特開2016-160661IP Force 特許公報全文掲載

技術分野

ハイブリッド式作業機械に係わり、特に小型の油圧ショベル等のハイブリッド式作業機械

要約特許出願時に添付された[要約書]

【課題】ハイブリッド方式を採用してエンジンを小型化することにより燃費の向上、排ガス特性の改善及び騒音の低減を図るとともに、電動駆動系が使用できなくなった場合にエンジンストールを起こすことなくエンジンだけで作業機械を動作できるようにする。
【解決手段】発電・電動機31と蓄電装置33を含む電動駆動系3を使用するハイブリッドモードと電動駆動系3を停止させる非ハイブリッドモードのいずれかを選択できるようにし、非ハイブリッドモードが選択されたとき、電動駆動系3を停止させ、かつ油圧ポンプ21の最大吸収トルクを低下させる減トルク制御とエンジン11の目標回転数を低下させるエンジン回転数低下制御とを行う。
【選択図】図11

発明が解決しようとする課題[発明の詳細な説明]から抜粋

特許文献1に記載のハイブリッド式建設機械によれば、走行高速時に発電・電動機を駆動して電動機として作動させエンジンの出力トルク不足分を補うため、エンジンの定絡出力トルクを下げることでエンジンをダウンサイジングすることが可能になり、燃費の向上、排ガス特性の改善及び騒音の低減が可能となる。また、排ガス特性が改善されるため、排出ガス後処理装置の小型化或いは簡略化が可能となり、場合によっては排出ガス後処理装置をなくすことも可能であり、これによりエンジンのダウンサイジング化によるコスト低減と相まってエンジンの製作コストを低減することができ、機械全体の価格を安くすることができる。また、ミニショベルのような小型の建設機械におけるレイアウト面の困難性を回避することができる。 しかし、特許文献1に記載のハイブリッド式建設機械においては、蓄電装置や電動・発電機を含む電動駆動系が使用できなくなった場合の手当がなされておらず、電動駆動系が何らかの理由で使用できなくなった場合に建設機械を適切に動作させることができないという問題があった。 電動駆動系が使用できなくなる例として、電動駆動系に異常が発生した場合がある。この場合、電動駆動系を停止させ、退避運転を行う必要がある。退避運転とは、油圧ショベルを修理・点検のため作業現場から安全な場所まで移動する動作であり、油圧ショベルが不整地で作業をしていた場合は、フロント作業機などを使用して油圧ショベルを不整地から脱出させる動作も含まれる。 しかし、特許文献1においては、電動駆動系が使用できなくなった場合の手当は考慮されていないため、電動駆動系に異常が発生したときに電動駆動系が安全性の観点から停止してしまい、エンジンの定格トルクが油圧ポンプの最大吸収トルクよりも小さくなるようエンジンをダウンサイジングした場合は、走行速度切換スイッチの指示で走行高速に切り換えて移動するとき、油圧ポンプの吸収トルクがエンジンの定格トルクを上回ってエンジンストールを起こしてしまう。このため走行高速での移動ができず、修理・点検のための移動に時間を要し、適切なタイミングで適切な措置をとることができないという問題がある。 電動駆動系が使用できなくなる場合の他の例として、経年変化で電動駆動系が使用できなくなる場合がある。この場合も、従来は、走行速度切換スイッチの指示で走行高速に切り換えて移動するとき、油圧ポンプの吸収トルクがエンジンの定格トルクを上回わると、エンジンストールを起こしてしまうため、油圧ショベルの使い勝手が悪くなる、修理費が高額になるという問題がある。 本発明は、の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ハイブリッド方式を採用してエンジンを小型化することにより燃費の向上、排ガス特性の改善及び騒音の低減を図るとともに、電動駆動系が使用できなくなった場合にエンジンストールを起こすことなくエンジンだけで作業機械を動作させることができるハイブリッド式作業機械を提供することである。

課題を解決するための手段[発明の詳細な説明]から抜粋

目的を達成するために、本発明は、エンジンと、このエンジンによって駆動される油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出される圧油によって駆動される複数の油圧アクチュエータと、前記エンジンの目標回転数を指示するエンジン回転数指示装置と、前記エンジンの実回転数であるエンジン回転数を検出するエンジン回転数検出装置と、前記エンジンの燃料噴射量を調整するガバナ装置と、前記エンジンに連結された発電・電動機と・・・ 続きを知財ポータルサイト IP Force にログインして見る
【発明の効果】
本発明によれば、ハイブリッド方式を採用してエンジンを小型化することにより燃費の向上、排ガス特性の改善及び騒音の低減を図るとともに、電動駆動系が使用できなくなった場合にエンジンストールを起こすことなくエンジンだけで作業機械を動作させることができる。

