JP2013028962A

JP2013028962A - Hybrid shovel

Info

Publication number: JP2013028962A
Application number: JP2011165977A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Tsukamoto; 浩之塚本; Kiminori Sano; 公則佐野
Original assignee: Sumitomo SHI Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Sumitomo SHI Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2011-07-28
Filing date: 2011-07-28
Publication date: 2013-02-07

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To restart an engine after idling stop without using a starter motor mounted to the engine.SOLUTION: A hybrid shovel comprises: a hydraulic pump 14 which is driven by an engine 11; a motor generator 12 which assists the engine 14; a power storage device 120 which supplies power to the motor generator 12; and a control part 30 which controls the drive of an assist motor. When the engine 11 becomes an idling operation state, the control part 30 stops the drive of the hydraulic pump 14, and when the idling operation state is released, power is supplied from the power storage device 120 to the motor generator 12 to perform power running operation of the motor generator 12, whereby the drive of the hydraulic pump 14 is restarted to restart the drive of the engine 11.

Description

本発明は、電動発電機でエンジンをアシストするハイブリッド型ショベルに関する。 The present invention relates to a hybrid excavator that assists an engine with a motor generator.

一般的に、ハイブリッド型ショベルは、ブーム、アーム、及びバケット等の作業要素を搭載した上部旋回体を備え、上部旋回体を旋回させながらブーム及びアームを駆動し、バケットを目的の作業位置まで移動する。ブーム、アーム、及びバケット等の作業要素は、油圧ポンプで発生した油圧で駆動される。油圧ポンプをエンジンで駆動して油圧を発生し、且つエンジンを電動発電機でアシストするハイブリッド型ショベルが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。 Generally, a hybrid excavator includes an upper swing body mounted with working elements such as a boom, an arm, and a bucket, and drives the boom and arm while rotating the upper swing body to move the bucket to a target work position. To do. Working elements such as a boom, an arm, and a bucket are driven by hydraulic pressure generated by a hydraulic pump. A hybrid excavator has been proposed in which a hydraulic pump is driven by an engine to generate hydraulic pressure and the engine is assisted by a motor generator (see, for example, Patent Document 1).

一般的にハイブリッド型ショベルのエンジンには、自動車のエンジンなどと同様に、エンジン始動用としてスタータモータ（あるいは、セルモータ）が設けられている。このスタータモータに例えば２４Ｖのバッテリから電力を供給して駆動することでエンジンを始動する。スタータモータはエンジン始動のために専用に設けられた小さな電動モータであり、スタータモータ用のバッテリもエンジン始動のための専用のバッテリである。 In general, an engine of a hybrid excavator is provided with a starter motor (or a cell motor) for starting the engine, like an engine of an automobile. The engine is started by supplying electric power to the starter motor from, for example, a 24V battery. The starter motor is a small electric motor provided exclusively for starting the engine, and the battery for the starter motor is also a dedicated battery for starting the engine.

特開２００７−２１８００３号公報JP 2007-210803 A

通常、ショベルの運転中は、エンジンは常時回転している。ショベルの油圧作業要素を駆動していないときにはメインポンプ（油圧ポンプ）で油圧を発生させる必要がない。しかし、エンジンはアイドリング運転状態で回転し続けるため、エンジンに連結しているメインポンプも回転し続ける。したがって、エンジンのアイドリング運転中は、メインポンプで発生する油圧を出来る限り低くし、且つネガティブコントロール（ネガコン制御と称する）を行なうことでメインポンプから吐出される作動油をそのままタンクに戻している。 Normally, the engine is always rotating during operation of the excavator. When the excavator hydraulic working element is not driven, it is not necessary to generate hydraulic pressure by the main pump (hydraulic pump). However, since the engine continues to rotate in the idling operation state, the main pump connected to the engine also continues to rotate. Therefore, during the idling operation of the engine, the hydraulic pressure generated by the main pump is made as low as possible and negative control (referred to as negative control) is performed to return the hydraulic oil discharged from the main pump to the tank as it is.

以上のように、エンジンをアイドリング運転状態にして回転し続けた場合、メインポンプの出力を抑制するが、それでもメインポンプを駆動するためのエネルギはゼロではなくショベルでの作業には使用されない油圧を発生させるために無駄なエネルギが消費される。また、ある程度の時間作業を中断している場合でもエンジンをアイドリング運転状態で駆動し続けることで、無駄な燃料を消費することとなる。 As described above, when the engine continues idling and continues to rotate, the output of the main pump is suppressed, but still the energy to drive the main pump is not zero, and hydraulic pressure that is not used for excavator work is used. Wasted energy is consumed for the generation. In addition, even when the work is interrupted for a certain period of time, useless fuel is consumed by continuing to drive the engine in the idling operation state.

そこで、エンジンを長時間アイドリング運転する場合は、エンジンを停止する、いわゆるアイドリングストップを行なうことが好ましい。ところが、ショベルにおいてエンジンを始動する際には、エンジンとともにエンジンに連結しているメインポンプもスタータモータ（セルモータとも称される）で駆動しなければならず、エンジン始動時のスタータモータへの負荷が大きい。通常、エンジンを始動するためにスタータモータに供給する電力の供給源として例えば２４Ｖの蓄電池が用いられるが、比較的容量の小さな蓄電池である。ショベルにおいてアイドリングストップを行なうとエンジンを始動する回数が非常に多く、２４Ｖ蓄電池ではすぐに蓄積している電力が不足してしまうおそれがある。また、通常は、スタータモータとして短時間定格のモータを使用するため、頻繁にアイドリングストップが発生すると、スタータモータも頻繁に駆動されることとなり、スタータモータが過熱するおそれもある。 Therefore, when the engine is idling for a long time, it is preferable to perform a so-called idling stop that stops the engine. However, when starting an engine in a shovel, the main pump connected to the engine together with the engine must also be driven by a starter motor (also called a cell motor), and the load on the starter motor at the time of starting the engine is increased. large. Usually, a storage battery of 24V, for example, is used as a supply source of electric power supplied to the starter motor to start the engine, but the storage battery has a relatively small capacity. If the idling stop is performed in the excavator, the engine is started a great number of times, and the 24V storage battery may soon run out of the accumulated electric power. In addition, since a motor rated for a short time is normally used as the starter motor, if the idling stop frequently occurs, the starter motor is also frequently driven, and the starter motor may be overheated.

そこで、エンジンに設けられている通常のスタータモータを使用しながら、アイドリングストップを行なっても問題を生じないショベルの開発が望まれている。 Therefore, it is desired to develop an excavator that does not cause a problem even when idling stop is performed while using a normal starter motor provided in the engine.

本発明によれば、エンジンにより駆動される油圧ポンプと、該エンジンをアシストする電動発電機と、該電動発電機に電力を供給する蓄電装置と、前記アシストモータの駆動を制御する制御部とを有し、前記制御部は、前記エンジンがアイドリング運転状態となると前記油圧ポンプの駆動を停止し、アイドリング運転状態が解除されたことを検出すると、前記電動発電機に前記蓄電装置から電力を供給して前記電動発電機を力行運転することにより、前記油圧ポンプの駆動を再開することで、前記エンジンの駆動を再開することを特徴とするハイブリッド型ショベルが提供される。 According to the present invention, a hydraulic pump driven by an engine, a motor generator that assists the engine, a power storage device that supplies power to the motor generator, and a control unit that controls driving of the assist motor are provided. And the controller stops driving the hydraulic pump when the engine is in an idling operation state, and supplies power from the power storage device to the motor generator when detecting that the idling operation state is released. Thus, a hybrid excavator is provided in which the driving of the engine is restarted by restarting the driving of the hydraulic pump by performing a power running operation of the motor generator.

