(57)【要約】【課題】アキュムレータの稼働率を向上できる流体圧制御回路を提供する。【解決手段】位置エネルギ回収シリンダCy1のヘッド側を、一方の回収制御弁１を経てアキュムレータAccに連通可能に設け、エンジンＥにより駆動されるメインポンプPp1の吐出通路を、他方の回収制御弁２を経てアキュムレータAccに連通可能に設ける。アキュムレータAccには、エンジンＥによりメインポンプPp1と共に駆動する専用ポンプPp2の吸込口を接続し、この専用ポンプPp2の吐出口は、一方の再利用制御弁３を経てヘッド・ロッド間再生通路に連通可能に設けるとともに、他方の再利用制御弁４を経てメインポンプPp1の吐出通路に連通可能に設ける。【選択図】図１
2009275773.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
メインポンプから吐出された作動流体を制御して流体圧アクチュエータに供給するメイン回路と、
流体圧アクチュエータから排出された作動流体を蓄積するアキュムレータと、
アキュムレータから放出された作動流体を吸込んでメイン回路に供給する専用ポンプと、
メインポンプから吐出された作動流体の余剰流量をアキュムレータに供給する流れを制御する回収制御弁と
を具備したことを特徴とする流体圧制御回路。
【請求項２】
専用ポンプから吐出された作動流体をメイン回路に再利用する際の流れを制御する再利用制御弁
を具備したことを特徴とする請求項１記載の流体圧制御回路。
【請求項３】
流体圧アクチュエータは、アキュムレータに位置エネルギを回収する位置エネルギ回収シリンダと、それ以外の他の流体圧アクチュエータとを備え、
メインポンプから位置エネルギ回収シリンダと他の流体圧アクチュエータとに供給される作動流体をそれぞれ制御するポンプ流量制御弁を備え、
ポンプ流量制御弁よりメインポンプ側に再利用制御弁の供給先が接続された
ことを特徴とする請求項２記載の流体圧制御回路。
【請求項４】
メインポンプは、エンジンにより駆動される
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の流体圧制御回路。
【請求項５】
流体圧アクチュエータは、油圧ショベルの作業装置を上下方向に回動するブームシリンダである
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の流体圧制御回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置エネルギ回収用のアキュムレータを備えた流体圧制御回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
ブームシリンダにより作業機を上下動する油圧式掘削機において、ブームシリンダのヘッド側を蓄圧器操作弁を介して蓄圧器（アキュムレータ）に接続するとともに、可変リリーフ弁を介してタンクに接続し、作業機の位置に応じて、蓄圧器操作弁および可変リリーフ弁を制御して、作業機の重量とバランスする油圧を蓄圧器内に発生させる油圧式掘削機の位置エネルギ回収活用装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平０１−１９９００１号公報（第２−３頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この従来のものは、ブームシリンダのヘッド側から流出した戻り油の一部を蓄圧器操作弁を経て蓄圧器に蓄えるので、蓄圧器がエネルギを蓄積するのは、ブームシリンダが下降動作したときのみに限られ、蓄圧器の稼働率が低い。
【０００４】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、アキュムレータの稼働率を向上できる流体圧制御回路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】
【０００５】
請求項１に記載された発明は、メインポンプから吐出された作動流体を制御して流体圧アクチュエータに供給するメイン回路と、流体圧アクチュエータから排出された作動流体を蓄積するアキュムレータと、アキュムレータから放出された作動流体を吸込んでメイン回路に供給する専用ポンプと、メインポンプから吐出された作動流体の余剰流量をアキュムレータに供給する流れを制御する回収制御弁とを具備した流体圧制御回路である。
【０００６】
請求項２に記載された発明は、請求項１記載の流体圧制御回路において、専用ポンプから吐出された作動流体をメイン回路に再利用する際の流れを制御する再利用制御弁を具備した流体圧制御回路である。
【０００７】
請求項３に記載された発明は、請求項２記載の流体圧制御回路において、流体圧アクチュエータは、アキュムレータに位置エネルギを回収する位置エネルギ回収シリンダと、それ以外の他の流体圧アクチュエータとを備え、メインポンプから位置エネルギ回収シリンダと他の流体圧アクチュエータとに供給される作動流体をそれぞれ制御するポンプ流量制御弁を備え、ポンプ流量制御弁よりメインポンプ側に再利用制御弁の供給先が接続された流体圧制御回路である。
