WO2012091067A1 - ハイブリッド式作業機の冷却システム - Google Patents

Abstract

　低温時には、低温モードが選択され、ＰＣＵ２５のヒートモード機能２５ａが作動する。すなわち、ＰＣＵ２５は、キャパシタ２３のエネルギー回収割合を、通常モードのキャパシタ２３のエネルギー回収割合の最大値以上（例えば、アシストモータ２２：キャパシタ２３＝２：８）に設定する。通常モードに比べ、キャパシタ２３に充電するエネルギーが増加し、キャパシタ２３が発熱することにより、冷却媒体の液温が上昇する。これにより、冷却媒体の粘性が低下する。これにより、ハイブリッド式作業機に搭載される冷却システムにおいて、簡素な構成で、低温時のエネルギー効率低下を防止する。

Description

ハイブリッド式作業機の冷却システム

　本発明は、ハイブリッド式作業機に搭載される電動機器の冷却システムに関する。

　油圧作業機の一例であるショベルは、走行体と、この走行体に旋回可能に設けた旋回体と、この旋回体に俯仰動可能に接続されたブーム、アーム、及びバケットを含む多関節型の作業装置（フロント装置）とを備えている。これら走行体、旋回体、及び作業装置は、このショベルに備えられた駆動装置の被駆動部材を構成している。

　この駆動装置は、元来、エンジン等の原動機と、この原動機によって駆動される少なくとも１つの油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出された圧油により駆動され、ブーム、アーム、バケットをそれぞれ駆動するブーム油圧シリンダ、アーム油圧シリンダ、バケット油圧シリンダ、走行体を走行させる走行油圧モータ、及び旋回体を走行体に対し旋回させる旋回油圧モータを含む複数の油圧アクチュエータとを有する油圧方式の駆動装置として構成されていた。

　一方、自動車の分野では、エンジンで発電機を駆動し、その発電電力で電動モータを駆動するとともに残りの電力をバッテリに蓄積し、エンジンのパワーが足りない時にバッテリの電力により発電機を電動モータとして駆動しエンジンをアシストする、いわゆるハイブリッド式の駆動装置が提唱されている。この方式により、エンジンは常に効率のよい状態で作動することが可能となり、省エネルギー化及び低排気ガス化を図れるようになっている。

　近年、油圧ショベル等の油圧作業機においても、このハイブリッド式が提案されつつあり、例えば、旋回電動モータを有するハイブリッド式の油圧作業機がある。旋回電動モータは制動時の運動エネルギーを電気エネルギーとして回生できる（旋回油圧モータは熱として放出）点で、省エネルギー化を図れるメリットがある。

　ところで、旋回電動モータや、電気エネルギーを充放電する蓄電装置や、旋回電動モータの駆動と蓄電装置の充放電とを制御するパワーコントロールユニット（ＰＣＵ）などの電動機器は、発熱を伴う。そのため、ハイブリッド式の油圧作業機にはこれらの電動機器を冷却する冷却システムが搭載されている。冷却システムは、冷却媒体を冷却するラジエータと冷却媒体を循環するポンプとを有し、ラジエータによって冷却された冷却媒体をポンプで循環し、その冷却媒体により電動機器を冷却する。

　冷却媒体として一般に用いられるLLCは低温時において粘性が増し、冷却回路の管路抵抗が増大する。このため、ポンプ負荷が増大し、エネルギー効率が低下する。このような課題は、ハイブリッド式自動車の冷却システムにおいても発生する。

　この課題に対し、特許文献１に記載の冷却システムが提案されている。この従来技術の冷却システムは、季節に関係なく安定した冷却が可能な電気自動車の冷却システムを提供することを目的とし、ラジエータとポンプを有する冷却回路と、複数の切換弁と、ヒータを有するヒート回路とを備え、外気温度に基づいて複数の切換弁の開閉を制御する。低温時には、常温時に冷却回路を形成していた切換弁を閉じ、常温時に閉じていた別の切換弁を開き、ヒート回路を形成する。冷却媒体は外部熱源であるヒータにより加温され、ヒート回路を循環する。これにより、従来技術の冷却システムは、低温時の冷却媒体の粘性増加に起因するエネルギー効率低下を防止できる。

特許第３４９７８７３号公報

　しかしながら、上記特許文献1に係る従来技術の冷却システムは下記のような課題があった。従来技術の冷却システムは、基本構成である冷却回路に、ヒータと、複数の切換弁と、これらを制御する制御手段を必須の構成として付加しており、構成が複雑である。複雑な構成は、製造コスト増加や故障の原因となる。また、このヒータは外部熱源であり、エネルギー効率の点で好ましくない。

