JP6036344B2 - Hybrid construction machinery - Google Patents

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本発明はエンジンによって油圧ポンプと発電電動機を駆動し、旋回電動機によって上部旋回体を旋回駆動するハイブリッド建設機械に関するものである。   The present invention relates to a hybrid construction machine in which a hydraulic pump and a generator motor are driven by an engine, and an upper swing body is driven to swing by a swing motor.

ショベルを例にとって背景技術を説明する。   The background art will be described using an excavator as an example.

ショベルは、図3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が地面に対して巣直となる軸Xのまわりに旋回自在に搭載され、この上部旋回体2に掘削作業用のフロントアタッチメント3が取付けられて構成される。   As shown in FIG. 3, the excavator is mounted on a crawler type lower traveling body 1 so that an upper swing body 2 can be swung around an axis X that is perpendicular to the ground. The front attachment 3 is attached and configured.

フロントアタッチメント3は、起伏自在なブーム4と、このブーム4の先端に取付けられたアーム5と、このアーム5の先端に取付けられたバケット6と、これらを駆動する油圧アクチュエータであるブーム、アーム、バケット各シリンダ7〜9によって構成される。   The front attachment 3 includes a boom 4 that can be raised and lowered, an arm 5 attached to the tip of the boom 4, a bucket 6 attached to the tip of the arm 5, and a boom and an arm that are hydraulic actuators for driving them. The bucket is composed of cylinders 7-9.

また、上部旋回体2の旋回駆動源として、ハイブリッドショベルでは旋回電動機が用いられる。   In addition, a swing electric motor is used as a swing drive source of the upper swing body 2 in the hybrid excavator.

このハイブリッドショベルにおいては、エンジンを動力源として油圧ポンプと発電電動機を駆動し、油圧ポンプによって油圧アクチュエータを駆動する一方、発電電動機と、この発電電動機の出力で充電される蓄電装置とによって旋回電動機を駆動する構成がとられる(特許文献1,2参照)。   In this hybrid excavator, a hydraulic pump and a generator motor are driven using an engine as a power source, and a hydraulic actuator is driven by the hydraulic pump. On the other hand, a swing motor is formed by a generator motor and a power storage device charged by the output of the generator motor. A driving structure is adopted (see Patent Documents 1 and 2).

また、旋回減速時に旋回電動機に発生する回生電力は、蓄電装置に充電される。   In addition, the regenerative electric power generated in the turning electric motor during the turning deceleration is charged in the power storage device.

このハイブリッドショベルにおいて、蓄電装置がリレーダウン等によって故障する可能性がある。   In this hybrid excavator, the power storage device may fail due to a relay down or the like.

この蓄電装置の故障が生じると、旋回減速時に、旋回電動機で作られた回生電力の受け皿がなくなるため、回生ブレーキが働かなくなる等の問題が生じる。   When this power storage device failure occurs, there is a problem that the regenerative brake does not work because there is no tray for the regenerative power generated by the swing motor during deceleration.

対策として、旋回電動機の回生電力で発電電動機を駆動し、エンジンをアシストすることで回生エネルギーを消費することが考えられるが、こうするとエンジンが過剰に増速されてしまう弊害が生じる。   As a countermeasure, it is conceivable to consume the regenerative energy by driving the generator motor with the regenerative electric power of the swing motor and assisting the engine, but this causes a problem that the engine is excessively accelerated.

また、このような問題の解決策として、回生抵抗を設け、旋回電動機の回生電力を回生抵抗で消費させることにより、エンジンの増速を招かずに回生ブレーキ作用を確保する技術が公知である(特許文献3参照)。   Further, as a solution to such a problem, a technique is known in which a regenerative resistor is provided and the regenerative power of the swing motor is consumed by the regenerative resistor, thereby ensuring a regenerative braking action without causing an increase in engine speed. (See Patent Document 3).

特開2000−283107号公報JP 2000-283107 A 特開平10−42587号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-42587 特許第4609567号公報Japanese Patent No. 4609567

しかし、特許文献3に記載された公知技術によると、蓄電装置の故障時のためだけに回生抵抗とその制御装置を追加しなければならないため、とくにスペースの制限が厳しいショベルにおいて、機器レイアウトが困難となるとともにコストアップになる。   However, according to the known technique described in Patent Document 3, since a regenerative resistor and its control device must be added only when the power storage device fails, it is difficult to lay out the equipment, particularly in an excavator with severe space restrictions. And the cost increases.

そこで本発明は、回生抵抗を用いずに、かつ、エンジンの過剰な増速を招くことなく、旋回電動機の回生エネルギーを消費して回生ブレーキ作用を確保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。   Accordingly, the present invention provides a hybrid construction machine capable of ensuring a regenerative braking action by consuming regenerative energy of a swing motor without using regenerative resistance and without causing excessive acceleration of the engine. It is.

