JP6259380B2 - ハイブリッド式建設機械 - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド式建設機械に関する。

省エネ、排ガス低減の技術として、エンジンを搭載した油圧ショベル等の作業機械において、作業の休止時間などに無駄な燃料消費を抑えるために、自動的にエンジンを停止するアイドリングストップを行う技術が提案されている。

そして、エンジンとエンジンをアシストする電動機と蓄電装置とを備えたハイブリッド型ショベルにおいて、アイドリングストップ後のエンジン始動用のスタータモータの使用頻度を低減させるために、電動機に蓄電装置から電力を供給して力行運転することで、エンジンの駆動を再開する発明が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−２８９６２号公報

上述した従来技術においては、アイドリングストップ後のエンジン再始動時に、蓄電装置の蓄電量が所定値より小さい場合には、蓄電装置と電動機とを用いずに２４Ｖ系の鉛バッテリから電力を供給してスタータモータによりエンジンを再始動する。２４Ｖ系の鉛バッテリは、スタータモータの他にコントローラや補機系統に電力を供給するものであって、通常のエンジン運転時には、エンジンにより駆動されるオルタネータ（発電機）により、充電されている。

アイドリングストップによりエンジンが停止すると、オルタネータは停止するので、２４Ｖ系の鉛バッテリは充電されず放電のみの状態になる。ハイブリッド型ショベルの場合、アイドリングストップしても、オペレータのために、作業灯、室内灯などに電力供給が必要な場合がある。このときに、鉛バッテリの放電状態を監視せずに、長時間にわたって電力を使用すると、過放電状態となり、各機器への電力を供給できなくなる恐れが生じる。

特に、鉛バッテリが劣化して容量が少ない状態のときに、エンジンが停止して上述したような放電がなされると、最悪の場合コントローラへの電力供給もされなくなり、エンジンの再始動ができなくなる恐れも生じる。

本発明は、上述の事柄に基づいてなされたもので、その目的は、オペレータの意思に基づいてエンジンの停止や再始動を行い、安全でかつ使い勝手の良いアイドリングストップ機能を搭載したハイブリッド式建設機械を提供するものである。

上記の目的を達成するために、第１の発明は、エンジンと、エンジン始動用のスタータモータと、前記エンジンと機械的に接続されアシスト駆動や発電制動を行うとともに、前記エンジンの再始動を可能とするアシスト発電モータと、前記エンジンと前記アシスト発電モータの合計トルクで駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプの吐出した圧油により駆動する複数の油圧アクチュエータと、前記複数の油圧アクチュエータの駆動を指令する操作レバー装置と、前記操作レバー装置による前記複数の油圧アクチュエータの作動をロックまたは、ロック解除するロックレバー機構と、前記アシスト発電モータのアシスト駆動や発電制動を制御するコントローラと、前記スタータモータ、前記コントローラ、及び補助機器に電力を供給する低電圧系の蓄電装置と、前記低電圧系の蓄電装置とは電気的に接続されておらず、前記アシスト発電モータに電力を供給する高電圧系の蓄電装置と、前記エンジンのアイドリングストップ後に、オペレータが前記エンジンを再始動させるために操作する再始動装置とを備えたハイブリッド式建設機械において、前記低電圧系の蓄電装置の蓄電状態を検出する第１蓄電状態検出センサと、前記高電圧系の蓄電装置の蓄電状態を検出する第２蓄電状態検出センサとを備え、前記コントローラは、前記第１蓄電状態検出センサが検出した前記低電圧系の蓄電装置の蓄電状態と前記第２蓄電状態検出センサが検出した前記高電圧系の蓄電装置の蓄電状態とを読み込み、前記操作レバー装置の操作が所定時間なされないとき又は前記ロックレバー機構による前記複数の油圧アクチュエータの作動ロック状態が所定時間以上継続したときであって、前記低電圧系の蓄電装置の電圧が所定圧以上、かつ前記高電圧系の蓄電装置の蓄電状態が所定値以上のときに前記エンジンを停止させるエンジン停止制御部と、前記エンジンが停止した後に、前記再始動装置の操作があった場合に、前記アシスト発電モータを駆動して、前記エンジンを再始動するエンジン再始動制御部とを備えたものとする。

また、第２の発明は、第１の発明において、前記低電圧系の蓄電装置から前記コントローラと前記補助機器に供給される電力の供給路には、電力供給の遮断／連通をそれぞれ制御するリレー回路がさらに備えられ、前記コントローラは、前記エンジン停止制御部による前記エンジンの停止期間に、動作を継続すべく予め設定された機器のみに電力を供給するように、前記リレー回路に制御指令を出力する機器動作制御部を備え、前記低電圧系の蓄電装置の電圧の所定圧は、アイドリングストップ中に前記機器動作制御部により設定された機器に供給される電力の消費分を考慮して設定されることを特徴とする。

