JP3875900B2 - Power equipment for construction machinery - Google Patents

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JP3875900B2
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Description

【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３０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２０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、上記第１油圧ポンプから圧送された作動油の流路を変更して上記第２油圧ポンプ側へ供給するための第１供給手段とをそなえ、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るとともに、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。
【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（請求項１）。
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２）。
【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３）。
【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、禁止手段を用いて、第２供給手段による第１油圧ポンプの吸引口への作動油の供給を禁止することが望ましい（請求項４）。
【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ｐ１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ｐ２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１０に入力されるようになっている。そして、制御装置１０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３１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５４，５５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５４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。
【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１）。
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２）。
【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３）。
【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４）。
【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）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a power device for a construction machine suitable for use in a hybrid type hydraulic excavator or the like that uses an engine and a motor in combination as a power source.
[0002]
[Prior art]
In general, an internal combustion engine (engine) is used as a power source in construction machines such as hydraulic excavators. Light load work such as slope finishing and hammer work, medium load work such as excavation and lifting work, or heavy excavation , Heavy load work such as dump loading work is performed.
[0003]
Normally, hydraulic excavators are operated mainly for medium-load work, and heavy-load work is part of the operation time, and the maximum output of the engine is required only in this heavy-load work. It ’s only part.
However, the hydraulic excavator is equipped with an engine with a large output capacity that anticipates the maximum load work so that it can handle various work from light load to heavy load, and occupies most of the light load and usage rate There were problems such as deterioration of fuel consumption and generation of noise when working with medium loads.
[0004]
In addition, there is a problem that a production cost is increased by installing an engine having a large output capacity.
Furthermore, when carrying out light load work such as slope finishing using an engine with such a large output capacity, it is necessary to reduce the engine speed by sufficiently reducing the output. The lower the value, the smaller the torque and the more unstable and easy the engine stall. For this reason, improvement measures such as increasing the stroke volume (displacement) to increase the low-speed torque or increasing the number of cylinders to reduce the rotation unevenness can be considered, but this is not practical from the viewpoint of cost, fuel consumption, etc. .
[0005]
For this reason, in recent years, a power device for a hybrid type construction machine that uses both an engine and a motor as a power source has been developed.
As shown in FIG. 5, such a hybrid type power unit has, as main components, a power unit 30 having an engine 1, a motor / generator 2, and a clutch 31, and a hydraulic pressure driven by the power unit 30 to pump hydraulic oil. The pump p, the control valve 40 for controlling the flow rate, pressure and direction of the pressure oil and supplying it to the hydraulic actuator 20, and the operation of the engine 1, the motor / generator 2, the clutch 31, the control valve 40 and the like are controlled. And a control device 10 for this purpose.
[0006]
The hydraulic actuator 20 includes a hydraulic excavator travel motor, a swing motor for swinging the upper swing body, and a working device (boom, arm, bucket) swingably attached to the front surface of the upper swing body. There are various cylinders (boom cylinders, arm cylinders, bucket cylinders) and the like (all not shown) for moving them, and a predetermined operation is performed by distributing pressure oil via the control valve 40. Yes. Hereinafter, these motors and various cylinders are collectively referred to as a hydraulic actuator 20.
[0007]
Here, the power unit 30 is a hybrid type power generation source, and a motor / generator (M / G) 2 having an electric motor function and a generator function is connected to the engine 1 via a clutch 31 that connects and disconnects the rotational output of the engine 1. Connected in series. Then, the control device 10 controls the connection / disconnection of the clutch 31 so that the outputs of the engine 1 and the motor / generator 2 are output individually or by adding the outputs, and the hydraulic pump p is driven.
[0008]
In general, the motor / generator 2 has a characteristic that outputs less torque and unevenness compared to the engine 1 and outputs higher torque at lower speeds (that is, lower speed torque is larger). By controlling OFF and outputting the outputs of the engine 1 and the motor / generator 2 individually or by adding the outputs, optimum power can be supplied according to the load state without deteriorating the fuel consumption.
[0009]
That is, at the time of heavy load, the engine 1 is operated and the motor / generator 2 functions as an electric motor, and the clutch 31 is turned on (connected state). As a result, the outputs of the engine 1 and the motor / generator 2 are added, and the hydraulic pump p is driven by the added large output, so that a heavy load operation requiring a large amount of power can be performed smoothly.
