(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
建設機械に取り付けられた原動機と、同原動機の出力回転軸に結合された油圧ポンプと、同ポンプから供給される圧油を前記建設機械の被駆動体を駆動せしめるよう結合されたアクチュエータに供給する第１の切換弁と、同第１の切換弁に操作圧油信号を与えるパイロット操作弁と、同パイロット操作弁にパイロット用圧油を供給するパイロットポンプと、前記原動機の出力回転軸と結合された回転軸を備え、且つ容量制御機構を有する可変容量型油圧モータと、前記アクチュエータの稼動に伴い圧力上昇を生ずる前記第１の切換弁近傍の油路と、同第１の切換弁近傍の油路内の圧力及び前記パイロット操作弁の出力操作圧力を検出してそれらを電気信号に変換する検出手段と、同検出手段の複数の出力電気信号の値に対応して制御信号を与える信号処理部ならびに前記制御信号を対応する操作圧油信号に変換する電油変換器を備えた変換制御部と、前記第１の切換弁近傍の油路と前記可変容量型油圧モータの圧油供給側とを連通せしめる第２の切換弁と、前記変換制御部から与えられる操作圧油信号に応答して駆動される前記可変容量型油圧モータの容量制御機構とからなり、前記アクチュエータの稼動に伴い前記第１の切換弁近傍の油路の圧力が上昇したときに、前記複数の出力電気信号の値に応じて前記第２の切換弁を制御し、その上昇した圧油を前記可変容量型油圧モータへ供給して油圧エネルギーの回生を行うことを特徴とする建設機械の油圧制御装置。
【請求項２】
請求項１において、前記アクチュエータは旋回用油圧モータで構成され、前記被駆動体は前記旋回用油圧モータにより回転駆動される上部旋回体であり、さらに前記検出手段には前記旋回用油圧モータの回転数を検出する回転数検出器を備えたことを特徴とする建設機械の油圧制御装置。
【請求項３】
請求項２において、前記第１の切換弁近傍の油路は、前記第１の切換弁と前記旋回用油圧モータを接続するそれぞれの通路から分岐するとともにその端部において前記第２の切換弁と接続される分岐路を含み、前記検出手段には前記旋回用油圧モータのそれぞれの圧油通路の圧力と可変容量型油圧モータの圧油通路の圧力と前記パイロット操作弁の出力操作圧力を検出する圧力検出器を備えており、さらに前記信号処理部は前記上部旋回体を前記旋回用油圧モータにより駆動したとき前記検出手段の各出力の値とその値の組み合わせに基づいて前記第２の切換弁及び前記容量制御機構を制御する制御信号を生成するよう構成したことを特徴とする建設機械の油圧制御装置。
【請求項４】
請求項３において、前記信号処理部は、前記パイロット操作弁のいずれか一方の出力操作圧力を上昇させて前記第１の切換弁を操作し前記油圧ポンプからの圧油を前記旋回用油圧モータに供給して前記上部旋回体を駆動した後であって前記旋回用油圧モータの他方の圧油通路における圧力検出値および前記旋回用油圧モータの回転数検出器の値がそれぞれ予め定められた値を超え且つ前記一方の出力操作圧力が予め定められた値より小さい場合に、前記旋回用油圧モータの前記他方の圧油通路に相当する前記分岐路を前記可変容量型油圧モータの圧油供給側と連通せしめる前記第２の切換弁用の制御信号ならびにその連通による前記圧力検出値と回転数検出値の低下に対応して前記容量制御機構の開度を閉方向に制御する容量制御機構用の制御信号を生成して前記旋回用油圧モータの減速時における油圧エネルギーの回生を行うことを特徴とする建設機械の油圧制御装置。
【請求項５】
請求項３において、前記信号処理部は、前記パイロット操作弁のいずれか一方の出力操作圧力を上昇させて前記第１の切換弁を操作し前記油圧ポンプからの圧油を前記旋回油圧モータに供給して前記上部旋回体を駆動し前記旋回用油圧モータの圧油通路における圧力検出値及び前記出力操作圧力の検出圧力の値が予め定められた値より大きく、且つ前記旋回油圧モータの回転数検出器の値が予め定められた値より小さい場合に、前記旋回用油圧モータの前記圧油通路に相当する前記分岐路を前記可変容量型油圧モータの圧油供給側と連通せしめる第２の切換弁用の制御信号ならびにその連通による前記回転検出器の値の上昇に対応して前記容量制御機構の開度を閉方向に制御する容量制御機構用の制御信号を生成して前記旋回用油圧モータの加速時における油圧エネルギーの回生を行うことを特徴とする建設機械の油圧制御装置。
【請求項６】
請求項２乃至５において、前記第２の切換弁を前記旋回用油圧モータと一体的に構成したことを特徴とする建設機械の油圧制御装置。
【請求項７】
請求項１において、前記被駆動体は前記アクチュエータの稼動により位置のエネルギーを獲得する前記建設機械の構造物であることを特徴とする建設機械の油圧制御装置。
【請求項８】
請求項７において、前記建設機械の構造物はブームであり、前記アクチュエータはブームシリンダであることを特徴とする建設機械の油圧制御装置。
【請求項９】
請求項８において、前記第２の切換弁は前記第１の切換弁の戻り側通路に接続されており、前記ブームの獲得した位置のエネルギーを前記ブームシリンダを介して油圧エネルギーとして放出するとき前記第２の切換弁を切換えて前記戻り側通路を前記可変容量型油圧モータの圧油供給側と連通するよう構成し、前記位置のエネルギーを油圧エネルギーとして前記可変容量型油圧モータを介して回生することを特徴とする建設機械の油圧制御装置。
【請求項１０】
請求項９において、前記第２の切換弁は前記可変容量型油圧モータと一体的に構成したことを特徴とする建設機械の油圧制御装置。
【請求項１１】
