JP6080431B2

JP6080431B2 - 作業機械

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Publication number: JP6080431B2
Application number: JP2012188672A
Authority: JP
Inventors: 幹夫櫨林; 正幸宗清; 修二藤原
Original assignee: Tadano Ltd
Current assignee: Tadano Ltd
Priority date: 2012-08-29
Filing date: 2012-08-29
Publication date: 2017-02-15
Anticipated expiration: 2032-08-29
Also published as: JP2014046705A

Description

本発明は、エンジンの動力によって駆動する作業装置を備えた作業機械に関するものである。

従来の作業機械としては、エンジンと、電力によって駆動する電動機と、エンジンおよび電動機の少なくともエンジンの駆動力によって駆動されるアクチュエータと、を備え、アクチュエータによって作業装置を駆動させるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−１５０３０７号公報

前記作業機械では、作業装置による作業時において、エンジンの回転数にかかわらず、電動機の動力をアクチュエータを駆動させる動力として付加することで、作業装置による作業時の静音性の向上や燃料消費量の低減を図っている。

前記作業機械では、電動機や、電動機を駆動させる電力を供給するためのバッテリを搭載する場合に、搭載スペースに制約が有るため、十分な出力の電動機や容量のバッテリを搭載することはできない。

このため、前記作業機械では、エンジンの動力によるアクチュエータの駆動に対して、電動機の動力を付加する頻度が高くなると、バッテリの容量が不足しやすくなり、バッテリの容量が不足した場合にはエンジンの動力のみによる作業を行う必要があり、静音性の向上や燃料消費量の低減を図ることができない。

本発明の目的とするところは、静音性の向上および燃料消費量の低減が可能な作業を継続的に行うことのできる作業機械を提供することにある。

本発明は、前記目的を達成するために、所定の作業を行う作業装置を備えた作業機械であって、エンジンと、電力によって駆動する電動機と、エンジンの動力によって駆動される作業装置駆動用のアクチュエータと、アクチュエータに対して電動機の動力を付加可能な動力付加手段と、走行時のエンジンアイドリング状態よりも高い第１回転数と第１回転数よりも低い第２回転数との間の回転数でエンジンを駆動させているときに、動力付加手段によってアクチュエータに対して電動機の動力を付加可能とし、第１回転数よりも高い回転数でエンジンが駆動させているときに、動力付加手段によるアクチュエータに対する電動機の動力の付加を制限する動力付加制御手段と、所定の操作によってエンジンの回転数を調整可能な回転数調整手段と、回転数調整手段によるエンジンの回転数の操作がなされない場合に第２回転数でエンジンを駆動するエンジン駆動制御手段と、を備えている。

これにより、エンジンが第１回転数と第２回転数との間の低回転で駆動しているときのみ電動機の動力がアクチュエータを駆動させる動力として付加されることから、低回転数で駆動するエンジンの動力による作業装置の作業時に、作業の負荷による不用意なエンジンの停止が防止されるとともに、電動機を駆動させる頻度の低減が可能となる。

本発明によれば、低回転数で駆動するエンジンの動力による作業装置の作業時に、作業時の負荷による不用意なエンジンの停止を防止するとともに、電動機を駆動させる頻度を低減することが可能となるので、バッテリの容量が不足した状態となる頻度を低減することができ、静音性の向上および燃料消費量の低減が可能な作業を継続的に行うことができる。

本発明の一実施形態を示す移動式クレーンの側面図である。油圧供給装置、動力装置および制御系を示す概略図である。エンジンの回転数とトルクの関係を示す図である。モータジェネレータ駆動制御処理を示すフローチャートである。本発明の他の実施形態のモータジェネレータ駆動制御処理を示すフローチャートである。

図１乃至図４は、本発明の一実施形態を示すものである。

本発明の作業機械としての移動式クレーン１は、図１に示すように、走行する車両１０と、クレーン装置２０と、を備えている。

車両１０は、車輪１１を有し、図示しないエンジン、または、エンジンおよび後述するモータジェネレータを動力源として走行する。また、車両１０の前側および後側の左右両側には、クレーン作業時に車両１０の転倒を防止するとともに、車両１０を安定的に支持するためのアウトリガ１２が設けられている。アウトリガ１２は、幅方向外側に移動可能であるとともに、油圧式のジャッキシリンダ１３によって下方に伸長可能である。アウトリガ１２は、下端を接地させることにより車両１０を地面に対して安定的に支持する。

