JP2018159436A - 作業機械の油圧駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】作業機械のエンジンの出力トルクに余剰がある場合に大きなエネルギーを迅速に回収することが可能な油圧駆動装置を提供する。【解決手段】油圧駆動装置は、エンジン１０により駆動されるメインポンプ１１，１２と、駆動対象を動かす油圧アクチュエータ７と、エンジン１０により駆動される蓄圧ポンプ１４と、蓄圧ポンプ１４からの作動油を受け入れるアキュムレータ１５と、油圧アクチュエータ７からの排出油による回生トルクを生成してエンジン１０の出力軸に加える回生モータ１６と、エンジン余剰トルクを演算する余剰トルク演算部と、回生トルクを検出する回生トルク検出部と、エンジン余剰トルク及び回生トルクを考慮してアキュムレータ１５を蓄圧するための蓄圧ポンプ１４の容量である蓄圧ポンプ容量を演算するポンプ容量演算部と、蓄圧ポンプ１４の容量を演算された蓄圧ポンプ容量に調節するポンプ制御部と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、油圧ショベル等の作業機械に設けられて当該作業機械に含まれる駆動対象を油圧により駆動する装置に関する。

従来、作業機械に設けられる油圧駆動装置として、当該作業機械に搭載されるエンジンにより駆動され、これにより作動油を吐出する油圧ポンプと、当該油圧ポンプからの作動油の供給を受けて前記作業機械に含まれる駆動対象（例えばブーム）を動かす油圧アクチュエータと、を備えたものが一般に知られている。

前記作業機械では、前記エンジンが出力するトルクに対して前記駆動対象の負荷が軽い場合、そのトルクの余剰分をエネルギーとして回収することが、当該エンジンの効率的な運転を可能にする。そのための手段として、特許文献１は、いわゆる油圧ポンプモータと、蓄圧器であるアキュムレータと、の組み合わせを用いた技術を開示する。前記油圧ポンプモータは、ポンプ機能とモータ機能を併有し、エンジンの出力トルクに余剰がある場合はその余剰トルクによって駆動されることにより作動油を吐出する油圧ポンプとして機能し、当該作動油の吐出によってアキュムレータの蓄圧を行う一方、前記エンジンの出力トルクに対して駆動負荷が大きい場合に、前記アキュムレータからの作動油の供給を受けて駆動されることによりトルクを生成する油圧モータとして機能し、その生成したトルクによって前記エンジンのアシストを行う。

特開２０１０−１２１３７３号公報（図１２）

前記のようにエンジンの出力トルクに余剰がある場合、なるべく大きなエネルギーを迅速に回収することが望まれる。しかし、当該エンジンの余剰トルクには限りがあり、よって回収エネルギーの大きさ及び回収速度にも限界がある。

本発明は、エンジンを搭載する作業機械に設けられる油圧駆動装置であって、前記エンジンの出力トルクに余剰がある場合に大きなエネルギーを迅速に回収することが可能な装置を提供することを目的とする。

提供されるのは、エンジンが搭載された作業機械に設けられて当該作業機械に含まれる駆動対象を油圧により駆動する油圧駆動装置であって、前記エンジンの出力軸に連結され、当該エンジンにより駆動されることにより作動油を吐出するメインポンプと、前記メインポンプにより吐出される作動油の供給を受けることにより前記駆動対象を動かすように作動しながら作動油を排出する油圧アクチュエータと、可変容量型の油圧ポンプからなり、前記エンジンの出力軸に連結されて当該エンジンにより駆動されることにより蓄圧用の作動油を吐出する蓄圧ポンプと、前記蓄圧ポンプが吐出する作動油を受け入れて蓄圧することが可能なアキュムレータと、前記エンジンの出力軸に連結され、前記駆動対象に作用する外力によるエネルギーであって前記油圧アクチュエータから排出される作動油である排出油を増量するエネルギーが存在する場合に当該排出油の供給を受けて回生トルクを生成し当該回生トルクを前記エンジンの出力軸に加える回生モータと、前記アキュムレータに蓄えられる圧力であるアキュムレータ圧を検出するアキュムレータ圧検出器と、前記エンジンの出力トルクの上限と前記駆動対象の駆動負荷に応じて前記メインポンプが要求するポンプ要求トルクとの差であるエンジン余剰トルクを演算する余剰トルク演算部と、前記回生トルクを検出する回生トルク検出部と、前記エンジン余剰トルクが存在する場合に前記蓄圧ポンプから吐出される作動油によって前記アキュムレータを蓄圧するための当該蓄圧ポンプの容量である蓄圧ポンプ容量を前記アキュムレータ圧に基いて演算するポンプ容量演算部と、前記蓄圧ポンプの実際の容量を前記ポンプ容量演算部により演算された前記蓄圧ポンプ容量に調節するポンプ制御部と、を備え、前記ポンプ容量演算部は前記エンジン余剰トルクと前記回生トルクとの双方を考慮した蓄圧ポンプ容量を演算する。

この装置によれば、駆動負荷が軽くてエンジン余剰トルクが存在する場合にそのエンジン余剰トルクを利用したアキュムレータでの蓄圧が可能であるのに加え、前記駆動対象が保有するエネルギーを利用してより大きなエネルギーをより迅速に回収することが可能である。具体的に、前記駆動対象に作用する外力（前記油圧アクチュエータによる力以外の力）によるエネルギーであって前記油圧アクチュエータからの排出油を増量する（「増量」は０からの生成も含む。）エネルギーとして回生可能なエネルギーが存在する場合に当該作動油の供給を受けて回生モータが回生トルクを生成して当該回生トルクを前記エンジンの出力軸に加えるとともに、ポンプ容量演算部が前記エンジン余剰トルクに加えて前記回生トルクを加味した蓄圧ポンプ容量を演算し、その演算された蓄圧ポンプ容量に基いてポンプ制御部が実際の蓄圧ポンプのポンプ容量を調節する。これらのことは、前記アキュムレータに前記エンジン余剰トルクに対応するエネルギーに加えて前記回生トルクに対応するエネルギーが前記蓄圧ポンプを通じて迅速に蓄えられることを可能にする。

前記駆動対象に作用する外力であって当該外力によるエネルギーを回収可能なものとしては、例えば、前記駆動対象（作業アタッチメントのブームなど）に作用する重力が挙げられる。

この場合、前記回生トルク検出部は、例えば、前記駆動対象を下向きに動かすように前記油圧アクチュエータが作動しているときに当該油圧アクチュエータから排出される作動油の圧力であるアクチュエータ排出圧を検出する排出圧検出器と、前記駆動対象を下向きに動かすように前記油圧アクチュエータが作動している場合にのみ前記アクチュエータ排出圧と前記回生モータの容量とに基いて前記回生トルクを演算し、それ以外の場合には当該回生トルクが０であると判定する回生トルク演算部と、を含むものが、好適である。

さらに、前記回生トルク検出部は、前記駆動対象を下向きに動かすように前記油圧アクチュエータが作動しているときに当該油圧アクチュエータの入口に導入される作動油の圧力であるアクチュエータ入口圧を検出する入口圧検出器を含み、前記駆動対象を下向きに動かすように前記油圧アクチュエータが作動している場合であっても前記入口圧検出器により検出される前記アクチュエータ入口圧が予め設定された回生上限圧以上である場合には前記回生トルクが０であると判定することが、好ましい。このことは、前記油圧アクチュエータが前記駆動対象に作用する自重によって、あるいは助けられて、動いているのではなく専ら当該油圧アクチュエータへの作動油の供給によって動いている場合にまで前記回生トルクが演算されることによるエンジンの過度の負担を防ぐことができる。

前記駆動対象に作用する外力であって当該外力によるエネルギーを回収可能なものとしては、あるいは、前記駆動対象（例えば上部旋回体）に作用する旋回方向の慣性力が挙げられる。

この場合、前記回生トルク検出部は、例えば、前記油圧アクチュエータから排出される作動油の圧力であるアクチュエータ排出圧を検出する排出圧検出器を含み、前記メインポンプから前記油圧アクチュエータへの作動油の供給を停止させる操作が行われているにもかかわらず前記駆動対象が動いている場合にのみ前記アクチュエータ排出圧と前記回生モータの容量とに基いて前記回生トルクを演算し、それ以外の場合には当該回生トルクが０であると判定するものが、好適である。

前記蓄圧ポンプは、前記エンジンにより駆動されることにより作動油を吐出するポンプ動作と前記アキュムレータからの作動油の供給を受けて前記エンジンをアシストするためのトルクを生成するモータ動作とを択一的に行うことが可能な可変容量型の油圧ポンプモータにより構成されることが、より好ましい。すなわち、当該蓄圧ポンプを構成する可変容量型の油圧ポンプは、当該蓄圧ポンプとアキュムレータに接続される回生用のモータとに兼用される可変容量型の油圧ポンプモータであってもよい。当該油圧ポンプモータは、前記蓄圧ポンプすなわち前記ポンプ動作によって前記アキュムレータの蓄圧を行うことにより前記エンジン余剰トルク（または前記エンジン余剰トルク及び前記回生トルク）に相当するエネルギーの回収を行う油圧ポンプとして機能するのに加え、前記モータ動作によって当該アキュムレータに回収されたエネルギーをエンジンのアシストのための運動エネルギーに変換する油圧モータとして機能することができる。

