JP2014083908A - 建設機械 - Google Patents

Abstract

【課題】油圧モータで生成される動力を活用しながら、エンジンの動力の変動を抑制することが可能な建設機械を提供すること。
【解決手段】建設機械であって、エンジン（２０）と、油圧ポンプ（１８）と、油圧アクチュエータ（１０）と、油圧モータ（２２）と、油圧ポンプ（１８）を駆動する電動機としての機能とエンジン動力及び油圧モータ（２２）で生成される回生動力のうち少なくとも一方の動力によって発電する発電機としての機能とを有する発電電動機（２４）と、蓄電器（２６）と、制御部（３０）とを備え、制御部（３０）は、油圧ポンプ（１８）の駆動に必要なポンプ動力から回生動力を引いた残余動力が予め設定されたエンジン動力の上限値以上のときは、発電電動機（２４）を蓄電器（２６）の電力によって電動機として作動させ、前記残余動力が予め設定されたエンジン動力の下限値以下のときは、発電電動機（２４）を発電機として作動させること。
【選択図】図２

Description

本発明は、油圧ショベル等の建設機械に関するものである。

従来、建設機械として、エンジンの動力と蓄電器の電力とによって油圧ポンプを駆動するハイブリッド建設機械が知られている。

例えば、特許文献１には、エンジンと、前記エンジンにより駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプからの吐出油により駆動される油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータからの戻り油で回転する回生モータと、前記エンジン及び前記回生モータに接続された発電電動機と、前記発電電動機によって発電された電力を蓄える蓄電器とを備えたハイブリッド建設機械が開示されている。前記発電電動機は、前記蓄電器の電力によって前記油圧ポンプを駆動する電動機としての機能と、前記油圧モータで生成される出力トルクによって駆動されて発電する発電機としての機能とを有する。

このハイブリッド建設機械では、前記油圧ポンプの駆動に必要な駆動トルクが前記回生モータで生成される出力トルクよりも大きい場合、前記エンジンの出力トルクと前記回生モータの出力トルクとによって前記油圧ポンプを駆動し、前記油圧ポンプの駆動に必要な駆動トルクが前記回生モータの出力トルクよりも小さい場合、前記回生モータの出力トルクのみによって前記油圧ポンプを駆動するとともに、前記回生モータの出力トルクのうち前記油圧ポンプの駆動に使用されなかった余剰トルクで前記発電電動機を駆動することによって前記蓄電器に蓄電する。

特許第４１７９４６５号公報

上記特許文献１のハイブリッド建設機械では、前記エンジンの動力の変動が著しく、安定した運転が難しいという課題がある。具体的には、前記回生モータ、すなわち、前記油圧アクチュエータからの戻り油で回転する油圧モータで生成される出力トルクが前記油圧ポンプの駆動に必要な駆動トルクを上回ったときは、前記エンジンで発生される出力トルクが実質的にゼロとなる一方、前記油圧モータで生成された出力トルクが前記駆動トルクよりも少ない場合は、その不足分を補うように前記エンジンの動力が大きくなるので、前記エンジンの動力は、前記油圧モータで生成される出力トルクと前記駆動トルクとの大小関係に支配されて著しく変動する。そして、上記特許文献１に記載の建設機械の分野においては、このエンジンの動力の変動を抑制することが望まれている。

本発明の目的は、油圧モータで生成される動力を活用しながら、エンジンの動力の変動を抑制することが可能な建設機械を提供することである。

前記課題を解決するための手段として、本発明は、建設機械であって、エンジンと、前記エンジンのエンジン動力により駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプからの吐出油により駆動される油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータからの戻り油で回転する油圧モータと、前記エンジン及び前記油圧モータに接続されており、前記油圧ポンプを駆動する電動機としての機能と前記エンジン動力及び前記油圧モータで生成される回生動力のうち少なくとも一方の動力によって発電する発電機としての機能とを有する発電電動機と、前記発電電動機によって発電された電力を蓄える蓄電器と、前記発電電動機の駆動を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記油圧ポンプの駆動に必要なポンプ動力から前記回生動力を引いた残余動力が予め設定された前記エンジン動力の上限値以上のときは、前記発電電動機を前記蓄電器の電力によって電動機として作動させ、前記残余動力が予め設定された前記エンジン動力の下限値以下のときは、前記発電電動機を発電機として作動させる建設機械を提供する。

本発明によれば、前記残余動力が予め設定されたエンジン動力の上限値以上のときは、前記発電電動機を前記蓄電器の電力によって電動機として作動させることによって前記エンジンをアシストし、逆に、前記残余動力が予め設定されたエンジン動力の下限値以下のときは、前記発電電動機を発電機として作動させて前記エンジン動力を消費させるので、前記エンジンは、前記エンジン動力が概ね前記上限値と前記下限値との間に収まるように駆動される。よって、エンジン動力の変動が有効に抑制される。

この場合において、前記制御部は、前記残余動力が前記上限値以上のときは、当該残余動力と前記上限値との差分だけの動力が得られるように前記発電電動機を前記電動機として作動させ、前記残余動力が前記下限値以下のときは、当該下限値と前記残余動力との差分だけの動力により前記発電電動機を前記発電機として作動させることが好ましい。