クレーン装置２０は、車両１０の前後方向略中央部に水平面上を旋回可能に設けられた旋回台２１と、旋回台２１に対して起伏可能に設けられるとともに、伸縮可能に設けられたブーム２２と、ブーム２２の先端側から垂下されるワイヤロープ２３と、ワイヤロープ２３の巻き込みまたは繰り出しを行うためのウインチ２４と、旋回台２１の前側に設けられ、車両１０の走行およびクレーン装置２０による作業に関する操作を行うためのキャビン２５と、を備えている。

旋回台２１は、ボールベアリング式またはローラベアリング式の旋回サークル２１ａを介して車両１０に対して旋回自在に設けられ、図示しない油圧式の旋回モータによって旋回する。

ブーム２２は、複数のブーム部材２２ａ，２２ｂ，２２ｃおよび最先端側のブーム部材２２ｄからなり、各ブーム部材２２ａ，２２ｂ，２２ｃの内部に先端側に隣り合うブーム部材２２ｂ，２２ｃ，２２ｄが収納可能なテレスコープ式に構成されている。最基端側のブーム部材２２ａは、基端部が旋回台２１のブラケット２１ｃに揺動自在に連結されている。ブーム部材２２ａとブラケット２１ｃとの間には、油圧式の起伏シリンダ２２ｅが連結されており、起伏シリンダ２２ｅの伸縮動作によってブーム２２を起伏させる。また、最基端側のブーム部材２２ａの内部には、図示しない油圧式の伸縮シリンダが設けられ、伸縮シリンダの伸縮によってブーム２２を伸縮させる。

フックブロック２３ａは、ワイヤロープ２３の先端側に設けられ、ブーム２２の先端部から垂下される。フックブロック２３ａには吊荷を係止可能であり、フックブロック２３ａに係止された吊荷がブーム２２の先端部から吊り下げられる。

ウインチ２４は、ワイヤロープ２３が巻き掛けられるドラム２４ａを有し、ドラム２４ａは図示しない油圧式のウインチモータによって正逆回転可能に構成されている。

キャビン２５は、旋回台２１上のブラケット２１ｃの側方に設けられ、旋回台２１と共に旋回する。

各ジャッキシリンダ１３、旋回モータ、起伏シリンダ２２ｅ、伸縮シリンダおよびウインチモータ等のアクチュエータ６０は、作動油によって作動する。図２に示すように、各アクチュエータ６０を作動させる作動油は、油圧供給装置３０によって供給される。

油圧供給装置３０は、図２に示すように、油圧を生じさせるための油圧ポンプ３１と、油圧ポンプ３１から吐出された作動油を各アクチュエータ６０に供給するための作動油回路３２と、を備えている。

油圧ポンプ３１は、図２に示すように、車両１０に設けられ、車両１０を走行させる動力を発生させるとともに車輪１１に伝達するための動力装置４０から取出された動力によって駆動する。油圧ポンプ３１は、例えば、斜板式のアキシャルプランジャ油圧ポンプであり、斜板の角度を変更可能な可変容量型の油圧ポンプである。つまり、油圧ポンプ３１は、入力される所定の回転数に対して作動油の吐出量が可変に構成されている。本実施形態の油圧ポンプ３１では、少なくとも容量を「大」および「小」の二段階に切換え可能である。

作動油回路３２には、クレーン装置２０に設けられたアクチュエータ６０（起伏シリンダ、伸縮シリンダ、ウインチモータ）がロータリージョイント３３を介して接続されている。また、作動油回路３２には、複数のコントロールバルブ（図示せず）が設けられ、各コントロールバルブによって各アクチュエータ６０に流入する作動油の流量および流通方向が制御される。各コントロールバルブは、キャビン２５内の操作レバーや操作ペダル等の後述する操作入力部５１によって操作され、操作入力部５１の操作量に応じて作動油の流量の調整が可能である。各コントロールバルブは、ソレノイド等の切換手段を有し、後述するコントローラ５０からの信号によって操作が可能である。

動力装置４０は、動力を発生させるための動力源ユニット４１と、動力源ユニット４１から出力される動力を、トルクを転換して車輪１１側に伝達するためのトルクコンバータ４２と、トルクコンバータ４２から出力される動力の回転速度およびトルクを変更するためのトランスミッション４３と、トランスミッション４３から出力される動力を車輪１１に伝達するプロペラシャフト４４と、プロペラシャフト４４に設けられた電気式のリターダ４５と、を備えている。

