(57)【要約】【課題】ブーム下げにおいて流出する作動油を効率的に利用しつつ操作性を向上できるショベルを提供する。【解決手段】ショベルは、作動油を吐出する第２ポンプ１４Ｒと、第２ポンプ１４Ｒを駆動するエンジン１１と、エンジン１１に連結される回生用油圧モータ１４Ａと、第２ポンプ１４Ｒが吐出する作動油が供給されるブームシリンダ７と、ブームシリンダ７と回生用油圧モータ１４Ａとを繋ぐ第１操作回路１０１と、第１操作回路１０１から分岐する第２操作回路１０２と、第１操作回路１０１に設けられる切替弁７１と、を備える。【選択図】図２
2019011801.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動油を吐出する油圧ポンプと、
前記油圧ポンプを駆動するエンジンと、
前記エンジンに連結される回生用油圧モータと、
前記油圧ポンプが吐出する作動油が供給される油圧アクチュエータと、
前記油圧アクチュエータと前記回生用油圧モータとを繋ぐ第１操作回路と、
前記第１操作回路から分岐する第２操作回路と、
前記第１操作回路に設けられる切替弁と、
を備える、
ショベル。
【請求項２】
前記第２操作回路に設けられる比例弁と、
コントローラと、
を備え、
前記コントローラは、操作量と前記油圧アクチュエータからの作動油の排出量との関係を表す所定の特性に基づいて、前記回生用油圧モータの流量と前記比例弁の開口面積の指令値を算出する、
請求項１に記載のショベル。
【請求項３】
微操作時に前記切替弁によって前記第１操作回路を遮断状態にする、
請求項１または２に記載のショベル。
【請求項４】
前記微操作時とは、前記油圧アクチュエータからの戻り油量が、前記回生用油圧モータの漏れ量より小さい場合である、
請求項３に記載のショベル。
【請求項５】
前記油圧アクチュエータからの戻り油量が、前記回生用油圧モータの最大吐出量より大きい場合に、前記油圧アクチュエータが吐出した作動油は前記第２操作回路を介して作動油タンクへ戻される、
請求項１〜４のいずれか１項に記載のショベル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ショベルに関する。
【背景技術】
【０００２】
ショベルのブーム下げの際に、圧損として捨てていた位置エネルギを回生する構造が提案されている。例えば特許文献１には、ブーム下げの際にブームシリンダのボトム側油室から流出する作動油を回生用油圧モータの動力として回生する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４８４４３６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のブーム下げ時の回生構造では、回生用油圧モータの特性が大きな制約になっていた。例えば、ブームシリンダからの戻り油量が回生用油圧モータの漏れ量より少ない場合や、回生用油圧モータの最大吐出量より多い場合には、操作量に対してブームの動作が大き過ぎ、または小さ過ぎて操作量に応じた動作とはならず、ブーム動作の操作性に改善の余地があった。
【０００５】
本開示は、作業要素を駆動する油圧アクチュエータから流出する作動油を回生用油圧モータで効率的に利用でき、且つ、作業要素の操作性を向上できるショベルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の一観点に係るショベルは、作動油を吐出する油圧ポンプと、前記油圧ポンプを駆動するエンジンと、前記エンジンに連結される回生用油圧モータと、前記油圧ポンプが吐出する作動油が供給される油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータと前記回生用油圧モータとを繋ぐ第１操作回路と、前記第１操作回路から分岐する第２操作回路と、前記第１操作回路に設けられる切替弁と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、作業要素を駆動する油圧アクチュエータから流出する作動油を回生用油圧モータで効率的に利用でき、且つ、作業要素の操作性を向上できるショベルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明が適用される建設機械としてのショベル（掘削機）を示す側面図である。
【図２】図１のショベルに搭載される油圧回路の構成例を示す概略図である。
【図３】ブーム下げ回生回路の排出量特性を示す図である。
【図４】図３の特性に対応する仮想的なＣＴ（シリンダ―タンク）開口特性を示す図である。
【図５】図１のショベルに搭載される油圧回路の別の構成例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付図面を参照しながら実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
【００１０】
