JP2005307785A - ハイブリッド建設機械の駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの燃費と出力性能を向上させることができる構造を得る。
【解決手段】吸収トルク検出手段３３で検出された吸収トルクＴ1が予め定めた設定値Ｔsよりも小さい時に、エンジンの余剰トルクで電動／発電機２２を発電機として作動させ、吸収トルクＴ1が予め定めた設定値Ｔs以上の時に、電動／発電機２２をトルクアシスト用電動機として作動させるように自動的に切り換えるコントローラ２４を設けたハイブリッド建設機械の駆動制御装置を提供する。
【選択図】図２

Description

本発明は、油圧ショベル等の建設機械に於ける駆動制御装置に関し、特にエンジンにより駆動される油圧ポンプを駆動源とした駆動と、電動機を駆動源とした駆動の、２つの駆動方式で駆動可能なハイブリッド建設機械の駆動制御装置に関するものである。

近年、排気ガスや騒音等の作業環境を改善した建設機械が種々提案されている。その一つに、エンジンで発電機を駆動し、この発電機で発生した電力によって電動機を駆動し、そしてこの電動機で油圧ポンプを駆動するハイブリッド建設機械が知られており、更に、発電機からの余剰電力をバッテリに蓄え、蓄電されたバッテリの電力で必要に応じて電動機を駆動するハイブリッド建設機械が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−１１８８８号公報（第２頁〜第５頁、図２、図３）。

この特許文献１記載の発明は、エンジンで直接油圧ポンプを駆動するものではないので、作業に伴う負荷がそのままエンジン負荷とはならず、エンジン負荷を一定とすることが可能であり、エンジンを高効率で運転することができるが、油圧ポンプを駆動する電動機は出力の大きいものが必要となり、発電機も比較的大きいものが必要となるという問題があった。

そこで、発電機及び電動機を必要以上に大きくすることなく、エンジンの燃費と出力性能を向上させることができる構造にするために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、エンジンと、該エンジンにより駆動される油圧ポンプと、蓄電を行う蓄電装置と、発電機としての作動と電動機としての作動を選択的に行うことが可能な電動／発電機と、前記油圧ポンプで駆動されて油圧作業部を作動する油圧アクチュエータと、前記蓄電装置の電力で駆動して電動作業部を作動する電動作業部用アクチュエータとを備えるハイブリッド建設機械の駆動制御装置に於いて、前記油圧ポンプの吸収トルクを検出する吸収トルク検出手段と、前記吸収トルク検出手段で検出された吸収トルクが予め定めた設定値よりも小さい時に、前記エンジンの余剰トルクで前記電動／発電機を前記発電機として作動させ、前記吸収トルクが予め定めた設定値以上の時に、前記電動／発電機を前記トルクアシスト用電動機として作動させるように自動的に切り換える制御手段、とを備えたハイブリッド建設機械の駆動制御装置を提供する。

この構成によれば、制御手段は、前記吸収トルク検出手段で検出された油圧ポンプの吸収トルクが予め定めた設定値よりも小さい時には、電動／発電機を発電機態様に自動的に切り換えてエンジンの余剰トルクで電動／発電機を回転させ、該回転で発電された電気エネルギーを蓄電装置に電力として蓄える。反対に、前記吸収トルクが予め定めた設定値よりも大きい時には、電動／発電機を電動機態様に自動的に切り換え、蓄電装置に蓄えられている電力で電動／発電機を電動機として回転駆動させ、この回転駆動力でエンジンをアシストする。

請求項１記載の発明は、油圧ポンプの吸収トルクが予め設定された設定値より大きい時には、電動／発電機をトルクアシスト用電動機として作動させて、エンジンをアシストするので、エンジンの負荷が軽減されて燃費の向上を図ることができる。又、エンジンをアシストすることによって、エンジンは最大出力以上の仕事が可能になるので、エンジンを小さくすることも可能になる。更に、その切り換え操作を制御手段が自動的に行うので、切り換え操作を簡単、且つ、適正に行うことができる。

エンジンの燃費と出力性能を向上させるという目的を達成するために、吸収トルク検出手段で検出された吸収トルクが予め定めた設定値よりも小さい時に、エンジンの余剰トルクで電動／発電機を発電機として作動させ、吸収トルクが予め定めた設定値よりも大きい時に、電動／発電機をトルクアシスト用電動機として作動させるように自動的に切り換えるコントローラを設けたハイブリッド建設機械の駆動制御装置を提供する。

以下、本発明の実施例を図面に従って詳述する。図１は本発明を適用した建設機械としての油圧ショベルを示す。該油圧ショベル１０は、下部走行体１１の上に旋回機構１２を介して上部旋回体１３が旋回自在に載置されている。上部旋回体１３には、その前方一側部にキャブ１４が設けられ、且つ、前方中央部にブーム１５が俯仰可能に取り付けられている。又、ブーム１５の先端にアーム１６が上下回動自在に取り付けられ、更に該アーム１６の先端にバケット１７が取り付けられている。

図２は図１に示した油圧ショベルに係わる駆動制御装置の概略構成を示すブロック回路図である。図２に於いて、本実施の形態に係わる駆動制御装置は、油圧ショベル１０を駆動するエンジン２１と、該エンジン２１のパワーラインに接続した電動／発電機２２及び油圧ポンプ２３と、制御手段としてのコントローラ２４と、蓄電装置２５と、該蓄電装置２５に蓄電されている電力で駆動し油圧ショベルの電動作業部を駆動する電動アクチュエータとしての電動機２６と、該電動機２６と蓄電装置２５との電力授受の制御を行う電動機制御部としてのインバータ２７と、電動／発電機２２と蓄電装置２５との電力授受の制御を行う電動／発電機制御部としてのインバータ２８と、油圧ポンプ２３から吐出される圧油の吐出流量を制御するコントロールバルブ３０と、該油圧ポンプ２３からの圧油で駆動されて油圧ショベルの油圧作業部を作動する油圧作業部用のアクチュエータ３１と、油圧ポンプ２３の吸収トルクを検出する吸収トルク検出手段３３とを備えている。

