JP2018071311A

JP2018071311A - エネルギ回生システム

Info

Publication number: JP2018071311A
Application number: JP2016216412A
Authority: JP
Inventors: 康裕米原; Yasuhiro Yonehara
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2016-11-04
Filing date: 2016-11-04
Publication date: 2018-05-10

Abstract

【課題】エネルギ回生システムの効率を高める。
【解決手段】エネルギ回生システム１００は、エンジン１１により駆動され作動油を吐出するポンプ１０と、ポンプ１０から吐出される作動油により駆動される旋回モータ３０及びブームシリンダ５０と、旋回モータ３０又はブームシリンダ５０から排出される作動油により駆動される回生モータ８０と、回生モータ８０とエンジン１１とを連結し、回生モータ８０とエンジン１１の変速比を連続的に変化させる無段変速機９０と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、エネルギを回生するシステムに関する。

油圧ショベル等の旋回式作業機械において、アクチュエータから排出される作動流体のエネルギを回生するエネルギ回生システムが知られている。特許文献１には、エンジンに連結される可変容量型の回生モータを備え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では、旋回減速時に旋回モータから排出される作動流体により回生モータが駆動され、エンジンが回生モータによってアシストされる。

特開２０１６−３８０７４号公報

特許文献１に開示されるエネルギ回生システムでは、回生モータはエンジンの出力シャフトに直接連結され、回生モータの回転数はエンジンの回転数と一致する。そして、回生モータに供給される作動流体の流量に応じて回生モータの容量を変化させることによって、エンジンがアシストされる。

しかしながら、可変容量型の回生モータにおける容量変化の応答性は、小容量域及び大容量域において低い。そのため、回生モータに小流量又は大流量の作動流体が供給される際に、回生モータの容量を十分な応答性で変化させることができない。この場合、回生モータがエンジンの負荷となってエンジンの燃費が低下するおそれがある。また、エンジンの定格動力を超える動力が回生モータからエンジンに伝達されるおそれがある。

このため、特許文献１のエネルギ回生システムでは、アクチュエータから小流量又は大流量の作動流体が排出される際には回生モータを迂回してタンクに作動流体を排出する必要がある。つまり、回生モータにより回生可能な流量範囲が制限され、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。

本発明は、エネルギ回生システムの効率を高めることを目的とする。

第１の発明は、エンジンにより駆動されるポンプと、ポンプから吐出される作動流体により駆動されるアクチュエータと、アクチュエータから排出される作動流体により駆動される回生モータと、回生モータとエンジンとを連結し回生モータとエンジンの変速比を連続的に変化させる無段変速機と、を備えることを特徴とする。

第１の発明では、無段変速機が変速比を連続的に変化させるので、エンジンと回生モータとの連結に関わらず、回生モータはアクチュエータから送られる作動流体の流量に応じた回転数で駆動される。したがって、作動流体の流量に応じて回生モータの容量を変化させることなく回生モータを作動流体により駆動して回生モータの動力をエンジンに伝達させることができ、回生可能な流量範囲を拡大することができる。

第２の発明は、エンジンと回生モータとの連結を切り離すクラッチを更に備えることを特徴とする。

第２の発明では、クラッチがエンジンと回生モータとの連結を切り離す。クラッチにより連結が切り離された状態では、エンジンと回生モータとの間の動力の伝達が遮断され、エンジンは回生モータから独立して駆動される。したがって、回生モータへの作動流体の供給が遮断された場合に回生モータがエンジンにより駆動されるのを防ぐことができ、回生モータとアクチュエータとの間の通路の圧力の低下を防ぐことができる。

第３の発明は、クラッチが、エンジンと無段変速機との間に設けられることを特徴とする。

第３の発明では、クラッチがエンジンと無段変速機との間に設けられる。クラッチにより連結が切り離された状態では、エンジンと無段変速機との間の動力の伝達が遮断され、エンジンは無段変速機から独立して駆動される。したがって、エンジンが無段変速機を駆動するのを防止することができ、エンジンの負荷を低減してエンジンの燃費を向上させることができる。

第４の発明は、タンク内の作動流体を回生モータに導くタンク通路と、タンク通路を通じてタンクへ向かう作動流体の流れを遮断する逆止弁と、を更に備えることを特徴とする。

第４の発明では、タンク内の作動流体はタンク通路により回生モータに導かれる。そのため、アクチュエータからの作動流体の排出が停止し回生モータがエンジンにより駆動されるときには、回生モータは、タンク通路を通じてタンク内の作動流体を吸い込む。したがって、回生モータとアクチュエータとの間の通路の圧力の低下を防ぐことができ、キャビテーションの発生も防止することができる。また、逆止弁がタンク通路を通じてタンクへ向かう作動流体の流れを遮断するので、アクチュエータから排出される作動流体は、タンク通路を通じてタンクへ向かうことなく、回生モータに供給される。したがって、より多くの作動流体のエネルギを回生モータにより回生することができる。

第５の発明は、アクチュエータから排出される作動流体をアキュムレータに導くとともにアキュムレータ内の作動流体を回生モータに導くアキュムレータ通路を更に備えることを特徴とする。

第５の発明では、アキュムレータ通路がアキュムレータ内の作動流体を回生モータに導く。そのため、アクチュエータからの作動流体の排出が停止し回生モータがエンジンにより駆動されるときには、回生モータは、アキュムレータ通路を通じてアキュムレータ内の作動流体を吸い込む。したがって、回生モータとアクチュエータとの間の通路の圧力の低下を防ぐことができ、キャビテーションの発生も防止することができる。

第６の発明は、アキュムレータ通路における作動流体の流れを遮断する制御弁を更に備えることを特徴とする。

第６の発明では、制御弁がアキュムレータ通路における作動流体の流れを遮断する。制御弁により作動流体の流れが遮断された状態では、アキュムレータに蓄圧された作動流体は、アキュムレータ内に貯留される。したがって、所望のタイミングでアキュムレータ内に貯留された作動流体を回生モータに供給して回生モータを駆動することができ、効率的にエンジンをアシストすることができる。

第７の発明は、タンク内の作動流体を回生モータに導くタンク通路と、アクチュエータから排出される作動流体をアキュムレータに導くとともにアキュムレータ内の作動流体を回生モータに導くアキュムレータ通路と、タンク通路とアキュムレータ通路とにわたって設けられる制御弁と、を更に備え、制御弁は、タンク通路におけるタンクから回生モータへ向かう作動流体の流れを許容しアキュムレータ通路における作動流体の流れを遮断する第１位置と、タンク通路における作動流体の流れを遮断しアキュムレータ通路における作動流体の流れを許容する第２位置と、を有することを特徴とする。

第７の発明では、制御弁は、第１位置と第２位置とを有する。制御弁が第１位置にある場合には、タンク内の作動流体が回生モータに導かれる。制御弁が第２位置にある場合には、アキュムレータ内の作動流体が回生モータに導かれる。したがって、回生モータがタンク内の作動流体を吸い込む状態と、回生モータがアキュムレータから供給される作動流体により駆動される状態と、を容易に切り換えることができ、効率的にエンジンをアシストすることができる。

本発明によれば、エネルギ回生システムの効率を高めることができる。

本発明の第１〜第４実施形態に係るエネルギ回生システムを適用可能な油圧ショベルの概略図である。本発明の第１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る。図２に示す制御弁ユニットの詳細を示す油圧回路図である。本発明の第２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る。本発明の第３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る。本発明の第４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る。

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。

＜第１実施形態＞
まず、図１から図３を参照して、本発明の第１実施形態に係るエネルギ回生システム１００について説明する。

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の上部に旋回可能に設けられる旋回部３と、旋回部３の前方部に設けられる掘削部４と、を備える。走行部２は、走行モータ（図示省略）によって駆動される左右一対のクローラ２ａを有する。左右一対のクローラ２ａが駆動されると油圧ショベル１が走行する。

旋回部３の回転軸は、鉛直軸と略一致する。旋回部３は旋回モータ３０（図２等参照）を介して走行部２に連結され、旋回モータ３０の作動により走行部２に対して左右に旋回する。

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は旋回部３に回動可能に支持され、アーム６はブーム５の先端に回動可能に支持され、バケット７はアーム６の先端に回動可能に支持される。ブーム５、アーム６及びバケット７の回転軸は、水平軸と略一致する。

ブーム５はブームシリンダ５０を介して旋回部３と連結され、ブームシリンダ５０によって旋回部３に対して上下に回動する。同様に、アーム６はアームシリンダ６０を介してブーム５と連結され、アームシリンダ６０によってブーム５に対して回動する。バケット７はバケットシリンダ７０を介してアーム６と連結され、バケットシリンダ７０によってアーム６に対して回動する。

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」とも称する。

図２に示すように、エネルギ回生システム１００は、作動油を吐出するポンプ１０と、ポンプ１０から吐出された作動油の流れを制御する制御弁ユニット２０と、を備える。制御弁ユニット２０は、供給通路２１を通じてポンプ１０に接続されるとともに、排出通路２２を通じてタンク１２に接続される。