上記課題を解決する手段として、本発明においては、下部走行体と、この下部走行体上に旋回自在に搭載された上部旋回体と、油圧アクチュエータの油圧源としての可変容量型の油圧ポンプと、この油圧ポンプの吐出量を制御するポンプレギュレータと、上記油圧ポンプとタンクの間に設けられた開度可変の圧力制御弁と、発電機作用と上記エンジンをアシストするための電動機作用を行う発電電動機と、上記油圧ポンプ及び発電電動機の動力源としてのエンジンと、上記上部旋回体の旋回駆動源としての旋回電動機と、上記発電電動機及び上記旋回電動機との間で電力の授受を行う蓄電装置と、上記蓄電装置の故障を検出する蓄電装置故障検出手段と、上記発電電動機と旋回電動機の運転及び上記蓄電装置の充放電を制御する制御手段とを備え、上記制御手段は、上記蓄電装置故障検出手段によって蓄電装置の故障が検出されたときに、旋回減速時の非常制御として、上記旋回電動機の回生電力によって上記発電電動機に電動機作用を行わせるとともに、上記ポンプレギュレータによって油圧ポンプの吐出量を増加させるポンプ流量制御、及び上記圧力制御弁の開度を絞ってポンプ吐出圧を上昇させるポンプ圧制御の少なくとも一方を行うように構成したものである。   As means for solving the above problems, in the present invention, a lower traveling body, an upper swinging body that is pivotably mounted on the lower traveling body, a variable displacement hydraulic pump as a hydraulic source of a hydraulic actuator, A pump regulator that controls the discharge amount of the hydraulic pump, a variable pressure control valve provided between the hydraulic pump and the tank, and a generator motor that performs a generator action and a motor action to assist the engine An engine as a power source for the hydraulic pump and the generator motor, a swing motor as a swing drive source for the upper swing body, and a power storage device that transfers power between the generator motor and the swing motor, A power storage device failure detection means for detecting a failure of the power storage device; and a control means for controlling the operation of the generator motor and the swing motor and the charge / discharge of the power storage device. The control means causes the generator motor to perform a motor action by the regenerative power of the swing motor as emergency control at the time of turning deceleration when a failure of the power storage apparatus is detected by the power storage apparatus failure detection means. The pump regulator is configured to perform at least one of pump flow control for increasing the discharge amount of the hydraulic pump and pump pressure control for increasing the pump discharge pressure by reducing the opening of the pressure control valve.

この構成によれば、蓄電装置が故障によって使用不能となった状況で、旋回減速時に旋回電動機に発生する回生電力を発電電動機の駆動力として消費させ、同時に、ポンプ流量とポンプ圧の一方、つまり油圧負荷を意図的に増加させる非常制御を行うことにより、エンジン負荷を増やしてその増速を抑えることができる。   According to this configuration, in a situation where the power storage device becomes unusable due to a failure, the regenerative power generated in the swing motor at the time of turning deceleration is consumed as the driving force of the generator motor, and at the same time, one of the pump flow rate and the pump pressure, that is, By performing emergency control that intentionally increases the hydraulic load, the engine load can be increased and the speed increase can be suppressed.

すなわち、旋回電動機の回生エネルギーを油圧負荷で消費して回生ブレーキ作用を確保し、上部旋回体を安全に旋回停止させることができる。   That is, the regenerative energy of the swing motor can be consumed by the hydraulic load to secure the regenerative braking action, and the upper swing body can be safely stopped.

しかも、特許文献3に記載の公知技術のように回生抵抗とその制御装置を追加する必要がないため、機器レイアウト及びコストの面で有利となる。   In addition, unlike the known technique described in Patent Document 3, there is no need to add a regenerative resistor and its control device, which is advantageous in terms of equipment layout and cost.

また、非常制御としてポンプ吐出量の増加制御を用いる場合には、可変容量型の油圧ポンプが搭載されたハイブリッド建設機械において、同ポンプとその制御系という既存の設備を非常制御に利用することができるため、機器レイアウトの容易化、コストダウンの効果が高くなる。   In addition, when the pump discharge rate increase control is used as emergency control, the existing equipment such as the pump and its control system can be used for emergency control in a hybrid construction machine equipped with a variable displacement hydraulic pump. Therefore, the effects of facilitating device layout and reducing costs are enhanced.

本発明において、上記油圧アクチュエータの動作を制御するコントロールバルブと、このコントロールバルブを操作するアクチュエータ操作手段を備え、上記制御手段は、上記アクチュエータ操作手段の操作量に応じて上記油圧ポンプの吐出量及び上記圧力制御弁の開度の少なくとも一方を制御するように構成するのが望ましい(請求項2)。   In the present invention, a control valve for controlling the operation of the hydraulic actuator and an actuator operating means for operating the control valve are provided, and the control means has a discharge amount of the hydraulic pump according to an operation amount of the actuator operating means. It is desirable to configure so as to control at least one of the opening degrees of the pressure control valve.

この構成によれば、アクチュエータ操作手段の操作量に応じて油圧ポンプの流量と圧力の少なくとも一方を制御するハイブリッド建設機械において、既存の油圧ポンプ及び圧力制御弁の一方または双方とその制御系を非常制御にそのまま利用することができるため、機器レイアウトの容易化及びコストダウンの効果がさらに高くなる。   According to this configuration, in the hybrid construction machine that controls at least one of the flow rate and pressure of the hydraulic pump according to the operation amount of the actuator operating means, one or both of the existing hydraulic pump and pressure control valve and its control system are connected Since it can be used for control as it is, the effect of facilitating the device layout and reducing the cost is further enhanced.

