(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
油圧ポンプと、前記油圧ポンプにより駆動される複数の油圧アクチュエータと、前記油圧ポンプから吐出される圧油の流量及び方向を制御する複数の方向切替弁と、前記油圧ポンプと前記複数の方向切替弁とを接続する吐出回路と、前記油圧ポンプから吐出される圧油の圧力が設定値以上になったときに圧油をタンクへ排出するリリーフ弁とを有する油圧装置の、前記油圧ポンプによって発生した圧油のエネルギを回収する圧油エネルギ回収装置であって、
前記吐出回路に管路を介して接続される蓄圧器と、
前記蓄圧器の圧力を検出する圧力検出手段と、
前記リリーフ弁の下流側に設けた固定絞りと、
前記吐出回路の管路に設けられ、前記油圧ポンプから吐出される圧油の前記蓄圧器への流出／遮断を切り替えるリリーフ切替手段とを備え、
前記リリーフ切替手段は、前記固定絞りの上流側の圧力が予め設定した圧力を超えたときには、前記油圧ポンプから吐出される圧油を前記蓄圧器へ流出させ、前記固定絞りの上流側の圧力が予め設定した圧力を超えないときには、前記油圧ポンプから吐出される圧油の前記蓄圧器へ流出を遮断する
ことを特徴とする圧油エネルギ回収装置。
【請求項２】
請求項１記載の圧油エネルギ回収装置において、
前記吐出回路と前記蓄圧器との連通／遮断を制御する回生手段と、
前記複数の油圧アクチュエータを駆動するために前記複数の方向切替弁を制御する各々の操作指令入力手段とを更に備え、
前記回生手段は、前記操作入力手段の入力値に基づいて前記吐出回路と前記蓄圧器とを連通状態に制御する
ことを特徴とする圧油エネルギ回収装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の圧油エネルギ回収装置において、
前記油圧ポンプは可変容量機構を備えた可変容量型の油圧ポンプであって、前記可変容量機構に指令を出力するトルク指令手段を更に備え、
前記トルク指令手段は、前記回生手段が前記吐出回路と前記蓄圧器とを連通状態に制御するときに、減トルク指令を出力する
ことを特徴とする圧油エネルギ回収装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の圧油エネルギ回収装置において、
前記リリーフ弁の設定圧力値を変更可能とする設定値変更手段を更に備え、
前記設定値変更手段は、前記圧力検出手段で検出された前記蓄圧器の圧力値に応じて、前記リリーフ弁の設定圧力値を制御する
ことを特徴とする圧油エネルギ回収装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の圧油エネルギ回収装置を備えた
ことを特徴とする建設機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧ショベル等の油圧システムに設けられる圧油エネルギ回収装置及びこれを用いた建設機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、油圧ショベルは、フロント作業機であるブーム、アーム、及びバケットのそれぞれを駆動する油圧シリンダと、旋回体や走行体のそれぞれを駆動する油圧モータ等からなる複数の油圧アクチュエータを有していて、これらの油圧アクチュエータを適宜操作することにより、土砂の掘削、移動等の作業を行うものである。
【０００３】
このような油圧ショベルにおいて、油圧ポンプと、油圧ポンプから吐出される圧油により駆動される複数の油圧アクチュエータと、複数の油圧アクチュエータの作動方向及び作動速度を供給する圧油の切替によりそれぞれ制御する複数の方向切替弁と、この複数の方向切替弁を通ってタンクに連通するセンターバイパス回路とを備えた油圧システムを用いたものがある。
【０００４】
複数の方向切替弁のすべてが中立の位置にあるとき、油圧ポンプから吐出されセンターバイパス回路を介しタンクに捨てられる圧油のエネルギを回収し、有効利用できる圧油のエネルギ回収装置として、複数の方向切替弁の下流に位置するセンターバイパス回路に、センターバイパス回路を通ってタンクに流出する圧油のエネルギを電気エネルギに変換する装置を配置したものがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−０４９８１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した従来技術において、センターバイパス回路における方向切替弁を通過して出てきた圧油は余剰油なので、この圧油のエネルギにより発電した電気エネルギを回収することは、エネルギの有効活用が図れ、システムの効率を向上させる。
