(57)【要約】  油圧アクチュエータから戻り作動油のエネルギをより効率良く利用できる建設機械の提供。  本発明は、エンジン１１と、エンジン１１にて駆動される油圧ポンプ１３と、油圧ポンプ１３から吐出される流体にて駆動される油圧アクチュエータ１７と、油圧ポンプ１３からの吐出圧を検出する吐出圧センサ１２ｄと、油圧アクチュエータ１７からの戻り作動油にて駆動される油圧回生モータ１８と、戻り作動油の流量を検出する流量計１８ｅと、油圧回生モータ１８への流入流量を制御する分流弁５０と、吐出圧センサ１２ｄでの吐出圧と流量計１８ｅでの流量に応じて、分流弁５０を制御するコントローラ１５と、油圧回生モータ１８の動力にて駆動されて発電する回生発電機１９と、回生発電機１９から供給される電力にてエンジン１１の駆動をアシストする電動発電機１３とを備える。
2014189062.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動源と、
前記駆動源にて駆動される流体圧ポンプと、
前記流体圧ポンプから吐出される流体にて駆動される流体圧駆動装置と、
前記流体圧ポンプからの吐出圧を検出する吐出圧検出装置と、
前記流体圧駆動装置からの戻り流体にて駆動される流体圧モータと、
前記流体圧駆動装置からの戻り流体の流量を検出する少なくとも一つ以上の流量検出装置と、
前記流体圧モータへ流入される流体の流量を制御する流量制御装置と、
前記吐出圧検出装置で検出した吐出圧と前記流量検出装置で検出した流量とに基づいて、前記流量制御装置を制御する制御装置と、
前記流体圧モータの動力にて駆動されて発電する発電機と、
前記発電機から供給される電力にて前記駆動源の駆動をアシストする電動発電機と
を備えることを特徴とする建設機械。
【請求項２】
請求項１に記載の建設機械において、
前記制御装置は、前記流量検出装置にて検出された流体の流量に基づいて前記戻り流体のエネルギを演算するエネルギ演算部と、前記流体圧ポンプから出力される前記流体圧ポンプの出力を、前記吐出圧検出装置からの検出値に基づいて演算するポンプ出力演算部と、前記ポンプ出力演算部にて演算した前記流体圧ポンプの出力および前記エネルギ演算部にて演算したエネルギの差分と、予め設定された所定の第１の閾値との比較に応じて、前記流量制御装置を制御する指令信号を演算する回生制御演算部とを備える
ことを特徴とする建設機械。
【請求項３】
請求項２に記載の建設機械において、
前記制御装置は、前記ポンプ出力演算部にて演算した前記流体圧ポンプの出力と、前記エネルギ演算部にて演算したエネルギとの差分が、前記第１の閾値より大きい場合に、前記回生制御演算部で演算した指令信号に基づいて、前記流体圧駆動装置からの戻り流体のすべてを前記流体圧モータに流入させるように前記流量制御装置を制御し、前記発電機にて発電した電力を前記電動発電機に供給する
ことを特徴とする建設機械。
【請求項４】
請求項２に記載の建設機械において、
前記電動発電機および前記発電機に電気的に接続され、前記発電機にて発電された電力が供給されて蓄電する蓄電装置を備え、
前記制御装置は、前記蓄電装置の蓄電残量を演算する蓄電残量演算部を備え、前記ポン プ出力演算部にて演算した前記流体圧ポンプの出力と、前記エネルギ演算部にて演算したエネルギとの差分が、前記第１の閾値より小さく、かつ前記蓄電残量演算部にて演算した蓄電残量が、所定の設定値より低い場合に、前記回生制御演算部で演算した指令信号に基づいて、前記流体圧駆動装置からの戻り流体のすべてを前記流体圧モータに流入させるように前記流量制御装置を制御し、前記発電機にて発電した電力のうちの、前記ポンプ出力演算部にて演算した前記流体圧ポンプの出力に応じた電力を前記電動発電機に供給し、残りの電力を前記蓄電装置に供給する
ことを特徴とする建設機械。
【請求項５】
請求項２に記載の建設機械において、
前記電動発電機および前記発電機に電気的に接続され、前記発電機にて発電された電力が供給されて蓄電する蓄電装置を備え、
前記制御装置は、前記ポンプ出力演算部にて演算した前記流体圧ポンプの出力と、前記エネルギ演算部にて演算したエネルギとの差分が、前記第１の閾値より小さく、かつ前記蓄電残量演算部にて演算した蓄電残量が、前記設定値より高い場合に、前記回生制御演算部で演算した指令信号に基づいて、前記発電機にて発電される電力が、前記ポンプ出力演算部にて演算した前記流体圧ポンプの出力分に相当する動力以下となるように、前記流量制御装置により前記流体圧モータへ流入される流体の流量を制御し、前記発電機にて発電した電力を前記電動発電機に供給する
ことを特徴とする建設機械。
【請求項６】
請求項３ないし５のいずれか１項に記載の建設機械において、
前記制御装置は、前記蓄電装置から前記電動発電機へ電力が供給されている状態で、前記流体圧駆動装置からの戻り流体が前記流体圧モータに流入された場合に、前記エネルギ演算部にて演算したエネルギに応じて、前記蓄電装置から前記電動発電機に供給する電力を制御する
ことを特徴とする建設機械。
【請求項７】
請求項２に記載の建設機械において、
前記電動発電機および前記発電機に電気的に接続され、前記発電機にて発電された電力が供給されて蓄電する蓄電装置を備え、
前記駆動源は、エンジンであり、
前記制御装置は、前記蓄電装置の蓄電残量を演算する蓄電残量演算部を備え、前記エンジンの回転数に応じて前記エンジンの動力を制御し、前記発電機にて発電された電力が前記電動発電機に供給されている状態で、前記エンジンの回転数が、所定の第２の閾値以上になった場合に、前記電動発電機への電力の供給を停止させるとともに、前記蓄電残量演算部にて演算した蓄電残量が、所定の設定値より低い場合に、前記回生制御演算部で演算した指令信号に基づいて、前記流体圧駆動装置からの戻り流体の前記流体圧モータへの流入を停止させるように前記流量制御装置を制御する
ことを特徴とする建設機械。
【請求項８】
請求項１または２に記載の建設機械において、
前記駆動源は、エンジンであり、
前記制御装置は、前記エンジンの動力に対する効率特性が予め記憶され、この効率特性に従って前記エンジンの目標回転数を演算し、前記発電機にて発電された電力が前記電動発電機に供給されている状態で、前記ポンプ出力演算部にて演算されたポンプ出力と、前記エネルギ演算部にて演算された回生動力とに基づき、前記エンジンの動力の補正値を算出し、前記エンジンの動力の補正値に基づいて前記エンジンの目標回転数を補正する
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、例えば油圧ショベル等の建設機械に関し、特に、流体圧駆動装置からの戻り流体にて駆動される流体圧モータを備えた建設機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、この種の油圧ショベル等の建設機械においては、省エネルギ化（低燃費化）や、エンジンから排出される環境負荷を有する排気ガス（例えば、二酸化炭素、窒素酸化物、粒子状物質等）の量を低減することを目的とし、エンジンに加えて電動発電機を動力源とした、いわゆるハイブリッド式の建設機械が提案されている。【０００３】
そして、この種のハイブリッド式の建設機械に関する従来技術が、特許文献１に開示されている。この特許文献１には、エンジンにて油圧ポンプを駆動させ、この油圧ポンプから吐出される圧油にて油圧シリンダを駆動させており、この油圧シリンダから排出される圧油にて回生用発電機を駆動させている。すなわち、油圧シリンダから排出される圧油が有するエネルギにて回生用発電機を駆動させ、この回生用発電機の駆動によって発電される電力にて電動発電機を駆動させて、エンジンをアシストし、油圧ポンプの駆動に利用したり、回生用発電機にて発電される電力をバッテリに供給して充電したりして再利用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４３９６９０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した特許文献１に開示された従来技術は、油圧シリンダから作動油タンクへ戻す作動油にて回生用発電を駆動させて発電させ、この回生用発電機の駆動にて生じた電力を、電動発電機に供給したり、蓄電器に供給したりして再利用している。すなわち、この特許文献１においては、回生用発電機にて発電した電力の供給先を、電動発電機または蓄電器のいずれかに切り換えるものである。【０００６】
したがって、この回生用発電機の駆動にて生じた電力を電動発電機に供給してエンジンをアシストする場合においては、この電動発電機への電力の供給量を適切に制御する必要があり、この電動発電機への電力の供給量が多すぎた場合等においては、アシストされるエンジンがオーバーレブしてしまうおそれがある。また、この回生用発電機の駆動にて生じた電力を、蓄電器に供給して充電する場合においては、この蓄電器に充電させた電力を放電させて利用するため、充放電による電力損失を伴い、油圧シリンダから排出される圧油のエネルギを効率良く利用することが容易でない。【０００７】
本発明は、上述した従来技術における実状からなされたもので、その目的は、流体圧駆動装置から戻り流体のエネルギをより効率良く利用できる建設機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的を達成するために、本発明は、駆動源と、前記駆動源にて駆動される流体圧ポンプと、前記流体圧ポンプから吐出される流体にて駆動される流体圧駆動装置と、前記流体圧ポンプからの吐出圧を検出する吐出圧検出装置と、前記流体圧駆動装置からの戻り流体にて駆動される流体圧モータと、前記流体圧駆動装置からの戻り流体の流量を検出する少なくとも一つ以上の流量検出装置と、前記流体圧モータへ流入される流体の流量を制御する流量制御装置と、前記吐出圧検出装置で検出した吐出圧と前記流量検出装置で検出した流量とに基づいて、前記流量制御装置を制御する制御装置と、前記流体圧モータの動力にて駆動されて発電する発電機と、前記発電機から供給される電力にて前記駆動源の駆動をアシストする電動発電機とを備えることを特徴としている。【０００９】