ポンプ１０は、エンジン１１の出力シャフト１１ａに連結される。エンジン１１が作動すると、ポンプ１０はエンジン１１により駆動され作動油を吐出する。ポンプ１０から吐出された作動油は、供給通路２１を通じて制御弁ユニット２０に導かれる。

制御弁ユニット２０は、図３に示すように、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への作動油の供給をそれぞれ制御する旋回制御弁３１、ブーム制御弁５１、アーム制御弁６１及びバケット制御弁７１を有する。旋回制御弁３１、ブーム制御弁５１、アーム制御弁６１及びバケット制御弁７１は、供給通路２１に接続される。

また、制御弁ユニット２０は、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を介することなく供給通路２１と排出通路２２とを接続する中立通路２３を有する。中立通路２３には、旋回制御弁３１、ブーム制御弁５１、アーム制御弁６１及びバケット制御弁７１が設けられる。つまり、旋回制御弁３１、ブーム制御弁５１、アーム制御弁６１及びバケット制御弁７１は、中立通路２３における作動油の流れも制御する。

図２に示すように、エネルギ回生システム１００は、旋回モータ３０又はブームシリンダ５０から排出される作動油により駆動される回生モータ８０と、回生モータ８０の動力をエンジン１１に伝達する無段変速機９０と、を更に備える。回生モータ８０が旋回モータ３０又はブームシリンダ５０から排出される作動油により駆動されると、回生モータ８０の動力が無段変速機９０を通じてエンジン１１に伝達され、エンジン１１がアシストされる。

このように、エネルギ回生システム１００では、旋回モータ３０又はブームシリンダ５０から排出される作動油のエネルギが回生モータ８０により回生される。

ポンプ１０、旋回モータ３０、ブームシリンダ５０、回生モータ８０及び無段変速機９０、並びにこれらに関連する構成について詳述する。

まず、ポンプ１０及びポンプ１０に関連する構成について、図１及び図３を参照して説明する。

ポンプ１０は、中立通路２３における作動油の流量に応じて容量を変更可能な可変容量型ポンプである。具体的には、ポンプ１０は斜板を有し、斜板の傾転角の変化に伴って押し除け量が変化する。斜板の傾転角は、レギュレータ１０ａにより制御される。

レギュレータ１０ａは、パイロット通路１３ａを通じてパイロット圧生成部１３に接続される。パイロット圧生成部１３は、中立通路２３に設けられ、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。具体的には、パイロット圧生成部１３は、中立通路２３における作動油の流量が多いほど高いパイロット圧を生成し、中立通路２３における作動油の流量が少ないほど低いパイロット圧を生成する。

パイロット圧生成部１３のパイロット圧は、パイロット通路１３ａを通じてレギュレータ１０ａに伝達される。レギュレータ１０ａは、パイロット圧生成部１３のパイロット圧に応じてポンプ１０の傾転角を制御し、ポンプ１０の押し除け量を変化させる。具体的には、レギュレータ１０ａは、パイロット圧が高いほど傾転角を小さくし、ポンプ１０の押し除け量を小さくする。また、レギュレータ１０ａは、パイロット圧が低いほど傾転角を大きくし、ポンプ１０の押し除け量を大きくする。

このように、ポンプ１０は、中立通路２３における作動油の流量が多いほど押し除け量が小さくなり中立通路２３における作動油の流量が少ないほど押し除け量が大きくなるように、パイロット圧生成部１３及びレギュレータ１０ａにより制御される。中立通路２３における作動油の流量が０（零）の場合には、ポンプ１０の傾転角は最大になり、１回転当たりの１回転当たりの押し除け量が最大になる。

次に、旋回モータ３０及び旋回モータ３０に関連する構成について、図１及び図３を参照して説明する。

旋回モータ３０は、ポンプ１０から吐出される作動油により駆動され動力（トルク）を発生する油圧モータである。旋回モータ３０と旋回制御弁３１とは、第１旋回通路３２ａ及び第２旋回通路３２ｂを通じて接続される。

旋回制御弁３１は、３位置切換弁である。具体的には、旋回制御弁３１は、ポンプ１０から旋回モータ３０への作動油の供給を遮断する中立位置３１ａと、ポンプ１０から旋回モータ３０への作動油の供給を許容する第１動作位置３１ｂ及び第２動作位置３１ｃと、を有する。

旋回制御弁３１は、中立位置３１ａにあるときには、中立通路２３における作動油の流れを許容する。このとき、旋回制御弁３１は、供給通路２１から第１旋回通路３２ａへの作動油の流れを遮断するとともに、供給通路２１から第２旋回通路３２ｂへの作動油の流れを遮断する。そのため、旋回モータ３０にはポンプ１０から吐出される作動油が供給されず、旋回モータ３０は駆動されない。

またこのとき、旋回制御弁３１は、第１旋回通路３２ａから排出通路２２への作動油の流れを遮断するとともに、第２旋回通路３２ｂから排出通路２２への作動油の流れを遮断する。したがって、旋回モータ３０内の作動油は、排出通路２２を通じてタンク１２に排出されない。

旋回制御弁３１は、第１動作位置３１ｂに切り換えられると、中立通路２３における作動油の流れを遮断し、供給通路２１から第１旋回通路３２ａへの作動油の流れを許容する。そのため、ポンプ１０から吐出された作動油は、供給通路２１、旋回制御弁３１及び第１旋回通路３２ａを通じて旋回モータ３０に供給される。その結果、旋回モータ３０は所定の方向に回転し、旋回部３（図１参照）を旋回させる。

このとき、旋回制御弁３１は、第２旋回通路３２ｂから排出通路２２への作動油の流れを許容する。旋回モータ３０の駆動に伴って、旋回モータ３０内の作動油は、第２旋回通路３２ｂ、旋回制御弁３１及び排出通路２２を通じてタンク１２に排出される。

旋回制御弁３１は、第２動作位置３１ｃに切り換えられると、中立通路２３における作動油の流れを遮断し、供給通路２１から第２旋回通路３２ｂへの作動油の流れを許容する。そのため、ポンプ１０から吐出された作動油は、供給通路２１、旋回制御弁３１及び第２旋回通路３２ｂを通じて旋回モータ３０に供給される。その結果、旋回モータ３０は所定の方向とは逆方向に回転し、旋回部３（図１参照）を旋回させる。

このとき、旋回制御弁３１は、第１旋回通路３２ａから排出通路２２への作動油の流れを許容する。旋回モータ３０の駆動に伴って、旋回モータ３０内の作動油は、第１旋回通路３２ａ、旋回制御弁３１及び排出通路２２を通じてタンク１２に排出される。

第１旋回通路３２ａから分岐しタンク１２に接続される通路には、第１リリーフ弁３３ａが設けられる。第１リリーフ弁３３ａによって、第１旋回通路３２ａ内の圧力は、所定の設定圧力値以下に保たれる。同様に、第２旋回通路３２ｂから分岐しタンク１２に接続される通路には、第２リリーフ弁３３ｂが設けられる。第２リリーフ弁３３ｂによって、第２旋回通路３２ｂ内の圧力は、所定の設定圧力値以下に保たれる。

第１旋回通路３２ａから分岐しタンク１２に接続される別の通路には、第１逆止弁３４ａが設けられる。第１逆止弁３４ａは、第１旋回通路３２ａからタンク１２への作動油の流れを遮断する一方で、タンク１２から第１旋回通路３２ａへの作動油の流れを許容する。同様に、第２旋回通路３２ｂから分岐しタンク１２に接続される別の通路には、第２逆止弁３４ｂが設けられる。第２逆止弁３４ｂは、第２旋回通路３２ｂからタンク１２への作動油の流れを遮断する一方で、タンク１２から第２旋回通路３２ｂへの作動油の流れを許容する。

旋回部３の旋回加速時には、ポンプ１０から吐出された作動油が旋回モータ３０へ供給される。このとき、旋回部３の慣性力により、第１旋回通路３２ａ又は第２旋回通路３２ｂ内の圧力が第１リリーフ弁３３ａ又は第２リリーフ弁３３ｂの所定の設定圧力まで上昇することがある。

この場合には、第１リリーフ弁３３ａ又は第２リリーフ弁３３ｂが開弁し、ポンプ１０から吐出される作動油の一部がタンク１２に排出される。つまり、ポンプ１０から吐出された作動油の一部は、旋回モータ３０の加速に寄与することなく、余剰の作動油としてタンク１２に排出される。

旋回部３の旋回減速時には、ポンプ１０から旋回モータ３０への作動油の供給が遮断される。このとき、旋回モータ３０は、旋回部３の慣性力により回転し続け、第１旋回通路３２ａ及び第２旋回通路３２ｂの一方から作動油を吸い込むとともに他方に作動油を排出する。

作動油の吸込と排出によって、第１旋回通路３２ａ及び第２旋回通路３２ｂの一方の圧力は低下し、第１旋回通路３２ａ及び第２旋回通路３２ｂの他方の圧力は上昇する。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を減速させ停止する。