【０００７】
このように、上述した従来技術は、システムの効率を向上させることはできるが、電気エネルギを利用する構成要素として、発電機、インバータ、バッテリなどの高価な電動デバイスを必要とする為、装置全体としてコスト高になってしまうという問題があった。また、回収した多大な電気エネルギを有効利用するには、エンジンのトルクをアシストする電動モータや、旋回用油圧モータに代わる旋回用電動モータ等の電動装置が必要となり、このため、これらを有するハイブリッド式建設機械等でなければ適用できないという問題があった。
【０００８】
また、一般の油圧ショベルには、油圧機器の損傷を防止するために、油圧回路圧が過大にならないように、所定の圧力以上になると油圧ポンプの吐出油をタンクへ排出するリリーフ弁が設けられている。例えば、油圧ショベルのバケットで岩盤層を掘削する場合等は、アクチュエータの圧油が高圧となり、油圧ポンプの吐出回路の圧力がリリーフ弁の設定圧力以上となる場合がある。このようなときに、油圧ポンプの吐出油をリリーフ弁によりタンクに排出し、油圧機器の損傷を防止する。このようにして、リリーフ弁は、油圧機器の損傷を防止するが、タンクへ排出する吐出油のエネルギを有効に利用できないという問題があった。
【０００９】
本発明は、上述の事柄に基づいてなされたもので、その目的は、高価な電動モータやインバータやバッテリ等の電動用デバイスを備えていない建設機械に適用可能であって、油圧回路の負荷圧がリリーフ弁の設定圧力以上になったときにタンクに捨てられる圧油のエネルギを回収し、回収した圧油のエネルギを回生使用できる圧油エネルギ回収装置及びこれを用いた建設機械を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、第１の発明は、油圧ポンプと、前記油圧ポンプにより駆動される複数の油圧アクチュエータと、前記油圧ポンプから吐出される圧油の流量及び方向を制御する複数の方向切替弁と、前記油圧ポンプと前記複数の方向切替弁とを接続する吐出回路と、前記油圧ポンプから吐出される圧油の圧力が設定値以上になったときに圧油をタンクへ排出するリリーフ弁とを有する油圧装置の、前記油圧ポンプによって発生した圧油のエネルギを回収する圧油エネルギ回収装置であって、前記吐出回路に管路を介して接続される蓄圧器と、前記蓄圧器の圧力を検出する圧力検出手段と、前記リリーフ弁の下流側に設けた固定絞りと、前記吐出回路の管路に設けられ、前記油圧ポンプから吐出される圧油の前記蓄圧器への流出／遮断を切り替えるリリーフ切替手段とを備え、前記リリーフ切替手段は、前記固定絞りの上流側の圧力が予め設定した圧力を超えたときには、前記油圧ポンプから吐出される圧油を前記蓄圧器へ流出させ、前記固定絞りの上流側の圧力が予め設定した圧力を超えないときには、前記油圧ポンプから吐出される圧油の前記蓄圧器へ流出を遮断するものとする。
【００１１】
また、第２の発明は、第１の発明において、前記吐出回路と前記蓄圧器との連通／遮断を制御する回生手段と、前記複数の油圧アクチュエータを駆動するために前記複数の方向切替弁を制御する各々の操作指令入力手段とを更に備え、前記回生手段は、前記操作入力手段の入力値に基づいて前記吐出回路と前記蓄圧器とを連通状態に制御することを特徴とする。
【００１２】
更に、第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記油圧ポンプは可変容量機構を備えた可変容量型の油圧ポンプであって、前記可変容量機構に指令を出力するトルク指令手段を更に備え、前記トルク指令手段は、前記回生手段が前記吐出回路と前記蓄圧器とを連通状態に制御するときに、減トルク指令を出力することを特徴とする。
【００１３】
また、第４の発明は、第１乃至第３の発明のいずれかにおいて、前記リリーフ弁の設定圧力値を変更可能とする設定値変更手段を更に備え、前記設定値変更手段は、前記圧力検出手段で検出された前記蓄圧器の圧力値に応じて、前記リリーフ弁の設定圧力値を制御することを特徴とする。
【００１４】