図１は、本発明が適用される建設機械としてのショベル（掘削機）を示す側面図である。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の先端にはバケット６が取り付けられている。作業要素としてのブーム４、アーム５、及びバケット６は、アタッチメントの一例である掘削アタッチメントを構成し、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等の動力源及びコントローラ３０等が搭載される。
【００１１】
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の制御装置である。図１の例では、コントローラ３０は、ＣＰＵ及び内部メモリを含む演算処理装置で構成され、内部メモリに格納された駆動制御用のプログラムをＣＰＵに実行させて各種機能を実現する。
【００１２】
図２は、図１のショベルに搭載される油圧回路の構成例を示す概略図である。図２の例では、油圧回路は、主に、第１ポンプ１４Ｌ、第２ポンプ１４Ｒ、回生用油圧モータ１４Ａ、コントロールバルブ１７、及び油圧アクチュエータを含む。油圧アクチュエータは、主に、ブームシリンダ７（油圧アクチュエータ）、アームシリンダ８、バケットシリンダ９、及び旋回用油圧モータ２１を含む。また、油圧アクチュエータは、左側走行用油圧モータ（図示せず。）及び右側走行用油圧モータ（図示せず。）を含んでいてもよい。
【００１３】
旋回用油圧モータ２１は、上部旋回体３を旋回させる油圧モータである。
【００１４】
リリーフ弁２２Ｌは、旋回用油圧モータ２１のポート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側の作動油を管路４４に排出する。また、リリーフ弁２２Ｒは、旋回用油圧モータ２１のポート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側の作動油を管路４４に排出する。
【００１５】
チェック弁２３Ｌは、ポート２１Ｌ側の圧力が反対側の圧力より低くなった場合に開き、作動油タンクＴからポート２１Ｌ側に作動油を補給する。チェック弁２３Ｒは、ポート２１Ｒ側の圧力が反対側の圧力より低くなった場合に開き、作動油タンクＴからポート２１Ｒ側に作動油を補給する。このように、チェック弁２３Ｌ、２３Ｒは、旋回用油圧モータ２１の制動時に吸い込み側ポートに作動油を補給する補給機構を構成する。
【００１６】
第１ポンプ１４Ｌは、作動油タンクＴから作動油を吸い込んで吐出する油圧ポンプであり、図２の例では斜板式可変容量型油圧ポンプである。また、第１ポンプ１４Ｌはレギュレータ（図示せず。）に接続される。レギュレータは、コントローラ３０からの指令に応じて第１ポンプ１４Ｌの斜板傾転角を変更して第１ポンプ１４Ｌの押し退け容積（１回転当たりの吐出量）を制御する。第２ポンプ１４Ｒについても同様である。
【００１７】
回生用油圧モータ１４Ａは、油圧アクチュエータから流出する作動油が有するエネルギを回生してエンジン１１をアシストする油圧モータであり、図２の例では斜板式可変容量型油圧モータであり、その吐出側ポートは作動油タンクＴに接続されている。そのため、回生用油圧モータ１４Ａが吐出した作動油はブーム下げの際に作動油タンクＴへ戻される。
【００１８】
回生用油圧モータ１４Ａは、第１ポンプ１４Ｌ及び第２ポンプ１４Ｒと同様にレギュレータに接続される。レギュレータは、コントローラ３０からの指令に応じて回生用油圧モータ１４Ａの斜板傾転角を変更して回生用油圧モータ１４Ａの押し退け容積（１回転当たりの吐出量）を制御する。また、レギュレータは、回生用油圧モータ１４Ａの押し退け容積（斜板傾転角）をゼロに設定可能であってもよい。作動油を消費（吸い込み及び吐出）することなく回転できるようにするためであり、また、回生用油圧モータ１４Ａを通過する作動油の流れを遮断できるようにするためである。
【００１９】
図２の例では、第１ポンプ１４Ｌ、第２ポンプ１４Ｒ、及び回生用油圧モータ１４Ａは、それぞれの駆動軸が機械的に連結される。具体的には、それぞれの駆動軸は、ポンプドライブとしての変速機１３を介して所定の変速比でエンジン１１の出力軸に連結される。すなわち、変速機１３は、エンジン１１の出力軸と回生用油圧モータ１４Ａの出力軸とに接続され、エンジン１１の動力と回生用油圧モータ１４Ａの動力とを第１ポンプ１４Ｌ、第２ポンプ１４Ｒに伝達する。そのため、エンジン回転数が一定であれば、それぞれの回転数も一定となる。但し、第１ポンプ１４Ｌ、第２ポンプ１４Ｒ、及び回生用油圧モータ１４Ａは、エンジン回転数が一定であっても回転数を変更できるよう、無段変速機等を介してエンジン１１に接続されてもよい。
【００２０】
第１ポンプ１４Ｌ、第２ポンプ１４Ｒは、センターバイパス管路４０Ｌ、４０Ｒ、パラレル管路４２Ｌ、４２Ｒ、戻り管路４３Ｌ、４３Ｒ、４３Ｃを経て作動油タンクＴまで作動油を循環させる。
【００２１】
