JP2016080009A

JP2016080009A - 建設機械の油圧駆動システム

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Publication number: JP2016080009A
Application number: JP2014209279A
Authority: JP
Inventors: 哲弘近藤; Tetsuhiro Kondo; 陽治弓達; Yoji Yumitatsu
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 2014-10-10
Filing date: 2014-10-10
Publication date: 2016-05-16
Anticipated expiration: 2034-10-10
Also published as: CN106795896A; WO2016056244A1; CN106795896B; US10294633B2; JP6335093B2; US20170306590A1

Abstract

【課題】旋回操作弁の操作レバーを速く動かしたときに十分な加速度または減速度を確保しつつ作動油のエネルギーが消失することを抑制できる建設機械の油圧駆動システムを提供する。
【解決手段】一対の給排ライン３１，３２により旋回モータ１７と接続された両方向ポンプ１６と、両方向ポンプの傾転角を変更するレギュレータ５と、旋回操作弁１９から出力される旋回信号に基づいてレギュレータを制御する制御装置８と、を備え、制御装置は、旋回信号が増大する旋回加速時に、旋回モータを通過するモータ流量と、旋回信号から決定される指示流量を算出し、指示流量がモータ流量に所定値を加えた基準流量よりも大きい場合には、両方向ポンプの傾転角が基準流量を実現する傾転角となるようにレギュレータを制御し、指示流量が基準流量以下の場合には、両方向ポンプの傾転角が指示流量を実現する傾転角となるようにレギュレータを制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、建設機械の油圧駆動システムに関する。

油圧ショベルや油圧クレーンのような建設機械では、油圧駆動システムによって各部が駆動される。このような油圧駆動システムとしては、従来、走行回路に油圧式無段変速機（ＨＳＴ）を用いたものがあったが、近年では、旋回回路にＨＳＴを用いたものが提案されている。例えば、特許文献１には、図９に示すような油圧駆動システム１００が開示されている。

この油圧駆動システム１００では、可変容量型の両方向ポンプ（オーバーセンターポンプともいう）１１０が、一対の給排ライン１３１，１３２により、閉ループを形成するように旋回モータ１２０と接続されている。一対の給排ライン１３１，１３２同士は、橋架路１３３によって接続されていて、橋架路１３３には、互いに逆向きに一対のリリーフ弁１４１，１４２が設けられている。

橋架路１３３におけるリリーフ弁１４１，１４２の間の部分からは、タンクライン１３４がタンクまで延びている。また、タンクライン１３４には、チャージポンプ１６０が接続されている。そして、給排ライン１３１，１３２の一方には、チャージポンプ１６０から吐出された作動油および／またはリリーフ弁（１４１または１４２）を通過した作動油が、逆止弁（１５１または１５２）を介して補給される。

また、油圧駆動システム１００は、ポンプ１１０の斜板１１１が、旋回操作弁１７０から出力されるパイロット圧ａ１，ｂ１により直接的に動かされるように構成されている。

特開２００３−１２０６１６号公報

ところで、図９に示す油圧駆動システム１００では、操縦者が旋回操作弁１７０の操作レバーを速く動かしたときに、作動油のエネルギーが消失することがあった。例えば、操作レバーを中立位置から特定位置まで倒したとき（旋回加速時）には、ポンプ１１０の斜板１１１は直ぐにその特定位置に対応した傾転角になるが、旋回モータの回転数は、旋回体の重量（慣性）が大きいために急激には増加しない。従って、ポンプ１１０から吐出された作動油を旋回モータ１２０へ導く供給側の給排ライン（１３１または１３２）からリリーフ弁（１４１または１４２）を介して多量の作動油が流出する。逆に、操作レバーを特定位置から中立位置へ戻したとき（旋回減速時）には、ポンプ１１０の斜板１１１は直ぐにセンターに復帰するが、旋回モータの回転数は、旋回体の慣性力が十分大きいので急激には低下しない。従って、旋回モータ１２０から排出された作動油をポンプ１１０へ導く排出側の給排ライン（１３２または１３１）からリリーフ弁（１４２または１４１）を介して多量の作動油が流出する。

さらに、旋回加速時には、リリーフ弁（１４１または１４２）を介した作動油の流出を防止するように、ポンプ１１０への指令であるパイロット圧ａ１，ｂ１を制御することも考えられる。しかしながら、この場合には、旋回加速時に供給側の給排ラインの圧力が低くなり過ぎ、加速度（加速トルク）が不足するという問題が生じる。同様に、旋回減速時には、リリーフ弁（１４１または１４２）を介した作動油の流出を防止するように、ポンプ１１０への指令であるパイロット圧ａ１，ｂ１を制御することも考えられる。しかしながら、この場合には、旋回減速時に排出側の給排ラインの圧力が低くなり過ぎ、減速度（制動トルク）が不足するという問題が生じる。