このように構成した本発明は、制御装置は、流体圧ポンプからの吐出圧を吐出圧検出装置にて、さらに、流体圧駆動装置からの戻り流体の流量を流量検出装置にて検出し、吐出圧検出装置にて検出された吐出圧と流量検出装置にて検出された流体の流量とから、流量制御装置を制御して、流体圧モータへ流入される流体の流量を制御する。よって、流体圧ポンプの吐出圧と、流体圧駆動装置からの戻り流体の流量とに応じて、流体圧モータへ流入される流体の流量を制御することにより、流体圧駆動装置からの戻り流体のエネルギを回生動力として、建設機械の動作に応じて適切に利用できるため、流体圧駆動装置から戻り流体のエネルギをより効率良く利用できる。【００１０】
また本発明は、上記発明において、前記制御装置は、前記流量検出装置にて検出された流体の流量に基づいて前記戻り流体のエネルギを演算するエネルギ演算部と、前記流体圧ポンプから出力される前記流体圧ポンプの出力を、前記吐出圧検出装置からの検出値に基づいて演算するポンプ出力演算部と、前記ポンプ出力演算部にて演算した前記流体圧ポンプの出力および前記エネルギ演算部にて演算したエネルギの差分と、予め設定された所定の第１の閾値との比較に応じて、前記流量制御装置を制御する指令信号を演算する回生制御演算部とを備えることを特徴としている。【００１１】
このように構成した本発明は、制御装置が、戻り流体のエネルギを演算するエネルギ演算部にて演算したエネルギ、すなわち回生動力、および流体圧ポンプから出力される流体圧ポンプの出力に基づいて演算するポンプ出力演算部にて演算される流体圧ポンプの出力の差分と、第１の閾値とを比較して、その比較結果に基づいて流量制御装置を制御する回生制御演算部を備えるので、建設機械の動作に応じて、戻り流体を流体圧モータへ適切に制御できる。【００１２】
また本発明は、上記発明において、前記制御装置は、前記ポンプ出力演算部にて演算した前記流体圧ポンプの出力と、前記エネルギ演算部にて演算したエネルギとの差分が、前記第１の閾値より大きい場合に、前記回生制御演算部で演算した指令信号に基づいて、前記流体圧駆動装置からの戻り流体のすべてを前記流体圧モータに流入させるように前記流量制御装置を制御し、前記発電機にて発電した電力を前記電動発電機に供給することを特徴としている。【００１３】
このように構成した本発明は、ポンプ出力負荷演算部にて演算したポンプ出力と、エネルギ演算部にて演算したエネルギ、すなわち回生動力との差分が、所定の第１の閾値より大きい場合に、流体圧駆動装置からの戻り流体のすべてを流体圧モータに流入させるように流量制御装置を制御し、発電機にて発電した電力を電動発電機に供給する。すなわち、流体圧駆動装置からの戻り流体のエネルギを、駆動源の駆動のアシストに利用できる場合に、この流体圧駆動装置からの戻り流体のエネルギを、駆動源の駆動のアシストに優先的に利用できる。【００１４】
また本発明は、上記発明において、前記電動発電機および前記発電機に電気的に接続され、前記発電機にて発電された電力が供給されて蓄電する蓄電装置を備え、前記制御装置は、前記蓄電装置の蓄電残量を演算する蓄電残量演算部を備え、前記ポン プ出力演算部にて演算した前記流体圧ポンプの出力と、前記エネルギ演算部にて演算したエネルギとの差分が、前記第１の閾値より小さく、かつ前記蓄電残量演算部にて演算した蓄電残量が、所定の設定値より低い場合に、前記回生制御演算部で演算した指令信号に基づいて、前記流体圧駆動装置からの戻り流体のすべてを前記流体圧モータに流入させるように前記流量制御装置を制御し、前記発電機にて発電した電力のうちの、前記ポンプ出力演算部にて演算した前記流体圧ポンプの出力に応じた電力を前記電動発電機に供給し、残りの電力を前記蓄電装置に供給することを特徴としている。【００１５】
このように構成した本発明は、ポンプ出力演算部にて演算したポンプ出力と、エネルギ演算部にて演算したエネルギとの差分が、第１の閾値より小さく、かつ蓄電残量演算部にて演算した蓄電残量が、所定の設定値より低い場合に、流体圧駆動装置からの戻り流体のすべてを流体圧モータに流入させるように流量制御装置を制御する。そして、発電機にて発電した電力のうちの、ポンプ出力演算部にて演算したポンプ出力に応じた電力を電動発電機に供給し、残りの電力を蓄電装置に供給する。この結果、流体圧駆動装置からの戻り流体のエネルギを、優先的に電動発電機による駆動源の駆動のアシストに利用でき、この電動発電機に供給にされない残りの電力を蓄電装置に供給して蓄電できるから、流体圧駆動装置からの戻り流体のエネルギをより有効に利用できる。【００１６】
また本発明は、上記発明において、前記電動発電機および前記発電機に電気的に接続され、前記発電機にて発電された電力が供給されて蓄電する蓄電装置を備え、前記制御装置は、前記ポンプ出力演算部にて演算した前記流体圧ポンプの出力と、前記エネルギ演算部にて演算したエネルギとの差分が、前記第１の閾値より小さく、かつ前記蓄電残量演算部にて演算した蓄電残量が、前記設定値より高い場合に、前記回生制御演算部で演算した指令信号に基づいて、前記発電機にて発電される電力が、前記ポンプ出力演算部にて演算した前記流体圧ポンプの出力分に相当する動力以下となるように、前記流量制御装置により前記流体圧モータへ流入される流体の流量を制御し、前記発電機にて発電した電力を前記電動発電機に供給することを特徴としている。【００１７】
このように構成した本発明は、ポンプ出力演算部にて演算したポンプ出力と、エネルギ演算部にて演算したエネルギとの差分が、第１の閾値より小さく、かつ蓄電残量演算部にて演算した蓄電残量が、設定値より高い場合に、発電機にて発電される電力が、ポンプ出力演算部にて演算したポンプ出力分に相当する動力以下となるように、流量制御装置により流体圧モータへ流入される流体の流量を制御して、発電機にて発電した電力のすべてを電動発電機に供給する。すなわち、電動発電機による駆動源の駆動のアシスト量を、ポンプ出力演算部にて演算したポンプ出力以下にできるため、この駆動源の過剰なアシストを抑制できる。【００１８】
また本発明は、上記発明において、前記制御装置は、前記蓄電装置から前記電動発電機へ電力が供給されている状態で、前記流体圧駆動装置からの戻り流体が前記流体圧モータに流入された場合に、前記エネルギ演算部にて演算したエネルギに応じて、前記蓄電装置から前記電動発電機に供給する電力を制御することを特徴としている。【００１９】
このように構成した本発明は、蓄電装置から電動発電機へ電力が供給されている状態で、流体圧駆動装置からの戻り流体が流体圧モータに流入された場合に、エネルギ演算部にて演算したエネルギに応じて、蓄電装置から電動発電機に供給する電力を制御する。この結果、蓄電装置から電動発電機への電力の供給量を、流体圧駆動装置からの戻り流体のエネルギに対応させて適切に抑制できるため、この蓄電装置の充放電に伴う劣化を防止できる。【００２０】
また本発明は、上記発明において、前記電動発電機および前記発電機に電気的に接続され、前記発電機にて発電された電力が供給されて蓄電する蓄電装置を備え、前記駆動源は、エンジンであり、前記制御装置は、前記蓄電装置の蓄電残量を演算する蓄電残量演算部を備え、前記エンジンの回転数に応じて前記エンジンの動力を制御し、前記発電機にて発電された電力が前記電動発電機に供給されている状態で、前記エンジンの回転数が、所定の第２の閾値以上になった場合に、前記電動発電機への電力の供給を停止させるとともに、前記蓄電残量演算部にて演算した蓄電残量が、所定の設定値より低い場合に、前記回生制御演算部で演算した指令信号に基づいて、前記流体圧駆動装置からの戻り流体の前記流体圧モータへの流入を停止させるように前記流量制御装置を制御することを特徴としている。【００２１】
このように構成した本発明は、発電機にて発電された電力が電動発電機に供給されている状態で、エンジンの回転数が第２の閾値以上になった場合に、電動発電機への電力の供給を停止させる。このため、発電機にて発電された電力を電動発電機に供給してエンジンの駆動のアシストしている状態で、このエンジンの回転数が上がり過ぎた場合に生じ得る破損等を防止できる。また同時に、蓄電残量演算部にて演算した蓄電残量が、所定の設定値より低い場合に、回生制御演算部で演算した指令信号に基づいて、流体圧駆動装置からの戻り流体の流体圧モータへの流入を停止させるように流量制御装置を制御して、蓄電装置への電力の供給を停止させる。よって、蓄電装置を介した電動発電機への電力の供給を適切に停止でき、エンジンの回転数が上がり過ぎた場合に生じ得る破損等を防止できる。【００２２】
また本発明は、上記発明において、前記駆動源は、エンジンであり、前記制御装置は、前記エンジンの動力に対する効率特性が予め記憶され、この効率特性に従って前記エンジンの目標回転数を演算し、前記発電機にて発電された電力が前記電動発電機に供給されている状態で、前記ポンプ出力演算部にて演算されたポンプ出力と、前記エネルギ演算部にて演算された回生動力とに基づき、前記エンジンの動力の補正値を算出し、前記エンジンの動力の補正値に基づいて前記エンジンの目標回転数を補正することを特徴としている。【００２３】
このように構成した本発明は、エンジンの動力に対する効率特性に従ってエンジンの目標回転数を演算する。発電機にて発電された電力が電動発電機に供給されている状態で、ポンプ出力演算部にて演算したポンプ出力と、エネルギ演算部にて演算された回生動力とに基づき、エンジンの動力の補正値を算出し、エンジンの動力の補正値に基づいてエンジンの目標回転数を補正する。この結果、エンジンの動力を補正させる際に、このエンジンの動力に対する効率特性に従って、効率の良いエンジン回転数を目標回転数として設定できる。よって、このエンジンの燃料消費量を適切に下げることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明は、吐出圧検出装置で検出した流体圧ポンプの吐出圧と、流体圧駆動装置からの戻り流体の流量を流量検出装置で検出した流量とに基づいて、流量制御装置を制御して、流体圧モータへ流入される流体の流量を制御する構成にしてある。この構成により本発明は、流体圧ポンプの吐出圧と流体圧駆動装置からの戻り流体の流量に応じて、流体圧モータへ流入される流体の流量を制御することにより、流体圧駆動装置からの戻り流体のエネルギ、すなわち回生動力を、建設機械の動作に応じて適切に利用できる。よって、流体圧駆動装置から戻り流体の回生動力をより効率良く利用できる。そして、前述した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明より明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る油圧ショベルの側面図である。
