JP2001304001A - Power plant and its control method - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関を用いた
動力装置およびその制御方法に関する。[0001] The present invention relates to a power plant using an internal combustion engine and a control method thereof.
【０００２】[0002]
【従来の技術】一般に、油圧ショベルなどの建設機械で
は、油圧ポンプの動力源として内燃機関（以下、この従
来の技術に関して内燃機関を「エンジン」という）が用
いられる場合が多いが、この場合、建設機械が行う軽負
荷から重負荷までの種々の作業に対応できるように、最
大負荷の作業を見込んだ大出力容量のエンジンが搭載さ
れている。2. Description of the Related Art In general, in construction machines such as hydraulic excavators, an internal combustion engine (hereinafter referred to as "engine" in relation to this conventional technology) is often used as a power source of a hydraulic pump. In order to cope with various operations from light load to heavy load performed by construction machines, an engine having a large output capacity that allows for a maximum load operation is mounted.
【０００３】ところで、建設機械が例えば油圧ショベル
である場合、軽負荷の作業としては法面仕上げやハンマ
ー作業などがあり、中負荷の作業としては通常の掘削や
吊り上げ作業などがあり、また、重負荷の作業としては
重掘削やダンプ積込作業などがあるが、この重負荷の作
業を行うのは油圧ショベルの稼働時間の一部であり、さ
らに、重負荷の作業を行う場合でも、エンジンの最大出
力を必要とするのは作業時間のうちの一部でしかない。When the construction machine is, for example, a hydraulic excavator, light load work includes slope finishing and hammer work, and medium load work includes ordinary excavation and lifting work. Heavy load work includes heavy excavation and dump loading work, but this heavy load work is part of the operating time of the hydraulic excavator. It is only a fraction of the working time that requires maximum power.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかるに、従来の建設
機械では、前述したように最大負荷の作業に対応した大
出力容量のエンジンが用いられているので、軽負荷や、
使用率の大半を占める中負荷の作業を行うときには、過
大な出力容量のエンジンが搭載されていることになり、
燃費、騒音、生産コストなどの点で不利である。However, in the conventional construction machine, as described above, an engine having a large output capacity corresponding to the work with the maximum load is used.
When working on medium loads, which account for the majority of usage, you will have an engine with excessive output capacity,
It is disadvantageous in terms of fuel efficiency, noise, production cost, and the like.
【０００５】また、法面作業などの軽負荷で正確な作業
をするときは、出力を絞ったエンジン回転速度（以下、
エンジン回転速度を「エンジン回転数」という）の低い
状態で行うが、エンジン特性上、エンジン回転数が低い
程、トルクが小さく、不安定で、エンストしやすいとと
もに、回転むらがあるなど、操作性の上で好ましくなか
った。In addition, when performing accurate work with light load such as slope work, the engine speed (hereinafter, referred to as the engine speed) with reduced output is required.
(The engine speed is called "engine speed") is low, but due to the characteristics of the engine, the lower the engine speed, the smaller the torque, the more unstable it is, the easier it is to stall, and the operability such as uneven rotation. Was not preferred on
【０００６】そこで、可変排気量エンジンを採用した
り、複数のエンジンを搭載して、作業内容に応じて駆動
させるエンジン数を選択したり、円滑な回転を得るため
に、例えばＶ型１２気筒、Ｖ型１６気筒などの多気筒エ
ンジンを搭載することが考えられたが、何れも、コスト
面および技術面から実用化することは困難であった。Therefore, in order to adopt a variable displacement engine, to mount a plurality of engines and to select the number of engines to be driven according to the work content, and to obtain smooth rotation, for example, a V-type 12 cylinder, It has been considered to mount a multi-cylinder engine such as a V-type 16 cylinder, but it has been difficult to commercialize any of them in terms of cost and technology.
【０００７】本発明は、このような点に鑑みなされたも
ので、負荷状態に応じた最適な動力を供給できる動力装
置およびその制御方法を提供することを目的とするもの
である。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a power unit capable of supplying an optimum power according to a load state and a control method thereof.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】請求項１に記載された発
明は、内燃機関と、内燃機関の回転出力を断続するクラ
ッチと、クラッチを介して内燃機関に直列に接続され負
荷を駆動する電気モータと、内燃機関に接続され電動機
機能および発電機機能を有するモータ・ジェネレータ
と、発電機機能のモータ・ジェネレータにより充電され
電動機機能のモータ・ジェネレータおよび電気モータに
駆動エネルギを供給するバッテリとを具備した動力装置
である。According to the first aspect of the present invention, there is provided an internal combustion engine, a clutch for interrupting the rotational output of the internal combustion engine, and an electric motor connected in series to the internal combustion engine via the clutch to drive a load. A motor, a motor generator connected to the internal combustion engine and having a motor function and a generator function, and a battery charged by the motor generator having the generator function and supplying driving energy to the motor generator having the motor function and the electric motor. Power unit.