【０００８】
請求項４に記載された発明は、請求項１乃至３のいずれか記載の流体圧制御回路におけるメインポンプは、エンジンにより駆動されるものである。
【０００９】
請求項５に記載された発明は、請求項１乃至４のいずれか記載の流体圧制御回路における流体圧アクチュエータを、油圧ショベルの作業装置を上下方向に回動するブームシリンダとしたものである。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に記載された発明によれば、アキュムレータは、流体圧アクチュエータから排出された作動流体を蓄積するだけでなく、専用ポンプによって昇圧可能なアキュムレータ圧は低圧に設定できることから、メインポンプの流量キャパシティに余裕があるときは、そのメインポンプ余剰流量をも回収制御弁によりアキュムレータに蓄積できるので、アキュムレータが空になるおそれを低減でき、すなわちアキュムレータを利用してパワーアシストできる機会を増やすことができ、アキュムレータの稼働率を向上できる。
【００１１】
請求項２に記載された発明によれば、アキュムレータに蓄積された作動流体を、再利用制御弁を開くことにより、専用ポンプを経由してメイン回路に再利用できるので、メインポンプが流量を必要とするときに対応できる。
【００１２】
請求項３に記載された発明によれば、ポンプ流量制御弁よりメインポンプ側すなわち上流側に再利用制御弁の供給先が接続されたので、位置エネルギ回収シリンダ以外の他の流体圧アクチュエータに対しても、アキュムレータに回収された蓄積エネルギを再利用できる。
【００１３】
請求項４に記載された発明によれば、アキュムレータによるパワーアシスト能力を生かして、メインポンプおよびエンジンを小型化できるとともに、専用ポンプおよび回収制御弁によりパワーアシストできる機会を増やすことができるので、エンジン負荷およびメインポンプ負荷の平準化を図ることができる。
【００１４】
請求項５に記載された発明によれば、油圧ショベルの作業装置をブームシリンダにより上下動する際に、アキュムレータを利用してパワーアシストできる機会を増やすことができ、アキュムレータの稼働率を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を、図１乃至図７に示された一実施の形態を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】
図７に示されるように、作業機械としての油圧ショベル10は、機体11に対し荷重体としての作業装置12が可動的に設けられ、この作業装置12は、機体11と、この機体11に対し上下方向回動自在に軸支されたブーム13とに、流体圧アクチュエータとしてのブームシリンダ14の基端部およびロッド先端部が回動自在に連結され、さらに、ブーム13と、このブーム13の先端部に回動自在に軸支されたアーム15とに、アームシリンダ16の基端部およびロッド先端部が回動自在に連結され、さらに、アーム15と、このアーム15の先端部に回動自在に軸支されたバケット17とに、バケットシリンダ18の基端部およびロッド先端部のリンケージ19が回動自在に連結されている。
【００１７】
ブームシリンダ14は、作業装置12を上下方向に回動する流体圧アクチュエータであって、作業装置12の全体の荷重Ｗを受けて縮小動作が可能な位置エネルギ回収シリンダであり、以下、位置エネルギ回収シリンダCy1という。また、位置エネルギ回収シリンダCy1以外の他の流体圧アクチュエータ（油圧シリンダまたは油圧モータ）を他回路シリンダCy2という。
【００１８】
図１は、具体的なシステム構成例を示し、位置エネルギ回収シリンダCy1のヘッド側は、一方の回収制御弁１を経てアキュムレータAccに連通可能に設けられ、また、エンジンＥにより駆動される可変容量型のメインポンプPp1の吐出通路は、他方の回収制御弁２を経てアキュムレータAccに連通可能に設けられている。位置エネルギ回収シリンダCy1のヘッド側から排出された流体またはメインポンプPp1から吐出された流体の一部は、このアキュムレータAccに蓄積される。
【００１９】
アキュムレータAccには、エンジンＥによりメインポンプPp1と共に駆動される可変容量型の専用ポンプPp2の吸込口が接続され、この専用ポンプPp2の吐出口は、一方の再利用制御弁３を経て位置エネルギ回収シリンダCy1のヘッド・ロッド間再生通路に連通可能に設けられるとともに、他方の再利用制御弁４を経てメインポンプPp1の吐出通路に連通可能に設けられている。
【００２０】
また、位置エネルギ回収シリンダCy1のヘッド側をロッド側に連通可能な再生通路中には再生制御弁５が設けられ、その再生通路とメインポンプPp1との間には、閉止制御弁６およびポンプ流量制御弁７が設けられている。メインポンプPp1の吐出通路は、ポンプ流量制御弁７の供給ポートに接続されている。
【００２１】
回収制御弁１は、位置エネルギ回収シリンダCy1のヘッド側から排出された作動流体をアキュムレータAccに回収する際の流量を制御する位置エネルギ回収制御用である。
【００２２】
