JP2007107230A - ハイブリッド式建設機械 - Google Patents

Abstract

【課題】機器類設置スペースを無駄なく有効利用して機器類を効率良く配置する。
【解決手段】上部旋回体２の後部にエンジン１４を設置し、このエンジン１４の左右片側に、エンジン動力を油圧ポンプ１６と発電電動機１７とに分配する動力分配装置１５を配置するとともに、蓄電装置２０とインバータ／コンバータ１９を、キャビン１０の後方でかつエンジン１４の前方に左右に並んで配置し、この蓄電装置２０、インバータ／コンバータ１９、及び動力分配装置１５の各ケーシングによって、エンジンルーム１３を区画する平面視Ｌ字形の仕切り壁Ｗを構成した。
【選択図】図１

Description

本発明はエンジン動力と電力を併用するハイブリッド式建設機械に関するものである。

図４は本発明の好適例であるショベルを示す。

このショベルは、クローラ式の下部走行体１上に上部旋回体２が縦軸まわりに旋回自在に搭載され、この上部旋回体２の前部に、ブーム３、アーム４、バケット５、及びこれらを作動させるブーム、アーム、バケット各シリンダ６,７,８を備えた掘削装置９が取付けられて構成される。

上部旋回体２には、前部左側にキャビン１０が搭載されるとともに、後端部にカウンタウェイト１１が装着される。

キャビン１０の後方には、左右方向に仕切り壁１２が設けられ、この仕切り壁１２とカウンタウェイト１１との間に形成されたエンジンルーム１３に動力源としてのエンジン１４が設置される(特許文献１参照)。

このショベルをハイブリッド式として構成した場合の駆動系及び制御系のブロック構成を図５に示す。

エンジン１４に動力分配装置(パワーデバイダ。ＰＴＯと呼ぶ場合もある)１５を介して、可変容量型の油圧ポンプ１６と、１台で発電機作用と電動機作用を行う発電電動機１７とがパラレルに接続され、これらがエンジン１４によって同時に駆動される。

油圧ポンプ１６には、制御弁(アクチュエータごとに設けられているが、ここでは複数の制御弁の集合体として示す)１８を介して図４に示すブーム、アーム、バケット各シリンダ６〜８、及び図示しない左、右両走行用油圧モータ等の油圧アクチュエータが接続され、油圧ポンプ１６から供給される圧油によってこれら油圧アクチュエータが駆動される。

一方、発電電動機１７には、インバータ／コンバータ１９を介して、二次電池等からなる蓄電装置２０が接続される。

インバータ／コンバータ１９は、発電電動機１７の発電機作用と電動機作用の切換えを行う一方、コントローラ２１からの指令に基づいて発電電力あるいは電動機としての電流またはトルクを制御し、かつ、発電電動機１７の発電機出力の過不足に応じて蓄電装置２０の充・放電作用を制御する。

コントローラ２１は、蓄電装置２０の充電量、発電電動機１７の回転数等に基づいてエンジン回転数指令、油圧ポンプ１６のポンプ容量指令、発電電動機１７のトルク指令等を出力する。

この構成において、油圧ポンプ１６の必要動力が大きい場合には、蓄電装置２０の蓄電力により発電電動機１７が電動機作用を行ってエンジン出力を補い、必要動力が小さい場合は発電電動機１７が発電機作用を行って蓄電装置２０に蓄電する。こうして、ハイブリッド方式本来の省エネルギー運転が行われる。

なお、ハイブリッド式ショベルにおける機器類の配置については特許文献２に示されている。
特許第３６４９１４７号公報 特開２００４−１６９４６５号公報

ハイブリッド式ショベルの場合、一般的な油圧ショベルと同じ広さの空間に、エンジン関連及び油圧系の機器類(油圧ポンプ１６、制御弁１８のほか図示しない燃料タンク、作動油タンク、冷却ファン、ラジエータ、オイルクーラー等)に加えて、上記発電電動機１７、インバータ／コンバータ１９、蓄電装置２０、コントローラ２１等のハイブリッド機器類を設置する必要がある。

すなわち、限られたスペースにより多くの機器類を詰め込まなければならない。

この場合、従来のショベルにおいては、図４及び特許文献１に示されているように上部旋回体２の後部に仕切り壁１２を設け、この仕切り壁１２によって上部旋回体２の後部にエンジンルーム１３を区間形成している。

なお、エンジンルーム１３の右側には、主として油圧機器が設置される機器室が形成されるが、この機器室とエンジンルーム１３も同様に専用の仕切り壁で仕切る構成がとられている。

このため、従来のハイブリッドショベルによると、専用の仕切り壁とそのまわりのスペースが無駄となり、この無駄分が、ただでさえ狭い機器類設置スペースの有効容積を縮めて機器類の配置をより困難としていた。

