JP6522386B2

JP6522386B2 - ショベル

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Publication number: JP6522386B2
Application number: JP2015065159A
Authority: JP
Inventors: 塚根　浩一郎; 浩一郎塚根; 宏治川島; 匠伊藤
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2015-03-26
Filing date: 2015-03-26
Publication date: 2019-05-29
Anticipated expiration: 2035-03-26
Also published as: JP2016183535A

Description

本発明は、回生用油圧モータを備えるショベルに関する。

旋回減速時に旋回用油圧モータの吐出側から流出する作動油（戻り油）で回転してエンジンをアシストする回生用油圧モータと旋回用油圧モータの吸い込み側におけるキャビテーションを防止するための作動油を供給するアキュムレータとを備えるショベルが知られている（特許文献１参照。）。

このショベルは、アキュムレータ内の作動油の圧力が設定値以下に低下してアキュムレータが作動油を放出できなくなると、回生用油圧モータを油圧ポンプとして機能させて作動油タンクからの作動油をアキュムレータに蓄積する。或いは、旋回用油圧モータの吐出側からリリーフ弁経由で流出する作動油を、回生用油圧モータを介さずに、直接的にアキュムレータに蓄積する。

特開２０１１−２２０３９０号公報

しかしながら、上述のショベルは、アキュムレータ内の作動油の圧力が設定値以下に低下した場合、回生用油圧モータを油圧ポンプとして機能させて作動油タンクからの作動油をアキュムレータに蓄積するのでエンジン出力を消費してしまう。そして、ショベルの負荷が高い場合にこのエンジン出力の消費が発生するとショベルの動作性能を一時的に低下させてしまう。或いは、旋回用油圧モータの吐出側からリリーフ弁経由で流出する高圧の戻り油を直接的にアキュムレータに蓄積するのでその戻り油を回生に用いることなく旋回減速時のキャビテーション防止のためにアキュムレータから放出してしまう。そのため、回生可能なエネルギを有効に利用できない。

そこで、回生可能なエネルギをより有効に利用するショベルを提供することが望まれる。

本発明の実施例に係るショベルは、下部走行体と、前記下部走行体に旋回可能に搭載される上部旋回体と、前記上部旋回体を旋回駆動する旋回用油圧モータと、油圧アクチュエータから流出する作動油が有するエネルギを回生してエンジンをアシストする回生用油圧モータと、前記回生用油圧モータが吐出する作動油を蓄積可能な第１アキュムレータと、を備え、前記第１アキュムレータは、旋回減速中に前記旋回用油圧モータの吸い込み側に作動油を供給する。

上述の手段により、回生可能なエネルギをより有効に利用するショベルを提供することができる。

本発明の実施例に係るショベルの側面図である。図１のショベルに搭載される油圧回路の構成例を示す概略図である。旋回加速時における図２の油圧回路の状態を示す図である。旋回減速時における図２の油圧回路の状態を示す図である。図１のショベルに搭載される油圧回路の別の構成例を示す概略図である。ブーム下げ操作時における図５の油圧回路の状態を示す図である。

図１は、本発明が適用される建設機械としてのショベルを示す側面図である。ショベルの下部走行体１には、旋回機構２を介して上部旋回体３が搭載されている。上部旋回体３にはブーム４が取り付けられている。ブーム４の先端にはアーム５が取り付けられ、アーム５の先端にはバケット６が取り付けられている。作業要素としてのブーム４、アーム５、及びバケット６は、アタッチメントの一例である掘削アタッチメントを構成し、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によりそれぞれ油圧駆動される。上部旋回体３には、キャビン１０が設けられ、且つエンジン１１等の動力源及びコントローラ３０等が搭載される。

コントローラ３０は、ショベルの駆動制御を行う主制御部としての制御装置である。本実施例では、コントローラ３０は、ＣＰＵ及び内部メモリを含む演算処理装置で構成され、内部メモリに格納された駆動制御用のプログラムをＣＰＵに実行させて各種機能を実現する。

図２は、図１のショベルに搭載される油圧回路の構成例を示す概略図である。本実施例では、油圧回路は、主に、第１ポンプ１４Ｌ、第２ポンプ１４Ｒ、回生用油圧モータ１４Ａ、コントロールバルブ１７、第１アキュムレータ８５Ｌ、第２アキュムレータ８５Ｈ、及び油圧アクチュエータを含む。油圧アクチュエータは、主に、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９、及び旋回用油圧モータ２１を含む。また、油圧アクチュエータは、左側走行用油圧モータ（図示せず。）及び右側走行用油圧モータ（図示せず。）を含んでいてもよい。

