JP6785203B2 - 建設機械 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば、油圧ショベル、油圧クレーン、ホイールローダ等の建設機械に関する。
特許文献1には、油圧シリンダからの戻り油をアキュムレータに回収し、この回収した圧油をパイロットラインに供給することにより、エネルギの回生を行う建設機械が開示されている。
特開2009−250361号公報
通常の油圧ショベルは、メインポンプおよびタンクからなる油圧源と油圧シリンダとの間に、高圧の圧油の流量および方向を制御するための方向制御弁が設けられている。方向制御弁は、低圧のパイロット圧によって動作する(スプールが切換えられる)。即ち、方向制御弁(の油圧パイロット部)には、オペレータにより操作される操作装置を介して、パイロットポンプからの圧油(パイロット圧)が供給される。パイロットポンプは、パイロット圧を発生させるためにエンジンの動力(燃料)を消費する。
一方、特許文献1に記載された建設機械は、アキュムレータに蓄えられた圧油をパイロットラインに供給しているときに、パイロットポンプを回転駆動するための電動機を停止することにより、パイロットポンプの吐出を抑えることができる。これにより、パイロットポンプの動力を抑えることができ、例えば、パイロットポンプをエンジンで駆動する構成の場合であれば、エンジンの燃料の消費を低減することができる。
しかし、特許文献1に記載された建設機械は、油圧シリンダからの高圧の圧油をアキュムレータおよび圧力供給弁を介して低圧のパイロットラインに供給するときに、これらの間に大きな圧力差があることから、圧力供給弁での圧力損失が大きくなる可能性がある。これにより、油圧シリンダから回収したエネルギ(圧油)を効率的(有効的)に利用できない可能性がある。
本発明の目的は、油圧シリンダからの戻り油をパイロットラインに回生する構成において、回収したエネルギを効率的に利用することができる建設機械を提供することにある。
本発明の建設機械は、油圧アクチュエータを含むメイン油圧回路に圧油を供給するメイン油圧ポンプと、前記油圧アクチュエータを操作するためのパイロット油圧回路に圧油を供給するパイロット油圧ポンプと、前記油圧アクチュエータから排出される圧油を蓄圧する蓄圧器とを備えた建設機械において、前記油圧アクチュエータから排出される圧油を前記蓄圧器に回収する回収装置と、前記蓄圧器に蓄圧された圧油を前記メイン油圧回路に供給するメイン回路供給装置と、前記蓄圧器に蓄圧された圧油を前記パイロット油圧回路に供給するパイロット回路供給装置と、前記蓄圧器に蓄圧された圧油を前記メイン油圧回路と前記パイロット油圧回路とのうちのいずれの油圧回路に供給するか否かを判定すると共に、この判定に応じて前記メイン回路供給装置と前記パイロット回路供給装置とを制御する制御装置とを備えている。
本発明によれば、油圧アクチュエータからの戻り油(圧油)をパイロット油圧回路に回生する構成において、回収したエネルギを効率的に利用することができる。即ち、油圧アクチュエータからの戻り油(蓄圧器に回収した圧油)によって、パイロット油圧ポンプの出力を低減できる。これに加えて、蓄圧器の圧油を高圧のメイン油圧回路にも戻すことにより、エネルギを効率的に利用することができる。
実施の形態による油圧ショベルを示す正面図である。 第1の実施の形態による油圧ショベルの油圧回路図である。 図2中のコントローラによる処理を示す流れ図である。 第2の実施の形態による油圧ショベルの油圧回路図である。 図4中のコントローラによる処理を示す流れ図である。 第3の実施の形態による油圧ショベルの油圧回路図である。 図6中のコントローラによる処理を示す流れ図である。 第4の実施の形態による油圧ショベルの油圧回路図である。 図8中のコントローラによる処理を示す流れ図である。 第5の実施の形態による油圧ショベルの油圧回路図である。 図10中のコントローラによる処理を示す流れ図である。 第6の実施の形態によるコントローラの処理を示す流れ図である。 第7の実施の形態による油圧ショベルの油圧回路図である。 操作レバー信号からポンプ目標流量を演算する処理を示すブロック図である。 図13中のコントローラによる処理を示す流れ図である。
以下、本発明に係る建設機械の実施の形態を、油圧ショベルに適用した場合を例に挙げ、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、図3,5,7,9,11,12,15に示す流れ図の各ステップは、それぞれ「S」という表記を用いる(例えば、ステップ1=「S1」とする)。
図1ないし図3は、第1の実施の形態を示している。図1において、建設機械の代表例である油圧ショベル1は、自走可能なクローラ式の下部走行体2と、下部走行体2上に設けられた旋回装置3と、下部走行体2上に旋回装置3を介して旋回可能に搭載された上部旋回体4と、上部旋回体4の前側に設けられ掘削作業等を行う多関節構造の作業装置5とを含んで構成されている。この場合、下部走行体2と上部旋回体4は、油圧ショベル1の車体を構成している。
下部走行体2は、例えば、履帯2Aと、該履帯2Aを周回駆動させることにより油圧ショベル1を走行させる左,右の走行用油圧モータ(図示せず)とを含んで構成されている。下部走行体2は、後述のメイン油圧ポンプ13(図2参照)からの圧油の供給に基づいて、油圧モータである走行用油圧モータが回転することにより、上部旋回体4および作業装置5と共に走行する。
作業機またはフロントとも呼ばれる作業装置5は、例えば、ブーム5A、アーム5B、作業具としてのバケット5Cと、これらを駆動する油圧アクチュエータ(液体圧アクチュエータ)としてのブームシリンダ5D、アームシリンダ5E、バケットシリンダ(作業具シリンダ)5Fとを含んで構成されている。作業装置5は、後述のメイン油圧ポンプ13(図2参照)からの圧油の供給に基づいて、油圧シリンダであるシリンダ5D,5E,5Fが伸長または縮小することにより、俯仰動(揺動)する。なお、後述の図2の油圧回路図では、図面が複雑になることを避けるために、主としてブーム5Aに関する油圧回路を示しており、アームシリンダ5E、バケットシリンダ5F、前述の左,右の走行用油圧モータ、後述の旋回用油圧モータに関する油圧回路を省略している。
上部旋回体4は、旋回軸受、旋回用油圧モータ、減速機構等を含んで構成される旋回装置3を介して、下部走行体2上に搭載されている。上部旋回体4は、後述のメイン油圧ポンプ13(図2参照)からの圧油の供給に基づいて、油圧モータである旋回用油圧モータが回転することにより、下部走行体2上で作業装置5と共に旋回する。上部旋回体4は、上部旋回体4の支持構造体(ベースフレーム)となる旋回フレーム6と、旋回フレーム6上に搭載されたキャブ7、カウンタウエイト8等とを含んで構成されている。この場合、旋回フレーム6上には、後述のエンジン12、油圧ポンプ13,20、作動油タンク14、制御弁装置(図2にブーム用方向制御弁22のみ図示)等が搭載されている。
旋回フレーム6は、旋回装置3を介して下部走行体2に取付けられている。旋回フレーム6の前部左側には、内部が運転室となったキャブ7が設けられている。キャブ7内には、オペレータが着席する運転席(図示せず)が設けられている。運転席の周囲には、油圧ショベル1を操作するための操作装置(図2にブーム用レバー操作装置23のみ図示)が設けられている。操作装置は、例えば、運転席の前側に設けられた左,右の走行用レバー・ペダル操作装置と、運転席の左右両側にそれぞれ設けられた左,右の作業用レバー操作装置とを含んで構成されている。
左,右の走行用レバー・ペダル操作装置は、下部走行体2を走行させるときにオペレータにより操作される。左,右の作業用レバー操作装置は、作業装置5を動作させるとき、および、上部旋回体4を旋回させるときにオペレータにより操作される。なお、後述の図2の油圧回路図では、各種の操作装置(走行用操作装置および作業用操作装置)のうち作業装置5のブーム5Aを操作(揺動)するためのブーム用レバー操作装置23のみを示している(左右の走行用レバー・ペダル操作装置、旋回用レバー操作装置、アーム用レバー操作装置、バケット用レバー操作装置等を省略している)。ブーム用レバー操作装置23は、例えば、右側の作業用レバー操作装置の前後方向の操作に対応するものである。
操作装置は、オペレータの操作(レバー操作、ペダル操作)に応じたパイロット信号(パイロット圧)を、複数の方向制御弁(図2にブーム用方向制御弁22のみ図示)からなる制御弁装置に出力する。これにより、オペレータは、走行用油圧モータ、作業装置5のシリンダ5D,5E,5F、旋回装置3の旋回用油圧モータを動作(駆動)させることができる。なお、後述の図2の油圧回路図では、制御弁装置を構成する複数の方向制御弁のうち、ブーム用方向制御弁22のみを示している(例えば、左走行用方向制御弁、右走行用方向制御弁、旋回用方向制御弁、アーム用方向制御弁、バケット用方向制御弁等を省略している)。
キャブ7内には、運転席の後方の下側に位置して後述のコントローラ39(図2参照)が設けられている。一方、旋回フレーム6の後端側には、作業装置5との重量バランスをとるためのカウンタウエイト8が設けられている。
次に、油圧ショベル1を駆動するための油圧駆動装置について、図1に加え、図2も参照しつつ説明する。
図2に示すように、油圧ショベル1は、油圧ポンプ13から供給される圧油に基づいて油圧ショベル1を動作(駆動)させる油圧回路11を備えている。油圧回路11は、油圧アクチュエータ(例えば、ブームシリンダ5D)を含むメイン油圧回路11Aと、油圧アクチュエータ(例えば、ブームシリンダ5D)を操作するためのパイロット油圧回路11Bと、後述のアキュムレータ29を含む回収油圧回路11Cとを含んで構成されている。
即ち、油圧回路11は、油圧アクチュエータ(例えば、ブームシリンダ5D)と、エンジン12と、メイン油圧ポンプ13と、タンクとしての作動油タンク14と、パイロット油圧ポンプ20と、制御弁装置(例えば、ブーム用方向制御弁22)と、操作装置(例えば、ブーム用レバー操作装置23)とを含んで構成されている。これに加えて、油圧回路11は、蓄圧器としてのアキュムレータ29と、回収装置および第1の制御弁としての回収制御弁31と、メイン回路供給装置および第2の制御弁としてのメイン供給制御弁34と、パイロット回路供給装置および第3の制御弁としてのパイロット供給制御弁37と、第1の圧力検出装置としての蓄圧側圧力センサ38と、制御装置としてのコントローラ39とを含んで構成されている。
そして、油圧回路11のメイン油圧回路11Aは、油圧アクチュエータ(例えば、ブームシリンダ5D)に加え、エンジン12と、メイン油圧ポンプ13と、作動油タンク14と、制御弁装置(例えば、ブーム用方向制御弁22)と、パイロットチェック弁19(第1のパイロットチェック弁)とを備えている。また、メイン油圧回路11Aは、メイン吐出管路15と、戻り管路16と、ボトム側管路17と、ロッド側管路18とを備えている。
一方、油圧回路11のパイロット油圧回路11Bは、エンジン12と、パイロット油圧ポンプ20と、作動油タンク14と、操作装置(例えば、ブーム用レバー操作装置23)と、パイロット吐出管路21と、リリーフ弁26と、一側パイロット管路としての伸長側パイロット管路24と、他側パイロット管路としての縮小側パイロット管路25とを備えている。また、パイロット油圧回路11Bは、パイロット流量低減装置としてのアンロード弁27と、逆止弁としてのチェック弁28とを備えている。
さらに、油圧回路11の回収油圧回路11Cは、圧油エネルギ回収装置を構成するもので、アキュムレータ29に加えて、回収制御弁31と、メイン供給制御弁34と、パイロット供給制御弁37と、蓄圧側圧力センサ38と、コントローラ39とを備えている。また、回収油圧回路11Cは、回収管路30と、回収チェック弁32と、メイン回生管路33と、パイロット回生管路36とを備えている。
なお、図2に示す油圧回路11は、ブームシリンダ5Dを駆動(伸長、縮小)するためのブーム用油圧回路(即ち、ブーム用油圧駆動装置)を主として示している。換言すれば、図2に示す油圧回路11は、下部走行体2を走行させるための走行用油圧回路(即ち、走行用油圧駆動装置)、アーム5Bを駆動(伸長、縮小)させるためのアーム用油圧回路(即ち、アーム用油圧駆動装置)、バケット5Cを駆動(伸長、縮小)させるためのバケット用油圧回路(即ち、バケット用油圧駆動装置)、および、旋回装置3を駆動する(下部走行体2に対して上部旋回体4を旋回させる)ための旋回用油圧回路(即ち、旋回用油圧駆動装置)を省略している。
エンジン12は、旋回フレーム6に搭載されている。エンジン12は、例えばディーゼルエンジン等の内燃機関によって構成されている。エンジン12の出力側には、メイン油圧ポンプ13、および、パイロット油圧ポンプ20が取付けられている。これら油圧ポンプ13,20は、エンジン12によって回転駆動される。なお、油圧ポンプ13,20を駆動するための駆動源(動力源)は、内燃機関となるエンジン12単体で構成できる他、例えば、エンジンと電動モータ、または、電動モータ単体により構成してもよい。
メイン油圧ポンプ13は、エンジン12に機械的に(即ち、動力伝達可能に)接続されている。メイン油圧ポンプ13は、油圧アクチュエータ(ブームシリンダ5D)を含むメイン油圧回路11Aに圧油を供給する。メイン油圧ポンプ13は、例えば、可変容量型の油圧ポンプ、より具体的には、可変容量型の斜板式、斜軸式またはラジアルピストン式油圧ポンプによって構成されている。なお、図2では、メイン油圧ポンプ13を1台の油圧ポンプで示しているが、例えば、2台以上の複数の油圧ポンプにより構成することができる。
メイン油圧ポンプ13は、制御弁装置を介して油圧アクチュエータに接続されている。例えば、メイン油圧ポンプ13は、ブーム用方向制御弁22を介して油圧アクチュエータとしてのブームシリンダ5Dに接続されており、該ブームシリンダ5Dに圧油を供給する。なお、図示は省略するが、メイン油圧ポンプ13は、例えば、ブームシリンダ5Dの他、走行用油圧モータ、旋回用油圧モータ、アームシリンダ5E、バケットシリンダ5Fにも圧油を供給する。
メイン油圧ポンプ13は、作動油タンク14に貯溜された作動油を圧油としてメイン吐出管路15に吐出する。メイン吐出管路15に吐出された圧油は、ブーム用方向制御弁22を介してブームシリンダ5D(のボトム側油室5D4またはロッド側油室5D5)に供給され、ブームシリンダ5D(のロッド側油室5D5またはボトム側油室5D4)の圧油は、ブーム用方向制御弁22および戻り管路16を介して作動油タンク14に戻る。このように、メイン油圧ポンプ13は、作動油を貯留する作動油タンク14と共に、メインの油圧源を構成している。
