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技術 ハイブリッド式作業機械のエンジン始動制御装置及びその方法

出願人 日立建機株式会社
発明者 東祐司太田泰典星野雅俊糸賀健太郎
出願日 2014年12月1日 (6年7ヶ月経過) 出願番号 2014-243554
公開日 2016年6月20日 (5年0ヶ月経過) 公開番号 2016-107650
状態 特許登録済
技術分野 ハイブリッド電気車両 掘削機械の作業制御 内燃機関の始動装置
主要キーワード ユーティリティ室 ケーシング側面 ロシア連邦 外気温度情報 ラジエータ室 リターン処理 ストレス低減 ハイブリッド油圧ショベル
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (10)

課題

低温下においても、短時間で定常運転可能範囲内の回転数まで到達できるハイブリッド式作業機械エンジン始動制御装置を提供する。

解決手段

エンジン61と、スタータ64と、エンジン61のクランク軸同軸上に連結された発電電動機63と、蓄電装置65と、キースイッチ32と、キースイッチ32の始動信号が入力される車体コントローラ34と、稼動地域外気温を判定する外気温度判定手段73と、発電電動機63によりエンジン61をクランキングして始動させる第1のエンジン始動手段と、スタータ64によりエンジン61をクランキングして始動させる第2のエンジン始動手段と、スタータ64及び発電電動機64を併用してエンジン61をクランキングして始動させる第3のエンジン始動手段とを備え、車体コントローラ34は、外気温度判定手段で判定された稼動地域の外気温に応じて、第1乃至第3のエンジン始動手段のいずれかを選択する。

概要

背景

従来、油圧ショベル等の作業機械は、エンジンで駆動する油圧ポンプと、油圧ポンプが吐出する圧油により駆動する油圧アクチュエータとを備えたものが主流であったが、近年、エンジンの燃費向上、騒音レベルの低減、及び排ガス量の低減等を図るために、蓄電装置からの電気エネルギの供給を受けて駆動する電動アクチュエータとエンジンや油圧ポンプの駆動をアシストする発電電動機とを備えたハイブリッド式作業機械が提案されている。

このようなハイブリッド式作業機械において、エンジンと油圧ポンプ及び発電電動機との間にギアボックスを介在させないパラレル方式駆動装置を提供することを目的として、エンジンにより駆動されるメインポンプ駆動源とした油圧アクチュエータに対する駆動と、発電機/電動機を駆動源とする旋回台の駆動との、2つの駆動系統により駆動可能なパラレル式ハイブリッド型建設機械(作業機械)の駆動装置であって、エンジンのクランク軸の一側に前記メインポンプ、前記発電機/電動機を、その順に、カップリングを介して同軸線上に配置構成するものがある(例えば、特許文献1参照)。

概要

低温下においても、短時間で定常運転可能範囲内の回転数まで到達できるハイブリッド式作業機械のエンジン始動制御装置を提供する。エンジン61と、スタータ64と、エンジン61のクランク軸の同軸上に連結された発電電動機63と、蓄電装置65と、キースイッチ32と、キースイッチ32の始動信号が入力される車体コントローラ34と、稼動地域外気温を判定する外気温度判定手段73と、発電電動機63によりエンジン61をクランキングして始動させる第1のエンジン始動手段と、スタータ64によりエンジン61をクランキングして始動させる第2のエンジン始動手段と、スタータ64及び発電電動機64を併用してエンジン61をクランキングして始動させる第3のエンジン始動手段とを備え、車体コントローラ34は、外気温度判定手段で判定された稼動地域の外気温に応じて、第1乃至第3のエンジン始動手段のいずれかを選択する。

目的

このようなハイブリッド式作業機械において、エンジンと油圧ポンプ及び発電電動機との間にギアボックスを介在させないパラレル方式の駆動装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

