JP5583901B2

JP5583901B2 - ハイブリッド型建設機械

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Publication number: JP5583901B2
Application number: JP2008290279A
Authority: JP
Inventors: 今日子高梨
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2008-11-12
Filing date: 2008-11-12
Publication date: 2014-09-03
Anticipated expiration: 2028-11-12
Also published as: JP2010116708A

Description

本発明は、電動作業要素と油圧作業要素を含むハイブリッド型建設機械に関する。

従来より、駆動機構の一部を電動化したハイブリッド型建設機械が提案されている。このような建設機械は、ブーム、アーム、及びバケット等の作業要素を油圧駆動するための油圧ポンプを備え、この油圧ポンプを駆動するためのエンジンに減速機を介して電動発電機を接続し、電動発電機でエンジンの駆動をアシストするとともに、発電によって得る電力を蓄電器に充電している。

また、上部旋回体を旋回させるための旋回機構の動力源として油圧モータに加えて電動機を備え、旋回機構の加速時に電動機で油圧モータの駆動をアシストし、旋回機構の減速時に電動機で回生運転を行い、発電される電力をバッテリに充電している（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−１０３１１２号公報

ところで、ハイブリッド型建設機械は、エンジンの出力と油圧ポンプで必要な出力との関係に基づいて電動発電機によるアシスト量を制御している。

ここで、エンジンの運転制御を行う運転制御部や運転制御部の情報伝達部に異常が発生すると、エンジンの運転状態が分からなくなり、油圧ポンプの負荷等に応じた適切な運転制御が行われなくなる。その結果、エンスト状態となり、作業の中断原因となるおそれが生じてしまう。

そこで、本発明は、エンジンの制御系に異常が生じた場合においても、運転状態を継続することのできるハイブリッド型建設機械を提供することを目的とする。

本発明の一局面のハイブリッド型建設機械は、内燃機関又は電動発電機の駆動力で駆動され、油圧作業要素を駆動するための圧油を出力する油圧ポンプと、前記油圧ポンプの出力を制御する出力制御部と、前記内燃機関の運転制御を行う運転制御部と、前記運転制御部の異常を検出する異常検出部とを含み、前記出力制御部は、前記異常検出部によって異常が検出されると、前記油圧ポンプの出力を所定出力に制限する。

また、前記電動発電機の駆動を制御する駆動制御部をさらに含み、前記駆動制御部は、前記異常検出部によって異常が検出されると、前記電動発電機の駆動を継続させてもよい。

前記電動発電機との間で電力の授受を行う蓄電器の電圧値を検出する電圧検出部をさらに含み、前記駆動制御部は、前記異常検出部によって異常が検出された後に、前記電圧検出部によって検出される電圧値が所定電圧値以下になると、前記電動発電機の駆動を停止させ、前記出力制御部は、前記異常検出部によって異常が検出された後に、前記電圧検出部によって検出される電圧値が所定電圧値以下になると、前記油圧ポンプの出力を所定出力に制限してもよい。

また、前記所定出力は、前記異常検出部によって異常が検出された場合に前記内燃機関が出力可能な異常時出力以下であってもよい。

前記異常時出力は、前記内燃機関の最低出力であってもよい。

本発明によれば、エンジンの制御系に異常が生じた場合においても、運転状態を継続することのできるハイブリッド型建設機械を提供できるという特有の効果が得られる。

以下、本発明のハイブリッド型建設機械を適用した実施の形態について説明する。

［実施の形態１］
図１は、実施の形態１のハイブリッド型建設機械を示す側面図である。

このハイブリッド型建設機械の下部走行体１には、旋回機構２を介して上部旋回体３が搭載されている。また、上部旋回体３には、ブーム４、アーム５、及びバケット６と、これらを油圧駆動するためのブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９に加えて、キャビン１０及び動力源が搭載される。

「全体構成」
図２は、実施の形態１のハイブリッド型建設機械の構成を表すブロック図である。この図２では、機械的動力系を二重線、高圧油圧ラインを実線、パイロットラインを破線、電気駆動・制御系を実線でそれぞれ示す。

機械式駆動部としてのエンジン１１と、アシスト駆動部としての電動発電機１２は、ともに増力機としての減速機１３の入力軸に接続されている。また、この減速機１３の出力軸には、メインポンプ１４及びパイロットポンプ１５が接続されている。メインポンプ１４には、高圧油圧ライン１６を介してコントロールバルブ１７が接続されている。

コントロールバルブ１７は、実施の形態１のハイブリッド型建設機械における油圧系の制御を行う制御装置であり、このコントロールバルブ１７には、下部走行体１用の油圧モータ１Ａ（右用）及び１Ｂ（左用）、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９が高圧油圧ラインを介して接続される。

