JP6766730B2 - ハイブリッド式産業車両 - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド式産業車両に関する。

従来のハイブリッド式産業車両としては、例えば特許文献１に記載されているようなハイブリッド式油圧ショベルが知られている。特許文献１に記載のハイブリッド式油圧ショベルは、エンジンと、電動機（モータ）と、油圧ポンプとを備えている。エンジンの回転軸は、遊星歯車機構の外輪ギアに接続されている。モータの回転軸は、遊星歯車機構の太陽ギアに接続されている。油圧ポンプの回転軸は、遊星歯車機構の遊星キャリアに接続されている。

特開２００８−２２３３０６号公報

ところで、上記従来技術のようなハイブリッド式産業車両においては、モータによりエンジンを始動させるときは、モータを正回転させてエンジン及び油圧ポンプの回転数を上昇させる。このとき、例えば作動油の温度低下により作動油の粘度が高くなると、油圧ポンプの回転軸の負荷が大きくなる。この場合には、油圧ポンプの回転数が上昇せず、遊星歯車機構の特性から結果的にエンジンを逆回転させてしまうことがある。

本発明の目的は、モータによりエンジンを始動させる際に、エンジンを確実に正回転させることができるハイブリッド式産業車両を提供することである。

本発明の一態様は、モータと、モータにより駆動されるエンジンと、モータ及びエンジンの少なくとも一方により駆動される油圧ポンプとを備えたハイブリッド式産業車両において、モータの回転軸、エンジンの回転軸及び油圧ポンプの回転軸とそれぞれ接続された３種類のギアを有する遊星歯車機構と、油圧ポンプの回転軸を回転しないように固定する回転軸固定部と、エンジンの始動時に、油圧ポンプの回転軸が固定されるように回転軸固定部を制御すると共に、モータがエンジンを正回転させる方向に回転するようにモータを制御する始動時制御部とを備えることを特徴とする。

このようなハイブリッド式産業車両においては、エンジンの始動時に、回転軸固定部により油圧ポンプの回転軸が回転しないように固定される共に、モータがエンジンを正回転させる方向に回転する。このため、エンジンが逆回転することは無い。これにより、モータによりエンジンを始動させる際に、エンジンが確実に正回転するようになる。

ハイブリッド式産業車両は、エンジンが始動されたかどうかを判断する始動判断部と、始動判断部によりエンジンが始動されたと判断したときに、油圧ポンプの回転軸の固定が解除されるように回転軸固定部を制御する始動後制御部とを更に備えてもよい。このような構成では、エンジンが始動された後は、油圧ポンプの回転軸の固定が解除されるため、油圧ポンプの回転数を上昇させることができる。

遊星歯車機構は、サンギアと、リングギアと、サンギア及びリングギアと噛み合う複数のプラネタリギアとを有し、モータの回転軸は、サンギアに接続され、エンジンの回転軸は、リングギアに接続され、油圧ポンプの回転軸は、プラネタリギアに接続され、始動時制御部は、モータを逆回転させるように制御してもよい。このような構成では、モータ、エンジン及び油圧ポンプを遊星歯車機構に組み付けやすい。また、油圧ポンプの回転軸を固定した状態でモータを逆回転させることにより、エンジンが確実に正回転する。

遊星歯車機構は、サンギアと、リングギアと、サンギア及びリングギアと噛み合う複数のプラネタリギアとを有し、モータの回転軸は、リングギアに接続され、エンジンの回転軸は、サンギアに接続され、油圧ポンプの回転軸は、プラネタリギアに接続され、始動時制御部は、モータを逆回転させるように制御してもよい。このような構成でも、モータ、エンジン及び油圧ポンプを遊星歯車機構に組み付けやすい。また、油圧ポンプの回転軸を固定した状態でモータを逆回転させることにより、エンジンが確実に正回転する。

始動後制御部は、油圧ポンプの回転軸の固定が解除されるように回転軸固定部を制御した後、モータの回転数が正回転側に変更されるようにモータを制御してもよい。このような構成では、エンジンが始動された後に、エンジンの回転数を変更すること無く、油圧ポンプの回転数を上昇させることができる。