センターバイパス管路４０Ｌは、コントロールバルブ１７内に配置された流量制御弁１７０、１７２Ｌ、及び１７３Ｌを通る作動油ラインである。センターバイパス管路４０Ｒは、コントロールバルブ１７内に配置された流量制御弁１７１、１７２Ｒ、及び１７３Ｒを通る作動油ラインである。
【００２２】
パラレル管路４２Ｌは、センターバイパス管路４０Ｌに並行する作動油ラインである。パラレル管路４２Ｌは、流量制御弁１７０又は流量制御弁１７２Ｌ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、より下流の流量制御弁に作動油を供給する。また、パラレル管路４２Ｒは、センターバイパス管路４０Ｒに並行する作動油ラインである。パラレル管路４２Ｒは、流量制御弁１７１又は流量制御弁１７２Ｒ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、より下流の流量制御弁に作動油を供給する。
【００２３】
戻り管路４３Ｌは、センターバイパス管路４０Ｌに並行する作動油ラインである。戻り管路４３Ｌは、油圧アクチュエータから流量制御弁１７０、１７２Ｌ、１７３Ｌを通って流れる作動油を戻り管路４３Ｃに流通させる。戻り管路４３Ｒは、センターバイパス管路４０Ｒに並行する作動油ラインである。戻り管路４３Ｒは、油圧アクチュエータから流量制御弁１７１、１７２Ｒ、１７３Ｒを通って流れる作動油を戻り管路４３Ｃに流通させる。
【００２４】
センターバイパス管路４０Ｌ、４０Ｒは、最も下流にある流量制御弁１７３Ｌ、１７３Ｒのそれぞれと作動油タンクＴとの間にネガティブコントロール絞り１８Ｌ、１８Ｒ及びリリーフ弁１９Ｌ、１９Ｒを備える。第１ポンプ１４Ｌ、第２ポンプ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、レギュレータを制御するための制御圧（ネガコン圧）を発生させる。リリーフ弁１９Ｌ、１９Ｒは、ネガコン圧が所定のリリーフ圧に達した場合に開き、センターバイパス管路４０Ｌ、４０Ｒの作動油を作動油タンクＴに排出する。
【００２５】
戻り管路４３Ｃの最下流にはバネ付きチェック弁２０が設置されている。バネ付きチェック弁２０は、旋回用油圧モータ２１と戻り管路４３Ｃとを繋ぐ管路４４内の作動油の圧力を高める機能を果たす。この構成により、旋回減速時における旋回用油圧モータ２１の吸い込み側ポートに確実に作動油を補給してキャビテーションの発生を防止する。
【００２６】
コントロールバルブ１７は、ショベルにおける油圧駆動系の制御を行う油圧制御装置である。また、コントロールバルブ１７は、主に、流量制御弁１７０、１７１、１７２Ｌ、１７２Ｒ、１７３Ｌ、及び１７３Ｒを含む。
【００２７】
流量制御弁１７０、１７１、１７２Ｌ、１７２Ｒ、１７３Ｌ、及び１７３Ｒは、油圧アクチュエータに流出入する作動油の向き及び流量を制御する弁である。図２の例では、流量制御弁１７０、１７１、１７２Ｌ、１７２Ｒ、１７３Ｌ、及び１７３Ｒのそれぞれは、対応する操作レバー等の操作装置（図示せず。）が生成するパイロット圧を左右何れかのパイロットポートで受けて動作する３ポート３位置のスプール弁である。操作装置は、操作量（操作角度）に応じて生成したパイロット圧を、操作方向に対応する側のパイロットポートに作用させる。
【００２８】
具体的には、流量制御弁１７０は、旋回用油圧モータ２１に流出入する作動油の向き及び流量を制御するスプール弁であり、流量制御弁１７１は、バケットシリンダ９に流出入する作動油の向き及び流量を制御するスプール弁である。
【００２９】
また、流量制御弁１７２Ｌ、１７２Ｒは、ブームシリンダ７に流出入する作動油の向き及び流量を制御するスプール弁であり、流量制御弁１７３Ｌ、１７３Ｒは、アームシリンダ８に流出入する作動油の向き及び流量を制御するスプール弁である。
【００３０】
ここで、図２の油圧回路におけるブーム下げ回生回路１００について説明する。ブーム下げ回生回路１００は、主に、管路４５、管路４６、比例弁７０、及び切替弁７１を含む。
【００３１】
管路４５は、ブームシリンダ７のボトム側油室と回生用油圧モータ１４Ａの上流側（吸い込み側）とを繋ぐ管路である。管路４６は、管路４５から分岐する管路である。
【００３２】
比例弁７０は、コントローラ３０からの指令に応じて開口の大きさを調整して流量を制御する弁であり、管路４６に設けられている。図２の例では、比例弁７０は、ブームシリンダ７のボトム側油室と作動油タンクＴとの間の連通・遮断を切り替え可能な１ポート２位置の電磁比例弁である。具体的には、比例弁７０は、第１位置にある場合にブームシリンダ７のボトム側油室と作動油タンクＴとの間を最大開口で連通させ、第２位置にある場合にその連通を遮断できる。
【００３３】
切替弁７１は、コントローラ３０からの指令に応じて動作する弁であり、管路４５に設けられている。図２の例では、切替弁７１は、ブームシリンダ７のボトム側油室と回生用油圧モータ１４Ａの上流側（吸い込み側）との間の連通・遮断を切り替え可能な１ポート２位置の比例弁である。具体的には、切替弁７１は、第１位置にある場合にブームシリンダ７のボトム側油室と回生用油圧モータ１４Ａの上流側（吸い込み側）との間を連通させ、第２位置にある場合にその連通を遮断する。
