JP5735408B2 - 油圧作業機の油圧システム - Google Patents

Description

本発明は、油圧ショベル等の油圧作業機に備えられ、油圧回路における余剰エネルギーを動力として回生する機能を有する油圧作業機の油圧システムに関する。

油圧システムの効率を向上するために動力回生技術が用いられている。このような油圧システムについて、特許文献１に開示されている油圧ショベルの例を用いて説明する。特許文献１に記載される油圧ショベルでは、複数の油圧アクチュエータ毎に、その油圧アクチュエータにおけるメータアウト側からの戻り油を回収し、その回収した戻り油によって回転駆動される回転機を備えて構成される油圧回生回路と、この油圧回生回路を切り換える切換手段とが設けられるとともに、前記回転機からの回転力により電力を発生する発電機が設けられている。この従来技術においては、複数の油圧アクチュエータから同時に動力回生が行えるので大きな回生効率を期待でき、また、油圧アクチュエータ毎に操作性と回生効率のバランスを調整できる利点を有している。

ところで、上述した特許文献１に示される従来技術は、回転機すなわち油圧回生モータが複数必要になる。このため、車体に機器を搭載する上でのレイアウトの制約の増大や機器コストの増大を招く問題がある。

このような状況を解消する従来技術が特許文献２に開示されている。この特許文献２に示される従来技術は、複数の油圧アクチュエータに対して動力を回生する１つの油圧回生モータを設けた構成となっている。この特許文献２に示される従来技術によれば、動力の回生を実現できるとともに、特許文献１に示される従来技術に比べて油圧回生モータの数を削減できるので、車体に機器を搭載する上でのレイアウトに対する制約を緩和でき、機器コストを低減させることができる。

特開２００３−３２９０１２号公報 特開２００４−１３８１８７号公報

上述した特許文献２に示される従来技術では、油圧回生モータを１つだけ設けたものにあって、動力の回生を実現させることができる。しかし、この従来技術は、動力の回生に際し、複数の油圧アクチュエータのうちの或る油圧アクチュエータによる回生が決まると、その油圧アクチュエータの駆動が停止するまで、該当する油圧アクチュエータによる回生が継続して実施される。したがって、回生することが決まった油圧アクチュエータが、他の油圧アクチュエータの回生効率よりも低い回生効率を有するものであった場合には、その油圧システムで確保できる動力の回生効率は比較的低いものとなってしまう。

本発明は、上述した従来技術における実状からなされたもので、その目的は、動力の回生を可能とする複数の油圧アクチュエータに対して油圧回生モータを１つだけ設けたものにあって、優れた回生効率を確保することができる油圧作業機の油圧システムを提供することにある。

この目的を達成するために、本発明は、回転動力生成手段と、この回転動力生成手段によって生成された回転動力を油圧動力に変換する油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出される圧油によって駆動される複数の油圧アクチュエータと、これらの油圧アクチュエータ毎に設けられ、互いに連動し、前記油圧ポンプから前記油圧アクチュエータに供給される圧油の流れを制御する流量制御弁及び副流量制御弁とを備えるとともに、前記油圧アクチュエータのそれぞれに関連させて形成される基本回路を備え、前記基本回路は、前記油圧アクチュエータの作動油排出油路から分岐し、前記流量制御弁に接続する流量制御油路と、可変容量型の油圧回生モータに接続する動力回生油路とを含み、前記動力回生油路の油圧動力を前記油圧回生モータにて回転動力に変換して動力回生を行う油圧作業機の油圧システムにおいて、前記基本回路のそれぞれは、前記動力回生油路から分岐し前記副流量制御弁に接続する動力回生迂回油路と、この動力回生迂回油路と前記動力回生油路との分岐点に設けられ、前記作動油排出油路を流れる作動油を前記動力回生油路、及び前記動力回生迂回油路の一方、または双方に導くように切り替える回生制限弁とを含み、前記基本回路のそれぞれは、前記流量制御油路の圧力を検出する第１圧力検出手段と、前記回生制限弁よりも前記作動油排出油路側の前記動力回生油路の部分の圧力を検出する第２圧力検出手段と、前記作動油排出油路の圧力を検出する第３圧力検出手段とを含み、前記基本回路のそれぞれは、前記流量制御油路と前記動力回生油路の分岐点と、前記第１圧力検出手段との間に設けた第１差圧発生手段と、前記流量制御油路と前記動力回生油路の分岐点と、前記第２圧力検出手段との間に設けた第２差圧発生手段とを含み、前記基本回路のそれぞれに含まれる前記動力回生油路を合流させて１つの前記油圧回生モータに接続させ、前記基本回路毎に前記第３圧力検出手段で検出される圧力と前記第２圧力検出手段で検出される圧力との差圧と、予め設定される差圧・流量特性に基づいて、前記動力回生油路を流れる流量を求め、求めた流量と前記第２圧力検出手段で検出された圧力との積から、前記動力回生油路の油圧動力を求め、この求めた油圧動力のそれぞれに基づいて回生を行う油圧アクチュエータを決定し、その決定した油圧アクチュエータの前記作動油排出油路を流れる作動油を前記油圧回生モータに導くように、前記基本回路のそれぞれに含まれる前記回生制限弁を制御する回生制限弁制御手段を設けたことを特徴としている。

このように構成した本発明は、動力の回生が可能な複数の油圧アクチュエータに対して１つの油圧回生モータで動力の回生を行うため、油圧アクチュエータ毎に油圧回生モータを配置する構成と比較して、車体に機器を搭載する上でのレイアウトの制約の増大や、機器コストの増大を最小限に抑えることができる。また、回生制限弁制御手段で求められる各油圧アクチュエータについて推定した排出作動油のそれぞれの油圧動力を基に、最も大きな回生効率が得られる油圧アクチュエータを油圧回生モータに接続することができるため、油圧回生モータを１つだけ設けたものにあって、優れた回生効率を確保することができる。

また、本発明は、上記発明において、前記回生制限弁制御手段は、前記基本回路のそれぞれに含まれる前記動力回生油路の油圧動力の大きさに、前記油圧アクチュエータをそれぞれ操作するレバーの操作量を考慮した重み付けを行った指標に基づいて、回生を行う油圧アクチュエータを決定する処理を行うことを特徴としている。

このように構成した本発明は、各油圧アクチュエータについて推定した排出作動油の油圧動力と、油圧アクチュエータ毎の操作指令値とから、例えば、油圧アクチュエータ毎に微操作性と回生効率の優先度を考慮して最適な油圧アクチュエータを油圧回生モータに接続する等、様々な目的に応じた制御を実現できる。

また、本発明は、上記発明において、前記回転動力生成手段を、回転速度を一定に保持するように制御される内燃機関による原動機にて構成し、前記回生制限弁制御手段は、前記内燃機関の燃料噴射量が予め設定される所定量を下回ったときに、作動油を前記油圧回生モータに導く前記回生制限弁を制御して、前記油圧回生モータへ流入する流量の一部を前記動力回生迂回油路に迂回させる処理を行うことを特徴としている。

このように構成した本発明は、油圧回生モータによる回生動力が大きくなり、油圧ポンプの吸収トルクに油圧回生モータの生成トルクが近づいてきた場合に、一定の回転速度を保持するために必要となる原動機の出力トルクが減少し、燃料噴射量が減少することを利用して、燃料噴射量が所定量を下回った場合に、回生制限弁によって油圧回生モータに吸収される流量を減らすことで油圧回生モータの生成トルクを減少させ、油圧ポンプの吸収トルクを上回らないようにすることができる。

さらに、本発明は、上記発明において、前記回転動力生成手段を、回転速度を一定に保持するように制御される内燃機関による原動機にて構成し、前記回生制限弁制御手段は、前記内燃機関の実回転数と目標回転速度の差が予め設定される所定値よりも大きくなったときに、作動油を前記油圧回生モータに導く前記回生制限弁を制御して、前記油圧回生モータへ流入する流量の一部を前記動力回生迂回油路に迂回させる処理を行うことを特徴としている。

このように構成した本発明は、油圧回生モータによる回生動力が大きくなり、油圧ポンプの吸収トルクを油圧回生モータの生成トルクが上回った場合に、原動機の回転速度が上昇（オーバーラン）することを利用して、原動機の実回転速度が目標回転速度を上回った場合に、回生制限弁によって油圧回生モータに吸収される流量を減らすことで油圧回生モータの生成トルクを減少させ、油圧ポンプの吸収トルクを上回らないようにすることができる。

本発明は、動力の回生が可能な複数のアクチュエータのうちの最も大きな回生効率が得られる油圧アクチュエータを回生制限弁制御手段における演算によって選択し、選択された油圧アクチュエータを油圧回生モータに接続することができ、油圧回生モータを１つだけ設けたものにあって、従来に比べて優れた回生効率を確保できる。したがって、さらなる省エネを実現させることができる。

