JP7029939B2 - 建設機械の駆動システム - Google Patents

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Description

本発明は、建設機械の駆動システムに関する。
油圧ショベルや油圧クレーンのような建設機械には、油圧回路およびこれに含まれるポンプを駆動するエンジンを含む駆動システムが搭載されている。例えば、油圧回路は、旋回体を旋回させる旋回モータと、旋回体に設けられたブームを揺動させるブームシリンダを含む。
例えば、特許文献１には、旋回減速時およびブーム下げ時にエネルギの回生が行われるように構成された油圧回路を含む建設機械の駆動システムが開示されている。エネルギの回生は、旋回モータまたはブームシリンダから排出される圧油によりポンプが駆動されることによって行われ、エネルギが動力として回生される。より詳しくは、油圧回路は、トルク伝達可能にポンプと連結された回生モータを含み、この回生モータが旋回減速時またはブーム下げ時に旋回モータまたはブームシリンダから排出される圧油によって回転される。
また、特許文献２には、ブームシリンダを含む複数の油圧アクチュエータのそれぞれが両傾転ポンプと閉回路を形成するように接続された駆動システムが開示されている。この駆動システムでも、ブーム下げ時にブームシリンダから排出される圧油によりポンプが駆動されることによってエネルギの回生が行われる。
特開２０１６－１１８２２１号公報 特開２０１６－１７６０２号公報
特許文献１，２に開示された駆動システムのように、油圧回路が旋回減速時および／またはブーム下げ時にエネルギの回生が行われるように構成されていれば、エンジンの燃費を改善することができるが、エンジンの燃費をさらに改善することが望まれる。
そこで、本発明は、エンジンの燃費をさらに改善することができる建設機械の駆動システムを提供することを目的とする。
前記課題を解決するために、本発明の発明者らは、エネルギの回生が行われている間も、通常は、エンジンではエンジンの回転数を設定回転数に維持するために燃料噴射が行われることに着目し、エネルギの回生中にエンジンへの燃料供給をカットすることを思い付いた。ただし、電子制御エンジン、即ち、燃料噴射量が制御装置により制御されるエンジンにおいては、負荷の大きさに応じた微少なエンジン回転数の変化から負荷の大小を推定し、エンジン回転数が予め設定した一定回転数となるように制御されるため、エンジン回転数の変化から負荷の大小を判定することが困難である。また、エンジンへの燃料供給をカットしたとしても、燃料供給を再開するタイミングについては、エンジン回転数がかなりの程度に低下して初めて再開するしかない。この場合、燃料供給のカット後に建設機械の操縦者が何らかの操作をしたときに、大幅にエンジン回転数がストールしたり、エンジンが停止してしまう恐れがある。そこで、負荷状態が、エンジンへの燃料供給をカットしてもエンジンを継続的に駆動できる状態であるか否かをエンジンの外部で判定する必要がある。本発明は、このような観点からなされたものである。
なお、特許文献２には、ブーム下げ時にエンジン負荷動力がゼロとなった場合にエンジンでの燃料噴射量をカットすることが記載されているが、これはエンジンの回転数が上昇して許容回転数を超えることを防止するためである。すなわち、特許文献２に記載された燃料カットの目的は、エンジンの燃費のさらなる改善という本発明の目的とは異なる。
すなわち、本発明の１つの側面からの建設機械の駆動システムは、エンジンの実回転数が設定回転数となるように前記エンジンに設けられた燃料噴射弁を制御する制御装置と、前記エンジンにより駆動されるポンプ、および前記ポンプから作動油が供給されるブームシリンダ、を含み、ブーム下げ時に前記ブームシリンダから排出される圧油により前記ポンプが駆動されることによってエネルギが動力として回生されるように構成された油圧回路と、ブーム操作レバーを含むブーム操作装置と、を備え、前記制御装置は、ブーム下げ時に前記ブーム操作レバーの操作量が第１閾値以上であることを含むブーム下げ時カット条件を満たしたときに前記エンジンへの燃料供給をカットし、前記ブーム下げ時カット条件を満たさなくなったとき、または前記エンジンの実回転数が第２閾値を下回ったときに、前記エンジンへの燃料供給を再開する、ことを特徴とする。
上記の構成によれば、ブーム下げ時カット条件を満たせば、エネルギの回生中にエンジンへの燃料供給がカットされるので、エンジンの燃費を従来よりもさらに改善することができる。しかも、エンジンへの燃料供給は、ブーム下げ時カット条件を満たさなくなったとき、またはエンジンの実回転数が第２閾値を下回ったときに直ちに再開されるので、エンジンの回転数の低下を最小限にとどめることができる。これにより、エンジンの回転数を直ぐに設定回転数まで戻すことが可能な範囲内に維持することが容易となる。しかも、ブーム下げ時カット条件を満たすか否かは、ブーム操作レバーの操作量に基づいて、簡単かつ正確に判断することができる。
