(57)【要約】【課題】作動油のエネルギをより効率的に回生することができるエネルギ回生システムを提供する。【解決手段】エネルギ回生システム１００は、メインポンプ１１と、アクチュエータ３０，５０と、メインポンプ１１とアクチュエータ３０とを接続する第１及び第２給排通路３５ａ，３５ｂからの余剰の作動油及びアクチュエータ３０，５０から排出される作動油を導く回生通路８２と、回生通路８２から供給される作動油により作動しエンジン１２の出力軸１２ａを回転させる回生モータ８１と、回生通路８２から分岐する分岐通路８３と、分岐通路８３を介して回生通路８２に接続されるアキュムレータ８４と、開弁時に作動油の流れを許容する切換弁８５と、を備え、アキュムレータ８４は、切換弁８５が作動油の流れを許容するときに、回生通路８２からの作動油を蓄圧する、又はアキュムレータ８４内の作動油を回生通路８２に供給することを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの出力軸の回転により作動し作動流体を吐出する流体圧供給部と、
前記流体圧供給部から吐出される作動流体により作動するアクチュエータと、
前記流体圧供給部と前記アクチュエータとを接続する通路からの余剰の作動流体及び前記アクチュエータから排出される作動流体を導く回生通路と、
前記回生通路から供給される作動流体により作動し前記エンジンの前記出力軸を回転させる回生モータと、
前記回生通路から分岐する分岐通路と、
前記分岐通路を介して前記回生通路に接続されるアキュムレータと、
前記分岐通路に設けられ、開弁時に作動流体の流れを許容する切換弁と、を備え、
前記アキュムレータは、前記切換弁が作動流体の流れを許容するときに、前記回生通路からの作動流体を蓄圧する、又は前記アキュムレータ内の作動流体を前記回生通路に供給することを特徴とするエネルギ回生システム。
【請求項２】
前記回生通路に設けられ、開弁時に前記アクチュエータから前記回生通路を通じて前記回生モータへ作動流体を導く回生制御弁と、
前記アクチュエータの動作状態を検出する動作状態検出器と、
前記回生制御弁及び前記切換弁の動作を制御するコントローラと、を更に備え、
前記コントローラは、前記動作状態検出器の検出結果に基づいて前記回生制御弁を開弁させてエネルギ回生を行う際には、前記切換弁を開弁させることを特徴とする請求項１に記載のエネルギ回生システム。
【請求項３】
前記流体圧供給部の運転状態を検出する運転状態検出器を更に備え、
前記コントローラは、前記動作状態検出器の検出結果に基づいて前記回生制御弁を閉弁させる非エネルギ回生時において、前記運転状態検出器の検出結果に基づいて前記流体圧供給部のアシストが必要であると判定した場合には、前記切換弁を開くことを特徴とする請求項２に記載のエネルギ回生システム。
【請求項４】
前記アクチュエータはシリンダであり、
前記動作状態検出器は、前記シリンダの伸縮方向及び伸縮速度を検出する操作検出器であり、
前記コントローラは、
前記動作状態検出器による伸縮方向の検出結果に基づいて前記シリンダの伸長動作を判定したときには、前記回生制御弁を閉弁させ、
前記動作状態検出器による伸縮方向の検出結果に基づいて前記シリンダの収縮動作を判定したときには、前記動作状態検出器による収縮速度の検出結果に基づいて前記回生制御弁を開弁させてエネルギ回生を行うことを特徴とする請求項２又は３に記載のエネルギ回生システム。
【請求項５】
前記アクチュエータは旋回モータであり、
前記動作状態検出器は、前記旋回モータの旋回動作時の旋回圧力又はブレーキ動作時のブレーキ圧力を検出する圧力検出器であり、
前記コントローラは、前記圧力検出器による旋回圧力又はブレーキ圧力の検出結果に基づいて前記回生制御弁を開弁させてエネルギ回生を行うことを特徴とする請求項２又は３に記載のエネルギ回生システム。
【請求項６】
前記分岐通路が絞りを介して前記回生通路に接続されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のエネルギ回生システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギを回生するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、作動流体が持つエネルギを回生するエネルギ回生システムが開示されている。このエネルギ回生システムは、ブームシリンダに作動流体を供給するポンプと、ブームシリンダから排出される作動流体により回転する回生モータと、を備える。
【０００３】
上記のエネルギ回生システムでは、ポンプ及び回生モータは、エンジンの出力軸に連結される。ブームを下降させる際には、作動流体がポンプによりブームシリンダのロッド側室に送られると共に、ブームシリンダの反ロッド側室内の作動流体が回生モータに導かれる。ブームの位置エネルギは、ブームを加速させる方向に作用し、回生モータの動力として回収される。回生モータにより回収された動力はエンジンの出力軸を通じてポンプを駆動するので、動力の損失が低減する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−８７８３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ブームシリンダといった流体圧アクチュエータから排出される作動流体のエネルギは、流体圧アクチュエータの動作に応じて変動する。そのため、流体圧アクチュエータから排出される作動流体（戻り作動流体）の全量を回生モータに供給すると、回生モータにより回生されるエネルギ量がポンプの作動に必要なエネルギ量を超える場合がある。このような場合、戻り作動流体の全量を回生できない。
【０００６】
特許文献１に開示されるエネルギ回生システムでは、戻り作動流体の全量を回生できない場合には、余剰の作動流体は回生モータを迂回する排出通路を通してタンクに排出される。そのため、作動流体のエネルギを効率的に回生することができない。
【０００７】
本発明は、作動流体のエネルギをより効率的に回生することができるエネルギ回生システム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】
【０００８】
第１の発明は、エンジンの出力軸の回転により作動する流体圧供給部と、アクチュエータと、流体圧供給部とアクチュエータとを接続する通路からの余剰の作動流体及びアクチュエータから排出される作動流体を導く回生通路と、回生通路から供給される作動流体により作動しエンジンの出力軸を回転させる回生モータと、回生通路から分岐する分岐通路と、分岐通路を介して回生通路に接続されるアキュムレータと、分岐通路に設けられ、開弁時に作動流体の流れを許容する切換弁と、を備え、アキュムレータは、切換弁が作動流体の流れを許容するときに、回生通路からの作動流体を蓄圧する、又はアキュムレータ内の作動流体を回生通路に供給することを特徴とする。
【０００９】
第１の発明では、分岐通路における作動流体の流れが切換弁により許容される場合、アキュムレータと回生通路とが連通する。そのため、回生通路内の圧力がアキュムレータ内の圧力よりも高いときには、回生通路に導かれる作動流体の一部が余剰の作動流体としてアキュムレータに蓄圧される。回生通路内の圧力がアキュムレータ内の圧力よりも低いときには、アキュムレータ内に余剰の作動流体として蓄圧された作動流体が回生モータに供給され回生モータを駆動する。
【００１０】
第２の発明は、開弁時にアクチュエータから回生通路を通じて回生モータへ作動流体を導く回生制御弁と、アクチュエータの動作状態を検出する動作状態検出器と、回生制御弁及び切換弁の動作を制御するコントローラと、を更に備え、コントローラは、動作状態検出器の検出結果に基づいて回生制御弁を開弁させてエネルギ回生を行う際には、切換弁を開弁させることを特徴とする。
【００１１】
第２の発明では、回生制御弁が開弁してエネルギ回生が行われる際には、切換弁が開弁する。そのため、余剰の作動流体がアキュムレータに蓄圧される、又はアキュムレータ内に余剰の作動流体として蓄圧された作動流体が回生モータに供給される。したがって、エネルギ回生時において、作動流体のエネルギをより効率的に回生することができる。
【００１２】
第３の発明は、流体圧供給部の運転状態を検出する運転状態検出器を更に備え、コントローラは、動作状態検出器の検出結果に基づいて回生制御弁を閉弁させる非エネルギ回生時において、運転状態検出器の検出結果に基づいて流体圧供給部のアシストが必要であると判定した場合には、切換弁を開くことを特徴とする。
【００１３】
第３の発明では、非エネルギ回生時において、流体圧供給部のアシストが必要であると判定した場合には、切換弁が開弁されるので、エネルギ回生時にアキュムレータに蓄圧された作動流体が回生モータに供給され回生モータを駆動し、流体圧供給部をアシストする。したがって、非エネルギ回生時においても、エネルギ回生システムの燃費を改善することができる。
