JP5227981B2

JP5227981B2 - Hybrid work machine

Info

Publication number: JP5227981B2
Application number: JP2010012304A
Authority: JP
Inventors: 肇吉田; 元石井
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2010-01-22
Filing date: 2010-01-22
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2030-01-22
Also published as: KR20110086495A; CN102134868A; JP2011149226A; CN102134868B; KR101770427B1

Description

本発明はハイブリット式作業機械に係わり、特に小型の油圧ショベル等のハイブリッド式作業機械に関する。 The present invention relates to a hybrid work machine, and more particularly to a hybrid work machine such as a small hydraulic excavator.

近年、油圧ショベル等の作業機械においては、燃費の向上、排ガス特性の改善及び騒音の低減等の観点から、エンジン（ディーゼルエンジン）と電動機を併用するハイブリッド式作業機械が開発され、一部実用化されている。このようなハイブリッド式作業機械の従来技術として例えば特許文献１及び特許文献２に記載のものがある。これらは、エンジンにより駆動される油圧ポンプの補助動力源として電動機を設け、バッテリからの電力により電動機を駆動する一方、エンジンにより電動機を駆動して発電し、この発電した電力をバッテリに蓄電するものである。 In recent years, for work machines such as hydraulic excavators, hybrid work machines that use both an engine (diesel engine) and an electric motor have been developed and partially put into practical use from the viewpoints of improving fuel efficiency, improving exhaust gas characteristics, and reducing noise. Has been. For example, Patent Document 1 and Patent Document 2 disclose conventional techniques for such a hybrid work machine. These are provided with an electric motor as an auxiliary power source of a hydraulic pump driven by the engine, and the electric motor is driven by electric power from the battery, while the electric motor is driven by the engine to generate electric power, and the generated electric power is stored in the battery It is.

また、特許文献２では、油圧ショベルの上部旋回体を下部走行体に対して旋回駆動する旋回モータに電動機を採用し、旋回動作の減速時に発生する慣性エネルギーを電気エネルギーに変換してバッテリに蓄電するエネルギー回生を行っている。 Further, in Patent Document 2, an electric motor is used for a swing motor that drives an upper swing body of a hydraulic excavator to swing relative to a lower traveling body, and inertia energy generated when the swing operation is decelerated is converted into electric energy and stored in a battery. Energy regeneration is performed.

一方、自動車などのいわゆるオンロード車にあっては、ディーゼルエンジンから排出されるＰＭ（パティキュレート・マター），ＮＯｘ，ＣＯ，ＨＣ等の排出量に対する排出ガス規制が実施されており、この排出ガス規制をクリアするため、例えば、特許文献３に記載のような連続再生型パティキュレートフィルター装置などの排出ガス後処理装置を搭載するなどの排出ガス浄化対策が取られている。 On the other hand, in so-called on-road vehicles such as automobiles, exhaust gas regulations are implemented for the amount of PM (particulate matter), NOx, CO, HC, etc. emitted from diesel engines. In order to clear the regulations, for example, exhaust gas purification measures such as mounting an exhaust gas aftertreatment device such as a continuous regeneration type particulate filter device described in Patent Document 3 are taken.

特開２００１−１７３０２４号公報JP 2001-173024 A 特開２００２−２７５９４５号公報JP 2002-275945 A 特開２００５−２８２５４５号公報JP 2005-282545 A

特許文献２に記載のような従来のハイブリット式建設機械は、建設機械の中では中型及び大型の建設機械を対象としているため、例えば旋回減速時に発生する慣性エネルギーも大きく、その慣性エネルギーを電気エネルギーに変換することにより、有効に利用することが可能である。しかしながらミニショベルのような小型の建設機械では、旋回動作が行われる頻度が非常に少ないばかりでなく、旋回減速時に発生する慣性エネルギーが非常に小さいために、中型及び大型の建設機械で行われているようなエネルギー回生を行うことができない。また、一般的にミニショベルのような小型の建設機械では、中型及び大型な建設機械でみられるハイブリット方式を採用することが、レイアイト面、コスト面、技術面で非常に困難である。 Since the conventional hybrid construction machine as described in Patent Document 2 is intended for medium and large construction machines among the construction machines, for example, inertia energy generated at the time of turning deceleration is large, and the inertia energy is converted into electric energy. By converting to, it is possible to use it effectively. However, in a small construction machine such as a mini excavator, not only is the turning operation performed very often, but also the inertia energy generated during the turning deceleration is very small. It is not possible to regenerate energy. In general, in a small construction machine such as a mini excavator, it is very difficult in terms of layout, cost, and technology to adopt a hybrid system that is found in medium and large construction machines.

また、油圧ショベル等の作業機械などのオフロード車においても、近年、オンロード車と同様に排出ガス規制が始まり、この排出ガス規制をクリアするため、特許文献３に記載されるような連続再生型パティキュレートフィルター装置などの排出ガス後処理装置を設置することが必要になってきている。しかし、建設機械に排出ガス後処理装置を設置することは非常にコスト高となり、売価高になる傾向がある。特に、特許文献１及び２に記載のようなハイブリッド式建設機械に排出ガス後処理装置を設置することは、排出ガス対策とハイブリッド化の両面からコスト高となり、機械全体の価格が非常に高価となる。ミニショベルのような小型の建設機械においては、売価高は極力避けなければならない。 In addition, in off-road vehicles such as hydraulic excavators and the like, in recent years, exhaust gas regulations have started in the same way as on-road cars, and in order to clear the exhaust gas regulations, continuous regeneration as described in Patent Document 3 is performed. It has become necessary to install exhaust gas after-treatment devices such as type particulate filter devices. However, installing an exhaust gas aftertreatment device in a construction machine is very expensive and tends to increase the selling price. In particular, installing an exhaust gas aftertreatment device in a hybrid construction machine as described in Patent Documents 1 and 2 is costly in terms of both exhaust gas countermeasures and hybridization, and the overall price of the machine is very expensive. Become. In a small construction machine such as a mini excavator, the selling price should be avoided as much as possible.

本発明の目的は、ミニショベルのような小型の建設機械において、簡易なハイブリッド方式を採用することで燃費の向上、排ガス特性の改善及び騒音の低減を図り、かつ排出ガス規制をクリアできる安価なハイブリッド式作業機械を提供することである。 An object of the present invention is to provide a low-cost construction machine that can improve fuel efficiency, improve exhaust gas characteristics and reduce noise by adopting a simple hybrid system in a small construction machine such as a mini excavator, and can satisfy exhaust gas regulations. It is to provide a hybrid work machine.

（１）上記目的を達成するために、本発明は、エンジンと、このエンジンによって駆動される油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出油によって駆動される走行用油圧モータを含む複数の油圧アクチュエータと、走行用操作装置と、走行速度切替スイッチと、前記エンジンに接続された発電・電動機と、蓄電装置とを有し、前記走行用油圧モータは、前記走行速度切換スイッチの指示に基づいて低速大容量モードと高速小容量モードとに切り換え可能であるハイブリッド式建投機械において、前記走行用油圧モータが高速小容量モードにありかつ前記走行操作装置が操作された運転状態である走行高速時に、前記蓄電装置からの電力により前記発電・電動機を駆動して電動機として作動させ、前記エンジンの出力トルク不足分を補うように制御する制御装置を設けたものとする。 (1) To achieve the above object, the present invention includes an engine, a hydraulic pump driven by the engine, and a plurality of hydraulic actuators including a traveling hydraulic motor driven by discharge oil from the hydraulic pump; A travel operation device, a travel speed changeover switch, a generator / motor connected to the engine, and a power storage device, wherein the travel hydraulic motor has a low speed and a large capacity based on an instruction of the travel speed changeover switch. In the hybrid construction machine that can be switched between a mode and a high-speed small-capacity mode, when the traveling hydraulic motor is in a high-speed small-capacity mode and the traveling operation device is operated, the power storage The generator / motor is driven by electric power from the device to operate as a motor, and the engine output torque shortage is compensated. Shall control device is provided for.

このように走行高速時に発電・電動機を駆動して電動機として作動させエンジンの出力トルク不足分を補うことにより、エンジンの定格出力馬力を掘削作業等の油圧ポンプの必要油圧馬力が少ない状態で設定でき、エンジンの定絡出力馬力を下げることでエンジンをダウンサイジングすることが可能になり、燃費の向上、排ガス特性の改善及び騒音の低減が可能となる。また、排ガス特性が改善されるため、排出ガス後処理装置の小型化或いは簡略化が可能となり、場合によっては排出ガス後処理装置をなくすことも可能であり、これによりエンジンのダウンサイジング化によるコスト低減と相まってエンジンの製作コストを低減することができ、機械全体の価格を安くすることができる。更に、アクチュエータ側には発電機等の電気機器を装着しないため、簡易なハイブリッド方式となり、ハイブリッド化によるコストアップの影響を最小に留めることが可能であるとともに、簡易なハイブリッド方式であるためミニショベルのような小型の建設機械であってもレイアウト面の困難性を回避することができる。 In this way, by driving the generator / motor and driving it as a motor at high speeds to compensate for the engine output torque deficiency, the rated output horsepower of the engine can be set in a state where the required hydraulic horsepower of the hydraulic pump for excavation work is low. It is possible to downsize the engine by lowering the constant power output horsepower of the engine, thereby improving fuel consumption, improving exhaust gas characteristics, and reducing noise. In addition, since the exhaust gas characteristics are improved, the exhaust gas aftertreatment device can be downsized or simplified, and in some cases, the exhaust gas aftertreatment device can be eliminated, thereby reducing the cost of downsizing the engine. Combined with the reduction, the production cost of the engine can be reduced, and the price of the entire machine can be reduced. Furthermore, since no electric device such as a generator is attached to the actuator side, the hybrid system is simple, and the impact of cost increase due to the hybrid can be minimized. Even with such a small construction machine, the difficulty of layout can be avoided.

（２）上記(１)において、好ましくは、前記制御装置は、前記蓄電装置の充電状態が不十分である場合は、前記油圧ポンプの吸収トルクを下げる減トルク制御を行って前記エンジンの余剰トルクを強制的に作り出す。 (2) In the above (1), preferably, when the state of charge of the power storage device is insufficient, the control device performs a reduction torque control for reducing the absorption torque of the hydraulic pump to perform surplus torque of the engine. To forcibly produce.

これにより蓄電装置の急速充電が可能となる。 As a result, the power storage device can be rapidly charged.

（３）上記(２)において、好ましくは、前記制御装置は、前記走行速度切替スイッチが走行高速を指示しかつ前記走行操作装置が操作されたときに前記蓄電装置の充電状態が不十分である場合は、前記走行速度切替スイッチの走行高速の指示を無効にして、前記走行用油圧モータを低速大容量モードに制御する。 (3) In the above (2), preferably, the control device has an insufficient charge state of the power storage device when the travel speed changeover switch indicates a travel high speed and the travel operation device is operated. In this case, the traveling high speed instruction of the traveling speed changeover switch is invalidated and the traveling hydraulic motor is controlled to the low speed large capacity mode.

これにより蓄電装置の急速充電を確実に行うことができる。 Thereby, rapid charging of the power storage device can be reliably performed.