図2に示すように、ブームシリンダ5Dは、チューブ5D1と、ピストン5D2と、ロッド5D3とを含んで構成されている。ピストン5D2は、チューブ5D1内に摺動可能に挿嵌され、チューブ5D1内をボトム側油室5D4とロッド側油室5D5とに画成(隔離)する。ロッド5D3は、基端側がピストン5D2に固着され、先端側がチューブ5D1外に突出している。そして、ブーム用方向制御弁22とボトム側油室5D4との間は、ボトム側管路17により接続され、ブーム用方向制御弁22とロッド側油室5D5との間は、ロッド側管路18により接続されている。
この場合、ボトム側管路17の途中には、後述の回収管路30が接続されている。また、ボトム側管路17には、ボトム側管路17と回収管路30との接続部(分岐部)とブームシリンダ5Dのボトム側油室5D4との間に位置してパイロットチェック弁19が設けられている。パイロットチェック弁19には、ブーム用レバー操作装置23の操作に応じたパイロット圧(2次圧)が供給される。パイロットチェック弁19は、ブーム用方向制御弁22側(および回収管路30側)からボトム側油室5D4に向けて圧油が流通するのを許容し、これとは逆向きに(ボトム側油室5D4からブーム用方向制御弁22側および回収管路30側に向けて)圧油が流通するのを阻止する。また、パイロットチェック弁19は、パイロットチェック弁19にパイロット圧が供給されているとき(即ち、ブーム用レバー操作装置23がブームシリンダ5Dを縮小させる方向に操作されているとき)は、ボトム側油室5D4からブーム用方向制御弁22側および回収管路30側に向けて圧油が流通するのを許容する。
パイロット油圧ポンプ20は、メイン油圧ポンプ13と同様に、エンジン12に機械的に接続されている。パイロット油圧ポンプ20は、油圧アクチュエータ(例えば、ブームシリンダ5D)を操作するためのパイロット油圧回路11Bに圧油を供給する。パイロット油圧ポンプ20は、例えば、固定容量型の歯車ポンプまたは斜板式油圧ポンプによって構成されている。パイロット油圧ポンプ20は、作動油タンク14に貯溜された作動油を圧油としてパイロット吐出管路21に吐出する。即ち、パイロット油圧ポンプ20は、作動油タンク14と共にパイロット油圧源を構成している。
パイロット油圧ポンプ20は、操作装置(ブーム用レバー操作装置23)と接続されている。パイロット油圧ポンプ20は、操作装置(ブーム用レバー操作装置23)に圧油(1次圧)を供給する。この場合、パイロット油圧ポンプ20の圧油は、操作装置(ブーム用レバー操作装置23)を介して、制御弁装置(ブーム用方向制御弁22の油圧パイロット部22A,22B)、パイロットチェック弁19、後述する回収制御弁31に供給される。
制御弁装置は、ブーム用方向制御弁22を含む複数の方向制御弁からなる制御弁群である。制御弁装置は、メイン油圧ポンプ13から吐出された圧油を、ブーム用レバー操作装置23を含む各種の操作装置の操作に応じて、ブームシリンダ5D、アームシリンダ5E、バケットシリンダ5F、走行用油圧モータ、および、旋回用油圧モータに分配する。
なお、以下の説明は、ブーム用方向制御弁22(以下、単に方向制御弁22ともいう)を制御弁装置の代表例として説明する。また、制御弁装置を切換え操作するための操作装置についても、ブーム用方向制御弁22を切換え操作するためのブーム用レバー操作装置23(以下、単にレバー操作装置23ともいう)を代表例として説明する。併せて、操作装置の操作により動作(伸長、縮小)する油圧アクチュエータについても、ブームシリンダ5D(以下、単に油圧シリンダ5Dともいう)を代表例として説明する。
方向制御弁22は、キャブ7内に配置されたレバー操作装置23の操作による切換信号(パイロット圧)に応じて、メイン油圧ポンプ13から油圧シリンダ5Dに供給される圧油の方向を制御する。これにより、油圧シリンダ5Dは、メイン油圧ポンプ13から供給(吐出)される圧油(作動油)によって駆動(伸長、縮小)される。方向制御弁22は、パイロット操作式の方向制御弁、例えば、4ポート3位置(または、6ポート3位置)の油圧パイロット式方向制御弁により構成されている。
方向制御弁22は、メイン油圧ポンプ13と油圧シリンダ5Dとの間で油圧シリンダ5Dに対する圧油の供給と排出を切換えることにより、油圧シリンダ5Dを伸長または縮小させる。方向制御弁22の油圧パイロット部22A,22Bには、レバー操作装置23の操作に基づく切換信号(パイロット圧)が供給される。これにより、方向制御弁22は、中立位置(A)から切換位置(B),(C)に切換操作される。
レバー操作装置23は、上部旋回体4のキャブ7内に配置されている。レバー操作装置23は、例えば、レバー式の減圧弁型パイロット弁により構成されている。レバー操作装置23には、パイロット油圧ポンプ20からの圧油(1次圧)がパイロット吐出管路21を通じて供給される。レバー操作装置23は、オペレータのレバー操作に応じたパイロット圧(2次圧)を、伸長側パイロット管路24または縮小側パイロット管路25を介して方向制御弁22に出力する。
即ち、レバー操作装置23は、オペレータによって操作されることにより、その操作量に比例したパイロット圧を方向制御弁22の油圧パイロット部22A,22Bに供給(出力)する。例えば、レバー操作装置23が油圧シリンダ5Dを伸長させる方向に操作されると(即ち、ブーム5Aを上げるための上げ操作がされると)、この操作により発生したパイロット圧Puは、伸長側パイロット管路24を介して方向制御弁22の油圧パイロット部22Aに供給される。これにより、方向制御弁22は、中立位置(A)から切換位置(B)に切換わり、メイン油圧ポンプ13からの圧油がボトム側管路17を介して油圧シリンダ5Dのボトム側油室5D4に供給され、油圧シリンダ5Dのロッド側油室5D5の圧油がロッド側管路18、戻り管路16を介して作動油タンク14に戻る。
これに対して、例えば、レバー操作装置23が油圧シリンダ5Dを縮小させる方向に操作されると(即ち、ブーム5Aを下げるための下げ操作がされると)、この操作により発生したパイロット圧Pdは、縮小側パイロット管路25を介して方向制御弁22の油圧パイロット部22Bに供給される。これにより、方向制御弁22は、中立位置(A)から切換位置(C)に切換わり、メイン油圧ポンプ13からの圧油がロッド側管路18を介して油圧シリンダ5Dのロッド側油室5D5に供給される。
このとき、パイロット圧Pdは、縮小側パイロット管路25の途中から分岐する分岐管路25Aを介してパイロットチェック弁19にも供給される。これにより、パイロットチェック弁19がパイロット圧Pdによって加圧され、パイロットチェック弁19が開放されることにより、油圧シリンダ5Dのボトム側油室5D4の圧油がボトム側管路17を流通する。即ち、パイロットチェック弁19は、油圧シリンダ5Dのボトム側油室5D4から不用意な圧油の流出(ブーム落下)を防止するためのものであり、通常時は、回路を遮断しており、パイロット圧Pdにより回路を開くようになっている。
また、パイロット圧Pdは、分岐管路25Aの途中から分岐する別の分岐管路25Bを介して、後述の回収制御弁31にも供給される。回収制御弁31にパイロット圧Pdが供給されると、回収制御弁31は、油圧シリンダ5Dとアキュムレータ29とを接続する開位置となり、油圧シリンダ5Dのボトム側油室5D4の圧油がアキュムレータ29に供給される。即ち、油圧シリンダ5Dのボトム側油室5D4の圧油がアキュムレータ29に回収される。このとき、油圧シリンダ5Dのボトム側油室5D4からボトム側管路17を介して方向制御弁22側に流れる圧油、即ち、作動油タンク14に戻る圧油は、方向制御弁22の切換位置(C)の絞り22Cによって絞られる(制限される)。
なお、レバー操作装置23には、レバー操作装置23の操作(レバー操作の有無またはレバー操作量)を検出する操作検出手段としての操作検出センサ23Aが設けられている。操作検出センサ23Aは、コントローラ39と接続されている。操作検出センサ23Aは、レバー操作の有無またはレバー操作量に対応する信号を、操作レバー信号としてコントローラ39に出力する。操作検出センサ23Aは、例えば、レバーの変位を検出する変位センサ、または、レバー操作装置23から方向制御弁22に出力されるパイロット圧Pu,Pdを検出する圧力センサにより構成することができる。操作検出センサ23Aは、図2に示すブーム用レバー操作装置23だけでなく、図示を省略した操作装置にも設けられるものである。
パイロット吐出管路21の途中には、リリーフ弁26が設けられている。リリーフ弁26は、後述のチェック弁28よりも上流側に位置してパイロット吐出管路21と作動油タンク14との間に設けられている。リリーフ弁26は、パイロット吐出管路21内の圧力が予め決められた圧力(設定圧)を越えたときに開弁して過剰圧を作動油タンク14側にリリーフさせる。
また、パイロット吐出管路21の途中には、アンロード弁27と、チェック弁28とが設けられている。そして、パイロット吐出管路21の途中には、チェック弁28とレバー操作装置23との間に位置して後述のパイロット回生管路36が接続されている。
アンロード弁27は、パイロット油圧ポンプ20とパイロット油圧回路11Bとの間(即ち、パイロット油圧ポンプ20の吐出側でチェック弁28よりも上流側)に配置されている。アンロード弁27は、パイロット油圧ポンプ20から吐出された圧油を作動油タンク14に排出するものである。アンロード弁27は、例えば、2ポート2位置の電磁パイロット式切換弁(電磁ソレノイド式切換弁、電磁制御弁)により構成されている。アンロード弁27の電磁パイロット部27Aは、コントローラ39と接続されている。
アンロード弁27は、例えば、常時は閉位置であり、コントローラ39からの信号(指令)に応じて閉位置から開位置に切換わる。アンロード弁27が開位置のときは、パイロット吐出管路21と作動油タンク14とが接続される。即ち、アンロード弁27は、コントローラ39からの指令(電力の供給)に応じて、パイロット油圧ポンプ20から吐出された圧油を作動油タンク14に排出する。これにより、アンロード弁27は、パイロット油圧ポンプ20からパイロット油圧回路11B(より具体的には、レバー操作装置23側)への流量を低減することが可能なパイロット流量低減装置を構成している。
チェック弁28は、アンロード弁27とパイロット油圧回路11Bとの間(即ち、アンロード弁27よりも下流側でパイロット回生管路36とパイロット吐出管路21との接続部位よりも上流側)に設けられている。チェック弁28は、パイロット油圧回路11B側(より具体的には、レバー操作装置23側)の圧油がアンロード弁27側に流れることを阻止する逆止弁である。チェック弁28は、パイロット油圧ポンプ20側からレバー操作装置23側およびパイロット回生管路36側に向けて圧油が流通するのを許容し、逆向きに(レバー操作装置23側およびパイロット回生管路36側からアンロード弁27側およびパイロット油圧ポンプ20側に向けて)圧油が流通するのを阻止する。
そして、パイロット回生管路36は、パイロット吐出管路21のうちチェック弁28よりも下流側に接続されている。このため、後述するように、アキュムレータ29の圧油は、パイロット供給制御弁37側からチェック弁28とレバー操作装置23との間(パイロット吐出管路21のうちチェック弁28よりも下流側)に流入する(供給される)。従って、例えば、アンロード弁27によりパイロット油圧ポンプ20からの圧油を作動油タンク14に排出しているときに、アキュムレータ29側からの圧油がアンロード弁27側(作動油タンク14側)に流出することを阻止できる。
アキュムレータ29は、油圧シリンダ5Dから排出される圧油を蓄圧する蓄圧器である。即ち、アキュムレータ29には、油圧シリンダ5Dが縮小するときに、油圧シリンダ5Dのボトム側油室5D4から排出される圧油が、ボトム側管路17側から回収管路30、回収制御弁31、回収チェック弁32を介して流入する。これにより、アキュムレータ29は、圧油を蓄圧する。また、後述するように、アキュムレータ29には、必要に応じて、パイロット油圧ポンプ20から吐出される圧油が、パイロット吐出管路21側からパイロット回生管路36、パイロット供給制御弁37を介して流入する。アキュムレータ29に蓄圧された圧油は、メイン供給制御弁34の切換位置とパイロット供給制御弁37の切換位置とに応じて、油圧シリンダ5Dまたはレバー操作装置23に供給される。
回収管路30は、一端側がボトム側管路17に接続され、他端側がアキュムレータ29に接続されている。回収管路30の途中には、一端側(ボトム側管路17側)から順に、回収制御弁31、回収チェック弁32が設けられている。回収制御弁31は、油圧シリンダ5Dから排出される圧油をアキュムレータ29に回収する回収装置を構成している。即ち、回収制御弁31は、油圧シリンダ5Dのボトム側油室5D4とアキュムレータ29との間の接続、遮断を切換える第1の制御弁である。回収制御弁31は、例えば、2ポート2位置の油圧パイロット式切換弁により構成されている。回収制御弁31の油圧パイロット部31Aには、レバー操作装置23からパイロット圧が供給される。回収制御弁31は、例えば、常時は閉位置であり、油圧パイロット部31Aにパイロット圧が供給されると閉位置から開位置に切換わる。
即ち、回収制御弁31は、レバー操作装置23が油圧シリンダ5Dを縮小させる方向に操作されたときに、レバー操作装置23の操作に応じたパイロット圧が、縮小側パイロット管路25の分岐管路25A,25Bを介して油圧パイロット部31Aに供給される。これにより、回収制御弁31は、油圧シリンダ5D(のボトム側油室5D4)とアキュムレータ29とを連通(接続)する開位置となる。このとき、油圧シリンダ5Dのボトム側油室5D4から排出される圧油がアキュムレータ29に蓄圧される。一方、回収制御弁31は、レバー操作装置23が油圧シリンダ5Dを縮小させる方向に操作されていないときは、油圧シリンダ5D(のボトム側油室5D4)とアキュムレータ29との連通を遮断する閉位置となる。
回収チェック弁32は、回収管路30のうち回収制御弁31とアキュムレータ29との間に設けられている。回収チェック弁32は、回収制御弁31側からアキュムレータ29側に向けて圧油が流通するのを許容し、逆向きに(アキュムレータ29側から回収制御弁31側に向けて)圧油が流通するのを阻止する。即ち、回収チェック弁32は、アキュムレータ29からの圧油が油圧シリンダ5D(のボトム側油室5D4)に逆流することを防止するものである。