【００１４】
第４の発明は、アクチュエータはシリンダであり、動作状態検出器は、シリンダの伸縮方向及び伸縮速度を検出する操作検出器であり、コントローラは、動作状態検出器による伸縮方向の検出結果に基づいてシリンダの伸長動作を判定したときには、回生制御弁を閉弁させ、動作状態検出器による伸縮方向の検出結果に基づいてシリンダの収縮動作を判定したときには、動作状態検出器による収縮速度の検出結果に基づいて回生制御弁を開弁させてエネルギ回生を行うことを特徴とする。
【００１５】
第４の発明では、シリンダの収縮動作時には、動作状態検出器により検出される収縮速度に応じて回生制御弁が開弁される。そのため、シリンダの収縮動作時であっても、収縮速度が所定の条件を満たさない場合にはエネルギ回生が行われない。したがって、例えばオペレータにより要求される収縮速度が特に高い場合に、エネルギ回生が行われることで要求される収縮動作を実現できないといった事態を防止することができる。
【００１６】
第５の発明は、アクチュエータは旋回モータであり、動作状態検出器は、旋回モータの旋回動作時の旋回圧力又はブレーキ動作時のブレーキ圧力を検出する圧力検出器であり、コントローラは、圧力検出器による旋回圧力又はブレーキ圧力の検出結果に基づいて回生制御弁を開弁させてエネルギ回生を行うことを特徴とする。
【００１７】
第５の発明では、旋回圧力又はブレーキ圧力の検出結果に基づいて回生制御弁が開弁されエネルギ回生が行われる。そのため、旋回動作時又はブレーキ動作時であっても、旋回圧力又はブレーキ圧力が所定の条件を満たさない場合にはエネルギ回生が行われない。したがって、例えば、旋回圧力又はブレーキ圧力が十分に高くない場合に、エネルギ回生が行われることで求められる旋回動作を実現できないといった事態を防止することができる。
【００１８】
第６の発明は、分岐通路が絞りを介して回生通路に接続されることを特徴とする。
【００１９】
第６の発明では、アキュムレータが、絞りを介して回生通路に接続されるので、回生通路における作動流体の圧力の変動が低減する。したがって、回生モータ、流体圧供給部及びエンジンにおける負荷変動及び衝撃を軽減させることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、作動流体のエネルギをより効率的に回生することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態に係るエネルギ回生システムが適用される油圧ショベルの概略図である。
【図２】本発明の実施形態に係るエネルギ回生システムを示す油圧回路図であり、各制御弁が中立位置にある状態を示す。
【図３】本発明の実施形態に係るエネルギ回生システムを示す油圧回路図であり、旋回モータ用の制御弁が作動位置にある状態を示す。
【図４】本発明の実施形態に係るエネルギ回生システムを示す油圧回路図であり、旋回モータ用の制御弁が作動位置から中立位置に切り換えられた状態を示す。
【図５】本発明の実施形態に係るエネルギ回生システムを示す油圧回路図であり、ブームシリンダ用の制御弁が伸長位置にありメインポンプのアシストを必要とする状態を示す。
【図６】本発明の実施形態に係るエネルギ回生システムを示す油圧回路図であり、ブームシリンダ用の制御弁が伸長位置にありメインポンプのアシストを必要としない状態を示す。
【図７】本発明の実施形態に係るエネルギ回生システムを示す油圧回路図であり、ブームシリンダ用の制御弁が収縮位置にあり要求収縮速度が特に高い状態を示す。
【図８】本発明の実施形態に係るエネルギ回生システムを示す油圧回路図であり、ブームシリンダ用の制御弁が収縮位置にあり要求収縮速度が低い状態を示す。
【図９】本発明の実施形態に係るエネルギ回生システムを示す油圧回路図であり、アームシリンダ及びバケットシリンダ用の制御弁が伸長位置にありメインポンプのアシストを必要とする状態を示す。
【図１０】本発明の実施形態に係るエネルギ回生システムを示す油圧回路図であり、アームシリンダ及びバケットシリンダ用の制御弁が伸長位置にありメインポンプのアシストを必要としない状態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。ここでは、油圧ショベルに適用されるエネルギ回生システムについて説明するが、本実施形態は油圧ショベル以外の装置にも適用可能である。油圧ショベルでは、作動流体として作動油が用いられるが、作動水等の他の流体を作動流体として用いてもよい。
【００２３】
図１に示すように、油圧ショベル１は、クローラ式の走行部２と、走行部２の上部に設けられる旋回部３と、旋回部３の前方中央部に設けられる掘削部４と、を備える。
【００２４】
走行部２は左右一対のクローラ２０を有する。走行モータ（図示省略）が左右一対のクローラ２０を駆動すると油圧ショベル１が走行する。旋回部３は、後述する旋回モータ３０（図２等参照）の作動により走行部２に対して鉛直軸を中心に旋回する。
【００２５】
掘削部４は、ブーム５と、アーム６と、バケット７と、を有する。ブーム５は、水平軸を中心に回動可能に旋回部３に支持される。アーム６は、ブーム５の先端に回動可能に支持される。バケット７は、アーム６の先端に回動可能に支持されて土砂等を掘削する。
【００２６】
また、掘削部４は、ブーム５を旋回部３に対して回動させるブームシリンダ５０と、アーム６をブーム５に対して回動させるアームシリンダ６０と、バケット７をアーム６に対して回動させるバケットシリンダ７０と、を備える。
【００２７】
本明細書の説明において、旋回モータ３０、ブームシリンダ５０、アームシリンダ６０及びバケットシリンダ７０を単に「アクチュエータ」とも称し、ブーム５、アーム６及びバケット７を「負荷」とも称する。
【００２８】
図２に示すように、本実施形態に係るエネルギ回生システム１００は、流体圧供給部としてのメインポンプ１１を備える。メインポンプ１１は、斜板の傾転角を調整可能な可変容量型ポンプである。エンジン１２の出力軸１２ａがメインポンプ１１に連結される。メインポンプ１１は、出力軸１２ａの回転により作動し、液体貯留部としてのタンク１３に貯留される作動油を吐出する。
【００２９】
また、エネルギ回生システム１００は、旋回モータ３０の動作を制御する制御弁３４と、ブームシリンダ５０の動作を制御する制御弁５４と、アームシリンダ６０の動作を制御する制御弁６４と、バケットシリンダ７０の動作を制御する制御弁７４と、を備える。制御弁３４，５４，６４，７４は、オペレータによる操作レバーの操作に伴って供給されるパイロット圧により作動する。
【００３０】
制御弁３４，５４，６４，７４は、供給通路２１を通じてメインポンプ１１に接続されると共に、排出通路２２を通じてタンク１３に接続される。供給通路２１における制御弁３４，５４，６４，７４の上流側には中立通路２３が連通する。中立通路２３は、制御弁３４，５４，６４，７４を通じて排出通路２２と連通する。
【００３１】
制御弁３４は、旋回モータ３０の作動を停止する中立位置３４ａと、旋回モータ３０を作動させる第１及び第２作動位置３４ｂ，３４ｃと、を有する６ポート３位置切換弁である。制御弁５４は、ブームシリンダ５０の作動を停止する中立位置５４ａと、ブームシリンダ５０を伸長させる伸長位置５４ｂと、ブームシリンダ５０を収縮させる収縮位置５４ｃと、を有する６ポート３位置切換弁である。制御弁６４，７４は、制御弁５４と同様に、中立位置６４ａ，７４ａと、伸長位置６４ｂ，７４ｂと、収縮位置６４ｃ，７４ｃを有する６ポート３位置切換弁である。
【００３２】
以下において、第１及び第２作動位置３４ｂ，３４ｃ、伸長位置５４ｂ，６４ｂ，７４ｂ、及び収縮位置５４ｃ，６４ｃ，７４ｃを単に「作動位置」と称することもある。
【００３３】
中立通路２３における制御弁３４，５４，６４，７４の下流側にはパイロット圧生成部１４が設けられる。パイロット圧生成部１４は、パイロット圧生成部１４を通過する作動油の流量が多いほど上流側に高いパイロット圧を生成し、作動油の流量が少ないほど上流側に低いパイロット圧を生成する。
【００３４】
中立通路２３は、制御弁３４，５４，６４，７４の全てが中立位置３４ａ，５４ａ，６４ａ，７４ａ又はその近傍にあるときには、メインポンプ１１から吐出された作動油の全部又は一部をタンク１３に導く。このとき、パイロット圧生成部１４を通過する作動油の流量が多いため、パイロット圧生成部１４は高いパイロット圧を生成する。
【００３５】
制御弁３４，５４，６４，７４の少なくとも１つが作動位置に切り換えられると、中立通路２３における作動油の流れが遮断される。このとき、パイロット圧生成部１４を通過する作動油の流量がほぼゼロなので、パイロット圧生成部１４からのパイロット圧はゼロを保つ。
【００３６】