そこで本発明は、機器類設置スペースを無駄なく有効利用して機器類を効率良く配置することができるハイブリッド式建設機械を提供するものである。

請求項１の発明は、下部走行体上に上部旋回体を搭載し、この上部旋回体の前部左右片側にキャビン、後端部にカウンタウェイトをそれぞれ設けるとともに、キャビンの後方でカウンタウェイトの前方にエンジンを、その出力軸が左右方向を向く状態で収容し、かつ、発電機作用と電動機作用を行う発電電動機と、この発電電動機の出力によって充電される蓄電装置と、発電電動機及び蓄電装置の作用を制御するインバータ／コンバータとを含むハイブリッド機器を具備するハイブリッド式建設機械において、上記エンジンの左右片側に、エンジン動力を油圧ポンプと発電電動機とに分配する動力分配装置を配置するとともに、上記蓄電装置とインバータ／コンバータを、上記キャビンの後方でかつエンジンの前方に左右に並んで配置し、この蓄電装置、インバータ／コンバータ、及び動力分配装置の各ケーシングによって、エンジンルームを区画する平面視Ｌ字形の仕切り壁を構成したものである。

請求項２の発明は、請求項１の構成において、油圧ポンプ及び発電電動機を、エンジンルーム外で動力分配装置にパラレルに接続したものである。

請求項３の発明は、請求項１または２の構成において、エンジンルーム外に、燃料タンク、作動油タンク、制御弁等の油圧機器類を配置したものである。

請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかの構成において、エンジンルームにおける動力分配装置と反対側に、冷却ファンによって外気を吸入する吸気室を形成し、蓄電装置をこの吸気室に臨んで配置したものである。

請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれかの構成において、蓄電装置を、左右のうち上部旋回体の側面に近い側に設置したものである。

請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれかの構成において、キャビン内と蓄電装置のケーシング内とをダクトで接続し、キャビン内の空気を冷却または暖房用として蓄電装置に導くように構成したものである。

請求項７の発明は、請求項１乃至６のいずれかの構成において、ハイブリッド機器等を制御するコントローラを、蓄電装置の上に重ねて配置したものである。

本発明によると、蓄電装置とインバータ／コンバータをキャビンの後方でかつエンジンの前方に左右に並設し、この両者と動力分配装置の各ケーシングによりＬ字形の仕切り壁を構成してエンジンルームを区画形成したから、従来のように専用の仕切り壁を設ける場合と比較して、上部旋回体の機器類設置スペースを無駄なく利用して機器類を狭いスペースに効率良く収めることができる。

また、蓄電装置とインバータ／コンバータを左右に並べたことにより、両者間の配線を最短にできるため、配線作業が簡単となるとともに、配線に要する空間を縮小して機器類のレイアウトの自由度を高めることができる。

この場合、請求項２の発明では油圧ポンプ及び発電電動機をエンジンルーム外で動力分配装置にパラレルに接続し、請求項３の発明ではエンジンルーム外に燃料タンク、作動油タンク、制御弁等の油圧機器類を配置したから、油圧ポンプ及び発電電動機、または油圧機器類をエンジンに対し動力分配装置によって熱的に遮断し、エンジン熱による悪影響を抑えることができる。

一方、請求項４,５の発明によると、エンジンルームにおける動力分配装置と反対側に、冷却ファンによって外気を吸入する吸気室を形成し、蓄電装置をこの吸気室に臨んで配置したから、熱影響を受ける蓄電装置を外気によって空冷することができる。

この場合、請求項５の発明によると、蓄電装置を外気に接する旋回体側面に近い側(低温側)に配置したから、冷却効果を一層高めることができる。また、上部旋回体の側面における蓄電装置の位置にメンテナンス口を設けることにより、蓄電装置のメンテナンス、交換作業が容易となる。

請求項６の発明によると、キャビン内と蓄電装置のケーシング内とをダクトで接続し、キャビン内の空気を冷却または暖房用として蓄電装置に導くように構成したから、蓄電装置をキャビン内の冷気または暖気によってキャビン内と同等に冷暖房することができる。このため、蓄電装置の熱による性能低下をより確実に防止することができる。

ところで、図５に示すコントローラ２１は、従来、スペース不足からキャビン内に配置されていた。このため、このコントローラ２１とキャビン外の蓄電装置２０及び発電電動機１７等との電気的接続が面倒となっていた。

これに対し、請求項７の発明によると、コントローラを、キャビン外において蓄電装置の上に重ねて配置したから、コントローラと蓄電装置、発電電動機等との電気的接続が容易となる。