（４）また、上記(１)において、好ましくは、前記制御装置は、前記走行高速時以外の運転状態では、前記油圧ポンプを前記エンジン出力トルクのみで駆動するとともに、前記エンジンに余剰トルクがあるときは、その余剰トルクによって前記発電・電動機を駆動して発電機として作動させ、その発電電力を前記蓄電装置に蓄電させる。 (4) Also, in the above (1), preferably, the control device drives the hydraulic pump only with the engine output torque in an operating state other than the high traveling speed, and the engine has a surplus torque. In some cases, the generator / motor is driven by the surplus torque to operate as a generator, and the generated power is stored in the power storage device.

これにより走行高速時以外の運転状態で、エンジンに余剰トルクがある場合は、減トルク制御をすることなく、蓄電装置の充電を行うことができる。 As a result, when there is surplus torque in the engine in an operating state other than during high-speed driving, the power storage device can be charged without performing torque reduction control.

（５）また、上記(１)〜(４)において、好ましくは、前記エンジンの出力馬力を、前記走行高速時に、前記油圧ポンプに必要とされる油圧馬力を賄うことができない大きさの設定とする。 (5) In the above (1) to (4), it is preferable that the output horsepower of the engine is set so as not to cover the hydraulic horsepower required for the hydraulic pump at the high traveling speed. To do.

これによりエンジンがダウンサイジング化され、燃費の向上、排ガス特性の改善及び騒音の低減を図り、かつ排出ガス規制をクリアできる安価なハイブリッド式作業機械を提供することができる。 As a result, the engine is downsized, and it is possible to provide an inexpensive hybrid work machine that can improve fuel efficiency, improve exhaust gas characteristics, reduce noise, and satisfy exhaust gas regulations.

（６）更に、上記(１)〜(４)において、好ましくは、前記エンジンの出力馬力を、前記走行高速時以外の運転状態では、前記油圧ポンプに必要とされる油圧馬力を賄うことができ、前記走行高速時には、前記油圧ポンプに必要とされる油圧馬力を賄うことができない大きさの設定とする。 (6) Further, in the above (1) to (4), preferably, the output horsepower of the engine can cover the hydraulic horsepower required for the hydraulic pump in an operating state other than the high speed traveling. In the traveling high speed, the size is set so that the hydraulic horsepower required for the hydraulic pump cannot be provided.

（７）また、上記(１)〜(４)において、より好ましくは、前記エンジンの出力馬力を、排ガス規制対象のエンジン出力馬力より小さい設定とする。 (7) In the above (1) to (4), more preferably, the output horsepower of the engine is set to be smaller than the engine output horsepower subject to exhaust gas regulation.

これにより高価で複雑な排出ガス後処理装置を搭載する必要がなくなり、機械全体の価格を大きく下げることができる。 This eliminates the need for an expensive and complicated exhaust aftertreatment device, and can greatly reduce the price of the entire machine.

（８）また、本発明は、エンジンと、このエンジンによって駆動される油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出油によって駆動される走行用油圧モータを含む複数の油圧アクチュエータと、走行用操作装置と、走行速度切替スイッチと、前記エンジンに接続された発電・電動機と、蓄電装置とを有し、前記走行用油圧モータは、前記走行速度切換スイッチの指示に基づいて低速大容量モードと高速小容量モードとに切り換え可能であるハイブリッド式建投機械において、前記蓄電装置の充電状態が不十分である場合は、前記油圧ポンプの吸収トルクを下げる減トルク制御を行って前記エンジンの余剰トルクを強制的に作り出す制御装置を設け、前記制御装置は、前記走行速度切替スイッチが走行高速を指示しかつ前記走行操作装置が操作されたときに前記蓄電装置の充電状態が不十分である場合は、前記走行速度切替スイッチの走行高速の指示を無効にして、前記走行用油圧モータを低速大容量モードに制御するものとする。 (8) Further, the present invention provides an engine, a hydraulic pump driven by the engine, a plurality of hydraulic actuators including a traveling hydraulic motor driven by discharge oil from the hydraulic pump, a traveling operation device, A traveling speed changeover switch; a generator / motor connected to the engine; and a power storage device; the traveling hydraulic motor is configured to operate in a low speed large capacity mode and a high speed small capacity mode based on an instruction of the travel speed changeover switch. In the hybrid construction machine that can be switched to the above, if the state of charge of the power storage device is insufficient, a torque reduction control that reduces the absorption torque of the hydraulic pump is performed to force the surplus torque of the engine. A control device for producing the control device, wherein the travel speed changeover switch indicates a travel high speed and the travel operation device is operated. If the state of charge of the electric storage device is insufficient when, disable the running speed instruction of the traveling speed change-over switch, and controls the traveling hydraulic motor to the low-speed large-capacity mode.

これによりエンジンをダウンサイジングした場合でも、エンジンに過負荷を与えることなく或いは場合によっては過負荷によってエンジンをストールさせることなく、蓄電装置の急速充電を確実に行うことができる。 Thus, even when the engine is downsized, the power storage device can be reliably charged quickly without overloading the engine or possibly causing the engine to stall due to overload.

本発明によれば、走行高速時に発電・電動機を駆動して電動機として作動させエンジンの出力トルク不足分を補うため、エンジンの定格出力馬力を掘削作業等の油圧ポンプの必要油圧馬力が少ない状態で設定でき、エンジンの定絡出力馬力を下げることでエンジンをダウンサイジングすることが可能になり、燃費の向上、排ガス特性の改善及び騒音の低減が可能となる。また、排ガス特性が改善されるため、排出ガス後処理装置の小型化或いは簡略化が可能となり、場合によっては排出ガス後処理装置をなくすことも可能であり、これによりエンジンのダウンサイジング化によるコスト低減と相まってエンジンの製作コストを低減することができ、機械全体の価格を安くすることができる。更に、アクチュエータ側には発電機等の電気機器を装着しないため、簡易なハイブリッド方式となり、ハイブリッド化によるコストアップの影響を最小に留めることが可能であるとともに、簡易なハイブリッド方式であるためミニショベルのような小型の建設機械であってもレイアウト面の困難性を回避することができる。 According to the present invention, the generator / motor is driven and operated as a motor at high traveling speed to compensate for the engine output torque deficiency, so that the rated output horsepower of the engine is in a state where the required hydraulic horsepower of the hydraulic pump for excavation work is low. It is possible to set, and it is possible to downsize the engine by lowering the constant power output horsepower of the engine, and it becomes possible to improve fuel consumption, improve exhaust gas characteristics, and reduce noise. In addition, since the exhaust gas characteristics are improved, the exhaust gas aftertreatment device can be downsized or simplified, and in some cases, the exhaust gas aftertreatment device can be eliminated, thereby reducing the cost of downsizing the engine. Combined with the reduction, the production cost of the engine can be reduced, and the price of the entire machine can be reduced. Furthermore, since no electric device such as a generator is attached to the actuator side, the hybrid system is simple, and the impact of cost increase due to the hybrid can be minimized. Even with such a small construction machine, the difficulty of layout can be avoided.

また、油圧ポンプの減トルク制御を行うことにより蓄電装置の急速充電が可能となり、しかもその蓄電装置の急速充電を確実に行うことができる。 Further, by performing torque reduction control of the hydraulic pump, it is possible to quickly charge the power storage device, and it is possible to reliably perform the quick charge of the power storage device.

更に、走行高速時以外の運転状態で、エンジンに余剰トルクがある場合は、減トルク制御をすることなく、蓄電装置の充電を行うことができる。 Furthermore, when there is surplus torque in the engine in an operating state other than during high-speed driving, the power storage device can be charged without performing torque reduction control.

本発明の一実施例に係わるハイブリッド式建投機械の駆動システムを示す図である。It is a figure which shows the drive system of the hybrid type construction investment machine concerning one Example of this invention. ポンプレギュレータの構成の詳細を示す図である。It is a figure which shows the detail of a structure of a pump regulator. ポンプレギュレータのトルク制御部の機能を示すポンプトルク特性図である。It is a pump torque characteristic figure which shows the function of the torque control part of a pump regulator. 油圧系のコントロールバルブと複数の油圧アクチュエータのうち、左右の走行用油圧モータに係わる油圧回路部分を示す図である。It is a figure which shows the hydraulic circuit part regarding the right and left traveling hydraulic motor among the hydraulic control valve and a plurality of hydraulic actuators. 本実施の形態に係わる油圧ショベルの外観を示す図である。It is a figure which shows the external appearance of the hydraulic shovel concerning this Embodiment. 図６（Ａ）は従来の一般的なミニショベルのエンジン出力馬力の制限値と油圧ポンプのＰＱ特性（馬力特性）と出力使用範囲との関係を示す図であり、図６（Ｂ）は同ミニショベルのエンジン出力馬力特性と出力使用範囲との関係を示す図である。FIG. 6A is a diagram showing the relationship between the engine output horsepower limit value of a conventional general mini-excavator, the PQ characteristic (horsepower characteristic) of the hydraulic pump, and the output usage range, and FIG. It is a figure which shows the relationship between the engine output horsepower characteristic of a mini excavator, and an output use range. 図７（Ａ）は本実施の形態のミニショベルのエンジン出力馬力と油圧ポンプのＰＱ特性（馬力特性）と出力使用範囲との関係を示す図であり、図７（Ｂ）は同ミニショベルのエンジン出力馬力特性と出力使用範囲との関係を示す図である。FIG. 7A is a diagram showing the relationship between the engine output horsepower of the mini excavator of the present embodiment, the PQ characteristic (horsepower characteristic) of the hydraulic pump, and the output use range, and FIG. It is a figure which shows the relationship between an engine output horsepower characteristic and an output use range. 本実施の形態のミニショベルにおける減トルク制御時のエンジン出力馬力と油圧ポンプのＰＱ特性との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the engine output horsepower at the time of torque reduction control in the mini excavator of this Embodiment, and the PQ characteristic of a hydraulic pump. 電動機による出力アシスト制御の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of the output assist control by an electric motor. バッテリの充電制御の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of charge control of a battery.

図１は、本発明の一実施例に係わるハイブリッド式建投機械の駆動システムを示す図である。建設機械は小型の油圧ショベルである。 FIG. 1 is a diagram showing a drive system for a hybrid construction machine according to an embodiment of the present invention. The construction machine is a small excavator.

図1において、１はエンジン系であり、２は油圧系であり、３は発電電動系であり、４は制御系である。 In FIG. 1, 1 is an engine system, 2 is a hydraulic system, 3 is a generator-motor system, and 4 is a control system.

エンジン系１は、ディーゼルエンジン１１と、エンジンコントロールダイヤル１２と、エンジンコントローラ１３と、電子ガバナ１４とを備えている。ディーゼルエンジン１１は、後述する如く、従来のものよりもダウンサイジングした（エンジン出力の小さい）エンジンである。 The engine system 1 includes a diesel engine 11, an engine control dial 12, an engine controller 13, and an electronic governor 14. As will be described later, the diesel engine 11 is an engine downsized (smaller engine output) than the conventional one.