更に、第３の発明は、第１または第２の発明において、前記再始動装置とは別に、前記エンジンの始動や停止のために操作するキースイッチを備えたことを特徴とする。

また、第４の発明は、第１乃至第３の発明のいずれかにおいて、前記再始動装置は、押しボタン式のスイッチであって、所定の押圧回数の操作又は所定の押圧保持時間の操作により、オン状態となることを特徴とする。

更に、第５の発明は、第１乃至第３の発明のいずれかにおいて、前記再始動装置は、回転／押しボタン式のスイッチであって、オペレータが前記スイッチを回転させた後に押圧することで、オン状態となることを特徴とする。

また、第６の発明は、第１または第２の発明において、前記エンジンのラジエータ水温を検出する水温度センサと、前記圧油の温度を検出する油温度センサと、外気の温度を検出する外気温度センサとを更に備え、前記エンジン停止制御部は、前記水温度センサが検出したラジエータ水温と、前記油温度センサが検出した圧油の温度と、前記外気温度センサが検出した外気の温度とを取込み、前記ラジエータ水温、前記圧油の温度、前記外気の温度の少なくともいずれか１つが、予め定めた一の設定温度より低い場合、または予め定めた他の設定温度より高い場合には、前記エンジンを停止させないことを特徴とする。

本発明によれば、蓄電装置と鉛バッテリの各蓄電状態に応じて、アイドリングストップを行うので、オペレータの意思に基づいてエンジンの停止や再始動を行い、安全でかつ使い勝手の良いアイドリングストップ機能を搭載したハイブリッド式建設機械を提供できる。

本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態を示す側面図である。 本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態を構成する電動・油圧機器のシステム構成図である。 本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態を構成するコントローラの制御ロジックの概要を示すブロック図である。 本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態を構成するコントローラのアイドリングストップ時の制御フローを示すフローチャート図である。 本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態を構成するコントローラのエンジン再始動時の制御フローを示すフローチャート図である。 本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態を構成するスイッチパネルと再始動スイッチとを示す正面概略図である。 本発明のハイブリッド式建設機械の第２の実施の形態を構成する電動・油圧機器のシステム構成図である。

以下、ハイブリッド式建設機械として油圧ショベルを例にとって本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。

図１は本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態を示す側面図、図２は本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態を構成する電動・油圧機器のシステム構成図である。

図１において、油圧ショベルは下部走行体１０と、下部走行体１０の上部に旋回可能に設けた上部旋回体２０と、一端が上部旋回体２０に連結された多関節リンク機構からなるショベル機構３０を備えている。

下部走行体１０は、左右一対のクローラ１１及びクローラフレーム１２（図１には片側のみを示す）を備えており、各クローラ１１は図示しない減速機構を介して走行用油圧モータ１３，１４（図２参照）により、それぞれ独立に駆動される。

上部旋回体２０は、下部走行体１０に旋回可能に取り付けられた旋回フレーム２１を有していて、この旋回フレーム２１には、エンジン２２と、エンジン２２により駆動されるアシスト発電モータ２３と、旋回電動モータ２５と、アシスト発電モータ２３及び旋回電動モータ２５に接続される蓄電装置である高電圧系バッテリ（第２の蓄電装置）２４と、旋回油圧モータ２７とが搭載されている。また、この旋回フレーム２１には、図２に示す油圧ポンプ４１及びコントロールバルブ４２を含む油圧システム４０と、パワーコントロールユニット５０と、エンジンコントローラ６１、バッテリコントローラ６２、及びコントローラ６０を含む制御システムとが搭載されている。

旋回フレーム２１は、旋回電動モータ２５の回転を減速する減速機構を含み、旋回電動モータ２５と旋回油圧モータ２７の駆動力により駆動させる旋回機構２６を介して、下部走行体１０の上部に旋回可能に取り付けられている。

ショベル機構３０は、ブーム３１と、ブーム３１を駆動するためのブームシリンダ３２と、ブーム３１の先端部近傍に回転自在に軸支されたアーム３３と、アーム３３を駆動するためのアームシリンダ３４と、アーム３３の先端に回転可能に軸支されたバケット３５と、バケット３５を駆動するためのバケットシリンダ３６とをもって構成されている。ブーム３１の基端部は、旋回フレーム２１に回転可能に軸支されている。ブーム３１、アーム３３及びバケット３５は、それぞれの連結軸を中心として垂直方向に駆動することで、掘削等の作業を行う。

次に、油圧システム４０は、図２に示すように、エンジン２２と、エンジン２２によって駆動される油圧ポンプ４１と、油圧ポンプ４１から吐出される動作油により駆動される走行用油圧モータ１３，１４、旋回油圧モータ２７、ブームシリンダ３２、アームシリンダ３４及びバケットシリンダ３６と、これらの各油圧アクチュエータに供給される動作油の供給量及び供給方向を、操作レバー７２からの指令に基づいて切り換えるコントロールバルブ４２とをもって構成されている。

