KR101770427B1

KR101770427B1 - Hybrid type working machine

Info

Publication number: KR101770427B1
Application number: KR1020100106411A
Authority: KR
Inventors: 하지메 요시다; 하지메 이시이
Original assignee: 가부시키가이샤 히다치 겡키 티에라
Priority date: 2010-01-22
Filing date: 2010-10-29
Publication date: 2017-09-05
Also published as: KR20110086495A; CN102134868A; JP2011149226A; CN102134868B; JP5227981B2

Abstract

본 발명의 과제는, 미니 셔블과 같은 소형의 건설 기계에 있어서, 간이한 하이브리드 방식을 채용함으로써 연비의 향상, 배기 가스 특성의 개선 및 소음의 저감을 도모하고, 또한 배출 가스 규제를 클리어할 수 있는 저렴한 하이브리드식 작업 기계를 제공하는 것이다.
엔진 출력 마력의 제한치 HELe가 유압 펌프(21)의 PQ 마력 특성 D에 의해 근접한 설정으로 하고, 엔진(11)을 다운사이징한다. 주행 고속시에 배터리(33)에 의해 발전ㆍ전동기(31)를 전동기로서 작동시켜 출력 어시스트를 행한다. 배터리(33)의 충전시에는, 토크 제어 전자기 밸브(44)에 제어 신호를 출력하여 감토크 제어를 행하고, 엔진(11)의 잉여 토크를 강제적으로 만들어내어 급속 충전을 행한다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a compact construction machine such as a mini shovel, which is capable of improving fuel economy, improving exhaust gas characteristics and reducing noise by employing a simple hybrid system, And to provide an inexpensive hybrid type work machine.
The limit value HELe of the engine output horsepower is set close to the PQ horsepower characteristic D of the hydraulic pump 21 and the engine 11 is downsized. The power generator 31 is operated as an electric motor by the battery 33 at the time of traveling high speed to perform the output assisting. At the time of charging the battery 33, a control signal is outputted to the torque control electromagnetic valve 44 to perform the reduced torque control, thereby forcibly generating the surplus torque of the engine 11 to perform rapid charging.

Description

[0001] HYBRID TYPE WORKING MACHINE [0002]

본 발명은 하이브리드식 작업 기계에 관한 것으로, 특히 소형의 유압 셔블 등의 하이브리드식 작업 기계에 관한 것이다.The present invention relates to a hybrid type work machine, and more particularly to a hybrid type work machine such as a small hydraulic excavator.

최근, 유압 셔블 등의 작업 기계에 있어서는, 연비의 향상, 배기 가스 특성의 개선 및 소음의 저감 등의 관점으로부터, 엔진(디젤 엔진)과 전동기를 병용하는 하이브리드식 작업 기계가 개발되어, 일부 실용화되어 있다. 이러한 하이브리드식 작업 기계의 종래 기술로서, 예를 들어 특허 문헌 1 및 특허 문헌 2에 기재된 것이 있다. 이들은, 엔진에 의해 구동되는 유압 펌프의 보조 동력원으로서 전동기를 설치하고, 배터리로부터의 전력에 의해 전동기를 구동시키는 한편, 엔진에 의해 전동기를 구동시켜 발전하고, 이 발전한 전력을 배터리에 축전하는 것이다.BACKGROUND ART [0002] In recent years, in a working machine such as a hydraulic excavator, a hybrid type work machine using an engine (diesel engine) and an electric motor in combination has been developed from the viewpoints of improvement of fuel consumption, improvement of exhaust gas characteristics and reduction of noise, have. As a conventional technique of such a hybrid type work machine, there is, for example, one described in Patent Document 1 and Patent Document 2. These are provided with an electric motor as an auxiliary power source of a hydraulic pump driven by the engine, and drive the electric motor by the electric power from the battery while generating electric power by driving the electric motor by the engine and storing the generated electric power in the battery.

또한, 특허 문헌 2에서는, 유압 셔블의 상부 선회체를 하부 주행체에 대해 선회 구동하는 선회 모터에 전동기를 채용하고, 선회 동작의 감속시에 발생하는 관성 에너지를 전기 에너지로 변환하여 배터리에 축전하는 에너지 회생을 행하고 있다.Further, in Patent Document 2, an electric motor is used as the swing motor for swiveling the upper swing body of the hydraulic excavator with respect to the lower travel body, and the inertia energy generated at the time of deceleration of the swing operation is converted into electric energy, Energy recovery is performed.

한편, 자동차 등의 이른바, 온로드 차량에 있어서는, 디젤 엔진으로부터 배출되는 PM[입자상 물질(Particulate Matter)], NOx, CO, HC 등의 배출량에 대한 배출 가스 규제가 실시되고 있고, 이 배출 가스 규제를 클리어하기 위해, 예를 들어 특허 문헌 3에 기재된 바와 같은 연속 재생형 파티큘레이트 필터 장치 등의 배출 가스 후처리 장치를 탑재하는 등의 배출 가스 정화 대책이 취해져 있다.On the other hand, in so-called on-road vehicles such as automobiles, exhaust gas regulations for the emission amounts of PM (Particulate Matter), NOx, CO, HC and the like discharged from the diesel engine are implemented, A countermeasure for exhaust gas purification such as mounting an exhaust gas post-treatment device such as a continuous regeneration type particulate filter device as described in Patent Document 3 is taken.

[특허 문헌 1] 일본 특허 출원 공개 제2001-173024호 공보[Patent Document 1] Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-173024 [특허 문헌 2] 일본 특허 출원 공개 제2002-275945호 공보[Patent Document 2] Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-275945 [특허 문헌 3] 일본 특허 출원 공개 제2005-282545호 공보[Patent Document 3] Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-282545

특허 문헌 2에 기재된 바와 같은 종래의 하이브리드식 건설 기계는, 건설 기계 중에서는 중형 및 대형의 건설 기계를 대상으로 하고 있으므로, 예를 들어 선회 감속시에 발생하는 관성 에너지도 커, 그 관성 에너지를 전기 에너지로 변환함으로써 유효하게 이용하는 것이 가능하다. 그러나 미니 셔블과 같은 소형의 건설 기계에서는, 선회 동작이 행해지는 빈도가 매우 적을 뿐만 아니라, 선회 감속시에 발생하는 관성 에너지가 매우 작으므로, 중형 및 대형의 건설 기계에서 행해지고 있는 에너지 회생을 행할 수 없다. 또한, 일반적으로 미니 셔블과 같은 소형의 건설 기계에서는, 중형 및 대형의 건설 기계에서 보여지는 하이브리드 방식을 채용하는 것이, 레이아웃면, 비용면, 기술면에서 매우 곤란하다.The conventional hybrid type construction machine as described in Patent Document 2 is intended for medium and large construction machines among construction machines, and therefore, for example, the inertia energy generated at the time of deceleration is large, It can be effectively used by converting it into energy. However, in a compact construction machine such as a mini shovel, the frequency of turning operation is very small, and since the inertia energy generated at the time of turning deceleration is very small, energy recovery can be performed in a medium- none. Further, in a small construction machine such as a mini shovel in general, it is very difficult to adopt a hybrid system shown in a medium-sized and large-sized construction machine in terms of layout, cost, and technique.

또한, 유압 셔블 등의 작업 기계 등의 오프로드 차량에 있어서도, 최근 온로드 차량과 마찬가지로 배출 가스 규제가 개시되고, 이 배출 가스 규제를 클리어하기 위해, 특허 문헌 3에 기재되는 바와 같은 연속 재생형 파티큘레이트 필터 장치 등의 배출 가스 후처리 장치를 설치하는 것이 필요해지고 있다. 그러나 건설 기계에 배출 가스 후처리 장치를 설치하는 것은 매우 고비용이 되어, 판매 가격이 높아지는 경향이 있다. 특히, 특허 문헌 1 및 2에 기재된 바와 같은 하이브리드식 건설 기계에 배출 가스 후처리 장치를 설치하는 것은, 배출 가스 대책과 하이브리드화의 양면으로부터 고비용이 되어, 기계 전체의 가격이 매우 고가가 된다. 미니 셔블과 같은 소형의 건설 기계에 있어서는, 판매가 상승은 최대한 피해야 한다.Also, in off-road vehicles such as hydraulic excavators and other off-road vehicles, exhaust gas regulation has been started in the same way as on-road vehicles in recent years, and in order to clear the exhaust gas regulations, It is necessary to provide an exhaust gas post-treatment device such as a cryulate filter device. However, it is very expensive to install exhaust gas aftertreatment equipment in construction machinery, and the selling price tends to increase. Especially, the installation of the exhaust gas after-treatment apparatus in the hybrid type construction machine as described in Patent Documents 1 and 2 is costly from both sides of countermeasures against exhaust gas and hybridization, and the price of the whole machine becomes very expensive. For small construction machines such as a mini shovel, the rise in sales should be avoided as much as possible.

본 발명의 목적은, 미니 셔블과 같은 소형의 건설 기계에 있어서, 간이한 하이브리드 방식을 채용함으로써 연비의 향상, 배기 가스 특성의 개선 및 소음의 저감을 도모하고, 또한 배출 가스 규제를 클리어할 수 있는 저렴한 하이브리드식 작업 기계를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a small construction machine such as a mini shovel capable of improving fuel economy, improving exhaust gas characteristics and reducing noise by adopting a simple hybrid system, And to provide an inexpensive hybrid type work machine.

(1) 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 엔진과, 이 엔진에 의해 구동되는 유압 펌프와, 이 유압 펌프로부터 토출유에 의해 구동되는 주행용 유압 모터를 포함하는 복수의 유압 액추에이터와, 주행용 조작 장치와, 주행 속도 전환 스위치와, 상기 엔진에 접속된 발전ㆍ전동기와, 축전 장치를 갖고, 상기 주행용 유압 모터는, 상기 주행 속도 전환 스위치의 지시에 기초하여 저속 대용량 모드와 고속 소용량 모드로 전환 가능한 하이브리드식 건설 기계에 있어서, 상기 주행용 유압 모터가 고속 소용량 모드에 있고 또한 상기 주행 조작 장치가 조작된 운전 상태인 주행 고속시에, 상기 축전 장치로부터의 전력에 의해 상기 발전ㆍ전동기를 구동시켜 전동기로서 작동시켜, 상기 엔진의 출력 토크 부족분을 보충하도록 제어하는 제어 장치를 설치한 것으로 한다.(1) In order to achieve the above object, the present invention provides a hydraulic control apparatus for an internal combustion engine including an engine, a hydraulic pump driven by the engine, a plurality of hydraulic actuators including a hydraulic motor for running driven by the discharge oil from the hydraulic pump, And a power storage device connected to the engine, wherein the traveling hydraulic motor is operable to switch between a low-speed large-capacity mode and a high-speed small-capacity mode based on an instruction from the traveling speed changeover switch, In a high speed small capacity mode, and in a running high speed state in which the traveling operation device is operated, the power generation and motor is driven by electric power from the power storage device, And a control device is provided for controlling the motor so as to operate as an electric motor so as to compensate for an output torque shortage of the engine The.

이와 같이 주행 고속시에 발전ㆍ전동기를 구동시켜 전동기로서 작동시켜 엔진의 출력 토크 부족분을 보충함으로써, 엔진의 정격 출력 마력을 굴삭 작업 등의 유압 펌프의 필요 유압 마력이 적은 상태로 설정할 수 있고, 엔진의 정격 출력 마력을 낮춤으로써 엔진을 다운사이징하는 것이 가능해져, 연비의 향상, 배기 가스 특성의 개선 및 소음의 저감이 가능해진다. 또한, 배기 가스 특성이 개선되므로, 배출 가스 후처리 장치의 소형화 혹은 간략화가 가능해지고, 경우에 따라서는 배출 가스 후처리 장치를 없애는 것도 가능하고, 이에 의해 엔진의 다운사이징화에 의한 비용 저감과 더불어 엔진의 제작 비용을 저감시킬 수 있어, 기계 전체의 가격을 저렴하게 할 수 있다. 또한, 액추에이터측에는 발전기 등의 전기 기기를 장착하지 않으므로, 간이한 하이브리드 방식으로 되어, 하이브리드화에 의한 비용 상승의 영향을 최소로 그치게 하는 것이 가능한 동시에, 간이한 하이브리드 방식이므로 미니 셔블과 같은 소형의 건설 기계라도 레이아웃면의 곤란성을 회피할 수 있다.As described above, when the generator / motor is driven at high speed during traveling to operate as an electric motor to compensate for the shortage of the output torque of the engine, the rated output horsepower of the engine can be set to a state where the required hydraulic pressure horsepower of the hydraulic pump, The engine can be downsized by lowering the rated output horsepower of the engine, thereby improving fuel economy, improving exhaust gas characteristics, and reducing noise. Further, since the characteristics of the exhaust gas are improved, the exhaust gas aftertreatment device can be downsized or simplified, and in some cases, the exhaust gas aftertreatment device can be eliminated, thereby reducing costs due to downsizing of the engine The manufacturing cost of the engine can be reduced, and the cost of the entire machine can be reduced. In addition, since the electric device such as the generator is not mounted on the actuator side, the effect of the increase in cost due to the hybridization can be minimized by a simple hybrid method, and since it is a simple hybrid method, It is possible to avoid the difficulty of the layout surface even if it is a machine.