ブームシリンダ７は、ブーム４を昇降させる油圧シリンダであり、ボトム側油室とロッド側油室との間には再生弁７ａが接続され、ボトム側油室側には保持弁７ｂが設置される。また、アームシリンダ８は、アーム５を開閉させる油圧シリンダであり、ボトム側油室とロッド側油室との間には再生弁８ａが接続され、ロッド側油室側には保持弁８ｂが設置される。また、バケットシリンダ９は、バケット６を開閉させる油圧シリンダであり、ボトム側油室とロッド側油室との間には再生弁９ａが接続される。再生弁７ａ、８ａ、９ａは何れもコントロールバルブ１７の外部に設置され、例えば、関連する油圧シリンダに隣接して設置される。

旋回用油圧モータ２１は、上部旋回体３を旋回させる油圧モータであり、ポート２１Ｌ、２１Ｒがそれぞれリリーフ弁２２Ｌ、２２Ｒを介して作動油タンクＴに接続され、シャトル弁２２Ｓを介して切替弁２２Ｇに接続され、且つ、チェック弁２３Ｌ、２３Ｒを介して作動油タンクＴに接続される。

リリーフ弁２２Ｌは、ポート２１Ｌ側の圧力が所定のリリーフ圧に達した場合に開き、ポート２１Ｌ側の作動油を作動油タンクＴに排出する。また、リリーフ弁２２Ｒは、ポート２１Ｒ側の圧力が所定のリリーフ圧に達した場合に開き、ポート２１Ｒ側の作動油を作動油タンクＴに排出する。

シャトル弁２２Ｓは、ポート２１Ｌ側及びポート２１Ｒ側のうちの圧力が高い方の作動油を切替弁２２Ｇに供給する。

切替弁２２Ｇは、コントローラ３０からの指令に応じて動作する弁であり、旋回用油圧モータ２１（シャトル弁２２Ｓ）と第２アキュムレータ８５Ｈとの間の連通・遮断を切り替え可能な２ポート２位置の電磁弁である。具体的には、切替弁２２Ｇは、第１位置にある場合に旋回用油圧モータ２１と第２アキュムレータ８５Ｈとの間を連通させ、第２位置にある場合にその連通を遮断する。

チェック弁２３Ｌは、ポート２１Ｌ側の圧力が反対側の圧力より低くなった場合に開き、作動油タンクＴ又は第１アキュムレータ８５Ｌからポート２１Ｌ側に作動油を補給する。チェック弁２３Ｒは、ポート２１Ｒ側の圧力が反対側の圧力より低くなった場合に開き、作動油タンクＴ又は第１アキュムレータ８５Ｌからポート２１Ｒ側に作動油を補給する。このように、チェック弁２３Ｌ、２３Ｒは、旋回用油圧モータ２１の制動時に吸い込み側ポートに作動油を補給する補給機構を構成する。

第１ポンプ１４Ｌは、作動油タンクＴから作動油を吸い込んで吐出する油圧ポンプであり、本実施例では斜板式可変容量型油圧ポンプである。また、第１ポンプ１４Ｌはレギュレータ（図示せず。）に接続される。レギュレータは、コントローラ３０からの指令に応じて第１ポンプ１４Ｌの斜板傾転角を変更して第１ポンプ１４Ｌの押し退け容積（１回転当たりの吐出量）を制御する。第２ポンプ１４Ｒについても同様である。

回生用油圧モータ１４Ａは、油圧アクチュエータから流出する作動油が有するエネルギを回生してエンジンをアシストする油圧モータであり、本実施例では斜板式可変容量型油圧モータである。なお、回生用油圧モータ１４Ａは、油圧ポンプ（第３ポンプ）としても機能し得る。

回生用油圧モータ１４Ａは、第１ポンプ１４Ｌ及び第２ポンプ１４Ｒと同様にレギュレータに接続される。レギュレータは、コントローラ３０からの指令に応じて回生用油圧モータ１４Ａの斜板傾転角を変更して回生用油圧モータ１４Ａの押し退け容積を制御する。また、レギュレータは、回生用油圧モータ１４Ａの押し退け容積（斜板傾転角）をゼロに設定可能であってもよい。作動油を消費（吸い込み及び吐出）することなく回転できるようにするためであり、また、回生用油圧モータ１４Ａを通過する作動油の流れを遮断できるようにするためである。