【００３４】
管路４５及び切替弁７１が、ブームシリンダ７（ブーム用油圧アクチュエータ）と回生用油圧モータ１４Ａとを繋ぐ「第１操作回路１０１」を構成する。また、管路４６及び比例弁７０が、第１操作回路１０１から分岐する「第２操作回路１０２」を構成する。
【００３５】
コントローラ３０は、各種センサの出力に基づいてブーム下げ操作が行われたことを検知すると、切替弁７１に指令を出力する。指令を受けた切替弁７１は第１位置に切り替わり、ブームシリンダ７のボトム側油室と回生用油圧モータ１４Ａの上流側（吸い込み側）との間を連通させる。
【００３６】
また、コントローラ３０は、回生用油圧モータ１４Ａのレギュレータに指令を出力する。回生用油圧モータ１４Ａは、ブームシリンダ７のボトム側油室から流出する作動油を直接受け入れて回転し、エンジン１１をアシストする。これにより第１操作回路１０１にブームシリンダ７のボトム側油室から流出する作動油が流れる。
【００３７】
このようにして、回生用油圧モータ１４Ａは、ブーム下げの際にブームシリンダ７から流出する作動油の油圧エネルギ（ブーム４の位置エネルギ）を直接的に回生できる。そのため、ブーム下げの際に熱（圧損）として捨てられていたエネルギを有効に利用して省エネ化を図ることができる。また、ブームシリンダ７から流出する作動油がアキュムレータに一時的に蓄圧された後でアキュムレータから流出する作動油の油圧エネルギを間接的に回生する場合に比べて効率的である。
【００３８】
また、コントローラ３０は、ブームシリンダ７からの戻り油量が回生用油圧モータ１４Ａの最大吐出量より大きい、所謂オーバーフローの場合に、ブームシリンダ７が吐出した作動油を、第１操作回路１０１に加えて第２操作回路１０２も介して作動油タンクＴへ戻す。
【００３９】
より詳細には、ブームシリンダ７のボトム側油室から流出する作動油の流量が、回生用油圧モータ１４Ａが受け入れ可能な流量を上回る場合、比例弁７０に対して指令を出力する。指令を受けた比例弁７０は第１位置に切り替わり、ブームシリンダ７のボトム側油室と作動油タンクＴとの間を連通させる。これにより、第１操作回路１０１の他に、第２操作回路１０２にもブームシリンダ７のボトム側油室から流出する作動油が流れる。
【００４０】
そのため、ブーム下げの際にブームシリンダ７から流出する作動油のうち、回生用油圧モータ１４Ａで吸収しきれない作動油は、第２操作回路１０２の管路４６を通って作動油タンクＴに戻される。すなわち、回生用油圧モータ１４Ａが吸いきれない作動油は管路４６を介して作動油タンクＴに戻される。
【００４１】
ここで、「回生用油圧モータ１４Ａの最大吐出量」とは、回生用油圧モータ１４Ａが吸収できる作動油の最大量である。最大吐出量は、油圧回路の他の要素の動作状態に応じて変動する。
【００４２】
なお、コントローラ３０は、オーバーフローの場合には、第１操作回路１０１の切替弁７１を閉じて、第２操作回路１０２の比例弁７０を開けて、ブームシリンダ７が吐出した作動油を第２操作回路１０２のみに流れるよう制御してもよい。
【００４３】
また、コントローラ３０は、ブーム下げの際に比例弁７０の開度を調整することで、管路４５内の作動油の圧力を調整できる。すなわち、ブームシリンダ７のボトム側油室から回生用油圧モータ１４Ａに向かう作動油による背圧を調整できる。そのため、回生用油圧モータ１４Ａの応答遅れに起因して増大する背圧を調整でき、ブーム操作の即応性及び微操作性を確保できる。
【００４４】
また、コントローラ３０は、エンジン１１をアシストする必要がない場合には、ブーム下げの際に比例弁７０の開度を大きめに調整することで、ブームシリンダ７のボトム側油室から流出する作動油の大部分を、第２操作回路１０２を介して作動油タンクＴに戻すことができる。そのため、第１操作回路１０１の回生用油圧モータ１４Ａへの作動油の供給を抑制して、過度のアシストによるエンジンの過回転を防止できる。
【００４５】
ブーム下げ回生回路１００の流量制御について図３を参照して説明する。図３は、ブーム下げ回生回路１００の排出量特性の一例を示す図である。図３の横軸はパイロット圧であり、ブーム操作レバーの下げ方向の操作量に応じて決まる。図３の縦軸は、ブーム下げ時にブームシリンダ７のボトム側油室から排出される作動油の排出量を示す。図３の実線は、ブーム下げ回生時に作動油を排出するブーム下げ回生回路１００を流れる作動油の総量の目標値とパイロット圧との関係を表す。
【００４６】
