(57)【要約】【課題】オペレータによる流体圧アクチュエータの操作性の調整を容易にできるようにする。【解決手段】建設機械の制御システム１００は、第１，第２メインポンプ５１，５２と、ピストン側室３０ａとロッド側室３０ｂとを有するブームシリンダ３０と、オペレータの操作に基づいてパイロット室１７ｂにパイロット圧が導かれるとロッド側室３０に作動油を供給してピストン側室３０ａから作動油を排出するように切り換えられるブーム用操作弁１７と、パイロット室３２ａにパイロット圧が導かれると、ピストン側室３０ａから排出される作動油の一部をロッド側室３０ｂに導くように切り換えられる再生流量制御弁３２と、パイロット室１７ｂとパイロット室３２ａとを連通させるパイロット連通流路６４と、パイロット連通流路６４を連通状態と遮断状態とに切り換える電磁三方弁６５と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
建設機械の制御システムであって、
作動流体を供給する流体圧ポンプと、
前記流体圧ポンプからの作動流体が給排される負荷側圧力室と反負荷側圧力室とを有する流体圧アクチュエータと、
オペレータの操作に基づいてパイロット圧が導かれるパイロット室を有し、当該パイロット室にパイロット圧が導かれると、前記流体圧ポンプから前記反負荷側圧力室に作動流体を供給して前記負荷側圧力室から作動流体を排出するように切り換えられる操作弁と、
パイロット圧が導かれるパイロット室を有し、当該パイロット室にパイロット圧が導かれると、前記負荷側圧力室から排出される作動流体の一部を前記反負荷側圧力室に導くように切り換えられる再生流量制御弁と、
前記操作弁のパイロット室と前記再生流量制御弁のパイロット室とを連通させるパイロット連通流路と、
前記パイロット連通流路を連通状態と遮断状態とに切り換える切換弁と、を備えることを特徴とする建設機械の制御システム。
【請求項２】
前記建設機械の動作を制御する制御部を更に備え、
前記切換弁は、前記負荷側圧力室から前記反負荷側圧力室に作動流体が導かれる再生が不要な場合に前記制御部によって前記パイロット連通流路を前記遮断状態に切り換える電磁式切換弁であることを特徴とする請求項１に記載の建設機械の制御システム。
【請求項３】
前記切換弁は、オペレータの操作によって前記パイロット連通流路を前記連通状態と前記遮断状態とに切り換えることを特徴とする請求項１又は２に記載の建設機械の制御システム。
【請求項４】
前記流体圧ポンプから前記流体圧アクチュエータへの作動流体の供給をアシストするために前記負荷側圧力室から排出される作動流体のエネルギを回収する回生ユニットを更に備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の建設機械の制御システム。
【請求項５】
前記切換弁は、前記回生ユニットが作動不可能な状態にある場合に、前記パイロット連通流路を前記遮断状態に切り換えることを特徴とする請求項４に記載の建設機械の制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建設機械の制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、オペレータが操作レバーを操作すると、パイロット圧によってブーム用切換弁が切り換えられ、同じパイロット圧によって再生流量制御弁が切り換えられる建設機械が開示されている。この建設機械では、ブームシリンダの下降操作時に再生流量制御弁が開状態に切り換えられ、ピストン側室（負荷側圧力室）から排出される作動油の一部が再生流量としてロッド側室に導かれる。これにより、ブームシリンダの下降速度を速くした場合にロッド側室が負圧になることが抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２０００２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の建設機械では、ブームシリンダの下降操作時には、再生が必要ない場合であっても、操作レバーの操作に伴って再生が行われるため、オペレータによるブームシリンダの下降速度の調整が難しくなる場合があった。
【０００５】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、オペレータによる流体圧アクチュエータの操作性の調整を容易にできるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、建設機械の制御システムが、作動流体を供給する流体圧ポンプと、負荷側圧力室と反負荷側圧力室とを有する流体圧アクチュエータと、パイロット室にパイロット圧が導かれると流体圧ポンプから反負荷側圧力室に作動流体を供給して負荷側圧力室から作動流体を排出するように切り換えられる操作弁と、パイロット室にパイロット圧が導かれると負荷側圧力室から排出される作動流体の一部を反負荷側圧力室に導くように切り換えられる再生流量制御弁と、操作弁のパイロット室と再生流量制御弁のパイロット室とを連通させるパイロット連通流路と、パイロット連通流路を連通状態と遮断状態とに切り換える切換弁と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
第１の発明によれば、切換弁が切り換えられると、操作弁のパイロット室と再生流量制御弁のパイロット室とを連通させるパイロット連通流路が遮断される。これにより、オペレータの操作に基づいて操作弁のパイロット室にパイロット圧が導かれても、再生流量制御弁のパイロット室にはパイロット圧は導かれない。よって、負荷側圧力室から反負荷側圧力室に作動流体の一部が導かれないため、流体圧アクチュエータの作動速度を再生が行われないときと同じになるように調整することができる。
【０００８】