このようにすれば、前記発電電動機による前記エンジンのアシストが必要な動力（前記ポンプ動力から前記回生動力と前記エンジン動力とを引いたもの）が得られる分だけ前記蓄電器の電力によって前記発電電動機が電動機として作動され、前記発電電動機による発電が可能な余剰分の動力（前記エンジン動力と前記回生動力との和から前記ポンプ動力を引いたもの）で前記発電電動機が発電機として作動されるので、前記油圧ポンプの適切な駆動と前記蓄電器への適切な蓄電とが達成される。

本発明において、前記上限値と前記下限値とは等しくてもよい。

このようにすれば、前記エンジン動力が一定となるように前記エンジンが駆動されるので、前記エンジン動力の変動幅が一層小さくなる。

この場合において、前記上限値及び前記下限値は、前記エンジンの燃料消費率が当該燃料消費率の最も低い最低消費率から３割以上高くならない高効率領域に含まれる前記エンジンの回転数とトルクとの組み合わせに対応する動力に設定されることが好ましい。

このようにすれば、前記エンジン動力の変動を抑制しながら、エンジンの燃費を向上させることができる。

あるいは、本発明において、前記上限値は前記下限値よりも大きな値でもよい。この場合、当該上限値と下限値との間に前記エンジンの燃料消費率が当該燃料消費率の最も低い最低消費率から３割以上高くならない高効率領域に含まれる前記エンジンの回転数とトルクとの組み合わせに対応する動力を含むように前記上限値と前記下限値とが設定されることが好ましい。

このようにすれば、前記エンジン動力は、前記高効率領域に含まれる前記エンジンの回転数とトルクとの組み合わせに対応する動力を含む範囲で変動することから、当該エンジンの燃費が向上する。ここで、前記残余動力が前記上限値と前記下限値との間の範囲で変動する場合の前記制御部の制御内容は特に限定されないが、例えば、その変動は、前記エンジン動力の変動によって吸収される。

また、本発明において、前記制御部は、前記蓄電器の蓄電量が予め設定された蓄電下限値以下になったときには前記発電電動機で発電させるように前記上限値及び下限値を上げることが好ましい。

このようにすれば、前記油圧ポンプの適切な駆動と前記蓄電器の過放電状態の回避とが両立される。具体的には、前記制御部は、前記蓄電器の蓄電量が予め設定された蓄電下限値以下になったときには前記発電電動機で発電させるように前記上限値及び下限値を上げるので、前記油圧ポンプの適切な駆動を確保しながら前記蓄電器への蓄電が行われる。

また、本発明において、前記制御部は、前記蓄電器の蓄電量が予め設定された蓄電上限値以上になったときには前記発電電動機の電力により前記油圧ポンプが駆動されるように前記上限値及び前記下限値を下げることが好ましい。

このようにすれば、前記油圧ポンプの適切な駆動と前記蓄電器の過充電状態の回避とが両立される。具体的には、前記制御部は、前記蓄電器の蓄電量が予め設定された蓄電上限値以上になったときには前記発電電動機の電力により前記油圧ポンプが駆動されるように前記上限値及び前記下限値を下げるので、前記油圧ポンプの適切な駆動を確保しながら前記蓄電器の放電が行われる。

また、本発明において、前記制御部は、前記蓄電器の蓄電量が予め設定された蓄電下限値以下になったときには前記残余動力にかかわらず前記発電電動機を発電機として作動させることが好ましい。

このようにすれば、前記蓄電器の過放電状態が回避される。具体的には、前記制御部は、前記蓄電器の蓄電量が予め設定された蓄電下限値以下になったときには前記残余動力にかかわらず前記発電電動機を発電機として作動させるので、前記蓄電器の蓄電量が確実に前記蓄電下限値以上に保たれる。

また、本発明において、前記制御部は、前記蓄電器の蓄電量が予め設定された蓄電上限値以上になったときには前記残余動力にかかわらず前記発電電動機を電動機として作動させることが好ましい。

このようにすれば、前記蓄電器の過充電状態が回避される。具体的には、前記制御部は、前記蓄電器の蓄電量が予め設定された蓄電上限値以上になったときには前記残余動力にかかわらず前記発電電動機を電動機として作動させるので、前記蓄電器の蓄電量が確実に前記蓄電上限値以下に保たれる。

以上のように、本発明によれば、油圧モータで生成される動力を活用しながら、エンジンの動力の変動を抑制することが可能な建設機械を提供することができる。

本発明の第一実施形態のハイブリッド油圧ショベルの側面図である。 図１に示すハイブリッド油圧ショベルのシステムの概略を示す図である。 第一実施形態のポンプ動力と回生動力との差の推移を示すグラフである。 第一実施形態におけるポンプ動力と回生動力との差とエンジン動力及び発電電動機動力との関係を示すグラフである。 エンジンの回転数とトルクとの関係及びエンジンの燃費特性を示すグラフである。 バッテリの蓄電率とエンジン動力との関係を示すグラフである。 油圧モータの傾転角と油圧モータの流量との関係を示すグラフである。 第二実施形態のポンプ動力と回生動力との差の推移を示すグラフである。 第二実施形態におけるポンプ動力と回生動力との差とエンジン動力及び発電電動機動力との関係を示すグラフである。