また、電動発電機１２には、インバータ１８及び昇降圧コンバータ１００を介して蓄電器としてのバッテリ１９が接続される。このインバータ１８と昇降圧コンバータ１００との間は、ＤＣバス１１０によって接続されている。

また、ＤＣバス１１０には、インバータ２０を介して電動作業要素としての旋回用電動機２１が接続されている。ＤＣバス１１０は、バッテリ１９、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１の間で電力の授受を行うために配設されている。

ＤＣバス１１０には、ＤＣバス１１０の電圧値（以下、ＤＣバス電圧値と称す）を検出するためのＤＣバス電圧検出部１１１が配設されている。検出されるＤＣバス電圧値は、コントローラ３０に入力される。

また、バッテリ１９には、バッテリ電圧値を検出するためのバッテリ電圧検出部１１２と、バッテリ電流値を検出するためのバッテリ電流検出部１１３が配設されている。これらによって検出されるバッテリ電圧値とバッテリ電流値は、コントローラ３０に入力される。

旋回用電動機２１の回転軸２１Ａには、レゾルバ２２、メカニカルブレーキ２３、及び旋回減速機２４が接続される。また、パイロットポンプ１５には、パイロットライン２５を介して操作装置２６が接続される。

操作装置２６は、レバー２６Ａ、レバー２６Ｂ、及びペダル２６Ｃを含み、レバー２６Ａ、レバー２６Ｂ、及びペダル２６Ｃには、油圧ライン２７及び２８を介して、コントロールバルブ１７及び圧力センサ２９がそれぞれ接続される。この圧力センサ２９には、実施の形態１のハイブリッド型建設機械の電気系の駆動制御を行うコントローラ３０が接続されている。

このような実施の形態１のハイブリッド型建設機械は、エンジン１１、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１を動力源とするハイブリッド型建設機械である。これらの動力源は、図１に示す上部旋回体３に搭載される。以下、各部について説明する。

「各部の構成」
エンジン１１は、例えば、ディーゼルエンジンで構成される内燃機関であり、その出力軸は減速機１３の一方の入力軸に接続される。このエンジン１１は、図示しないエンジン回転数検出器で検出される回転数が、コントローラ３０へ入力され、一定回転数になるようにコントローラ３０によって運転制御が行われ、ハイブリッド型建設機械の運転中は常時運転される。

電動発電機１２は、電動（アシスト）運転及び発電運転の双方が可能な電動機であればよい。ここでは、電動発電機１２として、インバータ２０によって交流駆動される電動発電機を示す。この電動発電機１２は、例えば、磁石がロータ内部に埋め込まれたＩＰＭ(Interior Permanent Magnetic)モータで構成することができる。電動発電機１２の回転軸は減速機１３の他方の入力軸に接続される。

減速機１３は、２つの入力軸と１つの出力軸を有する。２つの入力軸の各々には、エンジン１１の駆動軸と電動発電機１２の駆動軸が接続される。また、出力軸にはメインポンプ１４の駆動軸が接続される。エンジン１１の負荷が大きい場合には、電動発電機１２が電動（アシスト）運転を行い、電動発電機１２の駆動力が減速機１３の出力軸を経てメインポンプ１４に伝達される。これによりエンジン１１の駆動がアシストされる。一方、エンジン１１の負荷が小さい場合は、エンジン１１の駆動力が減速機１３を経て電動発電機１２に伝達されることにより、電動発電機１２が発電運転による発電を行う。電動発電機１２の力行運転と発電運転の切り替えは、コントローラ３０により、エンジン１１の負荷等に応じて行われる。

メインポンプ１４は、コントロールバルブ１７に供給するための圧油を発生するポンプであり、傾転角を制御するポンプ制御弁１４Ａを有する。このポンプ制御弁１４Ａは、コントローラ３０によって電気的に駆動され、メインポンプ１４の傾転角の制御が行われる。メインポンプ１４から吐出される圧油は、コントロールバルブ１７を介して油圧モータ１Ａ、１Ｂ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９の各々を駆動するために供給される。

パイロットポンプ１５は、油圧操作系に必要なパイロット圧を発生するポンプである。

コントロールバルブ１７は、高圧油圧ラインを介して接続される下部走行体１用の油圧モータ１Ａ、１Ｂ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９の各々に供給する油圧を操作者の操作入力に応じて制御することにより、これらを油圧駆動制御する油圧制御装置である。

インバータ１８は、電動発電機１２と昇降圧コンバータ１００との間に設けられ、コントローラ３０からの指令に基づき、電動発電機１２の運転制御を行う。これにより、インバータ１８が電動発電機１２の力行を運転制御している際には、必要な電力をバッテリ１９と昇降圧コンバータ１００からＤＣバス１１０を介して電動発電機１２に供給する。また、電動発電機１２の回生を運転制御している際には、電動発電機１２により発電された電力をＤＣバス１１０及び昇降圧コンバータ１００を介してバッテリ１９に充電する。

