JP5296570B2 - 作業機械の油圧制御装置及びこれを備えた作業機械 - Google Patents

Description

本発明は、複数の油圧アクチュエータを有する作業機械の油圧制御装置に関する。

従来から、複数の駆動対象物と、これら駆動対象物に動力を供給するための複数の油圧アクチュエータとを備えた作業機械が知られている。例えば、ブーム及びアームと、これらブーム及びアームに動力を供給するためのブームシリンダ及びアームシリンダとを有する油圧ショベルが知られている。

油圧ショベルにおいてブーム下げ操作を行なう場合、ブームは、その高さ位置に応じた位置エネルギーを有しているため、ブームシリンダから排出される作動油は高圧なものとなる。このように高圧の作動油のエネルギーを回収する手段として、従来、その作動油の一部をブームの供給側の配管に戻す（すなわち、再生する）ことが知られている。しかし、残りの作動油は、仕事を行うことなくタンクに回収されるため、残りの位置エネルギーは、熱エネルギーに変換して廃棄されていた。

そこで、特許文献１には、ブーム下げ操作とアーム操作との複合操作を行なうときに、ブームシリンダから排出される作動油をアームシリンダに供給することにより、前記アーム操作を増速させ、これにより、エネルギーを効率良く利用するという技術が開示されている。

特開２００６−９００７４号公報

しかしながら、特許文献１に係る油圧駆動装置では、作業状態の如何にかかわらず、ブームが有する位置エネルギーをアームの増速に利用することとしているため、アームの増速を要しない作業状態においては、ブームの有する位置エネルギーを有効に活用できなかった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、増速を要しない作業状態においても作業部材の有する位置エネルギーを有効に活用して燃費の向上を図ることができる油圧制御装置及びこれを備えた作業機械を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、作業機械に設けられる油圧制御装置であって、ブーム及びアームと、前記ブームを上げ動作又は下げ動作させるブームシリンダと、前記アームを押し動作又は引き動作させるアームシリンダと、前記ブームシリンダ及び前記アームシリンダに作動油を供給する可変容量型の第一油圧ポンプと、前記アームシリンダに作動油を供給する可変容量型の第二油圧ポンプと、前記ブームシリンダとタンクとの間の油路と、前記アームシリンダと前記第二油圧ポンプとの間の油路とを接続する回生油路と、前記回生油路を通じた作動油の流通を許容する許容状態と、禁止する禁止状態とを切換可能な回生部材と、前記ブームが当該ブームの有する位置エネルギーが作用するブーム下げ動作を行い、かつ、前記アームが高負荷のアーム押し動作を行う回生条件を満たすか否かを判定し、前記回生条件を満たすと判定した場合に、前記回生部材を許容状態に切り換えるとともに前記両油圧ポンプのうちの少なくとも前記第二油圧ポンプの吐出流量を減少させる制御部とを備えていることを特徴とする油圧制御装置を提供する。

本発明によれば、アームシリンダに高圧の作動油が必要となる作業状態（アームが高負荷のアーム押し動作を行なう作業状態）において、回生油路を介した作動油の回生を行うとともに両油圧ポンプのうちの少なくとも第二油圧ポンプの吐出流量を減少させることとしているため、増速を要しない作業状態においてもブームシリンダから導出される作動油を有効に活用して、燃費の向上を図ることができる。その理由は以下の通りである。

ブームがその位置エネルギーが作用するブーム下げ動作を行なう場合、ブームシリンダから導出される作動油圧は高くなるが、本発明では、この高圧の作動油を、高負荷のアーム押し動作を行い高圧の作動油が必要となるアームシリンダに供給することにより、有効に活用することができる。アーム押し動作には、アームを持ち上げる場合や、アームを他の物に当接させた状態でさらにその物に押し付ける場合等が含まれる。

そして、本発明では、上記のようにブームシリンダからの高圧の作動油をアームシリンダの高負荷のアーム押し動作に有効に利用しつつ、本来であれば前記高圧の作動油を吐出する必要のあった第二油圧ポンプの吐出流量を減少させることができるため、吐出流量を減少させる分だけ油圧ポンプの仕事量を削減することができ、燃費を向上することができる。

したがって、本発明によれば、増速を要しない作業状態においてもブームシリンダから導出される作動油を有効に活用して、燃費の向上を図ることができる。

前記油圧制御装置において、前記回生部材は、前記回生油路を流れる作動油の回生流量を調整可能な回生弁からなり、前記制御部は、前記回生条件を満たすと判定した場合に、前記回生油路を通じて前記アームシリンダへ供給すべき作動油の目標流量を算出し、前記回生流量が前記目標流量となるように前記回生弁を操作することが好ましい。

この構成によれば、回生弁によって回生流量を調整することができるので、アームシリンダに対して適切な流量で作動油を供給することができる。

前記油圧制御装置において、入力操作を受けて前記アームシリンダに操作指令を出力する操作部材と、前記操作部材の操作量を検出する検出部材とをさらに備え、前記制御部は、前記検出部材により検出された操作量に基づいて前記アームシリンダの目標速度を特定するとともに、前記目標速度に基づいて前記目標流量及び前記両油圧ポンプの吐出流量をそれぞれ算出することが好ましい。