ただし、制御弁３４，５４，６４，７４の操作量によっては、メインポンプ１１から吐出された作動油の一部がアクチュエータ３０，５０，６０，７０に導かれ、残りが中立通路２３からタンク１３に導かれる。そのため、パイロット圧生成部１４は、中立通路２３における作動油の流量に応じたパイロット圧を生成する。つまり、パイロット圧生成部１４は、制御弁３４，５４，６４，７４の操作量に応じたパイロット圧を生成する。
【００３７】
パイロット圧生成部１４は、パイロット通路２４を通じてレギュレータ１１ａに接続される。パイロット通路２４には第１圧力センサ１５が設けられ、第１圧力センサ１５によりパイロット通路２４内の圧力が検出される。
【００３８】
レギュレータ１１ａは、パイロット通路２４から供給されるパイロット圧と逆比例してメインポンプ１１の傾転角を制御して、メインポンプ１１の１回転当たりの押し除け量を制御する。したがって、制御弁３４，５４，６４，７４の少なくとも１つが作動位置に切り換えられてパイロット通路２４内のパイロット圧がゼロになると、メインポンプ１１の傾転角が最大になり、１回転当たりの押し除け量が最大になる。
【００３９】
次に、旋回モータ３０について説明する。
【００４０】
旋回モータ３０は、一対のポートから作動油が給排されることにより作動しトルクを発生する油圧モータである。旋回モータ３０の一方のポートが第１給排通路３５ａを通じて制御弁３４に接続され、旋回モータ３０の他方のポートが第２給排通路３５ｂを通じて制御弁３４に接続される。
【００４１】
第１給排通路３５ａには第１リリーフ弁３６ａ及び第１逆止弁３７ａが接続される。第１リリーフ弁３６ａは、第１給排通路３５ａにおける圧力が所定の設定圧力を超えたときに開き、第１給排通路３５ａ内の作動油をタンク１３へ導く。第１逆止弁３７ａは、第１給排通路３５ａからタンク１３への作動油の流れを遮断する一方で、タンク１３から第１給排通路３５ａへの作動油の流れを許容する。
【００４２】
第２給排通路３５ｂには第２リリーフ弁３６ｂ及び第２逆止弁３７ｂが接続される。第２リリーフ弁３６ｂは、第２給排通路３５ｂにおける圧力が所定の設定圧力を超えたときに開き、第２給排通路３５ｂ内の作動油をタンク１３へ導く。第２逆止弁３７ｂは、第２給排通路３５ｂからタンク１３への作動油の流れを遮断する一方で、タンク１３から第２給排通路３５ｂへの作動油の流れを許容する。
【００４３】
第１逆止弁３７ａは第２リリーフ弁３６ｂに接続され、第２リリーフ弁３６ｂが開いたときには第２給排通路３５ｂから第１逆止弁３７ａを通じて第１給排通路３５ａへの作動油の流れが許容される。第２逆止弁３７ｂは第１リリーフ弁３６ａに接続され、第１リリーフ弁３６ａが開いたときには第１給排通路３５ａから第２逆止弁３７ｂを通じて第２給排通路３５ｂへの作動油の流れが許容される。
【００４４】
制御弁３４は、中立位置３４ａにある場合には、中立通路２３における作動油の流れを許容する。この場合、制御弁３４は、供給通路２１から第１及び第２給排通路３５ａ，３５ｂへの作動油の流れを遮断すると共に、第１及び第２給排通路３５ａ，３５ｂから排出通路２２への作動油の流れを遮断する。そのため、旋回モータ３０に対する作動油の給排が遮断され、旋回モータ３０は作動しない。
【００４５】
制御弁３４は、第１作動位置３４ｂに切り換わると、中立通路２３における作動油の流れを遮断すると共に、供給通路２１と第１給排通路３５ａとを接続し、排出通路２２と第２給排通路３５ｂとを接続する。その結果、メインポンプ１１から吐出された作動油は、制御弁３４及び第１給排通路３５ａを通じて旋回モータ３０に供給されると共に、旋回モータ３０からの戻り作動油が第２給排通路３５ｂ及び制御弁３４を通じてタンク１３に排出され、旋回モータ３０が回転する。このとき、第１給排通路３５ａ内の圧力は、第２給排通路３５ｂ内の圧力よりも高い。
【００４６】
制御弁３４は、第２作動位置３４ｃに切り換わると、中立通路２３における作動油の流れを遮断すると共に、供給通路２１と第２給排通路３５ｂとを接続し、排出通路２２と第１給排通路３５ａとを接続する。その結果、メインポンプ１１から吐出された作動油は、制御弁３４及び第２給排通路３５ｂを通じて旋回モータ３０に供給されると共に、旋回モータ３０からの戻り作動油が第１給排通路３５ａ及び制御弁３４を通じてタンク１３に排出され、旋回モータ３０が逆方向に回転する。このとき、第２給排通路３５ｂ内の圧力は、第１給排通路３５ａ内の圧力よりも高い。
【００４７】
旋回モータ３０の回転に伴い、旋回部３（図１参照）が走行部２に対して鉛直軸を中心に旋回する。
【００４８】
旋回部３の旋回動作中に制御弁３４が中立位置３４ａに切り換わると、旋回モータ３０に対する作動油の給排が遮断されるが、旋回モータ３０は、旋回部３が持つ慣性エネルギで回転し続け、ポンプ作用を発揮する。その結果、旋回動作時には高圧であった第１及び第２給排通路３５ａ，３５ｂの一方では圧力が低下し、旋回動作時には低圧であった第１及び第２給排通路３５ａ，３５ｂの他方では圧力が上昇する。上昇した圧力はブレーキ圧力として旋回モータ３０に作用し、旋回モータ３０を減速させ停止させる。
【００４９】
第１又は第２給排通路３５ａ，３５ｂにおけるブレーキ圧力が第１又は第２リリーフ弁３６ａ，３６ｂの設定圧力に達した場合には、第１又は第２リリーフ弁３６ａ，３６ｂが開く。その結果、第１及び第２給排通路３５ａ，３５ｂの高圧側における作動油が、第１又は第２逆止弁３７ａ，３７ｂを通じて第１及び第２給排通路３５ａ，３５ｂの低圧側に導かれる。
【００５０】
旋回モータ３０の減速時に旋回モータ３０の吸込流量が不足する場合には、タンク１３内の作動油が第１又は第２逆止弁３７ａ，３７ｂを通じて旋回モータ３０に吸い込まれる。
【００５１】
次に、ブームシリンダ５０について説明する。
【００５２】
ブームシリンダ５０は、シリンダチューブ５１の内部を反ロッド側室５１ａとロッド側室５１ｂとに区画するピストン５２を有する複動形シリンダである。ピストン５２にはピストンロッド５３が連結される。反ロッド側室５１ａは第１給排通路５５ａを通じて制御弁５４に接続され、ロッド側室５１ｂは第２給排通路５５ｂを通じて制御弁５４に接続される。
【００５３】
第１給排通路５５ａには逆止弁５５ｃが設けられる。逆止弁５５ｃは、制御弁５４から反ロッド側室５１ａへの作動油の流れを許容する一方、反ロッド側室５１ａから制御弁５４への作動油の流れを遮断する。
【００５４】
また、第１給排通路５５ａには迂回通路５５ｄが接続される。迂回通路５５ｄは、逆止弁５５ｃを迂回して制御弁５４と反ロッド側室５１ａとを接続する。
【００５５】
制御弁５４はパイロット室５６ａ，５６ｂを有し、パイロットポンプ５７からパイロット弁５８を通じてパイロット室５６ａ，５６ｂに供給されるパイロット圧により作動する。パイロット弁５８は、オペレータによる操作レバー５９の操作に伴って作動する。
【００５６】
パイロット室５６ａにパイロット圧が供給された場合には、制御弁５４は伸長位置５４ｂに切り換わる。パイロット室５６ｂにパイロット圧が供給された場合には、制御弁５４は収縮位置５４ｃに切り換わる。パイロット室５６ａ，５６ｂにパイロット圧が供給されない場合には、制御弁５４は符示しないスプリングにより中立位置５４ａに切り換わる。
【００５７】
制御弁５４は、中立位置５４ａにある場合には、中立通路２３における作動油の流れを許容する。この場合、制御弁５４は、供給通路２１から第１及び第２給排通路５５ａ，５５ｂへの作動油の流れを遮断すると共に、第１及び第２給排通路５５ａ，５５ｂから排出通路２２への作動油の流れを遮断する。そのため、ブームシリンダ５０に対する作動油の給排が遮断され、ブームシリンダ５０は作動しない。
【００５８】
制御弁５４は、伸長位置５４ｂに切り換わると、中立通路２３における作動油の流れを遮断すると共に、供給通路２１と第１給排通路５５ａとを接続し、排出通路２２と第２給排通路５５ｂとを接続する。その結果、メインポンプ１１から吐出された作動油は、制御弁５４、第１給排通路５５ａ及び逆止弁５５ｃを通じて反ロッド側室５１ａに供給されると共に、ブームシリンダ５０からの戻り作動油が第２給排通路５５ｂ及び制御弁５４を通じてタンク１３に排出され、ブームシリンダ５０が伸長する。
【００５９】
制御弁５４は、収縮位置５４ｃに切り換わると、中立通路２３における作動油の流れを遮断すると共に、供給通路２１と第２給排通路５５ｂとを接続し、排出通路２２と第１給排通路５５ａとを接続する。その結果、メインポンプ１１から吐出された作動油は、制御弁５４及び第２給排通路５５ｂを通じてロッド側室５１ｂに供給されると共に、ブームシリンダ５０からの戻り作動油が迂回通路５５ｄ及び制御弁５４を通じて、又は後述するブーム回生通路９３及び共通回生通路８２を通じてタンク１３に排出され、ブームシリンダ５０が収縮する。
【００６０】
ブームシリンダ５０の伸縮に伴い、ブーム５（図１参照）が旋回部３に対して昇降する。
【００６１】