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請求項1

エンジンと、前記エンジンによって駆動される油圧ポンプと、前記エンジンを始動させるためのスタータと、前記エンジンのクランク軸同軸上に連結された発電電動機と、前記発電電動機との間で電力の授受を行なう蓄電装置と、キースイッチと、前記キースイッチからの始動信号が入力される車体コントローラとを備えたハイブリッド式作業機械エンジン始動制御装置において、稼動地域外気温度を判定する外気温度判定手段と、前記発電電動機により前記エンジンをクランキングして始動させる第1のエンジン始動手段と、前記スタータにより前記エンジンをクランキングして始動させる第2のエンジン始動手段と、前記スタータ及び前記発電電動機を併用して前記エンジンをクランキングして始動させる第3のエンジン始動手段とを備え、前記車体コントローラは、前記外気温度判定手段によって判定された稼動地域の外気温度に応じて、前記第1乃至第3のエンジン始動手段のいずれかを選択することを特徴とするハイブリッド式作業機械のエンジン始動制御装置。

請求項2

請求項1に記載のハイブリッド式作業機械のエンジン始動制御装置において、前記外気温度判定手段は、外気の温度を検出する外気温度センサであることを特徴とするハイブリッド式作業機械のエンジン始動制御装置。

請求項3

請求項1に記載のハイブリッド式作業機械のエンジン始動制御装置において、衛星を介して前記稼動地域の位置及び日付情報を取得可能なGPS受信装置と、前記稼動地域の外気温度情報を記憶した記憶装置とを更に備え、前記外気温度判定手段は、前記GPS受信装置が取得した前記稼動地域の位置及び日付情報と、前記記憶装置が記憶した前記稼動地域の外気温度情報とを基に前記稼動地域の外気温度を予測して判定することを特徴とするハイブリッド式作業機械のエンジン始動制御装置。

請求項4

請求項1に記載のハイブリッド式作業機械のエンジン始動制御装置において、前記エンジンの冷却水の温度を検出する冷却水温度センサを更に備え、前記車体コントローラは、前記冷却水温度センサが検出した前記エンジンの冷却水の温度に応じて、前記第1乃至第3のエンジン始動手段のいずれかを選択することを特徴とするハイブリッド式作業機械のエンジン始動制御装置。

請求項5

請求項1に記載のハイブリッド式作業機械のエンジン始動制御装置において、前記油圧ポンプが吐出する作動油の温度を検出する作動油温度センサを更に備え、前記車体コントローラは、前記作動油温度センサが検出した作動油の温度に応じて、前記第1乃至第3のエンジン始動手段のいずれかを選択することを特徴とするハイブリッド式作業機械のエンジン始動制御装置。

請求項6

請求項1乃至5のいずれか1項に記載のハイブリッド式作業機械のエンジン始動制御装置において、前記蓄電装置は、充電状態を示すSOCを算出する演算機能を更に備え、前記車体コントローラは、前記蓄電装置が算出したSOCを取り込み、前記SOCに応じて、前記第1乃至第3のエンジン始動手段のいずれかを選択することを特徴とするハイブリッド式作業機械のエンジン始動制御装置。

請求項7

エンジンと、前記エンジンによって駆動される油圧ポンプと、前記エンジンを始動させるためのスタータと、前記エンジンのクランク軸の同軸上に連結された発電電動機と、前記発電電動機との間で電力の授受を行なう蓄電装置と、キースイッチと、前記キースイッチからの始動信号が入力される車体コントローラと、稼動地域の外気温度を判定する外気温度判定手段と、前記発電電動機により前記エンジンをクランキングして始動させる第1のエンジン始動手段と、前記スタータにより前記エンジンをクランキングして始動させる第2のエンジン始動手段と、前記スタータ及び前記発電電動機を併用して前記エンジンをクランキングして始動させる第3のエンジン始動手段とを備えたハイブリッド式作業機械のエンジン始動方法において、前記蓄電装置は、充電状態を示すSOCを算出する演算機能を更に備え、前記車体コントローラは、前記蓄電装置が算出したSOCを取り込み、前記SOCが予め定めたSOC閾値超過するか否かを判断する第1ステップと、前記第1ステップにおいて、前記SOCが前記閾値以下と判断されたときには前記第2のエンジン始動手段を選択する第2ステップと、前記第1ステップにおいて、前記SOCが前記閾値を超過すると判断された後、前記外気温度判定手段によって判定された外気温度が予め定めた温度閾値を超過するか否かを判断する第3ステップと、前記第3ステップにおいて、前記外気温度が前記温度閾値を超過すると判断されたときには前記第1のエンジン始動手段を選択する第4ステップと、前記第3ステップにおいて、前記外気温度が前記温度閾値以下と判断されたときには前記第3のエンジン始動手段を選択する第5ステップとを備えたことを特徴とするハイブリッド式作業機械のエンジン始動方法。