この構成によれば、アームシリンダが操作部材の操作量に応じた目標速度となる目標流量及び両油圧ポンプの吐出流量を算出することができるので、回生油路を通じた回生が行われない場合と同様の速度でアームシリンダを作動させつつ、油圧ポンプの吐出流量を減じた分だけ燃費の向上を図ることができる。

前記油圧制御装置において、前記ブームシリンダからタンクに排出される作動油の排出流量を調整可能な排出流量調整部材をさらに備え、前記制御部は、前記回生条件を満たすと判定した場合に、前記回生流量に応じて前記排出流量を減少させるように、前記排出流量調整部材を操作することが好ましい。

この構成によれば、回生の前後において、ブームシリンダから導出される作動油の流量の変動を抑制することができるので、回生を行うことによるブームシリンダの増速を抑えることができる。

前記油圧制御装置において、前記第二油圧ポンプと前記アームシリンダとの間の油路のうち前記回生油路よりも上流側の部分に設けられ、その開度を調整することにより前記アームシリンダに供給される供給流量を調整可能な流量調整弁と、前記第二油圧ポンプと前記流量調整弁との間の油路から分岐した油路を介して、前記第二油圧ポンプから作動油の供給を受ける第三油圧アクチュエータとをさらに備え、前記制御部は、前記第二油圧ポンプの吐出流量の減少に応じて前記流量調整弁の開度を絞ることを操作することが好ましい。

この構成によれば、アームシリンダに供給される作動油の流量を、第三油圧アクチュエータに供給される作動油の流量とは独立して流量制御弁により調整することができるので、第三油圧アクチュエータへの供給流量を維持しつつ、アームシリンダへの供給流量を制限して、燃費の向上を図ることができる。

また、本発明は、前記油圧制御装置を備えていることを特徴とする作業機械を提供する。

本発明によれば、燃費の向上を図ることができる。

本発明の実施形態に係る油圧ショベルを示す側面図である。 図１の油圧ショベル１の油圧系統を示す回路図である。 図２の油圧回路を電気的に制御する制御部を示すブロック図である。 図３の制御部１４により実行される処理を示すフローチャートである。 図３の制御部に予め記憶されたマップであり、操作レバーの操作量とブーム下げの目標速度との関係を示すものである。 図３の制御部に予め記憶されたマップであり、操作レバーの操作量とアーム押しの目標速度との関係を示すものである。 本発明の他の実施形態に係る油圧系統を示す回路図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る油圧系統を示す回路図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る油圧ショベルを示す側面図である。

図１を参照して、作業機械の一例としての油圧ショベル１は、クローラ２ａを有する下部走行体２と、この下部走行体２上に旋回可能に設けられた上部旋回体３と、この上部旋回体３上に起伏可能に設けられた作業アタッチメント４とを備えている。

作業アタッチメント４は、ブーム６と、このブーム６の先端部に連結されるアーム７と、このアーム７の先端部に揺動可能に取り付けられたバケット８とを備えている。ブーム６は、ブームシリンダ９の伸縮動作によって上部旋回体３に対して起伏する。アーム７は、アームシリンダ１０の伸縮動作によってブーム６に対して揺動する。バケット８は、バケット用シリンダ１１の伸縮動作によってアーム７に対して揺動する。

下部走行体２には、図外の旋回モータが設けられ、この旋回モータの回転駆動に応じて下部走行体２に対し上部旋回体３の旋回フレーム３ａが垂直軸回りに旋回するようになっている。

そして、本実施形態では、ブーム６、アーム７、バケット８及び旋回フレーム３ａが駆動対象物を構成し、これら駆動対象物のうちのブーム６を第一駆動対象物の一例として、アーム７を第二駆動対象物の一例として以下説明する。これに伴い、本実施形態では、ブームシリンダ９が第一油圧アクチュエータの一例を構成し、アームシリンダ１０が第二油圧アクチュエータの一例を構成する。

図２は、図１の油圧ショベル１の油圧系統を示す回路図である。図３は、図２の油圧回路を電気的に制御する制御部を示すブロック図である。

本実施形態に係る油圧ショベル１は、図２に示す油圧系統１２と、この油圧系統１２を電気的に制御する制御部１４（図３参照）とを備えている。

まず、図２を参照して油圧系統１２について説明する。

油圧系統１２は、ブームシリンダ９に作動油を供給する可変容量型の第一油圧ポンプ１５と、アームシリンダ１０に作動油を供給する可変容量型の第二油圧ポンプ１６と、第一油圧ポンプ１５及び第二油圧ポンプ１６を駆動するためのエンジン５と、第一油圧ポンプ１５と油路ｙ１を介して接続された第一制御弁１７と、第二油圧ポンプ１６と油路ｙ２を介して接続された第二制御弁１８とを備えている。