請求項１において、前記原動機によって駆動される油圧ポンプは前記原動機の出力回転軸に対して並列に配置された複数の油圧ポンプであり、前記可変容量型油圧モータを前記複数の油圧ポンプの内の一つの油圧ポンプ駆動軸上に設けたことを特徴とする建設機械の油圧制御装置。
【請求項１２】
請求項１において、前記可変容量型油圧モータの圧油供給ポートへは、当該圧油供給ポートと前記第２の切換弁との間に逆止弁を介してパイロットポンプの圧油を供給するとともに、当該圧油供給ポートの圧力上昇に応じて前記可変容量型油圧モータの容量を増大させるよう構成したことを特徴とする建設機械の油圧制御装置。
【請求項１３】
請求項１１において、前記パイロットポンプを前記複数の油圧ポンプの内の他の一つの油圧ポンプ駆動軸上に設けたことを特徴とする建設機械の油圧制御装置。
【請求項１４】
請求項１乃至１３において、前記油圧ポンプは可変容量ポンプであることを特徴とする建設機械の油圧制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、油圧ショベルのような建設機械に係り、特に同建設機械における油圧エネルギーの回生を行なう油圧制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、図４に示す油圧ショベル１０の油圧回路の概略を示す図で、主に上部旋回体１２の回路について示している。同図７において２１４、２１６、は可変容量ポンプであり、２１８はパイロットポンプである。２２０はこれらのポンプを駆動する原動機である。２２２は旋回用切換弁であり、この旋回用切換弁２２２には旋回用油圧モータ２２４が接続され、この旋回用油圧モータ２２４は大きな慣性を有する上部旋回体２２６を駆動する。旋回用切換弁２２２は、パイロット操作弁２２８を操作し当該切換弁２２２の操作圧入力ポート２２２A、２２２Bにパイロットポンプ２１８からの操作圧信号a1、b1を供給することにより切換えられるようになっている。旋回用油圧モータ２２４の通路２３２、通路２３４にはそれぞれリリーフ弁２３６、リリーフ弁２３８が設けられている。これらのリリーフ弁２３６、リリーフ弁２３８が作動すると、各リリーフ弁を通過した油は逆止弁２４０、２４２を経て低圧ポート側へ流れるとともに一部は通路２４６を経てタンク２４４へ流出するようになっている。ここで、旋回駆動部分１２の油圧回路の作動について説明する。
【０００３】
パイロット操作弁２２８を操作し旋回用切換弁２２２の操作圧入力ポート２２２Aへパイロット操作圧力信号a1を供給すると、可変容量ポンプ２１４の圧油は旋回用切換弁２２２を介して旋回用油圧モータ２２４の通路２３４へ供給される。
【０００４】
旋回用油圧モータ２２４は上部旋回体２２６を回そうとするが、その慣性が非常に大きいため、即起動することができず、リリーフ弁２３６が作動しつつ、このリリーフ弁２３６で定まる圧力にて旋回用油圧モータ２２４を駆動する。そしてこの圧力により上部旋回体２２６は次第に加速されつつ、駆動圧力は低下していく。この通路２３４における旋回駆動（加速）圧力と駆動時間の関係は図９（Ａ）に示される。
【０００５】
さらに、一旦作動した後上部旋回体２２６を停止させる場合には、パイロット操作弁２２８を中立に戻す、つまり、旋回用切換弁２２２を中立に戻すと旋回用油圧モータ２２４の両通路２３２、通路２３４はともに遮断されるので、このような状態で旋回用油圧モータ２２４は上部旋回体２２６によって回動され、従って排出側の通路２３２の圧力が上昇し、この圧力が上昇した圧油はリリーフ弁２３６で定まる圧力で通路２４６へ排出されるとともに一部は逆止弁２４２を介して通路２３４へも供給される。こうして、リリーフ弁２３６が作動しつつ上部旋回体２２６は次第に減速されると共にブレーキ圧力も次第に低下し停止に到る。このときの通路２３２における回路圧力と時間の関係を図９（Ｂ）に示す。
【０００６】
以上説明した如く、図７に示した従来例においては、上部旋回体２２６のような大きな慣性体を加速、減速する際には油圧エネルギーがリリーフ弁において熱に変換され捨てられており、省エネルギー、環境保全の面で問題である。
【０００７】
また、他の従来例を図８に示す。図８において図７と同一構成要素は同じ参照番号で示す。図８において、原動機２２０の出力回転軸には可変容量ポンプ２１４及びパイロットポンプ２１８が回動可能に結合され、さらに可変容量ポンプ２１４の出力回転軸上には、斜板が両側制御できる、オーバーセンター型可変容量ポンプ２５０が配置されている。このオーバーセンター型可変容量ポンプ２５０からの圧油が旋回用油圧モータ２２４へ供給されることにより大きな慣性を有する上部旋回体２２６が旋回駆動されるようになっている。なお、図示のように上部旋回体２２６の旋回動作は単独でオーバーセンター型可変容量ポンプ２５０からの圧油の供給を受けることで行われ、当該ポンプ・モータ２５０と旋回用油圧モータ２２４とは通路２３２、通路２３４とにより接続され閉回路を構成している。一方、可変容量ポンプ２１４には旋回用油圧モータ２２４以外のアクチュエータを操作するための切換弁群２００が接続されている。また、通路２３２、通路２３４にはリリーフ弁２３６，２３８、逆止弁２４０，２４２が接続されており、前記各リリーフ弁２３６，２３８は背圧チェック弁２５１を経てタンク２４４に接続されている。なお、通路２４６には補給ポンプ２５２が接続されており、通路２３２、通路２３４へは逆止弁２４０，２４２を介して当該補給ポンプ２５２の圧力が補給され、これら通路が異常に低圧になるのを防止している。ここで、パイロット操作弁２２８を操作し、オーバーセンター型可変容量ポンプ２５０を作動、例えば、通路２３２を吐出側、通路２３４を吸い込み側となるよう操作すると図７の場合と同様、旋回用油圧モータ２２４は上部旋回体２２６を回そうとするが、その慣性が非常に大きいため、即起動することができず、リリーフ弁２３６が作動しつつ、このリリーフ弁２３６で定まる圧力にて旋回用油圧モータ２２４を駆動する。そしてこの圧力により上部旋回体２２６は次第に加速されつつ、駆動圧力は低下し、図９（Ａ）と同様な圧力特性となる。この過程ではリリーフ弁２３６から通路２４６へ流出した油は逆止弁２４２を経て通路２３４へ流入し再度、オーバーセンター型可変容量ポンプ２５０から吸い込まれる。この旋回用油圧モータ２２４が定常旋回速度に到る間での加速過程では、高圧側の通路２３２の圧油は、リリーフ弁２３６から大量に流出し熱として放出されるので、省エネルギー上問題がある。