制御弁５４を中立位置５４ａに切り換えブーム５の動きを止めた場合、ブーム５、アーム６及びバケット７等の自重によって、ブームシリンダ５０には収縮する方向の力が作用する。このように、ブームシリンダ５０は、制御弁５４が中立位置５４ａの場合には反ロッド側室５１ａにより負荷を保持し、反ロッド側室５１ａが負荷側圧力室として機能する。
【００６２】
アームシリンダ６０及びバケットシリンダ７０は複動形シリンダである。アームシリンダ６０及びバケットシリンダ７０の構造はブームシリンダ５０の構造と同じであり、制御弁６４，７４の構造は制御弁５４の構造と同じであるため、ここではそれらの説明を省略する。
【００６３】
次に、作動油のエネルギを回収してエネルギ回生を行う回生装置について説明する。
【００６４】
回生装置による回生制御は、コントローラ８０により行われる。コントローラ８０は、回生制御を実行するＣＰＵと、ＣＰＵの処理動作に必要な制御プログラム及び設定値等を記憶するＲＯＭと、各種センサにより検出された情報を一時的に記憶するＲＡＭと、を備える。
【００６５】
エネルギ回生システム１００は、作動油により作動する回生モータ８１を備える。回生モータ８１はメインポンプ１１の回転軸に連結され、メインポンプ１１と同軸回転する。このように、エンジン１２、メインポンプ１１及び回生モータ８１は同軸回転する。
【００６６】
回生モータ８１は、斜板の傾転角を調整可能な可変容量型モータであり、回生モータ８１の傾転角はレギュレータ８１ａを通じてコントローラ８０により制御される。斜板の傾転角が小さいほど、回生モータ８１の容量が小さく、供給される作動油の流量に対して回収されるエネルギ量が少ない。斜板の傾転角が大きいほど、回生モータ８１の容量が大きく、供給される作動油の流量に対して回収されるエネルギ量が多い。
【００６７】
回生モータ８１には共通回生通路８２が接続される。以下において、共通回生通路８２、後述される旋回回生通路８７及びブーム回生通路９３を、単に「回生通路」と称することもある。
【００６８】
共通回生通路８２は、第１及び第２給排通路３５ａ，３５ｂからの作動油を回生モータ８１に導くと共に、第１給排通路５５ａからの作動油を回生モータ８１に導く。回生モータ８１に作動油が供給されることにより、回生モータ８１が作動し作動油のエネルギが回生される。
【００６９】
共通回生通路８２には、分岐通路８３を介してアキュムレータ８４が接続される。分岐通路８３には切換弁８５が設けられる。切換弁８５は、開弁時に分岐通路８３における作動油の流れを許容する。
【００７０】
アキュムレータ８４は、分岐通路８３における作動油の流れが許容される場合には、共通回生通路８２からの作動油を蓄圧する、又はアキュムレータ８４内の作動油を共通回生通路８２に供給する。アキュムレータ８４内の作動油が共通回生通路８２を通じて回生モータ８１に供給されることにより、回生モータ８１が作動しメインポンプ１１の回転がアシストされる。
【００７１】
まず、第１及び第２給排通路３５ａ，３５ｂからの作動油が回生モータ８１へ供給されることにより行われるエネルギの回生（以下、この回生を「旋回回生」と称する）について説明する。
【００７２】
第１及び第２給排通路３５ａ，３５ｂには、それぞれ、第１及び第２分岐通路８６ａ，８６ｂが接続される。第１及び第２分岐通路８６ａ，８６ｂは、旋回回生通路８７を通じて共通回生通路８２に接続される。
【００７３】
第１及び第２分岐通路８６ａ，８６ｂのそれぞれには、第１及び第２逆止弁８８ａ，８８ｂが設けられる。第１逆止弁８８ａは、第１給排通路３５ａから旋回回生通路８７への作動油の流れを許容する一方で、旋回回生通路８７から第１給排通路３５ａへの作動油の流れを遮断する。第２逆止弁８８ｂは、第２給排通路３５ｂから旋回回生通路８７への作動油の流れを許容する一方で、旋回回生通路８７から第２給排通路３５ｂへの作動油の流れを遮断する。
【００７４】
旋回回生通路８７には、旋回回生制御弁８９が設けられる。以下において、旋回回生制御弁８９、及び後述するブーム回生制御弁９４を、単に「回生制御弁」と称することもある。
【００７５】
旋回回生制御弁８９は、作動油の流れを遮断する遮断（閉弁）位置８９ａと、作動油の流れを許容する連通（開弁）位置８９ｂと、を有する。旋回回生制御弁８９の動作は、コントローラ８０から出力される信号にて制御される。コントローラ８０による旋回回生制御弁８９の切り換えを具体的に説明する。
【００７６】
旋回回生制御弁８９にはパイロット室８９ｃが設けられる。パイロット室８９ｃは、電磁比例弁９０を介してパイロットポンプ５７及びタンク１３に接続される。パイロット室８９ｃにパイロット圧が供給されると、旋回回生制御弁８９は連通位置８９ｂに切り換わる。パイロット室８９ｃへのパイロット圧の供給が遮断されると、旋回回生制御弁８９は符示しないスプリングにより遮断位置８９ａに切り換わる。
【００７７】
電磁比例弁９０は、第１位置９０ａと第２位置９０ｂとを有する。電磁比例弁９０は、第１位置９０ａにある場合には、パイロット室８９ｃからタンク１３への作動油の流れを許容する一方でパイロットポンプ５７からパイロット室８９ｃへの作動油の流れを遮断する。電磁比例弁９０は、第２位置９０ｂにある場合には、パイロットポンプ５７からパイロット室８９ｃへの作動油の流れを許容する一方で、パイロット室８９ｃからタンク１３への作動油の流れを遮断する。
【００７８】
電磁比例弁９０にはソレノイド９０ｃが設けられる。ソレノイド９０ｃはコントローラ８０に電気的に接続される。
【００７９】
コントローラ８０がソレノイド９０ｃへ電気信号を出力すると、ソレノイド９０ｃが励磁し電磁比例弁９０は第２位置９０ｂに切り換わる。その結果、パイロットポンプ５７からパイロット室８９ｃにパイロット圧が供給され、旋回回生制御弁８９が連通位置８９ｂに切り換わる。
【００８０】
コントローラ８０がソレノイド９０ｃへの電気信号の出力を停止すると、ソレノイド９０ｃが非励磁となり、電磁比例弁９０は符示しないスプリングにより第１位置９０ａに切り換わる。その結果、パイロットポンプ５７からパイロット室８９ｃへのパイロット圧の供給が遮断され、旋回回生制御弁８９が遮断位置８９ａに切り換わる。
【００８１】
このように、旋回回生制御弁８９は、コントローラ８０により切り換えられる。
【００８２】
旋回回生通路８７における旋回回生制御弁８９の上流には圧力検出器としての第２圧力センサ９２が設けられる。第２圧力センサ９２は、旋回モータ３０の旋回動作時の旋回圧力及びブレーキ動作時のブレーキ圧力を検出する。第２圧力センサ９２にて検出された圧力信号は、コントローラ８０に出力される。
【００８３】
旋回圧力及びブレーキ圧力を検出することは、旋回モータ３０の旋回動作及びブレーキ動作を検出することと同等である。したがって、第２圧力センサ９２は、旋回モータ３０の動作状態を検出する動作状態検出器として機能する。
【００８４】
コントローラ８０は、第２圧力センサ９２の検出圧力が予め設定された旋回回生開始圧力に達したと判定した場合には、電磁比例弁９０を第２位置９０ｂに切り換え、旋回回生制御弁８９をパイロット圧により連通位置８９ｂに切り換える。これにより、第１又は第２給排通路３５ａ，３５ｂからの作動油が旋回回生通路８７及び共通回生通路８２を通じて回生モータ８１に供給される。
【００８５】
回生モータ８１に供給される作動油は、回生モータ８１を駆動する。回生モータ８１はメインポンプ１１に連結されるので、回生モータ８１はメインポンプ１１を駆動する。このように、旋回回生が行われる。
【００８６】
旋回回生制御弁８９を連通位置８９ｂに切り換えるための旋回回生開始圧力の設定について説明する。
【００８７】
例えば、第１給排通路３５ａを通じて供給される作動油によって旋回モータ３０が回転する旋回動作時には、第１給排通路３５ａの余剰の作動油が第１分岐通路８６ａ、第１逆止弁８８ａ、旋回回生通路８７及び共通回生通路８２を通じて回生モータ８１に導かれる。第１給排通路３５ａからの作動油による旋回モータ３０の回転中に制御弁３４が中立位置３４ａに切り換えられると、旋回モータ３０のポンプ作用により旋回モータ３０から作動油が吐出される。吐出された作動油は、第２分岐通路８６ｂ及び第２逆止弁８８ｂを通じて旋回回生通路８７に導かれる。
【００８８】
旋回回生開始圧力が、第１及び第２リリーフ弁３６ａ，３６ｂの設定圧力よりもかなり低い圧力に設定された場合を想定する。この場合には、第１及び第２給排通路３５ａ，３５ｂ内の圧力が第１及び第２リリーフ弁３６ａ，３６ｂの設定圧力に達する前に、旋回回生制御弁８９が連通位置８９ｂに切り換わる。そのため、第１及び第２給排通路３５ａ，３５ｂ内の圧力が旋回モータ３０の旋回動作あるいはブレーキ動作に必要な圧力に保たれない虞がある。
【００８９】