上述のハイブリッド型ショベルにおいて、前記制御部は、アイドリング運転状態が解除されたことを検出すると、前記エンジンの回転数が所定の回転数となるまで前記電動発電機を駆動すると共に、前記油圧ポンプの傾転角を最小値に設定して前記油圧ポンプの負荷を低減することが好ましい。また、前記制御部は、前記蓄電装置の蓄電量が所定値より小さい場合には、前記電動発電機の力行運転を禁止することとしてもよい。さらに、前記制御部は、前記蓄電装置の蓄電量が所定値より小さい場合は、前記エンジンに設けられたスタータモータにより前記エンジンを始動させ、前記エンジンの出力で前記油圧ポンプを駆動することとしてもよい。 In the hybrid excavator described above, when the control unit detects that the idling operation state is released, the control unit drives the motor generator until the engine speed reaches a predetermined speed. It is preferable to reduce the load on the hydraulic pump by setting the tilt angle to a minimum value. Further, the control unit may prohibit the power running operation of the motor generator when the amount of power stored in the power storage device is smaller than a predetermined value. Further, the control unit may start the engine by a starter motor provided in the engine and drive the hydraulic pump by the output of the engine when the amount of power stored in the power storage device is smaller than a predetermined value. Good.

また、上述のハイブリッド型ショベルにおいて、油圧回路に操作油圧を送るためのパイロットポンプを更に有し、前記電動発電機の駆動力で前記パイロットポンプの回転を再開させることとしてもよい。前記制御部は、操作レバー装置からの操作信号に基づいてアイドリング運転状態が解除されたことを検出することとしてもよい。前記ハイブリッド型ショベルの運転を開始する際には、前記電動発電機とは別個に設けられたスタータモータを用いて前記エンジンを始動することとしてもよい。 The hybrid excavator described above may further include a pilot pump for sending operating hydraulic pressure to the hydraulic circuit, and the rotation of the pilot pump may be resumed by the driving force of the motor generator. The said control part is good also as detecting that the idling driving | running state was cancelled | released based on the operation signal from an operation lever apparatus. When starting the operation of the hybrid excavator, the engine may be started using a starter motor provided separately from the motor generator.

上述の発明によれば、エンジンアシスト用の電動発電機を駆動して油圧ポンプを駆動することで、油圧ポンプと連動するエンジンを始動させることができる。これにより、エンジンに設けられたスタータモータを使用せずに、エンジンを始動することができので、アイドリングストップが頻繁に行なわれても、エンジンに設けられたスタータモータが過負荷になることは無い。また、アイドリングストップを行なうので、エンジンの燃料消費量を低減することができる。 According to the above-described invention, the engine that works in conjunction with the hydraulic pump can be started by driving the motor pump for engine assist and driving the hydraulic pump. As a result, the engine can be started without using the starter motor provided in the engine, so that the starter motor provided in the engine is not overloaded even when idling stop is frequently performed. . Moreover, since idling stop is performed, the fuel consumption of the engine can be reduced.

ハイブリッド型ショベルの側面図である。It is a side view of a hybrid type shovel. 一実施形態によるハイブリッド型ショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the drive system of the hybrid type shovel by one Embodiment. 蓄電系の回路図である。It is a circuit diagram of a power storage system. アイドリングストップ後のエンジン再起動時の制御要素の変化の一例を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows an example of the change of the control element at the time of the engine restart after idling stop. アイドリングストップ後のエンジン再起動時の制御要素の変化の他の例を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the other example of the change of the control element at the time of the engine restart after idling stop. 油圧旋回式のショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the drive system of a hydraulic swivel excavator.

次に、実施形態について図面を参照しながら説明する。 Next, embodiments will be described with reference to the drawings.

図１は本発明が適用されるショベルの一例であるハイブリッド型ショベルの側面図である。 FIG. 1 is a side view of a hybrid excavator as an example of an excavator to which the present invention is applied.

図１に示すハイブリッド型ショベルの下部走行体１には、旋回機構２を介して上部旋回体３が搭載されている。上部旋回体３には、ブーム４が取り付けられている。ブーム４の先端に、アーム５が取り付けられ、アーム５の先端にバケット６が取り付けられている。ブーム４，アーム５及びバケット６は、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９によりそれぞれ油圧駆動される。上部旋回体３には、キャビン１０が設けられ、且つエンジン等の動力源が搭載される。 An upper swing body 3 is mounted on the lower traveling body 1 of the hybrid excavator shown in FIG. A boom 4 is attached to the upper swing body 3. An arm 5 is attached to the tip of the boom 4, and a bucket 6 is attached to the tip of the arm 5. The boom 4, the arm 5, and the bucket 6 are hydraulically driven by a boom cylinder 7, an arm cylinder 8, and a bucket cylinder 9, respectively. The upper swing body 3 is provided with a cabin 10 and is mounted with a power source such as an engine.

図２は、図１に示すハイブリッド型ショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。図２において、機械的動力系は二重線、高圧油圧ラインは実線、パイロットラインは破線、電気駆動・制御系は実線でそれぞれ示されている。 FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the drive system of the hybrid excavator shown in FIG. In FIG. 2, the mechanical power system is indicated by a double line, the high-pressure hydraulic line is indicated by a solid line, the pilot line is indicated by a broken line, and the electric drive / control system is indicated by a solid line.

機械式駆動部としてのエンジン１１と、アシスト駆動部としての電動発電機１２は、変速機１３の２つの入力軸にそれぞれ接続されている。変速機１３の出力軸には、油圧ポンプとしてメインポンプ１４及びパイロットポンプ１５が接続されている。メインポンプ１４には、高圧油圧ライン１６を介してコントロールバルブ１７が接続されている。油圧ポンプ１４は可変容量式油圧ポンプであり、斜板の角度（傾転角）を制御することでピストンのストローク長を調整し、吐出流量を制御することができる。 An engine 11 as a mechanical drive unit and a motor generator 12 as an assist drive unit are respectively connected to two input shafts of a transmission 13. A main pump 14 and a pilot pump 15 are connected to the output shaft of the transmission 13 as hydraulic pumps. A control valve 17 is connected to the main pump 14 via a high pressure hydraulic line 16. The hydraulic pump 14 is a variable displacement hydraulic pump, and can control the discharge flow rate by adjusting the stroke length of the piston by controlling the angle (tilt angle) of the swash plate.

エンジン１１にはスタータモータ１１ａ及びスタータモータ始動用のバッテリ１１ｂが設けられている。バッテリ１１ｂは、一般的に自動車に使用される蓄電池であり、例えば２４Ｖの鉛蓄電池が用いられる。ショベルを起動するときには、バッテリ１１ｂからスタータモータ１１ａに電力を供給してスタータモータ１１ａを駆動し、この駆動力でエンジン１１を強制的に回転させて始動する。 The engine 11 is provided with a starter motor 11a and a starter motor starting battery 11b. The battery 11b is a storage battery generally used for automobiles, and for example, a 24V lead storage battery is used. When starting the shovel, power is supplied from the battery 11b to the starter motor 11a to drive the starter motor 11a, and the engine 11 is forcibly rotated by this driving force to start.

コントロールバルブ１７は、ハイブリッド型ショベルにおける油圧系の制御を行う制御装置である。下部走行体１用の油圧モータ１Ａ（右用）及び１Ｂ（左用）、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９は、高圧油圧ラインを介してコントロールバルブ１７に接続される。 The control valve 17 is a control device that controls the hydraulic system in the hybrid excavator. The hydraulic motors 1A (for right) and 1B (for left), the boom cylinder 7, the arm cylinder 8, and the bucket cylinder 9 for the lower traveling body 1 are connected to the control valve 17 via a high-pressure hydraulic line.