[0010]
Further, at the time of medium load, the engine 1 is operated at the best operating point, the motor / generator 2 is caused to function as a generator, and the clutch 31 is turned on. Thereby, the hydraulic actuator 20 is driven only by engine power. Further, the extra power is used for regenerative power generation by the motor / generator 2 and the battery 6 is charged via the inverter 5, so that an operation with reduced noise and vibration is performed while improving fuel efficiency.
[0011]
Further, during light load work, the operation of the engine 1 is stopped, the motor / generator 2 is made to function as an electric motor, and the clutch 31 is turned off (disconnected state). It is smoothly driven only by the motor / generator 2. This makes it possible to improve operability in light-load work where low speed and accurate operation is often required while ensuring constant power, such as slope finishing work, which also reduces fuel consumption and generates noise. It can be suppressed.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the above conventional hybrid type power plant, the engine 1 and the motor / generator 2 are mechanically connected in series via the clutch 31, so that the power unit 30 is generally enlarged and installed in the fuselage for installation. It is necessary to secure a large space.
[0013]
However, the hydraulic excavator body is provided with a hydraulic pump p and a tank (not shown) for storing hydraulic oil, as well as a fuel tank, a cab, a control device, and swing actuators (all not shown). However, it is arranged narrowly. Therefore, there is a problem that, as a result of allocating a large space for the power unit 30, the layout of other devices is greatly limited or the size of the airframe is increased.
[0014]
Further, when the aircraft is enlarged to secure the installation space, the outer dimensions of the aircraft are limited due to the relationship between the size of the aircraft and its operating capability.
Furthermore, the advancement of this type of machine is steadily progressing, and as a result of arranging automatic control equipment and related equipment that have been newly added to expand its operating capability in the fuselage, a large unit for installing the power unit 30 is large. It is even more difficult to secure space.
[0015]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a power device for a construction machine that has a hybrid structure and can be compactly installed on the airframe.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, a power device for a construction machine according to the present invention is integrally connected to an internal combustion engine, a motor, and an output shaft of the internal combustion engine, and is driven by the internal combustion engine to pump hydraulic oil to a hydraulic actuator. A first hydraulic pump that is integrally connected to the output shaft of the motor and driven by the motor to pump hydraulic oil to the hydraulic actuator, and an operation control means that controls the operation of the internal combustion engine or the motor.A first supply means for changing the flow path of the hydraulic oil pumped from the first hydraulic pump and supplying it to the second hydraulic pump side;The first hydraulic pump and the second hydraulic pump are connected in parallel to the hydraulic actuator.And the motor is driven by the hydraulic fluid supplied from the first hydraulic pump to the second hydraulic pump side by the first supply means to generate regenerative power.It is characterized by that.
[0017]
  Accordingly, the drive system of the construction machine is composed of a small unit composed of the internal combustion engine and the first hydraulic pump and a small unit composed of the motor and the second hydraulic pump, and the hydraulic actuator is pumped from these small units. Driven by the hydraulic fluid. When either the first hydraulic pump or the second hydraulic pump is driven, the hydraulic actuator is driven by the power of either the internal combustion engine or the motor. In addition, when both the first hydraulic pump and the second hydraulic pump are driven, the hydraulic actuator is driven by the power of the internal combustion engine and the motor that are added and output through the oil passage.The
[0018]
  At this time, the hydraulic oil pumped from the first hydraulic pump is supplied to the second hydraulic pump side by the first supply means, and the motor generates regenerative power by the hydraulic oil supplied to the second hydraulic pump side.(Claim1).
  In this case, during heavy load, the operation control means operates both the internal combustion engine and the motor, and during medium load, the operation control means operates only the internal combustion engine and the first supply means is operated by being pumped from the first hydraulic pump. It is preferable that a part of the oil is supplied to the second hydraulic pump side and the operation control means operates only the motor at a light load.
[0019]
  As a result, at the time of heavy load, the hydraulic actuator is driven by the power of the internal combustion engine and the motor that are output and added through the oil passage. Further, at the time of medium load, the hydraulic actuator is driven by the hydraulic oil fed from the first hydraulic pump, and the remaining power of the hydraulic oil that is not used for driving the hydraulic actuator is used for regenerative driving of the motor. Further, at a light load, the hydraulic actuator is driven by the power of a motor having a large low-speed torque and little rotation unevenness.2).
