JP2003239902A

JP2003239902A - 建設機械の動力装置

Info

Publication number: JP2003239902A
Application number: JP2002043869A
Authority: JP
Inventors: Morihiko Matsubara; 守彦松原; Naoyuki Moriya; 直行守屋
Original assignee: Caterpillar Mitsubishi Ltd; Shin Caterpillar Mitsubishi Ltd
Current assignee: Caterpillar Japan Ltd; Caterpillar Mitsubishi Ltd
Priority date: 2002-02-20
Filing date: 2002-02-20
Publication date: 2003-08-27
Anticipated expiration: 2022-02-20
Also published as: JP3875900B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、建設機械の動力装置に関し、動力
源としてエンジンとモータとを併用したハイブリッド構
成を有しながら機体にコンパクトに設置できるようにす
ることを目的とする。【解決手段】駆動系を、内燃機関１及びこの内燃機関
１の出力軸１ａに一体に接続された第１油圧ポンプＰ１
から構成される小ユニットと、モータ（Ｍ／Ｇ）２及び
このモータ（Ｍ／Ｇ）２の出力軸２ａに一体に接続され
た第２油圧ポンプＰ２から構成される小ユニットとによ
って構成する。そして、負荷状態に応じて、油圧アクチ
ュエータ２０に、各小ユニットから油路５１或いは油路
５２を介して単独で作動油を供給したり、これらの小ユ
ニットから圧送された作動油の動力を油圧回路５１〜５
３上で出力加算した状態で供給したりする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、動力源としてエン
ジンとモータとを併用したハイブリッドタイプの油圧シ
ョベル等に用いて好適の、建設機械の動力装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、油圧ショベル等の建設機械では
動力源として内燃機関（エンジン）が用いられており、
法面仕上げ，ハンマー作業等の軽負荷作業や、掘削，吊
り上げ作業等の中負荷作業、或いは、重掘削，ダンプ積
み込み作業等の重負荷作業が行なわれている。

【０００３】通常、油圧ショベルは中負荷作業を中心に
運用され、重負荷作業を行なうのは稼動時間の一部であ
り、更に、エンジンの最大出力が要求されるのはこの重
負荷作業の内でもごく一部でしかない。しかし、油圧シ
ョベルには、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おり、軽負荷や使用率の大半を占
める中負荷の作業を行なう際に燃費の悪化や騒音の発生
等の課題があった。

【０００４】また、大出力容量のエンジンを搭載するこ
とにより生産コストがかかるという課題もある。さら
に、このような大出力容量のエンジンを用いて法面仕上
げ等の軽負荷作業を行なう場合、出力を十分に絞ってエ
ンジン回転数を低くする必要があるが、エンジンの特性
上、エンジン回転数が低いほどトルクが小さく不安定で
エンストし易い上に回転ムラがある等、操作性の上で好
ましくない。そのため、低速トルクを大きくするために
行程容積（排気量）を高めたり、回転ムラを小さくする
ために多気筒化したりする等の改善策が考えられるが、
コスト，燃費等の観点から実用的でない。

【０００５】このため、近年、動力源としてエンジンと
モータとを併用するハイブリッドタイプの建設機械の動
力装置が開発されている。このようなハイブリッドタイ
プの動力装置は、図５に示すように、主な構成として、
エンジン１，モータ・ジェネレータ２及びクラッチ３１
を有するパワーユニット３０と、このパワーユニット３
０によって駆動され作動油を圧送する油圧ポンプｐと、
圧油の流量，圧力，方向を制御し油圧アクチュエータ２
０に供給するための制御弁４０と、上述のエンジン１，
モータ・ジェネレータ２，クラッチ３１及び制御弁４０
等の作動を制御するための制御装置１０とをそなえてい
る。

【０００６】なお、油圧アクチュエータ２０としては、
油圧ショベルの走行用モータ、上部旋回体を旋回させる
ための旋回モータ、上部旋回体の前面に揺動可能に取付
けられた作業装置（ブーム，アーム，バケット）を揺動
させるための各種シリンダ（ブームシリンダ，アームシ
リンダ，バケットシリンダ）等（いずれも図示略）があ
り、制御弁４０を介して圧油が配分されることで所定の
動作が行なわれるようになっている。以下では、これら
のモータ及び各種シリンダを総称して油圧アクチュエー
タ２０として表記する。