コントローラ３０は、回生用油圧モータ１４Ａの流量を制御する。また、コントローラ３０は、比例弁７０の開口面積を制御する。これらの制御により、コントローラ３０は、ブームシリンダ７のボトム側油室からの作動油の排出量を制御する。コントローラ３０は、ブーム操作レバーが操作されたときには、操作量に応じたパイロット圧に基づき図３に実線で示す特性から、ブーム下げ回生回路１００の第１操作回路１０１及び第２操作回路１０２の流量の合計を決定する。第１操作回路１０１の流量は回生用油圧モータ１４Ａにより制御される。第２操作回路１０２の流量は比例弁７０により制御される。コントローラ３０は、決定した流量に基づき、回生用油圧モータ１４Ａのレギュレータへの指令値と、比例弁７０への指令値とを算出する。
【００４７】
コントローラ３０は、算出した指令値を回生用油圧モータ１４Ａ及び比例弁７０へ出力する。コントローラ３０は、基本的には回生用油圧モータ１４Ａの流量を調整して、ブームシリンダ７のボトム側油室からの作動油の排出量を制御する。また、補助的に、比例弁７０の開口面積により実現される流量を調整して、ブームシリンダ７のボトム側油室からの作動油の排出量を制御する。
【００４８】
ところで、図２に示す油圧回路では、基本的には、ブーム操作レバーの操作量に基づくパイロット圧に応じて、流量制御弁１７２Ｌ、１７２Ｒのスプールの位置を調整することによって、ブームシリンダ７に流出入する作動油の向き及び流量が制御される。
【００４９】
図４は、図３の特性に対応する仮想的なＣＴ（シリンダ―タンク）開口特性の一例を示す図である。仮想的なＣＴ開口特性は、本実施形態では存在しない流量制御弁１７２ＲのＣＴポートの開口面積の特性を意味する。具体的には、入力であるパイロット圧と、出力であるＣＴポートの開口面積との関係を意味する。ＣＴポートの開口面積は、ブームシリンダ７からの作動油の流出量と相関がある。図４の横軸はパイロット圧であり、ブーム操作レバーの下げ方向の操作量に応じて決まる。図４の縦軸は流量制御弁の１７２ＲのＣＴポートの開口面積を示す。
【００５０】
図４の実線は、仮想的なＣＴ開口特性を用いてブームシリンダ７のボトム側油室から作動油タンクＴへ作動油を排出した場合のパイロット圧とＣＴ開口面積の関係を表す。ＣＴ開口面積は、パイロット圧が増加するのに応じて非線形で増加している。
【００５１】
このようなＣＴポートによる流量制御と同様の流量制御を実現するために、本実施形態では、上述のブーム下げ回生回路１００を用いて作動油の排出量が制御される。本実施形態では、流量制御弁１７２ＲのＣＴポートは存在しない。
【００５２】
上述のとおり、本実施形態では、図３に実線で例示したブーム下げ回生回路１００の排出量特性を用いて、ブーム下げ回生回路１００の作動油排出量の目標値が決められる。この目標値決定に用いる排出量特性は、図４のＣＴ開口特性によって実現される作動油排出量と同等となるように設定されたものである。
【００５３】
なお、本実施形態では、コントローラ３０は、図３に実線で例示した特性以外のものに基づいてブームシリンダ７のボトム側油室からブーム下げ回生回路１００への作動油の排出量の目標値を定めてもよい。図３に実線で例示した特性は、「操作量とブームシリンダ７（油圧アクチュエータ）からの作動油の排出量との関係を表す所定の特性」の一例である。
【００５４】
ここで、操作装置からの入力が微操作の場合、つまりレバー操作量が小さく操作者が望むブーム動作が低速の場合を考える。微操作時には、図３のパイロット圧−作動油排出量特性では、パイロット圧が小さくなるため作動油排出量の目標値も小さくなり、ブームシリンダ７のボトム側油室からの作動油の排出量も少なくなる。
【００５５】
「微操作時」とは、ブームシリンダ７から排出が必要な作動油の量（ブームシリンダ７からの戻り油量）が、回生用油圧モータ１４Ａの漏れ量より小さい場合と定義できる。「漏れ量」とは、回生用油圧モータ１４Ａで制御できる作動油の流量の最低値と定義できる。
【００５６】
このような微操作時において、本実施形態のブーム下げ回生回路１００では、ブームシリンダ７のボトム側油室と回生用油圧モータ１４Ａとが連通していると、必要な排出量より多い作動油が第１操作回路１０１に排出される。これによりレバー操作量に見合う速度よりも速い速度でブーム４が下がっていく。このため、ブームシリンダ７からの作動油の排出量が回生用油圧モータ１４Ａの漏れ量より少ない微操作ができなくなる。
【００５７】
そこで本実施形態では、コントローラ３０は、ブーム下げ時のレバー操作が微操作の場合には、第１操作回路１０１の切替弁７１を閉じて第１操作回路１０１を遮断状態にして、回生用油圧モータ１４Ａへの作動油の供給を停止する。図３の点線は、この制御を適用したときの、回生用油圧モータ１４Ａを通る作動油の流量とパイロット圧との関係を表す。図４の点線は、図３の点線が表している関係を、仮想ＣＴ開口とパイロット圧の関係で表している。
【００５８】
図３では、パイロット圧がＰ０以下の区間が、レバー操作が微操作の区間である。この区間では、第１操作回路１０１が遮断され、回生用油圧モータ１４Ａへの作動油の供給量が０となるので、図３に点線で示すように、回生用油圧モータ１４Ａの流量は０となっている。この区間では、第２操作回路１０２の比例弁７０のみを用いて、比例弁７０の開口面積を調整することによってブームシリンダ７のボトム側油室からの作動油の排出量を制御する。この制御では、ブーム下げ回生回路１００の作動油の排出量が、図３に実線で示すパイロット圧−作動油排出量特性の目標値と同等となるように、作動油排出量を制御する。
