建設機械
【課題】回収したエネルギを効率良く使用することで、大きな燃料低減効果が得られる建設機械を提供する。
【解決手段】２つ以上のアクチュエータ７，８と、アクチュエータ７，８を駆動するための油圧エネルギを発生するメインポンプ３と、メインポンプ３とアクチュエータ７，８との間に設けた流量調整手段４と、油圧エネルギに追加するためのエネルギを発生する追加エネルギ発生手段１１と、追加エネルギ発生手段１１でエネルギが発生するときに、メインポンプ３の発生する油圧エネルギを減少させる制御手段２０とを備えた建設機械であって、追加エネルギ発生手段からのエネルギを追加する場所をアクチュエータ７，８に応じて選択的に切り替える切替手段１２を更に備え、制御手段２０は、エネルギを追加するアクチュエータ７，８に応じて、メインポンプ３の発生する油圧エネルギの減少率を変更制御する。
【解決手段】２つ以上のアクチュエータ７，８と、アクチュエータ７，８を駆動するための油圧エネルギを発生するメインポンプ３と、メインポンプ３とアクチュエータ７，８との間に設けた流量調整手段４と、油圧エネルギに追加するためのエネルギを発生する追加エネルギ発生手段１１と、追加エネルギ発生手段１１でエネルギが発生するときに、メインポンプ３の発生する油圧エネルギを減少させる制御手段２０とを備えた建設機械であって、追加エネルギ発生手段からのエネルギを追加する場所をアクチュエータ７，８に応じて選択的に切り替える切替手段１２を更に備え、制御手段２０は、エネルギを追加するアクチュエータ７，８に応じて、メインポンプ３の発生する油圧エネルギの減少率を変更制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建設機械に係り、特に、１つのアクチュエータに対して２つ以上のエネルギ供給手段を有する建設機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、建設機械の１つである油圧ショベルは、エンジン等の原動機と、この原動機により駆動される油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出された圧油によりブーム、アーム、バケット、及び旋回体等を駆動する各油圧シリンダとを含む油圧アクチュエータと、油圧ポンプからの圧油を油圧アクチュエータに切替え供給するコントロールバルブ（操作弁）を備えている。このような建設機械において、動力源の動力を低減して建設機械全体の燃量消費を低減するために、自重で落下するブームの位置エネルギや、旋回体の慣性運動エネルギを回収し、有効活用する技術が提案されている。
【０００３】
例えば、油圧アクチュエータからの戻り油を回収手段で回収後、回生手段により回生し、回生した回生流量を油圧ポンプからの吐出流量に合流させるとき、エンジン等の駆動手段によって駆動される前記油圧ポンプからの吐出流量を前記回生流量に応じて制御するものがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−８４９０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の従来技術において、回生した回生流量と油圧ポンプからの吐出流量とを合流させた作動油の全流量は、コントロールバルブ（操作弁）を介して油圧アクチュエータに供給されている。
【０００６】
コントロールバルブにおいては、作動油の漏れや圧力損失を原因とするエネルギ損失が生じるので、回収したエネルギの全てを油圧アクチュエータで使用することは難しかった。このため、上述した従来技術においては、十分な燃料低減効果を得られないという課題があった。
【０００７】
本発明は上述の事柄に基づいてなされたもので、その目的は、回収したエネルギを効率良く使用することで、大きな燃料低減効果が得られる建設機械を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、第１の発明は、２つ以上のアクチュエータと、前記アクチュエータを駆動するための油圧エネルギを発生するメインポンプと、前記メインポンプと前記アクチュエータとの間に設けた流量調整手段と、前記油圧エネルギに追加するためのエネルギを発生する追加エネルギ発生手段と、前記追加エネルギ発生手段でエネルギが発生するときに、前記メインポンプの発生する油圧エネルギを減少させる制御手段とを備えた建設機械であって、前記追加エネルギ発生手段からの前記エネルギを追加する場所を前記アクチュエータに応じて選択的に切り替える切替手段を更に備え、前記制御手段は、前記エネルギを追加する前記アクチュエータに応じて、前記メインポンプの発生する油圧エネルギの減少率を変更制御するものとする。
【０００９】
また、第２の発明は、第１の発明において、前記切替手段は、前記エネルギを追加する前記アクチュエータに応じて、前記エネルギを追加する場所を、前記流量調整手段よりも前記メインポンプ側または前記流量調整手段よりも前記アクチュエータ側に供給するように切り替えることを特徴とする。
【００１０】
更に、第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記追加エネルギ発生手段は、エネルギ蓄積手段と、前記エネルギ蓄積手段に蓄えられたエネルギにより動作する原動機と、前記原動機により駆動される油圧ポンプとを備えることを特徴とする。
【００１１】
また、第４の発明は、第１の発明において、前記切替手段は、前記エネルギを追加する前記アクチュエータに応じて、前記エネルギを追加する場所を、前記流量調整手段よりも前記メインポンプ側または前記アクチュエータに直接作用するように切り替えることを特徴とする。
【００１２】
更に、第５の発明は、第１又は第４の発明のいずれかにおいて、前記追加エネルギ発生手段は、エネルギ蓄積手段と、前記エネルギ蓄積手段に蓄えられたエネルギにより動作する原動機とを備え、前記アクチュエータの少なくとも１つは、少なくとも１つの前記原動機と連結された複合アクチュエータであることを特徴とする。
【００１３】
また、第６の発明は、第５の発明において、前記追加エネルギ発生手段は、前記複合アクチュエータを構成する前記原動機で発生するエネルギの増減の変化速度を、前記メインポンプの出力の増減の応答遅れに合わせて制御可能としたことを特徴とする。
【００１４】
更に、第７の発明は、第１の発明において、前記制御手段は、前記追加エネルギ発生手段の発生したエネルギが前記アクチュエータを駆動するまでに生じる損失が小さいほど、前記メインポンプが発生するエネルギの減少率を大きくするように、前記メインポンプを制御することを特徴とする。
【００１５】
また、第８の発明は、第７の発明において、前記制御手段は、エネルギを追加する場所が前記流量調整手段よりも前記アクチュエータ側の時は、エネルギを追加する場所が前記流量調整手段よりも前記メインポンプ側の時よりも、前記メインポンプが発生するエネルギの減少率を大きくするように、前記メインポンプを制御するこことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、回収したエネルギを効率良く使用することで、動力源の動力を低減して建設機械全体の燃量消費を大幅に低減することのできる建設機械を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の建設機械の第１の実施の形態を構成する電動・油圧機器のシステム構成図である。
【図２】本発明の建設機械の第１の実施の形態のブーム上げ操作時における油圧ポンプモータ発生エネルギとメインポンプ発生エネルギとブームシリンダに供給されるエネルギとの関係の一例を示す特性図である。
【図３】本発明の建設機械の第１の実施の形態の旋回操作時における油圧ポンプモータ発生エネルギとメインポンプ発生エネルギと旋回油圧モータに供給されるエネルギとの関係の一例を示す特性図である。
【図４】本発明の建設機械の第２の実施の形態を構成する電動・油圧機器のシステム構成図である。
【図５】本発明の建設機械の第２の実施の形態の旋回操作時における旋回電動機発生エネルギとメインポンプ発生エネルギと旋回油圧モータ及び旋回電動機の合計エネルギとの関係の一例を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、建設機械として油圧ショベルを例にとって本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。なお、本発明は、旋回体を備えた建設機械全般（作業機械を含む）に適用が可能であり、本発明の適用は油圧ショベルに限定されるものではない。
【実施例１】
【００１９】
図１は本発明の建設機械の第１の実施の形態を構成する電動・油圧機器のシステム構成図である。図１において、１は動力源であるエンジン、２はエンジンに供給される燃料を貯蔵する燃料タンク、３はエンジン１に駆動される可変容量型のメインポンプ、４は流量調整手段としてのコントロールバルブ、５はブーム操作用の制御弁、６は旋回体操作用の制御弁、７はブームシリンダ、８は旋回油圧モータ、９は発電・電動機（原動機）、１０はキャパシタ又はバッテリで構成する蓄電手段（エネルギ蓄積手段）、１１は発電・電動機９により駆動する油圧ポンプモータ（追加エネルギ発生手段）、１２ａ〜ｆは切替弁、２０はコントローラ（制御手段）を示す。メインポンプ３は可変容量機構として例えば斜板を有していて、この斜板の傾転角を容量制御装置３ａで調整することによりメインポンプ３の容量（押しのけ容積）を変化させ、圧油の吐出流量を制御している。
【００２０】
メインポンプ３から吐出される圧油を、ブームシリンダ７、旋回油圧モータ８等の各アクチュエータへ供給する主管路３０には、主管路３０内の圧油の圧力を制限するリリーフ弁１４と圧油の方向と流量を制御するコントロールバルブ４とが設けられている。リリーフ弁１４は、油圧配管内の圧力が設定圧力以上に上昇した場合に、主管路３０の圧油を作動油タンク１６へ逃がすものである。
【００２１】
流量調整手段としてのコントロールバルブ４は、ブーム操作用の制御弁５と旋回体操作用の制御弁６とを備えている。ブーム操作用の制御弁５と旋回体操作用の制御弁６とは、３位置６ポートの切替制御弁であって、その両パイロット操作部（図示せず）へ供給されるパイロット圧力により、各制御弁位置を切り替えて、作動油の流路の開口面積を変化させる。このことにより、メインポンプ３から各アクチュエータ７，８へ供給される作動油の方向と流量を制御して、各アクチュエータ７，８を駆動している。また、ブーム操作用の制御弁５と旋回体操作用の制御弁６とは、メインポンプ３からの圧油が供給される入口ポート５ｃ，６ｃと、作動油タンク１６に連通する出口ポート５ｄ，６ｄと、中立位置のときに連通するセンターポート５Ｔ，６Ｔと、各アクチュエータ７，８側に接続する接続ポート５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂとを有している。
【００２２】
ブームシリンダ７は、シリンダとピストンロッドとを有していて、シリンダは、ボトム側の油室７ａとロッド側の油室７ｂとを備えている。ボトム側の油室７ａには、後述する切替弁１２ａが配設された第１管路３１の一端側が接続されていて、第１管路３１の他端側は、ブーム操作用の制御弁５の接続ポート５ａに接続されている。ロッド側の油室７ｂには、第２管路３２の一端側が接続されていて、第２管路３２の他端側は、ブーム操作用の制御弁５の接続ポート５ｂに接続されている。