バッテリ１９は、昇降圧コンバータ１００を介してインバータ１８及びインバータ２０に接続されている。これにより、電動発電機１２の電動（アシスト）運転と旋回用電動機２１の力行運転との少なくともどちらか一方が行われている際には、電動（アシスト）運転又は力行運転に必要な電力を供給するとともに、また、電動発電機１２の発電運転と旋回用電動機２１の回生運転の少なくともどちらか一方が行われている際には、発電運転又は回生運転によって発生した電力を電気エネルギとして蓄積するための電源である。

このバッテリ１９の充放電制御は、バッテリ１９の充電状態、電動発電機１２の運転状態（電動（アシスト）運転又は発電運転）、旋回用電動機２１の運転状態（力行運転又は回生運転）に基づき、昇降圧コンバータ１００によって行われる。この昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切替制御は、ＤＣバス電圧検出部１１１によって検出されるＤＣバス電圧値、バッテリ電圧検出部１１２によって検出されるバッテリ電圧値、及びバッテリ電流検出部１１３によって検出されるバッテリ電流値に基づき、コントローラ３０によって行われる。

インバータ２０は、旋回用電動機２１と昇降圧コンバータ１００との間に設けられ、コントローラ３０からの指令に基づき、旋回用電動機２１に対して運転制御を行う。これにより、インバータが旋回用電動機２１の力行を運転制御している際には、必要な電力をバッテリ１９から昇降圧コンバータ１００を介して旋回用電動機２１に供給する。また、旋回用電動機２１が回生運転をしている際には、旋回用電動機２１により発電された電力を昇降圧コンバータ１００を介してバッテリ１９へ充電する。図２には、旋回電動機（１台）及びインバータ（１台）を含む形態を示すが、その他マグネット機構や旋回機構部以外の駆動部として備えることで、複数の電動機及び複数のインバータをＤＣバス１１０に接続するようにしてもよい。

図３は、蓄電系の内部の詳細図である。蓄電系は、一定電圧蓄電部としてのＤＣバス１１０、蓄電制御部としての昇降圧コンバータ１００と変動電圧蓄電部としてのバッテリ１９により構成される。

昇降圧コンバータ１００は、一側がＤＣバス１１０を介して電動発電機１２及び旋回用電動機２１に接続されるとともに、他側がバッテリ１９に接続されており、ＤＣバス電圧値が一定の範囲内に収まるように昇圧又は降圧を切り替える制御を行う。電動発電機１２が電動（アシスト）運転を行う場合には、インバータ１８を介して電動発電機１２に電力を供給する必要があるため、ＤＣバス電圧値を昇圧する必要がある。一方、電動発電機１２が発電運転を行う場合には、発電された電力をインバータ１８を介してバッテリ１９に充電する必要があるため、ＤＣバス電圧値を降圧する必要がある。これは、旋回用電動機２１の力行運転と回生運転においても同様であり、その上、電動発電機１２はエンジン１１の負荷状態に応じて運転状態が切り替えられ、旋回用電動機２１は上部旋回体３の旋回動作に応じて運転状態が切り替えられるため、電動発電機１２と旋回用電動機２１には、いずれか一方が電動（アシスト）運転又は力行運転を行い、他方が発電運転又は回生運転を行う状況が生じうる。

このため、昇降圧コンバータ１００は、電動発電機１２と旋回用電動機２１の運転状態に応じて、ＤＣバス電圧値が一定の範囲内に収まるように昇圧動作と降圧動作を切り替える制御を行う。

ＤＣバス１１０は、２つのインバータ１８及び２０と昇降圧コンバータとの間に配設されており、バッテリ１９、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１の間で電力の授受が可能に構成されている。

ＤＣバス電圧検出部１１１は、ＤＣバス電圧値を検出するための電圧検出部である。検出されるＤＣバス電圧値はコントローラ３０に入力され、このＤＣバス電圧値を一定の範囲内に収めるための昇圧動作と降圧動作の切替制御を行うために用いられる。

バッテリ電圧検出部１１２は、バッテリ１９の電圧値を検出するための電圧検出部であり、バッテリの充電状態を検出するために用いられる。検出されるバッテリ電圧値は、コントローラ３０に入力され、昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切替制御を行うために用いられる。

バッテリ電流検出部１１３は、バッテリ１９の電流値を検出するための電流検出部である。バッテリ電流値は、バッテリ１９から昇降圧コンバータ１００に流れる電流を正の値として検出される。検出されるバッテリ電流値は、コントローラ３０に入力され、昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切替制御を行うために用いられる。

