JP2019135406A - エネルギ回生システム - Google Patents

Abstract

【課題】スタンバイ状態のときに、ポンプから吐出される作動油を有効に利用する。【解決手段】エネルギ回生システムは、開弁時にポンプから回生モータへの作動油の流れを許容し、閉弁時にポンプから回生モータへの作動油の流れを遮断するスタンバイ回生弁と、回生通路から分岐する分岐通路に接続されるアキュムレータと、分岐通路に設けられ、開弁時に作動油の流れを許容し、閉弁時に作動油の流れを遮断する蓄圧制御弁と、コントローラと、を備える。コントローラは、全てのアクチュエータが非操作状態である場合にスタンバイ回生弁を開弁し、アキュムレータの圧力Ｐ２が予め定められた蓄圧完了圧力Ｐｔ２未満となった場合に蓄圧制御弁を開弁し、アキュムレータの圧力Ｐ２が予め定められた蓄圧完了圧力Ｐｔ２以上となった場合に蓄圧制御弁を閉弁する。【選択図】図３

Description

本発明は、エネルギ回生システムに関する。

特許文献１には、作動流体が持つエネルギを回生す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は、回生通路からの作動流体を蓄圧するアキュムレータを備え、回生通路内の圧力がアキュムレータ内の圧力よりも低いときに、アキュムレータ内に蓄圧した作動油を回生モータに供給して回生モータを駆動する。

特開２０１７−０１５１３２号公報

特許文献１に記載のエネルギ回生システムでは、ブームシリンダや旋回モータ等のアクチュエータが非操作状態（スタンバイ状態）のときには、ポンプから吐出される作動油はそのままタンクに戻される。つまり、特許文献１に記載のエネルギ回生システムでは、スタンバイ状態のときにポンプから吐出される作動油を有効に利用することができないという問題がある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、駆動回路系統の全てのアクチュエータが非操作状態のときに、流体圧ポンプから吐出される作動流体を有効に利用す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流体圧ポンプと、流体圧ポンプから複数のアクチュエータに供給される作動流体の流れを制御するアクチュエータ制御弁を有する駆動回路系統と、供給通路の流体圧ポンプとアクチュエータ制御弁との間から分岐する回生通路と、エンジンに接続され、回生通路を通じて導かれる作動流体により作動しエンジンの駆動をアシストする流体圧回生モータと、流体圧ポンプとアクチュエータ制御弁との間に設けられ、開弁時に流体圧ポンプから流体圧回生モータへの作動流体の流れを許容し、閉弁時に流体圧ポンプから流体圧回生モータへの作動流体の流れを遮断する回生制御弁と、アクチュエータの操作状態を検出する操作状態検出装置と、操作状態検出装置により駆動回路系統の全てのアクチュエータが非操作状態であることが検出されると、回生制御弁を開弁し、駆動回路系統のアクチュエータの少なくとも一つが操作状態であることが検出されると、回生制御弁を閉弁する回生制御部と、回生通路から分岐する分岐通路と、分岐通路を介して回生通路に接続されるアキュムレータと、分岐通路に設けられ、開弁時に作動流体の流れを許容し、閉弁時に作動流体の流れを遮断する切換弁と、アキュムレータの圧力を検出する圧力検出装置と、回生制御弁の開弁時において、圧力検出装置で検出されたアキュムレータの圧力が予め定められた第１圧力未満となった場合に切換弁を開弁し、圧力検出装置で検出されたアキュムレータの圧力が予め定められた第２圧力以上となった場合に切換弁を閉弁するアキュムレータ制御部と、を備えることを特徴とするエネルギ回生システムである。

第１の発明では、駆動回路系統の全てのアクチュエータが非操作状態であるときに、流体圧ポンプから吐出される作動流体の一部をアキュムレータに蓄圧することができる。アキュムレータ内に蓄圧された作動流体は、所望のタイミングで、流体圧ポンプから吐出される作動流体とともに流体圧回生モータに供給することができる。

第２の発明は、回生制御弁が、開弁時及び閉弁時のそれぞれにおいて、流体圧ポンプから吐出される作動流体がアクチュエータ制御弁へ流れることを許容し、閉弁時には、作動流体の流れに抵抗を付与する絞りを通じて、流体圧ポンプからアクチュエータ制御弁へ作動流体を導くことを特徴とする。

第２の発明では、流体圧回生モータに供給される作動油の流量を低減できるので、流体圧回生モータの吸込側圧力が高圧になることを、効果的に防止できる。

第３の発明は、流体圧ポンプが、可変容量型ポンプであり、流体圧回生モータは、可変容量型モータであり、流体圧ポンプの押しのけ容積に基づいて、流体圧回生モータの押しのけ容積を制御するモータ制御部をさらに備えることを特徴とする。

第４の発明は、モータ制御部が、回生制御弁が開弁しているとき、流体圧ポンプからアクチュエータ制御弁に供給される作動流体の流量と、流体圧ポンプから流体圧回生モータに供給される作動流体の流量との比率が、予め定められた所定比率となるように、流体圧回生モータの押しのけ容積を制御することを特徴とする。

第３及び第４の発明では、流体圧回生モータの吸込側圧力が負圧になったり高圧になったりすることを効果的に防止できる。

第５の発明は、回生通路から分岐してタンクに接続されるタンク通路に設けられ、タンクから流体圧回生モータの吸込側への作動流体の流れを許容し、流体圧回生モータの吸込側からタンクへの作動流体の流れを遮断する逆止弁をさらに備えることを特徴とする。

第５の発明では、流体圧回生モータに供給される作動油の流量が不足した場合に、流体圧回生モータの吸込側にタンクから作動流体を供給することができるので、流体圧回生モータの吸込側圧力が負圧になることを効果的に防止できる。

本発明によれば、駆動回路系統の全てのアクチュエータが非操作状態のときに、流体圧ポンプから吐出される作動流体を有効に利用することができる。

本発明の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。 本発明の実施形態に係るエネルギ回生システムのコントローラによる制御の処理内容を示すフローチャートである。 本発明の実施形態の変形例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。

図１から図３を参照して、本発明の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（不図示）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は旋回モータ３０（図２参照）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は、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。アーム６は、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、作動油を吐出する流体圧ポンプとしてのポンプ１０と、ポンプ１０から供給通路２１を通じて複数のアクチュエータに供給される作動油の流れを制御する制御弁ユニット２０を有する駆動回路系統ＨＣ１と、エンジン１１の駆動をアシストする流体圧回生モータとしての回生モータ８０と、後述する各回生弁８３，８４，８５を通じて供給される作動油を回生モータ８０に導く回生回路系統ＨＣ２と、を備える。

ポンプ１０は、レギュレータ１０ａによって斜板の傾転角が調整可能な可変容量型の油圧ポンプであり、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。制御弁ユニット２０は、供給通路２１を介してポンプ１０に接続されるとともに、排出通路２２を介してタンク１２に接続される。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、複数のアクチュエータに対応する複数のアクチュエータ制御弁としての制御弁Ｖを有する。各制御弁Ｖは、ポンプ１０から各アクチュエータへ導かれる作動油の流量を制御して、各アクチュエータの動作を制御する。各制御弁Ｖは、油圧ショベルに搭乗するオペレータが、操作装置４２を操作することにより、操作される。図２では、複数のアクチュエータのうち、旋回モータ３０及びブームシリンダ５０を代表して図示し、その他のアクチュエータの図示は省略している。

コントローラ４０には、各アクチュエータの制御弁Ｖに対応する操作装置４２の操作方向及び操作量を検出する操作センサ４２ａが電気的に接続される。操作センサ４２ａ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４２ａで検出された操作量Ｌが、操作判定閾値Ｌ０未満であるか否かを判定する。操作判定閾値Ｌ０は、アクチュエータが操作状態であるのか、非操作状態であるのかを判定するための閾値であり、予めコントローラ４０の記憶部に記憶される。操作判定閾値Ｌ０は、アクチュエータごとに設定される。