（第一実施形態）
本発明の第一実施形態の建設機械について、図１〜図７を参照しながら説明する。

図１は、建設機械の一例としてのハイブリッド油圧ショベル１を示している。このハイブリッド油圧ショベル１は、左走行クローラ２Ｌ及び右走行クローラを有する下部走行体２と、この下部走行体２上に旋回可能に設けられた上部旋回体３と、この上部旋回体３上に起伏可能に設けられた作業アタッチメント４とを備えている。

作業アタッチメント４は、ブーム６と、このブーム６の先端部に連結されたアーム７と、このアーム７の先端部に揺動可能に取り付けられたバケット８とを有する。ブーム６は、ブームシリンダ１０ａの伸縮動作によって上部旋回体３に対して起伏する。アーム７は、アームシリンダ１０ｂの伸縮動作によってブーム６に対して揺動する。バケット８は、バケットシリンダ１０ｃの伸縮動作によってアーム７に対して揺動する。

次に、図２を参照して、本実施形態のハイブリッド油圧ショベル１の概要について説明する。

このハイブリッド油圧ショベル１は、主に、高圧の作動油（圧油）により駆動される油圧アクチュエータ１０と、操作レバー１２ａを有するリモコン弁１２と、このリモコン弁１２により切換操作されるコントロールバルブ１４と、油圧アクチュエータ１０を駆動する油圧ポンプ１８と、この油圧ポンプ１８を駆動するエンジン２０と、ブームシリンダ１０ａからの戻り油で回転駆動される油圧モータ２２と、エンジン２０及び油圧モータ２２に接続された発電電動機２４と、この発電電動機２４に接続された蓄電器２６と、発電電動機２４の駆動を制御する制御部としてのコントローラ３０と、下部走行体２に対し上部旋回体３を旋回させる旋回電動機３８とを有する。なお、本実施形態では、ブームシリンダ１０ａからの戻り油により油圧モータ２２が回転駆動される例を示すが、アームシリンダ１０ｂ、バケットシリンダ１０ｃ、左走行モータ１０Ｌ及び右走行モータ１０Ｒからの戻り油をブームシリンダ１０ａからの戻り油と合流させ、その戻り油によって油圧モータ２２が回転駆動されてもよい。

油圧アクチュエータ１０は、油圧ポンプ１８から吐出される圧油により駆動される。本実施形態では、油圧アクチュエータ１０は、ブームシリンダ１０ａと、アームシリンダ１０ｂと、バケットシリンダ１０ｃと、左走行クローラ２Ｌを駆動する油圧モータからなる左走行モータ１０Ｌと、右走行クローラを駆動する油圧モータからなる右走行モータ１０Ｒとを有する。

リモコン弁１２は、操作レバー１２ａを有するとともに、第１パイロットライン１５１及び第２パイロットライン１５２を介して前記コントロールバルブ１４に接続されている。リモコン弁１２は、前記両パイロットライン１５１，１５２のうち前記操作レバー１２ａの操作方向に対応するパイロットライン１５１，１５２にその操作量に対応した大きさのパイロット圧を出力し、このパイロット圧によりコントロールバルブ１４の切換操作を行ってブームシリンダ１０ａへの作動油の供給及び当該ブームシリンダ１０ａからの作動油の排出を行わせる。前記各パイロットライン１５１，１５２におけるパイロット圧、すなわち、操作レバー１２ａの各操作方向（ブーム上げ方向及びブーム下げ方向）についてのパイロット圧は、それぞれ第一圧力センサＰ１及び第二圧力センサＰ２により検出される。なお、図２では、ブームシリンダ１０ａを操作するためのコントロールバルブ１４の切換操作を行うリモコン弁１２のみが示されているが、その他の油圧アクチュエータ１０についても同様である。すなわち、アームシリンダ１０ｂ、バケットシリンダ１０ｃ、左走行モータ１０Ｌ及び右走行モータ１０Ｒに接続された油圧回路１６は、各アクチュエータに対応するコントロールバルブと、各コントロールバルブのそれぞれの切換操作を行うリモコン弁とを含む。

この実施形態のコントロールバルブ１４は、前記パイロット圧により中立位置１４０、ブーム下げ位置１４１及びブーム上げ位置１４２の３位置の間で切換操作される油圧パイロット式の３位置切換弁である。コントロールバルブ１４は、前記両パイロットライン１５１，１５２のいずれを通じてもパイロット圧の供給を受けないときは前記中立位置１４０を維持し、この中立位置１４０では前記ブームシリンダ１０ａと前記油圧ポンプ１８及び前記油圧モータ２２との間を遮断する。コントロールバルブ１４は、前記第１パイロットライン１５１を通じてのパイロット圧の供給を受けることにより前記ブーム下げ位置１４１に切換えられ、このブーム下げ位置１４１では、油圧ポンプ１８から第一油路ｙ１を通じて供給される圧油を前記ブームシリンダ１０ａのロッド室に導いて当該ブームシリンダ１０ａを収縮させるとともに、当該ブームシリンダ１０ａのヘッド室からの戻り油を第二油路ｙ２を通じて油圧モータ２２に導く油路を形成する（図２は、コントロールバルブ１４がブーム下げ位置１４１に切換えられている状態を示している。）。なお、図示はしていないが、ブーム下げ操作時のブームシリンダ１０ａからの戻り油は、油圧モータ２２の駆動に寄与した後にその下流側でタンクに戻される。コントロールバルブ１４は、前記第２パイロットライン１５２を通じてのパイロット圧の供給を受けることにより前記ブーム上げ位置１４２に切換えられ、このブーム上げ位置１４２では、油圧ポンプ１８から第一油路ｙ１を通じて供給される圧油を前記ブームシリンダ１０ａのヘッド室に導いて当該ブームシリンダ１０ａを伸長させるとともに、当該ブームシリンダ１０ａのロッド室からの戻り油をタンクに戻す油路を形成する。この実施形態では、後述のようにブーム上げ操作時に油圧モータ２２が作動油を吐出するポンプ作用を発揮する状態に切換えられ、コントロールバルブ１４は、前記ブーム上げ位置１４２において、前記油圧ポンプ１８から吐出される作動油を前記油圧モータ２２から吐出される作動油と合流させて前記ブームシリンダ１０のヘッド室に導く油路を形成する。