【０００７】ここで、パワーユニット３０はハイブリッ
ドタイプの動力発生源であり、電動機機能及び発電機機
能を有するモータ・ジェネレータ（Ｍ／Ｇ）２が、エン
ジン１の回転出力を断接するクラッチ３１を介してエン
ジン１と直列に接続されている。そして、制御装置１０
によってクラッチ３１の断接が制御されることで、エン
ジン１及びモータ・ジェネレータ２の出力が各々単独或
いは出力加算されて出力され、油圧ポンプｐを駆動する
ようになっている。

【０００８】また、一般にモータ・ジェネレータ２はエ
ンジン１に比べて回転数の変動やムラが少なく、低速ほ
ど高いトルクを出力する（即ち、低速トルクが大きい）
特性を有しているため、クラッチ３１のＯＮ／ＯＦＦを
制御してエンジン１及びモータ・ジェネレータ２の出力
を各々単独或いは出力加算することで、燃費を悪化させ
ることなく、負荷状態に応じて最適な動力を供給するこ
とができる。

【０００９】つまり、重負荷時には、エンジン１を作動
させるとともにモータ・ジェネレータ２を電動機として
機能させ、クラッチ３１をＯＮ（接続状態）とする。こ
れにより、エンジン１及びモータ・ジェネレータ２の出
力が加算され、この加算された大出力によって油圧ポン
プｐを駆動することで、大動力が必要とされる重負荷作
業をスムーズに行なうことができる。

【００１０】また、中負荷時には、エンジン１を最良動
作点において作動させるとともにモータ・ジェネレータ
２を発電機として機能させ、クラッチ３１をＯＮとす
る。これにより、エンジン動力のみにより油圧アクチュ
エータ２０が駆動される。また、余分な動力はモータ・
ジェネレータ２による回生発電用に用いられてインバー
タ５を介してバッテリ６の充電が行なわれため、燃費を
向上させながら騒音や振動の発生を抑えた運転が行なわ
れる。

【００１１】さらに、軽負荷作業時には、エンジン１の
作動を停止してモータ・ジェネレータ２を電動機として
機能させ、クラッチ３１をＯＦＦ（切断状態）とするこ
とで、油圧ポンプｐは低速トルクが大きく回転ムラの少
ないモータ・ジェネレータ２のみによって円滑に駆動さ
れる。これにより、法面仕上げ作業等、一定の動力を確
保しながら低速且つ正確な動作が要求されることの多い
軽負荷の作業において操作性を向上させることができ、
燃費の悪化や騒音の発生も抑制できるのである。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
ハイブリッドタイプの動力装置では、エンジン１とモー
タ・ジェネレータ２とがクラッチ３１を介して機械的に
直列に接続されているため、一般にパワーユニット３０
は大型化し、設置のために機体にまとまった大きなスペ
ースを確保する必要がある。

【００１３】しかしながら、油圧ショベルの機体には、
油圧ポンプｐや作動油を貯蔵するためのタンク（図示
略）が設置される他、燃料タンク，運転室，制御機器，
旋回用アクチュエータ類（いずれも図示略）が所狭しと
配置されている。そのため、パワーユニット３０のため
に大きなスペースを割かれる結果、他の機器類のレイア
ウトが大きく制限されたり、機体の大型化を招いたりす
る等の課題がある。

【００１４】また、機体を大型化して設置スペースを確
保する場合、機体の大きさとその作動能力との関係か
ら、機体の外形寸法には限界がある。さらに、この種の
機械の高度化は日進月歩であり、その作動能力を拡張す
るために新たに追加された自動制御機器や関連機器を機
体に配置する結果、パワーユニット３０を設置するため
のまとまった大きなスペースを確保することは更に困難
となる。

【００１５】本発明は、上述の課題に鑑み創案されたも
ので、ハイブリッド構造を有しながら機体にコンパクト
に設置できるようにした、建設機械の動力装置を提供す
ることを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の建設機械の動力装置は、内燃機関と、モー
タと、内燃機関の出力軸に一体に接続され、この内燃機
関によって駆動されて作動油を油圧アクチュエータに圧
送する第１油圧ポンプと、モータの出力軸に一体に接続
され、このモータによって駆動されて作動油を油圧アク
チュエータに圧送する第２油圧ポンプと、内燃機関又は
モータの作動を制御する作動制御手段とをそなえ、第１
油圧ポンプと第２油圧ポンプとが油圧アクチュエータに
対して並列に接続されて構成されたことを特徴としてい
る。