(2) 상기 (1)에 있어서, 바람직하게는, 상기 제어 장치는 상기 축전 장치의 충전 상태가 불충분한 경우는, 상기 유압 펌프의 흡수 토크를 낮추는 감(減)토크 제어를 행하여 상기 엔진의 잉여 토크를 강제적으로 만들어 낸다.(2) In the above (1), preferably, when the state of charge of the power storage device is insufficient, the control device performs a deceleration torque control for lowering the absorption torque of the hydraulic pump, Force torque to be produced.

이에 의해 축전 장치의 급속 충전이 가능해진다.This makes it possible to rapidly charge the power storage device.

(3) 상기 (2)에 있어서, 바람직하게는, 상기 제어 장치는 상기 주행 속도 전환 스위치가 주행 고속을 지시하고 또한 상기 주행 조작 장치가 조작되었을 때에 상기 축전 장치의 충전 상태가 불충분한 경우는, 상기 주행 속도 전환 스위치의 주행 고속의 지시를 무효로 하여, 상기 주행용 유압 모터를 저속 대용량 모드로 제어한다.(3) In the above (2), preferably, when the traveling speed switching switch is instructing the traveling speed and the charging operation state of the power storage device is insufficient when the traveling operation device is operated, The control of the running hydraulic motor to the low speed large capacity mode is made invalid.

이에 의해 축전 장치의 급속 충전을 확실하게 행할 수 있다.As a result, rapid charging of the power storage device can be performed reliably.

(4) 또한, 상기 (1)에 있어서, 바람직하게는, 상기 제어 장치는 상기 주행 고속시 이외의 운전 상태에서는, 상기 유압 펌프를 상기 엔진 출력 토크만으로 구동시키는 동시에, 상기 엔진에 잉여 토크가 있을 때에는, 그 잉여 토크에 의해 상기 발전ㆍ전동기를 구동시켜 발전기로서 작동시켜, 그 발전 전력을 상기 축전 장치에 축전시킨다.(4) In the above (1), preferably, the control device drives the hydraulic pump only with the engine output torque in an operating state other than the traveling high-speed state, and when the surplus torque is present in the engine , The generator / motor is driven by the surplus torque to operate as a generator, and the generated power is stored in the power storage device.

이에 의해 주행 고속시 이외의 운전 상태에서, 엔진에 잉여 토크가 있는 경우는, 감토크 제어를 하는 일 없이, 축전 장치의 충전을 행할 수 있다.As a result, when there is surplus torque in the engine in an operating state other than the traveling high-speed state, the power storage device can be charged without performing the torque reduction control.

(5) 또한, 상기 (1) 내지 (4)에 있어서, 바람직하게는 상기 엔진의 출력 마력을, 상기 주행 고속시에, 상기 유압 펌프에 필요로 하는 유압 마력을 공급할 수 없는 크기의 설정으로 한다.(5) In the above (1) to (4), preferably, the output horsepower of the engine is set to a size that can not supply the hydraulic pressure horsepower required for the hydraulic pump at the time of traveling .

이에 의해 엔진이 다운사이징화되어, 연비의 향상, 배기 가스 특성의 개선 및 소음의 저감을 도모하고, 또한 배출 가스 규제를 클리어할 수 있는 저렴한 하이브리드식 작업 기계를 제공할 수 있다.Thus, it is possible to provide an inexpensive hybrid type work machine capable of improving the fuel consumption, improving the exhaust gas characteristic, reducing the noise, and clearing the exhaust gas regulations by downsizing the engine.

(6) 또한, 상기 (1) 내지 (4)에 있어서, 바람직하게는 상기 엔진의 출력 마력을, 상기 주행 고속시 이외의 운전 상태에서는, 상기 유압 펌프에 필요로 하는 유압 마력을 공급할 수 있고, 상기 주행 고속시에는, 상기 유압 펌프에 필요로 하는 유압 마력을 공급할 수 없는 크기의 설정으로 한다.(6) In the above (1) to (4), preferably, the output horsepower of the engine can be supplied with the hydraulic pressure horsepower required for the hydraulic pump in an operating state other than the traveling high- In the traveling high-speed mode, a setting is made such that the hydraulic pressure horsepower required for the hydraulic pump can not be supplied.

(7) 또한, 상기 (1) 내지 (4)에 있어서, 보다 바람직하게는 상기 엔진의 출력 마력을, 배기 가스 규제 대상의 엔진 출력 마력보다 작은 설정으로 한다.(7) In the above-mentioned (1) to (4), more preferably, the output horsepower of the engine is set to be smaller than the engine output horsepower of the exhaust gas control target.

이에 의해 고가이며 복잡한 배출 가스 후처리 장치를 탑재할 필요가 없어져, 기계 전체의 가격을 크게 낮출 수 있다.Thereby, there is no need to mount an expensive and complicated exhaust gas aftertreatment device, and the cost of the whole machine can be greatly reduced.

(8) 또한 본 발명은, 엔진과, 이 엔진에 의해 구동되는 유압 펌프와, 이 유압 펌프로부터 토출유에 의해 구동되는 주행용 유압 모터를 포함하는 복수의 유압 액추에이터와, 주행용 조작 장치와, 주행 속도 전환 스위치와, 상기 엔진에 접속된 발전ㆍ전동기와, 축전 장치를 갖고, 상기 주행용 유압 모터는, 상기 주행 속도 전환 스위치의 지시에 기초하여 저속 대용량 모드와 고속 소용량 모드로 전환 가능한 하이브리드식 건설 기계에 있어서, 상기 축전 장치의 충전 상태가 불충분한 경우는, 상기 유압 펌프의 흡수 토크를 낮추는 감토크 제어를 행하여 상기 엔진의 잉여 토크를 강제적으로 만들어 내는 제어 장치를 설치하고, 상기 제어 장치는, 상기 주행 속도 전환 스위치가 주행 고속을 지시하고 또한 상기 주행 조작 장치가 조작되었을 때에 상기 축전 장치의 충전 상태가 불충분한 경우는, 상기 주행 속도 전환 스위치의 주행 고속의 지시를 무효로 하여, 상기 주행용 유압 모터를 저속 대용량 모드에 제어하는 것으로 한다.(8) The present invention also provides a hydraulic control apparatus for an internal combustion engine, comprising: an engine; a hydraulic pump driven by the engine; a plurality of hydraulic actuators including a hydraulic motor for running driven by discharge oil from the hydraulic pump; A hybrid type construction capable of switching to a low speed large capacity mode and a high speed small capacity mode based on an instruction of the traveling speed change switch; A control device is provided for forcibly making the surplus torque of the engine by performing the deceleration torque control for lowering the absorption torque of the hydraulic pump when the state of charge of the power storage device is insufficient in the machine, Wherein when the traveling speed change switch indicates the traveling speed and the traveling operation device is operated, In the case where the state of charge is insufficient, and the high-speed traveling directions of the traveling speed change-over switch to be invalid, it is assumed that controls the traveling hydraulic motor to the low-speed high-capacity mode.

이에 의해, 엔진을 다운사이징한 경우라도, 엔진에 과부하를 부여하는 일 없이 혹은 경우에 따라서는 과부하에 의해 엔진을 스톨시키는 일 없이, 축전 장치의 급속 충전을 확실하게 행할 수 있다.As a result, even if the engine is downsized, rapid charging of the power storage device can be reliably performed without overloading the engine or, in some cases, stalling the engine by overloading.

본 발명에 따르면, 주행 고속시에 발전ㆍ전동기를 구동시켜 전동기로서 작동시켜 엔진의 출력 토크 부족분을 보충하므로, 엔진의 정격 출력 마력을 굴삭 작업 등의 유압 펌프의 필요 유압 마력이 적은 상태로 설정할 수 있고, 엔진의 정격 출력 마력을 낮춤으로써 엔진을 다운사이징하는 것이 가능해지고, 연비의 향상, 배기 가스 특성의 개선 및 소음의 저감이 가능해진다. 또한, 배기 가스 특성이 개선되므로, 배출 가스 후처리 장치의 소형화 혹은 간략화가 가능해져, 경우에 따라서는 배출 가스 후처리 장치를 없애는 것도 가능하고, 이에 의해 엔진의 다운사이징화에 의한 비용 저감과 더불어 엔진의 제작 비용을 저감시킬 수 있어, 기계 전체의 가격을 저렴하게 할 수 있다. 또한, 액추에이터측에는 발전기 등의 전기 기기를 장착하지 않으므로, 간이한 하이브리드 방식으로 되어, 하이브리드화에 의한 비용 상승의 영향을 최소로 그치게 하는 것이 가능한 동시에, 간이한 하이브리드 방식이므로 미니 셔블과 같은 소형의 건설 기계라도 레이아웃면의 곤란성을 회피할 수 있다.According to the present invention, since the generator / motor is driven to operate as an electric motor to compensate for the shortage of the output torque of the engine, the rated output horsepower of the engine can be set to a state in which the required hydraulic pressure horsepower of the hydraulic pump, By lowering the rated output horsepower of the engine, it becomes possible to downsize the engine, and it becomes possible to improve fuel economy, improve exhaust gas characteristics, and reduce noise. Further, since the characteristics of the exhaust gas are improved, the exhaust gas after-treatment apparatus can be downsized or simplified, and in some cases, the exhaust gas after-treatment apparatus can be eliminated, thereby reducing costs due to downsizing of the engine The manufacturing cost of the engine can be reduced, and the cost of the entire machine can be reduced. In addition, since the electric device such as the generator is not mounted on the actuator side, the effect of the increase in cost due to the hybridization can be minimized by a simple hybrid method, and since it is a simple hybrid method, It is possible to avoid the difficulty of the layout surface even if it is a machine.

또한, 유압 펌프의 감토크 제어를 행함으로써 축전 장치의 급속 충전이 가능해지고, 또한 그 축전 장치의 급속 충전을 확실하게 행할 수 있다.Further, by performing the reduction torque control of the hydraulic pump, rapid charging of the power storage device becomes possible, and rapid charging of the power storage device can be reliably performed.