この場合、前記ポンプ制御部は、前記余剰トルク演算部により演算されるエンジン余剰トルクが一定以上の場合には前記油圧ポンプモータに前記ポンプ動作を行わせ、前記余剰トルク演算部により演算されるエンジン余剰トルクが負の場合、すなわちエンジン出力トルクが不足している場合、には前記油圧ポンプモータに前記モータ動作を行わせるように当該油圧ポンプモータを操作するポンプモータ制御部であることが、好ましい。

さらに、当該ポンプモータ制御部は、前記アキュムレータ圧が予め設定されたアキュムレータ回生上限圧に達した場合には前記油圧ポンプモータのポンプ動作を禁止することが、好ましい。このことは、過度に高い圧力での蓄圧動作を防いで前記アキュムレータや油圧配管等を無理な蓄圧から有効に保護することを可能にする。

以上のように、本発明によれば、エンジンを搭載する作業機械に設けられる油圧駆動装置であって、前記エンジンの出力トルクに余剰がある場合に大きなエネルギーを迅速に回収することが可能な装置が、提供される。

本発明の実施の形態に係る作業機械である油圧ショベルの側面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る油圧駆動装置を示す回路図である。 前記第１の実施の形態に係る油圧駆動装置に含まれるコントローラの機能構成を示すブロック図である。 図３に示されるコントローラが油圧ポンプモータの駆動について行う演算制御動作を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態に係る油圧駆動装置を示す回路図である。 前記第２の実施の形態に係る油圧駆動装置に含まれるコントローラの機能構成を示すブロック図である。 図６に示されるコントローラが油圧ポンプモータの駆動について行う演算制御動作を示すフローチャートである。 図２に示される油圧駆動装置の変形例を示す回路図である。

本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明のそれぞれの実施の形態に係る作業機械である油圧ショベルを示す。この油圧ショベルは、下部走行体１と、当該下部走行体１の上に旋回軸Ｘ回りに旋回可能に搭載される上部旋回体２と、当該上部旋回体２に装着される作業アタッチメント３と、を備える。

前記作業アタッチメント３は、ブーム４と、アーム５と、バケット６と、伸縮可能な複数の油圧シリンダであるブームシリンダ７、アームシリンダ８及びバケットシリンダ９と、を含む。前記ブーム４は、起伏方向に回動可能となるように前記上部旋回体２に連結される基端部と、その反対側の先端部と、を有する。前記アーム５は、前記ブーム４の先端部に回動可能に連結される基端部と、その反対側の先端部と、を有し、当該アーム５の先端部に前記バケット６が回動可能に装着される。前記ブームシリンダ７は、その伸縮動作に伴って前記ブーム４を起伏させるように当該ブーム４と前記上部旋回体２との間に介在する。同様に、前記アームシリンダ８はその伸縮動作によって前記アーム５を回動させるように前記ブーム４と前記アーム５との間に介在し、前記バケットシリンダ９はその伸縮動作によって前記バケット６を回動させるように前記アーム５と前記バケット６との間に介在する。

図２は、本発明の第１の実施の形態に係る油圧駆動装置を示す回路図である。この実施の形態に係る油圧駆動装置は、前記上部旋回体２に搭載されるエンジン１０を動力源とし、前記ブーム４を駆動対象としてこれを油圧により駆動するものである。当該油圧駆動装置は、当該ブーム４に連結される油圧アクチュエータである前記ブームシリンダ７に加え、少なくとも一つのメインポンプ（この実施の形態では２つのメインポンプ１１，１２）と、可変容量型の油圧ポンプモータ１４と、蓄圧用の作動油の供給を受け入れて蓄圧を行う蓄圧器であるアキュムレータ１５と、回生モータ１６と、コントロールバルブ１８と、リモコン弁１９と、コントローラ３０と、を備える。

前記メインポンプ１１，１２は、それぞれ可変容量型の油圧ポンプからなる。前記メインポンプ１１，１２は、前記エンジン１０の出力軸に連結され、当該エンジン１０により駆動されることにより、前記ブームシリンダ７を動かすための作動油を吐出する。なお、本発明に係るメインポンプの台数は限定されず、例えば単数でもよい。また、当該メインポンプは固定容量型油圧ポンプからなるものでもよい。

前記ブームシリンダ７は、前記メインポンプ１１，１２から吐出される作動油の供給を受けることにより伸縮動作し、これにより前記ブーム４を起伏させる。当該ブームシリンダ７はへッド側室７ａ及びロッド側室７ｂを有する。当該ブームシリンダ７は、前記へッド側室７ａに作動油が供給されることにより前記ロッド側室７ｂ内の作動油を排出しながら伸長し、これにより前記ブーム４を起立方向に動かす。つまり、当該ブームシリンダ７はブーム上げ方向に作動する。逆に、当該ブームシリンダ７は、前記ロッド側室７ｂに作動油が供給されることにより前記へッド側室７ａ内の作動油を排出しながら収縮し、これにより前記ブーム４を倒伏方向に動かす。つまり、当該ブームシリンダ７はブーム下げ方向に作動する。

前記油圧ポンプモータ１４は、前記エンジン１０の出力軸に連結され、当該エンジン１０により駆動されることにより蓄圧用の作動油を吐出して前記アキュムレータ１５に供給するポンプ動作と、前記アキュムレータ１５からの作動油の供給を受けて前記エンジン１０をアシストするためのトルクを生成するモータ動作と、を択一的に行う機能を有する。つまり、当該油圧ポンプモータ１４は、前記ポンプ動作によって、前記アキュムレータ１５の蓄圧を行う蓄圧ポンプとして機能する一方、前記モータ動作によって、前記アキュムレータ１５に蓄えられたエネルギーをエンジンのアシストのための運動エネルギーに変換するアキュムレータ用の回生モータとして機能することができる。

前記回生モータ１６は、この実施の形態では可変容量型の油圧モータからなる。当該回生モータ１６は、前記エンジン１０の出力軸に連結され、この第１の実施の形態における駆動対象であるブーム４に作用する重力（つまりブーム４に作用する下向きの外力）によるエネルギーであって前記ブームシリンダ７から排出される作動油を増量するエネルギーが存在する場合、換言すれば、当該ブーム４に作用する重力がブームシリンダ７のブーム下げ動作（収縮動作）に寄与していて前記ブームシリンダ７のへッド側室７ａから排出される作動油を増量する場合、にそのエネルギーをエンジン１０のアシストのためのブーム下げ回生トルクＴｂとして回生する役割を果たす。具体的に、当該回生モータ１６は、前記へッド側室７ａから排出される作動油であって前記ブーム４の重力により増量された作動油の供給を受けて前記ブーム下げ回生トルクＴｂを生成し、当該ブーム下げ回生トルクＴｂを前記エンジン１０の出力軸にアシストトルクとして加える。

前記メインポンプ１１，１２、前記油圧ポンプモータ１４及び前記回生モータ１６には、それぞれの容量（押しのけ容積）を変化させるための制御弁であるメインポンプ容量制御弁１１ａ，１２ａ、ポンプモータ容量制御弁１４ａ及び回生モータ容量制御弁１６ａが付設されている。各容量制御弁１１ａ，１２ａ，１４ａ，１６ａは、例えば電磁比例減圧弁により構成され、図示されない容量操作油圧源と前記メインポンプ１１，１２、前記油圧ポンプモータ１４及び前記回生モータ１６の容量操作部との間に介在する。当該容量制御弁１１ａ，１２ａ，１４ａ，１６ａは、前記コントローラ３０から入力される指令信号に対応した開度で開弁することにより、対応する容量操作部に対して前記開度に対応した圧力をもつ容量操作油を供給して前記容量を変化させる。さらに、前記ポンプモータ容量制御弁１４ａは、その開度の変化によって前記油圧ポンプモータ１４の動作をポンプ動作とモータ動作との間で切換えることも可能である。前記各ポンプ（またはモータ）１１，１２，１４，１６の容量操作部は、例えば斜板式アキシャルピストンポンプ（またはモータ）の場合には斜板の傾斜角度を変化させるための油圧シリンダに相当する。

前記コントロールバルブ１８は、前記メインポンプ１１，１２と前記ブームシリンダ７との間に介在し、当該メインポンプ１１，１２から当該ブームシリンダ７に供給される作動油の方向及び流量を変化させるように作動する。当該コントロールバルブ１８は、この第１の実施の形態ではブーム上げパイロットポート及びブーム下げパイロットポートを有する油圧パイロット切換弁からなり、中立位置とブーム上げ位置とブーム下げ位置とを有する。