第１旋回通路３２ａ又は第２旋回通路３２ｂにおけるブレーキ圧力が第１リリーフ弁３３ａ又は第２リリーフ弁３３ｂの設定圧力に達した場合には、第１リリーフ弁３３ａ又は第２リリーフ弁３３ｂが開く。その結果、第１旋回通路３２ａ又は第２旋回通路３２ｂ内の作動油は、タンク１２に排出される。つまり、旋回モータ３０から排出される作動油の一部は、旋回モータ３０の減速に寄与することなく、余剰の作動油としてタンク１２に排出される。

旋回モータ３０の減速時に旋回モータ３０への吸込流量が不足する場合には、タンク１２から第１逆止弁３４ａ又は第２逆止弁３４ｂを通じて旋回モータ３０に作動油が吸い込まれる。

次に、ブームシリンダ５０及びブームシリンダ５０に関連する構成について、図１及び図３を参照して説明する。

ブームシリンダ５０は、ポンプ１０から吐出される作動油により駆動され伸縮する複動型油圧シリンダである。ブームシリンダ５０の反ロッド側室５０ａは第１ブーム通路５２ａを通じてブーム制御弁５１に接続され、ブームシリンダ５０のロッド側室５０ｂは第２ブーム通路５２ｂを通じてブーム制御弁５１に接続される。

第１ブーム通路５２ａには、逆止弁５３ａが設けられる。逆止弁５３ａは、ブーム制御弁５１から反ロッド側室５０ａへの作動油の流れを許容する一方で、反ロッド側室５０ａからブーム制御弁５１への作動油の流れを遮断する。

また、第１ブーム通路５２ａには、逆止弁５３ａを迂回する迂回通路５３ｂが接続される。具体的には、迂回通路５３ｂは、第１ブーム通路５２ａにおける逆止弁５３ａとブーム制御弁５１との間に接続されるとともに、第１ブーム通路５２ａにおける逆止弁５３ａと反ロッド側室５０ａとの間に接続され、逆止弁５３ａを迂回する。

ブーム制御弁５１は、旋回制御弁３１と同様に、３位置切換弁である。具体的には、ブーム制御弁５１は、ポンプ１０からブームシリンダ５０への作動油の供給を遮断する中立位置５１ａと、ポンプ１０からブームシリンダ５０への作動油の供給を許容する第１動作位置５１ｂ及び第２動作位置５１ｃと、を有する。

ブーム制御弁５１は、中立位置５１ａにあるときには、中立通路２３における作動油の流れを許容する。このとき、ブーム制御弁５１は、供給通路２１から第１ブーム通路５２ａへの作動油の流れを遮断するとともに、供給通路２１から第２ブーム通路５２ｂ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にはポンプ１０から吐出される作動油が供給されない。

またこのとき、ブーム制御弁５１は、第１ブーム通路５２ａから排出通路２２への作動油の流れを遮断するとともに、第２ブーム通路５２ｂから排出通路２２への作動油の流れを遮断する。したがって、ブームシリンダ５０内の作動油は、排出通路２２を通じてタンク１２に排出されない。よって、ブーム制御弁５１が中立位置５１ａにあるときは、ブームシリンダ５０は駆動されない。

ブーム制御弁５１は、第１動作位置５１ｂに切り換えられると、中立通路２３における作動油の流れを遮断し、供給通路２１から第２ブーム通路５２ｂへの作動油の流れを許容する。そのため、ポンプ１０から吐出された作動油は、供給通路２１、ブーム制御弁５１及び第２ブーム通路５２ｂを通じてブームシリンダ５０のロッド側室５０ｂに供給される。

このとき、ブーム制御弁５１は、第１ブーム通路５２ａから排出通路２２への作動油の流れを許容する。したがって、ブームシリンダ５０の反ロッド側室５０ａ内の作動油は、第１ブーム通路５２ａ（迂回通路５３ｂ）、ブーム制御弁５１及び排出通路２２を通じてタンク１２に排出される。その結果、ブームシリンダ５０は収縮し、ブーム５（図１参照）を降下させる。

ブーム制御弁５１は、第２動作位置５１ｃに切り換えられると、中立通路２３における作動油の流れを遮断し、供給通路２１から第１ブーム通路５２ａへの作動油の流れを許容する。そのため、ポンプ１０から吐出された作動油は、供給通路２１、ブーム制御弁５１及び第１ブーム通路５２ａ（逆止弁５３ａ又は迂回通路５３ｂ）を通じてブームシリンダ５０の反ロッド側室５０ａに供給される。

このとき、ブーム制御弁５１は、第２ブーム通路５２ｂから排出通路２２への作動油の流れを許容する。したがって、ブームシリンダ５０のロッド側室５０ｂ内の作動油は、第２ブーム通路５２ｂ、ブーム制御弁５１及び排出通路２２を通じてタンク１２に排出される。その結果、ブームシリンダ５０は伸長し、ブーム５（図１参照）を上昇させる。

ブーム５（図１参照）を上昇させた状態でブーム制御弁５１を中立位置５１ａに切り換えた場合、ブーム５、アーム６及びバケット７等の重みによって、ブームシリンダ５０には収縮方向の負荷が作用する。このとき、ブームシリンダ５０は、反ロッド側室５０ａ内の作動油の圧力により負荷を保持する。つまり、反ロッド側室５０ａが負荷側圧力室として機能する。

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の構造と略同一であり、アーム制御弁６１及びバケット制御弁７１の構造はブーム制御弁５１の構造と略同一である。そのため、ここではそれらの説明を省略する。

次に、回生モータ８０及び回生モータ８０に関連する構成について、図２を参照して説明する。

回生モータ８０は、旋回モータ３０又はブームシリンダ５０から排出される作動油により駆動され動力（トルク）を発生する固定容量型油圧モータである。固定容量型油圧モータは、可変容量型油圧モータと比較して簡素であり、また、押し除け量を制御するためのレギュレータを必要としない。したがって、エネルギ回生システム１００のコストを低減することができる。

回生モータ８０は、回生通路８１を通じて旋回モータ３０及びブームシリンダ５０に接続される。回生通路８１は、第１旋回通路３２ａから分岐する第１旋回回生通路部８１ａと、第２旋回通路３２ｂから分岐する第２旋回回生通路部８１ｂと、第１ブーム通路５２ａにおける逆止弁５３ａとブームシリンダ５０との間から分岐するブーム回生通路部８１ｃと、旋回回生通路部８１ｄ及び共通回生通路部８１ｅに接続される旋回回生通路部８１ｄと、ブーム回生通路部８１ｃ及び旋回回生通路部８１ｄに接続される共通回生通路部８１ｅと、を含む。

第１旋回回生通路部８１ａ及び第２旋回回生通路部８１ｂは、旋回回生通路部８１ｄ及び共通回生通路部８１ｅを通じて回生モータ８０に接続される。ブーム回生通路部８１ｃは、共通回生通路部８１ｅを通じて回生モータ８０に接続される。

第１旋回回生通路部８１ａには第１逆止弁８２ａが設けられ、第２旋回回生通路部８１ｂには第２逆止弁８２ｂが設けられる。第１逆止弁８２ａは、第１旋回通路３２ａから旋回回生通路部８１ｄへの作動油の流れを許容する一方で、旋回回生通路部８１ｄから第１旋回通路３２ａへの作動油の流れを遮断する。第２逆止弁８２ｂは、第２旋回通路３２ｂから旋回回生通路部８１ｄへの作動油の流れを許容する一方で、旋回回生通路部８１ｄから第２旋回通路３２ｂへの作動油の流れを遮断する。

旋回回生通路部８１ｄには、旋回回生弁８３が設けられる。旋回回生弁８３は、作動油の流れを遮断する遮断位置８３ａと、作動油の流れを許容する連通位置８３ｂと、を有する。

ブーム回生通路部８１ｃには、ブーム回生弁８４が設けられる。ブーム回生弁８４は、ブームシリンダ５０から回生モータ８０への作動油の流れを遮断する遮断位置８４ａと、ブームシリンダ５０から回生モータ８０への作動油の流れを許容する連通位置８４ｂと、を有する。

ブーム回生弁８４は、迂回通路５３ｂにおける作動油の流れも制御する。具体的には、ブーム回生弁８４は、遮断位置８４ａにあるときには、迂回通路５３ｂにおける作動油の流れを許容する。また、ブーム回生弁８４は、連通位置８４ｂにあるときには、迂回通路５３ｂにおける作動油の流れを、絞り８４ｄを通じて許容する。

旋回回生弁８３の動作は電磁比例弁８３ｃにより制御され、ブーム回生弁８４の動作は電磁比例弁８４ｃにより制御される。電磁比例弁８３ｃ及び電磁比例弁８４ｃの詳細については、ここでは省略する。