【０００９】そして、内燃機関、電気モータ、モータ・
ジェネレータおよびクラッチの作動を選択することによ
り、内燃機関動力のみと、電気モータ動力のみと、内燃
機関および電気モータの複合動力と、これらに電動機機
能のモータ・ジェネレータを組合せた複合動力とを選択
して、負荷状態に応じた無駄のない最適な動力源を提供
する。また、クラッチを切離して運転する軽負荷のとき
に、バッテリからの放電が進行したときは、電気モータ
のみにより負荷を円滑に作動しながら、内燃機関により
発電機機能のモータ・ジェネレータを駆動してバッテリ
を充電する。さらに、内燃機関始動時は、クラッチを切
離して電動機機能のモータ・ジェネレータをスタータモ
ータとして用い、過大な負荷がかかるときは、クラッチ
を接続して内燃機関および電気モータとともに電動機機
能のモータ・ジェネレータをパワーアップ用のアシスト
モータとして用いる。An internal combustion engine, an electric motor, a motor
By selecting the operation of the generator and the clutch, only the power of the internal combustion engine, only the power of the electric motor, the combined power of the internal combustion engine and the electric motor, and the combined power of the combination of the motor and the generator having the electric motor function are selected. Thus, an optimal power source without waste according to the load condition is provided. In addition, when the discharge from the battery progresses at a light load in which the clutch is disengaged and operated, the internal combustion engine drives the motor / generator function of the generator function while the load is smoothly operated only by the electric motor. Charge the battery. Furthermore, when starting the internal combustion engine, the clutch is disengaged and the motor generator having the electric motor function is used as a starter motor. When an excessive load is applied, the clutch is connected and the motor generator having the electric motor function is operated together with the internal combustion engine and the electric motor. Used as an assist motor for power up.
【００１０】請求項２に記載された発明は、建設機械の
液圧アクチュエータに作動液を供給する液圧ポンプを、
請求項１記載の動力装置における負荷とするものであ
り、建設機械の液圧アクチュエータの作業内容に応じ
て、内燃機関、電気モータおよび電動機機能のモータ・
ジェネレータの中から最適な動力源を選択して組合せ、
作業内容に応じた無駄のない動力源で液圧ポンプを効率
良く駆動する。According to a second aspect of the present invention, there is provided a hydraulic pump for supplying a hydraulic fluid to a hydraulic actuator of a construction machine,
A load in the power plant according to claim 1, wherein the motor has a function of an internal combustion engine, an electric motor, and an electric motor in accordance with the work content of a hydraulic actuator of a construction machine.
Select and combine the optimal power source from the generators,
Efficiently drive the hydraulic pump with a lean power source according to the work content.
【００１１】請求項３に記載された発明は、請求項２記
載の動力装置を用いて、建設機械により軽負荷作業をす
るときはクラッチを切離して電気モータのみにより液圧
ポンプを駆動し、建設機械により中負荷作業をするとき
はクラッチを接続して内燃機関のみにより液圧ポンプを
駆動し、建設機械により重負荷作業をするときはクラッ
チを接続して内燃機関および電気モータにより液圧ポン
プを駆動する動力装置の制御方法であり、軽負荷作業に
おいては、低速トルクが大きく回転動作も円滑な電気モ
ータを動力源として、作業時の操作性の向上を図り、中
負荷作業においては、中規模容量の内燃機関を用いても
無理のない運転が可能であり、燃費、騒音、生産コスト
などの低減を図り、重負荷作業においては、内燃機関に
加えて電気モータにより出力アップを図る。According to a third aspect of the present invention, when a light load operation is performed by a construction machine by using the power unit according to the second aspect, the clutch is disengaged and the hydraulic pump is driven only by the electric motor. The clutch is connected and the hydraulic pump is driven only by the internal combustion engine when working with medium load with the machine.The hydraulic pump is connected with the clutch and the hydraulic pump is driven with the internal combustion engine and the electric motor when working with heavy load with construction machinery. This is a method of controlling the power unit to be driven.In light-load work, an electric motor with large low-speed torque and smooth rotation is used as a power source to improve operability during work. Even with an internal combustion engine with a large capacity, reasonable operation is possible, reducing fuel consumption, noise, and production costs. More improve the output up.
【００１２】請求項４に記載された発明は、請求項３記
載の動力装置の制御方法において、軽負荷作業中に、バ
ッテリからの放電が進行したときは、内燃機関により発
電機機能のモータ・ジェネレータを駆動してバッテリを
充電する制御方法であり、軽負荷作業中はクラッチが切
離されているから、バッテリを充電している間も、電気
モータのみによる円滑な作業が可能である。According to a fourth aspect of the present invention, in the control method of the power plant according to the third aspect, when the discharge from the battery progresses during the light load operation, the motor having the generator function is driven by the internal combustion engine. This is a control method for charging the battery by driving the generator, and the clutch is disengaged during the light load operation, so that the electric motor alone can perform a smooth operation while charging the battery.
【００１３】請求項５に記載された発明は、請求項２記
載の動力装置を用いて、内燃機関始動時は、クラッチを
切離して電動機機能のモータ・ジェネレータをスタータ
モータとして駆動し、作業中に過大な負荷がかかったと
きは、クラッチを接続して内燃機関および電気モータと
ともに電動機機能のモータ・ジェネレータをパワーアッ
プ用のアシストモータとして駆動する動力装置の制御方
法であり、1つのモータ・ジェネレータが内燃機関始動
用のスタータモータおよびパワーアップ用のアシストモ
ータを兼用する。According to a fifth aspect of the present invention, when the internal combustion engine is started, the clutch is disengaged and the motor generator having the electric motor function is driven as a starter motor by using the power unit according to the second aspect of the present invention. When an excessive load is applied, this is a method of controlling a power unit that connects a clutch to drive a motor generator having an electric motor function as an assist motor for power-up together with an internal combustion engine and an electric motor, and one motor generator is used. A starter motor for starting the internal combustion engine and an assist motor for power-up are also used.
【００１４】[0014]
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
面を参照しながら説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００１５】図１は、建設機械としての油圧ショベルに
搭載された複合式の動力装置（ハイブリッドシステム）
を示し、内燃機関（以下、この実施の形態において内燃
機関を「エンジン」という）11の出力軸に、電動機機能
および発電機機能を有するモータ・ジェネレータ12が設
けられ、さらに、エンジン11の回転出力を断続するクラ
ッチ13が接続され、このクラッチ13を介してエンジン11
に直列に電気モータ14が接続され、この電気モータ14に
負荷としての液圧ポンプ（以下、液圧ポンプを「油圧ポ
ンプ」という）15が接続されている。FIG. 1 shows a composite power unit (hybrid system) mounted on a hydraulic excavator as a construction machine.