なお、操作レバー７２とコントロールバルブ４２との間には、パイロット圧信号遮断弁７６が設けられている。パイロット圧信号遮断弁７６は、オペレータが運転席に乗り降りする部位に配置されたロックレバー（ロックレバー機構）７１のレバー上げ（ロック）動作に連動して操作レバー７２からコントロールバルブ４２への指令信号を遮断する。この結果、油圧部のロック機能が働く。また、操作レバー７２の指令信号は、油圧→電気信号変換デバイス（例えば、圧力センサ）７４によって電気信号に変換され、旋回パイロット圧信号としてコントローラ６０に入力されている。

エンジン２２は、始動用のスタータモータ２８を備えていて、オペレータの操作に応じて、コントローラ６０とエンジンコントローラ６１とにより制御される。オペレータが操作するスイッチとして、キーを挿入して、オフの位置から、オンまたはスタートのいずれかの位置に操作するキースイッチ７０と、アイドリングストップ中に、キースイッチ７０の操作とは別にエンジン２２を再始動させ得る再始動装置である再始動スイッチ７３とがある。キースイッチ７０の位置信号とロックレバー７１のロック／ロック解除信号と再始動スイッチ７３の再始動信号とは、それぞれコントローラ６０に入力されている。

キースイッチ７０の上流側には、一般的に自動車に使用される２４Ｖの鉛バッテリである低電圧系バッテリ（第１の蓄電装置）２９が接続されていて、キースイッチ７０の下流側には、電装品等の負荷が接続されている。キースイッチ７０をオンまたはスタートの位置に操作すると、キースイッチ７０を介して低電圧系バッテリ２９から各負荷へ電力が供給される。油圧ショベルを起動するときには、キースイッチ７０をスタートの位置へ操作することで、低電圧系バッテリ２９からスタータモータ２８へ電力が供給される。スタータモータ２８が駆動することでエンジン２２が回転して始動する。

低電圧系バッテリ２９の負荷としては、図２に示すように、スタータモータ２８の他に、パワーコントロールユニット５０や、コントローラ６０とエンジンコントローラ６１とバッテリコントローラ６２とからなるコントローラ系や、エアコン８０と作業灯８１と室内灯８２とその他の電装品８３とからなる補助機器系とがある。

エンジンコントローラ６１とバッテリコントローラ６２と作業灯８１と室内灯８２とその他の電装品８３とは、詳細は後述するリレー回路８４を介して低電圧系バッテリ２９に接続している。

アシスト発電モータ２３は、エンジン２２と油圧ポンプ４１と同一の駆動軸で連結されたモータ・ジェネレータであり、力行時にはエンジン２２をアシストして合計のトルクで油圧ポンプ４１やエアコン８０等の補機負荷を駆動し、回生時にはエンジン２２により駆動されて発電をおこなう。発電されたエネルギは，インバータ５３によって直流に変換され、高電圧系バッテリ２４に供給され蓄電される。

旋回電動モータ２５は、旋回油圧モータ２７と同一の回転軸で連結されたモータ・ジェネレータであり、力行動作する場合にはモータとして駆動力を発生し、旋回油圧モータ２７の発生するトルクとの合計トルクで上部旋回体２０を駆動する。また、上部旋回体２０によって制動される場合には発電機として動作して電力を回生する。回生されたエネルギは、インバータ５２によって直流に変換され、高電圧系バッテリ２４に供給され蓄電される。

高電圧系バッテリ２４は、ハイブリッド自動車等に使用される蓄電池であり、例えばリチウムイオンバッテリが用いられる。また、コントローラ６０とバッテリコントローラ６２とにより制御される。なお、本実施の形態においては、リチウムイオンバッテリを用いているが、キャパシタを用いることもできるし、キャパシタとバッテリの双方を併用することもできる。

パワーコントロールユニット５５は、アシスト発電モータ２３を駆動するためのインバータ５３と、旋回電動モータ２５を駆動するためのインバータ５２と、それらの制御部とを含んでいる。インバータ５２，５３は、旋回電動モータ２５とアシスト発電モータ２３とで発生する動力を任意に制御するために設けられている。すなわち、インバータ５２，５３は、力行時には、リチウムイオンバッテリ２４からの直流電力を交流電力に変換してアシスト発電モータ２３、及び旋回電動モータ２６に供給し、回生時には、アシスト発電モータ２３、及び旋回電動モータ２６からの交流電力を直流電力に変換してリチウムイオンバッテリ２４に蓄電する。