【０００８】
上記のような過程で上部旋回体２２６が加速され定常旋回速度に到った後は、上部旋回体２２６の慣性が非常に大きいために、旋回モータ２２４は上部旋回体２２６によって回転させられてポンプ作用を呈する様になる。
【０００９】
この状態から上部旋回体２２６を減速・停止させるにはオーバーセンター型可変容量ポンプ２５０を加速時とは逆方向（つまりオーバーセンター型可変容量ポンプ２５０の斜板を加速時とは中立位置を越えた反対側）へ操作すればよい。こうするとオーバーセンター型可変容量ポンプ２５０は、ポンプ作用をする旋回モータ２２４からの圧油の供給を受けて回転するモータとして動作することになる。従って旋回モータ２２４により送出される油圧エネルギーがオーバーセンター型可変容量ポンプ２５０を駆動することによって消費されるために、上部旋回体２２６は次第に減速し最終的には停止する。
【００１０】
このように上部旋回体２２６の減速・停止の過程では、オーバーセンター型可変容量ポンプ２５０がモータとして作動することで消費されるエネルギーは、原動機２２０を駆動するように作用するので、原動機２２０への動力回生がされていることとなり、旋回以外のアクチュエータが旋回と同時に駆動されている場合にはオーバーセンター型可変容量ポンプ２５０へ供給されるエネルギーの分だけ省エネルギーとなる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図７に示した従来例においては、上部旋回体２２６のような慣性の大きい被駆動体を加速または減速するときの油圧エネルギーをリリーフ弁において熱として捨てていることは、環境保全の面から問題であり、さらに、原動機２２０への供給燃料の一部が無駄に消費されているという点で資源の浪費を意味する。
【００１２】
また、図８に示した従来例においては、一定の条件下で動力回生の技術思想が開示されているものの、旋回用油圧モータ２２４によって上部旋回体２２６を停止させるためには、逆方向へ旋回させるようにパイロット操作弁２２８を操作しなければならず、且つ上部旋回体２２６の停止後は再度パイロット操作弁２２８を中立状態に戻さねばならないので、図７の油圧回路方式に慣れたオペレータの操作感覚とはかけ離れており、安全性、操作性の面から問題があった。
【００１３】
本発明者は、上述した問題点を解決せんとして鋭意研究を重ね検討した結果、建設機械における油圧シリンダや油圧モータ等のアクチュエータの供排通路の圧力がそのアクチュエータの稼動状態に関連して変化することに注目した。そして、この変化を検出することで、そのアクチュエータの稼動状態を判定し、原動機に接続した可変容量型油圧モータの供給通路とアクチュエータの供排通路との接続及び、上記可変容量型油圧モータの容量の調整を行うことで、上記問題点が解決できることを突き止めた。
【００１４】
従って本発明の目的は、従来から多用されている油圧ショベル等の操作方法を変えることなく建設機械等の大幅な省エネルギー運転を実現することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため本発明は、建設機械に取り付けられた原動機と、同原動機の出力回転軸に結合された油圧ポンプと、同ポンプから供給される圧油を前記建設機械の被駆動体を駆動せしめるよう結合されたアクチュエータに供給する第１の切換弁と、同第１の切換弁に操作圧油信号を与えるパイロット操作弁と、同パイロット操作弁にパイロット用圧油を供給するパイロットポンプと、前記原動機の出力回転軸と結合された回転軸を備え、且つ容量制御機構を有する可変容量型油圧モータと、前記アクチュエータの稼動に伴い圧力上昇を生ずる前記第１の切換弁近傍の油路と、同第１の切換弁近傍の油路内の圧力及び前記パイロット操作弁の出力操作圧力を検出してそれらを電気信号に変換する検出手段と、同検出手段の複数の出力電気信号の値に対応して制御信号を与える信号処理部ならびに前記制御信号を対応する操作圧油信号に変換する電油変換器を備えた変換制御部と、前記第１の切換弁近傍の油路と前記可変容量型油圧モータの圧油供給側とを連通せしめる第２の切換弁と、前記変換制御部から与えられる操作圧油信号に応答して駆動される前記可変容量型油圧モータの容量制御機構とからなり、前記アクチュエータの稼動に伴い前記第１の切換弁近傍の油路の圧力が上昇したときに、前記複数の出力電気信号の値に応じて前記第２の切換弁を制御し、その上昇した圧油を前記可変容量型油圧モータへ供給して油圧エネルギーの回生を行うようにした建設機械の油圧制御装置を提供する。
【００１６】
その際、前記アクチュエータは旋回用油圧モータで構成され、前記被駆動体は前記旋回用油圧モータにより回転駆動される上部旋回体であり、さらに前記検出手段には前記旋回用油圧モータの回転数を検出する回転数検出器を備えるよう構成されることが可能である。
【００１７】