第２の発明は、建設機械の動作を制御する制御部を更に備え、切換弁が、負荷側圧力室から反負荷側圧力室に作動流体が導かれる再生が不要な場合にパイロット連通流路を遮断状態に切り換える電磁式切換弁であることを特徴とする。
【０００９】
第２の発明によれば、切換弁に電磁式切換弁を用いることで、建設機械の異常状態を制御部が検出して、オペレータの操作によらず自動的に操作弁を切り換えてパイロット連通流路を遮断状態に切り換えることができる。
【００１０】
第３の発明は、切換弁が、オペレータの操作によってパイロット連通流路を連通状態と遮断状態とに切り換えることを特徴とする。
【００１１】
第３の発明によれば、オペレータがパイロット連通流路を連通状態と遮断状態とに切り換えることで、流体圧アクチュエータの作動速度をオペレータの要求にあわせて調整することができる。
【００１２】
第４の発明は、流体圧ポンプから流体圧アクチュエータへの作動流体の供給をアシストするために負荷側圧力室から排出される作動流体のエネルギを回収する回生ユニットを更に備えることを特徴とする。
【００１３】
第５の発明は、回生ユニットが作動不可能な状態にある場合に、切換弁がパイロット連通流路を遮断状態に切り換えることを特徴とする。
【００１４】
第４及び第５の発明によれば、回生ユニットが作動不可能な状態にある場合にパイロット連通流路が遮断状態に切り換えられるため、回生ユニットがフェイルした場合には、パイロット連通流路は遮断状態に保たれる。よって、回生ユニットがフェイルした場合には、再生も行わないようにすることで、建設機械の制御システムから回生ユニットを切り離すことができる。したがって、建設機械の作動特性を、回生ユニットを備えない通常の建設機械と同じにすることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、オペレータによる流体圧アクチュエータの操作性の調整を容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る建設機械の制御システムを示す回路図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る建設機械の制御システムを示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
以下の各実施形態では、建設機械がハイブリッド建設機械であり、特にハイブリッド油圧ショベル（以下、単に「油圧ショベル」と称する。）である場合について説明する。以下の各実施形態では、流体圧アクチュエータは、油圧ショベルの負荷としてのブームを昇降させるためのブームシリンダ３０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。
【００１９】
（第１の実施形態）
以下、図１を参照して、本発明の第１の実施形態に係る建設機械の制御システム（以下、単に「制御システム」と称する。）１００について説明する。
【００２０】
図１に示すように、制御システム１００は、可変容量型の第１メインポンプ５１と、可変容量型の第２メインポンプ５２と、可変容量型のアシストポンプ４４と、を備える。
【００２１】
第１メインポンプ５１の吐出油は、第１切換弁５３を介して第１回路系統７１に供給される。第２メインポンプ５２の吐出油は、第２切換弁５４を介して第２回路系統７２に供給される。アシストポンプ４４の吐出油は、第１切換弁５３を介して第１メインポンプ５１の吐出油に合流可能であると共に、第２切換弁５４を介して第２メインポンプ５２の吐出油に合流可能である。これらの第１メインポンプ５１と第２メインポンプ５２とが流体圧ポンプに該当する。
【００２２】
第１切換弁５３は、４ポート２ポジションのスプール式の切換弁である。第１切換弁５３は、スプールの一端に臨んでパイロット室５３ａが設けられ、スプールの他端がスプリング５３ｂで弾性支持される。第１切換弁５３は、パイロット室５３ａにパイロット圧が供給されていない状態では、スプリング５３ｂの付勢力によってノーマル位置に保持される（図１に示す状態）。
【００２３】
第１切換弁５３は、ノーマル位置に保持されている状態では、第１メインポンプ５１の吐出油を第１回路系統７１に供給すると共に、アシストポンプ４４の吐出油をチェック弁５３ｃを介して第１メインポンプ５１の吐出油に合流させる。
【００２４】
第１切換弁５３は、パイロット室５３ａのパイロット圧によって切換位置（図１中右側位置）に切り換えられると、アシストポンプ４４の吐出油と第１メインポンプ５１の吐出油との合流を遮断する。このとき、第１メインポンプ５１の吐出油は、依然として第１回路系統７１に供給される。
【００２５】
第２切換弁５４は、６ポート３ポジションのスプール式の切換弁である。第２切換弁５４には、スプールの両端に臨んでパイロット室５４ａ，５４ｂがそれぞれ設けられる。スプールは、両端に各々設けられる一対のセンタリングスプリング５４ｃ，５４ｄによって中立状態に支持される。第２切換弁５４は、センタリングスプリング５４ｃ，５４ｄの付勢力によって、通常はノーマル位置に保持される（図１に示す状態）。
【００２６】
第２切換弁５４は、ノーマル位置に保持されている状態では、第２メインポンプ５２の吐出油を第２回路系統７２に供給すると共に、アシストポンプ４４の吐出油を第２メインポンプ５２の吐出油に合流させる。
【００２７】
第２切換弁５４は、一方のパイロット室５４ａのパイロット圧によって第１切換位置（図１中右側位置）に切り換えられると、アシストポンプ４４の吐出油と第２メインポンプ５２の吐出油との合流を遮断する。このとき、第２メインポンプ５２の吐出油は、依然として第２回路系統７２に供給される。
【００２８】
第２切換弁５４は、他方のパイロット室５４ｂのパイロット圧によって第２切換位置（図１中左側位置）に切り換えられると、アシストポンプ４４の吐出油と第２メインポンプ５２の吐出油との合流と、第２メインポンプ５２の吐出油の第２回路系統７２への供給とが、共に遮断される。
