JP5445000B2 - ハイブリッド建設機械 - Google Patents

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Description

本発明はエンジンと発電電動機と油圧ポンプの三者が直列に接続されてパワーユニットが構成されるハイブリッド建設機械に関するものである。
ショベルを例にとって背景技術を説明する。
ショベルは、図５に示すように、クローラ式の下部走行体１上に上部旋回体２が、地面に対して鉛直となる縦軸まわりに旋回自在に搭載され、この上部旋回体２の前部に作業アタッチメント３が取付けられて構成される。
上部旋回体２には、ベースとなるアッパーフレーム４の前部左側にキャビン５、後端部にカウンタウェイト６がそれぞれ設けられるとともに、後部(カウンタウェイト６の前方)にエンジンルーム７が設けられ、このエンジンルーム７に動力源としてのエンジン８が左右方向に設置されている。
なお、この明細書において、「前後」「左右」は、キャビン５内に着座したオペレータから見た方向性をいう。
図６は、エンジン８のみを動力源する油圧ショベルにおけるエンジンルーム７内の機器配置を機械背面側から見た図である。
油圧ショベルでは、同図に示すようにエンジン８に油圧ポンプ９が直列に接続されてパワーユニットＵ１が構成される。１０はエンジン８に直結された冷却ファンである。
この油圧ショベルのパワーユニットＵ１の場合、背面(または正面)側から見たときのユニット全体の重心位置Ｘ１は、エンジン重心Ｘ２から少しポンプ側にずれた位置にある。
従来、このパワーユニットＵ１を機械の本体フレーム(アッパーフレーム４)上に支持するマウント構造として、パワーユニット重心Ｘ１を挟んで軸方向の両側にマウント装置１１，１２が設けられている。
詳しくは、片側マウント装置(以下、図６の方向性に従って左側マウント装置という)１１はエンジン８に、反対側マウント装置(同、右側マウント装置という)１２はフライホイールが収容されたフライホイールハウジング１３にそれぞれ設けられている。
この両側マウント装置１１，１２は、ゴムやバネ等の弾性体によって振動を減衰させる防振構造とされている。
このマウント構造では、パワーユニット重心Ｘ１から両側支持点までの距離がほぼ等しく、パワーユニットＵ１の全体重量がこの両側マウント装置１１，１２でほぼ均等に分担される。
この油圧ショベルにおけるパワーユニットマウント構造は特許文献１に示されている。
一方、エンジン動力と電力とを併用するハイブリッドショベルでは、図７に示すように、エンジン８と油圧ポンプ９との間に、発電機作用と電動機作用とを行う発電電動機１４が設けられてパワーユニットＵ２が構成される。
発電電動機１４には、左側にエンジン側フランジ１５、右側にポンプ側フランジ１６が、それぞれエンドカバーを兼ねる状態で外周側に突出して設けられている。
この両側フランジ１５，１６はそれぞれ厚板状に形成され、エンジン側フランジ１５がエンジン８のフライホイールハウジング１３に、ポンプ側フランジ１６が油圧ポンプ９にそれぞれ連結される。
このハイブリッドショベルの全体構成は特許文献２に示されている。
特開２００３−９０３８７号公報 特開２００２−２２７２４１号公報
このハイブリッドショベルのパワーユニットＵ２の場合、発電電動機１４が加わる分、図示のようにパワーユニット重心Ｘ３が油圧ショベル用パワーユニットＵ１の重心Ｘ１よりも油圧ポンプ９側に大きく移動する。
従って、図６に示す油圧ショベル仕様のマウント構造をそのままハイブリッドショベルに踏襲すると、パワーユニット重心Ｘ３から左右両側支持点までの距離の差が大きくなることから、支持状態の安定性が非常に悪いものとなる。
具体的には、偏荷重が作用するため、左側マウント装置１１の荷重負担が大きくなって同マウント装置１１の強度不足のおそれがあるとともに、振動が発生し易くなる等の問題が生じる。
また、発電電動機１４は直接には支持されておらず、自重及び油圧ポンプ重量が発電電動機１４にそのまま作用するため、回転軸を通して内部構造に無理に力が発生し、発電電動機１４の性能や耐久性に悪影響を及ぼすおそれがある。