　本発明の目的は、簡素な構成で、低温時のエネルギー効率低下を防止できるハイブリッド式作業機の冷却システムを提供することにある。

　（１）本発明は、上記目的を達成するために、エンジンと、エンジンにより駆動する油圧ポンプと、油圧ポンプからの吐出油により駆動する油圧アクチュエータと、エンジンにより駆動する第１電動機と、第１電動機および第２電動機による発電電力を充電する蓄電装置と、第１電動機および蓄電装置の電力により駆動する第２電動機と、第１電動機および第２電動機の駆動および蓄電装置の充放電を制御するパワーコントロールユニット(PCU)とを備えたハイブリッド式作業機に搭載され、冷却媒体を冷却するラジエータと冷却媒体を循環するポンプとを有し、前記ラジエータによって冷却された冷却媒体を前記ポンプで循環し、その冷却媒体により前記蓄電装置と前記ＰＣＵと前記第２電動機との各電動機器を冷却するハイブリッド式作業機の冷却システムにおいて、更に、前記冷却媒体の液温を検出する液温検出センサを備え、前記ＰＣＵは、検出液温が第１閾値未満である低温モードである場合に、いずれかの電動機器の発熱を促すヒートモード機能を有するものとする。

　このように構成した本発明においては、低温時にはヒートモード機能が電動機器の発熱を促し、冷却媒体の液温が上昇し、冷却媒体の粘性が低下する。特徴的構成であるヒートモード機能は、ＰＣＵの一機能であり、冷却回路（基本構成）のみの簡素な構成で、低温時の冷却媒体の粘性増加に起因するエネルギー効率低下を防止できる。

　（２）上記（１）において、好ましくは、前記ＰＣＵは、液温検出センサが検出する液温に基づいて、前記蓄電装置の充放電を制御し、低温モード時には、前記ヒートモード機能が作動するものとする。

　（３）上記（１）において、好ましくは、前記ＰＣＵは、検出液温が第１閾値以上である第２閾値未満である通常モードである場合に、前記蓄電装置と前記第１電動機との最適なエネルギー回収割合を設定する制御を行い、前記ヒートモード機能は、低温モードである場合の前記蓄電装置のエネルギー回収割合を、通常モードの前記蓄電装置のエネルギー回収割合の最大値以上にするものとする。

　これにより、低温時にヒートモード機能が作動し、蓄電装置が発熱する。

　（４）上記（１）において、好ましくは、前記ハイブリッド式作業機は、作業機の不操作状態を検出する不操作状態検出手段を備え、前記ヒートモード機能は、低温モードであり、かつ、前記不操作状態検出手段が作業機の不操作状態を検出すると、前記蓄電装置と前記第１電動機との間で充放電を繰り返す制御を行うものとする。

　これにより、低温時にヒートモード機能が作動し、蓄電装置が発熱する。

　（５）上記（１）において、好ましくは、前記ハイブリッド式作業機は、前記第２電動機の駆動を制動する制動装置を備え、前記ヒートモード機能は、低温モードであり、かつ、前記制動装置が第２電動機の駆動を制止すると、前記第２電動機を駆動する力行制御を行うものとする。

　これにより、低温時にヒートモード機能が作動し、第２電動機が発熱する。

　（６）上記（１）において、前記ヒートモード機能が作動するときは、前記ポンプの回転数を下げるものとする。

　これにより、冷却媒体の液温が更に上昇する。

　（７）上記（１）において、前記ハイブリッド式作業機は、表示装置を備え、前記表示装置は、ヒートモード機能が作動すると、ヒートモード機能が作動している旨を表示するものとする。

　これにより、オペレータに注意を促す。

　本発明によれば、ハイブリッド式作業機に搭載される冷却システムにおいて、簡素な構成で、低温時のエネルギー効率低下を防止することができる。

冷却システムを搭載する油圧ショベルの外観を示す図である。 ハイブリッド式油圧ショベルの駆動システムを説明する図である。 第１実施形態の冷却システムを説明する図である。 コントローラの詳細を示す図である。 コントローラによるモード判定処理のフローである。 ＰＣＵのエネルギーマネージメント・パワーフロー制御の概念図である。 ハイブリッド式油圧ショベルの油圧システム（特に旋回駆動）の詳細図である。 別の駆動システムの一例を示す図である。

　〈第１実施形態〉
　以下、本発明の第１実施形態を図面を用いて説明する。

　～構成～
　図１は、本実施形態の冷却システムを搭載する油圧ショベルの外観を示す図である。油圧ショベルは下部走行体１００と上部旋回体１０１とフロント装置１０２を備えている。下部走行体１００は左右のクローラ式走行装置１０３ａ，１０３ｂを有し、左右の走行モータ１０４ａ，１０４ｂにより駆動される。上部旋回体１０１は旋回モータ１０５により下部走行体１００上に旋回可能に搭載され、フロント装置１０２は上部旋回体１０１の前部に俯仰可能に取り付けられている。上部旋回体１０１にはエンジンルーム１０６、運転室１０７が備えられ、エンジンルーム１０６にはエンジン１１が配置されている。フロント装置１０２はブーム１１１、アーム１１２、バケット１１３を有する多関節構造であり、ブーム１１１はブームシリンダ１１４の伸縮により、アーム１１２はアームシリンダ１１５の伸縮により、バケット１１３はバケットシリンダ１１６の伸縮により、各々回動する。

　旋回モータ１０５は、旋回油圧モータ１６（図２参照）と旋回電動モータ２４（図２参照）とから構成されている。すなわち、本実施形態の油圧ショベルはハイブリット式である。なお、走行モータ１０４ａ，１０４ｂが走行油圧モータと走行電動モータとから構成されることもある。