低電圧系バッテリ２９の出力端子部には、鉛バッテリ電圧を検出する電圧センサ（第１蓄電状態検出センサ）２９ａが設けられていて、検出した信号はコントローラ６０に入力され、蓄電状態（蓄電量）が算出される。リチウムイオンバッテリ２４には、リチウムイオンバッテリ２４を構成する各セルの電圧や電流を検出するセンサ（第２蓄電状態検出センサ）２４ａが設けられていて、検出した信号はバッテリコントローラ６２に取込まれ、ＳＯＣ（State of charge：充電率）を算出し第２蓄電状態検出センサが検出した蓄電状態として、コントローラ６０に入力される。

エンジン２２には、ラジエータ水温を検出する温度センサ２２ａと外気温度を検出する外気温センサとが設けられていて、検出した信号はエンジンコントローラ６１介してコントローラ６０に入力される。また、油圧ポンプ４１には、圧油の温度を検出する油温センサ９１が設けられていて、検出した信号はコントローラ６０に入力される。

エアコン８０は、エアコンのスイッチ状態やブロアの稼動状態を、エアコン稼動状態検出信号として、コントローラ６０へ出力している。

コントローラ６０は、エンジンコントローラ６１、パワーコントロールユニット５０、およびバッテリコントローラ６２とＣＡＮなどの通信手段を介して接続されている。オペレータの各種操作量や電源部の蓄電状態や車体情報などを入力し、これらの状態に応じてオペレータの要求を満たすための油圧ショベルの動作を決定し、エンジン２２や各アクチュエータ、リチウムイオンバッテリ２４、アシスト発電モータ２３、及び旋回電動モータ２５等を制御する。

次に、コントローラ６０におけるアイドリングストップに関する制御について図３乃至図５を用いて説明する。図３は本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態を構成するコントローラの制御ロジックの概要を示すブロック図、図４は本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態を構成するコントローラのアイドリングストップ時の制御フローを示すフローチャート図、図５は本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態を構成するコントローラのエンジン再始動時の制御フローを示すフローチャート図、図６は本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態を構成するスイッチパネルと再始動スイッチとを示す正面概略図である。図３乃至図６において、図１及び図２に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

コントローラ６０におけるアイドリングストップに関する制御部は、図３に示すように、エンジン停止制御部６３とエンジン再始動制御部６４とアシスト発電モータ制御部６５と機器動作制御部６６とを備えている。

エンジン停止制御部６３は、油圧ショベルの運転中にオペレータの操作が所定の時間に実施されないことを検知した場合に、鉛バッテリ２９とリチウムイオンバッテリ２４の蓄電状態と、エアコン８０の稼動状態や圧油の温度、ラジエータ水温、外気温の状態を取込み、閾値と比較して、エンジン２２を停止する指令を出力するか否かの判断を行う。停止することを判断した場合には、目標エンジン回転数指令を算出してエンジンコントローラ６１へ出力し、エンジン２２の回転数を制御して停止させる。

オペレータの操作の有無は、ロックレバー７１がロック状態であることで判断する。鉛バッテリ２９とリチウムイオンバッテリ２４の蓄電状態は、電圧センサ２９ａが検出した鉛バッテリ２９の電圧とバッテリコントローラ６２からのリチウムイオンバッテリ２４のＳＯＣと予め定めた閾値とを比較することで判断する。本実施の形態においては、オペレータの操作の有無の判断にロックレバー７１のロック状態を用いているが、その他の情報、例えば操作レバー７２の状態を用いても良い。

また、エアコン８０が稼動中の場合は、エアコン８０の消費電力が大きいため、アイドリングストップ（エンジン２２の停止）は行わないようにする。また、圧油の温度やラジエータ水温が予め定めた閾値より低い場合は、エンジン２２が暖まっていないと判断してエンジン２２の停止は行わないようにする。さらに、圧油の温度やラジエータ水温が予め定めた他の閾値より高い場合は、オーバーヒートの可能性があるためエンジン２２の停止は行わないようにする。

機器動作制御部６６は、鉛バッテリ２９が、アイドリングストップ中に、電力を供給する機器を選択するものであって、鉛バッテリ２９と補機系の機器８１，８２，８３や各コントローラ６１，６２との間に配置されたリレー回路８４へＯＮ／ＯＦＦを切り替えるための指令信号を出力する。このことにより、アイドリングストップ中に使用したい機器、例えば、作業灯８１や室内灯８２等については、鉛バッテリ２９からの電力供給を継続することができ、その他の機器への電力供給は遮断することができる。

エンジン再始動制御部６４は、アイドリングストップ中に、オペレータが再始動装置である再始動スイッチ７３を操作したときに、エンジン２２とアシスト発電モータ２３とを制御する信号を生成する。アシスト発電モータ制御部６５へ再始動指令を出力すると共に、エンジン２２がアシスト発電モータ２３により所定回転数まで昇速された後に、エンジンコントローラ６１へ通常のエンジン制御指令を出力する。