動力源ユニット４１は、主に車両走行用の動力源であるエンジン４１ａと、供給された電力によって電動モータとして機能するとともに、エンジン４１ａの動力によって、または走行中の減速時等に発電機として機能するモータジェネレータ４１ｂと、モータジェネレータ４１ｂで発電された電力を蓄えるとともに、モータジェネレータ４１ｂを電動モータとして機能させる場合に電力を供給可能なバッテリ４１ｃと、バッテリ４１ｃの出力を制御したり、モータジェネレータ４１ｂの動作を制御したりするためのモータジェネレータ駆動制御部４１ｄと、エンジン４１ａの出力軸とモータジェネレータ４１ｂの入出力軸との連結および連結の解除を切換可能なクラッチ４１ｅと、を備えている。

モータジェネレータ４１ｂは、エンジン４１ａとトルクコンバータ４２との間に設けられている。エンジン４１ａの動力は、クラッチ４１ｅによってエンジン４１ａの出力軸とモータジェネレータ４１ｂの入出力軸とを連結することにより、モータジェネレータ４１ｂの入出力軸を介してトルクコンバータ４２に伝達される。

モータジェネレータ駆動制御部４１ｄは、インバータ、昇圧コンバータ、モータ制御部、ジェネレータ制御部等を有している。モータジェネレータ駆動制御部４１ｄは、バッテリ４１ｃの出力を制御してモータジェネレータ４１ｂに電力を供給したり、後述するコントローラ５０からの信号に応じてモータジェネレータ４１ｂの機能を発電機または電動モータに切換えたりする。また、モータジェネレータ駆動制御部４１ｄには、外部電源に接続するための電源ケーブル４１ｆが接続可能に設けられている。モータジェネレータ駆動制御部４１ｄは、モータジェネレータ４１ｂを電動モータとして機能させる場合に、電源をバッテリ４１ｃまたは外部電源に切換えることが可能である。

トルクコンバータ４２は、入力軸に設けられたポンプインペラと、出力軸に設けられたタービンライナと、ポンプインペラとタービンライナとの間に固定されたステータと、を有し、入力軸に入力された動力がオイルを介してトルクが増幅されて出力軸から出力されるものである。トルクコンバータ４２の出力側には、トランスミッション４３に伝達される動力を取出し可能なＰＴＯ（パワーテイクオフ）機構４６が設けられ、ＰＴＯ機構４６を介して油圧ポンプ３１が連結可能である。ＰＴＯ機構４６は、油圧ポンプ３１に対するエンジン４１ａの出力軸およびトルクコンバータ４２の入出力軸との連結と連結の解除の切換えが可能に設けられている。

また、移動式クレーン１は、車両１０の走行時やクレーン装置２０による作業時における油圧供給装置３０および動力装置４０の制御を行うためのコントローラ５０を有している。

コントローラ５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有している。コントローラ５０は、入力側に接続された装置からの入力信号を受信すると、ＣＰＵが、入力信号に基づいてＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出すとともに、入力信号によって検出された状態をＲＡＭに記憶したり、出力側に接続された装置に出力信号を送信したりする。

コントローラ５０には、各アクチュエータ６０に対応するコントロールバルブ（図示せず）と、油圧ポンプ３１と、動力源ユニット４１と、操作レバーやアクセルペダル等の車両１０およびクレーン装置２０の操作を行うための操作入力部５１と、油圧ポンプ３１から吐出される作動油の流量を検出するための流量検出器５２と、油圧ポンプ３１の吐出側の圧力を検出するための圧力検出器５３と、が接続されている。ここで、車両１０とクレーン装置２０との間で信号を伝達するための信号線は、ロータリージョイント３３に備えられたスリップリングを介して接続されている。

コントローラ５０は、動力源ユニット４１から入力されたエンジン４１ａの回転数に関する信号、油圧ポンプ３１の作動油の吐出流量に関する信号および油圧ポンプ３１の吐出側の圧力に関する信号に基づいてモータジェネレータ４１ｂの動作を制御するための制御信号を出力する。また、コントローラ５０は、エンジン４１ａの回転数に関する信号に基づいて油圧ポンプ３１の容量を「大」または「小」に切換える。