技術分野

0001

本発明は、ハイブリッド式作業機械エンジン始動制御装置及びその方法に関する。

背景技術

0002

従来、油圧ショベル等の作業機械は、エンジンで駆動する油圧ポンプと、油圧ポンプが吐出する圧油により駆動する油圧アクチュエータとを備えたものが主流であったが、近年、エンジンの燃費向上、騒音レベルの低減、及び排ガス量の低減等を図るために、蓄電装置からの電気エネルギの供給を受けて駆動する電動アクチュエータとエンジンや油圧ポンプの駆動をアシストする発電電動機とを備えたハイブリッド式作業機械が提案されている。

0003

このようなハイブリッド式作業機械において、エンジンと油圧ポンプ及び発電電動機との間にギアボックスを介在させないパラレル方式駆動装置を提供することを目的として、エンジンにより駆動されるメインポンプ駆動源とした油圧アクチュエータに対する駆動と、発電機/電動機を駆動源とする旋回台の駆動との、2つの駆動系統により駆動可能なパラレル式ハイブリッド型建設機械(作業機械)の駆動装置であって、エンジンのクランク軸の一側に前記メインポンプ、前記発電機/電動機を、その順に、カップリングを介して同軸線上に配置構成するものがある(例えば、特許文献1参照)。

先行技術

0004

特開2007−218003号公報

発明が解決しようとする課題

0005

ところで、従来の作業機械におけるエンジンの始動には、スタータが用いられている。スタータを用いたエンジン始動は、スタータのピニオンギアエンジンクランク軸取付けられたフライホイールの外周部のリングギアに噛み合わせることで開始し、スタータの回転数減速させると共に高トルクを発生させて、エンジンをクランキングする。

0006

エンジンは、定常運転可能範囲内の最低回転数以上までに回転数が上昇しないと、安定した燃焼が得られないように設計されている。このため、エンジン始動の際、クランク軸の回転数が停止状態から定常運転可能範囲内に達するまでの間は、不完全燃焼によるトルク変動が生じるので、大きな振動が発生する。オペレータへのストレス低減の観点から、定常運転可能範囲内に到達する時間は、できるだけ短くすることが望まれる。

0007

上述した特許文献1に記載のハイブリッド式作業機械においては、発電機/電動機をエンジン始動に利用することが可能になる。発電機/電動機は減速機構を持たないため、スタータと比較して短時間でエンジンを定常運転可能範囲内に到達させ得る。また、スタータと比較して騒音が小さいことから、オペレータに与えるストレスを低減できる。

0008

しかしながら、低温環境下においては、エンジンオイル作動油の粘度が増大すると共に、発電機/電動機を駆動する蓄電装置の性能が低下するので、発電機/電動機によるエンジンのクランキングの際にトルク不足が発生するおそれがある。

0009

本発明は上述の事柄に基づいてなされたもので、その目的は、低温環境化下においても、短時間で定常運転可能範囲内の回転数まで到達できるハイブリッド式作業機械のエンジン始動制御装置及びその方法を提供することにある。