旋回回生開始圧力が、第１及び第２リリーフ弁３６ａ，３６ｂの設定圧力と同等に設定された場合を想定する。この場合には、第１及び第２給排通路３５ａ，３５ｂ内の圧力が第１及び第２リリーフ弁３６ａ，３６ｂの設定圧力に達するとほぼ同時に、旋回回生制御弁８９が連通位置８９ｂに切り換わる。そのため、旋回モータ３０の旋回動作時の余剰の作動油又はブレーキ動作時の作動油のほとんどが第１及び第２リリーフ弁３６ａ，３６ｂに流れ、回生量が小さくなる虞がある。
【００９０】
このような理由から、旋回回生開始圧力は、旋回モータ３０の旋回動作あるいはブレーキ動作に影響を及ぼさず、かつ回生量を確保するために、第１及び第２リリーフ弁３６ａ，３６ｂの設定圧力よりも少し低い圧力に設定される。
【００９１】
次に、ブームシリンダ５０からの作動油が回生モータ８１へ供給されることにより行われるエネルギの回生（以下、この回生を「ブーム回生」と称する）について説明する。
【００９２】
ブームシリンダ５０の反ロッド側室５１ａは、第１給排通路５５ａに接続されるブーム回生通路９３を通じて共通回生通路８２に接続される。ブーム回生通路９３には、ブーム回生制御弁９４が設けられる。迂回通路５５ｄは、ブーム回生制御弁９４を通じて逆止弁５５ｃを迂回する。
【００９３】
ブーム回生制御弁９４は第１位置９４ａと第２位置９４ｂとを有する。ブーム回生制御弁９４は、第１位置９４ａにある場合、ブーム回生通路９３における作動油の流れを遮断すると共に、迂回通路５５ｄにおける作動油の流れを許容する。また、ブーム回生制御弁９４は、第２位置９４ｂにある場合、ブーム回生通路９３における作動油の流れを許容すると共に、迂回通路５５ｄにおける作動油の流れを絞り９４ｃを通じて許容する。
【００９４】
ブーム回生の観点からは、第１位置９４ａがブーム回生制御弁９４の閉弁位置であり、第２位置９４ｂがブーム回生制御弁９４の開弁位置である。
【００９５】
ブーム回生制御弁９４の動作は、電磁比例弁９１ａを介したパイロット圧により制御される。電磁比例弁９１ａは、コントローラ８０から出力される信号にて制御される。つまり、ブーム回生制御弁９４の切り換えは、電磁比例弁９１ａを切り換えるコントローラ８０の信号により制御される。コントローラ８０によるブーム回生制御弁９４の切り換えは、コントローラ８０による旋回回生制御弁８９の切り換えと同じであるので、ここではその説明を省略する。
【００９６】
制御弁５４には、制御弁５４の操作方向とその操作量を検出する操作検出器としてのセンサ９５が設けられる。センサ９５にて検出された信号はコントローラ８０に出力される。
【００９７】
制御弁５４の操作方向とその操作量を検出することは、ブームシリンダ５０の伸縮方向とその伸縮速度を検出することと同等である。したがって、センサ９５は、ブームシリンダ５０の動作状態を検出する動作状態検出器として機能する。
【００９８】
センサ９５に代わり、ピストンロッド５３の移動方向とその移動量を検出するセンサをブームシリンダ５０に設け、そのようなセンサを動作状態検出器として用いてもよい。また、操作レバー５９の操作方向とその操作量を検出するセンサをパイロット弁５８に設け、そのようなセンサを動作状態検出器として用いてもよい。
【００９９】
コントローラ８０は、センサ９５の検出結果に基づいて、オペレータがブームシリンダ５０を伸長させようとしているのか、又は収縮させようとしているのかを判定する。コントローラ８０は、ブームシリンダ５０の伸長動作を判定すれば、ブーム回生制御弁９４を第１位置９４ａに保つ。
【０１００】
一方、コントローラ８０は、ブームシリンダ５０の収縮動作を判定すれば、制御弁５４の操作量に応じてオペレータが求めているブームシリンダ５０の収縮速度を演算する（以下、「要求収縮速度」と称する）。コントローラ８０は、要求収縮速度が特に高いと判定した場合には、ブーム回生制御弁９４を第１位置９４ａに保つ。
【０１０１】
仮に、要求収縮速度が特に高い場合にブーム回生制御弁９４が第２位置９４ｂに切り換えられる場合を想定する。ブーム回生制御弁９４が第２位置９４ｂに切り換えられると、反ロッド側室５１ａ内の作動油のほとんどは、ブーム回生通路９３及び共通回生通路８２を通じて回生モータ８１に供給される。
【０１０２】
回生モータ８１は供給された作動油のエネルギを消費する負荷として機能する。そのため、反ロッド側室５１ａ内の作動油は、回生モータ８１へ供給される場合、十分な流量で排出されない。その結果、ブームシリンダ５０の実際の収縮速度はオペレータが求めている収縮速度に達しない虞がある。
【０１０３】
このような理由から、要求収縮速度が特に高いと判定された場合には、ブーム回生制御弁９４を第１位置９４ａに保ち、反ロッド側室５１ａ内の作動油を、制御弁５４及び排出通路２２を通じてタンク１３へ排出することが好ましい。排出通路２２は回生モータ８１といった負荷を経ることなくタンク１３に接続されるので、反ロッド側室５１ａ内の作動油を十分な流量で排出することができ、ブームシリンダ５０の実際の収縮速度をオペレータが求めている収縮速度にすることができる。
【０１０４】
要求収縮速度が特に高いと判定された場合に、反ロッド側室５１ａ内の作動油が持つエネルギを再生してブームシリンダ５０の実際の収縮速度をより速めてもよい。作動油が持つエネルギの再生は、反ロッド側室５１ａとロッド側室５１ｂとを、再生制御弁を通じて接続することにより実現される。収縮動作時に再生制御弁を開くことにより、反ロッド側室５１ａからの作動油がロッド側室５１ｂに供給される。反ロッド側室５１ａ内の作動油がより速く減少しロッド側室５１ｂ内の作動油がより速く増加するので、ブームシリンダ５０の収縮速度を速めることができる。
【０１０５】
要求収縮速度が特に高いかどうかは、例えば、予め設定されたブーム回生限界速度（ブーム回生が推奨される限界の収縮速度）を基準に判定される。
【０１０６】
コントローラ８０は、ブームシリンダ５０の収縮動作を判定し、かつ要求収縮速度が低い（例えば、予め設定されたブーム回生限界速度未満）と判定した場合には、ブーム回生制御弁９４を第２位置９４ｂに切り換える。ブーム回生制御弁９４は、迂回通路５５ｄにおける作動油の流れを絞り９４ｃを通じて許容するので、ブームシリンダ５０からの戻り作動油は、切り換え直後は迂回通路５５に導かれ、その後徐々にブーム回生通路９３に導かれる。
【０１０７】
ブーム回生通路９３に導かれた作動油は、共通回生通路８２を通じて回生モータ８１に供給され、回生モータ８１を駆動する。このように、ブーム回生制御弁９４が第２位置９４ｂに切り換えられることにより、旋回回生と同様に、ブーム回生が行われる。
【０１０８】
次に、共通回生通路８２からアキュムレータ８４への作動油の蓄圧、及びアキュムレータ８４から共通回生通路８２への作動油の供給について説明する。
【０１０９】
切換弁８５は、分岐通路８３における作動油の流れを遮断する遮断（閉弁）位置８５ａと、分岐通路８３における作動油の流れを絞り８５ｃを通じて許容する連通（開弁）位置８５ｂと、を有する。切換弁８５の動作は、電磁比例弁９１ｂを介したパイロット圧により制御される。電磁比例弁９１ｂは、コントローラ８０から出力される信号にて制御される。つまり、切換弁８５の切り換えは、電磁比例弁９１ｂを切り換えるコントローラ８０の信号により制御される。コントローラ８０による切換弁８５の切り換えは、コントローラ８０による旋回回生制御弁８９の切り換えと同じであるので、ここではその説明を省略する。
【０１１０】
アキュムレータ８４は、ハウジング８４ａと、ハウジング８４ａの内部を油室８４ｂと気体室８４ｃとに区画するダイヤフラム８４ｄと、を備える。分岐通路８３は油室８４ｂに連通する。気体室８４ｃには圧縮空気が封入される。
【０１１１】
切換弁８５が連通位置８５ｂにある場合において、共通回生通路８２内の圧力が油室８４ｂ内の圧力よりも高いときには、共通回生通路８２から油室８４ｂに作動油が供給される。油室８４ｂへの作動油の流入により気体室８４ｃが収縮し、気体室８４ｃの圧力が上昇する。つまり、共通回生通路８２からの作動油がアキュムレータ８４に蓄圧される。
【０１１２】
気体室８４ｃの圧力と共通回生通路８２内の圧力とが同じになったところで、共通回生通路８２から油室８４ｂへの作動油の供給が停止する。
【０１１３】
切換弁８５が連通位置８５ｂにある場合において、共通回生通路８２内の圧力が油室８４ｂ内の圧力よりも低いときには、油室８４ｂから共通回生通路８２へ作動油が供給される。油室８４ｂからの作動油の流出により気体室８４ｃが膨張し、気体室８４ｃの圧力が低下する。つまり、アキュムレータ８４に蓄圧された作動油が共通回生通路８２に供給される。
【０１１４】
気体室８４ｃの圧力と共通回生通路８２内の圧力が同じになったところで、油室８４ｂから共通回生通路８２への作動油の供給が停止する。
【０１１５】
このように、アキュムレータ８４は、アキュムレータ８４内の圧力と共通回生通路８２内の圧力との差に応じて、共通回生通路８２からの作動油を蓄圧する、又はアキュムレータ８４内の作動油を共通回生通路８２へ供給する。
【０１１６】