A motor / generator 12 having an electric motor function and a generator function is provided on an output shaft of an internal combustion engine (hereinafter, the internal combustion engine is referred to as “engine” in this embodiment). Is connected, and the engine 11 is connected via the clutch 13.
An electric motor 14 is connected in series, and a hydraulic pump (hereinafter referred to as a “hydraulic pump”) 15 as a load is connected to the electric motor 14.
【００１６】すなわち、油圧ポンプ15を駆動する駆動源
として、エンジン11とモータ・ジェネレータ12と電気モ
ータ14とが併用可能に設けられている。That is, as a drive source for driving the hydraulic pump 15, the engine 11, the motor generator 12, and the electric motor 14 are provided so as to be used together.
【００１７】また、バッテリ16が、インバータ17を介し
てモータ・ジェネレータ12に接続されるとともに、イン
バータ18を介して電気モータ14に接続され、バッテリ16
から、インバータ17，18を介してモータ・ジェネレータ
12および電気モータ14に駆動電力がそれぞれ安定供給さ
れ、一方、モータ・ジェネレータ12にて発電された電力
によりインバータ17を介してバッテリ16が充電される。
よって、商用電源のない場所でも、エンジン11と、モー
タ・ジェネレータ12によりバッテリ16を充電できる。A battery 16 is connected to the motor generator 12 via the inverter 17 and is connected to the electric motor 14 via the inverter 18.
From the motor generator via inverters 17 and 18
The drive power is supplied stably to the motor 12 and the electric motor 14, while the battery 16 is charged via the inverter 17 by the power generated by the motor generator 12.
Therefore, the battery 16 can be charged by the engine 11 and the motor generator 12 even in a place where there is no commercial power supply.
【００１８】さらに、例えば商用電源がある場所では、
その商用電源から電力を取込むことができるように、バ
ッテリ16とインバータ17，18との間に外部電源入力部19
が接続されている。Further, for example, in a place where there is a commercial power supply,
An external power input 19 is provided between the battery 16 and the inverters 17 and 18 so that power can be taken from the commercial power.
Is connected.
【００１９】また、エンジン11、クラッチ13および２つ
のインバータ17，18をそれぞれ制御するコントローラ21
が設けられている。A controller 21 for controlling the engine 11, the clutch 13 and the two inverters 17, 18 respectively.
Is provided.
【００２０】このコントローラ21への入力信号は、エン
ジン11の回転速度（以下、この回転速度を「回転数」と
いう）の検出信号である回転数パルスと、バッテリ16の
充電状態と、キースイッチ22からのオン／オフ信号と、
パワーアップスイッチ23からのオン信号と、運転モード
切換スイッチ24で選択されたパワー、エコノミまたはス
ローの各信号である。Input signals to the controller 21 include a rotation speed pulse which is a detection signal of a rotation speed of the engine 11 (hereinafter, this rotation speed is referred to as a "rotation speed"), a charge state of the battery 16, a key switch 22 On / off signal from
The ON signal from the power-up switch 23 and the power, economy, and slow signals selected by the operation mode changeover switch 24.
【００２１】さらに、このコントローラ21からの出力信
号は、エンジン11に対するエンジン回転数指令信号と、
各インバータ17，18に対するそれぞれの制御信号と、ク
ラッチ13を接続させるオン信号および切離すためのオフ
信号である。Further, an output signal from the controller 21 includes an engine speed command signal for the engine 11,
A control signal for each of the inverters 17 and 18, an ON signal for connecting the clutch 13, and an OFF signal for disconnecting.
【００２２】また、前記油圧ポンプ15から吐出された作
動液としての作動油は、作業レバー25からのレバー操作
信号により変位制御されるコントロールバルブ26に供給
され、このコントロールバルブ26で流量、圧力および方
向制御された作動油が、油圧ショベルの作業装置用の液
圧アクチュエータとしての油圧アクチュエータ（油圧シ
リンダ、油圧モータ）に供給される。The hydraulic fluid discharged from the hydraulic pump 15 as a hydraulic fluid is supplied to a control valve 26 whose displacement is controlled by a lever operation signal from a working lever 25. The direction-controlled hydraulic oil is supplied to a hydraulic actuator (hydraulic cylinder, hydraulic motor) as a hydraulic actuator for a working device of a hydraulic shovel.
【００２３】次に、各部を説明すると、前記エンジン11
は、圧縮点火型のディーゼルエンジン11であるが、火花
点火型のガソリンエンジンまたはガスエンジンでもよ
い。Next, each part will be described.
Is a compression ignition type diesel engine 11, but may be a spark ignition type gasoline engine or gas engine.
【００２４】前記モータ・ジェネレータ12は、エンジン
11と同軸上に配置され、インバータ17からの電流により
エンジン始動用のスタータモータ（セルモータ）または
パワーアップ用のアシストモータとなる電動機機能を有
するとともに、エンジン11の出力軸と共に回転する発電
機機能を有し、交流、直流、ブラシレス、直巻、分巻な
ど、その型式は問わないが、回生発電機能を備えてい
る。The motor generator 12 includes an engine
A motor function that is arranged coaxially with the motor 11 and serves as a starter motor (cell motor) for starting the engine or an assist motor for powering up by a current from the inverter 17 and a generator function that rotates together with the output shaft of the engine 11 It has a regenerative power generation function, regardless of its type, such as AC, DC, brushless, series winding, and division winding.
【００２５】このモータ・ジェネレータ12は、エンジン
11の反対側に配置しても良い。This motor / generator 12 has an engine
It may be arranged on the opposite side of 11.