課題を解決するための手段

0010

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、エンジンと、前記エンジンによって駆動される油圧ポンプと、前記エンジンを始動させるためのスタータと、前記エンジンのクランク軸の同軸上に連結された発電電動機と、前記発電電動機との間で電力の授受を行なう蓄電装置と、キースイッチと、前記キースイッチからの始動信号が入力される車体コントローラとを備えたハイブリッド式作業機械のエンジン始動制御装置において、稼動地域外気温度を判定する外気温度判定手段と、前記発電電動機により前記エンジンをクランキングして始動させる第1のエンジン始動手段と、前記スタータにより前記エンジンをクランキングして始動させる第2のエンジン始動手段と、前記スタータ及び前記発電電動機を併用して前記エンジンをクランキングして始動させる第3のエンジン始動手段とを備え、前記車体コントローラは、前記外気温度判定手段によって判定された稼動地域の外気温度に応じて、前記第1乃至第3のエンジン始動手段のいずれかを選択することを特徴とする。

発明の効果

0011

本発明によれば、外気温度に応じて、スタータと発電電動機を適切に使い分けてエンジン始動を行なうので、短時間で定常運転可能範囲内の回転数まで到達できる。この結果、オペレータにストレスを与えずにエンジン始動できるので、作業性が向上する。

図面の簡単な説明

0012

本発明のハイブリッド式作業機械のエンジン始動制御装置の第1の実施の形態を備えたハイブリッド式作業機械を示す側面図である。
本発明のハイブリッド式作業機械のエンジン始動制御装置の第1の実施の形態を備えたハイブリッド式作業機械における旋回体上の機器配置形態を示す平面図である。
本発明のハイブリッド式作業機械のエンジン始動制御装置の第1の実施の形態の構成を示す制御ブロック図である。
本発明のハイブリッド式作業機械のエンジン始動制御装置の第1の実施の形態の制御の処理内容を示すフローチャート図である。
本発明のハイブリッド式作業機械のエンジン始動制御装置の第1の実施の形態におけるエンジン始動の一例を説明する特性図である。
本発明のハイブリッド式作業機械のエンジン始動制御装置の第1の実施の形態におけるエンジン始動の他の例を説明する特性図である。
本発明のハイブリッド式作業機械のエンジン始動制御装置の第1の実施の形態におけるエンジン始動の更に他の例を説明する特性図である。
本発明のハイブリッド式作業機械のエンジン始動制御装置の第2の実施の形態の構成を示す制御ブロック図である。
本発明のハイブリッド式作業機械のエンジン始動制御装置の第2の実施の形態の記憶装置に記憶される月別平均最低気温の一例を示す表図である。

0013

以下、作業機械としてクローラ式ハイブリッド油圧ショベルを例にとって本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。なお、本発明の適用は油圧ショベルに限定されるものではない。

0014

図1は本発明のハイブリッド式作業機械のエンジン始動制御装置の第1の実施の形態を備えたハイブリッド式作業機械を示す側面図、図2は本発明のハイブリッド式作業機械のエンジン始動制御装置の第1の実施の形態を備えたハイブリッド式作業機械における旋回体上の機器配置形態を示す平面図である。

0015

図1及び図2において、クローラ式ハイブリッド油圧ショベル1は、走行体100と、走行体100の上部に旋回可能に設けた旋回体10と、旋回体10の前端部に取付けられた作業装置90とを備えている。

0016

走行体100は、左右一対クローラを備えており、図1に示す左クローラは左走行用油圧モータ14により駆動される。

0017

旋回体10は、複数の鋼板鋼材接合した車体の前後左右に延びる支持構造体であるメインフレーム11を有していて、メインフレーム11の前方左側に搭載され、その内部に運転席を設けた運転室30と、メインフレーム11の後端部に設けられ作業装置90との重量バランスを調整するカウンタウエイト40と、メインフレーム11上に搭載されるエンジン61やラジエータ71等の機器を外部と仕切るための建屋カバー50と、メインフレーム11の後方でカウンタウエイト40の前方に建屋カバー50に覆われて形成される空間であって、エンジン61、油圧ポンプ62、アシスト発電モータ63等を収納するエンジン室60と、エンジン室60に隣接するカウンタウエイト40の前方に同様に形成される空間であって、ラジエータ71や蓄電装置72等を収納するラジエータ室70と、運転室30の後方かつラジエータ室70の前方に同様に形成される空間であって、パワーコントロールユニット(以下PCUという)81等が収納されたユーティリティ室80とを備えている。