電磁比例弁８３ｃ及び電磁比例弁８４ｃの動作は、コントローラ４０により制御される。つまり、旋回回生弁８３及びブーム回生弁８４の動作は、電磁比例弁８３ｃ及び電磁比例弁８４ｃを介して、コントローラ４０により制御される。

コントローラ４０は、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）と、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）と、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）と、を備える。ＣＰＵは、演算処理を実行し、制御信号を出力する。ＲＯＭは、ＣＰＵの処理動作に必要なプログラム及び設定値等を記憶する。ＲＡＭは、各種センサにより検出された情報を一時的に記憶する。

コントローラ４０による旋回回生弁８３の制御について説明する。

コントローラ４０は、圧力検出器としての圧力センサ４１と電気的に接続される。圧力センサ４１は、回生通路８１における旋回回生弁８３と第１逆止弁８２ａ又は第２逆止弁８２ｂとの間の部分の圧力を検出し、検出した圧力に応じた圧力信号を生成する。生成された圧力信号は、コントローラ４０に出力される。

コントローラ４０は、圧力センサ４１により検出された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８３ｃに制御信号を出力し、旋回回生弁８３を連通位置８３ｂに切り換える。これにより、旋回モータ３０から第１旋回通路３２ａ又は第２旋回通路３２ｂ及び回生通路８１を通じて回生モータ８０に向かう作動油の流れが許容される。

旋回回生弁８３が連通位置８３ｂに切り換えられた状態では、旋回モータ３０の余剰の作動油は回生モータ８０に供給され、回生モータ８０を駆動する。その結果、余剰の作動油のエネルギが回生モータ８０により回生される。

予め設定される旋回回生開始圧力について説明する。

旋回回生開始圧力が、第１リリーフ弁３３ａ及び第２リリーフ弁３３ｂの設定圧力よりもかなり低い圧力に設定された場合を仮定する。この場合には、第１旋回通路３２ａ及び第２旋回通路３２ｂ内の圧力が第１リリーフ弁３３ａ及び第２リリーフ弁３３ｂの設定圧力に達する前に、旋回回生弁８３が連通位置８３ｂに切り換えられる。つまり、第１旋回通路３２ａ及び第２旋回通路３２ｂ内の圧力は、第１リリーフ弁３３ａ及び第２リリーフ弁３３ｂの設定圧力に達せず、十分に上昇しない。

旋回モータ３０は、第１旋回通路３２ａ及び第２旋回通路３２ｂ内の圧力を受けて、旋回部３の慣性力に抗して旋回部３を旋回させ始める。そのため、第１旋回通路３２ａ及び第２旋回通路３２ｂ内の圧力が十分に上昇しない場合には、旋回速度が増加しにくく、旋回に時間がかかってしまう。

また、旋回モータ３０は、第１旋回通路３２ａ及び第２旋回通路３２ｂ内の圧力を受けて、旋回部３の慣性力に抗して旋回部３の旋回を停止する。そのため、第１旋回通路３２ａ及び第２旋回通路３２ｂ内の圧力が上昇しない場合には、旋回速度が減少しにくく、旋回の停止に時間がかかってしまう。

このように、旋回回生開始圧力が、第１リリーフ弁３３ａ及び第２リリーフ弁３３ｂの設定圧力よりもかなり低い圧力に設定されると、旋回モータ３０の応答性が低下するおそれがある。

旋回回生開始圧力が、第１リリーフ弁３３ａ及び第２リリーフ弁３３ｂの設定圧力と同等に設定された場合を仮定する。この場合には、第１旋回通路３２ａ及び第２旋回通路３２ｂ内の圧力が第１リリーフ弁３３ａ及び第２リリーフ弁３３ｂの設定圧力に達すると、旋回回生弁８３が連通位置８３ｂに切り換えられる。つまり、旋回回生弁８３が連通位置８３ｂに切り換えられたときには、第１リリーフ弁３３ａ及び第２リリーフ弁３３ｂが開弁している。

第１リリーフ弁３３ａ又は第２リリーフ弁３３ｂが開弁した状態では、旋回モータ３０の加速及び減速に寄与しない余剰の作動油は、第１リリーフ弁３３ａ又は第２リリーフ弁３３ｂを通じてタンク１２に導かれる。つまり、余剰の作動油は、回生モータ８０に導かれず、回生モータ８０を駆動しない。

このように、旋回回生開始圧力が、第１リリーフ弁３３ａ及び第２リリーフ弁３３ｂの設定圧力と同等に設定されると、回生モータ８０により回生されるエネルギ量が低下するおそれがある。

このような理由から、旋回回生開始圧力は、第１リリーフ弁３３ａ及び第２リリーフ弁３３ｂの設定圧力よりも少し低い圧力に設定される。これにより、旋回モータ３０の応答性を低下させることなく、回生されるエネルギ量を増加させることができる。

コントローラ４０によるブーム回生弁８４の制御について説明する。

コントローラ４０は、ブーム制御弁５１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操作センサ４２と電気的に接続される。操作センサ４２は、検出した操作方向及び操作量に応じた操作信号を生成し、コントローラ４０に出力する。

コントローラ４０は、操作センサ４２により検出された操作方向に基づいて、オペレータにより要求されるブームシリンダ５０の動作を判定する。コントローラ４０は、要求された動作が伸長動作であると判定した場合には、電磁比例弁８４ｃに制御信号を出力し、ブーム回生弁８４を遮断位置８４ａに保つ。

一方、コントローラ４０は、要求された動作が収縮動作であると判定した場合には、操作センサ４２により検出された操作量に基づいて、オペレータにより要求されるブームシリンダ５０の収縮速度（以下、「要求収縮速度」と称する）を演算する。コントローラ４０は、要求収縮速度が特に高いと判定した場合には、ブーム回生弁８４を遮断位置８４ａに保つ。

仮に、要求収縮速度が特に高いと判定された場合に、ブーム回生弁８４が連通位置８４ｂに切り換えられると、反ロッド側室５０ａ内の作動油のほとんどは、ブーム回生通路部８１ｃ及び共通回生通路部８１ｅを通じて回生モータ８０に供給される。回生モータ８０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ので、反ロッド側室５０ａ内の作動油は、十分な流量で排出されない。その結果、ブームシリンダ５０の実際の収縮速度が要求収縮速度に達しないおそれがある。

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、ブーム回生弁８４を遮断位置８４ａに保ち、反ロッド側室５０ａ内の作動油を、第１ブーム通路５２ａ（迂回通路５３ｂ）、ブーム制御弁５１及び排出通路２２を通じてタンク１２へ排出することが好ましい。排出通路２２は回生モータ８０といった負荷を経ることなくタンク１２に接続されるので、反ロッド側室５０ａ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要求収縮速度と略一致させることができる。

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５０ａ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５０ａとロッド側室５０ｂとを、再生制御弁（図示省略）を介し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５０ａからの作動油がロッド側室５０ｂに供給される。反ロッド側室５０ａ内の作動油がより速く減少しロッド側室５０ｂ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。

要求収縮速度が特に高いか否かは、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。

コントローラ４０は、要求された動作が収縮動作であると判定し、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、ブーム回生弁８４を連通位置８４ｂに切り換える。ブーム回生弁８４は、迂回通路５３ｂにおける作動油の流れを、絞り８４ｄを通じて許容するので、反ロッド側室５０ａ内の作動油は、切り換え直後は迂回通路５３ｂに導かれ、その後、徐々にブーム回生通路部８１ｃに導かれる。

ブーム回生通路部８１ｃに導かれた作動油は、共通回生通路部８１ｅを通じて回生モータ８０に供給され、回生モータ８０を駆動する。その結果、反ロッド側室５０ａから排出される作動油のエネルギが回生モータ８０により回生される。

操作センサ４２に代えて、ブームシリンダ５０のピストンロッド５０ｃ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、そのようなセンサにより検出される移動方向及び移動量に基づいてブーム回生弁８４を制御してもよい。また、ブーム制御弁５１を切り換える操作レバー（図示省略）の操作方向とその操作量を検出するセンサを操作レバーに設け、そのようなセンサにより検出される操作方向及び操作量に基づいてブーム回生弁８４を制御してもよい。

次に、無段変速機９０及び無段変速機９０に関連する構成について、図２を参照して説明する。

無段変速機９０は、第１プーリ９０ａと、第２プーリ９０ｂと、第１プーリ９０ａと第２プーリ９０ｂとに巻き掛けられるベルト９０ｃと、を有する。第１プーリ９０ａは回生モータ８０の出力シャフト８０ａに取り付けられ、回生モータ８０の駆動により回転する。第１プーリ９０ａの回転は、ベルト９０ｃを介して第２プーリ９０ｂに伝達される。

第２プーリ９０ｂは、クラッチ９１を介してエンジン１１の出力シャフト１１ａに取り付けられる。第２プーリ９０ｂの回転はクラッチ９１を通じてエンジン１１に伝達され、エンジン１１を回転させる。