　図２はハイブリッド式油圧ショベルの駆動システムを説明する図である。駆動システムは、油圧システム１０と電動システム２０とから構成される。

　油圧システム１０は、原動機としてのエンジン１１と、エンジン１１により駆動される油圧ポンプ１２と、油圧ポンプ１２からの吐出油の方向と流量を制御する方向制御弁ユニット１３と、油圧ポンプ１２からの吐出油により駆動される複数の油圧アクチュエータ１４（アームシリンダ１１５など）と、油圧アクチュエータ１４により駆動され所望の動作を行う複数の被駆動部材１５（アーム１１２など）と、油圧ポンプ１２からの吐出油により駆動され上部旋回体１０１を旋回する旋回油圧モータ１６とを有する。

　電動システム２０は、エンジン１１と、エンジン１１により駆動され発電する第１電動機２２（アシストモータ）と、アシストモータ２２による発電電力を充電する蓄電装置２３（キャパシタ）と、アシストモータ２２および蓄電装置２３の電力により駆動される第２電動機２４（旋回電動モータ）と、アシストモータ２２および第２電動機２４の駆動とキャパシタ２３の充放電を制御するパワーコントロールユニット（ＰＣＵ）２５とを有する。

　旋回用油圧モータ１６と旋回電動モータ２４とは、同一の回転軸を有し、減速機構を介して上部旋回体１０１を駆動する。

　キャパシタ２３や旋回電動モータ２４やＰＣＵ２５などの電動機器は発熱を伴う。このため、ハイブリッド式油圧ショベルにはこれらの電動機器を冷却する冷却システムが搭載されている。

　コントローラ５０は、エンジン１１の回転数とトルク、油圧ポンプ１２の吐出圧と吐出流量、方向制御弁ユニット１３のスプール変位量および、ＰＣＵ２５のエネルギーマネージメント・パワーフロー制御（後述）などの制御を行う。

　図３は本実施形態の冷却システムを説明する図である。冷却回路３０は、冷却媒体を冷却するラジエータ３１と、冷却媒体を循環するポンプ３２とを有し、ラジエータ３１によって冷却された冷却媒体をポンプ３２で循環し、この冷却媒体によりキャパシタ２３や旋回電動モータ２４やコントローラ２５などの電動機器を冷却する。冷却回路３０は、キャパシタ２３、ＰＣＵ２５、旋回電動モータ２４の順に冷却するように構成され、ポンプ３２は、ラジエータ３１の下流に配置される。

　温度検出センサ５１は、ポンプ３２の下流に設けられ、ポンプ３２により循環される冷却媒体の液温Ｔ１を検出する。温度検出センサ５２は、キャパシタ２３に設けられ、キャパシタ２３の温度Ｔ２を検出する。温度検出センサ５３はＰＣＵ２５に設けられ、ＰＣＵ２５の温度Ｔ３を検出する。温度検出センサ５４は、旋回電動モータ２４に設けられ、旋回電動モータ２４の温度Ｔ４を検出する。温度検出センサ５１～５４の検出信号は、コントローラ５０に入力される。

　なお、冷却システムは、電動機器を冷却する冷却回路３０と別に、エンジン１１を冷却するエンジン冷却回路８０を有している。エンジン冷却回路８０は冷却媒体を冷却するラジエータ８１と、冷却媒体を循環するポンプ８２とを有している。また、アシストモータ２２は、エンジン１１近傍に設置され、エンジン１１を冷却するための冷却ファンにより空冷される。

　～制御～
　図４はコントローラ５０の詳細を示す図である。本実施形態の特徴的な入出力を記載し、一般的な入出力を省略する。コントローラ５０は、温度検出センサ５１～５４の検出信号、ゲートロックレバー６１（後述）、操作レバー６２（後述）の操作信号を入力し、所定の演算をし、ＰＣＵ２５、ポンプ３２、モニタ６３に指令信号を出力する。

　図５は、コントローラ５０によるモード判定処理のフローである。コントローラ５０は、温度検出センサ５１～５４から各温度Ｔ１～Ｔ４を入力する（ステップＳ１００）。そして、キャパシタ２３の温度Ｔ２、ＰＣＵ２５の温度Ｔ３、旋回電動モータ２４の温度Ｔ４が何れも基準温度Ｔｓ以下であるかを判定する（ステップＳ１１０）。基準温度Ｔｓは、電動機器が正常に稼動しているか判定するための閾値である。なお、説明の便宜の為、各電動機器に共通の基準温度Ｔｓを設定したが、各電動機器ごとに基準温度を設定してもよい。

　ステップＳ１１０において、コントローラ５０は電動機器温度Ｔ２～Ｔ４の何れかが基準温度Ｔｓ以下でない（ＮＯ）と判定すると、電動機器の内部温度異常と判定し、エラーモードを選択する（ステップＳ１２０）。

　コントローラ５０は電動機器温度Ｔ２～Ｔ４の何れかも基準温度Ｔｓ以下である（ＹＥＳ）と判定すると、冷却媒体温度Ｔ１が基準温度Ｔ１Ｈ以上かどうかを判定する（ステップＳ１３０）。基準温度Ｔ１Ｈ（第２閾値）は、高温モードか否かを判定するための閾値である。冷却媒体温度Ｔ１が基準温度Ｔ１Ｈ以上である（ＹＥＳ）と判定すると、高温モードを選択する（ステップＳ１４０）。