メイン回生管路33は、アキュムレータ29とメイン吐出管路15とを接続している。即ち、メイン回生管路33は、一端側がアキュムレータ29に接続され、他端側がメイン吐出管路15(即ち、メイン油圧ポンプ13と方向制御弁22との間)に接続されている。メイン回生管路33の途中には、一端側(アキュムレータ29側)から順に、メイン供給制御弁34、メインチェック弁35が設けられている。メイン供給制御弁34は、アキュムレータ29に蓄圧された圧油をメイン油圧回路11A(より具体的には、メイン吐出管路15)に供給するメイン回路供給装置を構成している。即ち、メイン供給制御弁34は、アキュムレータ29とメイン油圧回路11A(メイン吐出管路15)との接続、遮断を切換える第2の制御弁である。
メイン供給制御弁34は、例えば、2ポート2位置の電磁パイロット式切換弁(電磁ソレノイド式切換弁、電磁制御弁)により構成されている。メイン供給制御弁34の電磁パイロット部34Aは、コントローラ39と接続されている。メイン供給制御弁34は、例えば、常時は閉位置であり、コントローラ39からの信号(指令、電力の供給)に応じて閉位置から開位置に切換わる。メイン供給制御弁34が開位置のときは、アキュムレータ29とメイン吐出管路15とが接続され、アキュムレータ29の圧油が方向制御弁22を介して油圧シリンダ5Dに供給される。
メインチェック弁35は、メイン回生管路33のうちメイン供給制御弁34とメイン吐出管路15(メイン油圧回路11A)との間に設けられている。メインチェック弁35は、アキュムレータ29側からメイン吐出管路15側に向けて圧油が流通するのを許容し、逆向きに(メイン吐出管路15側からアキュムレータ29側に向けて)圧油が流通するのを阻止する。即ち、メインチェック弁35は、メイン吐出管路15からの圧油がアキュムレータ29に逆流することを防止するものである。
パイロット回生管路36は、アキュムレータ29とパイロット吐出管路21とを接続している。即ち、パイロット回生管路36は、一端側がアキュムレータ29に接続され、他端側がパイロット吐出管路21(即ち、チェック弁28とレバー操作装置23との間)に接続されている。パイロット回生管路36の途中には、パイロット供給制御弁37が設けられている。パイロット供給制御弁37は、アキュムレータ29に蓄圧された圧油をパイロット油圧回路11B(より具体的には、パイロット吐出管路21)に供給するパイロット回路供給装置を構成している。即ち、パイロット供給制御弁37は、アキュムレータ29とパイロット油圧回路11B(パイロット吐出管路21)との接続、遮断を切換える第3の制御弁である。
パイロット供給制御弁37は、例えば、2ポート2位置の電磁パイロット式切換弁(電磁ソレノイド式切換弁、電磁制御弁)により構成されている。パイロット供給制御弁37の電磁パイロット部37Aは、コントローラ39と接続されている。パイロット供給制御弁37は、例えば、常時は閉位置であり、コントローラ39からの信号(指令、電力の供給)に応じて閉位置から開位置に切換わる。パイロット供給制御弁37が開位置のときは、アキュムレータ29とパイロット吐出管路21とが接続され、アキュムレータ29の圧油をレバー操作装置23に供給することができる。また、パイロット供給制御弁37が開位置のときに、アキュムレータ29の圧力がパイロット吐出管路21の圧力よりも低いときは、パイロット吐出管路21の圧油をアキュムレータ29に供給することができる。
蓄圧側圧力センサ38は、アキュムレータ29に設けられている。より具体的には、蓄圧側圧力センサ38は、回収管路30のうち回収チェック弁32とアキュムレータ29との間(換言すれば、アキュムレータ29とメイン供給制御弁34またはパイロット供給制御弁37との間)に設けられている。蓄圧側圧力センサ38は、アキュムレータ29の圧力を検出し、かつ、その検出した圧力信号をコントローラ39に出力する第1の圧力検出装置である。このために、蓄圧側圧力センサ38は、コントローラ39と接続されており、検出したアキュムレータ29の圧力(に対応する信号)をコントローラ39に出力する。
コントローラ39は、入力側が蓄圧側圧力センサ38および操作検出センサ23Aに接続されている。コントローラ39の出力側は、メイン供給制御弁34、パイロット供給制御弁37、アンロード弁27に接続されている。コントローラ39は、アキュムレータ29に蓄圧された圧油を、メイン油圧回路11A(メイン吐出管路15)とパイロット油圧回路11B(パイロット吐出管路21)とのうちのいずれの油圧回路に供給するか否かを判定すると共に、この判定に応じてメイン供給制御弁34とパイロット供給制御弁37とを制御する制御装置である。この場合、コントローラ39は、蓄圧側圧力センサ38により検出されるアキュムレータ29の圧力に応じて、メイン供給制御弁34とパイロット供給制御弁37とを制御する。また、併せて、コントローラ39は、蓄圧側圧力センサ38により検出されるアキュムレータ29の圧力に応じて、アンロード弁27を制御する。
このために、コントローラ39は、例えば、マイクロコンピュータ、駆動回路、電源回路等を含んで構成されている。この場合、コントローラ39は、フラッシュメモリ、ROM、RAM、EEPROM等からなるメモリおよび演算回路(CPU)を有している。メモリには、メイン供給制御弁34、パイロット供給制御弁37、および、アンロード弁27の制御処理に用いるプログラム(例えば、後述の図3に示す処理フローを実行するための処理プログラム)が格納されている。
コントローラ39は、アキュムレータ29の圧力が予め設定した第1の設定圧(set圧1)よりも高い場合に、アキュムレータ29の圧油をメイン油圧回路11A(メイン吐出管路15)に供給するようにメイン供給制御弁34を制御する。即ち、コントローラ39は、蓄圧側圧力センサ38により検出されたアキュムレータ29の圧力(ACC圧)がset圧1よりも高いときに、メイン供給制御弁34を開位置にする。これにより、アキュムレータ29の圧油をメイン吐出管路15に供給する。
また、コントローラ39は、アキュムレータ29の圧力が予め設定した第1の設定圧(set圧1)よりも低い場合に、アキュムレータ29の圧油をパイロット油圧回路11B(パイロット吐出管路21)に供給するようにパイロット供給制御弁37を制御する。即ち、コントローラ39は、蓄圧側圧力センサ38により検出されたアキュムレータ29の圧力がset圧1よりも低いときに、パイロット供給制御弁37を開位置にする。これにより、アキュムレータ29の圧油をパイロット吐出管路21に(または、必要に応じてパイロット吐出管路21の圧油をアキュムレータ29に)供給する。
このとき、即ち、アキュムレータ29の圧油をパイロット吐出管路21に供給しているときに、コントローラ39は、アンロード弁27を開位置にする。即ち、コントローラ39は、アキュムレータ29の圧力が予め設定した第1の設定圧(set圧1)よりも低く、かつ、第1の設定圧(set圧1)よりも低く設定された第2の設定圧(set圧2)よりも高いときに、パイロット油圧ポンプ20からパイロット油圧回路11B(パイロット吐出管路21のチェック弁28よりも上流側)への流量を低減するように、アンロード弁27を制御する(開位置にする)。
なお、第1の設定圧であるset圧1は、アキュムレータ29の圧油をメイン油圧回路11A(メイン吐出管路15)に供給するかパイロット油圧回路11B(パイロット吐出管路21)に供給するかを適切に判定できる判定値となるように予め設定する。即ち、set圧1は、アキュムレータ29の圧油をメイン油圧回路11Aとパイロット油圧回路11Bとに対して効率的に利用できるように、予め実験、計算、シミュレーション等により求めておく。例えば、set圧1は、パイロット油圧回路11B(パイロット吐出管路21)の圧力(1次圧)よりも少し高い(例えば、0.5〜1MPa程度高い)圧力に設定することができる。
また、第2の設定圧であるset圧2は、アンロード弁27を開位置から閉位置に適切に切換えることができる判定値となるように予め設定する。即ち、set圧2は、アキュムレータ29からレバー操作装置23に適切な圧油(1次圧)を供給でき、かつ、パイロット油圧ポンプ20の出力を適切に低減できるときにアンロード弁27が開位置となるように、予め実験、計算、シミュレーション等により求めておく。例えば、set圧2は、パイロット油圧回路11B(パイロット吐出管路21)の圧力(1次圧)よりも少し低い(例えば、0.5MPa程度低い)圧力に設定することができる。なお、コントローラ39で行われる図3の制御処理は、後で詳述する。
第1の実施の形態による油圧ショベル1は、上述の如き構成を有するもので、次に、その動作について説明する。
キャブ7に搭乗したオペレータがエンジン12を始動させると、エンジン12によって油圧ポンプ13,20が駆動される。これにより、油圧ポンプ13,20から吐出した圧油は、キャブ7内に設けられた走行用操作装置および作業用操作装置(レバー操作装置23)のレバー操作、ペダル操作に応じて、走行油圧モータ、旋回油圧モータ、作業装置5のブームシリンダ5D、アームシリンダ5E、バケットシリンダ5Fに向けて吐出する。これにより、油圧ショベル1は、下部走行体2による走行動作、上部旋回体4の旋回動作、作業装置5による掘削作業等を行うことができる。
ここで、例えば、レバー操作装置23が油圧シリンダ5Dを伸長させる方向に操作される(即ち、ブーム5Aを上げ動作させるための上げ操作がされる)と、レバー操作装置23から方向制御弁22の油圧パイロット部22Aにパイロット圧が供給され、方向制御弁22が中立位置(A)から切換位置(B)に切換わる。これにより、メイン油圧ポンプ13からの圧油がボトム側管路17、パイロットチェック弁19を介して油圧シリンダ5Dのボトム側油室5D4に供給され、油圧シリンダ5Dが伸長する。これに伴い、油圧シリンダ5Dのロッド側油室5D5から排出される圧油は、ロッド側管路18、方向制御弁22を介して作動油タンク14に戻る。このとき、回収制御弁31は閉位置であるため、メイン油圧回路11A側からアキュムレータ29に圧油は供給されない。
これに対して、レバー操作装置23が油圧シリンダ5Dを縮小させる方向に操作される(即ち、ブーム5Aを下げ動作させるための下げ操作がされる)と、レバー操作装置23から方向制御弁22の油圧パイロット部22Bにパイロット圧が供給され、方向制御弁22が中立位置(A)から切換位置(C)に切換わる。これにより、メイン油圧ポンプ13からの圧油がロッド側管路18を介して油圧シリンダ5Dのロッド側油室5D5に供給される。このとき、レバー操作装置23からのパイロット圧は、パイロットチェック弁19および回収制御弁31にも供給され、パイロットチェック弁19が回路を開くと共に回収制御弁31が開位置に切換わる。また、方向制御弁22の切換位置(C)には絞り22Cが設けられている。このため、油圧シリンダ5Dのボトム側油室5D4からボトム側管路17および方向制御弁22を介して作動油タンク14に戻る圧油は、絞り22Cによって十分に絞られる。これにより、油圧シリンダ5Dのボトム側油室5D4から流出する圧油の大半が、ボトム側管路17、回収管路30、回収制御弁31、回収チェック弁32を介してアキュムレータ29に供給(回収)される。
このとき、例えば、ブーム5Aの自重等によって加わる油圧シリンダ5Dを縮小させる力を利用して、油圧シリンダ5Dのボトム側油室5D4の圧油をアキュムレータ29に蓄圧(チャージ)することができる。そして、アキュムレータ29に蓄圧(回収)された圧油は、メイン供給制御弁34が開位置のときはメイン油圧回路11A(メイン吐出管路15)側に供給され、パイロット供給制御弁37が開位置のときはパイロット油圧回路11B(パイロット吐出管路21)側に供給される。また、アキュムレータ29の圧油をパイロット油圧回路11B(パイロット吐出管路21)側に供給しているときに、アンロード弁27を開位置とすることにより、パイロット油圧ポンプ20からエンジン12に加わる負荷を低減することができる。
メイン供給制御弁34、パイロット供給制御弁37、および、アンロード弁27は、コントローラ39により制御される。コントローラ39は、蓄圧側圧力センサ38により検出されるアキュムレータ29の圧力(ACC圧)と、操作検出センサ23Aにより検出されるレバー操作装置23の操作の有無(操作レバー信号)とに応じて、メイン供給制御弁34、パイロット供給制御弁37、および、アンロード弁27の開閉を制御する。
次に、コントローラ39の制御処理について、図3を参照しつつ説明する。なお、図3の制御処理は、例えば、コントローラ39に通電している間、所定の制御周期で繰り返し実行される。
例えば、キースイッチがONされる等により、コントローラ39に電力供給が開始されると、コントローラ39は、図3の制御処理(演算処理)を開始する。コントローラ39は、S1で、アキュムレータ29の圧力であるACC圧が、予め設定した第1の設定圧であるset圧1よりも高い(ACC圧>set圧1)か否かを判定する。ACC圧は、蓄圧側圧力センサ38により検出される圧力を用いることができる。
ここで、ACC圧が高いと、アキュムレータ29の圧油をパイロット油圧回路11B(パイロット吐出管路21側)に戻した場合に、パイロット供給制御弁37での圧力損失が大きくなり、エネルギ(圧油)を有効に使えなくなる可能性がある、そこで、S1では、ACC圧がset圧1よりも高い場合はメイン油圧回路11A(メイン吐出管路15)側に戻すように判断し、ACC圧がset圧1よりも低い場合はパイロット油圧回路11B(パイロット吐出管路21)側に戻すように判断する。なお、set圧1は、例えば、パイロット油圧回路11B(パイロット吐出管路21)の圧力(1次圧)よりも少し高い(例えば、0.5〜1MPa程度高い)圧力に設定することができる。
S1で「YES」、即ち、ACC圧がset圧1よりも高いと判定された場合は、S2に進む。S2では、レバー操作装置23が操作されたか否か(操作レバー信号が検出されたか否か)を判定する。即ち、S2では、操作検出センサ23Aからレバー操作装置23が操作されたことに対応する操作レバー信号がコントローラ39に入力されたか否かを判定する。
S2では、操作レバー信号の指令に基づき、アキュムレータ29の圧油をメイン油圧回路11A(メイン吐出管路15)側に戻せるか否かが判定される。即ち、操作レバー信号の入力がない場合(レバー操作装置23が操作されていない場合)は、油圧シリンダ5Dが動作していない状態である。この状態で、アキュムレータ29の圧油をメイン油圧回路11A(メイン吐出管路15)側に供給しても、有効にエネルギ(圧油)を利用できない可能性がある。そこで、S2では、油圧シリンダ5Dが動作しているときにアキュムレータ29の圧油をメイン油圧回路11A(メイン吐出管路15)側に供給するように、操作レバー信号の有無(レバー操作装置23の操作)を判定する。