以上のように構成された作業機械としての移動式クレーン１において、車両１０による走行を行う場合には、主にエンジン４１ａの動力がプロペラシャフト４４に伝達される。また、車両１０の走行中において、車速を上げる場合や坂道を上る場合等、大きな出力を要する場合には、電力によってモータジェネレータ４１ｂを駆動させることによりモータジェネレータ４１ｂの動力をアシスト出力としてプロペラシャフト４４に伝達する。さらに、車両１０の走行中において、車速を下げる場合や坂道を下る場合等、エンジン４１ａに対する負荷が負となる場合には、プロペラシャフト４４によってモータジェネレータ４１ｂを駆動させて発電し、発電された電力をモータジェネレータ駆動制御部４１ｄを介してバッテリ４１ｃに充電する。また、車両１０の停車中等のエンジン４１ａのアイドリング状態では、エンジン４１ａの動力によってモータジェネレータ４１ｂを駆動させ、発電された電力をモータジェネレータ駆動制御部４１ｄを介してバッテリ４１ｃに充電してもよい。その際、ＰＴＯ機構４６は、油圧ポンプ３１に対してエンジン４１ａの出力軸およびモータジェネレータ４１ｂの入出力軸の連結が解除された状態とする。また、エンジン４１ａは、モータジェネレータ４１ｂの動力によって始動される。さらに、車両１０の走行中に減速させる際には、リターダ４５において発電してもよく、この場合発電された電力は、モータジェネレータ駆動制御部４１ｄを介してバッテリ４１ｃに充電される。

また、クレーン装置２０による作業を行う場合には、トランスミッション４３をニュートラルの状態とし、クラッチ４１ｅによってエンジン４１ａとモータジェネレータ４１ｂとを連結した状態で、ＰＴＯ機構４６によって油圧ポンプ３１に対してエンジン４１ａの出力軸とモータジェネレータ４１ｂの入出力軸を連結した状態とする。

クレーン装置２０による作業を行う場合のエンジン４１ａの回転数は、使用者の操作入力部５１に対するアクセル操作によって調整され、使用者の操作入力部５１に対するアクセル操作がない状態では後述する作業アイドリング回転数で駆動される。クレーン装置２０による作業を行う場合の作業の合間の待機状態には、作業アイドリング回転数で駆動するエンジン４１ａの動力によってモータジェネレータ４１ｂを駆動させ、発電された電力をモータジェネレータ駆動制御部４１ｄを介してバッテリ４１ｃに充電する。また、クレーン装置２０による作業を行う場合において、バッテリ４１ｃは外部電源の電力によっても充電が可能である。

クレーン装置２０による作業を行う場合における油圧ポンプ３１は、エンジン４１ａの出力と必要な作動油の吐出量との関係において容量が変更される。特に、油圧ポンプ３１は、後述する第２回転数Ｎ２の間の回転数ときに、容量が「大」に設定される。これにより、エンジン４１ａの回転数を低下させた場合に、作動油の吐出量を大きくすることで、各アクチュエータ６０の動作速度の低下を防止する。

クレーン装置２０による作業を行う場合には、通常の作業時に選択される通常作業モードと、静音性が要求される作業時に選択される低騒音作業モードと、が使用者によって切換え可能である。通常作業モードは、アクセル操作がない状態において、エンジン４１ａを走行時におけるアイドリング回転数（例えば、５００ｒｐｍ）よりも高い作業アイドリング回転数としての第１回転数Ｎ１（例えば、１２００ｒｐｍ）で駆動させるモードである。また、低騒音作業モードは、アクセル操作がない状態において、エンジン４１ａを走行時におけるアイドリング回転数と第１回転数Ｎ１との間の作業アイドリング回転数としての第２回転数Ｎ２（例えば、７００ｒｐｍ）で駆動させるモードである。

低騒音作業モードにおける第１回転数Ｎ１と第２回転数Ｎ２との間の回転数でエンジン４１ａを駆動させる場合には、各アクチュエータ６０の動作速度の低下を防止するため、油圧ポンプ３１の容量が「大」側に設定される頻度が高くなる。油圧ポンプ３１の容量が「大」側に設定された状態では、容量が「小」側に設定された状態よりもエンジン４１ａに作用する負荷が大きくなる。しかし、低騒音作業モードにおける第１回転数Ｎ１と第２回転数Ｎ２との間の低回転で駆動するエンジン４１ａのトルクは、図３のエンジン４１ａの回転数とトルクとの関係に示すように、第１回転数Ｎ１よりも高回転で駆動するエンジン４１ａのトルクよりも小さくなる。このため、第１回転数Ｎ１と第２回転数Ｎ２との間の回転数で駆動するエンジン４１ａは、不用意にエンジン４１ａが停止する所謂エンストが生じやすい状態となる。また、エンジン４１ａの動力によって油圧ポンプ３１を駆動させる場合に、モータジェネレータ４１ｂの動力をアシスト出力として付加することが可能であるが、モータジェネレータ４１ｂの駆動率が上昇するとバッテリ４１ｃの電力の消費量が増加する。このため、コントローラ５０は、エンジン４１ａが第１回転数Ｎ１と第２回転数Ｎ２との間の低回転で駆動している状態で、且つ、エンジン４１ａから油圧ポンプ３１に伝達されるトルクが不足する場合に、油圧ポンプ３１の駆動にモータジェネレータ４１ｂの動力を付加するモータジェネレータ駆動制御処理を行う（図３の斜線の領域）。このときのコントローラ５０の動作を図４のフローチャートを用いて説明する。

