WO2014208568A1 - ハイブリッド式作業機械 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は本発明の実施の形態に係るハイブリッド式油圧ショベルの外観図である。この図に示す油圧ショベルは、ブーム1a、アーム1b及びバケット1cを有する多関節型のフロント作業装置1Aと、上部旋回体1d及び下部走行体1eを有する車体1Bを備えている。
圧力センサ18は、操作レバー4bが生成する油圧操作信号のうち左右方向の旋回操作(すなわち、旋回電動機16の操作)を指示する油圧操作信号が通過するパイロット油路に設置されており、その油圧操作信号を検出する。車体コントローラ11は、圧力センサ18の検出信号(電気信号)を入力し、検出した油圧操作信号に応じて旋回電動機16の駆動制御を行う。具体的には、左方向の旋回操作を指示する油圧操作信号を検出したときは、その油圧操作信号に基づいてインバータ13を制御して旋回電動機16を駆動する力行制御を行い、油圧操作信号に対応した速度で上部旋回体1dが左旋回するように旋回電動機16を作動させる。一方、右方向の旋回操作を指示する油圧操作信号を検出したときは、その油圧操作信号に基づいてインバータ13を制御して旋回電動機16を駆動する力行制御を行い、油圧操作信号に対応した速度で上部旋回体1dが右旋回するように旋回電動機16を作動させる。
また、車体コントローラ11は、上部旋回体1dの制動時(旋回制動時)にインバータ13を制御して旋回電動機16を発電機として動作させる発電制御を行い、旋回電動機16から電気エネルギを回収するとともに、回収した電気エネルギをバッテリ15に蓄える制御を行う。
また、車体コントローラ11は、油圧ポンプ6の油圧負荷(ポンプ吸収トルク)が軽くかつ、バッテリコントローラ20によって検出されるバッテリ15の蓄電残量が少ないときは、インバータ12を制御してアシスト電動機10を発電機として動作させる発電制御を行い、余剰の電力を発生させるとともに、発生した余剰電力をバッテリ15に蓄える制御を行う。逆に、油圧ポンプ6の油圧負荷(ポンプ吸収トルク)が重くかつ、バッテリコントローラ20によって検出される、バッテリ15の蓄電残量が所定量以上あるときは、インバータ12を制御してアシスト電動機10にバッテリ15の電力を供給してアシスト電動機10を電動機として動作させる力行制御を行い、油圧ポンプ6をアシスト駆動する。
前述のように、エンジンコントローラ14では、エンジン7の目標燃料噴射量が演算される。一般的に、エンジンの燃料噴射量は、エンジンのトルクにほぼ対応することが知られており、燃料噴射量とトルクの関係を示すマップが利用されている。そこで当該マップを参照し、エンジンコントローラ14で演算された目標燃料噴射量からエンジン7のトルクを推定する。このように推定されたトルクと、回転数センサ19から入力される回転数をエンジンコントローラ14から車体コントローラ11に出力し、車体コントローラ11でトルクと回転数の積を演算することによりエンジン動力Peの推定値が算出できる。
この方法を説明するにあたって、まず油圧ポンプ6の吸収動力Ppの推定方法について説明するが、その推定に際して、車体コントローラ11は、まず、油圧ポンプ6の流量を推定する。油圧ポンプ6の流量の推定値を算出するには、操作レバー4a、4bによる制御パイロット圧力を圧力センサ17,18で検出し、これらを車体コントローラ11に出力する。前述のように制御パイロット圧力は、シャトル弁ブロック9を通して、レギュレータ6aに導かれ、油圧ポンプ6の斜板傾転角(容量)を増減させる。そこで、車体コントローラ11において、制御パイロット圧力の検出値に対し、これら油圧回路の動作に対応する演算を行い、レギュレータ6aに供給される油圧操作信号を演算することで、油圧ポンプ6の流量が推定できる。そして、この流量推定値と、圧力センサ21から車体コントローラ11に出力される油圧ポンプ6の吐出圧との積を、油圧ポンプ6の効率で除することで、油圧ポンプ6の吸収動力Ppが算出できる。