更に、第５の発明は、建設機械であって、第１乃至第４の発明のいずれかを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、油圧回路の負荷圧がリリーフ弁の設定圧力以上になったときに、リリーフ弁からタンクに捨てられる圧油を回収するアキュムレータを設けたので、電動用デバイスを備えていない建設機械に適用可能であって、油圧システムを低コストで製作することができる。また、圧油のエネルギを電気エネルギに変換することなく、そのままアキュムレータに蓄え、アキュムレータに蓄えた圧油のエネルギをメイン回路に回生することができるので、電気エネルギへの変換ロスが無く、エネルギ消費効率が向上し、建設機械の大幅な燃費の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の圧油エネルギ回収装置及びこれを用いた建設機械の第１の実施の形態の構成を示す回路図である。
【図２】図１に示す本発明の圧油エネルギ回収装置及びこれを用いた建設機械の第１の実施の形態における方向切替弁を拡大して示すシンボル図である。
【図３】本発明の圧油エネルギ回収装置及びこれを用いた建設機械の第１の実施の形態における油圧ポンプと回生弁の制御フローを示すフローチャート図である。
【図４】本発明の圧油エネルギ回収装置及びこれを用いた建設機械の第１の実施の形態におけるポンプ容量指令の特性を示す特性図である。
【図５】本発明の圧油エネルギ回収装置及びこれを用いた建設機械の第１の実施の形態における減トルク制御を説明する特性図である。
【図６】本発明の圧油エネルギ回収装置及びこれを用いた建設機械の第１の実施の形態における減トルク指令の特性を示す特性図である。
【図７】本発明の圧油エネルギ回収装置及びこれを用いた建設機械の第２の実施の形態の構成を示す回路図である。
【図８】本発明の圧油エネルギ回収装置及びこれを用いた建設機械の第２の実施の形態におけるリリーフ回収弁及び電磁比例リリーフ弁の制御フローを示すフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の圧油エネルギ回収装置及びこれを用いた建設機械の実施の形態を図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１は本発明の圧油エネルギ回収装置及びこれを用いた建設機械の第１の実施の形態の構成を示す回路図、図２は図１に示す本発明の圧油エネルギ回収装置及びこれを用いた建設機械の第１の実施の形態における方向切替弁を拡大して示すシンボル図である。第１の実施の形態において、本発明の圧油エネルギ回収装置は油圧ショベルに適用したものである。図１において、１は動力源であるエンジン、２はエンジン１に駆動される可変容量型の油圧ポンプを示す。この油圧ポンプ２は可変容量機構として例えば斜板を有していて、この斜板の傾転角を容量制御装置２ａで調整することにより油圧ポンプ２の容量（押しのけ容積）を変化させ、圧油の吐出流量を制御している。
【００１９】
油圧ポンプ２から吐出される圧油を旋回モータ３、アームシリンダ４、ブームシリンダ５の各アクチュエータへ供給する主回路Ｌｐには、圧油の方向と流量を制御する方向切替弁６〜８と、油圧ポンプ２の過負荷を防止するために、主回路Ｌｐ内の圧力を制限するリリーフ弁１６と、リリーフ弁１６の下流側に圧力信号を発生させる固定絞り２４とが設けられている。リリーフ弁１６は、油圧配管内の圧力が設定圧力（Ｐｒ＝Ｐｒ_ｓｅｔ０）以上に上昇した場合に、主回路Ｌｐの圧油を固定絞り２４と戻り回路Ｌｔとを介してタンク１２へ逃がすものである。方向切替弁６〜８の下流側にはセンターバイパス回路Ｌｃが設けられている。
【００２０】
方向切替弁６〜８は、３位置６ポートの切替弁であって、その両パイロット操作部へ供給されるパイロット圧力により、各スプール位置を切り替えて、油圧ポンプ２からの圧油を各アクチュエータ３〜５に供給し駆動している。ここで、旋回用方向切替弁６は旋回モータ３に、アーム用方向切替弁７はアームシリンダ４に、ブーム用方向切替弁８はブームシリンダ５に、それぞれ対応している。また、各方向切替弁６〜８は、図２に示すように、油圧ポンプ２からの圧油が供給される入口ポート６ａ，７ａ，８ａと、タンク１２に連通する戻り回路Ｌｔに接続される出口ポート６ｂ，７ｂ，８ｂと、中立位置のときに連通するセンターポート６ｃ，７ｃ，８ｃと、各アクチュエータ３〜５側に接続する接続ポート６ｄ，６ｅ，７ｄ，７ｅ，８ｄ，８ｅと、パイロット操作部６ｆ，６ｇ，７ｆ，７ｇ，８ｆ，８ｇと、中立復帰用のばね６ｈ，６ｉ，７ｈ，７ｉ，８ｈ，８ｉとを有している。
【００２１】