S2で「YES」、即ち、操作レバー信号が検出された(レバー操作装置23が操作された)と判定された場合は、S3に進む。S3では、メイン供給制御弁34を開位置にし、パイロット供給制御弁37およびアンロード弁27を閉位置にする。これにより、アキュムレータ29の圧油がメイン油圧回路11A(メイン吐出管路15)側に供給され、アキュムレータ29の圧油を有効に利用することができる。S3で、メイン供給制御弁34を開位置とし、パイロット供給制御弁37およびアンロード弁27を閉位置としたら、リターンする(スタートに戻り、S1以降の処理を繰り返す)。
一方、S2で「NO」、即ち、操作レバー信号が検出されていない(レバー操作装置23が操作されていない)と判定された場合は、S4に進む。S4では、メイン供給制御弁34、パイロット供給制御弁37およびアンロード弁27を閉位置にする。即ち、この場合は、油圧シリンダ5Dが動作していない状態であるため、アキュムレータ29の圧油をメイン油圧回路11A(メイン吐出管路15)側に供給しない。S4で、メイン供給制御弁34、パイロット供給制御弁37およびアンロード弁27を閉位置としたら、リターンする。
これに対して、S1で「NO」、即ち、アキュムレータ29の圧力であるACC圧がset圧1以下と判定された場合は、S5に進む。即ち、ACC圧が低く、アキュムレータ29の圧油をパイロット油圧回路11B(パイロット吐出管路21)側に供給する方が、エネルギを効率的に利用できると判断した場合は、S5に進む。S5では、ACC圧が予め設定した第2の設定圧であるset圧2よりも高い(ACC圧>set圧2)か否かを判定する。なお、set圧2は、例えば、パイロット油圧回路11B(パイロット吐出管路21)の圧力(1次圧)よりも少し低い(例えば、0.5MPa程度低い)圧力に設定することができる。
S5で「YES」、即ち、ACC圧がset圧2よりも高いと判定された場合は、S6に進む。S6では、メイン供給制御弁34を閉位置にし、パイロット供給制御弁37およびアンロード弁27を開位置にする。これにより、パイロット油圧ポンプ20の圧油がアンロード弁27を介してアンロードされることにより、パイロット油圧ポンプ20の出力を抑えることができ、エンジン12の燃費を低減することができる。さらに、レバー操作装置23が操作されたとき(パイロットラインに圧油が必要なとき)は、アキュムレータ29からパイロット供給制御弁37を介してレバー操作装置23に圧油が供給される。このため、レバー操作装置23では、レバーに連動してパイロット弁からパイロット圧(2次圧)が方向制御弁22に供給される。これにより、方向制御弁22の切換位置が切換えられ、オペレータの望む動作が可能となる。S6で、メイン供給制御弁34を閉位置にし、パイロット供給制御弁37およびアンロード弁27を開位置にしたら、リターンする。
一方、S5で「NO」、即ち、ACC圧がset圧2以下であると判定された場合は、S7に進む。S7では、メイン供給制御弁34およびアンロード弁27を閉位置にし、パイロット供給制御弁37を開位置にする。これにより、パイロット油圧ポンプ20の圧油は、チェック弁28およびパイロット供給制御弁37を介してアキュムレータ29に供給される。また、これと共に、パイロット油圧ポンプ20の圧油は、レバー操作装置23に供給される。
これにより、レバー操作装置23に必要な圧油を確保でき、かつ、アキュムレータ29の蓄圧(チャージ)を行うことができる。パイロット油圧ポンプ20の圧油によるアキュムレータ29の蓄圧(チャージ)は、例えば、リリーフ弁26の開弁圧よりも少し低い(例えば、開弁圧よりも0.2MPa程度低い)圧力まで行われる。これにより、リリーフ弁26から圧油が逃げる(エネルギを捨てる)ことを抑制できる。S7で、メイン供給制御弁34およびアンロード弁27を閉位置にし、パイロット供給制御弁37を開位置にしたら、リターンする。
このように、第1の実施の形態によれば、パイロット供給制御弁37(パイロット回路供給装置)に加えて、メイン供給制御弁34(メイン回路供給装置)を備えている。このため、回収制御弁31(回収装置)を介してアキュムレータ29(蓄圧器)に回収した高圧の圧油を、パイロット油圧回路11B(パイロット吐出管路21)に供給するだけでなく、メイン油圧回路11A(メイン吐出管路15)にも供給することができる。即ち、アキュムレータ29の圧油が高圧のときは、高圧のメイン油圧回路11Aに供給する(回収した圧油を戻す)ことができ、アキュムレータ29の圧油が低圧のときは、低圧のパイロット油圧回路11Bに供給する(回収した圧油を戻す)ことができる。これにより、回収したエネルギ(圧油)を効率的に利用することができる。換言すれば、油圧シリンダ5D(油圧アクチュエータ)からの戻り油(即ち、アキュムレータ29に回収した圧油)により、パイロット油圧ポンプ20の出力を低減できる。これに加えて、アキュムレータ29の圧油を高圧のメイン油圧回路11Aにも戻すことにより、アキュムレータ29に回収した圧油、即ち、エネルギを、効率的に利用することができる。この結果、例えば、パイロット油圧ポンプ20およびメイン油圧ポンプ13を駆動するエンジン12の燃費を低減(向上)できる。
第1の実施の形態によれば、コントローラ39(制御装置)を備えている。このため、コントローラ39は、アキュムレータ29の圧油が高圧のときに、アキュムレータ29に蓄圧された圧油をメイン油圧回路11Aに供給すると判定し、かつ、メイン供給制御弁34(および必要に応じてパイロット供給制御弁37)を制御することにより、アキュムレータ29の圧油を高圧のメイン油圧回路11Aに供給することができる。一方、コントローラ39は、アキュムレータ29の圧油が低圧のときに、アキュムレータ29に蓄圧された圧油をパイロット油圧回路11Bに供給すると判定し、かつ、パイロット供給制御弁37(および必要に応じてメイン供給制御弁34)を制御することにより、アキュムレータ29の圧油を低圧のパイロット油圧回路11Bに供給することができる。
第1の実施の形態によれば、回収制御弁31(第1の制御弁)、メイン供給制御弁34(第2の制御弁)、および、パイロット供給制御弁37(第3の制御弁)を備えている。このため、油圧シリンダ5Dから排出される圧油を、回収制御弁31を介してアキュムレータ29に回収することができる。また、メイン供給制御弁34を切換えることにより、アキュムレータ29の圧油を高圧のメイン油圧回路11Aに供給することができる。さらに、パイロット供給制御弁37を切換えることにより、アキュムレータ29の圧油を低圧のパイロット油圧回路11Bに供給することができる。
第1の実施の形態によれば、アンロード弁27(パイロット流量低減装置)を備えている。このため、アキュムレータ29の圧油を低圧のパイロット油圧回路11Bに供給しているときに、アンロード弁27により、パイロット油圧ポンプ20からパイロット油圧回路11Bへの流量を低減することができる。これにより、パイロット油圧ポンプ20の出力を低減することができ、パイロット油圧ポンプ20の駆動源(例えば、エンジン12)の動力(燃料)の消費を低減することができる。
第1の実施の形態によれば、アンロード弁27とチェック弁28(逆止弁)とを備えている。このため、アキュムレータ29の圧油を低圧のパイロット油圧回路11Bに供給しているときに、アンロード弁27により、パイロット油圧ポンプ20からパイロット油圧回路11Bへの流量を低減することができる。このとき、アキュムレータ29の圧油、即ち、パイロット油圧回路11Bの圧油は、チェック弁28により、アンロード弁27側に無駄に流れることが阻止される。このため、この面からも、アキュムレータ29の圧油(エネルギ)を効率的に利用することができる。
第1の実施の形態によれば、コントローラ39は、蓄圧側圧力センサ38(第1の圧力検出装置)により検出されるアキュムレータ29の圧力(ACC圧)に応じて、メイン供給制御弁34とパイロット供給制御弁37とを制御する。このため、コントローラ39は、蓄圧側圧力センサ38により検出されるアキュムレータ29の圧油(ACC圧)が高圧のときに、メイン供給制御弁34(および必要に応じてパイロット供給制御弁37)を制御することにより、アキュムレータ29に蓄圧された高圧の圧油をメイン油圧回路11Aに供給することができる。一方、コントローラ39は、蓄圧側圧力センサ38により検出されるアキュムレータ29の圧油(ACC圧)が低圧のときに、パイロット供給制御弁37(および必要に応じてメイン供給制御弁34)を制御することにより、アキュムレータ29に蓄圧された低圧の圧油をパイロット油圧回路11Bに供給することができる。
第1の実施の形態によれば、コントローラ39は、蓄圧側圧力センサ38により検出されるアキュムレータ29の圧油が第1の設定圧(set圧1)よりも高い場合に、アキュムレータ29に蓄圧された圧油をメイン油圧回路11Aに供給することができる。一方、コントローラ39は、蓄圧側圧力センサ38により検出されるアキュムレータ29の圧油が第1の設定圧(set圧1)よりも低い場合に、アキュムレータ29に蓄圧された圧油をパイロット油圧回路11Bに供給することができる。このため、第1の設定圧(set圧1)を適切に設定することにより、アキュムレータ29の圧油(エネルギ)をメイン油圧回路11Aとパイロット油圧回路11Bとに効率的に供給することができる。
第1の実施の形態によれば、コントローラ39は、アキュムレータ29の圧力が第1の設定圧(set圧1)よりも低く、かつ、第2の設定圧(set圧2)よりも高いときに、パイロット油圧回路11Bへの流量を低減するようにアンロード弁27を制御する。このため、アキュムレータ29の圧力が第1の設定圧(set圧1)よりも低く、かつ、第2の設定圧(set圧2)よりも高いときに、パイロット油圧ポンプ20の出力を低減することができる。これにより、パイロット油圧ポンプ20の駆動源(例えば、エンジン12)の動力(燃料)の消費を低減することができる。
次に、図4および図5は、第2の実施の形態を示している。第2の実施の形態の特徴は、メイン回路供給装置およびパイロット回路供給装置を第1の方向制御弁により構成したことにある。即ち、第2の実施の形態は、第1の実施の形態の第2の制御弁(メイン供給制御弁34)および第3の制御弁(パイロット供給制御弁37)に代えて、一つの方向制御弁である第1の方向制御弁(供給制御弁41)とこれを切換えるための電磁弁(電磁比例弁42)とを備えている。なお、第2の実施の形態では、上述した第1の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
油圧回路11の回収油圧回路11Cは、蓄圧器としてのアキュムレータ29と、回収装置および第1の制御弁としての回収制御弁31と、供給制御弁41と、電磁比例弁42(第1の電磁比例弁)と、第1の圧力検出装置としての蓄圧側圧力センサ38と、制御装置としてのコントローラ44とを備えている。
供給制御弁41は、アキュムレータ29に蓄圧された圧油をメイン油圧回路11A(メイン吐出管路15)に供給するメイン回路供給装置、および、アキュムレータ29に蓄圧された圧油をパイロット油圧回路11B(パイロット吐出管路21)に供給するパイロット回路供給装置を構成している。即ち、供給制御弁41は、中立位置または遮断位置としての切換位置(D)と、第1の接続位置としての切換位置(E)と、第2の接続位置としての切換位置(F)とを有する第1の方向制御弁である。
供給制御弁41は、例えば、3ポート3位置の油圧パイロット式切換弁により構成されている。供給制御弁41の第1のポート41Aは、回収管路30を介してアキュムレータ29と接続されている。供給制御弁41の第2のポート41Bは、メイン回生管路33を介してパイロット油圧回路11B(パイロット吐出管路21)と接続されている。供給制御弁41の第3のポート41Cは、パイロット回生管路36を介してパイロット油圧回路11B(パイロット吐出管路21)と接続されている。
また、供給制御弁41は、一つの油圧パイロット部41Dを有している。供給制御弁41の油圧パイロット部41Dには、電磁比例弁42を介してパイロット圧が供給される。即ち、供給制御弁41は、コントローラ44によって制御される電磁比例弁42を介して油圧パイロット部41Dにパイロット圧が供給されることにより、切換位置(D)と、切換位置(E)と、切換位置(F)とのいずれかに切換えられる。
この場合、供給制御弁41は、切換位置(E)に切換えられると、アキュムレータ29とメイン油圧回路11A(メイン吐出管路15)とを接続する。切換位置(F)に切換えられると、アキュムレータ29とパイロット油圧回路11B(パイロット吐出管路21)とを接続する。切換位置(D)に切換えられると、アキュムレータ29とメイン油圧回路11A(メイン吐出管路15)およびパイロット油圧回路11B(パイロット吐出管路21)とを遮断する。
電磁比例弁42は、チェック弁28を介してパイロット油圧ポンプ20と接続されている。また、電磁比例弁42は、供給制御弁41が切換位置(F)のときは、アキュムレータ29にも接続される。即ち、電磁比例弁42は、分岐管路43を介して、パイロット吐出管路21のうちチェック弁28よりも下流側(より具体的には、パイロット回生管路36の途中)に接続されている。電磁比例弁42には、コントローラ44からの制御信号(電流信号)が入力される。このために、電磁比例弁42は、コントローラ44と接続されている。電磁比例弁42は、制御信号の電流値に比例して開度が調整されることにより、供給制御弁41の油圧パイロット部41Dに供給されるパイロット圧が変化する。これにより、供給制御弁41は、切換位置(F)から切換位置(D)または切換位置(E)へと切換えられる。
コントローラ44は、入力側が蓄圧側圧力センサ38および操作検出センサ23Aに接続されている。コントローラ44の出力側は、電磁比例弁42、パイロット流量低減装置としてのアンロード弁27に接続されている。コントローラ44は、アキュムレータ29に蓄圧された圧油を、メイン油圧回路11A(メイン吐出管路15)に供給するかパイロット油圧回路11B(パイロット吐出管路21)に供給するか判定する。これと共に、コントローラ44は、判定結果に応じて、電磁比例弁42を介して供給制御弁41を制御する。
この場合、コントローラ44は、蓄圧側圧力センサ38により検出されるアキュムレータ29の圧力に応じて電磁比例弁42の開度を制御することにより、供給制御弁41の切換位置を制御する。また、併せて、コントローラ44は、蓄圧側圧力センサ38により検出されるアキュムレータ29の圧力に応じて、アンロード弁27を制御する。コントローラ44は、前述の第1の実施の形態のコントローラ39と同様に、メモリおよび演算回路(CPU)を有している。メモリには、図5に示す処理フローを実行するための処理プログラムが格納されている。