　ステップＳ１３０において、コントローラ５０は冷却媒体温度Ｔ１が基準温度Ｔ１Ｈ以上でない（ＮＯ）と判定すると、冷却媒体温度Ｔ１が基準温度Ｔ１Ｌ以上かどうかを判定する（ステップＳ１５０）。基準温度Ｔ１Ｌ（第１閾値）は、低温モードか否かを判定するための閾値である。冷却媒体温度Ｔ１が基準温度Ｔ１Ｌ以上である（ＹＥＳ）と判定すると、通常モードを選択し、（ステップＳ１６０）。冷却媒体温度Ｔ１が基準温度Ｔ１Ｌ以上でない（ＮＯ）と判定すると、低温モードを選択する（ステップＳ１７０）。

　次に、ＰＣＵ２５の制御について説明する。図６は、ＰＣＵ２５のエネルギーマネージメント・パワーフロー制御の概念図である。

　ハイブリッド式の油圧作業機は、旋回電動モータの制動時の運動エネルギーを電気エネルギーとして回生できるという特徴を有する。ＰＣＵ２５は、通常モード（ステップＳ１６０）において、この回収したエネルギーを、アシストモータ２２を駆動してエンジン１１の負荷をアシストするために用いるか、キャパシタ２３に充電するかの割合、言い換えると、キャパシタ２３とアシストモータ２２とのエネルギー回収割合を、キャパシタ２３の充電状態、回収エネルギー量、各温度検出センサ情報、エンジン負荷情報等に基づいて、逐次最も効率の良い充放電制御（エネルギーマネージメント・パワーフロー制御）がなされように、設定する。

　本実施形態では、ＰＣＵ２５は、更に特徴的な以下の制御を行う。

　高温モード（ステップＳ１４０）において、キャパシタ２３のエネルギー回収割合を、通常モードのキャパシタ２３のエネルギー回収割合の最小値以下にする。これにより、キャパシタ２３に充電するエネルギーを低減し、キャパシタ２３の発熱を抑制することにより、冷却媒体の液温上昇を抑制する。

　低温モード（ステップＳ１７０）において、キャパシタ２３のエネルギー回収割合を、通常モードのキャパシタ２３のエネルギー回収割合の最大値以上にする。これにより、キャパシタ２３に充電するエネルギーを増加し、キャパシタ２３の発熱を促すことにより、冷却媒体の液温上昇を助長する（ヒートモード機能２５ａ）。

　エラーモード（ステップＳ１２０）において、高温モード（ステップＳ１４０）における制御と同様な制御をおこなう。

　～動作～
　本実施形態の動作について説明する。

　通常時には、冷却媒体の液温は常温（基準温度Ｔ１Ｌ（第１閾値）以上、基準温度Ｔ１Ｈ（第２閾値）未満）であり、通常モードが選択され（Ｓ１００→Ｓ１１０→Ｓ１３０→Ｓ１５０→Ｓ１６０）、ＰＣＵ２５は、キャパシタ２３とアシストモータ２２との最適なエネルギー回収割合を設定する。一方、キャパシタ２３、旋回電動モータ２４、ＰＣＵ２５などの電動機器は発熱を伴うため、故障防止の点から冷却する必要がある。冷却回路３０はラジエータ３１によって冷却された冷却媒体をポンプ３２で循環し、この冷却媒体によりキャパシタ２３、ＰＣＵ２５、旋回電動モータ２４の順に電動機器を冷却する。

　本実施形態が特に有効であるのは寒冷地などでの作業時である。

　寒冷地など外気が低温であると、冷却媒体の液温も低温（基準温度Ｔ１Ｌ（第１閾値）未満）となる可能性もあり、冷却媒体の粘性が増し、ポンプ負荷が増大し、エネルギー効率が低下する。そこで、低温時には、低温モードが選択され（Ｓ１００→Ｓ１１０→Ｓ１３０→Ｓ１５０→Ｓ１７０）、ＰＣＵ２５のヒートモード機能２５ａが作動する。すなわち、ＰＣＵ２５は、キャパシタ２３のエネルギー回収割合を、通常モードのキャパシタ２３のエネルギー回収割合の最大値以上（例えば、アシストモータ２２：キャパシタ２３＝２：８）に設定する。

　油圧ショベルの作業時、上部旋回体１０１は旋回モータ１０５（１６，２４）により下部走行体１００に対して旋回する。旋回電動モータ２４は制動時の運動エネルギーを電気エネルギーとして回収する。このとき、ＰＣＵ２５は、この回収したエネルギーの２割を、アシストモータ２２を駆動してエンジン１１の負荷をアシストするために用い、残り８割をキャパシタ２３に充電する。通常モードに比べ、キャパシタ２３に充電するエネルギーが増加し、キャパシタ２３が発熱することにより、冷却媒体の液温が上昇する。これにより、冷却媒体の粘性が低下する。

　更に、コントローラ５０は、ヒートモード機能作動時に、ポンプ３２の回転数を下げるような制御を行う。これにより、単位量当りの冷却媒体は、キャパシタ２３発熱からより多くのエネルギーを受けることになり、冷却媒体の液温はより上昇する。