旋回用電動機２１は、力行運転及び回生運転の双方が可能な電動機であればよく、上部旋回体３の旋回機構２を駆動するために設けられている電動作業要素である。力行運転の際には、旋回用電動機２１の回転駆動力の回転力が減速機２４にて増幅され、上部旋回体３が加減速制御され回転運動を行う。また、上部旋回体３の慣性回転により、減速機２４にて回転数が増加されて旋回用電動機２１に伝達され、回生電力を発生させることができる。ここでは、旋回用電動機２１として、ＰＷＭ(Pulse Width Modulation)制御信号によりインバータ２０によって交流駆動される電動機を示す。この旋回用電動機２１は、例えば、磁石埋込型のＩＰＭモータで構成することができる。これにより、より大きな誘導起電力を発生させることができるので、回生時に旋回用電動機２１にて発電される電力を増大させることができる。

レゾルバ２２は、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａの回転位置及び回転角度を検出するセンサであり、旋回用電動機２１と機械的に連結することで旋回用電動機２１の回転前の回転軸２１Ａの回転位置と、左回転又は右回転した後の回転位置との差を検出することにより、回転軸２１Ａの回転角度及び回転方向を検出するように構成されている。旋回用電動機２１の回転軸２１Ａの回転角度を検出することにより、旋回機構２の回転角度及び回転方向が導出される。また、図２にはレゾルバ２２を取り付けた形態を示すが、電動機の回転センサを有しないインバータ制御方式を用いてもよい。

メカニカルブレーキ２３は、機械的な制動力を発生させる制動装置であり、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａを機械的に停止させる。このメカニカルブレーキ２３は、電磁式スイッチにより制動／解除が切り替えられる。この切り替えは、コントローラ３０によって行われる。

旋回減速機２４は、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａの回転速度を減速して旋回機構２に機械的に伝達する減速機である。これにより、力行運転の際には、旋回用電動機２１の回転力を増力させ、より大きな回転力として旋回体へ伝達することができる。これとは逆に、回生運転の際には、旋回体で発生した回転数を増加させ、より多くの回転動作を旋回用電動機２１に発生させることができる。

旋回機構２は、旋回用電動機２１のメカニカルブレーキ２３が解除された状態で旋回可能となり、これにより、上部旋回体３が左方向又は右方向に旋回される。

操作装置２６は、旋回用電動機２１、下部走行体１、ブーム４、アーム５、及びバケット６を操作するための操作装置である。レバー２６Ａ、２６Ｂ、及びペダル２６Ｃは、キャビン１０内の運転席の周囲に配設され、ハイブリッド型建設機械の操作者によって操作される。

この操作装置２６は、パイロットライン２５を通じて供給される油圧（１次側の油圧）を操作者によるレバー２６Ａ、２６Ｂ、及びペダル２６Ｃの操作量に応じた油圧（２次側の油圧）に変換して出力する。操作装置２６から出力される２次側の油圧は、油圧ライン２７を通じてコントロールバルブ１７に供給されるとともに、圧力センサ２９によって検出される。

なお、レバー２６Ａは、旋回用電動機２１及びアーム５を操作するためのレバーであり、レバー２６Ｂは、ブーム４及びバケット６を操作するためのレバーである。また、ペダル２６Ｃは、下部走行体１を操作するための一対のペダルであり、運転席の足下に設けられる。

操作装置２６のレバー２６Ａ、２６Ｂ、及びペダル２６Ｃが操作されると、油圧ライン２７を通じてコントロールバルブ１７が駆動され、これにより、油圧モータ１Ａ、１Ｂ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９内の油圧が制御されることによって、下部走行体１、ブーム４、アーム５、及びバケット６が駆動される。

なお、油圧ライン２７は、油圧モータ１Ａ及び１Ｂ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダの駆動に必要な油圧をコントロールバルブに供給する。

圧力センサ２９は、操作検出部としてのセンサであり、この圧力センサ２９では、旋回機構２を旋回させるためにレバー２６Ａが操作されると、この操作量を油圧ライン２８内の油圧の変化として検出する。

圧力センサ２９は、油圧ライン２８内の油圧を表す電気信号を出力する。これにより、操作装置２６に入力される旋回機構２を旋回させるためのレバー２６Ａの操作量を的確に把握することができる。

旋回機構２とブーム４の操作量を表す電気信号は、コントローラ３０に入力され、旋回用電動機２１の駆動制御とブーム４の駆動制御に用いられる。

なお、実施の形態１では、レバー操作検出部としての圧力センサを用いる形態について説明するが、操作装置２６のレバー２６Ａに入力される旋回機構２を旋回させるための操作量をそのまま電気信号で読み取るセンサを用いてもよい。