本発明によれば、モータによりエンジンを始動させる際に、エンジンを確実に正回転させることができる。

本発明の一実施形態に係るハイブリッド式産業車両を示す概略構成図である。 遊星歯車機構の構造を示す図である。 コントローラにより実行される制御処理手順の詳細を示すフローチャートである。 モータによるエンジンの始動時において、モータの回転数とエンジンの回転数と油圧ポンプの回転数との関係を表す共線図である。 図４に示された構成との比較例を表す共線図である。 図４に示された構成の変形例を表す共線図である。 図４に示された構成の他の変形例を表す共線図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面において、同一または同等の要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明の一実施形態に係るハイブリッド式産業車両を示す概略構成図である。図１において、本実施形態のハイブリッド式産業車両１は、例えば油圧を利用して荷役を行うハイブリッド式フォークリフトである。なお、ここでいう産業車両には、油圧ショベル等の建設機械も含まれる。

ハイブリッド式産業車両１は、モータジェネレータ２（以下、単にモータ２という）と、電動機として働くモータ２により駆動されると共に、発電機として働くモータ２を回転させるエンジン３と、モータ２及びエンジン３の少なくとも一方により駆動される油圧ポンプ４とを備えている。モータ２は、回転軸２ａを有している。エンジン３は、回転軸３ａを有している。油圧ポンプ４は、回転軸４ａを有している。

また、ハイブリッド式産業車両１は、遊星歯車機構５を備えている。遊星歯車機構５は、図２に示されるように、サンギア６と、このサンギア６の周囲に配置されたリングギア７と、サンギア６とリングギア７との間に配置され、サンギア６及びリングギア７と噛み合う複数（ここでは３つ）のプラネタリギア８とを有している。複数のプラネタリギア８には、プラネタリキャリア８Ａが連結されている。サンギア６、リングギア７及びプラネタリギア８は、３種類のギアに相当する。

モータ２の回転軸２ａは、サンギア６に接続されている。エンジン３の回転軸３ａは、リングギア７に接続されている。油圧ポンプ４の回転軸４ａは、プラネタリキャリア８Ａを介して各プラネタリギア８に接続されている。

モータ２は、インバータ９を介してバッテリ１０と接続されていると共に、インバータ９，１１を介して走行モータ１２と接続されている。エンジン３によりモータ２が回されると、モータ２が発電し、モータ２から発生した電力がインバータ９を介してバッテリ１０に蓄えられる。そして、バッテリ１０に蓄えられた電力がインバータ１１を介して走行モータ１２に供給されることで、走行モータ１２が回転駆動される。これにより、車輪（図示せず）が回転する。

油圧ポンプ４は、コントロールバルブ１３を介して油圧シリンダ１４と接続されている。油圧シリンダ１４は、リフトシリンダ及びティルトシリンダである。油圧シリンダ１４は、油圧ポンプ４から吐出される作動油によって動作する。

また、ハイブリッド式産業車両１は、油圧ポンプ４の回転軸４ａを回転しないように固定する回転軸固定部１５を備えている。回転軸固定部１５は、例えば油圧ポンプ４の回転軸４ａを制動するブレーキである。

また、ハイブリッド式産業車両１は、エンジン始動スイッチ１６と、コントローラ１７とを備えている。エンジン始動スイッチ１６は、エンジン３を始動するための手動操作スイッチである。

コントローラ１７は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及び入出力インターフェース等で構成されている。コントローラ１７は、エンジン始動スイッチ１６の操作信号に基づいて、モータ２及び回転軸固定部１５を制御する。コントローラ１７は、始動時制御部１８と、始動判断部１９と、始動後制御部２０とを有している。

始動時制御部１８は、エンジン３の始動時に、油圧ポンプ４の回転軸４ａが固定されるように回転軸固定部１５を制御すると共に、モータ２がエンジン３を正回転させる方向に回転するようにモータ２を制御する。始動判断部１９は、エンジン３が始動されたかどうかを判断する。始動後制御部２０は、始動判断部１９によりエンジン３が始動されたと判断したときに、油圧ポンプ４の回転軸４ａの固定が解除されるように回転軸固定部１５を制御する。