方向切替弁６〜８のパイロット操作部６ｆ，６ｇ，７ｆ，７ｇ，８ｆ，８ｇへのパイロット圧力がゼロのときには、これら方向切替弁６〜８のスプールは中立位置に配置される。このことにより、各方向切替弁６〜８においてセンターポート６ｃ，７ｃ，８ｃが連通するので、油圧ポンプ２から供給される圧油は、主回路Ｌｐと各方向切替弁６〜８とを直列に介してセンターバイパス回路Ｌｃへ供給される。
【００２２】
センターバイパス回路Ｌｃの一端側は、方向切替弁６〜８の下流側に接続されていて、センターバイパス回路Ｌｃの他端側は、タンク１２へ連通する戻り回路Ｌｔと接続されている。戻り回路Ｌｔには、旋回用方向切替弁６，アーム用方向切替弁７，及びブーム用方向切替弁８の出口ポート６ｂ，７ｂ，８ｂがそれぞれ管路を介して接続されている。
【００２３】
主回路Ｌｐは、旋回用方向切替弁６のセンターポート６ｃの他に、入口ポート６ａにアクチュエータである旋回モータ３側からの圧油の流出を防止するロードチェック弁９を介して接続されている。また、主回路Ｌｐは、アーム用方向切替弁７の入口ポート７ａとブーム用方向切替弁８の入口ポート８ａとにアクチュエータであるアームシリンダ４側とブームシリンダ５側からの圧油の流出を防止するロードチェック弁１０，１１とを介してそれぞれ接続されている。
【００２４】
さらに、主回路Ｌｐは、２位置２ポートの切替弁であるリリーフ回収弁２５と油圧ポンプ２からの圧油の流入のみを許可するチェック弁２６とを介してアキュムレータ１８に接続されている。チェック弁２６とアキュムレータ１８とは蓄圧回路Ｌａにより接続されている。
【００２５】
リリーフ回収弁２５は、一端側にばね２５ｂを有し、リリーフ弁１６の下流側の圧力信号を指令圧とするように操作部２５ａに管路を接続して構成されている。指令圧であるリリーフ弁１６の下流側の圧力信号がばね２５ｂの所定のばね圧（予め設定された圧力）より低い場合には、ポートは遮断され、主回路Ｌｐと蓄圧回路Ｌａとは連通しない。一方、指令圧が予め設定された圧力を超えるとポートが連通し、主回路Ｌｐから蓄圧回路Ｌａへ圧油が流入する。例えば、主回路Ｌｐの圧力が上昇し、リリーフ弁１６が動作すると固定絞り２４をリリーフした圧油が通過する。これに伴い固定絞り２４の上流側に通過圧力損失が発生し、この圧力がリリーフ回収弁２５の操作部に供給され、リリーフ回収弁２５を開く。このことにより、主回路Ｌｐの圧油が蓄圧回路Ｌａへ導かれる。
【００２６】
蓄圧回路Ｌａに一端側を接続した管路の他端側に２位置２ポートの電磁切替弁である回生弁２０が接続され、この回生弁２０と直列に蓄圧回路Ｌａ側からの圧油の流入のみを許可する回生チェック弁２１の一端側が接続されている。この回生チェック弁２１の他端側は、主回路Ｌｐと接続されている。
【００２７】
回生弁２０は、一端側にばね２０ｂを有し、コントローラ２２からの電気指令が電磁操作部２０ａに出力されるように構成されている。コントローラから閉指令が出力される場合には、ポートは遮断され、蓄圧回路Ｌａと主回路Ｌｐとは連通しない。一方、開指令が出力されるとポートが連通し、蓄圧回路Ｌａから主回路Ｌｐへ圧油が流入する。
【００２８】
各アクチュエータ３〜５への指令入力手段である操作レバーは、旋回レバー１３、アームレバー１４、及びブームレバー１５で構成されている。各操作レバーは図示しないパイロット弁を有していて、各々が操作量にほぼ比例したパイロット圧力を発生する。旋回レバー１３のパイロット圧力は、旋回用方向切替弁６の両操作部６ｆ，６ｇに接続された各パイロット回路に発生し、アームレバー１４のパイロット圧力は、アーム用方向切替弁７の操作部７ｆ，７ｇに接続された各パイロット回路に発生する。同様に、ブームレバー１５のパイロット圧力は、ブーム用方向切替弁８の操作部８ｆ，８ｇに接続された各パイロット回路に発生する。
【００２９】
旋回レバー１３の各パイロット回路には、これらのパイロット圧力を検出する指令圧力センサ１３ａと１３ｂとを設け、アームレバー１４の各パイロット回路には、これらのパイロット圧力を検出する指令圧力センサ１４ａと１４ｂとを設けている。同様に、ブームレバー１５の各パイロット回路には、これらのパイロット圧力を検出する指令圧力センサ１５ａと１５ｂとを設けている。これらの指令圧力センサ１３ａ〜１５ｂからの検出信号は、コントローラ２２に入力されている。
【００３０】