操作センサ４２ａで検出された操作量Ｌが、操作判定閾値Ｌ０未満である場合、コントローラ４０は、その操作センサ４２ａに対応するアクチュエータは操作されていない状態（非操作状態）であると判定する。操作センサ４２ａで検出された操作量Ｌが、操作判定閾値Ｌ０以上である場合、コントローラ４０は、その操作センサ４２ａに対応するアクチュエータは操作されている状態（操作状態）であると判定する。つまり、操作センサ４２ａは、駆動回路系統ＨＣ１のアクチュエータの操作状態を検出する操作状態検出装置として機能する。

コントローラ４０は、各操作センサ４２ａで検出された操作量Ｌに基づいて、駆動回路系統ＨＣ１の全てのアクチュエータが非操作状態、すなわちスタンバイ状態であるか否かを判定する。具体的には、コントローラ４０は、駆動回路系統ＨＣ１のアクチュエータの少なくとも一つが操作されている場合、非スタンバイ状態であると判定し、駆動回路系統ＨＣ１のアクチュエータの全てが操作されていない場合、スタンバイ状態であると判定する。

旋回モータ３０は、第１旋回通路３２ａ及び第２旋回通路３２ｂを介して、旋回制御弁３１に接続される。旋回制御弁３１は、正転位置、中立位置及び逆転位置を有する３位置切換弁である。

旋回制御弁３１が中立位置にある場合には、旋回制御弁３１のアクチュエータポートが閉じられるため、旋回モータ３０への作動油の供給及び旋回モータ３０からの作動油の排出が遮断され、旋回モータ３０は停止した状態を保つ。

旋回制御弁３１が正転位置に切り換えられると、ポンプ１０から吐出された作動油が第１旋回通路３２ａを通じて旋回モータ３０に供給され、旋回モータ３０が正転する。旋回モータ３０からの戻り作動油は、第２旋回通路３２ｂを通じてタンク１２に排出される。これにより、旋回部３が正方向に旋回（例えば左旋回）する。

旋回制御弁３１が逆転位置に切り換えられると、ポンプ１０から吐出された作動油が第２旋回通路３２ｂを通じて旋回モータ３０に供給され、旋回モータ３０が逆転する。旋回モータ３０からの戻り作動油は、第１旋回通路３２ａを通じてタンク１２に排出される。これにより、旋回部３が逆方向に旋回（例えば右旋回）する。

ブームシリンダ５０は、反ロッド側室５０ａが第１ブーム通路５２ａを介してブーム制御弁５１に接続され、ロッド側室５０ｂが第２ブーム通路５２ｂを介してブーム制御弁５１に接続される。ブーム制御弁５１は、上げ位置、中立位置及び下げ位置を有する３位置切換弁である。

ブーム制御弁５１が上げ位置に切り換えられると、ポンプ１０から吐出された作動油が第１ブーム通路５２ａを通じてブームシリンダ５０の反ロッド側室５０ａに供給されるとともに、ロッド側室５０ｂからの戻り作動油が第２ブーム通路５２ｂを通じてタンク１２に排出される。これにより、ブームシリンダ５０が伸長し、ブーム５が上方に回動する。

ブーム制御弁５１が下げ位置に切り換えられると、ポンプ１０から吐出された作動油が第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に供給されるとともに、反ロッド側室５０ａからの戻り作動油が第１ブーム通路５２ａを通じてタンク１２に排出される。これにより、ブームシリンダ５０が収縮し、ブーム５が下方に回動する。

ブーム制御弁５１が中立位置に切り換えられると、ブームシリンダ５０への作動油の供給及びブームシリンダ５０からの作動油の排出が遮断され、ブーム５は停止した状態を保つ。所定の角度でブーム５が停止した場合、掘削部４の自重によって、ブームシリンダ５０には収縮する方向の力が作用する。したがって、ブームシリンダ５０は、ブーム制御弁５１が中立位置にある場合には、反ロッド側室５０ａによって負荷を保持する。つまり、反ロッド側室５０ａが負荷側圧力室として機能する。

供給通路２１は、中立通路２１ａとパラレル通路２１ｂとに分岐して各制御弁Ｖに接続される。中立通路２１ａにおける制御弁ユニット２０の下流側には、パイロット圧を生成するための絞り９１と、パイロットリリーフ弁９０が並列に設けられる。

絞り９１は、通過する流量が多ければ上流側に高いパイロット圧を生成し、通過する流量が少なければ上流側に低いパイロット圧を生成する。絞り９１を通過する流量は、制御弁Ｖの操作量が大きいほど、小さくなる。

例えば、各制御弁Ｖの操作量がゼロであり、各制御弁Ｖが中立位置にある場合、ポンプ１０から制御弁ユニット２０に供給される作動油の全部が中立通路２１ａを通じてタンク１２に導かれる。つまり、制御弁Ｖが操作されていない場合には、制御弁Ｖが操作されているときに比べて、絞り９１を通過する作動油の流量が多くなり、高いパイロット圧が生成される。

一方、少なくとも一つの制御弁Ｖの操作量が最大であり、当該制御弁Ｖがフルストロークに切り換えられると、当該制御弁Ｖにより中立通路２１ａが閉ざされて作動油の流通がなくなる。このため、少なくとも一つの制御弁Ｖが最大に操作された場合、絞り９１を通過する作動油の流量がほぼなくなり、パイロット圧がほぼゼロになる。つまり、絞り９１は、制御弁Ｖの操作量に応じたパイロット圧を生成する。

パイロットリリーフ弁９０は、絞り９１の上流側に生成されるパイロット圧が所定のパイロットリリーフ圧を超えると開弁して、パイロット圧を所定のパイロットリリーフ圧以下に保つ。

絞り９１の上流側にはパイロット通路９３が接続され、パイロット通路９３には絞り９１によって生成されたパイロット圧が導かれる。パイロット通路９３は、ポンプ１０の斜板の傾転角を制御するレギュレータ１０ａに接続される。

レギュレータ１０ａは、パイロット通路９３のパイロット圧と比例（比例定数は負の数）してポンプ１０の斜板の傾転角を制御して、ポンプ１０の押しのけ容積を制御する。したがって、制御弁Ｖがフルストロークに切り換えられて絞り９１を通過する作動油の流れがなくなり、パイロット通路９３のパイロット圧がゼロになれば、ポンプ１０の斜板の傾転角が最大になり、押しのけ容積が最大になる。

絞り９１の上流側には、絞り９１の上流側の圧力、すなわち制御弁ユニット２０の背圧Ｐ１を検出する圧力センサ９４が設けられる。圧力センサ９４によって検出した圧力信号はコントローラ４０に出力される。制御弁ユニット２０の背圧Ｐ１は、制御弁Ｖの操作量に応じて変化するので、圧力センサ９４によって検出される圧力信号は、駆動回路系統ＨＣ１の要求流量に比例する。

駆動回路系統ＨＣ１の全てのアクチュエータが非操作状態であると判定された場合、コントローラ４０は、後述する電磁弁６８のソレノイドを励磁して、回生制御弁としてのスタンバイ回生弁８５を連通位置８５ｂに切り換える。すなわち、コントローラ４０は、スタンバイ状態であるときには、スタンバイ回生弁８５を開弁する。駆動回路系統ＨＣ１のアクチュエータの少なくとも一つが操作状態であると判定された場合、コントローラ４０は、電磁弁６８のソレノイドを消磁する。これにより、スタンバイ回生弁８５は、ばねの弾性力により遮断位置８５ａに切り換えられる。すなわち、コントローラ４０は、非スタンバイ状態であるときには、スタンバイ回生弁８５を閉弁する。