【００１７】したがって、建設機械の駆動系は、内燃機
関及び第１油圧ポンプから構成される小ユニットと、モ
ータ及び第２油圧ポンプから構成される小ユニットとに
よって構成され、油圧アクチュエータはこれらの小ユニ
ットから圧送された作動油によって駆動される。そし
て、第１油圧ポンプ又は第２油圧ポンプのいずれか一方
が駆動された場合には、油圧アクチュエータは内燃機関
又はモータのいずれか一方の動力によって駆動される。
また、第１油圧ポンプ及び第２油圧ポンプが共に駆動さ
れた場合には、油圧アクチュエータは油路を介して出力
加算された内燃機関及びモータの動力によって駆動され
る（請求項１）。

【００１８】このとき、第１油圧ポンプから圧送された
作動油が第１供給手段によって第２油圧ポンプ側へ供給
されるようにし、この第２油圧ポンプ側へ供給された作
動油によって上記モータが回生発電するように構成して
もよい（請求項２）。この場合、重負荷時には、作動制
御手段は内燃機関とモータとを共に作動させ、中負荷時
には、作動制御手段が内燃機関のみ作動させるととも
に、第１供給手段が第１油圧ポンプから圧送された作動
油の一部を第２油圧ポンプ側へ供給し、軽負荷時には、
作動制御手段はモータのみ作動させるようにすることが
好ましい。

【００１９】これにより、重負荷時には、油圧アクチュ
エータは、油路を介して出力加算された内燃機関及びモ
ータの動力によって駆動される。また、中負荷時には、
油圧アクチュエータは第１油圧ポンプから圧送された作
動油によって駆動されるとともに、油圧アクチュエータ
の駆動に用いられずに余った圧油の動力はモータの回生
駆動に利用される。さらに、軽負荷時には、油圧アクチ
ュエータは、低速トルクが大きく回転ムラの少ないモー
タの動力によって駆動される（請求項３）。

【００２０】また、第２供給手段によって第２油圧ポン
プから圧送された作動油を第１油圧ポンプの吸引口に供
給しうるように構成し、内燃機関を始動させる際に、作
動制御手段によってモータを作動させるとともに、第２
供給手段によって第２油圧ポンプにより供給された作動
油を第１油圧ポンプの吸引口に供給するようにしてもよ
い。これにより、内燃機関の始動時には、第２油圧ポン
プから圧送された作動油が第１油圧ポンプの吸引口に流
入して第１油圧ポンプを正転させ、内燃機関が始動する
（請求項４）。

【００２１】このとき、第２油圧ポンプから圧送される
作動油の油圧が所定圧力よりも小さい場合には、禁止手
段により第１油圧ポンプの吸引口への供給を禁止するこ
とが望ましい（請求項５）。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、図面により、本発明の一実
施形態としての建設機械の動力装置について説明する
と、図１はその全体構成を示す模式的図、図２はその制
御方法を示す図、図３，図４はその作用を説明するため
のフローチャートである。なお、図５を用いて説明した
従来の技術と同様の部位については同じ符号を付し、そ
の説明を一部省略する。また、図１中、太矢印（白抜き
矢印）は油路内の作動油の流れを示し、細矢印は制御信
号の流れを示している。

【００２３】本実施形態に係る動力装置は、油圧ショベ
ルに適用され、その動力源としてエンジン１とモータ・
ジェネレータ２とを併用するハイブリッド構造を有して
おり、図１に示すように、主な構成として、エンジン１
と、このエンジン１によって駆動されて作動油を圧送す
る油圧ポンプ（第１油圧ポンプ）ｐ１と、モータ・ジェ
ネレータ２と、このモータ・ジェネレータ２によって駆
動されて作動油を圧送する油圧ポンプ（第２油圧ポン
プ）ｐ２と、油圧ポンプｐ１，ｐ２から圧送された作動
油の流路を切り替えるための制御弁（第１供給手段）３
と、油圧ポンプｐ１への作動油の供給源を切り替えるた
めの切替弁（第２供給手段）４と、エンジン１，モータ
・ジェネレータ２の作動を制御するとともに制御弁３，
切替弁４の開閉を制御する制御装置１０とをそなえてい
る。