또한, 주행 고속시 이외의 운전 상태에서, 엔진에 잉여 토크가 있는 경우는, 감토크 제어를 하는 일 없이, 축전 장치의 충전을 행할 수 있다.In addition, when there is surplus torque in the engine in an operating state other than the traveling high-speed state, the power storage device can be charged without performing the torque reduction control.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 하이브리드식 건설 기계의 구동 시스템을 도시하는 도면.
도 2는 펌프 레귤레이터의 구성의 상세를 도시하는 도면.
도 3은 펌프 레귤레이터의 토크 제어부의 기능을 도시하는 펌프 토크 특성도.
도 4는 유압계의 컨트롤 밸브와 복수의 유압 액추에이터 중, 좌우의 주행용 유압 모터에 관한 유압 회로 부분을 도시하는 도면.
도 5는 본 실시 형태에 관한 유압 셔블의 외관을 도시하는 도면.
도 6의 (a)는 종래의 일반적인 미니 셔블의 엔진 출력 마력의 제한치와 유압 펌프의 PQ 특성(마력 특성)과 출력 사용 범위의 관계를 나타내는 도면, 도 6의 (b)는 동 미니 셔블의 엔진 출력 마력 특성과 출력 사용 범위의 관계를 나타내는 도면.
도 7의 (a)는 본 실시 형태의 미니 셔블의 엔진 출력 마력과 유압 펌프의 PQ 특성(마력 특성)과 출력 사용 범위의 관계를 나타내는 도면, 도 7의 (b)는 동 미니 셔블의 엔진 출력 마력 특성과 출력 사용 범위의 관계를 나타내는 도면.
도 8은 본 실시 형태의 미니 셔블에 있어서의 감토크 제어시의 엔진 출력 마력과 유압 펌프의 PQ 특성의 관계를 나타내는 도면.
도 9는 전동기에 의한 출력 어시스트 제어의 처리 수순을 나타내는 흐름도.
도 10은 배터리의 충전 제어의 처리 수순을 나타내는 흐름도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a view showing a drive system of a hybrid type construction machine according to an embodiment of the present invention. Fig.
2 is a diagram showing details of the configuration of a pump regulator;
3 is a pump torque characteristic diagram showing the function of the torque control section of the pump regulator.
4 is a view showing a hydraulic circuit portion of a hydraulic motor for traveling left and right among a control valve of a hydraulic system and a plurality of hydraulic actuators.
5 is a view showing an outer appearance of a hydraulic excavator according to the present embodiment.
6 (a) is a view showing a relationship between a limit value of the engine output horsepower of a conventional mini-shovel and a PQ characteristic (horsepower characteristic) of the hydraulic pump and an output use range, FIG. 6 A diagram showing the relationship between the output horsepower characteristic and the output use range.
Fig. 7A is a diagram showing the relationship between the engine output horsepower of the mini-shovel of the present embodiment, the PQ characteristic (horsepower characteristic) of the hydraulic pump and the output use range, Fig. Fig. 8 is a graph showing the relationship between the horsepower characteristic and the output usage range. Fig.
8 is a diagram showing the relationship between the engine output horsepower and the PQ characteristic of the hydraulic pump at the time of the reduction torque control in the mini-shovel of the present embodiment.
9 is a flowchart showing a processing procedure of an output assist control by an electric motor.
10 is a flow chart showing a procedure for charging control of a battery;

도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 하이브리드식 건설 기계의 구동 시스템을 도시하는 도면이다. 건설 기계는 소형의 유압 셔블이다.1 is a diagram showing a drive system of a hybrid type construction machine according to an embodiment of the present invention. The construction machine is a compact hydraulic excavator.

도 1에 있어서, 부호 1은 엔진계이고, 2는 유압계이고, 3은 발전 전동계이고, 4는 제어계이다.1, reference numeral 1 denotes an engine system, 2 denotes a hydraulic system, 3 denotes a power generation system, and 4 denotes a control system.

엔진계(1)는, 디젤 엔진(11)과, 엔진 컨트롤 다이얼(12)과, 엔진 컨트롤러(13)와, 전자 거버너(14)를 구비하고 있다. 디젤 엔진(11)은, 후술하는 바와 같이 종래의 것보다도 다운사이징된(엔진 출력이 작은) 엔진이다.The engine system 1 includes a diesel engine 11, an engine control dial 12, an engine controller 13, and an electronic governor 14. The diesel engine 11 is an engine that is downsized (the engine output is small) as compared with the conventional one, as will be described later.

엔진 컨트롤 다이얼(12)은 작업자의 조작에 의해 엔진의 목표 회전수를 지시하는 것이고, 엔진 컨트롤러(13)는 엔진 컨트롤 다이얼(12)로부터의 목표 회전수 신호를 입력하고, 소정의 연산 처리를 행하여 목표 연료 분사량을 구하고, 전자 거버너(14)를 제어함으로써 엔진의 각 기통에 분사되는 연료 분사량을 제어하여, 엔진 출력 토크와 회전수를 제어한다. 또한, 엔진 컨트롤러(13)는 엔진 부하율을 연산하여, 엔진 부하율 정보를 생성한다. 엔진 부하율은, 예를 들어 최대 연료 분사량에 대한 목표 연료 분사량의 비율을 연산함으로써 구할 수 있다.The engine control dial 12 indicates the target rotational speed of the engine by the operator's operation. The engine controller 13 receives the target rotational speed signal from the engine control dial 12 and performs predetermined arithmetic processing And controls the electronic governor 14 to control the fuel injection amount injected to each cylinder of the engine to control the engine output torque and the number of revolutions. Further, the engine controller 13 calculates the engine load ratio and generates the engine load ratio information. The engine load factor can be obtained, for example, by calculating the ratio of the target fuel injection quantity to the maximum fuel injection quantity.

엔진(1)의 출력축은 대직경 기어(6a)와 소직경 기어(6b)로 이루어지는 동력 분배기(6)를 통해 유압계(2)와 발전 전동계(3)에 접속되어 있다.The output shaft of the engine 1 is connected to the hydraulic system 2 and the generator system 3 via a power distributor 6 composed of a large diameter gear 6a and a small diameter gear 6b.

유압계(2)는, 유압 펌프(21) 및 파일럿 펌프(22)와, 컨트롤 밸브(23)와, 복수의 유압 액추에이터(24a 내지 24h)와, 복수의 조작 장치(25, 26)를 구비하고 있다.The hydraulic system 2 includes a hydraulic pump 21 and a pilot pump 22, a control valve 23, a plurality of hydraulic actuators 24a to 24h and a plurality of operating devices 25 and 26 have.

유압 펌프(21)는 엔진(11)의 출력축에 동력 분배기(6)를 통해 접속되고, 엔진(11)에 의해 구동된다. 유압 펌프(21)로부터 토출된 압유는 컨트롤 밸브(23)를 통해 복수의 유압 액추에이터(24a 내지 24h)에 공급되어, 각각의 피구동체를 구동시킨다. 유압 펌프(21)는 가변 용량형이고, 배기 용적 가변 기구(예를 들어, 경사판)(21a)와, 배기 용적 가변 기구(21a)의 틸팅 위치를 조정하여, 유압 펌프의 용량을 제어하는 펌프 레귤레이터(27)를 구비하고 있다.The hydraulic pump 21 is connected to the output shaft of the engine 11 via the power distributor 6 and is driven by the engine 11. [ The pressurized oil discharged from the hydraulic pump 21 is supplied to the plurality of hydraulic actuators 24a to 24h through the control valve 23 to drive the respective driven bodies. The hydraulic pump 21 is of a variable displacement type and includes a variable displacement mechanism 21a (for example, an inclined plate) and a pump regulator 21a for controlling the displacement of the hydraulic pump by adjusting the tilting position of the variable displacement mechanism 21a. (27).

복수의 유압 액추에이터(24a 내지 24h)는, 좌우의 주행용 유압 모터와, 그 이외의 유압 액추에이터를 포함하고, 그 이외의 유압 액추에이터는, 예를 들어 붐용 유압 실린더, 아암용 유압 실린더, 버킷용 유압 실린더, 스윙용 유압 실린더, 블레이드용 유압 실린더를 포함한다.The plurality of hydraulic actuators 24a to 24h include left and right hydraulic motors for traveling and other hydraulic actuators. The other hydraulic actuators are, for example, hydraulic cylinders for boom, hydraulic cylinders for arm, Cylinders, hydraulic cylinders for swing, and hydraulic cylinders for blades.

컨트롤 밸브(23)는 복수의 유압 액추에이터(24a 내지 24h)에 대응하는 복수의 메인 스풀을 내장하고, 이들 메인 스풀은 조작 장치(25, 26)로부터 출력되는 유압 신호에 의해 전환 조작된다. 조작 장치(25)는 좌우의 주행용 조작 장치를 대표한 것이고, 조작 장치(26)는 주행 이외의 조작 장치를 대표한 것이다.The control valve 23 incorporates a plurality of main spools corresponding to the plurality of hydraulic actuators 24a to 24h and these main spools are switched and operated by hydraulic pressure signals output from the operating devices 25 and 26. [ The operating device 25 is representative of left and right running control devices, and the control device 26 is representative of a control device other than running.

발전 전동계(3)는, 발전ㆍ전동기(31)와, 인버터(32)와, 배터리(축전 장치)(33)와, 배터리 컨트롤러(34)와, 조작 패널(35)을 구비하고 있다.The power generation system 3 includes a generator / motor 31, an inverter 32, a battery 33, a battery controller 34, and an operation panel 35.

발전ㆍ전동기(31)는 엔진(11)의 출력축에 동력 분배기(6)를 통해 접속되고, 엔진(11)에 잉여 토크가 있을 때에는, 그 잉여 토크에 의해 구동되어 발전기로서 작동한다. 발전ㆍ전동기(31)가 발생한 전기 에너지는 인버터(32)를 통해 배터리(33)에 축전된다. 또한, 발전ㆍ전동기(31)는, 배터리(33)의 축전량이 규정치 이상이고 또한 유압 펌프(21)를 어시스트 구동할 필요가 있을 때에는, 인버터(32)를 통해 배터리(33)의 전기 에너지가 공급되어, 전동기로서 작동한다. 배터리 컨트롤러(34)는 배터리(33)의 축전량을 감시하고, 조작 패널(35)은 그 축전량에 관한 정보(축전 정보)를 표시한다.The generator / motor 31 is connected to the output shaft of the engine 11 via the power distributor 6. When there is surplus torque in the engine 11, the generator / motor 31 is driven by the surplus torque and operates as a generator. The electric energy generated by the power generation / electric motor 31 is stored in the battery 33 via the inverter 32. The electric power generation and electric motor 31 is configured such that the electric energy of the battery 33 is supplied through the inverter 32 when the electric storage capacity of the battery 33 is not less than the specified value and the hydraulic pump 21 needs to be driven by assist, And operates as an electric motor. The battery controller 34 monitors the electric storage amount of the battery 33, and the operation panel 35 displays information (storage information) about the electric storage amount.

제어계(4)는, 주행 속도 전환 스위치(41)와, 주행의 조작 파일럿압 센서(42)와, 주행 이외의 조작 파일럿압 센서(43)와, 토크 제어 전자기 밸브(44)와, 주행 속도 전환 전자기 밸브(45)와, 차체 컨트롤러(46)를 구비하고, 차체 컨트롤러(46)는 주행 속도 전환 스위치(41), 조작 파일럿압 센서(42, 43), 토크 제어 전자기 밸브(44), 주행 속도 전환 전자기 밸브(45)와 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 차체 컨트롤러(46)는 인버터(32), 배터리 컨트롤러(34) 및 엔진 컨트롤러(13)와도 전기적으로 접속되어 있다. 차체 컨트롤러(46)는, 주행 속도 전환 스위치(41)의 지시 신호, 조작 파일럿압 센서(42, 43)의 검출 신호, 배터리 컨트롤러(34)의 축전 정보 및 엔진 컨트롤러(13)의 엔진 부하율 정보를 입력하고, 소정의 연산 처리를 행하여, 인버터(32), 토크 제어 전자기 밸브(44) 및 주행 속도 전환 전자기 밸브(45)에 제어 신호를 출력한다.The control system 4 includes a traveling speed changeover switch 41, a traveling operation pilot pressure sensor 42, an operation pilot pressure sensor 43 other than traveling, a torque control electromagnetic valve 44, An electromagnetic valve 45 and a vehicle body controller 46. The vehicle body controller 46 includes a traveling speed changeover switch 41, operation pilot pressure sensors 42 and 43, a torque control electromagnetic valve 44, And is electrically connected to the switching electromagnetic valve 45. The vehicle body controller 46 is also electrically connected to the inverter 32, the battery controller 34, and the engine controller 13. The vehicle body controller 46 stores the instruction signals of the traveling speed changeover switch 41, the detection signals of the operation pilot pressure sensors 42 and 43, the accumulation information of the battery controller 34, and the engine load ratio information of the engine controller 13 And outputs a control signal to the inverter 32, the torque control electromagnetic valve 44, and the traveling speed switching electromagnetic valve 45 by performing predetermined arithmetic processing.

도 2는 펌프 레귤레이터(27)의 구성의 상세를 도시하는 도면이다.Fig. 2 is a diagram showing details of the configuration of the pump regulator 27. Fig.