【００２９】
このとき、第２メインポンプ５２の吐出油は、アシストポンプ４４を駆動する回生モータ４５に供給される。なお、ノーマル位置及び第１切換位置においては、第２メインポンプ５２の吐出油の回生モータ４５への供給は遮断されている。第１切換弁５３を第２切換弁５４と同じ構成にして、第１メインポンプ５１の吐出油を回生モータ４５に供給するようにしてもよい。
【００３０】
第１切換弁５３のパイロット室５３ａには、パイロット油圧源５６から電磁弁１を介してパイロット圧油が供給される。電磁弁１は、ソレノイド１ａが非励磁のノーマル位置では、パイロット室５３ａをパイロット油圧源５６から遮断する（図１に示す状態）。電磁弁１は、ソレノイド１ａが励磁されることで、パイロット油圧源５６の吐出油をパイロット室５３ａに供給する連通位置（図１中下側位置）に切り換わる。
【００３１】
第２切換弁５４の一方のパイロット室５４ａは、電磁弁２ａを介してパイロット油圧源５６に接続される。第２切換弁５４の他方のパイロット室５４ｂは、電磁弁２ｂを介してパイロット油圧源５６に接続される。電磁弁２ａと電磁弁２ｂとは、ソレノイド２ｃ，２ｄが非励磁のノーマル位置では、パイロット室５４ａ，５４ｂをパイロット油圧源５６から遮断する（図１に示す状態）。電磁弁２ａと電磁弁２ｂとは、ソレノイド２ｃ，２ｄが励磁されることで、パイロット油圧源５６の吐出油をパイロット室５４ａ，５４ｂに供給する連通位置に切り換わる。
【００３２】
電磁弁１と電磁弁２ａと電磁弁２ｂとの各々のソレノイド１ａ，２ｃ，２ｄは、制御部としてのコントローラ６０に接続される。
【００３３】
コントローラ６０は、油圧ショベルの動作を制御する。コントローラ６０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）と、ＣＰＵの処理動作に必要な制御プログラムや設定値等が記憶されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）と、各種センサが検出した情報を一時的に記憶するＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）と、を備える。
【００３４】
コントローラ６０は、油圧ショベルのオペレータの操作に基づく入力信号に応じて、電磁弁１と電磁弁２ａと電磁弁２ｂとの各々のソレノイド１ａ，２ｃ，２ｄを励磁し、あるいは非励磁にする。
【００３５】
第１メインポンプ５１と第２メインポンプ５２とは、回転速度センサ（図示省略）を備えるエンジン３によって回転駆動される。エンジン３には、余剰トルクを用いて発電を行なう発電機３ａが付設される。
【００３６】
第１メインポンプ５１に接続される第１回路系統７１には、上流側から、旋回モータを制御する操作弁４，アームシリンダを制御する操作弁５，ブームシリンダ３０を制御するブーム二速用の操作弁６，予備用アタッチメントを制御する操作弁７，及び左走行用のモータを制御する操作弁８が設けられる。操作弁４〜８は、互いに並列に設けられる中立流路９とパラレル流路１０とを介して相互に接続され、第１切換弁５３を介して第１メインポンプ５１に接続される。
【００３７】
中立流路９における左走行モータ用の操作弁８の下流には、パイロット圧を生成するためのパイロット圧制御用の絞り１１が設けられる。絞り１１は、流量が多ければ上流側に高いパイロット圧を生成し、流量が少なければ上流側に低いパイロット圧を生成する。
【００３８】
具体的には、中立流路９は、操作弁４〜８が中立位置もしくは中立位置近傍にあるときには、第１メインポンプ５１から第１回路系統７１に供給された作動油の全部又は一部を絞り１１を通じてタンク５５に導く。このとき、絞り１１を通過する作動油の流量が多くなるため、高いパイロット圧が生成される。
【００３９】
一方、中立流路９は、操作弁４〜８がフルストロークの状態に切り換えられると、流体の流通がなくなる。この場合、絞り１１を流れる作動油の流量がなくなるため、パイロット圧はゼロとなる。操作弁４〜８の操作量によっては、作動油の一部がアクチュエータに導かれ、残りが中立流路９からタンク５５に導かれる。そのため、絞り１１は、中立流路９を流れる作動油の流量に応じたパイロット圧を生成する。このように、絞り１１は、上流側に位置する操作弁４〜８の操作量に応じたパイロット圧を生成する。
【００４０】
中立流路９における操作弁８と絞り１１との間には、パイロット流路１２が接続される。パイロット流路１２は、電磁切換弁１３を介して第１メインポンプ５１の斜板の傾転角を制御するレギュレータ１４に接続される。
【００４１】
電磁切換弁１３は、レギュレータ１４にパイロット圧油を供給するバルブである。電磁切換弁１３は、そのポジジョンに応じて、パイロット流路１２とパイロット油圧源５６とから選択したパイロット圧油をレギュレータ１４に供給する。電磁切換弁１３は、ノーマル位置では、パイロット流路１２の圧力をパイロット圧としてレギュレータ１４に供給する（図１に示す状態）。電磁切換弁１３は、励磁電流の供給を受けると切換位置（図１中下側位置）に切り換わり、パイロット油圧源５６の圧力をパイロット圧としてレギュレータ１４に供給する。
【００４２】
電磁切換弁１３のソレノイド１３ａは、コントローラ６０に接続される。コントローラ６０は、油圧ショベルのオペレータからの入力信号に応じて、ソレノイド１３ａに励磁電流を供給して切換位置に切り換える。一方、コントローラ６０は、オペレータによって信号が入力されない限り、ソレノイド１３ａを非励磁にして、電磁切換弁１３をノーマル位置に保持する。
【００４３】
レギュレータ１４は、第１メインポンプ５１の斜板の傾転角をパイロット圧に比例（比例定数は負の数）するように制御し、第１メインポンプ５１の一回転あたりの作動油吐出容量を設定する。
【００４４】