【００５９】
このような微操作時のブーム下げ回生回路１００の制御は、例えば以下の手順で行うことができる。
【００６０】
まずコントローラ３０により、ブーム操作レバーの下げ方向の操作が検知される。コントローラ３０は、検知されたブーム下げ操作について、バケット６が空中にある状態の操作か、または、バケット６が掘削している状態の操作かを判定する。コントローラ３０は、例えばブームシリンダ７のボトム側油室の油圧（ボトム圧）に基づき、ブーム下げ操作の種類を判定できる。例えば、ブームシリンダ７のボトム圧が所定の閾値以上のとき、バケット６が空中にある状態でありブーム４の自重で下がっていると判定できる。コントローラ３０は、この状態と判定したとき、ブーム下げ回生中と判定できる。
【００６１】
このようなブーム下げ回生中において、コントローラ３０によりブーム操作レバーの操作量に応じたパイロット圧が検出される。コントローラ３０は、図３に一例を示す排出量特性を利用して、検出したパイロット圧に応じた作動油の流量を、ブームシリンダ７からブーム下げ回生回路１００を通す作動油の排出量の目標値として取得する。
【００６２】
コントローラ３０は、この目標値に応じて、ブーム下げ回生回路１００の第１操作回路１０１及び第２操作回路１０２への作動油の流し方を切り替える。
【００６３】
作動油排出量の目標値が、回生用油圧モータ１４Ａの最大吐出量以下のとき、ブームシリンダ７からの作動油のすべてを回生用油圧モータ１４Ａで吸収できる。したがって、コントローラ３０は、第１操作回路１０１の切替弁７１を開き、かつ、第２操作回路１０２の比例弁７０を閉じる。これにより、第１操作回路１０１のみに作動油が流れて回生が行われる。なお、最大吐出量は、油圧回路の他の要素の動作状態に応じて変動する。
【００６４】
作動油の排出量の目標値が、回生用油圧モータ１４Ａの最大吐出量を超えるとき、回生用油圧モータ１４Ａのみでは作動油を使いきれない。したがって、コントローラ３０は、第１操作回路１０１の切替弁７１を開き、かつ、第２操作回路１０２に作動油の余剰分が流れるように比例弁７０の開口面積を調整する。これにより、第１操作回路１０１及び第２操作回路１０２の両方に作動油が流れる。第２操作回路１０２は、回生用油圧モータ１４Ａでは消費できない分の作動油を作動油タンクＴに排出する。
【００６５】
作動油の排出量の目標値が、回生用油圧モータ１４Ａの漏れ量より少ないとき（図３に示すように、レバー操作によるパイロット圧がＰ０以下のとき）、第１操作回路１０１の回生用油圧モータ１４Ａを用いると作動油の排出量の精度を出せない。したがって、コントローラ３０は、第１操作回路１０１の切替弁７１を閉じ、かつ、第２操作回路１０２の比例弁７０を開く。これにより、第１操作回路１０１の作動油の流れが遮断され、回生用油圧モータ１４Ａへの作動油の供給が停止する。このとき、第２操作回路１０２の比例弁７０の開口面積を制御することにより、作動油の排出量が制御される。
【００６６】
このように、本実施形態に係るショベルは、第１操作回路１０１及び第２操作回路１０２の２つの油路を有するブーム下げ回生回路１００を用いて、ブーム下げ時にブームシリンダ７から作動油の排出を行う。この構成により、作動油の排出量が、第１操作回路１０１が有する回生用油圧モータ１４Ａの漏れ量より少ない場合や、最大吐出量より多い場合には、第２操作回路１０２を用いて作動油を排出できる。これにより、回生用油圧モータ１４Ａの特性による制約を受けることなく、所望量の作動油をブームシリンダ７から排出することが可能となる。この結果、操作レバーの操作量に対して、ブーム動作が大き過ぎ、または小さ過ぎて操作量に応じた動作とならないことを回避でき、ブーム４の操作性を向上できる。したがって、本実施形態のショベルは、ブームシリンダ７から流出する作動油を回生用油圧モータ１４Ａで効率的に利用でき、且つ、ブーム４の操作性を向上できる。
【００６７】
また、本実施形態では、コントローラ３０は、操作量とブームシリンダ７からの作動油の排出量との関係を表す所定の特性（例えば図３に実線で示すパイロット圧−作動油排出量特性）に基づいて、回生用油圧モータ１４Ａの流量と比例弁７０の開口面積の指令値を算出する。この構成により、ブーム操作レバーの操作量に応じたブーム４の動作が操作者のイメージと合うものにでき、ブーム４の操作性を向上できる。
【００６８】
また、本実施形態では、微操作時には切替弁７１によって第１操作回路１０１を遮断状態にすることにより、回生用油圧モータ１４Ａへの作動油の供給を確実に防止でき、微操作時の操作性をさらに向上できる。
【００６９】