共通回生通路８２内の圧力は、共通回生通路８２に導かれた作動油のエネルギを回生モータ８１が全て回収できない場合に上昇する。共通回生通路８２内の圧力が油室８４ｂ内の圧力を超えると、共通回生通路８２から油室８４ｂに作動油が供給されるので、アキュムレータは、共通回生通路８２に導かれる作動油の一部を余剰の作動油として蓄圧する。
【０１１７】
共通回生通路８２内の圧力は、共通回生通路８２に導かれた作動油のエネルギを全て回生モータ８１が回収する場合に低下する。共通回生通路８２内の圧力が気体室８４ｃ内の圧力よりも下がると、アキュムレータ８４は、作動油を共通回生通路８２に供給する。
【０１１８】
ハウジング８４ａの内部を油室８４ｂと気体室８４ｃとに区画する部材はダイヤフラム８４ｄに限られず、例えばハウジング８４ａに摺動自在に収容されたフリーピストンであってもよい。また、気体室８４ｃには空気以外の気体、例えば窒素が封入されてもよい。
【０１１９】
コントローラ８０は、回生制御弁８９，９４の少なくとも一方を開弁位置８９ｂ，９４ｂに切り換えた場合には、切換弁８５を連通位置８５ｂに切り換える。これにより、共通回生通路８２内の圧力がアキュムレータ８４内の圧力よりも高いときに、共通回生通路８２内の作動油がアキュムレータ８４に蓄圧される。つまり、回生モータ８１で回収することができない余剰の作動油がアキュムレータ８４に蓄圧される。
【０１２０】
また、共通回生通路８２内の圧力がアキュムレータ８４内の圧力よりも低いときには、アキュムレータ８４に蓄圧された作動油が共通回生通路８２に供給される。つまり、アキュムレータ８４からの作動油が回生モータ８１に供給され、メインポンプ１１をアシストする。
【０１２１】
アキュムレータ８４内の圧力がアキュムレータ８４の圧力上限値を越えるのを防止するため、コントローラ８０はアキュムレータ８４内の圧力に応じて切換弁８５を切り換えてもよい。
【０１２２】
具体的には、不図示の圧力センサがアキュムレータ８４内の圧力を検出し、検出された圧力信号をコントローラ８０に出力する。コントローラ８０は、圧力センサの検出圧力が予め設定された圧力値に達したと判定した場合には、回生制御弁８９，９４の少なくとも一方を開弁位置８９ｂ，９４ｂに切り換えた場合であっても、切換弁８５を遮断位置８５ａに切り換える。これにより、分岐通路８３における作動油の流れが遮断され、アキュムレータ８４内の圧力がアキュムレータ８４の圧力上限値を越えるのを防止することができる。
【０１２３】
エンジン１２の出力軸１２ａには、エンジン１２の回転数を検出する回転数検出器としてのセンサ１２ｂが設けられる。センサ１２ｂにて検出された回転数信号はコントローラ８０に出力される。
【０１２４】
メインポンプ１１はエンジン１２の出力軸１２ａに連結されるので、出力軸１２ａの回転数を検出することは、メインポンプ１１の運転状態を検出することと同等である。したがって、センサ１２ｂは、メインポンプ１１の運転状態を検出する運転状態検出器として機能する。運転状態検出器はエンジン１２の回転数を検出するセンサ１２ｂに限られず、メインポンプ１１の吐出圧力を検出する圧力センサであってもよい。
【０１２５】
コントローラ８０は、旋回回生制御弁８９を遮断位置８９ａに切り換えブーム回生制御弁９４を第１位置９４ａに切り換えた場合には、つまり、回生が行われない場合には、センサ１２ｂの検出結果に基づいて、メインポンプ１１がアシストを必要としているかを判定する。メインポンプ１１がアシストを必要としているかどうかは、例えば、予め設定されたアシスト開始回転数を基準に判定される。
【０１２６】
コントローラ８０は、センサ１２ｂの検出回転数が予め設定されたアシスト開始回転数以下と判定した場合には、切換弁８５を連通位置８５ｂに切り換える。これにより、アキュムレータ８４に蓄圧された作動油が共通回生通路８２を通じて回生モータ８１に供給され、メインポンプ１１をアシストする。
【０１２７】
切換弁８５が連通位置８５ｂに切り換えられた場合であっても、アキュムレータ８４に作動油が十分に蓄圧されていない場合には、アキュムレータ８４から回生モータ８１に作動油が供給されず、メインポンプ１１はアシストされない。
【０１２８】
コントローラ８０は、センサ１２ｂの検出回転数が予め設定されたアシスト開始回転数を超えていると判定した場合には、切換弁８５を遮断位置８５ａに切り換える。これにより、アキュムレータ８４から回生モータ８１への作動油の供給が遮断される。したがって、メインポンプ１１に対するアシストが停止する。
【０１２９】
次に、エネルギ回生システム１００の動作について説明する。
【０１３０】
まず、図３及び図４を参照して、制御弁５４，６４，７４が中立位置５４ａ，６４ａ，７４ａにあり制御弁３４が切り換えられる場合について説明する。
【０１３１】
図３に示すように、制御弁３４が第１作動位置３４ｂに切り換えられると、メインポンプ１１から吐出された作動油が第１給排通路３５ａを通じて旋回モータ３０に供給されると共に、旋回モータ３０内の作動油が第２給排通路３５ｂを通じてタンク１３に排出され、旋回モータ３０が回転する。
【０１３２】
第１給排通路３５ａ内の圧力（旋回圧力）が予め設定された旋回回生開始圧力に達すると、コントローラ８０は、旋回回生制御弁８９を連通位置８９ｂに切り換える。これにより、第１給排通路３５ａからの作動油が旋回回生通路８７を通じて共通回生通路８２に導かれる。つまり、メインポンプ１１から吐出された作動油の一部は、制御弁３４、第１給排通路３５ａ、及び旋回回生通路８７を通じて共通回生通路８２に導かれる。
【０１３３】
コントローラ８０は、旋回回生制御弁８９を連通位置８９ｂに切り換えると同時に、切換弁８５を連通位置８５ｂに切り換える。したがって、アキュムレータ８４は、共通回生通路８２内の圧力がアキュムレータ８４内の圧力よりも高いときに、共通回生通路８２に導かれる作動油の一部を余剰の作動油として蓄圧する。残りの作動油は回生モータ８１に供給され回生モータ８１を駆動する。
【０１３４】
また、アキュムレータ８４は、共通回生通路８２内の圧力がアキュムレータ８４内の圧力よりも低いときに、アキュムレータ８４内に蓄圧された作動油を共通回生通路８２を通じて回生モータ８１に供給する。つまり、回生モータ８１には、第１給排通路３５ａから共通回生通路８２に導かれる作動油に加え、アキュムレータ８４からの作動油が供給される。
【０１３５】
このように、本実施形態では、共通回生通路８２内の圧力がアキュムレータ８４内の圧力よりも高いときには、共通回生通路８２に導かれる作動油の一部が余剰の作動油としてアキュムレータ８４に蓄圧される。共通回生通路８２内の圧力がアキュムレータ８４内の圧力よりも低いときには、アキュムレータ８４内に蓄圧された作動油が回生モータ８１に供給され回生モータを駆動する。したがって、より多くの作動油のエネルギを回生モータ８１により回収することができ、作動油のエネルギを効率的に回生することができる。
【０１３６】
旋回回生制御弁８９が開弁してエネルギ回生が行われる際には、切換弁８５が開弁する。そのため、エネルギ回生時に、余剰の作動油がアキュムレータ８４に蓄圧される、又はアキュムレータ８４内に蓄圧された作動油が回生モータ８１に供給される。したがって、エネルギ回生時において、作動油のエネルギをより効率的に回生することができる。
【０１３７】
図４に示すように、制御弁３４が第１作動位置３４ｂから中立位置３４ａに切り換えられると、旋回モータ３０に対する作動油の給排が遮断される。旋回モータ３０は、旋回部３（図１参照）が持つ慣性エネルギで回転し続けポンプ作用を発揮するので、第１給排通路３５ａ内の圧力が低下するとともに、第２給排通路３５ｂ内の圧力が上昇する。
【０１３８】
第２給排通路３５ｂ内の圧力（ブレーキ圧力）が予め設定された旋回回生開始圧力に達すると、コントローラ８０は、旋回回生制御弁８９を連通位置８９ｂに切り換える。これにより、第２給排通路３５ｂからの作動油が旋回回生通路８７を通じて共通回生通路８２に導かれる。つまり、旋回モータ３０からの作動油が、第２給排通路３５ｂ及び旋回回生通路８７を通じて共通回生通路８２に導かれる。
【０１３９】
コントローラ８０は、旋回回生制御弁８９を連通位置８９ｂに切り換えると同時に、切換弁８５を連通位置８５ｂに切り換える。したがって、制御弁３４が第１作動位置３４ｂに切り換えられた場合と同様に、作動油のエネルギを効率的に回生することができる。
【０１４０】
本実施形態では、旋回圧力又はブレーキ圧力の検出結果に基づいて旋回回生制御弁８９が開弁されエネルギ回生が行われる。そのため、旋回動作時又はブレーキ動作時であっても、旋回圧力又はブレーキ圧力が所定の条件を満たさない場合にはエネルギ回生が行われない。したがって、例えば、旋回圧力又はブレーキ圧力が十分に高くない場合にエネルギ回生が行われることで、求められる旋回動作を実現できないといった事態を防止することができる。
【０１４１】