【００２３】
旋回油圧モータ８は、２つの作動油入口８ａ，８ｂを有していて、供給する作動油入口を変更することで、回転方向の変更を可能とする。一方の作動油入口８ａには、第３管路３３の一端側が接続されていて、第３管路３３の他端側は、旋回体操作用の制御弁６の接続ポート６ａに接続されている。他方の作動油入口８ｂには、第４管路３４の一端側が接続されていて、第４管路３４の他端側は、旋回体操作用の制御弁６の接続ポート６ｂに接続されている。
【００２４】
第３管路３３と第４管路３４とには、オーバーロードリリーフ弁８ｃと８ｄとがそれぞれ設けられている。また、第３管路３３と第４管路３４には、各管路側からの流出のみを許可するチェック弁８ｅ，８ｆがそれぞれ設けられ、これらのチェック弁８ｅ，８ｆの出口側は、第５管路３５によって接続されている。
【００２５】
発電・電動機９は、後述するコントローラ２０からの指令により、蓄電手段１０の電力を使ってトルクを発生する力行制御、又は、トルクを吸収することで発電し電力をエネルギ蓄積手段である蓄電手段１０に蓄える回生制御のいずれかが実行される。
【００２６】
油圧ポンプモータ１１は、その回転軸を発電・電動機９の回転軸と、直接又はギア等を介して機械的に連結している。発電・電動機９が力行制御される場合には、油圧ポンプモータ１１は油圧ポンプとして作動し、作動油を作動油タンク１６から吸引して後述する第１副管路３６と第２副管路３７とへ吐出する。一方、発電・電動機９が回生制御される場合には、油圧ポンプモータ１１は油圧モータとして作動し、後述する第３副管路３８からの作動油の圧力により回転される。
【００２７】
油圧ポンプモータ１１が、油圧ポンプとして作動する場合は、追加エネルギ発生手段となり、ブームシリンダ７や旋回油圧モータ８を駆動するための追加エネルギを発生する。この追加エネルギは、予め設定されている油圧ポンプモータ１１の容積と検出される油圧ポンプモータ１１の回転数と吐出圧力との積を時間積分することで求めることができる。
【００２８】
油圧ポンプモータ１１が油圧ポンプとして作動する場合に、油圧ポンプモータ１１からの圧油が吐出される第１副管路３６には、第１副管路３６内の圧油の圧力を制限するリリーフ弁１５と圧油の連通／遮断を制御する切替弁１２ｄ〜１２ｆとが設けられている。第２副管路３７は、切替弁１２ｆを介して一端側を第１副管路３６と接続し、他端側を主管路３０と接続している。第３副管路３８は、一端側で第１副管路３６と分岐接続し、他端側で切替弁１２ｂ，１２ｃを介して第１管路３１，第５管路３５とそれぞれ接続している。リリーフ弁１５は、油圧配管内の圧力が設定圧力以上に上昇した場合に、第１副管路３６の圧油を作動油タンク１６へ逃がすものである。なお、切替弁１２ｂ〜１２ｆは、２ポート２位置の電磁切替弁であって、その切替は、後述するコントローラ２０からの指令により制御されている。
【００２９】
切替弁１２ｂは、一方のポートを、第１管路３１からの流出のみを許可するチェック弁の出口側に接続し、他方のポートを第３副管路３８に接続している。
切替弁１２ｃは、一方のポートを第５管路３５の分岐部に接続し、他方のポートを第３副管路３８に接続している。
切替弁１２ｄは、一方のポートを、第３管路３３への流入のみを許可するチェック弁の入口側に接続し、他方のポートを第１副管路３６に接続している。
切替弁１２ｅは、一方のポートを、第４管路３４への流入のみを許可するチェック弁の入口側に接続し、他方のポートを第１副管路３６に接続している。
切替弁１２ｆは、一方のポートを、第２副管路３７を介して主管路３０への流入のみを許可するチェック弁の入口側に接続し、他方のポートを第１副管路３６に接続している。
【００３０】
切替弁１２ｄ，１２ｅ，１２ｆは、本発明の特徴の一つである切替手段であり、これらを開閉制御することによりエネルギを追加する場所を切り替える。具体的には、エネルギを追加する場所を、旋回油圧モータ８の作動油入口８ａ、作動油入口８ｂ、メインポンプ３の吐出管路となる主管路３０のいずれかに切り替え可能とする。
【００３１】
コントローラ２０は、図示しない各操作レバーの操作信号と、蓄電手段１０の電力の蓄電量とを入力し、容量制御装置３ａへ吐出流量指令を出力し、メインポンプ３の容量を制御し、発電・電動機９へ力行指令、又は回生指令を出力して、油圧ポンプモータ１１のトルクを制御している。また、切替弁１２ａ〜１２ｆの電磁操作部へ電流指令を出力し、各切替弁の開閉状態を制御する。
【００３２】
次に、上述した本発明の建設機械の第１の実施の形態の動作について説明する。まず、オペレータによるブーム操作について説明する。
図１において、ブーム操作用の制御弁５は、図示しない操作レバーの操作量がゼロである中立の場合の配置を示している。ここで、接続ポート５ａと５ｂは、入口ポート５ｃと出口ポート５ｄとそれぞれ遮断されていて、センターポート５Ｔが連通するので、メインポンプ３からの圧油は、作動油タンク１６へ供給される。
【００３３】
図示しない操作レバーによりブーム上げの操作が行われると、パイロット操作部（図示せず）へ供給されるパイロット圧力により、ブーム操作用の制御弁５は右方向へ移動してＡ位置に切換えられる。このことにより、入口ポート５ｃと接続ポート５ａとが連通し、出口ポート５ｄと接続ポート５ｂとが連通する。また、コントローラ２０は、ブーム上げの操作信号を入力し、切替弁１２ａの電磁操作部へ開指令を、切替弁１２ｂの電磁操作部へ閉指令をそれぞれ出力する。このことにより、メインポンプ３からの圧油は、第１管路３１を通ってブームシリンダ７のボトム側の油室７ａに供給され、ブームシリンダ７のロッド側の油室７ｂ内の圧油は、第２管路３２を通って作動油タンク１６に排出される。この結果、ブームシリンダ７のピストンロッドが伸長する。
【００３４】
一方、ブーム下げの操作が行われると、パイロット操作部（図示せず）へ供給されるパイロット圧力により、ブーム操作用の制御弁５は左方向へ移動してＢ位置に切換えられる。このことにより、入口ポート５ｃと接続ポート５ｂとが連通し、出口ポート５ｄと接続ポート５ａとが連通する。また、コントローラ２０は、ブーム下げの操作信号を入力し、切替弁１２ａの電磁操作部へ閉指令を、切替弁１２ｂの電磁操作部へ開指令をそれぞれ出力する。このことにより、メインポンプ３からの圧油は、第２管路３２を通ってブームシリンダ７のロッド側の油室７ｂに供給され、ブームシリンダ７のピストンロッドが縮小すると共に、ブームシリンダ７のボトム側の油室７ａから排出された圧油は、第１管路３１と第３副管路３８とを通って油圧ポンプモータ１１に導かれる。このことにより、油圧ポンプモータ１１は油圧モータとして作動し、発電・電動機９を回転させる。このとき、コントローラ２０は、発電・電動機９を回転方向と逆向きにトルクが発生するように回生制御し、その発電電力を蓄電手段１０に蓄える。
【００３５】
ところで、エネルギ蓄積手段である蓄電手段１０に十分な電力が蓄電されているときに、図示しない操作レバーによるブーム上げの操作が行われた場合には、コントローラ２０により、以下の追加エネルギシーケンス制御が行われる。ブーム操作用の制御弁５等の動作は上述のブーム上げ操作時と同じである。
【００３６】
まず、コントローラ２０に入力される蓄電手段１０の電力の蓄電量と、予め設定されている設定値とを比較し、入力値が設定値を超えている場合に、ブーム上げの操作信号が入力すると、コントローラ２０は、上述した切替弁１２ａ，１２ｂの電磁操作部への指令信号に加えて、切替弁１２ｆの電磁操作部へ開指令を出力する。また、発電・電動機９へ力行指令を出力し、油圧ポンプモータ１１を油圧ポンプとして作動させ、油圧ポンプモータ１１から吐出された圧油を第１副管路３６、切替弁１２ｆと第２副管路３７とを介して主管路３０へ合流させる。このことにより、ブーム上げを行うために、追加エネルギが付加されている。
【００３７】
一方、コントローラ２０は、容量制御装置３ａへ吐出流量減指令を出力し、メインポンプ３の容量を減少制御し、油圧ポンプモータ１１からの追加された吐出流量分を減少させる。このことにより、ブームシリンダ７に供給される作動油の量が変化しないため、追加エネルギあり／なしによる操作性の変化は発生しない。また、メインポンプ３の吐出流量を減少させるということは、メインポンプ３が発生する油圧エネルギを減少させることになる。この結果、駆動源であるエンジン１の負荷が減少するので、エンジン１の燃料消費量を減少することができる。
【００３８】
次に、オペレータによる旋回操作について説明する。
図１において、旋回体操作用の制御弁６は、図示しない操作レバーの操作量がゼロである中立の場合の配置を示している。図示しない操作レバーにより右旋回の操作が行われると、パイロット操作部（図示せず）へ供給されるパイロット圧力により、旋回体操作用の制御弁６は右方向へ移動してＡ位置に切換えられる。このことにより、入口ポート６ｃと接続ポート６ａとが連通し、出口ポート６ｄと接続ポート６ｂとが連通する。また、コントローラ２０は、右旋回の操作信号を入力し、切替弁１２ｃの電磁操作部へ閉指令を出力する。このことにより、メインポンプ３からの圧油は、第３管路３３を通って旋回油圧モータ８の作動油入口８ａに供給され、旋回油圧モータ８の作動油入口８ｂからの圧油は、第４管路３４を通って作動油タンク１６に排出される。この結果、旋回油圧モータ８を右方向に回転操作する。
【００３９】
一方、上述した右旋回の操作が行われ、その後図示しない操作レバーが中立にされたとき、すなわち旋回減速のときは、旋回体操作用の制御弁６は、図１に示す状態となり、接続ポート６ａと６ｂは、入口ポート６ｃと出口ポート６ｄとそれぞれ遮断されていて、センターポート６Ｔが連通する。また、コントローラ２０は、旋回中立の操作信号を入力し、切替弁１２ｃの電磁操作部へ開指令を出力する。このことにより、旋回油圧モータ８の作動油入口８ａ，８ｂから排出された圧油は、第５管路３５と第３副管路３８とを通って油圧ポンプモータ１１に導かれる。このことにより、油圧ポンプモータ１１は油圧モータとして作動し、発電・電動機９を回転させる。このとき、コントローラ２０は、発電・電動機９を回転方向と逆向きにトルクが発生するように回生制御し、その発電電力を蓄電手段１０に蓄える。
【００４０】
ところで、エネルギ蓄積手段である蓄電手段１０に十分な電力が蓄電されているときに、図示しない操作レバーによる右旋回の操作が行われた場合には、コントローラ２０により、以下の追加エネルギシーケンス制御が行われる。旋回体操作用の制御弁６等の動作は上述の右旋回操作時と同じである。
【００４１】
まず、コントローラ２０に入力される蓄電手段１０の電力の蓄電量と、予め設定されている設定値とを比較し、入力値が設定値を超えている場合に、右旋回の操作信号が入力すると、コントローラ２０は、上述した切替弁１２ｃの電磁操作部へ閉指令を、切替弁１２ｄの電磁操作部へ開指令を、切替弁１２ｅの電磁操作部へ閉指令をそれぞれ出力する。また、発電・電動機９へ力行指令を出力し、油圧ポンプモータ１１を油圧ポンプとして作動させ、油圧ポンプモータ１１から吐出された圧油を第１副管路３６、切替弁１２ｄを介して第３管路３３へ合流させる。このことにより、右旋回を行うために、追加エネルギが付加される。