当該コントロールバルブ１８は、パイロット圧の供給を受けないときには前記中立位置に保たれて前記メインポンプ１１，１２から前記ブームシリンダ７を遮断する。当該コントロールバルブ１８は、前記ブーム上げパイロットポートへのブーム上げパイロット圧の供給を受けることにより前記ブーム上げ位置に切換えられ、前記メインポンプ１１，１２から吐出される作動油をへッド側油路２７Ａを通じて前記ブームシリンダ７のへッド側室７ａに導くとともに当該ブームシリンダ７のロッド側室７ｂにつながるロッド側油路２７Ｂをタンクに連通する油路を形成する。当該コントロールバルブ１８は、前記ブーム下げパイロットポートへのブーム下げパイロット圧の供給を受けることにより前記ブーム下げ位置に切換えられ、前記メインポンプ１１，１２から吐出される作動油を前記ロッド側油路２７Ｂを通じて前記ブームシリンダ７のロッド側室７ｂに導くとともに当該ブームシリンダ７のへッド側室７ａにつながる前記へッド側油路２７Ａをタンクに連通する油路を形成する。

なお、前記へッド側油路２７Ａの途中部分からは回生用油路２７Ｃが分岐して前記回生モータ１６に至っている。当該回生用油路２７Ｃは、前記へッド側室７ａから排出されて前記へッド側油路２７Ａを流れる作動油である排出油、すなわち、ブーム上げ動作時の戻り油、を前記回生モータ１６に導いて当該回生モータ１６を回転させる。

前記リモコン弁１９は、前記コントロールバルブ１８を作動させる（つまりブームシリンダ７を動かす）ための操作を受け、その操作に応じたパイロット圧を前記コントロールバルブ１８に与える。具体的に、当該リモコン弁１８は、前記操作を受ける操作レバー１９ａと、当該操作レバー１９ａに連結される弁本体１９ｂと、を有する。弁本体１９ｂは、図示されないパイロット油圧源と前記コントロールバルブ１８との間に介在し、前記ブーム上げパイロットポート及び前記ブーム下げパイロットポートのうち前記操作レバー１９ａに与えられる操作の方向に対応したパイロットポートに対して当該操作の量に対応した大きさのパイロット圧を入力する。前記弁本体１９ｂは、前記ブーム上げ及びブーム下げパイロットポートにそれぞれブーム上げパイロットライン及びブーム下げパイロットラインを介して接続され、このうちブーム下げパイロットラインのみが図２に示されている。

前記油圧駆動装置は、さらに、前記コントローラ３０に接続される複数の検出器を備える。当該複数の検出器は、図３にも示すようなポンプ圧検出器２１，２２、パイロット圧検出器２８、へッド圧検出器２７Ａ、ロッド圧検出器２７Ｂ及びアキュムレータ圧検出器２５を含む。これらの検出器２１，２２，２８，２７Ａ，２７Ｂ及び２５はそれぞれ圧力センサにより構成される。

前記ポンプ圧検出器２１，２２は、前記メインポンプ１１，１２がそれぞれ吐出する作動油の圧力であるポンプ圧Ｐ１，Ｐ２を検出するものである。具体的に、当該ポンプ圧検出器２１，２２は、前記各ポンプ圧Ｐ１，Ｐ２の大きさに対応した電気信号であるポンプ圧検出信号を生成してこれを前記コントローラ３０に入力する。

前記パイロット圧検出器２８は、ブーム４の下げ動作が行われているか否か、この実施の形態では前記リモコン弁１９にブーム４を下げ方向に動かすためのブーム下げ操作が与えられているか否か、を判断するための情報を前記コントローラ３０に提供する。当該パイロット圧検出器２８は、前記リモコン弁１９から前記コントロールバルブ１８のブーム下げパイロットポートに供給されるパイロット圧の大きさに対応した電気信号であるパイロット圧検出信号を生成してこれを前記コントローラ３０に入力する。

前記へッド圧検出器２７Ａは、駆動対象である前記ブーム４を下向きに動かすように前記ブームシリンダ７が収縮作動している時すなわちブーム下げ動作時に前記ブームシリンダ７のへッド側室７ａから排出される前記排出油の圧力であるへッド圧Ｐｈを検出するものであり、本発明に係る排出圧検出器に相当する。具体的に、当該へッド圧検出器２７Ａは、前記へッド圧Ｐｈの大きさに対応した電気信号であるへッド圧検出信号を生成してこれをコントローラ３０に入力する。

前記ロッド圧検出器２７Ｂは、前記ブーム下げの動作時に前記ブームシリンダ７の入口に導入される作動油の圧力であるアクチュエータ入口圧、この第１の実施の形態では前記ロッド側室７ｂ内の圧力であるロッド圧Ｐｒ、を検出するものであり、本発明に係る入口圧検出器に相当する。具体的に、当該ロッド圧検出器２７Ｂは、前記ロッド圧Ｐｒの大きさに対応した電気信号であるロッド圧検出信号を生成してこれをコントローラ３０に入力する。

前記アキュムレータ圧検出器２５は、前記アキュムレータ１５に蓄えられる圧力であるアキュムレータ圧Ｐａｃｃを検出するものであり、当該アキュムレータ圧の大きさに対応した電気信号であるアキュムレータ圧検出信号を生成してこれをコントローラ３０に入力する。

前記コントローラ３０は、前記複数の検出器からの検出信号の入力を受けるとともに、前記各容量制御弁１１ａ，１２ａ，１４ａ，１６ａに対して適当な指令信号を入力することにより、前記メインポンプ１１，１２、前記油圧ポンプモータ１４及び前記回生モータ１６の容量の制御を行う。特に、コントローラ３０は、本発明に関連する機能として、前記各検出器２８，２７Ａ，２７Ｂ，２５により入力される検出信号に基いて前記ポンプモータ１４及び前記回生モータ１６の動作を制御する機能を有する。具体的に、当該コントローラ３０は、図３に示すような余剰トルク演算部３２Ａ、回生トルク演算部３２Ｂ、ポンプ容量演算部３３、ポンプモータ制御部３４及び回生モータ制御部３６を有する。

前記余剰トルク演算部３２Ａは、前記ポンプ圧Ｐ１，Ｐ２に基いてポンプ要求トルクＴｐを演算し、さらに当該ポンプ要求トルクＴｐに基いてエンジン余剰トルクＴｅを演算する。前記ポンプ要求トルクＴｐは、この実施の形態に係る駆動対象であるブーム４の駆動負荷に応じて前記メインポンプ１１，１２が要求するトルクである。前記エンジン余剰トルクＴｅは、前記エンジン１０が出力可能なトルクのうち前記ポンプ要求トルクＴｐを上回る余剰分のトルクを意味し、前記エンジン１０の出力トルクの上限であるトルク上限値Ｔｅｍａｘと前記ポンプ要求トルクＴｐとの差に相当する。

前記回生トルク演算部３２Ｂは、前記ブーム下げ回生トルクＴｂ、すなわち、前記ブーム下げ動作時に前記へッド側室７ａから排出される排出油の供給を受けて前記回生モータ１６がエンジン１０のアシストのために生成するトルク、を演算する。具体的に、当該回生トルク演算部３２Ｂは、後述のように、前記へッド圧検出器２７Ａにより検出される前記へッド圧（ブーム下げ動作時にへッド側室７ａから排出される排出油の圧力である排出圧）Ｐｈと前記回生モータ１６の容量とに基づいて前記ブーム下げ回生トルクＴｂの演算を行う。

従って、この実施の形態に係る油圧駆動装置は、前記ブーム下げ回生トルクＴｂを検出する回生トルク検出部を具備し、当該回生トルク検出部は前記へッド圧検出器２７Ａと前記回生トルク演算部３２Ａとを含む。

さらに、この実施の形態に係る前記回生トルク演算部３２Ｂは、駆動対象である前記ブーム４を下向きに動かすように前記ブームシリンダ７が作動している場合、すなわち、ブーム下げのために当該ブームシリンダ７が収縮している場合、にのみ前記ブーム下げ回生トルクＴｂを演算し、それ以外の場合には当該ブーム下げ回生トルクＴｂが０であると判定する。

この実施の形態に係る前記回生トルク検出部は、前記入口圧検出器に相当する前記ロッド圧検出器２７Ｂをさらに含む。そして、前記回生トルク演算部３３は、前記ブーム下げ動作のために前記ブームシリンダ７が収縮方向に作動している場合であっても前記ロッド圧検出器２７Ｂにより検出されるロッド圧Ｐｒ（アクチュエータ入口圧）が予め設定された回生上限圧Ｐｒｏ以上である場合には前記ブーム下げ回生トルクＴｂが０であると判定する。

前記ポンプ容量演算部３３は、前記エンジン余剰トルクＴｅが存在する場合に、前記アキュムレータ圧検出器２５により検出される前記アキュムレータ圧Ｐａｃｃに基いて蓄圧ポンプ容量を演算する。当該蓄圧ポンプ容量は、前記のように蓄圧ポンプとして前記油圧ポンプモータ１４がポンプ動作するときに当該油圧ポンプモータ１４から吐出される作動油によって前記アキュムレータ１５を蓄圧するための当該油圧ポンプモータ１４の容量である。

さらに、この実施の形態に係る油圧駆動装置の特徴として、前記ポンプ容量演算部３３は、後に詳述するように前記エンジン余剰トルクＴｅと前記ブーム下げ回生トルクＴｂとの双方を考慮した蓄圧ポンプ容量の演算を行う。

前記ポンプモータ制御部３４は、前記ポンプモータ容量制御弁１４ａに適当な指令信号を入力することにより前記油圧ポンプモータ１４の動作を制御する。具体的には次の動作を行う。