エンジンコントロールダイヤル１２はオペレータの操作によりエンジンの目標回転数を指示するものであり、エンジンコントローラ１３はエンジンコントロールダイヤル１２からの目標回転数信号を入力し、所定の演算処理を行って目標燃料噴射量を求め、電子ガバナ１４を制御することによりエンジンの各気筒に噴射される燃料噴射量を制御し、エンジン出力トルクと回転数を制御する。また、エンジンコントローラ１３はエンジン負荷率を演算し、エンジン負荷率情報を生成する。エンジン負荷率は、例えば、最大燃料噴射量に対する目標燃料噴射量の割合を演算することにより求められる。 The engine control dial 12 is for instructing the target engine speed by an operator's operation. The engine controller 13 inputs a target engine speed signal from the engine control dial 12, performs a predetermined calculation process, and performs a target fuel injection amount. By controlling the electronic governor 14, the fuel injection amount injected into each cylinder of the engine is controlled, and the engine output torque and the rotational speed are controlled. Further, the engine controller 13 calculates the engine load factor and generates engine load factor information. The engine load factor is obtained, for example, by calculating the ratio of the target fuel injection amount to the maximum fuel injection amount.

エンジン１の出力軸は大径ギヤ６ａと小径ギヤ６ｂからなる動力分配機６を介して油圧系２と発電電動系３に接続されている。 An output shaft of the engine 1 is connected to the hydraulic system 2 and the generator motor system 3 via a power distributor 6 composed of a large diameter gear 6a and a small diameter gear 6b.

油圧系２は、油圧ポンプ２１及びパイロットポンプ２２と、コントロールバルブ２３と、複数の油圧アクチュエータ２４ａ〜２４ｈと、複数の操作装置２５，２６とを備えている。 The hydraulic system 2 includes a hydraulic pump 21 and a pilot pump 22, a control valve 23, a plurality of hydraulic actuators 24a to 24h, and a plurality of operating devices 25 and 26.

油圧ポンプ２１はエンジン１１の出力軸に動力分配機６を介して接続され、エンジン１１により駆動される。油圧ポンプ２１から吐出された圧油はコントロールバルブ２３を介して複数の油圧アクチュエータ２４ａ〜２４ｈに供給され、それぞれの被駆動体を駆動する。油圧ポンプ２１は可変容量型であり、押しのけ容積可変機構（例えば斜板）２１ａと、押しのけ容積可変機構２１ａの傾転位置を調整し、油圧ポンプの容量を制御するポンプレギュレータ２７を備えている。 The hydraulic pump 21 is connected to the output shaft of the engine 11 via the power distributor 6 and is driven by the engine 11. The pressure oil discharged from the hydraulic pump 21 is supplied to the plurality of hydraulic actuators 24a to 24h via the control valve 23, and drives each driven body. The hydraulic pump 21 is a variable displacement type, and includes a displacement displacement variable mechanism (for example, a swash plate) 21a and a pump regulator 27 that adjusts the tilt position of the displacement displacement variable mechanism 21a and controls the displacement of the hydraulic pump.

複数の油圧アクチュエータ２４ａ〜２４ｈは、左右の走行用油圧モータと、それ以外の油圧アクチュエータを含み、それ以外の油圧アクチュエータは、例えば、ブーム用油圧シリンダ、アーム用油圧シリンダ、バケット用油圧シリンダ、スイング用油圧シリンダ、ブレード用油圧シリンダを含む。 The plurality of hydraulic actuators 24a to 24h include left and right traveling hydraulic motors and other hydraulic actuators. Other hydraulic actuators include, for example, a boom hydraulic cylinder, an arm hydraulic cylinder, a bucket hydraulic cylinder, and a swing. Includes hydraulic cylinders for blades and hydraulic cylinders for blades.

コントロールバルブ２３は複数の油圧アクチュエータ２４ａ〜２４ｈに対応する複数のメインスプールを内蔵し、これらメインスプールは操作装置２５，２６から出力される油圧信号により切換操作される。操作装置２５は左右の走行用の操作装置を代表したものであり、操作装置２６は走行以外の操作装置を代表したものである。 The control valve 23 incorporates a plurality of main spools corresponding to the plurality of hydraulic actuators 24a to 24h, and these main spools are switched by hydraulic signals output from the operation devices 25 and 26. The operating device 25 is representative of left and right traveling operating devices, and the operating device 26 is representative of operating devices other than traveling.

発電電動系３は、発電・電動機３１と、インバータ３２と、バッテリ（蓄電装置）３３と、バッテリコントローラ３４と、操作パネル３５とを備えている。 The generator motor 3 includes a generator / motor 31, an inverter 32, a battery (power storage device) 33, a battery controller 34, and an operation panel 35.

発電・電動機３１はエンジン１１の出力軸に動力分配機６を介して接続され、エンジン１１に余剰トルクがあるときは、その余剰トルクによって駆動されて発電機として作動する。発電・電動機３１が発生した電気エネルギはインバータ３２を介してバッテリ３３に蓄電される。また、発電・電動機３１は、バッテリ３３の蓄電量が規定値以上でありかつ油圧ポンプ２１をアシスト駆動する必要があるときは、インバータ３２を介してバッテリ３３の電気エネルギが供給され、電動機として作動する。バッテリコントローラ３４はバッテリ３３の蓄電量を監視し、操作パネル３５はその蓄電量に係わる情報（蓄電情報）を表示する。 The generator / motor 31 is connected to the output shaft of the engine 11 via the power distributor 6, and when the engine 11 has surplus torque, it is driven by the surplus torque and operates as a generator. Electric energy generated by the generator / motor 31 is stored in the battery 33 via the inverter 32. The generator / motor 31 operates as a motor by being supplied with electric energy from the battery 33 via the inverter 32 when the amount of power stored in the battery 33 is equal to or greater than a specified value and the hydraulic pump 21 needs to be assisted. To do. The battery controller 34 monitors the amount of electricity stored in the battery 33, and the operation panel 35 displays information related to the amount of electricity stored (electricity storage information).

制御系４は、走行速度切換スイッチ４１と、走行の操作パイロット圧センサ４２と、走行以外の操作パイロット圧センサ４３と、トルク制御電磁弁４４と、走行速度切替電磁弁４５と、車体コントローラ４６とを備え、車体コントローラ４６は、走行速度切換スイッチ４１、操作パイロット圧センサ４２，４３、トルク制御電磁弁４４、走行速度切替電磁弁４５と電気的に接続されている。また、車体コントローラ４６はインバータ３２、バッテリコントローラ３４及びエンジンコントローラ１３とも電気的に接続されている。車体コントローラ４６は、走行速度切換スイッチ４１の指示信号、操作パイロット圧センサ４２，４３の検出信号、バッテリコントローラ３４の蓄電情報及びエンジンコントローラ１３のエンジン負荷率情報を入力し、所定の演算処理を行い、インバータ３２、トルク制御電磁弁４４及び走行速度切替電磁弁４５に制御信号を出力する。 The control system 4 includes a travel speed changeover switch 41, a travel operation pilot pressure sensor 42, an operation pilot pressure sensor 43 other than travel, a torque control solenoid valve 44, a travel speed switching solenoid valve 45, and a vehicle body controller 46. The vehicle body controller 46 is electrically connected to the travel speed switching switch 41, the operation pilot pressure sensors 42 and 43, the torque control electromagnetic valve 44, and the travel speed switching electromagnetic valve 45. The vehicle body controller 46 is also electrically connected to the inverter 32, the battery controller 34, and the engine controller 13. The vehicle body controller 46 inputs the instruction signal of the travel speed changeover switch 41, the detection signals of the operation pilot pressure sensors 42 and 43, the storage information of the battery controller 34, and the engine load factor information of the engine controller 13, and performs predetermined calculation processing. The control signal is output to the inverter 32, the torque control solenoid valve 44, and the travel speed switching solenoid valve 45.

図２はポンプレギュレータ２７の構成の詳細を示す図である。 FIG. 2 is a diagram showing details of the configuration of the pump regulator 27.

ポンプレギュレータ２７は、複数の操作装置２５，２６の操作量に基づく要求流量に応じた流量を吐出するよう油圧ポンプ２１の押しのけ容積可変機構２１ａの傾転位置を制御する(したがって油圧ポンプの容量を制御する）ＬＳ制御部等の要求流量応答制御部と、油圧ポンプ２１の最大吸収トルクを予め定められた値を超えないように油圧ポンプ２１の押しのけ容積可変機構２１ａの最大傾転位置を制御する(したがって油圧ポンプの最大容量を制御する）トルク制御部とを有している。図２は、図示の簡略化のため、トルク制御部のみ図示している。また、動力分配機６は図示を省略している。 The pump regulator 27 controls the tilt position of the displacement displacement variable mechanism 21a of the hydraulic pump 21 so as to discharge a flow rate corresponding to the required flow rate based on the operation amounts of the plurality of operation devices 25 and 26 (therefore, the capacity of the hydraulic pump is reduced). The maximum flow position of the displacement variable mechanism 21a of the hydraulic pump 21 is controlled so that the required flow rate response control unit such as the LS control unit and the maximum absorption torque of the hydraulic pump 21 do not exceed a predetermined value. And thus a torque controller (which controls the maximum capacity of the hydraulic pump). FIG. 2 shows only the torque control unit for simplification of illustration. The power distributor 6 is not shown.

図２において、ポンプレギュレータ２７は、油圧ポンプ２１の押しのけ容積可変機構２１ａに作動的に連結された制御スプール２７ａと、この制御スプール２７ａに対して油圧ポンプ２１の容量増加方向に作用する第１及び第２の２つのバネ２７ｂ，２７ｃと、スプール２７ａに対して油圧ポンプ２１の容量減少方向に作用する第１及び第２の２つの受圧部２７ｄ，２７ｅとを有している。第１受圧部２７ｄには油圧ポンプ２１の吐出圧力がパイロットライン２７ｆを介して導入され、第２受圧部２７ｅにはトルク制御電磁弁４４からの制御圧力が制御油路２７ｇを介して導入される。第１及び第２バネ２７ｂ，２７ｃは油圧ポンプ２１の最大吸収トルクを設定するものであり、第２受圧部２７ｅはその最大吸収トルクを調整する（減トルク制御する）ものである。第１バネ２７ｂは第２バネ２７ｃよりも長く、制御スプール２７ａが図示の初期位置にあるときは第１バネ２７ｂのみが制御スプール２７ａに接触して、制御スプール２７ａを図示右方向に付勢する。制御スプール２７ａが図示左方向にある程度移動すると第２バネ２７ｃも制御スプール２７ａに接触して、第１及び第２バネ２７ｂ，２７ｃの両方が制御スプール２７ａを図示右方向に付勢する。 In FIG. 2, the pump regulator 27 includes a control spool 27 a operatively connected to a displacement displacement variable mechanism 21 a of the hydraulic pump 21, and a first and a second acting on the control spool 27 a in the capacity increasing direction of the hydraulic pump 21. The second two springs 27b and 27c and the first and second pressure receiving portions 27d and 27e acting on the spool 27a in the direction of decreasing the capacity of the hydraulic pump 21 are provided. The discharge pressure of the hydraulic pump 21 is introduced to the first pressure receiving portion 27d via the pilot line 27f, and the control pressure from the torque control electromagnetic valve 44 is introduced to the second pressure receiving portion 27e via the control oil passage 27g. . The first and second springs 27b and 27c set the maximum absorption torque of the hydraulic pump 21, and the second pressure receiving portion 27e adjusts the maximum absorption torque (controls torque reduction). The first spring 27b is longer than the second spring 27c. When the control spool 27a is in the initial position shown in the figure, only the first spring 27b contacts the control spool 27a and urges the control spool 27a rightward in the figure. . When the control spool 27a moves to some extent in the left direction in the figure, the second spring 27c also contacts the control spool 27a, and both the first and second springs 27b and 27c urge the control spool 27a in the right direction in the figure.