そこで、本発明は、旋回操作弁の操作レバーを速く動かしたときに十分な加速度または減速度を確保しつつ作動油のエネルギーが消失することを抑制できる建設機械の油圧駆動システムを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の１つの側面からの建設機械の油圧駆動システムは、旋回モータと、一対の給排ラインにより閉ループを形成するように前記旋回モータと接続された可変容量型の両方向ポンプと、前記一対の給排ライン同士を接続する橋架路であって、互いに逆向きに一対のリリーフ弁が設けられた橋架路と、前記両方向ポンプの傾転角を変更するレギュレータと、旋回操作を受けて、前記旋回操作の量に応じた大きさの旋回信号を出力する旋回操作弁と、前記旋回操作弁から出力される旋回信号に基づいて前記レギュレータを制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記旋回信号が増大する旋回加速時に、前記旋回モータを通過するモータ流量と、前記旋回信号から決定される指示流量を算出し、前記指示流量が前記モータ流量に所定値を加えた基準流量よりも大きい場合には、前記両方向ポンプの傾転角が前記基準流量を実現する傾転角となるように前記レギュレータを制御し、前記指示流量が前記基準流量以下の場合には、前記両方向ポンプの傾転角が前記指示流量を実現する傾転角となるように前記レギュレータを制御する、ことを特徴とする。

上記の構成によれば、旋回信号が急激に増大しても、両方向ポンプの傾転角はモータ流量に連動して徐々にしか増加しない。従って、両方向ポンプから吐出された作動油を旋回モータへ導く供給側の給排ラインからリリーフ弁を介して流出する作動油の量を小さく抑えることができる。これにより、旋回加速時に作動油のエネルギーが消失することを抑制することができる。しかも、旋回モータに導かれる作動油の圧力はリリーフ弁の設定圧を下回ることがないので、十分な加速度を確保することができる。

また、本発明の別の側面からの建設機械の油圧駆動システムは、旋回モータと、一対の給排ラインにより前記旋回モータと閉ループを形成するように接続された可変容量型の両方向ポンプと、前記両方向ポンプと連結された、前記旋回モータ以外のアクチュエータに作動油を供給する供給ポンプと、前記一対の給排ライン同士を接続する橋架路であって、互いに逆向きに一対のリリーフ弁が設けられた橋架路と、前記両方向ポンプの傾転角を変更するレギュレータと、旋回操作を受けて、前記旋回操作の量に応じた大きさの旋回信号を出力する旋回操作弁と、前記旋回操作弁から出力される旋回信号に基づいて前記レギュレータを制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記旋回信号が減少する旋回減速時に、前記旋回モータを通過するモータ流量と、前記旋回信号から決定される指示流量を算出し、前記指示流量が前記モータ流量から所定値を差し引いた基準流量よりも小さい場合には、前記両方向ポンプの傾転角が前記基準流量を実現する傾転角となるように前記レギュレータを制御し、前記指示流量が前記基準流量以上の場合には、前記両方向ポンプの傾転角が前記指示流量を実現する傾転角となるように前記レギュレータを制御する、ことを特徴とする。

上記の構成によれば、旋回信号が急激に減少しても、両方向ポンプの傾転角はモータ流量に連動して徐々にしか低下しない。従って、旋回モータから排出された作動油を両方向ポンプへ導く排出側の給排ラインからリリーフ弁を介して流出する作動油の量を小さく抑えることができる。これにより、旋回減速時に作動油のエネルギーが消失することを抑制することができる。しかも、傾転角が徐々にしか低下しない両方向ポンプはモータとして機能するようになり、旋回モータから排出される作動油からエネルギーを回生することができる。回生されたエネルギーは、供給ポンプの駆動力として利用される。しかも、旋回モータから排出される作動油の圧力はリリーフ弁の設定圧を下回ることがないので、十分な減速度を確保することができる。

例えば、前記両方向ポンプは、斜板がセンターから両側に傾倒可能な斜板ポンプであり、前記レギュレータは、前記両方向ポンプの斜板と連結されたサーボピストン、前記サーボピストンの一方の端部に油圧を作用させるための第１チャンバー、および前記サーボピストンの他方の端部に油圧を作用させるための第２チャンバー、を含むサーボ機構と、第１ソレノイドおよび第２ソレノイドを有し、前記第１ソレノイドに電流が送給されたときに前記第１チャンバーに作動油を導き、前記第２ソレノイドに電流が送給されたときに前記第２チャンバーに作動油を導くように構成された切換弁と、を含み、前記制御装置は、前記旋回信号が増大する旋回加速時および前記旋回信号が減少する旋回減速時に、前記基準流量または前記指示流量に応じた電流を前記第１ソレノイドまたは前記第２ソレノイドに送給してもよい。

上記の油圧駆動システムは、前記一対の給排ラインに作動油を補給するためのチャージポンプをさらに備え、前記切換弁は、前記第１ソレノイドまたは前記第２ソレノイドに電流が送給されたときに、前記チャージポンプから吐出された作動油を前記第１チャンバーまたは前記第２チャンバーに導いてもよい。この構成によれば、チャージポンプの吐出圧を合理的に利用して、サーボ機構を駆動することができる。