このように、無段変速機９０は、回生モータ８０とエンジン１１とを連結し、回生モータ８０とエンジン１１との間で動力を伝達する。

第１プーリ９０ａ及び第２プーリ９０ｂの回転軸は互いに平行である。また、第１プーリ９０ａ及び第２プーリ９０ｂは円錐台形状を有し、テーパ方向が互いに逆になるように配置される。

不図示のベルト移動手段を用いてベルト９０ｃを第１プーリ９０ａ及び第２プーリ９０ｂの回転軸方向に移動させると、巻き掛け径（第１プーリ９０ａ及び第２プーリ９０ｂにおけるベルト９０ｃが巻き掛けられている箇所の径をいう）が無段階に連続的に変化する。第１プーリ９０ａの巻き掛け径に対する第２プーリ９０ｂの巻き掛け径の比は、回生モータ８０に対するエンジン１１の変速比に相当するので、巻き掛け径の変化に伴って、変速比も無段階に連続的に変化する。

このように、無段変速機９０は、回生モータ８０とエンジン１１の変速比を無段階に連続的に変化させる。そして、エネルギ回生システム１００では、エンジン１１と回生モータ８０とが無段変速機９０を介して連結されるので、エンジン１１の回転数に対する回生モータ８０の回転数の比の変動が許容される。つまり、エンジン１１の回転数に対する回生モータ８０の回転数の変動は、無段変速機９０によって吸収される。

回生モータ８０の回転数の変動が許容されるので、回生モータ８０は、エンジン１１の回転数に関わらず、旋回モータ３０又はブームシリンダ５０から排出される作動油の流量に応じた回転数で駆動される。したがって、作動油の流量に応じて回生モータ８０の容量を変化させることなく、旋回モータ３０又はブームシリンダ５０から排出される作動油により回生モータ８０を駆動し、エンジン１１をアシストすることができる。

仮に、変速比が常に一定になるように回生モータ８０とエンジン１１とが連結される場合には、エンジン１１の回転数に対する回生モータ８０の回転数の比の変動は許容されない。そのため、回生モータ８０として可変容量型油圧モータを用い、回生モータ８０に供給される作動油の流量に応じて容量を変化させ、エンジン１１の回転数に対する回生モータ８０の回転数の比を一定に保つ必要がある。

しかし、容量変化の応答性が低いと、供給される流量の減少に対して容量の減少が遅れ、回生モータ８０は、エンジン１１の負荷となるおそれがある。また、供給される流量の増加に対して容量の増加が遅れると、回生モータ８０は過大な動力を発生し、エンジン１１の定格動力を超える動力が回生モータ８０からエンジン１１に伝達されるおそれがある。そのため、可変容量型油圧モータの性能によっては、旋回モータ３０又はブームシリンダ５０から排出される作動油の一部又は全部を、回生モータ８０を迂回してタンク１２に排出する必要があり、回生モータ８０により回生可能な流量範囲が制限される。

エネルギ回生システム１００では、前述のように、回生モータ８０の回転数の変動が許容される。そのため、作動油の流量に応じて回生モータ８０の容量が変化しなくとも、回生モータ８０はエンジン１１の負荷とならず、エンジン１１の定格動力を超える動力も回生モータ８０からエンジン１１に伝達されない。したがって、旋回モータ３０又はブームシリンダ５０から排出される作動油を、回生モータ８０を迂回してタンク１２に排出する必要がなく、回生モータ８０により回生可能な流量範囲を拡大することができる。その結果、エネルギ回生システム１００の効率を高めることができる。

クラッチ９１は、エンジン１１の出力シャフト１１ａと無段変速機９０との連結を切り離し可能に形成される。クラッチ９１が連結を切り離した状態では、エンジン１１と回生モータ８０との間の動力の伝達が遮断され、エンジン１１は回生モータ８０から独立して駆動される。

仮に、エンジン１１と回生モータ８０とが連結されている状態で回生モータ８０への作動油の供給が遮断されると、回生モータ８０は、エンジン１１により駆動される。このとき、回生モータ８０はポンプのように機能し、回生通路８１内の圧力を低下させる。圧力の低下は、旋回モータ３０及びブームシリンダ５０の動作に影響を及ぼすおそれがある。また、回生モータ８０内の圧力が低下し、キャビテーションが発生するおそれがある。

エネルギ回生システム１００では、エンジン１１と無段変速機９０とがクラッチ９１を介して連結される。そのため、回生モータ８０への作動油の供給が遮断されたときにエンジン１１と無段変速機９０との連結を切り離すことができる。回生モータ８０がエンジン１１により駆動されるのを防ぐことができ、回生通路８１及び回生モータ８０内の圧力が低下するのを防ぐことができる。したがって、旋回モータ３０及びブームシリンダ５０の動作への影響を防ぐことができるとともに、回生モータ８０内でのキャビテーションの発生を防止することができる。

クラッチ９１は、エンジン１１と無段変速機９０との間、より具体的にはエンジン１１と第２プーリ９０ｂとの間に設けられる。そのため、クラッチ９１が連結を切り離した状態では、エンジン１１は無段変速機９０から独立して駆動される。したがって、エンジン１１による無段変速機９０の駆動を停止させることができ、エンジン１１の燃費を向上させることができる。

クラッチ９１の動作は、コントローラ４０により制御される。

コントローラ４０は、旋回回生弁８３又はブーム回生弁８４を連通位置８３ｂ，８４ｂに切り換える際に、クラッチ９１に制御信号を出力し、エンジン１１と無段変速機９０とを連結する。これによって、旋回モータ３０又はブームシリンダ５０から排出される作動油により回生モータ８０が駆動されるときに、回生モータ８０の動力をエンジン１１に伝達することができ、エンジン１１をアシストすることができる。

コントローラ４０は、旋回回生弁８３及びブーム回生弁８４を遮断位置８３ａ，８４ａに切り換える際には、クラッチ９１に制御信号を出力し、エンジン１１と無段変速機９０との連結を切り離す。これによって、エンジン１１の動力が回生モータ８０に伝達されず、エンジン１１が回生モータ８０から独立して駆動する。したがって、回生モータ８０に作動油が供給されない状態で回生モータ８０がエンジン１１により駆動されるのを防止することができ、エンジン１１の負荷を低減することができる。

以上の第１実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

エネルギ回生システム１００では、無段変速機９０が変速比を連続的に変化させるので、エンジン１１と回生モータ８０との連結に関わらず、回生モータ８０は旋回モータ３０又はブームシリンダ５０から排出される作動油の流量に応じた回転数で駆動される。したがって、作動油の流量に応じて回生モータ８０の容量を変化させることなく回生モータ８０を作動油により駆動することができ、回生モータ８０の動力をエンジン１１に伝達させることができる。その結果、回生可能な流量範囲を拡大することができ、エネルギ回生システム１００の効率を高めることができる。

また、エネルギ回生システム１００では、クラッチ９１がエンジン１１と回生モータ８０との連結を切り離す。クラッチ９１により連結が切り離された状態では、エンジン１１と回生モータ８０との間の動力の伝達が遮断され、エンジン１１は回生モータ８０から独立して駆動される。したがって、回生モータ８０への作動油の供給が遮断された場合に回生モータ８０がエンジン１１により駆動されるのを防ぐことができ、回生通路８１の圧力の低下を防ぐことができ、キャビテーションの発生も防止することができる。

また、エネルギ回生システム１００では、クラッチ９１がエンジン１１と無段変速機９０との間に設けられるので、エンジン１１は無段変速機９０から独立して駆動される。したがって、エンジン１１による無段変速機９０の駆動を停止させることができ、エンジン１１の燃費を向上させることができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係るエネルギ回生システム２００について、図４を参照して説明する。第１実施形態に係るエネルギ回生システム１００と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。また、エネルギ回生システム２００を適用可能な油圧ショベルは、図１に示される油圧ショベル１とほぼ同じであるので、その図示を省略する。

図４に示すように、エネルギ回生システム２００は、回生通路８１の共通回生通路部８１ｅから分岐し回生モータ８０を介すことなくタンク１２に接続されるタンク通路２９１を備える。タンク通路２９１は、タンク内の作動油を、共通回生通路部８１ｅを通じて回生モータ８０に導く。

タンク通路２９１には、逆止弁２９２が設けられる。逆止弁２９２は、タンク１２から共通回生通路部８１ｅへの作動油の流れを許容する一方で、共通回生通路部８１ｅからタンク１２への作動油の流れを遮断する。

エネルギ回生システム２００では、タンク１２が、回生モータ８０を介すことなく回生通路８１に接続される。そのため、旋回モータ３０及びブームシリンダ５０からの作動油の排出が停止し回生モータ８０がエンジン１１により駆動された場合に、回生モータ８０は、タンク１２から作動油を吸い込む。したがって、回生通路８１及び回生モータ８０内の圧力の低下を防ぐことができ、キャビテーションの発生も防止することができる。