トルク制御電磁弁４４は、車体コントローラ４６から制御信号が出力されていないときは図示のＯＦＦ位置にあり、ポンプレギュレータ２７の第２受圧部２７ｅをタンクに連通させる。車体コントローラ４６から制御信号が出力されると、トルク制御電磁弁４４はＯＮ位置に切り換えられ、第２受圧部２７ｅに制御圧力としてパイロットポンプ２２の吐出圧力が導かれる。パイロットポンプ２２の吐出圧力はパイロットリリーフ弁２８により一定の値（例えば４Ｍｐａ）に保たれている。 The torque control solenoid valve 44 is in the illustrated OFF position when no control signal is output from the vehicle body controller 46, and allows the second pressure receiving portion 27e of the pump regulator 27 to communicate with the tank. When a control signal is output from the vehicle body controller 46, the torque control solenoid valve 44 is switched to the ON position, and the discharge pressure of the pilot pump 22 is guided to the second pressure receiving portion 27e as the control pressure. The discharge pressure of the pilot pump 22 is maintained at a constant value (for example, 4 Mpa) by the pilot relief valve 28.

図３はポンプレギュレータ２７のトルク制御部の機能を示すポンプトルク特性図であり、横軸は油圧ポンプ２１の吐出圧力を示し、縦軸は油圧ポンプ２１の容量を示している。 FIG. 3 is a pump torque characteristic diagram showing the function of the torque control unit of the pump regulator 27, where the horizontal axis indicates the discharge pressure of the hydraulic pump 21 and the vertical axis indicates the capacity of the hydraulic pump 21.

また、図３において、符号ＴＰ１及びＴＰ２で示される２つの直線（実線）からなる折れ曲がり線は第１及び第２の２つのバネ２７ｂ，２７ｃにより設定される最大吸収トルク特性であり、符号ＴＰ３及びＴＰ４で示される２つの直線（一点鎖線）からなる折れ曲がり線はトルク制御電磁弁４４からの制御圧力によって減トルク制御された最大吸収トルク特性である。符号ＴＥＬで示される曲線はエンジン１１の最大出力トルクＴＥmaxを基準として、それよりも所定の余裕分だけ小さくなるように設定されたエンジン１１の制限トルクである。 In FIG. 3, a bent line composed of two straight lines (solid lines) indicated by reference numerals TP1 and TP2 is a maximum absorption torque characteristic set by the first and second two springs 27b and 27c, and reference numerals TP3 and TP3 A bent line formed by two straight lines (one-dot chain line) indicated by TP4 is a maximum absorption torque characteristic in which torque reduction is controlled by a control pressure from the torque control electromagnetic valve 44. The curve indicated by the symbol TEL is the limit torque of the engine 11 set so as to be smaller than the maximum output torque TEmax of the engine 11 by a predetermined margin.

ポンプレギュレータ２７のトルク制御部は、油圧ポンプ２１の吐出圧力に応じて油圧ポンプ２１の押しのけ容積改変機構２１の最大傾転位置(したがって油圧ポンプ２１の最大容量）を制限することで油圧ポンプ２１の最大吸収トルクを制限するものである。トルク制御電磁弁４４が図２に示すＯＦＦ位置にあるとき、ポンプレギュレータ２７の第２受圧部２７ｅはタンクに連通し、最大吸収トルク特性は第１及び第２の２つのバネ２７ｂ，２７ｃによって実線の直線ＴＰ１，ＴＰ２からなる折れ曲げ線のように設定される。この場合、油圧ポンプ２１の吐出圧力の上昇時に吐出圧力が第１の値Ｐ１を超える前は、油圧ポンプ２１の吐出圧力が導かれる第１受圧部２７ｄの油圧力は第１バネ２７ｂの付勢力より小さく、油圧ポンプ２１の最大容量はｑｍａｘに維持される。すなわち、油圧ポンプ２１の容量は要求流量応答制御部の制御によりｑｍａｘまで上昇することができる。油圧ポンプ２１の吐出圧力が更に上昇して第１の値Ｐ１を超えると、油圧ポンプ２１の吐出圧力が導かれる第１受圧部２７ｄの油圧力は第１バネ２７ｂの付勢力より大きくなり、制御スプール２７ａは図示左方向に移動して、油圧ポンプ２１の最大容量は折れ曲げ線の直線ＴＰ１に沿って減少する。これにより要求流量応答制御部により制御される油圧ポンプ２１の容量は直線ＴＰ１が規定する最大容量以下に制限され、油圧ポンプ２１の吸収トルク（ポンプ吐出圧力と容量の積）はエンジン１１の制限トルクＴＥＬを超えないように制御される。 The torque control unit of the pump regulator 27 limits the maximum tilt position of the displacement volume changing mechanism 21 of the hydraulic pump 21 according to the discharge pressure of the hydraulic pump 21 (therefore, the maximum capacity of the hydraulic pump 21). It limits the maximum absorption torque. When the torque control solenoid valve 44 is in the OFF position shown in FIG. 2, the second pressure receiving portion 27e of the pump regulator 27 communicates with the tank, and the maximum absorption torque characteristic is indicated by a solid line by the first and second springs 27b and 27c. It is set like a bent line composed of the straight lines TP1 and TP2. In this case, before the discharge pressure exceeds the first value P1 when the discharge pressure of the hydraulic pump 21 increases, the oil pressure of the first pressure receiving portion 27d to which the discharge pressure of the hydraulic pump 21 is guided is the urging force of the first spring 27b. The maximum capacity of the hydraulic pump 21 is maintained at qmax. That is, the capacity of the hydraulic pump 21 can be increased to qmax under the control of the required flow rate response control unit. When the discharge pressure of the hydraulic pump 21 further increases and exceeds the first value P1, the oil pressure of the first pressure receiving portion 27d to which the discharge pressure of the hydraulic pump 21 is guided becomes larger than the urging force of the first spring 27b, and the control The spool 27a moves to the left in the figure, and the maximum capacity of the hydraulic pump 21 decreases along the straight line TP1 of the fold line. As a result, the capacity of the hydraulic pump 21 controlled by the required flow rate response control unit is limited to the maximum capacity defined by the straight line TP1, and the absorption torque (product of pump discharge pressure and capacity) of the hydraulic pump 21 is the torque limit of the engine 11. It is controlled not to exceed TEL.

油圧ポンプ２１の吐出圧力が更に上昇して第２の値Ｐ２を超えると、制御スプール２７ａは第２バネ２７ｃにも接触して、油圧ポンプ２１の吐出圧力の上昇量に対する制御スプール２７ａの移動量の割合（油圧ポンプ２１の容量の減少割合）は減少し、油圧ポンプ２１の最大容量は直線ＴＰ１よりも傾きの小さい直線ＴＰ２に沿って減少する。この場合も、油圧ポンプ２１の吸収トルクはエンジン１１の制限トルクＴＥＬを超えないように制御される。油圧ポンプ２１の吐出圧力がメインリリーフ弁２９の設定圧力に達すると、それ以上油圧ポンプ２１の吐出圧力の上昇は阻止される。 When the discharge pressure of the hydraulic pump 21 further increases and exceeds the second value P2, the control spool 27a also contacts the second spring 27c, and the movement amount of the control spool 27a with respect to the increase amount of the discharge pressure of the hydraulic pump 21 (The reduction rate of the capacity of the hydraulic pump 21) decreases, and the maximum capacity of the hydraulic pump 21 decreases along the straight line TP2 having a smaller slope than the straight line TP1. Also in this case, the absorption torque of the hydraulic pump 21 is controlled so as not to exceed the limit torque TEL of the engine 11. When the discharge pressure of the hydraulic pump 21 reaches the set pressure of the main relief valve 29, further increase in the discharge pressure of the hydraulic pump 21 is prevented.

トルク制御電磁弁４４がＯＮ位置に切り換わると、第２受圧部２７ｅに制御圧力が導かれ、制御スプール２７ａには第２受圧部２７ｅの油圧力が第１及び第２バネ２７ｂ，２７ｃの付勢力に対向して作用する。これにより第１及び第２バネ２７ｂ，２７ｃによる最大吸収トルクの設定は、第２受圧部２７ｅの油圧力の分だけ減少するよう調整され、最大吸収トルク特性は、実線の直線ＴＰ１，ＴＰ２からなる折れ曲げ線から一点鎖線の直線ＴＰ３，ＴＰ４からなる折れ曲げ線へとシフトする。その結果、油圧ポンプ２１の吐出圧力の上昇時、油圧ポンプ２１の最大容量は折れ曲げ線の一点鎖線の直線ＴＰ３，ＴＰ４に沿って減少する。このときの油圧ポンプ２１の最大吸収トルク（ポンプ吐出圧力と最大容量の積）は直線ＴＰ１，ＴＰ２の最大吸収トルクに比べて小さくなり、エンジン１１の余剰トルクが強制的に作り出される。本願明細書では、この制御を減トルク制御という。 When the torque control solenoid valve 44 is switched to the ON position, the control pressure is guided to the second pressure receiving portion 27e, and the oil pressure of the second pressure receiving portion 27e is applied to the control spool 27a by the first and second springs 27b and 27c. Acts against power. As a result, the setting of the maximum absorption torque by the first and second springs 27b and 27c is adjusted so as to decrease by the amount of the oil pressure of the second pressure receiving portion 27e, and the maximum absorption torque characteristic is composed of solid lines TP1 and TP2. The fold line is shifted to a fold line composed of alternate long and short dash lines TP3 and TP4. As a result, when the discharge pressure of the hydraulic pump 21 increases, the maximum capacity of the hydraulic pump 21 decreases along the dashed lines TP3 and TP4. At this time, the maximum absorption torque (product of pump discharge pressure and maximum capacity) of the hydraulic pump 21 is smaller than the maximum absorption torque of the straight lines TP1 and TP2, and surplus torque of the engine 11 is forcibly generated. In the present specification, this control is referred to as reduced torque control.

図４は、油圧系のコントロールバルブと複数の油圧アクチュエータのうち、左右の走行用油圧モータに係わる油圧回路部分を示す図である。図中、左右の走行用のメインスプールを符号２３ａ，２３ｂで示し、左右の走行用油圧モータを符号２４ａ，２４ｂで示している。左右の油圧モータ２４ａ，２４ｂはメインスプール２３ａ，２３ｂを介して油圧ポンプ２１に接続されている。 FIG. 4 is a diagram showing a hydraulic circuit portion related to the left and right traveling hydraulic motors among the hydraulic control valve and a plurality of hydraulic actuators. In the drawing, the left and right traveling main spools are denoted by reference numerals 23a and 23b, and the left and right traveling hydraulic motors are denoted by reference numerals 24a and 24b. The left and right hydraulic motors 24a and 24b are connected to the hydraulic pump 21 via main spools 23a and 23b.