　冷却媒体の液温が基準温度Ｔ１Ｌ以上になると、通常モードが選択され、ＰＣＵ２５は、ヒートモード機能２５ａを停止し、通常のエネルギーマネージメント・パワーフロー制御を行う。これにより、低温時の冷却媒体の粘性増加に起因するエネルギー効率低下を防止できる。

　なお、本実施形態は、エラーモード（ステップＳ１２０）、高温モード（ステップＳ１４０）が選択された場合にも、有効である。

　上記に寒冷地の作業時の例を述べたが、一般に電動機器の発熱に伴い、冷却媒体の液温も高温（基準温度Ｔ１Ｈ（第２閾値）以上）となり、電動機器を充分に冷却することができない可能性もある。高温時には、高温モードが選択され（Ｓ１００→Ｓ１１０→Ｓ１３０→Ｓ１４０）、ＰＣＵ２５は、キャパシタ２３のエネルギー回収割合を、通常モードのキャパシタ２３のエネルギー回収割合の最小値以下（例えば、アシストモータ２２：キャパシタ２３＝８：２）に設定し、回収したエネルギーの８割を、アシストモータ２２を駆動してエンジン１１の負荷をアシストするために用い、残り２割をキャパシタ２３に充電する。通常モードに比べ、キャパシタ２３に充電するエネルギーが減少し、キャパシタ２３の発熱を抑制することにより、冷却媒体の液温上昇を抑制する。

　なお、アシストモータ２２は、エンジン１１を冷却するための冷却ファンにより空冷されるため、冷却回路３０に与える影響はない。

　冷却媒体の液温が基準温度Ｔ１Ｈ未満になると、通常モードが選択され、通常のエネルギーマネージメント・パワーフロー制御を行う。これにより、冷却回路３０は、キャパシタ２３、ＰＣＵ２５、旋回電動モータ２４の電動機器を冷却することができる。また、アシストモータ２２を駆動してエンジン１１の負荷をアシストすることにより、エネルギー効率の点でも好ましい。

　故障により電動機器が異常発熱する場合には、エラーモードが選択され（Ｓ１００→Ｓ１１０→Ｓ１２０）、ＰＣＵ２５は、高温モードにおける制御と同様な制御をおこなう。コントローラ５０は、エラーモードである旨をモニタ６３に表示する。

　～効果～
　本実施形態の効果について説明する。

　従来技術の冷却システムは、冷却回路（基本構成）と、複数の切換弁とヒータを有するヒート回路とを付加構成として備え、低温時において、切換弁を制御してヒート回路を形成し、外部熱源であるヒータにより冷却媒体を加温することにより、低温時の冷却媒体の粘性増加に起因するエネルギー効率低下を防止していた。このような複雑な構成は、製造コスト増加や故障の原因となる。また、このヒータは外部熱源であり、エネルギー効率の点で好ましくない。

　本実施形態は、ＰＣＵ２５がヒートモード機能２５ａを有するものであり（図３参照）、基本構成（冷却回路３０）のみの簡素な構成で、低温時の冷却媒体の粘性増加に起因するエネルギー効率低下を防止できる。簡素な構成により、低温時のエネルギー効率低下を防止でき、製造コスト削減や信頼性向上という更なる効果が得られる。また、旋回電動モータ２４の制動時の運動エネルギーを電気エネルギーとして用いるため、外部熱源を必要とせず、エネルギー効率の点で好ましい。

　〈第２実施形態〉
　～構成～
　本実施形態において、ハイブリッド式油圧ショベルの駆動システムおよび冷却システムは、第１実施形態と同じであり（図２・３参照）、詳細を省略する。

　図７は、ハイブリッド式油圧ショベルの油圧システム１０（特に旋回駆動）の詳細図である。図３と同じ構成には同じ符号を付している。なお、油圧システム１０は、第１実施形態と同じであるが、便宜上、第１実施形態では説明を省略している。

　方向制御弁ユニット１３はアクチュエータごとにスプールと呼ばれる弁部品を有し、操作レバー６２からの指令（パイロット操作圧）に応じて対応するスプールが変位することで開口面積が変化し、各油路を通過する圧油の流量が変化する。なお、旋回用スプール１３のみを図示する。

　油圧ポンプ１２は可変容量ポンプであり、レギュレータ６４を有し、レギュレータ６４を制御することで油圧ポンプ１２の傾転角が変わって油圧ポンプ１２の押し退け容積が変わり、油圧ポンプ１２の吐出流量と出力トルクが変わる。

　旋回電動モータ２４と旋回油圧モータ１６との両方を駆動して旋回体を駆動する油圧電動複合旋回時には、油圧システム１０は、電動システム２０の旋回電動モータ２４の作動トルクの分だけ、旋回油圧モータ１６の出力トルクが減少するように可変リリーフ弁７０ａ，７０ｂを制御する。これにより、旋回電動モータ２４の出力トルクと旋回油圧モータ１６の出力トルクの合計が常にほぼ一定となり、良好な操作性を確保している。詳細な制御および関連する構成については説明を省略する。

