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JP2005194978A - Working machine - Google Patents

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JP2005194978A
JP2005194978A JP2004004376A JP2004004376A JP2005194978A JP 2005194978 A JP2005194978 A JP 2005194978A JP 2004004376 A JP2004004376 A JP 2004004376A JP 2004004376 A JP2004004376 A JP 2004004376A JP 2005194978 A JP2005194978 A JP 2005194978A
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JP
Japan
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operation mode
engine
high output
motor
hydraulic pump
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2004004376A
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Japanese (ja)
Inventor
Hideaki Yoshimatsu
英昭 吉松
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Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Original Assignee
Kobelco Construction Machinery Co Ltd
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Publication date
Application filed by Kobelco Construction Machinery Co Ltd filed Critical Kobelco Construction Machinery Co Ltd
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  • Hybrid Electric Vehicles (AREA)
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enable change over of a normal operation mode and a high output operation mode in a parallel system and to regulate maximum pump delivery flow rate in the high output operation mode. <P>SOLUTION: In a parallel system driving a hydraulic pump 13 and a generator-motor 14 by an engine 11 and supplementing engine output by driving the generator-motor 14 by charged electric power of a capacitor 19 when necessary power of the hydraulic pump 13 is large, the engine 11 is operated in a high efficiency range by signal from a controller 23 when the normal operation mode is selected by an operation mode change over switch 22. The engine 11 is operated in a high output range and a maximum capacity of the hydraulic pump 13 is set to a smaller capacity than the normal operation mode. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は発電機作用と電動機作用を行う動力機を備え、エンジンによってこの動力機と液圧ポンプを駆動する所謂ハイブリッド式の作業機械に関するものである。   The present invention relates to a so-called hybrid work machine that includes a power machine that performs a generator action and a motor action, and that drives the power machine and a hydraulic pump by an engine.

ハイブリッド式の作業機械において、エンジンで発電機を駆動し、この発電機の発電力と蓄電装置の蓄電力とによって電動機を回転させ、この電動機で液圧ポンプを駆動して液圧アクチュエータを作動させるものが公知である。   In a hybrid work machine, a generator is driven by an engine, the electric motor is rotated by the power generated by the generator and the electric power stored in the power storage device, and a hydraulic pump is driven by the electric motor to operate a hydraulic actuator. Are known.

この公知技術は、エンジン−発電機−電動機−ポンプの接続方式から所謂シリーズ方式と呼ばれている。   This known technique is called a so-called series system because of the engine-generator-motor-pump connection system.

また、このシリーズ方式をとるハイブリッド式の作業機械において、通常作業時にはエンジン出力(発電機出力)と蓄電装置の出力を併用するハイブリッド方式によって省エネルギー運転を行い、高速走行時のような高出力を要する場合に、上記通常運転モードよりもエンジン出力が高い高出力運転モードに切換える技術が提案されている(たとえば特許文献１参照)。
特開２００３−１７２１６７号公報 In addition, in hybrid work machines that use this series method, energy saving operation is performed by a hybrid method that uses both engine output (generator output) and power storage device output during normal work, and high output is required as in high-speed running In this case, a technique for switching to a high output operation mode in which the engine output is higher than that in the normal operation mode has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
JP 2003-172167 A

ところが、上記シリーズ方式に対してパラレル方式、すなわち、エンジンで液圧ポンプと動力機(１台で発電機作用と電動機作用を行う発電機電動機を用いる場合と、別々の発電機と電動機を併用する場合とがある)を駆動する方式をとる場合に、次の問題が生じていた。   However, in parallel to the above series system, that is, in the case of using a hydraulic pump and a motor in the engine (a generator motor that performs a generator action and a motor action in one unit and a case in which separate generators and motors are used in combination) The following problems have arisen when using the driving method.

エンジンを高出力運転モードにすると、通常運転モードよりもエンジン速度が高くなる。すると、このエンジンで駆動される液圧ポンプの最大吐出流量が増加するため、液圧回路の圧力損失が増加する。たとえば流量が１．５倍になると圧力損失はその２乗近い２．２倍に増加する。   When the engine is set to the high output operation mode, the engine speed is higher than that in the normal operation mode. Then, since the maximum discharge flow rate of the hydraulic pump driven by this engine increases, the pressure loss of the hydraulic circuit increases. For example, when the flow rate becomes 1.5 times, the pressure loss increases to 2.2 times that is close to the square.