次に、コントローラ44の制御処理について、図5を参照しつつ説明する。なお、図5中のS11、S12、S15は、第1の実施の形態の図3のS1、S2、S5の処理と同様であるため、その説明を省略する。即ち、第2の実施の形態のコントローラ44も、第1の実施の形態のコントローラ39と同様に、アキュムレータ29の圧力(ACC圧)に応じて、アキュムレータ29の圧油をメイン油圧回路11Aに供給するかパイロット油圧回路11Bに供給するかを判断する。
S12で「YES」、即ち、操作レバー信号が検出された(レバー操作装置23が操作された)と判定された場合は、S13に進む。S13では、供給制御弁41を切換位置(E)とし、アンロード弁27を閉位置にする。即ち、コントローラ44は、供給制御弁41が切換位置(E)となるように、電磁比例弁42に指令を出力する。これにより、アキュムレータ29の圧油がメイン油圧回路11A(メイン吐出管路15)側に供給され、アキュムレータ29の圧油を有効に利用することができる。
一方、S12で「NO」、即ち、操作レバー信号が検出されていない(レバー操作装置23が操作されていない)と判定された場合は、S14に進む。S14では、供給制御弁41を切換位置(D)とし、アンロード弁27を閉位置にする。即ち、この場合は、油圧シリンダ5Dが動作していない状態であるため、アキュムレータ29の圧油をメイン油圧回路11A(メイン吐出管路15)側に供給しないように、コントローラ44は、供給制御弁41が切換位置(D)となるように、電磁比例弁42に指令を出力する。
S15で「YES」、即ち、ACC圧がset圧2よりも高いと判定された場合は、S16に進む。S16では、供給制御弁41を切換位置(F)とし、アンロード弁27を開位置にする。即ち、コントローラ44は、供給制御弁41が切換位置(F)となるように、電磁比例弁42に指令を出力する。これにより、パイロット油圧ポンプ20の圧油がアンロード弁27を介してアンロードされることにより、パイロット油圧ポンプ20の出力を抑えることができ、エンジン12の燃費を低減することができる。さらに、レバー操作装置23が操作されたとき(パイロットラインに圧油が必要なとき)は、アキュムレータ29から供給制御弁41を介してレバー操作装置23に圧油が供給される。このため、レバー操作装置23では、レバーに連動してパイロット弁からパイロット圧(2次圧)が方向制御弁22に供給される。これにより、方向制御弁22の切換位置が切換えられ、オペレータの望む動作が可能となる。
一方、S15で「NO」、即ち、ACC圧がset圧2以下であると判定された場合は、S17に進む。S17では、供給制御弁41を切換位置(F)とし、アンロード弁27を閉位置にする。これにより、パイロット油圧ポンプ20の圧油は、チェック弁28および供給制御弁41を介してアキュムレータ29に供給される。また、これと共に、パイロット油圧ポンプ20の圧油は、レバー操作装置23に供給される。これにより、レバー操作装置23に必要な圧油を確保でき、かつ、アキュムレータ29の蓄圧(チャージ)を行うことができる。
第2の実施の形態は、上述のようなコントローラ44により電磁比例弁42を介して供給制御弁41を制御するもので、その基本的作用については、上述した第1の実施の形態によるものと格別差異はない。即ち、第2の実施の形態も、第1の実施の形態と同様に、アキュムレータ29の圧油が高圧のときは高圧のメイン油圧回路11Aに圧油を戻し、アキュムレータ29の圧油が低圧のときは低圧のパイロット油圧回路11Bに圧油を戻し、パイロット油圧ポンプ20の出力を低減することにより、回収したエネルギ(圧油)を効率的に利用することができる。
特に、第2の実施の形態では、回収制御弁31(第1の制御弁)および供給制御弁41(第1の方向制御弁)を備えている。このため、油圧シリンダ5D(油圧アクチュエータ)から排出される圧油を、回収制御弁31を介してアキュムレータ29に回収することができる。また、供給制御弁41を第1の接続位置となる切換位置(E)に切換えることにより、アキュムレータ29の圧油を高圧のメイン油圧回路11A(メイン吐出管路15)に供給することができる。さらに、供給制御弁41を第2の接続位置となる切換位置(F)に切換えることにより、アキュムレータ29の圧油を低圧のパイロット油圧回路11B(パイロット吐出管路21)に供給することができる。
また、前述の第1の実施の形態では、アキュムレータ29の圧油の供給先を切換えるために二つの制御弁(即ち、メイン供給制御弁34、パイロット供給制御弁37)が必要になる。これに対して、第2の実施の形態は、一つの制御弁(供給制御弁41)とパイロット圧を調整する小型の一つの電磁弁(電磁比例弁42)とにより構成できる。これにより、第1の実施の形態と比較して、油圧機器および配管のサイズを小さくすることができる(小型化を図ることができる)。
なお、第1の実施の形態では、メイン供給制御弁34およびパイロット供給制御弁37を電磁パイロット式切換弁とした場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、第2の実施の形態のような油圧パイロット式方向制御弁と電磁比例弁との組み合わせにより構成してもよい。即ち、メイン供給制御弁を油圧パイロット式制御弁と電磁比例弁との組み合わせにより構成すると共に、パイロット供給制御弁を油圧パイロット式制御弁と電磁比例弁との組み合わせにより構成してもよい。このような構成の方が、バルブの入手性が良く、一般的である。
この場合、制御弁2個と電磁比例弁2個が必要になるが、第2の実施の形態では、一つの方向制御弁と一つの電磁比例弁の構成で済むため、回路をより簡素(シンプル)に構成でき、コストの低減、搭載性の向上を図ることができる。また、第2の実施の形態では、供給制御弁41と電磁比例弁42との組み合わせにより構成したが、これに限らず、例えば、供給制御弁41をパイロット式ではなく直接電気的に駆動する電磁パイロット式方向制御弁により構成してもよい。この場合は、回路のさらなる簡易化、簡素化を図ることができる。
次に、図6および図7は、第3の実施の形態を示している。第3の実施の形態の特徴は、回収装置とメイン回路供給装置とパイロット回路供給装置とを第2の方向制御弁により構成したことにある。即ち、第3の実施の形態は、第1の実施の形態の第1の制御弁(回収制御弁31)、第2の制御弁(メイン供給制御弁34)および第3の制御弁(パイロット供給制御弁37)に代えて、単一の方向制御弁である第2の方向制御弁(回収供給制御弁51)とこれを切換えるための二つの電磁弁(電磁比例弁54,55)とを備えている。なお、第3の実施の形態では、上述した第1の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
油圧回路11の回収油圧回路11Cは、蓄圧器としてのアキュムレータ29と、「回収装置、メイン供給装置およびパイロット供給装置」としての回収供給制御弁51と、一側電磁比例弁54(第2の電磁比例弁)と、他側電磁比例弁55(第3の電磁比例弁)と、パイロットチェック弁58(第2のパイロットチェック弁)と、第1の圧力検出装置としての蓄圧側圧力センサ38と、ボトム側圧力センサ59と、伸長操作側圧力センサ60と、縮小操作側圧力センサ61と、制御装置としてのコントローラ62とを備えている。
回収供給制御弁51は、油圧シリンダ5Dから排出される圧油をアキュムレータ29に回収する回収装置、アキュムレータ29に蓄圧された圧油をメイン油圧回路11A(ボトム側管路17)に供給するメイン回路供給装置、および、アキュムレータ29に蓄圧された圧油をパイロット油圧回路11B(パイロット吐出管路21)に供給するパイロット回路供給装置を構成している。即ち、回収供給制御弁51は、遮断位置に対応する中立位置(G)と、第3の接続位置に対応する切換位置(H)と、第4の接続位置に対応する切換位置(I)とを有する第2の方向制御弁である。
回収供給制御弁51は、例えば、3ポート3位置の油圧パイロット式切換弁により構成されている。回収供給制御弁51の第1のポート51Aは、蓄圧管路52を介してアキュムレータ29と接続されている。蓄圧管路52は、アキュムレータ29と回収供給制御弁51とを接続するものである。回収供給制御弁51の第2のポート51Bは、回収供給管路53を介してメイン油圧回路11A(ボトム側管路17、即ち、油圧シリンダ5Dのボトム側油室5D4)と接続されている。回収供給管路53は、メイン油圧回路11Aと回収供給制御弁51とを接続するものである。回収供給制御弁51の第3のポート51Cは、パイロット回生管路36を介してパイロット油圧回路11B(パイロット吐出管路21)と接続されている。
回収供給制御弁51は、二つの油圧パイロット部51D,51Eを有している。回収供給制御弁51の一方の油圧パイロット部51Dには、一側電磁比例弁54を介してパイロット圧が供給される。回収供給制御弁51の他方の油圧パイロット部51Eには、他側電磁比例弁55を介してパイロット圧が供給される。即ち、回収供給制御弁51は、コントローラ62によって制御される一側電磁比例弁54および他側電磁比例弁55を介して油圧パイロット部51D,51Eにパイロット圧が供給されることにより、中立位置(G)と、切換位置(H)と、切換位置(I)とのいずれかに切換えられる。
この場合、回収供給制御弁51は、切換位置(H)に切換えられると、アキュムレータ29とメイン油圧回路11A(ボトム側管路17)とを接続する。即ち、回収供給制御弁51の切換位置(H)は、油圧シリンダ5D(油圧アクチュエータ)とアキュムレータ29とを接続する第3の接続位置に対応し、回収装置およびメイン回路供給装置を構成している。一方、回収供給制御弁51は、切換位置(I)に切換えられると、アキュムレータ29とパイロット油圧回路11B(パイロット吐出管路21)とを接続する。即ち、回収供給制御弁51の切換位置(I)は、アキュムレータ29とパイロット油圧回路11B(パイロット吐出管路21)とを接続する第4の接続位置に対応し、パイロット回路供給装置を構成している。
これに対して、回収供給制御弁51は、遮断位置に対応する中立位置(G)に切換えられると、アキュムレータ29とメイン油圧回路11A(ボトム側管路17)およびパイロット油圧回路11B(パイロット吐出管路21)とを遮断する。このように、第3の実施の形態では、回収装置とメイン回路供給装置とパイロット回路供給装置とが、単一の方向制御弁となる回収供給制御弁51により構成されている。
電磁比例弁54,55は、チェック弁28を介してパイロット油圧ポンプ20と接続されている。また、電磁比例弁54,55は、回収供給制御弁51が切換位置(I)のときは、アキュムレータ29にも接続される。即ち、一側電磁比例弁54および他側電磁比例弁55は、それぞれ一側分岐管路56および他側分岐管路57を介して、パイロット吐出管路21のうちチェック弁28よりも下流側(より具体的には、パイロット回生管路36の途中)に接続されている。
電磁比例弁54,55には、コントローラ62からの制御信号(電流信号)が入力される。電磁比例弁54,55は、制御信号の電流値に比例して開度が調整される。例えば、コントローラ62から一側電磁比例弁54に指令が出力されると、一側電磁比例弁54を介して回収供給制御弁51の油圧パイロット部51Dにパイロット圧が供給される。これにより、回収供給制御弁51は、中立位置(G)から切換位置(H)へと切換えられる。一方、コントローラ62から他側電磁比例弁55に指令が出力されると、他側電磁比例弁55を介して回収供給制御弁51の油圧パイロット部51Eにパイロット圧が供給される。これにより、回収供給制御弁51は、中立位置(G)から切換位置(I)へと切換えられる。
パイロットチェック弁58は、回収供給管路53の途中(即ち、回収供給管路53のうちボトム側管路17との接続部と回収供給制御弁51との間)に設けられている。パイロットチェック弁58には、一側電磁比例弁54を介してパイロット圧が供給される。パイロットチェック弁58は、ボトム側管路17(油圧シリンダ5Dのボトム側油室5D4)側から回収供給制御弁51側に向けて圧油が流通するのを許容し、これとは逆向きに(回収供給制御弁51側からボトム側管路17側に向けて)圧油が流通するのを阻止する。また、パイロットチェック弁58は、パイロットチェック弁58にパイロット圧が供給されているとき(即ち、回収供給制御弁51が切換位置(H)に切換えられているとき)は、回収供給制御弁51側からボトム側管路17側に向けて圧油が流通するのを許容する。
即ち、パイロットチェック弁58は、アキュムレータ29側からのリークが油圧シリンダ5Dのボトム側油室5D4に流れ、油圧シリンダ5Dが不用意に伸長動作することを防止する。一方、一側電磁比例弁54を介してパイロットチェック弁58にパイロット圧が供給されると、パイロットチェック弁58は加圧されることにより開放され、アキュムレータ29側からの圧油が油圧シリンダ5Dのボトム側油室5D4に流れる。
ボトム側圧力センサ59は、回収供給管路53の途中に設けられている。ボトム側圧力センサ59は、回収供給管路53の圧力(油圧シリンダ5Dのボトム側油室5D4に対応するボトム側管路17の圧力)を検出し、かつ、その検出した圧力信号をコントローラ62に出力する。このために、ボトム側圧力センサ59は、コントローラ62と接続されており、検出した圧力(に対応する信号)をコントローラ62に出力する。
伸長操作側圧力センサ60および縮小操作側圧力センサ61は、コントローラ62と接続されている。伸長操作側圧力センサ60は、伸長側パイロット管路24の途中に設けられている。伸長操作側圧力センサ60は、伸長側パイロット管路24の圧力(2次圧)、即ち、方向制御弁22の油圧パイロット部22Aに供給されるパイロット圧Puを検出し、かつ、その検出した圧力信号をコントローラ62に出力する。パイロット圧Puは、レバー操作装置23が油圧シリンダ5Dを伸長(ブーム5Aを上げ動作)させる方向に操作されることにより発生する。
縮小操作側圧力センサ61は、縮小側パイロット管路25の途中に設けられている。縮小操作側圧力センサ61は、縮小側パイロット管路25の圧力(2次圧)、即ち、方向制御弁22の油圧パイロット部22Bに供給されるパイロット圧Pdを検出し、かつ、その検出した圧力信号をコントローラ62に出力する。パイロット圧Pdは、レバー操作装置23が油圧シリンダ5Dを縮小(ブーム5Aを下げ動作)させる方向に操作されることにより発生する。
コントローラ62は、入力側が蓄圧側圧力センサ38、ボトム側圧力センサ59、伸長操作側圧力センサ60、縮小操作側圧力センサ61に接続されている。コントローラ62の出力側は、電磁比例弁54,55およびアンロード弁27に接続されている。コントローラ44は、蓄圧側圧力センサ38の圧力、ボトム側圧力センサ59の圧力、レバー操作装置23の操作(伸長操作側圧力センサ60の圧力、縮小操作側圧力センサ61の圧力)に応じて、電磁比例弁54,55を制御することにより、回収供給制御弁51の切換位置を制御する。また、併せて、コントローラ62は、アンロード弁27も制御する。この場合、コントローラ62のメモリには、図7に示す処理フローを実行するための処理プログラムが格納されている。