　操作レバー６２はパイロットポンプ６６からの圧力をレバー操作量に応じて減圧する減圧弁を内蔵し、レバー操作量に応じた圧力（パイロット操作圧）を旋回用スプール１３の左右いずれかの圧力室に与える。

　ゲートロックレバー６１は運転席の入り口を制限する下げ位置（ロック解除位置）と運転席の入り口を開放する上げ位置（ロック位置）とに選択的に操作される。パイロット圧遮断弁６５は、パイロットライン上に設けられ、ゲートロックレバー６１の上げ位置、下げ位置に基づいてＯＮ／ＯＦＦ制御され、パイロット１次圧を遮断とし、またパイロット操作圧の発生を可能する。

　～制御～
　本実施形態において、コントローラ５０は、ゲートロックレバー６１の上げ位置（ロック位置）への操作信号を入力すると、油圧ショベルが不操作状態であると判定する。また、操作レバー６２からの操作信号を所定時間継続して入力しないと、油圧ショベルが不操作状態であると判定する（図４参照）。すなわち、ゲートロックレバー６１と操作レバー６２とコントローラ５０は、不操作状態検出手段を構成する。

　コントローラ５０によるモード判定処理は、第１実施形態と同じであり（図５参照）、詳細を省略する。

　ＰＣＵ２５は、通常モード（ステップＳ１６０）において、エネルギーマネージメント・パワーフロー制御を行う（図６参照）。

　本実施形態の特徴として、低温モード（ステップＳ１７０）において、コントローラ５０が不操作状態を検出すると、ＰＣＵ２５は、キャパシタ２３とアシストモータ２２との間で充放電を繰り返す制御を行う。これにより、キャパシタ２３に充放電するエネルギーを増加し、キャパシタ２３の発熱を促すことにより、冷却媒体の液温上昇を助長する（ヒートモード機能２５ｂ）（図２参照・図３に追記）。

　～動作・効果～
　本実施形態が特に有効であるのは、油圧ショベルの暖機運転時などである。

　油圧ショベルの始動時は油圧ショベルが充分に暖機されておらず、冷却媒体の液温が低温（基準温度Ｔ１Ｌ（第１閾値）未満）である可能性もある。また、油圧ショベルのアイドリング時間が長くなると、冷却媒体の液温が低温となる可能性もある。

　一方、油圧ショベルの始動時やアイドリング時は暖機運転が行われる。暖機運転中は、安全の観点から、オペレータはゲートロックレバー６１を上げ位置（ロック位置）に操作する。また、オペレータはしばらくの間、操作レバー６２を操作することはない。これにより、コントローラ５０が不操作状態を検出する。

　低温時には低温モードが選択され（Ｓ１７０）、コントローラ５０が不操作状態を検出すると、暖機運転の一つとして、ＰＣＵ２５のヒートモード機能２５ｂが作動する。

　ＰＣＵ２５は、キャパシタ２３とアシストモータ２２との間で充放電を繰り返す制御を行う。キャパシタ２３に充放電するエネルギーが増加し、キャパシタ２３が発熱することにより、冷却媒体の液温が上昇する。これにより、冷却媒体の粘性が低下する。更に冷却媒体の液温が上昇するように、コントローラ５０は、ヒートモード機能作動時に、ポンプ３２の回転数を下げるような制御を行う。

　このとき、暖機運転中である旨をモニタ６３に表示し、オペレータに注意を促してもよい。

　冷却媒体の液温が基準温度Ｔ１Ｌ以上になると、通常モードが選択される。ＰＣＵ２５は、ヒートモード機能２５ｂを停止する。

　本実施形態も、ＰＣＵ２５がヒートモード機能２５ｂを有するものであり、基本構成のみの簡素な構成で、低温時の冷却媒体の粘性増加に起因するエネルギー効率低下を防止できる。すなわち、第１実施形態と同じ効果を得る。

　〈第３実施形態〉
　～構成～
　便宜上説明を省略しているが、第１および第２実施形態においても、油圧ショベルは旋回パーキングブレーキを備えている。図７に、旋回パーキングブレーキ６８を追記する。

　旋回パーキングブレーキ６８は、シリンダ室とブレーキ部材とバネ部材を有している。シリンダ室に圧油が供給されていなければ、バネ部材の付勢力によりブレーキ部材が旋回用油圧モータ１６の回転軸６７に作用し、ブレーキが作動する。シリンダ室に圧油が供給されると、その油圧がバネ部材の付勢力に対抗することによりブレーキ部材が旋回用油圧モータ１６の回転軸６７から外れ、ブレーキが解除される。

　回転軸６７は旋回用油圧モータ１６と旋回電動モータ２４との共通の回転軸であり、旋回パーキングブレーキ６８は旋回用油圧モータ１６の駆動を制止できるとともに、旋回電動モータ２４の駆動も制止できる。

　旋回パーキングブレーキ６８のシリンダ室には、ゲートロックレバー６１，操作レバー６２の操作と連動して、パイロットポンプ６６からの圧油が供給される。すなわち、ゲートロックレバー６１が上げ位置（ロック位置）に操作されるか、または、操作レバー６２が操作されないと、旋回パーキングブレーキ６８は旋回用油圧モータ１６・旋回電動モータ２４の駆動を制止し（ブレーキ作動）、ゲートロックレバー６１が下げ位置（ロック解除位置）に操作され、かつ、操作レバー６２が操作されると、旋回パーキングブレーキ６８はブレーキを解除する。