そこで本発明は、パワーユニットを、その重心を挟んでほぼ等距離の両側で安定良く支持できるとともに、発電電動機に掛かる荷重を軽減することができるハイブリッド建設機械を提供するものである。
請求項１の発明は、次の(Ｉ)〜(ＩＶ)の要件をすべて具備するものである。
(Ｉ) エンジン、発電電動機、油圧ポンプによってパワーユニットが構成されること。
(ＩＩ) 上記発電電動機の軸方向の片側にエンジン側フランジ、反対側にポンプ側フランジがそれぞれ設けられ、上記エンジン側フランジが上記エンジンに、上記ポンプ側フランジが上記油圧ポンプにそれぞれ連結されることにより、上記エンジン、発電電動機、油圧ポンプの三者が、上記発電電動機を中間にして、かつ、パワーユニット全体の重心がエンジン重心よりも発電電動機側に位置する状態で直列に接続されていること。
(ＩＩＩ) 上記パワーユニット全体の重心を挟んでエンジンと発電電動機にそれぞれエンジン側及び発電電動機側両マウント装置が設けられ、上記パワーユニットがこの両マウント装置によって本体フレーム上に支持されていること。
(ＩＶ) 上記発電電動機のエンジン側及びポンプ側両フランジに跨ってマウント取付ブラケットが設けられ、このマウント取付ブラケットに上記発電電動機側マウント装置が取付けられていること。
請求項２の発明は、請求項１の構成において、上記マウント取付ブラケット及び発電電動機側マウント装置は、上記パワーユニットの軸方向と直交する方向の両側に設けられたものである。
請求項３の発明は、請求項１または２の構成において、上記パワーユニット全体を吊り上げるためのエンジン側及び発電電動機側の両吊り金具を備え、上記発電電動機側の吊り金具が上記マウント取付ブラケットに設けられたものである。
本発明によると、パワーユニットを構成するエンジン、発電電動機、油圧ポンプの三者を、上記発電電動機を中間にして、かつ、パワーユニット全体の重心がエンジン重心よりも発電電動機側に位置する状態で直列に接続した構成を前提として、パワーユニット全体の重心を挟んでエンジンと発電電動機にそれぞれマウント装置を設け、パワーユニットをこの両側マウント装置によって本体フレーム上に支持したから、パワーユニット重心から両側マウント装置までの距離をほぼ等しくして、パワーユニットを安定良く支持することができる。
これにより、両側マウント装置の荷重負担をほぼ均等化して、マウント装置の強度不安を解消できるとともに、振動を抑制することができる。
また、発電電動機をマウント装置で直接支持するため、発電電動機に掛かる荷重を軽減し、内部構造を保護して本来の性能、耐久性を確保することができる。
この場合、発電電動機に元々設けられたエンジン側及びポンプ側両フランジに跨ってマウント取付ブラケットを取付け、このブラケットに発電電動機側のマウント装置を設けたから、マウント装置そのものの強度を高めてパワーユニットの支持状態をより安定化できるとともに、両側フランジをマウント装置取付部材に兼用することでコストを安くしかつ、組み付け性及びスペース効率の点でも有利となる。
また、請求項２の発明によると、発電電動機側のマウント装置をパワーユニットの軸方向と直交する方向(図５のショベルでいうと前後方向)の両側に設けたから、パワーユニット全体及び発電電動機の支持状態を一層安定化させることができる。
一方、請求項３の発明によると、エンジン側及び発電電動機側の吊り金具によってパワーユニット全体を吊り上げることができるため、パワーユニットを一つのアッセンブリとして運搬し、機械に搭載することができる。このため、運搬性及び組立作業性を向上させることができる。
この場合、発電電動機側の吊り金具をマウント取付ブラケットに設けたから、いいかえれば、パワーユニットの軸方向片側の吊り点を発電電動機に設定したから、パワーユニットを、その重心からの距離がほぼ等しい両側位置でバランス良く吊り上げることができる。
また、吊り金具をマウント取付ブラケットの一部として構成したから、コスト、組立性の点で有利となる。