（Ａ）前記ポンプモータ制御部３４は、前記余剰トルク演算部３２Ａにより演算されるエンジン余剰トルクＴｅが一定以上（この実施の形態では０以上）の場合には前記油圧ポンプモータ１４に前記ポンプ動作を行わせ、当該エンジン余剰トルクＴｅが負の場合、すなわちエンジン出力トルクが不足している場合、には前記油圧ポンプモータに前記モータ動作を行わせる。

（Ｂ）前記ポンプモータ制御部３４は、前記エンジン余剰トルクＴｅが正の場合であっても前記アキュムレータ圧Ｐａｃｃが予め設定されたアキュムレータ回生上限圧Ｐａｍａｘに達している場合には前記油圧ポンプモータ１４のポンプ動作を禁止する。具体的には当該油圧ポンプモータ１４の容量を０にする。

（Ｃ）前記ポンプモータ制御部３４は、前記ブーム下げの動作時において、前記ポンプ容量演算部３３により演算された蓄圧ポンプ容量（この実施の形態では後述の最終指令容量ｑｆ）に実際の油圧ポンプモータ１４のポンプ容量を調節する。

前記回生モータ制御部３６は、前記回生モータ容量制御弁１６ａに指令信号を入力することにより前記回生モータ１６の動作を制御する。具体的に、当該回生モータ制御部３６は、後述のように、回生モータ１６の動作が不要な場合には当該回生モータ１６の容量を０にするような指令信号を前記回生モータ容量制御弁１６ａに入力して当該回生モータ１６のモータ動作を停止させる一方、回生モータ１６の動作を要する場合には当該回生モータ１６の容量を所定の容量（この実施の形態では最大容量ｑｂｍａｘ）にするような指令信号を前記回生モータ容量制御弁１６ａに入力する。

次に、前記コントローラ３０が行う演算制御動作であって前記油圧ポンプモータ１４の駆動について行う演算制御動作並びにその動作に伴う装置の作用を、図４のフローチャートを参照しながら説明する。

コントローラ３０の余剰トルク演算部３２Ａは、前記ポンプ圧検出器２１，２２により検出されるメインポンプ１１，１２のポンプ圧Ｐ１，Ｐ２に基いて前記ポンプ要求トルクＴｐ、すなわち駆動対象であるブーム４の駆動負荷に応じて前記メインポンプ１１，１２が要求するトルク、を演算し（ステップＳ０１）、さらに、前記エンジン１０の出力トルクの上限であるトルク上限値Ｔｅｍａｘと前記ポンプ要求トルクＴｐとの差であるエンジン余剰トルクＴｅを演算する（ステップＳ０２）。

前記ポンプ要求トルクＴｐ及び前記エンジン余剰トルクＴｅは、前記メインポンプ１１，１２のそれぞれの容量（押しのけ容積）をｑ１，ｑ２とすると、次式（１）及び（２）によりそれぞれ与えられる。

Ｔｐ＝（Ｐ１＊ｑ１＋Ｐ２＊ｑ２）／２π …（１）
Ｔｅ＝Ｔｅｍａｘ−Ｔｐ …（２）
ポンプモータ制御部３４は、前記エンジン余剰トルクＴｅに基いて油圧ポンプモータ１４にモータ動作を行わせるかポンプ動作を行わせるかを判断する（ステップＳ０３）。具体的に、前記エンジン余剰トルクＴｅが負である場合、すなわち、エンジン１０の出力トルクの上限であるトルク上限値Ｔｅｍａｘが前記ポンプ要求トルクＴｐに満たない場合には（ステップＳ０３でＮＯ）、ポンプモータ制御部３４は油圧ポンプモータ１４にモータ動作を行わせるような指令信号をポンプモータ容量制御弁１４ａに入力する（ステップＳ０４）。これにより、当該油圧ポンプモータ１４は、アキュムレータ１５に蓄えられた作動油の供給を受けてエンジン１０をアシストするためのトルクを生成するモータ動作を行い、前記エンジン１０のトルクの不足分を補う。一方、回生モータ制御部３６は可変容量型油圧モータからなる回生モータ１６の容量を０にするような指令信号を回生モータ容量制御弁１６ａに入力して当該回生モータ１６のモータ作動を停止させる。

前記エンジン余剰トルクＴｅが０以上である場合（ステップＳ０３でＹＥＳ）、ポンプ容量演算部３３は油圧ポンプモータ１４にポンプ動作を行わせて蓄圧ポンプとして機能させるための蓄圧ポンプ容量に相当する最終指令容量ｑｆを演算する（ステップＳ０５〜Ｓ１４）。

ただし、前記エンジン余剰トルクＴｅが０以上である場合であっても前記アキュムレータ圧Ｐａｃｃが予め設定されたアキュムレータ回生上限圧Ｐａｍａｘに達している場合（ステップＳ０５でＮＯ）、それ以上のアキュムレータ１５での蓄圧は当該アキュムレータ１５や関係する油圧配管の保護の観点から好ましくないため、前記ポンプ容量演算部３３は前記蓄圧ポンプ容量についての最終指令容量ｑｆを０に設定する（ステップＳ０６）。これを受けてポンプモータ制御部３４は油圧ポンプモータ１４の容量を０にするような指令信号をポンプモータ容量制御弁１４ａに入力し、油圧ポンプモータ１４の作動を停止させる。このことは、過剰な圧力でアキュムレータ１５の蓄圧が行われることを防いで当該アキュムレータ１５や油圧配管等を無理な蓄圧から有効に保護することを可能にする。一方、回生モータ制御部３６は、エンジン余剰トルクＴｅが負である場合と同様に回生モータ１６の容量を０にするような指令信号を回生モータ容量制御弁１６ａに入力する。

前記エンジン余剰トルクＴｅが０以上であり、かつアキュムレータ圧Ｐａｃｃが前記アキュムレータ回生上限圧Ｐａｍａｘ未満である場合（ステップＳ０３でＹＥＳかつステップＳ０５でＹＥＳ）、ポンプ容量演算部３３は、前記蓄圧ポンプ容量について、前記エンジン余剰トルクＴｅとブーム下げ回生トルクＴｂの双方を考慮した最終指令容量ｑｆを演算する（ステップＳ０７〜Ｓ１４）。

具体的に、前記ポンプ容量演算部３３は、まず、前記エンジン余剰トルクＴｅに対応した油圧ポンプモータ１４の容量であって蓄圧ポンプとしての容量である基本ポンプ容量ｑｏを演算する（ステップＳ０７）。この基本ポンプ容量ｑｏは、例えば次式（３）によって与えられる。

ｑｏ＝２π＊Ｔｅ／Ｐａｃｃ …（３）
次に、前記コントローラ３０の回生トルク演算部３２Ｂは、前記ブーム下げ回生トルクＴｂ、すなわち、駆動対象であるブーム４に作用する重力によるエネルギーであってブームシリンダ７のへッド側室７ａから排出される作動油を増量するエネルギーが存在する場合にその増量された作動油の供給を受けて回生モータ１６が生成するトルク、を演算し、ポンプ容量演算部３３が前記ブーム下げ回生トルクＴｂに対応する蓄圧ポンプとしての油圧ポンプモータ１４の容量である追加ポンプ容量ｑａを演算する（ステップＳ０８〜Ｓ１４）。

この第１の実施の形態では、前記ブーム下げ回生トルクＴｂが生成される条件、すなわち、「駆動対象であるブーム４に作用する重力によるエネルギーであってブームシリンダ７のへッド側室７ａから排出される作動油を増量するエネルギーが存在する」条件、として次の２つの条件Ｃ１及びＣ２が設定されている。

条件Ｃ１：リモコン弁１９に対してブーム下げ操作つまりブーム４を下げ方向に動かすための操作が与えられていること（ステップＳ０８）。この条件Ｃ１は、例えば、「パイロット圧検出器２８により検出されるブーム下げパイロット圧が予め設定された最低ラインを超えること」として設定されることが可能である。

条件Ｃ２：ブーム下げ動作の際にブームシリンダ７の入口圧となるロッド圧Ｐｒが予め設定された回生上限圧Ｐｒｏ未満であること（ステップＳ０９）。この条件Ｃ２は、省略することも可能であるが、当該条件Ｃ２を考慮することにより、ブーム下げ動作がブーム４の自重により行われ、あるいは助けられたものではなく、専らブームシリンダ７のロッド側室７ｂへの作動油の導入により行われているものである場合（例えばバケット６が着地していて地面から反力を受けた状態でさらにブーム４が下げ方向に駆動されているような場合）にまで、誤ってブーム回生トルクＴｂが演算されることによるエンジン１０の過度の負担を防ぐことが可能になる。

前記回生トルク演算部３２Ｂは、前記条件Ｃ１及びＣ２のうちの少なくとも一方が満たされていない場合、すなわち、ブーム下げ操作が行われておらず（ステップＳ０８でＮＯ）、あるいはロッド圧Ｐｒが前記回生上限圧Ｐｒｏ以上である（ステップＳ０９でＮＯ）場合には、ブーム下げ回生トルクＴｂを０に設定する（ステップＳ１０）。これに対応してポンプ容量演算部３３は前記ブーム下げ回生トルクＴｂに対応するポンプ容量である追加ポンプ容量ｑａを０に設定する（ステップＳ１１）。一方、回生モータ制御部３６は、エンジン余剰トルクＴｅが負である場合と同様に回生モータ１６の容量を０にするような指令信号を回生モータ容量制御弁１６ａに入力する。