本発明の第１実施形態に係る油圧システムが備えられる油圧作業機の一例として挙げた油圧ショベルの側面図である。 図１に示す油圧ショベルに備えられる第１実施形態に係る油圧システムを示す油圧回路図である。 第１実施形態に備えられるコントローラにおける処理手順を示すフローチャートである。 第１実施形態に備えられるコントローラにおける処理手順を示すフローチャートである。 第１実施形態に備えられるコントローラにおける処理手順を示すフローチャートである。 第１実施形態に備えられるコントローラにおける処理手順を示すフローチャートである。 第１実施形態に備えられるコントローラにおける処理手順を示すフローチャートである。 第１実施形態に備えられるコントローラにおける処理手順を示すフローチャートである。 第１実施形態に備えられるコントローラにおける処理手順を示すフローチャートである。 第１実施形態に備えられるコントローラにおける処理手順を示すフローチャートである。 第１実施形態に備えられるコントローラにおける処理手順を示すフローチャートである。 第１実施形態に備えられるコントローラにおける処理手順を示すフローチャートである。 第１実施形態による差圧検出ブロックの圧力流量特性を示す図である。 第１実施形態による回生制限弁の指令電流値と開口面積の関係を示す図である。 第２実施形態に備えられるコントローラにおける処理手順を示すフローチャートである。

以下、本発明に係る油圧作業機の油圧システムの実施の形態を図に基づいて説明する。

図１は本発明に係る油圧システムが備えられる油圧作業機の一例として挙げた油圧ショベルを示す側面図である。

この図１に示すように、油圧ショベルは、走行体１と、この走行体１上に配置される旋回体２と、この旋回体２に回動可能に取り付けられる作業装置３とを備えている。作業装置３は、旋回体２に上下方向の回動可能に接続されるブーム４と、このブーム４の先端に上下方向の回動可能に接続されるアーム５と、このアーム５の先端に上下方向の回動可能に接続されるバケット６とを含んでいる。また、この作業装置３は、ブーム４を作動させるブームシリンダ４ａと、アーム５を作動させるアームシリンダ５ａと、バケット６を作動させるバケットシリンダ６ａとを含んでいる。旋回体２上には運転室７を設けてあり、運転室７の後方には油圧ポンプ等が収容される機械室８を設けてある。

図２は図１に示す油圧ショベルに備えられる本発明に係る油圧システムの第１実施形態を示す油圧回路図である。

回転動力生成手段を構成する内燃機関による原動機、すなわちエンジン１１の出力軸が油圧ポンプ１２ａ、１２ｂ、パイロットポンプ１３の入力軸と機械的に接続され、エンジン１１によって油圧ポンプ１２ａ、１２ｂ、パイロットポンプ１３が駆動される。なお、エンジン１１は燃料噴射量を調節することで出力軸の回転速度をほぼ一定に保持する制御を行っている。

油圧ポンプ１２ａ、１２ｂは、油圧アクチュエータ、例えば前述したブームシリンダ４ａ、アームシリンダ５ａを駆動する油圧動力を生成する装置で、１回転当たりに吐出する作動油の流量を調整できるようになっているため、入力軸の回転数が一定でも、作動油の吐出流量を変化させることが可能である。油圧ポンプ１２ａ、１２ｂの容量は、後述するレバー１５ａ、１５ｂの操作量（後述するパイロット弁１６ａ、１６ｂで発生するパイロット圧）や、油圧ポンプ１２ａ、１２ｂの吐出圧、エンジン１１の負荷余裕率などから、図示しないレギュレータによって制御される。また、油圧ポンプ１２ａは後述するブームシリンダ４ａの動作を制御する流量制御弁２５と、アームシリンダ５ａの動作を制御する副流量制御弁２８に圧油を供給し、油圧ポンプ１２ｂは後述するブームシリンダ４ａの動作を制御する副流量制御弁２７と、アームシリンダ５ａの動作を制御する流量制御弁２６に圧油を供給する。なお、レバー操作が行われていないときには、油圧ポンプ１２ａ、１２ｂから吐出された作業油は、上記流量制御弁２５、２６、副流量制御弁２７、２８を通過して、作動油タンク１８に戻る。また、メインリリーフ弁１９によって、油圧ポンプ１２ａ、１２ｂから吐出される作動油の圧力がメイン回路の許容値を超えないように保護されている。

パイロットポンプ１３は後述する油圧機器の制御に用いられるパイロット圧を生成する装置であり、１回転当たりに吐出する作動油の流量が固定となっている。パイロットポンプ１３が吐出した作動油は、パイロットリリーフ弁１７を介して作動油タンク１８に戻るようになっており、パイロット回路の圧力はパイロットリリーフ弁１７の設定圧に保持されている。

ブームシリンダ４ａはブームの側面両側に２本設置されており、図２の油圧回路上では便宜上１本で構成しているが、作用、機能は同一である。ブームシリンダ４ａは、複動片ロッド式の油圧シリンダであり、動力源の油圧ポンプ１２ａ、１２ｂから吐出された圧油が、流量制御弁２５、副流用制御弁２７を介して供給されることで、伸縮動作を行う。

流量制御弁２５、副流量制御弁２７は３位置６ポートの油圧パイロット式のスプール弁で、パイロット弁１６ａにて調整されたパイロット圧によって動作し、パイロット圧の大きさによって各ポート間の油路の開口面積（流体抵抗の大きさ）を変化させることで、ブームシリンダ４ａの動作速度や圧力を調整する。レバー１５ａによってパイロット弁１６ａをＡ側に操作した時は、本図における流量制御弁２５の左側、副流量制御弁２７の右側が高圧となり、流量制御弁２５のスプールが右側に、副流量制御弁２７のスプールが左側に移動する。すると、油圧ポンプ１２ａ、１２ｂとブームシリンダ４ａのＡポートが接続し、ブームシリンダ４ａは収縮動作を行い、ブームシリンダ４ａのＢポートから排出された作動油は作動油排出油路２０ａを通り、流量制御油路２１ａと動力回生油路２２ａに分岐する。流量制御油路２１ａの作動油は流量制御弁２５を通過して作動油タンク１８に戻り、動力回生油路２２ａの作動油は後述する可変容量型の油圧回生モータ２３を通過して作動油タンク１８に戻る。さらに、動力回生油路２２ａには回生制限弁２４ａが設けられ、副流量制御弁２７を通過して作動油タンク１８に戻る動力回生迂回油路３５ａに分岐している。回生制限弁２４ａは、後述する回生制限弁制御手段、すなわちコントローラ１０からの指令電流によって、動力回生油路２２ａから動力回生迂回油路３５ａへの分流比を調整する電磁比例弁であり、通電無しのノーマル位置が回生ＯＦＦ（図２において左側の位置＝動力回生油路２２ａを完全に遮断し全流量を動力回生迂回油路３５ａに導く）で、コントローラ１０からの指令電流の増加に従い、油圧回生モータ２３側（図１４におけるＡ−Ｍ通路）の開口が開き、動力回生迂回油路３５ａ側（図１４におけるＡ−Ｓ通路）の開口が閉じていくことで、油圧回生モータ２３への流量を増加させる設定となっている。なお、ブームシリンダ４ａが収縮動作をしているとき（パイロット弁１６ａがＡ側に操作されている時）、回生制限弁２４ａは後述するコントローラ１０からの指令電流によって任意の位置に制御されており、動力回生油路２２ａから動力回生迂回油路３５ａへの分流比が調整されている。

反対に、パイロット弁１６ａをＢ側に操作した時は、同図２における流量制御弁２５の右側、副流量制御弁２７の左側が高圧となり、流量制御弁２５のスプールが左側に、副流量制御弁２７のスプールが右側に移動する。すると、油圧ポンプ１２ａ、１２ｂとブームシリンダ４ａのＢポートが接続し、ブームシリンダ４ａは伸長動作を行い、ブームシリンダ４ａのＡポートから排出された作動油は流量制御弁２５および副流量制御弁２７を通過して作動油タンク１８に戻る。なお、ブームシリンダ４ａが伸長動作をしているとき（パイロット弁１６ａがＢ側に操作されている時）は、動力回生油路２２ａに設けられた回生制限弁２４ａは回生ＯＦＦ位置に制御されており、油圧ポンプ１２a、１２ｂから供給される作動油が油圧回生モータ２３に流入すること無く、全量がブームシリンダ４ａに供給される。