（ステップＳ１）
ステップＳ１においてＣＰＵは、低騒音作業モードが設定されているか否かを判定する。低騒音作業モードが設定されていると判定した場合にはステップＳ２に処理を移し、低騒音作業モードが設定されていると判定しなかった場合にはモータジェネレータ駆動制御処理を終了する。

（ステップＳ２）
ステップＳ１において低騒音作業モードが設定されていると判定した場合に、ステップＳ２においてＣＰＵは、エンジン４１ａの回転数が第１回転数Ｎ１以下であるか否かを判定する。エンジン４１ａの回転数が第１回転数Ｎ１以下であると判定した場合にはステップＳ３に処理を移し、第１回転数Ｎ１以下であると判定しなかった場合にはモータジェネレータ駆動制御処理を終了する。

（ステップＳ３）
ステップＳ２においてエンジン４１ａの回転数が第１回転数Ｎ１以下であると判定した場合に、ステップＳ３においてＣＰＵは、エンジン４１ａから油圧ポンプ３１に伝達されるトルクに対するクレーン作業に必要な油圧ポンプ３１のトルクの割合が第１所定割合（例えば、８０％）以上であるか否かを判定する。第１所定割合以上であると判定した場合にはステップＳ４に処理を移し、第１所定割合以上であると判定しなかった場合にはモータジェネレータ駆動制御処理を終了する。
ここで、クレーン作業に必要な油圧ポンプ３１のトルクは、流量検出器５２の検出流量および圧力検出器５３の検出圧力を常時監視し、流量検出器５２の検出流量および圧力検出器５３の検出圧力に基づいて算出される。可変容量型の油圧ポンプ３１において、クレーン作業の負荷が大きくなる方向に変化すると、油圧ポンプ３１の吐出圧力が大きくなり、吐出流量が小さくなる。一方、クレーン作業の負荷が小さくなる方向に変化すると、油圧ポンプ３１の吐出圧力が小さくなり、吐出流量が大きくなる。この油圧ポンプ３１の吐出流量および吐出圧力の関係から、必要な油圧ポンプ３１のトルクが算出される。
一方、エンジン４１ａから油圧ポンプ３１に伝達されるトルクは、エンジン４１ａの回転数を常時監視することで、エンジン４１ａの回転数とトルクとの関係から得られる。また、エンジン４１ａの回転数に加えてエンジン４１ａの燃料噴射量を常時監視することにより、より正確なエンジン４１ａから油圧ポンプ３１に伝達されるトルクを得ることが可能となる。

（ステップＳ４）
ステップＳ３においてエンジン４１ａから油圧ポンプ３１に伝達されるトルクに対するクレーン作業に必要な油圧ポンプ３１のトルクの割合が所定割合以上であると判定した場合に、ステップＳ４においてＣＰＵは、モータジェネレータ４１ｂを駆動してステップＳ５に処理を移す。
ここで、油圧ポンプ３１に対して付加するモータジェネレータ４１ｂの動力は、第１回転数Ｎ１と第２回転数Ｎ２との間の回転数で駆動するエンジン４１ａの回転数が第１回転数Ｎ１に近づくに従って低下させる。

（ステップＳ５）
ステップＳ５においてＣＰＵは、エンジン４１ａから油圧ポンプ３１に伝達されるトルクに対するクレーン作業に必要な油圧ポンプ３１のトルクの割合が第２所定割合（例えば、８０％）以下であるか否かを判定する。第２所定割合以下であると判定した場合にはステップＳ６に処理を移し、第２所定割合以下であると判定しなかった場合にはステップＳ５の処理を繰り返す。