第一油圧ポンプ１５は、レギュレータＲ１から出力される電気信号に応じて、その吐出流量を調整可能とされている。同様に、第二油圧ポンプ１６は、レギュレータＲ２から出力される電気信号に応じて、その吐出流量を調整可能とされている。

第一制御弁１７は、油路ｙ３を介して前記ブームシリンダ９のロッド側室に接続されているとともに、ブームシリンダ９のヘッド側室に対して油路ｙ４を介して接続された３位置切換弁である。つまり、第一制御弁１７は、第一油圧ポンプ１５及びタンクＴとブームシリンダ９とを遮断した中立位置（図示の位置）と、油路ｙ１と油路ｙ３とを接続し、かつ、油路ｙ４とタンクＴとを遮断する位置（図２の右位置）と、油路ｙ１と油路ｙ４とを接続し、かつ、油路ｙ３とタンクＴとを接続する位置（図２の左位置）との間で切換可能とされている。

このように構成された第一制御弁１７は、操作レバー１９ａの操作に応じてリモコン弁１９から発生するパイロット圧により切換操作される。このパイロット圧は、操作レバー１９ａの各操作方向（ブーム上げ、ブーム下げ）について圧力センサＰ６、Ｐ７により検出される。

同様に、第二制御弁１８は、油路ｙ５を介して前記アームシリンダ１０のロッド側室に接続されているとともに、アームシリンダ１０のヘッド側室に対して油路ｙ６を介して接続された３位置切換弁である。つまり、第二制御弁１８は、第二油圧ポンプ１６及びタンクＴとアームシリンダ１０とを遮断した中立位置（図示の状態）と、油路ｙ２と油路ｙ５とを接続し、かつ、油路ｙ６とタンクＴとを接続する位置（図２の右位置）と、油路ｙ２と油路ｙ６とを接続し、かつ、油路ｙ５とタンクＴとを接続する切換位置（図２の左位置）との間で切換可能とされている。

このように構成された第二制御弁１８は、操作レバー２０ａの操作に応じてリモコン弁２０から発生するパイロット圧により切換操作される。このパイロット圧は、操作レバー２０ａの各操作方向（アーム押し、アーム引き）について圧力センサＰ８、Ｐ９により検出される。

油路ｙ４には、ブームシリンダ９のヘッド側室から導出され、タンクＴへ排出される作動油の流量を調整可能なメータアウト弁２１が接続されている。このメータアウト弁２１は、通常閉じられており、電磁比例弁ｂ１からのパイロット圧により作動して開放する。電磁比例弁ｂ１は、アンプａ１からの電気信号に応じて作動する。

また、油圧系統１２は、油路ｙ４と油路ｙ５とを接続する回生油路ｙ７を備えている。

回生油路ｙ７には、油路ｙ４から油路ｙ５へ作動油を供給可能とする許容位置（図示の位置）と、油路ｙ４と油路ｙ５とを遮断する禁止位置（図２の上位置）との間で切換可能な回生弁２２が設けられている。回生弁２２は、通常開放されており、電磁比例弁ｂ２からのパイロット圧により作動して閉じる。電磁比例弁ｂ２は、アンプａ２からの電気信号に応じて作動する。この回生弁２２が前記許容位置に操作されると、ブームシリンダ９のヘッド側室から導出された作動油をアームシリンダ１０のロッド側室に導くことができる。また、回生弁２２は、前記許容位置から禁止位置までの間における操作ストロークに応じて回生油路ｙ７を流れる作動油の流量を調整することができるようになっている。

また、油路ｙ５には、前記第二制御弁１８から導出された作動油の流量を調整するためのメータイン弁２３が前記回生油路ｙ７よりも上流側（第二制御弁１８側）に設けられている。メータイン弁２３は、油路ｙ５を通じた作動油の流通を許容する切換位置（図示の位置）と、油路ｙ５を遮断する切換位置（図２の左位置）との間で連続的に操作可能に構成され、操作ストロークに応じて流量を調整することが可能とされている。このメータイン弁２３は、通常開放されており、電磁比例弁ｂ３からのパイロット圧により作動して閉じる。電磁比例弁ｂ３は、アンプａ３からの電気信号に応じて作動する。

なお、油圧系統１２は、前記メータイン弁２３よりも上流側（第二制御弁１８側）における油路ｙ５と前記油路ｙ１とを接続する油路ｙ８を備えている。油路ｙ８には、当該油路ｙ８を遮断する切換位置（図示の位置）と、油路ｙ１から油路ｙ５への作動油の流通を許容する切換位置（図２の左位置）との間で切換可能な合流弁２４が設けられている。この合流弁２４は、アームシリンダ１０が伸張する場合（アーム押し操作が行なわれる場合）に、第二油圧ポンプ１６からの作動油に加えて第一油圧ポンプ１５からの作動油をアームシリンダ１０に供給するために、切換操作される。合流弁２４は、通常閉じられており、電磁比例弁ｂ４からのパイロット圧により作動して開放する。電磁比例弁ｂ４は、アンプａ４からの電気信号に応じて作動する。