回収制御弁２は、メインポンプPp1からの余剰流量をアキュムレータAccへ回収する流れを制御するものである。
【００２３】
再利用制御弁３は、専用ポンプPp2から吐出された位置エネルギ回収シリンダCy1のヘッド側の作動流体を位置エネルギ回収シリンダCy1のロッド側へ再利用する際の再生流量を制御するものである。
【００２４】
再利用制御弁４は、アキュムレータAccの蓄積エネルギを専用ポンプPp2を経由して再利用する流れを制御するもので、メインポンプPp1の吐出ラインに接続する。
【００２５】
再生制御弁５は、位置エネルギ回収シリンダCy1のヘッド側からロッド側へ流体を直接再生する場合に制御するものであるが、必須のものではなく、再生通路とともに削除しても良い。
【００２６】
閉止制御弁６は、位置エネルギ回収シリンダCy1のヘッド側からロッド側への再生時にポンプ流量制御弁７でタンクＴ側への流路を閉にできないときに必要とするものであり、必須のものではない。
【００２７】
ポンプ流量制御弁７は、各荷重体駆動装置（ブームシリンダ14、アームシリンダ16、バケットシリンダ18等）に注入されるポンプ注入流量および各荷重体駆動装置からタンクＴへ戻される戻り流量を方向制御および流量制御するコントロール弁であり、注入流量と戻り流量との関係が固定されるスプール弁でもよいが、注入流量と戻り流量との関係を複数のロジック弁で別々に制御できるようにすることが望ましい。
【００２８】
このポンプ流量制御弁７の一方の出力ポートは、通路Ｍを経て位置エネルギ回収シリンダCy1のヘッド側に連通され、他方のポートは、閉止制御弁６を経て位置エネルギ回収シリンダCy1のロッド側に接続されている。このポンプ流量制御弁７の接続制御対象は、位置エネルギを回収するブームシリンダ等の位置エネルギ回収シリンダCy1だけでなく、バケットシリンダ等の他回路シリンダCy2も含み、複数回路をそれぞれ流量制御および方向制御するものである。
【００２９】
図１では、再利用制御弁４は、ポンプ流量制御弁７の上流側に接続されているが、再利用するサブシステム（ブームシリンダ等の回路）を限定する場合は、ポンプ流量制御弁７の下流側に接続してもよい。このとき、回収制御弁１の流れを両方向にして、回収制御弁１をヘッド側への注入にも用いる場合はこの再利用制御弁４は不要となる。
【００３０】
専用ポンプPp2は、アキュムレータAccの蓄積エネルギを再利用するときの高圧流体を流す時（再利用モード時）、アキュムレータAccから放出された作動流体を吸込んで、位置エネルギ回収シリンダCy1のヘッド側またはメインポンプPp1の吐出通路に供給するものであり、さらに、位置エネルギ回収モード時に位置エネルギ回収シリンダCy1のヘッド側流体を再利用制御弁３経由で位置エネルギ回収シリンダCy1のロッド側への再生流量として流す機能を持ち、斜板などの容量可変手段による流量調整機能付きとする。
【００３１】
なお、図１では、流体ポンプおよび各回路を構成するシリンダ（ブームシリンダ等）は１セットのみを例示しているが、複数セットを設置する場合もある。
【００３２】
位置エネルギ回収シリンダCy1などの作動方向および作動指令速度を操作指令Ｌとして入力する操作レバー（電気ジョイスティック）、位置エネルギ回収シリンダCy1のヘッド圧Phおよびロッド圧Prをそれぞれ検出する圧力センサSph，Spr、アキュムレータAccに蓄えられたアキュムレータ圧Paを検出する圧力センサSac、ブーム13などの荷重体の角度θを検出する角度センサSan、メインポンプPp1の吐出圧Ppoを検出する圧力センサSpp、専用ポンプPp2の吐出圧Ppp2を検出する圧力センサSpp2、ポンプ流量制御弁７のセンタバイパスラインで発生するネガティブ・フロー・コントロール圧Pnfcを検出する圧力センサSnfc、アキュムレータAccの封入ガス温度（以下、アキュムレータ温度Taという）を検出する温度センサStaが、制御装置８の入力部に接続されている。
【００３３】
この制御装置８は、内部に演算処理装置および記憶装置などを内蔵し、この制御装置８の出力部は、図１および図２に示されるように、各制御弁１〜７の可動制御部（ソレノイドなど）およびメインポンプPp1の容量可変制御用電油変換器（斜板レギュレータなど）R1および専用ポンプPp2の容量可変制御用電油変換器（斜板レギュレータなど）R2に接続され、これらを電気信号により制御する。これらの図中に示された一点鎖線は制御信号ラインを表わすとともに、実線は油圧ラインを表わす。
【００３４】
制御装置８は、圧力センサSacによって検出されたアキュムレータ圧Paと、温度センサStaによって検出されたアキュムレータAccのアキュムレータ温度Taとを計算することで、アキュムレータAccの蓄積状態（アキュムレータ充填率）を把握できるので、この蓄積状態、操作レバーから入力された操作指令Ｌによる流量要求状態などから、各制御弁１〜７、メインポンプPp1および専用ポンプPp2を制御する。
【００３５】
メインポンプPp1から吐出された作動流体を操作指令Ｌに応じて制御して位置エネルギ回収シリンダCy1または他回路シリンダCy2に供給する流体圧回路を、アキュムレータ回路に対するメイン回路９とする。操作指令Ｌは、１つのみを図示しているが、シリンダごとに制御装置８に入力され、シリンダごとにポンプ流量制御弁７内のスプール（またはステム）の変位量および変位方向の目標値となる。
