JP6106831B2 - Hybrid compact hydraulic excavator - Google Patents
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Description
本発明は、例えばエンジンと発電・電動機との２種類の動力源を有し、この２種類の動力源を状況に応じて適宜に使用するようにしたハイブリッド式小型油圧ショベルに関する。 The present invention relates to a hybrid compact hydraulic excavator that has two types of power sources, for example, an engine and a generator / motor, and uses these two types of power sources as appropriate depending on the situation.
建設機械の代表例である油圧ショベルは、燃費の向上、排気ガスの清浄化等を図るために、エンジンと発電・電動機との２種類の動力源を備えることによりハイブリッド化されている。 A hydraulic excavator, which is a typical example of a construction machine, is hybridized by providing two types of power sources, that is, an engine and a power generation / motor, in order to improve fuel consumption, clean exhaust gas, and the like.
このハイブリッド式油圧ショベルは、自走可能な下部走行体と、該下部走行体上に旋回用発電・電動機を動力源とする旋回装置を介して旋回可能に搭載された上部旋回体と、該上部旋回体の前側に油圧アクチュエータを動力源として俯仰動可能に設けられた作業装置とにより構成されている。 The hybrid hydraulic excavator includes a self-propelled lower traveling body, an upper revolving body mounted on the lower traveling body via a revolving device using a power generator / motor for turning as a power source, and the upper revolving body It is comprised by the working apparatus provided in the front side of the revolving body so that it can be moved up and down using a hydraulic actuator as a power source.
一方、上部旋回体は、支持構造体をなす旋回フレームと、該旋回フレームの後端部に取付けられ前記作業装置との重量バランスをとるカウンタウエイトと、該カウンタウエイトの前側に位置して前記旋回フレームの後側に左，右方向に延在する横置き状態で搭載されたエンジンと、入力軸が該エンジンの出力軸と同軸に設けられ該エンジンによって駆動される油圧ポンプと、前記エンジンの出力軸と該油圧ポンプの入力軸とに接続されたアシスト用発電・電動機と、前記旋回フレームの左，右方向の一側の前部に傾転可能に支持され、オペレータが足を乗せる足乗せ部、該足乗せ部の後部から上方に立上がった立上がり部および該立上がり部の上側から前記エンジンの上側に向け後側に延びた運転席取付部からなるフロア部材と、前記旋回フレームの左，右方向の他側に設けられ内部に燃料または作動油を貯える貯油タンクと、前記旋回用発電・電動機および前記アシスト用発電・電動機に対して電力の給電を行うと共に、前記旋回用発電・電動機および前記アシスト用発電・電動機から電力の受電を行う蓄電装置と、前記旋回用発電・電動機を制御するために該発電・電動機に接続して設けられた旋回用インバータと、前記アシスト用発電・電動機を制御するために該発電・電動機に接続して設けられたアシスト用インバータとを備えている（例えば、特許文献１参照）。なお、旋回用インバータおよびアシスト用インバータと蓄電装置との間には、両者間の接続と遮断を行うコンタクタが設けられるのが一般的である。 On the other hand, the upper swing body includes a swing frame that forms a support structure, a counterweight that is attached to a rear end of the swing frame and that balances the weight of the working device, and is positioned on the front side of the counterweight. An engine mounted in a lateral state extending in the left and right directions on the rear side of the frame, a hydraulic pump whose input shaft is coaxially provided with the output shaft of the engine and driven by the engine, and an output of the engine An assisting generator / motor connected to the shaft and the input shaft of the hydraulic pump, and a footrest portion supported by the front of the swivel frame on one side of the left and right directions so as to be tiltable and on which an operator can put his / her foot A floor member comprising a rising portion that rises upward from the rear portion of the footrest portion, and a driver seat mounting portion that extends rearward from the upper side of the rising portion toward the upper side of the engine; An oil storage tank that is provided on the other side of the left and right directions of the engine, and stores fuel or hydraulic oil therein, and supplies power to the turning generator / motor and the assist generator / motor. A power generator / motor and a power storage device that receives power from the assist generator / motor, a turning inverter connected to the generator / motor to control the turning generator / motor, and the assist And an assisting inverter connected to the generator / motor for controlling the generator / motor (see, for example, Patent Document 1). In general, a contactor for connecting and disconnecting between the turning inverter and the assisting inverter and the power storage device is provided.
ところで、油圧ショベルには、運転時の総重量となる運転質量が６トン未満に設定されたミニショベルと呼ばれる小型の油圧ショベルがあり、この小型の油圧ショベルでは、上部旋回体が小型化されている。特に、小型の油圧ショベルの中でも、狭い作業現場で旋回動作できるように、上部旋回体が下部走行体の車幅寸法にほぼ収まる範囲で旋回動作できるように構成された後方超小旋回型、超小旋回型と呼ばれる油圧ショベルは、上部旋回体がより一層小型化されている。 By the way, the hydraulic excavator has a small hydraulic excavator called a mini excavator in which the operating mass as a total weight during operation is set to less than 6 tons. In this small hydraulic excavator, the upper swing body is downsized. Yes. In particular, even in small hydraulic excavators, a rear ultra-small swivel type that is configured so that the upper revolving unit can swivel within the vehicle width dimension of the lower traveling unit so that it can swivel in a narrow work site. In a hydraulic excavator called a small turning type, the upper turning body is further miniaturized.
ここで、油圧ショベルをハイブリッド化する場合、新規に専用機を開発することが望ましい。しかし、早期にハイブリッド式油圧ショベルを市場に提供するためには、既存の油圧ショベルを活用し、この油圧ショベルに、ハイブリッド化するための各種電気部品、例えば発電・電動機、蓄電装置、旋回用インバータ、エンジン用インバータ、コンタクタ等を搭載できるように設計変更することがハイブリッド化の近道となっている。 Here, when a hydraulic excavator is hybridized, it is desirable to newly develop a dedicated machine. However, in order to provide hybrid hydraulic excavators to the market at an early stage, existing hydraulic excavators are utilized, and various electric parts for hybridization, such as power generators / motors, power storage devices, and swivel inverters, are used for the hydraulic excavators. Changing the design so that an inverter for an engine, a contactor, etc. can be mounted is a shortcut for hybridization.
一方で、既存の油圧ショベルは、上述したように上部旋回体がより一層小型化されるから、エンジン、油圧ポンプ、貯油タンク等の周囲には、ハイブリッド化するための各種電気部品を搭載するのが難しいという問題がある。 On the other hand, in the existing excavator, as described above, the upper swing body is further reduced in size, so various electric parts for hybridization are mounted around the engine, the hydraulic pump, the oil storage tank, and the like. There is a problem that is difficult.
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、小型の上部旋回体においても、この上部旋回体にハイブリッド化するための各種電気部品を容易に搭載できるようにしたハイブリッド式小型油圧ショベルを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and an object of the present invention is to enable easy mounting of various electrical components for hybridizing to the upper swing body even in a small upper swing body. It is to provide a hybrid type small hydraulic excavator .