油圧ポンプ１８は、レギュレータＲ１からの電気信号に応じてその吐出流量（ポンプ流量Ｑｍ）が可変の可変容量形ポンプであり、第一油路ｙ１を介して油圧アクチュエータ１０に接続されている。レギュレータＲ１は、制御部としてのコントローラ３０により制御される。この油圧ポンプ１８からの吐出油が第一油路ｙ１を通じて油圧アクチュエータ１０に送られる。なお、この油圧ポンプ１８は、固定容量形であってもよい。この場合、ポンプ流量Ｑｐは、予め所定値に設定される。

エンジン２０は、発電電動機２４を介して油圧ポンプ１８に接続されている。本実施形態のハイブリッド油圧ショベル１では、このエンジン２０のエンジン動力Ｗｅの変動が抑制されるような制御がコントローラ３０によりなされる。その制御の詳細については後述する。

油圧モータ２２は、この実施形態では可変容量形モータにより構成され、その容量はレギュレータＲ２により操作され、当該レギュレータＲ２は後述のコントローラ３０により制御される。この容量の操作によって前記油圧モータ２２のモータ流量Ｑｍが制御される。具体的に、油圧モータ２２は斜板を有しており、レギュレータＲ２はその斜板の傾転角θを変化させることにより前記油圧モータ２２の容量ひいてはモータ流量Ｑｍを変化させる（図７を参照）。この油圧モータ２２は、傾転角θが負の方向の状態のときにブームシリンダ１０ａから第二油路ｙ２を通じて戻される戻り油で回転駆動されることにより回生動力Ｗｒを生成する一方、傾転角θが正の方向の状態のときには前記ポンプ作用、すなわち、当該油圧モータ２２から作動油を吐出する作用を発揮する。油圧モータ２２には、油圧ポンプ１８及び発電電動機２４に接続された第一ギア３４と噛み合う第二ギア３２が接続されている。そのため、油圧モータ２２により生成された回生動力Ｗｒは、油圧ポンプ１８及び発電電動機２４に伝達される。なお、この油圧モータ２２は、固定容量形であってもよい。この場合、モータ流量Ｑｍは、予め所定の値に設定される。

発電電動機２４は、油圧ポンプ１８を駆動する電動機としての機能と、主に蓄電器２６に蓄電するための電力を発生させる発電機としての機能とを有し、油圧ポンプ１８、エンジン２０、油圧モータ２２及び蓄電器２６に接続されている。この発電電動機２４は、蓄電器２６の電力によって電動機として駆動される一方、エンジン動力Ｗｅ及び回生動力Ｗｒのうち少なくとも一方の動力によって発電機として駆動される。

蓄電器２６は、主に発電電動機２４を電動機として作動させるときの電力を蓄えるものである。この蓄電器２６は、コントローラ３０により制御される第一インバータ２８を介して発電電動機２４に接続されている。また、蓄電器２６の蓄電量は、所定の範囲（蓄電下限値と蓄電上限値との間）で推移するように維持されることが好ましい。

コントローラ３０は、各圧力センサＰ１，Ｐ２，４２，４４に接続されているとともに、各レギュレータＲ１，Ｒ２及び各インバータ２８，３６に接続されている。このコントローラ３０は、エンジン動力Ｗｅが概ね一定に保たれるように、発電電動機２４を発電機として作動させるか電動機として作動させるかの制御を行う。具体的には、予め設定されたエンジン動力Ｗｅと回生動力Ｗｒとの和が油圧ポンプ１８の駆動に必要なポンプ動力Ｗｐに満たない場合、コントローラ３０は、発電電動機２４を電動機として作動させる。このとき、コントローラ３０は、発電電動機２４がその不足分（Ｗｐ−Ｗｒ−Ｗｅ）を補うだけの動力、すなわち、エンジン２０をアシストするアシスト動力Ｗａ（Ｗａ＝Ｗｐ−Ｗｒ−Ｗｅ）を発生するように当該発電電動機２４を制御することが好ましい。一方、前記予め設定されたエンジン動力Ｗｅと回生動力Ｗｒとの和がポンプ動力Ｗｐよりも大きい場合、コントローラ３０は、発電電動機２４を発電機として作動させる。このとき、コントローラ３０は、発電電動機２４がその余剰動力Ｗｇ（Ｗｇ＝Ｗｅ＋Ｗｒ−Ｗｐ）によって発電するように当該発電電動機２４を制御することが好ましい。そして、このとき得られる電力は、蓄電器２６に蓄電されるか、あるいは、後述の旋回電動機３８に供給される。コントローラ３０がこのように発電電動機２４を制御することにより、エンジン動力Ｗｅは、概ね一定に保たれる（図３及び図４を参照）。