また本発明においては、上記油圧アクチュエータの動作を停止させるアクチュエータ動作停止手段を備え、上記制御手段は、上記非常制御時に上記アクチュエータ動作停止手段によって油圧アクチュエータの動作を停止させるように構成するのが望ましい(請求項3,4)。   Further, in the present invention, it is preferable that an actuator operation stop unit for stopping the operation of the hydraulic actuator is provided, and the control unit is configured to stop the operation of the hydraulic actuator by the actuator operation stop unit during the emergency control. (Claims 3 and 4).

この構成によれば、非常制御時、つまりポンプ流量または圧力が増加した状態で油圧アクチュエータがオペレータの意思に反した動作を行うことを防止することができる。   According to this configuration, it is possible to prevent the hydraulic actuator from performing an operation contrary to the operator's intention during emergency control, that is, in a state where the pump flow rate or pressure is increased.

この場合、上記油圧アクチュエータの動作を制御する油圧パイロット切換式のコントロールバルブと、このコントロールバルブをパイロット圧によって操作するリモコン弁と、このリモコン弁にパイロット一次圧を供給するパイロットポンプとを備え、上記アクチュエータ動作停止手段として、上記パイロットポンプとリモコン弁とを結ぶパイロット一次圧ラインに、上記パイロット一次圧を供給/遮断するパイロット一次圧切換弁を設けるのが望ましい(請求項4)。   In this case, a hydraulic pilot switching type control valve for controlling the operation of the hydraulic actuator, a remote control valve for operating the control valve with a pilot pressure, and a pilot pump for supplying a pilot primary pressure to the remote control valve, As an actuator operation stop means, it is desirable to provide a pilot primary pressure switching valve for supplying / blocking the pilot primary pressure in a pilot primary pressure line connecting the pilot pump and the remote control valve.

この構成によれば、非常制御時に、パイロット一次圧切換弁により低圧のパイロット一次圧ラインを遮断してコントロールバルブを切換不能とすることでアクチュエータの動作を停止させるため、高圧のアクチュエータ回路を遮断する場合と比較して、低圧用の小型かつ安価な切換弁を用いることができる。   According to this configuration, during emergency control, the pilot primary pressure switching valve shuts off the low-pressure pilot primary pressure line so that the control valve cannot be switched to stop the operation of the actuator, so the high-pressure actuator circuit is shut off. Compared to the case, a small and inexpensive switching valve for low pressure can be used.

本発明において、上記上部旋回体が旋回動作中か否かを検出する旋回動作検出手段を備え、上記制御手段は、上記旋回動作検出手段によって旋回停止が検出されたときに、上記非常制御をキャンセルするとともに、上記アクチュエータ動作停止手段によるアクチュエータ動作停止を解除するように構成するのが望ましい(請求項5)。   In the present invention, there is provided a turning motion detecting means for detecting whether or not the upper turning body is in a turning motion, and the control means cancels the emergency control when the turning stop is detected by the turning motion detection means. In addition, it is desirable that the actuator operation stop by the actuator operation stop means is canceled.

この構成によれば、旋回停止とともに非常制御がキャンセルされ、ポンプ流量や圧力が通常状態に戻るとともに油圧アクチュエータが動作可能となるため、安全確保のための措置(機械の安全な場所への移動やフロントアタッチメントの設置等)をとることが可能となる。   According to this configuration, emergency control is canceled when turning is stopped, the pump flow rate and pressure are returned to the normal state, and the hydraulic actuator can be operated.Therefore, measures for ensuring safety (moving the machine to a safe place, It is possible to install a front attachment).

さらに本発明においては、上記制御手段は、上記非常制御時に上記蓄電装置を上記発電電動機及び旋回電動機から切り離すように構成するのが望ましい(請求項6)。   In the present invention, it is desirable that the control means is configured to disconnect the power storage device from the generator motor and the swing motor during the emergency control.

この構成によれば、故障した蓄電装置を電力系から切り離すことで、蓄電装置がダメージを受ける事態を回避することができる。   According to this configuration, it is possible to avoid a situation where the power storage device is damaged by disconnecting the failed power storage device from the power system.

本発明によると、回生抵抗を用いずに、かつ、エンジンの過剰な増速を招くことなく、旋回電動機の回生エネルギーを消費して回生ブレーキ作用を確保することができる。   According to the present invention, the regenerative braking action can be ensured by consuming the regenerative energy of the swing electric motor without using the regenerative resistance and without causing excessive acceleration of the engine.

本発明の実施形態に係るハイブリッドショベルのシステム構成図である。1 is a system configuration diagram of a hybrid excavator according to an embodiment of the present invention. 同ショベルの作用を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the effect | action of the shovel. ハイブリッドショベルの概略側面図である。It is a schematic side view of a hybrid excavator.

実施形態はハイブリッドショベルを適用対象としている。   The embodiment is applied to a hybrid excavator.

図1にこのハイブリッドショベルのシステム構成を示す。   FIG. 1 shows the system configuration of this hybrid excavator.

油圧系
図示のように、動力源としてのエンジン10に、発電機作用と電動機作用を行う発電電動機11と、油圧アクチュエータの油圧源としての油圧ポンプ(メインポンプ)12及びパイロットポンプ13が接続され、これらがエンジン10によって駆動される。
As shown in the figure, an engine 10 as a power source is connected to a generator motor 11 that performs a generator action and a motor action, a hydraulic pump (main pump) 12 and a pilot pump 13 as a hydraulic source of a hydraulic actuator, These are driven by the engine 10.