回生モータ８０は、エンジン１１に接続され、回生回路系統ＨＣ２を通じて導かれる作動油により作動し、エンジン１１の駆動をアシストする。回生モータ８０は、レギュレータ８０ａによって斜板の傾転角が調整可能な可変容量型の油圧モータであり、エンジン１１に直接または減速機（不図示）を介して連結される。レギュレータ８０ａは、コントローラ４０からの指令信号に基づき、回生モータ８０の斜板の傾転角を制御して、回生モータ８０の押しのけ容積を制御する。

回生回路系統ＨＣ２は、スタンバイ回生制御時にポンプ１０からスタンバイ回生弁８５を通じて作動油が供給される回生通路であるスタンバイ回生通路６５と、旋回回生制御時に旋回モータ３０から旋回回生弁８３を通じて作動油が供給される回生通路である旋回回生通路３５と、ブーム回生制御時にブームシリンダ５０からブーム回生弁８４を通じて作動油が供給される回生通路であるブーム回生通路５５と、スタンバイ回生通路６５、旋回回生通路３５及びブーム回生通路５５のそれぞれに連通する回生通路である共通回生通路２８と、を有する。

回生回路系統ＨＣ２には、共通回生通路２８から分岐して回生モータ８０を介することなくタンク１２に接続されるタンク通路９５が設けられる。タンク通路９５には、タンク１２から回生モータ８０の吸込側への作動油の流れを許容し、回生モータ８０の吸込側からタンク１２への作動油の流れを遮断する逆止弁９２が設けられる。

スタンバイ回生制御、旋回回生制御及びブーム回生制御は、回生制御部として機能するコントローラ４０によって実行される。コントローラ４０は、動作回路としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶部としてのＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）、並びに入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）、その他の周辺回路を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ４０は、複数のマイクロコンピュータで構成することも可能である。コントローラ４０の記憶部には、スタンバイ回生制御、旋回回生制御及びブーム回生制御等の各種制御に対応するプログラムが記憶されている。

なお、動作回路としては、ＣＰＵに代えてまたはＣＰＵとともに、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などを用いることができる。

旋回モータ３０からの作動油を利用してエネルギ回生を行う旋回回生制御について説明する。

旋回モータ３０に接続される第１旋回通路３２ａ及び第２旋回通路３２ｂには、それぞれ第１分岐通路３３ａ及び第２分岐通路３３ｂが接続される。第１分岐通路３３ａ及び第２分岐通路３３ｂは合流して、旋回モータ３０からの作動油を回生モータ８０に導くための旋回回生通路３５に接続される。第１分岐通路３３ａには、第１旋回通路３２ａから旋回回生通路３５への作動油の流れのみを許容するチェック弁３６ａが設けられる。第２分岐通路３３ｂには、第２旋回通路３２ｂから旋回回生通路３５への作動油の流れのみを許容するチェック弁３６ｂが設けられる。旋回回生通路３５は、共通回生通路２８を通じて回生モータ８０に接続される。

旋回回生通路３５には、油圧パイロット式の旋回回生弁８３が設けられる。旋回回生弁８３は、旋回モータ３０から回生モータ８０への作動油の流れを遮断する遮断（閉弁）位置８３ａと、旋回モータ３０から回生モータ８０への作動油の流れを許容する連通（開弁）位置８３ｂと、を有する。

旋回回生弁８３の動作は、電磁弁３８を通じたパイロット圧により制御される。電磁弁３８は、旋回回生弁８３のパイロット室８３ｐとパイロット圧源Ｐｐとを接続するパイロット通路３９に介装される。電磁弁３８は、コントローラ４０から出力される指令信号によりソレノイドが励磁されると、パイロット圧源Ｐｐの圧力を減圧して指令値に応じたパイロット圧を生成し、生成したパイロット圧を旋回回生弁８３のパイロット室８３ｐに供給する。電磁弁３８は、ソレノイドが消磁されると、旋回回生弁８３のパイロット室８３ｐをタンク１２に連通する。

旋回回生弁８３は、パイロット室８３ｐがタンク圧になるとばねの弾性力により遮断位置８３ａ（図２に示す状態）に切り換えられて旋回回生通路３５を遮断する。旋回回生弁８３は、パイロット室８３ｐに所定のパイロット圧が作用すると連通位置８３ｂに切り換えられて旋回回生通路３５を開通し、旋回モータ３０から回生モータ８０に作動油を導く。これにより、旋回回生が行われる。

旋回回生弁８３とチェック弁３６ａ，３６ｂとの間には、旋回モータ３０の旋回動作時の旋回圧力またはブレーキ動作時のブレーキ圧力を検出する圧力検出装置としての圧力センサ４１が設けられる。圧力センサ４１で検出された圧力信号は、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で検出した圧力が旋回回生開始圧力以上であるか否かを判定し、その判定結果に基づいて電磁弁３８を切り換えることにより、旋回回生弁８３を制御する。旋回回生開始圧力は、予め定められており、コントローラ４０の記憶部に記憶されている。

コントローラ４０は、圧力センサ４１で検出した圧力が旋回回生開始圧力以上になったと判定した場合には、電磁弁３８にオン信号（励磁電流）を出力し、電磁弁３８のソレノイドを励磁する。これにより、電磁弁３８で生成される所定のパイロット圧が旋回回生弁８３のパイロット室８３ｐに作用し、旋回回生弁８３が連通位置８３ｂに切り換わって旋回回生が開始される。

コントローラ４０は、圧力センサ４１で検出した圧力が旋回回生開始圧力未満になったと判定した場合には、電磁弁３８にオフ信号を出力し、電磁弁３８のソレノイドを消磁する。これにより、旋回回生弁８３のパイロット室８３ｐがタンク圧となり、旋回回生弁８３が遮断位置８３ａに切り換わって旋回回生が停止する。

旋回動作時に旋回回生弁８３が連通位置８３ｂに切り換えられると、旋回通路３２ａ，３２ｂの余剰油が分岐通路３３ａ，３３ｂ及びチェック弁３６ａ，３６ｂを通じて旋回回生通路３５に流入し、回生モータ８０に導かれる。旋回モータ３０の旋回中に旋回制御弁３１が中立位置に切り換えられるブレーキ動作時には、旋回モータ３０のポンプ作用によって吐出された作動油が分岐通路３３ａ，３３ｂ及びチェック弁３６ａ，３６ｂを通じて旋回回生通路３５に流入し、回生モータ８０に導かれる。

ブームシリンダ５０からの作動油を利用してエネルギ回生を行うブーム回生制御について説明する。

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し、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。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、一端が第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、他端が第１ブーム通路５２ａにおける逆止弁５３ａと反ロッド側室５０ａとの間に接続される。ブーム回生通路５５は、共通回生通路２８を通じて回生モータ８０に接続される。

ブーム回生通路５５には、油圧パイロット式のブーム回生弁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（閉弁）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（開弁）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。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。

ブーム回生弁８４の動作は、電磁弁５８を通じたパイロット圧により制御される。電磁弁５８は、ブーム回生弁８４のパイロット室８４ｐとパイロット圧源Ｐｐとを接続するパイロット通路５９に介装される。電磁弁５８は、コントローラ４０から出力される指令信号によりソレノイドが励磁されると、パイロット圧源Ｐｐの圧力を減圧して指令値に応じたパイロット圧を生成し、生成したパイロット圧をブーム回生弁８４のパイロット室８４ｐに供給する。電磁弁５８は、ソレノイドが消磁されると、ブーム回生弁８４のパイロット室８４ｐをタンク１２に連通する。