アシスト発電モータ制御部６５は、エンジン再始動制御部６４から再始動指令を入力後、アシスト発電モータ２３によってエンジン２２を再始動するために、目標アシストモータ回転数を算出して、パワーコントロールユニット５０のインバータ５３へ指令信号を出力してアシスト発電モータ２３を駆動する。

次に、コントローラ６０のアイドリングストップ時の処理内容について図４を用いて説明する。具体的には、オペレータがキースイッチ７０を操作してエンジン２２を始動した後、オペレータの操作が所定時間なされないことを、ロックレバー７１のロック／ロック解除信号で検知し、エンジン停止制御部６３がエンジン２２を停止させる場合を例に説明する。

まず、コントローラ６０は、オペレータのキースイッチ７０の操作によりエンジン２２を始動する（ステップＳ１０１）。このとき、鉛バッテリ２９から、スタータモータ２８へ電力が供給され、スタータモータ２８によりエンジン２２が始動される。

エンジン停止制御部６３は、ロックレバー７１のロック状態を検出したときに、ロック状態の経過時間を計測し、予め定めた所定時間を経過しているか否かを判断する（ステップＳ１０２）。具体的には、オペレータが操作を中断してロックレバーをロック状態にした後、例えば、３０〜６０秒経過した場合が想定される。ロック状態の経過時間が所定時間を経過している場合には、ＹＥＳと判断されて（ステップＳ１０３）へ進み、それ以外の場合には、ＮＯと判断されて（ステップＳ１０２）へ戻る。

エンジン停止制御部６３は、鉛バッテリ２９の電圧が、予め定めた所定値以上か否かを判断する（ステップＳ１０３）。本実施の形態においては、再始動時にアシスト発電モータ２３でエンジン２２を駆動することを基本とするが、リチウムイオンバッテリ２４や電動機等のハイブリッド系の異常や、寒冷地など環境の変化等によって、エンジン再始動時にアシスト発電モータ２３を使用できない場合は、スタータモータ２８によるエンジン２２の始動を行わなければならない。このため、スタータモータ２８を駆動する為の電力の確保が必要となり、鉛バッテリ電圧が所定値よりも下回った場合には、アイドリングストップを行わないようにする。鉛バッテリ２９の所定電圧は、例えば２２Ｖ〜２４Ｖに設定し、この数値は、通常の鉛バッテリ２９でスタータモータ２８を始動可能とする電圧とする。鉛バッテリ２９の電圧が、予め定めた所定値以上の場合には、ＹＥＳと判断されて（ステップＳ１０４）へ進み、それ以外の場合には、ＮＯと判断されて（ステップＳ１０２）へ戻る。

エンジン停止制御部６３は、リチウムイオンバッテリ２４のＳＯＣが予め定めた所定値以上か否かを判断する（ステップＳ１０４）。本実施の形態においては、エンジン２２を再始動する際に、アシスト発電モータ２３を駆動する為に電力供給を行わなければならない。このため、リチウムイオンバッテリ２４の充電状態を表すＳＯＣが所定値未満の場合には、アイドリングストップを行わないようにする。リチウムイオンバッテリ２４のＳＯＣは、例えば３５％〜５０％の範囲において設定する。これは，ハイブリッドショベルとしての機能を考慮した際に、アイドリングストップからの復帰後に、頻繁な充電がなされないように考慮した設定値である。リチウムイオンバッテリ２４のＳＯＣが予め定めた所定値以上の場合には、ＹＥＳと判断されて（ステップＳ１０５）へ進み、それ以外の場合には、ＮＯと判断されて（ステップＳ１０２）へ戻る。

エンジン停止制御部６３は、ラジエータ水温や圧油温が、予め定めた所定値の範囲内であるか否かを判断する（ステップＳ１０５）。本実施の形態においては、ラジエータ水温は暖気が完了した水温以上であること、またオーバーヒートしない温度より低いことを温度条件とする。圧油温についても、上限はオーバーヒートしない温度であることを条件として設定する。また、温度条件として外気温についても条件を含めてもよい。ラジエータ水温や圧油温が、予め定めた所定値の範囲内である場合には、ＹＥＳと判断されて（ステップＳ１０６）へ進み、それ以外の場合には、ＮＯと判断されて（ステップＳ１０２）へ戻る。

エンジン停止制御部６３は、停止条件が成立したので目標エンジン回転数指令を算出してエンジンコントローラ６１へ出力し、エンジン２２の回転数を制御して停止させる（ステップＳ１０６）。

機器動作制御部６６は、アイドリングストップ中に、動作を継続したい機器及び各コントローラへ電力供給するための制御を行う（ステップＳ１０７）。具体的には、動作を継続したい機器のリレー回路にはＯＮ指令を、それ以外の機器のリレー回路にはＯＦＦ指令を出力する。