油路ｙ１には、第一油圧ポンプ１５からの作動油圧を検出するための圧力センサＰ１が設けられている。同様に、油路ｙ２には、第二油圧ポンプ１６からの作動油圧を検出するための圧力センサＰ２が設けられている。また、油路ｙ３〜ｙ５には、当該油路ｙ３〜ｙ５内の作動油圧を検出するための圧力センサＰ３、Ｐ４及びＰ５がそれぞれ設けられている。

また、前記油路ｙ３と油路ｙ４とを接続する油路には、ブーム再生弁２５が設けられている。このブーム再生弁２５は、ブームシリンダ９が縮む方向の操作（以下、ブーム下げ操作と称する）が行われた場合に、ブームシリンダ９のヘッド側室から導出された作動油を、ブームシリンダ９のロッド側室に戻すようになっている。また、ブーム再生弁２５は、通常閉じられており、操作レバー１９ａの操作に応じて開放する。したがって、ブーム再生弁２５の開度は、圧力センサＰ６により検出されたパイロット圧により特定することができる。

前記油路ｙ５と油路ｙ６とを接続する油路には、アーム再生弁２６が設けられている。このアーム再生弁２６は、アームシリンダ１０が延びる方向の操作（以下、アーム引き操作と称する）が行われた場合に、アームシリンダ１０のロッド側室から導出された作動油を、アームシリンダ１０のヘッド側室に戻すようになっている。アーム再生弁２６は、通常閉じられており、操作レバー２０ａの操作に応じて開放する。したがって、アーム再生弁２６の開度は、圧力センサＰ９により検出されたパイロット圧により特定することができる。

さらに、前記油路ｙ３と油路ｙ４とを接続する油路には、リリーフ弁２７が設けられ、前記油路ｙ５と油路ｙ６とを接続する油路には、リリーフ弁２８が設けられている。これらリリーフ弁２７、２８は、油路ｙ３〜ｙ６内の作動油圧が所定値以上とならないように当該所定圧以上で開放する弁である。

次に、図３を参照して制御部１４について説明する。

制御部１４は、前記ブームシリンダ９からアームシリンダ１０への作動油の回生を行うか否かを判定する判定部２９と、回生流量を算出する演算部３０と、回生弁２２の開度と各油圧ポンプ１５、１６の吐出流量とを調整するための信号を出力する出力部３１とを備えている。

判定部２９は、ブームシリンダ９の動作方向が当該ブームシリンダ９の有する位置エネルギーが作用する方向成分を含み、かつ、アーム７が所定の高負荷動作を行う回生条件を満たすか否かを判定する。

具体的に、判定部２９は、前記圧力センサＰ６〜Ｐ９による検出信号に基づいて、ブーム６下げ操作が行なわれ、かつ、アーム７押し操作が行なわれているか否かを判定する。その理由は次の通りである。ブーム６の下げ操作を行う場合、ブーム６には、その下げ操作の方向と同じ方向に重力が付加されるため、ブームシリンダ９のヘッド側室から導出される作動油圧は高くなる。これに対し、アーム７の押し操作を行なう場合、アーム７を重力に抗して引き上げる必要があり、アームシリンダ１０のロッド側室に対しては比較的高圧の作動油を供給することを要する。つまり、ブーム６下げ操作とアーム７押し操作との複合操作を行なう状況は、ブームシリンダ９からアームシリンダ１０への回生に適した条件であるため、判定部２９は、この複合操作が行なわれているか否かを判定する。

また、判定部２９は、前記圧力センサＰ４及びＰ５による検出信号に基づいて、ブームシリンダ９のヘッド室内の圧力がアームシリンダ１０のロッド室内の圧力を超えているか否かを判定する。このように判定するのは、ブームシリンダ９から導出される作動油圧がアームシリンダ１０に供給される圧力を超えていることが前記回生を行うための前提となるためである。

演算部３０は、前記判定部２９により回生が必要であると判定された場合に、前記回生弁２２の開口面積Ａrを算出するとともに、この開口面積Ａrに対応した第二油圧ポンプ１６の吐出流量Ｑp2を算出する。

以下、演算部３０による開口面積Ａrの算出方法について説明する。

まず、図５に示すように、ブーム下げパイロット圧（すなわち、操作レバー１９ａの操作量）と、ブーム６下げの目標速度との関係として制御部１４に予め記憶されたマップに基づいて、ブーム６下げの目標速度Ｖ１を特定する。この目標速度Ｖ１を用いて、油路ｙ４から油路ｙ５に回生することができる最大の流量である最大回生流量Ｑrmaxは、以下の式（１）のように表すことができる。

Ｑrmax＝Ａbh×Ｖ１−Ｑrc・・・（１）
ここで、Ａbhは、ブームシリンダ９のヘッド側室の断面積である。Ｑrcは、ブーム再生弁２５を通過する作動油の流量である。このＱrcは、以下の式（２）のように表すことができる。