電動発電機１２には、インバータ１８Ａを介して、蓄電器を含む蓄電系１２０が接続される。また、パイロットポンプ１５には、パイロットライン２５を介して操作装置２６が接続される。操作装置２６は、レバー２６Ａ、レバー２６Ｂ、ペダル２６Ｃを含む。レバー２６Ａ、レバー２６Ｂ、及びペダル２６Ｃは、油圧ライン２７及び２８を介して、コントロールバルブ１７及び圧力センサ２９にそれぞれ接続される。圧力センサ２９は、電気系の駆動制御を行うコントローラ３０に接続されている。 The motor generator 12 is connected to a power storage system 120 including a battery via an inverter 18A. An operation device 26 is connected to the pilot pump 15 through a pilot line 25. The operating device 26 includes a lever 26A, a lever 26B, and a pedal 26C. The lever 26A, the lever 26B, and the pedal 26C are connected to the control valve 17 and the pressure sensor 29 via hydraulic lines 27 and 28, respectively. The pressure sensor 29 is connected to a controller 30 that performs drive control of the electric system.

図２に示すハイブリッド型ショベルは旋回機構を電動にしたもので、旋回機構２を駆動するために旋回用電動機２１が設けられている。電動作業要素としての旋回用電動機２１は、インバータ２０を介して蓄電系１２０に接続されている。旋回用電動機２１の回転軸２１Ａには、レゾルバ２２、メカニカルブレーキ２３、及び旋回変速機２４が接続される。旋回用電動機２１と、インバータ２０と、レゾルバ２２と、メカニカルブレーキ２３と、旋回変速機２４とで負荷駆動系が構成される。 The hybrid excavator shown in FIG. 2 is an electric swing mechanism, and is provided with a turning electric motor 21 for driving the turning mechanism 2. A turning electric motor 21 as an electric work element is connected to a power storage system 120 via an inverter 20. A resolver 22, a mechanical brake 23, and a turning transmission 24 are connected to the rotating shaft 21 A of the turning electric motor 21. The turning electric motor 21, the inverter 20, the resolver 22, the mechanical brake 23, and the turning transmission 24 constitute a load drive system.

コントローラ３０は、ハイブリッド型ショベルの駆動制御を行う主制御部としての制御装置である。コントローラ３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及び内部メモリを含む演算処理装置で構成され、ＣＰＵが内部メモリに格納された駆動制御用のプログラムを実行することにより実現される装置である。 The controller 30 is a control device as a main control unit that performs drive control of the hybrid excavator. The controller 30 is configured by an arithmetic processing unit including a CPU (Central Processing Unit) and an internal memory, and is realized by the CPU executing a drive control program stored in the internal memory.

コントローラ３０は、圧力センサ２９から供給される信号を速度指令に変換し、旋回用電動機２１の駆動制御を行う。圧力センサ２９から供給される信号は、旋回機構２を旋回させるために操作装置２６を操作した場合の操作量を表す信号に相当する。 The controller 30 converts the signal supplied from the pressure sensor 29 into a speed command, and performs drive control of the turning electric motor 21. The signal supplied from the pressure sensor 29 corresponds to a signal indicating an operation amount when the operation device 26 is operated to turn the turning mechanism 2.

コントローラ３０は、電動発電機１２の運転制御（電動（アシスト）運転又は発電運転の切り替え）を行うとともに、昇降圧制御部としての昇降圧コンバータ１００（図３参照）を駆動制御することによるキャパシタ１９の充放電制御を行う。コントローラ３０は、キャパシタ１９の充電状態、電動発電機１２の運転状態（電動（アシスト）運転又は発電運転）、及び旋回用電動機２１の運転状態（力行運転又は回生運転）に基づいて、昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切替制御を行い、これによりキャパシタ１９の充放電制御を行う。また、コントローラ３０は、蓄電器電圧検出部によって検出される蓄電器電圧値に基づいて、蓄電器（キャパシタ）の充電率ＳＯＣを算出する。 The controller 30 performs operation control (switching between electric (assist) operation or power generation operation) of the motor generator 12 and also drives and controls the step-up / down converter 100 (see FIG. 3) as a step-up / down control unit. Charge / discharge control. The controller 30 is a step-up / down converter based on the charged state of the capacitor 19, the operating state of the motor generator 12 (electric (assist) operation or generating operation), and the operating state of the turning motor 21 (power running operation or regenerative operation). Switching control between 100 step-up operations and step-down operations is performed, and thereby charge / discharge control of the capacitor 19 is performed. Further, the controller 30 calculates the charge rate SOC of the battery (capacitor) based on the battery voltage value detected by the battery voltage detector.

図３は、蓄電系１２０の回路図である。蓄電系１２０は、蓄電器としてのキャパシタ１９と、昇降圧コンバータとＤＣバス１１０とを含む。ＤＣバス１１０は、キャパシタ１９、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１の間での電力の授受を制御する。キャパシタ１９には、キャパシタ電圧値を検出するためのキャパシタ電圧検出部１１２と、キャパシタ電流値を検出するためのキャパシタ電流検出部１１３が設けられている。キャパシタ電圧検出部１１２とキャパシタ電流検出部１１３によって検出されるキャパシタ電圧値とキャパシタ電流値は、コントローラ３０に供給される。 FIG. 3 is a circuit diagram of the power storage system 120. The storage system 120 includes a capacitor 19 as a storage battery, a step-up / down converter, and a DC bus 110. The DC bus 110 controls transmission and reception of electric power among the capacitor 19, the motor generator 12, and the turning electric motor 21. The capacitor 19 is provided with a capacitor voltage detector 112 for detecting a capacitor voltage value and a capacitor current detector 113 for detecting a capacitor current value. The capacitor voltage value and the capacitor current value detected by the capacitor voltage detection unit 112 and the capacitor current detection unit 113 are supplied to the controller 30.

昇降圧コンバータ１００は、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１の運転状態に応じて、ＤＣバス電圧値を一定の範囲内に収まるように昇圧動作と降圧動作を切り替える制御を行う。ＤＣバス１１０は、インバータ１８Ａ、及び２０と昇降圧コンバータ１００との間に配設されており、キャパシタ１９、電動発電機１２、発電機３００、及び旋回用電動機２１の間での電力の授受を行う。 The step-up / step-down converter 100 performs control to switch between the step-up operation and the step-down operation so that the DC bus voltage value falls within a certain range according to the operation state of the motor generator 12 and the turning electric motor 21. The DC bus 110 is disposed between the inverters 18 A and 20 and the step-up / down converter 100, and transfers power between the capacitor 19, the motor generator 12, the generator 300, and the turning motor 21. Do.

昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切替制御は、ＤＣバス電圧検出部１１１によって検出されるＤＣバス電圧値、キャパシタ電圧検出部１１２によって検出されるキャパシタ電圧値、及びキャパシタ電流検出部１１３によって検出されるキャパシタ電流値に基づいて行われる。 Switching control between the step-up / step-down operation of the buck-boost converter 100 is performed by the DC bus voltage value detected by the DC bus voltage detection unit 111, the capacitor voltage value detected by the capacitor voltage detection unit 112, and the capacitor current detection unit 113. This is performed based on the detected capacitor current value.

以上のような構成において、アシストモータである電動発電機１２が発電した電力は、インバータ１８Ａを介して蓄電系１２０のＤＣバス１１０に供給され、昇降圧コンバータ１００を介してキャパシタ１９に供給される。旋回用電動機２１が回生運転して生成した回生電力は、インバータ２０を介して蓄電系１２０のＤＣバス１１０に供給され、昇降圧コンバータ１００を介してキャパシタ１９に供給される。 In the configuration as described above, the electric power generated by the motor generator 12 which is an assist motor is supplied to the DC bus 110 of the power storage system 120 via the inverter 18A, and is supplied to the capacitor 19 via the step-up / down converter 100. . The regenerative power generated by the regenerative operation of the turning electric motor 21 is supplied to the DC bus 110 of the power storage system 120 via the inverter 20 and supplied to the capacitor 19 via the step-up / down converter 100.