【図２】上記油圧ショベルに搭載された油圧駆動装置を示す構成図である。
【図３】上記油圧駆動装置の制御装置の動作を示す表である。
【図４】上記油圧ショベルの放土作業時における動作を示すグラフで、（ａ）は回生動力、（ｂ）はポンプ出力、（ｃ）はエンジン動力、（ｄ）はアシスト動力である。
【図５】従来の油圧駆動装置における電気回路の要部を示す概略図である。
【図６】従来の油圧駆動装置における別形態の電気回路の要部を示す概略図である。
【図７】上記油圧ショベルの回生動力のうちの余剰分を蓄電器に充電する場合の動作を示すグラフで、（ａ）は回生動力、（ｂ）はポンプ出力、（ｃ）はエンジン動力、（ｄ）はアシスト動力、（ｅ）は蓄電器充放電力、（ｆ）は蓄電残量である。
【図８】上記油圧ショベルの蓄電器の蓄電残量が設定値以上の場合の動作を示すグラフで、（ａ）は回生動力、（ｂ）はポンプ出力、（ｃ）はエンジン動力、（ｄ）はアシスト動力、（ｅ）は蓄電器充放電力、（ｆ）は蓄電残量である。
【図９】上記油圧ショベルの蓄電器の蓄電残量が設定値より小さい場合の動作を示すグラフで、（ａ）は回生動力、（ｂ）はポンプ出力、（ｃ）はエンジン動力、（ｄ）はアシスト動力、（ｅ）は蓄電器充放電力、（ｆ）は蓄電残量である。
【図１０】上記油圧ショベルの油圧ポンプのポンプ出力と回生動力との関係を示すグラフで、（ａ）は実際の関係、（ｂ）はポンプ出力演算部および回生制御演算部で演算された関係である。
【図１１】上記油圧ショベルをブーム下げ位置合わせ動作させた場合のグラフで、（ａ）は回生動力、（ｂ）はポンプ出力、（ｃ）はエンジン動力、（ｄ）はアシスト動力、（ｅ）は蓄電器充放電力、（ｆ）は蓄電残量である。
【図１２】本発明の第２実施形態に係る油圧ショベルの油圧駆動装置を示す油圧回路図である。
【図１３】本発明の第３実施形態に係る油圧ショベルのエンジンの効率特性を示すグラフである。
【図１４】上記図１３において、エンジンの目標回転数の演算例を示すグラフである。
【図１５】上記油圧ショベルの放土作業時における動作を示すグラフで、（ａ）は回生動力、（ｂ）はエンジン動力、（ｃ）はエンジン回転数である。
【図１６】本発明の第４実施形態に係る油圧ショベルの蓄電器に充電した電力でエンジンアシストする場合の動作を示すグラフで、（ａ）は回生動力、（ｂ）はポンプ出力、（ｃ）はエンジン動力、（ｄ）はアシスト動力、（ｅ）は蓄電器充放電力である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
【００２７】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る油圧ショベルの側面図である。図２は、油圧ショベルに搭載された油圧駆動装置を示す構成図である。図３は、油圧駆動装置の制御装置の動作を示す表である。
【００２８】
＜構成＞
本発明に係る建設機械の第１実施形態である油圧ショベル１は、いわゆるハイブリッド式のショベルであって、図１に示すように、クローラ式の走行装置２ａを備えた下部走行体２と、この下部走行体２上に旋回可能に取り付けられた本体としての上部旋回体３とを備えている。下部走行体２と上部旋回体３とは、旋回装置４を介して旋回可能に取り付けられている。
【００２９】
上部旋回体３の前側には、ブーム５の基端部が回動可能に取り付けられている。ブーム５は、供給される流体としての作動油（圧油）にて駆動する流体圧駆動装置に含まれ、油圧アクチュエータであるブームシリンダ５ａを介して動作する。また、ブーム５の先端部には、アーム６の基端部が回動可能に取り付けられている。アーム６は、供給される作動油にて駆動する流体圧駆動装置に含まれ、油圧アクチュエータであるアームシリンダ６ａを介して動作する。さらに、アーム６の先端部には、バケット７の基端部が回動可能に取り付けられている。バケット７は、供給される作動油にて駆動する流体圧駆動装置に含まれ、油圧アクチュエータであるバケットシリンダ７ａを介して動作する。そして、これらブーム５、ブームシリンダ５ａ、アーム６、アームシリンダ６ａ、バケット７およびバケットシリンダ７ａからフロント作業機８が構成されている。
【００３０】
また、油圧ショベル１の上部旋回体３には、この油圧ショベル１を駆動させるための油圧駆動制御装置１０が搭載されている。油圧駆動制御装置１０は、フロント作業機８、旋回装置４および走行装置２ａ等の油圧アクチュエータの駆動に用いられる。この油圧駆動制御装置１０は、図２に示すように、駆動源であるエンジン１１を備えている。エンジン１１には、このエンジン１１のエンジン回転数を検出する回転数センサ１１ａと、このエンジン１１の燃料噴出量を調整するガバナ１１ｂとが取り付けられている。また、エンジン１１の駆動軸１１ｃ上には、このエンジン１１にて駆動される流体圧ポンプである可変容量型の油圧ポンプ１２が取り付けられている。これら油圧ポンプ１２とエンジン１１との間には、このエンジン１１の駆動軸１１ｃ上に配置され、このエンジン１１の駆動をアシストする電動発電機１３が取り付けられている。
【００３１】
電動発電機１３には、電動発電機制御装置としての第１インバータ１４ａを介して蓄電装置である蓄電器１４が、電気配線を介して電気的に接続されている。蓄電器１４は、充放電可能なバッテリやキャパシタ等であって、この蓄電器１４からの電流を検出する電流センサ１４ｂと、この蓄電器１４の電圧を検出する電圧センサ１４ｃと、この蓄電器１４の温度を検出する温度センサ１４ｄとが取り付けられている。第１インバータ１４ａは、電動発電機１３を制御し、必要に応じて蓄電器１４と電動発電機１３との電力の授受を行う。なお、第１インバータ１４ａは、コンダクタなどの図示しない開閉器を有し、電力のオンオフを行うことで、蓄電器１４への電力の授受を行える。
【００３２】
第１インバータ１４ａには、この第１インバータ１４ａを制御して、電動発電機１３を制御する制御装置であるコントローラ１５が電気的に接続されている。コントローラ１５は、ガバナ１１ｂを制御して、エンジン１１への燃料噴射量を調整してエンジン回転数を制御する。さらに、コントローラ１５は、電流センサ１４ｂ、電圧センサ１４ｃおよび温度センサ１４ｄにて検出された電流、電圧、温度等のセンサ情報に基づいて蓄電器１４の蓄電残量を演算し、この蓄電器１４の蓄電量を管理する蓄電残量演算部１５ａを有している。
【００３３】
一方、油圧ポンプ１２は、吐出した圧油を、バルブ装置１６を介し、流体圧駆動装置である油圧アクチュエータ１７に供給する。ここで、この油圧アクチュエータ１７は、例えば、図１に示すブームシリンダ５ａやアームシリンダ６ａ、走行装置２ａ、旋回装置４等の種々の油圧アクチュエータが該当する。
【００３４】
油圧ポンプ１２には、この油圧ポンプ１２の斜板１２ａの傾転角を制御する第１レギュレータ１２ｂおよび第１電磁比例弁１２ｃが取り付けられている。また、油圧ポンプ１２には、この油圧ポンプ１２から吐出される作動油の圧力を計測する吐出圧センサ１２ｄと、この油圧ポンプ１２から吐出される作動油の流量を計測する流量計１２ｅと、この油圧ポンプ１２の斜板１２ａの傾転角を計測する傾転角センサ１２ｆとが取り付けられている。油圧ポンプ１２は、コントローラ１５からの駆動信号を、第１電磁比例弁１２ｃが入力し、第１電磁比例弁１２ｃは図示しないパイロットポンプから吐出された圧油を用いて、この駆動信号に応じた制御圧力を生成し、第１レギュレータ１２ｂに出力する。第１レギュレータ１２ｂは、この制御圧力と傾転角センサ１２ｆで検出した傾転角とに応じてポンプ吐出流量を制御する。
【００３５】
バルブ装置１６は、油圧ショベル１を操作するオペレータが、図示しない操作装置を操作することで生成される操作信号に応じて、開度が調節され、油圧ポンプ１２から吐出される圧油を所望する流量に制御する。さらに、バルブ装置１６は、油圧アクチュエータ１７からの戻り作動油を、流体圧モータである油圧回生モータ１８へ流出する管路と、この管路から分岐し、戻り作動油を作動油タンク２１へ流出する管路とに接続されている。油圧回生モータ１８は、バルブ装置１６から油圧回生モータ１８へ流出する管路を通過する戻り作動油により、駆動する。油圧回生モータ１８には、発電機である回生発電機１９が機械的に取り付けられ、油圧回生モータ１８の駆動に応じて発電する。回生発電機１９には、この回生発電機１９にて発電された電力を制御する第２インバータ１９ａが電気的に接続されている。第２インバータ１９ａは、第１インバータ１４ａに電気的に接続されている。そして、この第２インバータ１９ａは、回生発電機１９にて発電された電力を、インバータ１４ａを介し電動発電機１３に供給してエンジン１１の駆動をアシストすることができる。なお、油圧回生モータ１８から吐出される流量は、図示しない管路を介し、後述する作動油タンク２１に戻される。また、油圧回生モータ１８は、斜板１８ａの傾転角を計測する傾転角センサ１８ｆと、斜板１８ａの傾転角を制御する第２レギュレータ１８ｂおよび第２電磁比例弁１８ｃが取り付けられた可変容量型であるが、これらは戻り作動油の流量により、斜板１８ａの傾転角を決め、油圧回生モータ１８の仕様である定格回転数以上に回転数を上げないなど、保護のために備えている。なお、油圧回生モータ１８は、可変容量型に限定されず、戻り作動油の流量が定格回転数以下の範囲で供給されるならば、固定容量型でもよい。
【００３６】
バルブ装置１６から作動油タンク２１へ流出する管路は、油圧回生モータ１８へ流量を制御するための流量制御装置である分流弁５０と、作動油タンク２１への戻り作動油の流量を検出する、流量検出装置である流量計２１ａとを備えている。分流弁５０は、コントローラ１５からの指令信号に応じて、弁開度が制御され、油圧アクチュエータ１７からの戻り作動油のうち、油圧回生モータ１８へ供給される流量を制御する。流量計２１ａは、通過する流量を計測し、コントローラ１５に出力する。
【００３７】