0018

作業装置90は、旋回体10に俯仰動可能に取り付けられるブーム91と、ブーム91の先端に俯仰動可能に取り付けられるアーム92と、アーム92の先端に俯仰動可能に取り付けられるバケット93と、ブーム91を作動させるブームシリンダ95と、アーム92を作動させるアームシリンダ96と、バケット93を作動させるバケットシリンダ97とを備えている。

0019

メインフレーム11には、図2に示す旋回油圧モータ12及びコントロールバルブ13と油圧ポンプ62と作動油タンク66を含む油圧システムとが搭載されている。油圧システムは、エンジン61と、エンジン61によって駆動される油圧ポンプ62と油圧ポンプ62から吐出される作動油によって駆動される旋回油圧モータ12、左走行用油圧モータ14、ブームシリンダ95、アームシリンダ96、バケットシリンダ97と、これらの各油圧アクチュエータに供給される作動油の供給量及び方向を図示しない操作レバーからの指令に基づいて切り換えるコントロールバルブ13とから構成されている。

0020

運転室30の運転席近傍には、車体始動用のキースイッチ32(図3参照)や、作業装置90を操作するための操作レバー(図示せず)、車体コントローラ34、記憶装置36等が設けられている。また、運転室30の室外上方にはグローバルポジショニングシステム(以下GPSという)受信装置37が設けられている。また、エンジン61のケーシング側面には、エンジン61の冷却水の温度を検出する冷却水温センサ67が配置され、作動油タンク66の下部には、作動油の温度を検出する作動油温センサ68が配置されている。これらの温度センサが検出した温度信号は、車体コントローラ34に入力される。

0021

次に、本発明のハイブリッド式作業機械のエンジン始動制御装置の第1の実施の形態のシステム構成について図3を用いて説明する。図3は本発明のハイブリッド式作業機械のエンジン始動制御装置の第1の実施の形態の構成を示す制御ブロック図である。図3において、図1及び図2に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

0022

本実施の形態におけるエンジン始動制御装置は、エンジン61と、油圧ポンプ62と、発電電動機としてのアシスト発電モータ63と、エンジン61をクランキングして始動させるスタータ64と、スタータ64への電力を供給する鉛バッテリ65と、PCU81と、PCU81へ電力を供給する蓄電装置72と、車体コントローラ34と外気温度センサ73と、キースイッチ32とを備えている。

0023

エンジン61には、クランク軸に取付けられたフライホイールの外周部のリングギアを介してスタータ64が接続されている。

0024

発電電動機としてのアシスト発電モータ63は、エンジン61と油圧ポンプ62と同一の駆動軸(クランク軸)で連結されたモータジェネレータであり、車体コントローラ34からの指令を受け、蓄電装置72に接続されたPCU81によって制御される。

0025

PCU81は、アシスト発電モータ63を駆動するためのインバータと、その制御部とを含む。インバータは、アシスト発電モータ63で発生する動力を任意に制御するために設けられている。インバータは、力行時には、蓄電装置72からの直流電力交流電力に変換してアシスト発電モータ63に供給し、回生時には、アシスト発電モータ63からの交流電力を直流電力に変換して蓄電装置72に蓄電する。

0026

蓄電装置72は、構成する各セル電圧電流を検出して、SOC(State of charge:充電率)を演算する演算部を有し、演算されたSOC情報は、車体コントローラ34へ出力される。

0027

車体コントローラ34には、上述したSOC情報の他に、外気温度センサ73が検出した外気温度信号、キースイッチ32からの始動信号等が入力され、これらの信号に応じて、スタータ64及び/又はPCU81へ制御指令を出力する。

0028

本実施の形態において、エンジン61の始動は、スタータ64又は/及びアシスト発電モータ63により駆動軸をクランキングさせて行う。また、エンジン61の通常運転時には、エンジン61の出力トルクが油圧ポンプ62の要求トルクよりも大きいときには、その余剰トルクでアシスト発電モータ63を発電機として駆動し、その発電電力を蓄電装置72に充電する。逆に、エンジン61の出力トルクが油圧ポンプ62の要求トルクよりも小さいときには、蓄電装置72に充電された電力によりアシスト発電モータ63を電動機として駆動して、エンジン61の負荷である油圧ポンプ62の駆動を助勢(アシスト)する。