本発明によれば、旋回操作弁の操作レバーを速く動かしたときに十分な加速度または減速度を確保しつつ作動油のエネルギーが消失することを抑制できる。しかも、旋回加速時または旋回減速時には、リリーフ弁を介した僅かな作動油の流出が維持されるために、ハンチングなどの振動の発生を防ぐことができる。

本発明の一実施形態に係る油圧駆動システムの概略構成図である。建設機械の一例である油圧ショベルの側面図である。左旋回加速制御のフローチャートである。（ａ）および（ｂ）は左旋回加速時のグラフであり、（ａ）は左旋回パイロット圧Ｐａの経時的変化を示し、（ｂ）は指示流量Ｑopa、モータ流量Ｑｍ、基準流量Ｑｒおよびポンプ目標流量Ｑdirの経時的変化を示す。（ａ）および（ｂ）は左旋回加速時のグラフであり、（ａ）は仮想例で消失するエネルギーを示し、（ｂ）は本発明の一実施形態で消失するエネルギーを示す。左旋回減速制御のフローチャートである。（ａ）および（ｂ）は左旋回減速時のグラフであり、（ａ）は左旋回パイロット圧Ｐａの経時的変化を示し、（ｂ）は指示流量Ｑopa、モータ流量Ｑｍ、基準流量Ｑｒおよびポンプ目標流量Ｑdirの経時的変化を示す。（ａ）および（ｂ）は左旋減速時のグラフであり、（ａ）は仮想例で消失するエネルギーを示し、（ｂ）は本発明の一実施形態で消失するエネルギーを示す。従来の建設機械の油圧駆動システムの概略構成図である。

図１に、本発明の一実施形態に係る建設機械の油圧駆動システム１を示し、図２に、その油圧駆動システム１が搭載された建設機械１０を示す。図２に示す建設機械１０は油圧ショベルであるが、本発明は、油圧クレーンなどの他の建設機械にも適用可能である。

油圧駆動システム１は、油圧アクチュエータとして、図２に示すブームシリンダ１３、アームシリンダ１４およびバケットシリンダ１５を含むとともに、図１に示す旋回モータ１７および図示しない左右一対の走行モータを含む。また、油圧駆動システム１は、旋回モータ１７専用の両方向ポンプ１６と、旋回モータ１７以外のアクチュエータに作動油を供給する供給ポンプ１２を含む。なお、図１では、図面の簡略化のために、旋回モータ１７およびブームシリンダ１３以外のアクチュエータを省略している。

本実施形態では、建設機械１０が自走式の油圧ショベルであるが、建設機械１０が船舶に搭載される油圧ショベルである場合には、運転室を含む旋回体が船体に旋回可能に支持される。

両方向ポンプ１６と供給ポンプ１２は、互いに連結されている。また、両方向ポンプ１６および供給ポンプ１２は、エンジン１１に連結されている。すなわち、両方向ポンプ１６および供給ポンプ１２は、同一のエンジン１１により駆動される。そのため、エンジン１１の回転数Ｎｅは、供給ポンプ１２および両方向ポンプ１６の回転数でもある。エンジン１１の回転数Ｎｅは、第１回転数センサ９１により計測される。

供給ポンプ１２は、傾転角が変更可能な可変容量型のポンプ（斜板ポンプまたは斜軸ポンプ）である。供給ポンプ１２の傾転角は、図略のレギュレータにより変更される。本実施形態では、供給ポンプ１２の吐出流量がネガティブコントロール方式で制御される。ただし、供給ポンプ１２の吐出流量はポジティブコントロール方式で制御されてもよい。

具体的に、供給ポンプ１２からは、ブリードライン２１がタンクまで延びている。ブリードライン２１上には、ブーム制御弁２２を含む複数の制御弁が配置されている。ブーム制御弁２２は、ブームシリンダ１３に対する作動油の供給および排出を制御し、その他の制御弁も個々のアクチュエータに対する作動油の供給および排出を制御する。ブリードライン２１における複数の制御弁の最も下流側には絞り２３が設けられているとともに、この絞り２３をバイパスするライン上にリリーフ弁２４が配置されている。供給ポンプ１２の傾転角は、ブリードライン２１における絞り２３の上流側のネガティブコントロール圧に基づいて調整される。

両方向ポンプ１６は、一対の給排ライン３１，３２により、閉ループを形成するように旋回モータ１７と接続されている。旋回モータ１７の回転数Ｎｍは、第２回転数センサ９２により計測される。

両方向ポンプ１６は、傾転角が変更可能な可変容量型のポンプである。両方向ポンプ１６の傾転角は、レギュレータ５により変更される。本実施形態では、両方向ポンプ１６が、斜板１６ａがセンターから両側に傾倒可能な斜板ポンプである。すなわち、センターに対する斜板１６ａの角度が傾転角である。そして、斜板１６ａは、レギュレータ５によって動かされる。レギュレータ５については、後述にて詳細に説明する。ただし、両方向ポンプ１６は、斜軸がセンターから両側に傾倒可能な斜軸ポンプであってもよい。