コントローラ１５は、吐出圧センサ１２ｄにて検出される吐出圧と、流量計１２ｅにて検出される吐出流量値とに基づいて、油圧アクチュエータ１７で生じる負荷に対する油圧ポンプ１２の出力を演算する、ポンプ出力演算部１５ｂを有している。
【００３８】
また、バルブ装置１６から油圧回生モータ１８へ流出する管路には、油圧アクチュエータ１７からの戻り作動油の圧力を計測する圧力センサ１８ｄと、戻り作動油の流量を計測する、流量検出装置である流量計１８ｅとを備えている。
【００３９】
そして、コントローラ１５は、圧力センサ１８ｄにて検出される作動油の圧力と、流量計１８ｅにて検出される流量値とに基づいて、油圧アクチュエータ１７から油圧回生モータ１８への戻り作動油のエネルギとしての回生動力を演算する、エネルギ演算部である回生動力演算部１５ｃを有している。さらに、コントローラ１５は、ポンプ出力演算部１５ｂにて演算した油圧ポンプ１２の出力と、回生動力演算部１５ｃにて演算した回生動力とに基づいて、分流弁５０を制御する回生制御演算部１５ｄを有している。回生制御演算部１５ｄは、演算した結果に基づいた指令値を分流弁５０に入力する。分流弁５０は、その指令値に基づいて弁開度を調整し、油圧回生モータ１８に供給する流量を制御する。なお、指令値の演算は、一つに限定されるものでないが、一例として、コントローラ１５内に、流量計１８ｅ、もしくは流量計２１ａが検出した流量値を取り込み、油圧ポンプ１２の出力と回生動力との差分と、予め定めた所定の第１の閾値との比較結果等に基づいて、別途生成される目標流量に追従するように演算する方法が挙げられる。
【００４０】
具体的に、コントローラ１５は、図３に示すように、ポンプ出力演算部１５ｂにて演算した油圧ポンプ１２の出力と、回生動力演算部１５ｃにて演算した回生動力との差分が、予め定めた所定の第１の閾値より大きい場合（油圧ポンプ１２の出力−回生動力≧第１の閾値）に、回生制御演算部１５ｄにて油圧アクチュエータ１７からの戻り作動油のすべてを油圧回生モータ１８に流入させる、すなわち油圧回生モータ１８にて回生動力分をすべて吸収できるように、分流弁５０を第１の状態である弁開度が閉じた状態に制御する。そして、回生発電機１９にて発電した電力のすべてを電動発電機１３に供給し、蓄電器１４への電力の供給を停止させるように、第１インバータ１４ａを制御する。また、コントローラ１５は、蓄電残量演算部１５ａにて演算した蓄電残量が、予め定めた所定の設定値より低い場合（蓄電残量＜設定値）、およびこの蓄電残量が設定値以上の場合（蓄電残量≧設定値）のいずれの場合においても、油圧アクチュエータ１７からの戻り作動油のすべてを油圧回生モータ１８に流入させるように、分流弁５０を第１の状態である弁開度が閉じた状態に制御する。そして、回生発電機１９にて発電した電力のすべてを電動発電機１３に供給して、エンジン１１の駆動をアシストさせるように、第１インバータ１４ａを制御する。
【００４１】
さらに、コントローラ１５は、油圧ポンプ１２の出力と回生動力との差分が第１の閾値より小さく（油圧ポンプ１２の出力−回生動力＜第１の閾値）、かつ蓄電残量が設定値より低い場合（蓄電残量＜設定値）に、油圧アクチュエータ１７からの戻り作動油のすべてを油圧回生モータ１８に流入させるように、分流弁５０を第１の状態である弁開度が閉じた状態に制御し、回生発電機１９にて発電した電力のうちの油圧ポンプ１２の出力に応じた分の電力を電動発電機１３に供給して優先的にエンジンアシストし、残りの余剰電力を蓄電器１４に供給して蓄電させるように、第１インバータ１４ａを制御する。
【００４２】
また、コントローラ１５は、油圧ポンプ１２の出力と回生動力との差分が第１の閾値より小さく（油圧ポンプ１２の出力−回生動力＜第１の閾値）、かつ蓄電残量が設定値より高い場合（蓄電残量≧設定値）に、分流弁５０を第２の状態である、回生発電機１９にて発電される電力が油圧ポンプ１２の出力分に相当する動力またはこの電力以下となる弁開度とし、油圧回生モータ１８への流量を制御する。そして、回生発電機１９にて発電した電力のすべてを電動発電機１３に供給し、蓄電器１４への電力の供給を停止させるように、第１インバータ１４ａを制御する。
【００４３】
さらに、コントローラ１５は、回転数センサ１１ａにて検出されるエンジン回転数が、予め定めた所定の第２の閾値以上になった場合に、エンジン１１が過回転になったと判断し、回生発電機１９にて発電された電力の電動発電機１３への供給を停止させてエンジンアシストを停止させる。さらに、蓄電残量が設定値より低い場合に、回生制御演算部１５ｄにて油圧アクチュエータ１７からの戻り作動油を作動油タンク２１に戻し、油圧回生モータ１８が停止するように、分流弁５０を第３の状態である弁開度、すなわち全開、もしくはほぼ全開に制御する。
【００４４】
＜動作＞
次に、上記第１実施形態に係る油圧ショベル１の具体的な作業を例として、その動作について説明する。ここで、油圧ショベル１は、旋回動作中の上部旋回体３を制動させる時の慣性エネルギ（運動エネルギ）の回収のほか、高位置に移動させたブーム５を下げる時の位置エネルギの回収が可能である。
【００４５】
まず、油圧ショベル１にて、上部旋回体３を旋回駆動させながらフロント作業機８を操作してバケット７に溜まっている土砂等を図示しないダンプトラックに積み込む作業、いわゆる「放土作業」を行う場合について説明する。この場合は、ダンプトラックの位置に合わせて上部旋回体３を停止させる際に大きな制動力が働き、この制動力を慣性エネルギとして回生できるものの、フロント作業機８を同時に駆動させているため、油圧ポンプ１２に大きな動力が必要である。
【００４６】
この場合に、旋回駆動時の上部旋回体３を制動させた際に、油圧アクチュエータ１７（旋回装置４）からの戻り作動油によって生じる回生動力（回生エネルギ）が、例えば５０ｋＷと回生動力演算部１５ｃにて演算される。そして、フロント作業機８にて使用されるポンプ出力が、例えば７０ｋＷとポンプ出力演算部１５ｂにて演算された場合を想定し、第１の閾値を、例えば５ｋＷとする。このとき、油圧モータ１２の出力と回生動力との差分が２０ｋＷとなり、第１の閾値（５ｋＷ）より大きい（ポンプ出力−回生動力≧第１の閾値）。このため、図３に示すように、回生制御演算部１５ｄにて、旋回駆動時の上部旋回体３を制動させたことによって生じる油圧アクチュエータ１７からの戻り作動油のすべてを油圧回生モータ１８に流入させる。そして、５０ｋＷの回生動力を回生発電機１９に入力して発電動作させる。
【００４７】
また同時に、この回生発電機１９にて発電された電力を電動発電機１３へ供給して、この電動発電機１３を駆動し、５０ｋＷのエンジンアシストを行う。この結果、この５０ｋＷのエンジンアシストによって、エンジン１１の動力を５０ｋＷ分ほど下げることができるから、このエンジン１１の動力を、２０ｋＷ（７０ｋＷ−５０ｋＷ）まで下げることができる。よって、旋回駆動時の上部旋回体３を制動させた際にエネルギを回収し、この回収したエネルギにてエンジン１１の動力を下げることができ、このエンジン１１の燃料の消費量を少なくできる。
【００４８】
次に、上記動作を、時系列に沿って説明する。図４は、油圧ショベルの放土作業時における動作を示すグラフで、（ａ）は回生動力、（ｂ）はポンプ出力、（ｃ）はエンジン動力、（ｄ）はアシスト動力である。ここで、図４においては、エンジン１１の動力がランプ状に変化することを前提として説明している。また、旋回制動時やブーム下げ動作時においては、各動作に従って回生動力が徐々に増加または減少していく。
【００４９】
まず、時刻ｔｓにおいて、旋回駆動時の上部旋回体３を制動させた際のエネルギの回生が開始されると、図４（ａ）に示すように、回生発電機１９にて回生される回生動力［ｋＷ］に連動して、図４（ｄ）に示すように、この回生発電機１９を介して電動発電機１３に供給される電力によるアシスト動力［ｋＷ］が増加していく。このとき、図４（ｂ）に示すように、油圧ポンプ１２からのポンプ出力［ｋＷ］が一定であるため、図４（ｃ）に示すように、エンジン１１のエンジン動力［ｋＷ］が減少していく。
【００５０】
さらに、時刻ｔｅにおいて、旋回駆動時の上部旋回体３を制動させた際のエネルギの回生が終了すると、図４（ｄ）に示すように、電動発電機１３によるアシスト動力［ｋＷ］が０となる。そして、図４（ｃ）に示すように、エンジン１１のエンジン動力［ｋＷ］は、回生を開始した前の状態に復帰される。
【００５１】
次に、回生発電機１９で発電した電力エネルギを、蓄電器１４に供給して蓄電させることなく、優先的に電動発電機１３へ供給して全て利用する場合のエネルギ効率的優位性について説明する。この場合には、回生発電機１９で発電した電力を１００（基準値）とし、特許文献１と本発明とを比較して説明する。また、蓄電器１４、第１および第２インバータ１４ａ，１９ａ等の電動コンポーネントの変換効率を９５％に統一して簡略化して説明する。
【００５２】
図５は、従来の油圧駆動装置における電気回路の要部を示す概略図である。図６は、従来の油圧駆動装置における別形態の電気回路の要部を示す概略図である。なお、図５および図６において、蓄電器１４は、電力の流れを示す関係から、蓄電器１４を充電と放電との機能ごとに異なるブロック、変換器３１を昇圧と降圧との機能ごとに異なるブロックとして、別々に記載しているが、物理的に別個のデバイスではない。
【００５３】
図５に示すように、第１および第２インバータ１４ａ，１９ａと蓄電器１４との間に電圧変換がない場合には、特許文献１のように、回生エネルギを変換させた電気エネルギを蓄電器１４に供給して充電した後に電動発電機１３で再利用する。この場合に、回生発電機１９で発電した電力エネルギは、第２インバータ１９ａ、蓄電器１４ａ（充電）、蓄電器１４ｂ（放電）、および第１インバータ１４ａの経路を介して電動発電機１３へ給電される。よって、この経路でのエネルギ損失は、（０．９５）４であるため、利用可能な電気エネルギは、１００×（０．９５）４で、約８１となる。
【００５４】
これに対し、上記第１実施形態の場合においては、回生発電機１９で発電した電力エネルギは、第２インバータ１９ａ、および第１インバータ１４ａの経路を介して電動発電機１３へ給電され、蓄電器１４を介した充放電を行わない。よって、この経路のエネルギ損失は、（０．９５）２であるため、利用可能なエネルギは、１００×（０．９５）２で、約９０となる。したがって、特許文献１の場合に比べ、約９％の回生エネルギを有効に再利用することができる。