　～制御～
　コントローラ５０は、ゲートロックレバー６１、操作レバー６２の操作信号を入力し、旋回パーキングブレーキ６８の作動・不作動を検出する（図４参照）。

　コントローラ５０によるモード判定処理は、第１実施形態と同じであり（図５参照）、詳細を省略する。

　ＰＣＵ２５は、通常モード（ステップＳ１６０）において、エネルギーマネージメント・パワーフロー制御を行う（図６参照）。

　本実施形態の特徴として、低温モード（ステップＳ１７０）において、コントローラ５０が旋回パーキングブレーキ６８の作動を検出すると、ＰＣＵ２５は、旋回電動モータ２４を駆動する制御を行う。これにより、旋回電動モータ２４の発熱を促すことにより、冷却媒体の液温上昇を助長する（ヒートモード機能２５ｃ）（図２参照・図３に追記）。

　～動作・効果～
　本実施形態が特に有効であるのは、第２実施形態と同様に、油圧ショベルの暖機運転時などである。

　油圧ショベルの始動時は油圧ショベルが充分に暖機されておらず、冷却媒体の液温が低温（基準温度Ｔ１Ｌ（第１閾値）未満）である可能性もある。また、作業の合間等で、油圧ショベルのアイドリング時間が長くなると、冷却媒体の液温が低温となる可能性もある。

　一方、暖機運転中は、安全の観点から、オペレータはゲートロックレバー６１を上げ位置（ロック位置）に操作し、しばらくの間、操作レバー６２を操作することはない。これにより、旋回パーキングブレーキ６８は旋回用油圧モータ１６・旋回電動モータ２４の駆動を制止し、コントローラ５０はブレーキ作動を検出する。

　低温時には低温モードが選択され（Ｓ１７０）、コントローラ５０がブレーキ作動を検出すると、暖機運転の一つとして、ＰＣＵ２５のヒートモード機能２５ｃが作動する。

　ＰＣＵ２５は、旋回電動モータ２４を駆動する力行制御をおこなう。一方、旋回電動モータ２４は旋回パーキングブレーキ６８により制動されており、制止状態を維持する。旋回電動モータ２４を駆動しようとする電気エネルギーのほとんどが熱エネルギーにかわる。旋回電動モータ２４が発熱することにより、冷却媒体の液温が上昇する。これにより、冷却媒体の粘性が低下する。更に冷却媒体の液温が上昇するように、コントローラ５０は、ヒートモード機能作動時に、ポンプ３２の回転数を下げるような制御を行う。

　このとき、暖機運転中である旨をモニタ６３に表示し、オペレータに注意を促してもよい。

　冷却媒体の液温が基準温度Ｔ１Ｌ以上になると、通常モードが選択される。ＰＣＵ２５は、ヒートモード機能２５ｃを停止する。

　本実施形態も、ＰＣＵ２５がヒートモード機能２５ｃを有するものであり、基本構成のみの簡素な構成で、低温時の冷却媒体の粘性増加に起因するエネルギー効率低下を防止できる。すなわち、第１実施形態と同じ効果を得る。

　〈その他の実施形態〉
　本発明は上記実施形態に限られるものではなく、その趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内において、種々の変形が可能である。本発明の本質は、ＰＣＵ２５がヒートモード機能２５ａ，２５ｂ，２５ｃを有することにある。以下、その他の実施形態を説明する。

　１．各実施形態において、ヒートモード機能２５ａ，２５ｂ，２５ｃを個別に有していたが、複数または全て有していてもよい。ヒートモード機能２５ａ，２５ｂ，２５ｃは相互に干渉することはなく、複数有することにより、更に冷却媒体の液温が上昇する。

　２．各実施形態において、ハイブリッド式油圧ショベルの駆動システムの一例を図２に示したが、本発明の冷却システムは、他の駆動システムにも適用できる。図８は、別の駆動システムの一例を示す図である。アシストモータ２２は、エンジン１１と油圧ポンプ１２の間に連結され、エンジン１１が油圧ポンプ１２を駆動するときの余剰トルクにより駆動される。ＰＣＵ２５は、アシストモータ２２の駆動により発生した電力をキャパシタ２３に蓄電し、また、キャパシタ２３から電力の供給を受け、旋回モータ２４を駆動する。一方、エンジン負荷が大きくなると、ＰＣＵ２５は、キャパシタ２３から電力の供給を受け、アシストモータ２２を電動機として駆動し、不足トルク分、エンジン１１をアシストする。また、ＰＣＵ２５は、旋回モータ２４制動時の回収エネルギーを、アシストモータ２２を駆動しエンジン１１をアシストするために用いるか、キャパシタ２３に蓄電するかを制御する。

　すなわち、図２に示す駆動システムが油圧電動複合旋回式であるのに対し、図８に示す駆動システムが電動単独旋回式である点で相違する。しかし、ＰＣＵ２５がヒートモード機能２５ａ，２５ｂ，２５ｃを有することにより、上記実施形態と同じ効果を得る。