前記条件Ｃ１及びＣ２の双方が満たされる場合、すなわち、ブーム下げ操作が行われており（ステップＳ０８でＹＥＳ）、かつ、ロッド圧Ｐｒが前記上限値未満である場合（ステップＳ０９でＹＥＳ）、回生モータ制御部３６が回生モータ１６の容量ｑｂを最大容量ｑｂｍａｘにするような指令信号を回生モータ容量制御弁１６ａに入力して当該回生モータ１６を作動状態にするとともに、回生トルク演算部３２Ｂは、前記ブーム４に作用する自重によって増量される、ブームシリンダ７のへッド側室７ａからの排出油の圧力、すなわちへッド圧Ｐｈ、に対応したブーム下げ回生トルクＴｂを演算する（ステップＳ１２）。このブーム下げ回生トルクＴｂは例えば次式（４）によって与えられる。

Ｔｂ＝Ｐｈ＊ｑｂｍａｘ／２π …（４）
ポンプ容量演算部３３は、前記ブーム下げ回生トルクＴｂに対応する油圧ポンプモータ１４のポンプ容量である追加ポンプ容量ｑａを演算し（ステップＳ１３）、この追加ポンプ容量ｑａを前記基本ポンプ容量ｑｏに加えたものを最終指令容量ｑｆ（＝ｑｏ＋ｑａ）として演算する（ステップＳ１４）。前記追加ポンプ容量ｑａは、例えば次式（５）によって与えられる。

ｑａ＝２π＊Ｔｂ／Ｐａｃｃ …（５）
ポンプモータ制御部３４は、実際の油圧ポンプモータ１４の容量を前記最終指令容量ｑｆに調節するような指令信号をポンプモータ容量制御弁１４ａに入力する。これにより、エンジン余剰トルクＴｅだけでなくブーム下げ回生トルクＴｂも考慮して油圧ポンプモータ１４の容量を大きく設定することが可能となり、当該油圧ポンプモータ１４からアキュムレータ１５への作動油の供給によってより大きなエネルギーをより迅速に回収することが可能である。

図２は、本発明の第２の実施の形態に係る油圧駆動装置を示す回路図である。前記第１の実施の形態に係る装置では、駆動対象がブーム４であり、当該駆動対象を動かす油圧アクチュエータがブームシリンダ７であり、当該駆動対象に作用する外力であって当該外力によるエネルギーを回収可能なものがブーム４に作用する下向きの重力であるのに対し、第２の実施の形態では、駆動対象が前記上部旋回体２であり、当該駆動対象を動かす油圧アクチュエータが前記上部旋回体２を旋回させるための油圧モータである旋回モータ４０であり、当該駆動対象に作用する外力であって当該外力によるエネルギーを回収可能なものが前記上部旋回体２の旋回の制動時における当該上部旋回体２の旋回方向の慣性力である。

具体的に、この第２の実施の形態に係る装置は、駆動対象を動かす油圧アクチュエータである前記旋回モータ４０を作動させるべく、前記第１の実施の形態に係る装置と同様に、メインポンプ１１，１２と、油圧ポンプモータ１４と、アキュムレータ１５と、回生モータ１６と、コントロールバルブ４８と、リモコン弁４９と、コントローラ６０と、を備える。

前記メインポンプ１１，１２は、この第２の実施の形態に係る油圧アクチュエータである前記旋回モータ４０を動かすための作動油を吐出する。当該旋回モータ４０は、一対の左旋回ポート４０ａ及び右旋回ポート４０ｂを有し、そのうちの一方のポートへの作動油の供給を受けることにより他方のポートから作動油を排出しながら当該一方のポートに対応した向きに回転作動して上部旋回体２を旋回させる。例えば、旋回モータ４０は、前記左旋回ポート４０ａへの作動油の供給を受けることにより前記右旋回ポート４０ｂから作動油を排出しながら上部旋回体２を左旋回させる向きに回転作動する。前記メインポンプ１１，１２、前記油圧ポンプモータ１４及び前記回生モータ１６には、それぞれ、第１の実施の形態と同様にメインポンプ容量制御弁２１，２２、ポンプモータ容量制御弁２４及び回生モータ容量制御弁２６が付設される。

前記コントロールバルブ４８は、前記メインポンプ１１，１２と前記旋回モータ４０との間に介在し、当該メインポンプ１１，１２から当該旋回モータ４０に供給される作動油の方向及び流量を変化させるように作動する。当該コントロールバルブ４８は、この第２の実施の形態では左旋回パイロットポート及び右旋回パイロットポートを有する油圧パイロット切換弁からなり、中立位置と左旋回位置と右旋回位置とを有する。

当該コントロールバルブ４８は、パイロット圧の供給を受けないときには前記中立位置に保たれて前記メインポンプ１１，１２から前記旋回モータ４０を遮断する。当該コントロールバルブ４８は、前記左旋回パイロットポートへの左旋回パイロット圧の供給を受けることにより前記左旋回位置に切換えられ、前記メインポンプ１１，１２から吐出される作動油を左旋回油路４７Ａを通じて前記旋回モータ４０の左旋回ポート４０ａに導くとともに当該旋回モータ４０の右旋回ポート４０ｂにつながる右旋回油路４７Ｂをタンクに連通する油路を形成する。当該コントロールバルブ４８は、前記右旋回パイロットポートへの右旋回パイロット圧の供給を受けることにより前記右旋回位置に切換えられ、前記メインポンプ１１，１２から吐出される作動油を前記右旋回油路４７Ｂを通じて前記旋回モータ４０の右旋回ポート４０ｂに導くとともに当該旋回モータ４０の左旋回ポート４０ａにつながる前記左旋回油路４７Ａをタンクに連通する油路を形成する。

前記左旋回及び右旋回油路４７Ａ，４７Ｂには回生回路４２が接続され、前記回生モータ１６に至っている。当該回生回路４２は、前記左右旋回ポート４０ａ，４０ｂのいずれか一方から排出されて前記左右旋回油路４７Ａ，４７Ｂのいずれか一方を流れる作動油である排出油（旋回動作時の戻り油）を前記回生モータ１６に導いて当該回生モータ１６を回転させる。

前記回生回路４２は、前記右旋回油路４７Ｂから分岐する分岐油路４２ａと、前記左旋回油路４７Ａから分岐する分岐油路４２ｂと、前記回生モータ１６に接続される共通油路４２ｃと、回生切換弁４４と、を有する。

前記回生切換弁４４は、前記各油路４２ａ〜４２ｃに接続される３ポートの油圧パイロット切換弁からなり、左旋回回生パイロットポート４４ａ及び右旋回回生パイロットポート４４ｂを有するとともに、中立位置、左旋回回生位置及び右旋回回生位置を有する。当該回生切換弁４４は、パイロット圧が与えられないときには前記中立位置に保たれて前記分岐油路４２ａ，４２ｂの双方を前記共通油路４２ｃから遮断し、前記左旋回回生パイロットポート４４ａにパイロット圧が与えられたときには前記左旋回回生位置に切換えられて前記分岐油路４２ａを前記共通油路４２ｃに接続することにより前記右旋回油路４７Ｂから前記回生モータ１６に至る回生油路を形成し、前記右旋回回生パイロットポート４４ｂにパイロット圧が与えられたときには前記左旋回回生位置に切換えられて前記分岐油路４２ｂを前記共通油路４２ｃに接続することにより前記左旋回油路４７Ｂから前記回生モータ１６に至る回生油路を形成する。

前記左旋回及び右旋回回生パイロットポート４４ａ，４４ｂは、それぞれ回生切換制御弁４５Ａ，４５Ｂを介して図示されないパイロット油圧源に接続されている。前記回生切換弁４５Ａ，４５Ｂは、前記コントローラ６０からの指令信号の入力を受けることにより開弁して対応する回生パイロットポートにパイロット圧を入力する。

前記リモコン弁４９は、前記第１の実施の形態に係るリモコン弁１９と同様、前記コントロールバルブ４８を作動させる（つまり旋回モータ４０を動かす）ための左旋回操作または右旋回操作を受け、その操作に応じたパイロット圧を前記コントロールバルブ４８に与える。当該リモコン弁４８は、前記左旋回操作及び前記右旋回操作を受ける操作レバー４９ａと、当該操作レバー４９ａに連結される弁本体４９ｂと、を有する。弁本体４９ｂは、図示されないパイロット油圧源と前記コントロールバルブ４８との間に介在し、前記左旋回パイロットポート及び前記右旋回パイロットポートのうち前記操作レバー４９ａに与えられる操作の方向に対応したパイロットポートに対して当該操作の量に対応した大きさのパイロット圧を入力する。前記弁本体４９ｂは、前記左旋回及び右旋回パイロットポートにそれぞれ左旋回パイロットライン及び右旋回パイロットラインを介して接続され、図２では便宜上、両パイロットラインがまとめて単一の線で示されている。