本発明の実施形態を図１〜図３によって説明する。

実施形態において、図４,５に示す部分と同一部分には同一符号を付して示し、その重複説明を省略する。

図１は上部旋回体２における機器配置を上から見た図である。

上部旋回体２の後部にエンジン１４が設置され、このエンジン１４の前方でかつキャビン１０の後方において左側(キャビン１０内に着座したオペレータから見た左側。以下にいう左右及び前後の方向性について同じ)に蓄電装置２０、右側にインバータ／コンバータ１９がほぼ隙間なく並設されている。

一方、エンジン１４の右側に、エンジン動力を油圧ポンプ１６と発電電動機１７とに分配する動力分配装置１５が設けられている。

この動力分配装置１５は、後端部がカウンタウェイト１１の内面に近接し、前端部がインバータ／コンバータ１９の右側面に当接または近接する状態で配置されている。

この動力分配装置１５とインバータ／コンバータ１９と蓄電装置２０の各ケーシング(いずれもほぼ直方形の箱体。図１ではとくに符号は付していない)によってＬ字形の仕切り壁Ｗが構成され、エンジンルーム１３がこの仕切り壁Ｗとカウンタウェイト１１とに囲まれた空間として上部旋回体２の後部に区画形成されている。

このエンジンルーム１３の右側を含む上部旋回体２の右側全域には機器室２２が形成され、この機器室２２の後部において油圧ポンプ１６と発電電動機１７が動力分配装置１５にパラレルに接続されている。

機器室２２には、前から順に補機蓄電装置２３、燃料タンク２４、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５、作動油タンク２６、コントロールバルブ１８が配置されている。

なお、この機器室２２の右側面、及びエンジンルーム１３の左側面はそれぞれ図１中に二点鎖線で示すガード部材２７ａ,２７ｂによって覆われている。

また、エンジン１４の左側には、エンジンルーム１３の一部としての吸気室２８が設けられ、この吸気室２８に、図１中に矢印で示すように外気を吸い込む冷却ファン２９と、吸い込まれた外気よって冷却されるラジエータ３０及びオイルクーラー３１が設けられている。

図１中、３２はエンジンルーム１３におけるエンジン１４の後方に配置された圧縮機、３３はエンジンマフラである。

一方、図２,３に示すように、蓄電装置２０の上方にコントローラ２１(図１では簡略化のために図示を省略している)が配置されている。

このコントローラ２１は、全高寸法を小さくするために図示のように後倒れの傾斜姿勢でケーシング３４に収容され、蓄電装置２０のケーシング３５上に重ねて配置されている。

なお、コントローラ２１は、正確には図２に示すようにハイブリッド系の制御部分２１ａと油圧系の制御部分２１ｂとから成り、これらが前後重ね合わせ状態でケーシング３４に収容されている。

また、図２に示すようにキャビン１０の背面下部に前側に凹む凹部３６が形成され、蓄電装置２０及びコントローラ２１はそれぞれのケーシング３５,３４の一部がこの凹部３６に嵌まり込む状態でキャビン後方に配置されている。

このように、インバータ／コンバータ１９と蓄電装置２０をキャビン１０の後方でかつエンジン１４の前方に左右に並んで配置し、この両者と動力分配装置１５の各ケーシングによりＬ字形の仕切り壁Ｗを構成してエンジンルーム１３を区画形成したから、従来のように専用の仕切り壁を設ける場合と比較して、仕切り壁とそのまわりのスペースの無駄遣いを無くし、上部旋回体２の機器類設置スペースを有効利用することができる。すなわち、多くの機器類を限られたスペースに効率良く収めることができる。

また、蓄電装置２０とインバータ／コンバータ１９を左右に並べたことにより、両者間の配線を最短にできるため、配線作業が簡単となるとともに、配線に要する空間を縮小して機器類のレイアウトの自由度を高めることができる。

一方、油圧ポンプ１６及び発電電動機１７をエンジンルーム１３外である機器室２２で動力分配装置１５にパラレルに接続するとともに、機器室２２に燃料タンク２４、作動油タンク２５、制御弁１８等の油圧機器類を配置したから、これら機器類をエンジン１４に対し動力分配装置１５によって熱的に遮断し、エンジン熱による悪影響を抑えることができる。

さらに、蓄電装置２０を吸気室２８に臨んで配置したから、熱によって性能が低下する蓄電装置２０を外気によって空冷することができる。

この場合、図示のように蓄電装置２０を左側、すなわち、外気に接する旋回体側面に近い側(低温側)に配置したから、冷却効果を一層高めることができる。また、左側ガード部材２６ｂにおける蓄電装置２０に臨む位置にメンテナンス口を設けることにより、蓄電装置２０のメンテナンス、交換作業が容易となる。

また、コントローラ２１を、キャビン１０外において蓄電装置２０の上に重ねて配置したから、従来のようにこのコントローラ２１をキャビン１０内に設置した場合と比較して、コントローラ２１と蓄電装置２０、発電電動機１７等とをキャビン１０外で電気的に接続することができる。このため、この接続作業が容易となる。