また、流量制御油路２１ａと動力回生油路２２ａとの分岐部より流量制御油路２１ａ側に第１差圧発生手段、すなわち第１絞り弁３３ａと、第１圧力検出手段すなわち第１圧力計３０ａ、同分岐部より動力回生油路側に第２差圧発生手段、すなわち第２絞り弁３４ａと、第２圧力検出手段すなわち第２圧力計３１ａ、同分岐部に第３圧力検出手段すなわち第３圧力計３２ａが設けられている。これらの圧力計（３０ａ、３１ａ、３２ａ）は圧力値を電気信号として出力する圧力センサであり、それらの出力は後述するコントローラ１０と図示しない電気配線によって接続されている。なお、第１圧力計３０ａ、第２圧力計３１ａ、第３圧力計３１ａ、第１絞り弁３３ａ、第２絞り弁３４ａは、一体の差圧検出ブロック２９ａとして構成されており、作動油排出油路２０ａに接続するポートから流量制御油路２１ａに接続するポートに作動油を通過させた場合の圧力流量特性（第１圧力計３０ａと第３圧力計３２ａによって検出される差圧と流量の関係）、作動油排出油路２０ａに接続するポートから動力回生油路２２ａに接続するポートに作動油を通過させた場合の圧力流量特性（第２圧力計３１ａと第３圧力計３２ａによって検出される差圧と流量の関係）については、あらかじめ校正がなされている。

アームシリンダ５ａは複動片ロッド式の油圧シリンダであり、動力源の油圧ポンプ１２ａ、１２ｂから吐出された圧油が、流量制御弁２６、副流用制御弁２８を介して供給されることで、伸縮動作を行う。

流量制御弁２６、副流量制御弁２８は、パイロット弁１６ｂにて調整されたパイロット圧によって動作し、上述した流量制御弁２５、副流量制御弁２７とほぼ同様に構成されるが、各ポート間の通路の開口面積については、それぞれ個別の設定になっている。また、アームシリンダ５ａと流量制御弁２６、副流量制御弁２８との接続は、Ａポート側、Ｂポート側共に、上述したブームシリンダ４ａにおけるＢポート側と同様になっており、伸縮両方向の動作について、排出作動油を油圧回生モータ２３に導くことが可能になっている。なお、それぞれの動力回生油路２２ａ、２２ｂ、２２ｃは同一の油圧回生モータ２３に接続しており、それぞれの回生制限弁２４ａ、２４ｂ、２４ｃより油圧回生モータ２３側の油路で合流している。

また、動力回生を行うことができる油圧アクチュエータの動作を行わせるために使用されるパイロット回路には、パイロット圧を検出するためのパイロット圧力計１９ａ、１９ｂ、１９ｃが設けられ、それぞれ、ブームシリンダ４ａの収縮動作、アームシリンダ５ａの伸長動作、アームシリンダ５ａの収縮動作に対応するパイロット圧を検出する。

本油圧ショベルには、上述したブームシリンダ４ａ、アームシリンダ５ａ以外にも、バケットシリンダ６ａ、旋回モータ（図示せず）、走行モータ（図示せず）といった油圧アクチュエータが存在するが、特に本発明に関わる部位ではないので図２の油圧回路図からは省略してある。

油圧回生モータ２３はその出力軸がエンジン１１、油圧ポンプ１２ａ、１２ｂ、パイロットポンプ１３と機械的に接続されている。油圧回生モータ２３は１回転当たりの作動油吸入流量を変化させることができるため、出力軸の回転数が一定でも、吸入流量を変化させることができる。そして、油圧回生モータ２３の容量は、コントローラ１０からの容量指令を受けて動作するモータ容量制御手段、例えば電子制御レギュレータ３６にて調整される。なお、油圧回生モータ２３とエンジン１１が機械的に接続されているため、油圧回生モータ２３も常にエンジン１１と同期して回転している。したがって、油圧回生モータ２３の入力ポートに圧油が流入している場合にはモータ作用を行い油圧ポンプ１２ａ、１２ｂ、パイロットポンプ１３を駆動する駆動トルクを発生し、エンジン１１をアシストするが、十分な作動油の流入が無い場合には、メイクアップ油路２９から作動油を吸い上げてポンプ作用をする。この第１実施形態では、このポンプ作用によるロスを最低限に抑えるため、油圧回生モータ２３が最小容量ゼロ（モータが回転しても作動油の吸い込み、吐き出しを行わない）の可変容量型の油圧モータから成っている。

上述のように、この第１実施形態は、回転動力生成手段、すなわちエンジン１１と、このエンジン１１によって生成された回転動力を油圧動力に変換する油圧ポンプ１２ａ，１２ｂと、この油圧ポンプ１２ａ，１２ｂから吐出される圧油によって駆動される複数の油圧アクチュエータ、例えばブームシリンダ４ａ、アームシリンダ５ａと、これらのブームシリンダ４ａ、アームシリンダ５ａ毎に設けられ、互いに連動し、油圧ポンプ１２ａ，１２ｂからブームシリンダ４ａ、アームシリンダ５ａに供給される圧油の流れを制御する流量制御弁２５，２６及び副流量制御弁２７，２８とを備えるとともに、ブームシリンダ４ａ、アームシリンダ５ａのそれぞれに関連させて形成される同等の基本回路を備えている。基本回路は、ブームシリンダ４ａ、アームシリンダ５ａの作動油排出油路２０ａ，２０ｂ，２０ｃから分岐し、流量制御弁２５，２６に接続する流量制御油路２１ａ，２１ｂ，２１ｃと、可変容量型の油圧回生モータ２３に接続する動力回生油路２２ａ，２２ｂ，２２ｃとを含み、後述するように、動力回生油路２２ａ，２２ｂ，２２ｃの油圧動力を油圧回生モータ２３にて回転動力に変換して動力回生を行うものである。

また、基本回路のそれぞれは、動力回生油路２２ａ，２２ｂ，２２ｃから分岐し副流量制御弁２７，２８に接続する動力回生迂回油路３５ａ，３５ｂ，３５ｃと、これらの動力回生迂回油路３５ａ，３５ｂ，３５ｃと動力回生油路２２ａ，２２ｂ，２２ｃとの分岐点に設けられ、作動油排出油路２０ａ，２０ｂ，２０ｃを流れる作動油を動力回生油路２２ａ，２２ｂ，２２ｃ、及び動力回生迂回油路３５ａ，３５ｂ，３５ｃの一方、または双方に導くように切り替える回生制限弁２４ａ，２４ｂ，２４ｃとを含んでいる。また、この基本回路のそれぞれは、流量制御油路２１ａ，２１ｂ，２１ｃの圧力を検出する第１圧力検出手段、すなわち第１圧力計３０ａ，３０ｂ，３０ｃと、回生制限弁２４ａ，２４ｂ，２４ｃよりも作動油排出油路２０ａ，２０ｂ，２０ｃ側の動力回生油路２２ａ，２２ｂ，２２ｃの部分の圧力を検出する第２圧力検出手段、すなわち第２圧力計３２ａ，３２ｂ，３２ｃと、作動油排出油路２０ａ，２０ｂ，２０ｃの圧力を検出する第３圧力検出手段、すなわち第３圧力計３２ａ，３２ｂ，３２ｃとを含んでいる。

また、基本回路のそれぞれは、流量制御油路２１ａ，２１ｂ，２１ｃと動力回生油路２２ａ，２２ｂ，２２ｃの分岐点と、第１圧力計３０ａ，３０ｂ，３０ｃとの間に設けた第１差圧発生手段、すなわち第１絞り弁３３ａ，３３ｂ，３３ｃと、流量制御油路２１ａ，２１ｂ，２１ｃと動力回生油路２２ａ，２２ｂ，２２ｃの分岐点と、第２圧力計３１ａ，３１ｂ，３１ｃとの間に設けた第２差圧発生手段、すなわち第２絞り弁３４ａとを含んでいる。

また、第１実施形態は、後述するように、第３圧力計３２ａ，３２ｂ，３２ｃで検出される圧力と第２圧力計３１ａ，３１ｂ，３１ｃで検出される圧力との差圧と、図１４に示す予め設定される差圧・流量特性に基づいて、動力回生油路２２ａ，２２ｂ，２２ｃを流れる流量を求め、求めた流量と第２圧力計３１ａ，３１ｂ，３１ｃで検出された圧力との積から、動力回生油路２２ａ，２２ｂ，２２ｃの油圧動力を求め、この求めた油圧動力のそれぞれに基づいて回生を行う油圧アクチュエータ、すなわちブームシリンダ４ａまたはアームシリンダ４ｂを決定し、その決定したブームシリンダ４ａまたはアームシリンダ４ｂの作動油排出油路２０ａ，２０ｂ，２０ｃを流れる作動油を油圧回生モータ２３に導くように、基本回路のそれぞれに含まれる回生制限弁２４ａ，２４ｂ，２４ｃを制御する回生制限弁制御手段、すなわちコントローラ１０を設けた構成にしてある。