昇降圧コンバータ１００は、リアクトル１０１、昇圧用ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）１０２Ａ、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂ、キャパシタ１９を接続するための電源接続端子１０４、インバータ１０５を接続するための出力端子１０６、及び、一対の出力端子１０６に並列に挿入される平滑用のコンデンサ１０７を備える。昇降圧コンバータ１００の出力端子１０６とインバータ１８Ａ，２０との間は、ＤＣバス１１０によって接続される。 The step-up / down converter 100 includes a reactor 101, a step-up IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) 102 A, a step-down IGBT 102 B, a power connection terminal 104 for connecting a capacitor 19, an output terminal 106 for connecting an inverter 105, and a pair And a smoothing capacitor 107 inserted in parallel with the output terminal 106. A DC bus 110 connects between the output terminal 106 of the step-up / down converter 100 and the inverters 18 A and 20.

リアクトル１０１の一端は昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂの中間点に接続され、他端は電源接続端子１０４に接続される。リアクトル１０１は、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａのオン／オフに伴って生じる誘導起電力をＤＣバス１１０に供給するために設けられている。 One end of the reactor 101 is connected to an intermediate point between the step-up IGBT 102 A and the step-down IGBT 102 B, and the other end is connected to the power supply connection terminal 104. Reactor 101 is provided in order to supply induced electromotive force generated when boosting IGBT 102 A is turned on / off to DC bus 110.

昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂは、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）をゲート部に組み込んだバイポーラトランジスタで構成され、大電力の高速スイッチングが可能な半導体素子（スイッチング素子）である。昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂは、コントローラ３０により、ゲート端子にＰＷＭ電圧が印加されることによって駆動される。昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂには、整流素子であるダイオード１０２ａ及び１０２ｂが並列接続される。 The step-up IGBT 102A and the step-down IGBT 102B are semiconductor elements (switching elements) that are composed of bipolar transistors in which MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors) are incorporated in a gate portion and can perform high-power high-speed switching. The step-up IGBT 102A and the step-down IGBT 102B are driven by the controller 30 by applying a PWM voltage to the gate terminal. Diodes 102a and 102b, which are rectifier elements, are connected in parallel to the step-up IGBT 102A and the step-down IGBT 102B.

キャパシタ１９は、昇降圧コンバータ１００を介してＤＣバス１１０との間で電力の授受が行えるように、充放電可能な蓄電器であればよい。なお、図４には、蓄電器としてキャパシタ１９を示すが、キャパシタ１９の代わりに、リチウムイオン電池等の充放電可能な二次電池、リチウムイオンキャパシタ、又は、電力の授受が可能なその他の形態の電源を用いてもよい。 Capacitor 19 may be a chargeable / dischargeable capacitor so that power can be exchanged with DC bus 110 via buck-boost converter 100. 4 shows a capacitor 19 as a capacitor. Instead of the capacitor 19, a secondary battery capable of charging / discharging such as a lithium ion battery, a lithium ion capacitor, or other forms capable of transmitting and receiving power. A power source may be used.

電源接続端子１０４及び出力端子１０６は、キャパシタ１９及びインバータ１８Ａ，２０が接続可能な端子であればよい。一対の電源接続端子１０４の間には、キャパシタ電圧を検出するキャパシタ電圧検出部１１２が接続される。一対の出力端子１０６の間には、ＤＣバス電圧を検出するＤＣバス電圧検出部１１１が接続される。 The power connection terminal 104 and the output terminal 106 may be any terminals that can be connected to the capacitor 19 and the inverters 18A and 20. A capacitor voltage detection unit 112 that detects a capacitor voltage is connected between the pair of power supply connection terminals 104. A DC bus voltage detector 111 that detects a DC bus voltage is connected between the pair of output terminals 106.

キャパシタ電圧検出部１１２は、キャパシタ１９の電圧値Ｖｃａｐを検出する。ＤＣバス電圧検出部１１１は、ＤＣバス１１０の電圧値Ｖｄｃを検出する。平滑用のコンデンサ１０７は、出力端子１０６の正極端子と負極端子との間に挿入され、ＤＣバス電圧を平滑化するための蓄電素子である。この平滑用のコンデンサ１０７によって、ＤＣバス１１０の電圧は予め定められた電圧に維持されている。 The capacitor voltage detector 112 detects the voltage value Vcap of the capacitor 19. The DC bus voltage detection unit 111 detects the voltage value Vdc of the DC bus 110. The smoothing capacitor 107 is a power storage element that is inserted between the positive terminal and the negative terminal of the output terminal 106 and smoothes the DC bus voltage. The smoothing capacitor 107 maintains the voltage of the DC bus 110 at a predetermined voltage.

キャパシタ電流検出部１１３は、キャパシタ１９の正極端子（Ｐ端子）側においてキャパシタ１９に流れる電流の値を検出する検出手段であり、電流検出用の抵抗器を含む。すなわち、キャパシタ電流検出部１１３は、キャパシタ１９の正極端子に流れる電流値Ｉ１を検出する。一方、キャパシタ電流検出部１１７は、キャパシタの負極端子（Ｎ端子）側においてキャパシタ１９に流れる電流の値を検出する検出手段であり、電流検出用の抵抗器を含む。すなわち、キャパシタ電流検出部１１７は、キャパシタ１９の負極端子に流れる電流値Ｉ２を検出する。 The capacitor current detection unit 113 is detection means for detecting the value of the current flowing through the capacitor 19 on the positive electrode terminal (P terminal) side of the capacitor 19 and includes a resistor for current detection. That is, the capacitor current detection unit 113 detects the current value I1 flowing through the positive terminal of the capacitor 19. On the other hand, the capacitor current detection unit 117 is detection means for detecting the value of the current flowing through the capacitor 19 on the negative electrode terminal (N terminal) side of the capacitor, and includes a current detection resistor. That is, the capacitor current detection unit 117 detects the current value I2 flowing through the negative electrode terminal of the capacitor 19.

昇降圧コンバータ１００において、ＤＣバス１１０を昇圧する際には、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａのゲート端子にＰＷＭ電圧が印加され、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂに並列に接続されたダイオード１０２ｂを介して、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａのオン／オフに伴ってリアクトル１０１に発生する誘導起電力がＤＣバス１１０に供給される。これにより、ＤＣバス１１０が昇圧される。 In the buck-boost converter 100, when boosting the DC bus 110, a PWM voltage is applied to the gate terminal of the boosting IGBT 102A, and the boosting IGBT 102A is turned on / off via the diode 102b connected in parallel to the step-down IGBT 102B. The induced electromotive force generated in the reactor 101 when the power is turned off is supplied to the DC bus 110. Thereby, the DC bus 110 is boosted.

ＤＣバス１１０を降圧する際には、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂのゲート端子にＰＷＭ電圧が印加され、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂ、インバータ１０５を介して供給される回生電力がＤＣバス１１０からキャパシタ１９に供給される。これにより、ＤＣバス１１０に蓄積された電力がキャパシタ１９に充電され、ＤＣバス１１０が降圧される。 When stepping down the DC bus 110, a PWM voltage is applied to the gate terminal of the step-down IGBT 102 B, and regenerative power supplied via the step-down IGBT 102 B and the inverter 105 is supplied from the DC bus 110 to the capacitor 19. As a result, the electric power stored in the DC bus 110 is charged in the capacitor 19 and the DC bus 110 is stepped down.