回生用油圧モータ１４Ａの下流（吐出側）にはチェック弁８８を介して第１アキュムレータ８５Ｌ、切替弁８６、及びリリーフ弁９０が配置される。

第１アキュムレータ８５Ｌは、回生用油圧モータ１４Ａが吐出する作動油を蓄積する油圧装置である。本実施例では、第１アキュムレータ８５Ｌは、切替弁８６により作動油の放出が制御される。また、第１アキュムレータ８５Ｌの使用圧力は、作動油タンクＴの作動油の圧力よりも高く、例えば、０．２〜５ＭＰａの範囲内とされる。旋回減速時における旋回用油圧モータ２１の吸い込み側ポートに確実に作動油を補給してキャビテーションの発生を防止できるようにするためである。

切替弁８６はコントローラ３０からの指令に応じて動作する弁である。本実施例では、切替弁８６は、第１アキュムレータ８５Ｌと旋回用油圧モータ２１との間の連通・遮断を切り替え可能な２ポート２位置の電磁弁である。具体的には、切替弁８６は、第１位置にある場合に第１アキュムレータ８５Ｌと旋回用油圧モータ２１との間を連通させ、第２位置にある場合にその連通を遮断する。

チェック弁８８は回生用油圧モータ１４Ａの吐出側ポートに流入する作動油の流れを遮断する。本実施例では、チェック弁８８は第１アキュムレータ８５Ｌから回生用油圧モータ１４Ａへの作動油の流れを遮断する。

リリーフ弁９０は、回生用油圧モータ１４Ａの吐出側の圧力（第１アキュムレータ８５Ｌにおける作動油の圧力）が所定のリリーフ圧に達した場合に開き、その吐出側の作動油を作動油タンクに排出する。

回生用油圧モータ１４Ａの上流（吸い込み側）には切替弁８７を介して第２アキュムレータ８５Ｈが配置される。また、回生用油圧モータ１４Ａの上流（吸い込み側）はチェック弁８９を介して作動油タンクＴにも接続される。

第２アキュムレータ８５Ｈは、旋回用油圧モータ２１から流出する作動油を蓄積する油圧装置である。本実施例では、第２アキュムレータ８５Ｈは、切替弁２２Ｇにより作動油の蓄積が制御され、且つ、切替弁８７により作動油の放出が制御される。また、第２アキュムレータ８５Ｈの使用圧力は、第１アキュムレータ８５Ｌの使用圧力よりも高く、例えば、１５〜３０ＭＰａの範囲内とされる。第１アキュムレータ８５Ｌの使用圧力と第２アキュムレータ８５Ｈの使用圧力との圧力差が大きいほど回生用油圧モータ１４Ａによるアシスト力を大きくできるためである。但し、第２アキュムレータ８５Ｈの使用圧力はリリーフ弁２２Ｌ、２２Ｒのリリーフ圧より低い。

切替弁８７はコントローラ３０からの指令に応じて動作する弁である。本実施例では、切替弁８７は、第２アキュムレータ８５Ｈと回生用油圧モータ１４Ａとの間の連通・遮断を切り替え可能な２ポート２位置の電磁弁である。具体的には、切替弁８７は、第１位置にある場合に第２アキュムレータ８５Ｈと回生用油圧モータ１４Ａとの間を連通させ、第２位置にある場合にその連通を遮断する。

チェック弁８９は作動油タンクＴに流出する作動油の流れを遮断する。本実施例では、チェック弁８９は第２アキュムレータ８５Ｈから回生用油圧モータ１４Ａへ流れる作動油の一部が作動油タンクＴに流出するのを防止する。なお、チェック弁８９は、回生用油圧モータ１４Ａが第３ポンプとして機能する場合には、作動油タンクＴから第３ポンプへの作動油の流れを遮断しない。

以上の構成により、旋回用油圧モータ２１の吐出側ポート、シャトル弁２２Ｓ、切替弁２２Ｇ、第２アキュムレータ８５Ｈ、切替弁８７、回生用油圧モータ１４Ａ、チェック弁８８、第１アキュムレータ８５Ｌ、切替弁８６、チェック弁２３Ｌ、２３Ｒ、及び、旋回用油圧モータ２１の吸い込み側ポートを繋ぐ旋回回生回路は一方向流れの閉ループを形成する。

また、本実施例では、第１ポンプ１４Ｌ、第２ポンプ１４Ｒ、及び回生用油圧モータ１４Ａは、それぞれの駆動軸が機械的に連結される。具体的には、それぞれの駆動軸は、変速機１３を介して所定の変速比でエンジン１１の出力軸に連結される。そのため、エンジン回転数が一定であれば、それぞれの回転数も一定となる。但し、第１ポンプ１４Ｌ、第２ポンプ１４Ｒ、及び回生用油圧モータ１４Ａは、エンジン回転数が一定であっても回転数を変更できるよう、無段変速機等を介してエンジン１１に接続されてもよい。

