(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、前記エンジンによって駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプからの圧油を複数の油圧シリンダに切換え供給する複数のコントロールバルブと、前記複数のコントロールバルブを制御する複数の操作装置とを備える作業機械のエネルギ回生装置において、
前記複数の油圧シリンダの内の回生対象となる油圧シリンダのボトム側油圧室に接続され当該油圧シリンダの縮短時にタンクに戻る戻り油が流通する油路と、
前記油路に設けられ当該油路を複数の油路に分流する分岐部と、
前記分岐部に接続され、発電機が接続された油圧モータを介して戻り油をタンクに導く回生回路と、
前記分岐部に接続され、流量調整手段を介して戻り油をタンクに導く流量調整回路と、
前記複数の操作装置の内の回生対象となる操作装置の操作量を検出する第１検出手段と、
前記複数の操作装置の操作量をそれぞれ検出する第２検出手段と、
前記回生対象となる油圧シリンダが縮短される場合における前記操作装置の操作量に対する前記油圧シリンダからのメータアウト流量の複数の関係が記憶された記憶手段と、
前記第２検出手段が検出した前記複数の操作装置の操作量を取り込み、前記作業機械の作業種別を判別して判別信号を出力する作業種別判別手段と、
前記記憶手段からの出力と作業種別判別手段からの判別信号とを入力し、前記判別信号に応じて前記記憶手段からの出力信号のいずれか１つを出力する特性切換手段と、
前記特性切換手段により出力された操作量に対するメータアウト流量との関係及び前記第１検出手段で検出される前記操作量に基づいて、前記回生回路側を流れる戻り油の流量及び前記流量調整回路側を流れる戻り油の流量の比である分流比を演算する分流比演算手段と、
前記分流比演算手段からの分流比に応じて、前記回生回路と前記流量調整回路への出力信号を演算する分流出力手段とを備えた、
ことを特徴とする作業機械のエネルギ回生装置。
【請求項２】
請求項１に記載された作業機械のエネルギ回生装置において、
前記回生対象となる油圧シリンダは、前記作業機械のブーム装置駆動用である
ことを特徴とする作業機械のエネルギ回生装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載された作業機械のエネルギ回生装置において、
前記作業種別判別手段は前記作業機械のブーム装置による土羽打ち作業であると判別すると、前記回生回路側への戻り油を遮断し、全ての戻り油を前記流量調整回路側へ流すように制御する
ことを特徴とする作業機械のエネルギ回生装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載された作業機械のエネルギ回生装置において、
前記作業種別判別手段は前記作業機械のブーム装置とアーム装置とによる水平押し作業であると判別すると、前記回生回路側への戻り油を遮断し、全ての戻り油を前記流量調整回路側へ流すように制御する
ことを特徴とする作業機械のエネルギ回生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は建設機械等の作業機械のエネルギ回生装置に関する。
【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】
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ある（例えば、特許文献１参照）。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（例えば、特許文献２参照）。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】
一般に、油圧ショベルのような作業機械は、例えば、ばらまき作業、土羽打ち作業、法面仕上げ作業、クレーン作業、掘削作業、積み込み作業、旋回地ならし作業等の多岐に渡る作業内容に適用できることが要求される。また、例えば、掘削作業の場合には、押しつけ掘削作業や単純掘削作業、溝掘削作業、水平掘削作業等の作業種別がある。
【０００７】
これらの各種作業を実行する場合、必要とされる油圧ショベルの動作や負荷状態等が異なる場合が多いため、それらの作業種別に応じた的確な動作形態で油圧ポンプやこれを駆動するエンジンを動作させることが好ましい。
【０００８】
上述した特許文献２の発明は、微操作性と回生量の両立を図るべく提案された発明であるが、油圧ショベルのブーム下げ操作のときに、通常回生回路を使用せず流量調整手段のみを用いてブーム下げ動作を行った場合に、微操作性を含めたトータルの操作性が最も優れるように構成されている。
【０００９】
したがって、特許文献２の発明を採用した油圧ショベル等では、多岐に渡る作業を行っていく際に、ある作業に対しては、ブーム下げの操作性がマッチせずに、作業効率を低下させる虞がある。
【００１０】
本発明は、上記事項に基づいてなされたもので、その目的は、作業種別に関わらず、操作性の確保とエネルギ回生による燃費の向上が図れる作業機械の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】
【００１１】