0029

次に、本発明のハイブリッド式作業機械のエンジン始動制御装置の第1の実施の形態におけるエンジン始動制御の方法について図4乃至図7を用いて説明する。図4は本発明のハイブリッド式作業機械のエンジン始動制御装置の第1の実施の形態の制御の処理内容を示すフローチャート図、図5は本発明のハイブリッド式作業機械のエンジン始動制御装置の第1の実施の形態におけるエンジン始動の一例を説明する特性図、図6は本発明のハイブリッド式作業機械のエンジン始動制御装置の第1の実施の形態におけるエンジン始動の他の例を説明する特性図、図7は本発明のハイブリッド式作業機械のエンジン始動制御装置の第1の実施の形態におけるエンジン始動の更に他の例を説明する特性図である。図4乃至図7において、図1乃至図3に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

0030

図4における演算処理は、車体コントローラ34で主に実行される。車体コントローラ34は、エンジン始動指令があるか否かを判断する(ステップS1)。具体的には、キースイッチ32からの始動信号が入力されたか否かで判断する。エンジン始動指令がある場合には、(ステップS2)へ進み、それ以外の場合には、リターン処理を行なう。

0031

車体コントローラ34は、入力したSOCが予め定めた閾値αを超過しているか否かを判断する(ステップS2)。SOCは上述したように蓄電装置72の充電状態を示す値であり、閾値αは、アシスト発電モータ63を駆動可能とする蓄電装置72の最小SOCの値に設定されている。SOCが閾値αを超過する場合は、(ステップS3)へ進み、それ以外の場合には(ステップS4)へ進む。

0032

車体コントローラ34は、入力した外気温度信号が予め定めた閾値T1を超過しているか否かを判断する(ステップS3)。ここで、閾値T1は、アシスト発電モータ63のみによるエンジン始動可能な最低温度であり、例えば、−10℃などに設定される。外気温度が閾値T1を超過する場合は、(ステップS5)へ進み、それ以外の場合には(ステップS6)へ進む。

0033

(ステップS2)において、SOCが閾値α以下であると判断された場合、車体コントローラ34は、スタータ64に向けて起動信号を出力する(ステップS4)。図5は、スタータ64によるエンジン61のクランキング始動の例を示す特性図である。図5において、横軸は時間を示していて、縦軸は(a)エンジン回転数、(b)スタータ起動信号、(c)アシスト発電モータ起動信号をそれぞれ示している。(a)における実線はエンジン回転数の昇速特性を示し、(b)の破線はスタータ起動信号のON/OFF特性を示している。また、時刻t0は始動指令ON(キースイッチ32ON)の時刻を、時刻tSはスタータ起動信号OFFの時刻をそれぞれ示している。

0034

時刻t0に始動指令ONとなると、(b)に示すようにスタータ起動信号がスタータ64へ出力され、スタータ64のピニオンギア(図示せず)がリングギア(図示せず)に噛み合った後に、スタータ64のトルクがエンジン61の駆動軸へ伝達され、(a)に示すようにエンジン61の回転数が昇速していく。時刻tSにおいて、エンジン61の回転数がほぼ定格まで到達すると、スタータ起動信号はOFFする。

0035

図4戻り、(ステップS3)において、外気温度信号が閾値T1を超過すると判断された場合、車体コントローラ34は、アシスト発電モータ63を制御するPCU81に向けて起動信号を出力する(ステップS5)。図6は、アシスト発電モータ63によるエンジン61のクランキング始動の例を示す特性図である。図6において、横軸と縦軸は図5と同じであり、(c)の破線はアシスト発電モータ起動信号のON/OFF特性を示している。また、時刻t0は始動指令ON(キースイッチ32ON)の時刻を、時刻taはアシスト発電モータ起動信号OFFの時刻をそれぞれ示している。