油圧ポンプ12には、コントロールバルブ14を介してブームシリンダその他の油圧アクチュエータ(一括して符号「15」を付している)が接続され、油圧ポンプ12から供給される圧油によってこの油圧アクチュエータ15が駆動される。   The hydraulic pump 12 is connected to a boom cylinder and other hydraulic actuators (collectively denoted by reference numeral “15”) via a control valve 14, and the hydraulic actuator 15 is supplied with pressure oil supplied from the hydraulic pump 12. Is driven.

コントロールバルブ14は複数の油圧アクチュエータごとに設けられるが、ここでは代表として一つだけを図示している。   The control valve 14 is provided for each of the plurality of hydraulic actuators, but only one is shown here as a representative.

油圧ポンプ12は、制御手段を構成するコントローラ16からの傾転指令に基づくポンプレギュレータ17の作動により傾転が制御されて吐出量(ポンプ流量)が変化する可変容量ポンプとして構成されている。   The hydraulic pump 12 is configured as a variable displacement pump in which the tilt is controlled by the operation of the pump regulator 17 based on the tilt command from the controller 16 constituting the control means, and the discharge amount (pump flow rate) changes.

コントロールバルブ14は、アクチュエータ操作手段としてのリモコン弁18からのパイロット圧(パイロット二次圧)によって中立位置イと両側作動位置ロ,ハの間で切換わり作動する油圧パイロット切換弁として構成され、中立位置イで油圧ポンプ12及びタンクTと油圧アクチュエータ15の接続を遮断する。   The control valve 14 is configured as a hydraulic pilot switching valve that is switched between a neutral position A and both side operating positions B and C by a pilot pressure (pilot secondary pressure) from a remote control valve 18 as an actuator operating means. At the position A, the connection between the hydraulic pump 12 and the tank T and the hydraulic actuator 15 is cut off.

なお、コントロールバルブ14としてセンターバイパス通路付きのものを用いるとともに、タンクに通じるセンターバイパスラインを、各コントロールバルブのセンターバイパス通路を縦貫して設け、必要に応じてこのセンターバイパスラインを最下流部分でカット弁によって閉じる周知の回路構成をとってもよい。要は、コントロールバルブ中立状態で油圧ポンプ12及びタンクTと油圧アクチュエータ15の接続を遮断し得る回路構成であればよい。   A control valve with a center bypass passage is used as the control valve 14, and a center bypass line leading to the tank is provided vertically through the center bypass passage of each control valve. You may take the well-known circuit structure closed with a cut valve. In short, any circuit configuration that can cut off the connection between the hydraulic pump 12 and the tank T and the hydraulic actuator 15 in the neutral state of the control valve is acceptable.

油圧ポンプ12とコントロールバルブ14を結ぶポンプライン19とタンクTの間に、回路の最高圧を設定するリリーフ弁20と、圧力制御弁としての可変アンロード弁21がパラレルに設けられている。   Between the pump line 19 connecting the hydraulic pump 12 and the control valve 14 and the tank T, a relief valve 20 for setting the maximum pressure of the circuit and a variable unloading valve 21 as a pressure control valve are provided in parallel.

可変アンロード弁(以下、単に「アンロード弁」という) 21は、外部からのパイロット圧によって開度が大小変化する油圧パイロット弁として構成され、コントローラ16からのアンロード弁開度指令に応じたパイロット圧を出力する電磁比例弁22によってこのアンロード弁21の開度が制御され、これによって油圧ポンプ12の吐出圧(ポンプ圧)が制御される。   The variable unloading valve (hereinafter simply referred to as “unloading valve”) 21 is configured as a hydraulic pilot valve whose opening degree changes depending on the pilot pressure from the outside, and corresponds to an unloading valve opening command from the controller 16. The opening degree of the unload valve 21 is controlled by an electromagnetic proportional valve 22 that outputs a pilot pressure, and thereby the discharge pressure (pump pressure) of the hydraulic pump 12 is controlled.

また、パイロットポンプ13からのパイロット圧をリモコン弁18の一次側にパイロット一次圧として送るパイロット一次圧ライン23に、アクチュエータ動作停止手段としての電磁式のパイロット一次圧切換弁24が設けられている。   In addition, an electromagnetic pilot primary pressure switching valve 24 as an actuator operation stop means is provided in a pilot primary pressure line 23 for sending pilot pressure from the pilot pump 13 to the primary side of the remote control valve 18 as pilot primary pressure.

このパイロット一次圧切換弁(以下、単に「切換弁」という)24は、コントローラ16からの切換指令に基づいて開通位置イと遮断位置ロの間で切換わり、同切換弁24の開通位置イでパイロット一次圧がリモコン弁18に供給されてリモコン弁18によるコントロールバルブ14のコントロール、すなわち油圧アクチュエータ15の動作が可能となる。   The pilot primary pressure switching valve (hereinafter simply referred to as “switching valve”) 24 switches between the open position A and the shut-off position B based on a switching command from the controller 16. The pilot primary pressure is supplied to the remote control valve 18 so that the control valve 14 can be controlled by the remote control valve 18, that is, the hydraulic actuator 15 can be operated.