左右の油圧モータ２４ａ，２４ｂはそれぞれ可変容量型であり、押しのけ容積可変機構（斜板）２４ａ１，２４ｂ１と、押しのけ容積可変機構２４ａ１，２４ｂ１をそれぞれ駆動する制御ピストン２４ａ２，２４ｂ２とを備えている。制御ピストン２４ａ２，２４ｂ２の一側には受圧部２４ａ３，２４ｂ３が形成され、その反対側にはバネ２４ａ４，２４ｂ４が配置されている。 The left and right hydraulic motors 24a and 24b are each of a variable displacement type, and include displacement displacement mechanisms (swash plates) 24a1 and 24b1, and control pistons 24a2 and 24b2 that drive the displacement displacement mechanisms 24a1 and 24b1, respectively. Pressure receiving portions 24a3 and 24b3 are formed on one side of the control pistons 24a2 and 24b2, and springs 24a4 and 24b4 are arranged on the opposite side.

走行速度切替電磁弁４５が図示のＯＦＦ位置にあるとき、制御ピストン２４ａ２，２４ｂ２の受圧部２４ａ３，２４ｂ３はタンクに連通しており、制御ピストン２４ａ２，２４ｂ２はバネ２４ａ４，２４ｂ４の力で押されて図示の位置にあって、押しのけ容積可変機構２４ａ１，２４ｂ１は大傾転位置(大容量位置)に保持されている。走行速度切替電磁弁４５がＯＮ位置に切り換えられると、制御ピストン２４ａ２，２４ｂ２の受圧部２４ａ３，２４ｂ３に制御圧力としてパイロットポンプ２２の吐出圧力が導かれ、これにより制御ピストン２４ａ２，２４ｂ２が作動して、押しのけ容積可変機構２４ａ１，２４ｂ１は大傾転位置（大容量位置）から小傾転位置（小容量位置）へと切り換えられる。大傾転位置では油圧モータ２４ａ，２４ｂは低速回転が可能であり、走行低速に適した状態となり、小傾転位置では油圧モータ２４ａ，２４ｂは高速回転が可能であり、走行高速に適した状態となる。本明細書では、押しのけ容積可変機構２４ａ１，２４ｂ１が大傾転位置にあるときの状態を油圧モータ２４ａ，２４ｂの低速大容量モードといい、押しのけ容積可変機構２４ａ１，２４ｂ１が小傾転位置にあるときの状態を油圧モータ２４ａ，２４ｂの高速小容量モードという。 When the travel speed switching electromagnetic valve 45 is in the illustrated OFF position, the pressure receiving portions 24a3 and 24b3 of the control pistons 24a2 and 24b2 communicate with the tank, and the control pistons 24a2 and 24b2 are pushed by the force of the springs 24a4 and 24b4. At the position shown in the figure, the displacement displacement mechanisms 24a1, 24b1 are held at the large tilt position (large capacity position). When the traveling speed switching electromagnetic valve 45 is switched to the ON position, the discharge pressure of the pilot pump 22 is introduced as the control pressure to the pressure receiving portions 24a3 and 24b3 of the control pistons 24a2 and 24b2, thereby operating the control pistons 24a2 and 24b2. The displacement displacement mechanisms 24a1 and 24b1 are switched from the large tilt position (large capacity position) to the small tilt position (small capacity position). In the large tilt position, the hydraulic motors 24a, 24b can rotate at a low speed and are in a state suitable for traveling low speed, and in the small tilt position, the hydraulic motors 24a, 24b can be rotated at a high speed and are suitable for traveling high speed. It becomes. In this specification, the state in which the displacement variable mechanisms 24a1, 24b1 are in the large tilt position is referred to as the low speed large capacity mode of the hydraulic motors 24a, 24b, and the displacement variable mechanisms 24a1, 24b1 are in the small tilt position. This state is called a high speed and small capacity mode of the hydraulic motors 24a and 24b.

図５は本実施の形態に係わる油圧ショベルの外観を示す図である。 FIG. 5 is a view showing the appearance of the hydraulic excavator according to the present embodiment.

油圧ショベルは、下部走行体１０１と、この下部走行体１０１上に旋回可能に搭載された上部旋回体１０２と、この上部旋回体１０２の先端部分にスイングポスト１０３を介して上下及び左右方向に回動可能に連結されたフロント作業機１０４とを備えている。下部走行体１０１はクローラ方式であり、トラックフレーム１０５の前方側に上下動可能な排土用のブレード１０６が設けられている。上部旋回体１０２は基礎下部構造をなす旋回台１０７と、旋回台１０７上に設けられたキャビン（運転室）１０８とを備えている。フロント作業機１０４はブーム１１１と、アーム１１２と、バケット１１３とを備え、ブーム１１１の基端はスイングポスト１０３にピン結合され、ブーム１１１の先端はアーム１１２の基端にピン結合され、アーム１１２の先端はバケット１１３にピン結合されている。 The hydraulic excavator includes a lower traveling body 101, an upper revolving body 102 that is turnably mounted on the lower traveling body 101, and a top portion of the upper revolving body 102 that rotates in the vertical and horizontal directions via a swing post 103. And a front work machine 104 that is movably connected. The lower traveling body 101 is of a crawler type, and a blade 106 for earth removal that can move up and down is provided on the front side of the track frame 105. The upper swivel body 102 includes a swivel base 107 having a basic lower structure, and a cabin (operator's cab) 108 provided on the swivel base 107. The front work machine 104 includes a boom 111, an arm 112, and a bucket 113. The base end of the boom 111 is pin-coupled to the swing post 103, and the tip of the boom 111 is pin-coupled to the base end of the arm 112. The tip of each is pin-coupled to the bucket 113.

上部旋回体１０２は下部走行体１０１に対して図示しない旋回モータにより旋回駆動され、スイングポスト１０３及びフロント作業機１０４は旋回台１０７に対してスイングシリンダ２４ｇにより左右に回動駆動され、ブーム１１１、アーム１１２、バケット１１３は、それぞれ、ブームシリンダ２４ｃ、アームシリンダ２４ｄ、バケットシリンダ２４ｅを伸縮することにより上下に回動駆動される。下部走行体１０１は左右の走行モータ２４ａ，２４ｂにより回転駆動され、ブレード１０６はブレードシリンダ２４ｈにより上下に駆動される。 The upper turning body 102 is driven to turn by the turning motor (not shown) with respect to the lower traveling body 101, and the swing post 103 and the front work machine 104 are turned to the left and right by the swing cylinder 24g with respect to the turning table 107, and the boom 111, The arm 112 and the bucket 113 are driven to rotate up and down by expanding and contracting the boom cylinder 24c, the arm cylinder 24d, and the bucket cylinder 24e, respectively. The lower traveling body 101 is rotationally driven by left and right traveling motors 24a and 24b, and the blade 106 is driven up and down by a blade cylinder 24h.

次に、本発明の動作原理とエンジン１１の出力馬力の設定について説明する。 Next, the operation principle of the present invention and the setting of the output horsepower of the engine 11 will be described.

図６（Ａ）は従来の一般的なミニショベルのエンジン出力馬力の制限値と油圧ポンプのＰＱ特性（馬力特性）と出力使用範囲との関係を示す図であり、図６（Ｂ）は同ミニショベルのエンジン出力馬力特性と出力使用範囲との関係を示す図である。図６（Ａ）の横軸は油圧ポンプの吐出圧力を示し、縦軸は油圧ポンプの吐出流量を示している。図６（Ｂ）の横軸はエンジンの回転数を示し、縦軸はエンジンの出力馬力を示している。 FIG. 6A is a diagram showing the relationship between the engine output horsepower limit value of a conventional general mini-excavator, the PQ characteristic (horsepower characteristic) of the hydraulic pump, and the output usage range, and FIG. It is a figure which shows the relationship between the engine output horsepower characteristic of a mini excavator, and an output use range. In FIG. 6A, the horizontal axis indicates the discharge pressure of the hydraulic pump, and the vertical axis indicates the discharge flow rate of the hydraulic pump. The horizontal axis in FIG. 6B indicates the engine speed, and the vertical axis indicates the engine output horsepower.

まず、油圧ポンプのＰＱ特性について説明する。油圧ポンプのＰＱ特性とは、ある最大吸収トルク特性を持つ油圧ポンプをエンジンで駆動して回転させ、作業を行ったときに得られる油圧ポンプの出力馬力特性である。図６（Ａ）の油圧ポンプのＰＱ特性は、一例として、図３に示した最大吸収トルク特性を持つ油圧ポンプ２１の場合のものであり、かつエンジン回転数が定格最大回転数にある場合のものである。図６（Ａ）のエンジン出力馬力の制限値と図６（Ｂ）のエンジン出力馬力特性も、同様に、エンジン回転数が定格最大回転数にある場合のものである。 First, the PQ characteristic of the hydraulic pump will be described. The PQ characteristic of the hydraulic pump is an output horsepower characteristic of the hydraulic pump obtained when a hydraulic pump having a certain maximum absorption torque characteristic is driven and rotated by the engine. The PQ characteristic of the hydraulic pump in FIG. 6A is, for example, that of the hydraulic pump 21 having the maximum absorption torque characteristic shown in FIG. 3 and the engine speed is at the maximum rated speed. Is. Similarly, the limit value of the engine output horsepower shown in FIG. 6A and the engine output horsepower characteristic shown in FIG. 6B are obtained when the engine speed is at the rated maximum speed.

一般的なミニショベルの作業状態として、走行高速と走行低速と通常作業とを考える。図６（Ａ）及び図６（Ｂ）中、Ａは走行高速時の出力使用範囲、Ｂは走行低速時の出力使用範囲、Ｃは通常作業時の出力使用範囲を示している。走行高速とは、走行用の油圧モータ２４ａ，２４ｂが高速小容量モードにありかつ走行用の操作装置２５が操作されて走行している状態をいい、走行低速とは、走行用の油圧モータ２４ａ，２４ｂが低速大容量モードにありかつ走行用の操作装置２５が操作されて走行している状態をいう。通常作業とは、走行以外の操作装置２６（特にフロント作業機１０４に係わる油圧アクチュエータ１１１，１１２，１１３及び旋回モータのいずれかに係わる操作装置）が操作されて作業を行っている状態をいう。 As a general mini-excavator working state, a traveling high speed, a traveling low speed, and normal work are considered. 6 (A) and 6 (B), A indicates an output use range at a traveling high speed, B indicates an output use range at a traveling low speed, and C indicates an output use range at a normal operation. The traveling high speed means a state where the traveling hydraulic motors 24a and 24b are in the high speed and small capacity mode and the traveling operating device 25 is operated, and the traveling low speed means the traveling hydraulic motor 24a. 24b is in the low speed large capacity mode and the traveling operation device 25 is operated to travel. The normal work refers to a state in which an operation device 26 other than traveling (especially, an operation device related to any of the hydraulic actuators 111, 112, 113 and the swing motor related to the front work machine 104) is operated.

図６（Ａ）のＨＥＬｃはエンジン出力馬力の制限値であり、ＨＥｍａｘｃはエンジンの最大出力馬力である。エンジン出力馬力の制限値ＨＥＬｃは、エンジンの最大出力馬力ＨＥｍａｘｃよりも所定の余裕分だけ小さくなるように設定されている。 HELc in FIG. 6A is a limit value of engine output horsepower, and HEmaxc is the maximum output horsepower of the engine. The engine output horsepower limit value HELc is set to be smaller than the engine maximum output horsepower HEmaxc by a predetermined margin.