【００３６】
図３に示されるように、制御装置８は、操作指令Ｌを受けて、アキュムレータAccへの回収時に要求される各回路へのトータル必要流量Qr1を計算するとともに、アキュムレータAccからメインポンプPp1への再利用時に要求される各回路へのトータル必要流量Qr2を計算する計算部21と、メインポンプPp1の吐出圧Ppoとネガティブ・フロー・コントロール圧Pnfcとを受けてメインポンプPp1の吐出可能流量Qcapを計算するトルク・容積制約計算部22と、上記流量Qr1とメインポンプPp1の吐出可能流量Qcapとを受けてアキュムレータAccに蓄積可能な流量Qa1を計算する計算部23と、この流量Qa1を受けてアキュムレータAccに回収する流量Qacc1を計算する計算部24と、アキュムレータ圧Paおよび専用ポンプPp2の吐出圧Ppp2を受けて再利用時の注入可能流量Qa2を計算する計算部25と、注入可能流量Qa2の範囲内で専用ポンプ注入流量Qacc2を求める計算部26と、上記流量Qacc1、アキュムレータ圧PaおよびメインポンプPp1の吐出圧Ppoを受けてメインポンプPp1の余剰流量をアキュムレータAccへ蓄積するために回収制御弁２の開口面積Ａを制御する制御指令を計算する計算部27と、上記流量Qr1と流量Qacc1とを加算する加算部28と、この加算部28の加算値を受けてメインポンプPp1の余剰流量をアキュムレータAccへ蓄積するためにメインポンプPp1の容量可変制御用変換器R1に出力されるメインポンプ流量Qp1の制御指令を計算する計算部29と、上記流量Qr2から上記注入流量Qacc2を差し引く減算部31と、その減算値を受けてアキュムレータAccからメインポンプPp1にアシストされる流量Qp2を制御する制御指令を計算する計算部32と、上記注入流量Qacc2を受けて専用ポンプPp2の制御指令を計算する計算部33と、再利用制御弁４の開閉タイミングを計算する計算部34と、位置エネルギ回収シリンダCy1から位置エネルギを回収して再利用する位置エネルギ回収モード時に制御弁１，３，５および専用ポンプPp2を制御する各制御指令を計算する計算部35と、アキュムレータ系制御モード（位置エネルギ回収モード、再利用モード、回収モードなど）を判断する判断制御部36と、この判断制御部36によるモード判断に応じて計算部27，29，32，33，34，35から出力される制御指令信号をオン／オフ制御する制御部37とを備えている。
【００３７】
このような位置エネルギ回収・再利用システムにおいて、摩擦力を無視すると、力の平衡式は以下のようになる。
【００３８】
圧力センサSphにより検出された位置エネルギ回収シリンダCy1のピストンよりヘッド側の圧力をヘッド圧Phとし、そのピストンのヘッド側の面積をヘッダ面積Ahとし、圧力センサSprにより検出されたシリンダCyのピストンよりロッド側の圧力をロッド圧Prとし、そのピストンのロッド側の面積をロッド面積Arとし、荷重体質量をｍ、シリンダ位置Ｘの２階微分すなわち加速度をαとし、摩擦力を無視すると、力の平衡式は、次のようになる。
【００３９】
ｍ・α＝Ｗ＋（Pr・Ar−Ph・Ah）……(1)
【００４０】
シリンダ速度一定の平衡状態では、(1)式の両辺は０となる。
【００４１】
アキュムレータAccに蓄えられたアキュムレータ圧はPa、アキュムレータAccの初期圧（封入ガス圧より若干高め）はPaOとする。
【００４２】
図１に示された矢印Ｎは、既存系から位置エネルギ回収シリンダCy1のロッド側への流路であり、位置エネルギ回収モード以外のとき利用する。
【００４３】
位置エネルギ回収モードとは、メインポンプPp1から吐出される流量を原則０とし、作業装置12の荷重Ｗにより位置エネルギ回収シリンダCy1を下降動作させながら、位置エネルギ回収シリンダCy1から排出された作動流体をアキュムレータAccに蓄積する制御モードであり、回収制御弁２、再利用制御弁４およびポンプ流量制御弁７は閉じ、回収制御弁１、再利用制御弁３および再生制御弁５を開き、専用ポンプPp2の流量を制御する。
【００４４】
なお、制御装置８は、必要なら、位置エネルギ回収シリンダCy1のヘッド側流体の一部を専用ポンプPp2および再利用制御弁３を経由させて位置エネルギ回収シリンダCy1のロッド側に流すことで、ロッド圧Prを高め、(1)式の右辺をより大きくして、下降加速度αをより大きくすることができる。
【００４５】
このとき、アキュムレータAccへの蓄積流量Ｑ1と、ロッド側への流量Ｑ2は、
Ｑ1＝Cd・Ａ・√(Ph−Pa)、ただしCdは定数
Ｑ2＝専用ポンプPp2の容積×回転数
であり、Ａは回収制御弁１の開度で自由に制御でき、専用ポンプPp2の容積は斜板により自由に制御できるので、これらの流量Ｑ1，Ｑ2の比率も、自由に設定できる。
【００４６】