上記の目的を達成するために、第１の発明は、エンジンと、前記エンジンによって駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプからの圧油を複数の油圧シリンダに切換え供給する複数のコントロールバルブと、前記複数のコントロールバルブを制御する複数の操作装置とを備える作業機械のエネルギ回生装置において、前記複数の油圧シリンダの内の回生対象となる油圧シリンダのボトム側油圧室に接続され当該油圧シリンダの縮短時にタンクに戻る戻り油が流通する油路と、前記油路に設けられ当該油路を複数の油路に分流する分岐部と、前記分岐部に接続され、発電機が接続された油圧モータを介して戻り油をタンクに導く回生回路と、前記分岐部に接続され、流量調整手段を介して戻り油をタンクに導く流量調整回路と、前記複数の操作装置の内の回生対象となる操作装置の操作量を検出する第１検出手段と、前記複数の操作装置の操作量をそれぞれ検出する第２検出手段と、前記回生対象となる油圧シリンダが縮短される場合における前記操作装置の操作量に対する前記油圧シリンダからのメータアウト流量の複数の関係が記憶された記憶手段と、前記第２検出手段が検出した前記複数の操作装置の操作量を取り込み、前記作業機械の作業種別を判別して判別信号を出力する作業種別判別手段と、前記記憶手段からの出力と作業種別判別手段からの判別信号とを入力し、前記判別信号に応じて前記記憶手段からの出力信号のいずれか１つを出力する特性切換手段と、前記特性切換手段により出力された操作量に対するメータアウト流量との関係及び前記第１検出手段で検出される前記操作量に基づいて、前記回生回路側を流れる戻り油の流量及び前記流量調整回路側を流れる戻り油の流量の比である分流比を演算する分流比演算手段と、前記分流比演算手段からの分流比に応じて、前記回生回路と前記流量調整回路への出力信号を演算する分流出力手段とを備えたものとする。
【００１２】
また、第２の発明は、第１の発明において、前記回生対象となる油圧シリンダは、前記作業機械のブーム装置駆動用であることを特徴とする。
【００１３】
更に、第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記作業種別判別手段は前記作業機械のブーム装置による土羽打ち作業であると判別すると、前記回生回路側への戻り油を遮断し、全ての戻り油を前記流量調整回路側へ流すように制御することを特徴とする。
【００１４】
更に、第４の発明は、第１又は第２の発明において、前記作業種別判別手段は前記作業機械のブーム装置とアーム装置とによる水平押し作業であると判別すると、前記回生回路側への戻り油を遮断し、全ての戻り油を前記流量調整回路側へ流すように制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、回生回路と流量調整回路との分流比を作業内容に応じて最適な値に分流制御するので、作業を円滑に遂行し得る操作性の確保とエネルギ回生による燃費の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の作業機械のエネルギ回生装置の一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エネルギ回生装置の一実施の形態を備えた油圧ショベルの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エネルギ回生装置の一実施の形態を構成するコントローラの記憶部に記憶されたパターンの一例を示すメータリング特性図である。
【図４】本発明の作業機械のエネルギ回生装置の一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５】本発明の作業機械のエネルギ回生装置の一実施の形態を構成するコントローラの記憶部に記憶されたパターンの他の例を示すメータリング特性図である。
【図６】本発明の作業機械のエネルギ回生装置の一実施の形態を構成するコントローラの記憶部に記憶されたパターンの更に他の例を示すメータリング特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の作業機械の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。図１は本発明の作業機械のエネルギ回生装置の一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、ブームシリンダ（油圧シリンダ）３ａにより駆動される。
【００１８】
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。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）によって制御されている。
【００１９】
図２は本発明の作業機械のエネルギ回生装置の一実施の形態を備えた油圧ショベルの駆動制御システムの概略図である。図２において、図１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。  
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１７〜２０，１７’〜２０’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とを備えている。
【００２０】
油圧源装置としては、油圧ポンプ６とパイロット圧油を供給するパイロット油ポンプ７と作動油タンク８とを備えている。油圧ポンプ６とパイロット油ポンプ７とは同一の駆動軸で連結され、この駆動軸と直列に接続されたエンジン９、動力変換機１０によって駆動される。
【００２１】
油圧ポンプ６からの圧油をブームシリンダ３ａ〜走行モータ３ｆへ供給する油路３０には、油路内の圧油の圧力を制限するリリーフ弁３０Ａと圧油の方向と流量を制御する制御弁５Ａ〜５Ｆとが設けられている。リリーフ弁３０Ａは、油圧配管内の圧力が設定圧力以上に上昇した場合に、圧油をタンク８へ逃がすものである。制御弁５Ａ〜５Ｆ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、スプール位置を切り換えて、油圧ポンプ６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。
【００２２】
制御弁５Ａ〜５Ｃのスプール位置は、操作装置４Ａ，４Ｂ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４Ａ，４Ｂは、操作レバー等の操作により、パイロット油ポンプ７からパイロット一次側油路４０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５Ａ〜５Ｃのパイロット受圧部に供給している。アクチュエータ３ｅ，３ｆを駆動制御する制御弁５Ｅ，５Ｆのスプール位置は、図示せぬ走行操作装置の操作により、操作装置４Ａ，４Ｂの場合と同様に切り換えされる。