また、アキュムレータ８４は、制御弁８５の絞り８５ｃを介して共通回生通路８２に接続されるので、第１又は第２給排通路３５ａ，３５ｂからの作動油の圧力変動は、アキュムレータ８４で吸収されつつ、絞り８５ｃで減衰される。したがって共通回生通路８２における作動油の圧力変動が低減し、回生モータ８１、メインポンプ１１及びエンジン１２における負荷変動及び衝撃を軽減させることができる。絞り８５ｃは、切換弁８５ではなく、分岐通路８３に設けられていてもよい。
【０１４２】
次に、図５から図８を参照して、制御弁３４，６４，７４が中立位置３４ａ，６４ａ，７４ａにあり制御弁５４が切り換えられた場合について説明する。
【０１４３】
図５及び図６に示すように、制御弁５４が伸長位置５４ｂに切り換えられると、メインポンプ１１から吐出された作動油が第１給排通路５５ａを通じてブームシリンダ５０の反ロッド側室５１ａに供給されると共に、ロッド側室５１ｂ内の作動油が第２給排通路５５ｂを通じてタンク１３に排出され、ブームシリンダ５０が伸長する。
【０１４４】
このとき、コントローラ８０は、センサ９５の検出結果に基づいて、ブームシリンダ５０の伸長動作を判定した場合には、ブーム回生制御弁９４を第１位置９４ａに保つ。また、コントローラ８０は、センサ１２ｂの検出結果に基づいて、メインポンプ１１がアシストを必要としているかを判定する。
【０１４５】
制御弁３４は中立位置３４ａに保たれているので、旋回回生通路８７内の圧力は予め設定される旋回回生開始圧力に達しない。そのため、コントローラ８０は、第２圧力センサ９２の検出圧力が旋回回生開始圧力未満であると判定し、旋回回生制御弁８９を遮断位置８９ａに保つ。
【０１４６】
ブーム回生制御弁９４が第１位置９４ａに保たれかつ旋回回生通路８７が遮断位置８９ａに保たれるので、コントローラ８０は、センサ１２ｂにより検出された回転数がアシスト開始回転数以下の場合には、メインポンプ１１のアシストが必要であると判定し、図５に示すように、切換弁８５を連通位置８５ｂに切り換える。これにより、アキュムレータ８４に蓄圧された作動油が共通回生通路８２を通じて回生モータ８１に供給され、メインポンプ１１へのアシストが行われる。
【０１４７】
センサ１２ｂにより検出された回転数がアシスト開始回転数を超える場合には、コントローラ８０は、メインポンプ１１のアシストが不要であると判定し、図６に示すように、切換弁８５を遮断位置８５ａに切り換える。これにより、アキュムレータ８４から回生モータ８１への作動油の供給が遮断され、メインポンプ１１に対するアシストが停止する。
【０１４８】
このように、本実施形態では、非エネルギ回生時において、メインポンプ１１のアシストが必要であると判定した場合には、切換弁８５が開弁される。そのため、エネルギ回生時に余剰の作動油としてアキュムレータ８４に蓄圧された作動油が非エネルギ回生時に回生モータ８１に供給されメインポンプ１１をアシストし、エンジン１２の負荷を低減する。したがって、非エネルギ回生時においても、エネルギ回生システム１００の燃費を改善することができる。
【０１４９】
図７及び図８に示すように制御弁５４が収縮位置５４ｃに切り換えられると、メインポンプ１１から吐出された作動油が第２給排通路５５ｂを通じてブームシリンダ５０のロッド側室５１ｂに供給される。
【０１５０】
このとき、コントローラ８０は、センサ９５の検出結果に基づいて、ブームシリンダ５０の収縮動作を判定する。コントローラ８０は、さらに、制御弁５４の操作量に応じてオペレータが求めているブームシリンダ５０の収縮速度（要求収縮速度）を演算する。
【０１５１】
要求収縮速度が特に高い場合には、コントローラ８０は、図７に示すように、ブーム回生制御弁９４を第１位置９４ａに保つ。その結果、反ロッド側室５１ａ内の作動油は、迂回通路５５ｄ及び制御弁５４を通じてタンク１３に排出され、ブームシリンダ５０が収縮する。またこのとき、コントローラ８０は、センサ１２ｂの検出結果に基づいて、メインポンプ１１がアシストを必要としているかを判定する。アシスト要否の判定、及びこの判定後の切換弁８５の切り換えについては、ブームシリンダ５０の伸長動作が判定された場合と同じであるため、ここではその説明を省略する。
【０１５２】
要求収縮速度が低い場合には、コントローラ８０は、図８に示すように、ブーム回生制御弁９４を第２位置９４ｂに切り換える。反ロッド側室５１ａ内の作動油は、ブーム回生制御弁９４の切り換え直後には迂回通路５５及び制御弁５４を通じてタンク１３に排出され、その後徐々にブーム回生通路９３、共通回生通路８２及び回生モータ８１を通じてタンク１３に排出される。その結果、ブームシリンダ５０が収縮する。
【０１５３】
このとき、コントローラ８０は、切換弁８５を連通位置８５ｂに切り換える。したがって、制御弁３４が第１作動位置３４ｂに切り換えられた場合と同様に、作動油のエネルギを効率的に回生することができる。
【０１５４】
本実施形態によれば、ブームシリンダ５０の収縮動作時には、要求収縮速度に応じてブーム回生制御弁９４が開弁される。そのため、ブームシリンダ５０の収縮動作時であっても、要求収縮速度が所定の条件を満たさない場合にはエネルギ回生が行われない。したがって、例えばオペレータによる要求収縮速度が特に高い場合に、エネルギ回生が行われることで実際の収縮速度が求められる収縮速度に達しないといった事態を防止することができる。
【０１５５】
次に、図９及び図１０を参照して、制御弁３４，５４が中立位置３４ａ，５４ａにあり制御弁６４，７４が切り換えられた場合について説明する。
【０１５６】
制御弁６４が伸長位置６４ｂ又は収縮位置６４ｃに切り換えられると、アームシリンダ６０が伸長又は収縮する。制御弁７４が伸長位置７４ｂ又は収縮位置７４ｃに切り換えられると、バケットシリンダ７０が伸長又は収縮する。
【０１５７】
このとき、制御弁３４が中立位置３４ａにあるので、第１及び第２給排通路３５ａ，３５ｂ内の圧力は旋回回生開始圧力を超えない。したがって、コントローラ８０は、旋回回生制御弁８９を遮断位置８９ａに保つ。
【０１５８】
また、制御弁５４が中立位置５４ａにあるので、コントローラ８０は、ブームシリンダ５０に要求される動作が伸長動作でも収縮動作でもないと判定する。したがって、コントローラ８０は、ブーム回生制御弁９４を第１位置９４ａに保つ。
【０１５９】
旋回回生制御弁８９が遮断位置８９ａでありブーム回生制御弁９４が第１位置９４ａであるので、エネルギ回生は行われない。コントローラ８０は、センサ１２ｂの検出結果に基づいて、メインポンプ１１がアシストを必要としているかを判定する。
【０１６０】
センサ１２ｂにより検出された回転数がアシスト開始回転数以下の場合には、コントローラ８０は、メインポンプ１１のアシストが必要であると判定し、図９に示すように、切換弁８５を連通位置８５ｂに切り換える。これにより、アキュムレータ８４に蓄圧された作動油が共通回生通路８２を通じて回生モータ８１に供給され、メインポンプ１１へのアシストが行われる。
【０１６１】
センサ１２ｂにより検出された回転数がアシスト開始回転数を超える場合には、コントローラ８０は、メインポンプ１１のアシストが不要であると判定し、図１０に示すように、切換弁８５を遮断位置８５ａに切り換える。これにより、アキュムレータ８４から回生モータ８１への作動油の供給が遮断され、メインポンプ１１に対するアシストが停止する。
【０１６２】
このように、本実施形態では、非エネルギ回生時において、メインポンプ１１のアシストが必要であると判定した場合には、切換弁８５が開弁される。そのため、エネルギ回生時に余剰の作動油としてアキュムレータ８４に蓄圧された作動油が非エネルギ回生時に回生モータ８１に供給されメインポンプ１１をアシストする。したがって、非エネルギ回生時においても、エネルギ回生システム１００の燃費を改善することができる。
【０１６３】
以上の本実施形態によれば、以下の示す効果を奏する。
【０１６４】
エネルギ回生システム１００では、分岐通路８３における作動油の流れが切換弁８５により許容される場合、アキュムレータ８４と回生通路８２とが連通する。そのため、回生通路８２内の圧力がアキュムレータ８４内の圧力よりも高いときには、回生通路８２に導かれる作動油の一部が余剰の作動油としてアキュムレータ８４に蓄圧される。回生通路８２内の圧力がアキュムレータ８４内の圧力よりも低いときには、アキュムレータ８４内に蓄圧された作動油が回生モータ８１に供給され回生モータ８１を駆動する。したがって、より多くの作動油のエネルギを回生モータ８１により回収することができ、作動油のエネルギを効率的に回生することができる。
【０１６５】
また、エネルギ回生システム１００では、回生制御弁８９，９４が開弁してエネルギ回生が行われる際には、切換弁８５が開弁する。そのため、余剰の作動油がアキュムレータ８４に蓄圧される、又はアキュムレータ８４内に蓄圧された作動油が回生モータ８１に供給される。したがって、エネルギ回生時において、作動油のエネルギをより効率的に回生することができる。
【０１６６】