【００２６】前記クラッチ13は、モータ・ジェネレータ
12の出力軸すなわちエンジン11の出力軸と、電気モータ
14のモータ軸との動力伝達を入切する電磁クラッチであ
り、乾式、湿式、油圧式など、その型式は問わないが、
コントローラ21からの電気信号により容易に動作するも
のが好ましい。このクラッチを「入」とした動力伝達の
接続状態をオンとし、「切」とした切離し状態をオフと
する。The clutch 13 is a motor / generator
12 output shafts, that is, the output shaft of the engine 11, and the electric motor
It is an electromagnetic clutch that turns on and off the power transmission with 14 motor shafts, regardless of its type, such as dry type, wet type, hydraulic type, etc.
It is preferable that the device be easily operated by an electric signal from the controller 21. The power transmission connection state in which the clutch is "on" is turned on, and the disconnection state in which the clutch is "off" is turned off.
【００２７】前記電気モータ14は、油圧ポンプ15と同軸
上に配置され、インバータ18からの電流により駆動さ
れ、交流、直流、ブラシレス、直巻、分巻など、その型
式は問わない。The electric motor 14 is arranged coaxially with the hydraulic pump 15, is driven by a current from an inverter 18, and may be of any type such as AC, DC, brushless, series winding, and shunt winding.
【００２８】前記油圧ポンプ15は、建設機械一般に用い
られるもので、斜板式、斜軸式など、その型式は問わな
い。The hydraulic pump 15 is generally used in construction machines, and its type is not limited, such as a swash plate type and an oblique axis type.
【００２９】前記コントローラ21は、マイクロコンピュ
ータを使用した一般的な制御用コントローラであるが、
必ずしもマイクロコンピュータでなくても良い。The controller 21 is a general control controller using a microcomputer.
It does not necessarily need to be a microcomputer.
【００３０】前記インバータ17は、双方向性の一般的な
ものであり、コントローラ21からの指令信号（電圧、電
流、ＦＭ、ＰＷＭ、シリアル通信などその信号形態は問
わない）により、バッテリ16からモータ・ジェネレータ
12に制御された電力を送込んだり、モータ・ジェネレー
タ12の回生電力を適正な電圧／電流に変換して、バッテ
リ16を充電するもので、モータ・ジェネレータ12の型式
（直流／交流）に合ったものである。The inverter 17 is of a general bidirectional type, and receives a command signal (regardless of signal form such as voltage, current, FM, PWM, serial communication, etc.) from the controller 21 to convert the battery 16 into a motor. ·generator
The battery 16 is charged by sending controlled electric power to the motor generator 12 or converting the regenerative electric power of the motor generator 12 to an appropriate voltage / current and charging the battery 16 according to the model (DC / AC) of the motor generator 12. It is a thing.
【００３１】前記インバータ18は、コントローラ21から
の指令信号により、バッテリ16から電気モータ14への電
力供給を制御する一般的なインバータであり、電気モー
タ14の型式にあったものである。The inverter 18 is a general inverter that controls the supply of electric power from the battery 16 to the electric motor 14 in accordance with a command signal from the controller 21, and is suitable for the type of the electric motor 14.
【００３２】前記バッテリ16は、充電可能な２次電池で
あり、高圧大電流を出力可能なニッケル水素電池や、リ
チウム系電池、さらに電気２重層キャパシタとの併用な
どが好ましい。コントローラ21や他の電気システムに対
しては、低圧用２次電池を設けて、直流／直流コンバー
タで供給、充電する。また、バッテリ16の充電状態の情
報（電圧、電流、比重など）をコントローラ21に入力す
る。The battery 16 is a rechargeable secondary battery, and is preferably used in combination with a nickel-metal hydride battery capable of outputting a high voltage and a large current, a lithium-based battery, and further, an electric double layer capacitor. A low-voltage secondary battery is provided for the controller 21 and other electric systems, and supplied and charged by a DC / DC converter. Further, information on the state of charge of the battery 16 (voltage, current, specific gravity, etc.) is input to the controller 21.
【００３３】前記作業レバー25は、油圧ショベルの場
合、キャブ内に設置され、複数個あるレバー操作方向お
よび角度の信号をコントロールバルブ26に送信するもの
で、電圧、電流、ＦＭ、ＰＷＭ、シリアルなどその信号
形態は問わない。また、油圧パイロット信号でもよい。In the case of a hydraulic shovel, the working lever 25 is provided in a cab, and transmits a plurality of lever operation direction and angle signals to the control valve 26. The work lever 25 includes a voltage, a current, an FM, a PWM, a serial, and the like. The signal form does not matter. Alternatively, a hydraulic pilot signal may be used.
【００３４】前記コントロールバルブ26は、油圧ポンプ
15から吐出された作動油を、作業レバー25からの信号に
より変位されるスプールなどの可動弁体により、油圧シ
ョベルの各油圧アクチュエータに必要な流量、圧力、方
向に制御するものである。The control valve 26 is a hydraulic pump
The hydraulic oil discharged from 15 is controlled by a movable valve body such as a spool that is displaced by a signal from the work lever 25 to a flow rate, a pressure, and a direction necessary for each hydraulic actuator of the hydraulic shovel.
【００３５】各油圧アクチュエータは、コントロールバ
ルブ26から供給された油圧を受けて、機械エネルギとす
るものであり、油圧ショベルの場合は、ブームシリン
ダ、アームシリンダ、バケットシリンダ、旋回モータ、
走行モータなどがある。Each of the hydraulic actuators receives the hydraulic pressure supplied from the control valve 26 to generate mechanical energy. In the case of a hydraulic shovel, a boom cylinder, an arm cylinder, a bucket cylinder, a swing motor,
There are traveling motors and the like.