コントロールバルブ１７は、ショベルにおける油圧駆動系の制御を行う油圧制御装置である。また、コントロールバルブ１７は、主に、可変ロードチェック弁５１〜５３、合流弁５５、統一ブリードオフ弁５６Ｌ、５６Ｒ、及び流量制御弁１７０〜１７３を含む。

流量制御弁１７０〜１７３は、油圧アクチュエータに流出入する作動油の向き及び流量を制御する弁である。本実施例では、流量制御弁１７０〜１７３のそれぞれは、対応する操作レバー等の操作装置（図示せず。）が生成するパイロット圧を左右何れかのパイロットポートで受けて動作する４ポート３位置のスプール弁である。操作装置は、操作量（操作角度）に応じて生成したパイロット圧を、操作方向に対応する側のパイロットポートに作用させる。

具体的には、流量制御弁１７０は、旋回用油圧モータ２１に流出入する作動油の向き及び流量を制御するスプール弁であり、流量制御弁１７１は、アームシリンダ８に流出入する作動油の向き及び流量を制御するスプール弁である。

また、流量制御弁１７２は、ブームシリンダ７に流出入する作動油の向き及び流量を制御するスプール弁であり、流量制御弁１７３は、バケットシリンダ９に流出入する作動油の向き及び流量を制御するスプール弁である。

可変ロードチェック弁５１〜５３は、コントローラ３０からの指令に応じて動作する弁である。本実施例では、可変ロードチェック弁５１〜５３は、流量制御弁１７１〜１７３のそれぞれと第１ポンプ１４Ｌ及び第２ポンプ１４Ｒのうちの少なくとも一方との間の連通・遮断を切り替え可能な２ポート２位置の電磁弁である。なお、可変ロードチェック弁５１〜５３は、第１位置において、ポンプ側に戻る作動油の流れを遮断するチェック弁を有する。具体的には、可変ロードチェック弁５１は、第１位置にある場合に流量制御弁１７１と第１ポンプ１４Ｌ及び第２ポンプ１４Ｒのうちの少なくとも一方との間を連通させ、第２位置にある場合にその連通を遮断する。可変ロードチェック弁５２及び可変ロードチェック弁５３についても同様である。

合流弁５５は、合流切替部の一例であり、コントローラ３０からの指令に応じて動作する弁である。本実施例では、合流弁５５は、第１ポンプ１４Ｌが吐出する作動油（以下、「第１作動油」とする。）と第２ポンプ１４Ｒが吐出する作動油（以下、「第２作動油」とする。）とを合流させるか否かを切り替え可能な２ポート２位置の電磁弁である。具体的には、合流弁５５は、第１位置にある場合に第１作動油と第２作動油とを合流させ、第２位置にある場合に第１作動油と第２作動油とを合流させないようにする。

統一ブリードオフ弁５６Ｌ、５６Ｒは、コントローラ３０からの指令に応じて動作する弁である。本実施例では、統一ブリードオフ弁５６Ｌは、第１作動油の作動油タンクＴへの排出量を制御可能な２ポート２位置の電磁弁である。統一ブリードオフ弁５６Ｒについても同様である。この構成により、統一ブリードオフ弁５６Ｌ、５６Ｒは、流量制御弁１７０〜１７３のうちの関連する流量制御弁の合成開口を実現できる。具体的には、合流弁５５が第２位置にある場合に、統一ブリードオフ弁５６Ｌは流量制御弁１７０及び流量制御弁１７１の合成開口を実現でき、統一ブリードオフ弁５６Ｒは流量制御弁１７２及び流量制御弁１７３の合成開口を実現できる。また、統一ブリードオフ弁５６Ｌは、第１位置にある場合にコントローラ３０からの指令に応じてその合成開口の開口面積を調整する可変絞りとして機能し、第２位置にある場合にその合成開口を遮断する。統一ブリードオフ弁５６Ｒについても同様である。

なお、可変ロードチェック弁５１〜５３、合流弁５５、及び統一ブリードオフ弁５６Ｌ、５６Ｒのそれぞれは、パイロット圧駆動のスプール弁であってもよい。

次に、図３を参照し、旋回加速時における図２の油圧回路の状態を説明する。なお、図３の太実線は回生用油圧モータ１４Ａ及び旋回用油圧モータ２１のそれぞれの吸い込み側に流入する作動油の流れを示す。また、太点線は回生用油圧モータ１４Ａ及び旋回用油圧モータ２１のそれぞれの吐出側から流出する作動油の流れを示す。