[0020]
  Further, the hydraulic oil pumped from the second hydraulic pump by the second supply means can be supplied to the suction port of the first hydraulic pump, and the motor is operated by the operation control means when starting the internal combustion engine. At the same time, the hydraulic oil supplied from the second hydraulic pump by the second supply means may be supplied to the suction port of the first hydraulic pump. As a result, when the internal combustion engine is started, the hydraulic oil pumped from the second hydraulic pump flows into the suction port of the first hydraulic pump, causing the first hydraulic pump to rotate forward, and the internal combustion engine is started.3).
[0021]
  At this time, if the hydraulic pressure of the hydraulic oil pumped from the second hydraulic pump is smaller than a predetermined pressure, the prohibiting meansBy the second supply meansTo the suction port of the first hydraulic pumpHydraulic oilProhibit supply (claims)4).
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a power device for a construction machine according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram illustrating the overall configuration, FIG. 2 is a diagram illustrating a control method thereof, and FIGS. It is a flowchart for demonstrating the effect | action. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the site | part similar to the prior art demonstrated using FIG. 5, and the description is partially omitted. In FIG. 1, thick arrows (outlined arrows) indicate the flow of hydraulic oil in the oil passage, and thin arrows indicate the flow of control signals.
[0023]
The power unit according to the present embodiment is applied to a hydraulic excavator and has a hybrid structure in which the engine 1 and the motor / generator 2 are used in combination as a power source. As shown in FIG. Engine 1, hydraulic pump (first hydraulic pump) p 1 that is driven by this engine 1 to pump hydraulic oil, motor generator 2, and hydraulic pump that is driven by this motor generator 2 to pump hydraulic oil ( (Second hydraulic pump) p2, a control valve (first supply means) 3 for switching the flow path of hydraulic oil pumped from the hydraulic pumps p1 and p2, and a supply source of hydraulic oil to the hydraulic pump p1 Switching valve (second supply means) 4 and a control device for controlling the operation of the engine 1 and the motor / generator 2 and for controlling the opening and closing of the control valve 3 and the switching valve 4. And a 10.
[0024]
Here, as the engine 1, a medium-scale engine that can be purchased at a relatively low cost and is smaller than the maximum output of the hydraulic excavator is used, and the engine 1 is operated at the best operating point in a medium-load operation with a high operation frequency.
The hydraulic pump p1 is integrally connected to the output shaft 1a of the engine 1 and is driven only by engine power. The hydraulic pump p1 is pumped from the output port to the control valve 3 side via the oil passage 51. It has become. As will be described in detail later, when the engine 1 is started, hydraulic oil pressurized to a predetermined pressure is supplied from the suction port of the hydraulic pump p1, thereby causing the engine 1 to rotate forward.
[0025]
The motor / generator (M / G) 2 has a motor function and a generator function, and is mechanically separated from the engine 1. And it functions as an electric motor that drives the hydraulic pump p <b> 2 by the electric power supplied from the battery 6 via the inverter 5.
The hydraulic pump p2 is integrally connected to the output shaft 2a of the motor / generator 2, and is driven only by motor power, and an oil passage 52 is connected to the output port. The discharge side oil passage 51 of the hydraulic pump p1 and the discharge side oil passage 52 of the hydraulic pump p2 merge at the control valve 3, and the hydraulic actuator 20 is provided downstream of the control valve 3. The hydraulic oil pumped from the hydraulic pump p1 can flow into the output port of the hydraulic pump p2 via the control valve 3, and the hydraulic pump p2 is driven by the pressure oil flowing in from the output port of the hydraulic pump p2. The motor / generator 2 is driven to regenerate in the reverse direction.
[0026]
The control valve 3 is for changing the flow path of the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump p1 and the hydraulic pump p2. The control valve 3 is provided at the junction of the oil path 51 and the oil path 52. It is configured. Then, by operating both the engine 1 and the motor / generator 2 as a motor (electric motor) and opening the valves 31 and 32 together, the hydraulic oil pumped from the hydraulic pumps p1 and p2 merges, The output-added pressure oil is supplied to the hydraulic actuator 20 through the oil passage 53.