コントローラ１０は、図示しない演算装置や入出力インターフェースなどから成り、圧力計１９ａ、３０ａ、３１ａ、３２ａ、１９ｂ、３０ｂ、３１ｂ、３２ｂ、１９ｃ、３０ｃ、３１ｃ、３２ｃや油圧ショベルに設けたその他の各種センサや運転室内のスイッチ類（いずれも図示せず）からの情報を元に、演算装置に記録されたプログラムによって、エンジン１１の回転速度、油圧ポンプ１２ａ、１２ｂの容量、油圧回生モータ２３の容量、回生制限弁２４ａ、２４ｂ、２４ｃ等を制御する機能をもつ。

以上のように構成される本発明による油圧ショベルの油圧システムの作動について、図３から図１２の制御フローチャートを用い、コントローラ１０、油圧回生モータ２３、回生制限弁２４ａ、２４ｂ、２４ｃに重点をおいて説明する。

今、油圧ショベルはスタンバイ状態（エンジン１１は起動しているものの、レバー操作が行われていない状態）にある。このスタンバイ状態において、コントローラ１０にて動作している制御プログラムでは、図３に示す主処理が行われている。主処理では、まず、Ｓ１にてエンジン１１の燃料噴射量Ｆを、コントローラ１０にて別個に動作しているエンジン１１用の制御プログラムから取得する。次に、Ｓ２にて、圧力計１９ａ、３０ａ、３１ａ、３２ａ、１９ｂ、３０ｂ、３１ｂ、３２ｂ、１９ｃ、３０ｃ、３１ｃ、３２ｃからコントローラ１０の入力ポートに入力されている電気信号を変換して、それぞれの圧力Ｐｐａ、Ｐ１ａ、Ｐ２ａ、Ｐ３ａ、Ｐｐｂ、Ｐ１ｂ、Ｐ２ｂ、Ｐ３ｂ、Ｐｐｃ、Ｐ１ｃ、Ｐ２ｃ、Ｐ３ｃを取得する。そして、動力計算ルーチンＳ３にて各油圧アクチュエータの動力回生油路２２ａ，２２ｂ，２２ｃを流れる作動油の油圧動力を計算する。

動力計算ルーチンＳ３は、Ｓ９にて各油圧アクチュエータの第３圧力計３２ａ、３２ｂ、３２ｃと第２圧力計３１ａ、３１ｂ、３１ｃのそれぞれの差圧に対応する流量を、各差圧検出ブロック２９ａ、２９ｂ、２９ｃ毎の圧力流量特性マップから読み取り、動力回生油路２２ａ、２２ｂ、２２ｃに対応してそれぞれＱａ、Ｑｂ、Ｑｃとする。なお、圧力流量特性マップはコントローラ１０内部メモリに記憶されており、その一例を図１３に示す。今はスタンバイ状態にありレバー操作が行われておらず、全ての油圧アクチュエータが伸縮動作を行っていないため、Ｑａ、Ｑｂ、Ｑｃはいずれもゼロである。したがって、Ｓ１０において計算される油圧動力Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃは全てゼロとなり、処理を終了する。

主処理に戻り、次の動作判定ルーチンＳ４に移行すると、各油圧アクチュエータのパイロット圧Ｐｐａ、Ｐｐｂ、Ｐｐｃを判定値Ｐｐｍｉｎと比較して、動作している油圧アクチュエータを判定し、動作している油圧アクチュエータの組み合わせに応じてＦｌａｇ１の値を決定する。判定値Ｐｐｍｉｎは油圧アクチュエータが動作しているかどうかを判断するための閾値であり、ゼロよりも若干大きな値に設定する。スタンバイ状態においては、操作されている油圧アクチュエータが無いためＦｌａｇ１＝１として、処理を終了する。

主処理に戻り、回生アクチュエータ選択ルーチンＳ５に移行する。回生アクチュエータ選択ルーチンＳ５では、図４に示す様に、Ｓ４にて決定したＦｌａｇ１によって行われる処理が分かれる。Ｆｌａｇ１＝１の場合は処理１１を行うが、処理１１ではＦｌａｇ２＝０として処理を終了する。Ｆｌａｇ２は回生を行う油圧アクチュエータを表す番号で、Ｆｌａｇ２＝０はいずれの油圧アクチュエータも回生を行わないことを意味する。

主処理に戻り、制御指令値計算ルーチンＳ６に移行する。制御指令値計算ルーチンＳ６では、図５に示す様に、Ｓ５にて決定したＦｌａｇ２によって行われる処理が分かれる。Ｆｌａｇ２＝０の場合は処理２０が選択され、まずＳ１１にてβ×Ｃｃ＞０の判定を行う。ここでβ×Ｃｃは回生制限弁２４ｃの指令電流値であり、βは回生係数、Ｃｃは開度指令値で、いずれも後述する。スタンバイ状態が継続している場合、β＝１、Ｃｃ＝０となっているため、Ｓ１１はＮｏと判定され、次のＳ１２にてＣｃをゼロにリセットする（他の条件ではβ＝０、Ｃｃ≠０の場合があるため）。そして、順次、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ１５、Ｓ１６を実行し、Ｃｂ、Ｃａをゼロにリセットする。開度指令値Ｃａ、Ｃｂ、Ｃｃは、レバー操作量と油圧アクチュエータ毎に設定されたレバー操作量に対する感度係数αａ、αｂ、αｃ（いずれも後述）にて決定される回生制限弁２４ａ、２４ｂ、２４ｃの開度を定める値である。開度指令値Ｃａ、Ｃｂ、Ｃｃがゼロの場合、指令電流値β×Ｃａ、β×Ｃｂ、β×Ｃｃはゼロとなり、上述した通り、いずれの回生制限弁２４ａ、２４ｂ、２４ｃはノーマル位置（回生ＯＦＦ位置）に位置する。次に、Ｓ１７にて油圧回生モータ２３の容量指令値ｑをΔｑｄだけ減算する。容量指令値ｑは油圧回生モータ２３の容量を制御する電子制御レギュレータ３６への指令電流値であり、ｑはゼロからｑｍａｘの値を取り、ｑ＝０は容量ゼロを意味する。スタンバイ状態が続いている場合にはｑ＝０の状態が続いているので、Ｓ１８においてｑは負の値となり、Ｓ１９にて再度ｑの最小値であるｑ＝０に戻される。以上で処理２０が終了し、制御指令値計算ルーチンＳ６に戻り、制御指令値計算ルーチンＳ６の処理を終了する。

主処理に戻り、回生係数計算ルーチンＳ７に移行する。回生係数計算ルーチンＳ７では、図１２に示すように、Ｓ２０にて、Ｓ１にて取得したエンジン１１の燃料噴射量Ｆと判定値Ｆｍｉｎを比較する。判定値Ｆｍｉｎは、スタンバイ状態における燃料噴射量Ｆよりも小さく設定されており、スタンバイ状態においてはＦ＞Ｆｍｉｎとなる。したがって、ここではＳ２１にて回生係数βをΔβｉだけ加算する。スタンバイ状態が続いている場合、既に回生係数βは最大値の１になっているため、Ｓ２２にてβ＞１となり、Ｓ２３にて再度β＝１に戻され、回生係数計算ルーチンＳ７の処理を終了する。ここで、回生係数βについて説明する。油圧回生モータ２３によって油圧動力が回生されることによって発生する駆動トルクが、油圧ポンプ１２ａ、１２ｂ、および、パイロットポンプ１３の吸収トルクの総和を超えると、エンジン１１は油圧回生モータ２２によって駆動されることになり、過回転（オーバーラン）状態になる。このエンジン１１の過回転を防ぐために、油圧回生モータ２３に導かれる作動油の流量を減量させるための係数である。エンジン１１が過回転状態になっていない場合にはβ＝１として、油圧回生モータ２３によって回生することのできる動力は全て回生し、エンジン１１が過回転状態になった場合には、過回転状態が解消するまでβを減算し、油圧回生モータ２３の回生動力を減少させる。具体的には、回生制限弁２４ａ，２４ｂ，２４ｃの流量比をβに応じて調整し、油圧回生モータ２３への作動油の流量を調整する。

主処理に戻り、制御指令値更新（出力）ルーチンＳ８に移行する。ここでは、図１２のＳ２４にて、Ｓ６にて計算された回生制限弁２４ａ，２４ｂ，２４ｃの開度指令値Ｃａ、Ｃｂ、Ｃｃに対して、Ｓ７にて計算された回生係数βを乗じた新しい指令電流値を計算し、回生制限弁２４ａ、２４ｂ、２４ｃに出力している電流値を新しい指令値（β×Ｃａ＝β×Ｃｂ＝β×Ｃｃ＝０）に更新する。また、油圧回生モータ２３の電子制御レギュレータ３６に出力している指令電流値についても新しい指令値（ｑ＝０）に更新し、制御指令値更新（出力）ルーチンＳ８の処理を終了する。