ここで、例えば、レバー操作装置23が油圧シリンダ5Dを伸長させる方向に操作される(即ち、ブーム5Aを上げ動作させるための上げ操作がされる)と、レバー操作装置23から方向制御弁22の油圧パイロット部22Aに上げパイロット圧Puが供給され、方向制御弁22が中立位置(A)から切換位置(B)に切換わる。上げパイロット圧Puは、伸長操作側圧力センサ60によって検出され、さらに、蓄圧側圧力センサ38によってアキュムレータ29の圧力(ACC圧)が検出され、ボトム側圧力センサ59によって油圧シリンダ5Dのボトム圧(BM圧)が検出され、これらの検出値(に対応する信号)は、コントローラ62に入力される。
コントローラ62は、アキュムレータ29の圧力(ACC圧)と油圧シリンダ5Dのボトム圧(BM圧)とを比較し、アキュムレータ29の圧力(ACC圧)が高い場合は、電磁比例弁54に指令を出力する。これにより、回収供給制御弁51の油圧パイロット部51Dとパイロットチェック弁58とにパイロット圧が供給され、回収供給制御弁51が切換位置(H)に切換わると共に、パイロットチェック弁58が開放される。この結果、アキュムレータ29の圧油を、メイン油圧ポンプ13の圧油と共に、油圧シリンダ5Dのボトム側油室5D4に供給され、油圧シリンダ5Dが伸び動作する。
これに対して、レバー操作装置23が油圧シリンダ5Dを縮小させる方向に操作される(即ち、ブーム5Aを下げ動作させるための下げ操作がされる)と、レバー操作装置23から方向制御弁22の油圧パイロット部22Bに下げパイロット圧Pdが供給され、方向制御弁22が中立位置(A)から切換位置(C)に切換わる。下げパイロット圧Pdは、縮小操作側圧力センサ61によって検出され、さらに、蓄圧側圧力センサ38によってアキュムレータ29の圧力(ACC圧)が検出され、ボトム側圧力センサ59によって油圧シリンダ5Dのボトム圧(BM圧)が検出され、これらの検出値(に対応する信号)は、コントローラ62に入力される。
コントローラ62は、アキュムレータ29の圧力(ACC圧)と油圧シリンダ5Dのボトム圧(BM圧)とを比較し、油圧シリンダ5Dのボトム圧(BM圧)が高い場合は、電磁比例弁54に指令を出力する。これにより、回収供給制御弁51の油圧パイロット部51Dにパイロット圧が供給され、回収供給制御弁51が切換位置(H)に切換わる。この結果、油圧シリンダ5Dのボトム側油室5D4の圧油がアキュムレータ29に流入し、この圧油がアキュムレータ29に回収されると共に、油圧シリンダ5Dが縮み動作する。
次に、コントローラ62の制御処理について、図7を参照しつつ説明する。なお、図7の制御処理は、例えば、コントローラ62に通電している間、所定の制御周期で繰り返し実行される。
例えば、キースイッチがONされる等により、コントローラ62に電力供給が開始されると、コントローラ62は、図7の制御処理(演算処理)を開始する。コントローラ62は、S21で、縮小操作側圧力センサ61によって下げパイロット圧Pdが検出されたか否かを判定する。S21で「YES」、即ち、下げパイロット圧Pdが検出されたと判定された場合は、S22に進む。S21で「NO」、即ち、下げパイロット圧Pdが検出されていないと判定された場合は、S24に進む。
S22では、油圧シリンダ5Dのボトム圧であるBM圧がアキュムレータ29の圧力であるACC圧よりも高い(BM圧>ACC圧)か否かを判定する。S22で「YES」、即ち、BM圧がACC圧よりも高いと判定された場合は、S23に進む。一方、S22で「NO」、即ち、BM圧がACC圧以下であると判定された場合は、S26に進む。
S23では、回収供給制御弁51を切換位置(H)とし、アンロード弁27を閉位置にする。即ち、コントローラ62は、回収供給制御弁51が切換位置(H)となるように、電磁比例弁54に指令を出力すると共に、アンロード弁27には切換信号を送らず閉じるように制御する。この場合、即ち、S22からS23に進んだ場合は、油圧シリンダ5Dのボトム側油室5D4の圧油がアキュムレータ29に供給(蓄圧)される。ここで、S22でBM圧とACC圧とを比較する理由は、BM圧がACC圧よりも低い場合に回収供給制御弁51を切換位置(H)とすると、アキュムレータ29の圧油が油圧シリンダ5Dのボトム側油室5D4に逆流し、油圧シリンダ5Dの縮小速度が低下、または、油圧シリンダ5Dが伸び動作する可能性があるためである。即ち、オペレータの望む動作を実現するために、BM圧とACC圧とを比較し、BM圧がACC圧よりも低いときは、回収供給制御弁51を切換位置(H)にしないように、S26に進む。
S24では、伸長操作側圧力センサ60によって上げパイロット圧Puが検出されたか否かを判定する。S24で「YES」、即ち、上げパイロット圧Puが検出されたと判定された場合は、S25に進む。S24で「NO」、即ち、上げパイロット圧Puが検出されていないと判定された場合は、S26に進む。
S25では、ACC圧がBM圧よりも高い(ACC圧>BM圧)か否かを判定する。S25で「YES」、即ち、ACC圧がBM圧よりも高いと判定された場合は、S23に進む。一方、S22で「NO」、即ち、ACC圧がBM圧以下であると判定された場合は、S26に進む。
S23では、回収供給制御弁51を切換位置(H)とし、アンロード弁27を閉位置にする。この場合、即ち、S25からS23に進んだ場合は、アキュムレータ29の圧油が、メイン油圧ポンプ13の圧油と共に、油圧シリンダ5Dのボトム側油室5D4に供給される。これにより、アキュムレータ29の圧油を有効に利用することができる。
ここで、S25でACC圧とBM圧とを比較する理由は、ACC圧がBM圧よりも低い場合に回収供給制御弁51を切換位置(H)とすると、油圧シリンダ5Dのボトム側油室5D4側からアキュムレータ29側に圧油が逆流し、油圧シリンダ5Dの伸長速度が低下、または、油圧シリンダ5Dが縮み動作する可能性があるためである。即ち、オペレータの望む動作を実現するために、ACC圧とBM圧とを比較し、ACC圧がBM圧よりも低いときは、回収供給制御弁51を切換位置(H)にしないように、S26に進む。
S26では、アキュムレータ29の圧油をパイロット油圧回路11B(パイロット吐出管路21)に供給するか否かを判定する。即ち、S26では、第1の実施の形態の図3のS1と同様に、ACC圧がset圧1よりも高い(ACC圧>set圧1)か否かを判定する。S26で「YES」、即ち、ACC圧がset圧1よりも高いと判定された場合は、S27に進む。S26で「NO」、即ち、ACC圧がset圧1以下である判定された場合は、S28に進む。
S27では、回収供給制御弁51を中立位置(G)とし、アンロード弁27を閉位置にする。即ち、コントローラ62は、回収供給制御弁51が中立位置(G)となるように、電磁比例弁54,55に指令を出力する(電流信号を出力しない)。また、アンロード弁27には、切換信号を送らず閉じるように制御する。ここで、S26でACC圧とset圧1とを比較する理由は、ACC圧が高圧にも拘わらずアキュムレータ29の圧油をパイロット油圧回路11B(パイロット吐出管路21)に戻すと、回収供給制御弁51での圧力損失が大きくなり、エネルギを有効的に利用できない可能性があるためである。そこで、ACC圧が高圧の場合、即ち、set圧1よりも高い場合は、S27に進み、回収供給制御弁51は全閉(遮断位置)である中立位置(G)となるように、電磁比例弁54,55に指令を出力する(電流信号を出力しない)。これとは逆に、ACC圧が低圧の場合、即ち、set圧1以下の場合は、S28に進む。
S28では、第1の実施の形態の図3のS5と同様に、ACC圧がset圧2よりも高い(ACC圧>set圧2)か否かを判定する。S28で「YES」と判定された場合はS29に進む。S29では、回収供給制御弁51を切換位置(I)とし、アンロード弁27を開位置にする。即ち、コントローラ62は、回収供給制御弁51が切換位置(I)となるように、電磁比例弁55に指令を出力すると共に、アンロード弁27には切換信号を送り、アンロード弁27を開く。
これにより、パイロット油圧ポンプ20の圧油がアンロード弁27を介してアンロードされることにより、パイロット油圧ポンプ20の出力を抑えることができ、エンジン12の燃費を低減することができる。さらに、レバー操作装置23が操作されたとき(パイロットラインに圧油が必要なとき)は、アキュムレータ29から回収供給制御弁51を介してレバー操作装置23に圧油が供給される。このため、レバー操作装置23では、レバーに連動してパイロット弁からパイロット圧(2次圧)が方向制御弁22に供給される。これにより、方向制御弁22の切換位置が切換えられ、オペレータの望む動作が可能となる。
一方、S28で「NO」と判定された場合は、S30に進む。S30では、回収供給制御弁51を切換位置(I)とし、アンロード弁27を閉位置にする。即ち、コントローラ62は、回収供給制御弁51が切換位置(I)となるように、電磁比例弁55に指令を出力すると共に、アンロード弁27には切換信号を送らず閉じるように制御する。これにより、パイロット油圧ポンプ20の圧油は、チェック弁28および回収供給制御弁51を介してアキュムレータ29に供給される。また、これと共に、パイロット油圧ポンプ20の圧油は、レバー操作装置23に供給される。これにより、レバー操作装置23に必要な圧油を確保でき、かつ、アキュムレータ29の蓄圧(チャージ)を行うことができる。
第3の実施の形態は、上述のようなコントローラ62により電磁比例弁54,55を介して回収供給制御弁51を制御するもので、その基本的作用については、上述した第1、第2の実施の形態によるものと格別差異はない。
特に、第3の実施の形態では、第2の方向制御弁としての回収供給制御弁51を備えている。このため、回収供給制御弁51を第3の接続位置に対応する切換位置(H)に切換えることにより、油圧シリンダ5D(油圧アクチュエータ)から排出される圧油をアキュムレータ29に回収することと、アキュムレータ29の圧油を高圧のメイン油圧回路11A(ボトム側管路17)に供給することとができる。また、回収供給制御弁51を第4の接続位置に対応する切換位置(I)に切換えることにより、アキュムレータ29の圧油を低圧のパイロット油圧回路11B(パイロット吐出管路21)に供給することができる。
また、第3の実施の形態では、油圧シリンダ5Dから回収した圧油を同じアクチュエータである油圧シリンダ5Dに戻す構成としている。即ち、回収する油圧アクチュエータと供給する油圧アクチュエータとを同じにしている。このため、回路を簡略化することができる。また、前述の第1の実施の形態の三つの制御弁(回収制御弁31、メイン供給制御弁34、パイロット供給制御弁37)を、一つの制御弁(回収供給制御弁51)とパイロット圧を調整する小型の二つの電磁弁(電磁比例弁54,55)とにより構成できる。これにより、回路の簡略化、油圧機器および配管のサイズの小型化を図ることができる。
なお、第3の実施の形態では、回収供給制御弁51を油圧パイロットによって駆動する構成、即ち、回収供給制御弁51と電磁比例弁54,55との組み合わせにより構成した場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、回収供給制御弁51をパイロット式ではなく直接電気的に駆動する電磁パイロット式方向制御弁により構成してもよい。この場合は、回路のさらなる簡易化、簡素化を図ることができる。
次に、図8および図9は、第4の実施の形態を示している。第4の実施の形態の特徴は、アンロード弁および逆止弁を省略し、かつ、パイロット油圧ポンプを、パイロット流量低減装置を兼ねた可変容量型パイロット油圧ポンプにより構成したことにある。なお、第4の実施の形態では、上述した第1の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
前述の第1の実施の形態では、パイロット油圧ポンプ20を固定容量型油圧ポンプとすると共に、パイロット油圧回路11B(パイロット吐出管路21)にパイロット流量低減装置としてのアンロード弁27およびチェック弁28が設けられている。これに対して、第4の実施の形態では、アンロード弁27およびチェック弁28を省略し、かつ、パイロット油圧ポンプ71を、例えば可変容量型の斜板式油圧ポンプ等の可変容量型パイロット油圧ポンプとしている。
そして、第4の実施の形態では、パイロット流量低減装置を、パイロット油圧ポンプ71により構成している。即ち、パイロット油圧ポンプ71は、パイロット流量低減装置を兼ねている。この場合、パイロット油圧ポンプ71は、吐出流量(ポンプ容量)を調整するレギュレータ(容量可変部、傾転アクチュエータ)71Aを有している。レギュレータ71Aは、コントローラ72により可変に制御される。
コントローラ72は、入力側が蓄圧側圧力センサ38および操作検出センサ23Aに接続されている。コントローラ72の出力側は、メイン供給制御弁34、パイロット供給制御弁37、および、パイロット油圧ポンプ71(のレギュレータ71A)に接続されている。コントローラ72は、蓄圧側圧力センサ38により検出されるアキュムレータ29の圧力(ACC圧)と、操作検出センサ23Aにより検出されるレバー操作装置23の操作の有無(操作レバー信号)とに応じて、メイン供給制御弁34の開閉、パイロット供給制御弁37の開閉、および、パイロット油圧ポンプ71の吐出流量を制御する。コントローラ72のメモリには、図9に示す処理フローを実行するための処理プログラムが格納されている。
次に、コントローラ72の制御処理について、図9を参照しつつ説明する。なお、図9中のS31、S32、S35は、第1の実施の形態の図3のS1、S2、S5の処理と同様であるため、その説明を省略する。
S32で「YES」と判定され、S33に進むと、S33では、メイン供給制御弁34を開位置にし、パイロット供給制御弁37を閉位置にする。このとき、パイロット油圧ポンプ71の吐出流量は低減しない。一方、S32で「NO」と判定され、S34に進むと、S34では、メイン供給制御弁34およびパイロット供給制御弁37を閉位置にする。このとき、パイロット油圧ポンプ71の吐出流量は低減しない。
S35で「YES」と判定され、S36に進むと、S36では、メイン供給制御弁34を閉位置にし、パイロット供給制御弁37を開位置にする。このとき、パイロット油圧ポンプ71の吐出流量を低減する。一方、S35で「NO」と判定され、S37に進むと、S37では、メイン供給制御弁34を閉位置にし、パイロット供給制御弁37を開位置にする。このとき、パイロット油圧ポンプ71の吐出流量は低減しない。