また、蓄圧回路Ｌａと主回路Ｌｐには、それぞれの回路圧力を検出する圧力センサ１８，１９が設けられていて、各検出信号はコントローラ２２に入力されている。コントローラ２２からは、油圧ポンプ２の容量制御装置２ａに電気指令が出力されると共に、回生弁２０の電磁操作部２０ａに電気指令が出力される。このことにより、コントローラ２２が、油圧ポンプ２の容量制御と回生弁２０の開閉制御を行う。
【００３１】
次に、本発明の圧油エネルギ回収装置及びこれを用いた建設機械の第１の実施の形態における動作について説明する。  
図１において、全ての操作レバー１３〜１５の操作量がゼロの場合、油圧ポンプ２から主回路Ｌｐへ吐出される圧油は、方向切替弁６〜８のセンターポート６ｃ〜８ｃを介して、全流量がセンターバイパス回路Ｌｃへ供給される。この時、コントローラ２２からの指令信号を受けて２ａは、油圧ポンプ２の容量を最小としている。
【００３２】
次に、操作レバーの１つであるアームレバー１４が操作されると、アーム用方向切替弁７が切り替わり、主回路Ｌｐの圧油はアームシリンダ４へ導かれ、ピストンロッドに連結したアームが駆動する。この状態において、アームの負荷が増加すると、主回路Ｌｐの圧力が上昇するが、リリーフ弁１６により上限圧が制限されることで、過負荷によるシステムの損傷を防止している。
【００３３】
主回路Ｌｐの圧力が上昇し、リリーフ圧力（Ｐｒ＝Ｐｒ_ｓｅｔ０）を超えるとリリーフ弁１６が開き、固定絞り２４に圧油が流入し、固定絞り２４の上流に通過抵抗分の圧力を発生させる。この圧力がリリーフ回収弁２５の設定圧以上に上昇すると、リリーフ回収弁２５が開き、チェック弁２６に圧油が導かれる。このリリーフ圧力は、蓄圧回路Ｌａの圧力よりも高いので、チェック弁２６が開動作し、主回路Ｌｐの圧油を蓄圧回路Ｌａへ導き、アキュムレータ１７で圧油を蓄圧することが出来る。この結果、リリーフ弁１６から戻り回路Ｌｔへ捨てられる圧油エネルギを蓄圧回路Ｌａに蓄えることが出来る。
【００３４】
このように、リリーフ弁１６の動作によって、蓄えられた圧油エネルギは、以下のように回生使用する。  
例えば、旋回レバー１３が操作されると、旋回用方向切替弁６が切り替わり、主回路Ｌｐの圧油は旋回モータ３へ導かれ、駆動される。コントローラ２２は、旋回レバー１３の操作により発生するパイロット圧力値を入力し、これらの値と予め定めた設定値とを比較し、入力値が設定値を超えると、回生弁２０に開指令を出力する。回生弁２０が開動作すると、蓄圧回路Ｌａに蓄えられた圧油は、回生チェック弁２１を通り、主回路Ｌｐに合流する。
【００３５】
これにより、旋回モータ３が必要とする圧油の流量が蓄圧回路Ｌａから供給されるので、油圧ポンプ２の吐出流量を減らすことが出来る。この結果、エンジン１の出力を減らすことが出来るので、燃費向上が図れる。
【００３６】
次に、油圧ポンプ２と回生弁３１の制御について図３を用いて説明する。図３は本発明の圧油エネルギ回収装置及びこれを用いた建設機械の第１の実施の形態における油圧ポンプと回生弁の制御フローを示すフローチャート図である。  
まず、スタートの状態としては、例えば、オペレータが油圧ショベルのキースイッチ（図示せず）をＯＮにした状態とする。
【００３７】
ステップ（Ｓ１０１）では、各操作レバー１３〜１５の指令圧を検出する。具体的には、各圧力センサ１３ａ〜１５ｂからの各パイロット圧力のデータをコントローラ２２に取り込む。
【００３８】
ステップ（Ｓ１０２）では、検出した各操作レバーの指令圧の最大値を算出する。具体的には、ステップ（Ｓ１０１）で取り込んだ各パイロット圧力データの中から最大値Ｐｉ_ｍａｘを算出する。
【００３９】
ステップ（Ｓ１０３）では、最大値Ｐｉ_ｍａｘが予め定めた設定圧力Ｐｉ_ｓｅｔより高いか否かの判断を行う。最大値Ｐｉ_ｍａｘが設定圧力Ｐｉ_ｓｅｔより高い場合は、ステップ（Ｓ１０４）に進み、それ以外の場合は、ステップ（Ｓ１０６）へ進む。
【００４０】
ステップ（Ｓ１０４）では、蓄圧回路Ｌａの圧力を検出する。具体的には、圧力センサ１８からの蓄圧回路Ｌａの圧力Ｐａｃのデータをコントローラ２２に取り込む。
【００４１】
ステップ（Ｓ１０５）では、蓄圧回路Ｌａの圧力Ｐａｃが予め定めた回生するのに必要な設定圧力Ｐａｃ_ｓｅｔより高いか否かの判断を行う。蓄圧回路Ｌａの圧力Ｐａｃが設定圧力Ｐａｃ_ｓｅｔより高い場合は、ステップ（Ｓ１０８）に進み、それ以外の場合は、ステップ（Ｓ１０６）へ進む。
【００４２】
ステップ（Ｓ１０６）では、回生弁２０へ閉指令を出力する。具体的には、コントローラ２２から回生弁２０の電磁操作部２０ａへの励磁信号を遮断する。このことにより、回生弁２０は、閉状態となり、主回路Ｌｐと蓄圧回路Ｌａとは遮断される。