[0027]
Further, when the operation of the motor / generator 2 is prohibited and only the engine 1 is operated, both the valves 31 and 32 are opened, so that all or a part of the pressure oil pumped from the hydraulic pump p1 is hydraulic pump p2. The excess power is used for regenerative power generation while driving the hydraulic actuator 20. At this time, by closing the valve 32, all of the power of the pressure oil pumped from the hydraulic pump p1 can be used to drive the hydraulic actuator 20.
[0028]
Further, by closing the valve 31 and opening the valve 32 in a state where only the motor / generator 2 is operated as a motor, the hydraulic actuator 20 can be driven only by the hydraulic fluid pumped from the hydraulic pump p2. ing.
The switching valve 4 is for switching the supply source of the hydraulic oil supplied to the suction port of the hydraulic pump p <b> 1 through the oil passage 55, and includes a valve 41 and a valve 42. That is, as shown in FIG. 1, a hydraulic oil tank 7 is provided on the upstream side of the hydraulic pump p <b> 1, and the switching valve 4 is interposed between the hydraulic pump p <b> 1 and the hydraulic oil tank 7. The switching valve 4 is connected to an oil passage 54 branched from the discharge-side oil passage 52 of the hydraulic pump p2, and the hydraulic oil to the hydraulic pump p1 is switched by switching the open / closed state of the valve 41 and the valve 42. The supply source can be switched.
[0029]
Specifically, by opening the valve 41 and closing the valve 42, the hydraulic oil stored in the hydraulic oil tank 7 is supplied to the suction port of the hydraulic pump p <b> 1 through the oil passage 55. Further, when the motor / generator 2 is driven, the valve 41 is closed and the valve 42 is opened, so that the hydraulic oil pumped from the hydraulic pump p2 is sucked by the hydraulic pump p1 through the oil passages 54 and 55. It is designed to flow into the mouth.
[0030]
The valve 41 is opened and the valve 42 is closed except when the engine 1 is started, and the hydraulic oil tank 7 is selected as the supply source of the hydraulic oil.
In addition, a pressure sensor (not shown) is provided in the oil passage on the downstream side (hydraulic pump p2 side) of the valve 42, detects the pressure of hydraulic oil supplied from the hydraulic pump p2, and sends a pressure signal to the control device 10. Is output.
[0031]
The control device 10 controls the operation of the engine 1 and the motor / generator 2, and controls the opening and closing of the control valve 3 and the switching valve 4. The control device 10 functions as an operation control means and a prohibition means in the present invention. Yes. Then, by controlling the operation / stop of the engine 1 and the motor / generator 2 and the operation timing thereof, or the valve opening timing and opening / closing combinations of the valves 31, 32 and 41, 42, the hydraulic circuit (oil passage) The flow rate, pressure, direction, etc. of the hydraulic fluid flowing through the cylinder are controlled so that optimum power can be exhibited according to the load conditions of heavy load, medium load, and light load.
[0032]
The power unit is provided with a mode selection switch 11 in order to easily perform such a combination operation according to the load state without using a manual, and the operator can select a work mode according to the load state. It can be selected. Then, by selecting one of the heavy load mode (H), medium load mode (M), and light load mode (L) with this mode selection switch 11, heavy load work, medium load work, and light load work are selected. Optimal control for load work is performed.
[0033]
That is, as shown in FIG. 2, when the heavy load mode is selected, the engine 1 is operated, the motor / generator 2 is operated as a motor, and both the valves 31 and 32 are opened. The hydraulic oils pumped from the hydraulic pumps p 1 and p 2 are merged and supplied to the hydraulic actuator 20 via the oil passage 53. As a result, the power of the engine 1 and the motor / generator 2 are combined in the oil passage, and the hydraulic actuator 20 is driven by the power of the pressure oil added to the output.
[0034]
When the medium load mode is selected, only the engine 1 is operated, and the operation is performed near the best operating point. Further, both the valves 31 and 32 are opened, and the hydraulic oil pressure-fed from the hydraulic pump p 1 is supplied to the hydraulic actuator 20 via the oil passages 51 and 53, while a part of the pressure oil passes through the oil passage 52. The excess power is used for the regenerative drive of the motor / generator 2.
[0035]
Note that various sensors such as a specific gravity sensor, a voltage sensor, and a current sensor (all not shown) are attached to the battery 6, and these sensor signals are input to the control device 10. Then, the control device 10 detects the state of charge of the battery based on these sensor signals, and when the battery 6 is fully charged, the valve 32 is closed so that branching to the oil passage 52 is prohibited. It has become.