第4の実施の形態は、上述のようなコントローラ72によりメイン供給制御弁34、パイロット供給制御弁37、および、パイロット油圧ポンプ71を制御するもので、その基本的作用については、上述した第1の実施の形態によるものと格別差異はない。
特に、第4の実施の形態は、パイロット油圧ポンプ71を可変容量型の油圧ポンプとしている。このため、アキュムレータ29の圧油を低圧のパイロット油圧回路11B(パイロット吐出管路21)に供給しているときに、パイロット油圧ポンプ71の吐出流量を小さくすることにより、アキュムレータ29に蓄えた圧油(エネルギ)を効率的に利用することができる。即ち、第4の実施の形態では、第1の実施の形態のようなアンロード弁27を用いる構成ではなく、パイロット油圧ポンプ71を、直接ポンプ流量を低減することができる可変容量型の油圧ポンプとしている。このため、バルブ(切換弁)の数を低減でき、簡易的な構成とすることができる。
次に、図10および図11は、第5の実施の形態を示している。第5の実施の形態の特徴は、パイロット油圧回路の圧力を検出する第3の圧力検出装置を備える構成としたことにある。なお、第5の実施の形態では、上述した第2の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
パイロット側圧力センサ81は、パイロット回生管路36の途中に設けられている。より具体的には、パイロット側圧力センサ81は、パイロット回生管路36のうちパイロット吐出管路21との接続部と供給制御弁41との間に設けられている。パイロット側圧力センサ81は、パイロット油圧回路11B(パイロット吐出管路21)の圧力、より具体的には、パイロット吐出管路21のうちチェック弁28よりも下流側の圧力を検出し、かつ、その検出した圧力信号をコントローラ82に出力する第3の圧力検出装置である。このために、パイロット側圧力センサ81は、コントローラ82と接続されており、検出した圧力、即ち、レバー操作装置23に供給されるパイロット圧(1次圧)に対応する信号をコントローラ82に出力する。
コントローラ82は、入力側が蓄圧側圧力センサ38、パイロット側圧力センサ81および操作検出センサ23Aに接続されている。コントローラ82の出力側は、電磁比例弁42およびアンロード弁27に接続されている。第5の実施の形態では、コントローラ82は、蓄圧側圧力センサ38により検出されるアキュムレータ29の圧力と、パイロット側圧力センサ81により検出されるパイロット吐出管路21の圧力(即ち、レバー操作装置23に供給されるパイロット圧)とに応じて、アンロード弁27を制御する。
具体的には、コントローラ82は、アキュムレータ29の圧力が予め設定した第1の設定圧(set圧1)よりも低く、かつ、パイロット油圧回路11B(パイロット吐出管路21)の圧力が第2の設定圧(set圧2)よりも高いときに、パイロット油圧ポンプ20からパイロット油圧回路11Bへの流量を低減するように、アンロード弁27を制御する(開位置にする)。即ち、前述の第1、第2の実施の形態では、アキュムレータ29の圧力(ACC圧)とset圧2とを比較しているのに対して、第5の実施の形態では、パイロット油圧回路11B(パイロット吐出管路21のうちチェック弁28よりも下流側)の圧力(パイロット圧)とset圧2とを比較している。なお、set圧1およびset圧2は、第1、第2の実施の形態のset圧1およびset圧2と同様である。また、コントローラ82のメモリには、図11に示す処理フローを実行するための処理プログラムが格納されている。
次に、コントローラ82の制御処理について、図11を参照しつつ説明する。なお、図11の流れ図は、S41以外、前述の第2の実施の形態の図5の流れ図と同様であるため、S41の処理について説明する。
S11で「YES」と判定され、S41に進むと、S41では、パイロット側圧力センサ81により検出されるパイロット圧がset圧2よりも高い(パイロット圧>set圧2)か否かを判定する。S41で「YES」と判定された場合は、S16に進み、アンロード弁27を開位置にする。S41で「NO」と判定された場合は、S17に進み、アンロード弁27を閉位置にする。
第5の実施の形態は、上述のようなコントローラ82によりパイロット側圧力センサ81で検出される圧力(パイロット圧)を用いてアンロード弁27を制御するもので、その基本的作用については、上述した第2の実施の形態によるものと格別差異はない。
特に、第5の実施の形態によれば、アキュムレータ29の圧力(ACC圧)が第1の設定圧(set圧1)よりも低く、かつ、パイロット油圧回路11B(パイロット吐出管路21のうちチェック弁28よりも下流側)の圧力(パイロット圧)が第2の設定圧(set圧2)よりも高いときに、パイロット油圧ポンプ20の出力を低減することができる。これにより、パイロット油圧ポンプ20の駆動源(例えば、エンジン12)の動力(燃料)の消費を低減することができる。
ここで、第2の設定圧(set圧2)は、パイロット油圧回路11Bに必要な圧力(レバー操作装置23で必要とされる圧力)として設定されるが、例えば、第2の実施の形態では、アキュムレータ29の圧力(ACC圧)と第2の設定圧(set圧2)とを比較しているため、供給制御弁41の圧力損失分ずれが発生する可能性がある。これに対して、第5の実施の形態では、パイロット側圧力センサ81によるパイロット油圧回路11B(パイロット吐出管路21のうちチェック弁28よりも下流側)の圧力を直接比較しているため、アンロード弁27の開閉の判定を精度よく行うことができる。これにより、より正確にパイロット油圧回路11Bの圧力(レバー操作装置23に供給すべき圧力)を確保することができる。
次に、図12は、第6の実施の形態を示している。第6の実施の形態の特徴は、蓄圧器の圧力が第1の設定圧より高い場合でも所定時間経過したときには蓄圧器の圧油をパイロット油圧回路に供給する構成としたことにある。なお、第6の実施の形態では、上述した第2の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
例えば、前述の第2の実施の形態では、図5のS12において、操作レバー信号が検出されない(レバー操作装置23が操作されない)場合、アキュムレータ29の圧油の供給先がなく、供給制御弁41は切換位置(D)が維持される。この状況では、アキュムレータ29の圧油が高圧であるため、そのままではパイロット油圧回路11B(パイロット吐出管路21のうちチェック弁28よりも下流側)に接続できない。このため、操作レバー信号が検出されない限り、アキュムレータ29がどこにも接続されず、アキュムレータ29を十分に利用できない可能性がある。
そこで、第6の実施の形態では、コントローラ44(図4参照)は、アキュムレータ29の圧力が予め設定した第1の設定圧(set圧1)より高い場合でも、所定時間経過したときには、アキュムレータ29の圧油をパイロット油圧回路11B(パイロット吐出管路21のうちチェック弁28よりも下流側)に供給するように供給制御弁41を制御する。即ち、コントローラ44は、アキュムレータ29の圧力がset圧1より高くても、所定時間経過したときに、パイロット回路供給装置としての供給制御弁41を徐々に切換位置(F)に切換える。コントローラ44のメモリには、図12に示す処理フローを実行するための処理プログラムが格納されている。
次に、コントローラ44の制御処理について、図12を参照しつつ説明する。なお、図12の流れ図は、前述の第2の実施の形態の図5の流れ図にS51とS52とを追加したものであるため、S51とS52の処理について説明する。
S12で「NO」、即ち、操作レバー信号が検出されないと判定された場合は、S51に進む。S51では、S12で「NO」と判定されてから一定時間が経過したか否かを判定する。即ち、S51では、S12で「NO」と繰り返し判定された時間(繰り返しの継続時間)が一定時間を超えたか否かを判定する。一定時間(所定時間)は、アキュムレータ29の圧力の低下の開始を判定するための判定時間である。一定時間は、例えば、レバー操作装置23が長時間操作されないときにもアキュムレータ29の圧油を有効利用できる時間となるように、予め実験、計算、シミュレーション等により設定しておく。
S51で「NO」、即ち、一定時間が経過していないと判定された場合は、S14に進む。これに対して、S51で「YES」、即ち、一定時間が経過したと判定された場合は、S52に進む。S52では、供給制御弁41を徐々に切換位置(F)とし、アンロード弁27を開位置にする。即ち、コントローラ44は、供給制御弁41が徐々に切換位置(F)となるように、電磁比例弁42に指令を出力する。これにより、アキュムレータ29の圧力が徐々に低下するため、レバー操作装置23が長時間操作されない場合でも、S11で「NO」と判定され、S15に進むようにできる。
このように、第6の実施の形態では、S51とS52を追加することにより、アキュムレータ29をどこにも接続できない時間が所定時間経過した場合は、S52に進み、アキュムレータ29をパイロット油圧回路11Bに接続することにより、パイロット油圧ポンプ20の流量をアシストすると共に、アンロード弁27を開き、パイロット油圧ポンプ20の負荷を低減する。これにより、エンジン12の燃費を低減できる。そして、この処理により、アキュムレータ29の圧力が低下するため、S11からS15に進み、アキュムレータ29が常にパイロット油圧回路11Bと接続される。そして、パイロット油圧回路11Bの圧力が低下したときは、アンロード弁27を閉じて、アキュムレータ29で蓄圧(チャージ)し、十分蓄圧された場合は、アンロード弁27を開き、パイロット油圧ポンプ20の負荷を低減する。これにより、エンジン12の燃費を低減できる。さらに、S52では、供給制御弁41を徐々に開く、即ち、徐々に切換位置(F)に切換えることにより、高圧のアキュムレータ29の圧油に対し、適度に圧力損失を立てながら、パイロット油圧回路11Bと接続する。これにより、パイロット油圧回路11Bの圧力が過剰に上昇することを抑制できる。
第6の実施の形態は、上述のような図12に示す制御処理をコントローラ44で行うもので、その基本的作用については、上述した第2の実施の形態によるものと格別差異はない。特に、第6の実施の形態によれば、アキュムレータ29の圧力が高い状態が継続するような場合にも、所定時間(一定時間)が経過すると、アキュムレータ29の圧油がパイロット油圧回路11Bに供給されるため、アキュムレータ29の圧油(エネルギ)を有効利用することができる。
次に、図13ないし図15は、第7の実施の形態を示している。第7の実施の形態の特徴は、蓄圧器の圧力とメイン油圧回路の圧力とに応じて可容量型メイン油圧ポンプを制御する(即ち、蓄圧器の圧油をメイン油圧回路側に供給するときにメイン油圧ポンプの流量を低減させる)構成としたことにある。なお、第7の実施の形態では、上述した第2の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
メイン油圧ポンプ13は、上述した各実施の形態と同様に、可変容量型の油圧ポンプ、より具体的には、可変容量型の斜板式、斜軸式またはラジアルピストン式油圧ポンプによって構成されている。即ち、メイン油圧ポンプ13は、吐出流量(ポンプ容量)を調整するレギュレータ(容量可変部、傾転アクチュエータ)13Aを有している。レギュレータ13Aは、コントローラ92と接続されており、コントローラ92により可変に制御される。このように、メイン油圧ポンプ13は、上述した各実施の形態を含み、可変容量型の油圧ポンプ、即ち、コントローラ92により吐出流量が可変に制御される可容量型メイン油圧ポンプにより構成されている。
メイン側圧力センサ91は、メイン吐出管路15に設けられている。より具体的には、メイン側圧力センサ91は、メイン油圧ポンプ13の吐出口と方向制御弁22との間に設けられている。メイン側圧力センサ91は、メイン油圧回路11A(メイン吐出管路15)の圧力を検出し、かつ、その検出した圧力信号をコントローラ92に出力する第2の圧力検出装置である。このために、メイン側圧力センサ91は、コントローラ92と接続されており、検出した圧力、即ち、メイン油圧ポンプ13の圧力に対応する信号をコントローラ92に出力する。
コントローラ92は、入力側が蓄圧側圧力センサ38、操作検出センサ23A、メイン側圧力センサ91に接続されている。コントローラ92の出力側は、電磁比例弁42、アンロード弁27、メイン油圧ポンプ13(のレギュレータ13A)に接続されている。コントローラ92は、レバー操作装置23の操作量(操作レバー信号)と、蓄圧側圧力センサ38により検出されるアキュムレータ29の圧力と、メイン側圧力センサ91により検出されるメイン吐出管路15の圧力とに応じて、メイン油圧ポンプ13の吐出流量を制御する。
ここで、図14に示すように、コントローラ92では、レバー操作量に対応する操作レバー信号が操作検出センサ23Aから入力されると、関数発生器92Aに送られる。関数発生器92Aでは、操作レバー信号に応じてポンプ流量(ポンプ目標流量)を算出し、そのポンプ流量に対応する目標流量信号を、メイン油圧ポンプ13(レギュレータ13A)に出力する。メイン油圧ポンプ13は、目標流量信号に応じたポンプ流量の圧油を吐出する。関数発生器92Aでは、例えば、レバー操作量が大きくなる程、ポンプ流量が増大(増加)するように、目標流量信号を算出する。これにより、レバー操作量が大きくなる程、ポンプ流量(ポンプ目標流量)を増大させ、油圧シリンダ5Dの速度を増大させることができる。即ち、オペレータの望む動作を実現することができる。
さらに、コントローラ92は、レバー操作装置23の操作の有無(操作レバー信号)と、蓄圧側圧力センサ38により検出されるアキュムレータ29の圧力(ACC圧)と、メイン側圧力センサ91により検出されるメイン油圧回路11Aの圧力(メイン圧)とに応じて、供給制御弁41、アンロード弁27、および、メイン油圧ポンプ13を制御する。即ち、第7の実施の形態では、コントローラ92は、アキュムレータ29の圧力(ACC圧)とメイン油圧回路(メイン吐出管路15)の圧力(メイン圧)とに応じて、可容量型のメイン油圧ポンプ13の吐出流量を制御する。コントローラ92のメモリには、図15に示す処理フローを実行するための処理プログラムが格納されている。
次に、コントローラ92の制御処理について、図15を参照しつつ説明する。