以上で一連の主処理が終了し、再度、主処理が繰り返し行われる。なお、油圧ショベル１には、図２に示すブームシリンダ４ａ、アームシリンダ５ａ以外にも、バケットシリンダ６ａ、旋回モータ（図示せず）、走行モータ（図示せず）といった油圧アクチュエータも存在するが、それらの油圧アクチュエータの動作が上述した主処理に影響を与えることは無い。したがって、ブームシリンダ４ａ、アームシリンダ５ａが操作されていない状態であれば、主処理は上述したスタンバイ状態と同様に作動する。

次に、レバー１５ａをＢ側に単独操作する場合について説明する。レバー１５ａによってパイロット弁１６ａをＢ側に操作した時は、流量制御弁２５の右側、副流量制御弁２７の左側が高圧となり、流量制御弁２５のスプールが左側に、副流量制御弁２７のスプールが右側に移動する。すると、油圧ポンプ１２ａ、１２ｂとブームシリンダ４ａのＢポートが接続し、ブームシリンダ４ａは伸長動作を行い、ブームシリンダ４ａのＡポートから排出された作動油は流量制御弁２５および副流量制御弁２７を通過して作動油タンク１８に戻る。この時においても、コントローラ１０にて動作している制御プログラムでは、図３に示す主処理が行われている。

主処理では、Ｓ１にてエンジン１１の燃料噴射量Ｆ、Ｓ２にて圧力Ｐｐａ、Ｐ１ａ、Ｐ２ａ、Ｐ３ａ、Ｐｐｂ、Ｐ１ｂ、Ｐ２ｂ、Ｐ３ｂ、Ｐｐｃ、Ｐ１ｃ、Ｐ２ｃ、Ｐ３ｃを取得し、動力計算ルーチンＳ３にて各油圧アクチュエータの動力回生油路２２ａ，２２ｂ，２２ｃを流れる作動油の油圧動力を計算する。

動力計算ルーチンＳ３では、動力回生油路２２ａ、２２ｂ、２２ｃの流量Ｑａ、Ｑｂ、Ｑｃが計算される。ブームシリンダ４ａの伸張動作においては、副流量制御弁２７から、動力回生迂回油路３５ａ、回生制限弁２４ａ、動力回生油路２２ａ、第２絞り弁３４ａを通過して、ブームシリンダ４ａのＢポートに作動油が供給される。したがって、第３圧力計３２ａと第２圧力計３１ａには差圧が発生し、流れの方向からＱａ＜０となる。一方、Ｑｂ、Ｑｃについてはゼロのままである。したがって、Ｓ１０において計算される油圧動力は、Ｌａ＜０、Ｌｂ＝Ｌｃ＝０となり、処理を終了する。

次の動作判定ルーチンＳ４では、各油圧アクチュエータのパイロット圧Ｐｐａ、Ｐｐｂ、Ｐｐｃから動作している油圧アクチュエータを判定するが、ここではＰｐａ＝Ｐｐｂ＝Ｐｐｃ＝０であり、Ｆｌａｇ１＝１となり、処理を終了する。

次の回生アクチュエータ選択ルーチンＳ５では、Ｆｌａｇ１＝１なので処理１１を行い、Ｆｌａｇ２＝０として処理を終了する。

以降は、上述したスタンバイ状態と全く同じ処理となり、制御指令値更新（出力）ルーチンＳ８にて、回生制限弁２４ａ、２４ｂ、２４ｃに出力している電流値を新しい指令値（β×Ｃａ＝β×Ｃｂ＝β×Ｃｃ＝０のまま保持）に更新する。また、油圧回生モータ２３の電子制御レギュレータ３６に出力している電流値についても新しい指令値（ｑ＝０のまま保持）に更新し、制御指令値更新（出力）ルーチンＳ８の処理を終了する。

上述した通り、レバー１５ａをＢ側に単独操作する場合、回生制限弁２４ａは終始回生ＯＦＦ位置を保持することになり、ブームシリンダ４ａの伸張動作には何ら影響を与えない。

次にレバー１５ａをＡ側に単独操作する場合について説明する。レバー１５ａをＡ側に操作すると、流量制御弁２５の左側、副流量制御弁２７の右側の圧力が上がり、流量制御弁２５のスプールが右側に、副流量制御弁２７のスプールが左側に移動する。すると、各スプールの油圧ポンプ１２ａ、１２ｂとブームシリンダ４ａのＡポートを接続する油路が開き、ブームシリンダ４ａは収縮動作を行い、ブームシリンダ４ａのＢポートから作動油が排出される。この時においても、コントローラ１０にて動作している制御プログラムでは、図３に示す主処理が行われている。

主処理では、Ｓ１にてエンジン１１の燃料噴射量Ｆ、Ｓ２にて圧力Ｐｐａ、Ｐ１ａ、Ｐ２ａ、Ｐ３ａ、Ｐｐｂ、Ｐ１ｂ、Ｐ２ｂ、Ｐ３ｂ、Ｐｐｃ、Ｐ１ｃ、Ｐ２ｃ、Ｐ３ｃを取得し、動力計算ルーチンＳ３にて各油圧アクチュエータの動力回生油路２２ａ、２２ｂ、２２ｃを流れる作動油の油圧動力を計算する。

動力計算ルーチンＳ３では、動力回生油路２２ａ、２２ｂ、２２ｃの流量Ｑａ、Ｑｂ、Ｑｃが計算される。ブームシリンダ４ａから排出され始めた作動油は、作動油排出油路２０ａから流量制御油路２１ａと動力回生油路２２ａに分岐し、第３圧力計３２ａと第２圧力計３１ａには差圧が発生し、Ｑａ＞０となる。一方、Ｑｂ、Ｑｃについてはゼロのままである。したがって、Ｓ１０において計算される油圧動力は、Ｌａ＞０、Ｌｂ＝Ｌｃ＝０となり、処理を終了する。

次の動作判定ルーチンＳ４では、各油圧アクチュエータのパイロット圧Ｐｐａ、Ｐｐｂ、Ｐｐｃから動作している油圧アクチュエータを判定する。レバー１５ａの操作によりパイロット圧Ｐｐａが上昇した結果、Ｐｐａ＞Ｐｐｍｉｎになっているとする。一方、Ｐｐｂ、Ｐｐｃについてはゼロのままなので、Ｆｌａｇ１＝４となり、処理を終了する。

次の回生アクチュエータ選択ルーチンＳ５では、Ｆｌａｇ１＝４なので処理１４を行い、Ｆｌａｇ２＝１として処理を終了する。Ｆｌａｇ２＝１はブームシリンダ４ａの動力回生油路２２ａを回生対象に選択することを意味する。

次の制御指令値計算ルーチンＳ６では、Ｆｌａｇ２＝１なので処理２１が選択される。処理２１では、回生対象になっていない回生制限弁２４ｂ、２４ｃについて、指令電流値β×Ｃｂ、β×Ｃｃがゼロになっているかどうかを判定する。ここでは、ブームシリンダ４ａの単独動作を行っているので、アームシリンダ５ａの回生制限弁２４ｂ、２４ｃの開度指令値Ｃｂ、Ｃｃはいずれもゼロになっている。したがって、Ｓ２５、Ｓ２６の判定はいずれもＮｏであり、Ｃａ制御ルーチンＳ４１が実行される。Ｃａ制御ルーチンＳ２６では、図７に示す通り、まずＳ２７にて回生制限弁２４ａの目標開度指令値Ｃａｔを計算する。ここで、目標開度指令値Ｃａｔは次式にて計算される。