次に、コントローラ６０のアイドリングストップ後の再始動時の処理内容について図５を用いて説明する。具体的には、オペレータがキースイッチ７０とは別に設けられた再始動装置である再始動スイッチ７３を操作してエンジン２２を再始動させる場合を例に説明する。

まず、コントローラ６０は、エンジン２２が停止してからの時間の計測を開始する（ステップＳ２０１）。

エンジン再始動制御部６４は、計測したエンジン２２の停止時間が、予め定めた所定時間より短いか否かを判断する（ステップＳ２０２）。具体的には、所定時間を例えば１５分〜２０分程度に設定する場合が想定される。顧客によってこの時間設定を５分刻みで変更可能としても良い。また、安全性の面から長時間の設定は避けるべきであり、設定可能な設定値の最大値を例えば６０分としても良い。エンジン２２の停止時間が、所定時間より短い場合には、ＹＥＳと判断されて（ステップＳ２０３）へ進み、それ以外の場合には、ＮＯと判断されて（ステップＳ２０５）へ進む。

エンジン再始動制御部６４は、鉛バッテリ２９の電圧が、予め定めた所定値以上か否かを判断する（ステップＳ２０３）。本実施の形態においては、アイドリングストップ中に、各コントローラや一部の機器により電力が消費されるので、鉛バッテリ２９の電圧は徐々に下がることを想定している。ここで、所定値は、ステップＳ２０２のエンジン停止時間の規定から想定される電圧降下の値と、寒冷地での動作や鉛バッテリ２９の劣化時等の状況の変化等を考慮して定められる。鉛バッテリ２９の電圧が、予め定めた所定値以上の場合には、ＹＥＳと判断されて（ステップＳ２０４）へ進み、それ以外の場合には、ＮＯと判断されて（ステップＳ２０５）へ進む。

ステップＳ２０２において、エンジン２２の停止時間が所定時間より短くないと判断された場合と、ステップＳ２０３において、鉛バッテリ２９の電圧が、予め定めた所定値未満と判断された場合には、コントローラ６０は鉛バッテリ２９の消費電力の抑制の観点からタイムアウト処理を行う（ステップＳ２０５）。タイムアウト処理とは、通常の油圧ショベルにおいて、オペレータがキースイッチ７０をオフにしたときと同等の処理であって、具体的には、エンジン２２停止の後に、コントローラや一部の機器に供給されていた電源を遮断する。なお、ステップＳ２０５の処理が実行された場合、キースイッチ７０はオンの位置にあるので、再度、油圧ショベルを起動する場合、オペレータは、キースイッチ７０を一端オフにした後に、再起動する必要がある。

エンジン再始動制御部６４は、オペレータによる再始動スイッチ７３の操作があったか否かを判断する（ステップＳ２０４）。ここで、再始動スイッチ７３は、例えば押しボタン式のものとして、オペレータによって押しボタンスイッチが所定時間以上押圧操作されたことを判断して、オンになった（操作があった）と判断する。

本実施の形態における再始動スイッチ７３は、例えば、図６に示すように、車体のキャブ内に設置されたスイッチパネル９２の中に配置された、操作ボタンやスイッチのうちの１つのスイッチ９２（ａ）である。このスイッチ９２（ａ）は、通常は、モニタに表示されるメニューを選択するために回したり押したりする押しボタン式のスイッチであり、アイドリングストップの時のみ、エンジン再始動スイッチ７３として使用することができる。なお、再始動スイッチ７３がオンとなったことを判断する条件としては、一度押しボタン式のスイッチを回した後に押されたことを検出した場合としても良く、また、押しボタン式のスイッチが所定回数である二回連続で押圧操作されたことを検出した場合としても良い。このように、オペレータによる２つ以上の操作を認識することで、再始動の意思を間違いなく判断することが可能であるため、誤動作を防止することができ安全性を確保できる。

ステップＳ２０４において、オペレータによる再始動スイッチ７３の操作があった場合には、ＹＥＳと判断されて（ステップＳ２０６）へ進み、それ以外の場合には、ＮＯと判断されて（ステップＳ２０１）へ戻る。

エンジン再始動制御部６４は、オペレータによるロックレバー７１のロック操作があったか否かを判断する（ステップＳ２０６）。ロックレバー７１は、操作されるパイロット圧信号を遮断することで、アクチュエータの動作をロックして安全機能を保っているので、ロックが解除されている場合は、エンジン２２を始動すべきではない。オペレータによるロックレバー７１のロック操作があった場合には、ＹＥＳと判断されてエンジン２２を始動するために（ステップＳ２０７）へ進み、それ以外の場合には、ＮＯと判断されて（ＥＮＤ）へ進み処理フローを終了する。