蓄電装置２０は、上記のように吸気室２８に臨んで配置されていることによって空冷されるが、この実施形態ではより高い空調効果を得ることを目的として、キャビン１０内の冷暖房用の空気を利用する構成がとられている。

図２,３によって説明すると、キャビン１０の背面外側(凹部３６)に吸い込み及び吐出し両ダクト３７,３８が設けられている。

吸い込みダクト３７はキャビン１０の右側で、吐出しダクト３８は左側で、それぞれ一端部がキャビン１０内に、他端部が蓄電装置２０のケーシング３５内にそれぞれ連通する状態で配置され、この両ダクト３７,３８のキャビン側端部に吸い込み、吐出し両ファン(図示しない)が設けられている。

こうして、キャビン１０内の冷気または暖気が吸い込みダクト３７から蓄電装置２０のケーシング３５内に導入され、このケーシング３５内を右端から左端までくまなく通った後、左端から吐出しダクト３８を経てキャビン１０内に戻るように構成されている。

この強制空調システムにより、蓄電装置２０をキャビン１０内と同等の温度条件に保ち、とくに夏場の過熱や冬場の過冷による性能低下を防止することができる。

なお、両ダクト３７,３８に開閉弁を設け、蓄電装置２０の冷暖房作用が不要な場合はキャビン１０内との空気の流通を遮断するように構成してもよい。

ところで、本発明は、ショベルの変形としてクラムセル式のバケットを取付けた場合や、ショベルの転用例としてバケット５に代えて掴み式や振動式の破砕装置を取付けた機械、さらに伸縮式のアームを用いた機械にも適用することができる。

本発明の実施形態にかかるショベルにおける上部旋回体の機器配置を示す平面図である。 同ショベルの一部を拡大しかつ部分的に切り開いて示す側面図である。 図２に示す部分の背面図である。 ショベルの一般的構成を示す側面図である。 ショベルをハイブリッド式として構成する場合の駆動系及び制御系のブロック構成図である。

符号の説明

１ 下部走行体
２ 上部旋回体
１０ キャビン
１１ カウンタウェイト
１３ エンジンルーム
１４ エンジン
１５ 動力分配装置
１６ 油圧ポンプ
１７ 発電電動機
１８ 制御弁
１９ インバータ／コンバータ
２０ 蓄電装置
２１ コントローラ
２４ 燃料タンク
２５ 作動油タンク
２８ 吸気室
２９ 冷却ファン
３４ コントローラのケーシング
３５ 蓄電装置のケーシング
Ｗ 仕切り壁
３７ 吸い込みダクト
３８ 吐出しダクト

Claims (7)

1. 下部走行体上に上部旋回体を搭載し、この上部旋回体の前部左右片側にキャビン、後端部にカウンタウェイトをそれぞれ設けるとともに、キャビンの後方でカウンタウェイトの前方にエンジンを、その出力軸が左右方向を向く状態で収容し、かつ、発電機作用と電動機作用を行う発電電動機と、この発電電動機の出力によって充電される蓄電装置と、発電電動機及び蓄電装置の作用を制御するインバータ／コンバータとを含むハイブリッド機器を具備するハイブリッド式建設機械において、上記エンジンの左右片側に、エンジン動力を油圧ポンプと発電電動機とに分配する動力分配装置を配置するとともに、上記蓄電装置とインバータ／コンバータを、上記キャビンの後方でかつエンジンの前方に左右に並んで配置し、この蓄電装置、インバータ／コンバータ、及び動力分配装置の各ケーシングによって、エンジンルームを区画する平面視Ｌ字形の仕切り壁を構成したことを特徴とするハイブリッド式建設機械。
2. 油圧ポンプ及び発電電動機を、エンジンルーム外で動力分配装置にパラレルに接続したことを特徴とする請求項１記載のハイブリッド式建設機械。
3. エンジンルーム外に、燃料タンク、作動油タンク、制御弁等の油圧機器類を配置したことを特徴とする請求項１または２記載のハイブリッド式建設機械。
4. エンジンルームにおける動力分配装置と反対側に、冷却ファンによって外気を吸入する吸気室を形成し、蓄電装置をこの吸気室に臨んで配置したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のハイブリッド式建設機械。
5. 蓄電装置を、左右のうち上部旋回体の側面に近い側に設置したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のハイブリッド式建設機械。
6. キャビン内と蓄電装置のケーシング内とをダクトで接続し、キャビン内の空気を冷却または暖房用として蓄電装置に導くように構成したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のハイブリッド式建設機械。
7. ハイブリッド機器等を制御するコントローラを、蓄電装置の上に重ねて配置したことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のハイブリッド式建設機械。

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