[0036]
Further, when the light load mode is selected, only the motor / generator 2 having a large low speed torque and little rotation unevenness is operated as a motor. Then, the valve 31 is closed and the valve 32 is opened, so that all the hydraulic oil pumped from the hydraulic pump p2 is supplied to the hydraulic actuator 20 via the oil passages 52 and 53.
When the engine 1 is started, the motor / generator 2 is operated as a motor, the valve 32 is closed, and all the hydraulic oil pumped from the hydraulic pump p2 is supplied to the switching valve 4 side through the oil passage 54. Inflow. At this time, the valve 42 is closed until the hydraulic oil in the downstream oil passage 54 becomes a predetermined pressure or higher, and is controlled to open when it is detected that the hydraulic pressure becomes the predetermined pressure or higher. It has become so. As a result, high-pressure hydraulic oil can flow into the suction port of the hydraulic pump p1 via the oil passages 54 and 55, pressure oil power can be used without waste, and the engine 1 can be started smoothly. It is.
[0037]
Since the construction machine power device as one embodiment of the present invention is configured as described above, the control device 10 performs control according to the flowcharts shown in FIGS. 3 and 4, for example.
First, when the operation mode is selected by the mode selection switch 11 in step S1 and the heavy load mode (H) is selected by the operator, the engine 1 is operated in steps S2 and S3 and the motor / generator 2 is used as a motor. Operate.
[0038]
Here, the operation of the engine 1 in step S2 is performed according to an engine operation routine as shown in FIG. 4, and the operation state of the engine 1 is determined in step S20. At this time, if the engine 1 is already operating, the operation is continued. If the engine 1 is not started, the motor / generator 2 operates as a motor in step S21, and the valve 32 is closed in step S22. The hydraulic oil pumped from the hydraulic pump p2 is all supplied to the switching valve 4 side through the oil passage 54.
[0039]
Then, it is determined whether or not the hydraulic pressure on the downstream side (hydraulic pump p2 side) of the valve 42 detected by the pressure sensor in step S23 has become equal to or higher than a predetermined pressure. In S24, the valve 42 is closed, and the supply of pressure oil from the hydraulic pump p2 to the hydraulic pump p1 is prohibited. On the other hand, when the hydraulic pressure is equal to or higher than the predetermined pressure, the valve 42 is opened and the valve 41 is closed in step S25, and the high-pressure hydraulic oil is supplied to the suction port of the hydraulic pump p1 through the oil passage 55. Pumped. As a result, the hydraulic pump p1 rotates forward and the engine 1 starts.
[0040]
After the engine 1 is operated in this manner, the motor / generator 2 is operated as a motor in step S3, and the valves 31 and 32 are both opened in step S4. As a result, the pressure oil pumped from the hydraulic pumps p 1 and p 2 merges, and the pressure oil whose output is added is supplied to the hydraulic actuator 20 via the oil passage 53.
When the medium load mode (M) is selected in step S1, the engine 1 is operated according to the engine operation routine as shown in FIG. 4 in step S5, and the engine 1 is operated at the best operating point. In step S6, both the valves 31 and 32 are opened, and the hydraulic oil pumped from the hydraulic pump p1 is supplied to the hydraulic actuator 20 through the oil passages 51 and 53 alone.
[0041]
At this time, when the load falls below a predetermined value, the pressure oil pumped from the hydraulic pump p1 branches to the output port of the hydraulic pump p2 through the oil passage 52, and the hydraulic pump is driven by the power of the branched pressure oil. p2 is driven and regenerative power generation is performed by the motor / generator 2. When it is detected that the battery 6 is fully charged, the valve 32 is closed and all the pressure oil is supplied to the hydraulic actuator 20.
[0042]
Further, when the light load mode (L) is selected in step S1, the operation of the engine 1 is stopped in step S7, and the motor / generator 2 is operated in step S8. In step S9, the valve 31 is closed and the valve 32 is opened, and all the hydraulic oil pumped from the hydraulic pump p2 is supplied to the hydraulic actuator 20 via the oil passages 52 and 53.