前記ポンプは、逆止弁が設けられた吸入ラインによりタンクと接続されており、前記油圧回路は、ブーム下げ時に前記吸入ラインにおける前記逆止弁よりも下流側部分へ前記ブームシリンダから排出される圧油を導く回生ラインを含んでもよい。この構成によれば、ブーム下げ時に回生ラインを通じて吸入ラインへ圧油が導かれることで、回生モータを使う場合と比べてさらに簡素な構造でブーム下げ時のエネルギの回生が可能となる。即ち、回生モータを用いる場合に比べて、余分に占有するスペースが小さく、質量が小さく、コストも安く済む。
あるいは、前記油圧回路は、トルク伝達可能に前記ポンプと連結された、ブーム下げ時に前記ブームシリンダから排出される圧油によって回転される回生モータを含んでもよい。
前記油圧回路は、前記ポンプから作動油が供給される旋回モータを含み、旋回減速時に前記旋回モータから排出される圧油により前記ポンプが駆動されることによってエネルギが動力として回生されるように構成されており、上記の駆動システムは、旋回操作レバーを含む旋回操作装置をさらに備え、前記制御装置は、旋回減速時に前記旋回操作レバーの操作量が第３閾値以下であることを含む旋回減速時カット条件を満たしたときに前記エンジンへの燃料供給をカットし、前記旋回減速時カット条件を満たさなくなったとき、または前記エンジンの実回転数が前記第２閾値を下回ったときに、前記エンジンへの燃料供給を再開してもよい。この構成によれば、旋回減速時カット条件を満たせば、エネルギの回生中にエンジンへの燃料供給がカットされるので、エンジンの燃費を従来よりもさらに改善することができる。しかも、エンジンへの燃料供給は、旋回減速時カット条件を満たさなくなったとき、またはエンジンの実回転数が第２閾値を下回ったときに直ちに再開されるので、エンジンの回転数の低下を最小限にとどめることができる。これにより、エンジンの回転数を直ぐに設定回転数まで戻すことが可能な範囲内に維持することが容易となる。しかも、旋回減速時カット条件を満たすか否かは、旋回操作レバーの操作量に基づいて、簡単かつ正確に判断することができる。
また、本発明の別の側面からの建設機械の駆動システムは、エンジンの実回転数が設定回転数となるように前記エンジンに設けられた燃料噴射弁を制御する制御装置と、前記エンジンにより駆動されるポンプ、および前記ポンプから作動油が供給される旋回モータを含み、旋回減速時に前記旋回モータから排出される圧油により前記ポンプが駆動されることによってエネルギが動力として回生されるように構成された油圧回路と、旋回操作レバーを含む旋回操作装置と、を備え、前記制御装置は、旋回減速時に前記旋回操作レバーの操作量が第１閾値以下であることを含む旋回減速時カット条件を満たしたときに前記エンジンへの燃料供給をカットし、前記旋回減速時カット条件を満たさなくなったとき、または前記エンジンの実回転数が第２閾値を下回ったときに、前記エンジンへの燃料供給を再開する、ことを特徴とする。
上記の構成によれば、旋回減速時カット条件を満たせば、エネルギの回生中にエンジンへの燃料供給がカットされるので、エンジンの燃費を従来よりもさらに改善することができる。しかも、エンジンへの燃料供給は、旋回減速時カット条件を満たさなくなったとき、またはエンジンの実回転数が第２閾値を下回ったときに直ちに再開されるので、エンジンの回転数の低下を最小限にとどめることができる。これにより、エンジンの回転数を直ぐに設定回転数まで戻すことが可能な範囲内に維持することが容易となる。しかも、旋回減速時カット条件を満たすか否かは、旋回操作レバーの操作量に基づいて、簡単かつ正確に判断することができる。
例えば、前記旋回減速時カット条件は、旋回速度が設定値を超えていることも含んでもよい。
前記制御装置は、前記燃料噴射弁を制御するエンジン制御ユニットと、前記油圧回路に含まれる少なくとも１つの機器を制御するポンプ制御ユニットであって、前記エンジン制御ユニットから前記エンジンの実回転数信号が送信されるポンプ制御ユニットを含み、前記ポンプ制御ユニットは、前記旋回減速時カット条件または前記ブーム下げ時カット条件を満たしたときに前記エンジン制御ユニットへ燃料供給カット可能信号を送信し、前記旋回減速時カット条件または前記ブーム下げ時カット条件を満たさなくなったとき、または前記エンジンの実回転数が前記第２閾値を下回ったときに、前記燃料供給カット可能信号の送信を停止してもよい。この構成によれば、エンジン制御ユニットに関しては、従来のエンジン制御ユニットにおいてソフトウェアの一部を変更するだけの小さな変更しか必要としない。
本発明によれば、エンジンの燃費を従来よりもさらに改善することができる。
本発明の第１実施形態に係る建設機械の駆動システムの概略構成図である。 建設機械の一例である油圧ショベルの側面図である。 本発明の第２実施形態に係る建設機械の駆動システムの概略構成図である。
（第１実施形態）
図１に、本発明の第１実施形態に係る建設機械の駆動システム１Ａを示し、図２に、その駆動システム１Ａが搭載された建設機械１０を示す。図２に示す建設機械１０は油圧ショベルであるが、本発明は、油圧クレーンなどの他の建設機械にも適用可能である。