また、前記第1の切換弁近傍の油路は前記第1の切換弁と前記旋回用油圧モータを接続するそれぞれの通路から分岐するとともにその端部において前記第2の切換弁と接続される分岐路を含み、前記検出手段には前記旋回用油圧モータのそれぞれの圧油通路の圧力及び前記パイロット操作弁の出力操作圧力を検出する圧力検出器を備えており、さらに前記信号処理部は前記上部旋回体を前記旋回用油圧モータにより駆動したとき前記検出手段の各出力の値とその値の組み合わせに基づいて前記第2の切換弁及び前記容量制御機構を制御する制御信号を生成するよう構成されることが可能である。
【００１８】
さらに、前記信号処理部は、前記パイロット操作弁のいずれか一方の出力操作圧力を上昇させて前記第1の切換弁を操作し前記油圧ポンプからの圧油を前記旋回用油圧モータに供給し前記上部旋回体を駆動した後であって前記旋回用油圧モータの他方の圧油通路における圧力検出値および前記旋回用油圧モータの回転数検出器の値がそれぞれ予め定められた値を超え且つ前記一方の出力操作圧力が予め定められた値より小さい場合に、前記旋回用油圧モータの前記他方の圧油通路に相当する前記分岐路を前記可変容量型油圧モータの圧油供給側と連通せしめる前記第2の切換弁用の制御信号ならびにその連通による前記圧力検出値と回転数検出値の低下に対応して前記容量制御機構の開度を閉方向に制御する容量制御機構用の制御信号を生成して前記旋回用油圧モータの減速時における油圧エネルギーの回生を行うよう構成されることが可能である。
【００１９】
さらに、前記信号処理部は、前記パイロット操作弁のいずれか一方の出力操作圧力を上昇させて前記第1の切換弁を操作し前記油圧ポンプからの圧油を前記旋回油圧モータに供給して前記上部旋回体を駆動し前記旋回用油圧モータの圧油通路における圧力検出値及び前記出力操作圧力の検出圧力の値が予め定められた値より大きく、且つ前記旋回油圧モータの回転数検出器の値が予め定められた値より小さい場合に、前記旋回用油圧モータの前記圧油通路に相当する前記分岐路を前記可変容量型油圧モータの圧油供給側と連通せしめる第2の切換弁用の制御信号ならびにその連通による前記回転検出器の値の上昇に対応して前記容量制御機構の開度を閉方向に制御する容量制御機構用の制御信号を生成して前記旋回用油圧モータの加速時における油圧エネルギーの回生を行うよう構成されることが可能である。
【００２０】
さらに、前記第2の切換弁を前記旋回用油圧モータと一体的に構成されることができる。
【００２１】
また、前記被駆動体は前記アクチュエータの稼動により位置のエネルギーを獲得する前記建設機械の構造物であってもよい。
【００２２】
その場合、前記建設機械の構造物はブームであり、前記アクチュエータはブームシリンダであるよう構成されることができる。
【００２３】
さらにまた、前記第2の切換弁は前記第１の切換弁の戻り側通路に接続されており、前記ブームの獲得した位置のエネルギーを前記ブームシリンダを介して油圧エネルギーとして放出するとき前記第2の切換弁を切換えて前記戻り側通路を前記可変容量型油圧モータの圧油供給側と連通するよう構成し、前記位置のエネルギーを油圧エネルギーとして前記可変容量型油圧モータを介して回生するよう構成されることが可能である。
【００２４】
【作用】
本発明による建設機械の油圧制御装置は、建設機械に取り付けられた原動機と、同原動機の出力回転軸に結合された油圧ポンプと、同ポンプから供給される圧油を前記建設機械の被駆動体を駆動せしめるよう結合されたアクチュエータに供給する第1の切換弁と、同第1の切換弁に操作圧油信号を与えるパイロット操作弁と、同パイロット操作弁にパイロット用圧油を供給するパイロットポンプと、前記原動機の出力回転軸と結合された回転軸を備え且つ容量制御機構を有する可変容量型油圧モータと、前記アクチュエータの稼動に伴い圧力上昇を生ずる前記第1の切換弁近傍の油路と、同第1の切換弁近傍の油路内の圧力及び前記パイロット操作弁の出力操作圧力を検出してそれらを電気信号に変換する検出手段、同検出手段の複数の出力電気信号の値に対応して前記可変容量型油圧モータの容量制御機構を駆動せしめるための制御信号を生成する信号処理部ならびに前記制御信号を対応する操作圧油信号に変換する電油変換器を備えた変換制御部と、同変換制御部から与えられる操作圧油信号に応答して前記第1の切換弁近傍の油路と前記可変容量型油圧モータの圧油供給側とを連通せしめる第2の切換弁とから構成されており、前記アクチュエータの稼動に伴い前記第1の切換弁近傍における油路の圧力が上昇したときその上昇した圧油を前記第2の切換弁を介して前記可変容量型油圧モータへ供給すると共に前記変換制御部からの操作圧油信号により前記可変容量型油圧モータの容量を制御して油圧エネルギーの回生を行うものであり、しかも建設機械のオペレータにはその油圧エネルギーの回生を行うための特別な操作は何ら必要とされないので本来の運転操作に集中できるようになっている。
【００２５】
【実施例】