【００４３】
ステップ（Ｓ１０７）では、油圧ポンプ２のトルク補正制御を実行しない。具体的には、コントローラ２２から油圧ポンプ２の容量制御装置２ａに対して後述する減トルク指令としてＴ＝０を出力するので、補正信号は付加されない。ステップ（Ｓ１０７）を実行後スタートにリターンする。
【００４４】
ステップ（Ｓ１０５）において、蓄圧回路Ｌａの圧力Ｐａｃが設定圧力Ｐａｃ_ｓｅｔより高いと判断された場合に進むステップ（Ｓ１０８）では、回生弁２０へ開指令を出力する。具体的には、コントローラ２２から回生弁２０の電磁操作部２０ａへの励磁信号を出力する。このことにより、回生弁２２は、開動作し連通状態となり、蓄圧回路Ｌａに蓄えられた圧油は、回生チェック弁２１を通り、主回路Ｌｐに合流する。
【００４５】
ステップ（Ｓ１０９）では、油圧ポンプ２のトルク補正制御を実行する。具体的には、後述する油圧ポンプ減トルク指令値ΔＴを演算し、この減トルク指令値に相当する指令値を油圧ポンプ２の容量制御装置２ｂに対して出力する。ステップ（Ｓ１０９）を実行後ステップ（Ｓ１０１）へ戻る。
【００４６】
次に、油圧ポンプ２の容量制御装置２ｂの容量制御等について図４乃至図６を用いて説明する。図４は本発明の圧油エネルギ回収装置及びこれを用いた建設機械の第１の実施の形態におけるポンプ容量指令の特性を示す特性図、図５は本発明の圧油エネルギ回収装置及びこれを用いた建設機械の第１の実施の形態における減トルク制御を説明する特性図、図６は本発明の圧油エネルギ回収装置及びこれを用いた建設機械の第１の実施の形態における減トルク指令の特性を示す特性図である。図４乃至図６において、図１乃至図３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】
油圧ポンプ２の容量制御装置２ａへ出力される指令値は、コントローラ２２において、以下のステップで算出されている。
（１）全ての操作レバー１３〜１５の指令圧である各圧力センサ１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂからの各パイロット圧力のデータをコントローラ２２に取り込む。
（２）これらデータから最高圧力Ｐｉ_ｍａｘを演算する。
（３）算出した最高圧力Ｐｉ_ｍａｘと図４に示す予め設定されているポンプ容量指令特性とに基づき、油圧ポンプ２の指令容量ｑを算出し、この指令容量ｑが実現する指令値を容量制御装置２ａへ出力している。
【００４８】
このように、油圧ポンプ２の吐出容量は、全ての操作レバー１３〜１５の指令圧の最高圧力から決定されている。
【００４９】
次に、減トルク制御について図５及び図６を用いて説明する。通常、油圧ポンプ２はエンジン１のストールを防止する為に、ポンプ吸収トルクを制限している。図５は縦軸をポンプ容量ｑ、横軸をポンプ吐出圧力Ｐ（主回路Ｌｐの圧力と等しい）として、ポンプ吐出圧力Ｐに対応したポンプ容量ｑの特性を示している。ここで、ポンプ吐出圧力Ｐが低い値の領域においては、ポンプ容量ｑは最大容量ｑｍａｘ出力可能であるが、ポンプ吐出圧力Ｐの増加に伴って制限トルクＴを超えないように、ポンプ容量ｑを減少させている。この制限曲線以下にポンプ容量ｑを制御することで、ポンプの吸収トルクは制限トルクＴを超えることはない。
【００５０】
図６は縦軸を減トルク値ΔＴ、横軸を蓄圧回路圧力Ｐａｃとして、蓄圧回路圧力Ｐａｃに対応した減トルク値ΔＴの特性を示している。減トルク値△Ｔは、予め設定された蓄圧回路Ｌａの設定圧力Ｐａｃ＿ｓｅｔよりも蓄圧回路Ｌａの圧力Ｐａｃが高い圧力の時に、上述した制限トルクＴを△Ｔだけ減少させ、ポンプの吸収トルクを少なくする制御である。
【００５１】
このように、蓄圧回路Ｌａの圧力Ｐａｃが高ければ高い程、回生可能な動力が大きくなり、その分だけ油圧ポンプ２の出力トルクを少なくすることができる。油圧ショベルの場合、エンジン１の回転数を一定で運転するので、負荷トルクが下がれば、その結果エンジン１の出力を下げることになり、燃費削減効果を得ることが出来る。
【００５２】