【００２４】ここで、エンジン１としては、比較的安価
に購入でき油圧ショベルの最大出力よりも小さい中規模
容量のエンジンが用いられており、稼動頻度の高い中負
荷の作業において最良動作点で運転される。油圧ポンプ
ｐ１はエンジン１の出力軸１ａに一体に接続され、エン
ジン動力のみによって駆動されるようになっており、そ
の出力口から油路５１を介して制御弁３側へ作動油を圧
送するようになっている。また、詳しくは後述するが、
エンジン１の始動時には、所定圧力まで加圧された作動
油が油圧ポンプｐ１の吸引口から供給されることによ
り、エンジン１を正転させるようになっている。

【００２５】モータ・ジェネレータ（Ｍ／Ｇ）２は電動
機機能及び発電機機能を有し、エンジン１とは機械的に
分離されて配置されている。そして、インバータ５を介
してバッテリ６から供給される電力によって油圧ポンプ
ｐ２を駆動する電動機として機能する。油圧ポンプｐ２
はモータ・ジェネレータ２の出力軸２ａに一体に接続さ
れ、モータ動力のみによって駆動されるようになってお
り、その出力口には油路５２が接続されている。そし
て、油圧ポンプｐ１の吐出側油路５１と油圧ポンプｐ２
の吐出側油路５２とが制御弁３で合流しており、この制
御弁３よりも下流に油圧アクチュエータ２０が設けられ
ている。また、油圧ポンプｐ１から圧送された作動油は
制御弁３を介して油圧ポンプｐ２の出力口に流入しうる
ようになっており、油圧ポンプｐ２の出力口から流入し
た圧油によって油圧ポンプｐ２が逆転し、モータ・ジェ
ネレータ２が回生駆動されるようになっている。

【００２６】制御弁３は油圧ポンプｐ１及び油圧ポンプ
ｐ２から吐出される作動油の流路を変更するためのもの
であり、油路５１と油路５２との合流部に設けられ、弁
３１及び弁３２から構成されている。そして、エンジン
１を作動させるとともにモータ・ジェネレータ２をモー
タ（電動機）として作動させた状態で弁３１，３２を共
に開弁させることで、油圧ポンプｐ１，ｐ２から圧送さ
れた作動油が合流し、出力加算された圧油が油路５３を
介して油圧アクチュエータ２０へ供給されるようになっ
ている。

【００２７】また、モータ・ジェネレータ２の作動が禁
止されエンジン１のみを作動させた状態で弁３１，３２
を共に開弁させることで、油圧ポンプｐ１から圧送され
る圧油の全部又は一部が油圧ポンプｐ２へ分岐し、油圧
アクチュエータ２０を駆動しながら余分な動力が一部回
生発電用に利用されるようになっている。このとき、弁
３２を閉弁することで、油圧ポンプｐ１から圧送された
圧油の動力を全て油圧アクチュエータ２０の駆動に用い
ることもできる。

【００２８】さらに、モータ・ジェネレータ２のみをモ
ータとして作動させた状態で弁３１を閉弁し弁３２を開
弁することで、油圧ポンプｐ２から圧送された作動油の
みによって油圧アクチュエータ２０を駆動できるように
なっている。切替弁４は油路５５を介して油圧ポンプｐ
１の吸引口へ供給される作動油の供給源を切り替えるた
めのものであり、弁４１及び弁４２から構成されてい
る。すなわち、図１に示すように、油圧ポンプｐ１の上
流側には作動油タンク７が設けられており、上記切替弁
４は油圧ポンプｐ１と作動油タンク７との間に介装され
ている。また、この切替弁４には、油圧ポンプｐ２の吐
出側油路５２から分岐した油路５４が接続されており、
弁４１及び弁４２の開閉状態を切り替えることにより、
油圧ポンプｐ１への作動油供給源が切り替えられるよう
になっている。

【００２９】具体的には、弁４１を開弁し弁４２を閉弁
することで、作動油タンク７に貯蔵されている作動油が
油路５５を介して油圧ポンプｐ１の吸引口へ供給され
る。また、モータ・ジェネレータ２が駆動された状態で
弁４１を閉弁し弁４２を開弁することで、油圧ポンプｐ
２から圧送された作動油が油路５４，５５を介して油圧
ポンプｐ１の吸引口に流入するようになっている。

【００３０】なお、エンジン１の始動時以外は弁４１が
開弁され弁４２が閉弁された状態になっており、作動油
の供給源として作動油タンク７が選択されるようになっ
ている。また、弁４２の下流側（油圧ポンプｐ２側）の
油路内には図示しない圧力センサが設けられており、油
圧ポンプｐ２から供給される作動油の圧力を検出し、制
御装置１０へ圧力信号を出力するようになっている。