【００３６】前記キースイッチ22は、エンジンスタート
用にキャブ内に設置されたスイッチである。前記パワー
アップスイッチ23は、パワーアップモードに移行するた
めに、キャブ内に設置されたスイッチである。前記運転
モード切換スイッチ24は、運転モードを選択するため
に、キャブ内に設置されたスイッチである。The key switch 22 is a switch installed in the cab for starting the engine. The power-up switch 23 is a switch installed in the cab to shift to a power-up mode. The operation mode changeover switch 24 is a switch installed in the cab for selecting an operation mode.
【００３７】また、図示しないアクセル設定器や作業レ
バー25の動作角度などから判断して自動的に運転モード
を選択するようにしてもよい。Further, the operation mode may be automatically selected by judging from an accelerator setting device (not shown) or the operation angle of the work lever 25.
【００３８】次に、図１に示された実施の形態にて、コ
ントローラ21による制御方法を説明する。なお、エンジ
ン11、電気モータ14およびクラッチ13は、作動状態また
は接続状態をオンとし、停止状態または切離し状態をオ
フとする。Next, a control method by the controller 21 will be described in the embodiment shown in FIG. The engine 11, the electric motor 14, and the clutch 13 are turned on in the operating state or the connected state, and are turned off in the stopped state or the disengaged state.
【００３９】（１）スタート 先ず、キースイッチ22のオンにより、クラッチ13がオフ
となり、また、モータ・ジェネレータ12がスタータモー
タ（セルモータ）となり、最大出力回転する。エンジン
11には、始動に最適なフェールインジェクション量およ
びスロットル開度指令が与えられる。(1) Start First, when the key switch 22 is turned on, the clutch 13 is turned off, and the motor generator 12 becomes a starter motor (cell motor) and rotates at the maximum output. engine
11 is provided with a fail injection amount and a throttle opening degree command that are optimal for starting.
【００４０】エンジン11からの回転数パルスにより、あ
る回転数以上となれば、コントローラ21は始動成功と判
定し、インバータ17の入出力を入替え、モータ・ジェネ
レータ12は発電機として動作し、最適な電圧／電流の変
換がインバータ17によりなされ、バッテリ16を充電す
る。If the number of rotations from the engine 11 is equal to or higher than a certain number of rotations, the controller 21 determines that the starting is successful, the input and output of the inverter 17 are exchanged, the motor generator 12 operates as a generator, and The voltage / current conversion is performed by the inverter 17 to charge the battery 16.
【００４１】（２）スローモード スローモードは、軽作業、法面仕上げ作業などの、大出
力は不要であるが、低速トルクを重視して、回転数の安
定性、円滑性、回転むら無しが好まれるモードである。(2) Slow Mode The slow mode does not require a large output such as light work and slope finishing work, but emphasizes low-speed torque and provides stable rotation speed, smoothness, and no uneven rotation. This is the preferred mode.
【００４２】先ず、運転モード切換スイッチ24により
「スロー」が選択されると、エンジン11が停止され（た
だし、バッテリ16の充電量が少なければ、充電が継続さ
れ）、また、クラッチ13がオフとなり、さらに、電気モ
ータ14はインバータ18によって適正な回転数に制御され
る。First, when "slow" is selected by the operation mode changeover switch 24, the engine 11 is stopped (however, if the charge amount of the battery 16 is small, charging is continued), and the clutch 13 is turned off. Further, the electric motor 14 is controlled to an appropriate rotation speed by the inverter 18.
【００４３】図２に示されるように、この電気モータ14
は、エンジン11に比べ、回転数の脈動、むらが少なく、
低速ほどトルクが高い特性を持っている。As shown in FIG. 2, this electric motor 14
Has less pulsation and unevenness of rotation speed than the engine 11,
The lower the speed, the higher the torque.
【００４４】また、バッテリ16の充電量が、ある閾値よ
り低下すると、モータ・ジェネレータ12をスタータモー
タとしてエンジン11が始動し、その後、モータ・ジェネ
レータ12が発電機として機能し、バッテリ16を充電す
る。When the charge amount of the battery 16 falls below a certain threshold value, the engine 11 starts using the motor generator 12 as a starter motor, and then the motor generator 12 functions as a generator to charge the battery 16. .
【００４５】充電量がフル状態になれば、エンジン11が
停止する。When the state of charge becomes full, the engine 11 stops.
【００４６】このようにエンジン11がオン／オフ動作し
ても、クラッチ13がオフとなっているので、電気モータ
14は、エンジン11のオン／オフ動作に影響されることな
く、油圧ポンプ15を円滑に駆動し、作業用の各種油圧ア
クチュエータはスムーズに動く。Even if the engine 11 is turned on / off, the clutch 13 is off, so that the electric motor
The 14 drives the hydraulic pump 15 smoothly without being affected by the on / off operation of the engine 11, and various hydraulic actuators for work move smoothly.
【００４７】（３）エコノミモード 運転モード切換スイッチ24をエコノミに切換えると、ク
ラッチ13がオンとなり、このとき、スローモードのエン
ジン11が停止状態であったならば、モータ・ジェネレー
タ12をスタータモータとしなくても、電気モータ14によ
りエンジン11を始動できる。(3) Economy mode When the operation mode changeover switch 24 is switched to economy, the clutch 13 is turned on. At this time, if the engine 11 in the slow mode is in the stopped state, the motor generator 12 is set to the starter motor. Even if not, the engine 11 can be started by the electric motor 14.
【００４８】エンジン始動後は、電気モータ14はオフに
制御され、全くの自由回転状態となる。さらに、エンジ
ン11は駆動され、コントローラ21により最適な出力に制
御される。モータ・ジェネレータ12は、発電機として作
用する。After the start of the engine, the electric motor 14 is controlled to be turned off, so that the electric motor 14 is in a completely free rotation state. Further, the engine 11 is driven, and is controlled to an optimum output by the controller 21. The motor generator 12 acts as a generator.