本発明によるハイブリッド式小型油圧ショベルは、自走可能なクローラ式の下部走行体と、該下部走行体上に旋回用発電・電動機を動力源とする旋回装置を介して旋回可能に搭載され旋回動作時に後部が前記クローラ式の下部走行体の車幅寸法内に収まる上部旋回体と、該上部旋回体の前側に油圧アクチュエータを動力源として俯仰動可能に設けられた作業装置とからなり、前記上部旋回体は、支持構造体をなす旋回フレームと、該旋回フレームの後端部に取付けられ前記作業装置との重量バランスをとるカウンタウエイトと、該カウンタウエイトの前側に位置して前記旋回フレームの後側に左，右方向に延在する横置き状態で搭載されたエンジンと、入力軸が該エンジンの出力軸と同軸に設けられ該エンジンによって駆動される油圧ポンプと、前記エンジンの出力軸と該油圧ポンプの入力軸とに接続されたアシスト用発電・電動機と、前記旋回フレームの左，右方向の一側の前部に傾転支持部材を介してチルトアップ、チルトダウン可能に支持されており、足乗せ部、該足乗せ部の後部から上方に立上がった立上がり部、該立上がり部の上側から前記エンジンの上側に向け後側に延びた運転席取付部、および該運転席取付部の後側に延びており、前記カウンタウエイトに取付けられる取付板部からなるフロア部材と、前記旋回フレームの左，右方向の他側に設けられ内部に燃料または作動油を貯える貯油タンクと、前記旋回用発電・電動機および前記アシスト用発電・電動機に対して電力の給電を行うと共に、前記旋回用発電・電動機および前記アシスト用発電・電動機から電力の受電を行う蓄電装置と、前記旋回用発電・電動機を制御するために該発電・電動機に接続して設けられた旋回用インバータと、前記アシスト用発電・電動機を制御するために該発電・電動機に接続して設けられたアシスト用インバータと、前記旋回用インバータおよび前記アシスト用インバータと前記蓄電装置との間に設けられ両者間の接続と遮断を行うコンタクタとを備えてなる。 Hybrid compact hydraulic excavator according to the present invention includes a lower traveling body of self-propelled crawler type, a swing motor-generator on the lower traveling structure mounted pivotably via a pivoting device for a power source turning operation An upper revolving body whose rear part is within the vehicle width of the crawler type lower traveling body, and a working device provided on the front side of the upper revolving body so as to be able to move up and down using a hydraulic actuator as a power source. The swivel body includes a swivel frame that forms a support structure, a counterweight that is attached to a rear end of the swivel frame and balances the weight of the working device, and is located on the front side of the counterweight and is located behind the swivel frame. Engine mounted horizontally and extending in the left and right directions on the side, and a hydraulic pump driven by the engine provided with an input shaft coaxially with the output shaft of the engine , An output shaft and said hydraulic pump input shaft and connected to the assist motor-generator of the engine, the left of the rotating frame, tilt up through the tilting support member to the front of one side of the right direction, is supported tilt-down capable, the footrest section, the rising portion rises upward from the rear of the foot put portion, the driver's seat mounting portion extending from the upper side of the rising portion rearward toward the upper side of the engine, And a floor member comprising a mounting plate portion that is attached to the counterweight and extends to the rear side of the driver seat mounting portion, and is provided on the other side in the left and right directions of the swivel frame, and fuel or hydraulic oil is provided therein. Supplying electric power to the oil storage tank to be stored, the turning generator / motor and the assist generator / motor, and power from the turning generator / motor and the assist generator / motor A power storage device for receiving power, a turning inverter connected to the power generator / motor for controlling the power generator / motor for turning, and a power inverter / motor for controlling the assist power generator / motor An assist inverter provided in a connected manner, and a contactor provided between the turning inverter and the assist inverter and the power storage device and connected and disconnected between the two.
上述した課題を解決するために、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、前記旋回用インバータ、アシスト用インバータおよびコンタクタは、前記フロア部材の前記運転席取付部の下側であって前記エンジンと前記フロア部材の立上がり部との間に形成されており、前記フロア部材をチルトアップさせた状態で外部に開放されるエンジン前空間内に配置する構成としており、前記旋回フレームには、前記エンジン前空間に位置して前記フロア部材とは別部材からなる電気部品取付ブラケットを設けており、前記旋回用インバータ、アシスト用インバータおよびコンタクタは、前記電気部品取付ブラケットに取付けられる構成としたことにある。
In order to solve the above-described problem, the feature of the configuration of the invention of
請求項２の発明は、前記旋回用インバータ、アシスト用インバータおよびコンタクタは、前記エンジン前空間内に左，右方向に並べて配置される構成としたことにある。
The invention of
請求項３の発明は、前記蓄電装置は、前記フロア部材と前記貯油タンクとの間に位置して前記旋回フレーム上に配置される構成としたことにある。 A third aspect of the present invention, the electric storage device is to have a structure that will be disposed to on the revolving frame positioned between the floor member and the oil storage tank.
請求項４の発明は、前記蓄電装置は、前記フロア部材と前記貯油タンクとの間に位置して前記旋回フレーム上に配置しており、前記旋回用インバータと前記アシスト用インバータとは、平面視で前記蓄電装置に接近した位置に並べて配置しており、前記コンタクタは、前記各インバータよりも前記蓄電装置から離間した位置に配置される構成としたことにある。
The invention according to
請求項５の発明は、前記エンジンの出力は、前記油圧ポンプを軽い負荷で駆動するのに必要とされる力を賄い、前記油圧ポンプの負荷が前記軽い負荷よりも大きくなると、前記エンジンの出力に前記アシスト用発電・電動機の出力をアシストさせる構成としたことにある。 According to a fifth aspect of the invention, the output of the engine covers the force required to drive the hydraulic pump with a light load, and when the load of the hydraulic pump becomes larger than the light load, the output of the engine Further, the output of the assist generator / motor is assisted.
請求項６の発明は、前記エンジンの出力は、低速走行時または通常の作業時に前記油圧ポンプを駆動するのに必要な値に設定しており、高速走行時には、前記エンジンの出力に対し前記アシスト用発電・電動機の出力をアシストして前記油圧ポンプを駆動する構成としたことにある。
The invention of
請求項１の発明によれば、フロア部材を構成する運転席取付部の下側には、フロア部材の立上がり部とエンジンとの間に位置してフロア部材をチルトアップさせた状態で外部に開放されるエンジン前空間が形成されている。このエンジン前空間には、小型油圧ショベルをハイブリッド化するときに用いられる旋回用インバータ、アシスト用インバータおよびコンタクタを配置することができる。 According to the first aspect of the present invention, the driver seat mounting portion constituting the floor member is opened to the outside with the floor member tilted up and positioned between the rising portion of the floor member and the engine. An engine front space is formed. In the space in front of the engine, a turning inverter, an assisting inverter, and a contactor used when a small hydraulic excavator is hybridized can be arranged.
この結果、既存の建設機械を活用し、この建設機械をハイブリッド化する場合、特に、上部旋回体に機器類の設置空間を確保するのが困難な小型の油圧ショベルをハイブリッド化する場合でも、エンジン前空間を利用することにより、旋回用インバータ、エンジン用インバータ、コンタクタを容易に搭載することができる。
しかも、フロア部材とは別部材からなる電気部品取付ブラケットに旋回用インバータ、アシスト用インバータおよびコンタクタを取付けることにより、これらの電気部品を１つの電気部品ユニットとして旋回フレームに取付けることができる。この結果、旋回用インバータ、アシスト用インバータおよびコンタクタは、電気部品取付ブラケットを介してエンジン前空間に容易に設けることができ、組立作業性、メンテナンス作業性を向上することができる。
As a result, when using existing construction machinery and hybridizing this construction machinery, especially when hybridizing a small hydraulic excavator that is difficult to secure the installation space of equipment on the upper swing body, the engine By using the front space, a turning inverter, an engine inverter, and a contactor can be easily mounted.
Moreover, by attaching the turning inverter, the assisting inverter, and the contactor to the electrical component mounting bracket made of a member different from the floor member, these electrical components can be attached to the turning frame as one electrical component unit. As a result, the turning inverter, the assisting inverter, and the contactor can be easily provided in the space in front of the engine via the electrical component mounting bracket, and the assembly workability and the maintenance workability can be improved.
請求項２の発明によれば、エンジン前空間内では、旋回用インバータ、アシスト用インバータおよびコンタクタを左，右方向に並べて配置している。これにより、後側を持ち上げるようにフロア部材を傾転させた状態では、エンジン前空間を外部に大きく開放することができる。従って、大きく開放されたエンジン前空間を利用することにより、旋回用インバータ、アシスト用インバータ、コンタクタを接続するときの作業性、これらの点検、修理等のメンテナンス作業性を向上することができる。
According to the invention of
請求項３の発明によれば、蓄電装置は、フロア部材と貯油タンクとの間に配置したことにより、エンジンとフロア部材の立上がり部との間のエンジン前空間内に配置された旋回用インバータ、アシスト用インバータおよびコンタクタと接近した位置に配置することができる。これにより、蓄電装置と旋回用インバータ、アシスト用インバータ、コンタクタとの間を短いケーブルを用いて容易に接続することができる。
According to the invention of
請求項４の発明によれば、蓄電装置は、フロア部材と貯油タンクとの間に配置したことにより、エンジンとフロア部材の立上がり部との間のエンジン前空間内に配置された旋回用インバータ、アシスト用インバータおよびコンタクタと接近した位置に配置することができる。
According to the invention of
この上で、旋回用インバータとアシスト用インバータとは、平面視で蓄電装置に接近した位置に並べて配置し、コンタクタは、前記各インバータよりも蓄電装置から離間した位置に配置している。 On this basis, the turning inverter and the assisting inverter are arranged side by side at a position closer to the power storage device in plan view, and the contactor is disposed at a position farther from the power storage device than the inverters.