本発明の実施形態に係るパワーユニットの支持状態を機械背面側から見た図である。 図１の一部拡大図である。 図２の部分をポンプ側から見た側面図である。 パワーユニットとそのマウント構造の一部を示す斜視図である。 本発明の適用対象例であるショベルの概略側面図である。 油圧ショベル用パワーユニットの支持状態を示す図１相当図である。 油圧ショベル用パワーユニットの支持構造をハイブリッドショベルに転用した場合の図６相当図である。
本発明の実施形態を図１〜図４によって説明する。
実施形態ではハイブリッドショベルを適用対象としている。
図１は図７同様、エンジンルーム内のパワーユニットとその支持構造を機械背面側から見た図である。
同図に示すように、
(Ｉ) エンジン８と油圧ポンプ９との間に発電電動機１４が設けられてパワーユニットＵ２が構成される点、
(ＩＩ) 発電電動機１４には、左右両側に厚板状のエンジン側及びポンプ側両フランジ１５，１６が、それぞれエンドカバーを兼ねる状態で外周側に突出して設けられ、エンジン側フランジ１５がエンジン８のフライホイールハウジング１３に、ポンプ側フランジ１６が油圧ポンプ９にそれぞれ連結される点、
(ＩＩＩ) パワーユニット重心Ｘ３が、図６に示す油圧ショベル用パワーユニットＵ１の重心Ｘ１よりも油圧ポンプ側に大きく移動する点
は図７に示す従来技術(図６の油圧ショベル用パワーユニットＵ１の支持構造をハイブリッドショベル用パワーユニットＵ２に転用した場合)と同じである。
また、パワーユニットＵ２のマウント構造として、パワーユニット重心Ｘ３を挟んで軸方向の両側に防振構造を備えたマウント装置(以下、機械背面側から見た方向性に従って左側、右側マウント装置という)１７，１８が設けられ、この両側マウント装置１７，１８によってパワーユニットＵ２全体がアッパーフレーム４上に支持されている。
このうち、左側マウント装置１７は、図７に示す従来技術における左側マウント装置１１と同様に、エンジン８の反ポンプ側の端部(エンジン重心Ｘ２よりも左側)に設けられている。
一方、右側マウント装置１８はマウント取付ブラケット１９を介して発電電動機１４に取付けられている。
図２〜図４によって詳述すると、マウント取付ブラケット１９は、垂直板部１９ａと水平板部１９ｂとを有し、垂直板部１９ａが発電電動機１４の両側フランジ１５，１６に跨って取付けられ、水平板部１９ｂのほぼ中央(発電電動機１４の軸方向のほぼ中央)に右側マウント装置１８が取付けられている。
なお、この右側マウント装置１８の取付位置を発電電動機１４の重心とほぼ一致させるのが望ましい。
また、マウント取付ブラケット１９は、図３，４に示すように両側フランジ１５，１６の前後両側面に取付けられ、この両側ブラケット１９にそれぞれ右側マウント装置１８が取付けられている。
すなわち、右側マウント装置１８は、パワーユニットＵ２の軸方向と直交する方向(前後方向)の両側に、かつ、発電電動機中心を中心として対称またはほぼ対称配置で設けられている。
このパワーユニット支持構造によると、パワーユニット重心Ｘ３から両側マウント装置１７，１８までの距離Ｌ１，Ｌ２をほぼ等しくして、パワーユニットＵ２を安定良く支持することができる。
これにより、両側マウント装置１７，１８の荷重負担をほぼ均等化することができる。このため、偏荷重を無くして、両側マウント装置１７，１８の強度不安を解消できるとともに、振動を抑制することができる。
また、発電電動機１４を右側マウント装置１８で直接支持するため、発電電動機１４に掛かる荷重を軽減し、内部構造を保護して本来の性能、耐久性を確保することができる。
この場合、発電電動機１４に元々設けられたエンジン側及びポンプ側両フランジ１５，１６に跨ってマウント取付ブラケット１９を取付け、このブラケット１９に発電電動機側のマウント装置１８を設けたから、マウント装置１８そのものの強度を高めてパワーユニットの支持状態をより安定化することができる。
詳しくは、
(イ) ブラケット１９を発電電動機１４に対して両持ち状態で強固に取付け得ること、
(ロ) 両側フランジ１５，１６を、マウント装置１８の一部を構成する強度部材として利用できること、
(ハ) 両側フランジ１５，１６は、エンジン８及び油圧ポンプ９に対して強固に連結できるように、元々、十分な強度を備えた厚板状に形成されていること