電磁切換弁１３は、操作弁４〜８のすべてがノーマル位置に維持される場合、すなわち旋回モータ，アームシリンダ，ブームシリンダ３０，予備用アタッチメント，及び左走行モータの非作動時には、第１メインポンプ５１の吐出量をその他の場合よりも少なくする役割をもつ。例えば、エネルギーロスを少なくしたい暖機運転時などが、この条件に相当する。
【００４５】
第２メインポンプ５２に接続される第２回路系統７２には、上流側から、右走行用モータを制御する操作弁１５，バケットシリンダを制御する操作弁１６，ブームシリンダ３０を制御するブーム用操作弁１７，及びアームシリンダを制御するアーム二速用の操作弁１８が設けられる。操作弁１５〜１８は、中立流路１９を介して相互に接続され、第２切換弁５４を介して第２メインポンプ５２に接続される。また、操作弁１６とブーム用操作弁１７とは、中立流路１９と並列に設けられるパラレル流路２０を介して相互に接続される。
【００４６】
中立流路１９におけるアーム二速用の操作弁１８の下流側には、パイロット圧を生成するためのパイロット圧制御用の絞り２１が設けられる。絞り２１は、絞り１１と同様に機能するものであるため、ここでは詳細な説明は省略する。
【００４７】
中立流路１９における操作弁１８と絞り２１との間には、パイロット流路２２が接続される。パイロット流路２２は、第２メインポンプ５２の斜板の傾転角を制御するレギュレータ２３に接続される。
【００４８】
レギュレータ２３は、第２メインポンプ５２の斜板の傾転角をパイロット圧に比例（比例定数は負の数）するように制御し、第２メインポンプ５２の一回転あたりの作動油吐出量を設定する。
【００４９】
制御システム１００は、第１メインポンプ５１のレギュレータ１４に供給される圧力を検出する圧力センサ４２と、第２メインポンプ５２のレギュレータ２３に供給される圧力を検出する圧力センサ４３と、を有する。圧力センサ４２と圧力センサ４３との圧力信号は、コントローラ６０に入力される。
【００５０】
コントローラ６０は、圧力センサ４２と圧力センサ４３とから入力される圧力信号に応じてアシストポンプ４４の斜板の傾転角を制御する。圧力センサ４２と圧力センサ４３との圧力信号とアシストポンプ４４の斜板の傾転角との関係は、最も効率的なアシスト出力が得られるように予め設定される。
【００５１】
ブームシリンダ３０は、作動油が給排されるピストン側室（負荷側圧力室）３０ａとロッド側室（反負荷側圧力室）３０ｂとを内部に画成するピストン３０ｃと、ピストン３０ｃとブームとを連結するピストンロッド３０ｄと、を有する。ブームシリンダ３０は、ピストン側室３０ａへの作動油の供給によって伸長してブームを上昇（起立）させ、ピストン側室３０ａからの作動油の排出によって収縮してブームを下降（倒伏）させるものである。
【００５２】
ブーム用操作弁１７は、６ポート３ポジションのスプール式の操作弁である。ブーム用操作弁１７は、油圧ショベルのオペレータが操作レバー６１を手動操作することに基づいてパイロット油圧源５６からパイロット弁６２を通じてパイロット室１７ａ，１７ｂに供給されるパイロット圧油の圧力によって操作される。ブーム二速用の操作弁６は、オペレータによる操作レバー６１の操作量が所定量より大きい場合に、ブーム用操作弁１７に連動して切り換わる。
【００５３】
パイロット室１７ａにパイロット圧油が供給された場合には、ブーム用操作弁１７は、上昇位置（図１では右側位置）に切り換わる。ブーム用操作弁１７が上昇位置に切り換わると、第２メインポンプ５２の吐出油が給排流路２４を通じてブームシリンダ３０のピストン側室３０ａに供給されると共に、ロッド側室３０ｂからの戻り作動油が給排流路２９を通じてタンク５５に排出される。よって、ブームシリンダ３０は伸長し、ブームは上昇する。
【００５４】
一方、パイロット室１７ｂにパイロット圧油が供給された場合には、ブーム用操作弁１７は下降位置（図１では左側位置）に切り換わる。ブーム用操作弁１７が下降位置に切り換わると、第２メインポンプ５２からの吐出油が給排流路２９を通じてブームシリンダ３０のロッド側室３０ｂに供給されると共に、ピストン側室３０ａからの戻り作動油が給排流路２４を通じてタンク５５に排出される。よって、ブームシリンダ３０は収縮し、ブームは下降する。
【００５５】
また、オペレータが操作レバー６１を操作しておらずパイロット室１７ａ，１７ｂに共にパイロット圧が供給されない場合には、ブーム用操作弁１７は中立位置（図１に示す状態）に保たれる。ブーム用操作弁１７が中立位置に保たれると、ブームシリンダ３０に対する作動油の給排が遮断され、ブームは停止した状態を保つ。
【００５６】
ブーム用操作弁１７とピストン側室３０ａとを連通させる給排流路２４には、回生流量制御弁としての回生制御スプール弁２６が設けられる。回生制御スプール弁２６は、比例電磁弁３４を介して接続されるパイロット油圧源５６からのパイロット圧油の圧力によって制御され、ピストン側室３０ａから排出される作動油の流量を調整する。回生制御スプール弁２６は、スプールの一方に臨むパイロット室２６ａと、スプールの他方を弾性支持するスプリング２６ｂと、を有する。
【００５７】
回生制御スプール弁２６は、ピストン側室３０ａの作動油を回生モータ４５に排出しないノーマル位置と、ピストン側室３０ａの作動油を回生モータ４５に排出する回生位置と、を有する。
【００５８】
回生制御スプール弁２６は、パイロット室２６ａにパイロット圧油が供給されない状態では、スプリング２６ｂの付勢力によりノーマル位置を保つ（図１に示す状態）。回生制御スプール弁２６は、パイロット室２６ａにパイロット圧油が供給されると回生位置に切り換えられる。
【００５９】
回生制御スプール弁２６は、ノーマル位置に維持された状態では、給排流路２４を連通させると共に、ブームシリンダ３０のピストン側室３０ａと回生モータ４５とを接続する回生流路２７を遮断する。
【００６０】