従って、旋回フレームの中心付近に配設された旋回用発電・電動機と旋回用インバータとの間、エンジンに設けられたアシスト用発電・電動機とアシスト用インバータとの間を短いケーブルを用いて接続することができる。このように、大きな電流が流れるケーブルを短くしたことにより、発熱等によるケーブルの劣化を抑えることができ、信頼性を向上することができる。さらに、蓄電装置と旋回用インバータ、アシスト用インバータ、コンタクタとの間を短いケーブルを用いて容易に接続することができる。 Therefore, a short power cable is used to connect the turning generator / motor arranged near the center of the turning frame and the turning inverter, and between the assisting generator / motor provided in the engine and the assist inverter. be able to. Thus, by shortening the cable through which a large current flows, deterioration of the cable due to heat generation or the like can be suppressed, and reliability can be improved. Furthermore, the power storage device and the turning inverter, the assisting inverter, and the contactor can be easily connected using a short cable.
請求項５の発明によれば、エンジンの出力は、油圧ポンプを軽い負荷で駆動するのに必要とされる力を賄う設定としているから、エンジンには、出力が小さな小型（小排気量）のものを用いることができる。これにより、排気ガスを清浄化するための排気ガス規制に対し、エンジンの出力を規制対象外まで小さく抑えて規制による負担を軽減することができ、安価にハイブリッド化することができる。しかも、出力が小さなエンジンは、全体的に小型に形成されているから、エンジンの周囲に機器類を配置するための空間を確保することができる上に、エンジンの小型化に伴って上部旋回体を小型化することもできる。一方、小型（小排気量）のエンジンを用いることで、燃料消費率を良好にすることができる。さらに、油圧ポンプを軽い負荷よりも大きな重い負荷で駆動するときには、エンジンの出力にアシスト用発電・電動機の出力をアシストさせることにより、この油圧ポンプを駆動することができる。
According to the invention of
請求項６の発明によれば、低速走行時または通常の作業時には、エンジンの出力だけで油圧ポンプを駆動することができる。一方、高速走行時には、油圧ポンプの負荷圧が大きくなり、エンジンの出力だけでは油圧ポンプを駆動することができない。そこで、エンジンの出力にアシスト用発電・電動機の出力をアシストさせることにより、負荷圧が大きな油圧ポンプを駆動することができる。 According to the sixth aspect of the present invention, the hydraulic pump can be driven only by the output of the engine during low speed traveling or normal work. On the other hand, when traveling at high speed, the load pressure of the hydraulic pump increases, and the hydraulic pump cannot be driven only by the output of the engine. Therefore, by assisting the output of the assist generator / motor with the output of the engine, a hydraulic pump having a large load pressure can be driven.
以下、本発明の実施の形態に係るハイブリッド式小型油圧ショベルとして、動力源としてエンジンと発電・電動機とを併用したハイブリッド式小型油圧ショベルを例に挙げ、図１ないし図１６を参照しつつ詳細に説明する。 Hereinafter, a hybrid type small hydraulic excavator according to an embodiment of the present invention, an example of the hybrid type small hydraulic excavator using a combination of the engine and the generator-motor as a power source, in detail with reference to FIGS. 1 to 16 explain.
図１において、１はハイブリッド式小型油圧ショベルを示している。このハイブリッド式小型油圧ショベル１（以下、ハイブリッド式油圧ショベル１という）は、例えば運転質量が６トン未満のミニショベルと呼ばれるもので、旋回動作時に上部旋回体４の後部が下部走行体２の車幅寸法内にほぼ収まる後方超小旋回型の油圧ショベルとして構成されている。 In Figure 1, 1 denotes a hybrid type small hydraulic excavator. The hybrid small hydraulic excavator 1 (hereinafter referred to as a hybrid hydraulic excavator 1) is called a mini excavator having an operating mass of less than 6 tons, for example. The hydraulic excavator is a rear ultra-small swivel excavator that is substantially within the width dimension.
ハイブリッド式油圧ショベル１は、図１ないし図３に示すように、自走可能なクローラ式の下部走行体２と、該下部走行体２上に設けられた旋回装置３と、前記下部走行体２上に該旋回装置３を介して旋回可能に搭載された上部旋回体４と、該上部旋回体４の前側に俯仰動可能に設けられ、土砂の掘削作業等を行う作業装置５とにより構成されている。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
下部走行体２は、トラックフレーム２Ａと、該トラックフレーム２Ａの左，右両側に設けられた駆動輪２Ｂと、該駆動輪２Ｂと前，後方向の反対側に位置して前記トラックフレーム２Ａの左，右両側に設けられた遊動輪２Ｃと、前記駆動輪２Ｂと遊動輪２Ｃ（いずれも左側のみ図示）とに亘って巻回された履帯２Ｄとを含んで構成されている。左，右の駆動輪２Ｂは、油圧モータからなる左，右の走行用モータ２Ｅ，２Ｆ（図１６参照）によって回転駆動され、これにより、下部走行体２は自走可能となっている。一方、トラックフレーム２Ａの中央部の上側には、大径で短尺な筒体２Ｇが設けられ、該筒体２Ｇ上には、旋回装置３が取付けられている。ここで、下部走行体２の走行用モータ２Ｅ，２Ｆは、例えば走行速度を低速段と高速段の２段階に切換えることができる。
The
作業装置５は、後述する旋回フレーム６に俯仰動可能に取付けられたブーム５Ａと、該ブーム５Ａの先端部に俯仰動可能に取付けられたアーム５Ｂと、該アーム５Ｂの先端部に回動可能に取付けられたバケット５Ｃと、これらを駆動する油圧アクチュエータとしての油圧シリンダからなるブームシリンダ５Ｄ、アームシリンダ５Ｅ、バケットシリンダ５Ｆとにより構成されている。
The working
上部旋回体４は、後述の旋回フレーム６が旋回装置３を介して下部走行体２上に旋回自在に搭載され、この旋回フレーム６上には、後述のカウンタウエイト８、エンジン１１、油圧ポンプ１３、アシスト用発電・電動機１４、旋回用発電・電動機１５、フロア部材１６、作動油タンク２２、燃料タンク２３、蓄電装置２４、電気部品取付ブラケット２７、旋回用インバータ３４、アシスト用インバータ３６、コンタクタボックス３７等が設けられている。
The
６は上部旋回体４の支持構造体を形成する旋回フレームである。この旋回フレーム６は、図４ないし図８に示すように、前，後方向に延びた底板６Ａと、該底板６Ａ上に左，右方向に間隔をもって前，後方向に延びて立設された左縦板６Ｂ，右縦板６Ｃと、前記底板６Ａの前端部位から左，右方向の左側に延びつつ屈曲して後方に延びた左サイドフレーム６Ｄと、前記底板６Ａの前端部位から左，右方向の右側に延びつつ屈曲して後方に延びた右サイドフレーム６Ｅと、前記各縦板６Ｂ，６Ｃの後端部に固着された状態で前記底板６Ａ上に左，右方向に延びて立設された後横板６Ｆと、該後横板６Ｆの後側に位置して前記底板６Ａ上に立設されたＣ字形状ないしＵ字形状の後縦板６Ｇと、前記各縦板６Ｂ，６Ｃの前側に設けられた支持ブラケット６Ｈとにより構成されている。この支持ブラケット６Ｈは、底板６Ａよりも前方に突出して設けられ、先端側には作業装置５が左，右方向に揺動可能に取付けられている。