ここで、ポンプ動力Ｗｐ及び回生動力Ｗｒは、コントローラ３０により算出される。具体的に、コントローラ３０は、ポンプ流量Ｑｐと圧力センサ４４で検出される圧力Ｐｐとの積としてポンプ動力Ｗｐを算出する。なお、ポンプ流量Ｑｐは、馬力制御の場合、予め設定された馬力特性に基づいて圧力センサ４４で検知される圧力からコントローラ３０で逆算され、いわゆるポジコン制御（ポジティブコントロール制御）の場合、操作レバー１２ａの操作量、すなわち、コントローラ３０で読み取られる前記パイロット圧に見合った量に設定される。そして、コントローラ３０は、傾転角θに応じて求められたモータ流量Ｑｍと圧力センサ４２で検出される圧力Ｐｏとの積として回生動力Ｗｒを算出する。

また、コントローラ３０は、各圧力センサＰ１，Ｐ２で検出された値に基づいてコントロールバルブ１４の切換状況の判断、すなわち、ブームシリンダ１０ａの作動状況の判断を行い、コントロールバルブ１４がブーム下げ位置１４１に切り替えられたと判断した場合は、油圧モータ２２の斜板の傾転角θを負の方向とする信号をレギュレータＲ２に送信する。これにより、ブームシリンダ１０ａからの戻り油で油圧モータ２２の軸が回転駆動され、当該油圧モータ２２から回生動力Ｗｒが生成される。一方、コントローラ３０は、各圧力センサＰ１，Ｐ２で検出された値に基づいてコントロールバルブ１４がブーム上げ位置１４２に切り替えられたことを判断した場合は、油圧モータ２２の斜板の傾転角θを正の方向とする信号をレギュレータＲ２に送信する。これにより、ブームシリンダ１０ａのヘッド室には、油圧ポンプ１８から吐出される圧油に加え、油圧モータ２２から吐出される圧油も供給されるので、ブーム上げ操作が高速化される。

次に、ポンプ動力Ｗｐから回生動力Ｗｒを引いた値の推移を、エンジン動力Ｗｅ及び発電電動機動力と合わせて図３を参照しながら説明する。以下、図３中の（１）から（３）の区間について説明する。

（１）の区間では、回生動力Ｗｒが発生しておらず、エンジン動力Ｗｅとアシスト動力Ｗａとによってポンプ動力Ｗｐがまかなわれている。つまり、アシスト動力Ｗａは次式、すなわち、
Ｗａ＝Ｗｐ−Ｗｅ
により算出される。

（２）の区間では、回生動力Ｗｒとアシスト動力Ｗａとが発生している。つまり、アシスト動力Ｗａは次式、すなわち、
Ｗａ＝（Ｗｐ−Ｗｒ）−Ｗｅ
により算出される。

（３）の区間では、回生動力Ｗｒと余剰動力Ｗｇとが発生している。つまり、余剰動力Ｗｇは次式、すなわち、
Ｗｇ＝Ｗｅ−（Ｗｐ−Ｗｒ）
により算出される。

換言すれば、コントローラ３０は、図４に示すように、ポンプ動力Ｗｐから回生動力Ｗｒを引いた残余動力（Ｗｐ−Ｗｒ）が予め設定されたエンジン動力Ｗｅ以上のときは、発電電動機２４を蓄電器２６の電力によって電動機として作動させ、前記残余動力（Ｗｐ−Ｗｒ）が予め設定されたエンジン動力Ｗｅ以下のときは、発電電動機２４を発電機として作動させる。

ここで、エンジン動力Ｗｅは、エンジン２０の燃料消費率が高効率領域（図５を参照）に含まれるエンジン２０の回転数とトルクとの組み合わせに対応する動力に設定されることが好ましい。図５に示す「高効率領域」は、エンジン２０の燃料消費率が当該燃料消費率の最も低い最低消費率から３割以上高くならない範囲をいう。

また、コントローラ３０は、蓄電器２６の蓄電量が適切な範囲（蓄電下限値と蓄電上限値との間の範囲）に保たれるように発電電動機２４を制御する。具体的には、コントローラ３０は、蓄電器２６の蓄電量が予め設定された蓄電下限値以下になったときには、蓄電器２６の蓄電量が増えるように、すなわち、発電電動機２４で発電させるように予め設定されたエンジン動力Ｗｅの値を上げる。逆に、コントローラ３０は、蓄電器２６の蓄電量が予め設定された蓄電上限値以上になったときには、蓄電器２６の電力が消費されるように、すなわち、発電電動機２４の電力により油圧ポンプ１８が駆動されるように予め設定されたエンジン動力Ｗｅを下げる。つまり、コントローラ３０は、図６に示すように、エンジン動力Ｗｅが蓄電器２６の蓄電率に応じて変化するように発電電動機２４を制御する。