ブーム回生弁８４は、パイロット室８４ｐがタンク圧になるとばねの弾性力により遮断位置８４ａ（図２に示す状態）に切り換えられてブーム回生通路５５を遮断する。ブーム回生弁８４は、パイロット室８４ｐに所定のパイロット圧が作用すると連通位置８４ｂに切り換えられてブーム回生通路５５を開通し、ブーム５から回生モータ８０に作動油を導く。これにより、ブーム回生が行われる。

コントローラ４０は、ブームシリンダ５０に対応する操作装置４２の操作センサ４２ａで検出した操作方向に基づいて、ブームシリンダ５０が伸長操作されているのか、または収縮操作されているのかを判定し、その判定結果に基づいて電磁弁５８を切り換えることにより、ブーム回生弁８４を制御する。

コントローラ４０は、ブームシリンダ５０が伸長操作されていると判定した場合には、電磁弁５８にオフ信号を出力し、電磁弁５８のソレノイドを消磁する。これにより、ブーム回生弁８４のパイロット室８４ｐがタンク圧となり、ブーム回生弁８４が遮断位置８４ａに切り換わる。つまり、ブームシリンダ５０が伸長操作されている場合には、ブーム回生が行われない。

一方、コントローラ４０は、ブームシリンダ５０が収縮操作されていると判定した場合には、ブームシリンダ５０に対応する操作装置４２の操作センサ４２ａにより検出された操作量Ｌ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、要求収縮速度が高いか低いかを判定する。コントローラ４０は、要求収縮速度が、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）以上の場合に、要求収縮速度が高いと判定する。コントローラ４０は、要求収縮速度がブーム回生限界速度未満の場合に、要求収縮速度が低いと判定する。コントローラ４０は、要求収縮速度が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５５及び共通回生通路２８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なるので、反ロッド側室５０ａ内の作動油が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）及びブーム制御弁５１を通じてタンク１２へ排出することが好ましい。この場合、回生モータ８０といった負荷を経ることなく作動油をタンク１２に排出することができる。その結果、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ほぼ一致させることができる。

コントローラ４０は、ブームシリンダ５０が収縮されていると判定し、かつ要求収縮速度が低い（要求収縮速度が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、電磁弁５８にオン信号（励磁電流）を出力し、電磁弁５８のソレノイドを励磁する。これにより、電磁弁５８で生成される所定のパイロット圧がブーム回生弁８４のパイロット室８４ｐに作用し、ブーム回生弁８４が連通位置８４ｂに切り換わってブーム回生が開始される。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５５に導かれる。

ブーム回生通路５５に導かれた作動油は、共通回生通路２８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。

スタンバイ状態のときに、ポンプ１０から吐出される作動油を利用してエネルギ回生を行うスタンバイ回生制御について説明する。

供給通路２１における制御弁ユニット２０の上流側と共通回生通路２８とは、スタンバイ回生通路６５によって接続される。換言すれば、スタンバイ回生通路６５は、供給通路２１のポンプ１０と制御弁ユニット２０との間から分岐して共通回生通路２８に接続される通路である。

ポンプ１０と制御弁ユニット２０との間には、油圧パイロット式のスタンバイ回生弁８５が設けられる。スタンバイ回生弁８５は、ポンプ１０から回生モータ８０への作動油の流れを遮断する遮断（閉弁）位置８５ａと、ポンプ１０から回生モータ８０への作動油の流れを許容する連通（開弁）位置８５ｂと、を有する。

スタンバイ回生弁８５は、供給通路２１における作動油の流れも制御する。具体的には、スタンバイ回生弁８５は、連通位置８５ｂ及び遮断位置８５ａのそれぞれにおいて、ポンプ１０から吐出される作動油が制御弁ユニット２０へ流れることを許容する。スタンバイ回生弁８５は、遮断位置８５ａに切り換えられているときには、作動油の流れに抵抗を付与する絞り８５ｄを通じて、ポンプ１０から制御弁ユニット２０へ作動油を導く。

スタンバイ回生弁８５の動作は、電磁弁６８を通じたパイロット圧により制御される。電磁弁６８は、スタンバイ回生弁８５のパイロット室８５ｐとパイロット圧源Ｐｐとを接続するパイロット通路６９に介装される。電磁弁６８は、コントローラ４０から出力される指令信号によりソレノイドが励磁されると、パイロット圧源Ｐｐの圧力を減圧して指令値に応じたパイロット圧を生成し、生成したパイロット圧をスタンバイ回生弁８５のパイロット室８５ｐに供給する。電磁弁６８は、ソレノイドが消磁されると、スタンバイ回生弁８５のパイロット室８５ｐをタンク１２に連通する。

コントローラ４０は、各アクチュエータに対応する各操作センサ４２ａで検出された操作量Ｌに基づいてスタンバイ状態であると判定した場合、電磁弁６８にオン信号（励磁電流）を出力し、電磁弁６８のソレノイドを励磁する。これにより、電磁弁６８で生成される所定のパイロット圧がスタンバイ回生弁８５のパイロット室８５ｐに作用し、スタンバイ回生弁８５が連通位置８５ｂに切り換わってスタンバイ回生が開始される。

スタンバイ回生弁８５は、供給通路２１における作動油の流れを、絞り８５ｄを通じて許容するので、ポンプ１０から吐出される作動油は、切り換え直後は供給通路２１に導かれ、その後、徐々にスタンバイ回生通路６５に導かれる。

このように、本実施形態では、スタンバイ回生時に、ポンプ１０から吐出される作動油の一部を制御弁ユニット２０にも供給するようにした。このため、スタンバイ回生時に、ポンプ１０から吐出される作動油の全量を回生モータ８０に供給する場合に比べて、回生モータ８０に供給される作動油の流量を低減できるので、回生モータ８０の吸込側圧力が高圧になることを、効果的に防止できる。

コントローラ４０は、各アクチュエータに対応する各操作センサ４２ａで検出された操作量Ｌに基づいて非スタンバイ状態であると判定した場合、電磁弁６８にオフ信号を出力し、電磁弁６８のソレノイドを消磁する。これにより、スタンバイ回生弁８５のパイロット室８５ｐがタンク圧となり、スタンバイ回生弁８５が遮断位置８５ａに切り換わってスタンバイ回生が停止する。

共通回生通路２８からアキュムレータ７５への作動油の蓄圧、及びアキュムレータ７５から共通回生通路２８への作動油の供給について説明する。

回生回路系統ＨＣ２には、共通回生通路２８から分岐する分岐通路２８ａが設けられる。アキュムレータ７５は、分岐通路２８ａを介して共通回生通路２８に接続される。分岐通路２８ａには、油圧パイロット式の蓄圧制御弁７４が設けられる。蓄圧制御弁７４は、分岐通路２８ａにおける作動油の流れを遮断する遮断（閉弁）位置７４ａと、分岐通路２８ａにおける作動油の流れを絞り７４ｄを通じて許容する連通（開弁）位置７４ｂと、を有する切換弁である。

蓄圧制御弁７４の動作は、電磁弁７８を通じたパイロット圧により制御される。電磁弁７８は、蓄圧制御弁７４のパイロット室７４ｐとパイロット圧源Ｐｐとを接続するパイロット通路７９に介装される。電磁弁７８は、コントローラ４０から出力される指令信号によりソレノイドが励磁されると、パイロット圧源Ｐｐの圧力を減圧して指令値に応じたパイロット圧を生成し、生成したパイロット圧を蓄圧制御弁７４のパイロット室７４ｐに供給する。電磁弁７８は、ソレノイドが消磁されると、蓄圧制御弁７４のパイロット室７４ｐをタンク１２に連通する。