本実施形態では、キャパシタ１９の正極端子を昇降圧コンバータ１００の電源接続端子１０４に接続する電源ライン１１４に、当該電源ライン１１４を遮断することのできる遮断器としてリレー１３０−１，１３０−２が設けられる。リレー１３０−１は、電源ライン１１４へのキャパシタ電圧検出部１１２の接続点１１５とキャパシタ１９の正極端子の間に配置されている。リレー１３０−１はコントローラ３０からの信号により作動し、キャパシタ１９からの電源ライン１１４を遮断することで、キャパシタ１９を昇降圧コンバータ１００から切り離すことができる。 In this embodiment, relays 130-1 and 130-2 are connected to the power supply line 114 that connects the positive terminal of the capacitor 19 to the power supply connection terminal 104 of the buck-boost converter 100 as a circuit breaker that can cut off the power supply line 114. Provided. Relay 130-1 is arranged between connection point 115 of capacitor voltage detection unit 112 to power supply line 114 and the positive terminal of capacitor 19. The relay 130-1 is operated by a signal from the controller 30, and the capacitor 19 can be disconnected from the step-up / down converter 100 by cutting off the power supply line 114 from the capacitor 19.

また、キャパシタ１９の負極端子を昇降圧コンバータ１００の電源接続端子１０４に接続する電源ライン１１７に、当該電源ライン１１７を遮断することのできる遮断器としてリレー１３０−２が設けられる。リレー１３０−２は、電源ライン１１７へのキャパシタ電圧検出部１１２の接続点１１８とキャパシタ１９の負極端子の間に配置されている。リレー１３０−２はコントローラ３０からの信号により作動し、キャパシタ１９からの電源ライン１１７を遮断することで、キャパシタ１９を昇降圧コンバータ１００から切り離すことができる。なお、リレー１３０−１とリレー１３０−２を一つのリレーとして正極端子側の電源ライン１１４と負極端子側の電源ライン１１７の両方を同時に遮断してキャパシタを切り離すこととしてもよい。 In addition, a relay 130-2 is provided as a circuit breaker capable of interrupting the power line 117 on the power line 117 that connects the negative terminal of the capacitor 19 to the power connection terminal 104 of the buck-boost converter 100. The relay 130-2 is disposed between the connection point 118 of the capacitor voltage detection unit 112 to the power supply line 117 and the negative terminal of the capacitor 19. The relay 130-2 is operated by a signal from the controller 30, and the capacitor 19 can be disconnected from the step-up / down converter 100 by cutting off the power supply line 117 from the capacitor 19. Note that the relay 130-1 and the relay 130-2 may be a single relay, and both the positive terminal power line 114 and the negative terminal power line 117 may be simultaneously cut off to disconnect the capacitor.

なお、実際には、コントローラ３０と昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂとの間には、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂを駆動するＰＷＭ信号を生成する駆動部が存在するが、図３では省略する。このような駆動部は、電子回路又は演算処理装置のいずれでも実現することができる。 In practice, a drive unit that generates a PWM signal for driving the boosting IGBT 102A and the step-down IGBT 102B exists between the controller 30 and the step-up IGBT 102A and the step-down IGBT 102B, but is omitted in FIG. Such a driving unit can be realized by either an electronic circuit or an arithmetic processing unit.

本実施形態では、上述のような構成のハイブリッド型ショベルにおいて、エンジン１１をアシストする電動発電機１２によりメインポンプ１４を駆動することで、変速機１３を介してメインポンプ１４に連結されたエンジン１１を強制的に回転させ、エンジン１１を始動する。なお、電動発電機１２によるエンジン始動はアイドリングストップ後のエンジン再起動時とし、ショベル全体の運転を開始する際のエンジン始動には、エンジン１１に設けられたスタータモータ１１ａを使用する。 In the present embodiment, in the hybrid excavator having the above-described configuration, the engine 11 coupled to the main pump 14 via the transmission 13 is driven by driving the main pump 14 by the motor generator 12 that assists the engine 11. Is forcibly rotated to start the engine 11. The engine is started by the motor generator 12 when the engine is restarted after idling is stopped, and the starter motor 11a provided in the engine 11 is used for starting the engine when starting the entire excavator.

エンジン１１がアイドリング運転状態であるか否かは、操作レバーの操作の有無を検出することで判定することができる。操作レバーの操作が無いとエンジン１１はアイドリング状態となるが、アイドリング状態となってから所定時間が経過すると、コントローラ３０はメインポンプ１４からの油圧を油圧負荷に供給する必要は無いと判断してエンジン１１の運転を停止してアイドリングストップ状態に設定する。 Whether or not the engine 11 is in the idling operation state can be determined by detecting whether or not the operation lever is operated. If the operation lever is not operated, the engine 11 is in an idling state. However, when a predetermined time elapses after the idling state, the controller 30 determines that it is not necessary to supply the hydraulic pressure from the main pump 14 to the hydraulic load. The operation of the engine 11 is stopped and the idling stop state is set.

アイドリングストップ後のエンジン再起動時の動作について、図４を参照しながら説明する。図４はアイドリングストップ後のエンジン再起動時の制御要素の変化を示すタイムチャートである。図４（ａ）は操作装置２６の操作レバー２６Ａの操作量の変化を示すグラフであり、図４（ｂ）はエンジン回転数の変化を示すグラフであり、図４（ｃ）はメインポンプ１４のトルクの変化を示すグラフであり、メインポンプを駆動させるのに必要なトルクの変化を示している。図４（ｄ）は電動発電機１２の出力の変化を示すグラフである。 The operation at the time of engine restart after idling stop will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a time chart showing changes in control elements when the engine is restarted after idling is stopped. 4A is a graph showing a change in the operation amount of the operation lever 26A of the operation device 26, FIG. 4B is a graph showing a change in the engine speed, and FIG. 4C is a graph showing the main pump 14. Is a graph showing a change in torque of the motor, and shows a change in torque necessary to drive the main pump. FIG. 4D is a graph showing changes in the output of the motor generator 12.

アイドリングストップ状態では、エンジン１１は停止状態であり、エンジン１１に連結されているメインポンプ１４も停止状態にある。通常、メインポンプ１４が停止状態にあるときには、メインポンプ１４の傾転角は大きな値に設定されている。このため、メインポンプ１４を回転させるために必要なトルクτは、大きな値τ２に設定されている。メインポンプ１４の停止時にはトルクを大きくしておくことで、メインポンプ１４が回転しづらくしている。 In the idling stop state, the engine 11 is in the stopped state, and the main pump 14 connected to the engine 11 is also in the stopped state. Normally, when the main pump 14 is in a stopped state, the tilt angle of the main pump 14 is set to a large value. Therefore, the torque τ necessary for rotating the main pump 14 is set to a large value τ2. By increasing the torque when the main pump 14 is stopped, the main pump 14 is difficult to rotate.

操作レバー２６の操作レバー２６Ａは、例えばブームを操作するための操作レバーであるが、アイドリングストップ状態を解除するための操作レバーとして予め決めておけば、他の操作レバーや操作ペダルであってもよい。操作レバー２６Ａには、操作されたことを検出するためのセンサが設けられる。このセンサとして、本実施形態では、操作レバー２６Ａの傾きを検出する傾きセンサを用いている。 The operation lever 26A of the operation lever 26 is, for example, an operation lever for operating the boom. However, if the operation lever 26A is determined in advance as an operation lever for releasing the idling stop state, it may be another operation lever or an operation pedal. Good. The operation lever 26A is provided with a sensor for detecting an operation. In this embodiment, an inclination sensor that detects the inclination of the operation lever 26A is used as this sensor.

アイドリングストップ状態では操作レバー２６Ａは操作されていないので、操作レバー２６Ａの傾きセンサからの出力である傾き角θはゼロである。ここで、アイドリングストップ状態からエンジン１１を始動してメインポンプを駆動するためには、運転者は操作レバー２６Ａを操作する。エンジン１１を始動してアイドリング運転状態にするだけであれば、操作レバー２６の操作量は少なくてよい。 Since the operation lever 26A is not operated in the idling stop state, the inclination angle θ, which is an output from the inclination sensor of the operation lever 26A, is zero. Here, in order to start the engine 11 from the idling stop state and drive the main pump, the driver operates the operation lever 26A. If the engine 11 is only started to be in the idling operation state, the operation amount of the operation lever 26 may be small.