回生制御スプール弁２６は、回生位置に切り換えられると、給排流路２４を遮断すると共に、回生流路２７を連通させる。その結果、ピストン側室３０ａとブーム用操作弁１７との接続が遮断され、ピストン側室３０ａと回生流路２７とが接続される。
【００６１】
なお、回生制御スプール弁２６は、理解を容易にするために２つのポジションを図示して説明した。しかしながら、回生制御スプール弁２６は、これらの２つのポジションを択一的に選択するのではなく、パイロット室２６ａのパイロット圧に応じて、給排流路２４と回生流路２７とをともに部分的な連通状態に保持するとともに、パイロット圧に応じてそれらの開度を制御する機能を有する。
【００６２】
回生流路２７には、ブームシリンダ３０のピストン側室３０ａから回生モータ４５に排出される作動油の流れを許容し、逆方向の流れを阻止するチェック弁２８が設けられる。
【００６３】
比例電磁弁３４は、ソレノイド３４ａと、弁体を弾性支持するスプリング３４ｂと、を有する。ソレノイド３４ａは、コントローラ６０からの電流によって励磁され、スプリング３４ｂに抗して弁体を駆動する。
【００６４】
比例電磁弁３４は、ソレノイド３４ａが非励磁の状態では、スプリング３４ｂの付勢力によってノーマル位置を保つ（図１に示す状態）。比例電磁弁３４は、コントローラ６０からソレノイド３４ａへ励磁電流が供給されると、接続位置に切り換わり、励磁電流に応じた開度でパイロット室２６ａをパイロット油圧源５６に接続する。このように、パイロット室２６ａのパイロット圧は、コントローラ６０から比例電磁弁３４に供給される励磁電流に応じた圧力に制御される。
【００６５】
ブームシリンダ３０のピストン側室３０ａに連通する給排流路２４と、ブームシリンダ３０のロッド側室３０ｂに連通する給排流路２９とは、再生流量制御弁３２が設けられる再生流路３１を介して接続される。
【００６６】
再生流量制御弁３２はスプール弁で構成される。再生流量制御弁３２は、スプールの一端に臨むパイロット室３２ａと、スプールの他端を弾性支持するスプリング３２ｂと、を有する。
【００６７】
再生流量制御弁３２は、ピストン側室３０ａの作動油をロッド側室３０ｂに導かないノーマル位置と、ピストン側室３０ａの作動油をロッド側室３０ｂに導く再生位置と、を有する。再生流量制御弁３２は、再生位置に切り換えられると、ブームの下降時にブームシリンダ３０のピストン側室３０ａからタンク５５に導かれる作動油の一部を再生流量としてブームシリンダ３０のロッド側室３０ｂに導く。
【００６８】
再生流量制御弁３２は、パイロット室３２ａにパイロット圧油が供給されていない状態では、スプリング３２ｂの付勢力によりノーマル位置を保つ（図１に示す状態）。再生流量制御弁３２は、パイロット油圧源５６からブーム用操作弁１７のパイロット室１７ｂに供給されるパイロット圧油がパイロット連通流路６４を介してパイロット室３２ａに供給されると再生位置に切り換えられる。
【００６９】
再生流量制御弁３２は、ノーマル位置に維持された状態では、再生流路３１を遮断する（図１に示す状態）。再生流量制御弁３２は、再生位置に切り換えられると、パイロット圧に応動する可変絞りとして再生流路３１の作動油の流量を制御する。
【００７０】
再生流量制御弁３２と回生制御スプール弁２６とは、回生制御スプール弁２６が回生位置に切り換えられるタイミングよりも再生流量制御弁３２が再生位置に切り換えられるタイミングの方が遅くなるように設定される。
【００７１】
再生流路３１には、ピストン側室３０ａから給排流路２９への作動油の流れを許容し、逆方向の流れを阻止するチェック弁３３が設けられる。
【００７２】
パイロット連通流路６４は、オペレータがブームを下降させようとして操作レバー６１を操作した際にパイロット油圧源５６からブーム用操作弁１７のパイロット室１７ｂに供給されるパイロット圧油を、再生流量制御弁３２のパイロット室３２ａに導く。つまり、パイロット連通流路６４は、ブーム用操作弁１７のパイロット室１７ｂと再生流量制御弁３２のパイロット室３２ａとを連通させる。パイロット連通流路６４には、パイロット連通流路６４を連通状態と遮断状態とに切り換える切換弁としての電磁三方弁６５が設けられる。
【００７３】
電磁三方弁６５は、ソレノイド６５ａと、弁体を弾性支持するスプリング６５ｂと、を有する電磁式切換弁である。ソレノイド６５ａは、コントローラ６０からの電流によって励磁され、スプリング６５ｂに抗して弁体を駆動する。
【００７４】
電磁三方弁６５は、ソレノイド６５ａが非励磁の状態では、スプリング６５ｂの付勢力によってノーマル位置を保ち、パイロット連通流路６４を遮断状態に維持する（図１に示す状態）。電磁三方弁６５は、コントローラ６０からソレノイド６５ａへ励磁電流が供給されると、連通位置に切り換わり、パイロット連通流路６４を連通状態にする。このように、電磁三方弁６５は、ソレノイド６５ａに供給される励磁電流によって、パイロット室３２ａへのパイロット圧油の供給と遮断とを切り換える。
【００７５】
電磁三方弁６５は、油圧ショベルを起動した後であって、後述する回生ユニット５０が作動可能な状態にある場合に、コントローラ６０からソレノイド６５ａに供給される励磁信号によって連通位置に切り換わる。電磁三方弁６５は、オペレータがブームの下降速度を遅くしたい場合、即ち再生が不要な場合には、オペレータの操作に基づいてコントローラ６０がソレノイド６５ａを非励磁にすることによってノーマル位置に切り換わる。このように、電磁三方弁６５は、オペレータの操作によってパイロット連通流路６４を連通状態と遮断状態とに切り換えるものである。また、電磁三方弁６５は、回生ユニット５０が作動不可能な状態にある場合に、コントローラ６０がソレノイド６５ａを非励磁にすることによってノーマル位置に切り換わる。
【００７６】
制御システム１００は、第１メインポンプ５１及び第２メインポンプ５２から各アクチュエータへの作動油の供給をアシストするためにブームシリンダ３０のピストン側室３０ａから排出される作動油のエネルギを回収する回生ユニット５０を備える。以下では、その回生ユニット５０について説明する。