アキュムレータ７５は、ハウジング７５ａと、ハウジング７５ａの内部を油室７５ｂと気体室７５ｃとに区画するダイヤフラム７５ｄと、を備える。分岐通路２８ａは油室７５ｂに連通する。気体室７５ｃには圧縮空気が封入される。

蓄圧制御弁７４が連通位置７４ｂにある場合において、共通回生通路２８内の圧力が油室７５ｂ内の圧力よりも高いときには、共通回生通路２８から分岐通路２８ａを通じて油室７５ｂに作動油が供給される。油室７５ｂへの作動油の流入により気体室７５ｃが収縮し、気体室７５ｃの圧力が上昇する。つまり、共通回生通路２８からの作動油がアキュムレータ７５に蓄圧される。

気体室７５ｃの圧力と共通回生通路２８内の圧力とが同じになったところで、共通回生通路２８から油室７５ｂへの作動油の供給が停止する。

蓄圧制御弁７４が連通位置７４ｂにある場合において、共通回生通路２８内の圧力が油室７５ｂ内の圧力よりも低いときには、油室７５ｂから共通回生通路２８へ作動油が供給される。油室７５ｂからの作動油の流出により気体室７５ｃが膨張し、気体室７５ｃの圧力が低下する。つまり、アキュムレータ７５に蓄圧された作動油が共通回生通路２８に供給される。

気体室７５ｃの圧力と共通回生通路２８内の圧力が同じになったところで、油室７５ｂから共通回生通路２８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７５は、アキュムレータ７５内の圧力と共通回生通路２８内の圧力との差に応じて、共通回生通路２８からの作動油を蓄圧する、またはアキュムレータ７５内の作動油を共通回生通路２８へ供給する。アキュムレータ７５内の作動油が共通回生通路２８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の駆動がアシストされる。

共通回生通路２８内の圧力は、共通回生通路２８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２８内の圧力が油室７５ｂ内の圧力を超えると、共通回生通路２８から油室７５ｂに作動油が流入する。つまり、アキュムレータ７５は、共通回生通路２８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２８内の圧力は、共通回生通路２８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２８内の圧力が気体室７５ｃ内の圧力よりも下がると、アキュムレータ７５は、作動油を共通回生通路２８に供給する。

スタンバイ状態のときにおける、コントローラ４０による蓄圧制御弁７４の制御について説明する。スタンバイ状態であるとき、コントローラ４０はアキュムレータ７５の圧力に応じて蓄圧制御弁７４を切り換える。

コントローラ４０には、アキュムレータ７５の圧力Ｐ２を検出する圧力検出装置としての圧力センサ４３が接続される。圧力センサ４３は、分岐通路２８ａにおける蓄圧制御弁７４とアキュムレータ７５との間に設けられ、検出し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４３からの圧力信号に基づき、蓄圧制御弁７４を制御するアキュムレータ制御部として機能する。

コントローラ４０は、スタンバイ状態であるときに、圧力センサ４３で検出したアキュムレータ７５の圧力Ｐ２が蓄圧完了圧力Ｐｔ２未満であるか否かを判定する。蓄圧完了圧力Ｐｔ２は、アキュムレータ７５の蓄圧が完了したことを表す圧力であり、アキュムレータ７５の最高使用圧力よりも低い圧力であり、予め定められ、コントローラ４０の記憶部に記憶される。蓄圧完了圧力Ｐｔ２は、蓄圧制御弁７４を開弁するために用いる圧力閾値である第１圧力、及び、蓄圧制御弁７４を閉弁するために用いる圧力閾値である第２圧力として設定される。

コントローラ４０は、圧力センサ４３で検出したアキュムレータ７５の圧力Ｐ２が、上記第１圧力として設定される蓄圧完了圧力Ｐｔ２未満であると判定した場合、電磁弁７８にオン信号（励磁電流）を出力し、電磁弁７８のソレノイドを励磁する。これにより、電磁弁７８で生成される所定のパイロット圧が蓄圧制御弁７４のパイロット室７４ｐに作用し、蓄圧制御弁７４が連通位置７４ｂに切り換わり、分岐通路２８ａにおける作動油の流れが許容される。

したがって、共通回生通路２８内の圧力がアキュムレータ７５内の圧力よりも高いときには、ポンプ１０からスタンバイ回生弁８５を通じて供給される作動油の一部がアキュムレータ７５に蓄積される。つまり、スタンバイ状態のときにポンプ１０から排出される作動油によって、アキュムレータ７５が蓄圧される。

コントローラ４０は、圧力センサ４３で検出したアキュムレータ７５の圧力Ｐ２が、上記第２圧力として設定される蓄圧完了圧力Ｐｔ２以上であると判定した場合、電磁弁７８にオフ信号を出力し、電磁弁７８のソレノイドを消磁する。これにより、蓄圧制御弁７４のパイロット室７４ｐがタンク圧となり、蓄圧制御弁７４がばねの弾性力により遮断位置７４ａに切り換わる。

このように、エネルギ回生システム１００では、分岐通路２８ａに蓄圧制御弁７４が設けられているので、作動油を蓄圧した状態で分岐通路２８ａにおける作動油の流れを遮断することができる。スタンバイ状態のときに、アキュムレータ７５の蓄圧を完了させておくことができるので、アキュムレータ７５内に貯留された作動油を後述する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。

アキュムレータ７５からの作動油を利用して、エンジン１１の駆動をアシストするアシスト制御について説明する。

コントローラ４０には、エンジン１１の回転速度Ｎを検出する回転速度センサ４４が接続される。回転速度センサ４４は、エンジン１１の出力シャフト１１ａ等に設けられ、検出した回転速度信号をコントローラ４０に出力する。

コントローラ４０は、非スタンバイ状態である場合に、回転速度センサ４４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否かを判定する。

コントローラ４０は、エンジン１１の回転速度Ｎに変化がないと判定したときには、蓄圧制御弁７４を遮断位置７４ａに維持する。コントローラ４０は、高負荷作業時等によりエンジン１１の回転速度Ｎが低下したと判定したときには、蓄圧制御弁７４を連通位置７４ｂに切り換える。これにより、アキュムレータ７５に蓄圧された作動油が共通回生通路２８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の駆動がアシストされる。

スタンバイ状態のときにおける回生モータ８０の押しのけ容積の制御（モータ傾転制御）について説明する。コントローラ４０は、スタンバイ状態のときに、ポンプ１０の押しのけ容積に基づいて、回生モータ８０の押しのけ容積を制御するモータ制御部として機能する。

本実施形態では、回生モータ８０とエンジン１１とが直接または減速機（不図示）を介して連結されており、その変速比は常に一定である。ここで、ポンプ１０から回生モータ８０に供給される作動油の流量に対して、回生モータ８０の押しのけ容積が大きいと、回生モータ８０がエンジン１１に対して負荷として機能してしまう。また、ポンプ１０から回生モータ８０に供給される作動油の流量に対して、回生モータ８０の押しのけ容積が小さいと、回生モータ８０の吸込側圧力が大きくなり、回生モータ８０が損傷するおそれがある。

そこで、本実施形態では、スタンバイ回生弁８５を通じてポンプ１０から回生モータ８０に供給される作動油の流量に応じて回生モータ８０の押しのけ容積を変化させる。

コントローラ４０は、エンジン１１の回転速度Ｎとポンプ１０の押しのけ容積αｐに基づいて、ポンプ１０から吐出される作動油の流量（ポンプ吐出流量）を演算する。ポンプ１０の押しのけ容積を表す信号は、レギュレータ１０ａからコントローラ４０に出力される。コントローラ４０は、スタンバイ回生弁８５が連通位置８５ｂにあるときに、演算したポンプ吐出流量に基づいて回生モータ８０の押しのけ容積αｍを決定する。コントローラ４０は、スタンバイ回生弁８５から制御弁ユニット２０に供給される流量と、スタンバイ回生弁８５から回生モータ８０に供給される流量との比率が、予め定められた所定比率となるように、回生モータ８０の押しのけ容積αｍを決定する。