図２に示す建設機械１０は自走式であり、走行体１１と、走行体１１に旋回可能に支持された旋回体１２を含む。旋回体１２には、ブームが揺動可能に設けられている。ブームの先端にはアームが揺動可能に連結され、アームの先端にはバケットが揺動可能に連結されている。ただし、建設機械１０は自走式でなくてもよい。
駆動システム１Ａは、油圧回路２Ａとエンジン１３を含む。油圧回路２Ａは、油圧アクチュエータとして、図２に示すブームシリンダ３１、アームシリンダ３２およびバケットシリンダ３３を含むとともに、図１に示す旋回モータ３４ならびに図略の左走行モータおよび右走行モータを含む。旋回モータ３４は旋回体１２を旋回させ、ブームシリンダ３１、アームシリンダ３２およびバケットシリンダ３３はそれぞれブーム、アームおよびバケットを揺動させる。
また、油圧回路２Ａは、図１に示すように、上述した油圧アクチュエータへ作動油を供給する第１ポンプ２１および第２ポンプ２３を含む。なお、図１では、図面の簡略化のために、旋回モータ３４およびブームシリンダ３１以外の油圧アクチュエータを省略している。
エンジン１３は、第１ポンプ２１および第２ポンプ２３を駆動する。図示は省略するが、エンジン１３には複数の燃料噴射弁が設けられており、燃料噴射弁はエンジン制御ユニット１４により制御される。例えば、エンジン制御ユニット１４は、ＲＯＭやＲＡＭなどのメモリとＣＰＵを有するコンピュータであり、ＲＯＭに格納されたプログラムがＣＰＵにより実行される。
エンジン制御ユニット１４は、図略の回転数選択装置および回転数計と電気的に接続されている。回転数選択装置は、操縦者から、複数の設定回転数のうちの１つの選択を受け付ける。回転数計は、エンジン１３の実回転数を検出する。そして、エンジン制御ユニット１４は、エンジン１３の実回転数が選択された設定回転数となるように燃料噴射弁を制御する。
第１ポンプ２１および第２ポンプ２３のそれぞれは、傾転角が変更可能な可変容量型のポンプ（斜板ポンプまたは斜軸ポンプ）である。第１ポンプ２１の傾転角は第１レギュレータ２２により調整され、第２ポンプ２３の傾転角は第２レギュレータ２４により調整される。
本実施形態では、第１ポンプ２１および第２ポンプ２３の吐出流量が電気ポジティブコントロール方式で制御される。このため、第１レギュレータ２２および第２レギュレータ２４のそれぞれは、電気信号により作動する。例えば、レギュレータ（２２または２４）は、ポンプ（２１または２３）が斜板ポンプである場合、ポンプの斜板と連結されたサーボピストンに作用する油圧を電気的に変更するものであってもよいし、ポンプの斜板と連結された電動アクチュエータであってもよい。
第１ポンプ２１は、旋回制御弁４４を含む複数の第１制御弁を介して、旋回モータ３４およびアームシリンダ３２を含む複数の第１油圧アクチュエータへ作動油を供給する（図１では、旋回制御弁４４以外の第１制御弁を省略）。第２ポンプ２３は、ブーム制御弁７４を含む複数の第２制御弁を介して、ブームシリンダ３１およびバケットシリンダ３３を含む複数の第２油圧アクチュエータへ作動油を供給する（図１では、ブーム制御弁７４以外の第２制御弁を省略）。なお、第１油圧アクチュエータの少なくとも１つと第２油圧アクチュエータの少なくとも１つは同じであってもよい。例えば、ブームシリンダ３１へは、第１ポンプ２１と第２ポンプ２３の双方から作動油が供給されてもよい。
具体的に、第１ポンプ２１は、第１供給ライン４１により複数の第１制御弁と接続されている。本実施形態では、全ての第１制御弁の上流側で第１供給ライン４１からセンターバイパスライン４２が分岐しており、このセンターバイパスライン４２が全ての第１制御弁を通過してタンクへつながっている（センターバイパスライン４２の下流側部分は省略）。
同様に、第２ポンプ２３は、第２供給ライン７１により複数の第２制御弁と接続されている。本実施形態では、全ての第２制御弁の上流側で第２供給ライン７１からセンターバイパスライン７２が分岐しており、このセンターバイパスライン７２が全ての第２制御弁を通過してタンクへつながっている（センターバイパスライン７２の下流側部分は省略）。
旋回制御弁４４は、旋回モータ３４に対する作動油の供給および排出を制御する。具体的に、旋回制御弁４４は、左旋回供給ライン５１および右旋回供給ライン５２により旋回モータ３４と接続されている。また、旋回制御弁４４には、タンクライン４３が接続されている。
左旋回供給ライン５１および右旋回供給ライン５２は、橋架路５３によって互いに接続されている。橋架路５３には、互いに逆向きに一対のリリーフ弁５４が設けられている。橋架路５３におけるリリーフ弁５４の間の部分は、メークアップライン５７によりタンクと接続されている。左旋回供給ライン５１および右旋回供給ライン５２のそれぞれは、バイパスライン５５によってメークアップライン５７と接続されている。ただし、各リリーフ弁５４をバイパスするように一対のバイパスライン５５が橋架路５３に設けられてもよい。各バイパスライン５５には、逆止弁５６が設けられている。