この点の対策として、液圧機器のサイズや配管サイズを大きくすることが考えられるが、高出力運転モードは使用頻度が低いだけに過剰品質となってコスト上不利となる。また、機械に設置する上でのスペース面での制約があるため、機器及び配管の大形化は現実には難しい。   As measures against this point, it is conceivable to increase the size of hydraulic equipment and the size of piping. However, the high output operation mode is excessive in quality because it is used less frequently, which is disadvantageous in terms of cost. In addition, due to space limitations in installing the machine, it is difficult to increase the size of equipment and piping in practice.

そこで本発明は、パラレル方式において通常運転モードと高出力運転モードとに切換え可能で、しかも高出力運転モードでのポンプの最大吐出流量を抑制することができる作業機械を提供するものである。   Therefore, the present invention provides a work machine that can be switched between a normal operation mode and a high-output operation mode in a parallel system and that can suppress the maximum discharge flow rate of the pump in the high-output operation mode.

請求項１の発明は、容量が制御される可変容量型の液圧ポンプと、発電機作用と電動機作用を行う動力機と、蓄電装置と、上記液圧ポンプ及び動力機を駆動するエンジンとを備え、上記動力機の発電機作用によって上記蓄電装置に充電し、電動機作用によって上記エンジンの出力を補うように構成された作業機械において、制御手段により、運転モードを、上記エンジンを効率の高い高効率範囲で運転する通常運転モードと、エンジンをこの通常運転モードよりも高速の高出力範囲で運転するとともに上記液圧ポンプの最大容量を上記通常運転モードよりも小容量に設定する高出力運転モードとの間で切換え得るように構成されたものである。   The invention of claim 1 includes a variable displacement hydraulic pump whose capacity is controlled, a power machine that performs a generator action and a motor action, a power storage device, and an engine that drives the hydraulic pump and the power machine, In a work machine configured to charge the power storage device by the generator action of the power machine and supplement the output of the engine by the motor action, the control means controls the operation mode in a high efficiency range where the engine is highly efficient. Between the normal operation mode in which the engine is operated and the high output operation mode in which the engine is operated in a high output range at a higher speed than the normal operation mode and the maximum capacity of the hydraulic pump is set to be smaller than the normal operation mode. It can be switched with

請求項２の発明は、請求項１の構成において、制御手段は、通常運転モードと高出力運転モードで上記液圧ポンプの最大吐出流量が同等となるように、高出力運転モードでの同ポンプの最大容量を設定するように構成されたものである。   According to a second aspect of the present invention, in the configuration of the first aspect, the control means is configured to control the pump in the high output operation mode so that the maximum discharge flow rate of the hydraulic pump is equal in the normal operation mode and the high output operation mode. Is configured to set the maximum capacity of the.

請求項３の発明は、請求項１または２の構成において、運転モードを通常運転モードと高出力運転モードのうちから選択する運転モード切換手段を備え、制御手段は、上記運転モード切換手段によって高出力運転モードが選択されたときに高出力運転モードに切換えるように構成されたものである。   According to a third aspect of the present invention, there is provided the operation mode switching means for selecting the operation mode from the normal operation mode and the high output operation mode in the configuration of the first or second aspect. When the output operation mode is selected, it is configured to switch to the high output operation mode.

請求項４の発明は、請求項１または２の構成において、液圧モータで駆動される走行手段と、走行速度を切換える走行速度切換手段とを備え、制御手段は、上記走行速度切換手段によって高速走行が可能な切換え位置が選択されかつ走行レバーが操作されたときに高出力運転モードに切換えるように構成されたものである。   According to a fourth aspect of the present invention, in the configuration of the first or second aspect, the vehicle includes traveling means driven by a hydraulic motor and traveling speed switching means for switching traveling speed, and the control means is operated at high speed by the traveling speed switching means. When a switching position where travel is possible is selected and the travel lever is operated, the high power operation mode is switched.

請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれかの構成において、蓄電装置としてキャパシタが用いられたものである。   According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, a capacitor is used as the power storage device.

本発明によると、エンジンで液圧ポンプと動力機を駆動するパラレル方式において、制御手段により、運転モードを通常運転モードと高出力運転モードとの間で切換えることができるため、通常作業時には通常運転モードでハイブリッド方式本来の省エネルギー運転を行い、高出力を要する場合(たとえば坂道や悪路といった走行負荷の高い状況での走行時、または高速走行時)に高出力運転モードに切換えることによって高出力運転が可能となる。   According to the present invention, in the parallel system in which the hydraulic pump and the power machine are driven by the engine, the operation mode can be switched between the normal operation mode and the high output operation mode by the control means. The high power operation can be achieved by switching to the high power operation mode when high energy is required (e.g. when driving under high driving conditions such as hills and rough roads or at high speeds). It becomes possible.