コントローラ３０は、操作装置が生成するパイロット圧を検出する操作圧センサ（図示せず。）等の操作検出部の出力に基づいてショベルに対する操作者の操作内容を判断する。

そして、コントローラ３０は、旋回操作が行われたと判断すると、旋回操作レバーの操作量に応じて第１作動油を流量制御弁１７０に供給する。流量制御弁１７０は、旋回操作レバーの操作量に応じたパイロット圧を受けて右位置に移動し、第１作動油を旋回用油圧モータ２１の吸い込み側ポート２１Ｒに流入させる。また、旋回用油圧モータ２１の吐出側ポート２１Ｌから流出する作動油を作動油タンクＴに排出する。

また、コントローラ３０は、ネガティブコントロール制御、ポジティブコントロール制御、ロードセンシング制御、馬力制御等のポンプ吐出量制御に基づき、旋回操作レバーの操作量に対応する第１ポンプ１４Ｌの吐出量指令値を決定する。そして、コントローラ３０は、対応するレギュレータを制御して第１ポンプ１４Ｌの吐出量が指令値通りとなるように制御する。

また、コントローラ３０は、切替弁８７に対して指令を出力し、切替弁８７を第１位置に切り替える。また、回生用油圧モータ１４Ａに対して指令を出力し、回生用油圧モータ１４Ａの回転速度がエンジン１１のアシストに適した回転速度となるように回生用油圧モータ１４Ａの斜板傾転角を調整する。切替弁８７が第１位置に切り替えられると、第２アキュムレータ８５Ｈは、回生用油圧モータ１４Ａに向けて作動油を放出する。回生用油圧モータ１４Ａは、第２アキュムレータ８５Ｈから放出された作動油を受けて回転し、且つ、吐出側ポートから第１アキュムレータ８５Ｌに向けて作動油を流出させる。第１アキュムレータ８５Ｌは回生用油圧モータ１４Ａから流出する作動油を蓄積する。このように、コントローラ３０は、第２アキュムレータ８５Ｈに蓄積された作動油を回生用油圧モータ１４Ａの回転動力に用いることでエンジン１１をアシストでき、エンジン負荷を低減できる。

なお、コントローラ３０は、第２アキュムレータ８５Ｈに作動油が十分に蓄積されていない場合、切替弁８７を第２位置で維持したまま、回生用油圧モータ１４Ａを第３ポンプとして機能させてもよい。この場合、第３ポンプとしての回生用油圧モータ１４Ａは、エンジン１１によって回転駆動され、作動油タンクＴから吸い込んだ作動油を第１アキュムレータ８５Ｌに向けて吐出する。第１アキュムレータ８５Ｌは回生用油圧モータ１４Ａが吐出する作動油を蓄積する。なお、第１アキュムレータ８５Ｌは旋回加速時にリリーフ弁２２Ｌ、２２Ｒから流出する作動油を蓄積してもよい。この場合、第１アキュムレータ８５Ｌは、不図示の管路及び切替弁を経由してリリーフ弁２２Ｌ、２２Ｒの下流に接続される。

また、コントローラ３０は、エンジン負荷が大きい旋回加速時ばかりでなく、旋回加速時以外の任意のタイミングで切替弁８７を第１位置に切り替えて回生用油圧モータ１４Ａを回転させることでエンジン１１をアシストしてもよい。

次に、図４を参照し、旋回減速時における図２の油圧回路の状態を説明する。なお、図４の太実線は旋回用油圧モータ２１の吸い込み側に流入する作動油の流れを示す。また、太点線は旋回用油圧モータ２１の吐出側から流出する作動油の流れを示す。

コントローラ３０は、旋回操作が中止されたと判断すると、流量制御弁１７０を中立位置に戻す。中立位置に戻った流量制御弁１７０は、旋回用油圧モータ２１と第１ポンプ１４Ｌとの間の連通を遮断する。そのため、旋回用油圧モータ２１の吐出側ポート２１Ｌの作動油の圧力は増大する。上部旋回体３の慣性によって旋回用油圧モータ２１の回転（吐出側ポート２１Ｌからの作動油の吐出）が継続され且つ作動油タンクＴへの流出が遮断されて吐出側ポート２１Ｌの作動油が圧縮されるためである。

このとき、コントローラ３０は、切替弁２２Ｇに対して指令を出力し、切替弁２２Ｇを第１位置に切り替える。切替弁２２Ｇが第１位置に切り替えられると、吐出側ポート２１Ｌの作動油は第２アキュムレータ８５Ｈに向かって流出する。そして、第２アキュムレータ８５Ｈは旋回用油圧モータ２１から流出する作動油を蓄積する。