Ｑrc＝Ｃv×Ａrc×√（Ｐbh−Ｐbr）・・・（２）
ここで、Ａrcは、ブーム再生弁２５の開度であり、前記圧力センサＰ６の検出値に基づいて特定されるものである。Ｐbhは、ブームシリンダ９のヘッド側室の圧力であり、圧力センサＰ４により検出された値である。Ｐbrは、ブームシリンダ９のロッド側室の圧力であり、圧力センサＰ３により検出された値である。なお、Ｃvは、ブーム再生弁２５の容量係数である。

次に、アームシリンダ１０のロッド側室に供給すべき作動油の目標流量Ｑarを算出する。具体的には、まず、図６に示すように、アーム押しパイロット圧（すなわち、操作レバー２０ａの操作量）と、アーム７押しの目標速度との関係として制御部１４に予め記憶されたマップに基づいて、アーム７押しの目標速度Ｖ２を特定する。この目標速度Ｖ２を用いて、目標流量Ｑarは、以下の式（３）のように表すことができる。

Ｑar＝Ａar×Ｖ２・・・（３）
ここで、Ａarは、アームシリンダ１０のロッド側室の断面積である。

そして、演算部３０は、前記最大回生流量Ｑrmaxと目標流量Ｑarとを比較して、Ｑrmax＞Ｑarのときに下記回生パターン１を選択する一方、Ｑrmax≦Ｑarのとき下記回生パターン２を選択する。
（回生パターン１）
回生パターン１が選択される場合には、アームシリンダ１０に対する目標流量Ｑarの全てを最大回生流量Ｑrmaxで賄うことができる。したがって、第二油圧ポンプ１６からアームシリンダ１０に供給する作動油の流量を０に設定するとともに、メータイン弁２３の開口面積を０（つまり、全閉）とする。

より具体的に、第二油圧ポンプ１６がアームシリンダ１０及び旋回モータ（図示せず）に接続され、第一油圧ポンプ１５がブームシリンダ９、バケット用シリンダ１１及び合流弁２４に接続されている場合を例に挙げると、回生を行わない場合の第二油圧ポンプ１６の吐出流量Ｑp2は、次式（５）のようになり、回生を行わない場合の第一油圧ポンプ１５の吐出流量Ｑp1は、次式（６）のようになる。

Ｑp2＝Ｑarm＋Ｑswing・・・（５）
Ｑp1＝Ｑboom＋Ｑbucket＋Ｑarm2・・・（６）
ここで、Ｑarmは、アームシリンダ１０に対する供給流量である。Ｑswingは、旋回モータに対する供給流量である。Ｑboomは、ブームシリンダ９に対する供給流量である。Ｑbucketは、バケット用シリンダ１１に対する供給流量である。Ｑarm２は、合流弁２４を流
通する作動油の流量である。

そして、前記回生パターン１が選択されると、前記Ｑarm及びＱarm2を０とすることにより、第二油圧ポンプ１６の吐出流量Ｑp2を次式（７）のように設定するとともに、第一油圧ポンプ１５の吐出流量Ｑp1を次式（８）のように設定する。

Ｑp2＝Ｑswing・・・（７）
Ｑp1＝Ｑboom＋Ｑbucket・・・（８）
また、回生パターン１では、回生弁２２に流れる流量がＱarとなるので、回生弁２２の開口面積Ａrは、次の式（９）のように表すことができる。

Ａｒ＝Ｑar／｛Ｃv×√（Ｐbh−Ｐar）｝・・・（９）
ここで、Ｐarは、アームシリンダ１０のロッド側室の圧力であり、圧力センサＰ５により検出された値である。また、Ｃvは、回生弁２２の容量係数である。

このように算出されたＡｒに基づき、メータアウト弁２１の開口面積Ａmoは、次の式（１０）のように表すことができる。

Ａｍｏ＝（Ｑrmax−Ｑar）／（Ｃv×√Ｐbh）・・・（１０）
ここで、Ｃvは、メータアウト弁２１の容量係数である。
（回生パターン２）
次に、回生パターン２が選択された場合（Ｑrmax≦Ｑarの場合）について説明する。

回生パターン２では、アームシリンダ１０に対して必要な作動油の目標流量Ｑarの一部を、ブームシリンダ９からの最大回生流量Ｑrmaxの全てを用いて賄うことになる。したがって、メータアウト弁２１の開口面積を０（つまり、全閉）とし、回生弁２２の開口面積を最大（つまり、全開）とし、さらに、最大回生流量Ｑrmaxに対応して第二油圧ポンプ１６の吐出流量を減少させる。

より具体的に、第二油圧ポンプ１６の吐出流量は、回生を行わない場合の吐出流量から最大回生流量Ｑrmaxを減じた流量となるように設定される。上記と同様に、第二油圧ポンプ１６がアームシリンダ１０及び旋回モータ（図示せず）に接続され、第一油圧ポンプ１５がブームシリンダ９、バケット用シリンダ１１及び合流弁２４に接続されている場合を例に挙げると、回生を行わない場合の第二油圧ポンプ１６の吐出流量Ｑp2は、上記式（５）のようになり、回生を行わない場合の第一油圧ポンプ１５の吐出流量Ｑp1は、上記式（６）のようになる。

