための回転数指令値をインバータ２６に出力する部分である。モータ指令値演算部１０２で演算された回転数指令値を入力したインバータ２６は当該回転数指令値に基づいて油圧モータ２４及び発電機２５を回転させ、これにより回生回路５３には第２流量演算部１００で演算された流量の戻り油が流れる。
【００４４】
比例弁出力値演算部１０３は、第１流量演算部１０１で演算された流量調整回路流量Ｑ１を流量調整回路５４のコントロールバルブ５Ａに通過させるために必要な比例弁２７の出力値（すなわち、比例弁２７からコントロールバルブ５Ａの受圧部に出力される油圧信号の圧力（パイロット圧））を演算し、当該演算した出力値を比例弁２７から出力させるための指令値を比例弁２７に出力する部分である。比例弁出力値演算部１０３で演算された出力値を入力した比例弁２７は当該出力値に基づいて操作信号をコントロールバルブ５Ａに出力し、これにより流量調整回路５４には第１流量演算部１０１で演算された流量の戻り油が流れる。
【００４５】
図２に戻り、エンジンコントローラ（ＥＣＵ）２１は、オペレータによってエンジン７の目標回転数が入力されるエンジン回転数入力装置（例えば、エンジンコントロールダイヤル（図示せず））等からの指令に従って、エンジン７が当該目標回転数で回転するように燃料噴射量とエンジン回転数を制御する部分である。
【００４６】
エンジン（原動機）７の出力軸には動力変換機（発電電動機）１０が連結されており、動力変換機１０の出力軸には油圧ポンプ６とパイロットポンプ４１が接続されている。
【００４７】
動力変換機１０は、エンジン７の駆動力及びバッテリ１５に蓄えられた電気エネルギーのいずれか一方又は双方によって油圧アクチュエータ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｅ，３ｆを駆動している。動力変換機１０は、インバータ１２を介してインバータ１３及びチョッパ１４と接続されており、エンジン７の動力を電気エネルギーに変換してインバータ１２，１３に出力する発電機として機能し、さらに、バッテリ１５に蓄えられた電気エネルギーの一部を利用して油圧ポンプ６をアシスト駆動する電動機として機能する。
【００４８】
油圧ポンプ６は、油圧アクチュエータ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｅ，３ｆに圧油を供給するメインのポンプであり、パイロットポンプ４１は、操作装置４Ａ，４Ｂ及び走行操作装置を介してコントロールバルブ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ，５Ｅ，５Ｆに操作信号として出力される圧油を供給する。なお、油圧ポンプ６に接続される油圧管路にはリリーフ弁８が設置されており、リリーフ弁８はその管路内の圧力が過度に上昇した場合にタンク９に圧油を逃がす。
【００４９】
インバータ１２は、動力変換機１０の回転速度を制御するもので、バッテリ１５からの電気エネルギーにより、動力変換機１０に電力を供給して油圧ポンプ６をアシスト駆動する。インバータ１３は、旋回モータ１６の回転速度を制御するもので、動力変換機１０から出力される電力またはバッテリ１５の電気エネルギーを旋回モータ１６に供給する。
【００５０】
バッテリ１５は、チョッパ１４を介して電圧を調整し、インバータ１２，１３に電力を供給したり、動力変換機１０が発生した電気エネルギーや旋回モータ１６からの電気エネルギーを蓄えたりする部分である。
【００５１】
上記のように構成される動力回生装置において、まず、ブーム下げ操作時における操作装置４Ａの操作量が第１設定値Ｌ１未満の場合には、圧力センサ２０の検出圧力がＰ１未満となるので、ボトム側油圧室５５からのメータアウト流量は図４の微操作域で制御されることとなる。これにより、まず、車体コントローラ１１における第２流量演算部１００は、図４のメータリング線図に基づいて回生回路流量Ｑ２としてゼロをモータ指令値演算部１０２に出力する。また、第１流量演算部１０１は、圧力センサ２０の検出値から操作装置４Ａの操作量を演算し、当該演算した操作量と図４のメータリング線図に基づいて流量調整回路流量Ｑ１を演算する。そして、当該演算した流量調整回路流量Ｑ１を比例弁出力値演算部１０３に出力する。
【００５２】