走行高速時はスピード（流量）が必要なため、そのときの油圧ポンプ２１の出力は最も大きく、エンジン出力馬力の制限値ＨＥＬｃは、この走行高速時の油圧ポンプ２１の出力使用範囲Ａに対してある程度の余裕Ｘ１を持たせて設定されている。 Since the speed (flow rate) is required at the time of traveling high speed, the output of the hydraulic pump 21 at that time is the largest, and the engine output horsepower limit value HELc is relative to the output usage range A of the hydraulic pump 21 at this traveling high speed. It is set with a certain margin X1.

一方、ポンプレギュレータ２７の最大吸収トルク特性（図３）は、第１及び第２の２つのバネ２７ｂ，２７ｃによって実線の直線ＴＰ１，ＴＰ２からなる折れ曲げ線のように設定されるため、油圧ポンプ２１のＰＱ特性も同様に符号Ｄで示すように折れ曲げ線形状となり、通常作業時ではエンジン出力馬力の制限値ＨＥＬｃに対して油圧ポンプ２１の出力使用範囲ＢがＸ２と大きく離れて、余裕がありすぎる状態となる。これは、エンジン出力馬力をフルに使用していないことを意味する。 On the other hand, the maximum absorption torque characteristic (FIG. 3) of the pump regulator 27 is set like a bent line made of solid straight lines TP1 and TP2 by the first and second springs 27b and 27c. Similarly, the PQ characteristic of 21 has a bent line shape as indicated by symbol D, and in normal operation, the output usage range B of the hydraulic pump 21 is far away from X2 with respect to the limit value HELc of the engine output horsepower, and there is a margin. It becomes too much. This means that the engine output horsepower is not fully used.

図７（Ａ）は本実施の形態のミニショベルのエンジン出力馬力と油圧ポンプのＰＱ特性（馬力特性）と出力使用範囲との関係を示す図であり、図７（Ｂ）は同ミニショベルのエンジン出力馬力特性と出力使用範囲との関係を示す図である。 FIG. 7A is a diagram showing the relationship between the engine output horsepower of the mini excavator of the present embodiment, the PQ characteristic (horsepower characteristic) of the hydraulic pump, and the output use range, and FIG. It is a figure which shows the relationship between an engine output horsepower characteristic and an output use range.

本実施の形態では、エンジン１１の最大出力馬力ＨＥｍａｘｅを図６（Ｂ）に示した従来のエンジン最大出力馬力ＨＥｍａｘｃよりも小さくし、エンジン出力馬力の制限値ＨＥＬｅが油圧ポンプ２１のＰＱ馬力特性Ｄにより近接した設定とする。更に言えば、本実施の形態では、エンジン１１の最大出力馬力ＨＥｍａｘｅを通常作業及び走行低速時である走行高速時以外の運転状態では、油圧ポンプ２１に必要とされる油圧馬力を賄うことができ、走行高速時に油圧ポンプ２１に必要とされる油圧馬力を賄うことができない大きさの設定とする。通常作業時の出力使用範囲Ｃは、油圧ポンプ２１のＰＱ特性Ｄの曲げ線形状の凹部により生じる余裕Ｘ３を利用して確保する。 In the present embodiment, the maximum output horsepower HEmaxe of the engine 11 is made smaller than the conventional engine maximum output horsepower HEmaxc shown in FIG. 6B, and the limit value HELe of the engine output horsepower is the PQ horsepower characteristic D of the hydraulic pump 21. The setting is closer. Furthermore, in the present embodiment, the maximum output horsepower HEmaxe of the engine 11 can cover the hydraulic horsepower required for the hydraulic pump 21 in the operation state other than the normal operation and the traveling high speed which is the traveling low speed. The size is set so that the hydraulic horsepower required for the hydraulic pump 21 at the time of traveling high speed cannot be provided. The output use range C at the time of normal work is ensured by utilizing the margin X3 generated by the bent line-shaped concave portion of the PQ characteristic D of the hydraulic pump 21.

そして、走行高速時にはバッテリ３３により発電・電動機３１を電動機として作動させて出力アシストを行う。図７（Ａ）の点線ＨＥＬｅ＋ＨＭは出力アシスト後のエンジン出力馬力ＨＥＬｅと電動機出力馬力ＨＭの合計の出力馬力である。 When the vehicle is traveling at high speed, the battery 33 operates the generator / motor 31 as a motor to perform output assist. A dotted line HELe + HM in FIG. 7A represents the total output horsepower of the engine output horsepower HELe and the motor output horsepower HM after the output assist.

このようにエンジン１１の出力馬力を従来よりも小さくし、エンジン出力馬力の制限値ＨＥＬｅを油圧ポンプ２１のＰＱ馬力特性Ｄに近接させることにより、エンジン１１の出力馬力をフルに使用できるようになり、エンジン１１をダウンサイジング（小さいエンジン）することが可能となる。エンジン１１をダウンサイジングすることにより低燃費化、エンジン１１から排出される有害なガスの量の低減、及び騒音の低減が可能となる。また、排出ガス後処理装置の小型化或いは簡略化が可能となり、エンジン１１のダウンサイジング化によるコスト低減と相まってエンジンの製作コストを低減することができ、機械全体の価格を安くすることができる。更に、アクチュエータ側には発電機等の電気機器を装着しないため、簡易なハイブリッド方式となり、ハイブリッド化によるコストアップの影響を最小に留めることが可能であるとともに、簡易なハイブリッド方式であるためミニショベルのような小型の建設機械であってもレイアウト面の困難性を回避することができる。 Thus, by making the output horsepower of the engine 11 smaller than before and making the engine output horsepower limit value HELe close to the PQ horsepower characteristic D of the hydraulic pump 21, the output horsepower of the engine 11 can be fully used. The engine 11 can be downsized (small engine). By downsizing the engine 11, fuel consumption can be reduced, the amount of harmful gas discharged from the engine 11 can be reduced, and noise can be reduced. In addition, the exhaust gas aftertreatment device can be reduced in size or simplified, coupled with cost reduction due to downsizing of the engine 11, the manufacturing cost of the engine can be reduced, and the price of the entire machine can be reduced. Furthermore, since no electric device such as a generator is attached to the actuator side, the hybrid system is simple, and the impact of cost increase due to the hybrid can be minimized. Even with such a small construction machine, the difficulty of layout can be avoided.

更に、エンジン１１の出力帯によっては排出ガス後処理装置をなくすことが可能であり、機械全体の価格を更に安くすることができる。 Further, depending on the output band of the engine 11, the exhaust gas aftertreatment device can be eliminated, and the price of the entire machine can be further reduced.

すなわち、現在の作業機械（オフロード車）に対する排出ガス規制は、出力１９ｋＷ以上のエンジンを搭載した車両に対して適用され、出力１９ｋＷ未満のエンジンを搭載した車両は適用外となっている。本実施の形態では、エンジン１１を、好ましくは、排ガス規制適用外の出力である１９ｋＷ未満のエンジン、例えば出力１８ｋＷのエンジンとする。このようにエンジン出力を１９ｋＷ未満とすることで、高価で複雑な排出ガス後処理装置を搭載する必要がなくなり、機械全体の価格を大きく下げることができる。 That is, the current exhaust gas regulations for work machines (off-road vehicles) are applied to vehicles equipped with engines with an output of 19 kW or more, and vehicles with engines with an output of less than 19 kW are not applicable. In the present embodiment, the engine 11 is preferably an engine with an output of less than 19 kW, for example an engine with an output of 18 kW. Thus, by setting the engine output to less than 19 kW, it is not necessary to mount an expensive and complicated exhaust gas aftertreatment device, and the price of the entire machine can be greatly reduced.

図８は本実施の形態のミニショベルにおける減トルク制御時のエンジン出力馬力と油圧ポンプのＰＱ特性との関係を示す図である。 FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the engine output horsepower and the PQ characteristic of the hydraulic pump during torque reduction control in the mini-excavator of this embodiment.

本実施の形態では、上述したように、走行高速時は、バッテリ３３により発電・電動機３１を電動機として作動させてエンジン出力をアシストする。このためバッテリ３３を充電するための仕組みを確保する必要がある。 In the present embodiment, as described above, at the time of traveling at high speed, the battery 33 assists the engine output by operating the generator / motor 31 as an electric motor. For this reason, it is necessary to secure a mechanism for charging the battery 33.

ここで、バッテリ３３の充電は、通常作業時或いは走行低速時にエンジン出力の余裕分で行えることが好ましい。しかし、エンジンをダウンサイジングした場合、バッテリ３３の残量が著しく少ない状態では、充電時間が必要以上に掛かってしまう可能性がある。また、走行高速時には必要な充電状態が確保できなくなってしまう可能性がある。そこで、バッテリ３３の充電時は、トルク制御電磁弁４４に制御信号を出力して減トルク制御を行い、図３の最大吸収トルク特性を実線の直線ＴＰ１，ＴＰ２から一点鎖線の直線ＴＰ３，ＴＰ４にシフトすることで、図８のＰＱ特性をＤからＤｒにシフトする。そして、この減トルク制御により油圧ポンプ２１の出力を低下させてエンジン１１の余剰トルク乃至は余剰馬力を強制的に作り出し、急速充電を行う。 Here, it is preferable that the battery 33 can be charged with a margin of engine output at the time of normal work or at a low traveling speed. However, when the engine is downsized, the charging time may be longer than necessary when the remaining amount of the battery 33 is extremely small. Moreover, there is a possibility that a required charge state cannot be secured at a high traveling speed. Therefore, when the battery 33 is charged, a control signal is output to the torque control solenoid valve 44 to perform torque reduction control, and the maximum absorption torque characteristic in FIG. 3 is changed from the solid line TP1, TP2 to the one-dot chain line TP3, TP4. By shifting, the PQ characteristic of FIG. 8 is shifted from D to Dr. Then, by this torque reduction control, the output of the hydraulic pump 21 is lowered to forcibly produce surplus torque or surplus horsepower of the engine 11 to perform rapid charging.

次に、図９及び図１０を用いて上述した本発明の動作原理を実現する車体コントローラ４６の制御機能について説明する。図９は電動機による出力アシスト制御の処理手順を示すフローチャートであり、図１０はバッテリの充電制御の処理手順を示すフローチャートである。 Next, the control function of the vehicle body controller 46 for realizing the above-described operation principle of the present invention will be described with reference to FIGS. 9 and 10. FIG. 9 is a flowchart showing a processing procedure of output assist control by the electric motor, and FIG. 10 is a flowchart showing a processing procedure of battery charging control.