A revolving
一方、後横板６Ｆの上側部位には、図１１、図１２に示すように、左，右の縦板６Ｂ，６Ｃ間に位置して複数個、例えば２個〜５個のめねじ孔６Ｊが左，右方向に間隔をもって設けられている。この複数個のめねじ孔６Ｊは、例えば後横板６Ｆに穿設した貫通孔にナットを溶接した溶接ナットとして形成されている。ここで、後横板６Ｆは、後述するカウンタウエイト８のフロア取付ブラケット９と協働して後述する電気部品取付ブラケット２７を取付けるものであり、各めねじ孔６Ｊには、電気部品取付ブラケット２７の下側部分を取付けるためのボルト３３が螺着される。
On the other hand, as shown in FIGS. 11 and 12, a plurality of, for example, 2 to 5 female screw holes 6J, located between the left and right
７は旋回フレーム６に設けられた蓄電装置取付台を示し、該蓄電装置取付台７は、後述の蓄電装置２４を旋回フレーム６上に取付けるものであり、旋回フレーム６の一部を構成している。蓄電装置取付台７は、旋回フレーム６の中央付近、具体的には、右縦板６Ｃの上側位置を右サイドフレーム６Ｅの前端から後横板６Ｆまで延びるボックス状の台座として形成されている。ボックス状の蓄電装置取付台７は、その上面が蓄電装置２４を取付けるための平坦な取付面部７Ａとなり、該取付面部７Ａの前端から下側に延びた前面部７Ｂには、後述するケーブル３８等を通すための開口部７Ｃが形成されている。
８は旋回フレーム６の後端部に取付けられたカウンタウエイトを示している。このカウンタウエイト８は、作業装置５との重量バランスをとるもので、後向きに突出した凸湾曲形状をなしている。カウンタウエイト８の上端面は、図１１に示すように、ほぼ平坦な上面８Ａとなり、この上面８Ａの前側には、カウンタウエイト８の一部を構成するフロア取付ブラケット９が設けられている。
ここで、フロア取付ブラケット９は、後述するフロア部材１６の後側が取付けられるものである。フロア取付ブラケット９は、左，右方向に水平に延びた横板部９Ａと、該横板部９Ａの前端から屈曲して下方に延びた縦板部９Ｂとにより断面Ｌ字状の強度部材として形成されている。横板部９Ａは、カウンタウエイト８の上面８Ａに一体的にボルト止めされている。一方、縦板部９Ｂには、左，右方向に間隔をもって複数個、例えば３個のめねじ孔９Ｃが設けられ、この３個のめねじ孔９Ｃは、例えば前述した旋回フレーム６のめねじ孔６Ｊと同様に、溶接ナットとして形成されている。さらに、各めねじ孔９Ｃには、電気部品取付ブラケット２７の上側部分を取付けるためのボルト３３が螺着される。
Here, the
１０はフロア取付ブラケット９の右側に位置してカウンタウエイト８から前側に延びて設けられた熱交換器カバーである。この熱交換器カバー１０は、後述するエンジン１１、熱交換器１２の上側を覆う上面部１０Ａと、該上面部１０Ａの前側から下側に延びて前記エンジン１１、熱交換器１２の前側を覆う前面部１０Ｂとにより構成され、該前面部１０Ｂの下側は、例えば蓄電装置取付台７の後部に取付けられている。
１１はカウンタウエイト８の前側に位置して旋回フレーム６上に設けられたエンジンを示している。このエンジン１１は、旋回フレーム６の後側に位置する後縦板６Ｇ上に、左，右方向に延在する横置き状態で搭載されている。エンジン１１には、排気ガスを排出するための排気管１１Ａが設けられ、該排気管１１Ａには、エンジン１１の左側に位置してマフラ１１Ｂが設けられている。このマフラ１１Ｂは、排気ガスの騒音を低減するために備えられている。これ以外にも、エンジン１１の出力が排気ガス規制の設定値を越える場合には、マフラ１１Ｂを排気ガス後処理装置に変更することで、エンジン１１から排出される排気ガス中の有害物質を除去することができる。一方、エンジン１１の右側には、ラジエータ、オイルクーラ等を含む熱交換器１２が配設されている。
ここで、エンジン１１の性能（出力）について述べる。エンジン１１の出力は、図１５に示すように、後述する油圧ポンプ１３を軽い負荷で駆動するのに必要とされる力を賄い得る大きさに設定されている。具体的には、エンジン１１の出力は、下部走行体２を低速段で走行させたときの低速走行時、または作業装置５、旋回装置３を用いて一般的な掘削作業を行ったときの通常の作業時に、油圧ポンプ１３を駆動するのに必要な値に設定されている。一方で、油圧ポンプ１３の負荷が前記軽い負荷よりも大きくなったとき、例えば、下部走行体２を高速段で走行させたときの高速走行時には、エンジン１１の出力に対しアシスト用発電・電動機１４の出力をアシストして油圧ポンプ１３を駆動する構成としている。
Here, the performance (output) of the
従って、エンジン１１は、油圧ポンプ１３を軽い負荷で駆動できる出力を有していればよいから、出力に合せて小型化できる上に、このエンジン１１に関連する機器、例えばマフラ１１Ｂ（排気ガス後処理装置）、熱交換器１２等も小型化することができる。これにより、エンジン１１の周囲には、各機器を小型化したことにより、後述のエンジン前空間２６を含む空間を設けることができる。
Therefore, the
１３はエンジン１１の左側に設けられた油圧ポンプを示している。この油圧ポンプ１３は、入力軸がエンジン１１の出力軸と同軸に設けられ、該エンジン１１によって駆動されるものである。油圧ポンプ１３は、下部走行体２の各走行用モータ２Ｅ，２Ｆと作業装置５の各シリンダ５Ｄ，５Ｅ，５Ｆを駆動するための動力源として、作動油を昇圧して吐出するものである。
ここで、図１４に示すように、油圧ポンプ１３を軽い負荷で駆動するのに必要とされる出力は、エンジン１１の出力により賄うことができる。一方、油圧ポンプ１３をこれよりも重い負荷で駆動するのに必要とされる出力は、エンジン１１の出力に後述するアシスト用発電・電動機１４の出力を加える（アシストさせる）ことにより賄うことができる。
Here, as shown in FIG. 14, the output required to drive the
１４はエンジン１１の左側に位置して該エンジン１１の出力軸と油圧ポンプ１３の入力軸とに接続されたアシスト用発電・電動機（図１１参照）である。このアシスト用発電・電動機１４は、エンジン１１によって回転駆動することにより発電し、またはエンジン１１に加えて油圧ポンプ１３の駆動を補助するものである。アシスト用発電・電動機１４は、後述の三相交流ケーブル３５を介してアシスト用インバータ３６に電気的に接続されている。
１５は旋回装置３の動力源を構成する旋回用発電・電動機を示している。この旋回用発電・電動機１５は、旋回フレーム６の底板６Ａのほぼ中央部に取付けられた電動モータからなり、減速機構１５Ａを介して旋回装置３に噛合する歯車（図示せず）を有している。旋回用発電・電動機１５は、後述の蓄電装置２４からの給電によって前記歯車を回転駆動することにより、旋回装置３を介して下部走行体２上で上部旋回体４を旋回動作させるものである。一方で、旋回用発電・電動機１５は、旋回動作を減速するときに発生する回生エネルギを蓄電装置２４に蓄えることができる。旋回用発電・電動機１５は、三相交流ケーブル３５を介して旋回用インバータ３４に電気的に接続されている。
１６は旋回フレーム６上の左，右方向の一側となる左側寄りに設けられたフロア部材である。このフロア部材１６は、その前端位置が後述の傾転支持部材２１を介して旋回フレーム６の前端位置に傾転可能（チルトアップ、チルトダウン可能）に支持されている。一方、フロア部材１６の後側位置は、カウンタウエイト８の上部に支持されている。フロア部材１６は、図４、図７、図９に示すように、前側に位置してオペレータが足を乗せる足乗せ部１６Ａと、該足乗せ部１６Ａの後部から上方に立上がった立上がり部１６Ｂと、該立上がり部１６Ｂの上側からエンジン１１の上側に向け後側に延びた運転席取付部１６Ｃと、該運転席取付部１６Ｃの後部から斜め上側に延びた背板部１６Ｄと、該背板部１６Ｄの上側から後側に延びた取付板部１６Ｅとを含んで構成されている。
さらに、足乗せ部１６Ａの前側には、レバー・ペダル取付部１６Ｆが設けられ、該レバー・ペダル取付部１６Ｆには、後述する走行用の操作レバー・ペダル１９等が設けられている。レバー・ペダル取付部１６Ｆの下面側には、後述する傾転支持部材２１が左，右方向に間隔をもって取付けられている。これにより、フロア部材１６は、傾転支持部材２１を傾転中心として後側をチルトアップまたはチルトダウンすることができる。フロア部材１６をチルトダウンした状態では、後側の取付板部１６Ｅをカウンタウエイト８のフロア取付ブラケット９にボルト止めすることができる。
Further, a lever /