【００５５】
上記特許文献１の場合には、さらに、図６に示すように、第１および第２インバータ１４ａ，１９ａと蓄電器１４との間に、バッテリチョッパ等の電圧変換装置である変換器３１が併設され、電圧変換されるケースも開示している。このケースでは、発電した電力エネルギは、第２インバータ１９ａ、変換器３１（降圧）、蓄電器１４（充電）、蓄電器１４（放電）、変換器３１（昇圧）、第１インバータ１４ａの経路を介して電動発電機１３へ給電される。したがって、この経路でのエネルギ損失は、（０．９５）６であるため、利用可能なエネルギは、１００×（０．９５）６で、約７４となる。
【００５６】
これに対し、上記第１実施形態の場合には、蓄電器１４および電圧変換器３１を経由しない。このため、図５に示す電圧変換しない場合と同様に、回生発電機１９で発電した電力エネルギは、第２インバータ１９ａ、および第１インバータ１４ａの経路を介して電動発電機１３へ給電される。よって、利用可能なエネルギは、図５の場合と同様に、約９０であり、特許文献１に比べ、約１６％の回生エネルギを有効に再利用することができる。
【００５７】
次に、回生発電機１９で発電した電力エネルギの余剰分を蓄電器１４に充電させる場合について説明する。
【００５８】
油圧ショベル１にて、高位置にあるブーム５を下ろしながら、上部旋回体３およびフロント作業機８を操作して、このフロント作業機８のバケット７の先端部（爪先）を所望の位置に移動させる動作、いわゆる「ブーム下げ位置合わせ」を行う場合について説明する。この場合には、ブーム下げ動作を行う際に、このブーム５から大きな位置エネルギを回収できつつ、上部旋回体３、アーム６およびバケット７を少しずつ駆動させるため、回収したエネルギに対し油圧ポンプ１２へ供給する動力が少ない傾向にある。
【００５９】
そして、例えば、第１の閾値が５ｋＷとされ、蓄電器１４の蓄電残量の設定値が７０％と設定されたとする。ここで、この蓄電残量の設定値は、急激な劣化を招くことなく使用できる蓄電範囲であって、蓄電器１４への過剰な充電を防止するために設定され、用いる蓄電器１４の仕様によって変化する。また、この蓄電残量の設定値は、蓄電器１４毎に決まっており、蓄電器１４を組み込む際に設定したり、コントローラ１５にて自動的に読み込まれたりするように設定されている。
【００６０】
この状態で、ブーム下げ時の戻り作動油によって生じる回生動力が、例えば５０ｋＷと回生動力演算部１５ｃにて演算され、旋回装置４、アーム６およびバケット７にて使用される油圧ポンプ１２の出力が、例えば３０ｋＷとポンプ出力演算部１５ｂにて演算された場合を想定する。この場合、油圧ポンプ１２の出力と回生動力との差分が、例えば−２０ｋＷとなり、第１の閾値（５ｋＷ）より小さい。
【００６１】
また、蓄電残量演算部１５ａにて演算された蓄電器１４の蓄電残量が、例えば５０％であった場合には、ブーム下げ動作によって生じる油圧アクチュエータ１７からの戻り作動油のすべてを、制限することなく油圧回生モータ１８に流入させ、この５０ｋＷの回生動力のすべてを回生発電機１９に入力させて発電動作させる。同時に、この回生発電機１９にて発電された電力のうちの油圧ポンプ１２の出力に相当する３０ｋＷ分が電動発電機１３へ供給され、この電動発電機１３を駆動させて、３０ｋＷのエンジンアシストを行う。そして、電動発電機１３へ供給されない２０ｋＷ（５０ｋＷ−３０ｋＷ）の余剰分が蓄電器１４へ供給され、この蓄電器１４に蓄電される。
【００６２】
次に、上記動作を、時系列に沿って説明する。図７は、本発明の第１実施形態に係る油圧ショベルの回生エネルギのうちの余剰分を蓄電器に充電する場合の動作を示すグラフで、（ａ）は回生動力、（ｂ）はポンプ出力、（ｃ）はエンジン動力、（ｄ）はアシスト動力、（ｅ）は蓄電器充放電力（＋は放電、−は充電）、（ｆ）は蓄電残量である。
【００６３】
ブーム下げ動作が開始され、油圧アクチュエータ１７からの戻り作動油が油圧回生モータ１８に供給されエネルギの回生が開始された時刻ｔｓから、油圧ポンプ１２の駆動に必要となる電動発電機１３へのアシスト動力が、その上限値である３０ｋＷに達する時刻ｔ１までの間は、図７（ａ）および図７（ｄ）に示すように、回生発電機１９にて回生された回生動力のすべてを電動発電機１３に供給させる。そして、この電動発電機１３へのアシスト動力を増加させていく。
【００６４】
この後、このアシスト動力が上限値に達した時刻ｔ１から、このアシスト動力が上限値以下になる時刻ｔ４までの間は、図７（ｄ）に示すように、回生発電機１９にて回生された回生動力のうちの、油圧ポンプ１２の出力分である３０ｋＷが電動発電機１３へ優先的に供給される。そして、図７（ｅ）に示すように、この電動発電機１３へ供給されない余剰分の回生動力が、蓄電器１４へ電力に変換供給され、図７（ｆ）に示すように、この蓄電器１４に蓄電される。
【００６５】
さらに、アシスト動力が上限値以下になる時刻ｔ４から、回生発電機１９による回生が終了する時刻ｔｅまでの間は、図７（ａ）および図７（ｄ）に示すように、この回生発電機１９にて回生される回生動力の低下に連動し、アシスト動力が低下していく。このため、図７（ｂ）および図７（ｃ）に示すように、油圧ポンプ１２の出力が３０ｋＷと維持されるように、アシスト動力の低下に対応させてエンジン動力を上昇させていく。
【００６６】
ここで、上記条件において、例えば蓄電器１４の蓄電残量が７５％の場合には、この蓄電器１４の蓄電残量の設定値（７０％）より高いため、この蓄電器１４を保護する観点から、この蓄電器１４への蓄電を行わない。具体的には、油圧アクチュエータ１７からの戻り作動油の流量を、回生制御演算部１５ｄを介して分流弁５０にて弁開度を制御し、油圧ポンプ１２の出力（３０ｋＷ）に相当する回生動力分の作動油を油圧回生モータ１８に流入させ、この油圧回生モータ１８に流入させない余剰分の作動油を作動油タンク２１へ戻す。この結果、この油圧回生モータ１８の駆動により回生発電機１９にて回生される回生動力が、油圧ポンプ１２の出力に等しい３０ｋＷとなり、この回生動力を電動発電機１３に供給して、油圧ポンプ１２の出力相当である３０ｋＷ分のエンジンアシストを行う。
【００６７】
次に、蓄電器１４の蓄電残量が７５％の場合の制御動作を、時系列に沿って説明する。図８は、油圧ショベルの蓄電器１４の蓄電残量が設定値以上の場合の動作を示すグラフで、（ａ）は回生動力、（ｂ）はポンプ出力、（ｃ）はエンジン動力、（ｄ）はアシスト動力、（ｅ）は蓄電器充放電力（＋は放電、−は充電）、（ｆ）は蓄電残量である。
【００６８】
時刻ｔｓから時刻ｔ１までの間は、図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように、回生発電機１９にて回生される回生動力が油圧ポンプ１２の出力を越えない。このため、図８（ｃ）および図８（ｄ）に示すように、回生発電機１９にて回生された回生動力のすべてをアシスト動力として電動発電機１３へ供給してエンジンアシストし、エンジン動力を低下させていく。
【００６９】
次いで、回生動力がポンプ出力以上となる時刻ｔ１から、この回生動力がポンプ出力より低くなる時刻ｔ２までの間は、蓄電器１４の蓄電残量（７５％）が設定値（７０％）より高く、この蓄電器１４の過充電による損傷を防止するため、油圧ポンプ１２の出力以上の回生動力を利用できない。そこで、この油圧ポンプ１２の出力（３０ｋＷ）以上の余剰分の回生動力が生じないよう、油圧アクチュエータ１７らの戻り作動油の油圧回生モータ１８への流量（供給量）を、分流弁５０を用いて制御し、余剰分の回生動力に相当する分の作動油を作動油タンク２１へ戻す。ここで、この余剰分の回生動力は、図８（ａ）中の領域Ｔ１に相当する。
【００７０】
さらに、回生発電機１９にて回生される回生動力が減少していき、この回生動力が油圧ポンプ１２の出力より低くなる時刻ｔ２以降においては、図７に示す時刻ｔ４以降と同様の制御動作となる。
【００７１】
なお、蓄電残量が設定値より高い場合には、蓄電器１４から電動発電機１３へ電力を供給してエンジンアシストすることもできる。この場合には、油圧アクチュエータ１７からの戻り作動油が油圧回生モータ１８に供給されている状態で、蓄電器１４から電動発電機１３への電力によるアシスト動力値と、回生発電機１９にて発電される電力の電動発電機１３へのアシスト動力値とを演算する。そして、これらアシスト動力値の合計が、油圧ポンプ１２の出力に相当するように、分流弁５０を用いて、油圧回生モータ１８への流量を調整し、発電機１９から電動発電機１３への電力を制御する。なお、蓄電器１４から電動発電機１３へのアシスト動力値の演算は、一つに限定されるものではないが、一例として、コントローラ１５内に、蓄電残量演算部１５ａの蓄電量と、アシスト動力値とを対応させた図示しない演算テーブルを用いて、蓄電量に応じたアシスト動力値演算が挙げられる。
【００７２】
また、上記条件において、蓄電残量演算部１５ａにて演算された蓄電器１４の蓄電残量が、その設定値（７０％）以下、例えば６５％の場合には、この蓄電器１４の蓄電残量が設定値より低いため、油圧アクチュエータ１７からの戻り作動油のすべてを油圧回生モータ１８に流入させて回生発電機１９にて発電する。そして、この回生発電機１９にて発電された電気エネルギのうちの油圧ポンプ１２の出力相当分の電気エネルギを電動発電機１３に供給してエンジンアシストしつつ、残りの余剰分の電気エネルギを蓄電器１４へ供給して蓄電させる。
【００７３】
ここで、この余剰分の電気エネルギが蓄電器１４に供給され続けることにより、この蓄電器１４の蓄電残量が徐々に増加していき、一定時間後に、この蓄電器１４の蓄電残量が設定値となる。この場合には、コントローラ１５にて切換判定がされ、油圧アクチュエータ１７からの戻り作動油の流量が、分流弁５０によって制御され、油圧ポンプ１２の出力（３０ｋＷ）に相当する回生動力分の作動油が油圧回生モータ１８に流入される。そして、この油圧回生モータ１８の駆動により回生発電機１９にて回生される回生動力のすべてを電動発電機１３に供給して、油圧ポンプ１２の出力相当である３０ｋＷ分のエンジンアシストを行う。
【００７４】