モータ指令値演算部１０２は、第２流量演算部１００の演算結果に基づいて生成した回転数指令値をインバータ２６に出力し、インバータ２６は当該回転数指令値に基づいて油圧モータ２４及び発電機２５を停止させた状態で保持する。なお、このとき操作装置４Ａからチェックバルブ２８に出力される油圧信号の圧力はＰ１未満であるので、チェックバルブ２８は閉じたまま保持されている。そのため、モータ指令値演算部１０２からインバータ２６への回転数指令値に関わらず、ボトム側油圧室５５からの戻り油が回生回路５３（油圧モータ２４）に流れることはない。
【００５３】
一方、比例弁出力値演算部１０３は、第１流量演算部１０１の演算結果に基づいて、比例弁２７を全開に保持する指令値を比例弁２７に出力する。これにより、操作装置４Ａから出力された油圧信号がそのままコントロールバルブ５Ａの受圧部に作用し、コントロールバルブ５Ａのスプールが移動する。これにより、通常の油圧ショベルと同様に、流量調整回路５４には、操作装置４Ａの操作量に応じた流量の戻り油が流れる。
【００５４】
次に、ブーム下げ操作時における操作装置４Ａの操作量が第１設定値Ｌ１以上かつ第２設定値Ｌ２未満の場合には、圧力センサ２０の検出圧力がＰ１以上かつＰ２未満となるので、ボトム側油圧室５５からのメータアウト流量は図４の中間域で制御されることとなる。これにより、車体コントローラ１１における第１流量演算部１０１及び第２流量演算部１００は、圧力センサ２０の検出値から操作装置４Ａの操作量を演算し、当該演算した操作量と図４のメータリング線図に基づいて回生回路流量Ｑ２及び流量調整回路流量Ｑ１を演算する。そして、第１流量演算部１０１は、当該演算した流量調整回路流量Ｑ１を比例弁出力値演算部１０３に出力し、第２流量演算部１００は、当該演算した回生回路流量Ｑ２をモータ指令値演算部１０２に出力する。
【００５５】
モータ指令値演算部１０２は、第２流量演算部１００の演算結果に基づいて生成した回転数指令値をインバータ２６に出力し、インバータ２６は当該回転指令値に基づいて油圧モータ２４及び発電機２５の回転数を制御する。また、このとき操作装置４Ａからチェックバルブ２８に出力される油圧信号の圧力はＰ１以上となっているので、チェックバルブ２８は開いた状態で保持されており、ボトム側油圧室５５と回生回路５３は連通した状態となっている。これにより、ボトム側油圧室５５から回生回路流量Ｑ２に保持された戻り油が回生回路５３に流れ込み、モータ指令値演算部１０２で演算した回転数で油圧モータ２４が回転して回生電力が発生する。
【００５６】
一方、比例弁出力値演算部１０３は、第１流量演算部１０１の演算結果に基づいて生成した指令値を比例弁２７に出力し、比例弁２７は比例弁出力値演算部１０３で演算された出力値（圧力）まで低減した油圧信号をコントロールバルブ５Ａの受圧部に出力する。これによりコントロールバルブ５Ａのスプールが適宜移動して、流量調整回路流量Ｑ１に保持された戻り油が流量調整回路５４に流れる。
【００５７】
さらに、ブーム下げ操作時における操作装置４Ａの操作量が第２設定値Ｌ２以上の場合には、圧力センサ２０の検出圧力がＰ２以上となるので、ボトム側油圧室５５からのメータアウト流量は図４のフル回生域で制御されることとなる。これにより、車体コントローラ１１における第２流量演算部１００は、圧力センサ２０の検出値から操作装置４Ａの操作量を演算し、当該演算した操作量と図４のメータリング線図に基づいて回生回路流量Ｑ２を演算する。そして、当該演算した回生回路流量Ｑ２をモータ指令値演算部１０２に出力する。また、第１流量演算部１０１は、図４のメータリング線図に基づいて流量調整回路流量Ｑ１としてゼロを比例弁出力値演算部１０３に出力する。
【００５８】
モータ指令値演算部１０２は、第２流量演算部１００の演算結果に基づいて生成した回転数指令値をインバータ２６に出力し、インバータ２６は当該回転指令値に基づいて油圧モータ２４及び発電機２５の回転数を制御する。また、このときも操作装置４Ａからチェックバルブ２８に出力される油圧信号の圧力はＰ１以上となっているので、ボトム側油圧室５５と回生回路５３は連通した状態となっている。これにより、ボトム側油圧室５５からの戻り油の全量が回生回路５３に流れ込み、モータ指令値演算部１０２で演算した回転数で油圧モータ２４が回転して回生電力が発生する。
【００５９】