また、エネルギ回生システム２００では、逆止弁２９２が共通回生通路部８１ｅからタンク１２へ向かう作動油の流れを遮断する。そのため、旋回モータ３０又はブームシリンダ５０から回生通路８１に排出される作動油は、タンク１２へ向かうことなく、回生モータ８０に導かれる。したがって、より多くの作動油のエネルギを回生モータ８０により回生することができる。

以上の第２実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

エネルギ回生システム２００においても、無段変速機９０が変速比を連続的に変化させるので、エンジン１１と回生モータ８０との連結に関わらず、回生モータ８０は旋回モータ３０又はブームシリンダ５０から排出される作動油の流量に応じた回転数で駆動される。したがって、作動油の流量に応じて回生モータ８０の容量を変化させることなく回生モータ８０を作動油により駆動することができ、回生モータ８０の動力をエンジン１１に伝達させることができる。その結果、回生可能な流量範囲を拡大することができ、エネルギ回生システム２００の効率を高めることができる。

また、エネルギ回生システム２００では、タンク通路２９１がタンク１２内の作動油を回生モータ８０に導く。そのため、回生モータ８０は、エンジン１１により駆動されたときには、タンク通路２９１を通じてタンク１２内の作動油を吸い込む。したがって、回生通路８１及び回生モータ８０内の圧力の低下を防ぐことができ、キャビテーションの発生も防止することができる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係るエネルギ回生システム３００について、図５を参照して説明する。第１実施形態に係るエネルギ回生システム１００と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。

図５に示すように、エネルギ回生システム３００は、作動油を蓄圧するアキュムレータ３９２と、アキュムレータ３９２に接続されるアキュムレータ通路３９１と、を備える。アキュムレータ通路３９１は、共通回生通路部８１ｅに接続され、共通回生通路部８１ｅ内の作動油をアキュムレータ３９２に導くとともにアキュムレータ３９２内の作動油を共通回生通路部８１ｅに導く。

アキュムレータ３９２は、ハウジング３９２ａと、ハウジング３９２ａの内部を油室３９２ｂと気体室３９２ｃとに区画するダイヤフラム３９２ｄと、を備える。アキュムレータ通路３９１は油室３９２ｂに連通する。気体室３９２ｃには圧縮空気が封入される。

ハウジング３９２ａの内部を油室３９２ｂと気体室３９２ｃとに区画する部材はダイヤフラム３９２ｄに限られず、例えばハウジング３９２ａ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３９２ｃには空気以外の気体、例えば窒素が封入されてもよい。

アキュムレータ通路３９１には制御弁３９３が設けられる。制御弁３９３は、アキュムレータ通路３９１における作動油の流れを遮断する遮断位置３９３ａと、アキュムレータ通路３９１における作動油の流れを絞り３９３ｄを通じて許容する連通位置３９３ｂと、を有する。制御弁３９３の動作は、電磁比例弁３９３ｃを介してコントローラ４０により制御される。

制御弁３９３が連通位置３９３ｂにありかつ共通回生通路部８１ｅ内の圧力が油室３９２ｂ内の圧力よりも高いときには、共通回生通路部８１ｅ内の作動油がアキュムレータ通路３９１を通じて油室３９２ｂに流入する。油室３９２ｂへの作動油の流入により気体室３９２ｃが収縮し、気体室３９２ｃの圧力が上昇する。つまり、作動油がアキュムレータ３９２に蓄圧される。

気体室３９２ｃの圧力と共通回生通路部８１ｅ内の圧力とが同じになったところで、共通回生通路部８１ｅから油室３９２ｂへの作動油の流入が停止する。

制御弁３９３が連通位置３９３ｂにありかつ共通回生通路部８１ｅ内の圧力が油室３９２ｂ内の圧力よりも低いときには、油室３９２ｂ内の作動油がアキュムレータ通路３９１を通じて共通回生通路部８１ｅへ流出する。油室３９２ｂ内の作動油の流出により気体室３９２ｃが膨張し、気体室３９２ｃの圧力が低下する。つまり、アキュムレータ３９２に蓄圧された作動油が共通回生通路部８１ｅに供給される。

気体室３９２ｃの圧力と共通回生通路部８１ｅ内の圧力が同じになったところで、油室３９２ｂから共通回生通路部８１ｅへの作動油の供給が停止する。

このように、アキュムレータ３９２は、アキュムレータ３９２内の圧力と共通回生通路部８１ｅ内の圧力との差に応じて、共通回生通路部８１ｅからの作動油を蓄圧する又はアキュムレータ３９２内の作動油を共通回生通路部８１ｅへ供給する。アキュムレータ３９２内の作動油が共通回生通路部８１ｅを通じて回生モータ８０に供給されることにより、回生モータ８０が駆動されエンジン１１がアシストされる。

共通回生通路部８１ｅ内の圧力は、共通回生通路部８１ｅに導かれた作動油のエネルギを回生モータ８０が全て回収できない場合に上昇する。共通回生通路部８１ｅ内の圧力が油室３９２ｂ内の圧力を超えると、共通回生通路部８１ｅから油室３９２ｂに作動油が流入する。つまり、アキュムレータ３９２は、共通回生通路部８１ｅ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。

共通回生通路部８１ｅ内の圧力は、共通回生通路部８１ｅに導かれた作動油のエネルギを全て回生モータ８０が回収する場合に低下する。共通回生通路部８１ｅ内の圧力が気体室３９２ｃ内の圧力よりも下がると、アキュムレータ３９２は、作動油を共通回生通路部８１ｅに供給する。

コントローラ４０による制御弁３９３の制御について説明する。

まず、旋回モータ３０又はブームシリンダ５０から作動油が排出されこの作動油のエネルギを回生する場合について説明する。

この場合には、コントローラ４０は、旋回回生弁８３又はブーム回生弁８４を連通位置８３ｂ，８４ｂに切り換えるとともに、制御弁３９３を連通位置３９３ｂに切り換える。これによって、アキュムレータ通路３９１における作動油の流れが許容される。

共通回生通路部８１ｅ内の圧力がアキュムレータ３９２内の圧力よりも高いときには、旋回モータ３０又はブームシリンダ５０から排出される作動油の一部がアキュムレータ３９２に蓄圧される。つまり、回生モータ８０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３９２に蓄圧される。

また、共通回生通路部８１ｅ内の圧力がアキュムレータ３９２内の圧力よりも低いときには、アキュムレータ３９２に蓄圧された作動油が共通回生通路部８１ｅに供給される。つまり、アキュムレータ３９２から供給される作動油により回生モータ８０が駆動され、エンジン１１をアシストする。

アキュムレータ３９２内の圧力がアキュムレータ３９２の圧力上限値を越えるのを防止するため、コントローラ４０はアキュムレータ３９２内の圧力に応じて制御弁３９３を切り換えてもよい。

具体的には、不図示の圧力センサがアキュムレータ３９２内の圧力を検出し、検出された圧力信号をコントローラ４０に出力する。コントローラ４０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、旋回回生弁８３及びブーム回生弁８４の位置に関わらず、制御弁３９３を遮断位置３９３ａに切り換える。これにより、アキュムレータ通路３９１における作動油の流れが遮断され、アキュムレータ３９２内の圧力がアキュムレータ３９２の圧力上限値を越えるのを防止することができる。

次に、旋回モータ３０及びブームシリンダ５０から作動油が排出されない場合又は旋回モータ３０及びブームシリンダ５０から排出される作動油のエネルギを回生しない場合について説明する。

この場合には、コントローラ４０は、旋回回生弁８３及びブーム回生弁８４を遮断位置８３ａ，８４ａに切り換える。また、コントローラ４０は、回転数センサ４３の検出結果に基づいて、制御弁３９３を制御する。

回転数センサ４３は、エンジン１１の出力シャフト１１ａに設けられ、エンジン１１の回転数を検出する。回転数センサ４３にて検出された回転数信号はコントローラ４０に出力される。

コントローラ４０は、回転数センサ４３の検出結果に基づいて、エンジン１１がアシストを必要としているかを判定する。エンジン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。

コントローラ４０は、回転数センサ４３により検出される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、制御弁３９３を連通位置３９３ｂに切り換える。これにより、アキュムレータ３９２に蓄圧された作動油が共通回生通路部８１ｅを通じて回生モータ８０に供給される。その結果、エンジン１１がアシストされる。

このように、エネルギ回生システム３００では、アキュムレータ通路３９１に制御弁３９３が設けられているので、作動油を蓄圧した状態でアキュムレータ通路３９１における作動油の流れを遮断することができる。したがって、アキュムレータ３９２内に貯留された作動油を所望のタイミングで回生モータ８０に供給して回生モータ８０を駆動することができ、効率的にエンジン１１をアシストすることができる。

また、コントローラ４０は、操作センサ４２の検出結果に基づいて、制御弁３９３を制御する。具体的には、コントローラ４０は、操作センサ４２により検出された操作方向から、オペレータにより要求された動作が伸長動作であると判定した場合には、制御弁３９３を連通位置３９３ｂに切り換える。これにより、アキュムレータ３９２内の作動油が共通回生通路部８１ｅを通じて回生モータ８０に導かれる。