そして、回生パターン２が選択された場合であって、Ｑarm＞Ｑrmaxの場合には、第二油圧ポンプ１６の吐出流量Ｑp2を下記式（１１）のように設定し、第一油圧ポンプ１５の吐出流量Ｑp1を下記式（１２）のように設定する。

Ｑp2＝Ｑarm＋Ｑswing−Ｑrmax・・・（１１）
Ｑp1＝Ｑboom＋Ｑbucket＋Ｑarm2・・・（１２）
一方、回生パターン２が選択された場合であって、Ｑarm≦Ｑrmaxの場合には、第二油圧ポンプ１６を吐出流量Ｑp2を下記式（１３）のように設定し、第一油圧ポンプ１５の吐出流量Ｑp1を下記式（１４）のように設定する。

Ｑp2＝Ｑswing・・・（１３）
Ｑp1＝Ｑboom＋Ｑbucket＋Ｑarm2−（Ｑrmax−Ｑarm）・・・（１４）
また、回生パターン２が選択された場合、以下のように算出される開口面積Ａmi2となるようにメータイン弁２３を制御する。開口面積Ａmi2を算出するために、まず、下記式（１５）に示されるメータイン弁２３と第二制御弁１８との合成開口面積Ａami_tを算出する。

Ａami_t＝（Ｑar−Ｑrmax）／｛Ｃv×√（Ｐp2−Ｐar）｝・・・（１５）
このように算出されたＡami_tを用いて、下記式（１６）によりメータイン弁２３の目標となる開口面積Ａmi2を算出する。

Ａmi2＝Ａmi×Ａami_t／√［（Ａmi）²−（Ａami_t）²］・・・（１６）
ここで、Ａmiは、第二制御弁１８の開口面積である。

以下、前記制御部１４により実行される処理を図4を参照して説明する。図４は、図３の制御部１４により実行される処理を示すフローチャートである。

制御部１４による処理が開始すると、まず、圧力センサＰ６〜Ｐ９により検出されたパイロット圧に基づいて、ブーム６下げ、アーム７押しの複合操作が行なわれた否かが判定され（ステップＳ１）、複合操作が行なわれていないと判定されると、回生無しの設定が選択され（ステップＳ２）、リターンする。

一方、ステップＳ１においてブーム６下げ、アーム７押しの複合操作が行なわれたと判定されると（ステップＳ１でＹＥＳ）、圧力センサＰ４、Ｐ５による検出結果に基づいてブームシリンダ９のヘッド側室の圧力（油路ｙ４の圧力）がアームシリンダ１０のロッド側室の圧力（油路ｙ５の圧力）よりも大きいか否かが判定される（ステップＳ３）。

ここで、アームシリンダ１０のロッド側室の圧力がブームシリンダ９のヘッド側室の圧力以上であると判定されると（ステップＳ３でＮＯ）、回生無しの設定が選択される（ステップＳ２）。

一方、ブームシリンダ９のヘッド側室の圧力がアームシリンダ１０のロッド側室の圧力よりも大きいと判定されると（ステップＳ３でＹＥＳ）、最大回生流量Ｑrmaxがアームシリンダ１０に対する目標流量Ｑarよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ４）。

ここで、最大回生流量Ｑrmaxが目標流量Ｑarよりも大きいと判定されると（ステップＳ４でＹＥＳ）、前記回生パターン１が選択される（ステップＳ５）。つまり、アームシリンダ１０へ供給する目標流量Ｑarの全てを最大回生流量Ｑrmaxによって賄い、第二油圧ポンプ１６からアームシリンダ１０に供給される作動油の流量を０にする制御が実行される。

一方、最大回生流量Ｑrmaxが目標流量Ｑar以下であると判定されると（ステップＳ４でＮＯ）、前記回生パターン２が選択される（ステップＳ６）。つまり、アームシリンダ１０に対する目標流量Ｑarの一部を最大回生流量Ｑrmaxの全てを用いて賄い、その分、第二油圧ポンプ１６の吐出流量を減ずる制御が実行される。

そして、前記回生パターン１又は２が選択された後（ステップＳ５及びＳ６の後）、当該処理は前記ステップ１にリターンする。

以上説明したように、前記実施形態によれば、アームシリンダ１０に高圧の作動油が必要となる作業状態（アーム７が所定の高負荷作業を行なう作業状態）において、回生油路ｙ７を介した作動油の回生を行うとともに第二油圧ポンプ１６の吐出流量を減少させることとしているため、増速を要しない作業状態においてもブームシリンダ９から導出される作動油を有効に活用して、燃費の向上を図ることができる。その理由は以下の通りである。

ブームシリンダ９が下げ動作をする場合、当該ブームシリンダ９から導出される作動油圧は高くなるが、前記実施形態では、この高圧の作動油を、アーム７押し作業を行い高圧の作動油が必要となるアームシリンダ１０に供給することにより、有効に活用することができる。