【００２３】
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配管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のパイロット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。
【００２４】
また、これらのパイロット配管のうち、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を駆動する油圧信号が通過するものには圧力センサ１９’が取り付けられており、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を駆動する油圧信号（圧油）が通過するものには圧力センサ１９が取り付けられている。同様に、アーム１ｂがダンプ方向に動作するようにアームシリンダ３ｂを駆動する油圧信号が通過するパイロット配管には圧力センサ１８’ が取り付けられており、アーム１ｂがクラウド方向に動作するようにアームシリンダ３ｂ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１９，１９’，１８，１８’は、操作装置４Ａ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。
【００２５】
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のパイロット受圧部と２つのパイロット配管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のパイロット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。
【００２６】
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つのパイロットに加え、他の２つのパイロット配管に接続されている。また、当該他の２つのパイロット配管のうち、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１７’が取り付けられている。同様に、バケット１ｃがダンプ方向に動作するようにバケットシリンダ３ｃを駆動する油圧信号が通過するパイロット配管には圧力センサ２０’ が取り付けられており、バケット１ｃがクラウド方向に動作するようにバケットシリンダ３ｃ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２０が取り付けられている。圧力センサ１７，１７’，２０，２０’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。
【００２７】
圧力センサ１７，１７’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。
【００２８】
コントロールバルブ５Ｅ，５Ｆの受圧部はパイロット配管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。
【００２９】
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。
【００３０】
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の電気エネルギを旋回モータ１６に供給する。
【００３１】
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や旋回モータ１６からの電気エネルギを蓄えたりする。
【００３２】
エンジンコントローラ（ＥＣＵ）２１は、図示せぬエンジン回転数指令手段からの指令に従って、所定のエンジン回転数となるようエンジン９の燃料噴射量と回転数を制御する。バッテリコントローラ（ＢＣＵ）２２は、例えば、バッテリ１５である蓄電池の内部抵抗等の計測値から蓄電池の劣化の度合いや充電残量を演算し、その結果をモニタ２３に表示制御する。
【００３３】
車体コントローラ１１は、操作装置４Ａ，４Ｂとコントロールバルブ５Ａ〜５Ｆをつなぐパイロット配管のうち、左右方向の旋回操作を制御するパイロット配管に接続された圧力センサ１７，１７’から入力される電気信号に基づいて旋回電動機１６の駆動制御を行う。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を左旋回させるように旋回電動機１６を作動させ、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を右旋回させるように旋回電動機１６を作動させる。また、旋回制動時には旋回電動機１６から電気エネルギを回収する動力回生制御も行う。
【００３４】
また、この車体コントローラ１１は前記動力回生制御時や、油圧負荷が軽くて余剰の電力が発生するような時に、その回収電力や余剰電力をバッテリ１５に蓄えさせる制御も行う。
【００３５】
次に、動力回生装置７０について説明する。動力回生装置７０は、図２に示すように、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１９’と、車体コントローラ（ＭＣＵ）１１と、インバータ２６とを備えている。
【００３６】
油路５１は、ブームシリンダ３ａの縮短時にタンク８に戻る油（戻り油）が流通する油路であり、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。
【００３７】
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８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。
【００３８】