【００７７】
回生ユニット５０は、ブームシリンダ３０のピストン側室３０ａから排出される作動油によって回転する回生用の回生モータ４５と、回生モータ４５に連結される発電機兼用の回転電機としてのモータジェネレータ３５と、モータジェネレータ３５が発電した電力を直流に変換するインバータ３６と、モータジェネレータ３５によって発電された電力を貯める蓄電池としてのバッテリ３７と、を有する。回生ユニット５０による回生制御は、コントローラ６０によって実行される。
【００７８】
回生モータ４５は、モータジェネレータ３５に結合し、アシストポンプ４４と同軸上で一体回転する。モータジェネレータ３５は、回生モータ４５によって回転駆動されることで発電機能を発揮する。モータジェネレータ３５が発電した電力は、インバータ３６を介してバッテリ３７に充電される。バッテリ３７はコントローラ６０に接続され、コントローラ６０にはバッテリ３７のＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ：充電状態）を示す信号が入力される。
【００７９】
バッテリ３７には、バッテリチャージャ３８が付設される。バッテリチャージャ３８は、発電機３ａが発電した電力を用いてバッテリ３７を充電する。バッテリチャージャ３８に家庭用電源など別系統の電源３９を接続することも可能である。
【００８０】
回生モータ４５は、ピストン側室３０ａから排出される作動油によって回転して電力を回生する。回生モータ４５は、可変容量型であり、斜板の傾転角を制御するためのレギュレータ４０を備える。レギュレータ４０は、コントローラ６０からの信号に応じて、回生モータ４５の斜板の傾転角を変化させる。
【００８１】
アシストポンプ４４もまた可変容量型であり、斜板の傾転角を制御するためのレギュレータ４１を備える。レギュレータ４１は、コントローラ６０からの信号に応じて、アシストポンプ４４の斜板の傾転角を変化させる。
【００８２】
回生モータ４５がモータジェネレータ３５を回転駆動している場合には、アシストポンプ４４の斜板の傾転角を最小にして、アシストポンプ４４の駆動負荷が回生モータ４５にほとんど作用しない状態に設定することができる。
【００８３】
一方、モータジェネレータ３５を電動モータとして機能させる場合には、モータジェネレータ３５の出力トルクと回生モータ４５の駆動トルクとでアシストポンプ４４を回転駆動し、アシストポンプ４４をポンプとして機能させることができる。モータジェネレータ３５の出力トルクのみによってアシストポンプ４４を回転駆動する場合には、回生モータ４５の斜板の傾転角を最小にして回転抵抗を最小にする。
【００８４】
回生モータ４５の上流には、回生モータ４５への作動油の供給量が充分でなくなった場合に、タンク５５から回生流路２７に作動油を吸い上げて回生モータ４５へ供給する吸上流路５７が接続される。吸上流路５７には、タンク５５から回生流路２７への作動油の流れのみを許容するチェック弁５７ａが設けられる。
【００８５】
以下、制御システム１００の作用について説明する。
【００８６】
制御システム１００では、電磁弁１のソレノイド１ａ，電磁弁２ａのソレノイド２ｃ，及び電磁弁２ｂのソレノイド２ｄを非励磁にし、第１切換弁５３と第２切換弁５４とをそれぞれノーマル位置に保った状態でエンジン３を運転すると、第１メインポンプ５１から第１回路系統７１に作動油が供給され、第２メインポンプ５２から第２回路系統７２に作動油が供給される。
【００８７】
同時に、アシストポンプ４４から作動油を吐出させた場合には、アシストポンプ４４の吐出油は、第１メインポンプ５１及び第２メインポンプ５２の吐出油に合流して第１回路系統７１と第２回路系統７２とに供給される。
【００８８】
一方、第１切換弁５３を切換位置に切り換えると、第１メインポンプ５１の吐出油のみが第１回路系統７１に供給される。第２切換弁５４を第１切換位置に切り換えると、第２メインポンプ５２の吐出油のみが第２回路系統７２に供給される。
【００８９】
第２切換弁５４を第２切換位置に切り換えると、第２メインポンプ５２の吐出油が回生モータ４５に供給される。したがって、第２回路系統７２に接続されたアクチュエータを作動させていない場合に、コントローラ６０が電磁弁２ｂを介して第２切換弁５４を第２切換位置に切り換えれば、回生モータ４５を回転させてモータジェネレータ３５に発電を行わせることができる。モータジェネレータ３５が発電した電力は、インバータ３６を介してバッテリ３７に充電される。
【００９０】
次に、ブームを下降させる際の作用を具体的に説明する。
【００９１】
油圧ショベルのオペレータが操作レバー６１を操作すると、パイロット油圧源５６からのパイロット圧油が、パイロット弁６２を介してブーム用操作弁１７のパイロット室１７ｂに供給される。これにより、ブーム用操作弁１７は下降位置に切り換えられる。
【００９２】
ブーム用操作弁１７が下降位置に切り換えられると、第２メインポンプ５２の吐出油がロッド側室３０ｂに供給されると共に、ピストン側室３０ａの作動油がタンク５５に排出されて、ブームシリンダ３０が収縮してブームが下降する。このとき、コントローラ６０は、比例電磁弁３４を接続位置に切り換えて回生モータ４５による回生動作を開始する。
【００９３】
コントローラ６０からの電流によって比例電磁弁３４が接続位置に切り換えられると、パイロット油圧源５６からのパイロット圧油がパイロット室２６ａに供給される。
【００９４】
パイロット室２６ａに供給されるパイロット圧が高くなってくると、回生制御スプール弁２６は、ノーマル位置から回生位置に切り換えられる。これにより、ブームシリンダ３０のピストン側室３０ａの作動油が回生流路２７に排出されて回生モータ４５に導かれる。
【００９５】