アイドリングストップ状態における時刻ｔ１において、エンジン１１をアイドリング運転状態にするために運転者が操作レバー２６Ａを操作すると、時刻ｔ１において操作レバー２６Ａの傾きセンサからの出力（傾き角θ）は、ゼロからθｓに変化する。ここで、操作レバー２６Ａの傾きには「遊び」があり、傾きがゼロからすぐに操作信号が大きくなるわけではない。操作レバー２６Ａの傾きがθ２になるまでは、操作レバー２６Ａが傾いてもレバー操作信号は出力されない。すなわち、操作レバー２６Ａの傾きがゼロからθ２までの間は不感帯となる。 When the driver operates the operation lever 26A to place the engine 11 in the idling operation state at time t1 in the idling stop state, the output (inclination angle θ) from the inclination sensor of the operation lever 26A at time t1 changes from zero to θs. To change. Here, there is “play” in the tilt of the operation lever 26A, and the operation signal does not increase immediately after the tilt is zero. Until the inclination of the operation lever 26A reaches θ2, the lever operation signal is not output even if the operation lever 26A is inclined. That is, there is a dead zone when the inclination of the operation lever 26A is from zero to θ2.

本実施形態では、不感帯以内で操作レバー２６Ａを操作することで、エンジン１１を始動させるように設定している。このため、不感帯の上限値である傾き角θ２より低い傾き角θ１を設定しておき、操作レバーの傾き角がθ１を超えたら、運転者がアイドリングストップ状態を解除する操作を行なったと判定する。 In the present embodiment, the engine 11 is set to be started by operating the operation lever 26A within the dead zone. Therefore, a tilt angle θ1 lower than the tilt angle θ2 that is the upper limit value of the dead zone is set, and when the tilt angle of the operation lever exceeds θ1, it is determined that the driver has performed an operation for canceling the idling stop state.

図４（ａ）に示すように、操作レバー２６Ａの傾き角が時刻ｔ１においてθ１を超えてθｓとなると、コントローラ３０は、電動発電機１２に蓄電系１２０から電力を供給して電動発電機１２を駆動する。これにより、図４（ｄ）に示すように、時刻ｔ１において電動発電機１２の出力がゼロから所定の値に上昇する。ここで、運転者はアイドリング運転を開始するために操作レバー２６Ａを操作しているので、操作レバー２６Ａの傾き角θｓは不感帯の範囲内である（θ１＜θｓ≦θ２）。 As shown in FIG. 4A, when the tilt angle of the operation lever 26A exceeds θ1 and reaches θs at time t1, the controller 30 supplies electric power to the motor generator 12 from the power storage system 120, thereby driving the motor generator 12. Drive. Thereby, as shown in FIG.4 (d), the output of the motor generator 12 rises from zero to a predetermined value at the time t1. Here, since the driver operates the operation lever 26A to start the idling operation, the inclination angle θs of the operation lever 26A is within the dead zone (θ1 <θs ≦ θ2).

時刻ｔ１において電動発電機１２が駆動されると、変速機１３を介して電動発電機１２に連結されているメインポンプ１４とエンジン１１とが駆動される。従って、エンジン１１の回転数は時刻ｔ１から上昇し始める。このときメインポンプ１４の回転数も同様に上昇し始める。 When the motor generator 12 is driven at time t1, the main pump 14 and the engine 11 connected to the motor generator 12 through the transmission 13 are driven. Accordingly, the rotational speed of the engine 11 starts to increase from time t1. At this time, the rotational speed of the main pump 14 starts to rise in the same manner.

時刻ｔ１を過ぎてメインポンプ１４が回転を始めると、図４（ｃ）に示すように、メインポンプ１４のトルク値がτ２から最小値τ１まで低減される。アイドリングストップ状態では、トルク値は大きなトルク値τ２に設定されており、メインポンプ１４の負荷を大きい状態である。そこで、メインポンプ１４の負荷を小さくして電動発電機１２により駆動し易くするために、コントローラ３０はトルク値が最小値τ１になるようにメインポンプ１４を制御する。具体的には、ネガコン圧やパイロットポンプ圧を用いてメインポンプ１４の傾転角を最小にすることにより、回転させるために必要なトルクを最小値τ１にする。この制御により、図４（ｃ）に示すように、時刻ｔ１を過ぎてからメインポンプ１４のトルク値はτ２からτ１に減少する。 When the main pump 14 starts rotating after the time t1, as shown in FIG. 4C, the torque value of the main pump 14 is reduced from τ2 to the minimum value τ1. In the idling stop state, the torque value is set to a large torque value τ2, and the load on the main pump 14 is large. Therefore, in order to reduce the load of the main pump 14 and facilitate driving by the motor generator 12, the controller 30 controls the main pump 14 so that the torque value becomes the minimum value τ1. Specifically, by using the negative control pressure or the pilot pump pressure to minimize the tilt angle of the main pump 14, the torque required for rotation is set to the minimum value τ1. By this control, as shown in FIG. 4C, the torque value of the main pump 14 decreases from τ2 to τ1 after the time t1.

時刻ｔ１の直後はトルク値はτ２であるが、この状態でメインポンプ１４が駆動されて油圧が発生すると、メインポンプ１４の傾転角を変更することができるようになる。すなわち、時刻ｔ１を過ぎてメインポンプ１４が回転を始めてある程度の油圧が発生しないと、メインポンプ１４の傾斜板を操作して傾転角を小さくすることができない。このため、時刻ｔ１を過ぎてからトルク値がτ２からτ１に減少していくこととなる。トルク値が最小値τ１に低減されることでメインポンプ１４による負荷が低減し、電動発電機１２の出力でエンジン１１の回転数をアイドリング回転数（例えば、１０００ｒｐｍ）まで引き上げることができるようになる。 Immediately after time t1, the torque value is τ2, but when the main pump 14 is driven and hydraulic pressure is generated in this state, the tilt angle of the main pump 14 can be changed. That is, the tilt angle cannot be reduced by operating the inclined plate of the main pump 14 until the time t1 passes and the main pump 14 starts rotating and a certain amount of hydraulic pressure is not generated. For this reason, the torque value decreases from τ2 to τ1 after the time t1. Since the torque value is reduced to the minimum value τ1, the load by the main pump 14 is reduced, and the engine 11 can be increased to the idling speed (for example, 1000 rpm) by the output of the motor generator 12. .

時刻ｔ２においてエンジン１１の回転数がアイドリング回転数となると、コントローラ３０は電動発電機１２の駆動を停止する。すなわち、操作レバー２６Ａの操作量が不感帯以内の場合は、エンジン１１がアイドリング運転状態となったところでエンジン１１の再始動処理は終了される。 When the rotational speed of the engine 11 reaches the idling rotational speed at time t2, the controller 30 stops driving the motor generator 12. That is, when the operation amount of the operation lever 26A is within the dead zone, the restart process of the engine 11 is ended when the engine 11 is in the idling operation state.

以上のように、操作レバー２６Ａの操作量が不感帯以内の場合は、アイドリングストップ状態からエンジン１１を始動する際に、電動発電機１２を力行運転することでエンジン１１を強制的に回転させ、エンジン１１がアイドリング回転数となったところで電動発電機１２の力行運転を停止する。すなわち、アイドリング回転数となるとエンジン１１は自発的に回転を維持できるようになり、電動発電機１２による駆動は必要なくなるので、エンジン１１の回転数がアイドリング回転数となるまで電動発電機１２でエンジン１１を駆動すればよい。 As described above, when the operation amount of the operation lever 26A is within the dead zone, when starting the engine 11 from the idling stop state, the engine 11 is forcibly rotated by powering the motor generator 12, and the engine 11 is rotated. When 11 becomes the idling speed, the power running operation of the motor generator 12 is stopped. That is, when the idling rotational speed is reached, the engine 11 can spontaneously maintain the rotation, and driving by the motor generator 12 is not necessary. Therefore, the motor generator 12 causes the engine 11 to rotate until the rotational speed of the engine 11 reaches the idling rotational speed. 11 may be driven.