一方、旋回用油圧モータ２１の吸い込み側ポート２１Ｒの作動油の圧力は低下する。上部旋回体３の慣性によって旋回用油圧モータ２１の回転（吸い込み側ポート２１Ｌへの作動油の吸い込み）が継続され且つ第１ポンプ１４Ｌからの流入が遮断されて吸い込み側ポート２１Ｒの作動油が不足するためである。

このとき、コントローラ３０は、切替弁８６に対して指令を出力し、切替弁８６を第１位置に切り替える。切替弁８６が第１位置に切り替えられると、第１アキュムレータ８５Ｌは旋回用油圧モータ２１の吸い込み側ポート２１Ｒに向けて作動油を放出する。そのため、第１アキュムレータ８５Ｌは、吸い込み側ポート２１Ｒでのキャビテーションの発生を防止できる。なお、第１アキュムレータ８５Ｌが放出するよりも多くの流量が吸い込み側ポート２１Ｒで必要とされる場合には作動油タンクＴからの作動油が追加的に補給されてもよい。この場合、作動油タンクＴからの作動油はチェック弁９１を通って吸い込み側ポート２１Ｒに流入する。また、チェック弁９１は第１アキュムレータ８５Ｌから作動油タンクＴへの作動油の流れを遮断する。

なお、上述の実施例において第２アキュムレータ８５Ｈは省略されてもよい。この場合、コントローラ３０は、旋回減速時に切替弁２２Ｇ、切替弁８７、及び回生用油圧モータ１４Ａに対して指令を出力する。そして、切替弁２２Ｇ及び切替弁８７を第１位置に切り替え、且つ、回生用油圧モータ１４Ａの回転速度がエンジン１１のアシストに適した回転速度となるように回生用油圧モータ１４Ａの斜板傾転角を調整する。切替弁２２Ｇ及び切替弁８７が第１位置に切り替えられると、旋回用油圧モータ２１の吐出側ポートから流出する作動油は、シャトル弁２２Ｓ、切替弁２２Ｇ、及び切替弁８７を通って回生用油圧モータ１４Ａの吸い込み側に流入する。回生用油圧モータ１４Ａは、旋回用油圧モータ２１の吐出側から流出する作動油を受けて回転することでエンジン１１をアシストする。そして、吐出側から第１アキュムレータ８５Ｌに向けて作動油を流出させ、その作動油を第１アキュムレータ８５Ｌに蓄積させる。このようにして、コントローラ３０は、第２アキュムレータ８５Ｈが省略された場合であっても、旋回減速時に旋回用油圧モータ２１から流出する作動油の油圧エネルギをエンジンアシストトルクとして回生した上で、その作動油を第１アキュムレータ８５Ｌに蓄積できる。

以上の構成により、図２の油圧回路は、旋回減速時に旋回用油圧モータ２１から流出する作動油を第２アキュムレータ８５Ｈに蓄積した後、任意のタイミングでその蓄積した作動油を回生用油圧モータ１４Ａに向けて放出できる。そのため、回生用油圧モータ１４Ａは、エンジン負荷が大きい場合等、任意のタイミングで回生エネルギを再使用してエンジン１１をアシストでき、ショベルの運動性能を向上させることができる。

また、図２の油圧回路は、回生用油圧モータ１４Ａの下流に第１アキュムレータ８５Ｌを配置しているため、回生用油圧モータ１４Ａで回生エネルギを再使用したときの作動油で第１アキュムレータ８５Ｌを充填できる。また、旋回回生回路が一方向流れの閉ループを形成しているため、リーク等によってその閉ループから出た分の作動油を補うだけで旋回回生回路を機能させることができ、エンジン出力をほとんど使わずに旋回回生回路を継続的に機能させることができる。そのため、エンジン出力の他への割り当てのために第１ポンプ１４Ｌ及び第２ポンプ１４Ｒの出力を一時的に低減させる必要がなく、その一時的な低減を実現するための機能要素を用意する必要もない。

また、図２の油圧回路は、回生用油圧モータ１４Ａの下流に第１アキュムレータ８５Ｌを配置しているため、第１アキュムレータ８５Ｌの開閉弁として回生用油圧モータ１４Ａを機能させることができる。

次に、図５を参照し、図１のショベルに搭載される油圧回路の別の構成例について説明する。図５の油圧回路は、主に、アームシリンダ８に流出入する作動油の向き及び流量が２つの流量制御弁１７１Ａ、１７１Ｂによって制御される点、ブームシリンダ７のボトム側油室に流出入する作動油の流量が２つの流量制御弁１７２Ａ、１７２Ｂによって制御される点、合流切替部が合流弁ではなく可変ロードチェック弁によって構成される点（合流弁が省略される点）で、図２の油圧回路と異なるがその他の点で共通する。そのため、共通点の説明を省略しながら、相違点を詳細に説明する。