また、エネルギ回生システム１００では、非エネルギ回生時において、メインポンプ１１のアシストが必要であると判定した場合には、切換弁８５が開弁される。そのため、エネルギ回生時に余剰の作動油としてアキュムレータ８４に蓄圧された作動油が回生モータ８１に供給され回生モータ８１を駆動し、メインポンプ１１をアシストする。したがって、非エネルギ回生時においても、エネルギ回生システム１００の燃費を改善することができる。
【０１６７】
また、エネルギ回生システム１００では、ブームシリンダ５０の収縮動作時には、要求収縮速度に応じてブーム回生制御弁９４が開弁される。そのため、ブームシリンダ５０の収縮動作時であっても、要求収縮速度が所定の条件を満たさない場合にはエネルギ回生が行われない。したがって、例えばオペレータによる要求収縮速度が特に高い場合に、エネルギ回生が行われることで実際の収縮速度が要求収縮速度に達しないといった事態を防止することができる。
【０１６８】
また、エネルギ回生システム１００では、旋回圧力又はブレーキ圧力の検出結果に基づいて旋回回生制御弁８９が開弁されエネルギ回生が行われる。そのため、旋回動作時又はブレーキ動作時であっても、旋回圧力又はブレーキ圧力が所定の条件を満たさない場合にはエネルギ回生が行われない。したがって、例えば、旋回圧力又はブレーキ圧力が十分に高くない場合にエネルギ回生が行われることで求められる旋回動作を実現できないといった事態を防止することができる。
【０１６９】
また、エネルギ回生システム１００では、アキュムレータ８４が、制御弁８５の絞り８５ｃを介して回生通路８２に接続されるので、回生通路８２における作動油の圧力変動が低減する。したがって、回生モータ８１、メインポンプ１１及びエンジン１２における負荷変動及び衝撃を軽減させることができる。
【０１７０】
以下、本発明の実施形態の構成、作用、及び効果をまとめて説明する。
【０１７１】
エネルギ回生システム１００は、エンジン１２の出力軸１２ａの回転により作動し作動油を吐出するメインポンプ１１と、メインポンプ１１から吐出される作動油により作動するアクチュエータ３０，５０，６０，７０と、メインポンプ１１とアクチュエータ３０とを接続する第１及び第２給排通路３５ａ，３５ｂからの余剰の作動油及びアクチュエータ３０，５０から排出される作動油を導く回生通路８２と、回生通路８２から供給される作動油により作動しエンジン１２の出力軸１２ａを回転させる回生モータ８１と、回生通路８２から分岐する分岐通路８３と、分岐通路８３を介して回生通路８２に接続されるアキュムレータ８４と、分岐通路８３に設けられ、開弁時に作動油の流れを許容する切換弁８５と、を備え、アキュムレータ８４は、切換弁８５が作動油の流れを許容するときに、回生通路８２からの作動油を蓄圧する、又はアキュムレータ８４内の作動油を回生通路８２に供給することを特徴とする。
【０１７２】
この構成では、分岐通路８３における作動油の流れが切換弁８５により許容される場合、アキュムレータ８４と回生通路８２とが連通する。そのため、回生通路８２内の圧力がアキュムレータ８４内の圧力よりも高いときには、回生通路８２に導かれる作動油の一部が余剰の作動油としてアキュムレータ８４に蓄圧される。回生通路８２内の圧力がアキュムレータ８４内の圧力よりも低いときには、アキュムレータ８４内に蓄圧された作動油が回生モータ８１に供給され回生モータ８１を駆動する。したがって、より多くの作動油のエネルギを回生モータ８１により回収することができ、作動油のエネルギを効率的に回生することができる。
【０１７３】
エネルギ回生システム１００は、回生通路８７，９３に設けられ、開弁時にアクチュエータ３０，５０から回生通路８２，８７，９３を通じて回生モータ８１へ作動油を導く回生制御弁８９，９４と、アクチュエータ３０，５０の動作状態を検出するセンサ９２，９５と、回生制御弁８９，９４及び切換弁８５の動作を制御するコントローラ８０と、を更に備え、コントローラ８０は、センサ９２，９５の検出結果に基づいて回生制御弁８９，９４を開弁させてエネルギ回生を行う際には、切換弁８５を開弁させることを特徴とする。
【０１７４】
この構成では、回生制御弁８９，９４が開弁してエネルギ回生が行われる際には、切換弁８５が開弁する。そのため、余剰の作動油がアキュムレータ８４に蓄圧される、又はアキュムレータ８４内に蓄圧された作動油が回生モータ８１に供給される。したがって、エネルギ回生時において、作動油のエネルギをより効率的に回生することができる。
【０１７５】
エネルギ回生システム１００は、メインポンプ１１の運転状態を検出するセンサ１２ｂを更に備え、コントローラ８０は、センサ９２，９５の検出結果に基づいて回生制御弁８９，９４を閉弁させる非エネルギ回生時において、センサ１２ｂの検出結果に基づいてメインポンプ１１のアシストが必要であると判定した場合には、切換弁８５を開くことを特徴とする。
【０１７６】
この構成では、非エネルギ回生時において、メインポンプ１１のアシストが必要であると判定した場合には、切換弁８５が開弁される。そのため、エネルギ回生時に余剰の作動油としてアキュムレータ８４に蓄圧された作動油が回生モータ８１に供給され回生モータ８１を駆動し、メインポンプ１１をアシストする。したがって、非エネルギ回生時においても、エネルギ回生システム１００の燃費を改善することができる。
【０１７７】
エネルギ回生システム１００は、アクチュエータ３０，５０がブームシリンダ５０であり、センサ９２，９５は、要求されるブームシリンダ５０の伸縮方向及び伸縮速度を検出するセンサ９５であり、コントローラ８０は、センサ９５による伸縮方向の検出結果から、ブームシリンダ５０の伸長動作を判定したときには、ブーム回生制御弁９４を閉弁させ、センサ９５による伸縮方向の検出結果から、ブームシリンダ５０の収縮動作を判定したときには、センサ９５による収縮速度の検出結果に基づいてブーム回生制御弁９４を開弁させてエネルギ回生を行うことを特徴とする。
【０１７８】
この構成では、ブームシリンダ５０の収縮動作時には、センサ９５により検出される収縮速度に応じてブーム回生制御弁９４が開弁される。そのため、ブームシリンダ５０の収縮動作時であっても、収縮速度が所定の条件を満たさない場合にはエネルギ回生が行われない。したがって、例えば要求収縮速度が特に高い場合に、エネルギ回生が行われることで要求収縮速度を実現できないといった事態を防止することができる。
【０１７９】
エネルギ回生システム１００は、アクチュエータ３０，５０が旋回モータ３０であり、センサ９２，９５は、旋回モータ３０の旋回動作時の旋回圧力又はブレーキ動作時のブレーキ圧力を検出するセンサ９２であり、コントローラ８０は、センサ９２による旋回圧力又はブレーキ圧力の検出結果に基づいて旋回回生制御弁８９を開弁させてエネルギ回生を行うことを特徴とする。
【０１８０】
この構成では、旋回圧力又はブレーキ圧力の検出結果に基づいて旋回回生制御弁８９が開弁されエネルギ回生が行われる。そのため、旋回動作時又はブレーキ動作時であっても、旋回圧力又はブレーキ圧力が所定の条件を満たさない場合にはエネルギ回生が行われない。したがって、例えば、旋回圧力又はブレーキ圧力が十分に高くない場合に、求められる旋回動作をエネルギ回生が行われることで実現できないといった事態を防止することができる。
【０１８１】
エネルギ回生システム１００は、分岐通路８３が絞り８５ｃを介して回生通路８２に接続されることを特徴とする。
【０１８２】
この構成では、アキュムレータ８４が、絞り８５ｃを介して回生通路８２に接続されるので、回生通路８２における作動油のエネルギの変動が低減する。したがって、回生モータ８１、メインポンプ１１及びエンジン１２における負荷変動及び衝撃を軽減させることができる。
【０１８３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【符号の説明】
【０１８４】
１１・・・メインポンプ（流体圧供給部）、１２・・・エンジン、１２ａ・・・出力軸、１２ｂ・・・センサ（運転状態検出器）、３０・・・旋回モータ（アクチュエータ）、３５ａ・・・第１給排通路、３５ｂ・・・第２給排通路、５０・・・ブームシリンダ（アクチュエータ）、８０・・・コントローラ、８１・・・回生モータ、８２・・・共通回生通路（回生通路）、８３・・・分岐通路、８４・・・アキュムレータ、８５・・・切換弁、８７・・・旋回回生通路（回生通路）、８９・・・旋回回生制御弁（回生制御弁）、９２・・・圧力センサ（動作状態検出器、圧力検出器）、９３・・・ブーム回生通路（回生通路）、９４・・・ブーム回生制御弁（回生制御弁）、９５・・・センサ（動作状態検出器、操作検出器）、１００・・・エネルギ回生システム
【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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