オペレータにより要求された動作が伸長動作である場合には、ブームシリンダ５０から回生通路８１に作動油は排出されない。そのため、回生モータ８０は、エンジン１１をアシストせず、エンジン１１により駆動される。

このとき、制御弁３９３が連通位置３９３ｂに切り換えられているので、回生モータ８０は、アキュムレータ３９２から作動油を吸い込む。したがって、回生通路８１及び回生モータ８０内の圧力の低下を防止することができ、キャビテーションの発生も防止することができる。

また、アキュムレータ３９２は、旋回モータ３０又はブームシリンダ５０から排出される作動油を蓄圧する。そのため、回生モータ８０は、アキュムレータ３９２から供給される作動油によっても駆動される。したがって、旋回モータ３０又はブームシリンダ５０から排出される作動油だけでなく、アキュムレータ３９２から供給される作動油によってもエンジン１１をアシストすることができ、エンジン１１の燃費を向上させることができる。

以上の第３実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

エネルギ回生システム３００においても、無段変速機９０が変速比を連続的に変化させるので、エンジン１１と回生モータ８０との連結に関わらず、回生モータ８０は旋回モータ３０又はブームシリンダ５０から排出される作動油の流量に応じた回転数で駆動される。したがって、作動油の流量に応じて回生モータ８０の容量を変化させることなく回生モータ８０を作動油により駆動することができ、回生モータ８０の動力をエンジン１１に伝達させることができる。その結果、回生可能な流量範囲を拡大することができ、エネルギ回生システム３００の効率を高めることができる。

アキュムレータ通路３９１がアキュムレータ３９２内の作動油を回生モータ８０に導く。そのため、回生モータ８０は、エンジン１１により駆動されたときには、アキュムレータ通路３９１を通じてアキュムレータ３９２内の作動油を吸い込む。したがって、回生通路８１及び回生モータ８０内の圧力の低下を防止することができ、キャビテーションの発生も防止することができる。

また、制御弁３９３がアキュムレータ通路３９１における作動油の流れを遮断する。制御弁３９３により作動油の流れが遮断された状態では、アキュムレータ３９２に蓄圧された作動油は、アキュムレータ３９２内に貯留される。したがって、所望のタイミングでアキュムレータ３９２内に貯留された作動油を回生モータ８０に供給して回生モータ８０を駆動することができ、効率的にエンジン１１をアシストすることができる。

＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態に係るエネルギ回生システム４００について、図６を参照して説明する。第１、第２及び第３実施形態に係るエネルギ回生システム１００，２００，３００と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。

図６に示すように、エネルギ回生システム４００は、タンク通路２９１及びアキュムレータ通路３９１にわたって設けられる制御弁４９３を備える。制御弁４９３の動作は、電磁比例弁４９３ｃを介してコントローラ４０により制御される。

制御弁４９３は、第１位置４９３ａと第２位置４９３ｂとを有する２位置切換弁である。制御弁４９３が第１位置４９３ａにあるときには、タンク通路２９１は、逆止弁２９２を介して共通回生通路部８１ｅとタンク１２とを接続する。逆止弁２９２は、タンク１２から共通回生通路部８１ｅへの作動油の流れを許容する一方で、共通回生通路部８１ｅからタンク１２への作動油の流れを遮断する。また、制御弁４９３は、第１位置４９３ａにあるときには、アキュムレータ通路３９１における作動油の流れを遮断する。

制御弁４９３は、第２位置４９３ｂにあるときには、アキュムレータ通路３９１における作動油の流れを、絞り３９３ｄを通じて許容し、タンク通路２９１における作動油の流れを遮断する。

コントローラ４０による制御弁４９３の制御について説明する。

この場合には、コントローラ４０は、旋回回生弁８３又はブーム回生弁８４を連通位置８３ｂ，８４ｂに切り換えるとともに、制御弁４９３を第２位置４９３ｂに切り換える。これによって、タンク通路２９１における作動油の流れが遮断される。そのため、タンク１２内の作動油は、タンク通路２９１を通じて共通回生通路部８１ｅへ導かれない。また、旋回モータ３０又はブームシリンダ５０から排出される作動油は、タンク通路２９１を通じてタンク１２へは排出されない。

共通回生通路部８１ｅ内の圧力がアキュムレータ３９２内の圧力よりも高いときには、旋回モータ３０又はブームシリンダ５０から排出される作動油の一部がアキュムレータ３９２に流入し、アキュムレータ３９２内に蓄圧される。つまり、回生モータ８０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３９２に蓄圧される。

また、共通回生通路部８１ｅ内の圧力がアキュムレータ３９２内の圧力よりも低いときには、アキュムレータ３９２に蓄圧された作動油が共通回生通路部８１ｅを通じて回生モータ８０に供給される。つまり、アキュムレータ３９２から供給される作動油により回生モータ８０が駆動され、エンジン１１がアシストされる。

この場合には、コントローラ４０は、旋回回生弁８３及びブーム回生弁８４を遮断位置８３ａ，８４ａに切り換える。

また、コントローラ４０は、回転数センサ４３により検出される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、制御弁４９３を第２位置４９３ｂに切り換える。これにより、アキュムレータ３９２に蓄圧された作動油が共通回生通路部８１ｅを通じて回生モータ８０に供給され、エンジン１１がアシストされる。

このように、エネルギ回生システム４００では、エネルギ回生システム３００と同様に、アキュムレータ３９２内に貯留された作動油を所望のタイミングで回生モータ８０に供給して回生モータ８０を駆動することができ、効率的にエンジン１１をアシストすることができる。

また、コントローラ４０は、回転数センサ４３により検出される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、制御弁４９３を第１位置４９３ａに切り換える。これにより、タンク通路２９１におけるタンク１２から共通回生通路部８１ｅへ向かう作動油の流れが許容され、アキュムレータ通路３９１における作動油の流れが遮断される。

アキュムレータ通路３９１における作動油の流れが遮断されるので、アキュムレータ３９２内の作動油は回生モータ８０に供給されない。また、旋回回生弁８３及びブーム回生弁８４から回生通路８１に作動油が排出されないので、回生モータ８０は、エンジン１１により駆動される。

このとき、回生モータ８０は、タンク１２内の作動油をタンク通路２９１及び共通回生通路部８１ｅを通じて吸い込む。したがって、回生通路８１及び回生モータ８０内の圧力の低下を防止することができる。

また、回生モータ８０がタンク１２から作動油を吸い込むので、回生モータ８０内の圧力が低下するのを防止することができる。したがって、回生モータ８０内でのキャビテーションの発生を防止することができる。

以上の第４実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

エネルギ回生システム４００においても、無段変速機９０が変速比を連続的に変化させるので、エンジン１１と回生モータ８０との連結に関わらず、回生モータ８０は旋回モータ３０又はブームシリンダ５０から排出される作動油の流量に応じた回転数で駆動される。したがって、作動油の流量に応じて回生モータ８０の容量を変化させることなく回生モータ８０を作動油により駆動することができ、回生モータ８０の動力をエンジン１１に伝達させることができる。その結果、回生可能な流量範囲を拡大することができ、エネルギ回生システム４００の効率を高めることができる。

また、制御弁４９３が第１位置４９３ａにある場合には、タンク１２内の作動油が回生モータ８０に導かれる。制御弁４９３が第２位置４９３ｂにある場合には、アキュムレータ３９２内の作動油が回生モータ８０に導かれる。したがって、回生モータ８０がタンク１２内の作動油を吸い込む状態と、回生モータ８０がアキュムレータ３９２から供給される作動油により駆動される状態と、を容易に切り換えることができ効率的にエンジン１１をアシストすることができる。

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。

本実施形態では、エネルギ回生システム１００，２００，３００，４００は、エンジン１１に連結され、エンジン１１により駆動され作動油を吐出するポンプ１０と、ポンプ１０に接続され、ポンプ１０から吐出される作動油により駆動される旋回モータ３０及びブームシリンダ５０と、旋回モータ３０又はブームシリンダ５０から排出される作動油により駆動される回生モータ８０と、回生モータ８０とエンジン１１とを連結し、回生モータ８０とエンジン１１の変速比を連続的に変化させる無段変速機９０と、を備える。

この構成では、無段変速機９０が変速比を連続的に変化させるので、エンジン１１と回生モータ８０との連結に関わらず、回生モータ８０は旋回モータ３０又はブームシリンダ５０から送られる作動油の流量に応じた回転数で駆動される。したがって、作動油の流量に応じて回生モータ８０の容量を変化させることなく回生モータ８０を作動油により駆動して回生モータ８０の動力をエンジン１１に伝達させることができ、回生可能な流量範囲を拡大することができる。その結果、エネルギ回生システム１００，２００，３００，４００の効率を高めることができる。