0036

時刻t0に始動指令ONとなると、(c)に示すようにアシスト発電モータ起動信号がPCU81へ出力され、(a)に示すようにエンジン61の回転数が昇速していく。時刻taにおいて、エンジン61の回転数がほぼ定格まで到達すると、アシスト発電モータ起動信号はOFFする。図5に示すスタータ64によるエンジン始動の場合の特性と比較すると、アシスト発電モータ63による起動の特性は短時間でエンジン61の回転数を定常運転可能範囲まで到達させ得る。

0037

図4に戻り、(ステップS3)において、外気温度信号が閾値T1以下であると判断された場合、車体コントローラ34は、アシスト発電モータ63を制御するPCU81及びスタータ64に向けて起動信号を出力する(ステップS6)。図7は、アシスト発電モータ63とスタータ64との併用によるエンジン61のクランキング始動の例を示す特性図である。図7において、横軸と縦軸は図5と同じであり、(c)の破線はアシスト発電モータ起動信号のON/OFF特性を示している。また、時刻t0は始動指令ON(キースイッチ32ON)の時刻を、時刻tSaはスタータ起動信号及びアシスト発電モータ起動信号のOFFの時刻をそれぞれ示している。

0038

時刻t0に始動指令ONとなると、スタータ64の図示しないピニオンギアがリングギアに噛み合う際の騒音やギア欠損を防止するため、(b)に示すようにはじめにスタータ64に起動信号を出力する。次に時刻t0から予め定めた時間(Δt)経過した時刻t1に(c)に示すようにアシスト発電モータ起動信号がPCU81へ出力され、(a)に示すようにエンジン61の回転数が昇速していく。時刻tSaにおいて、エンジン61の回転数がほぼ定格まで到達すると、アシスト発電モータ起動信号とスタータ起動信号はOFFする。なお、予め定めた時間Δtは、ピニオンギアとリングギアの噛み合い完了時間を考慮して決定する。

0039

図4に戻り、(ステップS4)、(ステップS5)、(ステップS6)のいずれかの処理が完了した後、車体コントローラ34はリターン処理を行なう。

0040

以上の処理を行なうことにより、本実施の形態においては、エンジン始動開始から定常運転可能範囲の回転数に到達するまでの時間を最短にすることができる。

0041

すなわち、蓄電装置72のSOCが十分にあり、かつ低温環境下でない場合には、第1のエンジン始動手段が選択されて、アシスト発電モータ63単独でエンジン61をクランキング始動する。アシスト発電モータ63単独によるエンジン61のクランキング始動は、短時間でエンジン始動開始から定常運転可能範囲の回転数に到達できる。ただし、蓄電装置72のSOCが十分でない場合には、アシスト発電モータ63を使用できないため、第2のエンジン始動手段が選択されて、スタータ64単独によりエンジン61をクランキング始動する。

0042

また、低温環境下においては、エンジンオイルや作動油の粘度が増大し、エンジン抵抗が高くなると共に、アシスト発電モータ63へ電力を供給する蓄電装置72の性能とスタータ64へ電力を供給する鉛バッテリ65の性能が低下する。このため、低温環境下においては、アシスト発電モータ63とスタータ64とを併用してエンジン61をクランキング始動する第3のエンジン始動手段が選択されて、エンジン始動開始から定常運転可能範囲の回転数に到達するまでの時間を短くする。

0043

上述した本発明のハイブリッド式作業機械のエンジン始動制御装置及びその方法の第1の実施の形態によれば、外気温度に応じて、スタータ64とアシスト発電モータ63を適切に使い分けてエンジン始動を行なうので、短時間で定常運転可能範囲内の回転数まで到達できる。この結果、オペレータにストレスを与えずにエンジン始動できるので、作業性が向上する。

0044

なお、本実施の形態においては、外気温度センサ73が検出した外気温度と蓄電装置72のSOCとに応じて、エンジン始動のクランキング態様を選択する例を説明したが、選択条件の1つである外気温度は、これに限るものではない。例えば、車体コントローラ34に入力される冷却水温センサ67が検出したエンジン61の冷却水の温度や、作動油温センサ68が検出した作動油の温度等を選択条件の1つとして設定し、これらの検出値と予め定めた閾値とを比較した結果をエンジン始動のクランキング態様の選択条件としても良い。