＜図９：電動機による出力アシスト制御＞
車体コントローラ４６は走行速度切換スイッチ４１の指示信号を入力し、走行速度切換スイッチ４１が走行高速を指示しているかどうかを判定する（ステップＳ１００）。走行速度切換スイッチ４１が走行高速を指示していなければ何もせず、この判定処理を繰り返す。走行速度切換スイッチ４１が走行高速を指示していれば、次に走行の操作パイロット圧センサ４２の検出信号を入力し、走行用の操作装置２５が操作されたかどうかを判定する（ステップＳ１１０）。走行用の操作装置２５が操作されていなければ何もせず、ステップＳ１００及びＳ１１０の処理を繰り返す。走行用の操作装置２５が操作されていれば、次にバッテリコントローラ３４から蓄電情報を入力し、バッテリ３３の蓄電状態が不十分であるかどうかを判定する（ステップＳ１２０）。この判定は、例えばバッテリ３３の充電率が３０％以下であるかどうかを判定することにより行う。そして、バッテリ３３の充電率が３０％以上であればバッテリ３３の電力を電動・発電機３１に供給して電動・発電機３１を電動機として作動させ、出力アシストを行う（ステップＳ１３０）。これにより図７（Ａ）に点線で示すように、エンジン出力馬力ＨＥＬｅに電動機出力馬力ＨＭを加算したＨＥＬｅ＋ＨＭの馬力が得られ、走行高速時の出力使用範囲Ａに対して余裕が確保される。また、走行速度切替電磁弁４５に制御信号を出力してＯＮ位置に切り換え、走行用の油圧モータ２４ａ，２４ｂの押しのけ容積可変機構２４ａ１，２４ｂ１を大傾転位置から小傾転位置へと切り換える（ステップＳ１４０）。これにより高速走行が可能となる。 <Figure 9: Output assist control by electric motor>
The vehicle body controller 46 receives an instruction signal from the travel speed changeover switch 41, and determines whether or not the travel speed changeover switch 41 instructs a travel high speed (step S100). If the traveling speed changeover switch 41 does not instruct the traveling high speed, nothing is done and this determination process is repeated. If the traveling speed changeover switch 41 instructs the traveling high speed, the detection signal of the traveling operation pilot pressure sensor 42 is input next, and it is determined whether or not the traveling operating device 25 has been operated (step S110). If the traveling operating device 25 is not operated, nothing is done and the processes of steps S100 and S110 are repeated. If the traveling operation device 25 is operated, the storage information is input from the battery controller 34, and it is determined whether or not the storage state of the battery 33 is insufficient (step S120). This determination is performed, for example, by determining whether or not the charging rate of the battery 33 is 30% or less. If the charging rate of the battery 33 is 30% or more, the electric power of the battery 33 is supplied to the motor / generator 31 to operate the motor / generator 31 as an electric motor to perform output assist (step S130). As a result, as shown by a dotted line in FIG. 7A, a horsepower of HELe + HM obtained by adding the motor output horsepower HM to the engine output horsepower HELe is obtained, and a margin is secured with respect to the output use range A at the traveling high speed. Further, a control signal is output to the traveling speed switching electromagnetic valve 45 to switch to the ON position, and the displacement displacement mechanisms 24a1, 24b1 of the traveling hydraulic motors 24a, 24b are switched from the large tilt position to the small tilt position ( Step S140). This enables high speed travel.

一方、ステップＳ１２０において、バッテリ３３の充電率が３０％以下である場合は、走行速度切換スイッチ４１が走行高速を指示しているにも係わらず、走行速度切替電磁弁４５をＯＦＦ位置に保持し、走行用の油圧モータ２４ａ，２４ｂを大傾転（大容量）位置のままとする。そして、このときは、以下に説明するバッテリ充電制御によりバッテリの充電が行われる。
＜図１０：バッテリの充電制御＞
車体コントローラ４６は、バッテリコントローラ３４から蓄電情報を入力し、バッテリ３３の蓄電状態が不十分であるかどうか、例えばバッテリ３３の充電率が３０％以下であるかどうかを判定する（ステップＳ２２０）。バッテリ３３の充電率が３０％以上であれば何もせず、この判定処理を繰り返す。バッテリ３３の充電率が３０％以下であれば、次に走行の操作パイロット圧センサ４２及び走行以外の操作パイロット圧センサ４３の検出信号を入力し、走行用の操作装置２５及びそれ以外の操作装置２６のいずれかが操作されているかどうか（すなわち、現在、オペレータが油圧ショベルを操作中であるかどうか）を判定し（ステップＳ２１０）、いずれの操作装置も操作されていない場合（すなわち、油圧ショベルが非操作中である場合）は、次に車体コントローラ４６はトルク制御電磁弁４４に制御信号を出力している状態であるかどうか（減トルク制御がＯＮであるかどうか）を判定し（ステップＳ２２０）、制御信号が出力されている場合は制御信号の出力を停止して（減トルク制御をＯＦＦにして）（ステップＳ２３０）、エンジン１１の出力トルク（出力馬力）によって充電を開始する（ステップＳ２４０）。すなわち、エンジン１１の出力トルク（出力馬力）によって発電・電動機３１を駆動して発電機として作動させ、その発電電力をバッテリ３３に蓄電する。車体コントローラ４６がトルク制御電磁弁４４に制御信号を出力していない場合は、直ちにエンジン１１の出力トルクによる充電を開始する（ステップＳ２４０）。次にバッテリ３３の蓄電状態が十分であるかどうか、例えばバッテリ３３の充電率が７０％を超えたかどうかを判定し（ステップＳ２５０）、バッテリ３３の充電率が７０％を超えていなければステップＳ２１０の処理に戻り、ステップＳ２１０〜Ｓ２５０の処理を繰り返す。バッテリ３３の充電率が７０％を超えれば、エンジン１１の出力トルクによる充電を終了する（ステップＳ３２０）。 On the other hand, when the charging rate of the battery 33 is 30% or less in step S120, the traveling speed switching electromagnetic valve 45 is held in the OFF position even though the traveling speed changeover switch 41 instructs the traveling high speed. The traveling hydraulic motors 24a and 24b remain in the large tilt (large capacity) position. At this time, the battery is charged by the battery charge control described below.
<FIG. 10: Battery Charging Control>
The vehicle body controller 46 inputs the storage information from the battery controller 34, and determines whether or not the storage state of the battery 33 is insufficient, for example, whether or not the charging rate of the battery 33 is 30% or less (step S220). If the charging rate of the battery 33 is 30% or more, nothing is done and this determination process is repeated. If the charging rate of the battery 33 is 30% or less, then the detection signals of the operation pilot pressure sensor 42 for traveling and the operation pilot pressure sensor 43 other than traveling are input, and the operation device 25 for traveling and the other operation devices are input. It is determined whether or not any one of 26 is operated (that is, whether or not the operator is currently operating the hydraulic excavator) (step S210), and if any operating device is not operated (that is, the hydraulic excavator is operated) Is not in operation), the vehicle body controller 46 next determines whether or not the vehicle body controller 46 is outputting a control signal to the torque control electromagnetic valve 44 (whether or not the torque reduction control is ON) (step). S220), if the control signal is output, stop the output of the control signal (turn off the torque reduction control) (step S230), By the output torque of the emissions 11 (output horsepower) to start charging (step S240). That is, the generator / motor 31 is driven by the output torque (output horsepower) of the engine 11 to operate as a generator, and the generated power is stored in the battery 33. When the vehicle body controller 46 does not output a control signal to the torque control electromagnetic valve 44, charging by the output torque of the engine 11 is immediately started (step S240). Next, it is determined whether or not the state of charge of the battery 33 is sufficient, for example, whether or not the charging rate of the battery 33 exceeds 70% (step S250). If the charging rate of the battery 33 does not exceed 70%, step S210 is performed. Returning to the process, the processes of steps S210 to S250 are repeated. If the charging rate of the battery 33 exceeds 70%, the charging by the output torque of the engine 11 is terminated (step S320).

一方、ステップＳ２１０において、いずれかの操作装置（走行用の操作装置及びそれ以外の操作装置のいずれか）が操作されている場合は、次に車体コントローラ４６はエンジンコントローラ１３から負荷率情報を入力し、エンジン１１の負荷率に基づいてエンジン１１に余剰トルクがあるかどうかを判定する（ステップＳ２６０）。この判定では、例えば、負荷率にしきい値（例えば７０％）を設定しておき、負荷率がしきい値以下であればエンジン１１に余剰トルクがあると判定する。そして、エンジン１１に余剰トルクがない場合は、トルク制御電磁弁４４に制御信号を出力して減トルク制御を行い（ステップＳ２７０）、図３の最大吸収トルク特性を実線の直線ＴＰ１，ＴＰ２から一点鎖線の直線ＴＰ３，ＴＰ４にシフトすることで、図８のＰＱ特性をＤからＤｒにシフトする。そして、この減トルク制御によりエンジン１１の余剰トルク及び余剰馬力を強制的に作り出し、充電を開始する（ステップＳ２０８）。エンジン１１に余剰トルクがある場合は、直ちにその余剰トルクによる充電を開始する（ステップＳ２８０）。 On the other hand, if any one of the operating devices (either the operating device for traveling or any other operating device) is operated in step S210, the vehicle body controller 46 next inputs the load factor information from the engine controller 13. Then, based on the load factor of the engine 11, it is determined whether the engine 11 has surplus torque (step S260). In this determination, for example, a threshold value (for example, 70%) is set for the load factor, and if the load factor is equal to or less than the threshold value, it is determined that the engine 11 has excess torque. If there is no surplus torque in the engine 11, a control signal is output to the torque control solenoid valve 44 to perform torque reduction control (step S270), and the maximum absorption torque characteristic of FIG. 3 is one point from the solid lines TP1 and TP2. By shifting to the straight lines TP3 and TP4 of the chain line, the PQ characteristic of FIG. 8 is shifted from D to Dr. And the surplus torque and surplus horsepower of the engine 11 are forcibly produced by this torque reduction control, and charging is started (step S208). If the engine 11 has a surplus torque, charging with the surplus torque is immediately started (step S280).

次にバッテリ３３の蓄電状態が不十分であるかどうか、例えばバッテリ３３の充電率が７０％を超えたかどうかを判定し（ステップＳ２９０）、バッテリ３３の充電率が７０％を超えていなければステップＳ２１０の処理に戻り、ステップＳ２１０，Ｓ２６０〜Ｓ２９０の処理を繰り返す。なお、この繰り返しの処理の間に、オペレータが操作装置を中立に戻していずれの操作装置も操作されていない状態になった場合は、ステップＳ２１０からステップＳ２２０に移行し、減トルク制御によらずに充電を継続する（ステップＳ２３０→Ｓ２４０）。 Next, it is determined whether or not the state of charge of the battery 33 is insufficient, for example, whether or not the charging rate of the battery 33 exceeds 70% (step S290), and if the charging rate of the battery 33 does not exceed 70%, step Returning to the process of S210, the processes of steps S210 and S260 to S290 are repeated. If the operator returns the operation device to neutral during this repeated process and no operation device is operated, the process proceeds from step S210 to step S220, regardless of the torque reduction control. Is continuously charged (steps S230 → S240).