펌프 레귤레이터(27)는, 복수의 조작 장치(25, 26)의 조작량에 기초하는 요구 유량에 따른 유량을 토출시키도록 유압 펌프(21)의 배기 용적 가변 기구(21a)의 틸팅 위치를 제어하는(따라서 유압 펌프의 용량을 제어하는) LS 제어부 등의 요구 유량 응답 제어부와, 유압 펌프(21)의 최대 흡수 토크를 미리 정해진 값을 초과하지 않도록 유압 펌프(21)의 배기 용적 가변 기구(21a)의 최대 틸팅 위치를 제어하는(따라서 유압 펌프의 최대 용량을 제어하는) 토크 제어부를 갖고 있다. 도 2는, 도시의 간략화를 위해 토크 제어부만 도시하고 있다. 또한, 동력 분배기(6)는 도시를 생략하고 있다.The pump regulator 27 controls the tilting position of the exhaust displacement varying mechanism 21a of the hydraulic pump 21 so as to discharge the flow amount corresponding to the required flow amount based on the operation amount of the plurality of operating devices 25, And an LS control unit for controlling the capacity of the hydraulic pump 21 and a control unit for controlling the displacement of the hydraulic pump 21 such that the maximum absorption torque of the hydraulic pump 21 is not exceeded by a predetermined value. And has a torque control section for controlling the maximum tilting position (and thus controlling the maximum capacity of the hydraulic pump). Fig. 2 shows only the torque control section for the sake of simplification. Further, the power distributor 6 is not shown.

도 2에 있어서, 펌프 레귤레이터(27)는, 유압 펌프(21)의 배기 용적 가변 기구(21a)에 작동적으로 연결된 제어 스풀(27a)과, 이 제어 스풀(27a)에 대해 유압 펌프(21)의 용량 증가 방향으로 작용하는 제1 및 제2의 2개의 스프링(27b, 27c)과, 스풀(27a)에 대해 유압 펌프(21)의 용량 감소 방향으로 작용하는 제1 및 제2의 2개의 수압부(27d, 27e)를 갖고 있다. 제1 수압부(27d)에는 유압 펌프(21)의 토출 압력이 파일럿 라인(27f)을 통해 도입되고, 제2 수압부(27e)에는 토크 제어 전자기 밸브(44)로부터의 제어 압력이 제어 유로(27g)를 통해 도입된다. 제1 및 제2 스프링(27b, 27c)은 유압 펌프(21)의 최대 흡수 토크를 설정하는 것이고, 제2 수압부(27e)는 그 최대 흡수 토크를 조정하는(감토크 제어하는) 것이다. 제1 스프링(27b)은 제2 스프링(27c)보다도 길고, 제어 스풀(27a)이 도시한 초기 위치에 있을 때에는 제1 스프링(27b)만이 제어 스풀(27a)에 접촉하여, 제어 스풀(27a)을 도시 우측 방향으로 가압한다. 제어 스풀(27a)이 도시 좌측 방향으로 어느 정도 이동하면 제2 스프링(27c)도 제어 스풀(27a)에 접촉하여, 제1 및 제2 스프링(27b, 27c)의 양쪽이 제어 스풀(27a)을 도시 우측 방향으로 가압한다.2, the pump regulator 27 includes a control spool 27a operatively connected to an exhaust displacement varying mechanism 21a of the hydraulic pump 21, a hydraulic pump 21 for the control spool 27a, The first and second two springs 27b and 27c acting on the spool 27a in the capacity increasing direction of the hydraulic pump 21 and the first and second water pressure And has portions 27d and 27e. The discharge pressure of the hydraulic pump 21 is introduced into the first pressure receiving portion 27d through the pilot line 27f and the control pressure from the torque control electromagnetic valve 44 is supplied to the second pressure receiving portion 27e, 27g. The first and second springs 27b and 27c are for setting the maximum absorption torque of the hydraulic pump 21 and the second pressure receiving portion 27e is for adjusting the maximum absorption torque thereof. The first spring 27b is longer than the second spring 27c and only the first spring 27b contacts the control spool 27a when the control spool 27a is at the initial position shown, To the right of the city. The second spring 27c also contacts the control spool 27a so that both the first and second springs 27b and 27c are in contact with the control spool 27a And presses in the right direction of the city.

토크 제어 전자기 밸브(44)는, 차체 컨트롤러(46)로부터 제어 신호가 출력되고 있지 않을 때에는 도시한 OFF 위치에 있고, 펌프 레귤레이터(27)의 제2 수압부(27e)를 탱크에 연통시킨다. 차체 컨트롤러(46)로부터 제어 신호가 출력되면, 토크 제어 전자기 밸브(44)는 ON 위치로 전환되어, 제2 수압부(27e)에 제어 압력으로서 파일럿 펌프(22)의 토출 압력이 유도된다. 파일럿 펌프(22)의 토출 압력은 파일럿 릴리프 밸브(28)에 의해 일정한 값(예를 들어, 4Mpa)으로 유지되어 있다.The torque control electromagnetic valve 44 is at the OFF position shown when the control signal is not outputted from the body controller 46 and makes the second pressure receiving portion 27e of the pump regulator 27 communicate with the tank. When the control signal is outputted from the vehicle body controller 46, the torque control electromagnetic valve 44 is switched to the ON position, and the discharge pressure of the pilot pump 22 is induced as the control pressure to the second pressure receiving portion 27e. The discharge pressure of the pilot pump 22 is maintained at a constant value (for example, 4 Mpa) by the pilot relief valve 28.

도 3은 펌프 레귤레이터(27)의 토크 제어부의 기능을 나타내는 펌프 토크 특성도로, 횡축은 유압 펌프(21)의 토출 압력을 나타내고, 종축은 유압 펌프(21)의 용량을 나타내고 있다.3 is a pump torque characteristic showing the function of the torque control section of the pump regulator 27. The horizontal axis indicates the discharge pressure of the hydraulic pump 21 and the vertical axis indicates the capacity of the hydraulic pump 21. [

또한, 도 3에 있어서, 부호 TP1 및 TP2로 나타내어지는 2개의 직선(실선)으로 이루어지는 절곡선은 제1 및 제2의 2개의 스프링(27b, 27c)에 의해 설정되는 최대 흡수 토크 특성이고, 부호 TP3 및 TP4로 나타내어지는 2개의 직선(1점 쇄선)으로 이루어지는 절곡선은 토크 제어 전자기 밸브(44)로부터의 제어 압력에 의해 감토크 제어된 최대 흡수 토크 특성이다. 부호 TEL로 나타내어지는 곡선은 엔진(11)의 최대 출력 토크 TEmax를 기준으로 하여, 그것보다도 소정의 여유분만큼 작아지도록 설정된 엔진(11)의 제한 토크이다.In Fig. 3, the folding line composed of two straight lines (solid lines) denoted by TP1 and TP2 is the maximum absorption torque characteristic set by the first and second two springs 27b and 27c, The broken line consisting of two straight lines (chain dashed lines) represented by TP3 and TP4 is the maximum absorption torque characteristic that is reduced in torque by the control pressure from the torque control electromagnetic valve 44. [ The curve indicated by the symbol TEL is a limit torque of the engine 11 set to be smaller than the maximum output torque TEmax of the engine 11 by a predetermined margin.

펌프 레귤레이터(27)의 토크 제어부는, 유압 펌프(21)의 토출 압력에 따라서 유압 펌프(21)의 배기 용적 개변 기구(21)의 최대 틸팅 위치[따라서 유압 펌프(21)의 최대 용량]를 제한함으로써 유압 펌프(21)의 최대 흡수 토크를 제한하는 것이다. 토크 제어 전자기 밸브(44)가 도 2에 도시하는 OFF 위치에 있을 때, 펌프 레귤레이터(27)의 제2 수압부(27e)는 탱크에 연통되고, 최대 흡수 토크 특성은 제1 및 제2의 2개의 스프링(27b, 27c)에 의해 실선인 직선 TP1, TP2로 이루어지는 절곡선과 같이 설정된다. 이 경우, 유압 펌프(21)의 토출 압력의 상승시에 토출 압력이 제1 값(P1)을 초과하기 전에는, 유압 펌프(21)의 토출 압력이 유도되는 제1 수압부(27d)의 유압력은 제1 스프링(27b)의 가압력보다 작아, 유압 펌프(21)의 최대 용량은 qmax로 유지된다. 즉, 유압 펌프(21)의 용량은 요구 유량 응답 제어부의 제어에 의해 qmax까지 상승할 수 있다. 유압 펌프(21)의 토출 압력이 더욱 상승하여 제1 값 P1을 초과하면, 유압 펌프(21)의 토출 압력이 유도되는 제1 수압부(27d)의 유압력은 제1 스프링(27b)의 압박력보다 커져, 제어 스풀(27a)은 도시 좌측 방향으로 이동하여, 유압 펌프(21)의 최대 용량은 절곡선인 직선 TP1을 따라 감소한다. 이에 의해 요구 유량 응답 제어부에 의해 제어되는 유압 펌프(21)의 용량은 직선 TP1이 규정하는 최대 용량 이하로 제한되고, 유압 펌프(21)의 흡수 토크(펌프 토출 압력과 용량의 곱)는 엔진(11)의 제한 토크 TEL을 초과하지 않도록 제어된다.The torque control section of the pump regulator 27 limits the maximum tilting position of the exhaust displacement changing mechanism 21 of the hydraulic pump 21 (hence the maximum capacity of the hydraulic pump 21) in accordance with the discharge pressure of the hydraulic pump 21 Thereby limiting the maximum absorption torque of the hydraulic pump 21. When the torque control electromagnetic valve 44 is in the OFF position shown in Fig. 2, the second pressure receiving portion 27e of the pump regulator 27 communicates with the tank, and the maximum absorption torque characteristic is obtained by the first and second And is set by the springs 27b and 27c as a bent line made up of solid lines TP1 and TP2. In this case, before the discharge pressure exceeds the first value P1 at the time when the discharge pressure of the hydraulic pump 21 rises, the hydraulic pressure of the first pressure receiving portion 27d, from which the discharge pressure of the hydraulic pump 21 is guided, Is smaller than the pressing force of the first spring 27b, and the maximum capacity of the hydraulic pump 21 is maintained at qmax. That is, the capacity of the hydraulic pump 21 can be raised to qmax under the control of the required flow rate response control section. When the discharge pressure of the hydraulic pump 21 further rises and exceeds the first value P1, the hydraulic pressure of the first pressure receiving portion 27d, from which the discharge pressure of the hydraulic pump 21 is guided, So that the control spool 27a moves in the left direction of the drawing, and the maximum capacity of the hydraulic pump 21 decreases along the straight line TP1 which is the bending line. As a result, the capacity of the hydraulic pump 21 controlled by the required-flow-response control unit is limited to the maximum capacity defined by the straight line TP1 and the absorption torque of the hydraulic pump 21 (the product of the pump discharge pressure and the capacity) Lt; RTI ID = 0.0 > 11, < / RTI >

유압 펌프(21)의 토출 압력이 더욱 상승하여 제2 값 P2를 초과하면, 제어 스풀(27a)은 제2 스프링(27c)에도 접촉하여, 유압 펌프(21)의 토출 압력의 상승량에 대한 제어 스풀(27a)의 이동량의 비율[유압 펌프(21)의 용량의 감소 비율]은 감소하고, 유압 펌프(21)의 최대 용량은 직선 TP1보다도 기울기가 작은 직선 TP2를 따라 감소한다. 이 경우도, 유압 펌프(21)의 흡수 토크는 엔진(11)의 제한 토크 TEL을 초과하지 않도록 제어된다. 유압 펌프(21)의 토출 압력이 메인 릴리프 밸브(29)의 설정 압력에 도달하면, 그 이상 유압 펌프(21)의 토출 압력의 상승은 저지된다.When the discharge pressure of the hydraulic pump 21 further rises and exceeds the second value P2, the control spool 27a is also in contact with the second spring 27c, The reduction ratio of the capacity of the hydraulic pump 21 decreases and the maximum capacity of the hydraulic pump 21 decreases along the straight line TP2 whose slope is smaller than the straight line TP1. In this case as well, the absorption torque of the hydraulic pump 21 is controlled so as not to exceed the limit torque TEL of the engine 11. [ When the discharge pressure of the hydraulic pump 21 reaches the set pressure of the main relief valve 29, the discharge pressure of the abnormal hydraulic pump 21 is prevented from rising.