位置エネルギ回収モードの一例として、制御装置８は、最初は再生制御弁５を全開に開くことにより位置エネルギ回収シリンダCy1のヘッド側から流出した流体をロッド側に再生させると、(1)式右辺の値がプラスとなり、荷重Ｗを受けた位置エネルギ回収シリンダCy1は下降方向への加速度を生じ、そのシリンダ速度の増加によりヘッド圧Phおよびロッド圧Prが上昇して、ヘッド圧Phがアキュムレータ初期圧PaOを超えると、再生制御弁５を絞るとともに、回収制御弁１を開くことによりアキュムレータAccにヘッド側からの流量を供給して蓄積させる機能を備えている。
【００４７】
次に、この実施の形態の特徴を列挙する。
【００４８】
(1) 以下に示す余剰流量を回収する。
【００４９】
(a) メインポンプ吐出可能流量と各回路必要流量との差から、回収可能な流量を求め、その範囲内で、回収流量を可変設定する。
【００５０】
(b) 差圧と流量の式より、回収制御弁２の開口面積を計算し、制御指令を出力する。
【００５１】
(c) メインポンプ流量を各回路必要流量と回収流量の両方がまかなえるように制御する。
【００５２】
(2) 位置エネルギ再利用時に、必要な全回路にアキュムレータAccからの再利用流を供給し、その再利用分だけ、メインポンプPp1の出力を絞る運転をして、効率アップを図る。
【００５３】
(a) 専用ポンプPp2の吐出可能流量の範囲内で可変調整して、再利用流量を設定する。
【００５４】
(b) メインポンプPp1の吐出流量をその分差し引く。
【００５５】
(c) 上記により省エネ運転を実現する。
【００５６】
(d) 専用ポンプPp2に流量指令を出力した後、再利用制御弁４を開く。
【００５７】
(3) 回収制御弁２および再利用制御弁４をメインポンプPp1の吐出側に接続し、かつメインポンプ流量を回収流量分または再利用流量分とマッチングして増減することで、メインポンプPp1の余剰分の回収し、また既存のポンプ流量制御弁７の制御を変更することなく、このポンプ流量制御弁７から全回路への必要な流量供給を行なうとともに、また、無駄なメインポンプパワーの消費を避けた省エネ運転を可能とする。
【００５８】
(4) アキュムレータ利用モード判断機能を持ち、それに応じて、位置エネルギ回収モードと、それ以外のモードに対し、機器の操作指令算出と最終出力指令のオン／オフを制御する。
【００５９】
次に、図４は、以上のようにアキュムレータAccと専用ポンプPp2を有した制御システムにおいて、制御装置８が有する機能をフローチャートで示す。この図中の丸数字は、ステップ番号を示す。
【００６０】
（ステップ１）
操作レバーから入力された操作指令Ｌを検出する。
【００６１】
（ステップ２）
操作指令Ｌから、ブームシリンダなどの位置エネルギ回収シリンダCy1の下降操作指令がある設定値を超えたか否かを判断する。
【００６２】
（ステップ３）
位置エネルギ回収シリンダCy1の下降操作指令がある設定値を超えたら、他回路シリンダCy2の操作指令の有無に拘わらず、位置エネルギ回収モードと判断し、位置エネルギ回収時の下降速度制御用に設けられた回収制御弁１の開度を、下降操作指令に応じて調整し、メインポンプ側の回収制御弁２は閉じる。
【００６３】
位置エネルギ回収シリンダCy1のヘッド側からロッド側への再生流量を確保するために設けた再利用制御弁３（オプションとして開度調整機能付きの再生制御弁５も設けても良い）は、開閉動作とし、下降指令を受けて開とし、再生流量の調整は、専用ポンプPp2の流量制御機能で行なう。また、再生流がポンプ流量制御弁７を経てタンクＴに漏れるおそれを防ぐために、下降操作指令により閉止制御弁６を閉とする。
【００６４】
（ステップ４）
位置エネルギ回収シリンダCy1以外の他回路シリンダCy2が対象か、または位置エネルギ回収シリンダCy1を対象としていても位置エネルギ回収モードではないと判断された場合（ステップ２でＮＯの場合）は、操作指令Ｌが、ある値C1以下であるか否かが判断される。
【００６５】
（ステップ５）
操作指令Ｌが、ある値C1以下である場合は、回収モードとし、図５に示されるメインポンプPp1からの回収制御が行なわれる。
【００６６】
（ステップ６）
操作指令Ｌが、上記値C1より大きな、ある値C2以上であるか否かが判断される。
【００６７】
（ステップ７）
操作指令Ｌが、ある値C2以上である場合は、再利用モードとし、図６に示されるアキュムレータAccからの再利用制御が行なわれる。
【００６８】
（ステップ８）
ステップ２，４，６のいずれでもＮＯの場合は、操作指令が、上記値C1と上記値C2との間にあるので、このときは、切離しモードとし、制御弁１〜５を閉じ、専用ポンプPp2の流量は０出力とし、メインポンプPp1の流量は通常に制御する。
【００６９】
次に、図５は、ステップ５のメインポンプPp1からの回収制御フローを示すフローチャートである。
【００７０】
（ステップ１１）
各回路の必要流量Qr1とメインポンプPp1の吐出可能流量Qcapとの差よりアキュムレータAccに蓄積可能な流量Qa1を求め、その範囲内で実際にアキュムレータAccに回収する流量Qacc1を設定する。
【００７１】