Ｃａｔ＝αａ×Ｃｍａｘ×Ｐｐａ÷Ｐｐｍａｘ （式１）
そして、目標開度指令値Ｃａｔより開度指令値Ｃａが小さい場合、Ｓ２８にてＣａをΔＣａｉだけ加算し、目標開度指令値Ｃａｔより開度指令値Ｃａが大きい場合、Ｓ２９にてＣａをΔＣａｄだけ減算する。こうして、開度指令値Ｃａを目標開度指令値Ｃａｔに一致させるようにする。なお、開度指令値Ｃａがゼロを下回った場合にはＣａ＝０に、ＣａがＣｍａｘを上回った場合にはＣａ＝Ｃｍａｘに再設定を行う。開度指令値Ｃａに開度係数βを乗じた値が回生制限弁２４ａへの指令電流値になるが、指令電流値β×Ｃａと、動力回生迂回油路３５ａ、３５ｂ、３５ｃ側のＡ−Ｓ油路と油圧回生モータ２３側のＡ−Ｍ油路が開口面積の関係は、図１４に示す通り、指令電流値β×Ｃａが大きくなるほど、動力回生迂回油路３５ａ，３５ｂ，３５ｃ側のＡ−Ｓ通路の開度が小さくなり、油圧回生モータ２３側のＡ−Ｍ通路の開度が大きくなる。また、Ｃｍａｘとは最大開度係数であり、開度指令値Ｃｍａｘかつ開度係数β＝１のとき、Ａ−Ｓ油路は完全に遮断され、Ａ−Ｍ油路が最大開口となる。また、αａはレバー１５ａの操作量変化に対する回生制限弁２４ａにおける分流比変化の感度の表す感度係数である。αａを大きくするとレバー操作量に対する分流比変化が大きくなるので、少しのレバー操作量で大きな回生流量が発生し、回生効率を重視する設定となり、αａを小さくすると微操作性重視の設定となる。また、Ｐｐｍａｘは、流量制御弁２５、２６、副流量制御弁２７、２８のスプールが最大ストロークになる時のパイロット圧で、パイロットリリーフ弁１７の設定圧よりも若干低めの圧力に設定されている。したがって、式１は、開度指令値Ｃａをパイロット圧Ｐｐａに比例して大きくし、その感度を感度係数αａによって決定するという意図を持つ。なお、αａの設定次第では、開度指令値Ｃａが最大開度指令値Ｃｍａｘを超えるので、その場合にはＣａ＝Ｃｍａｘとする。

次に、油圧回生モータ２３の容量指令値ｑを決定する。まず、図７のＳ４２にてＰ１ａ、Ｐ２aの圧力を比較する。Ｐ１ａ＜Ｐ２ａがＮｏの時、Ｓ３０にて容量指令値ｑをΔｑｄだけ減算し、Ｐ１ａ＜Ｐ２ａがＹｅｓの時、Ｓ３１にて容量指令値ｑをΔｑｉだけ加算する。容量指令値ｑを大きくすると、油圧回生モータ２３に吸収される流量が大きくなるので、動力回生油路２２ａの流量が大きくなり、第２絞り弁３４ａにおける圧力降下が大きくなるため、Ｐ２ａの値は小さくなる。つまり、容量指令値ｑによってＰ２ａが変化する作用を利用して、Ｓ３０、Ｓ３１での処理によって、Ｐ１ａとＰ２ａを同圧になる方向に、容量指令値ｑの大きさを調整する制御となっている。なお、ここでは、ブームシリンダ４ａの動力回生油路２２ａが回生対象として選択されているので、動力回生油路２２ａに関わる圧力Ｐ１ａ、Ｐ２ａによって油圧回生モータ２３の容量を制御する。以上で処理２１を終了し、制御指令値計算ルーチンＳ６に戻り、制御指令値計算ルーチンＳ６の処理を終了する。

次の回生係数計算ルーチンＳ７では、図１２のＳ２０にて、Ｓ１にて取得したエンジン１１の燃料噴射量Ｆと判定値Ｆｍｉｎを比較する。Ｆ＜ＦｍｉｎがＮｏの場合は、Ｓ２１にて回生係数βをΔβｉだけ加算する。ここでは、油圧ポンプ１２ａ、１２ｂ、および、パイロットポンプ１３の吸収トルクの総和が、油圧回生モータ２３の駆動トルクを上回っている状態、すなわち、回転速度を維持するために、エンジン１１にて所定の駆動トルクを生成している状態である。この場合、油圧回生モータ２３が生成する駆動トルクを大きくすることで、エンジン１１に求められる駆動トルクを減少させることができる。回生係数βを増加させることは、制御指令値更新（出力）ルーチンＳ８において、回生制限弁２４ａへの指令電流値β×Ｃａを増加させることになるので、回生制限弁２４ａのＡ−Ｓ通路の開度を減少させ、Ａ−Ｍ通路への分流比率を増大させることを意味する。すなわち、回生係数βを増加させることで、油圧回生モータ２３の吸収流量を増加させ、油圧回生モータ２３によってより大きな駆動トルクを生成するようになる。当然、既に回生係数βが最大値１である場合には、Ｓ２３にてβ＝１に戻す処理が行われるので、回生制限弁２４ａへの指令電流値β×Ｃａが、制御指令値計算ルーチンＳ６にて決定した開度指令値Ｃａを越えることは無い。一方、Ｆ＜ＦｍｉｎがＹｅｓの場合は、Ｓ３１にて回生係数βをΔβｄだけ減算する。この場合、油圧回生モータ２３の生成する駆動トルクが、油圧ポンプ１２ａ、１２ｂ、および、パイロットポンプ１３の吸収トルクの総和と同等、あるいは上回っている状態、すなわち、エンジン１１による駆動トルクが、エンジン１１自体の回転速度を維持するために必要な最小限度のトルクを下回っている状態である。この場合、油圧回生モータ２３の生成する駆動トルクをより減らすように、すなわち、回生係数βを減少させるように制御している。当然、既に回生を行っていない場合にはβは最小値０になっているため、Ｓ３２にてβ＝０に戻す処理が行われる。ここでは、これらの制御によって、油圧回生モータ２３による回生動力を最大限に利用しつつ、過度な動力回生によるエンジン１１が過回転（オーバーラン）を防いでいる。以上で回生係数計算ルーチンＳ７の処理は終了する。

次の制御指令値更新（出力）ルーチンＳ８では、図１２のＳ２０にて、Ｓ６にて計算された回生制限弁２４ａ，２４ｂ，２４ｃの開度指令値Ｃａ、Ｃｂ、Ｃｃに対して、Ｓ７にて計算された回生係数βを乗じた新しい指令値（電流値）を計算し、回生制限弁２４ａ、２４ｂ、２４ｃに出力している指令電流値を新しい指令値βＣａ、βＣｂ＝βＣｃ＝０に更新する。また、油圧回生モータ２３の電子制御レギュレータ３６に出力している電流値についても新しい指令値（ｑ＝０）に更新し、制御指令値更新（出力）ルーチンＳ８の処理を終了する。

上述した通り、レバー１５ａをＡ側に単独操作する場合については、ブームシリンダ４ａのＢポートから排出された作動油の油圧動力が油圧回生モータ２３に導かれ、油圧動力を回生する。このとき油圧回生モータ２３と動力回生迂回油路３５ａ（副流量制御弁２７）の分流比率は回生制限弁２４ａの指令電流値β×Ｃａによって決定されるが、開度指令値Ｃａはレバー１５ａの操作量に応じて決定されるため、レバー１５ａの操作量が小さい領域では、油圧回生モータ２３より副流量制御弁２７の流量比率を大きくすることで良好な微操作性を確保し、レバー１５ａの操作量が大きい領域では、大きな回生動力を得ることができる。さらに、油圧回生モータ２３によって生成させる駆動トルクが、当該油圧システム（油圧ポンプ１２ａ、１２ｂ、パイロットポンプ）の吸収トルクを上回った場合、回生係数βによって油圧回生モータ２３への分流比率を減少させることで、エンジン１１の過回転（オーバーラン）を防ぐことができる。また、Ｐ１ａとＰ２ａを同圧にするように油圧回生モータ２３の容量ｑを制御するので、回生制限弁２４ａの開度（指令電流値β×Ｃａ）によらず、常に流量制御油路２１ａと動力回生油路２２ａの流量比が一定に保たれる。そして、流量制御油路２１ａの流量は、ブームシリンダ４ａの排出作動油の圧力とレバー１５ａの操作量によって決まり、動力回生油路２２ａの流量は流量制御油路２１ａに対して一定比率に制御させるので、結果的に、レバー１５ａの操作量によってブームシリンダ４ａの排出作動油の流量、すなわち、ブームシリンダ４ａの速度が決定されることになる。また、アームシリンダ５ａは伸縮両方向の動作において油圧回生モータ２３による動力回生が行える構成になっているものの、単独動作における作動についてはブームシリンダ４ａの収縮動作における作動と同様なので、説明を省略する。

次に、ブームシリンダ４ａとアームシリンダ５ａの複合動作について、ブームシリンダ４ａとアームシリンダ５ａが共に収縮動作を行う場合を例に説明する。ここでは、先にレバー１５ａの操作が行われており、動力回生油路２２ａからの回生が行われている状態からレバー１５ｂの操作を開始した場合と、逆に、レバー１５ｂの操作が先で、動力回生油路２２ｂからの回生が行われている状態からレバー１５ａ操作が行われた場合について、分けて説明を行う。なお、レバー１５ｂは無操作状態から操作を行うこととし、アームシリンダ５ａの目標回生動力Ｂ（後述）の方が大きい場合を想定する。