一方、比例弁出力値演算部１０３は、第１流量演算部１０１の演算結果に基づいて、比例弁２７を全閉に保持する指令値を比例弁２７に出力する。これにより、操作装置４Ａから出力された油圧信号は遮断され、コントロールバルブ５Ａのスプールは中立位置に保持される。これにより、ボトム側油圧室５５からの戻り油がコントロールバルブ５Ａを通過することはない。
【００６０】
上記のように構成した本実施の形態に係る動力回生装置によれば、ブーム下げ操作時においてボトム側油圧室５５から排出される戻り油の合計流量（メータアウト流量）は、常に図４に示したメータリング線図に基づいて制御されることになるので、オペレータの操作フィーリングを良好に保持することができる。その際、戻り油の流量制御に用いるメータリング線図を本実施の形態のように通常の油圧ショベルのものと同じものにすれば、戻り油による回生の有無に関わらずオペレータの操作フィーリングを良好に保持できる。
【００６１】
さらに、本実施の形態では、通常の油圧ショベルと同じメータリング線図を利用することに加え、戻り油を流す回路と各回路の戻り油の流量を操作装置４Ａの操作量の大きさに応じて変更している。このように回路と流量を適宜変更すると、（１）主に流量調整回路５４に戻りを流すことで達成される微操作性の向上と、（２）主に回生回路５３に戻り油を流すことで達成される燃費向上とのバランスを任意かつ容易に設定することができる。
【００６２】
この点に関し、上記の実施の形態では、微操作域では流量調整回路５４のみに戻り油を流し、フル回生域では回生回路５３のみに戻り油を流している。このように操作装置４Ａの操作量に応じて戻り油を流す回路を適宜変更すると、微操作性が重視される微操作域ではインチング性能が確保でき、さらに、戻り油の流量が多く回生量の増大が期待されるフル回生域では燃費性能を向上させることができる。さらに、本実施の形態では、微操作域とフル回生域の間に位置する中間域において、操作装置４Ａの操作量の増加に合わせて流量調整回路流量Ｑ１を漸減しつつ、その一方で回生回路流量Ｑ２を漸増させている。このように中間域での戻り油の流量を制御すると、微操作性を重視する微操作域と燃費性能を重視するフル回生域との遷移をスムーズにすることができる。
【００６３】
上記の実施の形態では、ブーム下げ操作時の戻り油を流す回路を選択する基準となる操作装置４Ａの操作量（第１設定値Ｌ１及び第２設定値Ｌ２）を固定して利用していたが、この操作量（第１設定値Ｌ１及び第２設定値Ｌ２）はオペレータによって変更可能にしても良い。
【００６４】
図５は本発明の実施の形態において第１設定値Ｌ１及び第２設定値Ｌ２を新たな設定値Ｌ１’，Ｌ２’に変更したときのメータリング線図である。この図に示すように、新たな設定値Ｌ１’，Ｌ２’は、第１設定値Ｌ１及び第２設定値Ｌ２に偏差ΔＬ１，ΔＬ２を加算したものに相当し、当該偏差ΔＬ１，ΔＬ２加算後のメータリング線図は図４に示したものと比較して微操作域が拡大しフル回生域が縮小したものとなっている。
【００６５】
本実施の形態における偏差ΔＬ１，ΔＬ２の量の調整は、車体コントローラ１１に接続された設定値変更装置（設定値変更手段）２９（図２参照）によって行う。本実施の形態における設定値変更装置２９は、図２に示したようにダイヤル式であり、ダイヤルの回転量に応じて第１設定値及び第２設定値に偏差（ΔＬ１及びΔＬ２）が加えられる。これにより微操作域が終了する操作量及びフル回生域が開始する操作量をオペレータが所望する値に適宜変更することができる。設定値の具体的な変更方法としては、例えば、基準位置からダイヤルを右方向に回転させた場合には当該回転量に比例した偏差を第１設定値Ｌ１及び第２設定値Ｌ２に加算したものを新たな設定値とし、他方、当該基準位置からダイヤルを左方向に回転させた場合には当該回転量に比例した偏差を第１設定値Ｌ１及び第２設定値Ｌ２から減算したものを新たな設定値とするものがある。
【００６６】
このように第１設定値Ｌ１及び第２設定値Ｌ２を変更可能にすると、オペレータの嗜好や作業内容に応じて微操作域が終了する操作量とフル回生域が開始する操作量を容易に変更することができるので、オペレータが所望する微操作性とエネルギー回生のバランスをとることができる。
【００６７】