上述した本発明の圧油エネルギ回収装置及びこれを用いた建設機械の第１の実施の形態によれば、油圧回路の負荷圧がリリーフ弁１６の設定圧力（Ｐｒ＝Ｐｒ_ｓｅｔ０）以上になったときに、リリーフ弁１６からタンク１２に捨てられる圧油を回収するアキュムレータ１７を設けたので、電動用デバイスを備えていない建設機械に適用可能であって、油圧システムを低コストで製作することができる。また、圧油のエネルギを電気エネルギに変換することなく、そのままアキュムレータ１７に蓄え、アキュムレータ１７に蓄えた圧油のエネルギを主回路Ｌｐに回生することができるので、電気エネルギへの変換ロスが無く、エネルギ消費効率が向上し、建設機械の大幅な燃費の向上が図れる。
【００５３】
また、上述した本発明の圧油エネルギ回収装置及びこれを用いた建設機械の第１の実施の形態によれば、圧油エネルギを圧油の状態で蓄えることができるので、回生使用時の変換装置が不要となり変換ロスも発生しない。この結果、エネルギ消費効率が向上し、建設機械の大幅な燃費の向上が図れる。
【００５４】
また、本実施の形態によれば、蓄圧回路Ｌａの圧力Ｐａｃに基づく減トルク制御を行っているので、顕著な燃費削減効果を得ることが出来る。
【実施例２】
【００５５】
以下、本発明の圧油エネルギ回収装置及びこれを用いた建設機械の第２の実施の形態を図面を用いて説明する。図７は本発明の圧油エネルギ回収装置及びこれを用いた建設機械の第２の実施の形態の構成を示す回路図、図８は本発明の圧油エネルギ回収装置及びこれを用いた建設機械の第２の実施の形態におけるリリーフ回収弁及び電磁比例リリーフ弁の制御フローを示すフローチャート図である。図７及び図８において、図１乃至図６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。
【００５６】
図７に示す本発明の圧油エネルギ回収装置及びこれを用いた建設機械の第２の実施の形態は、大略第１の実施の形態と同様の油圧源と作業機等とで構成されるが、以下の構成が異なる。
【００５７】
第１の実施の形態における油圧パイロット式のリリーフ回収弁２５を電磁切換式のリリーフ回収弁２７に置き換え、設定圧固定であったリリーフ弁１６を設定圧可変の電磁比例リリーフ弁２８に置き換えている。また、リリーフ弁１６の下流側に設けていた固定絞り２４を省略している。コントローラ２２からは、リリーフ回収弁２５の電磁操作部２５ａと電磁比例リリーフ弁２８の電磁操作部２８ａにそれぞれ電気指令が出力され各制御が行われる。
【００５８】
次に、リリーフ回収弁２５及び電磁比例リリーフ弁２８の制御について図８を用いて説明する。  
まず、スタートの状態としては、例えば、オペレータが油圧ショベルのキースイッチ（図示せず）をＯＮにした状態とする。
【００５９】
ステップ（Ｓ２０１）では、蓄圧回路Ｌａの圧力Ｐａｃを検出する。具体的には、圧力センサ１８からの蓄圧回路Ｌａの圧力Ｐａｃのデータをコントローラ２２に取り込む。
【００６０】
ステップ（Ｓ２０２）では、蓄圧回路Ｌａの圧力Ｐａｃが予め定めたアキュムレータ１７の上限設定圧力Ｐａｃ_ｈ以上か否かの判断を行う。蓄圧回路Ｌａの圧力Ｐａｃが設定圧力Ｐａｃ_ｈ以上の場合は、ＹＥＳと判断されてステップ（Ｓ２０７）に進み、設定圧力Ｐａｃ_ｈ未満の場合は、ＮＯと判断されてステップ（Ｓ２０３）へ進む。
【００６１】
ステップ（Ｓ２０３）では、電磁比例リリーフ弁２８の設定圧力ＰｒをＰｒ_ｓｅｔ１に設定する。具体的には、コントローラ２２から電磁比例リリーフ弁２８の電磁操作部２８ａへ設定圧力に相当する電流信号が出力され、この電流入力に対応した所定の圧力（Ｐｒ_ｓｅｔ１）が設定される。ここで、Ｐｒ_ｓｅｔ１の値は、上述した第１の実施の形態におけるリリーフ弁１６の設定圧力（通常のリリーフ弁設定圧力）Ｐｒ_ｓｅｔ０よりも高い値であって、主回路Ｌｐを含む油圧機器を保護するための最大限の圧力値としている。これは、後述するようにリリーフ回収弁２８の開閉状態に関係なく、主回路Ｌｐの上限圧力を通常のリリーフ弁設定圧力Ｐｒ_ｓｅｔ０に制限するためである。
【００６２】
ステップ（Ｓ２０４）では、主回路Ｌｐの圧力Ｐｄを検出する。具体的には、圧力センサ１９からの主回路Ｌｐの圧力Ｐｄのデータをコントローラ２２に取り込む。
【００６３】
ステップ（Ｓ２０５）では、主回路Ｌｐの圧力Ｐｄが通常のリリーフ弁設定圧力Ｐｒ_ｓｅｔ０以上か否かの判断を行う。主回路Ｌｐの圧力Ｐｄが設定圧力Ｐｒ_ｓｅｔ０以上の場合は、ＹＥＳと判断されてステップ（Ｓ２０６）に進み、設定圧力Ｐｒ_ｓｅｔ０未満の場合は、ＮＯと判断されてステップ（Ｓ２０８）へ進む。
【００６４】