一方、同切換弁24が遮断位置ロに切換わると、リモコン弁18に対するパイロット一次圧の供給が遮断されるとともにリモコン弁一次側がタンクTに連通する。これにより、リモコン弁18によるコントロールバルブ14のコントロールが不能となってコントロールバルブ14が中立復帰し、油圧アクチュエータ15の動作が停止する。   On the other hand, when the switching valve 24 is switched to the cutoff position B, the supply of the pilot primary pressure to the remote control valve 18 is shut off and the primary side of the remote control valve communicates with the tank T. As a result, the control valve 14 cannot be controlled by the remote control valve 18, the control valve 14 returns to neutral, and the operation of the hydraulic actuator 15 stops.

また、リモコン弁18の操作量が図示しない操作量検出手段(たとえばリモコン弁18のパイロット圧を検出する圧力センサ)により検出されてコントローラ16に入力され、リモコン弁18の操作量に応じて油圧ポンプ12の傾転(ポンプ流量)とアンロード弁21の開度(ポンプ圧)がコントローラ16によって制御される。   Further, the operation amount of the remote control valve 18 is detected by an operation amount detecting means (not shown) (for example, a pressure sensor for detecting the pilot pressure of the remote control valve 18) and input to the controller 16, and the hydraulic pump according to the operation amount of the remote control valve 18 The controller 16 controls the inclination 12 (pump flow rate) and the opening degree (pump pressure) of the unload valve 21.

このように、コントローラ16により、油圧ポンプ12の傾転(ポンプ流量)と、アンロード弁21の開度(ポンプ圧)と、油圧アクチュエータ15の動作/停止が制御されるように構成されている。   In this way, the controller 16 is configured to control the tilt (pump flow rate) of the hydraulic pump 12, the opening degree (pump pressure) of the unload valve 21, and the operation / stop of the hydraulic actuator 15. .

電気系
発電電動機11には、コントローラ16とともに制御手段を構成するインバータ25を介して旋回電動機26と蓄電装置27が接続され、発電電動機11の発電力と蓄電装置27の蓄電力により旋回電動機26が駆動されて上部旋回体2が旋回する。
The electric generator motor 11 is connected to a swing motor 26 and a power storage device 27 via an inverter 25 that constitutes a control means together with the controller 16, and the swing motor 26 is generated by the generated power of the generator motor 11 and the stored power of the power storage device 27. When driven, the upper swing body 2 rotates.

また、発電電動機11の発電力、及び旋回減速時に旋回電動機26に発生する回生電力が、適時、蓄電装置27に送られて充電される。   In addition, the power generated by the generator motor 11 and the regenerative power generated in the swing motor 26 during the deceleration of the turn are sent to the power storage device 27 and charged at an appropriate time.

インバータ25は、この発電電動機11、旋回電動機26、蓄電装置27の三者間の電力の授受、すなわち蓄電装置27の充放電と、発電電動機11及び旋回電動機26の駆動を制御する。   The inverter 25 controls transmission / reception of electric power between the generator motor 11, the swing motor 26, and the power storage device 27, that is, charging / discharging of the power storage device 27 and driving of the generator motor 11 and the swing motor 26.

さらに、インバータ25と蓄電装置27との間に、コントローラ16からの開閉指令に応じて両者を接続/遮断する開閉器28が設けられている。   Further, a switch 28 is provided between the inverter 25 and the power storage device 27 to connect / cut off both in accordance with an opening / closing command from the controller 16.

この開閉器28は、蓄電装置27が健在な状態では閉じてインバータ25と蓄電装置27を接続し、蓄電装置故障検出手段29によって蓄電装置27の故障が検出されたときに両者を遮断して蓄電装置27を電力系(発電電動機11及び旋回電動機26)から切り離す。   The switch 28 is closed when the power storage device 27 is in a healthy state, connects the inverter 25 and the power storage device 27, and shuts off both of them when the power storage device failure detection means 29 detects a failure of the power storage device 27. The device 27 is disconnected from the power system (the generator motor 11 and the swing motor 26).

また、上部旋回体2の旋回速度を検出する旋回動作検出手段としての旋回速度センサ30が設けられ、同センサ30の検出信号(旋回速度信号)がコントローラ16に入力される。   Further, a turning speed sensor 30 is provided as a turning motion detecting means for detecting the turning speed of the upper turning body 2, and a detection signal (turning speed signal) of the sensor 30 is input to the controller 16.

蓄電装置故障検出手段(以下、単に「故障検出手段」という)29は、たとえば、インバータ25と蓄電装置27を結ぶ直流母線の電圧の検出値から蓄電装置27が故障しているか否か(使用不能状態か否か)を判断し、故障と判断したときにコントローラ16に故障信号を送る。   The power storage device failure detection means (hereinafter simply referred to as “failure detection means”) 29 determines whether or not the power storage device 27 has failed from the detected value of the voltage of the DC bus connecting the inverter 25 and the power storage device 27 (unusable). A failure signal is sent to the controller 16 when a failure is determined.