【００４２】
一方、コントローラ２０は、容量制御装置３ａへ吐出流量減指令を出力し、メインポンプ３の容量を減少制御し、油圧ポンプモータ１１からの追加された吐出流量分を減少させる。この旋回操作において、作動油を合流させる場所（エネルギを追加する場所）は旋回体操作用の制御弁６と旋回油圧モータ８の間の第３管路３３になるため、上述したブーム上げの場合と異なり、油圧ポンプモータ１１から吐出した作動油は旋回体操作用の制御弁６を通過しない。このため、制御弁通過による作動油の漏れや圧力損失を原因とするエネルギ損失が生じないので、コントローラ２０は、メインポンプ３の吐出流量を油圧ポンプモータ１１の吐出流量以上に大きく減少させる。
【００４３】
すなわち、コントローラ２０は、右旋回の場合におけるメインポンプ３が発生する油圧エネルギの減少率を、ブーム上げの場合の減少率よりも大きくする。ここで、メインポンプ３が発生する油圧エネルギの減少率Ｋは次式で定義される。 Ｋ＝｛（追加エネルギなしの場合にメインポンプ３が発生するエネルギ）−（追加エネルギありの場合にメインポンプ３が発生するエネルギ）｝÷（油圧ポンプモータ１１が発生するエネルギ）
このことにより、旋回油圧モータ８に供給される作動油の量を追加エネルギあり／なしで変化させず、操作性の変化を発生させない。また、油圧ポンプモータ１１が発生したエネルギ以上にメインポンプ３が発生するエネルギを減少させることになる。この結果、駆動源であるエンジン１の負荷が減少するので、エンジン１の燃料消費量を減少することができる。
【００４４】
左旋回の操作が行われると、パイロット操作部（図示せず）へ供給されるパイロット圧力により、旋回体操作用の制御弁６は左方向へ移動してＢ位置に切換えられる。このことにより、入口ポート６ｃと接続ポート６ｂとが連通し、出口ポート６ｄと接続ポート６ａとが連通する。また、コントローラ２０は、左旋回の操作信号を入力し、切替弁１２ｃの電磁操作部へ閉指令を出力する。このことにより、メインポンプ３からの圧油は、第４管路３４を通って旋回油圧モータ８の作動油入口８ｂに供給され、旋回油圧モータ８の作動油入口８ａからの圧油は、第３管路３３を通って作動油タンク１６に排出される。この結果、旋回油圧モータ８を左方向に回転操作する。
【００４５】
コントローラ２０は、蓄電手段１０に十分な電力が蓄電されている時は、切替弁１２ｅを開き、切替弁１２ｄを閉じるように制御する。その他の制御方法、及び制御の効果は、右旋回の場合と同様なので詳細説明は省略する。
【００４６】
次に、上述した本発明の建設機械の第１の実施の形態における油圧ポンプモータ発生エネルギとメインポンプ発生エネルギ等との関係について図２及び図３を用いて説明する。図２は本発明の建設機械の第１の実施の形態のブーム上げ操作時における油圧ポンプモータ発生エネルギとメインポンプ発生エネルギとブームシリンダに供給されるエネルギとの関係の一例を示す特性図、図３は本発明の建設機械の第１の実施の形態の旋回操作時における油圧ポンプモータ発生エネルギとメインポンプ発生エネルギと旋回油圧モータに供給されるエネルギとの関係の一例を示す特性図である。
【００４７】
図２及び図３において、破線部は「追加エネルギなし」の特性を示し、蓄電手段１０に十分な電力が蓄電されておらず、油圧ポンプモータ１１で追加エネルギを発生しない場合を表す。実線部は「追加エネルギあり」の特性を示し、蓄電手段１０に十分な電力が蓄電されていて、油圧ポンプモータ１１で追加エネルギを発生する場合を表す。
【００４８】
図２のブーム上げ操作において、「追加エネルギあり」の場合は、ブーム上げ操作に応じて油圧ポンプモータ１１で油圧エネルギＳ２を発生する（作動油を吐出する）。同時に、メインポンプ３で発生する油圧エネルギＭ２を、「追加エネルギなし」の場合のエネルギＭ１よりも小さくしている。この時、コントローラ２０は、次式が成立するように制御する。
Ｍ２＝Ｍ１−Ｓ２
このような制御が実行されることで、「追加エネルギあり」の時にブームシリンダ７に供給されるエネルギと、「追加エネルギなし」の時にブームシリンダ７に供給されるエネルギとが同じになり、追加エネルギあり／なしで同じ操作性を保つことができる。また、「追加エネルギあり」の場合は、メインポンプ３が発生するエネルギを減少させて、駆動源であるエンジン１の負荷が減少するので、エンジン１の燃料消費量を減少することができる。
【００４９】
しかしながら、上述したように、ブーム上げの場合、追加エネルギはコントロールバルブ４を通過してアクチュエータであるブームシリンダ７に作用するため、コントロールバルブ４でエネルギ損失が生じ、十分な燃料低減効果が得られないという憾みがあった。そこで、旋回操作の場合には、以下の制御を行っている。
【００５０】
図３の旋回操作において、「追加エネルギあり」の場合は、ブーム上げの場合と同様に、旋回操作に応じて油圧ポンプモータ１１で油圧エネルギＳ４を発生する（作動油を吐出する）。同時に、メインポンプ３で発生する油圧エネルギＭ４を、「追加エネルギなし」の場合のエネルギＭ３よりも小さくしている。この時、コントローラ２０は、次式が成立するように制御する。
Ｍ４＝Ｍ３−Ｓ４×Ｋ
ここで、Ｋは上述した減少率を示し、作動油が旋回体操作用の制御弁６を通過する時に失われるエネルギに基づいて１以上の値を、予め設定する。具体的には、旋回体操作用の制御弁６に入る作動油のエネルギ（圧力×流量の時間積分値）を、旋回体操作用の制御弁６から出てくる作動油のエネルギ（圧力×流量の時間積分値）で除した値にする。
【００５１】
例えば、旋回体操作用の制御弁６の効率（＝（出てくる作動油のエネルギ）÷（入る作動油のエネルギ））が０．８の場合、減少率Ｋは、１÷０．８＝１．２５として算出され、この値を設定する。このことは、旋回体操作用の制御弁６の効率が悪ければ（損失が大きければ）、減少率Ｋを大きくすることを意味する。
【００５２】
一方、コントローラ２０は、容量制御装置３ａへ吐出流量減指令を出力し、メインポンプ３の容量を減少制御し、油圧ポンプモータ１１からの追加された吐出流量分を減少させる。この旋回操作において、作動油を合流させる場所（エネルギを追加する場所）は旋回体操作用の制御弁６と旋回油圧モータ８の間の第３管路３３になるため、上述したブーム上げの場合と異なり、油圧ポンプモータ１１から吐出した作動油は旋回体操作用の制御弁６を通過しない。このため、制御弁通過による作動油の漏れや圧力損失を原因とするエネルギ損失が生じないので、コントローラ２０は、メインポンプ３の吐出流量を油圧ポンプモータ１１の吐出流量以上に大きく減少させる。
【００５３】
すなわち、コントローラ２０は、右旋回の場合におけるメインポンプ３が発生する油圧エネルギの減少率を、ブーム上げの場合の減少率よりも大きくする。ここで、メインポンプ３が発生する油圧エネルギの減少率Ｋは次式で定義される。 Ｋ＝｛（追加エネルギなしの場合にメインポンプ３が発生するエネルギ）−（追加エネルギありの場合にメインポンプ３が発生するエネルギ）｝÷（油圧ポンプモータ１１が発生するエネルギ）
換言すると、ブーム上げのように、追加エネルギ発生手段である油圧ポンプモータ１１が発生したエネルギがアクチュエータであるブームシリンダ７を駆動するまでに生じる損失が大きい場合と、旋回のように、追加エネルギ発生手段である油圧ポンプモータ１１が発生したエネルギがアクチュエータである旋回油圧モータ８を駆動するまでに生じる損失が小さい場合とでは、メインポンプ３が発生するエネルギの減少率Ｋが異なる。旋回のように、損失が小さければ小さいほど、減少率Ｋを大きくするようにコントローラ２０は制御している。
【００５４】
また、ブーム上げのように、エネルギを追加する場所が、流量調整手段としてのコントロールバルブ４のメインポンプ３側の場合と、旋回のように、流量調整手段としてのコントロールバルブ４のアクチュエータ８側の場合とでは、メインポンプ３が発生するエネルギの減少率Ｋが異なる。旋回のように、コントロールバルブ４のアクチュエータ８側のときに、減少率Ｋを大きくするようにコントローラ２０は制御している。
【００５５】
なお、旋回体操作用の制御弁６に入る作動油のエネルギを、旋回体操作用の制御弁６から出てくる作動油のエネルギで除した値は、操作量が小さい時ほど大きくなる傾向があるので、操作量が小さい時は減少率Ｋを大きくしても良い。
【００５６】
このようにすることで、「追加エネルギあり」の時に旋回油圧モータ８に供給されるエネルギと、「追加エネルギなし」の時に旋回油圧モータ８に供給されるエネルギが同じになり、追加エネルギあり／なしで同じ操作性を保つことができる。また、「追加エネルギあり」の場合は、メインポンプ３が発生するエネルギを減少させて、駆動源であるエンジン１の負荷が減少するので、エンジン１の燃料消費量を減少することができる。
【００５７】
以上のように、エネルギ蓄積手段である蓄電手段１０に十分な電力が蓄電されている時に旋回操作が行われた時は、ブーム上げ操作が行われた時よりも大きな燃料低減効果が得られる。
【００５８】
上述した本発明の建設機械の第１の実施の形態によれば、回収したエネルギを効率良く使用することで、動力源であるエンジン１の動力を低減して建設機械全体の燃量消費を大幅に低減することのできる建設機械を提供できる。
【００５９】
なお、ブーム上げでエネルギを追加する場合は、メインポンプ３と油圧ポンプモータ１１の流量制御に誤差が生じても、それらの合計流量はブーム操作用の制御弁５により調整されるため、ブームシリンダ７に供給される流量の誤差は小さく、操作性を大きく損なうことはない。しかし、旋回操作でエネルギを追加する場合は、油圧ポンプモータ１１の流量制御の誤差は、旋回体操作用の制御弁６により調整されないため、そのまま旋回油圧モータ８に供給される流量の誤差になる。しかし、旋回体の慣性モーメントが大きいため、旋回動作に大きな影響を及ぼさず、操作性を大きく損なうことはない。
【００６０】
また、本実施の形態においては、ブームシリンダ７と旋回油圧モータ８をアクチュエータとした場合について説明したが、これに限るものではない。ブームシリンダ７と旋回油圧モータ８の代わりに別のアクチュエータを用いても良い。ただし、油圧ポンプモータ１１から吐出した作動油が旋回体操作用の制御弁６を通らずに直接供給されるアクチュエータ（図１の場合は旋回油圧モータ８）は、油圧ポンプモータ１１の流量制御の誤差があまり影響しないアクチュエータにするか、その誤差による操作性悪化を許容できるアクチュエータにする必要がある。
【実施例２】
【００６１】
以下、本発明の建設機械の第２の実施の形態を図面を用いて説明する。図４は本発明の建設機械の第２の実施の形態を構成する電動・油圧機器のシステム構成図である。図４において、図１乃至図３に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
【００６２】
図４に示す本発明の建設機械の第２の実施の形態は、大略第１の実施の形態と同様の油圧源と作業機等とで構成されるが、以下の構成が異なる。