（ステップＳ６）
ステップＳ５においてエンジン４１ａから油圧ポンプ３１に伝達されるトルクに対するクレーン作業に必要な油圧ポンプ３１のトルクの割合が第２所定割合以下であると判定した場合に、ステップＳ６においてＣＰＵは、モータジェネレータ４１ｂの駆動を停止してモータジェネレータ駆動制御処理を終了する。

このように、本実施形態の作業機械によれば、低騒音作業モード時に、走行時のアイドリング状態よりも高い第１回転数Ｎ１と第１回転数Ｎ１よりも低い第２回転数Ｎ２との間の回転数でエンジン４１ａを駆動させているときに、クレーン作業の動力としてモータジェネレータ４１ｂの動力を付加可能とし、第１回転数Ｎ１よりも高い回転数でエンジン４１ａを駆動させているときに、クレーン作業の動力としてモータジェネレータ４１ｂの動力の付加を制限している。これにより、低回転数で駆動するエンジン４１ａの動力によるクレーン作業時に、作業負荷による不用意なエンジン４１ａの停止を防止することができるとともに、モータジェネレータ４１ｂを駆動させる頻度を低減することが可能となるので、バッテリ４１ｃの容量が不足した状態となる頻度を低減することができ、静音性の向上および燃料消費量の低減が可能な作業を継続的に行うことができる。

加えて、低騒音作業モード時において、エンジン４１ａのアクセル操作が行われない状態では、エンジン４１ａを第２回転数Ｎ２で駆動させている。これにより、低い作業負荷の作業であれば、アクセル操作をせずに作業を行うことが可能となるので、クレーン作業時における静音性を向上させることができる。

また、油圧ポンプ３１は、エンジン４１ａが第２回転数Ｎ２で駆動している状態において、少なくとも、第１回転数Ｎ１で駆動している場合に比べて容量が大きく設定される。これにより、低回転で駆動するエンジン４１ａの動力によって油圧ポンプ３１を駆動させる場合にも、油圧ポンプ３１の作動油の吐出量を低下させることがないので、作業効率の低下を防止することが可能となる。

また、低騒音作業モード時において、第１回転数Ｎ１と第２回転数Ｎ２との間の回転数でエンジン４１ａが駆動している状態で、エンジン４１ａの動力のみによって油圧ポンプが駆動している場合に、エンジン４１ａから油圧ポンプ３１に伝達されるトルクに対するクレーン作業に必要な油圧ポンプ３１のトルクの割合が第１所定割合以上になると、モータジェネレータ４１ｂの動力を付加して油圧ポンプ３１を駆動し、エンジン４１ａおよびモータジェネレータ４１ｂの動力によって油圧ポンプ３１が駆動している場合に、エンジン４１ａから油圧ポンプ３１に伝達されるトルクに対するクレーン作業に必要な油圧ポンプ３１のトルクの割合が第２所定割合以下になると、モータジェネレータ４１ｂを停止している。これにより、クレーン作業に必要な油圧ポンプ３１のトルクの急激な変動が生じる場合にも、意図せずエンジン４１ａが停止することはないので、作業効率を向上させることが可能となる。また、モータジェネレータ４１ｂが継続的に運転される状態を防止できるので、バッテリ４１ｃの残容量不足となる状態を生じにくくして静音性の高い作業を行うことが可能となる。また、必要なトルクを安定的に油圧ポンプ３１に伝達することができるので、油圧ポンプ３１に伝達されるトルクの増減が繰り返される状態を防止することができ、クレーン作業時における操作性を向上させることが可能となる。

また、第１回転数Ｎ１と第２回転数Ｎ２との間の回転数で駆動するエンジン４１ａの回転数が第１回転数Ｎ１に近づくに従って油圧ポンプ３１に対して付加するモータジェネレータ４１ｂの動力を低下させている。これにより、モータジェネレータ４１ｂの駆動によって消費される電力量を低減できるとともに、アクセル操作によってエンジン４１ａの回転数を上昇させる際に、モータジェネレータ４１ｂの駆動を停止する際の油圧ポンプ３１に伝達されるトルクの急激な変動を防止することができる。

図５は本発明の他の実施形態を示すものである。なお、前記実施形態と同様の構成部分には同一の符号を付して示す。

本実施形態の移動式クレーン１において、低騒音作業モード時におけるコントローラ５０は、エンジン４１ａが第１回転数Ｎ１と第２回転数Ｎ２との間の低回転で駆動している場合に、油圧ポンプ３１の駆動にモータジェネレータ４１ｂの動力を付加するモータジェネレータ駆動制御処理を行う。このときのコントローラ５０の動作を図５のフローチャートを用いて説明する。