そして、この故障信号と旋回速度信号に基づいて、コントローラ16が、旋回制御として蓄電装置正常時の通常制御に代えて非常制御を行う。   Based on the failure signal and the turning speed signal, the controller 16 performs emergency control as turning control instead of normal control when the power storage device is normal.

この制御内容を図2のフローチャートを併用して説明する。   This control content will be described with reference to the flowchart of FIG.

たとえば旋回操作されたことによって制御が開始されると、ステップS1で蓄電装置27が故障しているか否かが判断される。   For example, when the control is started due to the turning operation, it is determined in step S1 whether or not the power storage device 27 has failed.

ここでNO(故障していない)の場合は、ステップS2に移行し、通常制御、すなわち図示しない旋回操作レバーの操作量に応じて旋回電動機26の回転速度を制御する通常制御が開始される。   If NO (no failure), the process proceeds to step S2, and normal control, that is, normal control for controlling the rotational speed of the swing motor 26 according to the operation amount of the swing operation lever (not shown) is started.

一方、ステップ2でYES(故障している)となると、次の非常制御が行われる。   On the other hand, if the answer is YES (failed) in step 2, the next emergency control is performed.

まず、ステップS3で切換弁24の遮断位置ロに切換えるとともに、ステップS4で開閉器28を開いてインバータ25と蓄電装置27を遮断する。   First, in step S3, the switching position of the switching valve 24 is switched to (B), and in step S4, the switch 28 is opened to shut off the inverter 25 and the power storage device 27.

これにより、リモコン弁18のパイロット一次圧ライン23が遮断されてコントロールバルブ14が作動不能となり、油圧アクチュエータ15の動作が停止するとともに、故障状態の蓄電装置27が電力系(発電電動機11及び旋回電動機26)から切り離される。   As a result, the pilot primary pressure line 23 of the remote control valve 18 is shut off, the control valve 14 becomes inoperable, the operation of the hydraulic actuator 15 stops, and the power storage device 27 in the failed state is connected to the power system (the generator motor 11 and the swing motor). 26).

また、ステップS5でポンプレギュレータ17を通じて油圧ポンプ12の傾転を増加させるとともに、ステップS6でアンロード弁21の開度を絞る。   In step S5, the tilt of the hydraulic pump 12 is increased through the pump regulator 17, and the opening degree of the unload valve 21 is reduced in step S6.

このポンプ傾転の増加とアンロード弁21の開度絞りにより、油圧ポンプ12のポンプ流量とポンプ圧、すなわち油圧負荷が増加する。   The pump flow rate and pump pressure of the hydraulic pump 12, that is, the hydraulic load increases due to the increase of the pump tilt and the opening restriction of the unload valve 21.

そして、ステップS7において、旋回減速時に旋回電動機26に発生する回生電力によって発電電動機11を駆動し、エンジンアシスト動作を開始させる。   In step S7, the generator motor 11 is driven by the regenerative electric power generated in the turning motor 26 at the time of turning deceleration, and the engine assist operation is started.

こうして、油圧負荷(エンジン負荷)の増加とエンジンアシスト動作を同時に行わせることにより、旋回電動機26の回生電力を発電電動機11で消費して回生ブレーキを働かせながら、エンジン10の増速を抑えることができる。   Thus, by increasing the hydraulic load (engine load) and the engine assist operation at the same time, the regenerative electric power of the swing motor 26 is consumed by the generator motor 11 and the regenerative brake is operated, thereby suppressing the acceleration of the engine 10. it can.

ステップS8では、回生ブレーキの結果として旋回速度が0になったか否か、つまり旋回停止したか否かが判断され、NOの場合はステップS3に戻って非常制御が継続される。   In step S8, it is determined whether or not the turning speed has become 0 as a result of the regenerative braking, that is, whether or not the turning has been stopped. If NO, the process returns to step S3 and the emergency control is continued.

一方、ステップS8でYESとなると、ステップS9でポンプ傾転及びアンロード弁開度を通常状態に復帰させるとともに、ステップS10で切換弁24を開通位置イに復帰させ、かつ、ステップS11でインバータ25を停止させて非常制御を終了する。   On the other hand, if “YES” is determined in the step S8, the pump tilting and the unloading valve opening are returned to the normal state in the step S9, the switching valve 24 is returned to the open position a in the step S10, and the inverter 25 is returned in the step S11. To stop emergency control.

このように、蓄電装置27が故障によって使用不能となった状況で、旋回減速時に旋回電動機26に発生する回生電力を発電電動機11の駆動力として消費させ、同時に、ポンプ流量とポンプ圧、つまり油圧負荷を意図的に増加させる非常制御を行うことにより、エンジン負荷を増やしてその増速を抑えることができる。   In this manner, in a situation where the power storage device 27 becomes unusable due to a failure, the regenerative power generated in the swing motor 26 at the time of turning deceleration is consumed as the driving force of the generator motor 11, and at the same time, the pump flow rate and the pump pressure, that is, the hydraulic pressure is consumed. By performing emergency control that intentionally increases the load, it is possible to increase the engine load and suppress the speed increase.

すなわち、旋回電動機26の回生エネルギーを油圧負荷で回収して回生ブレーキ作用を確保し、上部旋回体2を安全に旋回停止させることができる。   That is, the regenerative energy of the swing motor 26 can be recovered with a hydraulic load to ensure a regenerative braking action, and the upper swing body 2 can be safely stopped.