なお、本実施形態では、アイドリングストップ状態からのエンジン１１の始動を、電動発電機１２を力行運転することで行なっているが、蓄電系１２０のキャパシタ１９の充電率がシステム下限値より低くて放電する余裕が無い場合には、電動発電機１２ではなく、通常のスタータモータ１１による始動に切替えることが好ましい。すなわち、キャパシタ１９の充電率が所定の値より低い場合、コントローラ３０は電動発電機１２の力行運転を禁止し、その代わりにエンジン１１に備えられたスタータモータ１１ａによる始動に切替える。これにより、キャパシタ１９を過放電から保護することができる。 In the present embodiment, the engine 11 is started from the idling stop state by powering the motor generator 12. However, the charging rate of the capacitor 19 of the power storage system 120 is lower than the system lower limit value and discharged. When there is no room to do so, it is preferable to switch to starting with a normal starter motor 11 instead of the motor generator 12. That is, when the charging rate of the capacitor 19 is lower than a predetermined value, the controller 30 prohibits the power running operation of the motor generator 12 and switches to the start by the starter motor 11 a provided in the engine 11 instead. Thereby, the capacitor 19 can be protected from overdischarge.

次に、アイドリングストップ状態から油圧作業要素を直ちに駆動するときのエンジン再起動時の動作について、図５を参照しながら説明する。図５はアイドリングストップ後のエンジン再起動時の制御要素の変化を示すタイムチャートである。図５（ａ）は操作装置２６の操作レバー２６Ａの操作量の変化を示すグラフであり、図５（ｂ）はエンジン回転数の変化を示すグラフであり、図５（ｃ）はメインポンプ１４のトルクの変化を示すグラフであり、メインポンプを駆動させるのに必要なトルクの変化を示している。図５（ｄ）は電動発電機１２の出力の変化を示すグラフである。 Next, the operation at the time of restarting the engine when the hydraulic working element is immediately driven from the idling stop state will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a time chart showing changes in control elements when the engine is restarted after idling is stopped. FIG. 5A is a graph showing a change in the operation amount of the operation lever 26A of the operation device 26, FIG. 5B is a graph showing a change in the engine speed, and FIG. Is a graph showing a change in torque of the motor, and shows a change in torque necessary to drive the main pump. FIG. 5D is a graph showing changes in the output of the motor generator 12.

アイドリングストップ状態では、エンジン１１は停止状態であり、エンジン１１に連結されているメインポンプ１４も停止状態にある。図４に示す例と同様に、メインポンプ１４の傾転角は大きな値に設定され、メインポンプ１４のトルクτは、大きな値τ２に設定されている。 In the idling stop state, the engine 11 is in the stopped state, and the main pump 14 connected to the engine 11 is also in the stopped state. As in the example shown in FIG. 4, the tilt angle of the main pump 14 is set to a large value, and the torque τ of the main pump 14 is set to a large value τ2.

操作レバー２６の操作レバー２６Ａは、例えばブームを操作するための操作レバーであり、ここでは、アイドリングストップ状態を解除して直ちにブームを操作するものとする。アイドリングストップ状態を解除するための操作レバーとして予め決めておけば、他の操作レバーや操作ペダルであってもよい。この場合、例えば、運転者はアイドリングストップ状態を解除するための操作レバー２６Ａと同時に当該他の操作レバーや操作ペダルを操作することとなる。 The operation lever 26A of the operation lever 26 is, for example, an operation lever for operating the boom. Here, it is assumed that the boom is operated immediately after releasing the idling stop state. If it is determined in advance as an operation lever for releasing the idling stop state, another operation lever or an operation pedal may be used. In this case, for example, the driver operates the other operation lever and the operation pedal simultaneously with the operation lever 26A for releasing the idling stop state.

アイドリングストップ状態では操作レバー２６Ａは操作されていないので、操作レバー２６Ａの傾きセンサからの出力である傾き角θはゼロである。ここで、アイドリングストップ状態からエンジン１１を始動してメインポンプ１４を駆動するためには、運転者は操作レバー２６Ａを操作する。エンジン１１を始動してアイドリング運転状態にするだけであれば操作レバー２６の操作量は少なくてよいが、図５に示す例では、直ちにブームを操作するために、運転者は操作レバー２６Ａのレバー操作量を最大とする。したがって、図５（ａ）に示すように、時刻ｔ１において、操作レバー２６Ａの傾き角は最大角θｍａｘとされる。 Since the operation lever 26A is not operated in the idling stop state, the inclination angle θ, which is an output from the inclination sensor of the operation lever 26A, is zero. Here, in order to start the engine 11 and drive the main pump 14 from the idling stop state, the driver operates the operation lever 26A. If the engine 11 is just started to be in the idling operation state, the amount of operation of the operation lever 26 may be small. However, in the example shown in FIG. 5, the driver operates the lever of the operation lever 26A in order to immediately operate the boom. Maximize the amount of operation. Therefore, as shown in FIG. 5A, at the time t1, the inclination angle of the operation lever 26A is set to the maximum angle θmax.

操作レバー２６Ａの傾き角が時刻ｔ１においてθ１を超えてθｍａｘとなると、コントローラ３０は、電動発電機１２に蓄電系１２０から電力を供給して電動発電機１２を駆動する。これにより、図５（ｄ）に示すように、時刻ｔ１において電動発電機１２の出力がゼロから所定の値に上昇する。ここで、運転者は直ちにブームを操作するために操作レバー２６Ａを操作しているので、操作レバー２６Ａの傾きは不感帯を超えて最大値θｍａｘまで引き上げられている（θ１＜θ２＜θｍａｘ）。 When the tilt angle of the operation lever 26A exceeds θ1 and reaches θmax at time t1, the controller 30 supplies power from the power storage system 120 to the motor generator 12 to drive the motor generator 12. Thereby, as shown in FIG.5 (d), the output of the motor generator 12 rises from zero to a predetermined value at the time t1. Here, since the driver operates the operation lever 26A immediately to operate the boom, the inclination of the operation lever 26A exceeds the dead zone to the maximum value θmax (θ1 <θ2 <θmax).

時刻ｔ１を過ぎてメインポンプ１４が回転を始めると、図５（ｃ）に示すように、メインポンプ１４のトルク値がτ２から最小値τ１まで低減される。時刻ｔ２においてエンジン１１の回転数がアイドリング回転数となっても、電動発電機１２の駆動は継続される。これにより、エンジン１１の回転数はアイドリング回転数を超えてなおも上昇し続ける。エンジン１１の回転数がアイドリング回転数以上となると、エンジン１１の出力でメインポンプ１４を駆動することができるようになる。そこで、コントローラ３０はメインポンプ１４のトルク値が増大するように制御を行い、図５（ｃ）に示すように、時刻ｔ２を過ぎてからトルク値は最小値τ１から上昇し始め、ブーム４等を動かすための作業負荷が大きくなるにしたがって時刻ｔ３において最大値τ２まで上昇する。 When the main pump 14 starts rotating after the time t1, the torque value of the main pump 14 is reduced from τ2 to the minimum value τ1, as shown in FIG. Even when the rotational speed of the engine 11 becomes the idling rotational speed at the time t2, the driving of the motor generator 12 is continued. As a result, the rotational speed of the engine 11 continues to increase beyond the idling rotational speed. When the rotational speed of the engine 11 is equal to or higher than the idling rotational speed, the main pump 14 can be driven by the output of the engine 11. Therefore, the controller 30 performs control so that the torque value of the main pump 14 increases, and as shown in FIG. 5C, the torque value starts to increase from the minimum value τ1 after the time t2, and the boom 4 and so on. As the work load for moving is increased, it increases to the maximum value τ2 at time t3.