（ステップＳ１１）
ステップＳ１１においてＣＰＵは、低騒音作業モードが設定されているか否かを判定する。低騒音作業モードが設定されていると判定した場合にはステップＳ１２に処理を移し、低騒音作業モードが設定されていると判定しなかった場合にはモータジェネレータ駆動制御処理を終了する。

（ステップＳ１２）
ステップＳ１１において低騒音作業モードが設定されていると判定した場合に、ステップＳ１２においてＣＰＵは、エンジン４１ａの回転数が第１回転数Ｎ１以下であるか否かを判定する。エンジン４１ａの回転数が第１回転数Ｎ１以下であると判定した場合にはステップＳ１３に処理を移し、第１回転数Ｎ１以下であると判定しなかった場合にはステップＳ１４に処理を移す。

（ステップＳ１３）
ステップＳ１２においてエンジン４１ａの回転数が第１回転数Ｎ１以下であると判定した場合に、ステップＳ１３においてＣＰＵは、モータジェネレータ４１ｂを駆動してモータジェネレータ駆動制御処理を終了する。
このとき、油圧ポンプ３１に対して付加するモータジェネレータ４１ｂの動力は、エンジン４１ａの回転数と第１回転数Ｎ１との差が小さくなるに従って、小さくなるように制御する。

（ステップＳ１４）
ステップＳ１２においてエンジン４１ａの回転数が第１回転数Ｎ１以下であると判定しなかった場合に、ステップＳ１４においてＣＰＵは、モータジェネレータ４１ｂの駆動を停止してモータジェネレータ駆動制御処理を終了する。

このように、本実施形態の作業機械によれば、前記実施形態と同様に、低騒音作業モード時に、走行モード時のアイドリング状態よりも高い第１回転数Ｎ１と第１回転数Ｎ１よりも低い第２回転数Ｎ２との間の回転数でエンジン４１ａを駆動させているときに、クレーン作業の動力としてモータジェネレータ４１ｂの動力を付加可能とし、第１回転数Ｎ１よりも高い回転数でエンジン４１ａを駆動させているときに、クレーン作業の動力としてモータジェネレータ４１ｂの動力の付加を制限している。これにより、低回転数で駆動するエンジン４１ａの動力によるクレーン作業時に、作業負荷による不用意なエンジン４１ａの停止を防止することができるとともに、モータジェネレータ４１ｂを駆動させる頻度を低減することが可能となるので、バッテリ４１ｃの容量が不足した状態となる頻度を低減することができ、静音性の向上および燃料消費量の低減が可能な作業を継続的に行うことができる。

なお、前記実施形態では、主にエンジン４１ａの動力で駆動し、モータジェネレータ４１ｂの動力をアシスト出力として付加可能なクレーン装置２０を備えた移動式クレーン１を作業機械として示したがこれに限られるものではない。主にエンジンの動力で駆動し、電動機の動力をアシスト出力として付加可能な作業装置を備えたものであれば、例えば、高所作業車や掘削機等の作業機械に本発明を適用可能である。

また、前記実施形態では、作動油の油圧によってアクチュエータ６０を駆動させるようにしたものを示したが、これに限られるものではない。例えば、空気圧によってアクチュエータを駆動させるようにしてもよいし、エンジンの出力軸および電動機の出力軸に直接アクチュエータを連結してアクチュエータを駆動させるようにしてもよい。

また、前記実施形態では、可変容量型の油圧ポンプ３１の容量を、「大」と「小」の二段階に切換えるようにしたものを示したがこれに限られるものではなく、容量を３段階以上の多段階に切換えるようにしてもよいし、容量を無段階に変更するようにしてもよい。

また、前記実施形態では、エンジン４１ａから油圧ポンプ３１に伝達されるトルクに対するクレーン作業に必要な油圧ポンプ３１のトルクの割合が第１所定割合以上と判定した場合に、モータジェネレータ４１ｂの駆動を開始し、エンジン４１ａから油圧ポンプ３１に伝達されるトルクに対するクレーン作業に必要な油圧ポンプ３１のトルクの割合が第２所定割合以下であると判定した場合に、モータジェネレータ４１ｂの駆動を停止するようにしている。第１所定割合および第２所定割合は、互いに同じ割合であっても異なる割合であってもよい。