第１の実施の形態における油圧ポンプモータ１１が吐出した作動油を旋回体操作用の制御弁６と旋回油圧モータ８の間で合流させる構成（切替弁１２ｄ，１２ｅとそれらの前後の油圧配管）を省略し、旋回油圧モータ８の回転軸とその回転軸を直接又はギア等を介して機械的に連結した旋回電動機１３（原動機）を新たに設けている（追加エネルギ発生手段）。
【００６３】
旋回電動機１３は、コントローラ２０からの指令により、蓄電手段１０の電力を使ってトルクを発生する力行制御が実行される。旋回体は、旋回油圧モータ８と旋回電動機１３の合計トルクで駆動される。換言すると、旋回体は旋回電動機１３と旋回油圧モータ８とが連結された複合アクチュエータで駆動される。
【００６４】
次に、上述した本発明の建設機械の第２の実施の形態の動作について説明する。まず、ブーム上げ、ブーム下げ、旋回減速のときにコントローラ２０が実行する制御は、省略した切替弁１２ｄ，１２ｅへの指令等を除き上述の第１の実施の形態と大略同じである。
【００６５】
ところで、エネルギ蓄積手段である蓄電手段１０に十分な電力が蓄電されているときに、図示しない操作レバーによる右旋回又は左旋回の操作が行われた場合には、コントローラ２０により、以下の追加エネルギシーケンス制御が行われる。旋回体操作用の制御弁６等の動作は上述の第１の実施の形態と同じである。
【００６６】
まず、コントローラ２０に入力される蓄電手段１０の電力の蓄電量と、予め設定されている設定値とを比較し、入力値が設定値を超えている場合に、右旋回又は左旋回の操作信号が入力すると、コントローラ２０は、上述した切替弁１２ｃの電磁操作部へ閉指令を、旋回電動機１３へ力行指令をそれぞれ出力するので、旋回電動機１３は旋回油圧モータ８をアシストして、旋回体駆動のトルクを増加させる。このことにより、右旋回又は左旋回を行うために、追加エネルギが付加される。この追加エネルギは、検出される旋回電動機１３のトルクと回転数との積を時間積分することで求めることができる。
【００６７】
一方、コントローラ２０は、旋回電動機１３から旋回油圧モータ８に追加されたエネルギ分を減少させるように、容量制御装置３ａへ吐出流量減指令を出力し、メインポンプ３の容量を減少制御する。この旋回体の操作において、旋回電動機１３で発生するエネルギは旋回体に直接作用する。このため、上述したブーム上げの油圧ポンプモータ１１で発生したエネルギの制御弁での損失ということは生じないので、コントローラ２０は、メインポンプ３で発生するエネルギを旋回電動機１３で発生するエネルギ以上に大きく減少させる。
【００６８】
このことにより、旋回体を駆動するエネルギを変化させず、操作性の変化を発生させない。また、旋回電動機１３が発生したエネルギ以上にメインポンプ３が発生するエネルギを減少させることになる。この結果、駆動源であるエンジン１の負荷が減少するので、エンジン１の燃料消費量を大きく減少できる。
【００６９】
エネルギ蓄積手段である蓄電手段１０に十分な電力が蓄電されている状態の下、コントローラ２０は、旋回体駆動時に、旋回電動機１３による追加エネルギシーケンス制御を行い、ブーム駆動時に、上述した油圧ポンプモータ１１を油圧ポンプとして作動させる追加エネルギシーケンス制御を行う。ブームと旋回体を同時に駆動する場合には、旋回電動機１３による追加エネルギシーケンス制御と油圧ポンプモータ１１を油圧ポンプとして作動させる追加エネルギシーケンス制御とを行う。
【００７０】
次に、上述した本発明の建設機械の第２の実施の形態における旋回電動機発生エネルギとメインポンプ発生エネルギ等と旋回体駆動エネルギとの関係について図５を用いて説明する。図５は本発明の建設機械の第２の実施の形態の旋回操作時における旋回電動機発生エネルギとメインポンプ発生エネルギと旋回油圧モータ及び旋回電動機の合計エネルギとの関係の一例を示す特性図である。図５において、図１乃至図４に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
【００７１】
図５において、破線部は「追加エネルギなし」の特性を示し、蓄電手段１０に十分な電力が蓄電されておらず、旋回電動機１３で追加エネルギを発生しない場合を表す。実線部は「追加エネルギあり」の特性を示し、蓄電手段１０に十分な電力が蓄電されていて、旋回電動機１３で追加エネルギを発生する場合を表す。
【００７２】
図５の旋回操作において、「追加エネルギあり」の場合は、旋回操作に応じて旋回電動機１３でエネルギＳ６を発生する（トルクを発生する）。同時に、メインポンプ３で発生する油圧エネルギＭ６を、「追加エネルギなし」の場合のエネルギＭ５よりも小さくしている。この時、コントローラ２０は、次式が成立するように制御する。
Ｍ６＝Ｍ５−Ｓ６×Ｋ
ここで、Ｋは上述した減少率を示し、作動油が旋回体操作用の制御弁６を通過する時に失われるエネルギに基づいて１以上の値を、予め設定する。具体的には、旋回体操作用の制御弁６に入る作動油のエネルギ（圧力×流量の時間積分値）を、旋回油圧モータで発生するエネルギ（トルク×角速度の時間積分値）で除した値にする。
【００７３】
例えば、旋回体操作用の制御弁６の効率（＝（出てくる作動油のエネルギ）÷（入る作動油のエネルギ））が０．８、旋回油圧モータ８の効率（＝（発生する回転エネルギ）÷（入る作動油のエネルギ））が０．９の場合、減少率Ｋは、１÷（０．８×０．９）≒１．３９として算出され、この値を設定する。
【００７４】
また、旋回電動機１３と旋回油圧モータ８との間にギアが設けられ、旋回電動機１３が出力したエネルギの一部がそのギアによって失われる場合は、減少率Ｋはその分小さくする。
【００７５】
例えば、旋回体操作用の制御弁６の効率が０．８、旋回油圧モータ８の効率が０．９、旋回電動機１３のギアの効率が０．９の場合、減少率Ｋは、０．９÷（０．８×０．９）＝１．２５として算出され、この値を設定する。
【００７６】
なお、旋回体操作用の制御弁６に入る作動油のエネルギを、旋回油圧モータ８で発生するエネルギで除した値は、操作量が小さい時ほど大きくなる傾向があるので、操作量が小さい時は減少率Ｋを大きくするように制御しても良い。
【００７７】
また、旋回体操作用の制御弁６に入る作動油のエネルギを、旋回油圧モータ８で発生するエネルギで除した値は、旋回油圧モータ８のメータイン側の図示しないリリーフ弁でリリーフした時は大きくなるので、旋回油圧モータ８のメータイン圧があらかじめ設定した閾値を超えた時は減少率Ｋを大きくするように制御しても良い。
【００７８】
さらに、一般的に電動機は油圧ポンプよりも出力を増減させる時の応答が速いため、旋回電動機１３の出力を急激に増減させたとしても、それに合わせてメインポンプ３の出力は増減できない。よって、メインポンプ３の出力の増減の応答遅れの分だけ、旋回電動機１３の出力の増減を遅らせるように制御しても良い。
【００７９】
このようにすることで、「追加エネルギあり」の時に旋回体に与えられるエネルギと、「追加エネルギなし」の時に旋回体に与えられるエネルギとが同じになり、追加エネルギあり／なしで同じ操作性を保つことができる。また、「追加エネルギあり」の場合は、メインポンプ３が発生するエネルギを減少させて、駆動源であるエンジン１の負荷が減少するので、エンジン１の燃料消費量を減少することができる。
【００８０】
以上のように、エネルギ蓄積手段である蓄電手段１０に十分な電力が蓄電されている時に旋回操作が行われた時は、ブーム上げ操作が行われた時よりも大きな燃料低減効果が得られる。
【００８１】
上述した本発明の建設機械の第２の実施の形態によれば、上述した第１の実施の形態と同様な効果を得ることができる。
【００８２】
なお、一般的に電動機は油圧ポンプよりも高い精度で発生するエネルギを制御することが可能であるため、旋回動作の操作性を大きく損なうことはない。
【００８３】
また、本実施の形態においては、ブームシリンダ７と旋回油圧モータ８をアクチュエータとした場合について説明したが、これに限るものではない。ブームシリンダ７代わりに別のアクチュエータを用いても良いし、電動機によりエネルギを追加するアクチュエータは旋回以外でも良い。
【符号の説明】
【００８４】
１ エンジン
２ 燃料タンク
３ メインポンプ
４ コントロールバルブ（流量調整手段）
５ ブーム操作用の制御弁
６ 旋回体操作用の制御弁
７ ブームシリンダ
８ 旋回油圧モータ
９ 発電・電動機（原動機）
１０ 蓄電手段（エネルギ蓄積手段）
１１ 油圧ポンプモータ
１２ 切替弁
１３ 旋回電動機（原動機）
１４ リリーフ弁
１５ リリーフ弁
１６ 作動油タンク
２０ コントローラ（制御手段）
３０ 主管路
３６ 第１副管路
３７ 第２副管路
３８ 第３副管路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建設機械に係り、特に、１つのアクチュエータに対して２つ以上のエネルギ供給手段を有する建設機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、建設機械の１つである油圧ショベルは、エンジン等の原動機と、この原動機により駆動される油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出された圧油によりブーム、アーム、バケット、及び旋回体等を駆動する各油圧シリンダとを含む油圧アクチュエータと、油圧ポンプからの圧油を油圧アクチュエータに切替え供給するコントロールバルブ（操作弁）を備えている。このような建設機械において、動力源の動力を低減して建設機械全体の燃量消費を低減するために、自重で落下するブームの位置エネルギや、旋回体の慣性運動エネルギを回収し、有効活用する技術が提案されている。
【０００３】
例えば、油圧アクチュエータからの戻り油を回収手段で回収後、回生手段により回生し、回生した回生流量を油圧ポンプからの吐出流量に合流させるとき、エンジン等の駆動手段によって駆動される前記油圧ポンプからの吐出流量を前記回生流量に応じて制御するものがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−８４９０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の従来技術において、回生した回生流量と油圧ポンプからの吐出流量とを合流させた作動油の全流量は、コントロールバルブ（操作弁）を介して油圧アクチュエータに供給されている。
【０００６】
コントロールバルブにおいては、作動油の漏れや圧力損失を原因とするエネルギ損失が生じるので、回収したエネルギの全てを油圧アクチュエータで使用することは難しかった。このため、上述した従来技術においては、十分な燃料低減効果を得られないという課題があった。
【０００７】
本発明は上述の事柄に基づいてなされたもので、その目的は、回収したエネルギを効率良く使用することで、大きな燃料低減効果が得られる建設機械を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、第１の発明は、２つ以上のアクチュエータと、前記アクチュエータを駆動するための油圧エネルギを発生するメインポンプと、前記メインポンプと前記アクチュエータとの間に設けた流量調整手段と、前記油圧エネルギに追加するためのエネルギを発生する追加エネルギ発生手段と、前記追加エネルギ発生手段でエネルギが発生するときに、前記メインポンプの発生する油圧エネルギを減少させる制御手段とを備えた建設機械であって、前記追加エネルギ発生手段からの前記エネルギを追加する場所を前記アクチュエータに応じて選択的に切り替える切替手段を更に備え、前記制御手段は、前記エネルギを追加する前記アクチュエータに応じて、前記メインポンプの発生する油圧エネルギの減少率を変更制御するものとする。