図１は、本発明における建設機械の油圧制御装置に係る主要構成部の相互関係を示すブロック図である。同図１において、原動機EGNの出力回転軸RTAXISには油圧ポンプPMPの駆動軸が結合され、さらに同ポンプPMPの駆動軸上には容量制御機構VLMADJを備えた可変容量型油圧モータVMTRの駆動軸が結合されている。油圧ポンプPMPから吐出される圧油は図中央部の油路HYDC内に設けられているアクチュエータ用方向切換弁である第1の切換弁SWVL1を経てアクチュエータACTUへ与えられ同アクチュエータACTUの作動により建設機械の被駆動体OBJが駆動されるようになっている。また、図中、左方側のパイロット操作弁PLOVLからは前記第1の切換弁SWVL1へ操作圧油信号a1、b1が与えられるようになっている。前記油路HYDCは、第1の切換弁SWVL1を含み、前記アクチュエータACTUの稼動に関連して圧力上昇を生ずる第1の切換弁近傍の油路を示しており、同図に示されるように同油路HYDCは第２の切換弁SWVL２を介して可変容量型油圧モータVMTRの圧油供給側に通じるよう構成されている。CNVTRは変換制御部であって、前記油路HYDC内の圧力及びパイロット操作弁PLOVLの操作圧油信号a1、b1を検出し、対応する電気信号に変換する検出手段と、同検出手段からの複数の電気信号の大きさとそれらの組み合わせに基づいて前記第２の切換弁SWVL２及び容量制御機構VLMADJへの操作圧油信号S1、S2、S3を生成するための信号処理部と同信号処理部からの制御信号を対応する操作圧油信号に変換する電油変換部とを有している。パイロット操作弁PLOVLにはパイロットポンプPLPMPから圧油が供給され、また、逆止弁CHKVLを介して可変容量型油圧モータVMTRと接続されている。このパイロットポンプPLPMPは点線で示すように油圧ポンプPMPの駆動軸により回転駆動されるものとして示したが、別途、独立して配置してもよい。同図で、被駆動体OBJが建設機械の上部旋回体あり、アクチュエータACTUがその上部旋回体を回転駆動する旋回用油圧モータとして構成される場合には一点鎖線で示すようにアクチュエータとしての旋回用油圧モータの回転数（rpm）が検出手段により検出されることを示す。前記第２の切換弁SWVL２へは2本の一点鎖線で示す操作圧油信号S1、S2ならびにb1が与えられている。内側線の信号S1、S2は後に図２で詳細に説明されるように、被駆動体OBJとして上部旋回体、アクチュエータACTUとして旋回用油圧モータを採用したときに第２の切換弁SWVL２を切換え制御するための操作圧油信号であり、もう一方の信号b1は、後に図３で詳細に説明されるように、被駆動体OBJとして、建設機械のブーム、アクチュエータACTUとしてブームシリンダを採用したときに第２の切換弁SWVL２を切換え制御するための操作圧油信号である。前述した如く、第２の切換弁SWVL２は、第1の切換弁近傍の油路HYDCにおいて、アクチュエータACTUの稼動状態に伴い圧力上昇が生ずるとき、その油路内の圧油を可変容量型油圧モータVMTRへ供給するよう弁の切換えが制御され、この圧油による可変容量型油圧モータVMTRの回転力が原動機EGNの回転駆動軸に伝達されるので、結果として圧油が有する油圧エネルギーの回生作用が遂行される。
【００２６】
このような油圧エネルギーの回生は、典型的には以下に2つの実施例の中で説明されるように、慣性の大きい上部旋回体の加減速時やブームの下降時に適用される。
【００２７】
図２は、図１に示される被駆動体OBJに油圧ショベル１０の上部旋回体１２を適用し、アクチュエータACTUにその上部旋回体を回転せしめる旋回用油圧モータ２４を適用した場合の旋回駆動機構を中心とした油圧回路図である。同図２において、参照番号１４、１６は可変容量ポンプであり、原動機２０及び歯車機構５４によって駆動されるようになっている。又、前記可変容量ポンプ１４、可変容量ポンプ１６の後ろには可変容量型油圧モータ５６、パイロットポンプ１８が取付けられている。旋回用切換弁２２には旋回用油圧モータ２４が接続されており、この旋回用油圧モータ２４は上部旋回体２６を回転駆動する。この旋回用油圧モータ２４の両通路３２、通路３４にはそれぞれリリーフ弁３６、リリーフ弁３８及び逆止弁４０、４２が接続され、リリーフ弁３６、リリーフ弁３８が作動した場合、これらを通過した圧油は通路４３を経てタンク４４に排出される。又、通路３２、通路３４は共に切換弁５８に接続されており、切換弁５８が中立位置にあるときは、通路３２、通路３４は遮断されている。
【００２８】
さらに、可変容量ポンプ１４からの吐出油は旋回用切換弁２２を含む切換弁群１００に供給され、可変容量ポンプ１６は図示してないブーム、バケット等を操作するための切換弁群１０２に接続されている。可変容量型油圧モータ５６の供給側通路６０は通路６２を経て切換弁５８へ、戻り（吐出）通路６４は切換弁５８が中立位置にあるときは当該切換弁５８を経てタンク４４へ接続されている。又、可変容量型油圧モータ５６の供給側通路６０は逆止弁６６を介してパイロットポンプ１８の吐出側通路６８に接続されている。可変容量型油圧モータ５６は容量制御機構７０を備えており、この容量制御機構７０は印加される信号圧力の上昇に従い容量が増加する構造であり、信号圧力が所定以下の場合には当該可変容量型油圧モータ５６の容量は可変範囲の最小値に設定してある。従って、可変容量型油圧モータ５６は原動機２０により常に回転させられポンプ作用を行うが、切換弁５８が中立位置にあるときでもパイロットポンプ１８からその最小容量に見合う油が常に補給されているのでキャビテーションを生ずることはない。又、旋回用切換弁２２はパイロット操作弁２８の操作により操作圧a１、またはb１（以下、操作圧油信号という）として出力される圧力により操作される。旋回用切換弁２２の左右の操作圧入力ポート２２A、２２Bにはそれぞれ前記操作圧油信号a１、b１が入力されており、これらの操作圧は圧力検出用センサー２１A、２１Bにより対応する電気信号Pa、Pbに変換される。又、通路３４、通路３２、通路６２の圧力は圧力検出用センサー２４A、２４B、２４Cによりそれぞれ対応する電気信号PA、PB、PCに変換されるようになっている。参照番号２５は旋回用油圧モータ２４の回転数N（ｒｐｍ）を検出する回転数検出器である。又、記号RF1, RF２, RF３, RF４はそれぞれが接続されている通路圧力を調整するリリーフ弁を示す。