また、本実施形態によれば、エネルギ回生システム１００は、エンジン１１と回生モータ８０との連結を切り離すクラッチ９１を更に備える。

この構成では、クラッチ９１がエンジン１１と回生モータ８０との連結を切り離す。クラッチ９１により連結が切り離された状態では、エンジン１１と回生モータ８０との間の動力の伝達が遮断され、エンジン１１は回生モータ８０から独立して駆動される。したがって、回生モータ８０への作動油の供給が遮断された場合に回生モータ８０がエンジン１１により駆動されるのを防ぐことができ、回生通路８１内の圧力の低下を防ぐことができる。

また、本実施形態では、クラッチ９１は、エンジン１１と無段変速機９０との間に設けられる。

この構成では、クラッチ９１がエンジン１１と無段変速機９０との間に設けられる。クラッチ９１により連結が切り離された状態では、エンジン１１と無段変速機９０との間の動力の伝達が遮断され、エンジン１１は無段変速機９０から独立して駆動される。したがって、エンジン１１が無段変速機９０を駆動するのを防止することができ、エンジン１１の負荷を低減してエンジン１１の燃費を向上させることができる。

また、本実施形態では、エネルギ回生システム２００は、作動油を貯留するタンク１２と、タンク１２に接続され、タンク１２内の作動油を回生モータ８０に導くタンク通路２９１と、タンク通路２９１に設けられ、タンク通路２９１を通じてタンク１２へ向かう作動油の流れを遮断する逆止弁２９２と、を更に備える。

この構成では、タンク１２内の作動油はタンク通路２９１により回生モータ８０に導かれる。そのため、旋回モータ３０及びブームシリンダ５０からの作動油の排出が停止し回生モータ８０がエンジン１１により駆動されるときには、回生モータ８０は、タンク通路２９１を通じてタンク１２内の作動油を吸い込む。したがって、回生通路８１内の圧力の低下を防ぐことができ、キャビテーションの発生も防止することができる。また、逆止弁２９２がタンク通路２９１を通じてタンク１２へ向かう作動油の流れを遮断するので、旋回モータ３０及びブームシリンダ５０から排出される作動油は、タンク通路２９１を通じてタンク１２へ向かうことなく、回生モータ８０に供給される。したがって、より多くの作動油のエネルギを回生モータ８０により回生することができる。

また、本実施形態では、エネルギ回生システム３００は、作動油を蓄圧するアキュムレータ３９２と、アキュムレータ３９２に接続され、旋回モータ３０及びブームシリンダ５０から排出される作動油をアキュムレータ３９２に導くとともにアキュムレータ３９２内の作動油を回生モータ８０に導くアキュムレータ通路３９１と、を更に備える。

この構成では、アキュムレータ通路３９１がアキュムレータ３９２内の作動油を回生モータ８０に導く。そのため、旋回モータ３０及びブームシリンダ５０からの作動油の排出が停止し回生モータ８０がエンジン１１により駆動されるときには、回生モータ８０は、アキュムレータ通路３９１を通じてアキュムレータ３９２内の作動油を吸い込む。したがって、回生通路８１内の圧力の低下を防ぐことができ、キャビテーションの発生も防止することができる。

また、本実施形態では、エネルギ回生システム３００は、アキュムレータ通路３９１に設けられ、アキュムレータ通路３９１における作動油の流れを遮断する制御弁３９３を更に備える。

この構成では、制御弁３９３がアキュムレータ通路３９１における作動油の流れを遮断する。制御弁３９３により作動油の流れが遮断された状態では、アキュムレータ３９２に蓄圧された作動油は、アキュムレータ３９２内に貯留される。したがって、所望のタイミングでアキュムレータ３９２内に貯留された作動油を回生モータ８０に供給して回生モータ８０を駆動することができ、効率的にエンジン１１をアシストすることができる。

また、本実施形態では、エネルギ回生システム４００は、作動油を貯留するタンク１２と、タンク１２に接続され、タンク１２内の作動油を回生モータ８０に導くタンク通路２９１と、作動油を蓄圧するアキュムレータ３９２と、アキュムレータ３９２に接続され、旋回モータ３０及びブームシリンダ５０から排出される作動油をアキュムレータ３９２に導くとともにアキュムレータ３９２内の作動油を回生モータ８０に導くアキュムレータ通路３９１と、タンク通路２９１とアキュムレータ通路３９１とにわたって設けられ、タンク通路２９１及びアキュムレータ通路３９１における作動油の流れを制御する制御弁４９３と、を更に備え、制御弁４９３は、タンク通路２９１におけるタンク１２から回生モータ８０へ向かう作動油の流れを許容し、アキュムレータ通路３９１における作動油の流れを遮断する第１位置４９３ａと、タンク通路２９１における作動油の流れを遮断し、アキュムレータ通路３９１における作動油の流れを許容する第２位置４９３ｂと、を有する。

この構成では、制御弁４９３は、第１位置４９３ａと第２位置４９３ｂとを有する。制御弁４９３が第１位置４９３ａにある場合には、タンク１２内の作動油が回生モータ８０に導かれる。制御弁４９３が第２位置４９３ｂにある場合には、アキュムレータ３９２内の作動油が回生モータ８０に導かれる。したがって、回生モータ８０がタンク１２内の作動油を吸い込む状態と、回生モータ８０がアキュムレータ３９２から供給される作動油により駆動される状態と、を容易に切り換えることができ効率的にエンジン１１をアシストすることができる。

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。

上記実施形態では、回生モータ８０として固定容量型の油圧モータが用いられているが、可変容量型の油圧モータが用いられてもよい。

上記実施形態は、適宜組み合わせ可能である。例えば、エネルギ回生システム１００におけるクラッチ９１を、エネルギ回生システム２００，３００，４００に用いてもよい。

１００，２００，３００，４００・・・エネルギ回生システム、１０・・・ポンプ、１１・・・エンジン、１２・・・タンク、３０・・・旋回モータ（アクチュエータ）、５０・・・ブームシリンダ（アクチュエータ）、８０・・・回生モータ、９０・・・無段変速機、９１・・・クラッチ、２９１・・・タンク通路、２９２・・・逆止弁、３９１・・・アキュムレータ通路、３９２・・・アキュムレータ、３９３・・・制御弁、４９３・・・制御弁、４９３ａ・・・第１位置、４９３ｂ・・・第２位置

Claims

エネルギ回生システムであって、
エンジンに連結され、前記エンジンにより駆動され作動流体を吐出するポンプと、
前記ポンプに接続され、前記ポンプから吐出される作動流体により駆動されるアクチュエータと、
前記アクチュエータから排出される作動流体により駆動される回生モータと、
前記回生モータと前記エンジンとを連結し、前記回生モータと前記エンジンの変速比を連続的に変化させる無段変速機と、を備えることを特徴とする
エネルギ回生システム。
請求項１に記載のエネルギ回生システムであって、
前記エンジンと前記回生モータとの連結を切り離すクラッチを更に備えることを特徴とする
エネルギ回生システム。
請求項２に記載のエネルギ回生システムであって、
前記クラッチは、前記エンジンと前記無段変速機との間に設けられることを特徴とする
エネルギ回生システム。
請求項１から３のいずれか１項に記載のエネルギ回生システムであって、
作動流体を貯留するタンクと、
前記タンクに接続され、前記タンク内の作動流体を前記回生モータに導くタンク通路と、
前記タンク通路に設けられ、前記タンク通路を通じて前記タンクへ向かう作動流体の流れを遮断する逆止弁と、を更に備えることを特徴とする
エネルギ回生システム。
請求項１から４のいずれか１項に記載のエネルギ回生システムであって、
作動流体を蓄圧するアキュムレータと、
前記アキュムレータに接続され、前記アクチュエータから排出される作動流体を前記アキュムレータに導くとともに前記アキュムレータ内の作動流体を前記回生モータに導くアキュムレータ通路と、を更に備えることを特徴とする
エネルギ回生システム。
請求項５に記載のエネルギ回生システムであって、
前記アキュムレータ通路に設けられ、前記アキュムレータ通路における作動流体の流れを遮断する制御弁を更に備えることを特徴とする
エネルギ回生システム。
請求項１から３のいずれか１項に記載のエネルギ回生システムであって、
作動流体を貯留するタンクと、
前記タンクに接続され、前記タンク内の作動流体を前記回生モータに導くタンク通路と、
作動流体を蓄圧するアキュムレータと、
前記アキュムレータに接続され、前記アクチュエータから排出される作動流体を前記アキュムレータに導くとともに前記アキュムレータ内の作動流体を前記回生モータに導くアキュムレータ通路と、
前記タンク通路と前記アキュムレータ通路とにわたって設けられ、前記タンク通路及び前記アキュムレータ通路における作動流体の流れを制御する制御弁と、を更に備え、
前記制御弁は、
前記タンク通路における前記タンクから前記回生モータへ向かう作動流体の流れを許容し、前記アキュムレータ通路における作動流体の流れを遮断する第１位置と、
前記タンク通路における作動流体の流れを遮断し、前記アキュムレータ通路における作動流体の流れを許容する第２位置と、
を有することを特徴とする
エネルギ回生システム。