まず、先にレバー１５ａの操作が行われており、動力回生油路２２ａからの回生が行われている状態からレバー１５ｂの操作を開始した場合について説明する。この時においても、コントローラ１０にて動作している制御プログラムでは、図３に示す主処理が行われており、Ｓ１〜Ｓ８の処理によって、回生制限弁２４ａの指令電流値β×Ｃａ、油圧回生モータ２３の容量指令値ｑが、いずれもゼロでない状態に制御されているとする。

ここで、レバー１５ｂによってパイロット弁１６ｂがＡ側に操作されると、図３の動作判定ルーチンＳ４にて、Ｆｌａｇ１＝６に決定される。そして、次の図４の回生アクチュエータ選択ルーチンで処理１６が選択され、処理１６のＳ３３において、動力回生油路２２ａ、２２ｂを流れる油圧動力のうち、レバー１５ａ、１５ｂの操作量や、感度係数αａ、αｂを考慮して、実際に回生を行おうとしている目標回生動力Ａ、Ｂを計算する。目標回生動力Ａ、Ｂの計算式は式２、式３の通りである。

Ａ＝Ｌａ×αａ×Ｐｐａ÷Ｐｐｍａｘ （式２）
Ｂ＝Ｌｂ×αｂ×Ｐｐｂ÷Ｐｐｍａｘ （式３）
Ｓ３４にて、Ａ、Ｂの大小関係を比較する。ここでは、アームシリンダ５ａの目標回生動力Ｂの方が大きい場合を想定しているので、Ｆｌａｇ２＝２に設定される。次の制御指令値計算ルーチンＳ６では、Ｆｌａｇ２＝２なので図５の処理２２が選択される。処理２２では、図６に示すように、Ｓ３５にて回生制限弁２４ｃの指令電流値β×Ｃｃについて判定を行う。ここではレバー１５ｂを無操作状態から操作したことを想定しているので、開度指令値Ｃｃはゼロであり、Ｓ３５の判定はＮｏである。次に、Ｓ３６にて回生制限弁２４ａの指令電流値β×Ｃａについて判定を行う。レバー１５ｂの操作開始時は前段の指令値が残っているので、β×Ｃａ＞０の判定はＹｅｓであり、Ｃａ減算ルーチンＳ３７が実行される。Ｃａ減算ルーチンＳ３７では、図１０に示すようにＳ３８にて開度指令値ＣａからΔＣａｄを減算する。また、動力回生油路２２ａに関連するＰ１ａ、Ｐ２ａを同圧になるように油圧回生モータ２３の容量指令値ｑを調整し、処理を終了する。Ｃａ減算ルーチンＳ３７の処理が終了すると、処理２２は終了し、主処理における次の回生係数計算ルーチンＳ７に移る。回生係数計算ルーチンＳ７での処理は状況に応じて変化するが、ここでは依然としてβがゼロでない数値をとっているとする。こうして、次の制御指令値更新（出力）ルーチンＳ８が実行されるが、上述した通り、レバー１５ｂによってアームシリンダ５ａの動作が開始していても、先に回生を行っていたブームシリンダ４ａの回生制限弁２４ａの指令電流値β×Ｃａが正の値をとっている限り、アームシリンダ５ａの回生制限弁２４ｂの開度指令値Ｃｂはゼロのまま更新されない。そして、回生制限弁２４ａの指令電流値β×Ｃａがゼロになるまで主処理が繰り返され、その間、油圧回生モータ２３の容量指令値ｑはブームシリンダ４ａの流量制御油路２１ａと動力回生油路２２ａの流量比率を一定に保つように（Ｐ１ａとＰ２ａを同圧に保つように）制御される。

こうして、回生制限弁２４ａの指令電流値β×Ｃａがゼロになると、処理２２におけるＳ３６の判定がＮｏとなり、Ｃｂ制御ルーチンＳ３９が実行される。Ｃｂ制御ルーチンＳ３９では、Ｓ４０にて回生制限弁２４ｂの目標開度指令値Ｃｂｔが計算され、開度指令値Ｃｂを目標開度指令値Ｃｂｔに一致させるようにする。また、油圧回生モータ２３の容量指令値ｑについても、アームシリンダ５ａの動力回生油路２２ｂに関わるＰ１ｂ、Ｐ２ｂを同圧にするように制御される。次の回生係数計算ルーチンＳ７では、前段の回生制限弁２４ａの指令電流値β×Ｃａがゼロになるまでの過程で、油圧回生モータ２３の生成する駆動トルクが減少するため、エンジン１１に要求される駆動トルクが増加し、その結果Ｆ＜ＦｍｉｎがＮｏの状態が続くことから、β＝１で保持されていることを想定する。そして、制御指令値更新（出力）ルーチンＳ８にて、アームシリンダ５ａの動力回生油路２２ｂと油圧回生モータ２３を接続する回生制限弁２４ｂの指令電流値β×Ｃｂが出力され、油圧回生モータ２３の容量指令値ｑは流量制御油路２１ｂと動力回生油路２２ｂの流量比率を一定に保つように（Ｐ１ｂとＰ２ｂを同圧に保つように）制御された容量指令値ｑが出力される。このように、ブームシリンダ４ａとアームシリンダ５ａの複合動作で、かつ、ブームシリンダ４ａの動力回生が行われている状態から、アームシリンダ５ａからの動力回生への切り換わる動作について説明したが、この例において、回生動力の小さな油圧アクチュエータから大きな油圧アクチュエータへ回生対象が切り換わること、そして、切り換わりの際に油圧アクチュエータへの作動油給排油路が干渉しないことが分かる。

次に、レバー１５ｂの操作が先で、アームシリンダ５ａの動力回生油路２２ｂからの回生が行われている状態からレバー１５ａ操作が行われた場合についてについて説明する。この時においても、コントローラ１０にて動作している制御プログラムでは、図３に示す主処理が行われており、Ｓ１〜Ｓ８の処理によって、回生制限弁２４ｂの指令電流値β×Ｃｂ、油圧回生モータ２３の容量指令値ｑが、いずれもゼロでない状態に制御されているとする。このとき、動作判定ルーチンにてＦｌａｇ１＝３に設定され、回生アクチュエータ選択ルーチンでは処理１３が選択されている。そして、処理１３ではＦｌａｇ２＝２に設定されている。

ここで、レバー１５ａによってパイロット弁１６ａがＡ側に操作されると、動作判定ルーチンＳ４にて、Ｆｌａｇ１＝６に決定される。そして、次の回生アクチュエータ選択ルーチンで処理１６が実行される。処理１６のＳ３３において、動力回生油路２２ａ、２２ｂを流れる油圧動力のうち、レバー１５ａ、１５ｂの操作量や、感度係数αａ、αｂを考慮して、実際に回生を行おうとしている目標回生動力Ａ、Ｂを計算し、Ｓ３４にてＡ、Ｂの大小関係を比較する。ここでは、アームシリンダ５ａの目標回生動力Ｂの方が大きい場合を想定しているので、Ｆｌａｇ２＝２に設定される。したがって、レバー１５ａの操作が行われる場合とＦｌａｇ２に変更が無いため、レバー１５ａの操作が行われても、アームシリンダ５ａの回生動作に変化は生じない。

ブームシリンダ４ａ、アームシリンダ５ａの複合動作は、上述した例以外にも存在するが、いずれも上述した例の組み合せで説明可能である。

このように構成した第１の実施形態によれば、動力の回生が可能な複数の油圧アクチュエータ、すなわちブームシリンダ４ａ、アームシリンダ５ａに対して１つの油圧回生モータ２３で動力回生を行うため、ブームシリンダ４ａ，アームシリンダ５ａ毎に油圧回生モータを配置する構成と比較して、車体に機器を搭載する上でのレイアウトの制約の増大や、機器コストの増大を最小限に抑えることができる。また、ブームシリンダ４ａ、アームシリンダ５ａについて推定した排出作動油の油圧動力を基に最も大きな回生動力が得られる油圧アクチュエータを回生対象に選択することから優れた再生効率を確保することができる。したがって、さらなる省エネを実現させることができる。

また、第１実施形態によれば、コントローラ１０は、基本回路のそれぞれに含まれる動力回生油路２２ａ，２２ｂ，２２ｃの油圧動力の大きさに、ブームシリンダ４ａ、アームシリンダ５ａをそれぞれ操作するレバー１５ａ，１５ｂの操作量を考慮した重み付けを行った指標に基づいて、回生を行う油圧アクチュエータを決定する処理を行うことから、ブームシリンダ４ａ、アームシリンダ５ａについて推定した排出作動油の油圧動力と、ブームシリンダ４ａ、アームシリンダ５ａ毎の操作指令値とから、例えば、ブームシリンダ４ａ、アームシリンダ５ａ毎に微操作性と回生効率の優先度を考慮して最適な油圧アクチュエータを油圧回生モータ２３に接続する等、様々な目的に応じた制御を実現できる。