この場合、運転モードの切換えが、請求項３では運転モード切換手段の切換操作に基づいて、請求項４では走行速度切換手段の切換操作と走行レバーの操作とに基づいてそれぞれ自動的に行われる。   In this case, the operation mode is automatically switched on the basis of the switching operation of the operation mode switching means in claim 3, and on the basis of the switching operation of the traveling speed switching means and the operation of the traveling lever in claim 4. .

ここで、高出力運転モードでは、液圧ポンプの最大容量を通常運転モードのそれよりも小さく制限するため、エンジン回転数の増加に対してポンプ最大吐出流量の増加は抑制しながら圧力を高めて必要動力(馬力)を増加させることができる。   Here, in the high output operation mode, the maximum capacity of the hydraulic pump is limited to be smaller than that in the normal operation mode, so the pressure is increased while suppressing the increase in the maximum pump discharge flow rate against the increase in the engine speed. Necessary power (horsepower) can be increased.

すなわち、通常運転と高出力運転を両立させながら、高出力運転での液圧回路の圧力損失を抑えることが可能となる。   That is, it is possible to suppress the pressure loss of the hydraulic circuit in the high output operation while achieving both the normal operation and the high output operation.

とくに請求項２の発明によると、通常運転モードと高出力運転モードとでポンプ最大吐出流量が同等(同一またはほぼ同一)となるように、高出力運転モードでの液圧ポンプの最大容量を設定するため、両運転モードの圧力損失に差がなくなる。   In particular, according to the invention of claim 2, the maximum capacity of the hydraulic pump in the high output operation mode is set so that the pump maximum discharge flow rate is the same (same or almost the same) in the normal operation mode and the high output operation mode. Therefore, there is no difference in pressure loss between the two operation modes.

このため、液圧機器や配管の大形化を回避することができる。   For this reason, enlargement of hydraulic equipment and piping can be avoided.

また、請求項２の発明によると、操作手段の操作量と液圧アクチュエータの最大作動速度との対応関係を両運転モードでほぼ同じとすることができる。このため、操作性が良いものとなる。   According to the invention of claim 2, the correspondence relationship between the operation amount of the operating means and the maximum operating speed of the hydraulic actuator can be made substantially the same in both operation modes. For this reason, operability is good.

請求項５の発明によると、蓄電装置としてキャパシタ(電気二重層コンデンサ)を用いるため、二次電池を用いる場合と比較して寿命が長く、交換頻度が低くてすむため、コスト面で有利となる。   According to the invention of claim 5, since a capacitor (electric double layer capacitor) is used as a power storage device, the life is longer and the replacement frequency is lower than when a secondary battery is used, which is advantageous in terms of cost. .

液圧ポンプ、液圧アクチュエータとして、通常はそれぞれ油圧ポンプ、油圧アクチュエータが用いられるため、以下の実施形態ではこの場合で説明する。   Since the hydraulic pump and the hydraulic actuator are normally used as the hydraulic pump and the hydraulic actuator, respectively, the following embodiments will be described in this case.

また、以下の実施形態では適用対象としてショベルを例にとっている。   In the following embodiment, an excavator is taken as an example of an application target.

第１実施形態(図１〜図６参照)
ショベルは、図１に示すようにクローラ式の走行装置１を備えた下部走行体２上に上部旋回体３が搭載され、この上部旋回体３に、主たる作業装置である掘削装置４が取付けられて構成されている。 1st Embodiment (refer FIGS. 1-6)
As shown in FIG. 1, the excavator has an upper swing body 3 mounted on a lower travel body 2 provided with a crawler type travel device 1, and an excavator 4 as a main working device is attached to the upper swing body 3. Configured.

掘削装置４は、起伏自在なブーム５の先端にアーム６、このアーム６の先端にバックホー式のバケット７がそれぞれ取付けられて成り、ブーム５、アーム６、バケット７がそれぞれブームシリンダ８、アームシリンダ９、バケットシリンダ１０によって駆動される。   The excavator 4 has an arm 6 attached to the tip of a boom 5 that can be raised and lowered, and a backhoe bucket 7 attached to the tip of the arm 6, respectively. The boom 5, arm 6, and bucket 7 are a boom cylinder 8 and an arm cylinder, respectively. 9. Driven by the bucket cylinder 10.