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３参照））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。
【００３９】
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。
【００４０】
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８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。
【００４１】
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。
【００４２】
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における後述する比例弁出力値演算部１０３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３参照）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。）。
【００４３】
圧力センサ１９’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配管（油路）に取り付けられている。圧力センサ１９’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。
【００４４】
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１９’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１９’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。
【００４５】
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１９’と接続されており、圧力センサ１９’の検出値を入力している。
【００４６】
次に、本実施の形態に係る車体コントローラ１１が備える回生回路の制御について図を用いて詳細に説明する。図３は本発明の作業機械のエネルギ回生装置の一実施の形態を構成するコントローラの記憶部に記憶されたパターンの一例を示すメータリング特性図、図４は本発明の作業機械のエネルギ回生装置の一実施の形態を構成するコントローラのブロック図、図５は本発明の作業機械のエネルギ回生装置の一実施の形態を構成するコントローラの記憶部に記憶されたパターンの他の例を示すメータリング特性図、図６は本発明の作業機械のエネルギ回生装置の一実施の形態を構成するコントローラの記憶部に記憶されたパターンの更に他の例を示すメータリング特性図である。図３乃至図６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。
【００４７】
図３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。
【００４８】
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。
【００４９】
また、操作装置４Ａの操作量が第２設定値Ｌ２（第１設定値よりも大きな値）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。
【００５０】
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。
【００５１】
次に、回生回路おける各機器の動作について説明する。図４に示す車体コントローラ１１は、作業種別判別部１０４と、作業種別に応じた複数のメータリング特性を記憶する記憶部１０５と、記憶部１０５からの特性信号と作業種別判別部１０４からの切換え信号とを入力し、この切換え信号に応じて記憶部１０５からの特性信号のいずれか１つを出力する特性切換部１０６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とを備えている。
【００５２】
作業種別判別部１０４は、図４に示すように、圧力センサ１７，１７’，１８，１８’，１９，１９’，２０，２０’で検出されるパイロット配管の圧力からレバー操作量を検出し、その検出した操作量に基づき、油圧ショベルにより行っている作業種別を自動的に判別するものである（例えば特開平１０−１８３５５号公報などに開示されている）。作業種別判別部１０４は、特性切換部１０６に、例えば、ブームによる土羽打ち作業、水平押し作業、又はこれら以外の作業であるという状態信号を出力する。
【００５３】
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３に示したメータリング線図は、本発明の実施の形態に係る記憶部１０５に記憶されたものであって、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。
【００５４】
また、このメータリング線図は複数のパターンが記憶されている。例えば、回生回路を全く使用しないパターン等も記憶されている。これらのパターンの出力はいずれも、特性切換部１０６に入力されている。
【００５５】
特性切換部１０６においては、上述した作業種別判別部１０４からの作業種別判別信号によって、これら複数のメータリング線図から、１種類のメータリング線図の入力が選択され、このメータリング線図の信号が特性切換部１０６から出力されている。本実施の形態においては、ブームによる土羽打ち作業、水平押し作業以外の作業である場合には、図３に示すメータリング線図が選択され出力されている。
【００５６】
第１流量演算部１０１は、特性切換部１０６から出力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から出力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。
【００５７】