「コントローラ３０」
コントローラ３０は、本実施の形態のハイブリッド型建設機械の駆動制御を行う制御装置であり、エンジン１１の運転制御を行うエンジン制御部３２、電動発電機１２の駆動制御を行う駆動制御部３３、コントロールバルブ１７を通じて油圧作業要素の駆動制御を行う油圧駆動部３４、油圧ポンプ１４の出力を制御する油圧出力制御部３５、昇降圧コンバータ１００の駆動制御を行うことによってバッテリ１９の充放電の制御を行う充放電制御部３６、旋回用電動機２１の駆動制御を行う旋回駆動制御部３７、及び、エンジン制御部３２の異常を検出する異常検出部３８を含む。

このコントローラ３０は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)及び内部メモリを含む演算処理装置で構成され、主制御部３１、エンジン制御部３２、駆動制御部３３、油圧駆動部３４、油圧出力制御部３５、充放電制御部３６、旋回駆動制御部３７、及び異常検出部３８は、コントローラ３０のＣＰＵが内部メモリに格納される駆動制御用のプログラムを実行することにより、実現される装置である。

主制御部３１は、エンジン制御部３２、駆動制御部３３、油圧駆動部３４、油圧出力制御部３５、充放電制御部３６、旋回駆動制御部３７、及び異常検出部３８のすべてを統括する処理を行う。

エンジン制御部３２は、油圧ポンプ１４の負荷に応じて、機関回転数が一定になるようにエンジン１１の運転制御を行う運転制御部である。エンジン制御部３２には、エンジン１１の機関回転数を調節するためのボリュームスイッチ４０が接続されている。ボリュームスイッチ４０は、キャビン１０内の運転席の近傍に配設されており、操作者が操作することにより、エンジン１１の機関回転数を設定できるように構成されている。エンジン制御部３２は、ボリュームスイッチ４０で設定される機関回転数を目標値として、油圧ポンプ１４の負荷に応じて、機関回転数が一定になるようにエンジン１１の運転制御を行う。

なお、実施の形態１のハイブリッド型建設機械では、エンジン制御部３２に異常が発生した場合には、主制御部３１がエンジン１１を最低出力の状態で運転制御するように構成されている。

駆動制御部３３は、エンジン１１及び油圧ポンプ１４の負荷に応じて、電動発電機１２の運転状態を電動運転又は発電運転に切り替える駆動制御を行う。駆動制御部３３は、油圧ポンプ１４を駆動するために必要な出力がエンジン１１の出力だけでは不足する場合には、電動発電機１２に電動運転を行わせることにより、油圧ポンプ１４の駆動をアシストさせる。また、駆動制御部３３は、油圧ポンプ１４を駆動するために必要な出力がエンジン１１の出力だけで足りる場合には、余剰な出力を電気エネルギに変換するために、電動発電機１２に発電運転を行わせる。

油圧駆動部３４は、操作装置２６のレバー２６Ａ、２６Ｂ、及びペダル２６Ｃの操作に応じて、コントロールバルブ１７の制御を行い、これにより、油圧モータ１Ａ、１Ｂ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９への圧油の供給量が制御される。これにより、油圧作業要素としての下部走行体１、ブーム４、アーム５、及びバケット６の各々が駆動される。

油圧出力制御部３５は、コントロールバルブ１７で必要な油圧出力を制御する出力制御部であり、油圧ポンプ１４の傾転角を制御するポンプ制御弁１４Ａの駆動制御を行う。傾転角の制御により、油圧ポンプ１４の吐出流量が制御され、この吐出流量の制御により、油圧ポンプ１４の出力が制御される。

充放電制御部３６は、バッテリ１９の充電状態、電動発電機１２の運転状態、旋回用電動機２１の運転状態に基づき、昇降圧コンバータ１００の動作状態を昇圧動作又は降圧動作に切り替える。この昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切替制御は、ＤＣバス電圧検出部１１１によって検出されるＤＣバス電圧値、バッテリ電圧検出部１１２によって検出されるバッテリ電圧値、及びバッテリ電流検出部１１３によって検出されるバッテリ電流値に基づいて行われる。

旋回駆動制御部３７は、レバー２６Ａの操作量に応じて、インバータ２０を介して旋回用電動機２１の駆動制御を行う。旋回駆動制御部３７は、レバー２６Ａの操作量に応じた速度指令が入力されると、この速度指令に基づき駆動指令を生成する。この駆動指令はインバータ２０に入力され、このインバータ２０によって旋回用電動機２１がＰＷＭ制御信号により交流駆動される。

異常検出部３８は、エンジン制御部３２の異常を検出する。エンジン制御部３２の異常として、コントローラ３０へ入力されるエンジン回転数の検出値やブースト圧等のエンジン情報データが監視範囲から外れた場合や、エンジン情報データが送信されない場合に、コントローラ３０の異常検出部３８はエンジン異常と判定する。