スタンバイ状態におけるポンプ１０の押しのけ容積αｐはレギュレータ１０ａによって最小値αｐｍｉｎ（一定値）に制御される。このため、スタンバイ状態では、ポンプ吐出流量がエンジン１１の回転速度Ｎのみを変数として決定される。したがって、エンジン１１の回転速度Ｎに対応する回生モータ８０の押しのけ容積αｍを予め演算し、テーブル形式でコントローラ４０の記憶部に記憶させておくこともできる。この場合、回転速度センサ４４で検出したエンジン１１の回転速度Ｎに基づいてテーブルを参照することにより、目標とする回生モータ８０の押しのけ容積αｍを決定することができる。

さらに、スタンバイ状態におけるエンジン１１の回転速度Ｎが一定値（アイドル回転速度Ｎｉ）に制御される場合には、エンジン１１の回転速度Ｎがアイドル回転速度Ｎｉであって、ポンプ１０の押しのけ容積αｐが最小値αｐｍｉｎであるときのポンプ吐出流量が所定値に定まる。したがって、この値に対応する回生モータ８０の押しのけ容積αｍを予め演算し、コントローラ４０の記憶部に記憶させておくこともできる。この場合、スタンバイ状態であることが判定された場合に、その値を参照することにより、目標とする回生モータ８０の押しのけ容積αｍを決定することができる。

このように、ポンプ１０の押しのけ容積αｐに基づいて、回生モータ８０の押しのけ容積αｍを制御することにより、回生モータ８０の吸込側圧力が負圧になったり、高圧になったりすることを防止できる。その結果、エンジン１１の負荷が増加してしまったり、回生モータ８０が損傷してしまったりすることを防止できる。

本実施形態では、スタンバイ状態のときに、ポンプ１０から吐出される作動油の一部がスタンバイ回生弁８５を通じて回生モータ８０に導かれ、作動油の残りが絞り８５ｄを通じて制御弁ユニット２０に導かれる。このため、スタンバイ状態のときにポンプ１０から吐出される作動油の全量が回生モータ８０に導かれる場合に比べて、回生モータ８０の押しのけ容積の設定範囲を広くとることができる。

さらに、回生モータ８０と並列にタンク通路９５が設けられている。このため、スタンバイ回生弁８５を通じて回生モータ８０に供給される作動油の流量が不足した場合であっても、回生モータ８０の吸込側にタンク１２から作動油を供給することができるので、回生モータ８０の吸込側圧力が負圧になることを効果的に防止することができる。

図３は、本実施形態に係るエネルギ回生システム１００のコントローラ４０による制御の処理内容を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、例えば、図示しないイグニッションスイッチのオンにより開始され、図示しない初期設定が行われた後、ステップＳ１００〜ステップＳ１５０までの処理が所定の制御周期で繰り返し実行される。

ステップＳ１００において、コントローラ４０は、各種センサで検出される情報を取得し、ステップＳ１１０へ進む。ステップＳ１００において取得する情報には、各操作センサ４２ａで検出される操作量Ｌ、圧力センサ４３で検出されるアキュムレータ７５の圧力Ｐ２、回転速度センサ４４で検出されるエンジン１１の回転速度Ｎ、及び、ポンプ１０の押しのけ容積αｐが含まれる。

ステップＳ１１０において、コントローラ４０は、ステップＳ１００で取得した各アクチュエータに対応する各操作量Ｌに基づいて、駆動回路系統ＨＣ１の全てのアクチュエータが非操作状態であるか否か、すなわち油圧ショベル１がスタンバイ状態であるか否かを判定する。ステップＳ１１０において、スタンバイ状態であると判定されるとステップＳ１２０へ進む。ステップＳ１１０において、スタンバイ状態でない、すなわち非スタンバイ状態であると判定されるとステップＳ１２５へ進む。

非スタンバイ状態である場合、すなわち駆動回路系統ＨＣ１のアクチュエータの少なくとも一つが操作状態である場合、ステップＳ１２５において、コントローラ４０は、スタンバイ回生弁８５を遮断位置８５ａに切り換え、ポンプ１０から吐出される作動油をそのまま制御弁ユニット２０に供給する。

スタンバイ状態である場合、すなわち駆動回路系統ＨＣ１の全てのアクチュエータが非操作状態である場合、ステップＳ１２０において、コントローラ４０は、スタンバイ回生弁８５を連通位置８５ｂに切り換える。これにより、ポンプ１０から吐出される作動油の一部が、スタンバイ回生通路６５を通じて回生モータ８０に導かれる。ステップＳ１２０において、スタンバイ回生弁８５を開弁すると、ステップＳ１３０へ進む。

ステップＳ１３０において、コントローラ４０は、ステップＳ１００で取得したアキュムレータ７５の圧力Ｐ２が蓄圧完了圧力Ｐｔ２以上であるか否かを判定する。ステップＳ１３０において、アキュムレータ７５の圧力Ｐ２が蓄圧完了圧力Ｐｔ２以上であると判定されると、すなわちアキュムレータ７５の蓄圧が完了したと判定されると、ステップＳ１４０へ進む。ステップＳ１３０において、アキュムレータ７５の圧力Ｐ２が蓄圧完了圧力Ｐｔ２未満であると判定されると、すなわちアキュムレータ７５の蓄圧が完了していないと判定されると、ステップＳ１４５へ進む。

ステップＳ１４５において、コントローラ４０は、蓄圧制御弁７４を連通位置７４ｂに切り換える。これにより、スタンバイ回生弁８５を通じてポンプ１０から回生回路系統ＨＣ２に供給される作動油の一部が、アキュムレータ７５に供給され、アキュムレータ７５が蓄圧される。

ステップＳ１４０において、コントローラ４０は、蓄圧制御弁７４を遮断位置７４ａに切り換える。これにより、スタンバイ回生弁８５を通じてポンプ１０から回生回路系統ＨＣ２に供給される作動油の全部が、回生モータ８０に供給される。

ステップＳ１４０において蓄圧制御弁７４が閉弁され、あるいは、ステップＳ１４５において蓄圧制御弁７４が開弁されると、ステップＳ１５０へ進む。ステップＳ１５０において、コントローラ４０は、モータ傾転制御を実行し、図３のフローチャートに示す処理を終了する。

上述した実施形態によれば、次の作用効果を奏する。

コントローラ４０は、スタンバイ回生弁８５の開弁時において、圧力センサ４３で検出されたアキュムレータ７５の圧力Ｐ２が予め定められた第１圧力としての蓄圧完了圧力Ｐｔ２未満となった場合に蓄圧制御弁７４を開弁し、圧力センサ４３で検出されたアキュムレータ７５の圧力Ｐ２が予め定められた第２圧力としての蓄圧完了圧力Ｐｔ２以上となった場合に蓄圧制御弁７４を閉弁する。これにより、駆動回路系統ＨＣ１のアクチュエータが作動していないスタンバイ状態のときにポンプ１０から吐出される作動油をアキュムレータ７５に蓄積しておき、高負荷作業時においてエンジン１１の回転速度Ｎが低下したときなどに、アキュムレータ７５から作動油を回生モータ８０に供給してエンジン１１の駆動をアシストすることができる。エンジン１１の負荷を低減することができるので、エンジン１１の燃費を向上させることができる。つまり、本実施形態によれば、駆動回路系統ＨＣ１の全てのアクチュエータが非操作状態のときに、ポンプ１０から吐出される作動油を有効に利用することができる。