なお、ここでは、第１設定値Ｌ１及び第２設定値Ｌ２の双方を一度のダイヤル操作で変更する設定値変更装置２９について説明したが、第１設定値Ｌ１及び第２設定値Ｌ２の少なくとも一方を他の値に変更可能な他の設置値変更装置を利用しても良いし、第１設定値Ｌ１及び第２設定値Ｌ２を個別に変更可能なものを利用しても良い。
【００６８】
また、上記では、設定値変更装置２９の回転量を調整して第１設定値Ｌ１及び第２設定値Ｌ２を適宜変更することで微操作域とフル回生域を変更する場合について説明したが、オペレータの指示に基づいて各設定値Ｌ１，Ｌ２を他の設定値（Ｌ１’，Ｌ２’）に切り換えることで微操作域とフル回生域を変更可能に構成しても良い。この場合の動力回生装置の具体的構成例としては、第１設定値Ｌ１、第１設定値Ｌ１に代替する第１代替設定値Ｌ１’、第２設定値Ｌ２、及び第２設定値Ｌ２に代替する第２代替設定値Ｌ２’を車体コントローラ１１の記憶部１０５に記憶しておき、操作装置４Ａの操作レバーに取り付けられ車体コントローラ１１に接続した設定値切換装置３０（図２参照）の切り換え位置（ＯＮ／ＯＦＦ）に応じて、戻り油の流量Ｑ１，Ｑ２を演算する際に用いる設定値を設定値Ｌ１，Ｌ２と代替設定値Ｌ１’，Ｌ２’との間で切り換え可能に構成したものがある。
【００６９】
このように動力回生装置を構成すると、例えば、主たる作業では設定値Ｌ１，Ｌ２を利用して作業し、当該主たる作業の間に一時的に行われる特定の作業では代替設定値Ｌ１’，Ｌ２’を利用して作業することとし、当該主たる作業と当該特定作業を連続して行う場合には設定値切換装置３０の切替位置を切り換えるだけで各作業に適した微操作域及びフル回生域に変更することができるので、作業効率を向上させることができる。
【００７０】
なお、ここでは、２つの設定値Ｌ１，Ｌ２を代替設定値Ｌ１’，Ｌ２’にそれぞれ切り換える場合について説明したが、２つの設定値Ｌ１，Ｌ２の一方だけを代替設定値に切り換えても良い。さらに、通常は図４に示すメータリング線図に基づいて制御し、設定値切換装置３０を動作させた場合には、操作装置４Ａの操作量の全域に渡って回生回路５３に戻り油を流さずに流量調整回路５４のみに戻り油を流す制御に一時的に切り換えるように構成しても良い。
【００７１】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、各種の変更が可能である。例えば、上記の各実施の形態では、エンジン７に動力変換機１０を連結させ、当該動力変換機１０が、エンジン７の動力を電気エネルギーに変換してインバータ１２，１３等に電気エネルギーを出力する発電機としての機能と、その電気エネルギーの一部を利用して油圧ポンプ６をアシスト駆動する電動機としての機能とを発揮する構成としているが、この動力変換機１０を省略してエンジン７に油圧ポンプ６を直結しても良い。同様に、上部旋回体１ｄの駆動源として電動機１６を備えることとしたが、これに代えて油圧モータを用いても良い。
【符号の説明】
【００７２】
１ａ    ブーム
３ａ    ブームシリンダ
４Ａ    操作装置
５Ａ    コントロールバルブ
６      油圧ポンプ
７      エンジン
９      タンク
１１      車体コントローラ
１５      バッテリ
２０      圧力センサ
２４      油圧モータ
２５      発電機
２７      比例弁
２８      チェックバルブ
５１      油路
５２      分岐部
５３      回生回路
５４      流量調整回路
５５      ボトム側油圧室
７０      動力回生装置
１０１      第１流量演算部
１００      第２流量演算部
１０２      モータ指令値演算部
１０３      比例弁出力値演算部
１０５      記憶部
Ｌ１      第１設定値
Ｌ２      第２設定値
Ｌ１’      第１代替設定値
Ｌ２’      第２代替設定値
Ｑ１      流量調整回路流量
Ｑ２      回生回路流量
【図１】
2012105345.tif 000003
【図２】
2012105345.tif 000004
【図３】
2012105345.tif 000005
【図４】
2012105345.tif 000006
【図５】
2012105345.tif 000007
【国際調査報告】
2012105345.tif 000008
2012105345.tif 000009