主制御部３１は、異常検出部３８によってエンジン制御部３２の異常が検出された場合には、油圧出力制御部３５にメインポンプ１４の傾転角を小さくさせることにより、油圧ポンプ１４の出力を所定の出力まで制限させる。

図４は、実施の形態１のハイブリッド型建設機械においてエンジン制御部３２に異常が発生した場合にメインポンプ１４の出力を低減させる際の特性を示す図である。メインポンプ１４の吐出圧は、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９、油圧モータ１Ａ、１Ｂが受ける負荷状況によって決められる。よって、負荷が軽い場合にはメインポンプ１４の出力はエンジン１１の出力上限値よりも小さく、負荷が大きい場合にはエンジン１１の出力上限値よりも大きくなる。ここで、メインポンプ１４の出力はエンジン１１の出力上限値よりも大きい場合には、電動発電機１２によって、エンジン１１をアシストする。

図４において、Ｐ_Ｅｎｇ０はエンジン１１の出力上限値、Ｐ_Ｐｍｐ０はメインポンプ１４の出力値、Ｐ_ＡＳＭ０は電動発電機１２の出力上限値、Ｐ_Ｅｎｇ０＋Ｐ_ＡＳＭ０はエンジン１１（Ｐ_Ｅｎｇ０）と電動発電機１２（Ｐ_ＡＳＭ０）の合計出力、Ｐ_Ｅｎｇ１及びＰ_Ｐｍｐ１はコントローラ３０の図示しないエンスト防止部によるエンスト防止処理がなされた後のエンジン１１及びメインポンプ１４の出力をそれぞれ表す。

時刻ｔ＝ｔ０では、エンジン制御部３２の異常は発生していない。そして、この時点では、オペレータのレバー操作によって、油圧シリンダへは高出力の要求がなされている。それに伴い、メインポンプ１４の出力Ｐ_Ｐｍｐ０はエンジン１１の出力上限値Ｐ_Ｅｎｇ０より高い出力となっている。このため、コントローラ３０はエンジン１１のエンストを防止するため、電動発電機１２にエンジン１１をアシストするようにインバータ１８へ指令を送信する。これにより、エンジン１１の出力上限値ＰＥｎｇ０より高い出力がメインポンプ１４へなされていても、エンストすることなく作業を行うことができる。ここで、電動発電機１２の出力上限値Ｐ_Ａｓｍ０は、エンジン１１の出力上限値Ｐ_Ｅｎｇ０と加算するとメインポンプ出力Ｐ_Ｐｍｐ０より高くなるように設定されている。

しかしながら、エンジン１１の回転数が監視幅から外れると、コントローラ３０の異常検出部３８はエンジン１１に異常が発生したと判断する。これにより、エンジン１１の出力は最低出力として設定されている無負荷時の出力まで低減される。また、これと同時に、コントローラ３０は、インバータ１８へ電動発電機１２からの出力を停止するように指令を送る。そうすると、電動発電機１２からの出力がないため、メインポンプ１４の出力Ｐ_Ｐｍｐ０がエンジン１１の出力上限値Ｐ_Ｅｎｇ０より高い状態となってしまう。ここで、本実施の形態では、時刻ｔ＝ｔ１でエンジン制御部３２に異常が発生すると、異常検出部３８によって異常が検出され、主制御部３１は、油圧出力制御部３５にメインポンプ１４の傾転角を小さくさせることにより、油圧ポンプ１４の出力を所定の出力Ｐ_Ｐｍｐ１まで制限させる。この出力Ｐ_Ｐｍｐ１は、エンジン１１の最低出力Ｐ_Ｅｎｇ１より低く設定されている。

また、このとき、エンジン制御部３２に異常が発生しているため、エンジン１１の出力はＰ_Ｅｎｇ１まで低下する。

また、時刻ｔ＝ｔ１でによってエンジン制御部３２の異常が検出されると、主制御部３１は、駆動制御部３３に電動発電機１２の運転を停止させる。このため、時刻ｔ＝ｔ１以降は、電動発電機１２の出力は、零となる。

このように、時刻ｔ＝ｔ１でエンジン制御部３２に異常が発生すると、主制御部３１が油圧出力制御部３５にメインポンプ１４の傾転角を小さくさせるとともに、駆動制御部３３に電動発電機１２の運転を停止させる。そして、このときの油圧ポンプの出力Ｐ_Ｐｍｐ１は、エンジン１１の最低出力Ｐ_Ｅｎｇ１より低く設定されている。このため、エンジン制御部３２に異常が発生した後においても、継続的に油圧ポンプ１４を駆動することができるため、コントロールバルブ１７による下部走行体１、ブーム４、アーム５、及びバケット６の駆動を確保することができる。