そして、前記実施形態では、上記のようにブームシリンダ９からの高圧の作動油をアーム７押しの作業に有効に活用しつつ、本来であれば前記高圧の作動油を吐出する必要のあった油圧ポンプ１６の吐出流量を減少させることができるため、吐出流量を減少させる分だけ油圧ポンプ１６の仕事量を削減することができ、燃費の向上を図ることができる。

前記実施形態のように、操作レバー２０ａの操作量に応じたアーム７の目標速度Ｖ２（図６参照）に基づいて回生弁２２の開口面積Ａr及び第二油圧ポンプ１６の吐出流量を調整する構成とすれば、回生油路ｙ７を通じた作動油の回生が行われない場合と同様の速度でアームシリンダ１０を作動させつつ、油圧ポンプ１６の吐出流量を減じた分だけ燃費の向上を図ることができる。

前記実施形態のように、回生流量に応じてメータアウト弁２１の開度を減少させる構成によれば、回生の前後において、ブームシリンダ９から導出される作動油の流量の変動を抑制することができるので、回生を行うことによるブームシリンダ９の増速を抑えることができる。

以下、本発明の他の実施形態について図７を参照して説明する。図７は、本発明の他の実施形態に係る油圧系統を示す回路図である。図７において、図２と同様の構成については同一の符号を付してその説明を省略する。

本実施形態に係る油圧系統１２は、第二制御弁１８のパイロット回路に設けられた電磁比例弁３２と、アームシリンダ１０のヘッド側の油路ｙ６に接続されたメータアウト弁３３とを備えている点、及びメータイン弁２３を有していない点で前記実施形態と異なる。

電磁比例弁３２は、通常パイロット回路をタンクに開放しており、電気信号が入力されることに応じてパイロット回路を閉じるようになっている。具体的に、電磁比例弁３２は、前記制御部１４（図３参照）の出力部３１から出力された電気信号に応じて作動する。

メータアウト弁３３は、アームシリンダ１０のヘッド側室から導出され、タンクＴへ排出される作動油の流量を調整可能に構成されている。このメータアウト弁３３は、通常閉じており、電磁比例弁ｂ５からのパイロット圧により作動して開く。電磁比例弁ｂ５は、アンプａ５からの電気信号に応じて作動する。アンプａ５は、前記制御部１４の出力部３１から出力された信号を増幅させて電磁比例弁ｂ５に出力する。

本実施形態において、前記回生パターン１が選択されると、第二油圧ポンプ１６からアームシリンダ１０に供給される作動油の流量を０に設定し、合流弁２４を遮断するとともに、電磁比例弁３２によりパイロット圧をタンクに逃がして第二制御弁１８を中立位置に操作する。これにより、第二油圧ポンプ１６からアームシリンダ１０への油路が遮断され、アームシリンダ１０に対しては回生油路ｙ７からのみ作動油が供給されることになる。また、回生パターン１では、メータアウト弁３３を開放する。これにより、第二制御弁１８を中立位置とすることにより行き場を失った作動油を、メータアウト弁３３を介してタンクＴに排出することができる。

一方、回生パターン２が選択されると、第二油圧ポンプ１６の吐出流量Ｑp2を上記式（１１）又は式（１３）に示すように減じた上で、第二制御弁１８の開口面積が上記式（１５）により算出されるＡami_tとなるように電磁比例弁３２を操作する。また、第二制御弁１８の操作により行き場を失った作動油をタンクＴに排出させることができるように、メータアウト弁３３を開放する。

なお、回生パターン２を選択した場合において、アーム７押しの速度を目標速度Ｖ２（図６）とするために必要な回生流量が確保できない場合には、前記合流弁２４を開放することにより第一油圧ポンプ１５からの作動油をアームシリンダ１０に供給して、アーム７押しの速度を目標速度に維持することもできる。

本実施形態においても、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、前記実施形態のように、第二油圧ポンプ１６の吐出流量の減少に応じて第二制御弁１８の開度を絞る構成とすれば、以下のような効果を得ることができる。油路ｙ２から分岐する油路をさらに備え、この油路を介して第二油圧ポンプ１６から他のアクチュエータ（例えば、旋回モータ：図示せず）に作動油が供給されている場合に、前記実施形態によれば、アームシリンダ１０に供給される作動油の流量を旋回モータとは独立して第二制御弁１８により調整することができるので、旋回モータへの供給流量を維持しつつ、アームシリンダ１０への供給流量を制限して燃費の向上を図ることができる。

以下、本発明のさらに別の実施形態について図８を参照して説明する。図８は、本発明のさらに別の実施形態に係る油圧系統を示す回路図である。図８において、図２と同様の構成については同一の符号を付してその説明を省略する。

本実施形態に係る油圧系統１２は、第一制御弁１７のパイロット回路に設けられた電磁比例弁３４を備えている点で図２に示す実施形態とは異なる。

電磁比例弁３４は、通常パイロット回路をタンクに開放しており、電気信号が入力されることに応じてパイロット回路を閉じるようになっている。具体的に、電磁比例弁３４は、前記制御部１４（図３参照）の出力部３１から出力された電気信号に応じて作動する。