また、第１実施形態によれば、回転動力生成手段を、回転速度を一定に保持するように制御される内燃機関による原動機、すなわちエンジン１１にて構成し、コントローラ１０は、内燃機関の燃料噴射量が予め設定される所定量を下回ったときに、作動油を油圧回生モータ２３に導く回生制限弁２４ａ，２４ｂ，２４ｃのうちの該当するものを制御して、油圧回生モータ２３へ流入する流量の一部を動力回生迂回油路２２ａ，２２ｂ，２２ｃの該当するものに迂回させる処理を行うことから、油圧回生モータ２３による回生動力が大きくなり、油圧ポンプ１２ａ，１２ｂの吸収トルクに油圧回生モータ２３の生成トルクが近づいてきた場合に、一定の回転速度を保持するために必要となるエンジン１１の出力トルクが減少し、燃料噴射量が減少することを利用して、燃料噴射量が所定量を下回った場合に、回生制限弁２４ａ，２４ｂ，２４ｃの該当するものによって油圧回生モータ２３に吸収される流量を減らすことで油圧回生モータ２３の生成トルクを減少させ、油圧ポンプ１２ａ，１２ｂの吸収トルクを上回らないようにすることができ、その結果、エンジン１１の過回転（オーバーラン）を防止して、エンジン１１の破損、寿命の短縮を防ぐことができる。

なお、目標回生動力あるいは開度指令値の計算において、それらが操作パイロット圧に比例する方式について説明したが、操作パイロット圧のべき乗に比例するなど、非線形な重み付けを行うようにしてもよい。

次に、本発明の第２実施形態について、図１５に示す制御フローチャートを基に説明する。第２実施形態は、第１実施形態とほぼ同一に構成されているものの、第１実施形態における主処理のＳ１に替えてエンジン１１の実回転速度Ｓを取得するＳ４２、回生係数計算ルーチンＳ７に替えてＳ４３を採用した点において異なる。なお、上述した第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付け、その説明を省略する。

第２実施形態においては、主処理開始後、Ｓ４２にてエンジン１１の実回転速度を取得する。そして、回生係数計算ルーチンＳ４３では、Ｓ４２にて取得したエンジン１１の実回転速度Ｓとエンジン１１の目標回転速度Ｓｔとの差Ｓ−Ｓｔと、判定値ΔＳとの大小関係を比較する。ΔＳは許容できるエンジン１１の過回転量（目標回転速度に対する実回転速度の上回り量の許容値）である。Ｓ４４にて、Ｓ−Ｓｔ＞ΔＳがＮｏであれば、目標回転速度Ｓｔよりも実回転速度Ｓが低いので、Ｓ４５にて回生係数βをΔβｉだけ加算し、油圧回生モータ２３の動力回生量を増やし、エンジン１１をアシストする駆動トルクを増大する。一方、Ｓ４４がＹｅｓであれば、目標回転速度Ｓｔよりも実回転速度Ｓが高くなり、その過回転量が許容値ΔＳを上回っているので、Ｓ４６にて回生係数βをΔβｄだけ減算し、油圧回生モータ２３の動力回生量を減らし、エンジン１１をアシストする駆動トルクを現ずることで、エンジン１１の過回転量を許容値以下に抑えることが可能であり、以上のように構成した第２実施形態においても、第１実施形態と同様の機能を果たすことができる。

１ 油圧ショベル
４ａ ブームシリンダ（油圧アクチュエータ）
５ａ アームシリンダ（油圧アクチュエータ）
１０ コントローラ（回生制限弁制御手段）
１１ エンジン（回生動力生成手段）
１２ａ、１２ｂ 油圧ポンプ
１５ａ、１５ｂ レバー
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ 作動油排出油路
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ 流量制御油路
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ 動力回生油路
２３ 油圧回生モータ
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ 回生制限弁
２５、２６ 流量制御弁
２７、２８ 副流量制御弁
２９ａ，２９ｂ，２９ｃ 差圧検出ブロック
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ 第１圧力計（第１圧力検出手段）
３１ａ、３１ｂ、３１ｃ 第２圧力計（第２圧力検出手段）
３２ａ、３２ｂ、３２ｃ 第３圧力計（第３圧力検出手段）
３３ａ、３３ｂ、３４ｃ 第１絞り弁（第１差圧発生手段）
３４ａ、３４ｂ、３４ｃ 第２絞り弁（第２差圧発生手段）
３５ａ、３５ｂ、３５ｃ 動力回生迂回油路
３６ 電子制御レギュレータ

Claims (4)

1. 回転動力生成手段と、この回転動力生成手段によって生成された回転動力を油圧動力に変換する油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出される圧油によって駆動される複数の油圧アクチュエータと、これらの油圧アクチュエータ毎に設けられ、互いに連動し、前記油圧ポンプから前記油圧アクチュエータに供給される圧油の流れを制御する流量制御弁及び副流量制御弁とを備えるとともに、前記油圧アクチュエータのそれぞれに関連させて形成される基本回路を備え、
   前記基本回路は、前記油圧アクチュエータの作動油排出油路から分岐し、前記流量制御弁に接続する流量制御油路と、可変容量型の油圧回生モータに接続する動力回生油路とを含み、
   前記動力回生油路の油圧動力を前記油圧回生モータにて回転動力に変換して動力回生を行う油圧作業機の油圧システムにおいて、
   前記基本回路のそれぞれは、前記動力回生油路から分岐し前記副流量制御弁に接続する動力回生迂回油路と、この動力回生迂回油路と前記動力回生油路との分岐点に設けられ、前記作動油排出油路を流れる作動油を前記動力回生油路、及び前記動力回生迂回油路の一方、または双方に導くように切り替える回生制限弁とを含み、
   前記基本回路のそれぞれは、前記流量制御油路の圧力を検出する第１圧力検出手段と、前記回生制限弁よりも前記作動油排出油路側の前記動力回生油路の部分の圧力を検出する第２圧力検出手段と、前記作動油排出油路の圧力を検出する第３圧力検出手段とを含み、
   前記基本回路のそれぞれは、前記流量制御油路と前記動力回生油路の分岐点と、前記第１圧力検出手段との間に設けた第１差圧発生手段と、前記流量制御油路と前記動力回生油路の分岐点と、前記第２圧力検出手段との間に設けた第２差圧発生手段とを含み、
   前記基本回路のそれぞれに含まれる前記動力回生油路を合流させて１つの前記油圧回生モータに接続させ、
   前記基本回路毎に前記第３圧力検出手段で検出される圧力と前記第２圧力検出手段で検出される圧力との差圧と、予め設定される差圧・流量特性に基づいて、前記動力回生油路を流れる流量を求め、求めた流量と前記第２圧力検出手段で検出された圧力との積から、前記動力回生油路の油圧動力を求め、この求めた油圧動力のそれぞれに基づいて回生を行う油圧アクチュエータを決定し、その決定した油圧アクチュエータの前記作動油排出油路を流れる作動油を前記油圧回生モータに導くように、前記基本回路のそれぞれに含まれる前記回生制限弁を制御する回生制限弁制御手段を設けたことを特徴とする油圧作業機の油圧システム。
2. 請求項１記載の油圧作業機の油圧システムにおいて、
   前記回生制限弁制御手段は、前記基本回路のそれぞれに含まれる前記動力回生油路の油圧動力の大きさに、前記油圧アクチュエータをそれぞれ操作するレバーの操作量を考慮した重み付けを行った指標に基づいて、回生を行う油圧アクチュエータを決定する処理を行うことを特徴とする油圧作業機の油圧システム。
3. 請求項１または２に記載の油圧作業機の油圧システムにおいて、
   前記回転動力生成手段を、回転速度を一定に保持するように制御される内燃機関による原動機にて構成し、
   前記回生制限弁制御手段は、前記内燃機関の燃料噴射量が予め設定される所定量を下回ったときに、作動油を前記油圧回生モータに導く前記回生制限弁を制御して、前記油圧回生モータへ流入する流量の一部を前記動力回生迂回油路に迂回させる処理を行うことを特徴とする油圧作業機の油圧システム。
4. 請求項１または２に記載の油圧作業機の油圧システムにおいて、
   前記回転動力生成手段を、回転速度を一定に保持するように制御される内燃機関による原動機にて構成し、
   前記回生制限弁制御手段は、前記内燃機関の実回転数と目標回転速度の差が予め設定される所定値よりも大きくなったときに、作動油を前記油圧回生モータに導く前記回生制限弁を制御して、前記油圧回生モータへ流入する流量の一部を前記動力回生迂回油路に迂回させる処理を行うことを特徴とする油圧作業機の油圧システム。