次に、蓄電器１４の蓄電残量が６５％の場合の制御動作を、時系列に沿って説明する。図９は、油圧ショベルの蓄電器１４の蓄電残量が設定値より小さい場合の動作を示すグラフで、（ａ）は回生動力、（ｂ）はポンプ出力、（ｃ）はエンジン動力、（ｄ）はアシスト動力、（ｅ）は蓄電器充放電力（＋は放電、−は充電）、（ｆ）は蓄電残量である。
【００７５】
ブーム下げ動作が開始され、油圧アクチュエータ１７からの戻り作動油によるエネルギの回生が開始された時刻ｔｓから、蓄電器１４の蓄電残量が設定値に達するまでの時刻ｔ３までの間は、図８に示す時刻ｔｓから時刻ｔ２と同様の制御動作とされる。
【００７６】
次いで、蓄電器１４の蓄電残量が設定値に達した時刻ｔ３から、この蓄電器１４の蓄電残量が設定値より低くなる時刻ｔ４までの間は、油圧アクチュエータ１７からの戻り作動油の流量が制限され、油圧ポンプ１２の出力（３０ｋＷ）に相当する回生動力分のみの作動油が、分流弁５０を制御して油圧回生モータ１８に流入される。そして、回生発電機１９にて回生される回生動力のすべてが電動発電機１３に供給され、油圧ポンプ１２の出力相当である３０ｋＷ分のエンジンアシストが行われ、蓄電器１４への充電が停止され、この蓄電器１４へ供給される電力が０となる。よって、時刻ｔ３以降は、図８に示す時刻ｔ１以降と同様の制御動作とされる。このとき、図９（ａ）中の領域Ｔ２は、油圧アクチュエータ１７からの戻り作業油のうちの作業油タンク２１に戻され、有効利用できない分に相当するエネルギ量を示す。
【００７７】
ここで、図９においては、蓄電残量が設定値（７０％）に到達したと同時に、蓄電器１４への電力の供給を即座に停止させて充電動作を停止させているが、この蓄電器１４の蓄電残量が設定値に近づくに連れて、蓄電器１４への電力供給量を徐々に抑制していき、この電力供給量の抑制に対応させて作動油タンク２１への作動油供給量を増加させることもできる。また、設定値は、一定ではなく、例えば、蓄電器１４の仕様や使用頻度、使用経過時間等に応じて設定することもできる。
【００７８】
よって、高位置にあるブーム５を下げるブーム下げ動作、または旋回駆動中の上部旋回体３を停止させる旋回停止動作の単独動作をする場合には、ブームシリンダ５ａまたは旋回装置４以外の他の油圧アクチュエータが動作しない。このため、これらブームシリンダ５ａまたは回生装置４から回収可能な大きな回生エネルギに対し、油圧ポンプ１２の出力が比較的小負荷となる。この場合においても、上述した図７ないし図９に示すように、油圧ポンプ１２の出力相当分のみのアシスト動力を電動発電機１３に供給してエンジンアシストすることにより、蓄電器１４の蓄電残量に応じた充電動作の切換が可能となる。
【００７９】
また、これらブーム下げ動作および旋回停止動作の作業時は、例えば放土作業等の他の動作に比べ、油圧ポンプ１２への出力が小さい。このため、電動発電機１３へ供給されるアシスト動力が、ポンプ出力相当分を越えて供給されることによるエンジン１１の加速が生じるおそれがある。この場合に、エンジン回転数を回転数センサ１１ａにて検出し、この回転数センサ１１ａにて検出したエンジン回転数が第２の閾値を越えた過回転になった場合に、電動発電機１３へのアシスト動力の供給を停止させエンジンアシストを停止させることにより、エンジン１１の過剰なアシストを防止することができる。
【００８０】
さらに、油圧ポンプ１２の出力と油圧アクチュエータ１７からの戻り作動油が有する回生動力との差分との比較に用いる第１の閾値は、センサの検出誤差等を考慮して設定してもよい。この結果、吐出圧センサ１２ｄ、流量計１２ｅ，１８ｅ，２１ａ、圧力センサ１８ｄ等の各センサの検出誤差や、作動油の圧力脈動によるコントローラ１５の意図しない制御を防止できる。ここで、図１０は、油圧ポンプ１２の出力と回生動力との関係を示すグラフで、（ａ）は実際の関係、（ｂ）はポンプ出力演算部および回生制御演算部で演算された関係である。
【００８１】
具体的に、図１０（ａ）に示すように、実際のポンプ出力が５０ｋＷ、回生動力が６０ｋＷであるのに対し、図１０（ｂ）に示すように、ポンプ出力演算部１５ｂにて演算されたポンプ出力が５５ｋＷ、および回生動力演算部１５ｃにて演算された回生動力が５４ｋＷとなり、実際の真値に対して１０％の誤差を有すると演算されたとする。本来であれば、ポンプ出力に相当するアシスト動力のみを電動発電機１３に供給してエンジンアシストすべきであるが、例えば、第１の閾値を０以上１ｋＷ未満という小さい値に設定したりすると、このケースでは、コントローラ１５は演算したポンプ出力が回生動力より大きいと誤判断する。よって、油圧アクチュエータ１７からの戻り作動油の回生動力のすべてが電動発電機１３に供給されてエンジンアシストされてしまう。
【００８２】
すなわち、実際のポンプ出力が５０ｋＷに対し回生動力が６０ｋＷであり、全ての回生動力を電動発電機１３に供給してエンジンアシストに使用すると、エンジン１１を１０ｋＷ分ほど過剰にアシストすることとなり、エンジン１１がオーバーレブするおそれがある。
【００８３】
そこで、上述のように、例えば検出誤差を考慮した５ｋＷ程度の第１の閾値を設定する。そして、「ポンプ出力−回生動力≦第１の閾値」が成立した場合に、油圧ポンプ１２の出力に相当する分のみのアシスト動力を電動発電機１３に供給し、その余剰分を蓄電器１４に供給して充電させたり、作動油タンク２１へ戻したりして、エンジン１１の過剰なアシストを抑制する。
【００８４】
また、検出誤差等を考慮した公差を別途設定し、回生制御演算部１５ｄにて電動発電機１３によるエンジン１１のアシスト量を「ポンプ出力−公差」で演算することにより、エンジン１１が公差相当分のポンプ出力を負担することになる。よって、エンジン１１のオーバーレブをより効果的に防止できる。
【００８５】
この動作を、時系列に沿って説明する。図１１は、油圧ショベルをブーム下げ位置合わせ動作させた場合のグラフで、（ａ）は回生動力、（ｂ）はポンプ出力、（ｃ）はエンジン動力、（ｄ）はアシスト動力、（ｅ）は蓄電器充放電力（＋は放電、−は充電）、（ｆ）は蓄電残量である。
【００８６】
ブーム下げ位置合わせ動作が開始され、油圧アクチュエータ１７からの戻り作動油によるエネルギの回生が開始された時刻ｔｓから、油圧ポンプ１２の駆動に必要となる電動発電機１３へのアシスト動力が、その上限値である３０ｋＷに達する時刻ｔ１までの間は、図７に示す時刻ｔｓから時刻ｔ１までと同様の制御動作となる。ただし、この場合には、図７の場合に比べ、アシスト動力が公差（５ｋＷ）分ほど低く設定され、公差（５ｋＷ）分ほどエンジン動力と蓄電器１４への供給電力とのそれぞれが高く設定される。また、時刻ｔ１以降の動作においても、公差（５ｋＷ）分ほどアシスト動力が減り、エンジン動力および蓄電器１４への供給電力が増える点を除いて、図７に示すｔ１以降と同様の制御動作となる。
【００８７】
各センサの検出誤差等を考慮して公差を定め、「（ポンプ出力−公差）−回生動力≦第１の閾値」の判断が成立した場合に、（油圧ポンプ１２の出力−公差）に相当する分のみのアシスト動力を電動発電機１３に供給し、その余剰分を蓄電器１４に供給して蓄電させたり、作動油タンク２１へ戻したりすることにより、エンジン１１の過剰なアシストを抑制でき、エンジン１１のオーバーレブを防止できる。
【００８８】
＜作用効果＞
上述したように、上記第１実施形態に係る油圧ショベル１によれば、コントローラ１５のポンプ出力演算部１５ｂで演算されたポンプ出力と、回生動力演算部１５ｃで演算された油圧アクチュエータ１７から油圧回生モータ１８への戻り作動油の回生動力とに基づいて、回生制御演算部１５ｄにて演算された指令値に応じて分流弁５０を制御し、油圧回生モータ１８へ流入される作動油の流量を制御する。
【００８９】
すなわち、油圧アクチュエータ１７からの戻り作動油の流量および圧力に伴う回生動力に応じて、油圧回生モータ１８へ流入させる作動油の流量を制御することにより、油圧アクチュエータ１７からの戻り作動油が有するエネルギ、すなわち回生動力を、建設機械の様々な動作に対応させて適切に利用できる。よって、油圧アクチュエータ１７から戻り作動油のエネルギをより効率良く利用できる。
【００９０】
特に、ポンプ出力演算部１５ｂにて演算したポンプ出力と、回生動力演算部１５ｃにて演算した回生動力との差分が、第１の閾値より大きい場合に、回生制御演算部１５ｄを制御して油圧アクチュエータ１７からの戻り作動油のすべてを油圧回生モータ１８に流入させ、回生発電機１９にて発電した電力のすべてを電動発電機１３に供給する。この結果、油圧アクチュエータ１７からの戻り作動油が有するエネルギのすべてをエンジン１１の駆動のアシストに利用できる。
【００９１】
また、第２インバータ１９ａを介して回生発電機１９に蓄電器１４を接続させ、この蓄電器１４を、第１インバータ１４ａを介して電動発電機１３に接続させた。この結果、油圧アクチュエータ１７からの戻り作動油にて油圧回生モータ１８が駆動され、この油圧回生モータ１８の駆動にて回生発電機１９が駆動されて発電された電力を、蓄電器１４に適宜蓄電できる。また同時に、蓄電器１４に蓄電させた電力を、電動発電機１３に適宜供給してエンジン１１の駆動のアシストに利用できる。
【００９２】
さらに、ポンプ出力と回生動力との差分が第１の閾値より小さく、かつ蓄電残量演算部１５ａにて演算した蓄電残量が設定値より低い場合には、油圧アクチュエータ１７からの戻り作動油のすべてを油圧回生モータ１８に流入させる。そして、回生発電機１９にて発電した電力のうちの、油圧ポンプ１２のポンプ出力に相当する分の電力を電動発電機１３に供給し、残りの余剰分の電力を蓄電器１４に供給させる。この結果、油圧アクチュエータ１７からの戻り作動油が有するエネルギを、優先的に電動発電機１３によるエンジン１１の駆動のアシストに利用できつつ、この電動発電機１３に供給にされない残りの電力を蓄電器に１４に供給して充電できる。よって、油圧アクチュエータから１７の戻り作動油が有するエネルギをより有効かつ適切に再利用できる。すなわち、回生エネルギが優先的にエンジンアシストに使用されるため、蓄電器１４の充電量を下げることができる。よって、搭載する蓄電器１４の最大容量を低くできるため、蓄電器１４の小型化が可能となる。
【００９３】