時刻ｔ３においてトルク値がτ２となると、コントローラ３０は電動発電機１２の力行運転を停止する。これにより、図５（ｄ）に示すように電動発電機１２の出力はゼロになる。すなわち、エンジン１１の回転数が上昇してメインポンプ１４を最大トルクτ２で駆動できるようになると、電動発電機１２でのアシストは必要無くなるので、時刻ｔ３において電動発電機１２の駆動は停止される。このように、エンジン１１の回転数がアイドリング回転数を超えても電動発電機１２を駆動し続けることで、電動発電機１２でエンジン１１をアシストし、エンジン１１の回転数の上昇を促進する。 When the torque value reaches τ2 at time t3, the controller 30 stops the power running operation of the motor generator 12. Thereby, as shown in FIG.5 (d), the output of the motor generator 12 becomes zero. That is, when the rotational speed of the engine 11 increases and the main pump 14 can be driven with the maximum torque τ2, the motor generator 12 does not need to be assisted, so the driving of the motor generator 12 is stopped at time t3. . Thus, by continuing to drive the motor generator 12 even when the engine 11 exceeds the idling engine speed, the motor generator 12 assists the engine 11 and promotes an increase in the engine 11 speed.

これにより、エンジン１１の回転数は時刻ｔ２以降も速やかに上昇し、時刻ｔ３を過ぎて時刻ｔ４において通常回転数（例えば、１８００ｒｐｍ）まで到達する。したがって、エンジン１１がアイドリング運転状態となると同時にメインポンプ１４からの油圧をブームシリンダ７に供給することができ、直ちにブームを操作できるようになる。 Thereby, the rotation speed of the engine 11 rises rapidly after time t2, and reaches the normal rotation speed (for example, 1800 rpm) at time t4 after time t3. Therefore, at the same time as the engine 11 enters the idling operation state, the hydraulic pressure from the main pump 14 can be supplied to the boom cylinder 7, and the boom can be immediately operated.

上述の実施形態では旋回機構２が電動式であったが、旋回機構２が電動ではなく油圧駆動の場合がある。図６は図２に示すハイブリッド型ショベルの旋回機構を油圧駆動式とした場合の駆動系の構成を示すブロック図である。図６に示すハイブリッド型ショベルでは、旋回用電動機２１の代わりに、旋回油圧モータ２Ａがコントロールバルブ１７に接続され、旋回機構２は旋回油圧モータ２Ａにより駆動される。このような、ハイブリッド型ショベルであっても、上述の実施形態のようにして、エンジン１１の暖機運転中のエンジン出力で電動発電機１２を発電運転し、得られた電力をキャパシタ１９に蓄積しておくことができる。 In the above-described embodiment, the turning mechanism 2 is electric. However, the turning mechanism 2 may be hydraulically driven instead of electric. FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of a drive system when the turning mechanism of the hybrid excavator shown in FIG. 2 is hydraulically driven. In the hybrid excavator shown in FIG. 6, instead of the turning electric motor 21, a turning hydraulic motor 2A is connected to the control valve 17, and the turning mechanism 2 is driven by the turning hydraulic motor 2A. Even in such a hybrid excavator, the motor generator 12 is operated to generate electricity with the engine output during the warm-up operation of the engine 11 as in the above-described embodiment, and the obtained electric power is stored in the capacitor 19. Can be kept.

１下部走行体
１Ａ、１Ｂ油圧モータ
２旋回機構
２Ａ旋回油圧モータ
３上部旋回体
４ブーム
５アーム
６バケット
７ブームシリンダ
７Ａ油圧配管
８アームシリンダ
９バケットシリンダ
１０キャビン
１１エンジン
１１ａスタータモータ
１１ｂバッテリ
１２電動発電機
１３変速機
１４メインポンプ
１５パイロットポンプ
１６高圧油圧ライン
１７コントロールバルブ
１８Ａ，２０インバータ
１９キャパシタ
２１旋回用電動機
２２レゾルバ
２３メカニカルブレーキ
２４旋回変速機
２５パイロットライン
２６操作装置
２６Ａ、２６Ｂレバー
２６Ｃペダル
２６Ｄボタンスイッチ
２７油圧ライン
２８油圧ライン
２９圧力センサ
３０コントローラ
１００昇降圧コンバータ
１１０ＤＣバス
１１１ＤＣバス電圧検出部
１１２キャパシタ電圧検出部
１１３，１１６キャパシタ電流検出部
１１４，１１７電源ライン
１１５，１１８接続点
１２０蓄電系
１２０Ａコンバータ
１３０−１，１３０−２リレー DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Lower traveling body 1A, 1B Hydraulic motor 2 Turning mechanism 2A Turning hydraulic motor 3 Upper turning body 4 Boom 5 Arm 6 Bucket 7 Boom cylinder 7A Hydraulic piping 8 Arm cylinder 9 Bucket cylinder 10 Cabin 11 Engine 11a Starter motor 11b Battery 12 Electric power generation Machine 13 Transmission 14 Main pump 15 Pilot pump 16 High pressure hydraulic line 17 Control valve 18A, 20 Inverter 19 Capacitor
DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 Electric motor for turning 22 Resolver 23 Mechanical brake 24 Turning transmission 25 Pilot line 26 Operating device 26A, 26B Lever 26C Pedal 26D Button switch 27 Hydraulic line 28 Hydraulic line 29 Pressure sensor 30 Controller 100 Buck-boost converter 110 DC bus 111 DC bus voltage Detection unit 112 Capacitor voltage detection unit 113, 116 Capacitor current detection unit 114, 117 Power supply line 115, 118 Connection point 120 Power storage system 120A Converter 130-1, 130-2 Relay

Claims

A hydraulic pump driven by an engine;
A motor generator for assisting the engine;
A power storage device for supplying electric power to the motor generator;
A control unit for controlling the driving of the assist motor,
The control unit stops driving the hydraulic pump when the engine is in an idling operation state, and when detecting that the idling operation state has been released, supplies power to the motor generator from the power storage device. A hybrid excavator, wherein the driving of the engine is resumed by resuming the driving of the hydraulic pump by powering the generator.

The hybrid excavator according to claim 1,
When detecting that the idling operation state has been released, the control unit drives the motor generator until the engine speed reaches a predetermined speed, and sets the tilt angle of the hydraulic pump to a minimum value. A hybrid excavator characterized in that the load on the hydraulic pump is reduced by setting.

A hybrid excavator according to claim 1 or 2,
The hybrid excavator, wherein the control unit prohibits a power running operation of the motor generator when a storage amount of the power storage device is smaller than a predetermined value.

A hybrid excavator according to claim 3,
The control unit is configured to start the engine by a starter motor provided in the engine and drive the hydraulic pump by the output of the engine when a storage amount of the power storage device is smaller than a predetermined value. Hybrid excavator.

A hybrid excavator according to any one of claims 1 to 4,
A hybrid excavator further comprising a pilot pump for sending operating hydraulic pressure to a hydraulic circuit, wherein the rotation of the pilot pump is resumed by the driving force of the motor generator.

A hybrid excavator according to any one of claims 1 to 5,
The said control part detects that the idling driving | running state was cancelled | released based on the operation signal from an operation lever apparatus, The hybrid type shovel characterized by the above-mentioned.

A hybrid excavator according to any one of claims 1 to 6,
When starting the operation of the hybrid excavator, the engine is started using a starter motor provided separately from the motor generator.