ここで、コントローラ３０は、次のようにして蓄電器２６の蓄電量を制御することもできる。すなわち、コントローラ３０は、蓄電器２６の蓄電量が予め設定された蓄電下限値以下になったときには、前記残余動力にかかわらず発電電動機２４を電動機として作動させ、逆に、蓄電器２６の蓄電量が予め設定された蓄電上限値以上になったときには、前記残余動力にかかわらず発電電動機２４を発電機として作動させる。

旋回電動機３８は、コントローラ３０により制御される第二インバータ３６を介して発電電動機２４及び蓄電器２６に接続されている。この旋回電動機３８は、発電電動機２４で生成された電力及び蓄電器２６の電力の少なくともいずれか一方の電力によって駆動される。この旋回電動機３８の回転駆動に応じて下部走行体２に対し上部旋回体３が垂直軸回りに旋回するようになっている。また、コントローラ３０は、旋回電動機３８で生成された回生電力が発電電動機２４の駆動、あるいは、蓄電器２６の蓄電に用いられるように各インバータ２８，３６を制御する。

また、本実施形態のハイブリッド油圧ショベル１は、第二油路ｙ２から分岐するように設けられた第三油路ｙ３と、この第三油路ｙ３に設けられた流量制御手段４０とをさらに備える。

流量制御手段４０は、第三油路ｙ３の作動油の流量を調整することにより第二油路ｙ２の作動油の流量を調整するものである。この流量制御手段４０はコントローラ３０により制御される。具体的には、コントローラ３０は、ブームシリンダ１０ａから第二油路ｙ２を通じて油圧モータ２２に戻される作動油の流量を所望の流量、すなわち、ブームシリンダ１０ａの速度を安定化させ、ハンチングが抑制される流量とするように流量制御手段４０を操作する。なお、第三油路ｙ３及び流量制御手段４０は、省略が可能である。

以上説明したように、本実施形態のハイブリッド油圧ショベル１によれば、前記残余動力（Ｗｐ−Ｗｒ）が予め設定されたエンジン動力Ｗｅ以上のときは、発電電動機２４を蓄電器２６の電力によって電動機として作動させることによってエンジン２０をアシストし、逆に、前記残余動力が予め設定されたエンジン動力Ｗｅ以下のときは、発電電動機２４を発電機として作動させてエンジン動力Ｗｅを消費させるので、エンジン２０は、エンジン動力Ｗｅが概ね一定となるように駆動される。よって、エンジン動力Ｗｅの変動が有効に抑制される。

また、制御部としてのコントローラ３０は、前記残余動力がエンジン動力Ｗｅ以上のときは、当該残余動力とエンジン動力Ｗｅとの差分だけの動力が得られるように発電電動機２４を電動機として作動させ、逆に、前記残余動力がエンジン動力Ｗｅ以下のときは、当該エンジン動力Ｗｅと前記残余動力との差分だけの動力により発電電動機２４を発電機として作動させる。すなわち、コントローラ３０は、発電電動機２４によるエンジン２０のアシストが必要な動力（ポンプ動力Ｗｐから回生動力Ｗｒとエンジン動力Ｗｅとを引いたもの）が得られる分だけ蓄電器２６の電力によって発電電動機２４を電動機として作動させ、発電電動機２４による発電が可能な余剰分の動力（エンジン動力Ｗｅと回生動力Ｗｒとの和からポンプ動力Ｗｐを引いたもの）で発電電動機２４を発電機として作動させる。よって、油圧ポンプ１８の適切な駆動と蓄電器２６への適切な蓄電とが達成される。

また、本実施形態では、前記エンジン動力Ｗｅは、エンジン２０の燃料消費率が当該燃料消費率の最も低い最低消費率から３割以上高くならない高効率領域に含まれるエンジン２０の回転数とトルクとの組み合わせに対応する動力に設定されるので、エンジン動力Ｗｅの変動を抑制しながら、エンジン２０の燃費を向上させることができる。

また、本実施形態では、コントローラ３０は、蓄電器２６の蓄電量が前記蓄電下限値以下になったときには前記発電電動機で発電させるようにエンジン動力Ｗｅを上げるので、油圧ポンプ１８の適切な駆動と蓄電器２６の過放電状態の回避とが両立される。さらに、コントローラ３０は、蓄電器２６の蓄電量が前記蓄電上限値以上になったときには発電電動機２４の電力により油圧ポンプ１８が駆動されるようにエンジン動力Ｗｅを下げるので、油圧ポンプ１８の適切な駆動と蓄電器２６の過充電状態の回避とが両立される。また、コントローラ３０が、蓄電器２６の蓄電量が前記蓄電下限値以下になったときには、前記残余動力にかかわらず発電電動機２４を電動機として作動させ、逆に、蓄電器２６の蓄電量が前記蓄電上限値以上になったときには、前記残余動力にかかわらず発電電動機２４を発電機として作動させる場合も、蓄電器２６の蓄電状態が適切な範囲に維持される。

（第二実施形態）
本発明の第二実施形態について、図８及び図９を参照しながら説明する。なお、この第二実施形態では、第一実施形態と異なる部分についてのみ説明を行い、第一実施形態と同じ構造、作用及び効果の説明は省略する。