本実施形態では、旋回制御弁４４が一対のパイロットポートを有する。ただし、旋回制御弁４４は電磁パイロット式であってもよい。旋回制御弁４４は、旋回操作装置４５の旋回操作レバーが左旋回方向または右旋回方向に傾倒されることにより、中立位置から左旋回位置または右旋回位置にシフトする。
旋回操作装置４５は、旋回操作レバーの傾倒角に応じた旋回操作信号（左旋回操作信号または右旋回操作信号）を出力する。本実施形態では、旋回操作装置４５から出力される旋回操作信号が、旋回操作レバーの傾倒角が大きくなるほど大きくなる。
本実施形態では、旋回操作装置４５が、旋回操作信号として電気信号を出力する電気ジョイスティックである。このため、旋回制御弁４４のパイロットポートにはそれぞれ電磁比例弁（図示せず）が接続されている。これらの電磁比例弁は、後述するポンプ制御ユニット１５により制御される。ただし、旋回操作装置４５は、旋回操作信号としてパイロット圧を出力するパイロット操作弁であってもよい。この場合、旋回操作装置４５は、一対のパイロットライン４６，４７により旋回制御弁４４のパイロットポートと接続される。
ブーム制御弁７４は、ブームシリンダ３１に対する作動油の供給および排出を制御する。具体的に、ブーム制御弁７４は、ブーム上げ供給ライン７８およびブーム下げ供給ライン７９によりブームシリンダ３１と接続されている。また、ブーム制御弁７４には、タンクライン７３が接続されている。
本実施形態では、ブーム制御弁７４が一対のパイロットポートを有する。ただし、ブーム制御弁７４は電磁パイロット式であってもよい。ブーム制御弁７４は、ブーム操作装置７５のブーム操作レバーがブーム上げ方向またはブーム下げ方向に傾倒されることにより、中立位置からブーム上げ位置またはブーム下げ位置にシフトする。
ブーム操作装置７５は、ブーム操作レバーの傾倒角に応じたブーム操作信号（ブーム上げ操作信号またはブーム下げ操作信号）を出力する。本実施形態では、ブーム操作装置７５から出力されるブーム操作信号が、ブーム操作レバーの傾倒角が大きくなるほど大きくなる。
本実施形態では、ブーム操作装置７５が、ブーム操作信号として電気信号を出力する電気ジョイスティックである。このため、ブーム制御弁７４のパイロットポートにそれぞれ電磁比例弁（図示せず）が接続されている。これらの電磁比例弁は、後述するポンプ制御ユニット１５により制御される。ただし、ブーム操作装置７５は、ブーム操作信号としてパイロット圧を出力するパイロット操作弁であってもよい。この場合、ブーム操作装置７５は、一対のパイロットライン７６，７７によりブーム制御弁７４のパイロットポートと接続される。
上述した旋回制御弁４４およびブーム制御弁７４に接続されたタンクライン４３，７３の下流側部分とメークアップライン５７のタンク側部分は、互いに合流して一本の合流路を構成している。この合流路には、クラッキング圧が少し高く設定された逆止弁６７が設けられている。
旋回操作装置４５から出力される旋回操作信号およびブーム操作装置７５から出力されるブーム操作信号は、ポンプ制御ユニット１５に入力される。ポンプ制御ユニット１５は、上述したエンジン制御ユニット１４と共に制御装置１６を構成する。例えば、ポンプ制御ユニット１５は、ＲＯＭやＲＡＭなどのメモリとＣＰＵを有するコンピュータであり、ＲＯＭに格納されたプログラムがＣＰＵにより実行される。
ポンプ制御ユニット１５は、旋回操作装置４５から旋回操作信号（左旋回操作信号または右旋回操作信号）が出力されるときは、旋回制御弁４４のパイロットポートと接続された、対応する図略の電磁比例弁を、旋回操作信号が大きくなるにつれて当該電磁比例弁の二次圧が大きくなるように制御する。また、ポンプ制御ユニット１５は、ブーム操作装置７５からブーム操作信号（ブーム上げ操作信号またはブーム下げ操作信号）が出力されるときは、ブーム制御弁７４のパイロットポートと接続された、対応する図略の電磁比例弁を、ブーム操作信号が大きくなるにつれて当該電磁比例弁の二次圧が大きくなるように制御する。
また、ポンプ制御ユニット１５は、上述した第１レギュレータ２２および第２レギュレータ２４も制御する。ポンプ制御ユニット１５は、旋回操作信号が大きくなるにつれて第１ポンプ２１の吐出流量が大きくなるように第１レギュレータ２２を制御するとともに、ブーム操作信号が大きくなるにつれて第２ポンプ２３の吐出流量が大きくなるように第２レギュレータ２４を制御する。
さらに、本実施形態では、油圧回路２Ａが、旋回減速時およびブーム下げ時にエネルギの回生が行われるように構成されている。エネルギの回生は、旋回モータ３４またはブームシリンダ３１から排出される圧油により第１ポンプ２１および第２ポンプ２３が駆動されることによって行われ、エネルギが動力として回生される。
そのための構成として、油圧回路２Ａは、回生モータ２５、旋回用回生切換弁６３およびブーム用回生切換弁６４を含む。ただし、旋回用回生切換弁６３とブーム用回生切換弁６４のどちらか一方のみが設けられ、旋回減速時またはブーム下げ時のみにエネルギの回生が行われてもよい。