토크 제어 전자기 밸브(44)가 ON 위치로 전환되면, 제2 수압부(27e)에 제어 압력이 유도되고, 제어 스풀(27a)에는 제2 수압부(27e)의 유압력이 제1 및 제2 스프링(27b, 27c)의 가압력에 대향하여 작용한다. 이에 의해 제1 및 제2 스프링(27b, 27c)에 의한 최대 흡수 토크의 설정은, 제2 수압부(27e)의 유압력의 분만큼 감소하도록 조정되고, 최대 흡수 토크 특성은, 실선인 직선 TP1, TP2로 이루어지는 절곡선으로부터 1점 쇄선인 직선 TP3, TP4로 이루어지는 절곡선으로 시프트된다. 그 결과, 유압 펌프(21)의 토출 압력의 상승시, 유압 펌프(21)의 최대 용량은 절곡선 중 1점 쇄선인 직선 TP3, TP4를 따라 감소한다. 이때의 유압 펌프(21)의 최대 흡수 토크(펌프 토출 압력과 최대 용량의 곱)는 직선 TP1, TP2의 최대 흡수 토크에 비해 작아, 엔진(11)의 잉여 토크가 강제적으로 만들어 내어진다. 본원 명세서에서는, 이 제어를 감토크 제어라 한다.When the torque control electromagnetic valve 44 is switched to the ON position, the control pressure is guided to the second pressure receiving portion 27e, and the hydraulic pressure of the second pressure receiving portion 27e is transmitted to the control spool 27a, And acts against the urging force of the springs 27b and 27c. Thus, the setting of the maximum absorption torque by the first and second springs 27b and 27c is adjusted to decrease by the amount of the oil pressure of the second pressure receiving portion 27e, and the maximum absorption torque characteristic is adjusted by the straight line TP1 , And TP2, and is shifted to a fold line composed of straight lines TP3 and TP4 which are one-dot chain lines. As a result, when the discharge pressure of the hydraulic pump 21 rises, the maximum capacity of the hydraulic pump 21 decreases along the straight lines TP3 and TP4 which are one-dot chain lines in the fold line. At this time, the maximum absorption torque (the product of the pump discharge pressure and the maximum capacity) of the hydraulic pump 21 is smaller than the maximum absorption torque of the straight lines TP1 and TP2, and the surplus torque of the engine 11 is forcibly produced. In the present specification, this control is referred to as a deceleration torque control.

도 4는 유압계의 컨트롤 밸브와 복수의 유압 액추에이터 중, 좌우의 주행용 유압 모터에 관한 유압 회로 부분을 도시하는 도면이다. 도면 중, 좌우의 주행용 메인 스풀을 부호 23a, 23b로 나타내고, 좌우의 주행용 유압 모터를 부호 24a, 24b로 나타내고 있다. 좌우의 유압 모터(24a, 24b)는 메인 스풀(23a, 23b)을 통해 유압 펌프(21)에 접속되어 있다.Fig. 4 is a diagram showing a hydraulic circuit portion of the hydraulic motors for traveling on the right and the left, among a control valve of the hydraulic system and a plurality of hydraulic actuators. Fig. In the drawings, the left and right main spools for travel are denoted by reference numerals 23a and 23b, and the left and right hydraulic motors for traveling are denoted by reference numerals 24a and 24b. The left and right hydraulic motors 24a and 24b are connected to the hydraulic pump 21 through the main spools 23a and 23b.

좌우의 유압 모터(24a, 24b)는 각각 가변 용량형이며, 배기 용적 가변 기구(경사판)(24a1, 24b1)와, 배기 용적 가변 기구(24a1, 24b1)를 각각 구동하는 제어 피스톤(24a2, 24b2)을 구비하고 있다. 제어 피스톤(24a2, 24b2)의 일측에는 수압부(24a3, 24b3)가 형성되고, 그 반대측에는 스프링(24a4, 24b4)이 배치되어 있다.Each of the left and right hydraulic motors 24a and 24b is of a variable displacement type and includes control pistons 24a2 and 24b2 for driving the exhaust displacement varying mechanisms (swash plates) 24a1 and 24b1 and the exhaust displacement varying mechanisms 24a1 and 24b1, . Pressure receiving portions 24a3 and 24b3 are formed on one side of the control pistons 24a2 and 24b2 and springs 24a4 and 24b4 are disposed on the opposite side.

주행 속도 전환 전자기 밸브(45)가 도시한 OFF 위치에 있을 때, 제어 피스톤(24a2, 24b2)의 수압부(24a3, 24b3)는 탱크에 연통되어 있고, 제어 피스톤(24a2, 24b2)은 스프링(24a4, 24b4)의 힘에 의해 밀려 도시한 위치에 있고, 배기 용적 가변 기구(24a1, 24b1)는 대 틸팅 위치(대용량 위치)에 유지되어 있다. 주행 속도 전환 전자기 밸브(45)가 ON 위치로 전환되면, 제어 피스톤(24a2, 24b2)의 수압부(24a3, 24b3)에 제어 압력으로서 파일럿 펌프(22)의 토출 압력이 유도되고, 이에 의해 제어 피스톤(24a2, 24b2)이 작동하여, 배기 용적 가변 기구(24a1, 24b1)는 대 틸팅 위치(대용량 위치)로부터 소 틸팅 위치(소용량 위치)로 전환된다. 대 틸팅 위치에서는 유압 모터(24a, 24b)는 저속 회전이 가능하여, 주행 저속에 적합한 상태로 되고, 소 틸팅 위치에서는 유압 모터(24a, 24b)는 고속 회전이 가능하여, 주행 고속에 적합한 상태로 된다. 본 명세서에서는, 배기 용적 가변 기구(24a1, 24b1)가 대 틸팅 위치에 있을 때의 상태를 유압 모터(24a, 24b)의 저속 대용량 모드라 하고, 배기 용적 가변 기구(24a1, 24b1)가 소 틸팅 위치에 있을 때의 상태를 유압 모터(24a, 24b)의 고속 소용량 모드라 한다.The pressure receiving portions 24a3 and 24b3 of the control pistons 24a2 and 24b2 are in communication with the tank and the control pistons 24a2 and 24b2 are in communication with the springs 24a4 and 24b2 when the travel speed switching electromagnetic valve 45 is in the OFF position shown. And 24b4, and the exhaust displacement varying mechanisms 24a1 and 24b1 are held at a tilting position (large capacity position). When the traveling speed switching electromagnetic valve 45 is switched to the ON position, the discharge pressure of the pilot pump 22 is induced as the control pressure to the pressure receiving portions 24a3 and 24b3 of the control pistons 24a2 and 24b2, The exhaust displacement varying mechanisms 24a1 and 24b1 are switched from the tilting position (large capacity position) to the small tilting position (small capacity position). In the tilting position, the hydraulic motors 24a and 24b can be rotated at a high speed, and the hydraulic motors 24a and 24b are in a state suitable for high-speed traveling do. In this specification, the state when the exhaust displacement varying mechanisms 24a1 and 24b1 are at the tilting position is referred to as a low speed large capacity mode of the hydraulic motors 24a and 24b, and the exhaust displacement varying mechanisms 24a1 and 24b1 are at the low tilting position Is referred to as a high speed small capacity mode of the hydraulic motors 24a and 24b.

도 5는 본 실시 형태에 관한 유압 셔블의 외관을 도시하는 도면이다.Fig. 5 is a diagram showing the appearance of the hydraulic excavator according to the present embodiment. Fig.

유압 셔블은, 하부 주행체(101)와, 이 하부 주행체(101) 상에 선회 가능하게 탑재된 상부 선회체(102)와, 이 상부 선회체(102)의 선단부 부분에 스윙 포스트(103)를 통해 상하 및 좌우 방향으로 회전 가능하게 연결된 프론트 작업기(104)를 구비하고 있다. 하부 주행체(101)는 크롤러 방식이고, 트랙 프레임(105)의 전방측에 상하 이동 가능한 배토용 블레이드(106)가 설치되어 있다. 상부 선회체(102)는 기초 하부 구조를 이루는 선회대(107)와, 선회대(107) 상에 설치된 캐빈(운전실)(108)을 구비하고 있다. 프론트 작업기(104)는 붐(111)과, 아암(112)과, 버킷(113)을 구비하고, 붐(111)의 기단부는 스윙 포스트(103)에 핀 결합되고, 붐(111)의 선단부는 아암(112)의 기단부에 핀 결합되고, 아암(112)의 선단부는 버킷(113)에 핀 결합되어 있다.The hydraulic excavator includes a lower traveling body 101, an upper swing body 102 pivotally mounted on the lower traveling body 101, and a swinging post 103 at a front end portion of the upper swinging body 102. [ And a front working machine 104 connected to the front working machine 104 so as to be rotatable up and down and left and right. The lower traveling body 101 is a crawler type, and a clay blade 106 capable of moving up and down is provided on the front side of the track frame 105. The upper swing body 102 includes a swivel base 107 constituting the base substructure and a cabin (cab) 108 provided on the swivel base 107. The front working machine 104 has a boom 111, an arm 112 and a bucket 113. The proximal end of the boom 111 is coupled to the swinging post 103 and the distal end of the boom 111 And the distal end of the arm 112 is connected to the bucket 113 by a pin.

상부 선회체(102)는 하부 주행체(101)에 대해 도시하지 않은 선회 모터에 의해 선회 구동되고, 스윙 포스트(103) 및 프론트 작업기(104)는 선회대(107)에 대해 스윙 실린더(24g)에 의해 좌우로 회전 구동되고, 붐(111), 아암(112), 버킷(113)은 각각 붐 실린더(24c), 아암 실린더(24d), 버킷 실린더(24e)를 신축함으로써 상하로 회전 구동된다. 하부 주행체(101)는 좌우의 주행 모터(24a, 24b)에 의해 회전 구동되고, 블레이드(106)는 블레이드 실린더(24h)에 의해 상하로 구동된다.The upper swing body 102 is swiveled by a swing motor not shown with respect to the lower swing body 101 and the swing post 103 and the front working machine 104 are swung by the swing cylinder 24g with respect to the swivel base 107, And the boom 111, the arm 112 and the bucket 113 are rotationally driven up and down by expanding and contracting the boom cylinder 24c, the arm cylinder 24d and the bucket cylinder 24e, respectively. The lower traveling body 101 is rotationally driven by the left and right traveling motors 24a and 24b and the blade 106 is driven up and down by the blade cylinder 24h.

다음에, 본 발명의 동작 원리와 엔진(11)의 출력 마력의 설정에 대해 설명한다.Next, the operation principle of the present invention and the setting of the output horsepower of the engine 11 will be described.

도 6의 (a)는 종래의 일반적인 미니 셔블의 엔진 출력 마력의 제한치와 유압 펌프의 PQ 특성(마력 특성)과 출력 사용 범위의 관계를 나타내는 도면이고, 도 6의 (b)는 동 미니 셔블의 엔진 출력 마력 특성과 출력 사용 범위의 관계를 나타내는 도면이다. 도 6의 (a)의 횡축은 유압 펌프의 토출 압력을 나타내고, 종축은 유압 펌프의 토출 유량을 나타내고 있다. 도 6의 (b)의 횡축은 엔진의 회전수를 나타내고, 종축은 엔진의 출력 마력을 나타내고 있다.6 (a) is a view showing the relationship between the limit value of the engine output horsepower of a conventional mini-shovel and the PQ characteristic (horsepower characteristic) of the hydraulic pump and the output use range. FIG. 6 (b) Fig. 8 is a graph showing the relationship between the engine output horsepower characteristic and the output use range. The horizontal axis in FIG. 6 (a) shows the discharge pressure of the hydraulic pump, and the vertical axis shows the discharge flow rate of the hydraulic pump. The horizontal axis in FIG. 6 (b) shows the number of revolutions of the engine, and the vertical axis shows the output horsepower of the engine.

우선, 유압 펌프의 PQ 특성에 대해 설명한다. 유압 펌프의 PQ 특성이라 함은, 어떤 최대 흡수 토크 특성을 갖는 유압 펌프를 엔진에 의해 구동시켜 회전시키고, 작업을 행하였을 때에 얻어지는 유압 펌프의 출력 마력 특성이다. 도 6의 (a)의 유압 펌프의 PQ 특성은, 일례로서 도 3에 나타낸 최대 흡수 토크 특성을 갖는 유압 펌프(21)의 경우의 것이고, 또한 엔진 회전수가 정격 최대 회전수에 있는 경우의 것이다. 도 6의 (a)의 엔진 출력 마력의 제한치와 도 6의 (b)의 엔진 출력 마력 특성도 마찬가지로 엔진 회전수가 정격 최대 회전수에 있는 경우의 것이다.First, the PQ characteristic of the hydraulic pump will be described. The PQ characteristic of the hydraulic pump is the output horsepower characteristic of the hydraulic pump obtained when the hydraulic pump having a certain maximum absorption torque characteristic is driven by the engine to rotate and work is performed. The PQ characteristic of the hydraulic pump shown in Fig. 6 (a) is for the case of the hydraulic pump 21 having the maximum absorption torque characteristic shown in Fig. 3 as an example, and the case where the engine speed is at the rated maximum speed. The engine output horsepower limit in Fig. 6 (a) and the engine output horsepower characteristic in Fig. 6 (b) are also the same when the engine speed is at the rated maximum speed.