本実施形態では、上述した閉ループに、左旋回時には図１で時計回りに作動油が流れ、右旋回時には図１で反時計回りに作動油が流れる。すなわち、左旋回時には、給排ライン３１が両方向ポンプ１６から吐出された作動油を旋回モータ１７へ導く供給側であり、給排ライン３２が旋回モータ１７から排出された作動油を両方向ポンプ１６へ導く排出側である。逆に、右旋回時には、給排ライン３２が両方向ポンプ１６から吐出された作動油を旋回モータ１７へ導く供給側であり、給排ライン３１が旋回モータ１７から排出された作動油を両方向ポンプ１６へ導く排出側である。

一対の給排ライン３１，３２同士は、橋架路３３によって接続されている。橋架路３３には、互いに逆向きに一対のリリーフ弁３４，３５が設けられている。橋架路３３におけるリリーフ弁３４，３５の間の部分は、逃しライン４１によって、リリーフ弁４２と接続されている。

リリーフ弁４２の設定圧は、橋架路３３に設けられたリリーフ弁３４，３５の設定圧よりも十分に小さく設定されている。リリーフ弁４２からは、タンクライン４８がタンクまで延びている。本実施形態では、タンクライン４８が両方向ポンプ１６のドレンラインも兼ねている。

給排ライン３１，３２は、それぞれバイパスライン３６，３８によって逃しライン４１と接続されている。バイパスライン３６，３８は、それぞれリリーフ弁３４，３５をバイパスするように橋架路３３に設けられていてもよい。バイパスライン３６，３８には、それぞれ逆止弁３７，３９が設けられている。

さらに、逃しライン４１は、補給ライン４３によりチャージポンプ１８と接続されている。チャージポンプ１８は、逆止弁３７，３９を介して給排ライン３１，３２に作動油を補給するためのものである。チャージポンプ１８は、双方向ポンプ１６と連結されており、エンジン１１により駆動される。ただし、チャージポンプ１８は、直接的にエンジン１１に連結されていてもよい。

双方向ポンプ１６の斜板１６ａを動かす上述したレギュレータ５は、制御装置８により制御される。建設機械１０の運転室には、操縦者から旋回操作を受ける旋回操作弁１９が設けられている。旋回制御弁１９は、操作レバーを含み、当該旋回操作弁１９が受けた旋回操作の量（すなわち、操作レバーの角度）に応じた大きさの旋回信号を出力する。制御装置８は、旋回操作弁１９から出力される旋回信号に基づいてレギュレータ５を制御する。

本実施形態では、旋回操作弁１９が、操作レバーの角度に応じた大きさのパイロット圧（左旋回パイロット圧Ｐａまたは右旋回パイロット圧Ｐｂ）を旋回信号として出力する。左旋回パイロット圧Ｐａは第１圧力計８１により計測され、右旋回パイロット圧Ｐｂは第２圧力計８２により計測される。計測された左旋回パイロット圧Ｐａおよび右旋回パイロット圧Ｐｂは制御措置８に送られる。ただし、旋回操作弁１９は、操作レバーの角度に応じた大きさの電気信号を旋回信号として制御装置８に直接的に出力するものであってもよい。

レギュレータ５は、具体的には、サーボ機構６と切換弁７を含む。サーボ機構６は、両方向ポンプ１６の斜板１６ａと連結されたサーボピストン６１と、サーボピストン６１の一方（図１では右側）の端部に油圧を作用させるための第１チャンバー６２と、サーボピストン６１の他方（図１では左側）の端部に油圧を作用させるための第２チャンバー６３を含む。第１チャンバー６２および第２チャンバー６３内には、サーボピストン６１を互いに反対方向から付勢するスプリング６４，６５がそれぞれ配置されている。

第１チャンバー６２および第２チャンバー６３の圧力が共にゼロのときには、スプリング６４，６５の付勢力によって、サーボピストン６１が、斜板１６ａの角度（両方向ポンプ１６の傾転角）がゼロとなる中立位置に維持される。第１チャンバー６２内に作動油が圧送されると、サーボピストン６１が左側のスプリング６５の付勢力に抗して左方に移動し、両方向ポンプ１６が給排ライン３１に作動油を吐出する方向に斜板１６ａが動く。すなわち、第１チャンバー６２は、左旋回用のチャンバーである。第２チャンバー６３内に作動油が圧送されると、サーボピストン６１が右側のスプリング６５の付勢力に抗して右方に移動し、両方向ポンプ１６が給排ライン３２に作動油を吐出する方向に斜板１６ａが動く。すなわち、第２チャンバー６３は、右旋回用のチャンバーである。

切換弁７は、一対のサーボライン６６，６７によりサーボ機構６の第１チャンバー６２および第２チャンバー６３と接続されている。また、切換弁７は、圧力源ライン４４および上述した補給ライン４３により、チャージポンプ１８と接続されている。さらに、切換弁７からはタンクライン４７がタンクまで延びている。