しかも、特許文献3に記載の公知技術のように回生抵抗とその制御装置を追加する必要がないため、機器レイアウト及びコストの面で有利となる。   In addition, unlike the known technique described in Patent Document 3, there is no need to add a regenerative resistor and its control device, which is advantageous in terms of equipment layout and cost.

また、油圧ポンプ12及びアンロード弁21とその制御系という、ハイブリッドショベルに元々装備された油圧制御のための設備を非常制御に用いることができるため、機器レイアウトの容易化、コストダウンの効果が高くなる。   In addition, since the equipment for hydraulic control originally provided in the hybrid excavator, such as the hydraulic pump 12 and the unload valve 21 and its control system, can be used for emergency control, the equipment layout can be simplified and the cost can be reduced. Get higher.

さらに、非常制御時に油圧アクチュエータ15の動作を停止させるため、油圧ポンプ12の流量と圧力が増加した状態で油圧アクチュエータ15がオペレータの意思に反した動作を行うことを防止することができる。   Furthermore, since the operation of the hydraulic actuator 15 is stopped during emergency control, it is possible to prevent the hydraulic actuator 15 from performing an operation contrary to the operator's intention while the flow rate and pressure of the hydraulic pump 12 are increased.

この場合、切換弁24により低圧のパイロット一次圧ライン23を遮断してコントロールバルブ14を切換不能とすることでアクチュエータ動作を停止させるため、高圧のアクチュエータ回路を遮断する場合と比較して、切換弁24として低圧用の小型かつ安価なものを用いることができる。   In this case, since the actuator operation is stopped by shutting off the low pressure pilot primary pressure line 23 by the switching valve 24 and making the control valve 14 non-switchable, the switching valve is compared with the case where the high pressure actuator circuit is shut off. 24 can be a low-pressure small and inexpensive one.

一方、非常制御時に、故障した蓄電装置27を発電電動機11及び旋回電動機26から切り離すため、蓄電装置27がダメージを受ける事態を回避することができる。   On the other hand, since the failed power storage device 27 is disconnected from the generator motor 11 and the swing motor 26 during emergency control, a situation in which the power storage device 27 is damaged can be avoided.

また、非常制御の結果として旋回停止したときに、非常制御をキャンセル、すなわちポンプ傾転及びアンロード弁開度を通常状態に復帰させるとともに切換弁24を開いてアクチュエータ動作が可能となるように構成したから、安全確保のための措置(機械の安全な場所への移動やフロントアタッチメントの設置等)をとることが可能となる。   Further, when turning is stopped as a result of the emergency control, the emergency control is canceled, that is, the pump tilting and the unloading valve opening are returned to the normal state, and the switching valve 24 is opened to enable the actuator operation. Therefore, it is possible to take measures for ensuring safety (moving the machine to a safe place, installing a front attachment, etc.).

他の実施形態
(1) 上記実施形態では、非常制御として、ポンプ流量とポンプ圧力の双方を増加させるようにしたが、いずれか一方のみを増加させるようにしてもよい。
Other embodiments
(1) In the above embodiment, both the pump flow rate and the pump pressure are increased as emergency control, but only one of them may be increased.

(2) 上記実施形態では、ポンプ圧を増加させる圧力制御弁として、既存のアンロード弁21とその制御系を利用する構成をとったが、別の圧力制御弁とその制御系を追加してもよい。   (2) In the above embodiment, the existing unload valve 21 and its control system are used as the pressure control valve for increasing the pump pressure, but another pressure control valve and its control system are added. Also good.

(3) 本発明はハイブリッドショベルに限らず、これと同じ基本構成をとる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。   (3) The present invention is not limited to the hybrid excavator and can be widely applied to other hybrid construction machines having the same basic configuration as this.

1 下部走行体
2 上部旋回体
10 エンジン
11 発電電動機
12 油圧ポンプ
14 コントロールバルブ
15 油圧アクチュエータ
16 制御手段を構成するコントローラ
17 ポンプレギュレータ
18 リモコン弁
19 ポンプライン
21 可変アンロード弁
22 可変アンロード弁を制御する電磁比例弁
23 パイロット一次圧ライン
24 アクチュエータ動作停止手段としてのパイロット一次圧切換弁
25 制御手段を構成するインバータ
26 旋回電動機
27 蓄電装置
28 開閉器
29 蓄電装置故障検出手段
30 旋回動作検出手段としての旋回速度センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Lower traveling body 2 Upper turning body 10 Engine 11 Generator motor 12 Hydraulic pump 14 Control valve 15 Hydraulic actuator 16 Controller which comprises a control means 17 Pump regulator 18 Remote control valve 19 Pump line 21 Variable unload valve 22 Control variable unload valve Proportional solenoid valve 23 Pilot primary pressure line 24 Pilot primary pressure switching valve as actuator operation stop means 25 Inverter constituting control means 26 Rotating motor 27 Power storage device 28 Switch 29 Power storage device failure detection means 30 Rotation motion detection means Swivel speed sensor

Claims (6)