また、ポンプ出力と回生動力との差分が第１の閾値より小さく、かつ蓄電残量が設定値より高い場合には、回生発電機１９にて発電される電力がポンプ出力に相当する分の動力またはそれ以下となるように、油圧アクチュエータ１７からの戻り作動油の流量が制御される。そして、この流量制御された作動油を油圧回生モータ１８に流入させ、回生発電機１９にて発電した電力のすべてを電動発電機１３に供給する。よって、電動発電機１３によるエンジン１１の駆動のアシスト量を、油圧ポンプ１２の出力またはそれ以下に調整できるため、電動発電機１３によるエンジン１１の過剰なアシストを抑制できる。
【００９４】
すなわち、蓄電残量が十分にある状況下において、蓄電器１４への電力の供給を行わないため、この蓄電器１４の過充電を防止できる。よって、蓄電器１４への充電頻度を下げることができるから、充放電に伴う蓄電器１４の劣化を防止でき、蓄電器１４を長寿命化できる。また同時に、回生動力に応じたエンジン１１の駆動のアシスト量と、現時点で実行しているエンジン１１の駆動のアシスト量のうちのより大きなアシスト量が算出されるため、動力不足によるエンストや操作性の悪化をも防止できる。
【００９５】
さらに、回生発電機１９にて発電された電力が電動発電機１３に供給され、この電動発電機１３にてエンジン１１の駆動がアシストされている状態において、エンジン１１の回転数が第２の閾値以上になった場合に、第１および第２インバータ１４ａ，１４ｂを介した回生発電機１９から電動発電機１３への電力の供給を停止させる。この結果、回生発電機１９にて発電された電力を電動発電機１３に供給してエンジン１１の駆動のアシストしている状態で、このエンジン１１の回転数が上がり過ぎた場合に生じ得る破損等を未然に防止できる。また同時に、蓄電残量が設定値より低い場合に、油圧アクチュエータ１７からの戻り作動油を油圧回生モータ１８へ流入させず、蓄電器１４への電力の供給を停止させる。したがって、この蓄電器１４を介した電動発電機１３への電力の供給を適切に停止できるため、エンジン１１のオーバーレブを防止できる。
【００９６】
また、エンジン１１の回転数のみに基づいてエンジンアシストを制御するため、回転数センサ１１ａを除く油圧駆動制御装置１０の種々のセンサが誤検出等した場合に、油圧アクチュエータ１７からの戻り作動油による過大な回生動力が電動発電機１３に供給されてエンジンアシストしようとした場合であっても、この電動発電機１３への電力の供給が停止され、エンジン１１のオーバーレブが防止される。
【００９７】
［第２実施形態］
図１２は、本発明の第２実施形態に係る油圧ショベルの油圧駆動装置を示す油圧回路図である。本第２実施形態が前述した第１実施形態と異なるのは、第１実施形態は、第１インバータ１４ａとコントローラ１５との間に蓄電器１４が取り付けられた油圧駆動制御装置１０に対し、第２実施形態は、蓄電器１４のない油圧駆動制御装置１０Ａである。なお、本第２実施形態において、第１実施形態と同一又は対応する部分には同一符号を付している。
【００９８】
＜構成＞
具体的に、本第２実施形態において、第１インバータ１４ａは、図１２に示すように電動発電機１３、コントローラ１５および第２インバータ１９ａのそれぞれに電気的に接続されている。すなわち、第１インバータ１４ａは、コントローラ１５からの指示に基づいて電動発電機１３を制御する。一方、第２インバータ１９ａは、回生発電機１９、コントローラ１５および第１インバータ１４ａのそれぞれに電気的に接続されている。この第２インバータ１９ａは、コントローラ１５からの指示に基づき、油圧アクチュエータ１７からの戻り作動油が有する回生動力にて油圧回生モータ１８を駆動させて回生発電機１９にて電力に変換し、この電力を電動発電機１３に供給してエンジン１１の駆動をアシストする。
【００９９】
＜作用効果＞
以上により、上記第２実施形態に係る油圧駆動制御装置１０Ａによれば、コントローラ１５からの指示に基づいて、油圧アクチュエータ１７からの戻り作動油が有する回生動力にて油圧回生モータ１８を駆動させる。よって、この油圧回生モータ１８にて回生発電機１９を駆動させ、この回生発電機１９にて変換した電力を、第２インバータ１９ａおよび第１インバータ１４ａを介して電動発電機１３に供給できるため、回生した動力にて電動発電機１３を駆動でき、エンジン１１の駆動をアシストできる。よって、蓄電器１４のない油圧駆動制御装置１０Ａであっても、上記第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【０１００】
［第３実施形態］
図１３は、本発明の第３実施形態に係る油圧ショベルのエンジンの効率特性を示すグラフである。図１４は、図１３において、エンジンの目標回転数の演算例を示すグラフである。本第３実施形態が前述した第１実施形態と異なるのは、第１実施形態は、エンジン１１の効率特性を考慮していないのに対し、第３実施形態は、エンジン１１の効率特性を考慮している。なお、本第３実施形態において、第１実施形態と同一又は対応する部分には同一符号を付している。
【０１０１】
＜構成＞
具体的に、本第３実施形態において、コントローラ１５は、エンジンの効率特性が予め記憶されており、この効率特性に従ってエンジン１１の目標回転数を演算する。コントローラ１５は、回生発電機１９にて発電された電力が電動発電機１３に供給されている状態で、ポンプ出力演算部１５ｂにて演算したポンプ出力と、回生動力演算部１５ｃにて演算した回生動力とに基づき、エンジン１１の動力の補正値を算出し、この算出したエンジン１１の動力の補正値に基づいてエンジン１１の目標回転数を補正する。
【０１０２】
すなわち、エンジン１１の効率特性は、図１３に示すように、エンジントルクとエンジン回転数とを比較した特性図上の等高線Ｌのように、出力に応じて高効率点が異なる。そして、コントローラ１５は、油圧アクチュエータ１７からの戻り作動油にて油圧回生モータ１８を駆動させる前の状態（回生開始前）において、上述した第１実施形態と同様に、ポンプ出力演算部１５ｂにて、油圧ポンプ１２の出力を７０ｋＷと演算し、電動発電機１３によりエンジン１１の駆動をアシストした状態（回生実施時）において、回生動力演算部１５ｃにて、油圧アクチュエータ１７からの戻り作動油が有する回生動力を５０ｋＷと演算する。コントローラ１５は、ポンプ出力と回生動力との差分を演算し、エンジン１１の動力の補正値を２０ｋＷとする。
【０１０３】
＜動作＞
図１４に示すように、エンジン１１の出力が７０ｋＷ時の高効率動作点Ａ、例えば回転数１８００ｒｐｍで動作している状態で、エンジン１１の回転数を変化させずに動力を２０ｋＷまで下げた場合には、エンジン１１の駆動効率が低い動作点Ｂで動作してしまう。この場合に、上述のように、ポンプ出力演算部１５ｂで演算したポンプ出力と回生動力演算部１５ｃにて演算した回生動力とに基づいて、エンジン１１の動力の補正値を算出し、この算出したエンジン１１の動力の補正値に基づいてエンジンの目標回転数を補正する。
【０１０４】
この結果、回生動力にて電動発電機１３を駆動させてエンジンアシストする場合のエンジン回転数が、エンジン１１の各動力に応じた最高効率動作点に設定されるため、エンジン１１の動力を２０ｋＷに下げた場合のエンジン回転数が、この場合の高効率動作点Ｃである、例えば図６中の１６００ｒｐｍに設定される。
【０１０５】
次に、上記動作を、時系列に沿って説明する。図１５は、油圧ショベルの放土作業時における動作を示すグラフで、（ａ）は回生動力、（ｂ）はエンジン動力、（ｃ）はエンジン回転数である。なお、図１５においても、回生動力にてエンジンアシストする前後において、エンジン１１の各動力に応じた高効率動作点が選択される。
【０１０６】
まず、エネルギの回生が開始される時刻ｔｓまでは、図１４に示すように、エンジン動力７０ｋＷの場合の高効率動作点Ａが選択され、図１５（ｃ）に示すように、エンジン１１が１８００ｒｐｍで動作されている。この状態で、エネルギの回生が開始されると、図１５（ａ）に示すように、油圧回生モータ１８にて回生される回生動力が徐々に増加していき、この回生動力の増加に連動して、図１５（ｂ）に示すように、エンジン１１のエンジン動力が減少していく。
【０１０７】
このとき、回生動力が徐々に増加していき、エンジン動力が２０ｋＷとなった時刻ｔ１においては、このエンジン動力に応じて最もエンジン効率が高い高効率動作点Ｃが選択され、エンジン１１の回転数が１６００ｒｐｍと自動調整される。さらに、時刻ｔｅにおいてエネルギの回生が終了すると、図１５（ｂ）に示すように、エンジン１１のエンジン動力が回生開始前に復帰される。
【０１０８】
＜作用効果＞
以上から、上記第３実施形態に係る油圧ショベル１によれば、エンジン１１の動力に対する効率特性に従ってエンジン１１の目標回転数を演算する。そして、回生発電機１９にて発電された電力が電動発電機１３に供給されている状態で、ポンプ出力演算部１５ｂにて演算したポンプ出力と、回生動力演算部１５ｃにて演算した回生動力とに基づき、エンジン１１の動力の補正値を算出し、この算出したエンジン１１の動力の補正値に基づいてエンジン１１の目標回転数を補正する。この結果、電動発電機１３によるエンジンアシストにより、エンジン１１の動力が変化する際に、このエンジン１１の動力に対する効率特性に従って、効率の良いエンジン回転数を目標回転数として設定できる。よって、このエンジン１１の燃料消費量を適切に下げることができる。
【０１０９】
言い換えると、油圧アクチュエータ１７からの戻り作動油が有する回生動力にて電動発電機１３を駆動させてエンジンアシストする場合に、エンジン１１の回転数が、エンジン１１の動力に応じた最高効率動作点に設定される。このため、例えば、エンジン１１の動力を２０ｋＷに下げた場合のエンジン回転数が、この場合の高効率動作点Ｃに設定される。よって、エンジン１１の回転数を変化させずに動力を下げた場合に比べ、エンジン１１をより効率良く駆動できるから、油圧ショベル１の燃費をより向上できる。
【０１１０】
［第４実施形態］
本第４実施形態が前述した第１実施形態と異なるのは、第１実施形態は、エンジン１１単独で油圧ポンプ１２の出力を賄うことができるのに対し、第４実施形態は、エンジン１１が小型化等され、エンジン１１単独で油圧ポンプ１２の出力を賄うことができない点である。なお、本第４実施形態においても、第１実施形態と同一又は対応する部分には同一符号を付している。