１７はフロア部材１６を構成する運転席取付部１６Ｃ上に設けられた運転席（図２参照）で、該運転席１７は、オペレータが着座するものである。運転席１７の左，右両側には、作業装置５等を操作するための作業用の操作レバー１８が配設されている。さらに、運転席１７の前方となるフロア部材１６のレバー・ペダル取付部１６Ｆには、下部走行体２を走行させるときに手動操作または足踏み操作によって操作する走行用の操作レバー・ペダル１９が設けられている。
２０はフロア部材１６上に設けられたキャブボックスで、該キャブボックス２０は、上，下方向に長尺な有蓋のボックス体として形成されている。このキャブボックス２０は、下部がフロア部材１６の周囲に取付けられている。なお、キャブボックス２０に代え、支柱上にルーフ部が設けられたキャノピを適用することもできる。
ここで、フロア部材１６、運転席１７、作業用の操作レバー１８、走行用の操作レバー・ペダル１９、キャブボックス２０等は、旋回フレーム６上に搭載された１つのユニットとして構成されている。このキャブユニットは、図７に示すように、フロア部材１６のレバー・ペダル取付部１６Ｆが旋回フレーム６の前端部に対し、左，右方向に延びる軸線を回動軸線とするヒンジ構造をもった左，右の傾転支持部材２１を介して取付けられている。これにより、キャブユニットは、前側の傾転支持部材２１を支点として後側が上，下方向に傾転可能となっている。
Here, the
２２は貯油タンクとしての作動油タンクで（図１０参照）、該作動油タンク２２は、旋回フレーム６の左，右方向の他側となる右側、具体的には、熱交換器１２の前側に位置して右サイドフレーム６Ｅの近傍に設けられている。この作動油タンク２２は、油圧ポンプ１３に供給する作動油を貯えるものである。
２３は作動油タンク２２の左前側の近傍に位置して旋回フレーム６上に設けられた貯油タンクとしての燃料タンクである。この燃料タンク２３は、エンジン１１に供給する燃料を貯えるものである。
ここで、貯油タンクを構成する作動油タンク２２と燃料タンク２３は、旋回フレーム６の右縦板６Ｃよりも右側に配置することにより、フロア部材１６（キャブボックス２０）との間に空間を形成している。この各タンク２２，２３とフロア部材１６との間の空間には、蓄電装置取付台７上に位置して後述の蓄電装置２４を配置することができる。
Here, the
２４は旋回フレーム６上に設けられた蓄電装置で、該蓄電装置２４は、燃料タンク２３とフロア部材１６（キャブボックス２０）との間の空間に位置して蓄電装置取付台７上に配設されている。蓄電装置２４は、旋回用発電・電動機１５およびアシスト用発電・電動機１４に対して電力の給電を行うと共に、旋回用発電・電動機１５およびアシスト用発電・電動機１４から電力の受電（蓄電）を行うもので、例えばリチウムイオンバッテリを用いて構成されている。なお、蓄電装置２４としては、リチウムイオンバッテリ以外にも、例えば電気二重層のキャパシタを用いることもできる。蓄電装置２４にキャパシタを用いる場合には、蓄電装置２４の出力端子にチョッパを接続して設け、該チョッパによって蓄電装置２４の出力端子電圧を一定に保持するのが好ましい。
A
蓄電装置２４は、燃料タンク２３とキャブボックス２０との間の狭い空間に収まるように、左，右方向に扁平で上，下方向に延びた縦長な直方体状に形成されている。蓄電装置２４は、図１６に示すように、給電用のケーブル３８を介して後述のディスコネクトスイッチ２５、各インバータ３４，３６と電気的に接続されている。蓄電装置２４は、その下部が蓄電装置取付台７の取付面部７Ａに取付けられ、後部が熱交換器カバー１０の前面部１０Ｂに取付けられている。
The
２５は蓄電装置２４の前部上側に設けられたディスコネクトスイッチである。このディスコネクトスイッチ２５は、例えば、蓄電装置２４の正側の出力端子に接続して設けられ、操作用のボタン２５Ａを有している（図４参照）。そして、ディスコネクトスイッチ２５は、常時は蓄電装置２４と各インバータ３４，３６との間を接続し、ボタン２５Ａが操作されることによって蓄電装置２４と各インバータ３４，３６との間を遮断するものである。
２６はフロア部材１６の運転席取付部１６Ｃの下側であってエンジン１１とフロア部材１６の立上がり部１６Ｂとの間に形成されたエンジン前空間を示している（図７参照）。このエンジン前空間２６には、後述の電気部品取付ブラケット２７を介して旋回用インバータ３４、アシスト用インバータ３６およびコンタクタボックス３７が配置されている。
２７はエンジン前空間２６内に位置して旋回フレーム６に設けられた電気部品取付ブラケットである。この電気部品取付ブラケット２７は、フロア部材１６とは別部材として形成されている。電気部品取付ブラケット２７は、図１１ないし図１３に示すように、後述のメインブラケット２８、上側取付部２９、下側取付部３０、防振部材３１を含んで構成されている。
An electrical
２８は電気部品取付ブラケット２７の本体部分を形成するメインブラケットで、該メインブラケット２８は、エンジン１１の前側を覆う縦面板２８Ａと、該縦面板２８Ａの上部から後側に延びた横面板２８Ｂと、該横面板２８Ｂの後部から上側に延びた上取付代２８Ｃと、前記縦面板２８Ａの下部から前側に延びた下取付代２８Ｄと、前記縦面板２８Ａ、横面板２８Ｂ、各取付代２８Ｃ，２８Ｄの右端縁に固着された右面板２８Ｅとによりステップ状に構成されている。
A
縦面板２８Ａには、旋回用インバータ３４、アシスト用インバータ３６、コンタクタボックス３７を取付けるための複数個のめねじ孔（いずれも図示せず）が設けられている。上取付代２８Ｃには、左，右方向に間隔をもって複数個、例えば３個の貫通孔２８Ｆが設けられ、下取付代２８Ｄには、左，右方向に間隔をもって複数個、例えば４個の貫通孔２８Ｇが設けられている。
The
２９は電気部品取付ブラケット２７の上側位置に配置された上側取付部で、該上側取付部２９は、左，右方向に長尺な略長方形状の板体として形成されている。上側取付部２９の上側位置には、カウンタウエイト８を構成するフロア取付ブラケット９の各めねじ孔９Ｃに対応して３個のボルト挿通孔２９Ａが設けられている。一方、上側取付部２９の下側位置には、後述する防振部材３１が複数個取付けられている。
３０は電気部品取付ブラケット２７の下側位置に配置された下側取付部で、該下側取付部３０は、横板３０Ａと縦板３０Ｂとからアングル状に形成されている。前記縦板３０Ｂには、旋回フレーム６の後横板６Ｆに設けためねじ孔６Ｊに対応して複数個のボルト挿通孔３０Ｃが設けられている。一方、横板３０Ａには、後述する防振部材３１が複数個取付けられている。
３１は上側取付部２９の下側部位と下側取付部３０の横板３０Ａとにそれぞれ設けられた複数個の防振部材である。この複数個の防振部材３１は、例えばゴム等の弾性部材の先端におねじ部３１Ａを固着することにより形成されている。各防振部材３１は、前記弾性部材側を上側取付部２９、下側取付部３０に対して取付けている。
ここで、下側に３個の防振部材３１が取付けられた上側取付部２９は、各防振部材３１のおねじ部３１Ａをメインブラケット２８の上取付代２８Ｃに設けた各貫通孔２８Ｆに挿通し、このおねじ部３１Ａにナット３２を螺着することにより、メインブラケット２８の上側に取付けられている。一方、上側に４個の防振部材３１が取付けられた下側取付部３０は、各防振部材３１のおねじ部３１Ａをメインブラケット２８の下取付代２８Ｄに設けた各貫通孔２８Ｇに挿通し、このおねじ部３１Ａにナット３２を螺着することにより、メインブラケット２８の下側に取付けられている。
Here, the upper mounting
このように組立てられた電気部品取付ブラケット２７は、図１２に示すように、上側取付部２９をカウンタウエイト８を構成するフロア取付ブラケット９の縦板部９Ｂに対面させ、ボルト挿通孔２９Ａに挿通したボルト３３をフロア取付ブラケット９のめねじ孔９Ｃに螺着することにより、電気部品取付ブラケット２７の上側部分をカウンタウエイト８の前部に対して防振状態で取付けることができる。一方、下側取付部３０の縦板３０Ｂを旋回フレーム６の後横板６Ｆに対面させ、ボルト挿通孔３０Ｃに挿通したボルト３３を後横板６Ｆのめねじ孔６Ｊに螺着することにより、電気部品取付ブラケット２７の下側部分を旋回フレーム６に対して防振状態で取付けることができる。
As shown in FIG. 12, the electrical
３４は旋回用発電・電動機１５を制御するために該発電・電動機１５に電気的に接続された旋回用インバータである。この旋回用インバータ３４は、電気部品取付ブラケット２７のメインブラケット２８、具体的には、メインブラケット２８の縦面板２８Ａのうち、蓄電装置２４側となる右側位置に取付けられている。これにより、図１０に示すように、旋回用インバータ３４は、旋回フレーム６のほぼ中央位置に配置された旋回用発電・電動機１５に対して直ぐ後方、即ち、アシスト用インバータ３６に比べて旋回用発電・電動機１５に近い位置に配置されている。
旋回用インバータ３４は、複数のスイッチング素子（図示せず）等を組合せることにより構成されている。旋回用インバータ３４は、旋回用発電・電動機１５の回生時には、旋回用発電・電動機１５による交流の回生電力を直流電力に変換して蓄電装置２４に供給する。一方、旋回用発電・電動機１５の旋回駆動時には、蓄電装置２４からの直流電力を交流の駆動電力に変換して旋回用発電・電動機１５に供給する。
The turning