【００４９】エンジン11としては、機械最大出力より小
さい容量のエンジンが搭載されており、稼動頻度の高い
中負荷作業では、エンジン11の最良動作ポイントで運転
される。The engine 11 is equipped with an engine having a capacity smaller than the maximum output of the machine, and is operated at the best operation point of the engine 11 in a medium-load operation in which the operation frequency is high.
【００５０】（４）パワーモード 運転モード切換スイッチ24をパワーモードにすると、エ
ンジン11、クラッチ13および電気モータ14の全てがオン
となり、また、モータ・ジェネレータ12は発電機として
機能する。これにより、エンジン11の出力に電気モータ
14の出力が加算され、大きな出力が得られる。(4) Power Mode When the operation mode changeover switch 24 is set to the power mode, the engine 11, the clutch 13, and the electric motor 14 are all turned on, and the motor generator 12 functions as a generator. As a result, the electric motor
Fourteen outputs are added to obtain a large output.
【００５１】（５）パワーアップ エコノミモードまたはパワーモードにおいて、パワーア
ップスイッチ23を押すと、エンジン11、クラッチ13およ
び電気モータ14の全てがオンとなり、さらに、モータ・
ジェネレータ12が電動機として機能する。(5) Power-up In the economy mode or the power mode, when the power-up switch 23 is pressed, all of the engine 11, the clutch 13 and the electric motor 14 are turned on.
Generator 12 functions as an electric motor.
【００５２】すなわち、エンジン11および電気モータ14
の複合出力に、さらに、モータ・ジェネレータ12の電動
機出力が加算され、パワーモードより大出力が得られ
る。That is, the engine 11 and the electric motor 14
Further, the motor output of the motor generator 12 is added to the composite output of the above, and a larger output is obtained than in the power mode.
【００５３】ただし、バッテリ16の放電対策として、あ
る時間制限を設け、元のエコノミモードまたはパワーモ
ードに戻すか、または、バッテリ16の充電量により判断
して、元のモードに戻すようにしても良い。However, as a countermeasure for discharging the battery 16, a certain time limit may be provided to return to the original economy mode or power mode, or to return to the original mode based on the charge amount of the battery 16. good.
【００５４】次に、この実施の形態の効果を列記する
と、建設機械の油圧アクチュエータに作動油を供給する
油圧ポンプ15を、建設機械の油圧アクチュエータの作業
内容に応じて、エンジン11、電気モータ14およびモータ
・ジェネレータ12の中から最適な動力源を選択して組合
せ、作業内容に応じた無駄のない動力源で油圧ポンプ15
を駆動する。Next, the effects of this embodiment will be described. The hydraulic pump 15 for supplying hydraulic oil to the hydraulic actuator of the construction machine is provided with the engine 11 and the electric motor 14 according to the operation of the hydraulic actuator of the construction machine. The optimal power source is selected and combined from the motor generator 12 and the hydraulic pump 15 is
Drive.
【００５５】すなわち、建設機械により軽負荷作業をす
るときは、クラッチ13を切離して電気モータ14のみによ
り油圧ポンプ15を駆動するが、この電気モータ14は、低
速トルクが大きく、回転むらがなく、回転動作が円滑な
動力源であるから、法面仕上げなどの軽負荷作業時の操
作性を向上できるとともに、騒音も小さい。That is, when a light load operation is performed by a construction machine, the clutch 13 is disengaged and the hydraulic pump 15 is driven only by the electric motor 14, but the electric motor 14 has a large low-speed torque and has no rotation unevenness. Since the rotating power source is a smooth power source, operability during light load work such as slope finishing can be improved, and noise is small.
【００５６】この軽負荷作業中に、バッテリ16からの放
電が進行したときは、エンジン11により発電機機能のモ
ータ・ジェネレータ12を駆動してバッテリ16を充電する
が、この軽負荷作業中はクラッチ13が切離されているか
ら、バッテリ16を充電している間も、電気モータ14のみ
による円滑な作業が可能である。When the discharge from the battery 16 progresses during the light load operation, the engine 11 drives the motor generator 12 having a generator function to charge the battery 16. Since the battery 13 is separated, a smooth operation by the electric motor 14 alone is possible even while the battery 16 is being charged.
【００５７】また、建設機械により中負荷作業をすると
きは、クラッチ13を接続してエンジン11のみの最良ポイ
ントで動作するので、中負荷程度に対応した中規模容量
のエンジン11が最適容量の機関となり、必要以上に大き
くならず小型化され、使用度の高い中負荷作業におい
て、無理のない運転が可能であり、燃費、騒音、生産コ
ストなどを低減できるとともに、作業性の向上により生
産性を向上できる。When a medium load operation is performed by a construction machine, the clutch 13 is connected and the engine 11 operates only at the best point. In addition, it can be reduced in size without being unnecessarily large, and can be operated reasonably in medium-load work with high usage.It can reduce fuel consumption, noise, production cost, etc. and improve productivity by improving workability. Can be improved.
【００５８】さらに、建設機械により重負荷作業をする
ときは、クラッチ13を接続してエンジン11の出力に電気
モータ14の出力が加算され、これらの出力により重負荷
を駆動するから、燃費、騒音、振動および生産性に有利
な中規模容量のエンジン11でも、大出力が得られる。Further, when a heavy load operation is performed by the construction machine, the output of the electric motor 14 is added to the output of the engine 11 by connecting the clutch 13, and the heavy load is driven by these outputs. A large output can be obtained even with a medium-sized engine 11 that is advantageous for vibration and productivity.