本実施形態において、前記回生パターン１が選択されると、第二油圧ポンプ１６からアームシリンダ１０に供給される作動油の流量を０に設定するとともに、メータアウト弁２１を閉じたまま、第一制御弁１７の開口面積が前記開口面積Ａmoとなるように電磁比例弁３４を操作する。

一方、回生パターン２が選択されると、第二油圧ポンプ１６の吐出流量Ｑp2を上記式（１１）又は式（１３）に示すように減じた上で、メータアウト弁２１を閉じたまま、第一制御弁１７が中立位置となるように電磁比例弁３４を操作する。なお、第一制御弁１７を中立位置とすることにより第一油圧ポンプ１５からブームシリンダ９までの油路が全閉となるが、ブームシリンダ９のヘッド側から導出された作動油は、ブーム再生弁２５が開放することにより、当該ブーム再生弁２５を通じて油路ｙ３に導かれるため、ブームシリンダ９の縮み動作が継続される。

この実施形態においても、前記実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、前記各実施形態では、ブーム６の下げ操作とアーム７の押し操作との複合操作を例に挙げて説明したが、この複合操作は、ブーム６の下げ操作と、他の油圧アクチュエータの高負荷側の操作（例えば、バケット８の掘削操作）とを組み合わせたものであれば、特に限定されることはない。

１ 油圧ショベル（作業機械）
６ ブーム（駆動対象部材）
７ アーム（駆動対象部材）
８ バケット（駆動対象部材）
９ ブームシリンダ（第一油圧アクチュエータの一例）
１０ アームシリンダ（第二油圧アクチュエータの一例）
１４ 制御部
１５ 第一油圧ポンプ
１６ 第二油圧ポンプ
１７ 第一制御弁（排出流量調整部材の一例）
１８ 第二制御弁（供給流量調整部材の一例）
２１ メータアウト弁（排出流量調整部材の一例）
２２ 回生弁
２３ メータイン弁（供給流量調整部材の一例）

Claims (6)

1. 作業機械に設けられる油圧制御装置であって、
   ブーム及びアームと、
   前記ブームを上げ動作又は下げ動作させるブームシリンダと、
   前記アームを押し動作又は引き動作させるアームシリンダと、
   前記ブームシリンダ及び前記アームシリンダに作動油を供給する可変容量型の第一油圧ポンプと、
   前記アームシリンダに作動油を供給する可変容量型の第二油圧ポンプと、
   前記ブームシリンダとタンクとの間の油路と、前記アームシリンダと前記第二油圧ポンプとの間の油路とを接続する回生油路と、
   前記回生油路を通じた作動油の流通を許容する許容状態と、禁止する禁止状態とを切換可能な回生部材と、
   前記ブームが当該ブームの有する位置エネルギーが作用するブーム下げ動作を行い、かつ、前記アームが高負荷のアーム押し動作を行う回生条件を満たすか否かを判定し、前記回生条件を満たすと判定した場合に、前記回生部材を許容状態に切り換えるとともに前記両油圧ポンプのうちの少なくとも前記第二油圧ポンプの吐出流量を減少させる制御部とを備えていることを特徴とする油圧制御装置。
2. 前記回生部材は、前記回生油路を流れる作動油の回生流量を調整可能な回生弁からなり、
   前記制御部は、前記回生条件を満たすと判定した場合に、前記回生油路を通じて前記アームシリンダへ供給すべき作動油の目標流量を算出し、前記回生流量が前記目標流量となるように前記回生弁を操作することを特徴とする請求項１に記載の油圧制御装置。
3. 入力操作を受けて前記アームシリンダに操作指令を出力する操作部材と、
   前記操作部材の操作量を検出する検出部材とをさらに備え、
   前記制御部は、前記検出部材により検出された操作量に基づいて前記アームシリンダの目標速度を特定するとともに、前記目標速度に基づいて前記目標流量及び前記両油圧ポンプの吐出流量をそれぞれ算出することを特徴とする請求項２に記載の油圧制御装置。
4. 前記ブームシリンダからタンクに排出される作動油の排出流量を調整可能な排出流量調整部材をさらに備え、
   前記制御部は、前記回生条件を満たすと判定した場合に、前記回生流量に応じて前記排出流量を減少させるように、前記排出流量調整部材を操作することを特徴とする請求項２又は３に記載の油圧制御装置。
5. 前記第二油圧ポンプと前記アームシリンダとの間の油路のうち前記回生油路よりも上流側の部分に設けられ、その開度を調整することにより前記アームシリンダに供給される供給流量を調整可能な流量調整弁と、
   前記第二油圧ポンプと前記流量調整弁との間の油路から分岐した油路を介して、前記第二油圧ポンプから作動油の供給を受ける第三油圧アクチュエータとをさらに備え、
   前記制御部は、前記第二油圧ポンプの吐出流量の減少に応じて前記流量調整弁の開度を絞ることを操作することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の油圧制御装置。
6. 請求項１〜５の何れか１項に記載の油圧制御装置を備えていることを特徴とする作業機械。

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