旋回用インバータ３４は、旋回用発電・電動機１５に三相交流ケーブル３５を用いて接続されている。旋回用インバータ３４と旋回用発電・電動機１５とは、前，後方向で対向するように近い位置に配置されている。これにより、両者を接続する前記三相交流ケーブル３５も短く形成することができる。
The turning
３６はアシスト用発電・電動機１４を制御するために該発電・電動機１４に電気的に接続されたアシスト用インバータである。このアシスト用インバータ３６は、旋回用インバータ３４の左側（蓄電装置２４と離れる側）に並べてメインブラケット２８の縦面板２８Ａに取付けられている。これにより、アシスト用インバータ３６は、エンジン１１の左側に配置されたアシスト用発電・電動機１４に対し、旋回用インバータ３４よりも近い位置に配置されている。
このアシスト用インバータ３６は、旋回用インバータ３４と同様に、複数のスイッチング素子（図示せず）等を組合せることにより構成されている。アシスト用インバータ３６は、アシスト用発電・電動機１４の発電時には、該アシスト用発電・電動機１４による交流の発電電力を直流電力に変換して蓄電装置２４に供給する。一方、アシスト用発電・電動機１４の駆動時には、アシスト用インバータ３６は、蓄電装置２４からの直流電力を交流の駆動電力に変換してアシスト用発電・電動機１４に供給する。
The assist
アシスト用インバータ３６は、前述した旋回用インバータ３４、旋回用発電・電動機１５間と同様に、アシスト用発電・電動機１４に三相交流ケーブル３５を用いて接続されている。そして、アシスト用インバータ３６とアシスト用発電・電動機１４とは、近い位置に配置しているから、両者を接続する三相交流ケーブル３５も短く形成することができる。
The assist
３７は旋回用インバータ３４およびアシスト用インバータ３６と蓄電装置２４との間に設けられたコンタクタボックスを示している。このコンタクタボックス３７は、各インバータ３４，３６よりも蓄電装置２４から離間した左側位置に配置されている。コンタクタボックス３７は、例えば、１個のメイン電圧伝達用コンタクタ、各インバータ３４，３６に対応して２個のインバータ用コンタクタ、充電用リレー等（いずれも図示せず）を内蔵している。各インバータ用コンタクタのうち、一方のインバータ用コンタクタは、旋回用インバータ３４と蓄電装置２４との間の接続と遮断を行うものである。他方のインバータ用コンタクタは、アシスト用インバータ３６と蓄電装置２４との間の接続と遮断を行うものである。これらのコンタクタは、例えばイグニッションキー（図示せず）、ディスコネクトスイッチ２５のボタン２５Ａの操作に応じて、接続状態と遮断状態とが切換わる。
ここで、旋回用インバータ３４、アシスト用インバータ３６およびコンタクタボックス３７は、エンジン前空間２６内に配置された電気部品取付ブラケット２７に左，右方向に並べて配置されている。この場合、旋回用インバータ３４が平面視で蓄電装置２４に最も接近した位置に配置され、アシスト用インバータ３６が旋回用インバータ３４の左側に並べて配置され、コンタクタボックス３７が各インバータ３４，３６よりも蓄電装置２４から離間した左側位置に配置されている。
Here, the
このように、旋回用インバータ３４、アシスト用インバータ３６およびコンタクタボックス３７を所望の順番で配置することにより、旋回用インバータ３４と旋回用発電・電動機１５とを近い位置に配置でき、アシスト用インバータ３６とアシスト用発電・電動機１４とを近い位置に配置できる。これにより、インバータ３４，３６と発電・電動機１５，１４とを接続する三相交流ケーブル３５を短く形成することができる。しかも、蓄電装置２４、各インバータ３４，３６、コンタクタボックス３７間を接続する給電用のケーブル３８も短く形成でき、配線作業も容易に行うことができる。
Thus, by arranging the turning
なお、３９はフロア部材１６の右側に位置して設けられた外装カバーで、該外装カバー３９は、熱交換器１２、作動油タンク２２、燃料タンク２３等を覆うものである。外装カバー３９は、後側に位置して熱交換器１２の上側を覆う後カバー３９Ａと、該後カバー３９Ａの前側に開閉可能に設けられ、作動油タンク２２、燃料タンク２３を覆う右前カバー３９Ｂと、燃料タンク２３の左面から上面を覆うようにキャブボックス２０の側面に対面して設けられた仕切カバー３９Ｃとにより構成されている。
４０は旋回フレーム６上に設けられたコントロールバルブである（図１０、図１６参照）。このコントロールバルブ４０は、下部走行体２の走行用モータ２Ｅ，２Ｆ、作業装置５の各シリンダ５Ｄ，５Ｅ，５Ｆを制御する複数個の油圧制御弁により形成されている。コントロールバルブ４０は、油圧ポンプ１３から供給される圧油を作業用の操作レバー１８の操作に応じ、この操作に対応した油圧アクチュエータに圧油を供給するものである。
本実施の形態によるハイブリッド式油圧ショベル１は、上述の如き構成を有するもので、次に、この油圧ショベル１の動作について説明する。
The
まず、オペレータは、フロア部材１６上に搭乗して運転席１７に着座する。この状態で走行用の操作レバー・ペダル１９を操作することにより、コントロールバルブ４０から下部走行体２の走行用モータ２Ｅ，２Ｆに圧油を供給し、左，右の駆動輪２Ｂを駆動してハイブリッド式油圧ショベル１を前進または後退させることができる。
First, the operator gets on the
一方、運転席１７に着座したオペレータは、作業用の操作レバー１８を操作することにより、旋回装置３（旋回用発電・電動機１５）によって上部旋回体４を旋回させたり、作業装置５を俯仰動させたりして土砂の掘削作業等を行うことができる。
On the other hand, an operator seated in the driver's
ここで、エンジン１１とアシスト用発電・電動機１４とによって油圧ポンプ１３を駆動する場合について、図１４、図１５を用いて説明する。４１はエンジン１１の定格出力である定格出力特性線を示し、４２は油圧ポンプ１３の特性線（Ｐ−Ｑ線図）を示している。この特性線４２は、エンジン１１を定格出力（エンジン１１の定格出力特性線４１）内において駆動したときの油圧ポンプ１３のＰ−Ｑ特性である。４３はエンジン１１の定格出力にアシスト用発電・電動機１４の出力をアシストさせたときの合計出力特性線である。
Here, the case where the
下部走行体２を低速で走行させる場合（低速走行時領域４４）、または旋回装置３、作業装置５を用いて通常の作業を行う場合（通常作業時領域４５）には、油圧ポンプ１３を軽い負荷で駆動すればよい。従って、これらの低速走行時領域４４、通常作業時領域４５を使用する場合には、エンジン１１の定格出力だけで油圧ポンプ１３を駆動するのに必要な力を賄うことができる。
When the
一方、下部走行体２を高速で走行させる場合（高速走行時領域４６）には、油圧ポンプ１３の負荷は、前記軽い負荷よりも大きくなるから、エンジン１１だけでは、油圧ポンプ１３の大きな負荷圧がエンジン１１に作用してエンジンストールを起こす虞がある。このように、高速走行時領域４６を使用する場合、蓄電装置２４からアシスト用発電・電動機１４に給電し、該アシスト用発電・電動機１４を駆動してエンジン１１をアシストする必要がある。即ち、この場合の出力は、エンジン１１の定格出力特性線４１にアシスト用発電・電動機１４の出力を加算した合計出力特性線４３として示される。これにより、油圧ポンプ１３を重い負荷に抗して駆動することができる。なお、油圧ポンプ１３の負荷が大きくなる場合として、高速走行時領域４６を例示したが、作業用のアタッチメントを追加して油圧アクチュエータが増えたり、油圧アクチュエータが大型化して重負荷となった場合を含むものである。
On the other hand, when the
かくして、本実施の形態によれば、旋回用インバータ３４、アシスト用インバータ３６およびコンタクタボックス３７は、フロア部材１６の運転席取付部１６Ｃの下側であってエンジン１１とフロア部材１６の立上がり部１６Ｂとの間に形成されたエンジン前空間２６内に配置される。
Thus, according to the present embodiment, the turning
従って、フロア部材１６の立上がり部１６Ｂとエンジン１１との間に設けられたエンジン前空間２６を利用することにより、上部旋回体４には、油圧ショベル１をハイブリッド化するときに用いられる旋回用インバータ３４、アシスト用インバータ３６およびコンタクタボックス３７を配置することができる。
Therefore, by using the
この結果、動力源としてエンジンだけを搭載した既存の油圧ショベルを活用し、この小型の油圧ショベルをハイブリッド化する場合には、エンジン前空間２６を利用することにより、旋回用インバータ３４、アシスト用インバータ３６およびコンタクタボックス３７を容易に搭載することができる。
As a result, when an existing hydraulic excavator equipped with only an engine is used as a power source and this small hydraulic excavator is hybridized, by utilizing the