【００５９】また、エンジン11の始動時は、クラッチ13
を切離してモータ・ジェネレータ12をスタータモータ
（セルモータ）としてエンジン11を駆動し、作業中に過
大な負荷がかかったときは、クラッチ13を接続してエン
ジン11および電気モータ14とともに電動機機能のモータ
・ジェネレータ12をアシストモータとして駆動すること
により、パワーアップを図ることができる。要するに、
1つのモータ・ジェネレータ12がエンジン始動用のスタ
ータモータおよびパワーアップ用のアシストモータを兼
用するから、部品点数の削減を図れる。When the engine 11 is started, the clutch 13
When the engine 11 is driven by using the motor generator 12 as a starter motor (cell motor) and an excessive load is applied during the operation, the clutch 13 is connected and the motor 11 having the electric motor function is connected together with the engine 11 and the electric motor 14. By driving the generator 12 as an assist motor, power can be increased. in short,
Since one motor / generator 12 also serves as a starter motor for starting the engine and an assist motor for increasing power, the number of parts can be reduced.
【００６０】さらに、時間制限または充電量によりパワ
ーアップを解除するので、バッテリ16の過度の放電を防
止できる。Further, since the power-up is canceled by the time limit or the charge amount, excessive discharge of the battery 16 can be prevented.
【００６１】その上、エンジン11、モータ・ジェネレー
タ12およびクラッチ13をそれぞれオフにするとともに、
電気モータ14のみをオンとして、外部電源入力部19より
電気モータ14に適正な直流電力を供給すれば、電気ショ
ベルとなり、エンジン11の排気ガスによる公害の発生を
防止できる。In addition, the engine 11, the motor generator 12 and the clutch 13 are turned off,
If only the electric motor 14 is turned on and an appropriate DC power is supplied to the electric motor 14 from the external power supply input unit 19, the electric shovel becomes an electric shovel, and the generation of pollution due to the exhaust gas of the engine 11 can be prevented.
【００６２】以上のように、エンジン11、モータ・ジェ
ネレータ12、クラッチ13および電気モータ14の作動を選
択することにより、エンジン動力のみと、電気モータ動
力のみと、エンジン11および電気モータ14の複合動力
と、エンジン11、電気モータ14およびモータ・ジェネレ
ータ12の複合動力とを選択して、負荷状態に応じた無駄
のない最適な動力源を構成できる。As described above, by selecting the operation of the engine 11, the motor generator 12, the clutch 13 and the electric motor 14, only the engine power, only the electric motor power, and the combined power of the engine 11 and the electric motor 14 can be selected. And the combined power of the engine 11, the electric motor 14, and the motor-generator 12, so that an optimal power source without waste according to the load condition can be configured.
【００６３】下記の表１に、以上の説明をまとめて表示
する。Table 1 below summarizes the above description.
【００６４】[0064]
【表１】 [Table 1]
【００６５】[0065]
【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、内燃機
関、電気モータ、モータ・ジェネレータおよびクラッチ
の作動を選択することにより、内燃機関の動力のみと、
電気モータの動力のみと、内燃機関および電気モータの
複合動力と、これらに電動機機能のモータ・ジェネレー
タを組合せた複合動力とを選択して、負荷状態に応じた
無駄のない最適な動力源を提供できる。また、クラッチ
を切離して運転する軽負荷のときに、バッテリからの放
電が進行したときは、電気モータのみにより負荷を円滑
に作動しながら、内燃機関により発電機機能のモータ・
ジェネレータを駆動してバッテリを充電できる。さら
に、内燃機関始動時は、クラッチを切離して電動機機能
のモータ・ジェネレータをスタータモータとして用い、
過大な負荷がかかるときは、クラッチを接続して内燃機
関および電気モータとともに電動機機能のモータ・ジェ
ネレータをパワーアップ用のアシストモータとして用い
ることができる。According to the first aspect of the present invention, by selecting the operation of the internal combustion engine, the electric motor, the motor generator and the clutch, only the power of the internal combustion engine can be obtained.
By selecting only the power of the electric motor, the combined power of the internal combustion engine and the electric motor, and the combined power combining these with a motor / generator with a motor function, the optimal power source without waste according to the load condition is provided. it can. Further, when the discharge from the battery progresses at a light load in which the clutch is disengaged and the operation proceeds, the load is smoothly operated only by the electric motor, and the motor having the generator function is operated by the internal combustion engine.
The battery can be charged by driving the generator. Further, at the time of starting the internal combustion engine, the clutch is disengaged and a motor generator having an electric motor function is used as a starter motor,
When an excessive load is applied, a motor-generator motor generator can be used as an assist motor for power up together with the internal combustion engine and the electric motor by connecting a clutch.
【００６６】請求項２記載の発明によれば、建設機械の
液圧アクチュエータの作業内容に応じて、内燃機関、電
気モータおよび電動機機能のモータ・ジェネレータの中
から最適な動力源を選択して組合せることができ、作業
内容に応じた無駄のない動力源で液圧ポンプを効率良く
駆動できる。According to the second aspect of the present invention, an optimum power source is selected from an internal combustion engine, an electric motor, and a motor / generator having a motor function according to the work content of the hydraulic actuator of the construction machine and combined. And the hydraulic pump can be efficiently driven by a power source that is not wasteful according to the work content.
【００６７】請求項３記載の発明によれば、軽負荷作業
においては、低速トルクが大きく回転動作も円滑な電気
モータを動力源として、作業時の操作性を向上でき、中
負荷作業においては、中規模容量の内燃機関を用いても
無理のない運転が可能であり、燃費、騒音、生産コスト
などを低減でき、重負荷作業においては、内燃機関に加
えて電気モータにより出力をアップできる。According to the third aspect of the present invention, the operability at the time of light load work can be improved by using an electric motor having a large low-speed torque and a smooth rotational operation as a power source, and at the time of medium load work, Even with the use of a medium-sized internal combustion engine, reasonable operation is possible, fuel consumption, noise, production cost, etc. can be reduced. In heavy-load work, the output can be increased by an electric motor in addition to the internal combustion engine.