【０１１１】
＜構成＞
具体的に、本第４実施形態において、コントローラ１５は、非回生時においても、蓄電器１４に蓄電させた電力を電動発電機１３へ供給し、この電動発電機１３の駆動により、エンジン１１の駆動をアシストする。さらに、コントローラ１５は、蓄電器１４から電動発電機１３へ電力が供給され、この電動発電機１３の駆動にてエンジンアシストされている状態で、油圧アクチュエータ１７からの戻り作動油が油圧回生モータ１８に流入される回生時に、回生動力演算部１５ｃにて演算された回生動力に応じて、蓄電器１４から電動発電機１３へ供給する電力を制御する。
【０１１２】
＜動作＞
ここで、フロント作業機８にて使用されるポンプ出力が７０ｋＷであるのに対し、エンジン１１の出力が６０ｋｗで、蓄電器１４から供給される電力にて電動発電機１３が１０ｋＷで駆動され、エンジン１１の駆動をアシストしている場合を例として説明する。また、油圧アクチュエータ１７からの戻り作動油から回生される回生動力を５０ｋＷとし、第１の閾値を５ｋＷとする。
【０１１３】
この場合には、フロント作業機８にて使用されるポンプ出力（７０ｋＷ）と回生動力（５０ｋＷ）との差分（２０ｋＷ）が、第１の閾値（５ｋＷ）より大きい。このため、上述した第１実施形態と同様に、電動発電機１３、回生制御演算部１５ｄおよび回生発電機１９のそれぞれが制御される。すなわち、油圧アクチュエータ１７からの戻り作動油の回生エネルギが油圧回生モータ１８を介して回生発電機１９にて電力に変換され、この電力のすべてが電動発電機１３に供給されて、エンジンアシストに用いられる。
【０１１４】
ところが、電動発電機１３は、蓄電器１４からの電力の供給にて予めエンジンアシストしているため、この蓄電器１４からの電力供給によるエンジンアシストが行われている際に、回生エネルギによるエンジンアシストが行われる。このため、コントローラ１５は、現在のアシスト動力値（１０ｋＷ）と、回生動力に基づいて計算されるアシスト動力値（５０ｋＷ）とを比較し、最終的な電動発電機１３への指令値を決定する。
【０１１５】
具体的には、旋回駆動時の上部旋回体３を制動させた際に、油圧アクチュエータ１７（旋回装置４）からの戻り作動油を、回生制御演算部１５ｄにて制限することなく、油圧回生モータ１８にすべて流入させて、回生発電機１９にて５０ｋＷの発電がされる。そして、この回生発電機１９にて発電された電力が第２および第１インバータ１９ａ，１４ａを介して電動発電機１３へ供給され、この電動発電機１３にて５０ｋＷのエンジンアシストが行われる。
【０１１６】
このとき、油圧アクチュエータ１７からの戻り作動油の回生動力にてエンジンアシストする前（回生開始前）の状態においては、蓄電器１４からの１０ｋＷの電力の供給によりエンジンアシストされているが、油圧アクチュエータ１７からの戻り油の回生動力にてエンジンアシストを行う（回生実施時）状態においては、１０ｋＷの蓄電器１４によるエンジンアシストがなくなり、回生動力のうち、エンジン１１に対するアシスト量は４０ｋＷ（５０ｋＷ−１０ｋＷ）となる。よって、このアシスト量にてエンジン１１の駆動がアシストされるため、エンジン１１の駆動を２０ｋＷまで下げることができる。
【０１１７】
また、回生実施時においては、回生発電機１９の発電量に応じて蓄電器１４からの放電量を下げるようにすることにより、この蓄電器１４から出力される電力を少なくできる。特に、回生発電機１９の発電量が、蓄電器１４からの出力電力より大きくなった場合には、この蓄電器１４からの電力の出力を停止させ、０ｋＷにする。
【０１１８】
次に、上記動作を、時系列に沿って説明する。図１６は、本発明の第４実施形態に係る油圧ショベルの蓄電器１４に充電した電力でエンジンアシストする場合の動作を示すグラフで、（ａ）は回生動力、（ｂ）はポンプ出力、（ｃ）はエンジン動力、（ｄ）はアシスト動力、（ｅ）は蓄電器充放電力（＋は放電、−は充電）である。
【０１１９】
まず、時刻ｔｓにおいて、油圧アクチュエータ１７からの戻り作動油によるエネルギの回生が開始されると、図１６（ａ）に示すように、回生発電機１９にて回生される回生動力が１０ｋＷとなる時刻ｔ１までの間は、この回生発電機１９にて回生された回生動力の全てが、第２および第１インバータ１９ａ，１４ａを介して電動発電機１３へ供給される。また同時に、この回生発電機１９にて発電された電力の上昇に応じ、図１６（ｅ）に示すように、電動発電機１３への蓄電器１４からの電力の供給を徐々に低下させていく。そして、油圧回生モータ１８にて回生される回生動力が、予め蓄電器１４から電動発電機１３に供給していた出力（１０ｋＷ）となる時刻ｔ１に、この蓄電器１４からの電力の供給が停止されて０となる。
【０１２０】
さらに、時刻ｔ１から、回生発電機１９にて発電される電力が１０ｋＷまで低下する時刻ｔ２までの間は、上記第１実施形態と同様に、図１６（ｄ）に示すように、この回生発電機１９にて発電した電力のすべてが電動発電機１３へ供給される。そして、図１６（ｃ）に示すように、この電動発電機１３へ供給された電力に応じてエンジン１１の動力が変動する。
【０１２１】
次いで、回生発電機１９にて発電される電力が、予め蓄電器１４から電動発電機１３に供給していた出力（１０ｋＷ）以下となる時刻ｔ２からｔｅまでの間は、エンジン１１のアシスト動力が１０ｋＷに保たれるように、回生発電機１９にて発電される電力の減少と連動させて、蓄電器１４への供給電力を徐々に増加させていく。さらに、回生発電機１９にて回生される回生動力が０となる時刻ｔｅにおいては、蓄電器１４への供給電力が１０ｋＷとされ、電動発電機１３への電力が蓄電器１４にて賄われ、時刻ｔｓ以前と同様とされる。
【０１２２】
＜作用効果＞
よって、上記第４実施形態によれば、回生発電機１９にて発電される電力が徐々に変化する状況において、この電力が非回生時の蓄電器１４の放電量である１０ｋＷ以下の場合は、この電力のすべてを電動発電機１３に供給させつつ、この電動発電機１３へ供給される蓄電器１４への供給電力を徐々に低下させ、エンジン１１のアシスト動力を変化させない。そして、回生発電機１９にて発電される電力が、１０ｋＷを越えた場合に、エンジン１１のアシスト動力を上げるようにし、エンジン動力を低下させ、エンジンアシストを行う。したがって、蓄電器１４から電動発電機１３への放電を優先的に抑制できるから、この蓄電器１４の放電量および放電頻度を少なくできるため、この蓄電器１４の使用可能期間をより長くでき、長寿命化できる。
【０１２３】
すなわち、蓄電器１４から電動発電機１３へ電力が供給されている状態で、油圧アクチュエータ１７からの戻り作動油が生じ、この戻り作動油が油圧回生モータ１８に流入された場合に、回生動力演算部１５ｃにて演算した回生動力に応じて、蓄電器１４から電動発電機１３に供給する電力が制御される。したがって、蓄電器１４から電動発電機１３への電力の供給量を、油圧アクチュエータ１７からの戻り作動油が有する回生動力に対応させて適切に抑制できるため、この蓄電器１４の充放電に伴う劣化を適切に防止できる。
【０１２４】
［その他］
なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形態様が含まれる。例えば、前述した実施形態は、本発明を分りやすく説明するために説明したものであり、本発明は、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
【０１２５】
また、上記各実施形態においては、各機器のエネルギ損失を考慮しないで説明しているが、各機器のエネルギ損失を考慮した制御が望ましい。
【０１２６】
さらに、上記各実施形態においては、フロント作業機８および旋回装置４を有する油圧ショベル１について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、ホイールローダ、ホイールショベル、ダンプトラック等の種々の位置エネルギや運動エネルギを回収して回生動力として再利用可能な油圧アクチュエータ１７を有する建設機械についても対応させて用いることもできる。また、油圧ショベル１のブーム下げ動作に加え、アーム下げ動作時の位置エネルギを回収して電動発電機１３を駆動させてエンジンアシストする構成とすることもできる。
【符号の説明】
【０１２７】
１      油圧ショベル（建設機械）
２      下部走行体
２ａ    走行装置（流体圧駆動装置）
３      上部旋回体
４      旋回装置（流体圧駆動装置）
５      ブーム
５ａ    ブームシリンダ（流体圧駆動装置）
６      アーム
６ａ    アームシリンダ（流体圧駆動装置）
７      バケット
７ａ    バケットシリンダ（流体圧駆動装置）
８      フロント作業機
１０，１０Ａ  油圧駆動制御装置
１１    エンジン（駆動源）
１１ａ  回転数センサ
１１ｂ  ガバナ
１１ｃ  駆動軸
１２    油圧ポンプ（流体圧ポンプ）
１２ａ  斜板
１２ｂ  第１レギュレータ
１２ｃ  第１電磁比例弁
１２ｄ  吐出圧センサ（吐出圧検出装置）
１２ｅ  流量計
１２ｆ  傾転角センサ
１３    電動発電機
１４    蓄電器（蓄電装置）
１４ａ  第１インバータ
１４ｂ  電流センサ
１４ｃ  電圧センサ
１４ｄ  温度センサ
１５    コントローラ（制御装置）
１５ａ  蓄電残量演算部
１５ｂ  ポンプ出力演算部
１５ｃ  回生動力演算部（エネルギ演算部）
１５ｄ  回生制御演算部
１６    バルブ装置
１７    油圧アクチュエータ（流体圧駆動装置）
１８    油圧回生モータ（流体圧モータ）
１８ａ  斜板
１８ｂ  第２レギュレータ
１８ｃ  第２電磁比例弁
１８ｄ  圧力センサ
１８ｅ  流量計（流量検出装置）
１８ｆ  傾転角センサ
１９    回生発電機（発電機）
１９ａ  第２インバータ
２１    作動油タンク
２１ａ  流量計
３１    交換器
５０    分流弁（流量制御装置）
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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