ステップ（Ｓ２０６）では、主回路Ｌｐの圧力Ｐｄが設定圧力Ｐｒ_ｓｅｔ０以上なので、リリーフ回収弁２７へ開指令を出力する。具体的には、コントローラ２２からリリーフ回収弁２７の電磁操作部２７ａへの励磁信号を出力する。このことにより、リリーフ回収弁２７は開動作し連通状態となり、主回路Ｌｐの圧油は、チェック弁２６を介してすべて蓄圧回路Ｌａへ流入する。
【００６５】
ステップ（Ｓ２０８）では、主回路Ｌｐの圧力Ｐｄが設定圧力Ｐｒ_ｓｅｔ０未満なので、リリーフする必要がないためリリーフ回収弁２７へ閉指令を出力する。具体的には、コントローラ２２からリリーフ回収弁２７の電磁操作部２７ａへの励磁信号を遮断する。このことにより、リリーフ回収弁２７は閉状態となり、主回路Ｌｐから蓄圧回路Ｌａへの圧油の流入は遮断される。
【００６６】
一方、ステップ（Ｓ２０２）にて蓄圧回路Ｌａの圧力Ｐａｃが設定圧力Ｐａｃ_ｈ以上と判断された場合には、アキュムレータ１７に充分圧油が蓄えられていると判断され、ステップ（Ｓ２０７）で、電磁比例リリーフ弁２８の設定圧力ＰｒをＰｒ_ｓｅｔ０に設定する。具体的には、コントローラ２２から電磁比例リリーフ弁２８の電磁操作部２８ａへ設定圧力に相当する電流信号が出力され、この電流入力に対応した所定の圧力（Ｐｒ_ｓｅｔ０）が設定され、ステップ（Ｓ２０８）へ進む。
【００６７】
ステップ（Ｓ２０８）では、リリーフ回収弁２７へ閉指令を出力する。このことにより、リリーフ回収弁２７は閉状態となり、主回路Ｌｐから蓄圧回路Ｌａへの圧油の流入は遮断される。この結果、アキュムレータ１７には、圧油が供給されなくなり、アキュムレータ１７を保護することができる。
【００６８】
ステップ（Ｓ２０６）とステップ（Ｓ２０８）のいずれかを実行後スタートにリターンする。
【００６９】
上述した本発明の圧油エネルギ回収装置及びこれを用いた建設機械の第２の実施の形態によれば、上述した第１の実施の形態と同様な効果を得ることができる。
【００７０】
また、上述した本発明の圧油エネルギ回収装置及びこれを用いた建設機械の第２の実施の形態によれば、アキュムレータ１７の圧力を圧力センサ１８で検出し、この検出圧力に応じて電磁比例リリーフ弁２８の設定圧力を制御すると共に、リリーフ回収弁２７を通常のリリーフ圧力で動作させているので、リリーフ回収弁２７の開閉に関わらず、主回路Ｌｐの上限圧力を制限することができる。また、アキュムレータ１７の圧力が高い場合には、リリーフ回収弁２７を閉制御して圧油の供給を遮断するので、アキュムレータ１７を保護することができる。この結果、油圧機器の信頼性を向上させることができる。
【００７１】
さらに、上述した本発明の圧油エネルギ回収装置及びこれを用いた建設機械の第２の実施の形態によれば、コントローラ２２にて直接リリーフ回収弁２７の開閉を制御するので、第１の実施の形態のようにリリーフ弁１６から戻り回路Ｌｔを介してタンク１２へ捨てられる一部の圧油が生じない。圧油の全量をアキュムレータ１７（蓄圧回路Ｌａ）に蓄えることが出来るので、エネルギ回収効率を向上させることができる。
【符号の説明】
【００７２】
１          エンジン
２          油圧ポンプ
３          旋回用方向切替弁
４          アーム用方向切替弁
５          ブーム用方向切替弁
６          旋回モータ
７          アームシリンダ
８          ブームシリンダ
９          ロードチェック弁
１２        タンク
１３        旋回レバー
１４        アームレバー
１５        ブームレバー
１６        リリーフ弁
１７        アキュムレータ
１８        圧力センサ
１９        圧力センサ
２０        回生弁
２１        回生チェック弁
２５        リリーフ回収弁
２７        リリーフ回収弁
２８        電磁比例リリーフ弁
Ｌｐ        主回路
Ｌｃ        センターバイパス回路
Ｌａ        蓄圧回路
Ｌｔ        戻り回路
【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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【図７】
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【図８】
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