前記エンジン２１は、本実施例ではディーゼルエンジンである。前記電動／発電機２２は、該エンジン２１により回転された機械エネルギーを電気エネルギーに変換して蓄電装置２５に蓄える発電機としての機能と、蓄電装置２５からの電気エネルギーを受け取り、この受け取った電気エネルギーで回転して機械エネルギーに変換し、この回転でエンジン２１をアシストする電動機としての機能とを有し、電動機と発電機を１つのハウジング内に収納させた構造になっている。

前記コントローラ２４は、マイクロコンピュータ(通称「マイコン」)であり、装置全体の動作を予め決められた手順に従って制御するもので、例えば吸収トルク検出手段３３で検出した油圧ポンプ２３の吸収トルク状態により、電動／発電機２２をアシスト用電動機として機能させる電動機態様として作動させるか、或いは、発電機として機能させる発電機態様として作動させるかの判断をし、その切り換え指令をインバータ２８に出力する。

このように構成された駆動制御装置は、装置全体がコントローラ２４によって制御される。そして、油圧アクチュエータ３１は、油圧ポンプ２３からの圧油で駆動されて油圧系の作業部を作動する。一方、電動作業部用のアクチュエータである電動機２６は、蓄電装置２５に蓄えられている電力(電気エネルギー)で駆動されて電動系の作業部を作動させる。

図３はコントローラ２４にプログラムされている制御手順の一例を示すフローチャートである。図３のフローチャートを用いて図２に示した駆動制御装置の動作を次に説明する。

コントローラ２４には、吸収トルク検出手段３３から油圧ポンプ２３の吸収トルクＴ1の情報が逐次入力される。ステップＳ１では吸収トルクＴ1が予め定めた設定値Ｔsよりも小さい時は、ステップＳ２に移行する。ステップＳ２では、インバータ２８を介して電動／発電機２２を発電機態様に切り換え、エンジン２１の余剰トルクで電動／発電機２２を回転駆動させて、ここで発電された電気エネルギーを蓄電装置２５に電力として蓄える。

反対に、吸収トルクＴ1が予め定めた設定値Ｔs以上の時は、ステップＳ３に移行し、インバータ２８を介して電動／発電機２２を電動機態様に切り換える。そして、蓄電装置２５に蓄えられている電力で電動／発電機２２を電動機として回転駆動させ、この電動／発電機２２の回転駆動力でエンジン２１のアシストを行う。又、ステップＳ２及びステップＳ３からはステップＳ１に戻って同じ処理動作を繰り返す。

従って、本実施の形態に於ける駆動制御装置によれば、油圧ポンプ２３の吸収トルクＴ1が予め定めた設定値Ｔsよりも小さくて、エンジン２１に大きな負荷がかかっていない時には、電動／発電機２２を発電機態様にしてエンジン２１の余剰トルクで電動／発電機２２を回転させて蓄電装置２５に充電を行わせ、吸収トルクＴ1が予め定めた設定値Ｔs以上の時には、電動／発電機２２をトルクアシスト用電動機態様にして蓄電装置２５に蓄えられている電力で該電動／発電機２２を回転駆動させ、この回転駆動でエンジン２１をアシストするようにしているので、エンジン２１の負荷を減らして燃費の向上を図ることができる。又、エンジン２１をアシストすることによって、エンジン２１は最大出力以上の仕事が可能になるので、該エンジンを小さくすることができる。更に、その切り換え操作をコントローラ２４が予め設定された手順に従って自動的に行うので、切り換え操作を簡単、且つ、適正に行うことができる。

尚、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。

本発明に係る建設機械の駆動制御装置を適用した油圧ショベルの全体構成図。 同上油圧ショベルに於ける駆動制御装置の概略構成を示すブロック回路図。 同上駆動制御装置の制御手段に於ける制御手順の一例を示すフローチャート。

符号の説明

２１ エンジン
２２ 電動／発電機
２３ 油圧ポンプ
２４ コントローラ（制御手段）
２５ 蓄電装置
２６ 電動機(電動アクチュエータ)
２７ インバータ（電動機制御部）
２８ インバータ（電動／発電機制御部）
３０ コントロールバルブ
３１ アクチュエータ(油圧アクチュエータ)
３３ 吸収トルク検出手段

Claims (1)

1. エンジンと、該エンジンにより駆動される油圧ポンプと、蓄電を行う蓄電装置と、発電機としての作動と電動機としての作動を選択的に行うことが可能な電動／発電機と、前記油圧ポンプで駆動されて油圧作業部を作動する油圧アクチュエータと、前記蓄電装置の電力で駆動して電動作業部を作動する電動アクチュエータとを備えるハイブリッド建設機械の駆動制御装置に於いて、
   前記油圧ポンプの吸収トルクを検出する吸収トルク検出手段と、
   前記吸収トルク検出手段で検出された吸収トルクが予め定めた設定値よりも小さい時に、前記エンジンの余剰トルクで前記電動／発電機を前記発電機として作動させ、前記吸収トルクが予め定めた設定値以上の時に、前記電動／発電機を前記トルクアシスト用電動機として作動させるように自動的に切り換える制御手段、
   とを備えたことを特徴とするハイブリッド建設機械の駆動制御装置。

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