電磁三方弁６５が連通位置に切り換えられており、パイロット連通流路６４が連通状態である場合には、ブーム用操作弁１７のパイロット室１７ｂに供給されたパイロット油圧源５６からのパイロット圧油が、パイロット連通流路６４を介して再生流量制御弁３２のパイロット室３２ａに供給される。これにより、ブームの下降時にピストン側室３０ａの作動油の一部をロッド側室３０ｂに導く再生が行われる。よって、ブームシリンダ３０の下降速度が速くなってもロッド側室３０ｂが負圧になることが抑制されるため、異音の発生を防止できる。
【００９６】
ここで、油圧ショベルのオペレータがブームシリンダ３０の下降速度が遅くなるように調整したい場合には、オペレータの操作に基づいてコントローラ６０が電磁三方弁６５のソレノイド６５ａを非励磁にする。これにより、電磁三方弁６５がノーマル位置に切り換えられ、ブーム用操作弁１７のパイロット室１７ｂと再生流量制御弁３２のパイロット室３２ａとを連通させるパイロット連通流路６４が遮断状態に切り換わる。このとき、オペレータの操作に基づいてブーム用操作弁１７のパイロット室１７ｂにパイロット圧が導かれても、再生流量制御弁３２のパイロット室３２ａにはパイロット圧は導かれない。よって、ピストン側室３０ａからロッド側室３０ｂに作動油の一部が導かれないため、ブームシリンダ３０の作動速度を再生が行われないときと同じになるように調整することができる。したがって、オペレータによるブームシリンダ３０の操作性の調整を容易にすることができる。
【００９７】
また、例えば、回生ユニット５０がフェイルした場合には、コントローラ６０は、比例電磁弁３４のソレノイド３４ａを非励磁にする。これにより、比例電磁弁３４がノーマル位置に切り換えられ、パイロット油圧源５６からのパイロット圧油が回生制御スプール弁２６のパイロット室２６ａに供給されなくなる。よって、回生モータ４５に作動油が供給されなくなる。
【００９８】
このとき、コントローラ６０は、電磁三方弁６５のソレノイド６５ａを非励磁にする。これにより、電磁三方弁６５がノーマル位置に切り換えられ、パイロット油圧源５６からのパイロット圧油が再生流量制御弁３２のパイロット室３２ａに供給されなくなる。よって、ピストン側室３０ａの作動油の一部をロッド側室３０ｂに導く再生が行われなくなる。
【００９９】
このように、回生ユニット５０がフェイルした場合には、制御システム１００から回生ユニット５０を切り離すことができるため、油圧ショベルの作動特性を、ハイブリッド油圧ショベルではない通常の油圧ショベルと同じにすることができる。
【０１００】
また、ソレノイド６５ａの励磁状態によって切り換えられる電磁三方弁６５を用いることで、回生ユニット５０がフェイルしたことをコントローラ６０が検出して、オペレータの操作によらず自動的に電磁三方弁６５をノーマル位置に切り換えてパイロット連通流路６４を遮断状態にすることができる。
【０１０１】
以上の第１の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。
【０１０２】
電磁三方弁６５がノーマル位置に切り換えられると、ブーム用操作弁１７のパイロット室１７ｂと再生流量制御弁３２のパイロット室３２ａとを連通させるパイロット連通流路６４が遮断される。これにより、オペレータの操作に基づいてブーム用操作弁１７のパイロット室１７ｂにパイロット圧が導かれても、再生流量制御弁３２のパイロット室３２ａにはパイロット圧は導かれない。よって、ピストン側室３０ａからロッド側室３０ｂに作動油の一部が導かれないため、ブームシリンダ３０の作動速度を再生が行われないときと同じになるように調整することができる。したがって、オペレータによるブームシリンダ３０の操作性の調整を容易にすることができる。
【０１０３】
（第二の実施の形態）
以下、図２を参照して、本発明の第２の実施形態に係る建設機械の制御システム（以下、単に「制御システム」と称する。）２００について説明する。以下に示す第２の実施形態では、上述した第１の実施形態と異なる点を中心に説明し、第１の実施形態と同様の機能を有する構成には同一の符号を付して説明を省略する。
【０１０４】
制御システム２００では、電磁三方弁６５に代えて一対の手動開閉弁６６，６７が切換弁として用いられる点で、第１の実施形態とは相違する。
【０１０５】
手動開閉弁６６，６７は、油圧ショベルのオペレータが手動で開閉可能なニードル弁である。手動開閉弁６６は、パイロット連通流路６４に介装される。手動開閉弁６７は、手動開閉弁６６が開状態である場合には、パイロット連通流路６４のパイロット圧を維持するために閉状態に切り換えられる。手動開閉弁６７は、手動開閉弁６６が閉状態である場合には、パイロット室３２ａに供給されていたパイロット圧油をタンク５５に排出するために開状態に切り換えられる。
【０１０６】
手動開閉弁６６が開状態である場合には、パイロット連通流路６４は連通状態である。よって、ブーム用操作弁１７のパイロット室１７ｂに供給されたパイロット油圧源５６からのパイロット圧油が、パイロット連通流路６４を介して再生流量制御弁３２のパイロット室３２ａに供給される。これにより、ブームの下降時にピストン側室３０ａの作動油の一部をロッド側室３０ｂに導く再生が行われる。
【０１０７】
一方、手動開閉弁６６が閉状態に切り換えられた場合には、パイロット油圧源５６からのパイロット圧油が再生流量制御弁３２のパイロット室３２ａに供給されなくなる。よって、ピストン側室３０ａの作動油の一部をロッド側室３０ｂに導く再生が行われなくなる。
【０１０８】
なお、手動開閉弁６６，６７としてニードル弁が適用されるが、パイロット連通流路６４を遮断できればよいため、ボール弁やポペット弁等の他の弁を適用してもよい。
【０１０９】
以上の第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の作用効果を奏すると共に、油圧ショベルのオペレータがブームを下降させる操作を行っているときに違和感があったような場合に、手動でパイロット連通流路６４を遮断状態にすることができる。