また、エンジン前空間２６内では、旋回用インバータ３４、アシスト用インバータ３６およびコンタクタボックス３７を左，右方向に並べて配置している。これにより、後側を持ち上げるようにフロア部材１６を傾転（チルトアップ）させた状態では、エンジン前空間２６を外部に大きく開放することができる。従って、大きく開放されたエンジン前空間２６を利用することにより、旋回用インバータ３４、アシスト用インバータ３６、コンタクタボックス３７を接続するときの作業性、点検、修理等のメンテナンス作業性を向上することができる。
Further, in the
旋回フレーム６には、エンジン前空間２６に位置してフロア部材１６とは別部材からなる電気部品取付ブラケット２７を設けている。従って、電気部品取付ブラケット２７に旋回用インバータ３４、アシスト用インバータ３６、コンタクタボックス３７を取付けることにより、これらの電気部品を１つの電気部品ユニットとして旋回フレーム６に取付けることができる。この結果、旋回用インバータ３４、アシスト用インバータ３６、コンタクタボックス３７は、電気部品取付ブラケット２７を介してエンジン前空間２６に容易に設けることができ、組立作業性、メンテナンス作業性を向上することができる。
The revolving
ここで、電気部品取付ブラケット２７は、メインブラケット２８と上側取付部２９、下側取付部３０との間にそれぞれ複数個の防振部材３１を設けている。従って、メインブラケット２８に取付けられた旋回用インバータ３４、アシスト用インバータ３６、コンタクタボックス３７を防振状態で支持することができる。これにより、各インバータ３４，３６、コンタクタボックス３７内のコンタクタ等の耐久性を高めることができる。
Here, the electrical
一方、蓄電装置２４は、フロア部材１６と燃料タンク２３との間に配置しているから、エンジン１１とフロア部材１６の立上がり部１６Ｂとの間のエンジン前空間２６内に配置された旋回用インバータ３４、アシスト用インバータ３６、コンタクタボックス３７と接近した位置に配置することができる。これにより、蓄電装置２４と旋回用インバータ３４、アシスト用インバータ３６、コンタクタボックス３７との間を給電用のケーブル３８を用いて容易に接続することができる。
On the other hand, since the
しかも、旋回用インバータ３４を平面視で蓄電装置２４に最も接近した位置に配置し、アシスト用インバータ３６を旋回用インバータ３４の左側に並べて配置し、コンタクタボックス３７を各インバータ３４，３６よりも蓄電装置２４から離間した左側位置に配置する構成としている。従って、旋回用インバータ３４と旋回用発電・電動機１５とを前，後方向で対向した近い位置に配置でき、アシスト用インバータ３６もエンジン１１の左側に配置されたアシスト用発電・電動機１４と近い位置に配置できる。これにより、インバータ３４，３６と発電・電動機１５，１４とを接続する三相交流ケーブル３５の長さ寸法を短く形成することができる。この三相交流ケーブル３５の長さ寸法を短く形成した場合、発熱による劣化を抑制することができ、耐久性、信頼性等を向上することができる。
In addition, the turning
また、蓄電装置２４（ディスコネクトスイッチ２５）、各インバータ３４，３６、コンタクタボックス３７間を接続する給電用のケーブル３８も短く形成できるから、ケーブル３８の配線作業を容易に行うことができる。
In addition, since the
さらに、エンジン１１は、その出力を、油圧ポンプ１３を軽い負荷で駆動するのに必要とされる力を賄う値に設定している。即ち、低速走行時領域４４、通常作業時領域４５では、定格出力特性線４１として示されるエンジン１１の定格出力だけで油圧ポンプ１３を駆動することができる。従って、エンジン１１には、出力が小さな小型（小排気量）のものを用いることができる。これにより、エンジン１１から排出される排気ガスを清浄化するための排気ガス規制に対し、エンジン１１の出力を規制対象外まで小さく抑えて、規制による負担を軽減することができる。この結果、既存の油圧ショベルを安価にハイブリッド化することができる。しかも、出力が小さなエンジン１１は、全体的に小型になるから、エンジン１１の周囲には、機器類を配置するための空間を確保することができ、エンジン１１の小型化に伴って上部旋回体４を小型化することもできる。
Furthermore, the
一方、高速走行時領域４６（重負荷時）では、エンジン１１の定格出力だけでは油圧ポンプ１３を駆動することができない。そこで、エンジン１１の定格出力にアシスト用発電・電動機１４の出力をアシストさせて出力を加え、合計出力特性線４３として示される出力特性とすることにより、負荷圧が大きな油圧ポンプ１３を駆動することができる。
On the other hand, in the high-speed traveling region 46 (at the time of heavy load), the
なお、実施の形態では、フロア部材１６とは別部材からなる電気部品取付ブラケット２７に旋回用インバータ３４、アシスト用インバータ３６、コンタクタボックス３７を取付け、この電気部品取付ブラケット２７を旋回フレーム６とカウンタウエイト８のフロア取付ブラケット９に取付ける構成とした場合を例示している。しかし、本発明はこれに限らず、例えば、エンジン前空間２６に位置する旋回フレーム６の後横板６Ｆを上側に延ばし、この後横板６Ｆに旋回用インバータ３４、アシスト用インバータ３６、コンタクタボックス３７を取付ける構成としてもよい。
In the embodiment, the turning
実施の形態では、蓄電装置２４をフロア部材１６と燃料タンク２３との間に位置して旋回フレーム６上に配置した場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えば、蓄電装置をフロア部材の下側等、他の場所に配置する構成としてもよい。
In the embodiment, the case where the
１ ハイブリッド式小型油圧ショベル
２ 下部走行体
３ 旋回装置
４ 上部旋回体
５ 作業装置
５Ａ ブーム
５Ｂ アーム
５Ｃ バケット
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）
６ 旋回フレーム
７ 蓄電装置取付台
８ カウンタウエイト
９ フロア取付ブラケット
１１ エンジン
１３ 油圧ポンプ
１４ アシスト用発電・電動機
１５ 旋回用発電・電動機
１６ フロア部材
１６Ａ 足乗せ部
１６Ｂ 立上がり部
１６Ｃ 運転席取付部
２２ 作動油タンク（貯油タンク）
２３ 燃料タンク（貯油タンク）
２４ 蓄電装置
２６ エンジン前空間
２７ 電気部品取付ブラケット
３４ 旋回用インバータ
３５ 三相交流ケーブル
３６ アシスト用インバータ
３７ コンタクタボックス（コンタクタ）
３８ ケーブル
４１ エンジンの定格出力特性線
４２ 油圧ポンプの特性線（Ｐ−Ｑ線図）
４３ 合計出力特性線
４４ 低速走行時領域
４５ 通常作業時領域
４６ 高速走行時領域
1 hybrid compact
5E Arm cylinder (hydraulic actuator)
5F Bucket cylinder (hydraulic actuator)
6 Turning
23 Fuel tank (oil storage tank)
24
38
43 Total output
Claims (6)
前記上部旋回体は、
支持構造体をなす旋回フレームと、
該旋回フレームの後端部に取付けられ前記作業装置との重量バランスをとるカウンタウエイトと、
該カウンタウエイトの前側に位置して前記旋回フレームの後側に左，右方向に延在する横置き状態で搭載されたエンジンと、
入力軸が該エンジンの出力軸と同軸に設けられ該エンジンによって駆動される油圧ポンプと、
前記エンジンの出力軸と該油圧ポンプの入力軸とに接続されたアシスト用発電・電動機と、
前記旋回フレームの左，右方向の一側の前部に傾転支持部材を介してチルトアップ、チルトダウン可能に支持されており、足乗せ部、該足乗せ部の後部から上方に立上がった立上がり部、該立上がり部の上側から前記エンジンの上側に向け後側に延びた運転席取付部、および該運転席取付部の後側に延びており、前記カウンタウエイトに取付けられる取付板部からなるフロア部材と、
前記旋回フレームの左，右方向の他側に設けられ内部に燃料または作動油を貯える貯油タンクと、
前記旋回用発電・電動機および前記アシスト用発電・電動機に対して電力の給電を行うと共に、前記旋回用発電・電動機および前記アシスト用発電・電動機から電力の受電を行う蓄電装置と、
前記旋回用発電・電動機を制御するために該発電・電動機に接続して設けられた旋回用インバータと、
前記アシスト用発電・電動機を制御するために該発電・電動機に接続して設けられたアシスト用インバータと、
前記旋回用インバータおよび前記アシスト用インバータと前記蓄電装置との間に設けられ両者間の接続と遮断を行うコンタクタとを備えてなるハイブリッド式小型油圧ショベルにおいて、
前記旋回用インバータ、アシスト用インバータおよびコンタクタは、前記フロア部材の前記運転席取付部の下側であって前記エンジンと前記フロア部材の立上がり部との間に形成されており、前記フロア部材をチルトアップさせた状態で外部に開放されるエンジン前空間内に配置する構成としており、