【００３１】制御装置１０は、エンジン１及びモータ・
ジェネレータ２の作動を制御するとともに、制御弁３及
び切替弁４の開閉を制御するためのものであり、本発明
における作動制御手段及び禁止手段として機能してい
る。そして、エンジン１及びモータ・ジェネレータ２の
作動・停止やその作動時期、或いは、弁３１，３２及び
弁４１，４２の開弁時期や開閉の組み合わせを制御する
ことで、油圧回路（油路）内を流れる作動油の流量，圧
力，方向等を制御し、重負荷，中負荷，軽負荷の各負荷
状態に応じて最適な動力を発揮できるようになってい
る。

【００３２】なお、本動力装置には、負荷状態に応じて
このような組み合わせ操作を、マニュアルによることな
く簡単に行なうために、モード選択スイッチ１１がそな
えられており、オペレータが負荷状態に応じて作業モー
ドを選択できるようになっている。そして、このモード
選択スイッチ１１で重負荷モード（Ｈ），中負荷モード
（Ｍ），軽負荷モード（Ｌ）のいずれかの作業モードを
選択することで、それぞれ重負荷作業，中負荷作業，軽
負荷作業に最適な制御が行なわれるようになっている。

【００３３】つまり、図２に示すように、重負荷モード
が選択された場合には、エンジン１を作動させるととも
にモータ・ジェネレータ２をモータとして作動させ、且
つ、弁３１，３２を共に開弁させることにより、油圧ポ
ンプｐ１，ｐ２から圧送された作動油を合流させ、油路
５３を介して油圧アクチュエータ２０に供給する。これ
により、エンジン１及びモータ・ジェネレータ２の動力
が油路内で合成され、出力加算された圧油の動力によっ
て油圧アクチュエータ２０が駆動されるようになってい
る。

【００３４】また、中負荷モードが選択された場合に
は、エンジン１のみが作動し、最良動作点付近で運転が
行なわれるようになっている。また、弁３１，３２が共
に開弁され、油圧ポンプｐ１から圧送された作動油が油
路５１，５３を介して油圧アクチュエータ２０に供給さ
れる一方、この圧油の一部が油路５２を介して油圧ポン
プｐ２の出力口へ分岐され、余分な動力がモータ・ジェ
ネレータ２の回生駆動用に利用されるようになってい
る。

【００３５】なお、バッテリ６には比重センサ，電圧セ
ンサ，電流センサ等（いずれも図示略）の各種センサが
取り付けられており、これらのセンサ信号が制御装置１
０に入力されるようになっている。そして、制御装置１
０ではこれらのセンサ信号に基づいてバッテリ充電状態
を検知し、バッテリ６がフル充電状態になった場合に
は、弁３２を閉弁して油路５２への分岐を禁止するよう
になっている。

【００３６】さらに、軽負荷モードが選択された場合に
は、低速トルクが大きく回転ムラの少ないモータ・ジェ
ネレータ２のみモータとして作動させる。そして、弁３
１が閉弁され弁３２が開弁され、油圧ポンプｐ２から圧
送された作動油が油路５２，５３を介して全て油圧アク
チュエータ２０に供給されるようになっている。また、
エンジン１を始動させる場合には、モータ・ジェネレー
タ２をモータとして作動させるとともに弁３２が閉弁さ
れ、油圧ポンプｐ２から圧送された作動油が油路５４を
介して全て切替弁４側へ流入するようになっている。こ
の際、弁４２は下流側の油路５４内の作動油が所定圧力
以上となるまで閉弁状態とされ、油圧が所定圧力以上と
なったことが検知されると開弁するように制御されるよ
うになっている。これにより、高圧の作動油を油路５
４，５５を介して油圧ポンプｐ１の吸引口へ流入させる
ことができ、圧油動力を無駄なく利用でき、又、エンジ
ン１をスムーズに始動させることができるのである。

【００３７】本発明の一実施形態としての建設機械の動
力装置は、上述のように構成されているので、制御装置
１０によって例えば図３，図４に示すフローチャートに
沿って制御が行なわれる。まず、ステップＳ１でモード
選択スイッチ１１による作業モードの選択が行なわれ、
オペレータによって重負荷モード（Ｈ）が選択された場
合、ステップＳ２，Ｓ３でエンジン１を作動させるとと
もにモータ・ジェネレータ２をモータとして作動させ
る。