この方法では、操作レバー4a,4bの操作が行われていないと判定された場合には、油圧ショベルによる作業が行われていないと推定して、エンジン動力Peを0とみなす。一方、操作レバー4a,4bの操作が行われていると判定された場合には、何らかの作業中なのでエンジン動力Peを最大値とみなす。その際、操作レバー4a,4bの操作の有無は、圧力センサ17,18によって検出される制御パイロット圧の大小で判断することができる。当該制御パイロット圧が設定値(例えば、0.5MPa)以下の場合には、操作レバー4a,4bによる操作は行われていないと判定し、当該設定値を超えている場合には、操作レバー4a,4bによる操作が行われていると判定する。
Claims (6)
- エンジンと、
前記エンジンの動力を利用して発電する電動発電機と、
前記エンジンおよび/または前記電動発電機の動力を利用して作動する油圧ポンプと、
前記電動発電機に対し発電要求を出力する時に前記エンジンに要求される動力であるエンジン要求動力を推定し、当該エンジン要求動力が予め設定したしきい値以下のときにのみ前記電動発電機の発電を許可する制御装置とを備えることを特徴とするハイブリッド式作業機械。 - 請求項1に記載のハイブリッド式作業機械において、
前記しきい値は、前記しきい値未満の範囲で前記エンジンの動力を所定の値だけ増加したときのエネルギ損失増加割合が、前記しきい値を超える範囲で前記エンジンの動力を前記所定の値だけ増加したときのエネルギ損失増加割合よりも小さくなるように選択されていることを特徴とするハイブリッド式作業機械。 - 請求項2に記載のハイブリッド式作業機械において、
前記制御装置は、
前記発電要求時に前記油圧ポンプと前記電動発電機が前記エンジンに要求する動力である油圧ポンプ要求動力と電動発電機要求動力をそれぞれ算出し、当該油圧ポンプ要求動力と当該電動発電機要求動力の和に基づいて前記エンジン要求動力を算出しており、
当該エンジン要求動力が前記しきい値以下のとき、前記電動発電機に前記電動発電機要求動力を供給することを特徴とするハイブリッド式作業機械。 - 請求項2に記載のハイブリッド式作業機械において、
前記制御装置は、
前記発電要求時に前記油圧ポンプと前記電動発電機が前記エンジンに要求する動力である油圧ポンプ要求動力と電動発電機要求動力をそれぞれ算出し、当該油圧ポンプ要求動力と当該電動発電機要求動力の和に基づいて前記エンジン要求動力を算出しており、
前記エンジン要求動力が前記しきい値より大きく、かつ、前記油圧ポンプ要求動力が前記しきい値未満のとき、前記しきい値から前記油圧ポンプ要求動力を減じた値以下の動力を前記電動発電機に供給することを特徴とするハイブリッド式作業機械。 - 請求項2に記載のハイブリッド式作業機械において、
前記制御装置は、
前記発電要求時に前記油圧ポンプと前記電動発電機が前記エンジンに要求する動力である油圧ポンプ要求動力と電動発電機要求動力をそれぞれ算出し、当該油圧ポンプ要求動力と当該電動発電機要求動力の和に基づいて前記エンジン要求動力を算出しており、
前記エンジン要求動力が前記しきい値より大きく、かつ、前記油圧ポンプ要求動力が前記しきい値以上のとき、前記電動発電機による発電を禁止すること特徴とするハイブリッド式作業機械。 - 請求項1に記載のハイブリッド式作業機械において、
前記電動発電機により発電された電力を蓄える蓄電装置をさらに備え、
前記電動発電機による発電量は、前記蓄電装置の蓄電残量に基づいて決定されており、
前記しきい値は、前記蓄電装置の蓄電残量の減少に応じて増加するように設定されていることを特徴とするハイブリッド式作業機械。
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