なお、ショベルの変形として、バケット７としてクラムセル式のバケットが取付けられる場合や、バケット７に代えて掴み式や振動式の破砕装置が取付けられる場合、さらにアーム６として伸縮式のアームが用いられる場合等がある。   As a modification of the shovel, when a clam cell type bucket is attached as the bucket 7, when a gripping type or vibration type crushing device is attached instead of the bucket 7, and when an extendable arm is used as the arm 6 Etc.

図２はこのショベルの駆動系及び制御系のブロック構成を示す。   FIG. 2 shows a block configuration of a drive system and a control system of the shovel.

動力源としてのエンジン１１にパワーデバイダ１２を介して、可変容量型の油圧ポンプ１３と、１台で発電機作用と電動機作用を行う動力機としての発電機兼電動機１４とがパラレルに接続され、これらがエンジン１１によって同時に駆動される。   A variable displacement hydraulic pump 13 and a generator / motor 14 as a power machine that performs a generator action and a motor action by one unit are connected in parallel to an engine 11 as a power source via a power divider 12. Are simultaneously driven by the engine 11.

油圧ポンプ１３には、制御弁(アクチュエータごとに設けられているが、ここでは複数の制御弁の集合体として示す)１４を介してブーム、アーム、バケット各シリンダ８,９,１０、及び左、右両走行用油圧モータ１５,１６が接続され、油圧ポンプ１３から供給される圧油によってこれら油圧アクチュエータが駆動される。   The hydraulic pump 13 has a boom, an arm, and bucket cylinders 8, 9, 10, and a left, a control valve (provided for each actuator, but shown here as an aggregate of a plurality of control valves) 14, Both right traveling hydraulic motors 15 and 16 are connected, and these hydraulic actuators are driven by the pressure oil supplied from the hydraulic pump 13.

一方、発電機兼電動機１４には、制御器１７を介して旋回用電動機１８、及び蓄電装置としてのキャパシタ１９が接続されている。   On the other hand, the generator / motor 14 is connected to a turning motor 18 and a capacitor 19 as a power storage device via a controller 17.

制御器１７は、発電機兼電動機１４の発電機作用と電動機作用の切換え、発電電力あるいは電動機としての電流またはトルクを制御するとともに、旋回用電動機１８の入力電流を制御し、かつ、発電機兼電動機１４の発電機出力の過不足に応じてキャパシタ１９の充・放電を制御する。   The controller 17 switches between the generator operation and the motor operation of the generator / motor 14, controls the generated power or the current or torque as the motor, controls the input current of the turning motor 18, and also functions as the generator / motor. The charging / discharging of the capacitor 19 is controlled in accordance with the excess or deficiency of the generator output of the electric motor 14.

エンジン１１の速度はガバナ(メカニカルガバナまたは電子ガバナ)２０によって制御され、このガバナ２０がガバナ制御器２１によって制御される。   The speed of the engine 11 is controlled by a governor (mechanical governor or electronic governor) 20, and the governor 20 is controlled by a governor controller 21.

ガバナ制御器２１には、運転モードを通常運転モードと高出力運転モードのうちから選択する運転モード切換切換スイッチ２２がコントローラ２３を介して接続され、選択された運転モードに応じたコントローラ２３からの信号によってエンジン１１の運転が制御される。   The governor controller 21 is connected to an operation mode changeover switch 22 for selecting an operation mode from the normal operation mode and the high output operation mode via the controller 23, and the controller 23 according to the selected operation mode is supplied from the controller 23. The operation of the engine 11 is controlled by the signal.

すなわち、通常の掘削作業時や、走行負荷の小さい状況での走行時(たとえば平坦で抵抗の少ない路面での低速走行時)には通常運転モードが選択され、このときエンジン１１は相対的に出力が低くて効率の高い範囲で運転される。   That is, the normal operation mode is selected during normal excavation work or during traveling under a small traveling load (for example, when traveling at a low speed on a flat and low resistance road surface), and at this time, the engine 11 is relatively output. Is operated in a low and high efficiency range.

図３はエンジン１１の出力と効率の関係の一例を示し、エンジン出力が２２kＷで最もエンジン効率が高くなる。   FIG. 3 shows an example of the relationship between the output of the engine 11 and the efficiency. The engine efficiency is highest when the engine output is 22 kW.