この第２の実施の形態に係る油圧駆動装置は、前記コントローラ６０に接続される複数の検出器を備える。当該複数の検出器は、第１の実施の形態に係る装置と同様にポンプ圧検出器２１，２２及びアキュムレータ圧検出器２５を含むとともに、第１の実施の形態に係るパイロット圧検出器２８に代えて左旋回パイロット圧検出器５８Ａ、右旋回パイロット圧検出器５８Ｂ及び旋回角度検出器５０を含み、第１の実施の形態に係るへッド圧及びロッド圧検出器２７Ａ，２７Ｂに代えて左旋回排出圧検出器５７Ａ及び右旋回排出圧検出器５７Ｂを含む。

前記左旋回及び右旋回パイロット圧検出器５８Ａ，５８Ｂは、前記リモコン弁１９に対してブーム下げのための操作が与えられているか否かを判断するための情報を前記コントローラ６０に提供するためのものである。具体的に、当該左旋回及び右旋回パイロット圧検出器５８Ａ，５８Ｂは、それぞれ圧力センサからなり、前記リモコン弁４９から前記コントロールバルブ４８の左旋回パイロットポート及び右旋回パイロットポートにそれぞれ供給される左旋回パイロット圧及び右旋回パイロット圧の大きさに対応した電気信号であるパイロット圧検出信号を生成してこれを前記コントローラ６０に入力する。

前記旋回角度検出器５０は、前記旋回モータ４０の回転角度であって当該旋回モータ４０により駆動される上部旋回体２の旋回角度を検出するものであり、例えばジャイロセンサにより構成される。当該旋回角度検出器５０は、前記旋回角度に対応した電気信号である旋回角度検出信号を生成してこれを前記コントローラ６０に入力する。

前記左旋回排出圧検出器５７Ａ及び右旋回排出圧検出器５７Ｂは、前記上部旋回体２の左旋回及び右旋回中にそれぞれ旋回モータ４０の右旋回ポート４０ｂ及び左旋回ポート４０ａから排出される作動油（排出油）の圧力である左旋回排出圧Ｐｓｌ及び右旋回排出圧Ｐｓｒを検出するものであり、本発明に係る排出圧検出器に相当する。具体的に、当該左旋回及び右旋回排出圧検出器５７Ａ，５７は、前記左旋回及び右旋回排出圧Ｐｓｌ，Ｐｓｒの大きさに対応した電気信号である排出圧検出信号を生成してこれをコントローラ６０に入力する。

前記コントローラ６０は、図６に示すように、前記第１の実施の形態に係るコントローラ３０の余剰トルク演算部３２Ａ、回生トルク演算部３２Ｂ、ポンプ容量演算部３３、ポンプモータ制御部３４及び回生モータ制御部３６にそれぞれ対応した余剰トルク演算部６２Ａ、回生トルク演算部６２Ｂ、ポンプ容量演算部６３、ポンプモータ制御部６４及び回生モータ制御部６６と、回生切換制御部６５と、を有する。

前記余剰トルク演算部６２Ａは、ポンプ要求トルクＴｅとして、駆動対象である上部旋回体２の駆動負荷に応じて前記メインポンプ１１，１２が要求するトルクを演算するとともに、前記エンジン１０の出力トルクの上限とポンプ要求トルクＴｐとの差に相当するエンジン余剰トルクＴｅを演算する。

前記回生トルク演算部６２Ｂは、旋回回生トルクＴｓを演算する。当該旋回回生トルクＴｓは、上部旋回体２の旋回の制動時に旋回モータ４０の右旋回ポート４０ｂまたは左旋回ポート４０ａから排出される作動油の供給を受けて前記回生モータ１６がエンジン１０のアシストのために生成するトルクである。前記回生トルク演算部６２Ｂは、後述のように、前記左旋回排出圧検出器５７Ａまたは前記右旋回排出圧検出器５７Ｂにより検出される前記左旋回排出圧Ｐｓｌまたは前記右旋回排出圧Ｐｓｒと前記回生モータ１６の容量とに基づいて前記旋回回生トルクＴｓの演算を行う。

従って、この第２の実施の形態に係る油圧駆動装置は、前記旋回回生トルクＴｓを検出する回生トルク検出部を具備し、当該回生トルク検出部は前記左旋回及び右旋回排出圧検出器５７Ａ，５７Ｂと前記回生トルク演算部６２Ａとを含む。

さらに、この実施の形態に係る前記回生トルク演算部６２Ｂは、駆動対象である上部旋回体２の旋回を制動させる操作、具体的にはメインポンプ１１，１２から旋回モータ４０への作動油の供給を停止させるような操作、より具体的には前記リモコン弁１９の操作レバー１９ａを実質上中立位置に戻す操作、が行われているにもかかわらず上部旋回体２が未だ動いている場合、にのみ前記旋回回生トルクＴｓを演算し、それ以外の場合には当該回生トルクＴｓが０であると判定する。

前記ポンプ容量演算部６３は、第１の実施の形態に係るポンプ容量演算部３３と同様、前記エンジン余剰トルクＴｅが存在する場合に蓄圧ポンプ容量を演算するとともに、後に詳述するように前記エンジン余剰トルクＴｅと前記旋回回生トルクＴｓとの双方を考慮した蓄圧ポンプ容量の演算を行う。

前記ポンプモータ制御部６４は、前記第１の実施の形態に係るポンプモータ制御部３４と同様、前記ポンプモータ容量制御弁１４ａに指令信号を入力することにより前記油圧ポンプモータ１４の動作を制御する。

前記回生モータ制御部６６は、前記第１の実施の形態に係る回生モータ制御部３６と同様、前記回生モータ容量制御弁１６ａに指令信号を入力することにより前記回生モータ１６の動作を制御する。

前記回生切換制御部６５は、回生モータ１６のモータ動作（つまり旋回モータ４０からの排出油に基づく回生動作）の要否に応じて前記回生切換弁４４を切換えるように、回生切換制御弁４５Ａ，４５Ｂへの選択的な指令信号の入力を行う。具体的に、当該回生切換制御部６５は、前記回生動作を要しない場合には両回生切換制御弁４５Ａ，４５Ｂに対する指令信号の入力を停止することにより、前記回生切換弁４４を中立位置に保持して前記回生モータ１６を前記左旋回及び右旋回油路４７Ａ，４７Ｂの双方から遮断する一方、前記回生動作を要する場合には前記回生切換制御弁４５Ａ，４５Ｂのうち当該回生動作を行うのに適したものを前記上部旋回体２の旋回方向に基いて選定し、その選定した回生切換制御弁４５Ａ（または４５Ｂ）に指令信号を入力することにより、前記回生切換弁４４を左旋回回生位置または右旋回回生位置に切換える。

次に、前記コントローラ６０が行う演算制御動作であって前記油圧ポンプモータ１４の駆動について行う演算制御動作並びにその動作に伴う装置の作用を、図７のフローチャートを参照しながら説明する。

図７のフローチャートに示されるコントローラ６０の演算制御動作のうち、ステップＳ０１〜Ｓ０６に係る動作は図４のフローチャートに示されるコントローラ３０のステップＳ０１〜Ｓ０６の演算制御動作と同様である。すなわち、当該コントローラ６０の余剰トルク演算部６２Ａは、ポンプ要求トルクＴｐさらにはエンジン余剰トルクＴｅを演算し（ステップＳ０１，Ｓ０２）、演算されたエンジン余剰トルクＴｅが負である場合（ステップＳ０３でＮＯ）にポンプモータ制御部６４は油圧ポンプモータ１４にモータ動作を行わせる（ステップＳ０４）。また、エンジン余剰トルクＴｅが０以上であってもアキュムレータ圧Ｐａｃｃが予め設定されたアキュムレータ回生上限圧Ｐａｍａｘに達している場合（ステップＳ０５でＮＯ）には、前記ポンプ容量演算部６３は蓄圧ポンプ容量についての最終指令容量ｑｆを０に設定する（ステップＳ０６）。

このとき、回生モータ制御部３６は、いずれの場合においても回生モータ１６の容量を０にするような指令信号を回生モータ容量制御弁１６ａに入力する。また、回生切換制御部６５は、回生切換制御弁４５Ａ，４５Ｂのいずれにも指令信号を入力しないことにより、回生回路４２における回生切換弁４４を中立位置つまり遮断位置に保つ。

前記エンジン余剰トルクＴｅが０以上であり、かつアキュムレータ圧Ｐａｃｃが前記アキュムレータ回生上限圧Ｐａｍａｘ未満である場合（ステップＳ０３でＹＥＳかつステップＳ０５でＹＥＳ）、ポンプ容量演算部６３は、まず、第１の実施の形態と同様に前記エンジン余剰トルクＴｅに対応した油圧ポンプモータ１４の（蓄圧ポンプとしての）ポンプ容量である基本ポンプ容量ｑｏを演算する（ステップＳ０７）。