　１０　油圧システム
　１１　エンジン
　１２　油圧ポンプ
　１３　方向制御弁ユニット
　１４　油圧アクチュエータ
　１５　被駆動部材
　１６　旋回油圧モータ　
　２０　電動システム
　２２　第１電動機（アシストモータ）
　２３　蓄電装置（キャパシタ）
　２４　第２電動機（旋回電動モータ）
　２５　ＰＣＵ
　２５ａ，２５ｂ，２５ｃ　ヒートモード機能
　３０　冷却回路
　３１　ラジエータ
　３２　ポンプ
　５０　コントローラ
　５１～５４　温度検出センサ
　６１　ゲートロックレバー
　６２　操作レバー
　６３　モニタ
　６４　レギュレータ
　６５　パイロット圧遮断弁
　６６　パイロットポンプ
　６７　回転軸
　６８　旋回パーキングブレーキ
　８０　エンジン冷却回路
　８１　ラジエータ
　８２　ポンプ
　１００　下部走行体
　１０１　上部旋回体
　１０２　フロント装置
　１０３ａ，１０３ｂ　クローラ式走行装置
　１０４ａ，１０４ｂ　走行モータ
　１０５　旋回モータ
　１０６　エンジンルーム
　１０７　運転室
　１１１　ブーム
　１１２　アーム
　１１３　バケット
　１１４　ブームシリンダ
　１１５　アームシリンダ
　１１６　バケットシリンダ

Claims (7)

1. 　エンジン（１１）と、前記エンジンにより駆動する油圧ポンプ（１２）と、前記油圧ポンプからの吐出油により駆動する油圧アクチュエータ（１４）と、前記エンジンにより駆動する第１電動機（２２）と、前記第１電動機および第２電動機（２４）による発電電力を充電する蓄電装置（２３）と、前記第１電動機および前記蓄電装置の電力により駆動する前記第２電動機と、前記第１電動機および前記第２電動機の駆動および前記蓄電装置の充放電を制御するパワーコントロールユニット(PCU)（２５）とを備えたハイブリッド式作業機に搭載され、
   　冷却媒体を冷却するラジエータ（３１）と前記冷却媒体を循環するポンプ（３２）とを有し、前記ラジエータによって冷却された冷却媒体を前記ポンプで循環し、その冷却媒体により前記蓄電装置と前記ＰＣＵと前記第２電動機との各電動機器を冷却するハイブリッド式作業機の冷却システムにおいて、
   　更に、前記冷却媒体の液温を検出する液温検出センサ（５１～５４）を備え、
   　前記ＰＣＵは、前記検出液温が第１閾値未満である低温モードである場合に、いずれかの電動機器の発熱を促すヒートモード機能（２５ａ、２５ｂ、２５ｃ）を有する
   　ことを特徴とするハイブリッド式作業機の冷却システム。
2. 　請求項１記載のハイブリッド式作業機の冷却システムにおいて、
   　前記ＰＣＵは、前記液温検出センサが検出する液温に基づいて、前記蓄電装置の充放電を制御し、
   　前記低温モード時には、前記ヒートモード機能が作動する
   　ことを特徴とするハイブリッド式作業機の冷却システム。
3. 　請求項１記載のハイブリッド式作業機の冷却システムにおいて、
   　前記ＰＣＵは、前記検出液温が前記第１閾値以上である第２閾値未満である通常モードである場合に、前記蓄電装置と前記第１電動機との最適なエネルギー回収割合を設定する制御を行い、
   　前記ヒートモード機能は、前記低温モードである場合の前記蓄電装置のエネルギー回収割合を、前記通常モードの前記蓄電装置のエネルギー回収割合の最大値以上にする
   　ことを特徴とするハイブリッド式作業機の冷却システム。
4. 　請求項１記載のハイブリッド式作業機の冷却システムにおいて、
   　前記ハイブリッド式作業機は、作業機の不操作状態を検出する不操作状態検出手段（５０，６１，６２）を備え、
   　前記ヒートモード機能は、前記低温モードであり、かつ、前記不操作状態検出手段が作業機の不操作状態を検出すると、前記蓄電装置と前記第１電動機との間で充放電を繰り返す制御を行う
   　ことを特徴とするハイブリッド式作業機の冷却システム。
5. 　請求項１記載のハイブリッド式作業機の冷却システムにおいて、
   　前記ハイブリッド式作業機は、前記第２電動機の駆動を制動する制動装置（６８）を備え、
   　前記ヒートモード機能は、前記低温モードであり、かつ、前記制動装置が第２電動機の駆動を制止すると、前記第２電動機を駆動する力行制御を行う
   　ことを特徴とするハイブリッド式作業機の冷却システム。
6. 　請求項１記載のハイブリッド式作業機の冷却システムにおいて、
   　前記ヒートモード機能が作動するときは、前記ポンプの回転数を下げる
   　ことを特徴とするハイブリッド式作業機の冷却システム。
7. 　請求項１記載のハイブリッド式作業機の冷却システムにおいて、
   　前記ハイブリッド式作業機は、表示装置（６３）を備え、
   　前記表示装置は、前記ヒートモード機能が作動すると、ヒートモード機能が作動している旨を表示する
   　ことを特徴とするハイブリッド式作業機の冷却システム。

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