【００３８】ここで、ステップＳ２におけるエンジン１
の作動は図４に示されるようなエンジン作動ルーチンに
従って行なわれ、ステップＳ２０でエンジン１の作動状
態が判定される。このとき、エンジン１が既に作動中で
あれば作動が継続され、エンジン１が未始動状態であれ
ば、ステップＳ２１でモータ・ジェネレータ２がモータ
として作動するとともに、ステップＳ２２で弁３２が閉
弁され、油圧ポンプｐ２から圧送された作動油を油路５
４を介して全て切替弁４側へ供給される。

【００３９】そして、ステップＳ２３で圧力センサによ
って検知された弁４２の下流側（油圧ポンプｐ２側）の
油圧が所定圧力以上になったか否かが判定され、この油
圧が所定圧力よりも小さい場合には、ステップＳ２４で
弁４２を閉弁させ、油圧ポンプｐ２から油圧ポンプｐ１
への圧油の供給が禁止される。一方、この油圧が所定圧
力以上の場合には、ステップＳ２５で弁４２が開弁され
るとともに弁４１が閉弁され、高圧状態の作動油が油路
５５を介して油圧ポンプｐ１の吸引口へ圧送される。こ
れにより、油圧ポンプｐ１が正転し、エンジン１が始動
する。

【００４０】このようにエンジン１が作動された後、ス
テップＳ３でモータ・ジェネレータ２をモータとして作
動させ、ステップＳ４で弁３１，３２が共に開弁され
る。これにより、油圧ポンプｐ１，ｐ２から圧送された
圧油が合流し、出力加算された圧油が油路５３を介して
油圧アクチュエータ２０へ供給される。また、ステップ
Ｓ１で中負荷モード（Ｍ）が選択された場合、ステップ
Ｓ５で、図４に示されるようなエンジン作動ルーチンに
従ってエンジン１が作動され、エンジン１の最良動作点
において運転が行なわれる。そして、ステップＳ６で弁
３１，３２が共に開弁され、油圧ポンプｐ１から圧送さ
れた作動油が油路５１，５３を介して単独で油圧アクチ
ュエータ２０へ供給される。

【００４１】このとき、負荷が所定値を下回った場合に
は油圧ポンプｐ１から圧送された圧油が油路５２を介し
て一部油圧ポンプｐ２の出力口へ分岐し、分岐した圧油
の動力によって油圧ポンプｐ２が駆動され、モータ・ジ
ェネレータ２によって回生発電が行なわれる。そして、
バッテリ６がフル充電状態となったことが検知されると
弁３２が閉弁され、圧油は全て油圧アクチュエータ２０
へ供給される。

【００４２】さらに、ステップＳ１で軽負荷モード
（Ｌ）が選択された場合、ステップＳ７でエンジン１の
作動が停止され、ステップＳ８でモータ・ジェネレータ
２を作動する。そして、ステップＳ９で弁３１が閉弁さ
れるとともに弁３２が開弁され、油圧ポンプｐ２から圧
送された作動油が油路５２，５３を介して全て油圧アク
チュエータ２０へ供給される。

【００４３】したがって、本実施形態の建設機械の動力
装置によれば、油圧アクチュエータ２０の駆動系（図５
に示す従来技術におけるパワーユニット３０に相当す
る）が、油路５１〜５５を介して接続された二つの小ユ
ニット（即ち、エンジン１及び油圧ポンプｐ１によって
構成される小ユニットと、モータ・ジェネレータ２及び
油圧ポンプｐ２によって構成される小ユニット）に分割
され、それぞれ独立に設置することができるため、まと
まった大きな設置スペースを確保する必要がない。

【００４４】つまり、エンジン１とモータ・ジェネレー
タ２とが機械的に分離され、油路５３内で各動力が合成
されるようになっているため、機体上に配置される他の
機器類と同様に、各小ユニットに対してそれぞれ小さな
設置スペースが確保されればよく、レイアウトの自由度
を上げることができ、機体上のスペースを無駄なく利用
することができるのである。

【００４５】また、中負荷作業時に、エンジン１の最良
動作点付近で油圧ポンプｐ１を駆動し油圧アクチュエー
タ２０に圧油を供給するとともに、この圧油の一部を油
路５２を介して油圧ポンプｐ２側へ流入するようにして
いるため、中負荷作業で用いられなかった余分な動力が
モータ・ジェネレータ２での回生発電用に利用され、燃
費を更に向上させることができる。