旋回減速時、制御装置１６は、旋回減速時カット条件を満たしたときにエンジン１３への燃料供給をカットする。その後、制御装置１６は、旋回減速時カット条件を満たさなくなったとき、またはエンジン１３の実回転数が閾値αを下回ったときに、エンジン１３への燃料供給を再開する。例えば、閾値αは、図略の回転数選択装置で選択された設定回転数の５０％～１００％の範囲内に設定される。
旋回減速時カット条件は、旋回操作レバーの操作量が閾値β以下であることを含む。例えば、旋回減速時カット条件は、旋回操作レバーの操作量が閾値β以下であることだけでなく、旋回体１２の旋回速度が設定値を超えていることをも含んでもよい。あるいは、旋回減速時カット条件は、旋回操作レバーの操作量が閾値β以下であることだけを含んでもよい。
旋回操作レバーの操作量が閾値β以下であるか否かは、旋回操作装置４５から出力される旋回操作信号と、閾値βに対応する値とを比較することによって判定される。例えば、閾値βは、旋回操作レバーの操作量の最大値の３％～８０％である。
左旋回供給ライン５１と右旋回供給ライン５２の間には、それらのどちらかを選択するための切換弁６１が設けられている。切換弁６１は、本実施形態では電磁弁（ソレノイドバルブ）であるが、単なる高圧選択弁であってもよい。切換弁６１は、旋回回生ライン６２により回生モータ２５と接続されている。そして、旋回回生ライン６２の途中に、旋回用回生切換弁６３が設けられている。
旋回用回生切換弁６３は、旋回回生ライン６２の上流側部分および下流側部分をブロックする非回生位置と、旋回回生ライン６２の上流側部分を下流側部分と連通させる回生位置との間で切り換えられる。切換弁６１および旋回用回生切換弁６３は、ポンプ制御ユニット１５により制御される。ただし、図１では、図面の簡略化のために一部の信号線のみを描いている。
ポンプ制御ユニット１５は、左旋回操作が行われるとき（すなわち、旋回操作装置４５から左旋回操作信号が出力されるとき）には、切換弁６１を排出側の右旋回供給ライン５２を旋回回生ライン６２と連通させる第１位置（図１の左側位置）に切り換え、右旋回操作が行われるとき（すなわち、旋回操作装置４５から右旋回操作信号が出力されるとき）には、切換弁６１を排出側の左旋回供給ライン５１を旋回回生ライン６２と連通させる第２位置（図１の右側位置）に切り換える。
また、ポンプ制御ユニット１５は、左旋回減速時および右旋回減速時（本実施形態では、旋回操作装置４５から出力される旋回操作信号が減少するとき）には、旋回用回生切換弁６３を回生位置に切り換え、左旋回減速時および右旋回減速時以外は、旋回用回生切換弁６３を非回生位置に維持する。すなわち、左旋回減速時および右旋回減速時には、旋回モータ３４から排出される圧油が旋回回生ライン６２を通じて回生モータ２５へ導かれる。
なお、旋回減速時には、逆レバー操作が行われてもよい。例えば、左旋回減速時には、旋回操作装置４５の旋回操作レバーが左旋回方向から中立状態に戻されるのではなく、中立状態を超えて右旋回方向に傾倒されてもよい。
ブーム下げ時、制御装置１６は、ブーム下げ時カット条件を満たしたときにエンジン１３への燃料供給をカットする。その後、制御装置１６は、ブーム下げ時カット条件を満たさなくなったとき、またはエンジン１３の実回転数が閾値αを下回ったときに、エンジン１３への燃料供給を再開する。
ブーム下げ時カット条件は、ブーム操作レバーの操作量が閾値γ以上であることを含む。ブーム下げ時カット条件は、ブーム操作レバーの操作量が閾値γ以上であることだけを含んでもよいし、それ以外の条件を含んでもよい。
ブーム操作レバーの操作量が閾値γ以上であるか否かは、ブーム操作装置７５から出力されるブーム操作信号と、閾値γに対応する値とを比較することによって判定される。例えば、閾値γは、ブーム操作レバーの操作量の最大値の３％～８０％である。
ブーム用回生切換弁６４は、ブーム上げ供給ライン７８の途中に設けられている。ブーム用回生切換弁６４は、ブーム回生ライン６５により回生モータ２５と接続されている。本実施形態では、旋回回生ライン６２とブーム回生ライン６５の下流側部分同士が合流して一本の合流路を構成している。また、回生モータ２５は、タンクライン６６によりタンクと接続されている。タンクライン６６の下流側部分は、上述した逆止弁６７が設けられた合流路に合流している。
ブーム用回生切換弁６４は、ブーム上げ供給ライン７８のシリンダ側部分を制御弁側部分と連通させるとともにブーム回生ライン６５をブロックする非回生位置と、ブーム上げ供給ライン７８のシリンダ側部分をブーム回生ライン６５と連通させるとともにブーム上げ供給ライン７８の制御弁側部分をブロックする回生位置との間で切り換えられる。ブーム用回生切換弁６４は、ポンプ制御ユニット１５により制御される。
ポンプ制御ユニット１５は、ブーム下げ時（すなわち、ブーム操作装置７５からブーム下げ操作信号が出力されるときとき）には、ブーム用回生切換弁６４を回生位置に切り換え、ブーム下げ時以外は、ブーム用回生切換弁６４を非回生位置に維持する。すなわち、ブーム下げ時には、ブームシリンダ３１から排出される圧油がブーム回生ライン６５を通じて回生モータ２５へ導かれる。