次に図４を参照し、図１のショベルに搭載される油圧回路の別の構成例について説明する。図４は、図１のショベルに搭載される油圧回路の別の構成例を示す概略図である。図４の油圧回路は、主に、コントロールバルブ１７が可変ロードチェック弁５１〜５３、合流弁５５、及び統一ブリードオフ弁５６Ｌ、５６Ｒを含む点で図２の油圧回路と異なるが、その他の点で共通する。そのため、共通部分の説明を省略し、相違部分を詳細に説明する。なお、図４は、再生弁７ａ、８ａ、９ａと、保持弁７ｂ、８ｂとを明示している。
【００７０】
旋回用油圧モータ２１は、ポート２１Ｌ、２１Ｒがそれぞれリリーフ弁２２Ｌ、２２Ｒを介して作動油タンクＴに接続され、且つ、チェック弁２３Ｌ、２３Ｒを介して作動油タンクＴに接続される。
【００７１】
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側の作動油を作動油タンクＴに排出する。また、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側の作動油を作動油タンクＴに排出する。
【００７２】
チェック弁２３Ｌは、ポート２１Ｌ側の圧力が反対側の圧力より低くなった場合に開き、作動油タンクＴからポート２１Ｌ側に作動油を補給する。チェック弁２３Ｒは、ポート２１Ｒ側の圧力が反対側の圧力より低くなった場合に開き、作動油タンクＴからポート２１Ｒ側に作動油を補給する。このように、チェック弁２３Ｌ、２３Ｒは、旋回用油圧モータ２１の制動時に吸い込み側ポートに作動油を補給する補給機構を構成する。
【００７３】
可変ロードチェック弁５１〜５３は、コントローラ３０からの指令に応じて動作する弁である。図４の例では、可変ロードチェック弁５１〜５３は、流量制御弁１７１〜１７３のそれぞれと第１ポンプ１４Ｌ及び第２ポンプ１４Ｒのうちの少なくとも一方との間の連通・遮断を切り替え可能な１ポート２位置の電磁弁である。なお、可変ロードチェック弁５１〜５３は、第１位置において、ポンプ側に戻る作動油の流れを遮断するチェック弁を有する。具体的には、可変ロードチェック弁５１は、第１位置にある場合に流量制御弁１７１と第１ポンプ１４Ｌ及び第２ポンプ１４Ｒのうちの少なくとも一方との間を連通させ、第２位置にある場合にその連通を遮断する。可変ロードチェック弁５２及び可変ロードチェック弁５３についても同様である。
【００７４】
合流弁５５は、合流切替部の一例であり、コントローラ３０からの指令に応じて動作する弁である。図４の例では、合流弁５５は、第１ポンプ１４Ｌが吐出する作動油（以下、「第１作動油」とする。）と第２ポンプ１４Ｒが吐出する作動油（以下、「第２作動油」とする。）とを合流させるか否かを切り替え可能な１ポート２位置の電磁弁である。具体的には、合流弁５５は、第１位置にある場合に第１作動油と第２作動油とを合流させ、第２位置にある場合に第１作動油と第２作動油とを合流させないようにする。
【００７５】
統一ブリードオフ弁５６Ｌ、５６Ｒは、コントローラ３０からの指令に応じて動作する弁である。図４の例では、統一ブリードオフ弁５６Ｌは、第１作動油の作動油タンクＴへの排出量を制御可能な１ポート２位置の電磁弁である。統一ブリードオフ弁５６Ｒについても同様である。この構成により、統一ブリードオフ弁５６Ｌ、５６Ｒは、流量制御弁１７０〜１７３のうちの関連する流量制御弁の合成開口を実現できる。具体的には、合流弁５５が第２位置にある場合に、統一ブリードオフ弁５６Ｌは流量制御弁１７０及び流量制御弁１７３の合成開口を実現でき、統一ブリードオフ弁５６Ｒは流量制御弁１７１及び流量制御弁１７２の合成開口を実現できる。また、統一ブリードオフ弁５６Ｌは、第１位置にある場合にコントローラ３０からの指令に応じてその合成開口の開口面積を調整する可変絞りとして機能し、第２位置にある場合にその合成開口を遮断する。統一ブリードオフ弁５６Ｒについても同様である。
【００７６】
なお、可変ロードチェック弁５１〜５３、合流弁５５、及び統一ブリードオフ弁５６Ｌ、５６Ｒのそれぞれは、パイロット圧駆動のスプール弁であってもよい。
【００７７】
チェック弁８９は作動油タンクＴに流出する作動油の流れを遮断する。図４の例では、チェック弁８９は回生用油圧モータ１４Ａへ流れる作動油の一部が作動油タンクＴに流出するのを防止する。なお、チェック弁８９は、回生用油圧モータ１４Ａが第３ポンプとして機能する場合には、作動油タンクＴから第３ポンプへの作動油の流れを遮断しない。
【００７８】
ここで、図４の油圧回路におけるブーム下げ回生回路１００について説明する。ブーム下げ回生回路１００は、主に、管路４５、管路４６、比例弁７０、及び切替弁７１を含む。
【００７９】
管路４５は、ブームシリンダ７のボトム側油室と回生用油圧モータ１４Ａの上流側（吸い込み側）とを繋ぐ管路である。管路４６は、管路４５から分岐する管路である。
【００８０】
比例弁７０は、コントローラ３０からの指令に応じて動作する弁であり、管路４６に設けられている。図４の例では、比例弁７０は、ブームシリンダ７のボトム側油室と作動油タンクＴとの間の連通・遮断を切り替え可能な１ポート２位置の電磁比例弁である。具体的には、比例弁７０は、第１位置にある場合にブームシリンダ７のボトム側油室と作動油タンクＴとの間を連通させ、第２位置にある場合にその連通を遮断する。