【００２９】
参照番号７２は信号処理部であって、前記各検出器からの電気信号Pa、Pb、PA、PB、PCおよびNが入力されている。信号処理部７２からは制御信号SG1、SG2、SG3が出力される。これらの制御信号はそれぞれ電油変換器７４、電油変換器７６、電油変換器７８を介して操作圧油信号S１、S２、S３として、切換弁５８及び可変容量型油圧モータ５６の容量制御機構７０に与えられるようになっている。
【００３０】
このように構成された図２に示す油圧回路において、ここでは便宜上、各検出データの値がそれぞれ大、中、小の3ゾーンに区分したいずれかの範囲にあるものとして加減速時の油圧エネルギー回生の動作を説明する。
【００３１】
（１）加速状態でPaが中以上（Pbは０）、PAは大、PBは小以下、Nは小以下の組み合わせの場合：
旋回用切換弁２２を中以上に操作しており、駆動圧が高いのにもかかわらず回転数が上昇いないので、上部旋回体２６は加速初期の状態にあることがわかる。PAのレベルによってはリリーフ弁３８が作動している。Nが所定以上の回転数になると上部旋回体２６は加速の初期状態を過ぎ、定常旋回へと変化しつつある過程である。
【００３２】
この組み合わせの場合に、切換弁５８の信号ライン８０へ操作圧油信号S１を与えると図２において、切換弁５８は通路３４と６２、通路３２と６４をそれぞれ接続する。この結果、圧力（PA）の高い通路３４の圧油は可変容量型油圧モータ５６の供給側通路６０に供給される。ここで可変容量型油圧モータ５６のモータ容量を操作圧油信号S３により調整することにより、リリーフ弁３８を作動させることなく通路３２の油をタンクへ排出できる。従ってリリーフ弁３８を作動させた場合にはリリーフ弁３８から熱として放出されてしまう油圧エネルギーを利用して可変容量型油圧モータ５６を駆動し、原動機２０にかかる実トルクを大幅に低減し、もって大幅に省エネを図ることが可能となる。
【００３３】
（２）減速状態でPaが小以下（Pbは０）、PAは小以下、PBは大、Nは中以上の組み合わせの場合：
旋回用切換弁２２は小以下の位置に戻しており、旋回用油圧モータ２４の停止側の圧力が高く、且つ旋回用油圧モータ２４の回転数が比較的高いので、上部旋回体２６は減速状態にあることがわかる。PBのレベルによってはリリーフ弁３６が作動している。回転数及びブレーキ圧力が所定以下になると減速過程を終え、停止に至る過程である。
【００３４】
この組み合わせの場合には、切換弁５８の信号ライン８２へ操作圧油信号S２を与えると通路３２と６２、通路３４と６４が連通し、上昇した通路３２の圧油が可変容量型油圧モータ５６の供給側通路６０へ接続されると共に、戻り〈吐出〉通路６４は切換弁５８を介して通路３４(一部は通路４６を介してタンク４４)へ接続される。同時に、容量制御機構７０へ操作圧油信号S３を与えて可変容量型油圧モータ５６の容量を調整することにより、リリーフ弁３６を作動させることなく通路３４への必要な油の供給を行なうことができる。上記(１)の場合と同様に、旋回減速操作と他のアクチュエータの駆動操作を同時に行った場合でも原動機２０にかかる実トルクを大幅に低減することができ、もって大幅に省エネを図ることが可能となる。
【００３５】
なお、上述のように、旋回減速の過程でポンプ作用をする旋回用油圧モータ２４の吸い込み側の通路３４には可変容量型油圧モータ５６の戻り（吐出）通路６４からの戻り油の供給を受けるので旋回用油圧モータ２４のキャビテーションは防止されるようになっている。
【００３６】
次に、前記信号処理部72の具体的構成とその動作の詳細について、以下に図６を参照して説明する。
【００３７】
図６は、図２に示した信号処理部72の機能を説明するものであって同図（A）はマイクロコンピュータシステムを採用した場合の構成ブロック図であり、同図（B）は図２に示す上部旋回体26の加速、減速時における中央処理装置CPUへの指令プログラムの内容を示すフローチャートである。同図（A）において、信号処理部72（SGPRC）のi/oユニットには検出手段DTCTRからの検出電気信号PA,PB,PC,N,Pa,PbがサンプリングされA/D変換されてデータメモリDAMの検出データエリアにバスBSを介して時刻ｔの値としてストアされるようになっている。１または複数サンプリング回数前の上記各データもストアしておいて比較、演算用のデータとして利用してもよい。ここでは、時刻ｔにおける回転数Nに関し、１サンプリング前の検出データNｔ−１も示してある。そしてたとえば、加減速状態であることをサンプリング毎の回転数変化ΔNをチェックすることにより検知することが可能である。データメモリDAM内には他に上記各検出データに対応する比較演算時に参照される参照値データPAZ,PBZ,PCZ,NZ,PaZ,PbZがパラメータとして予めパラメータデータエリアにストアされている。出力データエリアには電油変換器E/Hへの出力信号SG1,SG2,SG3がストアされておりこれらのデータはバスBS、i/oユニットを経てD/A変換され、さらに、電油変換器E/Hを介して操作圧油信号S1,S2,S3としてそれぞれ与えられている。中央処理装置CPUに対する指令プログラムはプログラムメモリPGMにストアされており、ここでは上部旋回体26に対し加速、減速時の油圧エネルギーの回生を遂行するときの旋回動作プログラムが格納されていることを示している。以下に、このプログラムの内容についてその要部を図６(B)のフローチャートで説明する。同図（B）において、このプログラムの実行が開始されると、ステップSTP１で割り込み可能か否かが判定される。