次のような変形例も本発明の範囲内であり、変形例に示す構成と上述の実施形態で説明した構成を組み合わせたり、以下の異なる変形例で説明する構成同士を組み合わせたりすることも可能である。

＜変形例１＞
上記実施形態では、スタンバイ回生弁８５が、供給通路２１からスタンバイ回生通路６５が分岐する分岐点に設けられる例について説明したが、本発明はこれに限定されない。図４に示すように、スタンバイ回生通路６５にスタンバイ回生弁２８５を介装させてもよい。この場合、供給通路２１には、スタンバイ回生弁２８５の切り換え位置に応じて絞り量を調整可能な可変絞り２８５ｄを設けることが好ましい。

＜変形例２＞
上記実施形態では、アキュムレータ７５の圧力Ｐ２が蓄圧完了圧力Ｐｔ２未満となった場合に蓄圧制御弁７４を開弁し、アキュムレータ７５の圧力Ｐ２が蓄圧完了圧力Ｐｔ２以上となった場合に蓄圧制御弁７４を閉弁する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。アキュムレータ７５の圧力Ｐ２が第１蓄圧完了圧力Ｐｔ２１未満となった場合に蓄圧制御弁７４を開弁し、アキュムレータ７５の圧力Ｐ２が第１蓄圧完了圧力Ｐｔ２１よりも高い第２蓄圧完了圧力Ｐｔ２２以上となった場合に蓄圧制御弁７４を閉弁するようにしてもよい。蓄圧制御弁７４を切り換える圧力閾値に差を設けることで、蓄圧制御弁７４が開閉を繰り返すようなハンチングを防止し、蓄圧制御弁７４の動作の安定性を向上することができる。つまり、蓄圧制御弁７４を開弁するために用いる圧力閾値である第１圧力、及び、蓄圧制御弁７４を閉弁するために用いる圧力閾値である第２圧力には、上記実施形態のように同じ値（第１圧力＝第２圧力＝Ｐｔ２）を設定してもよいし、本変形例２のように異なる値（第１圧力＝Ｐｔ２１，第２圧力＝Ｐｔ２２）を設定してもよい。

＜変形例３＞
上記実施形態では、スタンバイ回生弁８５が遮断位置８５ａに切り換えられている場合に、ポンプ１０から吐出される作動油の一部が回生回路系統ＨＣ２に導かれ、残りが制御弁ユニット２０に導かれる例について説明したが、本発明はこれに限定されない。スタンバイ回生弁８５が遮断位置８５ａに切り換えられている場合に、ポンプ１０から吐出される作動油の全部が回生回路系統ＨＣ２に導かれるようにしてもよい。

＜変形例４＞
上記実施形態では、回生モータ８０の押しのけ容積αｍが、ポンプ１０の押しのけ容積αｐ及びエンジン１１の回転速度から演算されるポンプ吐出流量に基づいて決定される例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、ポンプ１０の吐出側圧力と回生モータ８０の吸込側圧力との差圧を検出し、この差圧がゼロに近づくように回生モータ８０を制御するようにしてもよい。

＜変形例５＞
回生モータ８０の吸込側からタンク１２に接続される通路をさらに設け、この通路に可変リリーフ弁を介装させてもよい。これにより、回生モータ８０の吸込側の圧力が、回生モータ８０の許容圧力を超えてしまうことを防止することができる。

＜変形例６＞
上記実施形態では、操作センサ４２ａをアクチュエータの操作状態を検出する操作状態検出装置として用いる例について説明したが、本発明はこれに限定されない。操作センサ４２ａに代えて、圧力センサ９４を駆動回路系統ＨＣ１のアクチュエータの操作状態を検出する操作状態検出装置として用いてもよい。

駆動回路系統ＨＣ１の全てのアクチュエータが非操作状態であり、全ての制御弁Ｖが中立位置にある場合、制御弁ユニット２０の背圧Ｐ１は所定圧力以上となる。これに対して、駆動回路系統ＨＣ１のアクチュエータの少なくとも一つが操作状態であり、当該アクチュエータに対応する制御弁Ｖが所定の切り換え位置（例えばフルストローク）に切り換えられると、中立通路２１ａが遮断されるので、圧力センサ９４で検出される制御弁ユニット２０の背圧Ｐ１は所定圧力未満となる。このため、スタンバイ状態であるか、あるいは非スタンバイ状態であるかを判定するための圧力閾値としての操作状態判定圧力Ｐｔ１を予め定め、コントローラ４０の記憶部に記憶させる。

コントローラ４０は、圧力センサ９４で検出された制御弁ユニット２０の背圧Ｐ１が操作状態判定圧力Ｐｔ１以上である場合、駆動回路系統ＨＣ１の全てのアクチュエータが非操作状態、すなわちスタンバイ状態であると判定する。コントローラ４０は、圧力センサ９４で検出された制御弁ユニット２０の背圧Ｐ１が操作状態判定圧力Ｐｔ１未満である場合、駆動回路系統ＨＣ１のアクチュエータの少なくとも一つが操作状態、すなわち非スタンバイ状態であると判定する。このように、スタンバイ状態であるか否かの判定方法として、圧力センサ９４で検出される背圧Ｐ１を用いた場合であっても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

＜変形例７＞
上記実施形態では、コントローラ４０が、エンジン１１の回転速度Ｎの変化を監視し、高負荷作業時等によりエンジン１１の回転速度Ｎが低下したと判定したときに、蓄圧制御弁７４を連通位置７４ｂに切り換えて、エンジン１１の駆動をアシストする例について説明したが、本発明はこれに限定されない。

例えば、コントローラ４０は、エンジン１１がアシストを必要としているか否かを予め設定されたアシスト開始回転速度を基準に判定してもよい。この場合、コントローラ４０は、非スタンバイ状態である場合に、回転速度センサ４４により検出されるエンジン１１の回転速度Ｎが予め設定されたアシスト開始回転速度よりも大きいと判定したときには、蓄圧制御弁７４を遮断位置７４ａに維持する。コントローラ４０は、非スタンバイ状態である場合に、回転速度センサ４４により検出されるエンジン１１の回転速度Ｎが予め設定されたアシスト開始回転速度以下と判定したときには、蓄圧制御弁７４を連通位置７４ｂに切り換える。

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。

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から供給通路２１を通じて複数のアクチュエータに供給される作動油の流れを制御する複数の制御弁Ｖを備えた制御弁ユニット２０を有する駆動回路系統ＨＣ１と、供給通路２１のポンプ１０と制御弁ユニット２０との間から分岐する回生通路６５，２８と、エンジン１１に接続され、回生通路６５，２８を通じて導かれる作動油により作動しエンジン１１の駆動をアシストする回生モータ８０と、ポンプ１０と制御弁ユニット２０との間に設けられ、開弁時にポンプ１０から回生モータ８０への作動油の流れを許容し、閉弁時にポンプ１０から回生モータ８０への作動油の流れを遮断するスタンバイ回生弁８５と、アクチュエータの操作状態を検出する操作状態検出装置（４２ａ，９４）と、操作状態検出装置（４２ａ，９４）により駆動回路系統ＨＣ１の全てのアクチュエータが非操作状態であることが検出されると、スタンバイ回生弁８５を開弁し、駆動回路系統ＨＣ１のアクチュエータの少なくとも一つが操作状態であることが検出されると、スタンバイ回生弁８５を閉弁する回生制御部（コントローラ４０）と、回生通路２８から分岐する分岐通路２８ａと、分岐通路２８ａを介して回生通路２８に接続されるアキュムレータ７５と、分岐通路２８ａに設けられ、開弁時に作動油の流れを許容し、閉弁時に作動油の流れを遮断する蓄圧制御弁７４と、アキュムレータ７５の圧力を検出する圧力センサ４３と、スタンバイ回生弁８５の開弁時において、圧力センサ４３で検出されたアキュムレータ７５の圧力Ｐ２が予め定められた第１圧力（Ｐｔ２，Ｐｔ２１）未満となった場合に蓄圧制御弁７４を開弁し、圧力センサ４３で検出されたアキュムレータ７５の圧力Ｐ２が予め定められた第２圧力（Ｐｔ２，Ｐｔ２２）以上となった場合に蓄圧制御弁７４を閉弁するアキュムレータ制御部（コントローラ４０）と、を備える。