すなわち、操作指令Ｌは、操作レバー位置により指示される速度指令であるから、この操作レバー位置からの換算で回路必要流量Qr1を求める。また、メインポンプPp1の吐出可能流量Qcapを求める場合は、メインポンプPp1のトルク制約上の最大流量と、ネガティブ・フロー・コントロールなど容積上の制約上の最大流量の内、小さいほうをQcapとする。
【００７２】
アキュムレータAccに蓄積可能な流量Qa1は、Qa1＝Qcap−Qr1により求め、このQa1の範囲内で、実際にアキュムレータAccへ回収する流量Qacc1を設定する（Qacc1＜Qa1）。
【００７３】
（ステップ１２）
実際にアキュムレータAccへ回収する流量Qacc1により、回収制御弁２の開度を制御する場合、具体的には、以下の式により回収制御弁２の開口面積Ａを求める。
【００７４】
Qacc1＝Cd・Ａ・（Ppo−Pa）０．５
Cdは、定数であり、Ppoは、ポンプ吐出圧力であり、Paは、アキュムレータ圧である。
【００７５】
なお、Ppo＜Paのときは、回収制御弁２は閉とし、Qacc1＝Qa1＝0とする。
【００７６】
また、Qacc1＜Qacc1（max）＝Cd・Ａmax・（Ppo−Pa）０．５のときは、Qacc1＝Qacc1（max）とする。
【００７７】
Ａmaxは、回収制御弁２の最大開口面積であり、Qacc1（max）は、その最大開口時の回収流量である。
【００７８】
（ステップ１３）
メインポンプ流量Qp1を設定する。このとき、以下の２つの方式があるので、どちらかを採用する。
【００７９】
方式１は、Qp1＝Qcapのままとするもので、この場合は、余剰流量の一部がアキュムレータAccへ回収される。
【００８０】
方式２は、Qp1＝Qr1＋Qacc1とするもので、この場合は、ステップ１１の場合より、メインポンプPp1は多くの流量を流す能力を有している。この方式２の方が方式１より効率上は有利になるが、ハードウェアの追加・変更（電油変換器など）が必要になる。
【００８１】
（ステップ１４）
メインポンプ流量Qp1、回収制御弁２の開口面積Ａの制御指令を出力する。ただし、ポンプ流量制御弁７への制御指令は、回収無しの場合と同じで変えない。
【００８２】
次に、図６は、ステップ７のアキュムレータAccからの再利用制御フローを示すフローチャートである。
【００８３】
（ステップ１５）
再利用時の注入可能流量Qa2＝Qmaxとし、その範囲内で専用ポンプ注入流量Qacc2を求める。
【００８４】
0≦Qacc2＜Qa2
Qmaxは、専用ポンプPp2の最大流量で、トルク制約（専用ポンプ吐出圧Ppp2とアキュムレータ圧Paとの差圧とポンプ容量との積でトルクが求まる）の影響を受ける。
【００８５】
（ステップ１６）
メインポンプ流量Qp2を設定する。この設定には、以下の２方式があるので、どちらかを採用する。
【００８６】
方式１は、Qp2＝メインポンプ吐出可能流量Qcapのままとする（従来の多くの場合にあてはまる）。このとき、回路への注入流量は、専用ポンプ注入流量Qacc2に応じて増えるので、回路速度は増え、生産性はアップする。ただし、ポンプ吐出圧の増加、ポンプ流量制御弁７のバイパス流の増加により、効率は下がる。
【００８７】
方式２は、Qp2＝Qr2−Qacc2としたものである。Qr2はメインポンプからの回収時と同様に操作指令より求める。
【００８８】
このとき、ポンプ流量制御弁７への流量は、アキュムレータAccを再利用しない場合と同じなので、生産性およびポンプ吐出圧力は変わらず、専用ポンプ注入流量Qacc2だけ流量が減る分だけメインポンプ出力を減らせる。これは、燃費ダウン・効率アップにつながる。
【００８９】
ただし、方式２の方が効率上は有利になるが、電油変換器等のハードウェア追加・変更が必要になる。
【００９０】
（ステップ１７）
計算部32，33により、メインポンプ流量Qp2、専用ポンプ注入流量Qacc2の制御指令を演算して出力する。ただし、ポンプ流量制御弁７への制御指令は回収無しの場合と同じで変えない。
【００９１】
（ステップ１８）
再利用制御弁４を開く。ただし、逆流防止上より、必要であれば少し時間をおいて開く。
【００９２】
次に、アキュムレータ圧の低圧化によるエネルギ収支に関し説明する。
【００９３】
アキュムレータ圧Paの低圧化によるエネルギ収支にはプラス（下記の(1)、(3)）とマイナス（下記の(2)、(4)）の効果があり、エネルギ収支は、アキュムレータ圧Paが、高すぎても、低すぎても低下する。よって、許容アキュムレータ容積を満足でき、かつメインポンプPp1からの回収上制約とならない低さで、かつエネルギ収支上も妥当な範囲にアキュムレータ圧Paを設定するのが、合理的である。
【００９４】
アキュムレータ圧Paの低圧化によりヘッド圧Phも低下する。すなわち、ヘッド圧Ph＝アキュムレータ圧Pa＋ΔP、ΔPは主に回収制御弁１での減圧分であり、流量と回収制御弁１の開度により定まる。ヘッド圧Phが低い方が、同じ下降速度を達成するのに必要な、ロッド側への再生流量は小でよい。また、速度および応答性を確保する上で、ヘッド側から流体をタンクへ廃棄してヘッド圧Phを下げる必要性も少なくなるので、その分、アキュムレータAccに多くの流体を蓄積でき、アキュムレータ蓄積エネルギは大となる。
【００９５】