図３は、コントローラ１７により実行される制御処理手順の詳細を示すフローチャートである。図３において、コントローラ１７は、まずエンジン始動スイッチ１６がＯＮされたかどうかを判断する（手順Ｓ１０１）。

コントローラ１７は、エンジン始動スイッチ１６がＯＮされたと判断したときは、油圧ポンプ４の回転軸４ａをロックするように回転軸固定部１５を制御する（手順Ｓ１０２）。これにより、油圧ポンプ４が回転することはない。つまり、図４の実線Ｐで示されるように、各プラネタリギア８に接続された油圧ポンプ４の回転数は０となる。

なお、図４は、モータ２によるエンジン３の始動時において、モータ２の回転数とエンジン３の回転数と油圧ポンプ４の回転数との関係を表す共線図である。図４において、０よりも上側の領域は正回転領域であり、０よりも下側の領域は逆回転領域である。エンジン３及び油圧ポンプ４の回転時には、エンジン３及び油圧ポンプ４は正回転する。

続いて、コントローラ１７は、図４の実線Ｐで示されるように、サンギア６に接続されたモータ２を逆回転させるように制御する（手順Ｓ１０３）。このとき、コントローラ１７は、エンジン３の始動可能回転数（例えば２００ｒｐｍ）に対応する電流指令値をモータ２に出力する。これにより、図４の実線Ｐで示されるように、リングギア７に接続されたエンジン３は、始動されて正回転するようになる。

続いて、コントローラ１７は、モータ２の状態に基づいてエンジン３が始動されたかどうかを判断する（手順Ｓ１０４）。エンジン３が始動されてエンジン３の出力トルクが上がり始めると、モータ２の負荷が減少する。そこで、コントローラ１７は、モータ２の負荷減少が検出されたときに、エンジン３の回転数が始動可能回転数となり、エンジン３が始動されたと判断する。なお、エンジン３が始動されたかどうかの判断手法としては、特にモータ２の負荷には限られず、モータ２のトルク等を用いてもよい。

コントローラ１７は、エンジン３が始動されたと判断したときは、油圧ポンプ４の回転軸４ａのロックが解除されるように回転軸固定部１５を制御する（手順Ｓ１０５）。これにより、油圧ポンプ４が回転可能となる。

続いて、コントローラ１７は、図４の破線Ｑで示されるように、モータ２の回転数が正回転側に変更されるようにモータ２を制御する（手順Ｓ１０６）。このとき、逆回転しているモータ２の回転数が下がってもよいし（図示）、逆回転しているモータ２が正回転に切り換わってもよい。これにより、図４の破線Ｑで示されるように、油圧ポンプ４が正回転するようになる。

以上において、手順Ｓ１０１〜Ｓ１０３は、始動時制御部１８により実行される。手順Ｓ１０４は、始動判断部１９により実行される。手順Ｓ１０５，Ｓ１０６は、始動後制御部２０により実行される。

図５は、図４に示された構成との比較例を表す共線図である。本比較例では、図５の実線Ｐで示されるように、モータ２を正回転させることで、エンジン３及び油圧ポンプ４の回転数を上昇させる。

ところで、油圧ポンプ４から吐出される作動油の粘度は、温度により変化する。例えば冬場のような低温環境下では、作動油の温度が低いため、作動油の粘度が高くなる。このため、油圧ポンプ４の回転軸４ａの負荷が大きくなる。このように油圧ポンプ４の回転軸４ａの負荷が大きいと、遊星歯車機構５の特性から、図５の１点鎖線Ｒで示されるように、油圧ポンプ４の回転数が所望の回転数まで上昇せず、結果的にエンジン３が逆回転してしまう。また、モータ２によりエンジン３及び油圧ポンプ４を回転させるため、モータ２の負荷が大きくなる。

このような不具合に対し、本実施形態では、エンジン３の始動時に、回転軸固定部１５により油圧ポンプ４の回転軸４ａが回転しないように固定される共に、モータ２がエンジン３を正回転させる方向に回転する。このため、エンジン３が逆回転することは無い。これにより、モータ２によりエンジン３を始動させる際に、エンジン３が確実に正回転するようになる。