また、前記実施形態では、クレーン作業に必要な油圧ポンプ３１のトルクを、流量検出器５２の検出流量および圧力検出器５３の検出圧力に基づいて算出するようにしたものを示したがこれに限られるものではない。クレーン作業に必要な油圧ポンプ３１のトルクは、例えば、油圧ポンプ３１によって駆動される各アクチュエータ６０に流量検出器および圧力検出器を設け、各アクチュエータ６０の流量検出器の検出流量および圧力検出器の検出圧力に基づいてクレーン作業に必要な油圧ポンプ３１のトルクを算出するようにしてもよい。また、各アクチュエータ６０を操作するための操作レバーやフットペダル等の操作部の操作量を検出し、検出された操作部の操作量に基づいてクレーン作業に必要な油圧ポンプ３１のトルクを算出するようにしてもよい。さらに、通常のクレーン装置に設けられている過負荷防止装置の機能を利用して、ブーム２２の起伏角度および伸縮長さ、ブーム２２の先端部に作用する荷重を検出し、検出されたブーム２２の起伏角度および伸縮長さ、ブームの先端部に作用する荷重に基づいてクレーン作業時に必要な油圧ポンプ３１のトルクを推定するようにしてもよい。

また、前記実施形態では、ＰＴＯ機構４６をトルクコンバータ４２に設けたものを示したが、エンジン４１ａおよびモータジェネレータ４１ｂの動力が取出し可能であれば、例えば、トランスミッション４３やその他ギヤボックスにＰＴＯ機構を設けてもよい。また、駆動機構としては、トルクコンバータ４２を有さないトランスミッション方式であってもよい。

１…移動式クレーン、１０…車両、１３…ジャッキシリンダ、２０…クレーン装置、２２…ブーム、２２ｅ…起伏シリンダ、３０…油圧供給装置、３１…油圧ポンプ、４０…動力装置、４１…動力源ユニット、４１ａ…エンジン、４１ｂ…モータジェネレータ、５０…コントローラ、５１…操作入力部、５２…流量検出器、５３…圧力検出器、６０…アクチュエータ。

Claims

所定の作業を行う作業装置を備えた作業機械であって、
エンジンと、
電力によって駆動する電動機と、
エンジンの動力によって駆動される作業装置駆動用のアクチュエータと、
アクチュエータに対して電動機の動力を付加可能な動力付加手段と、
走行時のエンジンアイドリング状態よりも高い第１回転数と第１回転数よりも低い第２回転数との間の回転数でエンジンを駆動させているときに、動力付加手段によってアクチュエータに対して電動機の動力を付加可能とし、第１回転数よりも高い回転数でエンジンが駆動させているときに、動力付加手段によるアクチュエータに対する電動機の動力の付加を制限する動力付加制御手段と、
所定の操作によってエンジンの回転数を調整可能な回転数調整手段と、
回転数調整手段によるエンジンの回転数の操作がなされない場合に第２回転数でエンジンを駆動するエンジン駆動制御手段と、を備えた
ことを特徴とする作業機械。
動力付加手段は、アクチュエータを駆動させる作動油を吐出する油圧ポンプに対して電動機の動力を付加するものであり、
油圧ポンプは、作動油の吐出量が少なくとも大容量と小容量に可変となる可変容量型であり、エンジンが第２回転数で駆動している状態において容量が少なくとも大容量に設定される
ことを特徴とする請求項１に記載の作業機械。
アクチュエータを駆動させるために必要な油圧ポンプのトルクを取得する必要トルク取得手段と、
エンジンから油圧ポンプに伝達されるトルクを取得するエンジントルク取得手段と、を備え、
動力付加制御手段は、エンジンの駆動力のみによって油圧ポンプを駆動している場合に、エンジントルク取得手段の取得結果に対する必要トルク取得手段の取得結果の割合が第１所定割合以上になると、電動機の駆動力を付加して油圧ポンプを駆動し、エンジンおよび電動機によって油圧ポンプが駆動している場合に、エンジントルク取得手段の取得結果に対する必要トルク取得手段の取得結果の割合が第２所定割合以下になると、電動機の動力の伝達を停止する
ことを特徴とする請求項２に記載の作業機械。
動力付加制御手段は、第１回転数と第２回転数との間の回転数で駆動するエンジンの回転数が第１回転数に近づくに従ってアクチュエータに対して付加する電動機の動力を低下させる
ことを特徴とする請求項１に記載の作業機械。