アシスト発電モータ制御部６５は、アシスト発電モータ２３でエンジン２２を始動すべく制御信号を出力する（ステップＳ２０７）。具体的には、エンジン再始動制御部６４から再始動指令を入力後、アシスト発電モータ２３によってエンジン２２を再始動するために、目標アシストモータ回転数を算出して、パワーコントロールユニット５０のインバータ５３へ指令信号を出力してアシスト発電モータ２３を駆動する。

エンジン再始動制御部６４は、エンジン２２がアシスト発電モータ２３により所定回転数まで昇速された後に、エンジンコントローラ６１へ通常のエンジン制御指令を出力し、機器動作制御部６６は、アイドリングストップ中に動作を停止していた機器やコントローラ等に電力を供給するために、リレー回路８４へ制御指令を出力する（ステップＳ２０８）。

以上の様に、エンジン２２の再始動時に、オペレータの意思によって押すことができる再始動スイッチ７３、例えば押しボタン式のスイッチを設けることで、アイドリングストップの後、簡単に再始動することが可能になる。

また、アイドリングストップから復帰してエンジン２２を再始動する際には、アシスト発電モータ２３を駆動してエンジン２２を始動するので、応答良く再始動することができる。更に、アシスト発電モータ２３を駆動してエンジン２２を始動するので、スタータモータ２８の駆動回数を大幅に削減できる。この結果、鉛バッテリ２９の劣化を抑えることができる。

上述した本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態によれば、蓄電装置２４と鉛バッテリ２９の各蓄電状態に応じて、アイドリングストップを行うので、オペレータの意思に基づいてエンジン２２の停止や再始動を行い、安全でかつ使い勝手の良いアイドリングストップ機能を搭載したハイブリッド式建設機械を提供できる。

また、上述した本発明のハイブリッド式建設機械の第１の実施の形態によれば、
アイドリングストップ中にも使用したい機器については稼働させることが可能となるため、オペレータにとって使い勝手の良い機能を実現することができる。

以下、本発明のハイブリッド式建設機械の第２の実施の形態を図面を用いて説明する。図７は本発明のハイブリッド式建設機械の第２の実施の形態を構成する電動・油圧機器のシステム構成図である。図７において、図１乃至図６に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

本発明のハイブリッド式建設機械の第２の実施の形態において、油圧ショベルの概略システムは、第１の実施の形態と同じであるが、エンジン２２を始動する際にスタータモータを使用せずに、毎回アシスト発電モータ２３を用いることが第１の実施の形態と異なる。具体的には、図７に示すようにキースイッチ７０に替えて、押しボタン式のエンジン始動スイッチ７７を設けた点と、スタータモータ２８を省略した点と、再始動装置である再始動スイッチ７３を省略した点が異なる。

本実施の形態において、エンジン始動スイッチ７７は、電気的には鉛バッテリ２９と接続されていて、エンジン始動スイッチ７７をオペレータがオン操作すると、各コントローラ６０、６１、６２やその他の補機系の機器に鉛バッテリ２９から電力が供給される。

また、エンジン始動スイッチ７７のオン操作により、コントローラ６０に対してエンジン始動の信号が入力され、コントローラ６０から、パワーコントロールユニット５０及びエンジンコントローラ６１に対して、エンジン２２を始動するための信号が出力される。エンジン２２の始動方法に関しては、第1の実施の形態のエンジン再始動時における流れと同等であるので、詳細な説明は省略する。

なお、本実施の形態においては、鉛バッテリ２９を搭載した例をもとに説明しているが、鉛バッテリ２９を搭載せずに全ての電力をリチウムイオンバッテリ２４から供給するような構成にしても良い。

上述した本発明のハイブリッド式建設機械の第２の実施の形態によれば、上述した第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

また、上述した本発明のハイブリッド式建設機械の第２の実施の形態によれば、エンジン２２を始動するためのスタータモータを省くことが可能であるため、コスト削減に貢献できる。また、エンジン２２を始動する際にはアシスト発電モータ２３を用いる為、エンジン始動の応答性が良く、静かであるという効果もある。さらに、毎回同じ方法でエンジン２２を始動するため、オペレータにとって違和感がなく、使い勝手の良いアイドリングストップ機能を実現することができる。

１０ 下部走行体
１１ クローラ
１２ クローラフレーム
１３ 右走行用油圧モータ
１４ 左走行用油圧モータ
２０ 上部旋回体
２１ 旋回フレーム
２２ エンジン
２３ アシスト発電モータ
２４ リチウムイオンバッテリ（第２の蓄電装置）
２５ 旋回電動モータ
２６ 旋回機構
２７ 旋回油圧モータ
２９ 鉛バッテリ（第１の蓄電装置）
３０ フロント作業装置
３１ ブーム
３２ ブームシリンダ
３３ アーム
３４ アームシリンダ
３５ バケット
３６ バケットシリンダ
４０ 油圧システム
４１ 油圧ポンプ
４２ コントロールバルブ
５０ パワーコントロールユニット
５２ 旋回電動モータ用インバータ
５３ アシスト発電モータ用インバータ
６０ コントローラ
６１ エンジンコントローラ
６２ バッテリコントローラ
６３ エンジン停止制御部
６４ エンジン再始動制御部
６５ アシスト発電モータ制御部
６６ 機器動作制御部
７０ キースイッチ
７１ ロックレバー
７２ 旋回操作レバー
７３ 再始動スイッチ
７７ エンジン始動スイッチ
８０ エアコン
８４ リレー回路