本実施形態では、エンジン動力Ｗｅが概ね予め設定された上限値Ｗｅ_ｍａｘと下限値Ｗｅ_ｍｉｎとの間で変動するように、コントローラ３０が発電電動機２４を制御する。具体的には、予め設定されたエンジン動力Ｗｅの上限値Ｗｅ_ｍａｘと回生動力Ｗｒとの和がポンプ動力Ｗｐに満たない場合、コントローラ３０は、発電電動機２４を電動機として作動させる。このとき、コントローラ３０は、発電電動機２４がその不足分（Ｗｐ−Ｗｒ−Ｗｅ_ｍａｘ）を補うだけの動力、すなわち、エンジン２０をアシストするアシスト動力Ｗａ（Ｗａ＝Ｗｐ−Ｗｒ−Ｗｅ_ｍａｘ）を発生するように当該発電電動機２４を制御することが好ましい。一方、予め設定されたエンジン動力Ｗｅの下限値Ｗｅ_ｍｉｎと回生動力Ｗｒとの和がポンプ動力Ｗｐよりも大きい場合、コントローラ３０は、発電電動機２４を発電機として作動させる。このとき、コントローラ３０は、発電電動機２４がその余剰動力Ｗｇ（Ｗｇ＝Ｗｅ_ｍｉｎ＋Ｗｒ−Ｗｐ）によって発電するように当該発電電動機２４を制御することが好ましい。コントローラ３０がこのように発電電動機２４を制御することにより、エンジン動力Ｗｅは、概ね上限値Ｗｅ_ｍａｘと下限値Ｗｅ_ｍｉｎとの間で一定に保たれる（図８及び図９を参照）。つまり、この上限値Ｗｅ_ｍａｘと下限値Ｗｅ_ｍｉｎとが等しいものが第一実施形態に相当する。

次に、ポンプ動力Ｗｐから回生動力Ｗｒを引いた値の推移を、エンジン動力Ｗｅの上限値Ｗｅ_ｍａｘと下限値Ｗｅ_ｍｉｎ及び発電電動機動力と合わせて図８を参照しながら説明する。以下、図８中の（１）から（４）の区間について説明する。

（１）の区間では、回生動力Ｗｒが発生しておらず、エンジン動力Ｗｅの上限値Ｗｅ_ｍａｘとアシスト動力Ｗａとによってポンプ動力Ｗｐがまかなわれている。つまり、アシスト動力Ｗａは次式、すなわち、
Ｗａ＝Ｗｐ−Ｗｅ_ｍａｘ
により算出される。

（２）の区間では、回生動力Ｗｒとアシスト動力Ｗａとが発生している。つまり、アシスト動力Ｗａは次式、すなわち、
Ｗａ＝（Ｗｐ−Ｗｒ）−Ｗｅ_ｍａｘ
により算出される。

（３）の区間では、アシスト動力Ｗａ及び余剰動力Ｗｇは発生していない。すなわち、発電電動機２４からは動力及び電力が生成されておらず、ポンプ動力Ｗｐは、回生動力Ｗｒとエンジン動力Ｗｅとによりまかなわれている。このように、残余動力（Ｗｐ−Ｗｒ）がエンジン動力の上限値Ｗｅ_ｍａｘと下限値Ｗｅ_ｍｉｎとの間の範囲で変動するときは、エンジン動力Ｗｅが当該残余動力の変動に応じて変動することによって、その残余動力の変動を吸収する。

（４）の区間では、回生動力Ｗｒと余剰動力Ｗｇとが発生している。つまり、余剰動力Ｗｇは次式、すなわち、
Ｗｇ＝Ｗｅ_ｍｉｎ−（Ｗｐ−Ｗｒ）
により算出される。

換言すれば、コントローラ３０は、図９に示すように、ポンプ動力Ｗｐから回生動力Ｗｒを引いた残余動力（Ｗｐ−Ｗｒ）が予め設定されたエンジン動力Ｗｅの上限値Ｗｅ_ｍａｘ以上のときは、発電電動機２４を蓄電器２６の電力によって電動機として作動させ、前記残余動力（Ｗｐ−Ｗｒ）が予め設定されたエンジン動力Ｗｅの下限値Ｗｅ_ｍｉｎ以下のときは、発電電動機２４を発電機として作動させる。

ここで、エンジン動力Ｗｅの上限値Ｗｅ_ｍａｘ及び下限値Ｗｅ_ｍｉｎは、当該上限値Ｗｅ_ｍａｘと下限値Ｗｅ_ｍｉｎとの間に前記高効率領域（図５を参照）に含まれるエンジン２０の回転数とトルクとの組み合わせに対応する動力を含むように設定されることが好ましい。

なお、蓄電器２６の蓄電量が前記蓄電下限値以下になったときには、コントローラ３０が発電電動機２４を発電機として作動させること、及び蓄電器２６の蓄電量が前記蓄電上限値以上になったときには、コントローラ３０が発電電動機２４を電動機として作動させることは、第一実施形態と同様である。