前記旋回フレームには、前記エンジン前空間に位置して前記フロア部材とは別部材からなる電気部品取付ブラケットを設けており、
前記旋回用インバータ、アシスト用インバータおよびコンタクタは、前記電気部品取付ブラケットに取付けられる構成としたことを特徴とするハイブリッド式小型油圧ショベル。 A self-propelled crawler-type lower traveling body and a crawler-type lower traveling body that is mounted on the lower traveling body so as to be capable of turning via a turning device that uses a power generator / motor for turning as a power source. An upper revolving body that fits within the vehicle width dimension, and a working device provided on the front side of the upper revolving body so as to be able to move up and down using a hydraulic actuator as a power source,
The upper swing body is
A swivel frame forming a support structure;
A counterweight attached to the rear end of the swivel frame to balance the weight with the working device;
An engine mounted on the front side of the counterweight and mounted horizontally in a left and right direction on the rear side of the revolving frame;
A hydraulic pump having an input shaft coaxial with an output shaft of the engine and driven by the engine;
An assist generator / motor connected to the output shaft of the engine and the input shaft of the hydraulic pump;
The swivel frame is supported at a front portion on one side in the left and right directions through a tilting support member so that it can be tilted up and tilted down , and rises upward from the footrest portion and the rear portion of the footrest portion. rising unit, the driver's seat mounting portion extending rearward toward the upper of the engine from the upper side of the rising portion, and extend to the rear of the operator's seat mounting portion, consists of the mounting plate portion attached to said counterweight Floor members;
An oil storage tank that is provided on the other side in the left and right directions of the swivel frame and stores fuel or hydraulic oil therein;
A power storage device that feeds electric power to the turning generator / motor and the assist generator / motor, and receives electric power from the turning generator / motor and the assist generator / motor;
A turning inverter provided connected to the generator / motor to control the turning generator / motor;
An assist inverter provided connected to the generator / motor to control the assist generator / motor;
In the hybrid small hydraulic excavator provided with the contactor that is provided between the turning inverter and the assisting inverter and the power storage device and performs connection and disconnection between the two,
The inverter for turning, the inverter for assist, and the contactor are formed below the driver seat mounting portion of the floor member and between the engine and the rising portion of the floor member, and tilt the floor member. It is configured to be placed in the space in front of the engine that is opened to the outside in the up state ,
The swivel frame is provided with an electrical component mounting bracket that is located in the space in front of the engine and is made of a member different from the floor member,
The hybrid small hydraulic excavator characterized in that the turning inverter, the assist inverter and the contactor are attached to the electric component mounting bracket .
前記旋回用インバータと前記アシスト用インバータとは、平面視で前記蓄電装置に接近した位置に並べて配置しており、前記コンタクタは、前記各インバータよりも前記蓄電装置から離間した位置に配置される構成としてなる請求項１に記載のハイブリッド式小型油圧ショベル。 It said power storage device is arranged on the revolving frame positioned between the floor member and the oil storage tank,
Construction the swing inverter and the assist inverter are arranged side by side in a position close to the power storage device in a plan view, the contactor, the Ru is disposed at a position spaced apart from the electric storage device than the inverters The hybrid compact hydraulic excavator according to claim 1 .
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014002544A JP6106831B2 (en) | 2014-01-09 | 2014-01-09 | Hybrid compact hydraulic excavator |
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