【０００９】
また、第２の発明は、第１の発明において、前記切替手段は、前記エネルギを追加する前記アクチュエータに応じて、前記エネルギを追加する場所を、前記流量調整手段よりも前記メインポンプ側または前記流量調整手段よりも前記アクチュエータ側に供給するように切り替えることを特徴とする。
【００１０】
更に、第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記追加エネルギ発生手段は、エネルギ蓄積手段と、前記エネルギ蓄積手段に蓄えられたエネルギにより動作する原動機と、前記原動機により駆動される油圧ポンプとを備えることを特徴とする。
【００１１】
また、第４の発明は、第１の発明において、前記切替手段は、前記エネルギを追加する前記アクチュエータに応じて、前記エネルギを追加する場所を、前記流量調整手段よりも前記メインポンプ側または前記アクチュエータに直接作用するように切り替えることを特徴とする。
【００１２】
更に、第５の発明は、第１又は第４の発明のいずれかにおいて、前記追加エネルギ発生手段は、エネルギ蓄積手段と、前記エネルギ蓄積手段に蓄えられたエネルギにより動作する原動機とを備え、前記アクチュエータの少なくとも１つは、少なくとも１つの前記原動機と連結された複合アクチュエータであることを特徴とする。
【００１３】
また、第６の発明は、第５の発明において、前記追加エネルギ発生手段は、前記複合アクチュエータを構成する前記原動機で発生するエネルギの増減の変化速度を、前記メインポンプの出力の増減の応答遅れに合わせて制御可能としたことを特徴とする。
【００１４】
更に、第７の発明は、第１の発明において、前記制御手段は、前記追加エネルギ発生手段の発生したエネルギが前記アクチュエータを駆動するまでに生じる損失が小さいほど、前記メインポンプが発生するエネルギの減少率を大きくするように、前記メインポンプを制御することを特徴とする。
【００１５】
また、第８の発明は、第７の発明において、前記制御手段は、エネルギを追加する場所が前記流量調整手段よりも前記アクチュエータ側の時は、エネルギを追加する場所が前記流量調整手段よりも前記メインポンプ側の時よりも、前記メインポンプが発生するエネルギの減少率を大きくするように、前記メインポンプを制御するこことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、回収したエネルギを効率良く使用することで、動力源の動力を低減して建設機械全体の燃量消費を大幅に低減することのできる建設機械を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の建設機械の第１の実施の形態を構成する電動・油圧機器のシステム構成図である。
【図２】本発明の建設機械の第１の実施の形態のブーム上げ操作時における油圧ポンプモータ発生エネルギとメインポンプ発生エネルギとブームシリンダに供給されるエネルギとの関係の一例を示す特性図である。
【図３】本発明の建設機械の第１の実施の形態の旋回操作時における油圧ポンプモータ発生エネルギとメインポンプ発生エネルギと旋回油圧モータに供給されるエネルギとの関係の一例を示す特性図である。
【図４】本発明の建設機械の第２の実施の形態を構成する電動・油圧機器のシステム構成図である。
【図５】本発明の建設機械の第２の実施の形態の旋回操作時における旋回電動機発生エネルギとメインポンプ発生エネルギと旋回油圧モータ及び旋回電動機の合計エネルギとの関係の一例を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、建設機械として油圧ショベルを例にとって本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。なお、本発明は、旋回体を備えた建設機械全般（作業機械を含む）に適用が可能であり、本発明の適用は油圧ショベルに限定されるものではない。
【実施例１】
【００１９】
図１は本発明の建設機械の第１の実施の形態を構成する電動・油圧機器のシステム構成図である。図１において、１は動力源であるエンジン、２はエンジンに供給される燃料を貯蔵する燃料タンク、３はエンジン１に駆動される可変容量型のメインポンプ、４は流量調整手段としてのコントロールバルブ、５はブーム操作用の制御弁、６は旋回体操作用の制御弁、７はブームシリンダ、８は旋回油圧モータ、９は発電・電動機（原動機）、１０はキャパシタ又はバッテリで構成する蓄電手段（エネルギ蓄積手段）、１１は発電・電動機９により駆動する油圧ポンプモータ（追加エネルギ発生手段）、１２ａ〜ｆは切替弁、２０はコントローラ（制御手段）を示す。メインポンプ３は可変容量機構として例えば斜板を有していて、この斜板の傾転角を容量制御装置３ａで調整することによりメインポンプ３の容量（押しのけ容積）を変化させ、圧油の吐出流量を制御している。
【００２０】
メインポンプ３から吐出される圧油を、ブームシリンダ７、旋回油圧モータ８等の各アクチュエータへ供給する主管路３０には、主管路３０内の圧油の圧力を制限するリリーフ弁１４と圧油の方向と流量を制御するコントロールバルブ４とが設けられている。リリーフ弁１４は、油圧配管内の圧力が設定圧力以上に上昇した場合に、主管路３０の圧油を作動油タンク１６へ逃がすものである。
【００２１】
流量調整手段としてのコントロールバルブ４は、ブーム操作用の制御弁５と旋回体操作用の制御弁６とを備えている。ブーム操作用の制御弁５と旋回体操作用の制御弁６とは、３位置６ポートの切替制御弁であって、その両パイロット操作部（図示せず）へ供給されるパイロット圧力により、各制御弁位置を切り替えて、作動油の流路の開口面積を変化させる。このことにより、メインポンプ３から各アクチュエータ７，８へ供給される作動油の方向と流量を制御して、各アクチュエータ７，８を駆動している。また、ブーム操作用の制御弁５と旋回体操作用の制御弁６とは、メインポンプ３からの圧油が供給される入口ポート５ｃ，６ｃと、作動油タンク１６に連通する出口ポート５ｄ，６ｄと、中立位置のときに連通するセンターポート５Ｔ，６Ｔと、各アクチュエータ７，８側に接続する接続ポート５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂとを有している。
【００２２】
ブームシリンダ７は、シリンダとピストンロッドとを有していて、シリンダは、ボトム側の油室７ａとロッド側の油室７ｂとを備えている。ボトム側の油室７ａには、後述する切替弁１２ａが配設された第１管路３１の一端側が接続されていて、第１管路３１の他端側は、ブーム操作用の制御弁５の接続ポート５ａに接続されている。ロッド側の油室７ｂには、第２管路３２の一端側が接続されていて、第２管路３２の他端側は、ブーム操作用の制御弁５の接続ポート５ｂに接続されている。
【００２３】
旋回油圧モータ８は、２つの作動油入口８ａ，８ｂを有していて、供給する作動油入口を変更することで、回転方向の変更を可能とする。一方の作動油入口８ａには、第３管路３３の一端側が接続されていて、第３管路３３の他端側は、旋回体操作用の制御弁６の接続ポート６ａに接続されている。他方の作動油入口８ｂには、第４管路３４の一端側が接続されていて、第４管路３４の他端側は、旋回体操作用の制御弁６の接続ポート６ｂに接続されている。
【００２４】
第３管路３３と第４管路３４とには、オーバーロードリリーフ弁８ｃと８ｄとがそれぞれ設けられている。また、第３管路３３と第４管路３４には、各管路側からの流出のみを許可するチェック弁８ｅ，８ｆがそれぞれ設けられ、これらのチェック弁８ｅ，８ｆの出口側は、第５管路３５によって接続されている。
【００２５】
発電・電動機９は、後述するコントローラ２０からの指令により、蓄電手段１０の電力を使ってトルクを発生する力行制御、又は、トルクを吸収することで発電し電力をエネルギ蓄積手段である蓄電手段１０に蓄える回生制御のいずれかが実行される。
【００２６】
油圧ポンプモータ１１は、その回転軸を発電・電動機９の回転軸と、直接又はギア等を介して機械的に連結している。発電・電動機９が力行制御される場合には、油圧ポンプモータ１１は油圧ポンプとして作動し、作動油を作動油タンク１６から吸引して後述する第１副管路３６と第２副管路３７とへ吐出する。一方、発電・電動機９が回生制御される場合には、油圧ポンプモータ１１は油圧モータとして作動し、後述する第３副管路３８からの作動油の圧力により回転される。
【００２７】
油圧ポンプモータ１１が、油圧ポンプとして作動する場合は、追加エネルギ発生手段となり、ブームシリンダ７や旋回油圧モータ８を駆動するための追加エネルギを発生する。この追加エネルギは、予め設定されている油圧ポンプモータ１１の容積と検出される油圧ポンプモータ１１の回転数と吐出圧力との積を時間積分することで求めることができる。
【００２８】
油圧ポンプモータ１１が油圧ポンプとして作動する場合に、油圧ポンプモータ１１からの圧油が吐出される第１副管路３６には、第１副管路３６内の圧油の圧力を制限するリリーフ弁１５と圧油の連通／遮断を制御する切替弁１２ｄ〜１２ｆとが設けられている。第２副管路３７は、切替弁１２ｆを介して一端側を第１副管路３６と接続し、他端側を主管路３０と接続している。第３副管路３８は、一端側で第１副管路３６と分岐接続し、他端側で切替弁１２ｂ，１２ｃを介して第１管路３１，第５管路３５とそれぞれ接続している。リリーフ弁１５は、油圧配管内の圧力が設定圧力以上に上昇した場合に、第１副管路３６の圧油を作動油タンク１６へ逃がすものである。なお、切替弁１２ｂ〜１２ｆは、２ポート２位置の電磁切替弁であって、その切替は、後述するコントローラ２０からの指令により制御されている。
【００２９】
切替弁１２ｂは、一方のポートを、第１管路３１からの流出のみを許可するチェック弁の出口側に接続し、他方のポートを第３副管路３８に接続している。
切替弁１２ｃは、一方のポートを第５管路３５の分岐部に接続し、他方のポートを第３副管路３８に接続している。
切替弁１２ｄは、一方のポートを、第３管路３３への流入のみを許可するチェック弁の入口側に接続し、他方のポートを第１副管路３６に接続している。
切替弁１２ｅは、一方のポートを、第４管路３４への流入のみを許可するチェック弁の入口側に接続し、他方のポートを第１副管路３６に接続している。
切替弁１２ｆは、一方のポートを、第２副管路３７を介して主管路３０への流入のみを許可するチェック弁の入口側に接続し、他方のポートを第１副管路３６に接続している。
【００３０】
切替弁１２ｄ，１２ｅ，１２ｆは、本発明の特徴の一つである切替手段であり、これらを開閉制御することによりエネルギを追加する場所を切り替える。具体的には、エネルギを追加する場所を、旋回油圧モータ８の作動油入口８ａ、作動油入口８ｂ、メインポンプ３の吐出管路となる主管路３０のいずれかに切り替え可能とする。
【００３１】