また、エンジン３の始動時には、モータ２によりエンジン３のみを回転させるため、モータ２の負荷が低減される。これにより、特にバッテリ１０の出力が取れ難い低温時に有利となる。

また、本実施形態では、エンジン３が始動された後は、油圧ポンプ４の回転軸４ａの固定が解除されるため、油圧ポンプ４の回転数を上昇させることができる。

また、本実施形態では、モータ２がサンギア６に接続され、エンジン３がリングギア７に接続され、油圧ポンプ４がプラネタリギア８に接続されているので、モータ２、エンジン３及び油圧ポンプ４を遊星歯車機構５に組み付けやすい。また、油圧ポンプ４の回転軸４ａを固定した状態でモータ２を逆回転させることにより、エンジン３が確実に正回転する。

また、本実施形態では、油圧ポンプ４の回転軸４ａの固定が解除された後、モータ２の回転数が正回転側に変更されるようにモータ２が制御されるので、エンジン３が始動された後に、エンジン３の回転数を変更すること無く、油圧ポンプ４の回転数を上昇させることができる。

図６は、図４に示された構成の変形例を表す共線図である。図６において、モータ２はリングギア７に接続され、エンジン３はサンギア６に接続され、油圧ポンプ４はプラネタリギア８に接続されている。このような構成でも、モータ２、エンジン３及び油圧ポンプ４を遊星歯車機構５に組み付けやすい。また、エンジン３の始動時に、回転軸固定部１５により油圧ポンプ４の回転軸４ａが回転しないように固定される共に、モータ２が逆回転することでエンジン３が正回転する。

図７（ａ）は、図４に示された構成の他の変形例を表す共線図である。図７（ａ）において、モータ２はプラネタリギア８に接続され、エンジン３はリングギア７に接続され、油圧ポンプ４はサンギア６に接続されている。なお、エンジン３がサンギア６に接続され、油圧ポンプ４がリングギア７に接続されてもよい。

エンジン３の始動時には、実線Ｐで示されるように、回転軸固定部１５により油圧ポンプ４の回転軸４ａが回転しないように固定される共に、モータ２が正回転することでエンジン３が正回転する。エンジン３の始動後には、破線Ｑで示されるように、油圧ポンプ４の回転軸４ａの固定が解除された状態で、モータ２の回転数を上げることで、油圧ポンプ４が正回転するようになる。

図７（ｂ）は、図４に示された構成の更に他の変形例を表す共線図である。図７（ｂ）において、モータ２はリングギア７に接続され、エンジン３はプラネタリギア８に接続され、油圧ポンプ４はサンギア６に接続されている。なお、モータ２がサンギア６に接続され、油圧ポンプ４がリングギア７に接続されてもよい。

エンジン３の始動時には、実線Ｐで示されるように、回転軸固定部１５により油圧ポンプ４の回転軸４ａが回転しないように固定される共に、モータ２が正回転することでエンジン３が正回転する。エンジン３の始動後には、破線Ｑで示されるように、油圧ポンプ４の回転軸４ａの固定が解除された状態で、モータ２の回転数を下げることで、油圧ポンプ４が正回転するようになる。なお、エンジン３の回転数を上げることで、油圧ポンプ４を正回転させてもよい。

なお、本発明は、上記実施形態には限定されない。例えば上記実施形態では、油圧ポンプ４の回転軸４ａを固定する回転軸固定部１５は、ブレーキで構成されているが、回転軸固定部１５の構成としては、特にブレーキには限られず、例えば油圧ポンプ４の吐出口に接続された開閉弁であってもよい。この場合には、開閉弁が閉弁されることで、油圧ポンプ４の出力が閉塞されるため、油圧ポンプ４の回転軸４ａが回転しなくなる。