일반적인 미니 셔블의 작업 상태로서, 주행 고속과 주행 저속과 통상 작업을 생각한다. 도 6의 (a) 및 도 6의 (b) 중, A는 주행 고속시의 출력 사용 범위, B는 주행 저속시의 출력 사용 범위, C는 통상 작업시의 출력 사용 범위를 나타내고 있다. 주행 고속이라 함은, 주행용 유압 모터(24a, 24b)가 고속 소용량 모드에 있고 또한 주행용 조작 장치(25)가 조작되어 주행하고 있는 상태를 말하고, 주행 저속이라 함은, 주행용 유압 모터(24a, 24b)가 저속 대용량 모드에 있고 또한 주행용 조작 장치(25)가 조작되어 주행하고 있는 상태를 말한다. 통상 작업이라 함은, 주행 이외의 조작 장치(26)[특히, 프론트 작업기(104)에 관한 유압 액추에이터(111, 112, 113) 및 선회 모터 중 어느 하나에 관한 조작 장치]가 조작되어 작업을 행하고 있는 상태를 말한다.As a working state of a general mini-shovel, a high-speed running, a low-speed running and a normal work are considered. 6A and 6B, A indicates the output use range of the running high speed, B indicates the output use range when running low speed, and C indicates the output use range when the normal operation is performed. The running speed refers to a state in which the traveling hydraulic motors 24a and 24b are in the high speed small capacity mode and the traveling operation device 25 is operated and the traveling low speed is referred to as the traveling hydraulic motor 24a, 24b are in the low-speed large-capacity mode and the traveling control device 25 is operated and running. The normal operation refers to the operation performed by operating the operating device 26 (particularly, the hydraulic actuators 111, 112, and 113 relating to the front working machine 104 and the swing motor) other than traveling State.

도 6의 (a)의 HELc는 엔진 출력 마력의 제한치이고, HEmaxc는 엔진의 최대 출력 마력이다. 엔진 출력 마력의 제한치 HELc는, 엔진의 최대 출력 마력 HEmaxc보다도 소정의 여유분만큼 작아지도록 설정되어 있다.HELc in FIG. 6 (a) is the limit of the engine output horsepower, and HEmaxc is the maximum output horsepower of the engine. The limit value HELc of the engine output horsepower is set to be smaller than the maximum output horsepower HEmaxc of the engine by a predetermined margin.

주행 고속시는 스피드(유량)가 필요하므로, 그때의 유압 펌프(21)의 출력은 가장 크고, 엔진 출력 마력의 제한치 HELc는, 이 주행 고속시의 유압 펌프(21)의 출력 사용 범위 A에 대해 어느 정도의 여유(X1)를 갖게 하여 설정되어 있다.The output of the hydraulic pump 21 at this time is the largest and the limit value HELc of the engine output horsepower is set to be larger than the output use range A of the hydraulic pump 21 at the high- Is set to have a certain margin X1.

한편, 펌프 레귤레이터(27)의 최대 흡수 토크 특성(도 3)은, 제1 및 제2의 2개의 스프링(27b, 27c)에 의해 실선인 직선 TP1, TP2로 이루어지는 절곡선과 같이 설정되므로, 유압 펌프(21)의 PQ 특성도 마찬가지로 부호 D로 나타내는 바와 같이 절곡선 형상으로 되고, 통상 작업시에서는 엔진 출력 마력의 제한치 HELc에 대해 유압 펌프(21)의 출력 사용 범위 B가 X2와 크게 이격되어, 지나치게 여유가 있는 상태로 된다. 이것은, 엔진 출력 마력을 최대로 사용하고 있지 않은 것을 의미한다.On the other hand, the maximum absorption torque characteristic (Fig. 3) of the pump regulator 27 is set by the first and second springs 27b and 27c as a bent line consisting of solid lines TP1 and TP2, The PQ characteristic of the hydraulic pump 21 also has a folded line shape as shown by the symbol D and the output use range B of the hydraulic pump 21 is largely different from X2 with respect to the engine output horsepower limit HELc during normal operation, There is a margin. This means that the engine output horsepower is not used to the maximum.

도 7의 (a)는 본 실시 형태의 미니 셔블의 엔진 출력 마력과 유압 펌프의 PQ 특성(마력 특성)과 출력 사용 범위의 관계를 나타내는 도면이고, 도 7의 (b)는 동 미니 셔블의 엔진 출력 마력 특성과 출력 사용 범위의 관계를 나타내는 도면이다.FIG. 7A is a diagram showing the relationship between the engine output horsepower of the mini-shovel of the present embodiment, the PQ characteristic (horsepower characteristic) of the hydraulic pump and the output use range, Fig. 5 is a graph showing the relationship between the output horsepower characteristic and the output usage range. Fig.

본 실시 형태에서는, 엔진(11)의 최대 출력 마력 HEmaxe를 도 6의 (b)에 나타낸 종래의 엔진 최대 출력 마력 HEmaxc보다도 작게 하고, 엔진 출력 마력의 제한치 HELe가 유압 펌프(21)의 PQ 마력 특성 D에 의해 근접한 설정으로 한다. 다시 말하면, 본 실시 형태에서는, 엔진(11)의 최대 출력 마력 HEmaxe를 통상 작업 및 주행 저속시인 주행 고속시 이외의 운전 상태에서는, 유압 펌프(21)에 필요로 하는 유압 마력을 공급할 수 있고, 주행 고속시에 유압 펌프(21)에 필요로 하는 유압 마력을 공급할 수 없는 크기의 설정으로 한다. 통상 작업시의 출력 사용 범위 C는, 유압 펌프(21)의 PQ 특성 D의 절곡선 형상의 오목부에 의해 발생하는 여유(X3)를 이용하여 확보한다.In this embodiment, the maximum output horsepower HEmaxe of the engine 11 is made smaller than the conventional engine maximum output horsepower HEmaxc shown in FIG. 6 (b), and the engine output horsepower limit HELe is smaller than the PQ horsepower characteristic of the hydraulic pump 21 D is set to be close. In other words, in the present embodiment, the maximum output horsepower HEmaxe of the engine 11 can be supplied with the hydraulic power horsepower required for the hydraulic pump 21 in an operation state other than the normal operation and the low speed traveling state, A setting is made such that the hydraulic pressure horsepower required for the hydraulic pump 21 can not be supplied at high speed. The output use range C during normal operation is ensured by using the clearance X3 generated by the concave portion of the folded line shape of the PQ characteristic D of the hydraulic pump 21. [

그리고 주행 고속시에는 배터리(33)에 의해 발전ㆍ전동기(31)를 전동기로서 작동시켜 출력 어시스트를 행한다. 도 7의 (a)의 점선 HELe＋HM은 출력 어시스트 후의 엔진 출력 마력 HELe와 전동기 출력 마력 HM의 합계의 출력 마력이다.At the time of traveling high speed, the power generator 31 is operated as an electric motor by the battery 33 to perform the output assisting. The dotted line HELe + HM in FIG. 7A is the total output horsepower of the engine output horsepower HELe after the output assist and the motor output power HM.

이와 같이 엔진(11)의 출력 마력을 종래보다도 작게 하고, 엔진 출력 마력의 제한치 HELe를 유압 펌프(21)의 PQ 마력 특성 D에 근접시킴으로써, 엔진(11)의 출력 마력을 최대로 사용할 수 있게 되어, 엔진(11)을 다운사이징(작은 엔진)하는 것이 가능해진다. 엔진(11)을 다운사이징함으로써 저연비화, 엔진(11)으로부터 배출되는 유해한 가스의 양의 저감 및 소음의 저감이 가능해진다. 또한, 배출 가스 후처리 장치의 소형화 혹은 간략화가 가능해져, 엔진(11)의 다운사이징화에 의한 비용 저감과 더불어 엔진의 제작 비용을 저감시킬 수 있어, 기계 전체의 가격을 저렴하게 할 수 있다. 또한, 액추에이터측에는 발전기 등의 전기 기기를 장착하지 않으므로, 간이한 하이브리드 방식이 되어, 하이브리드화에 의한 비용 상승의 영향을 최소로 그치게 하는 것이 가능한 동시에, 간이한 하이브리드 방식이므로 미니 셔블과 같은 소형의 건설 기계라도 레이아웃면의 곤란성을 회피할 수 있다.The output horsepower of the engine 11 can be used to the maximum by making the output horsepower of the engine 11 smaller than that of the conventional engine and approximating the engine output horsepower limit HELe to the PQ horsepower characteristic D of the hydraulic pump 21 , The engine 11 can be downsized (small engine). Downsizing of the engine 11 makes it possible to reduce fuel consumption, reduce the amount of harmful gas discharged from the engine 11, and reduce noise. Further, the exhaust gas aftertreatment device can be downsized or simplified, and the downsizing of the engine 11 can reduce the cost, and the manufacturing cost of the engine can be reduced, thereby reducing the overall cost of the machine. In addition, since the electric device such as the generator is not mounted on the actuator side, the effect of the increase in cost due to the hybridization can be minimized, and a simple hybrid system can be achieved. In addition, since it is a simple hybrid system, It is possible to avoid the difficulty of the layout surface even if it is a machine.

또한, 엔진(11)의 출력대에 따라서는 배출 가스 후처리 장치를 없애는 것이 가능하여, 기계 전체의 가격을 더욱 저렴하게 할 수 있다.Further, depending on the output range of the engine 11, it is possible to eliminate the exhaust gas after-treatment apparatus, thereby making it possible to further reduce the price of the entire machine.

즉, 현재의 작업 기계(오프로드 차량)에 대한 배출 가스 규제는, 출력 19㎾ 이상의 엔진을 탑재한 차량에 대해 적용되고, 출력 19㎾ 미만의 엔진을 탑재한 차량은 적용되어 있지 않다. 본 실시 형태에서는, 엔진(11)을, 바람직하게는 배기 가스 규제 적용 외의 출력인 19㎾ 미만의 엔진, 예를 들어 출력 18㎾의 엔진으로 한다. 이와 같이 엔진 출력을 19㎾ 미만으로 함으로써, 고가이며 복잡한 배출 가스 후처리 장치를 탑재할 필요가 없어져, 기계 전체의 가격을 크게 낮출 수 있다.That is, exhaust gas regulation for the current working machine (off-road vehicle) is applied to a vehicle equipped with an engine having an output of 19 kW or more, and a vehicle equipped with an engine with an output of less than 19 kW is not applied. In the present embodiment, the engine 11 is preferably an engine of less than 19 kW, for example, an output of 18 kW, which is an output other than exhaust gas regulation. By setting the engine output to be less than 19 kW in this way, it becomes unnecessary to mount an expensive and complicated exhaust gas after-treatment apparatus, and the cost of the entire machine can be greatly reduced.

도 8은 본 실시 형태의 미니 셔블에 있어서의 감토크 제어시의 엔진 출력 마력과 유압 펌프의 PQ 특성의 관계를 나타내는 도면이다.8 is a graph showing the relationship between the engine output horsepower and the PQ characteristic of the hydraulic pump at the time of the reduction torque control in the mini shovel of the present embodiment.