0045

以下、本発明のハイブリッド式作業機械のエンジン始動制御装置及びその方法の第2の実施の形態を図面を用いて説明する。図8は本発明のハイブリッド式作業機械のエンジン始動制御装置の第2の実施の形態の構成を示す制御ブロック図、図9は本発明のハイブリッド式作業機械のエンジン始動制御装置の第2の実施の形態の記憶装置に記憶される月別平均最低気温の一例を示す表図である。図8及び図9において、図1乃至図7に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

0046

本発明のハイブリッド式作業機械のエンジン始動制御装置の第2の実施の形態においては、外気温度を検出する外気温度センサ73を省略し、GPS受信装置37と記憶装置36とを用いて外気温度情報予測して制御する点が第1の実施の形態と異なる。GPS受信装置37は、稼働時間稼動場所などの記録に使用するため、記憶装置36は様々な制御に使用する情報を記憶しておくために、作業機械には、一般的に予め備えられている。

0047

図8において、GPS受信装置37は、GPS衛星38から地域情報日付情報を受信し、それらの情報を車体コントローラ34へ送信する。また、車体コントローラ34は記憶装置36から、必要に応じて予め記録された情報を引き出すことができる。

0048

本実施の形態におけるエンジン始動制御の方法は、第1の実施の形態の処理フローを示す図4の(ステップS3)の処理内容が異なる。第1の実施の形態においては、閾値T1と比較する検出した外気温度が必要とされたが、本実施の形態においては以下の処理を行なうことで外気温度情報を予測して閾値と比較する。

0049

まず、GPS受信装置37がGPS衛星38から作業機械の稼動現場位置情報及び日付情報を取得し、車体コントローラ34へ送信する。車体コントローラ34は、受信した位置情報と日付情報を基に、記憶装置36から予め記憶された該当地域の月別の平均最低気温情報を呼び込む。車体コントローラ34は、該当する月の平均最低気温を現在の外気温度として予測し、第1の実施の形態と同様に(ステップS3)でこの予測した外気温度と閾値T1とを比較する。ここで、平均最低気温を外気温度として利用するのは、油圧ショベルが起動されることが最も多いに、その日の最低気温が記録されることが多いためである。

0050

図9は、記憶装置36に記憶される月別平均最低気温の一例として、ロシア連邦トムスクにおける月別平均最低気温のテーブルを示す。図9において、閾値T1が例えば−10℃であるとすると、1月から3月、11月、12月の平均最低気温は閾値T1を下回る。このため、蓄電装置72のSOCが十分な場合には、アシスト発電モータ63及びスタータ64を併用してエンジン61をクランキング始動する。逆に、4月から10月の平均最低気温は閾値T1を超過するため、蓄電装置72のSOCが十分な場合には、アシスト発電モータ63単独でエンジン61をクランキング始動する。この結果、エンジン61は短時間で定常運転可能範囲内の回転数まで到達できる。

0051

上述した本発明のハイブリッド式作業機械のエンジン始動制御装置及びその方法の第2の実施の形態によれば、上述した第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

0052

また、上述した本発明のハイブリッド式建設機械の第2の実施の形態によれば、外気温度センサ73を省略することができ、従来一般的に備えられたGPS受信装置37及び記憶装置36を使用するため、コスト削減が図れる。

実施例

0053

なお、本発明は上記の実施形態に限られず、種々の変形、応用が可能なものである。上述の実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
例えば、上述の実施形態ではハイブリッド式作業機械としてハイブリッド式油圧ショベルを例示したが、これに限るものではない。

0054

1クローラ式ハイブリッド油圧ショベル
10旋回体
30運転室
32キースイッチ
34車体コントローラ
36記憶装置
61エンジン
62油圧ポンプ
63アシスト発電モータ
64スタータ
65鉛バッテリ
71蓄電装置
73外気温センサ
81パワーコントロールユニット(PCU)
90 作業装置

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