ステップＳ２９０において、バッテリ３３の充電率が７０％を超えれば、次に車体コントローラ４６がトルク制御電磁弁４４に制御信号を出力している状態であるかどうか（減トルク制御がＯＮであるかどうか）を判定し（ステップＳ３００）、制御信号が出力されている場合は制御信号の出力を停止して（減トルク制御をＯＦＦにして）（ステップＳ３１０）、エンジン１１の余剰トルクによる充電を終了する（ステップＳ３２０）。制御信号が出力されていない場合は、直ちにエンジン１１の余剰トルクによる充電を終了する（ステップＳ３２０）。 In step S290, if the charging rate of the battery 33 exceeds 70%, whether or not the vehicle body controller 46 is next outputting a control signal to the torque control solenoid valve 44 (whether or not the torque reduction control is ON). ) Is determined (step S300), and if the control signal is output, the output of the control signal is stopped (turning off the torque reduction control) (step S310), and the charging with the surplus torque of the engine 11 is terminated. (Step S320). If the control signal is not output, the charging with the surplus torque of the engine 11 is immediately terminated (step S320).

図９のフローチャートで、Ｓ１００で走行速度切換スイッチ４１が走行高速を指示しており、ステップＳ１１０で走行用の操作装置２５が操作されており、ステップＳ１２０でバッテリ３３の充電率が３０％以下であり、ステップＳ１５０で走行速度切替電磁弁４５をＯＦＦ位置に保持した場合は、図１０のフローチャートでは、ステップＳ２００→Ｓ２１０→ステップＳ２６０の処理を経由して直ちにステップＳ２７０にて減トルク制御が開始され、ステップＳ２８０にてバッテリ３３の充電が行われる。このように油圧ポンプの減トルク制御を行いかつ走行速度切替電磁弁４５をＯＦＦ位置に保持して走行用の油圧モータ２４ａ，２４ｂが低速大容量モードに保持することで、エンジン１１に過負荷を与えることなく或いは場合によっては過負荷によってエンジン１１をストールさせることなく、バッテリ３３の急速充電を確実に行うことができる。また、走行用の油圧モータ２４ａ，２４ｂが低速大容量モードに保持することで最低限の走行機能を確保することができる。 In the flowchart of FIG. 9, the traveling speed changeover switch 41 instructs the traveling high speed in S100, the traveling operating device 25 is operated in Step S110, and the charging rate of the battery 33 is 30% or less in Step S120. Yes, when the travel speed switching electromagnetic valve 45 is held in the OFF position in step S150, the torque reduction control is immediately started in step S270 via the processing of step S200 → S210 → step S260 in the flowchart of FIG. In step S280, the battery 33 is charged. In this way, torque reduction control of the hydraulic pump is performed and the traveling speed switching electromagnetic valve 45 is held at the OFF position, and the traveling hydraulic motors 24a and 24b are held in the low speed and large capacity mode, thereby overloading the engine 11. The quick charge of the battery 33 can be reliably performed without giving or depending on the case without stalling the engine 11 by overload. In addition, the traveling hydraulic motors 24a and 24b are kept in the low speed and large capacity mode, thereby ensuring a minimum traveling function.

また、図１０のフローチャートでは、ステップＳ２６０でエンジン１１の余剰トルクの有無を判定し、エンジン１１に余剰トルクがあるときは、減トルク制御を行わず、エンジン１１の余剰トルクによって発電・電動機３１を駆動して発電機として作動させ、バッテリ３３を充電するようになっている。これにより走行高速時以外の運転状態で、エンジン１１に余剰トルクがある場合は、減トルク制御をすることなく、バッテリ３３の充電を行うことができる。 Further, in the flowchart of FIG. 10, it is determined whether or not there is surplus torque of the engine 11 in step S260, and when the engine 11 has surplus torque, the torque reduction control is not performed and the generator / motor 31 is turned on by the surplus torque of the engine 11. The battery 33 is charged by being driven and operated as a generator. As a result, when the engine 11 has excessive torque in an operating state other than during traveling at high speed, the battery 33 can be charged without performing torque reduction control.

更に、図１０のフローチャートでは、ステップＳ２１０で、いずれの操作装置も操作されていない場合は、ステップＳ２２０の流れに移行して、減トルク制御を行わずにバッテリ３３を充電できるようになっている。これにより例えば一日の作業開始時や新しい作業現場での作業開始時にバッテリ３３の充電状態が不十分である場合は、車体の電源をＯＮして車体コントローラ４６を立ち上げるだけで、減トルク制御を行うことなく、自動的にエンジン１１の出力トルクによって発電・電動機３１を駆動して発電機として作動させ、バッテリ３３の充電を行うことができる。 Furthermore, in the flowchart of FIG. 10, if no operation device is operated in step S210, the flow proceeds to step S220, and the battery 33 can be charged without performing torque reduction control. . Thus, for example, when the state of charge of the battery 33 is insufficient at the start of a day of work or at the start of a new work site, the torque reduction control can be performed simply by turning on the vehicle body and starting up the vehicle body controller 46. Without being performed, the generator / motor 31 is automatically driven by the output torque of the engine 11 to operate as a generator, and the battery 33 can be charged.

なお、上記実施の形態では、作業機械としてクローラのあるミニショベルに本発明を適用した場合について説明したが、ホイールショベル等、その他の小型の作業機械にも同様に本発明を適用することができる。 In the above embodiment, the case where the present invention is applied to a mini excavator having a crawler as a work machine has been described. However, the present invention can be similarly applied to other small work machines such as a wheel excavator. .

１エンジン系
２油圧系
３発電電動系
４制御系
６動力分配機
１１エンジン
１２エンジンコントロールダイヤル
１３エンジンコントローラ
１４電子ガバナ
２１油圧ポンプ
２１ａ押しのけ容積可変機構
２２パイロットポンプ
２３コントロールバルブ
２３ａ，２３ｂ走行用のメインスプール
２４ａ，２４ｂ走行用の油圧モータ
２４ｃ〜２４ｈその他の油圧アクチュエータ
２４ａ１，２４ｂ１押しのけ容積可変機構（斜板）
２４ａ２，２４ｂ２制御ピストン
２４ａ３，２４ｂ３受圧部
２４ａ４，２４ｂ４バネ
２５走行用の操作装置
２６走行以外の操作装置
２７ａ制御スプール
２７ｂ，２７ｃ第１バネ及び第２バネ
２７ｄ，２７ｅ第１受圧部及び第２受圧部
２７ｆパイロットライン
２７ｇ制御油路
３１発電・電動機
３２インバータ
３３バッテリ(蓄電装置)
３４バッテリコントローラ
３５操作パネル
４１走行速度切換スイッチ
４２走行の操作パイロット圧センサ
４３走行以外の操作パイロット圧センサ
４４トルク制御電磁弁
４５走行速度切替電磁弁
４６車体コントローラ
２７ｂ，２７ｃ第１バネ及び第２バネ
１０１下部走行体
１０２上部旋回体
１０３スイングポスト
１０４フロント作業機
１０５トラックフレーム
１０６排土用のブレード
１０７旋回台
１０８キャビン（運転室）
１１１ブーム
１１２アーム
１１３バケット DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine system 2 Hydraulic system 3 Generator motor system 4 Control system 6 Power distribution machine 11 Engine 12 Engine control dial 13 Engine controller 14 Electronic governor 21 Hydraulic pump 21a Displacement displacement variable mechanism 22 Pilot pump 23 Control valve 23a, 23b Main for driving Spools 24a, 24b Traveling hydraulic motors 24c-24h Other hydraulic actuators 24a1, 24b1 Displacement volume variable mechanism (swash plate)
24a2, 24b2 Control pistons 24a3, 24b3 Pressure receiving portions 24a4, 24b4 Spring 25 Operating device 26 for traveling Operating device 27a other than traveling Control spool 27b, 27c First spring and second springs 27d, 27e First pressure receiving portion and second pressure receiving pressure 27f Pilot line 27g Control oil passage 31 Power generation / motor 32 Inverter 33 Battery (power storage device)
34 Battery controller 35 Operation panel 41 Traveling speed changeover switch 42 Traveling operation pilot pressure sensor 43 Non-traveling operation pilot pressure sensor 44 Torque control solenoid valve 45 Traveling speed switching solenoid valve 46 Body controller 27b, 27c First spring and second spring DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Lower traveling body 102 Upper turning body 103 Swing post 104 Front work machine 105 Track frame 106 Blade for earth removal 107 Swing stand 108 Cabin (cab)
111 Boom 112 Arm 113 Bucket

Claims

Engine,
A hydraulic pump driven by this engine;
A plurality of hydraulic actuators including a traveling hydraulic motor driven by oil discharged from the hydraulic pump;
An operating device for traveling;
A travel speed switch,
A generator / motor connected to the engine;
A power storage device,
In the hybrid construction machine that can switch between the low speed large capacity mode and the high speed small capacity mode based on an instruction of the travel speed changeover switch, the traveling hydraulic motor is
When the traveling hydraulic motor is in a high-speed small-capacity mode and the traveling operation device is in an operating state in which the traveling operation device is operated, the power generator / motor is driven by the electric power from the power storage device to operate as the motor A hybrid work machine provided with a control device that controls to compensate for an engine output torque shortage.

The hybrid work machine according to claim 1, wherein
The controller is
When the state of charge of the power storage device is insufficient, a hybrid work machine is characterized in that a surplus torque of the engine is forcibly generated by performing a reduction torque control that reduces an absorption torque of the hydraulic pump.

The hybrid work machine according to claim 2,
The controller is
When the travel speed changeover switch instructs the travel high speed and the state of charge of the power storage device is insufficient when the travel operation device is operated, the travel speed changeover switch disables the travel speed instruction. A hybrid working machine that controls the traveling hydraulic motor to a low speed and large capacity mode.

The hybrid work machine according to claim 1, wherein
The controller is
In an operating state other than the high speed traveling, the hydraulic pump is driven only by the engine output torque, and when the engine has surplus torque, the generator / motor is driven by the surplus torque to operate as a generator. And causing the power storage device to store the generated power.

In the hybrid type work machine according to any one of claims 1 to 4,
A hybrid work machine characterized in that the output horsepower of the engine is set to a size that cannot provide the hydraulic horsepower required for the hydraulic pump at the high speed of travel.

In the hybrid type work machine according to any one of claims 1 to 4,
The output horsepower of the engine can cover the hydraulic horsepower required for the hydraulic pump in an operating state other than the high speed traveling, and can cover the hydraulic horsepower required for the hydraulic pump at the high traveling speed. A hybrid work machine characterized by a size that cannot be set.

In the hybrid type work machine according to any one of claims 1 to 4,
A hybrid work machine characterized in that an output horsepower of the engine is set to be smaller than an engine output horsepower subject to exhaust gas regulation.

Engine,
A hydraulic pump driven by this engine;
A plurality of hydraulic actuators including a traveling hydraulic motor driven by oil discharged from the hydraulic pump;
An operating device for traveling;
A travel speed switch,
A generator / motor connected to the engine;
A power storage device,
In the hybrid construction machine that can switch between the low speed large capacity mode and the high speed small capacity mode based on an instruction of the travel speed changeover switch, the traveling hydraulic motor is
When the state of charge of the power storage device is insufficient, a control device for forcibly generating surplus torque of the engine by performing reduced torque control that reduces the absorption torque of the hydraulic pump is provided,
The controller is
When the travel speed changeover switch instructs the travel high speed and the state of charge of the power storage device is insufficient when the travel operation device is operated, the travel speed changeover switch disables the travel speed instruction. A hybrid working machine that controls the traveling hydraulic motor to a low speed and large capacity mode.