以上説明したように、この第二実施形態のハイブリッド油圧ショベル１によれば、エンジン２０は、エンジン動力Ｗｅが概ね上限値Ｗｅ_ｍａｘと下限値Ｗｅ_ｍｉｎとの間に収まるように駆動されるので、エンジン動力Ｗｅの変動が有効に抑制される。

また、エンジン動力Ｗｅの上限値Ｗｅ_ｍａｘと下限値Ｗｅ_ｍｉｎとの間に前記高効率領域に含まれるエンジン２０の回転数とトルクとの組み合わせに対応する動力が含まれるので、エンジン２０の燃費が向上する。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

例えば、上記実施形態では、上部旋回体３は、発電電動機２４で生成される電力及び蓄電器２６の電力のうち少なくとも一方の電力で駆動される旋回電動機３８によって旋回される例を示したが、この上部旋回体３は、油圧ポンプ１８の吐出油で駆動される油圧モータによって駆動されてもよい。この場合、発電電動機３８及び第二インバータ３６は省略される。

また、本実施形態では、油圧ポンプ１８と油圧モータ２２とが第一ギア３４及び第二ギア３２を介して接続された例が示されているが、これら油圧ポンプ１８と油圧モータ２２とは、同一の軸に直列的に取り付けられてもよい。

１ ハイブリッド油圧ショベル（建設機械）
２ 下部走行体
３ 上部旋回体
４ 作業アタッチメント
６ ブーム
７ アーム
８ バケット
１０ 油圧アクチュエータ
１０ａ ブームシリンダ
１０ｂ アームシリンダ
１０ｃ バケットシリンダ
１０ｄ 左クローラ用アクチュエータ
１０ｅ 右クローラ用アクチュエータ
１２ リモコン弁
１２ａ 操作レバー
１４ コントロールバルブ
１６ 油圧回路
１８ 油圧ポンプ
２０ エンジン
２２ 油圧モータ
２４ 発電電動機
２６ 蓄電器
２８ 第一インバータ
３０ コントローラ（制御部）
３６ 第二インバータ
３８ 旋回電動機
４０ 流量制御手段
４２ 圧力センサ
４４ 圧力センサ
ｙ１ 第一油路
ｙ２ 第二油路
ｙ３ 第三油路

Claims (9)

1. 建設機械であって、
   エンジンと、
   前記エンジンのエンジン動力により駆動される油圧ポンプと、
   前記油圧ポンプからの吐出油により駆動される油圧アクチュエータと、
   前記油圧アクチュエータからの戻り油で回転する油圧モータと、
   前記エンジン及び前記油圧モータに接続されており、前記油圧ポンプを駆動する電動機としての機能と前記エンジン動力及び前記油圧モータで生成される回生動力のうち少なくとも一方の動力によって発電する発電機としての機能とを有する発電電動機と、
   前記発電電動機によって発電された電力を蓄える蓄電器と、
   前記発電電動機の駆動を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記油圧ポンプの駆動に必要なポンプ動力から前記回生動力を引いた残余動力が予め設定された前記エンジン動力の上限値以上のときは、前記発電電動機を前記蓄電器の電力によって電動機として作動させ、前記残余動力が予め設定された前記エンジン動力の下限値以下のときは、前記発電電動機を発電機として作動させる建設機械。
2. 請求項１に記載の建設機械において、
   前記制御部は、前記残余動力が前記上限値以上のときは、当該残余動力と前記上限値との差分だけの動力が得られるように前記発電電動機を前記電動機として作動させ、前記残余動力が前記下限値以下のときは、当該下限値と前記残余動力との差分だけの動力により前記発電電動機を前記発電機として作動させる建設機械。
3. 請求項１又は２に記載の建設機械において、
   前記上限値と前記下限値とが等しくなるように設定されている建設機械。
4. 請求項３に記載の建設機械において、
   前記上限値及び前記下限値は、前記エンジンの燃料消費率が当該燃料消費率の最も低い最低消費率から３割以上高くならない高効率領域に含まれる前記エンジンの回転数とトルクとの組み合わせに対応する動力に設定される建設機械。
5. 請求項１又は２に記載の建設機械において、
   前記上限値及び前記下限値は、当該上限値と下限値との間に前記エンジンの燃料消費率が当該燃料消費率の最も低い最低消費率から３割以上高くならない高効率領域に含まれる前記エンジンの回転数とトルクとの組み合わせに対応する動力を含むように設定される建設機械。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の建設機械において、
   前記制御部は、前記蓄電器の蓄電量が予め設定された蓄電下限値以下になったときには前記発電電動機で発電させるように前記上限値及び下限値を上げる建設機械。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載の建設機械において、
   前記制御部は、前記蓄電器の蓄電量が予め設定された蓄電上限値以上になったときには前記発電電動機の電力により前記油圧ポンプが駆動されるように前記上限値及び前記下限値を下げる建設機械。
8. 請求項１ないし５のいずれかに記載の建設機械において、
   前記制御部は、前記蓄電器の蓄電量が予め設定された蓄電下限値以下になったときには前記残余動力にかかわらず前記発電電動機を発電機として作動させる建設機械。
9. 請求項１ないし６のいずれかに記載の建設機械において、
   前記制御部は、前記蓄電器の蓄電量が予め設定された蓄電上限値以上になったときには前記残余動力にかかわらず前記発電電動機を電動機として作動させる建設機械。

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