流量制御弁１７１Ａ、１７１Ｂは、アームシリンダ８に流出入する作動油の向き及び流量を制御する弁であり、図２の流量制御弁１７１に対応する。具体的には、流量制御弁１７１Ａは、第１作動油をアームシリンダ８に供給し、流量制御弁１７１Ｂは、第２作動油をアームシリンダ８に供給する。したがって、アームシリンダ８には、第１作動油と第２作動油とが同時に流入し得る。

流量制御弁１７２Ａは、ブームシリンダ７に流出入する作動油の向き及び流量を制御する弁であり、図２の流量制御弁１７２に対応する。

流量制御弁１７２Ｂは、ブーム上げ操作が行われた場合に、ブームシリンダ７のボトム側油室に第１作動油を流入させる弁であり、ブーム下げ操作が行われた場合には、ブームシリンダ７のボトム側油室から流出する作動油を第１作動油に合流させることができる。

流量制御弁１７３は、バケットシリンダ９に流出入する作動油の向き及び流量を制御する弁であり、図２の流量制御弁１７３に対応する。

可変ロードチェック弁５０、５１Ａ、５１Ｂ、５２Ａ、５２Ｂ、５３は、流量制御弁１７０、１７１Ａ、１７１Ｂ、１７２Ａ、１７２Ｂ、１７３のそれぞれと第１ポンプ１４Ｌ及び第２ポンプ１４Ｒのうちの少なくとも一方との間の連通・遮断を切り替え可能な２ポート２位置の弁である。これら６つの可変ロードチェック弁は、それぞれが連動して動作することで合流切替部としての機能を果たし、図２の合流弁５５の機能を実現できる。そのため、図５の油圧回路では図２の合流弁５５が省略される。

統一ブリードオフ弁５６Ｌ、５６Ｒは、第１作動油の作動油タンクＴへの排出量を制御可能な２ポート２位置の弁であり、図２の統一ブリードオフ弁５６Ｌ、５６Ｒに対応する。

なお、図５の６つの流量制御弁は何れも６ポート３位置のスプール弁であり、図２の流量制御弁と違い、センターバイパスポートを有する。そのため、図５の統一ブリードオフ弁５６Ｌは流量制御弁１７１Ａの下流に配置され、統一ブリードオフ弁５６Ｒは流量制御弁１７１Ｂの下流に配置される。

切替弁６２Ａは、ブームシリンダ７から排出される作動油を回生用油圧モータ１４Ａの吸い込み側に流入させるか否かを切り替え可能な３ポート３位置の弁である。具体的には、切替弁６２Ａは、第１位置（左位置）にある場合にブームシリンダ７のボトム側油室と回生用油圧モータ１４Ａの吸い込み側との間を連通させ、第２位置（右位置）にある場合にブームシリンダ７のロッド側油室と回生用油圧モータ１４Ａの吸い込み側との間を連通させ、第３位置（中立位置）にある場合にそれらの間の連通を遮断する。

切替弁６２Ｂは、ブームシリンダ７のロッド側油室から排出される作動油を作動油タンクＴに排出するか否かを切り替え可能な２ポート２位置の可変リリーフ弁である。具体的には、切替弁６２Ｂは、第１位置にある場合にブームシリンダ７のロッド側油室と作動油タンクＴとの間を連通し、第２位置にある場合にその連通を遮断する。なお、切替弁６２Ｂは、第１位置において、作動油タンクＴからの作動油の流れを遮断するチェック弁を有する。

切替弁６２Ｃは、ブームシリンダ７のボトム側油室から排出される作動油を作動油タンクＴに排出するか否かを切り替え可能な２ポート２位置の可変リリーフ弁である。具体的には、切替弁６２Ｃは、第１位置にある場合にブームシリンダ７のボトム側油室と作動油タンクＴとの間を連通し、第２位置にある場合にその連通を遮断する。なお、切替弁６２Ｃは、第１位置において、作動油タンクＴからの作動油の流れを遮断するチェック弁を有する。

次に、図６を参照し、ブーム下げ操作時における図５の油圧回路の状態を説明する。なお、図６の太実線はブームシリンダ７のロッド側油室に流入する作動油の流れを示す。また、太点線はブームシリンダ７のボトム側油室から流出する作動油の流れを示す。