により、マウント装置１８の強度を高めることができる。これによって、パワーユニットＵ２の支持状態をより安定化することができる。
しかも、既存のフランジ１５，１６をマウント取付部材として利用するため、コストを安くし、かつ、組み付け性及びスペース効率の点でも有利となる。
一方、パワーユニットＵ２を吊り上げるための吊り金具として、エンジン８の反ポンプ側端部の上面にエンジン側吊り金具２０、両側マウント取付ブラケット１９，１９の水平板部１９ｂ，１９ｂに発電電動機側吊り金具２１，２１がそれぞれ設けられている。
これら吊り金具２０，２１，２１により、図１に示すようにパワーユニットＵ２全体をクレーン２２(吊りフックのみを示す)等で三点吊り状態で一体に吊り上げることができるため、パワーユニットＵ２を一つのアッセンブリとして運搬し、機械に搭載することができる。このため、運搬性及び組立作業性を向上させることができる。
この場合、発電電動機側の吊り金具２１，２１をマウント取付ブラケット１９，１９に設けたから、いいかえれば、パワーユニットＵ２の軸方向片側(右側)の吊り点を発電電動機１４の位置に設定したから、パワーユニットＵ２を、その重心Ｘ３からの距離がほぼ等しい両側位置でバランス良く吊り上げることができる。
また、吊り金具２１をマウント取付ブラケット１９の一部として構成したから、コスト、組立性の点で有利となる。
他の実施形態
(１) 上記実施形態では、発電電動機側マウント装置１８を発電電動機１４を挟んだ前後両側に設けたが、一つのマウント装置１８を発電電動機１４の下面側に設けてもよい。
この場合、マウント取付ブラケット１９は両フランジ１５，１６の下面に跨って取付ければよい。
(２) 発電電動機側の吊り金具２１についても、発電電動機１４のハウジングまたは両側フランジ１５，１６の一方(望ましくはポンプ側フランジ１５)に設けてもよい。
(３) 本発明はハイブリッドショベルに限らず、ショベルを転用して構成される破砕機や解体機等の他のハイブリッド建設機械に広く適用することができる。
Ｕ２ パワーユニット
８ エンジン
９ 油圧ポンプ
１４ 発電電動機
Ｘ２ エンジン重心
Ｘ３ パワーユニット重心
１５ エンジン側フランジ
１６ ポンプ側フランジ
１７ エンジン側マウント装置
１８ 発電電動機側マウント装置
１９ マウント取付ブラケット
２０，２１ 吊り金具

Claims (3)

  1. 次の(Ｉ)〜(ＩＶ)の要件をすべて具備することを特徴とするハイブリッド建設機械。
    (Ｉ) エンジン、発電電動機、油圧ポンプによってパワーユニットが構成されること。
    (ＩＩ) 上記発電電動機の軸方向の片側にエンジン側フランジ、反対側にポンプ側フランジがそれぞれ設けられ、上記エンジン側フランジが上記エンジンに、上記ポンプ側フランジが上記油圧ポンプにそれぞれ連結されることにより、上記エンジン、発電電動機、油圧ポンプの三者が、上記発電電動機を中間にして、かつ、パワーユニット全体の重心がエンジン重心よりも発電電動機側に位置する状態で直列に接続されていること。
    (ＩＩＩ) 上記パワーユニット全体の重心を挟んでエンジンと発電電動機にそれぞれエンジン側及び発電電動機側両マウント装置が設けられ、上記パワーユニットがこの両マウント装置によって本体フレーム上に支持されていること。
    (ＩＶ) 上記発電電動機のエンジン側及びポンプ側両フランジに跨ってマウント取付ブラケットが設けられ、このマウント取付ブラケットに上記発電電動機側マウント装置が取付けられていること。
  2. 上記マウント取付ブラケット及び発電電動機側マウント装置は、上記パワーユニットの軸方向と直交する方向の両側に設けられたことを特徴とする請求項１記載のハイブリッド建設機械。
  3. 上記パワーユニット全体を吊り上げるためのエンジン側及び発電電動機側の両吊り金具を備え、上記発電電動機側の吊り金具が上記マウント取付ブラケットに設けられたことを特徴とする請求項１または２記載のハイブリッド建設機械。
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