図４はこのショベルにおけるエンジン速度とエンジン出力の関係を示し、通常運転モードでは、図中実線で示す高効率範囲（たとえばエンジン速度１６００ｍｉｎ-1でエンジン出力２２kＷの点）でエンジン１１が運転される。 FIG. 4 shows the relationship between the engine speed and the engine output in this excavator. In the normal operation mode, the engine 11 is operated in the high efficiency range indicated by the solid line in the figure (for example, the engine speed is 1600 min −1 and the engine output is 22 kW). .

この通常運転モードにおいて、油圧ポンプ１３の必要動力が大きい場合には、キャパシタ１９の蓄電力により発電機兼電動機１４が電動機作用を行ってエンジン出力を補い、必要動力が小さい場合は発電機兼電動機１４が発電機作用を行ってキャパシタ１９に蓄電する。こうして、ハイブリッド方式本来の省エネルギー運転が行われる。   In this normal operation mode, when the required power of the hydraulic pump 13 is large, the generator / motor 14 acts as a motor by the stored power of the capacitor 19 to supplement the engine output. When the required power is small, the generator / motor 14 performs a generator action to store in the capacitor 19. Thus, the original energy saving operation of the hybrid system is performed.

しかも、蓄電装置としてキャパシタ１９を用いているため、急激な入・出力の変化や頻繁な充・放電の繰り返しが行われても、バッテリと比較して遙かに寿命が長く(ショベルの寿命と同程度またはそれ以上の寿命を有する)、途中で交換する必要がない。   In addition, since the capacitor 19 is used as the power storage device, the life is much longer than that of the battery even when sudden changes in input / output and frequent repeated charging / discharging are performed (the life of the excavator). It has the same or longer life) and does not need to be replaced in the middle.

これに対し、走行負荷の大きい状況での走行時(坂道や悪路での走行時または高速走行時)や、大負荷作業時のような高出力を要する場合には高出力運転モードが選択される。   On the other hand, the high output operation mode is selected when high output is required, such as when driving under heavy driving conditions (when driving on hills, rough roads, or at high speeds), or during heavy load work. The

この高出力運転モードでは、エンジン１１は図４破線の高速範囲（たとえば２４００ｍｉｎ-1）に設定され、エンジン出力が上がる（たとえば３１ｋＷ）。 In the high output operation mode, the engine 11 is set to a high speed range (for example, 2400 min −1 ) indicated by a broken line in FIG. 4 and the engine output is increased (for example, 31 kW).

一方、油圧ポンプ１３の容量(傾転)を制御するレギュレータ２４はレギュレータ制御器２５を介してコントローラ２３に接続されている。   On the other hand, a regulator 24 that controls the capacity (tilt) of the hydraulic pump 13 is connected to a controller 23 via a regulator controller 25.

コントローラ２３には、制御弁１４を操作する操作手段としての操作装置２６からの信号(操作信号)が入力され、この操作装置２６の操作量に応じて制御弁１４の切換方向、切換量が制御されるとともに、油圧ポンプ１３の容量(吐出流量)が制御される。   A signal (operation signal) from an operation device 26 as an operation means for operating the control valve 14 is input to the controller 23, and the switching direction and switching amount of the control valve 14 are controlled according to the operation amount of the operation device 26. At the same time, the capacity (discharge flow rate) of the hydraulic pump 13 is controlled.

ここで、油圧ポンプ１３の最大容量は運転モードに応じたコントローラ２３からの信号に基づいて設定される。   Here, the maximum capacity of the hydraulic pump 13 is set based on a signal from the controller 23 corresponding to the operation mode.

すなわち、図５に示すようにポンプ最大容量が、高出力運転モードでは通常運転モードよりも小さい値に制限される。   That is, as shown in FIG. 5, the maximum pump capacity is limited to a smaller value in the high output operation mode than in the normal operation mode.

これにより、高出力運転モードにおいて、エンジン回転数の増加に対して油圧ポンプ１３の最大吐出流量の増加を抑制しながら、圧力を高めて必要動力(馬力)を増加させることができる。   As a result, in the high output operation mode, the required power (horsepower) can be increased by increasing the pressure while suppressing the increase in the maximum discharge flow rate of the hydraulic pump 13 with respect to the increase in the engine speed.

このため、高出力運転モードでは、たとえば走行負荷の大きい状況であっても油圧ポンプ１３の馬力を高めて安定した走行動作(とくに高速走行動作)が得られる。   For this reason, in the high output operation mode, for example, even when the traveling load is large, the horsepower of the hydraulic pump 13 is increased and a stable traveling operation (particularly, a high-speed traveling operation) can be obtained.