【０１１０】
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。
【０１１１】
制御システム１００，２００は、作動油を供給する第１，第２メインポンプ５１，５２と、第１，第２メインポンプ５１，５２からの作動油が給排されるピストン側室３０ａとロッド側室３０ｂとを有するブームシリンダ３０と、オペレータの操作に基づいてパイロット圧が導かれるパイロット室１７ｂを有し、当該パイロット室１７ｂにパイロット圧が導かれると、第１，第２メインポンプ５１，５２からロッド側室３０ｂに作動油を供給してピストン側室３０ａから作動油を排出するように切り換えられるブーム用操作弁１７と、パイロット圧が導かれるパイロット室３２ａを有し、当該パイロット室３２ａにパイロット圧が導かれると、ピストン側室３０ａから排出される作動油の一部をロッド側室３０ｂに導くように切り換えられる再生流量制御弁３２と、ブーム用操作弁１７のパイロット室１７ｂと再生流量制御弁３２のパイロット室３２ａとを連通させるパイロット連通流路６４と、パイロット連通流路６４を連通状態と遮断状態とに切り換える電磁三方弁６５又は手動開閉弁６６，６７と、を備えることを特徴とする。
【０１１２】
この構成では、電磁三方弁６５又は手動開閉弁６６，６７が切り換えられると、ブーム用操作弁１７のパイロット室１７ｂと再生流量制御弁３２のパイロット室３２ａとを連通させるパイロット連通流路６４が遮断される。これにより、オペレータの操作に基づいてブーム用操作弁１７のパイロット室１７ｂにパイロット圧が導かれても、再生流量制御弁３２のパイロット室３２ａにはパイロット圧は導かれない。よって、ピストン側室３０ａからロッド側室３０ｂに作動油の一部が導かれないため、ブームシリンダ３０を再生が行われないときと同じになるように調整することができる。したがって、オペレータによるブームシリンダ３０の操作性の調整を容易にすることができる。
【０１１３】
また、制御システム１００は、油圧ショベルの動作を制御するコントローラ６０を更に備え、電磁三方弁６５は、ピストン側室３０ａからロッド側室３０ｂに作動油が導かれる再生が不要な場合にコントローラ６０によってパイロット連通流路６４を遮断状態に切り換える電磁式切換弁であることを特徴とする。
【０１１４】
この構成によれば、電磁式切換弁である電磁三方弁６５を用いることで、回生ユニット５０がフェイルしたことをコントローラ６０が検出して、オペレータの操作によらず自動的に電磁三方弁６５をノーマル位置に切り換えてパイロット連通流路６４を遮断状態にすることができる。
【０１１５】
また、電磁三方弁６５及び手動開閉弁６６，６７は、オペレータの操作によってパイロット連通流路６４を連通状態と遮断状態とに切り換えることを特徴とする。
【０１１６】
この構成によれば、オペレータの操作によってパイロット連通流路６４を連通状態と遮断状態とに切り換えることで、ブームシリンダ３０の作動速度をオペレータの要求にあわせて調整することができる。
【０１１７】
また、第１，第２メインポンプ５１，５２からブームシリンダ３０への作動油の供給をアシストするためにピストン側室３０ａから排出される作動油のエネルギを回収する回生ユニット５０を更に備えることを特徴とする。
【０１１８】
また、電磁三方弁６５又は手動開閉弁６６，６７は、回生ユニット５０が作動不可能な状態にある場合に、パイロット連通流路６４を遮断状態に切り換えることを特徴とする。
【０１１９】
これらの構成によれば、回生ユニット５０が作動不可能な状態にある場合にパイロット連通流路６４が遮断状態に切り換えられるため、回生ユニット５０がフェイルした場合には、パイロット連通流路６４は遮断状態に保たれる。よって、回生ユニット５０がフェイルした場合には、再生も行わないようにすることで、制御システム１００から回生ユニット５０を切り離すことができる。したがって、油圧ショベルの作動特性を、ハイブリッド油圧ショベルではない通常の油圧ショベルと同じにすることができる。
【０１２０】
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。
【０１２１】
例えば、上記実施形態では、流体圧シリンダからの戻り作動油を利用して回生を行う例として、ブームシリンダ３０からの戻り作動油を利用する場合について説明した。しかしながら、ブームシリンダ３０に代えて、アーム駆動用のアームシリンダ又はバケット駆動用のバケットシリンダからの戻り作動油を利用して回生を行うようにしてもよい。アームシリンダ及びバケットシリンダは、操作弁５，１６が中立位置の場合にはロッド側室によって負荷を保持する状態が多いため、ロッド側室を負荷側圧力室としてもよい。
【０１２２】
また、上記第１の実施形態では、切換弁としてコントローラ６０によって切り換えられる電磁三方弁６５が用いられる。これに代えて、例えば、パイロット油圧源５６から供給されたパイロット圧油の圧力を比例電磁弁３４が励磁電流に応じて減圧して生成したパイロット二次圧によって切り換えられるパイロット切換弁を切換弁として用いてもよい。
【符号の説明】
【０１２３】
１００・・・建設機械の制御システム，２００・・・建設機械の制御システム，１７・・・ブーム用操作弁（操作弁），３０・・・ブームシリンダ（流体圧アクチュエータ），３０ａ・・・ピストン側室（負荷側圧力室），３０ｂ・・・ロッド側室（反負荷側圧力室），３２・・・再生流量制御弁，５０・・・回生ユニット，５１・・・第１メインポンプ（流体圧ポンプ），５２・・・第２メインポンプ（流体圧ポンプ），５６・・・パイロット油圧源，６０・・・コントローラ（制御部），６４・・・パイロット連通流路，６５・・・電磁三方弁（切換弁），６６・・・手動開閉弁（切換弁），６７・・・手動開閉弁（切換弁）
【図１】
2017015118.tif 000003
【図２】
2017015118.tif 000004