본 실시 형태에서는, 상술한 바와 같이, 주행 고속시는 배터리(33)에 의해 발전ㆍ전동기(31)를 전동기로 하여 작동시켜 엔진 출력을 어시스트한다. 이로 인해, 배터리(33)를 충전하기 위한 구조를 확보할 필요가 있다.In the present embodiment, as described above, when the vehicle is running at high speed, the battery 33 assists the engine output by operating the generator / motor 31 as an electric motor. Therefore, it is necessary to secure a structure for charging the battery 33. [

여기서, 배터리(33)의 충전은, 통상 작업시 혹은 주행 저속시에 엔진 출력의 여유분으로 행할 수 있는 것이 바람직하다. 그러나 엔진을 다운사이징한 경우, 배터리(33)의 잔량이 현저하게 적은 상태에서는, 충전 시간이 필요 이상으로 걸려 버릴 가능성이 있다. 또한, 주행 고속시에는 필요한 충전 상태를 확보할 수 없게 되어 버릴 가능성이 있다. 따라서, 배터리(33)의 충전시는, 토크 제어 전자기 밸브(44)에 제어 신호를 출력하여 감토크 제어를 행하고, 도 3의 최대 흡수 토크 특성을 실선인 직선 TP1, TP2로부터 1점 쇄선인 직선 TP3, TP4로 시프트함으로써, 도 8의 PQ 특성을 D로부터 Dr로 시프트한다. 그리고 이 감토크 제어에 의해 유압 펌프(21)의 출력을 저하시켜 엔진(11)의 잉여 토크 내지는 잉여 마력을 강제적으로 만들어내어, 급속 충전을 행한다.Here, it is preferable that the battery 33 can be charged by a margin of the engine output at the time of normal operation or low-speed driving. However, when the engine is downsized, there is a possibility that the charging time becomes longer than necessary when the remaining amount of the battery 33 is remarkably small. In addition, there is a possibility that the necessary charging state can not be secured at the time of traveling high speed. Therefore, when the battery 33 is charged, the control torque is controlled by outputting a control signal to the torque control electromagnetic valve 44 to control the maximum absorption torque characteristic of Fig. 3 from the straight lines TP1 and TP2, TP3, and TP4, thereby shifting the PQ characteristic of Fig. 8 from D to Dr. By this reduction torque control, the output of the hydraulic pump 21 is lowered to forcibly generate surplus torque or surplus horsepower of the engine 11, thereby performing rapid charging.

다음에, 도 9 및 도 10을 사용하여 상술한 본 발명의 동작 원리를 실현하는 차체 컨트롤러(46)의 제어 기능에 대해 설명한다. 도 9는 전동기에 의한 출력 어시스트 제어의 처리 수순을 나타내는 흐름도이고, 도 10은 배터리의 충전 제어의 처리 수순을 나타내는 흐름도이다.Next, the control function of the body controller 46 for realizing the above-described operation principle of the present invention will be described with reference to Figs. 9 and 10. Fig. FIG. 9 is a flowchart showing the processing procedure of the output assist control by the electric motor, and FIG. 10 is a flowchart showing the processing procedure of charging control of the battery.

<도 9 : 전동기에 의한 출력 어시스트 제어>9: Output assist control by electric motor < RTI ID = 0.0 >

차체 컨트롤러(46)는 주행 속도 전환 스위치(41)의 지시 신호를 입력하고, 주행 속도 전환 스위치(41)가 주행 고속을 지시하고 있는지 여부를 판정한다(단계 S100). 주행 속도 전환 스위치(41)가 주행 고속을 지시하고 있지 않으면 아무것도 하지 않고, 이 판정 처리를 반복한다. 주행 속도 전환 스위치(41)가 주행 고속을 지시하고 있으면, 다음에 주행의 조작 파일럿압 센서(42)의 검출 신호를 입력하고, 주행용 조작 장치(25)가 조작되었는지 여부를 판정한다(단계 S110). 주행용 조작 장치(25)가 조작되어 있지 않으면 아무것도 하지 않고, 단계 S100 및 S110의 처리를 반복한다. 주행용 조작 장치(25)가 조작되어 있으면, 다음에 배터리 컨트롤러(34)로부터 축전 정보를 입력하고, 배터리(33)의 축전 상태가 불충분한지 여부를 판정한다(단계 S120). 이 판정은, 예를 들어 배터리(33)의 충전율이 30％ 이하인지 여부를 판정함으로써 행한다. 그리고 배터리(33)의 충전율이 30％ 이상이면 배터리(33)의 전력을 전동ㆍ발전기(31)에 공급하여 전동ㆍ발전기(31)를 전동기로서 작동시켜, 출력 어시스트를 행한다(단계 S130). 이에 의해, 도 7의 (a)에 점선으로 나타내는 바와 같이, 엔진 출력 마력 HELe에 전동기 출력 마력 HM을 가산한 HELe＋HM의 마력이 얻어져, 주행 고속시의 출력 사용 범위 A에 대해 여유가 확보된다. 또한, 주행 속도 전환 전자기 밸브(45)에 제어 신호를 출력하여 ON 위치로 전환하고, 주행용 유압 모터(24a, 24b)의 배기 용적 가변 기구(24a1, 24b1)를 대 틸팅 위치로부터 소 틸팅 위치로 전환한다(단계 S140). 이에 의해 고속 주행이 가능해진다.The vehicle body controller 46 inputs an instruction signal of the traveling speed changeover switch 41 and judges whether or not the traveling speed changing switch 41 is instructing the traveling speed (step S100). If the running speed changeover switch 41 does not indicate the running speed, this determination process is repeated without doing anything. When the running speed changeover switch 41 indicates the running speed, the detection signal of the running operation pilot pressure sensor 42 is inputted next to judge whether or not the running control device 25 has been operated (step S110 ). If the driving control device 25 is not operated, the process of steps S100 and S110 is repeated without performing anything. When the traveling control device 25 is operated, the power storage information is input next from the battery controller 34 and it is determined whether or not the power storage state of the battery 33 is insufficient (step S120). This determination is made, for example, by determining whether the charging rate of the battery 33 is 30% or less. When the charging rate of the battery 33 is 30% or more, the electric power of the battery 33 is supplied to the electric motor / generator 31 to operate the electric motor / generator 31 as an electric motor to perform output assistance (step S130). Thus, as shown by the dotted line in FIG. 7A, the horsepower of HELe + HM obtained by adding the motor output power HM to the engine output power HELe is obtained, and a margin is secured for the output use range A at the time of driving high speed. Further, a control signal is outputted to the traveling speed switching electromagnetic valve 45 to switch to the ON position, and the exhaust displacement varying mechanisms 24a1 and 24b1 of the traveling hydraulic motors 24a and 24b are shifted from the tilting position to the small tilting position (Step S140). This enables high-speed travel.

한편, 단계 S120에 있어서, 배터리(33)의 충전율이 30％ 이하인 경우는, 주행 속도 전환 스위치(41)가 주행 고속을 지시하고 있음에도 불구하고, 주행 속도 전환 전자기 밸브(45)를 OFF 위치로 유지하여, 주행용 유압 모터(24a, 24b)를 대 틸팅(대용량) 위치 상태로 한다. 그리고 이때에는, 이하에 설명하는 배터리 충전 제어에 의해 배터리의 충전이 행해진다.On the other hand, when the charging rate of the battery 33 is 30% or less in step S120, the traveling speed switching electromagnetic valve 45 is kept in the OFF position although the traveling speed changing switch 41 is instructing the traveling high speed And the traveling hydraulic motors 24a and 24b are put in a state of tilting (large capacity). At this time, the battery is charged by the battery charge control described below.

<도 10 : 배터리의 충전 제어><Fig. 10: Charging control of battery>

차체 컨트롤러(46)는, 배터리 컨트롤러(34)로부터 축전 정보를 입력하고, 배터리(33)의 축전 상태가 불충분한지 여부, 예를 들어 배터리(33)의 충전율이 30％ 이하인지 여부를 판정한다(단계 S220). 배터리(33)의 충전율이 30％ 이상이면 아무것도 하지 않고, 이 판정 처리를 반복한다. 배터리(33)의 충전율이 30％ 이하이면, 다음에 주행의 조작 파일럿압 센서(42) 및 주행 이외의 조작 파일럿압 센서(43)의 검출 신호를 입력하고, 주행용 조작 장치(25) 및 그 이외의 조작 장치(26) 중 어느 하나가 조작되어 있는지 여부(즉, 현재, 작업자가 유압 셔블을 조작 중인지 여부)를 판정하고(단계 S210), 어느 쪽의 조작 장치도 조작되어 있지 않은 경우(즉, 유압 셔블이 비조작 중인 경우)는, 다음에 차체 컨트롤러(46)는 토크 제어 전자기 밸브(44)에 제어 신호를 출력하고 있는 상태인지 여부(감토크 제어가 ON인지 여부)를 판정하고(단계 S220), 제어 신호가 출력되어 있는 경우는 제어 신호의 출력을 정지시켜(감토크 제어를 OFF로 하여)(단계 S230), 엔진(11)의 출력 토크(출력 마력)에 의해 충전을 개시한다(단계 S240). 즉, 엔진(11)의 출력 토크(출력 마력)에 의해 발전ㆍ전동기(31)를 구동시켜 발전기로서 작동시켜, 그 발전 전력을 배터리(33)에 축전한다. 차체 컨트롤러(46)가 토크 제어 전자기 밸브(44)에 제어 신호를 출력하고 있지 않은 경우는, 즉시 엔진(11)의 출력 토크에 의한 충전을 개시한다(단계 S240). 다음에 배터리(33)의 축전 상태가 충분한지 여부, 예를 들어 배터리(33)의 충전율이 70％를 초과하였는지 여부를 판정하고(단계 S250), 배터리(33)의 충전율이 70％를 초과하고 있지 않으면 단계 S210의 처리로 복귀되어, 단계 S210 내지 S250의 처리를 반복한다. 배터리(33)의 충전율이 70％를 초과하면, 엔진(11)의 출력 토크에 의한 충전을 종료한다(단계 S320).The body controller 46 receives the power storage information from the battery controller 34 and determines whether or not the power storage state of the battery 33 is insufficient, for example, whether the charging rate of the battery 33 is 30% or less Step S220). If the charging rate of the battery 33 is 30% or more, this determination process is repeated without performing anything. When the charging rate of the battery 33 is 30% or less, the detection signals of the traveling operation pilot pressure sensor 42 and the operation pilot pressure sensor 43 other than the traveling are inputted, (That is, whether the operator is currently operating the hydraulic excavator) (step S210). If either of the operating devices is not operated (that is, , The vehicle body controller 46 determines whether or not the state in which the control signal is being output to the torque control electromagnetic valve 44 (whether or not the deceleration torque control is ON) S220). When the control signal has been output, the output of the control signal is stopped (the torque reduction control is turned off) (step S230) and charging is started by the output torque (output horsepower) of the engine 11 Step S240). That is, the generator / motor 31 is driven by the output torque (output horsepower) of the engine 11 to operate as a generator, and the generated power is stored in the battery 33. [ When the vehicle body controller 46 is not outputting the control signal to the torque control electromagnetic valve 44, the vehicle body controller 46 immediately starts charging by the output torque of the engine 11 (step S240). Next, it is determined whether or not the battery 33 is sufficiently charged, for example, whether or not the charging rate of the battery 33 exceeds 70% (step S250). If the charging rate of the battery 33 exceeds 70% The process returns to the process of step S210, and the processes of steps S210 to S250 are repeated. When the charging rate of the battery 33 exceeds 70%, charging by the output torque of the engine 11 is terminated (step S320).

한편, 단계 S210에 있어서, 어느 하나의 조작 장치(주행용 조작 장치 및 그 이외의 조작 장치 중 어느 하나)가 조작되어 있는 경우는, 다음에 차체 컨트롤러(46)는 엔진 컨트롤러(13)로부터 부하율 정보를 입력하고, 엔진(11)의 부하율에 기초하여 엔진(11)에 잉여 토크가 있는지 여부를 판정한다(단계 S260). 이 판정에서는, 예를 들어 부하율에 임계치(예를 들어, 70％)를 설정해 두고, 부하율이 임계치 이하이면 엔진(11)에 잉여 토크가 있다고 판정한다. 그리고 엔진(11)에 잉여 토크가 없는 경우는, 토크 제어 전자기 밸브(44)에 제어 신호를 출력하여 감토크 제어를 행하고(단계 S270), 도 3의 최대 흡수 토크 특성을 실선인 직선 TP1, TP2로부터 1점 쇄선인 직선 TP3, TP4로 시프트함으로써, 도 8의 PQ 특성을 D로부터 Dr로 시프트한다. 그리고 이 감토크 제어에 의해 엔진(11)의 잉여 토크 및 잉여 마력을 강제적으로 만들어내어, 충전을 개시한다(단계 S208). 엔진(11)에 잉여 토크가 있는 경우는, 즉시 그 잉여 토크에 의한 충전을 개시한다(단계 S280).On the other hand, if any one of the operating devices (either the traveling operating device or any of the other operating devices) is operated in step S210, then the vehicle body controller 46 reads the load rate information And judges whether there is surplus torque in the engine 11 based on the load ratio of the engine 11 (step S260). In this determination, for example, a threshold value (for example, 70%) is set for the load factor, and it is judged that there is surplus torque in the engine 11 when the load factor is below the threshold value. When there is no surplus torque in the engine 11, a control signal is output to the torque control electromagnetic valve 44 to perform the reduced torque control (step S270), and the maximum absorption torque characteristic of Fig. 3 is plotted on the solid lines TP1 and TP2 To the straight lines TP3 and TP4, which are one dot chain lines, to shift the PQ characteristic of Fig. 8 from D to Dr. Then, surplus torque and surplus horsepower of the engine 11 are forcibly generated by this reduction torque control, and charging is started (step S208). When there is surplus torque in the engine 11, charging by surplus torque is immediately started (step S280).