回生モータ２５は、トルク伝達可能に第１ポンプ２１および第２ポンプ２３と連結されている。本実施形態では、回生モータ２５がワンウェイクラッチ２７を介して第１ポンプ２１および第２ポンプ２３と連結されている。ワンウェイクラッチ２７は、回生モータ２５の回転速度が第１ポンプ２１および第２ポンプ２３の回転速度より速いときだけ回生モータ２５から第１ポンプ２１および第２ポンプ２３へトルクを伝達し、逆の場合はトルクを伝達しない。
回生モータ２５には、上述したように、旋回減速時に旋回モータ３４から排出される圧油が導かれるとともに、ブーム下げ時にブームシリンダ３１から排出される圧油が導かれる。換言すれば、回生モータ２５は、旋回減速時に旋回モータ３４から排出される圧油によって回転され、ブーム下げ時にブームシリンダ３１から排出される圧油によって回転される。これにより、第１ポンプ２１および第２ポンプ２３が駆動される。
回生モータ２５は、本実施形態では、傾転角が変更可能な可変容量型のモータ（斜板モータまたは斜軸モータ）である。ただし、回生モータ２５は、固定容量型のモータであってもよい。回生モータ２５の傾転角は、第３レギュレータ２６により調整される。
本実施形態では、第３レギュレータ２６が電気信号により作動する。例えば、回生モータ２５が斜板モータである場合、第３レギュレータ２６は、モータの斜板と連結されたサーボピストンに作用する油圧を電気的に変更するものであってもよいし、モータの斜板と連結された電動アクチュエータであってもよい。
第３レギュレータ２６は、ポンプ制御ユニット１５により制御される。例えば、ポンプ制御ユニット１５は、旋回減速時には、旋回体１２の旋回速度が遅くなるほど回生モータ２５の傾転角が小さくなるように第３レギュレータ２６を制御する。また、ポンプ制御ユニット１５は、ブーム下げ時には、ブーム操作装置７５から出力されるブーム操作信号が大きくなるほど（換言すれば、操縦者がブーム下げ速度を速くしようとするほど）回生モータ２５の傾転角が大きくなるように第３レギュレータ２６を制御する。
制御装置１６を構成するポンプ制御ユニット１５とエンジン制御ユニット１４との間では信号の送受信が行われる。具体的に、エンジン制御ユニット１４からポンプ制御ユニット１５へは、エンジン１３の実回転数の情報を含む実回転数信号が送信される。逆に、ポンプ制御ユニット１５からエンジン制御ユニット１４へは、旋回減速時カット条件またはブーム下げ時カット条件を満たしたときに、燃料供給カット可能信号が送信される。エンジン制御ユニット１４は、燃料供給カット可能信号を受信すると、燃料噴射が停止されるように燃料噴射弁を制御する。
ポンプ制御ユニット１５は、エンジン制御ユニット１４へ燃料供給カット可能信号を送信した後は、旋回減速時カット条件またはブーム下げ時カット条件を満たさなくなったとき、またはエンジン１３の実回転数が閾値αを下回ったときに、燃料供給カット可能信号の送信を停止する。エンジン制御ユニット１４は、燃料供給カット可能信号の送信が停止されると、燃料噴射が再開されるように燃料噴射弁を制御する。
以上説明したように、本実施形態の駆動システム１Ａでは、旋回減速時カット条件またはブーム下げ時カット条件を満たせば、エネルギの回生中にエンジン１３への燃料供給がカットされるので、エンジン１３の燃費を従来よりもさらに改善することができる。しかも、エンジン１３への燃料供給は、旋回減速時カット条件またはブーム下げ時カット条件を満たさなくなったとき、またはエンジン１３の実回転数が閾値αを下回ったときに直ちに再開されるので、エンジン１３の回転数の低下を最小限にとどめることができる。これにより、エンジン１３の回転数を直ぐに設定回転数まで戻すことが可能な範囲内に維持することが容易となる。しかも、旋回減速時カット条件またはブーム下げ時カット条件を満たすか否かは、旋回操作レバーまたはブーム操作レバーの操作量に基づいて、簡単かつ正確に判断することができる。
また、本実施形態では、エンジン制御ユニット１４とポンプ制御ユニット１５との間で信号の送受信が行われるので、エンジン制御ユニット１４に関しては、従来のエンジン制御ユニットにおいてソフトウェアの一部を変更するだけの小さな変更しか必要としない。
（第２実施形態）
図３に、本発明の第２実施形態に係る建設機械の駆動システム１Ｂを示す。なお、本実施形態において、第１実施形態と同一構成要素には同一符号を付し、重複した説明は省略する。
本実施形態の駆動システム１Ｂは、ブーム下げ時にブームシリンダ３１から排出される圧油により第１ポンプ２１および第２ポンプ２３が駆動されることによってエネルギが動力として回生されるように構成された油圧回路２Ｂを含む。
具体的に、本実施形態では、第１ポンプ２１が逆止弁８２が設けられた第１吸入ライン８１によりタンクと接続されているとともに、第２ポンプ２３が逆止弁８４が設けられた第２吸入ライン８３によりタンクと接続されている。また、本実施形態では、タンクライン７３（図１参照）の代わりに、回生ライン８５がブーム制御弁７４に接続されている。