コントローラ２０は、図示しない各操作レバーの操作信号と、蓄電手段１０の電力の蓄電量とを入力し、容量制御装置３ａへ吐出流量指令を出力し、メインポンプ３の容量を制御し、発電・電動機９へ力行指令、又は回生指令を出力して、油圧ポンプモータ１１のトルクを制御している。また、切替弁１２ａ〜１２ｆの電磁操作部へ電流指令を出力し、各切替弁の開閉状態を制御する。
【００３２】
次に、上述した本発明の建設機械の第１の実施の形態の動作について説明する。まず、オペレータによるブーム操作について説明する。
図１において、ブーム操作用の制御弁５は、図示しない操作レバーの操作量がゼロである中立の場合の配置を示している。ここで、接続ポート５ａと５ｂは、入口ポート５ｃと出口ポート５ｄとそれぞれ遮断されていて、センターポート５Ｔが連通するので、メインポンプ３からの圧油は、作動油タンク１６へ供給される。
【００３３】
図示しない操作レバーによりブーム上げの操作が行われると、パイロット操作部（図示せず）へ供給されるパイロット圧力により、ブーム操作用の制御弁５は右方向へ移動してＡ位置に切換えられる。このことにより、入口ポート５ｃと接続ポート５ａとが連通し、出口ポート５ｄと接続ポート５ｂとが連通する。また、コントローラ２０は、ブーム上げの操作信号を入力し、切替弁１２ａの電磁操作部へ開指令を、切替弁１２ｂの電磁操作部へ閉指令をそれぞれ出力する。このことにより、メインポンプ３からの圧油は、第１管路３１を通ってブームシリンダ７のボトム側の油室７ａに供給され、ブームシリンダ７のロッド側の油室７ｂ内の圧油は、第２管路３２を通って作動油タンク１６に排出される。この結果、ブームシリンダ７のピストンロッドが伸長する。
【００３４】
一方、ブーム下げの操作が行われると、パイロット操作部（図示せず）へ供給されるパイロット圧力により、ブーム操作用の制御弁５は左方向へ移動してＢ位置に切換えられる。このことにより、入口ポート５ｃと接続ポート５ｂとが連通し、出口ポート５ｄと接続ポート５ａとが連通する。また、コントローラ２０は、ブーム下げの操作信号を入力し、切替弁１２ａの電磁操作部へ閉指令を、切替弁１２ｂの電磁操作部へ開指令をそれぞれ出力する。このことにより、メインポンプ３からの圧油は、第２管路３２を通ってブームシリンダ７のロッド側の油室７ｂに供給され、ブームシリンダ７のピストンロッドが縮小すると共に、ブームシリンダ７のボトム側の油室７ａから排出された圧油は、第１管路３１と第３副管路３８とを通って油圧ポンプモータ１１に導かれる。このことにより、油圧ポンプモータ１１は油圧モータとして作動し、発電・電動機９を回転させる。このとき、コントローラ２０は、発電・電動機９を回転方向と逆向きにトルクが発生するように回生制御し、その発電電力を蓄電手段１０に蓄える。
【００３５】
ところで、エネルギ蓄積手段である蓄電手段１０に十分な電力が蓄電されているときに、図示しない操作レバーによるブーム上げの操作が行われた場合には、コントローラ２０により、以下の追加エネルギシーケンス制御が行われる。ブーム操作用の制御弁５等の動作は上述のブーム上げ操作時と同じである。
【００３６】
まず、コントローラ２０に入力される蓄電手段１０の電力の蓄電量と、予め設定されている設定値とを比較し、入力値が設定値を超えている場合に、ブーム上げの操作信号が入力すると、コントローラ２０は、上述した切替弁１２ａ，１２ｂの電磁操作部への指令信号に加えて、切替弁１２ｆの電磁操作部へ開指令を出力する。また、発電・電動機９へ力行指令を出力し、油圧ポンプモータ１１を油圧ポンプとして作動させ、油圧ポンプモータ１１から吐出された圧油を第１副管路３６、切替弁１２ｆと第２副管路３７とを介して主管路３０へ合流させる。このことにより、ブーム上げを行うために、追加エネルギが付加されている。
【００３７】
一方、コントローラ２０は、容量制御装置３ａへ吐出流量減指令を出力し、メインポンプ３の容量を減少制御し、油圧ポンプモータ１１からの追加された吐出流量分を減少させる。このことにより、ブームシリンダ７に供給される作動油の量が変化しないため、追加エネルギあり／なしによる操作性の変化は発生しない。また、メインポンプ３の吐出流量を減少させるということは、メインポンプ３が発生する油圧エネルギを減少させることになる。この結果、駆動源であるエンジン１の負荷が減少するので、エンジン１の燃料消費量を減少することができる。
【００３８】
次に、オペレータによる旋回操作について説明する。
図１において、旋回体操作用の制御弁６は、図示しない操作レバーの操作量がゼロである中立の場合の配置を示している。図示しない操作レバーにより右旋回の操作が行われると、パイロット操作部（図示せず）へ供給されるパイロット圧力により、旋回体操作用の制御弁６は右方向へ移動してＡ位置に切換えられる。このことにより、入口ポート６ｃと接続ポート６ａとが連通し、出口ポート６ｄと接続ポート６ｂとが連通する。また、コントローラ２０は、右旋回の操作信号を入力し、切替弁１２ｃの電磁操作部へ閉指令を出力する。このことにより、メインポンプ３からの圧油は、第３管路３３を通って旋回油圧モータ８の作動油入口８ａに供給され、旋回油圧モータ８の作動油入口８ｂからの圧油は、第４管路３４を通って作動油タンク１６に排出される。この結果、旋回油圧モータ８を右方向に回転操作する。
【００３９】
一方、上述した右旋回の操作が行われ、その後図示しない操作レバーが中立にされたとき、すなわち旋回減速のときは、旋回体操作用の制御弁６は、図１に示す状態となり、接続ポート６ａと６ｂは、入口ポート６ｃと出口ポート６ｄとそれぞれ遮断されていて、センターポート６Ｔが連通する。また、コントローラ２０は、旋回中立の操作信号を入力し、切替弁１２ｃの電磁操作部へ開指令を出力する。このことにより、旋回油圧モータ８の作動油入口８ａ，８ｂから排出された圧油は、第５管路３５と第３副管路３８とを通って油圧ポンプモータ１１に導かれる。このことにより、油圧ポンプモータ１１は油圧モータとして作動し、発電・電動機９を回転させる。このとき、コントローラ２０は、発電・電動機９を回転方向と逆向きにトルクが発生するように回生制御し、その発電電力を蓄電手段１０に蓄える。
【００４０】
ところで、エネルギ蓄積手段である蓄電手段１０に十分な電力が蓄電されているときに、図示しない操作レバーによる右旋回の操作が行われた場合には、コントローラ２０により、以下の追加エネルギシーケンス制御が行われる。旋回体操作用の制御弁６等の動作は上述の右旋回操作時と同じである。
【００４１】
まず、コントローラ２０に入力される蓄電手段１０の電力の蓄電量と、予め設定されている設定値とを比較し、入力値が設定値を超えている場合に、右旋回の操作信号が入力すると、コントローラ２０は、上述した切替弁１２ｃの電磁操作部へ閉指令を、切替弁１２ｄの電磁操作部へ開指令を、切替弁１２ｅの電磁操作部へ閉指令をそれぞれ出力する。また、発電・電動機９へ力行指令を出力し、油圧ポンプモータ１１を油圧ポンプとして作動させ、油圧ポンプモータ１１から吐出された圧油を第１副管路３６、切替弁１２ｄを介して第３管路３３へ合流させる。このことにより、右旋回を行うために、追加エネルギが付加される。
【００４２】
一方、コントローラ２０は、容量制御装置３ａへ吐出流量減指令を出力し、メインポンプ３の容量を減少制御し、油圧ポンプモータ１１からの追加された吐出流量分を減少させる。この旋回操作において、作動油を合流させる場所（エネルギを追加する場所）は旋回体操作用の制御弁６と旋回油圧モータ８の間の第３管路３３になるため、上述したブーム上げの場合と異なり、油圧ポンプモータ１１から吐出した作動油は旋回体操作用の制御弁６を通過しない。このため、制御弁通過による作動油の漏れや圧力損失を原因とするエネルギ損失が生じないので、コントローラ２０は、メインポンプ３の吐出流量を油圧ポンプモータ１１の吐出流量以上に大きく減少させる。
【００４３】
すなわち、コントローラ２０は、右旋回の場合におけるメインポンプ３が発生する油圧エネルギの減少率を、ブーム上げの場合の減少率よりも大きくする。ここで、メインポンプ３が発生する油圧エネルギの減少率Ｋは次式で定義される。 Ｋ＝｛（追加エネルギなしの場合にメインポンプ３が発生するエネルギ）−（追加エネルギありの場合にメインポンプ３が発生するエネルギ）｝÷（油圧ポンプモータ１１が発生するエネルギ）
このことにより、旋回油圧モータ８に供給される作動油の量を追加エネルギあり／なしで変化させず、操作性の変化を発生させない。また、油圧ポンプモータ１１が発生したエネルギ以上にメインポンプ３が発生するエネルギを減少させることになる。この結果、駆動源であるエンジン１の負荷が減少するので、エンジン１の燃料消費量を減少することができる。
【００４４】
左旋回の操作が行われると、パイロット操作部（図示せず）へ供給されるパイロット圧力により、旋回体操作用の制御弁６は左方向へ移動してＢ位置に切換えられる。このことにより、入口ポート６ｃと接続ポート６ｂとが連通し、出口ポート６ｄと接続ポート６ａとが連通する。また、コントローラ２０は、左旋回の操作信号を入力し、切替弁１２ｃの電磁操作部へ閉指令を出力する。このことにより、メインポンプ３からの圧油は、第４管路３４を通って旋回油圧モータ８の作動油入口８ｂに供給され、旋回油圧モータ８の作動油入口８ａからの圧油は、第３管路３３を通って作動油タンク１６に排出される。この結果、旋回油圧モータ８を左方向に回転操作する。
【００４５】
コントローラ２０は、蓄電手段１０に十分な電力が蓄電されている時は、切替弁１２ｅを開き、切替弁１２ｄを閉じるように制御する。その他の制御方法、及び制御の効果は、右旋回の場合と同様なので詳細説明は省略する。
【００４６】
次に、上述した本発明の建設機械の第１の実施の形態における油圧ポンプモータ発生エネルギとメインポンプ発生エネルギ等との関係について図２及び図３を用いて説明する。図２は本発明の建設機械の第１の実施の形態のブーム上げ操作時における油圧ポンプモータ発生エネルギとメインポンプ発生エネルギとブームシリンダに供給されるエネルギとの関係の一例を示す特性図、図３は本発明の建設機械の第１の実施の形態の旋回操作時における油圧ポンプモータ発生エネルギとメインポンプ発生エネルギと旋回油圧モータに供給されるエネルギとの関係の一例を示す特性図である。
【００４７】
図２及び図３において、破線部は「追加エネルギなし」の特性を示し、蓄電手段１０に十分な電力が蓄電されておらず、油圧ポンプモータ１１で追加エネルギを発生しない場合を表す。実線部は「追加エネルギあり」の特性を示し、蓄電手段１０に十分な電力が蓄電されていて、油圧ポンプモータ１１で追加エネルギを発生する場合を表す。
【００４８】
図２のブーム上げ操作において、「追加エネルギあり」の場合は、ブーム上げ操作に応じて油圧ポンプモータ１１で油圧エネルギＳ２を発生する（作動油を吐出する）。同時に、メインポンプ３で発生する油圧エネルギＭ２を、「追加エネルギなし」の場合のエネルギＭ１よりも小さくしている。この時、コントローラ２０は、次式が成立するように制御する。
Ｍ２＝Ｍ１−Ｓ２
このような制御が実行されることで、「追加エネルギあり」の時にブームシリンダ７に供給されるエネルギと、「追加エネルギなし」の時にブームシリンダ７に供給されるエネルギとが同じになり、追加エネルギあり／なしで同じ操作性を保つことができる。また、「追加エネルギあり」の場合は、メインポンプ３が発生するエネルギを減少させて、駆動源であるエンジン１の負荷が減少するので、エンジン１の燃料消費量を減少することができる。