[0043]
Therefore, according to the construction machine power device of the present embodiment, the drive system of the hydraulic actuator 20 (corresponding to the power unit 30 in the prior art shown in FIG. 5) is connected via the oil passages 51 to 55. It is divided into small units (that is, a small unit constituted by the engine 1 and the hydraulic pump p1 and a small unit constituted by the motor / generator 2 and the hydraulic pump p2), and can be installed independently, so that they are grouped together. There is no need to secure a large installation space.
[0044]
In other words, since the engine 1 and the motor / generator 2 are mechanically separated and the respective powers are combined in the oil passage 53, each of the motive powers is similar to that of other devices arranged on the airframe. It is only necessary to secure a small installation space for each small unit, so that the degree of freedom in layout can be increased and the space on the fuselage can be used without waste.
[0045]
Further, during an intermediate load operation, the hydraulic pump p1 is driven near the best operating point of the engine 1 to supply pressure oil to the hydraulic actuator 20, and part of this pressure oil is supplied to the hydraulic pump p2 side via the oil passage 52. Since it flows in, excess power that has not been used in medium-load work is used for regenerative power generation by the motor / generator 2 and fuel consumption can be further improved.
[0046]
Further, since the switching valve 4 is provided so that the hydraulic oil pumped from the hydraulic pump p2 can flow into the suction port of the hydraulic pump p1 via the oil passages 54 and 55, when the engine 1 is started, the pressure exceeds a predetermined pressure. The engine 1 can be started by causing the hydraulic pump p1 to rotate forward with the high-pressure hydraulic oil pressurized to 1. For this reason, the motor / generator 2 can be used as a starter of the engine 1 and it is not necessary to provide a separate starter / motor, so that the manufacturing cost can be reduced.
[0047]
In addition, since the power unit has a hybrid structure in which the engine 1 and the motor / generator 2 are used in combination, it goes without saying that the power unit has general advantages found in a power unit having such a hybrid structure.
For example, it is not necessary to install an engine with a large output capacity that is expected to work at the maximum load, but it can be purchased at a low price as the engine 1 and can operate at the best operating point during medium-load work that occupies most of the usage rate. A capacitor having a capacity can be used. As a result, it is possible to improve the fuel consumption and prevent the generation of noise and reduce the manufacturing cost.
[0048]
Further, it is possible to use an electric device such as an air conditioner by using the power of the motor / generator 2 or the battery 6 even when waiting for work such as waiting for dumping.
In addition, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, It can implement in various deformation | transformation in the range which does not deviate from the meaning of this invention.
For example, a motor M having an electric motor function and a generator function may be provided on the same axis as the engine 1 separately from the motor / generator 2. Further, by combining the operation of the motor M and the operation of the engine 1 and the motor / generator 2 in the above-described embodiment, a more optimal power source can be configured according to the load state. For example, when working at the maximum load, the engine 1, the motor / generator 2 and the motor M are operated, so that the workability can be improved without causing deterioration of fuel consumption in the maximum load work with low operation frequency. It can be done.
[0049]
Further, by regeneratively driving the motor M with engine power and charging the battery, the battery can be charged even when the motor / generator 2 is operated, such as during a light load operation, and the remaining battery level rapidly decreases. Can be prevented. Of course, the motor M can function as a starter motor for starting the engine 1.
[0050]
Further, instead of the operator selecting a work mode according to the load state, the control device 10 is operated by various sensors (not shown), monitoring information input from the monitoring device, and failure input from the failure diagnosis device. The work mode may be automatically selected based on information or the like. That is, the control device 10 determines the load state from the operation information such as the engine speed and the pump discharge pressure, and automatically selects the work mode in consideration of the failure information and the like. Thereby, the monitoring burden on the operator can be reduced, and a situation where the operation is interrupted due to a determination error or an operation error can be avoided.
[0051]
【The invention's effect】
  As described above in detail, according to the present invention, two small units including a small unit constituted by the internal combustion engine and the first hydraulic pump and a small unit constituted by the motor and the second hydraulic pump are provided in the oil passage. Since each power of the internal combustion engine and the motor is combined on the hydraulic circuit, when installed on the body of the construction machine, for each small unit Each can be arranged independently. For this reason, it is only necessary to secure a small space for each small unit during installation, so that the degree of freedom in layout can be improved and the space on the fuselage can be used without waste.The
[0052]
  In addition, a part of the hydraulic oil pumped from the first hydraulic pump by the first supply means is supplied to the second hydraulic pump side so that the motor can be driven regeneratively, so that there is a surplus in driving the hydraulic actuator. The power of pressure oil can be utilized without waste, and fuel consumption can be improved.1).