【００４６】さらに、切替弁４を設けて油圧ポンプｐ２
から圧送された作動油を油路５４，５５を介して油圧ポ
ンプｐ１の吸引口に流入しうるようにしているため、エ
ンジン１の始動時に所定圧力以上に加圧された高圧の作
動油で油圧ポンプｐ１を正転させることで、エンジン１
を始動させることができる。このため、モータ・ジェネ
レータ２をエンジン１のスタータとして流用でき、別途
スタータ・モータを設ける必要がないため、製造コスト
を低減することができる。

【００４７】この他、本動力装置はエンジン１とモータ
・ジェネレータ２とを併用するハイブリッド構造を有す
るため、このようなハイブリッド構造の動力装置に見ら
れる一般的な利点を有することはいうまでもない。例え
ば、最大負荷の作業を見込んだ大出力容量のエンジンを
搭載する必要がなく、エンジン１として安価に購入でき
使用率の大半を占める中負荷の作業の際に最良動作点で
動作しうる中規模容量のものを用いることができる。こ
れにより、燃費を向上させ騒音の発生を防止するととも
に製造コストを低減できる。

【００４８】また、ダンプ待ち時等の作業待機時でもモ
ータ・ジェネレータ２の動力或いはバッテリ６によりエ
アコン等の電気機器を使用することが可能である。な
お、本発明は上述の実施形態に限定されるものではな
く、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施
することができる。例えば、エンジン１と同軸上に、モ
ータ・ジェネレータ２とは別に、電動機機能及び発電機
機能を有するモータＭを設けてもよい。そして、このモ
ータＭの作動と上記実施形態におけるエンジン１，モー
タ・ジェネレータ２の作動とを組み合わせることで、負
荷状態に応じて更に最適な動力源を構成することができ
る。例えば、最大負荷の作業を行なう場合には、エンジ
ン１，モータ・ジェネレータ２，モータＭを作動させる
ことで、稼動頻度の少ない最大負荷作業において燃費の
悪化を招くことなく作業性を向上させることができるの
である。

【００４９】また、エンジン動力によりモータＭを回生
駆動してバッテリ充電を行なうことで、軽負荷作業時
等、モータ・ジェネレータ２を作動させた状態でもバッ
テリ充電を行なうことができ、バッテリ残量の急激な低
下を防ぐことができる。なお、このモータＭをエンジン
１始動用のスタータ・モータとして機能させることも勿
論可能である。

【００５０】さらに、オペレータが負荷状態に応じて作
業モードを選択する代わりに、制御装置１０が、図示し
ない各種センサから入力される運転情報，モニタリング
装置から入力されるモニタリング信号，故障診断装置か
ら入力される故障情報等に基づいて作業モードを自動的
に選択するようにしてもよい。つまり、制御装置１０
は、エンジン回転数やポンプ吐出圧等の運転情報から負
荷状態を判断し、故障情報等を考慮して自動的に作業モ
ードを選択する。これにより、オペレータの監視負担を
減らし、判断ミスや操作ミスにより運転が中断する事態
を回避することができる。

【００５１】

【発明の効果】以上、詳述したように本発明によれば、
内燃機関及び第１油圧ポンプにより構成される小ユニッ
トと、モータ及び第２油圧ポンプにより構成される小ユ
ニットとからなる二つの小ユニットが油路を介して油圧
アクチュエータに対して並列に接続され、内燃機関及び
モータの各動力は油圧回路上で合成されるようになって
いるため、建設機械の機体上に設置する場合、各小ユニ
ット毎にそれぞれ独立に配置することができる。このた
め、設置の際に各小ユニット毎にそれぞれ小さなスペー
スが確保されればよく、レイアウトの自由度を向上させ
ることができ、機体上のスペースを無駄なく利用するこ
とができる（請求項１）。

【００５２】また、第１供給手段によって第１油圧ポン
プから圧送された作動油の一部を第２油圧ポンプ側へ供
給しモータを回生駆動しうるようにすることで、油圧ア
クチュエータを駆動する際に余った圧油の動力を無駄な
く活用することができ、燃費を向上させることができる
（請求項２）。この場合、大動力の必要とされる重負荷
の作業において内燃機関とモータとを共に作動させるこ
とで、油路を介して出力加算された内燃機関及びモータ
の動力によって油圧アクチュエータをスムーズに駆動さ
せることができる。また、中負荷の作業において、油圧
アクチュエータを内燃機関の動力のみにより駆動すると
ともに、余った圧油の動力によってモータを回生駆動す
ることで、動力を無駄なく活用することができ、燃費を
向上させることができる。さらに、比較的大きな低速ト
ルクを必要とし、且つ、円滑な操作が必要とされる軽負
荷の作業において、油圧アクチュエータをモータ動力の
みによって駆動することで、作業性を向上させることが
できる（請求項３）。