しかも、このときポンプ最大吐出流量が制限されるため、高出力運転での油圧回路の圧力損失を抑えることが可能となる。このため、油圧機器や配管の大形化を回避することができる。   In addition, since the maximum pump discharge flow rate is limited at this time, it is possible to suppress the pressure loss of the hydraulic circuit in the high output operation. For this reason, enlargement of hydraulic equipment and piping can be avoided.

この場合、図６に示すようにポンプ最大吐出流量が通常運転モードと高出力運転モードとで同等(同一またはほぼ同一)となるように、高出力運転モードでの油圧ポンプ１３の最大容量を設定するのが望ましい。   In this case, as shown in FIG. 6, the maximum capacity of the hydraulic pump 13 in the high output operation mode is set so that the maximum pump discharge flow rate is the same (same or almost the same) in the normal operation mode and the high output operation mode. It is desirable to do.

こうすれば、油圧回路の最大圧力損失が通常運転モードと高出力運転モードで同等となるとともに、操作装置２６の最大操作量と油圧アクチュエータ(走行時には走行用油圧モータ１５,１６)の最大作動速度との対応関係を両運転モードでほぼ同じとすることができる。このため、操作性が良いものとなる。   In this way, the maximum pressure loss of the hydraulic circuit is the same in the normal operation mode and the high output operation mode, and the maximum operation amount of the operating device 26 and the maximum operating speed of the hydraulic actuator (travel hydraulic motors 15 and 16 during travel). Can be made substantially the same in both operation modes. For this reason, operability is good.

第２実施形態(図７参照)
第１実施形態との相違点のみを説明する。 Second embodiment (see FIG. 7)
Only differences from the first embodiment will be described.

現場内での高速走行時には、少しの路面状況の悪化等によっても走行負荷が大きくなり、走行動作が不安定になり易いため、高出力運転モードとするのが望ましい。   When traveling at high speeds in the field, it is desirable to use the high-power operation mode because the traveling load increases and the traveling operation tends to become unstable even if the road surface condition slightly deteriorates.

そこで第２実施形態では、運転モード切換スイッチ２２に代えて(あるいは同スイッチ２２とともに)、走行速度を複数段または無段連続的に切換える走行速度切換スイッチ２７を設け、この走行速度切換スイッチ２７によって高速走行側の速度が選択され、かつ、走行レバー２８が操作されたときに高出力運転モードとしてエンジン１１を高出力運転するように構成している。   Therefore, in the second embodiment, instead of the operation mode change switch 22 (or together with the switch 22), a travel speed change switch 27 for continuously changing the travel speed in a plurality of stages or continuously is provided. The engine 11 is configured to perform a high output operation as a high output operation mode when a speed on the high speed travel side is selected and the travel lever 28 is operated.

こうすれば、高速走行時には自動的に高出力運転モードとなるため、安定した高速走行動作を確保することができる。   In this way, the high-power operation mode is automatically set during high-speed traveling, so that stable high-speed traveling operation can be ensured.

第３実施形態(図８参照)
上記実施形態では、エンジン１１に対して油圧ポンプ１３と発電機兼電動機１４をパラレルに接続したのに対し、第３実施形態では、パワーデバイダを省略し、エンジン１１に対して油圧ポンプ１３と発電機兼電動機１４を同軸上に直列配置している。 Third embodiment (see FIG. 8)
In the above embodiment, the hydraulic pump 13 and the generator / motor 14 are connected in parallel to the engine 11, whereas in the third embodiment, the power divider is omitted and the hydraulic pump 13 and the power generator are connected to the engine 11. The machine / motor 14 is arranged in series on the same axis.

この構成をとった場合でも、基本的な作用効果は第１または第２実施形態と同様である。また、パワーデバイダを省略できる分、コストダウンすることができる。   Even when this configuration is adopted, the basic operational effects are the same as those of the first or second embodiment. Further, the cost can be reduced by the amount that the power divider can be omitted.

この場合、エンジン１１から油圧ポンプ１３までの長さが長くなるが、これに対しては発電機兼電動機１４を薄型にしてエンジン１１のフライホイールハウジング内に納める等の工夫によって短くすることができる。   In this case, the length from the engine 11 to the hydraulic pump 13 is increased, but this can be shortened by devising the generator / motor 14 to be thin and accommodated in the flywheel housing of the engine 11. .