［実施の形態２］
図５は、実施の形態２のハイブリッド型建設機械においてエンジン制御部３２に異常が発生した場合におけるコントローラ３０内の処理手順を示す図である。

実施の形態２のハイブリッド型建設機械は、エンジン制御部３２に異常が発生しても直ちに電動発電機１２を停止させず、バッテリ１９の電圧値が最低値になるまでは電動発電機１２に電動運転を行わせる点が実施の形態１と異なる。その他の構成は実施の形態１に準ずるため、同一の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。

コントローラ３０の異常検出部３８は、ハイブリッド型建設機械の運転が開始されると、図５に示す処理を開始し、まず、エンジン制御部３２に異常しているか否かを判定する（ステップＳ１）。この処理は、エンジン制御部３２の異常が検出されるまで繰り返し実行される。

異常検出部３８によってエンジン制御部３２の異常が検出されると、主制御部３１は、バッテリ電圧検出部１１２によって検出されるバッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴが最低電圧値Ｖ_{ＢＡＴＭＩＮ}まで低下しているか否かを判定する（ステップＳ２）。このステップＳ２の処理は、バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴが最低電圧値Ｖ_{ＢＡＴＭＩＮ}に低下するまで繰り返し実行される。

主制御部３１は、バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴが最低電圧値Ｖ_{ＢＡＴＭＩＮ}まで低下したと判定した場合は、駆動制御部３３に電動発電機１２の運転を停止させる。

図６は、実施の形態２のハイブリッド型建設機械においてエンジン制御部３２に異常が発生した場合の動作特性を示す図であり、（ａ）はメインポンプ１４の出力低減と電動発電機１２の駆動制御を行う際の特性を示す図、（ｂ）はバッテリ電圧の変動を示す図である。

図６において、Ｐ_Ｅｎｇ０はエンジン１１の出力上限値、Ｐ_Ｐｍｐ０はメインポンプ１４の出力値、Ｐ_ＡＳＭ０は電動発電機１２の出力上限値、Ｐ_Ｅｎｇ０＋Ｐ_ＡＳＭ０はエンジン１１（Ｐ_Ｅｎｇ０）と電動発電機１２（Ｐ_ＡＳＭ０）の合計出力をそれぞれ示す。さらに、Ｐ_Ａｓｍ１、Ｐ_Ｅｎｇ１及びＰ_Ｐｍｐ１はコントローラ３０のエンスト防止部によるエンスト防止処理がなされた後の電動発電機１２、エンジン１１及びメインポンプ１４の出力値をそれぞれ表す。また、Ｖ_ＢＡＴ０は時刻ｔ＝ｔ０におけるバッテリ電圧、Ｖ_ＢＡＴ１は時刻ｔ＝ｔ１におけるバッテリ電圧を示す。

図６（ａ）に示すように、時刻ｔ＝ｔ０では、エンジン制御部３２の異常は発生していない。このため、エンジン１１の運転制御、及び電動発電機１２の駆動制御は通常通りに行われており、エンジン１１の出力Ｐ_Ｅｎｇ０と電動発電機１２の出力Ｐ_ＡＳＭ０の合計は、メインポンプ１４の出力Ｐ_{Ｐｍｐｎ０}を上回っている。また、バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴはＶ_ＢＡＴ０である。

時刻ｔ＝ｔ１でエンジン制御部３２に異常が発生すると、異常検出部３８によって異常が検出され、主制御部３１は、油圧出力制御部３５にメインポンプ１４の傾転角を保持させる。これにより、油圧ポンプ１４の出力はＰ_Ｐｍｐ０に保持される。

また、エンジン制御部３２に異常が発生しても、バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴが最低電圧値Ｖ_{ＢＡＴＭＩＮ}より高い間は、主制御部３１は、駆動制御部３３に電動発電機１２の電動運転を継続させる。

これにより、時刻ｔ＝ｔ１でエンジン１１の出力がＰ_Ｅｎｇ１まで低下しても、電動発電機１２の出力がＰ_ＡＳＭ０からＰ_ＡＳＭ１に上昇されるため、時刻ｔ＝ｔ１で油圧ポンプ１４の出力を低下させずに済む。

ここで、油圧ポンプ１４の出力Ｐ_Ｐｍｐ０は、エンジン１１の出力Ｐ_Ｅｎｇ１と電動発電機１２の出力Ｐ_ＡＳＭ１の合計出力より低くなるように設定されている。

なお、時刻ｔ＝ｔ１を経過しても、電動発電機１２の電動運転が継続されるため、バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴは、時刻ｔ＝ｔ１における電圧値Ｖ_ＢＡＴ１から徐々に低下する。

次いで、時刻ｔ＝ｔ２においてバッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴが最低値Ｖ_{ＢＡＴＭＩＮ}になると、主制御部３１は、油圧出力制御部３５にメインポンプ１４の傾転角を小さくさせることにより、油圧ポンプ１４の出力を所定の出力Ｐ_Ｐｍｐ１まで制限させる。