切換弁７は、サーボピストン６１と連結されたスリーブ７２と、スリーブ７２内に配置されたスプール７１を含む。スプール７１は、中立位置に位置するときは、圧力源ライン４４をブロックし、サーボライン６６，６７をタンクライン４７と連通させる。スプール７１が図１において右方に移動すると、右側のサーボライン６６が圧力源ライン４４と連通するとともに、左側のサーボライン６７がタンクライン４７と連通する。これにより、チャージポンプ１８から吐出された作動油が第１チャンバー６２に導かれ、サーボピストン６１が左方に移動する。一方、スプール７１が図１において左方に移動すると、左側のサーボライン６７が圧力源ライン４４と連通するとともに、右側のサーボライン６６がタンクライン４７と連通する。これにより、チャージポンプ１８から吐出された作動油が第２チャンバー６３に導かれ、サーボピストン６１が右方に移動する。

さらに、切換弁７は、左旋回時（すなわち、左旋回パイロット圧Ｐａ＞０）に制御装置８から電流が送給されてスプール７１を図１で右方に移動させる第１ソレノイド７５と、右旋回時（すなわち、右旋回パイロット圧Ｐｂ＞０）に制御装置８から電流が送給されてスプール７１を図１で左方に移動させる第２ソレノイド７６を有する。また、切換弁７は、スプール７１の移動をアシストするためのパイロットポート７３，７４を有し、これらのパイロットポート７３，７４は、それぞれパイロットライン４５，４６により圧力源ライン４４と接続されている。

制御装置８には、第１回転数センサ９１で計測されたエンジン１１の回転数Ｎｅと、第２回転数センサ９２で計測された旋回モータ１７の回転数Ｎｍが送られる。本実施形態では、制御装置８が、パイロット圧が増大する旋回加速時にレギュレータ５を図３に示すように制御する旋回加速制御と、パイロット圧が減少する旋回減速時にレギュレータ５を図６に示すように制御する旋回減速制御の双方を実行する。ただし、制御装置８は、図３に示すような旋回加速制御と図６に示すような旋回減速制御の一方のみを実行してもよい。以下、左旋回時の旋回加速制御および旋回減速制御について詳細に説明するが、右旋回時の旋回加速制御および旋回減速制御が同様であることは言うまでもない。

＜左旋回加速制御＞
図３は、左旋回加速制御のフローチャートである。制御装置８は、左旋回パイロット圧Ｐａの時間変化率ΔＰａがゼロよりも大きくなったときに（ステップＳ１１でＹＥＳ）、左旋回加速制御を開始する。

まず、制御装置８は、旋回モータ１７の回転数Ｎｍに旋回モータ１７のモータ容量Ｖｍを積算することにより、旋回モータ１７を通過するモータ流量Ｑｍを算出する（ステップＳ１２）。ついで、制御装置８は、左旋回パイロット圧Ｐａから決定される指示流量Ｑopaを算出する（ステップＳ１３）。

指示流量Ｑopaの算出は、例えば次のように行われる。まず、制御装置８は、左旋回パイロット圧Ｐａに対応するポンプ指示容量Ｖopaを決定する。例えば、左旋回パイロット圧Ｐａとポンプ指示容量Ｖopaは比例関係にある。ついで、制御装置８は、ポンプ指示容量Ｖopaに両方向ポンプ１６の回転数（本実施形態では、エンジン１１の回転数Ｎｅ）を積算する。これにより、指示流量Ｑopaが算出される。

その後、制御装置８は、モータ流量Ｑｍに所定値αを加えた基準流量Ｑｒ（Ｑｒ＝Ｑｍ＋α）と指示流量Ｑopaを比較する（ステップＳ１４）。ここで、所定値αは、リリーフ弁３４を確実に開くために必要な流量である。本実施形態では、所定値αは一定値である。ただし、所定値αは、例えば作動油の温度に応じて変化する変数であってもよい。

指示流量Ｑopaが基準流量Ｑｒよりも大きい場合は（ステップＳ１４でＹＥＳ）、ポンプ目標流量Ｑdirを基準流量Ｑｒとする（ステップＳ１５）。一方、指示流量Ｑopaが基準流量Ｑｒ以下の場合は（ステップＳ１４でＮＯ）、ポンプ目標流量Ｑdirを指示流量Ｑopaとする（ステップＳ１６）。

ポンプ目標流量Ｑdirが決定された後は、制御装置８は、ポンプ目標流量Ｑdirに対応する電流Ｉａを決定し、その電流Ｉａを第１ソレノイド７５に送給する（ステップＳ１７）。

より詳しくは、制御装置８は、ステップＳ１５でポンプ目標流量Ｑdirを基準流量Ｑｒとしたときは、基準流量Ｑｒに応じた電流Ｉａを第１ソレノイド７５に送給する。具体的に、制御装置８は、基準流量Ｑｒを両方向ポンプ１６の回転数（本実施形態では、エンジン１１の回転数Ｎｅ）で割ってポンプ目標容量Ｖdirを算出し、両方向ポンプ１６の傾転角がポンプ目標容量Ｖdirを達成する傾転角となる電流Ｉａを決定する。この電流Ｉａが第１ソレノイド７５に送給されることにより、両方向ポンプ１６の傾転角が基準流量Ｑｒを実現する傾転角となる。