ただし、位置エネルギ回収初期は、アキュムレータAccとの連通時のヘッド圧Phの減圧によるロスは、アキュムレータ圧Paの低下により大きくなる。
【００９６】
メインポンプPp1からの回収と、その再利用は、ポンプ流量制御弁７からタンクＴへのバイパス流が減る分、エネルギ収支上有利である。すなわち、メインポンプPp1から吐出される流量を回路必要流量に合わせて制御する場合は、回収時低い分だけ注入時のアシスト分も低いので、エネルギ収支は同等であるが、メインポンプPp1から吐出される流量をトルク等の制約内の最大流量で制御している場合は、余剰分はバイパス流となってタンクＴに排出されており、この場合は、アキュムレータ圧Paの低圧化により蓄積機会が増えるので、その分、エネルギ収支上は有利となる。
【００９７】
位置エネルギの蓄積分を再利用するときのパワーアシスト値、すなわちアキュムレータ圧Paと再利用時の専用ポンプPp2の入口流量との積は、アキュムレータ圧Paの低下により減少する。
【００９８】
次に、小型化に関し説明する。
【００９９】
小型化が可能なためには、必要時に連続的にアキュムレータAccからの再利用流量を供給する必要がある。
【０１００】
大きな流量が必要な時に、アキュムレータAccで例えば20％を確実にアシストできれば、メインポンプPp1の容量はその分（例えば20％）小型化できる。
【０１０１】
エンジンＥは、メインポンプPp1と専用ポンプPp2との両方を駆動するので、流量アシスト分の削減はできないが、アキュムレータ圧Paだけ、専用ポンプPp2の所要パワーは減少するので、その分、ピーク時の所要パワーは減り、専用ポンプPp2およびエンジンＥを小型化できる。
【０１０２】
次に、位置エネルギを回収して再利用するときに専用ポンプPp2で加圧できるのでアキュムレータ圧Paを高くする必要がないシステムに関し説明する。
【０１０３】
再利用時に昇圧流量を流し、また、下降操作時にヘッド側からロッド側への再生流量を流せるように、容量可変式等の流量可変式の専用ポンプPp2を設ける。これにより、位置エネルギ再利用時の利用可能機会を増やすためにアキュムレータ圧Paを高く設定する必要はなくなり、合理的なアキュムレータ圧Pa値に設定できるので、それに合わせてアキュムレータ初期圧Pa0をセットする。
【０１０４】
位置エネルギ回収時の下降速度制御用に回収制御弁１を設け、位置エネルギ回収時に用いる。
【０１０５】
位置エネルギ回収シリンダCy1のヘッド側からロッド側への再生流路を確保するために再利用制御弁３を設け、位置エネルギ回収時に用いる。オプションとして、開度調整機能付きの再生制御弁５を設けても良い。再生流量は、専用ポンプPp2の流量制御機能で行い、再利用制御弁３は開閉動作のみを基本とする。
【０１０６】
また、再生流が漏れるのを防ぐために、閉止制御弁６を設け、位置エネルギ回収時に用いる。
【０１０７】
次に、アキュムレータAccの稼働率および利用性を向上できるようなフレキシブルなシステムに関し説明する。
【０１０８】
再利用時のアキュムレータAccからの流量を制御できる再利用制御弁４を設ける。この再利用制御弁４の接続先はポンプ流量制御弁７の上流にする。このことで全回路へのアキュムレータAccの再利用が可能になり、アキュムレータAccからの再利用時には、再利用制御弁４と専用ポンプPp2の流量を制御して、アキュムレータAccでアシストできる。
【０１０９】
このアシストの割合の設定は可変にできるが、適正な設定と下記のアキュムレータ回収量の増加により、連続してのアシストが可能になり、上記小型化に関する説明で示した内容の実現に寄与する。アシストの割合の１例は、例えば速度指令に応じ、アシスト流量を増やす（ただし、一定割合以下に抑える）方法等が考えられる。
【０１１０】
メインポンプPp1の吐出流量は、回路の必要流量から、上記アシスト流量を差し引くようにする。
【０１１１】
回収制御弁２をポンプ流量制御弁７の上流側に接続して、位置エネルギ回収モード以外であって、かつ各回路（ブーム回路等）の必要流量が小のとき（すなわちメインポンプ容量に余裕があるとき）、余剰分をアキュムレータAccに蓄積できるようにする。
【０１１２】
位置エネルギの回収だけでは、運転サイクルでの回収量が限られ、アキュムレータAccが空になるおそれがあり、この工夫を行なう。このとき、回収制御弁１は閉とする。ただし、アキュムレータAccの容量は、位置エネルギ回収分のみででなく、他の低流量モードでの回収容量分も考慮して決定する。
【０１１３】
回収制御弁２および再利用制御弁４をポンプ流量制御弁７の上流に接続して、アシスト分または余剰分を加算または減算する方式は、従来からのポンプ流量制御弁７の制御方式の変更を最小（ほとんど無し）にでき、また、必要数も少なくでき、回路数分ではなくポンプ回路数分でよい。
【０１１４】
位置エネルギ回収時は、回収制御弁２は閉とし、メインポンプPp1側からの回収は行わなず、回収制御弁１を開としてヘッド流体を回収蓄積する。
【０１１５】
次に、その他の点に関し説明する。
【０１１６】