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１９’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３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１９’の検出値に基づいて操作装置４Ａの操作量を算出したら、当該算出した操作量に対応する流量Ｑ１，Ｑ２を特性切換部１０６から出力された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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
図３に示すメータリング線図によれば、レバー操作量が微操作域の場合は、ブーム下げ比例弁２７はフル出力となり、インバータ２６への出力は０となる。レバー操作量がフル回生域の場合は、ブーム下げ比例弁２７は全閉となり、インバータ２６への出力はレバー操作量に応じたブーム下げ合成流量に応じた出力となる。なお、パイロットチェック弁２８はブーム下げパイロット圧により開動作する。
【００６１】
一方、本実施の形態において、当該作業機による作業が、ブームによる土羽打ち作業である場合には、作業種別判別部１０４から出力される作業種別信号により、図５に示すメータリング線図が特性切換部１０６にて選択され出力される。図５に示すメータリング線図は、回生回路を全く使用しないパターンであり、全て流量調整弁側の流量となる。この結果、通常の油圧ショベルと全く同様のブーム下げ操作フィーリングとなるので、スムーズに土羽打ち作業を行うことが可能となる。
【００６２】
さらに、本実施の形態において、当該作業機による作業が、水平押し作業である場合には、作業種別判別部１０４から出力される作業種別信号により、図６に示すメータリング線図が特性切換部１０６にて選択され出力される。図６に示すメータリング線図は、中間領域をレバー操作量が大きい方向にずらして、流量調整弁側の流量が増すような分流比となるように補正している。この結果、レバー操作量がハーフレバー以下では通常の油圧ショベルと全く同様のブーム下げ操作フィーリングとなるので、スムーズに水平押し作業を行うことが可能となる。
【００６３】
上述した本発明の作業機械のエネルギ回生装置の一実施の形態によれば、回生回路と流量調整回路との分流比を作業内容に応じて最適な値に分流制御するので、作業を円滑に遂行し得る操作性の確保とエネルギ回生による燃費の向上が図れる。
【００６４】
また、上述した本発明の作業機械のエネルギ回生装置の一実施の形態によれば、作業種別判別部１０４により、土羽打ち作業と判別された場合に、土羽打ち動作というブーム下げ操作レバー量と車体の応答性という微妙なバランスに基づいて操作される動作に適した分流比に制御されるので、円滑な土羽打ち作業が可能となる。
【００６５】
さらに、上述した本発明の作業機械のエネルギ回生装置の一実施の形態によれば、作業種別判別部１０４により、水平押し作業と判別された場合に、水平押し作業というブーム下げ操作レバー量とアームダンプ操作レバー量の微妙なバランスによってフロント手先をスムーズに所望のラインに沿って操作される動作に適した分流比に制御されるので、円滑な水平押し作業が可能となる。
【００６６】
なお、本発明は上記実施例に限定されず、各種の変形が可能である。例えば、上記実施例は、作業機による作業が水平押し作業と判別された揚合、図３において設定された分流比の中間領域をレバー操作量が大きい方向にずらして、流量調整弁側の流量を増加させるように補正したが、これに限るものではない。例えば、土羽打ち作業時と同様に図３において設定された分流比を図５に示すように回生回路を使わずに全て流量調整弁側の流量として、通常の油圧ショベルと全く同様のブーム下げ操作フィーリングとしてもよい。
【００６７】
また、上記実施例は油圧ポンプ６とエンジン９との問に動力変換機１０を連結し、動力変換機１０には、エンジン９の動力を電気エネルギに変換してインバータ１２，１３へ出力する発電機機能と、油圧ポンプ６をアシスト駆動する電動機機能とを有するように構成したが、動力変換機１０を設けなくてもよい。同様に、旋回動作の駆動用として旋回電動機１６を設けているが、旋回駆動用として油圧モータを用いる構成でも本発明は成立する。
【符号の説明】
【００６８】
１          油圧ショベル
１ａ        ブーム
３ａ        ブームシリンダ
４Ａ        操作装置
４Ｂ        操作装置
５Ａ        コントロールバルブ
６          油圧ポンプ
７          パイロット油ポンプ
８          タンク
９          エンジン
１０          動力変換機
１１          車体コントローラ
１５          バッテリ
１７，１７’  圧力センサ
１８，１８’  圧力センサ
１９          圧力センサ
１９’        圧力センサ（第１検出手段）
２０，２０’  圧力センサ
２１          エンジンコントローラ
２２          バッテリコントローラ
２４          油圧モータ
２５          発電機
２７          比例弁
２８          チェックバルブ
３０          油路
３０Ａ        リリーフバルブ
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
１０４          作業種別判別部
１０５          記憶部
１０６          特性切換部
Ｌ１            第１設定値
Ｌ２            第２設定値
Ｑ１            流量調整回路流量
Ｑ２            回生回路流量
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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