YESのときは次のステップSTP２において検出データの取り込みが指令される。次いで、判定ステップSTP３で旋回動作中か否かが判定される。ステップSTP３でYESであると、さらにステップSTP４において上部旋回体２６が加速中か否かが判定される。ここでは、説明の都合上、図２で操作圧油信号a１が与えられ上部旋回体２６を所定方向に旋回させる場合として説明する。今、加速中であると、次のステップSTP５において、旋回用油圧モータ２４の回転数Nが対応する参照値データNZより小さく且つ、圧力検出値PAがその参照値データPAZより大きいか否かが判定される。これが意味するところは、図２でライン３４の圧力（PA）が既に増大しているにもかかわらず上部旋回体２６の慣性が大きいためその回転数Nが対応する参照値データNZに達していない状態であるということである。そして、ステップSTP５でYESであると、次のステップSTP６において出力データSG1とSG３が電油変換器E/Hへ与えられる。出力データＳＧ１に対応する操作圧油信号S１は切換弁５８を切換えてライン３４上の高圧となっている圧油が戻りライン６２から可変容量型油圧モータ５６の供給側へ与えられ、同ポンプ・モータ５６を回転駆動させこの回転駆動力が原動機２０の駆動軸に伝達されるので、結果として油圧エネルギーの回生が行われる。また、出力データＳＧ３に対応する操作圧油信号S３は前記可変容量型油圧モータ５６の容量制御機構７０へ与えられる。この操作圧��信号S３の元データSG３は例えば値PAに関連して次第に減少するように式SG3＝kｉ・（PA-PAZ）（kｉ：定数）として各サンプリング毎に与えられる。一方、ステップSTP４で加速中ではないと判定されると、さらにステップSTP７で減速中か否かが判定される。減速中であると、次にステップSTP８において旋回用油圧モータ２４の回転数Nが参照値データNZより大きく且つ、他方のライン３２上の圧力検出値PBが参照値データPBZより大きいか否かが判定される。同ステップSTP８でYESの場合には、出力データSG２を出力し電油変換器E/Hから操作圧油信号S２が切換弁５８のライン８２に与えられるのでライン３２上の圧油がライン６２を経て前記可変容量型油圧モータ５６へ与えられるようになっている。同時に、出力データSG３も出力されるようになっている。この電気信号SG３はステップSTP６における場合と同様に圧油の値PBに関連して次第に減少するように、ｋｚ・（PB-PBZ）（ｋｚ：定数）として各サンプリング毎に更新されて与えられるようになっている。上記ステップSTP７でNOの場合は定常に近い旋回状態と考えられる。又、上記ステップSTP１、STP３、STP５、STP７、及びSTP８の各判定でNOの場合は最初の割り込み可能の判定へ戻るようになっている。以上説明した図６（A）、（B）の信号処理部は図示してない建設機械全体の電気制御装置の一部として構成されることも可能である。又、図６（A）ではCPUを使用して、各検出信号の処理や判定をプログラムにより遂行する例を示したが、すべてをアナログ信号として処理するよう演算増幅器を用いたアナログ方式の信号処理回路として構成することも可能である。
【００３８】
以上の説明ではアクチュエータとして油圧ショベル１０の旋回について説明したが、さらに建設機械構造物の位置のエネルギーを回生する場合について説明する。
【００３９】
図３は本発明の他の実施例を示す油圧回路であって、被駆動体として油圧ショベル１０のブーム、アクチュエータとして同ブームを駆動するブームシリンダを対応させたものである。
【００４０】
同図３において、参照番号１０４、１０６は原動機２０、歯車機構１０８によって駆動される可変容量ポンプである。可変容量ポンプ１０６はブーム用切換弁１１０を含む切換弁群１００Aに接続され、又、可変容量ポンプ１０４は図示していない他のアクチュエータ用の切換弁群１０２Aに接続され圧油を供給する。参照番号１１２はパイロットポンプ、１１４は可変容量型油圧モータであり、これらも原動機２０によって駆動されるようになっている。又、上記可変容量型油圧モータ１１４の容量は、通常は最小容量に維持されており、パイロットポンプ１１２の吐出油は逆止弁１５２を介して可変容量型油圧モータ１１４の供給通路１１６に接続されている。このように構成されることにより、可変容量型油圧モータ１１４は原動機２０によって駆動されるのでポンプ作用をするが常にパイロットポンプ１１２からの圧油の補給によってキャビテーションの発生は防止されるようになっている。又、可変容量型油圧モータ１１４は容量制御機構１１８を備え、操作圧油信号S３によりその容量が制御されるようになっている。ブーム用切換弁１１０からブームの戻り油をタンク１２０へ排出する通路上には切換弁１２２が設けられており、ブームからの戻り通路は、この切換弁１２２が中立位置ではタンク１２０へ、操作信号b１が作用したときには前記可変容量型油圧モータ１１４の供給通路へ接続するよう構成されている。なお、操作信号b１は、ブーム用切換弁１１０をブーム下げ方向に制御するための操作圧油信号である。ここで、例えば、図５のブームBMが（イ）の位置から（ロ）の位置まで降下させる場合を想定する。即ち、パイロット操作弁２８を操作し、操作圧油信号b１をブーム用切換弁１１０の通路１３４を介して切換弁１２２に与え、可変容量ポンプ１０６の圧油をブームシリンダ通路１３２に供給すると共にブーム戻り通路１３０を切換弁１１０及び１２２を介して可変容量型油圧モータ１１４の供給通路１１６へ導くよう構成すると、ブーム下降時の油圧エネルギーは可変容量型油圧モータ１１４を回転させつつ通路１２８を経てタンク１２０へ放出される。この際、通路１３０の油に余分な背圧がかからない状態でタンク１２０へ排出されるように、可変容量型油圧モータ１１４のモータ容量を操作油圧信号Ｓ３により調整すれば、ブーム下降時の位置エネルギーを原動機の実トルク低減に利用し、省エネルギーを図ることができる。操作油圧信号Ｓ３の調整には、例えば可変容量型油圧モータ１１４への供給通路１１６の圧力（ＰＣ）を圧力検出用センサー１４２により検出し調整すればよい。