また、上記実施形態では、エンジン３によりモータ２が発電されてバッテリ１０に蓄えられた電力が走行モータ１２に供給されることで、走行モータ１２が回転駆動されて車輪（図示せず）が回転するが、車輪を回転させる駆動機構としては、特にそれには限られない。例えばエンジン３により油圧ポンプ４を駆動して油圧を発生させ、その油圧により油圧モータを回転駆動させることで、車輪を回転させてもよいし、或いはエンジン３からの動力をトランスミッション及びドライブシャフトを介して車輪に伝達することで、車輪を回転させてもよい。

１…ハイブリッド式産業車両、２…モータジェネレータ（モータ）、２ａ…回転軸、３…エンジン、３ａ…回転軸、４…油圧ポンプ、４ａ…回転軸、５…遊星歯車機構、６…サンギア、７…リングギア、８…プラネタリギア、１５…回転軸固定部、１８…始動時制御部、１９…始動判断部、２０…始動後制御部。

Claims (3)

1. モータと、前記モータにより駆動されるエンジンと、前記モータ及び前記エンジンの少なくとも一方により駆動される油圧ポンプとを備えたハイブリッド式産業車両において、
   前記モータの回転軸、前記エンジンの回転軸及び前記油圧ポンプの回転軸とそれぞれ接続された３種類のギアを有する遊星歯車機構と、
   前記油圧ポンプの回転軸を回転しないように固定する回転軸固定部と、
   前記エンジンの始動時に、前記油圧ポンプの回転軸が固定されるように前記回転軸固定部を制御すると共に、前記モータが前記エンジンを正回転させる方向に回転するように前記モータを制御する始動時制御部と、
   前記エンジンが始動されたかどうかを判断する始動判断部と、
   前記始動判断部により前記エンジンが始動されたと判断したときに、前記油圧ポンプの回転軸の固定が解除されるように前記回転軸固定部を制御する始動後制御部とを備え、
   前記遊星歯車機構は、サンギアと、リングギアと、前記サンギア及び前記リングギアと噛み合う複数のプラネタリギアとを有し、
   前記モータの回転軸は、前記サンギアに接続され、
   前記エンジンの回転軸は、前記リングギアに接続され、
   前記油圧ポンプの回転軸は、前記プラネタリギアに接続され、
   前記始動時制御部は、前記モータを逆回転させるように制御し、
   前記始動後制御部は、前記油圧ポンプの回転軸の固定が解除されるように前記回転軸固定部を制御した後、前記モータの回転数が正回転側に変更されるように前記モータを制御することを特徴とするハイブリッド式産業車両。
2. モータと、前記モータにより駆動されるエンジンと、前記モータ及び前記エンジンの少なくとも一方により駆動される油圧ポンプとを備えたハイブリッド式産業車両において、
   前記モータの回転軸、前記エンジンの回転軸及び前記油圧ポンプの回転軸とそれぞれ接続された３種類のギアを有する遊星歯車機構と、
   前記油圧ポンプの回転軸を回転しないように固定する回転軸固定部と、
   前記エンジンの始動時に、前記油圧ポンプの回転軸が固定されるように前記回転軸固定部を制御すると共に、前記モータが前記エンジンを正回転させる方向に回転するように前記モータを制御する始動時制御部と、
   前記エンジンが始動されたかどうかを判断する始動判断部と、
   前記始動判断部により前記エンジンが始動されたと判断したときに、前記油圧ポンプの回転軸の固定が解除されるように前記回転軸固定部を制御する始動後制御部とを備え、
   前記遊星歯車機構は、サンギアと、リングギアと、前記サンギア及び前記リングギアと噛み合う複数のプラネタリギアとを有し、
   前記モータの回転軸は、前記リングギアに接続され、
   前記エンジンの回転軸は、前記サンギアに接続され、
   前記油圧ポンプの回転軸は、前記プラネタリギアに接続され、
   前記始動時制御部は、前記モータを逆回転させるように制御し、
   前記始動後制御部は、前記油圧ポンプの回転軸の固定が解除されるように前記回転軸固定部を制御した後、前記モータの回転数が正回転側に変更されるように前記モータを制御することを特徴とするハイブリッド式産業車両。
3. 前記回転軸固定部は、前記油圧ポンプの吐出口に接続された開閉弁である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式産業車両。

Images