第４実施形態(図９参照)
上記各実施形態では、動力機として１台で発電機作用と電動機作用を行う発電機兼電動機１４を用いたのに対し、第４実施形態では発電機２９と電動機３０を別々に設けて動力機３１を構成し、発電機２９をエンジン１１に対しては歯車伝動装置やベルト伝動装置等の動力伝達機３２を介して接続する一方、電動機３０をエンジン１１と同軸上でエンジン１１及び油圧ポンプ１３に接続している。 Fourth embodiment (see FIG. 9)
In each of the above-described embodiments, the generator / motor 14 that performs the generator action and the motor action as a single motor is used, whereas in the fourth embodiment, the generator 29 and the motor 30 are provided separately, and the motor 31 is provided. The generator 29 is connected to the engine 11 via a power transmission 32 such as a gear transmission or a belt transmission, while the electric motor 30 is coaxially connected to the engine 11 and the hydraulic pump 13. doing.

この構成によると、発電機２９と電動機３０が独立した構成となるため、両者を１台で兼用する場合と比べて制御が容易となる。   According to this configuration, since the generator 29 and the electric motor 30 are configured independently, the control is facilitated as compared with the case where both are combined.

ところで、ショベルにおいては、通常、油圧アクチュエータを複数のグループに分け、グループごとに別々の油圧ポンプで駆動する構成がとられる場合がある。   By the way, in the shovel, there is a case where the hydraulic actuators are usually divided into a plurality of groups and driven by separate hydraulic pumps for each group.

この点、上記各実施形態では、説明の簡素化のために油圧ポンプ１３を一台として表したが、複数の油圧ポンプをエンジン１１に接続してもよい。   In this regard, in each of the above embodiments, the hydraulic pump 13 is shown as a single unit for the sake of simplicity of explanation, but a plurality of hydraulic pumps may be connected to the engine 11.

この場合、各ポンプをエンジン１１に対して直列に接続してもよいし、パワーデバイダを介してパラレルに接続してもよい。また、各ポンプは対応する操作装置の操作に応じて個別に容量制御され、高出力運転モードでその最大容量が制限される。   In this case, each pump may be connected to the engine 11 in series, or may be connected in parallel via a power divider. In addition, the capacity of each pump is individually controlled according to the operation of the corresponding operating device, and the maximum capacity is limited in the high-power operation mode.

また、上記実施形態では旋回用として電動機１８を用いたが、油圧モータによって旋回駆動する構成をとってもよい。   Further, in the above embodiment, the electric motor 18 is used for turning, but it may be configured to be driven to turn by a hydraulic motor.

一方、蓄電装置として、上記実施形態で挙げたキャパシタ１９に代えて、電極と電解液との間の化学反応を利用するバッテリ(鉛蓄電池やニッケル水素蓄電池等)を用いてもよい。   On the other hand, instead of the capacitor 19 described in the above embodiment, a battery (such as a lead storage battery or a nickel hydride storage battery) that uses a chemical reaction between the electrode and the electrolytic solution may be used as the power storage device.

本発明が適用されるショベルの全体概略側面図である。1 is an overall schematic side view of an excavator to which the present invention is applied. 本発明の第１実施形態にかかるショベルの駆動系及び制御系のブロック構成図である。It is a block block diagram of the drive system and control system of the shovel concerning 1st Embodiment of this invention. エンジンの出力と効率の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between an engine output and efficiency. 第１実施形態におけるエンジン出力とエンジン速度の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the engine output and engine speed in 1st Embodiment. 第１実施形態におけるポンプ圧力とポンプ容量制限値及びトルクの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the pump pressure in 1st Embodiment, a pump capacity limit value, and a torque. 第１実施形態におけるポンプ圧力とポンプ吐出流量制限値の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the pump pressure in 1st Embodiment, and a pump discharge flow volume limiting value. 本発明の第２実施形態にかかるショベルの駆動系および制御系のブロック構成図である。It is a block block diagram of the drive system and control system of the shovel concerning 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３実施形態にかかるショベルの駆動系及び制御系のブロック構成図である。It is a block block diagram of the drive system and control system of the shovel concerning 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第４実施形態にかかるショベルの駆動系及び制御系のブロック構成図である。It is a block block diagram of the drive system and control system of the shovel concerning 4th Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１ 走行装置(走行手段)
８ 油圧アクチュエータとしてのブームシリンダ
９ 同、アームシリンダ
１０ 同、バケットシリンダ
１５ 同、左走行用油圧モータ
１６ 同、右走行用油圧モータ
１１ エンジン
１３ 油圧ポンプ
１４ 動力機としての発電機兼電動機
１２ エンジン出力を油圧ポンプと発電機兼電動機に振り分けるパワーデバイダ
１９ キャパシタ
２０ ガバナ
２１ 制御手段を構成するガバナ制御器
２３ 同、コントローラ
２２ 運転モード切換スイッチ(運転モード切換手段)
２４ ポンプ容量を制御するレギュレータ
２５ 制御手段を構成するレギュレータ制御器
２６ 操作装置(操作手段)
２７ 走行速度切換スイッチ(走行速度切換手段)
２８ 走行レバー
２９ 動力機を構成する発電機
３０ 同、電動機
３１ 動力機 1 Traveling device (traveling means)
8 Boom cylinder as hydraulic actuator 9 Same as above, Arm cylinder 10 Same as above, Bucket cylinder 15 Same as above, Left traveling hydraulic motor 16 Same as above, Right traveling hydraulic motor 11 Engine 13 Hydraulic pump 14 Generator / motor 12 as engine of motor 12 Engine output Power divider that distributes between hydraulic pump and generator / motor 19 Capacitor 20 Governor 21 Governor controller that constitutes control means 23 Same controller 22 Operation mode changeover switch (operation mode changeover means)
24 Regulator for controlling pump capacity 25 Regulator controller constituting control means 26 Operating device (operating means)
27 Traveling speed changeover switch (traveling speed switching means)
28 Traveling lever 29 Generator constituting power machine 30 Same as above, Motor 31 Power machine