位置エネルギのみでなく余剰流量も回収する点、アキュムレータ圧Paを合理的に設定することで、エネルギ収支の改善が期待できる点、位置エネルギ回収操作時の速度および応答性を改善でき、生産性とそれに伴う燃費効率アップを図れる点、蓄積エネルギを再利用することにより、また、そのときメインポンプPp1をその分省エネ運転する点によって、エンジン燃費効率を向上させる。
【０１１７】
位置エネルギ回収モード時、位置エネルギ回収モード以外の位置エネルギ回収シリンダCy1の操作時、他回路シリンダCy2の操作時の全てに対応できるシステム構成としている。
【０１１８】
位置エネルギ回収時以外は、従来の制御と同じく、既存のポンプ流量制御弁７を経由する流路とする。
【０１１９】
再生流量または再利用流量の流量調整は専用ポンプPp2で行なえるので、そのときは、再利用制御弁３，４は開閉機能のみでよい。
【０１２０】
次に、この実施の形態の作用効果を列挙する。
【０１２１】
アキュムレータAccに位置エネルギ回収シリンダCy1から排出された作動流体を蓄積するだけでなく、専用ポンプPp2によって昇圧可能なアキュムレータ圧Paは低圧に設定できることから、メインポンプPp1の流量キャパシティに余裕があるときは、そのメインポンプ余剰流量をも回収制御弁２によりアキュムレータAccに回収し蓄積できるので、このアキュムレータAccが空になるおそれを低減でき、すなわちアキュムレータAccを利用してパワーアシストできる機会を増やすことができ、アキュムレータAccの稼働率および利用性を向上できるフレキシブルなシステムを提供できる。
【０１２２】
すなわち、アキュムレータ圧Paを比較的低くできるので、メインポンプPp1の可変容量に余裕があるときは、位置エネルギ回収のみでなく、メインポンプ余剰分もアキュムレータAccに蓄積でき、これにより、アキュムレータAccが空になることを防ぐことができ、油圧ショベル10の作業装置12をブームシリンダ14により上下動する際に、アキュムレータAccを利用してパワーアシストできる機会を増やすことができ、アキュムレータAccの稼働率を向上できる。
【０１２３】
位置エネルギ回収シリンダCy1のヘッド側から流出した作動流体の一部または全部を、再利用制御弁４を開くことにより、専用ポンプPp2を経由してメイン回路９に再利用できるので、メインポンプPp1が流量を必要とするときに対応できるとともに、アキュムレータ満杯時にも有効に対応できる。
【０１２４】
ポンプ流量制御弁７よりメインポンプPp1側すなわち上流側に再利用制御弁４の供給先が接続されたので、位置エネルギ回収シリンダCy1以外の他回路シリンダCy2に対しても、アキュムレータAccに回収された蓄積エネルギを再利用できる。要するに、必要な全回路へアキュムレータAccから作動流体を再利用供給でき、アキュムレータAccの再利用が、掘削または持上げ旋回などの必要なモード時に連続的に行なえる。
【０１２５】
アキュムレータAccによるパワーアシスト能力を生かして、メインポンプPp1およびエンジンＥを小型化できる。特に、必要負荷が時間的に変動する時に有効である。
【０１２６】
専用ポンプPp2および回収制御弁１，２によりパワーアシストできる機会を増やすことができるので、エンジン負荷およびメインポンプ負荷の平準化を図ることができる。
【０１２７】
回収エネルギの効率的な蓄積と再利用により燃費効率の向上を図れる。
【０１２８】
回収・再利用時の流量に応じてメインポンプ流量の増減等でマッチングさせることにより、既存系への影響を最小にし、かつ省エネ運転を実現できる。
【０１２９】
本発明は、油圧ショベル、ローダなどの作業機械に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１３０】
【図１】本発明に係る流体圧制御回路の一実施の形態を示す回路図である。
【図２】同上回路の概略図である。
【図３】同上回路における制御装置のブロック図である。
【図４】同上回路の制御装置が有する機能を示すフローチャートである。
【図５】同上回路の制御装置が有するメインポンプからの回収制御フローを示すフローチャートである。
【図６】同上回路の制御装置が有するアキュムレータからの再利用制御フローを示すフローチャートである。
【図７】同上回路を備えた作業機械を示す側面図である。
【符号の説明】
【０１３１】
Pp1   メインポンプ
Pp2   専用ポンプ
Cy1   流体圧アクチュエータとしての位置エネルギ回収シリンダ
Cy2   他の流体圧アクチュエータとしての他回路シリンダ
Acc   アキュムレータ
Ｅ    エンジン
２    回収制御弁
３，４    再利用制御弁
７    ポンプ流量制御弁
９    メイン回路
10    油圧ショベル
12    作業装置
14    流体圧アクチュエータとしてのブームシリンダ
【図１】
2009275773.tif 000003
【図２】
2009275773.tif 000004
【図３】
2009275773.tif 000005
【図４】
2009275773.tif 000006
【図５】
2009275773.tif 000007
【図６】
2009275773.tif 000008
【図７】
2009275773.tif 000009