次に、前記コントローラ６０の回生トルク演算部６２Ｂは、前記旋回回生トルクＴｓ、すなわち、駆動対象である上部旋回体２の旋回の制動時における当該上部旋回体２の慣性力によるエネルギーであって旋回モータ４０の右旋回ポート４０ｂまたは左旋回ポート４０ａから排出される作動油を増量するエネルギー（つまり上部旋回体２の旋回動作による運動エネルギー）が存在する場合にその増量された作動油の供給を受けて回生モータ１６が生成するトルク、を演算し、ポンプ容量演算部６３が前記旋回回生トルクＴｓに対応した前記油圧ポンプモータ１４の（蓄圧ポンプとしての）ポンプ容量である追加ポンプ容量ｑａを演算する（ステップＳ１８〜Ｓ２４）。

この第２の実施の形態では、前記旋回回生トルクＴｓが生成される条件、すなわち、「駆動対象である上部旋回体２の旋回の制動における当該上部旋回体２の慣性力によるエネルギーであって旋回モータ４０の右旋回ポート４０ｂまたは左旋回ポート４０ａから排出される作動油を増量するエネルギーが存在する」条件として、次の２つの条件Ｃ３及びＣ４が設定されている。

条件Ｃ３：リモコン弁１９に対して制動のための操作が与えられていること、具体的には当該リモコン弁１９の操作レバー１９ａが実質上中立位置に戻されていること（ステップＳ１８）。この条件Ｃ３は、例えば、「左旋回及び右旋回パイロット圧検出器５８Ａ，５８Ｂにより検出される左旋回及び右旋回パイロット圧がいずれも予め設定された微小な上限値以下の範囲に収まっていること」として設定されることが可能である。

条件Ｃ４：前記制動のための操作にかかわらず上部旋回体２が回生可能な旋回動作をしていること（ステップＳ１９）。この条件Ｃ４は、例えば、「旋回角度検出器５０から入力される旋回角度検出信号に基いて演算される旋回速度が予め設定された最低ライン以上であること」として設定されることが、可能である。

前記回生トルク演算部６２Ｂは、前記条件Ｃ３，Ｃ４のうちの少なくとも一方が満たされていない場合、すなわち、中立位置復帰操作が行われておらず（ステップＳ１８でＮＯ）、あるいは実質上旋回動作がなされていない（ステップＳ１９でＮＯ）場合には、旋回回生トルクＴｓを０に設定する（ステップＳ２０）。これに対応してポンプ容量演算部６３は前記旋回回生トルクＴｓに対応する追加ポンプ容量ｑａを０に設定する（ステップＳ２１）。一方、回生モータ制御部６６は、エンジン余剰トルクＴｅが負である場合と同様に回生モータ１６の容量を０にするような指令信号を回生モータ容量制御弁１６ａに入力する。また、回生切換制御部６５は、回生切換制御弁４５Ａ，４５Ｂのいずれにも指令信号を入力しないことにより、回生回路４２における回生切換弁４４を中立位置つまり遮断位置に保つ。

前記条件Ｃ３，Ｃ４の双方が満たされる場合、すなわち、操作レバー１９ａが中立位置に戻されているが上部旋回体２が未だ旋回動作を行っている場合（ステップＳ０８，Ｓ０９でともにＹＥＳ）、回生モータ制御部６６が回生モータ１６の容量ｑｂを最大容量ｑｂｍａｘにするような指令信号を回生モータ容量制御弁１６ａに入力して当該回生モータ１６を作動状態にするとともに、回生切換制御部６５が回生切換制御弁４５Ａ，４５Ｂのうち現在の上部旋回体２の旋回方向から見てその旋回方向の慣性力に係るエネルギーの回生に適した制御弁を選定し、これに指令信号を入力することにより、回生切換弁４４を左旋回回生位置または右旋回回生位置に切換える。例えば、操作レバー１９ａが中立位置に戻されているにもかかわらず前記上部旋回体２の左旋回動作が残っている場合、回生切換制御部６５は回生切換制御弁４５Ａに指令信号を入力することにより回生切換弁４４を左旋回回生位置に切換える。これにより、旋回モータ４０の右旋回ポート４０ｂから排出される作動油であって前記慣性力のエネルギーによって増量された排出油が回生回路４２の分岐油路４２ａ及び共通油路４２ｃを通じて前記回生モータ１６に導入されて当該回生モータ１６を作動させる。

このとき、コントローラ６０の回生トルク演算部６２Ｂは、前記上部旋回体２の慣性力による旋回動作によって増量される、旋回モータ４０の右旋回ポート４０ｂまたは左旋回ポート４０ａからの排出油の圧力、すなわち左旋回排出圧Ｐｓｌまたは右旋回排出圧Ｐｓｒ、に対応した旋回回生トルクＴｓを演算する（ステップＳ２２）。この旋回回生トルクＴｓは、前記左旋回排出圧Ｐｓｌまたは右旋回排出圧Ｐｓｒのうち実際に発生している排出圧をＰｓとすると、例えば次式（６）によって与えられる。

Ｔｓ＝Ｐｓ＊ｑｂｍａｘ／２π …（６）
ポンプ容量演算部６３は、前記旋回回生トルクＴｓに対応する追加ポンプ容量ｑａを演算し（ステップＳ２３）、この追加ポンプ容量ｑａを前記基本ポンプ容量ｑｏに加えたものを最終指令容量ｑｆ（＝ｑｏ＋ｑａ）として演算する（ステップＳ２４）。前記追加ポンプ容量ｑａは、例えば次式（７）によって与えられる。

ｑａ＝２π＊Ｔｓ／Ｐａｃｃ …（７）
ポンプモータ制御部６４は、実際の油圧ポンプモータ１４の容量を前記最終指令容量ｑｆに調節するような指令信号をポンプモータ容量制御弁１４ａに入力する。これにより、前記第１の実施の形態と同様、エンジン余剰トルクＴｅだけでなく旋回回生トルクＴｓも考慮して油圧ポンプモータ１４の容量を大きく設定することが可能となり、当該油圧ポンプモータ１４からアキュムレータ１５への作動油の供給によってより大きなエネルギーをより迅速に回収することが可能である。

本発明は、以上説明した実施の形態に限定されない。本発明は、例えば次のような形態を含む。

Ａ．蓄圧ポンプ及びアキュムレータ回生手段について
本発明に係る蓄圧ポンプは、前記第１及び第２の実施の形態で示されるようにアキュムレータ回生手段として兼用される油圧ポンプモータ１４ではなく、蓄圧専用の油圧ポンプであってもよい。換言すれば、アキュムレータ回生手段、つまりアキュムレータに蓄えられたエネルギーを回生する手段、は蓄圧ポンプとは独立して設けられたものでもよい。また、当該アキュムレータ回生手段は、前記油圧ポンプモータ１４のように回生エネルギーをエンジン１０のアシストに用いるものに限らない。例えば、当該回生エネルギーを利用して発電を行うものでもよい。

Ｂ．油圧ポンプモータについて
前記蓄圧ポンプとして油圧ポンプモータが用いられる場合でも、その油圧ポンプモータは、図２及び図５に示される油圧ポンプモータ１４のようないわゆる両傾転型のもの、つまり、作動油の流れを双方向に受け入れるもの、に限らず、常に一方向の作動油の流れのみを許容するいわゆる片傾転のものであってもよい。その例として図２に示される装置の変形例を図８に示す。この変形例は図５に示される装置にも同様に適用可能である。

図８に示される装置では、図２に示される油圧ポンプモータ１４に代えて片傾転型の油圧ポンプモータ１４Ｓが用いられている。この油圧ポンプモータ１４Ｓは、ポンプ動作及びモータ動作のいずれを行う場合にもタンク側（図８では下側）に位置する入口ポート１４ｉからの作動油の流入のみを許容するものである。

図８に示される例は、前記油圧ポンプモータ１４Ｓの使用を可能にする手段として、前記油圧ポンプモータ１４Ｓの入口ポート１４ｉとタンクとの間に介在する背圧弁６２と、前記油圧ポンプモータ１４Ｓとアキュムレータ１５との間に介在する方向切換弁６４と、前記油圧ポンプモータ１４Ｓと並行するバイパス油路６６と、を有する。前記方向切換弁６４は、前記油圧ポンプモータ１４Ｓと前記バイパス油路６６の双方をタンクに連通する中立位置（図８の中央位置）と、前記油圧ポンプモータ１４Ｓの出口ポート（図８の上側ポート）１４ｅと前記アキュムレータ１５とを直結して前記バイパス油路６６を遮断することにより油圧ポンプモータ１４Ｓの出口ポート１４ｅからアキュムレータ１５への作動油の流れを許容する回生用位置（図８の左位置）と、前記アキュムレータ１５と前記バイパス油路６６とを接続するとともに前記油圧ポンプモータ１４Ｓの出口ポートをタンクに連通することによりアキュムレータ１５から油圧ポンプモータ１４Ｓの入口ポート１４ｉへの作動油の流入を許容する蓄圧用位置（図８の右位置）と、を有する。この方向切換弁６４は、当該方向切換弁６４の一対のパイロットポート６４ａ，６４ｂにそれぞれ接続される方向切換制御弁６８Ａ，６８Ｂを媒介として、コントローラ３０から当該方向切換制御弁６８Ａ，６８Ｂへの指令信号の入力により行われることが、可能である。