【００８１】
切替弁７１は、コントローラ３０からの指令に応じて動作する弁であり、管路４５に設けられている。図４の例では、切替弁７１は、ブームシリンダ７のボトム側油室と回生用油圧モータ１４Ａの上流側（吸い込み側）との間の連通・遮断を切り替え可能な１ポート２位置の比例弁である。具体的には、比例弁７０は、第１位置にある場合にブームシリンダ７のボトム側油室と回生用油圧モータ１４Ａの上流側（吸い込み側）との間を連通させ、第２位置にある場合にその連通を遮断する。
【００８２】
管路４５及び切替弁７１が、ブームシリンダ７（ブーム用油圧アクチュエータ）と回生用油圧モータ１４Ａとを繋ぐ「第１操作回路１０１」を構成する。また、管路４６及び比例弁７０が、第１操作回路１０１から分岐する「第２操作回路１０２」を構成する。
【００８３】
コントローラ３０は、各種センサの出力に基づいてブーム下げ操作が行われたことを検知すると、切替弁７１に指令を出力する。指令を受けた切替弁７１は第１位置に切り替わり、ブームシリンダ７のボトム側油室と回生用油圧モータ１４Ａの上流側（吸い込み側）との間を連通させる。
【００８４】
また、コントローラ３０は、回生用油圧モータ１４Ａのレギュレータに指令を出力する。回生用油圧モータ１４Ａは、ブームシリンダ７のボトム側油室から流出する作動油を直接受け入れて回転し、エンジン１１をアシストする。これにより第１操作回路１０１にブームシリンダ７のボトム側油室から流出する作動油が流れる。
【００８５】
このようにして、回生用油圧モータ１４Ａは、ブーム下げの際にブームシリンダ７から流出する作動油の油圧エネルギ（ブーム４の位置エネルギ）を直接的に回生できる。そのため、ブーム下げの際に熱（圧損）として捨てられていたエネルギを有効に利用して省エネ化を図ることができる。また、ブームシリンダ７から流出する作動油がアキュムレータに一時的に蓄圧された後でアキュムレータから流出する作動油の油圧エネルギを間接的に回生する場合に比べて効率的である。
【００８６】
また、コントローラ３０は、ブームシリンダ７のボトム側油室から流出する作動油の流量が、回生用油圧モータ１４Ａが受け入れ可能な流量を上回る場合、比例弁７０に対して指令を出力する。指令を受けた比例弁７０は第１位置に切り替わり、ブームシリンダ７のボトム側油室と作動油タンクＴとの間を連通させる。そのため、ブーム下げの際にブームシリンダ７から流出する作動油のうち、回生用油圧モータ１４Ａで吸収しきれない作動油は、第２操作回路１０２の管路４６を通って作動油タンクＴに戻される。
【００８７】
また、コントローラ３０は、ブーム下げ時のレバー操作が微操作の場合には、第１操作回路１０１の切替弁７１を閉じて第１操作回路１０１を遮断状態にして、回生用油圧モータ１４Ａへの作動油の供給を停止する。図３では、パイロット圧がＰ０以下の区間が、レバー操作が微操作の区間である。この区間では、第１操作回路１０１が遮断され、回生用油圧モータ１４Ａへの作動油の供給量が０となるので、図３に点線で示すように、回生用油圧モータ１４Ａの流量は０となっている。この区間では、第２操作回路１０２の比例弁７０のみを用いて、比例弁７０の開口面積を調整することによってブームシリンダ７のボトム側油室からの作動油の排出量を制御する。この制御では、ブーム下げ回生回路１００の作動油の排出量が、図３に実線で示すパイロット圧−作動油排出量特性の目標値と同等の特性となるように、作動油排出量を制御する。
【００８８】
以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。
【００８９】
上記実施形態では、ブーム下げ回生回路１００により作動油を排出する油圧アクチュエータとしてブームシリンダ７を例示したが、アームシリンダ８またはバケットシリンダ９においても、バケット６が空中にある状態でありブーム４の自重で下がっていると判定されている場合に適用することもできる。
【符号の説明】
【００９０】
７    ブームシリンダ（油圧アクチュエータ）
１１    エンジン
１４Ｌ    第１ポンプ
１４Ｒ    第２ポンプ（油圧ポンプ）
１４Ａ    回生用油圧モータ
３０    コントローラ
７０    比例弁
７１    切替弁
１００    ブーム下げ回生回路
１０１    第１操作回路
１０２    第２操作回路
Ｔ    作動油タンク
【図１】
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【図２】
2019011801.tif 000004
【図３】
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【図４】
2019011801.tif 000006
【図５】
2019011801.tif 000007