回生ライン８５は、ブーム制御弁７４がブーム上げ位置に位置したときはブーム下げ供給ライン７９と連通し、ブーム制御弁７４がブーム下げ位置に位置したときはブーム上げ供給ライン７８と連通する。すなわち、回生ライン８５には、ブーム上げ時にもブーム下げ時にもブームシリンダ３１から排出される作動油（ブーム下げ時には圧油）が流れる。
回生ライン８５は、第１吸入ライン８１における逆止弁８２よりも下流側部分および第２吸入ライン８３における逆止弁８４よりも下流側部分に接続されている。つまり、回生ライン８５は、ブーム上げ時およびブーム下げ時に第１吸入ライン８１における逆止弁８２よりも下流側部分および第２吸入ライン８３における逆止弁よりも下流側部分へブームシリンダ３１から排出される作動油を導く。ただし、回生ライン８５は、第１吸入ライン８１における逆止弁８２よりも下流側部分と第２吸入ライン８３における逆止弁８４よりも下流側部分のどちらか一方のみに接続されてもよい。回生ライン８５は、リリーフ弁８７が設けられたリリーフライン８６によりタンクと接続されている。
ブーム下げ時、ブームシリンダ３１から排出される作動油の流量が第１ポンプ２１および第２ポンプ２３の合計吐出流量よりも多い場合には、第１ポンプ２１および第２ポンプ２３の吸入圧がリリーフ弁８７の設定圧に保たれる。これにより、第１ポンプ２１および第２ポンプ２３が駆動される。
さらに、本実施形態では、ブーム操作装置７５が、ブーム操作信号としてパイロット圧を出力するパイロット操作弁である。このため、ブーム操作装置７５は、一対のパイロットライン７６，７７によりブーム制御弁７４のパイロットポートと接続されている。ただし、ブーム操作装置７５は、ブーム操作信号として電気信号を出力する電気ジョイスティックであってもよい。この場合、ブーム制御弁７４のパイロットポートにそれぞれ電磁比例弁が接続されてもよいし、ブーム制御弁７４が電磁パイロット式であってもよい。
また、本実施形態では、ポンプ制御ユニット１５が、ブーム操作信号であるパイロット圧を検出する圧力センサ９１，９２と電気的に接続されている。ただし、図３では、図面の簡略化のために一部の信号線のみを描いている。ポンプ制御ユニット１５は、圧力センサ９２で検出される圧力がゼロよりも大きいときにブーム上げが行われたと判定し、圧力センサ９１で検出される圧力がゼロよりも大きいときにブーム下げが行われたと判定する。
本実施形態でも、第１実施形態と同様に、ブーム下げ時、制御装置１６は、ブーム下げ時カット条件を満たしたときにエンジン１３への燃料供給をカットする。その後、制御装置１６は、ブーム下げ時カット条件を満たさなくなったとき、またはエンジン１３の実回転数が閾値αを下回ったときに、エンジン１３への燃料供給を再開する。
本実施形態でも、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施形態では、ブーム下げ時に回生ライン８５を通じて第１吸入ライン８１および第２吸入ライン８３へ圧油が導かれることで、回生モータ２５（図１参照）を使う場合と比べてさらに簡素な構造でブーム下げ時のエネルギの回生が可能となる。即ち、回生モータ２５を用いる場合に比べて、余分に占有するスペースが小さく、質量が小さく、コストも安く済む。
（その他の実施形態）
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
例えば、第１実施形態において、第１ポンプ２１および第２ポンプ２３の吐出流量が油圧ネガティブコントロール方式で制御されてもよい。この場合、第１レギュレータ２２および第２レギュレータ２４のそれぞれは油圧により作動するため、ポンプ制御ユニット１５は弁６１，６３，６４のみを制御してもよい（旋回操作装置４５およびブーム操作装置７５がパイロット操作弁である場合）。すなわち、ポンプ制御ユニット１５は、油圧回路２Ａに含まれる少なくとも１つの機器を制御すればよい。あるいは、第１実施形態において、第１ポンプ２１および第２ポンプ２３の吐出流量がロードセンシング方式で制御されてもよい。
同様に、第２実施形態においても、第１ポンプ２１および第２ポンプ２３の吐出流量が油圧ネガティブコントロール方式で制御されてもよいし、ロードセンシング方式で制御されてもよい。
また、第２実施形態においては、第１実施形態と同様にブーム制御弁７４にタンクラインが接続され、回生ライン８５がブーム上げ供給ライン７８の途中に設けられた回生切換弁６４に接続されてもよい。つまり、回生ライン８５は、ブーム下げ時のみに、第１吸入ライン８１における逆止弁８２よりも下流側部分および第２吸入ライン８３における逆止弁よりも下流側部分へブームシリンダ３１から排出される圧油を導いてもよい。
あるいは、第２実施形態においては、回生ライン８５におけるタンクライン８６の分岐点の上流側に回生切換弁が設けられ、この回生切換弁にリリーフ弁８７をバイパスするバイパスラインが接続されてもよい。回生切換弁は、ブーム上げ時に回生ライン８５の上流側部分をバイパスラインと連通させ、ブーム下げ時に回生ライン８５の上流側部分を下流側部分と連通させる。これにより、ブーム上げ時には、ブームシリンダ３１から排出される作動油が直接的に第１ポンプ２１および第２ポンプ２３に吸入されるのではなく、バイパスラインを通じてタンクへ戻される。