【００４１】
以上、図２、図３で説明した例において可変容量型油圧モータを原動機２０に取り付けるに際し、建設機械の各アクチュエータに圧油を供給する２台の可変容量ポンプを並列に配置し、これらの一方の背面に前記可変容量型油圧モータを配置すれば可変容量ポンプ、モータの全長が短くなり、母機の設計が容易となる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明による建設機械の油圧制御装置は、建設機械に取り付けられた原動機と、同原動機の出力回転軸に結合された油圧ポンプと、同ポンプから供給される圧油を前記建設機械の被駆動体を駆動せしめるよう結合されたアクチュエータに供給する第１の切換弁と、同第１の切換弁に操作圧油信号を与えるパイロット操作弁と、同パイロット操作弁にパイロット用圧油を供給するパイロットポンプと、前記原動機の出力回転軸と結合された回転軸を備え、且つ容量制御機構を有する可変容量型油圧モータと、前記アクチュエータの稼動に伴い圧力上昇を生ずる前記第１の切換弁近傍の油路と、同第１の切換弁近傍の油路内の圧力及び前記パイロット操作弁の出力操作圧力を検出してそれらを電気信号に変換する検出手段と、同検出手段の複数の出力電気信号の値に対応して制御信号を与える信号処理部ならびに前記制御信号を対応する操作圧油信号に変換する電油変換器を備えた変換制御部と、前記第１の切換弁近傍の油路と前記可変容量型油圧モータの圧油供給側とを連通せしめる第２の切換弁と、前記変換制御部から与えられる操作圧油信号に応答して駆動される前記可変容量型油圧モータの容量制御機構とからなり、前記アクチュエータの稼動に伴い前記第１の切換弁近傍の油路の圧力が上昇したときに、前記複数の出力電気信号の値に応じて前記第２の切換弁を制御し、その上昇した圧油を前記可変容量型油圧モータへ供給して油圧エネルギーの回生を行うようにしたので、上部旋回体２２６のような慣性の大きい被駆動体を加速または減速するときの油圧エネルギーを有効に活用するため、環境保全の問題が解決され、さらに、原動機２２０への供給燃料の全てが有効に消費されるため資源が有効に利用される。
【００４３】
また、あらゆる条件下で動力回生の技術思想が開示されて、旋回用油圧モータ２２４によって上部旋回体２２６を停止させるためにはパイロット操作弁２２８を中立状態に戻すだけであり、油圧回路方式に慣れたオペレータの操作感覚と一致しており、安全性、操作性の面でも優れたものである。
【００４４】
以上、従来から多用されている油圧ショベル等の操作方法を変えることなく建設機械等の大幅な省エネルギー運転を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る建設機械の油圧制御装置の主要構成ブロック図である。
【図２】本発明に係る建設機械の油圧制御装置の第１実施例を示す油圧回路図である。
【図３】本発明に係る建設機械の油圧制御装置の第２実施例を示す油圧回路図である。
【図４】建設機械としての油圧ショベルの外観図である。
【図５】図４に示される油圧ショベルのブームおよびブームシリンダの動作を示す図である。
【図６】図２の信号処理部の具体的態様を示し、（A）はそのコンピュータシステムのブロック図、（B）は旋回用油圧モータの加速・減速時における油圧エネルギー回生制御を示すフローチャートである。
【図７】建設機械の油圧制御装置の従来技術を示す油圧回路図である。
【図８】建設機械の油圧制御装置の他の従来技術を示す油圧回路図である。
【図９】図７における旋回用油圧モータの加速、減速時における特性を示す図であり、（A）は加速時における旋回駆動圧力と駆動時間の関係を示し、（B）は減速時における旋回駆動圧力と駆動時間の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０      油圧ショベル
１２      上部旋回体
１４、１０４      可変容量ポンプ
１６、１０６      可変容量ポンプ
１８、１１２      パイロットポンプ
２０      原動機
２２      旋回用切換弁
２４      旋回用油圧モータ
２６      上部旋回体
２８      パイロット操作弁
３２      通路
３４      通路
３６      リリーフ弁
３８      リリーフ弁
４０      逆止弁
４６      通路
５４、１０８      歯車機構
５６、１１４      可変容量型油圧モータ
５８      切換弁
６０      供給側通路
６４      戻り通路
６６      逆止弁
７０、１１８      容量制御機構
７２      信号処理部
７４      電油変換器
１１０    ブーム用切換弁
【図１】
0003939956.tif 000002
【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】
0003939956.tif 000007
【図７】
0003939956.tif 000008
【図８】
0003939956.tif 000009
【図９】
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