下部走行体と、この下部走行体上に旋回自在に搭載された上部旋回体と、油圧アクチュエータの油圧源としての可変容量型の油圧ポンプと、この油圧ポンプの吐出量を制御するポンプレギュレータと、上記油圧ポンプとタンクの間に設けられた開度可変の圧力制御弁と、発電機作用と上記エンジンをアシストするための電動機作用を行う発電電動機と、上記油圧ポンプ及び発電電動機の動力源としてのエンジンと、上記上部旋回体の旋回駆動源としての旋回電動機と、上記発電電動機及び上記旋回電動機との間で電力の授受を行う蓄電装置と、上記蓄電装置の故障を検出する蓄電装置故障検出手段と、上記発電電動機と旋回電動機の運転及び上記蓄電装置の充放電を制御する制御手段とを備え、上記制御手段は、上記蓄電装置故障検出手段によって蓄電装置の故障が検出されたときに、旋回減速時の非常制御として、上記旋回電動機の回生電力によって上記発電電動機に電動機作用を行わせるとともに、上記ポンプレギュレータによって油圧ポンプの吐出量を増加させるポンプ流量制御、及び上記圧力制御弁の開度を絞ってポンプ吐出圧を上昇させるポンプ圧制御の少なくとも一方を行うように構成したことを特徴とするハイブリッド建設機械。   A lower traveling body, an upper swinging body that is rotatably mounted on the lower traveling body, a variable displacement hydraulic pump as a hydraulic source of a hydraulic actuator, a pump regulator that controls a discharge amount of the hydraulic pump, A pressure control valve having a variable opening provided between the hydraulic pump and the tank, a generator motor that performs a generator action and a motor action for assisting the engine, and a power source for the hydraulic pump and the generator motor. An engine, a swing motor as a swing drive source of the upper swing body, a power storage device that transfers power between the generator motor and the swing motor, and a power storage device failure detection unit that detects a failure of the power storage device And control means for controlling the operation of the generator motor and the swing motor and charging / discharging of the power storage device, and the control means is connected to the power storage device failure detection means. When a failure of the power storage device is detected, as an emergency control during turning deceleration, the regenerative power of the turning motor causes the generator motor to act as a motor, and the pump regulator increases the discharge amount of the hydraulic pump. A hybrid construction machine configured to perform at least one of pump flow rate control and pump pressure control for increasing pump discharge pressure by narrowing the opening of the pressure control valve. 上記油圧アクチュエータの動作を制御するコントロールバルブと、このコントロールバルブを操作するアクチュエータ操作手段を備え、上記制御手段は、上記アクチュエータ操作手段の操作量に応じて上記油圧ポンプの吐出量及び上記圧力制御弁の開度の少なくとも一方を制御するように構成し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。   A control valve for controlling the operation of the hydraulic actuator; and an actuator operating means for operating the control valve. The control means includes a discharge amount of the hydraulic pump and a pressure control valve according to an operation amount of the actuator operating means. The hybrid construction machine according to claim 1, wherein at least one of the opening degrees is controlled. 上記油圧アクチュエータの動作を停止させるアクチュエータ動作停止手段を備え、上記制御手段は、上記非常制御時に上記アクチュエータ動作停止手段によって油圧アクチュエータの動作を停止させるように構成し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。   The actuator operation stop means for stopping the operation of the hydraulic actuator is provided, and the control means is configured to stop the operation of the hydraulic actuator by the actuator operation stop means during the emergency control. 2. The hybrid construction machine according to 2. 上記油圧アクチュエータの動作を制御する油圧パイロット切換式のコントロールバルブと、このコントロールバルブをパイロット圧によって操作するリモコン弁と、このリモコン弁にパイロット一次圧を供給するパイロットポンプとを備え、上記アクチュエータ動作停止手段として、上記パイロットポンプとリモコン弁とを結ぶパイロット一次圧ラインに、上記パイロット一次圧を供給/遮断するパイロット一次圧切換弁を設けたことを特徴とする請求項3記載のハイブリッド建設機械。   A hydraulic pilot switching type control valve for controlling the operation of the hydraulic actuator, a remote control valve for operating the control valve with a pilot pressure, and a pilot pump for supplying a pilot primary pressure to the remote control valve, and stopping the operation of the actuator 4. The hybrid construction machine according to claim 3, wherein a pilot primary pressure switching valve for supplying / cutting off the pilot primary pressure is provided in a pilot primary pressure line connecting the pilot pump and the remote control valve as means. 上記上部旋回体が旋回動作中か否かを検出する旋回動作検出手段を備え、上記制御手段は、上記旋回動作検出手段によって旋回停止が検出されたときに、上記非常制御をキャンセルするとともに、上記アクチュエータ動作停止手段によるアクチュエータ動作停止を解除するように構成したことを特徴とする請求項3または4記載のハイブリッド建設機械。   A swing motion detecting means for detecting whether or not the upper swing body is in a swing motion, and the control means cancels the emergency control when the swing stop is detected by the swing motion detection means; The hybrid construction machine according to claim 3 or 4, wherein the actuator operation stop by the actuator operation stop means is released. 上記制御手段は、上記非常制御時に上記蓄電装置を上記発電電動機及び旋回電動機から切り離すように構成したことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のハイブリッド建設機械。   The hybrid construction machine according to any one of claims 1 to 5, wherein the control means is configured to disconnect the power storage device from the generator motor and the swing motor during the emergency control.
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