この発明についての権利主張の範囲[特許請求の範囲]

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この特許公報に記載されている図面[図面の簡単な説明]から抜粋

【図1】本発明の一実施の形態に係わるハイブリッド式作業機械の駆動システム(ハイブリッド駆動システム)を示す図である。

【図2】ポンプレギュレータの構成の詳細を示す図である。

【図3】ポンプレギュレータのトルク制御によるポンプトルク特性図である。

【図4】油圧系のコントロールバルブと複数の油圧アクチュエータのうち、左右の走行用油圧モータに係わる油圧回路部分を示す図である。

【図5】本実施の形態に係わる油圧ショベルの外観を示す図である。

【図6】エンジンコントローラの制御機能を示す機能ブロック図である。

【図7】エンジンコントローラの燃料噴射量制御部が演算に用いる燃料噴射量特性を示す図である。

【図8】図7に示す燃料噴射特性により燃料噴射量が制御されたときのエンジンの出力トルク特性を示す図であり、目標回転数が最大であるときのものである

【図9】目標回転数とエンジン出力馬力と最大馬力回転数の関係を示す図である。

【図10】図3のポンプトルク特性図にエンジンの最大トルクTEmaxeと定格トルクToptを重ねて示す図である。

【図11】車体コントローラの制御機能を示す機能ブロック図である。

【図12】車体コントローラのハイブリッドモード制御部の処理手順を示すフローチャートである。

【図13】車体コントローラのモード選択部及び非ハイブリッドモード制御部のそれぞれの処理手順を説明するフローチャートである。

【図14】図8に示したエンジンの出力トルクとアシスト制御による発電・電動機の出力トルクを組み合わせたハイブリッド駆動システムの出力トルク特性を示す図であり、図8と同様、目標回転数が最大であるときのものである。

【図15】アシスト制御によるシステム出力トルクの変化を示す図である。

【図16】バッテリ充電制御によるシステム出力トルクの変化を示す図である。

【図17】油圧ポンプの減トルク制御とエンジンの回転数低下制御の効果を示す図である。

【図18A】従来の一般的なミニショベルの油圧ポンプのPQ特性(馬力特性)と代表的な出力使用範囲との関係を示す図である。

【図18B】同ミニショベルのエンジン出力馬力特性と代表的な出力使用範囲との関係を示す図である。

【図18C】従来の一般的なミニショベルのエンジンの出力トルク特性を示す図である。

【図19A】本発明の実施の形態のミニショベルの油圧ポンプのPQ特性(馬力特性)と代表的な出力使用範囲との関係を示す図である。

【図19B】エンジンと発電・電動機とを組み合わせたハイブリッド駆動システムの出力馬力特性と代表的な出力使用範囲との関係を示す図である。

選択図 図11出願人が指定した本件の代表的な図

1 エンジン駆動系   2 油圧駆動系   3 発電電動系   4 制御系   6 動力分配器   11 エンジン   12 エンジンコントロールダイヤル   13 エンジンコントローラ   12a 減算部   13b 燃料噴射制御部   14 電子ガバナ   15 エンジン回転数検出装置   21 油圧ポンプ   21a 押しのけ容積可変機構   22 パイロットポンプ   23 コントロールバルブ   23a,23b 走行用のメインスプール   24a,24b 走行用の油圧モータ   24c〜24h その他の油圧アクチュエータ   24a1,24b1 押しのけ容積可変機構(斜板)   24a2,24b2 制御ピストン   24a3,24b3 受圧部   24a4,24b4 バネ   25 走行用の操作装置   26 走行以外の操作装置   27 ポンプレギュレータ   27a 制御スプール   27b,27c 第1バネ及び第2バネ   27d,27e 第1受圧部及び第2受圧部   27f パイロットライン   27g 制御油路   29 メインリリーフ弁   31 発電・電動機   32 インバータ   33 バッテリ(蓄電装置)   34 バッテリコントローラ   35 操作パネル   35a モニタ   35b モード選択スイッチ   41 走行速度切換スイッチ   45 走行速度切替電磁弁   46 車体コントローラ   46a ハイブリッドモード制御部(第1制御装置)   46b モード選択部(モード選択装置)   46b1 異常検知部(異常検知装置)   46c 非ハイブリッドモード制御部(第2制御装置)   46c1 目標回転数設定部   101 下部走行体   102 上部旋回体   103 スイングポスト   104 フロント作業機   105 トラックフレーム   106 排土用のブレード   107 旋回台   108 キャビン(運転室)   111 ブーム   112 アーム   113 バケット

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