【００５３】また、内燃機関を始動させる際に、モータ
動力によって第２油圧ポンプを作動させ、この第２油圧
ポンプから圧送された作動油を第２供給手段によって第
１油圧ポンプの吸引口に供給することで、モータを内燃
機関のスタータとして流用することができる。そのた
め、別途スタータ・モータ等を設ける必要がなく、製造
コストを低減することができる（請求項４）。

【００５４】このとき、油圧が所定圧力以上になるまで
第１油圧ポンプへの作動油の供給を禁止することで、圧
油の動力を効率的に利用することができ、又、内燃機関
のスムーズな始動が可能となる（請求項５）。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る建設機械の動力装置
の全体構成を示す模式図であり、図７に対応する図であ
る。

【図２】本発明の一実施形態に係る建設機械の動力装置
の制御方法を示す図である。

【図３】本発明の一実施形態に係る建設機械の動力装置
の作用を説明するためのフローチャートである。

【図４】本発明の一実施形態に係る建設機械の動力装置
の作用を説明するためのフローチャートである。

【図５】従来の建設機械の動力装置の全体構成を示す模
式図である。

【符号の説明】

１エンジン（内燃機関）２モータ・ジェネレータ（モータ）３制御弁（第１供給手段）４切替弁（第２供給手段）１０制御装置（作動制御手段及び禁止手段）２０油圧アクチュエータｐ１油圧ポンプ（第１油圧ポンプ）ｐ２油圧ポンプ（第２油圧ポンプ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2D003 AA01 AB05 AB06 BA05 BB13 CA02 CA10 DA02 DA04 DB02 3H089 BB01 BB04 DA06 DA13 DA14 DB32 DB43 EE36 GG02 JJ02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関と、モータと、上記内燃機関の出力軸に一体に接続され、上記内燃機関
によって駆動されて作動油を油圧アクチュエータに圧送
する第１油圧ポンプと、上記モータの出力軸に一体に接続され、上記モータによ
って駆動されて作動油を上記油圧アクチュエータに圧送
する第２油圧ポンプと、上記内燃機関又は上記モータの作動を制御する作動制御
手段とをそなえ、上記第１油圧ポンプと上記第２油圧ポンプとが上記油圧
アクチュエータに対して並列に接続されたことを特徴と
する、建設機械の動力装置。
【請求項２】上記第１油圧ポンプから圧送された作動
油を上記第２油圧ポンプ側へ供給しうる第１供給手段を
更にそなえ、上記モータが、上記第１供給手段により上記第１油圧ポ
ンプから上記第２油圧ポンプ側に供給された作動油によ
って駆動されて回生発電することを特徴とする、請求項
１記載の建設機械の動力装置。
【請求項３】重負荷時には、上記作動制御手段は上記
内燃機関と上記モータとを共に作動させ、中負荷時には、上記作動制御手段は上記内燃機関のみ作
動させるとともに、上記第１供給手段は上記第１油圧ポ
ンプから圧送された作動油の一部を上記第２油圧ポンプ
側へ供給し、軽負荷時には、上記作動制御手段は上記モータのみ作動
させることを特徴とする、請求項２記載の建設機械の動
力装置。
【請求項４】上記第２油圧ポンプから圧送された作動
油を上記第１油圧ポンプの吸引口に供給しうる第２供給
手段を更にそなえ、上記内燃機関を始動させる際に、上記作動制御手段は上
記モータを作動させるとともに、上記第２供給手段は上
記第２油圧ポンプにより供給された作動油を上記第１油
圧ポンプの吸引口に供給することを特徴とする、請求項
１〜３のいずれかの項に記載の建設機械の動力装置。
【請求項５】上記第２油圧ポンプから圧送された作動
油が所定圧力よりも小さい場合に、上記第１油圧ポンプ
の吸引口への供給を禁止する禁止手段をそなえたことを
特徴とする、請求項４記載の建設機械の動力装置。