다음에 배터리(33)의 축전 상태가 불충분한지 여부, 예를 들어 배터리(33)의 충전율이 70％를 초과하였는지 여부를 판정하고(단계 S290), 배터리(33)의 충전율이 70％를 초과하고 있지 않으면 단계 S210의 처리로 복귀되어, 단계 S210, S260 내지 S290의 처리를 반복한다. 또한, 이 반복 처리 사이에, 작업자가 조작 장치를 중립으로 복귀시켜 어느 쪽의 조작 장치도 조작되어 있지 않은 상태로 된 경우는, 단계 S210으로부터 단계 S220으로 이행하여, 감토크 제어에 의존하지 않고 충전을 계속한다(단계 S230→S240).Next, it is judged whether or not the electric storage state of the battery 33 is insufficient, for example, whether or not the charging rate of the battery 33 exceeds 70% (step S290). If the charging rate of the battery 33 exceeds 70% The process returns to the process of step S210, and the processes of steps S210 and S260 to S290 are repeated. If the operator returns the operating device to the neutral position during this repeated process and the operating device is not operated, the process proceeds from step S210 to step S220. In step S220, (S230 - > S240).

단계 S290에 있어서, 배터리(33)의 충전율이 70％를 초과하면, 다음에 차체 컨트롤러(46)가 토크 제어 전자기 밸브(44)에 제어 신호를 출력하고 있는 상태인지 여부(감토크 제어가 ON인지의 여부)를 판정하고(단계 S300), 제어 신호가 출력되어 있는 경우는 제어 신호의 출력을 정지시켜(감토크 제어를 OFF로 하여)(단계 S310), 엔진(11)의 잉여 토크에 의한 충전을 종료한다(단계 S320). 제어 신호가 출력되어 있지 않은 경우는, 즉시 엔진(11)의 잉여 토크에 의한 충전을 종료한다(단계 S320).If the charge rate of the battery 33 exceeds 70% at step S290, it is determined whether or not the vehicle body controller 46 is in a state of outputting a control signal to the torque control electromagnetic valve 44 (Step S310). If the control signal has been output, the output of the control signal is stopped (the torque control is turned off) (step S310) (Step S320). If the control signal is not output, charging by surplus torque of the engine 11 is immediately terminated (step S320).

도 9의 흐름도에서, S100에서 주행 속도 전환 스위치(41)가 주행 고속을 지시하고 있고, 단계 S110에서 주행용 조작 장치(25)가 조작되어 있고, 단계 S120에서 배터리(33)의 충전율이 30％ 이하이고, 단계 S150에서 주행 속도 전환 전자기 밸브(45)를 OFF 위치로 유지한 경우는, 도 10의 흐름도에서는 단계 S200→S210→단계 S260의 처리를 경유하여 즉시 단계 S270에서 감토크 제어가 개시되고, 단계 S280에서 배터리(33)의 충전이 행해진다. 이와 같이 유압 펌프의 감토크 제어를 행하고 또한 주행 속도 전환 전자기 밸브(45)를 OFF 위치로 유지하여 주행용 유압 모터(24a, 24b)가 저속 대용량 모드로 유지됨으로써, 엔진(11)에 과부하를 부여하는 일 없이 혹은 경우에 따라서는 과부하에 의해 엔진(11)을 스톨시키는 일 없이, 배터리(33)의 급속 충전을 확실하게 행할 수 있다. 또한, 주행용 유압 모터(24a, 24b)가 저속 대용량 모드로 유지됨으로써 최저한의 주행 기능을 확보할 수 있다.9, when the travel speed changing switch 41 is instructing the traveling speed at S100 and the traveling operation device 25 is operated at step S110 and the charging rate of the battery 33 is 30% at step S120, If the traveling speed switching electromagnetic valve 45 is maintained at the OFF position in step S150, the reduction torque control is immediately started in step S270 via the process of step S200? S210? Step S260 in the flowchart of Fig. 10 , The battery 33 is charged in step S280. In this way, the running torque of the hydraulic pump is controlled and the running speed switching electromagnetic valve 45 is kept at the OFF position, so that the traveling hydraulic motors 24a and 24b are kept in the low speed large capacity mode, The battery 33 can be reliably charged rapidly without stalling the engine 11, or in some cases, by overloading. In addition, since the traveling hydraulic motors 24a and 24b are kept in the low speed large capacity mode, the minimum traveling function can be ensured.

또한, 도 10의 흐름도에서는, 단계 S260에서 엔진(11)의 잉여 토크의 유무를 판정하고, 엔진(11)에 잉여 토크가 있을 때에는, 감토크 제어를 행하지 않고, 엔진(11)의 잉여 토크에 의해 발전ㆍ전동기(31)를 구동시켜 발전기로서 작동시켜, 배터리(33)를 충전하도록 되어 있다. 이에 의해 주행 고속시 이외의 운전 상태에서, 엔진(11)에 잉여 토크가 있는 경우는, 감토크 제어를 하는 일 없이, 배터리(33)의 충전을 행할 수 있다.10, the presence or absence of surplus torque of the engine 11 is determined in step S260. When surplus torque is present in the engine 11, the surplus torque of the engine 11 The generator / motor 31 is driven to operate as a generator to charge the battery 33. [ Thus, when there is surplus torque in the engine 11 in the operating state other than the traveling high-speed state, the battery 33 can be charged without performing the deceleration torque control.

또한, 도 10의 흐름도에서는, 단계 S210에서, 어느 조작 장치도 조작되어 있지 않은 경우는, 단계 S220의 흐름으로 이행하여, 감토크 제어를 행하지 않고 배터리(33)를 충전할 수 있도록 되어 있다. 이에 의해, 예를 들어 1일의 작업 개시시나 새로운 작업 현장에서의 작업 개시시에 배터리(33)의 충전 상태가 불충분한 경우는, 차체의 전원을 ON하여 차체 컨트롤러(46)를 구동시키는 것만으로, 감토크 제어를 행하지 않고, 자동적으로 엔진(11)의 출력 토크에 의해 발전ㆍ전동기(31)를 구동시켜 발전기로서 작동시켜, 배터리(33)의 충전을 행할 수 있다.In the flowchart of Fig. 10, in the case where no operating device is operated in step S210, the process proceeds to step S220 so that the battery 33 can be charged without performing the reduction torque control. Thus, for example, when the charged state of the battery 33 is insufficient at the start of the work for the first day or at the start of the work at the new work site, the power source of the vehicle body is turned on to drive the vehicle body controller 46 , It is possible to automatically charge the battery 33 by operating the generator / motor 31 by the output torque of the engine 11 as a generator without performing the torque reduction control.

또한, 상기 실시 형태에서는, 작업 기계로서 크롤러가 있는 미니 셔블에 본 발명을 적용한 경우에 대해 설명하였지만, 휠 셔블 등, 그 밖의 소형의 작업 기계에도 마찬가지로 본 발명을 적용할 수 있다.In the above embodiment, the present invention is applied to a mini shovel having a crawler as a working machine. However, the present invention can be similarly applied to other small working machines such as a wheel shovel.

1 : 엔진계
2 : 유압계
3 : 발전 전동계
4 : 제어계
6 : 동력 분배기
11 : 엔진
12 : 엔진 컨트롤 다이얼
13 : 엔진 컨트롤러
14 : 전자 거버너
21 : 유압 펌프
21a : 배기 용적 가변 기구
22 : 파일럿 펌프
23 : 컨트롤 밸브
23a, 23b : 주행용 메인 스풀
24a, 24b : 주행용 유압 모터
24c 내지 24h : 그 밖의 유압 액추에이터
24a1, 24b1 : 배기 용적 가변 기구(경사판)
24a2, 24b2 : 제어 피스톤
24a3, 24b3 : 수압부
24a4, 24b4 : 스프링
25 : 주행용 조작 장치
26 : 주행 이외의 조작 장치
27a : 제어 스풀
27b, 27c : 제1 스프링 및 제2 스프링
27d, 27e : 제1 수압부 및 제2 수압부
27f : 파일럿 라인
27g : 제어 유로
31 : 발전ㆍ전동기
32 : 인버터
33 : 배터리(축전 장치)
34 : 배터리 컨트롤러
35 : 조작 패널
41 : 주행 속도 전환 스위치
42 : 주행 조작 파일럿압 센서
43 : 주행 이외의 조작 파일럿압 센서
44 : 토크 제어 전자기 밸브
45 : 주행 속도 전환 전자기 밸브
46 : 차체 컨트롤러
27b, 27c : 제1 스프링 및 제2 스프링
101 : 하부 주행체
102 : 상부 선회체
103 : 스윙 포스트
104 : 프론트 작업기
105 : 트랙 프레임
106 : 배토용 블레이드
107 : 선회대
108 : 캐빈(운전실)
111 : 붐
112 : 아암
113 : 버킷1: engine system
2: Hydraulic system
3: Electric power generation system
4: Control system
6: Power distributor
11: Engine
12: Engine control dial
13: Engine controller
14: Electronic governor
21: Hydraulic pump
21a: variable volume of exhaust volume
22: Pilot pump
23: Control valve
23a, 23b: main traveling spool
24a, 24b: hydraulic motor for traveling
24c to 24h: other hydraulic actuators
24a1, 24b1: exhaust volume variable mechanism (swash plate)
24a2, 24b2: control piston
24a3, 24b3:
24a4, 24b4: spring
25: Driving control device
26: Operation device other than running
27a: Control spool
27b, 27c: a first spring and a second spring
27d and 27e: the first pressure receiving portion and the second pressure receiving portion
27f: pilot line
27g: control flow
31: Power generation and electric motor
32: Inverter
33: Battery (storage device)
34: Battery controller
35: Operation panel
41: Travel speed changeover switch
42: Driving operation pilot pressure sensor
43: Operation pilot pressure sensor other than running
44: Torque control electromagnetic valve
45: Driving speed switching electromagnetic valve
46:
27b, 27c: a first spring and a second spring
101: Lower traveling body
102: upper swivel
103: swing post
104: Front working machine
105: Track frame
106: Blade for clay
107:
108: Cabin (cab)
111: Boom
112:
113: Bucket

Claims

A front work machine rotatably connected to the upper revolving structure,
A revolving motor for revolving the upper revolving body with respect to the lower traveling body,
An engine,
A hydraulic pump driven by the engine,
A plurality of hydraulic actuators including a hydraulic motor for running driven by discharge oil from the hydraulic pump,
A first operating device for traveling,
A second operating device for driving the front working machine and the swing motor,
A traveling speed changeover switch for switching the traveling hydraulic motor to a low speed large capacity mode and a high speed small capacity mode,
A generator / motor connected to the engine,
A power storage device,
And a control device for controlling the engine, the hydraulic pump, the generator / motor, and the power storage device, the hybrid type construction machine comprising:
The engine is characterized in that the output horsepower is a magnitude that can not supply the hydraulic horsepower required for the hydraulic pump when the running hydraulic motor is in the high speed small capacity mode and when the first operating device is operated, Which is a normal operation state in which the traveling hydraulic motor is in the low speed large capacity mode and in which the first operating device is in the operating low speed state and the second operating device is in the operating state in which the second operating device is operated, Is set to a size capable of supplying a hydraulic horsepower required for the hydraulic pump in an operating state other than a high speed state,
The control device includes:
In the case of the high-speed traveling state, performs control to drive the power generation / motor to operate as an electric motor so as to compensate for insufficient output torque of the engine by electric power from the power storage device,
Driving the generator / motor with the surplus torque to operate the generator as the generator when the surplus torque is present in the engine, and when the surplus torque is present in the engine, A control is performed to store the generated power in the power storage device,
Wherein when the state of charge of the power storage device is insufficient, a surplus torque of the engine is forcibly generated by performing a deceleration torque control for lowering the absorption torque of the hydraulic pump.

The control apparatus according to claim 1,
The instruction of the running speed changeover switch of the running speed changeover switch is invalidated when the running speed changeover switch is instructing the running speed and the state of charge of the power storage device is insufficient when the first operating device is operated, Characterized in that the hydraulic motor is controlled in a low speed large capacity mode.

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