Claims (6)

1. エンジンと、エンジン始動用のスタータモータと、前記エンジンと機械的に接続されアシスト駆動や発電制動を行うとともに、前記エンジンの再始動を可能とするアシスト発電モータと、前記エンジンと前記アシスト発電モータの合計トルクで駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプの吐出した圧油により駆動する複数の油圧アクチュエータと、前記複数の油圧アクチュエータの駆動を指令する操作レバー装置と、前記操作レバー装置による前記複数の油圧アクチュエータの作動をロックまたは、ロック解除するロックレバー機構と、前記アシスト発電モータのアシスト駆動や発電制動を制御するコントローラと、前記スタータモータ、前記コントローラ、及び補助機器に電力を供給する低電圧系の蓄電装置と、前記低電圧系の蓄電装置とは電気的に接続されておらず、前記アシスト発電モータに電力を供給する高電圧系の蓄電装置と、前記エンジンのアイドリングストップ後に、オペレータが前記エンジンを再始動させるために操作する再始動装置とを備えたハイブリッド式建設機械において、
   前記低電圧系の蓄電装置の蓄電状態を検出する第１蓄電状態検出センサと、前記高電圧系の蓄電装置の蓄電状態を検出する第２蓄電状態検出センサとを備え、
   前記コントローラは、
   前記第１蓄電状態検出センサが検出した前記低電圧系の蓄電装置の蓄電状態と前記第２蓄電状態検出センサが検出した前記高電圧系の蓄電装置の蓄電状態とを読み込み、前記操作レバー装置の操作が所定時間なされないとき又は前記ロックレバー機構による前記複数の油圧アクチュエータの作動ロック状態が所定時間以上継続したときであって、前記低電圧系の蓄電装置の電圧が所定圧以上、かつ前記高電圧系の蓄電装置の蓄電状態が所定値以上のときに前記エンジンを停止させるエンジン停止制御部と、
   前記エンジンが停止した後に、前記再始動装置の操作があった場合に、前記アシスト発電モータを駆動して、前記エンジンを再始動するエンジン再始動制御部とを備えた
   ことを特徴とするハイブリッド式建設機械。
2. 請求項１に記載のハイブリッド式建設機械において、
   前記低電圧系の蓄電装置から前記コントローラと前記補助機器に供給される電力の供給路には、電力供給の遮断／連通をそれぞれ制御するリレー回路がさらに備えられ、
   前記コントローラは、前記エンジン停止制御部による前記エンジンの停止期間に、動作を継続すべく予め設定された機器のみに電力を供給するように、前記リレー回路に制御指令を出力する機器動作制御部を備え、
   前記低電圧系の蓄電装置の電圧の所定圧は、アイドリングストップ中に前記機器動作制御部により設定された機器に供給される電力の消費分を考慮して設定される
   ことを特徴とするハイブリッド式建設機械。
3. 請求項１または２に記載のハイブリッド式建設機械において、
   前記再始動装置とは別に、前記エンジンの始動や停止のために操作するキースイッチを備えた
   ことを特徴とするハイブリッド式建設機械。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載のハイブリッド式建設機械において、
   前記再始動装置は、押しボタン式のスイッチであって、所定の押圧回数の操作又は所定の押圧保持時間の操作により、オン状態となる
   ことを特徴とするハイブリッド式建設機械。
5. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載のハイブリッド式建設機械において、
   前記再始動装置は、回転／押しボタン式のスイッチであって、オペレータが前記スイッチを回転させた後に押圧することで、オン状態となる
   ことを特徴とするハイブリッド式建設機械。
6. 請求項１または２に記載のハイブリッド式建設機械において、
   前記エンジンのラジエータ水温を検出する水温度センサと、前記圧油の温度を検出する油温度センサと、外気の温度を検出する外気温度センサとを更に備え、
   前記エンジン停止制御部は、前記水温度センサが検出したラジエータ水温と、前記油温度センサが検出した圧油の温度と、前記外気温度センサが検出した外気の温度とを取込み、前記ラジエータ水温、前記圧油の温度、前記外気の温度の少なくともいずれか１つが、予め定めた一の設定温度より低い場合、または予め定めた他の設定温度より高い場合には、前記エンジンを停止させない
   ことを特徴とするハイブリッド式建設機械。

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