一方、ステップＳ１６でポンプ目標流量Ｑdirを指示流量Ｑopaとしたときは、制御装置８は、指示流量Ｑopaに応じた電流Ｉａを第１ソレノイド７５に送給する。具体的に、制御装置８は、指示流量Ｑopaを両方向ポンプ１６の回転数（本実施形態では、エンジン１１の回転数Ｎｅ）で割ってポンプ目標容量Ｖdirを算出し、両方向ポンプ１６の傾転角がポンプ目標容量Ｖdirを達成する傾転角となる電流Ｉａを決定する。この電流Ｉａが第１ソレノイド７５に送給されることにより、両方向ポンプ１６の傾転角が指示流量Ｑopaを実現する傾転角となる。

その後、制御装置８は、モータ流量Ｑｍを再度算出し（ステップＳ１８）、モータ流量Ｑｍがポンプ目標流量Ｑdirと等しくなるまで上昇したかを判定する（ステップＳ１９）。ステップＳ１９でＹＥＳであれば、制御装置８は左旋回加速制御を終了する。一方、ステップＳ１９でＮＯであれば、左旋回パイロット圧Ｐａの時間変化率ΔＰａがゼロの場合（ステップＳ２０でＹＥＳ）はステップＳ１４に戻り、ΔＰａが０よりも大きい場合（ステップＳ２０でＮＯ、ステップＳ２１でＹＥＳ）にはステップＳ１３に戻る。逆に、ΔＰａが０よりも小さい場合（ステップＳ２１でＮＯ）には、後述する左旋回減速制御に移行する。

上述したような左旋回加速制御であれば、左旋回パイロット圧Ｐａが急激に増大しても、両方向ポンプ１６の傾転角はモータ流量Ｑｍに連動して徐々にしか増加しない。従って、供給側の給排ライン３１からリリーフ弁３４を介して流出する作動油の量を小さく抑えることができる。これにより、左旋回加速時に作動油のエネルギーが消失することを抑制することができる。

例えば、図４（ａ）に示すように旋回操作弁１９の操作レバーを一瞬で中立位置から左旋回方向に動かしたときは、図４（ｂ）に示すように、指示流量Ｑopaは左旋回パイロット圧Ｐａとほぼ同じように推移するが、両方向ポンプ１６の傾転角を決定するためのポンプ目標流量Ｑdirはモータ流量Ｑｍに連動して徐々にしか増加しない。従って、従来技術と同様に左旋回パイロット圧Ｐａに連動して斜板１６ａを動かした場合には、図５（ａ）に示すように大きな面積のエネルギーＥｐが消失する。これに対し、本実施形態では、図５（ｂ）に示すように、消失するエネルギーＥｃの面積が極めて小さくなる。

しかも、左旋回加速時に旋回モータ１７に導かれる作動油の圧力はリリーフ弁３４の設定圧を下回ることがないので、十分な加速度を確保することができる。また、上述した左旋回加速制御であれば、リリーフ弁３４を安定して作動させることができるので、従来通りの加速度と従来通りの作動安定性を確保できる。

なお、右旋回時にも図３と同様の制御によって、上記と同様の効果が得られることは言うまでもない。

＜左旋回減速制御＞
図６は、左旋回減速制御のフローチャートである。制御装置８は、左旋回パイロット圧Ｐａの時間変化率ΔＰａがゼロよりも小さくなったときに（ステップＳ３１でＹＥＳ）、左旋回減速制御を開始する。

まず、制御装置８は、旋回モータ１７の回転数Ｎｍに旋回モータ１７のモータ容量Ｖｍを積算することにより、旋回モータ１７を通過するモータ流量Ｑｍを算出する（ステップＳ３２）。ついで、制御装置８は、左旋回パイロット圧Ｐａから決定される指示流量Ｑopaを算出する（ステップＳ３３）。指示流量Ｑopaの算出は、左旋回加速制御と同様に行われる。

その後、制御装置８は、モータ流量Ｑｍから所定値βを差し引いた基準流量Ｑｒ（Ｑｒ＝Ｑｍ−β）と指示流量Ｑopaを比較する（ステップＳ３４）。ここで、所定値βは、リリーフ弁３４を確実に開くために必要な流量である。本実施形態では、所定値βは一定値である。所定値βは、左旋回加速制御で用いた所定値αと同じであってもよいし、異なっていてもよい。ただし、所定値βは、例えば作動油の温度に応じて変化する変数であってもよい。

指示流量Ｑopaが基準流量Ｑｒよりも小さい場合は（ステップＳ３４でＹＥＳ）、ポンプ目標流量Ｑdirを基準流量Ｑｒとする（ステップＳ３５）。一方、指示流量Ｑopaが基準流量Ｑｒ以上の場合は（ステップＳ３４でＮＯ）、ポンプ目標流量Ｑdirを指示流量Ｑopaとする（ステップＳ３６）。

ポンプ目標流量Ｑdirが決定された後は、制御装置８は、ポンプ目標流量Ｑdirに対応する電流Ｉａを決定し、その電流Ｉａを第１ソレノイド７５に送給する（ステップＳ３７）。