また、第１実施形態または第２実施形態において、センターバイパスライン４２，７２のそれぞれの代わりに、制御弁を通過しないアンロードラインおよびこのアンロードラインに設けられたアンロード弁が採用されてもよい。
また、第１実施形態または第２実施形態において、第２ポンプ２３が省略され、全ての油圧アクチュエータへ第１ポンプ２１から作動油が供給されてもよい。
あるいは、油圧回路（２Ａまたは２Ｂ）は旋回モータ３４専用の両傾転ポンプを含み、この両傾転ポンプと旋回モータ３４とが閉回路を形成するように接続されてもよい。
１Ａ，１Ｂ 駆動システム
１０ 建設機械
１３ エンジン
１４ エンジン制御ユニット
１５ ポンプ制御ユニット
１６ 制御装置
２Ａ，２Ｂ 油圧回路
２１，２３ ポンプ
２５ 回生モータ
３１ ブームシリンダ
３４ 旋回モータ
６２，６５，８５ 回生ライン
８１，８３ 吸入ライン
８２，８４ 逆止弁

Claims (7)

  1. エンジンの実回転数が設定回転数となるように前記エンジンに設けられた燃料噴射弁を制御する制御装置と、
    前記エンジンにより駆動されるポンプ、および前記ポンプから作動油が供給されるブームシリンダ、を含み、ブーム下げ時に前記ブームシリンダから排出される圧油により前記ポンプが駆動されることによってエネルギが動力として回生されるように構成された油圧回路と、
    ブーム操作レバーを含むブーム操作装置と、を備え、
    前記制御装置は、ブーム下げ時に前記ブーム操作レバーの操作量が第１閾値以上であることを含むブーム下げ時カット条件を満たしたときに前記エンジンへの燃料供給をカットし、前記ブーム下げ時カット条件を満たさなくなったとき、または前記エンジンの実回転数が第２閾値を下回ったときに、前記エンジンへの燃料供給を再開する、建設機械の駆動システム。
  2. 前記ポンプは、逆止弁が設けられた吸入ラインによりタンクと接続されており、
    前記油圧回路は、ブーム下げ時に前記吸入ラインにおける前記逆止弁よりも下流側部分へ前記ブームシリンダから排出される圧油を導く回生ラインを含む、請求項１に記載の建設機械の駆動システム。
  3. 前記油圧回路は、トルク伝達可能に前記ポンプと連結された、ブーム下げ時に前記ブームシリンダから排出される圧油によって回転される回生モータを含む、請求項１に記載の建設機械の駆動システム。
  4. 前記油圧回路は、前記ポンプから作動油が供給される旋回モータを含み、旋回減速時に前記旋回モータから排出される圧油により前記ポンプが駆動されることによってエネルギが動力として回生されるように構成されており、
    旋回操作レバーを含む旋回操作装置をさらに備え、
    前記制御装置は、旋回減速時に前記旋回操作レバーの操作量が第３閾値以下であることを含む旋回減速時カット条件を満たしたときに前記エンジンへの燃料供給をカットし、前記旋回減速時カット条件を満たさなくなったとき、または前記エンジンの実回転数が前記第２閾値を下回ったときに、前記エンジンへの燃料供給を再開する、請求項１～３の何れか一項に記載の建設機械の駆動システム。
  5. エンジンの実回転数が設定回転数となるように前記エンジンに設けられた燃料噴射弁を制御する制御装置と、
    前記エンジンにより駆動されるポンプ、および前記ポンプから作動油が供給される旋回モータを含み、旋回減速時に前記旋回モータから排出される圧油により前記ポンプが駆動されることによってエネルギが動力として回生されるように構成された油圧回路と、
    旋回操作レバーを含む旋回操作装置と、を備え、
    前記制御装置は、旋回減速時に前記旋回操作レバーの操作量が第１閾値以下であることを含む旋回減速時カット条件を満たしたときに前記エンジンへの燃料供給をカットし、前記旋回減速時カット条件を満たさなくなったとき、または前記エンジンの実回転数が第２閾値を下回ったときに、前記エンジンへの燃料供給を再開する、建設機械の駆動システム。
  6. 前記旋回減速時カット条件は、旋回速度が設定値を超えていることも含む、請求項４または５に記載の建設機械の駆動システム。
  7. 前記制御装置は、前記燃料噴射弁を制御するエンジン制御ユニットと、前記油圧回路に含まれる少なくとも１つの機器を制御するポンプ制御ユニットであって、前記エンジン制御ユニットから前記エンジンの実回転数信号が送信されるポンプ制御ユニットを含み、
    前記ポンプ制御ユニットは、前記旋回減速時カット条件または前記ブーム下げ時カット条件を満たしたときに前記エンジン制御ユニットへ燃料供給カット可能信号を送信し、前記旋回減速時カット条件または前記ブーム下げ時カット条件を満たさなくなったとき、または前記エンジンの実回転数が前記第２閾値を下回ったときに、前記燃料供給カット可能信号の送信を停止する、請求項１～６の何れか一項に記載の建設機械の駆動システム。
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