  In this case, the hydraulic actuator is smoothly driven by the power of the internal combustion engine and the motor added together through the oil passage by operating both the internal combustion engine and the motor in heavy load work where high power is required. be able to. In addition, in medium-load work, the hydraulic actuator is driven only by the power of the internal combustion engine, and the motor is regeneratively driven by the power of excess pressure oil, so that power can be used without waste and fuel efficiency is improved. be able to. Further, in a light load operation that requires a relatively large low speed torque and requires a smooth operation, the workability can be improved by driving the hydraulic actuator only by the motor power.2).
[0053]
  Further, when starting the internal combustion engine, the second hydraulic pump is operated by motor power, and the hydraulic oil pumped from the second hydraulic pump is supplied to the suction port of the first hydraulic pump by the second supply means. The motor can be used as a starter for an internal combustion engine. Therefore, there is no need to provide a separate starter motor, etc., and the manufacturing cost can be reduced.3).
[0054]
  At this time, by prohibiting the supply of hydraulic oil to the first hydraulic pump until the hydraulic pressure exceeds a predetermined pressure, the power of the pressure oil can be used efficiently, and the internal combustion engine can be started smoothly. Possible (claims)4).
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an overall configuration of a power device for a construction machine according to an embodiment of the present invention, corresponding to FIG.
FIG. 2 is a diagram illustrating a method for controlling a power device for a construction machine according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a flowchart for explaining the operation of the power device for the construction machine according to the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a flowchart for explaining the operation of the power device for the construction machine according to the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic diagram showing an overall configuration of a conventional construction machine power unit.
[Explanation of symbols]
1 engine (internal combustion engine)
2 Motor generator (motor)
3 Control valve (first supply means)
4 Switching valve (second supply means)
10. Control device (operation control means and prohibition means)
20 Hydraulic actuator
p1 hydraulic pump (first hydraulic pump)
p2 hydraulic pump (second hydraulic pump)

Claims (4)

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、
上記第１油圧ポンプから圧送された作動油の流路を変更して上記第２油圧ポンプ側へ供給するための第１供給手段とをそなえ、
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るとともに、
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、建設機械の動力装置。An internal combustion engine;
A motor,
A first hydraulic pump integrally connected to the output shaft of the internal combustion engine and driven by the internal combustion engine to pump hydraulic oil to a hydraulic actuator;
A second hydraulic pump integrally connected to the output shaft of the motor and driven by the motor to pump hydraulic oil to the hydraulic actuator;
An operation control means for controlling the operation of the internal combustion engine or the motor ;
A first supply means for changing the flow path of the hydraulic oil pumped from the first hydraulic pump and supplying the hydraulic oil to the second hydraulic pump side ;
Rutotomoni and the first hydraulic pump and the second hydraulic pump is connected in parallel to said hydraulic actuator,
The power device for a construction machine, wherein the motor is driven by hydraulic fluid supplied from the first hydraulic pump to the second hydraulic pump side by the first supply means to generate regenerative power. . 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１記載の建設機械の動力装置。During heavy load, the operation control means operates both the internal combustion engine and the motor,
At the time of medium load, the operation control means operates only the internal combustion engine, and the first supply means supplies a part of the hydraulic oil pumped from the first hydraulic pump to the second hydraulic pump side,
At light loads, the operation control means is characterized in that actuating only the motor, the construction machine of the power unit according to claim 1. 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又は２記載の建設機械の動力装置。A second supply means for supplying hydraulic oil pumped from the second hydraulic pump to the suction port of the first hydraulic pump;
When starting the internal combustion engine, the operation control means operates the motor, and the second supply means supplies hydraulic oil supplied by the second hydraulic pump to the suction port of the first hydraulic pump. The construction machine power unit according to claim 1 or 2, wherein 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２供給手段による上記第１油圧ポンプの吸引口への作動油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３記載の建設機械の動力装置。A prohibiting means for prohibiting the supply of hydraulic oil to the suction port of the first hydraulic pump by the second supply means when the hydraulic oil pumped from the second hydraulic pump is smaller than a predetermined pressure; The construction machine power device according to claim 3, wherein
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