また、主制御部３１は、駆動制御部３３に電動発電機１２の運転を停止させる。これにより、電動発電機１２の出力Ｐ_ＡＳＭは、零となる。

なお、このときの油圧ポンプ１４の出力Ｐ_Ｐｍｐ１は、エンジン１１の最低出力Ｐ_Ｅｎｇ１より低く設定されている。

このように、時刻ｔ＝ｔ１でエンジン制御部３２に異常が発生しても、バッテリ電圧値Ｖ_ＢＡＴが最低値Ｖ_{ＢＡＴＭＩＮ}になるまでは電動発電機１２の電動運転を継続させるので、時刻ｔ＝ｔ２までは、油圧ポンプ１４の出力を低下させずに、実施の形態２のハイブリッド型建設機械の運転を継続させることができる。

また、時刻ｔ＝ｔ２以降は、油圧ポンプ１４の出力は制限されるが、エンジン１１によって駆動が継続されるため、継続的に油圧ポンプ１４を駆動することができる。

このため、時刻ｔ＝ｔ２以降においても、コントロールバルブ１７による下部走行体１、ブーム４、アーム５、及びバケット６の駆動を確保することができる。

以上、実施の形態１及び２では、バケット６を含むハイブリッド型建設機械について説明したが、ハイブリッド型建設機械は、バケット６の代わりにリフティングマグネットを含んでもよい。

以上、本発明の例示的な実施の形態のハイブリッド型建設機械について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。

実施の形態１のハイブリッド型建設機械を示す側面図である。実施の形態１のハイブリッド型建設機械の構成を表すブロック図である。実施の形態１のハイブリッド型建設機械の蓄電系の内部の詳細図である。実施の形態１のハイブリッド型建設機械においてエンジン制御部３２に異常が発生した場合にメインポンプ１４の出力を低減させる際の特性を示す図である。実施の形態２のハイブリッド型建設機械においてエンジン制御部３２に異常が発生した場合におけるコントローラ３０内の処理手順を示す図である。実施の形態２のハイブリッド型建設機械においてエンジン制御部３２に異常が発生した場合の動作特性を示す図であり、（ａ）はメインポンプ１４の出力低減と電動発電機１２の駆動制御を行う際の特性を示す図、（ｂ）はバッテリ電圧の変動を示す図である。

符号の説明

１下部走行体
１Ａ、１Ｂ走行機構
２旋回機構
３上部旋回体
４ブーム
５アーム
６バケット
７ブームシリンダ
８アームシリンダ
９バケットシリンダ
１０キャビン
１１エンジン
１２電動発電機
１３減速機
１４メインポンプ
１４Ａポンプ制御弁
１５パイロットポンプ
１６高圧油圧ライン
１７コントロールバルブ
１８インバータ
１９バッテリ
２０インバータ
２１旋回用電動機
２２レゾルバ
２３メカニカルブレーキ
２４旋回減速機
２５パイロットライン
２６操作装置
２６Ａ、２６Ｂレバー
２６Ｃペダル
２７油圧ライン
２８油圧ライン
２９圧力センサ
３０コントローラ
３１主制御部
３２エンジン制御部
３３駆動制御部
３４油圧駆動部
３５油圧出力制御部
３６充放電制御部
３７旋回駆動制御部
３８異常検出部

Claims

異常時に出力を低減されるエンジンで構成される内燃機関及び電動発電機と切り離し不能に常時、機械的に接続され、油圧作業要素を駆動するための圧油を出力する油圧ポンプと、
前記油圧ポンプの出力を制御する出力制御部と、
前記異常時に出力を低減されるエンジンで構成される内燃機関の運転制御を行う運転制御部と、
前記運転制御部からのエンジン情報データに基づいて異常を検出する異常検出部と
を含み、
前記出力制御部は、前記異常検出部によって異常が検出されると、前記油圧ポンプの出力を異常時のエンジン出力より低い所定出力に制限する、
ハイブリッド型建設機械。
前記電動発電機の駆動を制御する駆動制御部をさらに含み、
前記駆動制御部は、前記異常検出部によって異常が検出されると、前記電動発電機の駆動を継続させる、請求項１に記載のハイブリッド型建設機械。
前記電動発電機との間で電力の授受を行う蓄電器の電圧値を検出する電圧検出部をさらに含み、
前記駆動制御部は、前記異常検出部によって異常が検出された後に、前記電圧検出部によって検出される電圧値が所定電圧値以下になると、前記電動発電機の駆動を停止させ、
前記出力制御部は、前記異常検出部によって異常が検出された後に、前記電圧検出部によって検出される電圧値が所定電圧値以下になると、前記油圧ポンプの出力を所定出力に制限する、請求項２に記載のハイブリッド型建設機械。