【００４９】
しかしながら、上述したように、ブーム上げの場合、追加エネルギはコントロールバルブ４を通過してアクチュエータであるブームシリンダ７に作用するため、コントロールバルブ４でエネルギ損失が生じ、十分な燃料低減効果が得られないという憾みがあった。そこで、旋回操作の場合には、以下の制御を行っている。
【００５０】
図３の旋回操作において、「追加エネルギあり」の場合は、ブーム上げの場合と同様に、旋回操作に応じて油圧ポンプモータ１１で油圧エネルギＳ４を発生する（作動油を吐出する）。同時に、メインポンプ３で発生する油圧エネルギＭ４を、「追加エネルギなし」の場合のエネルギＭ３よりも小さくしている。この時、コントローラ２０は、次式が成立するように制御する。
Ｍ４＝Ｍ３−Ｓ４×Ｋ
ここで、Ｋは上述した減少率を示し、作動油が旋回体操作用の制御弁６を通過する時に失われるエネルギに基づいて１以上の値を、予め設定する。具体的には、旋回体操作用の制御弁６に入る作動油のエネルギ（圧力×流量の時間積分値）を、旋回体操作用の制御弁６から出てくる作動油のエネルギ（圧力×流量の時間積分値）で除した値にする。
【００５１】
例えば、旋回体操作用の制御弁６の効率（＝（出てくる作動油のエネルギ）÷（入る作動油のエネルギ））が０．８の場合、減少率Ｋは、１÷０．８＝１．２５として算出され、この値を設定する。このことは、旋回体操作用の制御弁６の効率が悪ければ（損失が大きければ）、減少率Ｋを大きくすることを意味する。
【００５２】
一方、コントローラ２０は、容量制御装置３ａへ吐出流量減指令を出力し、メインポンプ３の容量を減少制御し、油圧ポンプモータ１１からの追加された吐出流量分を減少させる。この旋回操作において、作動油を合流させる場所（エネルギを追加する場所）は旋回体操作用の制御弁６と旋回油圧モータ８の間の第３管路３３になるため、上述したブーム上げの場合と異なり、油圧ポンプモータ１１から吐出した作動油は旋回体操作用の制御弁６を通過しない。このため、制御弁通過による作動油の漏れや圧力損失を原因とするエネルギ損失が生じないので、コントローラ２０は、メインポンプ３の吐出流量を油圧ポンプモータ１１の吐出流量以上に大きく減少させる。
【００５３】
すなわち、コントローラ２０は、右旋回の場合におけるメインポンプ３が発生する油圧エネルギの減少率を、ブーム上げの場合の減少率よりも大きくする。ここで、メインポンプ３が発生する油圧エネルギの減少率Ｋは次式で定義される。 Ｋ＝｛（追加エネルギなしの場合にメインポンプ３が発生するエネルギ）−（追加エネルギありの場合にメインポンプ３が発生するエネルギ）｝÷（油圧ポンプモータ１１が発生するエネルギ）
換言すると、ブーム上げのように、追加エネルギ発生手段である油圧ポンプモータ１１が発生したエネルギがアクチュエータであるブームシリンダ７を駆動するまでに生じる損失が大きい場合と、旋回のように、追加エネルギ発生手段である油圧ポンプモータ１１が発生したエネルギがアクチュエータである旋回油圧モータ８を駆動するまでに生じる損失が小さい場合とでは、メインポンプ３が発生するエネルギの減少率Ｋが異なる。旋回のように、損失が小さければ小さいほど、減少率Ｋを大きくするようにコントローラ２０は制御している。
【００５４】
また、ブーム上げのように、エネルギを追加する場所が、流量調整手段としてのコントロールバルブ４のメインポンプ３側の場合と、旋回のように、流量調整手段としてのコントロールバルブ４のアクチュエータ８側の場合とでは、メインポンプ３が発生するエネルギの減少率Ｋが異なる。旋回のように、コントロールバルブ４のアクチュエータ８側のときに、減少率Ｋを大きくするようにコントローラ２０は制御している。
【００５５】
なお、旋回体操作用の制御弁６に入る作動油のエネルギを、旋回体操作用の制御弁６から出てくる作動油のエネルギで除した値は、操作量が小さい時ほど大きくなる傾向があるので、操作量が小さい時は減少率Ｋを大きくしても良い。
【００５６】
このようにすることで、「追加エネルギあり」の時に旋回油圧モータ８に供給されるエネルギと、「追加エネルギなし」の時に旋回油圧モータ８に供給されるエネルギが同じになり、追加エネルギあり／なしで同じ操作性を保つことができる。また、「追加エネルギあり」の場合は、メインポンプ３が発生するエネルギを減少させて、駆動源であるエンジン１の負荷が減少するので、エンジン１の燃料消費量を減少することができる。
【００５７】
以上のように、エネルギ蓄積手段である蓄電手段１０に十分な電力が蓄電されている時に旋回操作が行われた時は、ブーム上げ操作が行われた時よりも大きな燃料低減効果が得られる。
【００５８】
上述した本発明の建設機械の第１の実施の形態によれば、回収したエネルギを効率良く使用することで、動力源であるエンジン１の動力を低減して建設機械全体の燃量消費を大幅に低減することのできる建設機械を提供できる。
【００５９】
なお、ブーム上げでエネルギを追加する場合は、メインポンプ３と油圧ポンプモータ１１の流量制御に誤差が生じても、それらの合計流量はブーム操作用の制御弁５により調整されるため、ブームシリンダ７に供給される流量の誤差は小さく、操作性を大きく損なうことはない。しかし、旋回操作でエネルギを追加する場合は、油圧ポンプモータ１１の流量制御の誤差は、旋回体操作用の制御弁６により調整されないため、そのまま旋回油圧モータ８に供給される流量の誤差になる。しかし、旋回体の慣性モーメントが大きいため、旋回動作に大きな影響を及ぼさず、操作性を大きく損なうことはない。
【００６０】
また、本実施の形態においては、ブームシリンダ７と旋回油圧モータ８をアクチュエータとした場合について説明したが、これに限るものではない。ブームシリンダ７と旋回油圧モータ８の代わりに別のアクチュエータを用いても良い。ただし、油圧ポンプモータ１１から吐出した作動油が旋回体操作用の制御弁６を通らずに直接供給されるアクチュエータ（図１の場合は旋回油圧モータ８）は、油圧ポンプモータ１１の流量制御の誤差があまり影響しないアクチュエータにするか、その誤差による操作性悪化を許容できるアクチュエータにする必要がある。
【実施例２】
【００６１】
以下、本発明の建設機械の第２の実施の形態を図面を用いて説明する。図４は本発明の建設機械の第２の実施の形態を構成する電動・油圧機器のシステム構成図である。図４において、図１乃至図３に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
【００６２】
図４に示す本発明の建設機械の第２の実施の形態は、大略第１の実施の形態と同様の油圧源と作業機等とで構成されるが、以下の構成が異なる。
第１の実施の形態における油圧ポンプモータ１１が吐出した作動油を旋回体操作用の制御弁６と旋回油圧モータ８の間で合流させる構成（切替弁１２ｄ，１２ｅとそれらの前後の油圧配管）を省略し、旋回油圧モータ８の回転軸とその回転軸を直接又はギア等を介して機械的に連結した旋回電動機１３（原動機）を新たに設けている（追加エネルギ発生手段）。
【００６３】
旋回電動機１３は、コントローラ２０からの指令により、蓄電手段１０の電力を使ってトルクを発生する力行制御が実行される。旋回体は、旋回油圧モータ８と旋回電動機１３の合計トルクで駆動される。換言すると、旋回体は旋回電動機１３と旋回油圧モータ８とが連結された複合アクチュエータで駆動される。
【００６４】
次に、上述した本発明の建設機械の第２の実施の形態の動作について説明する。まず、ブーム上げ、ブーム下げ、旋回減速のときにコントローラ２０が実行する制御は、省略した切替弁１２ｄ，１２ｅへの指令等を除き上述の第１の実施の形態と大略同じである。
【００６５】
ところで、エネルギ蓄積手段である蓄電手段１０に十分な電力が蓄電されているときに、図示しない操作レバーによる右旋回又は左旋回の操作が行われた場合には、コントローラ２０により、以下の追加エネルギシーケンス制御が行われる。旋回体操作用の制御弁６等の動作は上述の第１の実施の形態と同じである。
【００６６】
まず、コントローラ２０に入力される蓄電手段１０の電力の蓄電量と、予め設定されている設定値とを比較し、入力値が設定値を超えている場合に、右旋回又は左旋回の操作信号が入力すると、コントローラ２０は、上述した切替弁１２ｃの電磁操作部へ閉指令を、旋回電動機１３へ力行指令をそれぞれ出力するので、旋回電動機１３は旋回油圧モータ８をアシストして、旋回体駆動のトルクを増加させる。このことにより、右旋回又は左旋回を行うために、追加エネルギが付加される。この追加エネルギは、検出される旋回電動機１３のトルクと回転数との積を時間積分することで求めることができる。
【００６７】
一方、コントローラ２０は、旋回電動機１３から旋回油圧モータ８に追加されたエネルギ分を減少させるように、容量制御装置３ａへ吐出流量減指令を出力し、メインポンプ３の容量を減少制御する。この旋回体の操作において、旋回電動機１３で発生するエネルギは旋回体に直接作用する。このため、上述したブーム上げの油圧ポンプモータ１１で発生したエネルギの制御弁での損失ということは生じないので、コントローラ２０は、メインポンプ３で発生するエネルギを旋回電動機１３で発生するエネルギ以上に大きく減少させる。
【００６８】
このことにより、旋回体を駆動するエネルギを変化させず、操作性の変化を発生させない。また、旋回電動機１３が発生したエネルギ以上にメインポンプ３が発生するエネルギを減少させることになる。この結果、駆動源であるエンジン１の負荷が減少するので、エンジン１の燃料消費量を大きく減少できる。
【００６９】
エネルギ蓄積手段である蓄電手段１０に十分な電力が蓄電されている状態の下、コントローラ２０は、旋回体駆動時に、旋回電動機１３による追加エネルギシーケンス制御を行い、ブーム駆動時に、上述した油圧ポンプモータ１１を油圧ポンプとして作動させる追加エネルギシーケンス制御を行う。ブームと旋回体を同時に駆動する場合には、旋回電動機１３による追加エネルギシーケンス制御と油圧ポンプモータ１１を油圧ポンプとして作動させる追加エネルギシーケンス制御とを行う。
【００７０】
次に、上述した本発明の建設機械の第２の実施の形態における旋回電動機発生エネルギとメインポンプ発生エネルギ等と旋回体駆動エネルギとの関係について図５を用いて説明する。図５は本発明の建設機械の第２の実施の形態の旋回操作時における旋回電動機発生エネルギとメインポンプ発生エネルギと旋回油圧モータ及び旋回電動機の合計エネルギとの関係の一例を示す特性図である。図５において、図１乃至図４に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
【００７１】
図５において、破線部は「追加エネルギなし」の特性を示し、蓄電手段１０に十分な電力が蓄電されておらず、旋回電動機１３で追加エネルギを発生しない場合を表す。実線部は「追加エネルギあり」の特性を示し、蓄電手段１０に十分な電力が蓄電されていて、旋回電動機１３で追加エネルギを発生する場合を表す。
【００７２】
図５の旋回操作において、「追加エネルギあり」の場合は、旋回操作に応じて旋回電動機１３でエネルギＳ６を発生する（トルクを発生する）。同時に、メインポンプ３で発生する油圧エネルギＭ６を、「追加エネルギなし」の場合のエネルギＭ５よりも小さくしている。この時、コントローラ２０は、次式が成立するように制御する。