この構成では、駆動回路系統ＨＣ１の全てのアクチュエータが非操作状態であるときに、ポンプ１０から吐出される作動油の一部をアキュムレータ７５に蓄圧することができる。アキュムレータ７５内に蓄圧された作動油は、所望のタイミングで、ポンプ１０から吐出される作動油とともに回生モータ８０に供給することができる。つまり、本実施形態によれば、駆動回路系統ＨＣ１の全てのアクチュエータが非操作状態のときに、ポンプ１０から吐出される作動油を有効に利用することができる。

エネルギ回生システム１００は、スタンバイ回生弁８５が、開弁時及び閉弁時のそれぞれにおいて、ポンプ１０から吐出される作動油が制御弁ユニット２０へ流れることを許容し、閉弁時には、作動油の流れに抵抗を付与する絞り８５ｄを通じて、ポンプ１０から制御弁ユニット２０へ作動油を導く。

この構成では、回生モータ８０に供給される作動油の流量を低減できるので、回生モータ８０の吸込側圧力が高圧になることを、効果的に防止できる。

エネルギ回生システム１００は、ポンプ１０が、可変容量型ポンプであり、回生モータ８０は、可変容量型モータであり、ポンプ１０の押しのけ容積に基づいて、回生モータ８０の押しのけ容積を制御するモータ制御部（コントローラ４０）をさらに備える。

エネルギ回生システム１００は、コントローラ４０が、スタンバイ回生弁８５が開弁しているとき、ポンプ１０から制御弁ユニット２０に供給される作動油の流量と、ポンプ１０から回生モータ８０に供給される作動油の流量との比率が、予め定められた所定比率となるように、回生モータ８０の押しのけ容積を制御する。

これらの構成では、回生モータ８０の吸込側圧力が負圧になったり高圧になったりすることを効果的に防止できる。

エネルギ回生システム１００は、回生通路２８から分岐してタンク１２に接続されるタンク通路９５に設けられ、タンク１２から回生モータ８０の吸込側への作動油の流れを許容し、回生モータ８０の吸込側からタンク１２への作動油の流れを遮断する逆止弁９２をさらに備える。

この構成では、回生モータ８０に供給される作動油の流量が不足した場合に、回生モータ８０の吸込側にタンク１２から作動油を供給することができるので、回生モータ８０の吸込側圧力が負圧になることを効果的に防止できる。

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。

１０・・・ポンプ（流体圧ポンプ）、１１・・・エンジン、１２・・・タンク、２１・・・供給通路、２８・・・共通回生通路（回生通路）、２８ａ・・・分岐通路、３０・・・旋回モータ（アクチュエータ）、４０・・・コントローラ（回生制御部、アキュムレータ制御部、モータ制御部）、４２ａ・・・操作センサ（操作状態検出装置）、４３・・・圧力センサ（圧力検出装置）、５０・・・ブームシリンダ（アクチュエータ）、６０・・・アームシリンダ（アクチュエータ）、６５・・・スタンバイ回生通路（回生通路）、７０・・・バケットシリンダ（アクチュエータ）、７４・・・蓄圧制御弁（切換弁）、７５・・・アキュムレータ、８０・・・回生モータ（流体圧回生モータ）、８５，２８５・・・スタンバイ回生弁（回生制御弁）、８５ｄ・・・絞り、９２・・・逆止弁、９４・・・圧力センサ（操作状態検出装置）、９５・・・タンク通路、１００・・・エネルギ回生システム、ＨＣ１・・・駆動回路系統、Ｖ・・・制御弁（アクチュエータ制御弁）

Claims (5)

1. エンジンにより駆動され作動流体を吐出する流体圧ポンプと、
   前記流体圧ポンプから供給通路を通じて複数のアクチュエータに供給される作動流体の流れを制御するアクチュエータ制御弁を有する駆動回路系統と、
   前記供給通路の前記流体圧ポンプと前記アクチュエータ制御弁との間から分岐する回生通路と、
   前記エンジンに接続され、前記回生通路を通じて導かれる作動流体により作動し前記エンジンの駆動をアシストする流体圧回生モータと、
   前記流体圧ポンプと前記アクチュエータ制御弁との間に設けられ、開弁時に前記流体圧ポンプから前記流体圧回生モータへの作動流体の流れを許容し、閉弁時に前記流体圧ポンプから前記流体圧回生モータへの作動流体の流れを遮断する回生制御弁と、
   前記アクチュエータの操作状態を検出する操作状態検出装置と、
   前記操作状態検出装置により前記駆動回路系統の全ての前記アクチュエータが非操作状態であることが検出されると、前記回生制御弁を開弁し、前記駆動回路系統の前記アクチュエータの少なくとも一つが操作状態であることが検出されると、前記回生制御弁を閉弁する回生制御部と、
   前記回生通路から分岐する分岐通路と、
   前記分岐通路を介して前記回生通路に接続されるアキュムレータと、
   前記分岐通路に設けられ、開弁時に作動流体の流れを許容し、閉弁時に作動流体の流れを遮断する切換弁と、
   前記アキュムレータの圧力を検出する圧力検出装置と、
   前記回生制御弁の開弁時において、前記圧力検出装置で検出された前記アキュムレータの圧力が予め定められた第１圧力未満となった場合に前記切換弁を開弁し、前記圧力検出装置で検出された前記アキュムレータの圧力が予め定められた第２圧力以上となった場合に前記切換弁を閉弁するアキュムレータ制御部と、を備える
   ことを特徴とするエネルギ回生システム。
2. 請求項１に記載のエネルギ回生システムにおいて、
   前記回生制御弁は、開弁時及び閉弁時のそれぞれにおいて、前記流体圧ポンプから吐出される作動流体が前記アクチュエータ制御弁へ流れることを許容し、閉弁時には、作動流体の流れに抵抗を付与する絞りを通じて、前記流体圧ポンプから前記アクチュエータ制御弁へ作動流体を導く
   ことを特徴とするエネルギ回生システム。
3. 請求項１または請求項２に記載のエネルギ回生システムにおいて、
   前記流体圧ポンプは、可変容量型ポンプであり、
   前記流体圧回生モータは、可変容量型モータであり、
   前記流体圧ポンプの押しのけ容積に基づいて、前記流体圧回生モータの押しのけ容積を制御するモータ制御部をさらに備える
   ことを特徴とするエネルギ回生システム。
4. 請求項３に記載のエネルギ回生システムにおいて、
   前記モータ制御部は、前記回生制御弁が開弁しているとき、前記流体圧ポンプから前記アクチュエータ制御弁に供給される作動流体の流量と、前記流体圧ポンプから前記流体圧回生モータに供給される作動流体の流量との比率が、予め定められた所定比率となるように、前記流体圧回生モータの押しのけ容積を制御する
   ことを特徴とするエネルギ回生システム。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載のエネルギ回生システムにおいて、
   前記回生通路から分岐してタンクに接続されるタンク通路に設けられ、前記タンクから前記流体圧回生モータの吸込側への作動流体の流れを許容し、前記流体圧回生モータの吸込側から前記タンクへの作動流体の流れを遮断する逆止弁をさらに備える
   ことを特徴とするエネルギ回生システム。

Images