Claims (5)

容量が制御される可変容量型の液圧ポンプと、発電機作用と電動機作用を行う動力機と、蓄電装置と、上記液圧ポンプ及び動力機を駆動するエンジンとを備え、上記動力機の発電機作用によって上記蓄電装置に充電し、電動機作用によって上記エンジンの出力を補うように構成された作業機械において、制御手段により、運転モードを、上記エンジンを効率の高い高効率範囲で運転する通常運転モードと、エンジンをこの通常運転モードよりも高速の高出力範囲で運転するとともに上記液圧ポンプの最大容量を上記通常運転モードよりも小容量に設定する高出力運転モードとの間で切換え得るように構成されたことを特徴とする作業機械。   A variable displacement hydraulic pump whose capacity is controlled, a power machine that performs a generator action and a motor action, a power storage device, and an engine that drives the fluid pressure pump and the power machine, and the generator action of the power machine In the work machine configured to charge the power storage device and supplement the output of the engine by the action of an electric motor, the operation mode is controlled by the control means, and the normal operation mode in which the engine is operated in a high efficiency high efficiency range; The engine is operated in a high output range at a higher speed than in the normal operation mode, and can be switched between a high output operation mode in which the maximum capacity of the hydraulic pump is set smaller than that in the normal operation mode. A working machine characterized by that. 制御手段は、通常運転モードと高出力運転モードで上記液圧ポンプの最大吐出流量が同等となるように、高出力運転モードでの同ポンプの最大容量を設定するように構成されたことを特徴とする請求項１記載の作業機械。   The control means is configured to set the maximum capacity of the pump in the high output operation mode so that the maximum discharge flow rate of the hydraulic pump is equal in the normal operation mode and the high output operation mode. The work machine according to claim 1. 運転モードを通常運転モードと高出力運転モードのうちから選択する運転モード切換手段を備え、制御手段は、上記運転モード切換手段によって高出力運転モードが選択されたときに高出力運転モードに切換えるように構成されたことを特徴とする請求項１または２記載の作業機械。   The operation mode switching means for selecting the operation mode from the normal operation mode and the high output operation mode is provided, and the control means switches to the high output operation mode when the high output operation mode is selected by the operation mode switching means. The work machine according to claim 1, wherein the work machine is configured as follows. 液圧モータで駆動される走行手段と、走行速度を切換える走行速度切換手段とを備え、制御手段は、上記走行速度切換手段によって高速走行が可能な切換え位置が選択されかつ走行レバーが操作されたときに高出力運転モードに切換えるように構成されたことを特徴とする請求項１または２記載の作業機械。   Traveling means driven by a hydraulic motor and traveling speed switching means for switching the traveling speed are provided, and the control means selects a switching position where high speed traveling is possible by the traveling speed switching means and the traveling lever is operated. The work machine according to claim 1 or 2, wherein the work machine is sometimes configured to switch to a high-power operation mode. 蓄電装置としてキャパシタが用いられたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の作業機械。   The work machine according to claim 1, wherein a capacitor is used as the power storage device.
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