より詳しくは、制御装置８は、ステップＳ３５でポンプ目標流量Ｑdirを基準流量Ｑｒとしたときは、基準流量Ｑｒに応じた電流Ｉａを第１ソレノイド７５に送給する。具体的に、制御装置８は、基準流量Ｑｒを両方向ポンプ１６の回転数（本実施形態では、エンジン１１の回転数Ｎｅ）で割ってポンプ目標容量Ｖdirを算出し、両方向ポンプ１６の傾転角がポンプ目標容量Ｖdirを達成する傾転角となる電流Ｉａを決定する。この電流Ｉａが第１ソレノイド７５に送給されることにより、両方向ポンプ１６の傾転角が基準流量Ｑｒを実現する傾転角となる。

一方、ステップＳ３６でポンプ目標流量Ｑdirを指示流量Ｑopaとしたときは、制御装置８は、指示流量Ｑopaに応じた電流Ｉａを第１ソレノイド７５に送給する。具体的に、制御装置８は、指示流量Ｑopaを両方向ポンプ１６の回転数（本実施形態では、エンジン１１の回転数Ｎｅ）で割ってポンプ目標容量Ｖdirを算出し、両方向ポンプ１６の傾転角がポンプ目標容量Ｖdirを達成する傾転角となる電流Ｉａを決定する。この電流Ｉａが第１ソレノイド７５に送給されることにより、両方向ポンプ１６の傾転角が指示流量Ｑopaを実現する傾転角となる。

その後、制御装置８は、モータ流量Ｑｍを再度算出し（ステップＳ３８）、モータ流量Ｑｍがポンプ目標流量Ｑdirと等しくなるまで低下したかを判定する（ステップＳ３９）。ステップＳ３９でＹＥＳであれば、制御装置８は左旋回減速制御を終了する。一方、ステップＳ３９でＮＯであれば、左旋回パイロット圧Ｐａの時間変化率ΔＰａがゼロの場合（ステップＳ４０でＹＥＳ）はステップＳ３４に戻り、ΔＰａが０よりも小さい場合（ステップＳ４０でＮＯ、ステップＳ４１でＹＥＳ）にはステップＳ３３に戻る。逆に、ΔＰａが０よりも大きい場合（ステップＳ４１でＮＯ）には、上述した左旋回加速制御に移行する。

上述したような左旋回減速制御であれば、左旋回パイロット圧Ｐａが急激に減少しても、両方向ポンプ１６の傾転角はモータ流量Ｑｍに連動して徐々にしか低下しない。従って、排出側の給排ライン３２からリリーフ弁３５を介して流出する作動油の量を小さく抑えることができる。これにより、旋回減速時に作動油のエネルギーが消失することを抑制することができる。しかも、傾転角が徐々にしか低下しない両方向ポンプ１６はモータとして機能するようになり、旋回モータ１７から排出される作動油からエネルギーを回生することができる。回生されたエネルギーは、供給ポンプ１２の駆動力として利用される。

例えば、図７（ａ）に示すように旋回操作弁１９の操作レバーを一瞬で特定の左旋回位置から中立位置に動かしたときは、図７（ｂ）に示すように、指示流量Ｑopaは左旋回パイロット圧Ｐａとほぼ同じように推移するが、両方向ポンプ１６の傾転角を決定するためのポンプ目標流量Ｑdirはモータ流量Ｑｍに連動して徐々にしか低下しない。従って、従来技術と同様に左旋回パイロット圧Ｐａに連動して斜板１６ａを動かした場合には、図８（ａ）に示すように大きな面積のエネルギーＥｐが消失する。これに対し、本実施形態では、図８（ｂ）に示すように、消失するエネルギーＥｃをエネルギーＥｐから差し引いた残りのエネルギーＥｒを回生することができるので、消失するエネルギーＥｃの面積が極めて小さくなる。

しかも、左旋回減速時に旋回モータ１７から排出される作動油の圧力はリリーフ弁３５の設定圧を下回ることがないので、十分な減速度を確保することができる。また、上述した左旋回減速制御であれば、リリーフ弁３５を安定して作動させることができるので、従来通りの減速度と従来通りの作動安定性を確保できる。

なお、右旋回時にも図６と同様の制御によって、上記と同様の効果が得られることは言うまでもない。

（その他の実施形態）
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

１油圧駆動システム
１０建設機械
１２供給ポンプ
１３ブームシリンダ（旋回モータ以外のアクチュエータ）
１６両方向ポンプ
１６ａ斜板
１７旋回モータ
１８チャージポンプ
１９旋回操作弁
３１，３２給排ライン
３３橋架路
３４，３５リリーフ弁
５レギュレータ
６サーボ機構
６１サーボピストン
６２第１チャンバー
６３第２チャンバー
７切換弁
７５第１ソレノイド
７６第２ソレノイド
８制御装置