【００６８】請求項４記載の発明によれば、軽負荷作業
中はクラッチが切離されているから、内燃機関によりバ
ッテリを充電している間も、電気モータのみによる円滑
な作業ができる。According to the fourth aspect of the present invention, the clutch is disengaged during the light load operation, so that the electric motor alone can perform a smooth operation while the battery is being charged by the internal combustion engine.
【００６９】請求項５記載の発明によれば、1つのモー
タ・ジェネレータが内燃機関始動用のスタータモータお
よびパワーアップ用のアシストモータを兼用するので、
部品点数を削減できる。According to the fifth aspect of the present invention, one motor-generator also serves as a starter motor for starting the internal combustion engine and an assist motor for power-up.
The number of parts can be reduced.
【図１】本発明の動力装置の一実施の形態を示すブロッ
ク図である。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a power unit according to the present invention.
【図２】（Ａ）はモータの回転速度−トルク特性を示す
特性図、（Ｂ）はエンジンの回転速度−トルク特性を示
す特性図である。FIG. 2A is a characteristic diagram showing a rotation speed-torque characteristic of a motor, and FIG. 2B is a characteristic diagram showing a rotation speed-torque characteristic of an engine.
11 内燃機関（エンジン） 12 モータ・ジェネレータ 13 クラッチ 14 電気モータ 15 負荷としての液圧ポンプ（油圧ポンプ） 16 バッテリ 11 Internal combustion engine (motor) 12 Motor generator 13 Clutch 14 Electric motor 15 Hydraulic pump (hydraulic pump) as load 16 Battery
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｎ 11/04 Ｆ０２Ｎ 11/04 Ｂ Ｆターム(参考） 2D003 AA01 AB06 AB07 BA01 BA05 BA08 CA03 DA04 DB03 3G093 AA10 AA15 AB01 BA05 BA19 BA32 CA06 CA07 CA08 CB00 DA01 DA12 DA13 DB19 DB22 DB24 DB27 EA03 EA05 EA09 EB01 EB09 EC01 FA03 FA12 5H115 PG10 PI16 PI25 PI29 PI30 PO07 PO09 PO17 PU02 PU08 PU11 PU22 PU24 PU29 QA07 QA10 QN02 RE02 SE04 SE05 SE06 TI01 TO12 TO13 TU17──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) F02N 11/04 F02N 11/04 B F-term (Reference) 2D003 AA01 AB06 AB07 BA01 BA05 BA08 CA03 DA04 DB03 3G093 AA10 AA15 AB01 BA05 BA19 BA32 CA06 CA07 CA08 CB00 DA01 DA12 DA13 DB19 DB22 DB24 DB27 EA03 EA05 EA09 EB01 EB09 EC01 FA03 FA12 5H115 PG10 PI16 PI25 PI29 PI30 PO07 PO09 PO17 PU02 PU08 PU11 PU22 PU24 PU29 QA07 QA10 TO01 SE04 SE04
Claims (5)
する電気モータと、 内燃機関に接続され電動機機能および発電機機能を有す
るモータ・ジェネレータと、 発電機機能のモータ・ジェネレータにより充電され電動
機機能のモータ・ジェネレータおよび電気モータに駆動
エネルギを供給するバッテリとを具備したことを特徴と
する動力装置。An internal combustion engine, a clutch for interrupting the rotational output of the internal combustion engine, an electric motor connected in series to the internal combustion engine via the clutch to drive a load, a motor function and a generator function connected to the internal combustion engine And a battery that is charged by the motor generator having a generator function and supplies driving energy to the motor generator having an electric motor function and an electric motor.
を供給する液圧ポンプを負荷とすることを特徴とする請
求項１記載の動力装置。2. The power plant according to claim 1, wherein a hydraulic pump that supplies hydraulic fluid to a hydraulic actuator of the construction machine is used as a load.
して電気モータのみにより液圧ポンプを駆動し、 建設機械により中負荷作業をするときはクラッチを接続
して内燃機関のみにより液圧ポンプを駆動し、 建設機械により重負荷作業をするときはクラッチを接続
して内燃機関および電気モータにより液圧ポンプを駆動
することを特徴とする動力装置の制御方法。3. When a light load operation is performed by a construction machine using the power unit according to claim 2, the clutch is disengaged, the hydraulic pump is driven only by an electric motor, and a medium load operation is performed by the construction machine. The power is characterized in that the hydraulic pump is driven only by the internal combustion engine with the clutch connected, and the hydraulic pump is driven by the internal combustion engine and the electric motor when the heavy duty work is performed by the construction machine. How to control the device.
進行したときは、内燃機関により発電機機能のモータ・
ジェネレータを駆動してバッテリを充電することを特徴
とする請求項３記載の動力装置の制御方法。4. When light discharge from a battery progresses during a light load operation, a motor having a generator function by the internal combustion engine is used.
4. The method according to claim 3, wherein the battery is charged by driving the generator.
ータ・ジェネレータをスタータモータとして駆動し、 作業中に過大な負荷がかかったときは、クラッチを接続
して内燃機関および電気モータとともに電動機機能のモ
ータ・ジェネレータをパワーアップ用のアシストモータ
として駆動することを特徴とする動力装置の制御方法。5. When the internal combustion engine is started using the power unit according to claim 2, the clutch is disengaged to drive the motor generator having the electric motor function as a starter motor, and when an excessive load is applied during the operation. A method for controlling a power plant, comprising: connecting a clutch to drive a motor generator having an electric motor function as an assist motor for power up together with an internal combustion engine and an electric motor.
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