コントローラ３０は、例えば、ブーム下げ操作が行われたと判断すると、可変ロードチェック弁５２Ａ及び切替弁６２Ａを第１位置に切り替える。流量制御弁１７２Ａは、ブーム操作レバーの操作量に応じたパイロット圧を受けて右位置に移動し、第２作動油をブームシリンダ７のロッド側油室に流入させる。また、ブームシリンダ７のボトム側油室から流出する作動油を切替弁６２Ａ経由で回生用油圧モータ１４Ａの吸い込み側に流入させる。なお、ブームシリンダ７のボトム側油室から流出する作動油を再生弁７ａ経由でロッド側油室に再生してもよい。

また、図５の油圧回路は、アームシリンダ８、バケットシリンダ９等のブームシリンダ７以外の他の油圧アクチュエータから流出する作動油を回生用油圧モータ１４Ａの吸い込み側に流入させる構成であってもよい。

このように、図５の油圧回路は、図２の油圧回路による効果に加え、ブーム下げ操作時にブームシリンダ７のボトム側油室から流出する作動油を回生用油圧モータ１４Ａの吸い込み側に供給できるという追加的な効果を有する。

また、図５の油圧回路は、図２の油圧回路と同様、回生用油圧モータ１４Ａの下流に第１アキュムレータ８５Ｌを配置しているため、回生用油圧モータ１４Ａで回生エネルギを再使用したときの作動油で第１アキュムレータ８５Ｌを充填できる。また、旋回回生回路が一方向流れの閉ループを形成しているため、リーク等によってその閉ループから出た分の作動油をブームシリンダ７からの作動油で補うだけで旋回回生回路を機能させることができ、エンジン出力を使わずに旋回回生回路を継続的に機能させることができる。そのため、エンジン出力の他への割り当てのために第１ポンプ１４Ｌ及び第２ポンプ１４Ｒの出力を一時的に低減させる必要がなく、その一時的な低減を実現するための機能要素を用意する必要もない。

また、図５の油圧回路は、図２の油圧回路と同様、回生用油圧モータ１４Ａの下流に第１アキュムレータ８５Ｌを配置しているため、第１アキュムレータ８５Ｌの開閉弁として回生用油圧モータ１４Ａを機能させることができる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなしに上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

１・・・下部走行体２・・・旋回機構３・・・上部旋回体４・・・ブーム５・・・アーム６・・・バケット７・・・ブームシリンダ８・・・アームシリンダ９・・・バケットシリンダ７ａ、８ａ、９ａ・・・再生弁７ｂ、８ｂ・・・保持弁１０・・・キャビン１１・・・エンジン１３・・・変速機１４Ｌ・・・第１ポンプ１４Ｒ・・・第２ポンプ１４Ａ・・・回生用油圧モータ１７・・・コントロールバルブ２１・・・旋回用油圧モータ２１Ｌ、２１Ｒ・・・ポート２２Ｇ・・・切替弁２２Ｌ、２２Ｒ・・・リリーフ弁２２Ｓ・・・シャトル弁２３Ｌ、２３Ｒ・・・チェック弁３０・・・コントローラ５０、５１、５１Ａ、５１Ｂ、５２、５２Ａ、５２Ｂ、５３・・・可変ロードチェック弁５５・・・合流弁５６Ｌ、５６Ｒ・・・統一ブリードオフ弁６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃ・・・切替弁８５Ｌ・・・第１アキュムレータ８５Ｈ・・・第２アキュムレータ８６、８７・・・切替弁８８、８９・・・チェック弁９０・・・リリーフ弁９１・・・チェック弁１７０、１７１、１７１Ａ、１７１Ｂ、１７２、１７２Ａ、１７２Ｂ、１７３・・・流量制御弁Ｔ・・・作動油タンク

Claims

下部走行体と、
前記下部走行体に旋回可能に搭載される上部旋回体と、
前記上部旋回体を旋回駆動する旋回用油圧モータと、
油圧アクチュエータから流出する作動油が有するエネルギを回生してエンジンをアシストする回生用油圧モータと、
前記回生用油圧モータが吐出する作動油を蓄積可能な第１アキュムレータと、を備え、
前記第１アキュムレータは、旋回減速中に前記旋回用油圧モータの吸い込み側に作動油を供給する、
ショベル。
前記回生用油圧モータに作動油を供給可能な第２アキュムレータを備える、
請求項１に記載のショベル。
前記第２アキュムレータの使用圧力は、前記第１アキュムレータの使用圧力よりも高い、
請求項２に記載のショベル。
前記第２アキュムレータから放出された作動油は、前記回生用油圧モータを介して前記第１アキュムレータへ供給される、
請求項３に記載のショベル。