Claims

旋回モータと、
一対の給排ラインにより閉ループを形成するように前記旋回モータと接続された可変容量型の両方向ポンプと、
前記一対の給排ライン同士を接続する橋架路であって、互いに逆向きに一対のリリーフ弁が設けられた橋架路と、
前記両方向ポンプの傾転角を変更するレギュレータと、
旋回操作を受けて、前記旋回操作の量に応じた大きさの旋回信号を出力する旋回操作弁と、
前記旋回操作弁から出力される旋回信号に基づいて前記レギュレータを制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記旋回信号が増大する旋回加速時に、前記旋回モータを通過するモータ流量と、前記旋回信号から決定される指示流量を算出し、前記指示流量が前記モータ流量に所定値を加えた基準流量よりも大きい場合には、前記両方向ポンプの傾転角が前記基準流量を実現する傾転角となるように前記レギュレータを制御し、前記指示流量が前記基準流量以下の場合には、前記両方向ポンプの傾転角が前記指示流量を実現する傾転角となるように前記レギュレータを制御する、建設機械の油圧駆動システム。
前記両方向ポンプと連結された、前記旋回モータ以外のアクチュエータに作動油を供給する供給ポンプをさらに備え、
前記制御装置は、前記旋回信号が減少する旋回減速時に、前記旋回モータを通過するモータ流量と、前記旋回信号から決定される指示流量を算出し、前記指示流量が前記モータ流量から所定値を差し引いた基準流量よりも小さい場合には、前記両方向ポンプの傾転角が前記基準流量を実現する傾転角となるように前記レギュレータを制御し、前記指示流量が前記基準流量以上の場合には、前記両方向ポンプの傾転角が前記指示流量を実現する傾転角となるように前記レギュレータを制御する、請求項１に記載の建設機械の油圧駆動システム。
旋回モータと、
一対の給排ラインにより前記旋回モータと閉ループを形成するように接続された可変容量型の両方向ポンプと、
前記両方向ポンプと連結された、前記旋回モータ以外のアクチュエータに作動油を供給する供給ポンプと、
前記一対の給排ライン同士を接続する橋架路であって、互いに逆向きに一対のリリーフ弁が設けられた橋架路と、
前記両方向ポンプの傾転角を変更するレギュレータと、
旋回操作を受けて、前記旋回操作の量に応じた大きさの旋回信号を出力する旋回操作弁と、
前記旋回操作弁から出力される旋回信号に基づいて前記レギュレータを制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記旋回信号が減少する旋回減速時に、前記旋回モータを通過するモータ流量と、前記旋回信号から決定される指示流量を算出し、前記指示流量が前記モータ流量から所定値を差し引いた基準流量よりも小さい場合には、前記両方向ポンプの傾転角が前記基準流量を実現する傾転角となるように前記レギュレータを制御し、前記指示流量が前記基準流量以上の場合には、前記両方向ポンプの傾転角が前記指示流量を実現する傾転角となるように前記レギュレータを制御する、建設機械の油圧駆動システム。
前記両方向ポンプは、斜板がセンターから両側に傾倒可能な斜板ポンプであり、
前記レギュレータは、前記両方向ポンプの斜板と連結されたサーボピストン、前記サーボピストンの一方の端部に油圧を作用させるための第１チャンバー、および前記サーボピストンの他方の端部に油圧を作用させるための第２チャンバー、を含むサーボ機構と、
第１ソレノイドおよび第２ソレノイドを有し、前記第１ソレノイドに電流が送給されたときに前記第１チャンバーに作動油を導き、前記第２ソレノイドに電流が送給されたときに前記第２チャンバーに作動油を導くように構成された切換弁と、を含み、
前記制御装置は、前記旋回信号が増大する旋回加速時に、前記基準流量または前記指示流量に応じた電流を前記第１ソレノイドまたは前記第２ソレノイドに送給する、請求項１または２に記載の建設機械の油圧駆動システム。
前記両方向ポンプは、斜板がセンターから両側に傾倒可能な斜板ポンプであり、
前記レギュレータは、前記両方向ポンプの斜板と連結されたサーボピストン、前記サーボピストンの一方の端部に油圧を作用させるための第１チャンバー、および前記サーボピストンの他方の端部に油圧を作用させるための第２チャンバー、を含むサーボ機構と、
第１ソレノイドおよび第２ソレノイドを有し、前記第１ソレノイドに電流が送給されたときに前記第１チャンバーに作動油を導き、前記第２ソレノイドに電流が送給されたときに前記第２チャンバーに作動油を導くように構成された切換弁と、を含み、
前記制御装置は、前記旋回信号が減少する旋回減速時に、前記基準流量または前記指示流量に応じた電流を前記第１ソレノイドまたは前記第２ソレノイドに送給する、請求項２または３に記載の建設機械の油圧駆動システム。
前記一対の給排ラインに作動油を補給するためのチャージポンプをさらに備え、
前記切換弁は、前記第１ソレノイドまたは前記第２ソレノイドに電流が送給されたときに、前記チャージポンプから吐出された作動油を前記第１チャンバーまたは前記第２チャンバーに導く、請求項４または５に記載の建設機械の油圧駆動システム。