コントローラ92の演算が開始されると、コントローラ92は、S61で、レバー操作装置23が操作されたか否か(操作レバー信号が検出されたか否か)を判定する。即ち、S61では、操作レバー信号に基づき、アキュムレータ29の圧油をメイン油圧回路11A(メイン吐出管路15)側に供給することができるか否かを判定する。操作レバー信号の入力がない場合は、油圧シリンダ5Dが動作していない状態である。この状態で、アキュムレータ29の圧油をメイン油圧回路11A(メイン吐出管路15)側に供給しても、有効にエネルギ(圧油)を利用できない可能性がある。そこで、S61では、操作レバー信号が検出されたか否かを判定し、操作レバー信号が検出されない場合はS69に進み、操作レバー信号が検出された場合はS62に進む。
S61で「YES」と判定され、S62に進むと、S62では、アキュムレータ29の圧力であるACC圧がset圧1よりも高い(ACC圧>set圧1)か否かを判定する。S62で「YES」と判定されると、S63に進み、S62で「NO」と判定されると、S66に進む。S63では、ACC圧がメイン圧(メイン側圧力センサ91により検出されるメイン油圧回路11Aの圧力)よりも高い(ACC圧>メイン圧)か否かを判定する。
S63で「YES」と判定されると、S64に進む。S64では、供給制御弁41を切換位置(E)とし、アンロード弁27を閉位置にする。これと共に、メイン油圧ポンプ13の流量の増大(増加)を抑える。即ち、アキュムレータ29の圧油をメイン油圧回路11A(メイン吐出管路15)側に供給すると共に、レバー操作量(操作レバー信号)が増大しても、メイン油圧ポンプ13のポンプ流量を抑える。ポンプ流量をどの程度抑えるかは、一定の比率で低減してもよいし、ACC圧とメイン圧との差圧によって調整してもよい。後者の場合、ACC圧とメイン圧との差圧が大きい程、一般的には流量が増大するため、差圧が大きいときは、ポンプ流量をなるべく抑えるようにすることができる。
一方、S63で「NO」と判定されると、S65に進む。S65では、供給制御弁41を切換位置(D)とし、アンロード弁27を閉位置にする。これと共に、メイン油圧ポンプ13の流量は、操作レバー信号(レバー操作量)に応じて増大(増加)させる。即ち、ACC圧が低い場合は、供給制御弁41を切換位置(E)にしても、アキュムレータ29からメイン油圧回路11A(メイン吐出管路15)側に圧油が供給されないため、供給制御弁41を閉じる(切換位置(D)にする)。
これに対して、S62で「NO」、即ち、ACC圧がset圧1以下と低く、アキュムレータ29をパイロット油圧回路11B(パイロット吐出管路21)に接続した方がエネルギを効率的に利用できる場合は、S66に進む。S66では、ACC圧がset圧2よりも高いか否かを判定する。S66で「YES」と判定された場合は、S67に進み、供給制御弁41を切換位置(F)とし、アンロード弁27を開位置にする。これと共に、メイン油圧ポンプ13の流量は、操作レバー信号(レバー操作量)に応じて増大(増加)させる。一方、S66で「NO」と判定された場合は、S68に進み、供給制御弁41を切換位置(F)とし、アンロード弁27を閉位置にする。これと共に、メイン油圧ポンプ13の流量は、操作レバー信号(レバー操作量)に応じて増大(増加)させる。
S61で「NO」、即ち、操作レバー信号が検出されないと判定されると、S69に進む。S69では、S62と同様に、ACC圧がset圧1よりも高いか否かを判定する。S69で「YES」と判定された場合は、アキュムレータ29の圧力がset圧1よりも高いが、レバー操作装置23が操作されていないため、メイン油圧回路11A(メイン吐出管路15)側に圧油を戻すタイミングがない。そこで、S70に進み、供給制御弁41を切換位置(D)とし、アンロード弁27を閉位置にする。これと共に、メイン油圧ポンプ13の流量は、操作レバー信号が入力されないため、最小流量にする。
S69で「NO」と判定された場合は、S71に進む。S71は、S66と同様に、ACC圧がset圧2よりも高いか否かを判定する。S71で「YES」と判定された場合は、S72に進み、供給制御弁41を切換位置(F)とし、アンロード弁27を開位置にする。これと共に、メイン油圧ポンプ13の流量は、操作レバー信号が入力されないため、最小流量にする。一方、S71で「NO」と判定された場合は、S73に進み、供給制御弁41を切換位置(F)とし、アンロード弁27を閉位置にする。これと共に、メイン油圧ポンプ13の流量は、操作レバー信号が入力されないため、最小流量にする。
第7の実施の形態は、上述のようなコントローラ92により供給制御弁41、アンロード弁27およびメイン油圧ポンプ13の制御を行うもので、その基本的作用については、上述した第2の実施の形態によるものと格別差異はない。特に、第7の実施の形態によれば、コントローラ92は、蓄圧側圧力センサ38により検出されるアキュムレータ29の圧力(ACC圧)とメイン側圧力センサ91により検出されるメイン油圧回路11A(メイン吐出管路15)の圧力(メイン圧)とに応じて、可容量型のメイン油圧ポンプ13の吐出流量を制御する。このため、アキュムレータ29の圧力(ACC圧)とメイン油圧回路11Aの圧力(メイン圧)とに応じてメイン油圧ポンプ13の吐出流量を小さくすることができ、アキュムレータ29の圧油(エネルギ)をより効率的に利用することができる。換言すれば、ACC圧とメイン圧とに応じて、供給制御弁41、アンロード弁27およびメイン油圧ポンプ13をより細かく制御することができる。この結果、さらなる燃費の低減(向上)を図ることができる。
なお、第3の実施の形態以外の実施の形態では、アキュムレータ29の圧油をメイン油圧回路11Aのメイン吐出管路15、即ち、メイン油圧ポンプ13,71の出口側(吐出口側、下流側)に戻す構成とした場合を例に挙げて説明した。また、第3の実施の形態では、アキュムレータ29の圧油をメイン油圧回路11Aのボトム側管路17、即ち、回収した油圧シリンダ5D(のボトム側油室5D4)に戻す構成とした場合を例に挙げて説明した。
しかし、これに限らず、アキュムレータ29の圧油は、高圧のメイン油圧回路11Aに戻すのであればどこに戻してもよく、例えば、アームシリンダ5E、バケットシリンダ5F等の他の油圧アクチュエータに戻す構成とすることができる。また、圧油を回収する油圧アクチュエータについても、ブームシリンダ5Dに限らず、アームシリンダ5E、バケットシリンダ5F等の他の油圧アクチュエータからの圧油をアキュムレータ29に回収(蓄圧)する構成とすることができる。
各実施の形態では、パイロット油圧ポンプ20をエンジン12で駆動する構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、パイロット油圧ポンプを、メイン油圧ポンプとは別に、電動モータで駆動する構成としてもよい。この場合は、蓄圧器からパイロット油圧回路に圧油が供給されているときに、電動モータの回転を減速または停止することができる。
各実施の形態では、建設機械として、エンジン12により駆動されるエンジン式の油圧ショベル1を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、エンジンと電動モータにより駆動されるハイブリッド式の油圧ショベル、さらに、電動式の油圧ショベルに適用することができる。また、油圧ショベルに限らず、ホイールローダ、油圧クレーン、ブルドーザ等、各種の建設機械に広く適用することができる。さらに、各実施の形態は例示であり、異なる実施の形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。
1 油圧ショベル(建設機械)
5D ブームシリンダ(油圧アクチュエータ)
5E アームシリンダ(油圧アクチュエータ)
5F バケットシリンダ(油圧アクチュエータ)
11A メイン油圧回路
11B パイロット油圧回路
13 メイン油圧ポンプ
20 パイロット油圧ポンプ
27 アンロード弁(パイロット流量低減装置)
28 チェック弁(逆止弁)
29 アキュムレータ(蓄圧器)
31 回収制御弁(回収装置、第1の制御弁)
34 メイン供給制御弁(メイン回路供給装置、第2の制御弁)
37 パイロット供給制御弁(パイロット回路供給装置、第3の制御弁)
38 蓄圧側圧力センサ(第1の圧力検出装置)
39,44,62,72,82,92 コントローラ(制御装置)
41 供給制御弁(メイン回路供給装置、パイロット回路供給装置、第1の方向制御弁、第1の接続位置、第2の接続位置、遮断位置)
51 回収供給制御弁(回収装置、メイン回路供給装置、パイロット回路供給装置、第2の方向制御弁、第3の接続位置、第4の接続位置、遮断位置)
71 パイロット油圧ポンプ(パイロット流量低減装置)
81 パイロット側圧力センサ(第3の圧力検出装置)
91 メイン圧力センサ(第2の圧力検出装置)

Claims (13)

  1. 油圧アクチュエータを含むメイン油圧回路に圧油を供給するメイン油圧ポンプと、
    前記油圧アクチュエータを操作するためのパイロット油圧回路に圧油を供給するパイロット油圧ポンプと、
    前記油圧アクチュエータから排出される圧油を蓄圧する蓄圧器とを備えた建設機械において、
    前記油圧アクチュエータから排出される圧油を前記蓄圧器に回収する回収装置と、
    前記蓄圧器に蓄圧された圧油を前記メイン油圧回路に供給するメイン回路供給装置と、
    前記蓄圧器に蓄圧された圧油を前記パイロット油圧回路に供給するパイロット回路供給装置と
    前記蓄圧器に蓄圧された圧油を前記メイン油圧回路と前記パイロット油圧回路とのうちのいずれの油圧回路に供給するか否かを判定すると共に、この判定に応じて前記メイン回路供給装置と前記パイロット回路供給装置とを制御する制御装置とを備えることを特徴とする建設機械。
  2. 前記回収装置は、前記油圧アクチュエータと前記蓄圧器との間の接続、遮断を切換える第1の制御弁であり、
    前記メイン回路供給装置は、前記蓄圧器と前記メイン油圧回路との接続、遮断を切換える第2の制御弁であり、
    前記パイロット回路供給装置は、前記蓄圧器と前記パイロット油圧回路との接続、遮断を切換える第3の制御弁であることを特徴とする請求項1に記載の建設機械。
  3. 前記回収装置は、前記油圧アクチュエータと前記蓄圧器との間の接続、遮断を切換える第1の制御弁であり、
    前記メイン回路供給装置および前記パイロット回路供給装置は、前記蓄圧器と前記メイン油圧回路とを接続する第1の接続位置と、前記蓄圧器と前記パイロット油圧回路とを接続する第2の接続位置と、前記蓄圧器と前記メイン油圧回路および前記パイロット油圧回路とを遮断する遮断位置とのいずれかに切換えられる第1の方向制御弁であることを特徴とする請求項1に記載の建設機械。
  4. 前記回収装置と前記メイン回路供給装置と前記パイロット回路供給装置は、単一の方向制御弁である第2の方向制御弁により構成されており、
    前記第2の方向制御弁は、前記油圧アクチュエータと前記蓄圧器とを接続する第3の接続位置と、前記蓄圧器と前記パイロット油圧回路とを接続する第4の接続位置と、前記蓄圧器と前記油圧アクチュエータおよび前記パイロット油圧回路とを遮断する遮断位置とのいずれかに切換えられることを特徴とする請求項1に記載の建設機械。
  5. 前記パイロット油圧ポンプから前記パイロット油圧回路への流量を低減可能なパイロット流量低減装置をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の建設機械。
  6. 前記パイロット流量低減装置は、前記パイロット油圧ポンプと前記パイロット油圧回路との間に配置され、前記パイロット油圧ポンプから吐出された圧油をタンクに排出するアンロード弁であり、
    前記アンロード弁と前記パイロット油圧回路との間には、前記パイロット油圧回路側の圧油が前記アンロード弁側に流れることを阻止する逆止弁が設けられており、
    前記蓄圧器の圧油は、前記パイロット回路供給装置から、前記パイロット油圧回路のうち前記逆止弁よりも下流側に流入させる構成としたことを特徴とする請求項に記載の建設機械。
  7. 前記パイロット油圧ポンプは、可変容量型パイロット油圧ポンプであり、
    前記可変容量型パイロット油圧ポンプは、前記パイロット流量低減装置を兼ねていることを特徴とする請求項に記載の建設機械。
  8. 前記蓄圧器の圧力を検出し、かつ、その検出した圧力信号を前記制御装置に出力する第1の圧力検出装置をさらに備え、
    前記制御装置は、前記第1の圧力検出装置により検出される前記蓄圧器の圧力に応じて前記メイン回路供給装置と前記パイロット回路供給装置とを制御することを特徴とする請求項に記載の建設機械。
  9. 前記制御装置は、
    前記蓄圧器の圧力が予め設定した第1の設定圧よりも高い場合に、前記蓄圧器の圧油を前記メイン油圧回路に供給するように前記メイン回路供給装置を制御し、
    前記蓄圧器の圧力が予め設定した第1の設定圧よりも低い場合に、前記蓄圧器の圧油を前記パイロット油圧回路に供給するように前記パイロット回路供給装置を制御することを特徴とする請求項に記載の建設機械。
  10. 前記制御装置は、前記蓄圧器の圧力が予め設定した第1の設定圧より高い場合でも、所定時間経過したときには、前記蓄圧器の圧油を前記パイロット油圧回路に供給するように前記パイロット回路供給装置を制御することを特徴とする請求項に記載の建設機械。
  11. 前記メイン油圧回路の圧力を検出し、かつ、その検出した圧力信号を前記制御装置に出力する第2の圧力検出装置をさらに備え、
    前記メイン油圧ポンプは、前記制御装置により吐出流量が可変に制御される可容量型メイン油圧ポンプであり、
    前記制御装置は、前記蓄圧器の圧力と前記メイン油圧回路の圧力とに応じて前記可容量型メイン油圧ポンプを制御することを特徴とする請求項に記載の建設機械。
  12. 前記パイロット油圧ポンプから前記パイロット油圧回路への流量を低減可能なパイロット流量低減装置をさらに備え、
    前記制御装置は、前記蓄圧器の圧力が予め設定した第1の設定圧よりも低く、かつ、前記第1の設定圧よりも低く設定された第2の設定圧よりも高いときに、前記パイロット油圧回路への流量を低減するように前記パイロット流量低減装置を制御することを特徴とする請求項に記載の建設機械。
  13. 前記パイロット油圧ポンプから前記パイロット油圧回路への流量を低減可能なパイロット流量低減装置と、
    前記パイロット油圧回路の圧力を検出し、かつ、その検出した圧力信号を前記制御装置に出力する第3の圧力検出装置とをさらに備え、
    前記制御装置は、前記蓄圧器の圧力が予め設定した第1の設定圧よりも低く、かつ、前記パイロット油圧回路の圧力が前記第1の設定圧よりも低く設定された第2の設定圧よりも高いときに、前記パイロット油圧回路への流量を低減するように前記パイロット流量低減装置を制御することを特徴とする請求項に記載の建設機械。
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