Ｍ６＝Ｍ５−Ｓ６×Ｋ
ここで、Ｋは上述した減少率を示し、作動油が旋回体操作用の制御弁６を通過する時に失われるエネルギに基づいて１以上の値を、予め設定する。具体的には、旋回体操作用の制御弁６に入る作動油のエネルギ（圧力×流量の時間積分値）を、旋回油圧モータで発生するエネルギ（トルク×角速度の時間積分値）で除した値にする。
【００７３】
例えば、旋回体操作用の制御弁６の効率（＝（出てくる作動油のエネルギ）÷（入る作動油のエネルギ））が０．８、旋回油圧モータ８の効率（＝（発生する回転エネルギ）÷（入る作動油のエネルギ））が０．９の場合、減少率Ｋは、１÷（０．８×０．９）≒１．３９として算出され、この値を設定する。
【００７４】
また、旋回電動機１３と旋回油圧モータ８との間にギアが設けられ、旋回電動機１３が出力したエネルギの一部がそのギアによって失われる場合は、減少率Ｋはその分小さくする。
【００７５】
例えば、旋回体操作用の制御弁６の効率が０．８、旋回油圧モータ８の効率が０．９、旋回電動機１３のギアの効率が０．９の場合、減少率Ｋは、０．９÷（０．８×０．９）＝１．２５として算出され、この値を設定する。
【００７６】
なお、旋回体操作用の制御弁６に入る作動油のエネルギを、旋回油圧モータ８で発生するエネルギで除した値は、操作量が小さい時ほど大きくなる傾向があるので、操作量が小さい時は減少率Ｋを大きくするように制御しても良い。
【００７７】
また、旋回体操作用の制御弁６に入る作動油のエネルギを、旋回油圧モータ８で発生するエネルギで除した値は、旋回油圧モータ８のメータイン側の図示しないリリーフ弁でリリーフした時は大きくなるので、旋回油圧モータ８のメータイン圧があらかじめ設定した閾値を超えた時は減少率Ｋを大きくするように制御しても良い。
【００７８】
さらに、一般的に電動機は油圧ポンプよりも出力を増減させる時の応答が速いため、旋回電動機１３の出力を急激に増減させたとしても、それに合わせてメインポンプ３の出力は増減できない。よって、メインポンプ３の出力の増減の応答遅れの分だけ、旋回電動機１３の出力の増減を遅らせるように制御しても良い。
【００７９】
このようにすることで、「追加エネルギあり」の時に旋回体に与えられるエネルギと、「追加エネルギなし」の時に旋回体に与えられるエネルギとが同じになり、追加エネルギあり／なしで同じ操作性を保つことができる。また、「追加エネルギあり」の場合は、メインポンプ３が発生するエネルギを減少させて、駆動源であるエンジン１の負荷が減少するので、エンジン１の燃料消費量を減少することができる。
【００８０】
以上のように、エネルギ蓄積手段である蓄電手段１０に十分な電力が蓄電されている時に旋回操作が行われた時は、ブーム上げ操作が行われた時よりも大きな燃料低減効果が得られる。
【００８１】
上述した本発明の建設機械の第２の実施の形態によれば、上述した第１の実施の形態と同様な効果を得ることができる。
【００８２】
なお、一般的に電動機は油圧ポンプよりも高い精度で発生するエネルギを制御することが可能であるため、旋回動作の操作性を大きく損なうことはない。
【００８３】
また、本実施の形態においては、ブームシリンダ７と旋回油圧モータ８をアクチュエータとした場合について説明したが、これに限るものではない。ブームシリンダ７代わりに別のアクチュエータを用いても良いし、電動機によりエネルギを追加するアクチュエータは旋回以外でも良い。
【符号の説明】
【００８４】
１ エンジン
２ 燃料タンク
３ メインポンプ
４ コントロールバルブ（流量調整手段）
５ ブーム操作用の制御弁
６ 旋回体操作用の制御弁
７ ブームシリンダ
８ 旋回油圧モータ
９ 発電・電動機（原動機）
１０ 蓄電手段（エネルギ蓄積手段）
１１ 油圧ポンプモータ
１２ 切替弁
１３ 旋回電動機（原動機）
１４ リリーフ弁
１５ リリーフ弁
１６ 作動油タンク
２０ コントローラ（制御手段）
３０ 主管路
３６ 第１副管路
３７ 第２副管路
３８ 第３副管路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つ以上のアクチュエータと、前記アクチュエータを駆動するための油圧エネルギを発生するメインポンプと、前記メインポンプと前記アクチュエータとの間に設けた流量調整手段と、前記油圧エネルギに追加するためのエネルギを発生する追加エネルギ発生手段と、前記追加エネルギ発生手段でエネルギが発生するときに、前記メインポンプの発生する油圧エネルギを減少させる制御手段とを備えた建設機械であって、
前記追加エネルギ発生手段からの前記エネルギを追加する場所を前記アクチュエータに応じて選択的に切り替える切替手段を更に備え、
前記制御手段は、前記エネルギを追加する前記アクチュエータに応じて、前記メインポンプの発生する油圧エネルギの減少率を変更制御する
ことを特徴とする建設機械。
【請求項２】
請求項１記載の建設機械において、
前記切替手段は、前記エネルギを追加する前記アクチュエータに応じて、前記エネルギを追加する場所を、前記流量調整手段よりも前記メインポンプ側または前記流量調整手段よりも前記アクチュエータ側に供給するように切り替える
ことを特徴とする建設機械。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の建設機械において、
前記追加エネルギ発生手段は、エネルギ蓄積手段と、前記エネルギ蓄積手段に蓄えられたエネルギにより動作する原動機と、前記原動機により駆動される油圧ポンプとを備える
ことを特徴とする建設機械。
【請求項４】
請求項１記載の建設機械において、
前記切替手段は、前記エネルギを追加する前記アクチュエータに応じて、前記エネルギを追加する場所を、前記流量調整手段よりも前記メインポンプ側または前記アクチュエータに直接作用するように切り替える
ことを特徴とする建設機械。
【請求項５】
請求項１又は４に記載の建設機械において、
前記追加エネルギ発生手段は、エネルギ蓄積手段と、前記エネルギ蓄積手段に蓄えられたエネルギにより動作する原動機とを備え、前記アクチュエータの少なくとも１つは、少なくとも１つの前記原動機と連結された複合アクチュエータである
ことを特徴とする建設機械。
【請求項６】
請求項５記載の建設機械において、
前記追加エネルギ発生手段は、前記複合アクチュエータを構成する前記原動機で発生するエネルギの増減の変化速度を、前記メインポンプの出力の増減の応答遅れに合わせて制御可能とした
ことを特徴とする建設機械。
【請求項７】
請求項１に記載の建設機械において、
前記制御手段は、前記追加エネルギ発生手段の発生したエネルギが前記アクチュエータを駆動するまでに生じる損失が小さいほど、前記メインポンプが発生するエネルギの減少率を大きくするように、前記メインポンプを制御する
ことを特徴とする建設機械。
【請求項８】
請求項７に記載の建設機械において、
前記制御手段は、エネルギを追加する場所が前記流量調整手段よりも前記アクチュエータ側の時は、エネルギを追加する場所が前記流量調整手段よりも前記メインポンプ側の時よりも、前記メインポンプが発生するエネルギの減少率を大きくするように、前記メインポンプを制御する
ことを特徴とする建設機械。
【請求項１】
２つ以上のアクチュエータと、前記アクチュエータを駆動するための油圧エネルギを発生するメインポンプと、前記メインポンプと前記アクチュエータとの間に設けた流量調整手段と、前記油圧エネルギに追加するためのエネルギを発生する追加エネルギ発生手段と、前記追加エネルギ発生手段でエネルギが発生するときに、前記メインポンプの発生する油圧エネルギを減少させる制御手段とを備えた建設機械であって、
前記追加エネルギ発生手段からの前記エネルギを追加する場所を前記アクチュエータに応じて選択的に切り替える切替手段を更に備え、
前記制御手段は、前記エネルギを追加する前記アクチュエータに応じて、前記メインポンプの発生する油圧エネルギの減少率を変更制御する
ことを特徴とする建設機械。
【請求項２】
請求項１記載の建設機械において、
前記切替手段は、前記エネルギを追加する前記アクチュエータに応じて、前記エネルギを追加する場所を、前記流量調整手段よりも前記メインポンプ側または前記流量調整手段よりも前記アクチュエータ側に供給するように切り替える
ことを特徴とする建設機械。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の建設機械において、
前記追加エネルギ発生手段は、エネルギ蓄積手段と、前記エネルギ蓄積手段に蓄えられたエネルギにより動作する原動機と、前記原動機により駆動される油圧ポンプとを備える
ことを特徴とする建設機械。
【請求項４】
請求項１記載の建設機械において、
前記切替手段は、前記エネルギを追加する前記アクチュエータに応じて、前記エネルギを追加する場所を、前記流量調整手段よりも前記メインポンプ側または前記アクチュエータに直接作用するように切り替える
ことを特徴とする建設機械。
【請求項５】
請求項１又は４に記載の建設機械において、
前記追加エネルギ発生手段は、エネルギ蓄積手段と、前記エネルギ蓄積手段に蓄えられたエネルギにより動作する原動機とを備え、前記アクチュエータの少なくとも１つは、少なくとも１つの前記原動機と連結された複合アクチュエータである
ことを特徴とする建設機械。
【請求項６】
請求項５記載の建設機械において、
前記追加エネルギ発生手段は、前記複合アクチュエータを構成する前記原動機で発生するエネルギの増減の変化速度を、前記メインポンプの出力の増減の応答遅れに合わせて制御可能とした
ことを特徴とする建設機械。
【請求項７】
請求項１に記載の建設機械において、
前記制御手段は、前記追加エネルギ発生手段の発生したエネルギが前記アクチュエータを駆動するまでに生じる損失が小さいほど、前記メインポンプが発生するエネルギの減少率を大きくするように、前記メインポンプを制御する
ことを特徴とする建設機械。
【請求項８】
請求項７に記載の建設機械において、
前記制御手段は、エネルギを追加する場所が前記流量調整手段よりも前記アクチュエータ側の時は、エネルギを追加する場所が前記流量調整手段よりも前記メインポンプ側の時よりも、前記メインポンプが発生するエネルギの減少率を大きくするように、前記メインポンプを制御する
ことを特徴とする建設機械。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−２４３８７（Ｐ２０１３−２４３８７Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６２４９９（Ｐ２０１１−１６２４９９）
【出願日】平成２３年７月２５日（２０１１．７．２５）
【出願人】（０００００５５２２）日立建機株式会社 (2,611)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２５日（２０１１．７．２５）
【出願人】（０００００５５２２）日立建機株式会社 (2,611)
【Ｆターム（参考）】
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