Ｃ．ポンプモータ制御部について
前記実施の形態に係るポンプモータ制御部３４，６４は、エンジン余剰トルクＴｅが０以上である場合に原則として油圧ポンプモータ１４をポンプ動作させるものであるが、本発明に係るポンプ制御部はエンジン余剰トルクが（０ではなく）０よりも大きい範囲で設定された設定値Ｔｏよりも大きい場合にのみ油圧ポンプモータをポンプ動作させるものでもよい。例えば、当該ポンプ制御部は、エンジン余剰トルクが０以上前記設定値Ｔｏ（＞０）以下の範囲にある場合には油圧ポンプモータの容量を０にするものでもよい。

Ｄ．回生モータについて
本発明に係る回生モータは、前記回生モータ１６のように可変容量型の油圧モータにより構成されたものに限らず、例えば固定容量型のものでもよい。この場合も、例えば図５に示されるような回生切換弁４５を用いることにより、回生が不要な場合に回生モータの駆動を停止させることが可能である。

Ｅ．ポンプ容量演算部について
本発明に係るポンプ容量演算部は、前記エンジン余剰トルクと前記回生トルクとの双方を考慮した蓄圧ポンプ容量（前記実施の形態では最終指令容量ｑｆ）を演算するものであればよく、その具体的な演算手法は限定されない。例えば、前記第１及び第２の実施形態に係るポンプ容量演算部３３，６３は、エンジン余剰トルクＴｅ及び回生トルクＴｂ（Ｔｓ）にそれぞれ対応する基本ポンプ容量ｑｏ及び追加ポンプ容量ｑａを演算して両ポンプ容量ｑｏ，ｑａの総和を最終指令容量ｑｆとして演算するが、本発明に係るポンプ容量演算部は、まずエンジン余剰トルクと回生トルクとの総和である総トルクを演算し、当該総トルクに基いて最終指令容量ｑｆを演算するものでもよい。

Ｆ．「駆動対象に作用する外力によるエネルギーであって油圧アクチュエータから排出される作動油である排出油を増量するエネルギーが存在する場合」について
「駆動対象に作用する外力」とは、駆動対象に作用する力のうち油圧アクチュエータによる力を除く力を意味し、その範囲で広く解釈されることが可能である。また、当該外力によるエネルギーであって油圧アクチュエータから排出される作動油である排出油を増量するエネルギーが存在することの判定基準として、第１の実施の形態ではブーム４を下げ方向に動かすための操作が行われていることが判定条件として設定されているが、これに代えて（例えばストロークセンサにより）ブームシリンダ７が実際に動いていることが検出されることが判定条件に設定されてもよい。同様に、第２の実施の形態では、操作レバー４９ａが中立位置に戻されていることが判定条件に設定されているが、これに代え、排出圧検出器５７Ａ，５７Ｂから出力される排出圧検出信号に基いて実際に旋回制動が行われていることが検出されることが判定条件に設定されてもよい。

２ 上部旋回体（駆動対象）
４ ブーム（駆動対象）
７ ブームシリンダ（油圧アクチュエータ）
７ａ へッド側室
７ｂ ロッド側室
１０ エンジン
１１，１２ メインポンプ
１４，１４Ｓ 油圧ポンプモータ
１５ アキュムレータ
１６ 回生モータ
２１，２２ ポンプ圧検出器
２５ アキュムレータ圧検出器
２７Ａ へッド圧検出器（排出圧検出器）
２７Ｂ ロッド圧検出器（入口圧検出器）
３０，６０ コントローラ
３２Ａ，６２Ａ 余剰トルク演算部
３２Ｂ，６２Ｂ 回生トルク演算部
３３，６３ ポンプ容量演算部
３４，６４ ポンプモータ制御部
３６，６６ 回生モータ制御部
４０ 旋回モータ
４０ａ 左旋回ポート
４０ｂ 右旋回ポート
５０ 旋回角度検出器
５７Ａ 左旋回排出圧検出器
５７Ｂ 右旋回排出圧検出器

Claims (9)

1. エンジンが搭載された作業機械に設けられて当該作業機械に含まれる駆動対象を油圧により駆動する油圧駆動装置であって、
   前記エンジンの出力軸に連結され、当該エンジンにより駆動されることにより作動油を吐出するメインポンプと、
   前記メインポンプにより吐出される作動油の供給を受けることにより前記駆動対象を動かすように作動しながら作動油を排出する油圧アクチュエータと、
   可変容量型の油圧ポンプからなり、前記エンジンの出力軸に連結されて当該エンジンにより駆動されることにより蓄圧用の作動油を吐出する蓄圧ポンプと、
   前記蓄圧ポンプが吐出する作動油を受け入れて蓄圧することが可能なアキュムレータと、
   前記エンジンの出力軸に連結され、前記駆動対象に作用する外力によるエネルギーであって前記油圧アクチュエータから排出される作動油である排出油を増量するエネルギーが存在する場合に当該排出油の供給を受けて回生トルクを生成し当該回生トルクを前記エンジンの出力軸に加える回生モータと、
   前記アキュムレータに蓄えられる圧力であるアキュムレータ圧を検出するアキュムレータ圧検出器と、
   前記エンジンの出力トルクの上限と前記駆動対象の駆動負荷に応じて前記メインポンプが要求するポンプ要求トルクとの差であるエンジン余剰トルクを演算する余剰トルク演算部と、
   前記回生トルクを検出する回生トルク検出部と、
   前記エンジン余剰トルクが存在する場合に前記蓄圧ポンプから吐出される作動油によって前記アキュムレータを蓄圧するための当該蓄圧ポンプの容量である蓄圧ポンプ容量を前記アキュムレータ圧に基いて演算するポンプ容量演算部と、
   前記蓄圧ポンプの実際の容量を前記ポンプ容量演算部により演算された前記蓄圧ポンプ容量に調節するポンプ制御部と、を備え、
   前記ポンプ容量演算部は前記エンジン余剰トルクと前記回生トルクとの双方を考慮した蓄圧ポンプ容量を演算する、作業機械の油圧駆動装置。
2. 請求項１記載の作業機械の油圧駆動装置であって、前記駆動対象に作用する外力は、前記駆動対象に作用する重力である、作業機械の油圧駆動装置。
3. 請求項２記載の作業機械の油圧駆動装置であって、前記回生トルク検出部は、前記駆動対象を下向きに動かすように前記油圧アクチュエータが作動しているときに当該油圧アクチュエータから排出される作動油の圧力であるアクチュエータ排出圧を検出する排出圧検出器と、前記駆動対象を下向きに動かすように前記油圧アクチュエータが作動している場合にのみ前記アクチュエータ排出圧と前記回生モータの容量とに基いて前記回生トルクを演算し、それ以外の場合には当該回生トルクが０であると判定する回生トルク演算部と、を含む、作業機械の油圧駆動装置。
4. 請求項３記載の作業機械の油圧駆動装置であって、前記回生トルク検出部は、前記駆動対象を下向きに動かすように前記油圧アクチュエータが作動しているときに当該油圧アクチュエータの入口に導入される作動油の圧力であるアクチュエータ入口圧を検出する入口圧検出器を含み、前記駆動対象を下向きに動かすように前記油圧アクチュエータが作動している場合であっても前記入口圧検出器により検出される前記アクチュエータ入口圧が予め設定された回生上限圧以上である場合には前記回生トルクが０であると判定する、作業機械の油圧駆動装置。
5. 請求項１記載の作業機械の油圧駆動装置であって、前記駆動対象に作用する外力は、前記駆動対象に作用する旋回方向の慣性力である、作業機械の油圧駆動装置。
6. 請求項５記載の作業機械の油圧駆動装置であって、前記回生トルク検出部は、前記油圧アクチュエータから排出される作動油の圧力であるアクチュエータ排出圧を検出する排出圧検出器を含み、前記メインポンプから前記油圧アクチュエータへの作動油の供給を停止させる操作が行われているにもかかわらず前記駆動対象が動いている場合にのみ前記アクチュエータ排出圧と前記回生モータの容量とに基いて前記回生トルクを演算し、それ以外の場合には当該回生トルクが０であると判定する、作業機械の油圧駆動装置。
7. 請求項１記載の作業機械の油圧駆動装置であって、前記蓄圧ポンプは、前記エンジンにより駆動されることにより作動油を吐出するポンプ動作と前記アキュムレータからの作動油の供給を受けて前記エンジンをアシストするためのトルクを生成するモータ動作とを択一的に行うことが可能な可変容量型の油圧ポンプモータにより構成される、作業機械の油圧駆動装置。
8. 請求項７記載の作業機械の油圧駆動装置であって、前記ポンプ制御部は、前記余剰トルク演算部により演算されるエンジン余剰トルクが一定以上の場合には前記油圧ポンプモータに前記ポンプ動作を行わせ、前記余剰トルク演算部により演算されるエンジン余剰トルクが負の場合には前記油圧ポンプモータに前記モータ動作を行わせるように当該油圧ポンプモータを操作するポンプモータ制御部である、作業機械の油圧駆動装置。
9. 請求項８記載の作業機械の油圧駆動装置であって、前記ポンプモータ制御部は、前記アキュムレータ圧が予め設定されたアキュムレータ回生上限圧に達した場合には前記油圧ポンプモータのポンプ動作を禁止する、作業機械の油圧駆動装置。
   
   
   

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