(57)【要約】【課題】エンジンの始動補助が必要な状況下でのみ電動アシスト作用を行わせてエネルギーの無駄遣いを防止する。【解決手段】ハイブリッド建設機械において、エンジン始動装置に対して始動信号が入力された時間と、エンジン回転速度と、エンジン冷却水温について、それぞれの検出値と予め設定された基準値とを比較し、始動信号入力時間の検出値が基準値以上、エンジン回転速度の検出値が基準値以下で、かつ、温度の検出値が基準値以下のとき、すなわち、エンジンを始動させる意思があるのにエンジンが低温下で始動しないときに限り、発電電動機２をバッテリ駆動して電動アシスト作用を行わせるように構成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
油圧アクチュエータの油圧源となる油圧ポンプと発電電動機とがエンジンに接続され、上記発電電動機の発電機作用によってバッテリが充電されるとともに、このバッテリの電力により上記発電電動機が電動機として駆動されてエンジンをアシストし、上記エンジンは、キースイッチからエンジン始動装置に入力される始動信号によって始動するように構成されたハイブリッド建設機械のエンジン始動制御装置において、上記エンジンの回転速度を検出するエンジン回転速度検出手段と、このエンジン回転速度検出手段によって検出されたエンジン回転速度が入力される制御手段とを備え、この制御手段は、上記エンジン始動装置に対して始動信号が入力された時間と上記エンジン回転速度とについての検出値と予め設定された基準値とを比較し、上記始動信号入力時間の検出値が基準値以上で、上記エンジン回転速度の検出値が基準値以下のときに上記発電電動機によるエンジンアシスト作用を行わせるように構成されたことを特徴とするハイブリッド建設機械のエンジン始動制御装置。
【請求項２】
上記エンジンの始動性に影響を与える温度を検出する温度検出手段を備え、上記制御手段は、上記始動信号入力時間及びエンジン回転速度に加えて、エンジンの始動性に影響を与える温度について予め設定された基準値と上記温度検出手段によって検出された検出値とを比較し、上記エンジンの始動信号入力時間の検出値が基準値以上、エンジン回転速度の検出値が基準値以下で、かつ、上記温度の検出値が基準値以下のときに上記発電電動機によるエンジンアシスト作用を行わせるように構成されたことを特徴とする請求項１記載のハイブリッド建設機械のエンジン始動制御装置。
【請求項３】
上記制御手段は、上記温度の検出値に応じて上記発電電動機によるエンジンアシスト量を、低温ほど増加させる方向に変化させるように構成されたことを特徴とする請求項２記載のハイブリッド建設機械のエンジン始動制御装置。
【請求項４】
上記バッテリの電圧を検出するバッテリ電圧検出手段を備え、上記制御手段は、上記バッテリ電圧検出手段によって検出されたバッテリ電圧に応じて、バッテリ電圧が低いほど上記発電電動機によるエンジンアシスト量が低くなる方向に変化させるように構成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のハイブリッド建設機械のエンジン始動制御装置。
【請求項５】
上記バッテリの電圧を検出するバッテリ電圧検出手段を備え、上記制御手段は、上記バッテリ電圧検出手段によって検出されたバッテリ電圧が、バッテリの過放電の危険のある電圧として予め設定された値以下のときは上記発電電動機によるエンジンアシスト作用を行わせないように構成されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のハイブリッド建設機械のエンジン始動制御装置。
【請求項６】
上記制御手段は、エンジン回転速度が上記基準値に達した後、エンジン回転速度が安定するまでの時間として予め設定された発電休止時間内は上記発電電動機に発電機作用を行わせないように構成されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のハイブリッド建設機械のエンジン始動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエンジン動力とバッテリ電力を併用するハイブリッド建設機械のエンジン始動制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッドショベルのようなハイブリッド式の作業機械では、特許文献１に示されているように、エンジンに、油圧ポンプと発電電動機とを接続し、油圧ポンプによって油圧アクチュエータを駆動するとともに、発電電動機の発電機作用によってバッテリに充電し、適時、このバッテリ電力により発電電動機に電動機作用を行わせてエンジンをアシストするように構成される。
【０００３】
この発電電動機による電動アシスト作用を自動アイドリングストップ後のエンジン再始動に利用する技術が特許文献２に示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２３７１７８号公報
【特許文献２】特開２００８−２５５８３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ショベルのような建設機械においては、エンジンの始動性を阻害する要因が種々ある。
【０００６】
なかでも寒冷時には、作動油の粘度が高くなってポンプ負荷が高くなるとともに、バッテリ出力も低下するため、エンジンの始動性(とくに初期始動性)が悪くなる。
【０００７】
とくにエンジンで発電電動機を駆動するハイブリッド建設機械では、発電電動機の連れ回り抵抗が大きくなるため、この傾向が強くなる。
【０００８】
上記特許文献２に記載された公知技術では、作業休止状態でエンジンのアイドリング運転を停止させ、操作レバーが操作されたときに作業再開としてエンジンを自動的に再始動させる構成を前提として、エンジンの再始動時に発電電動機を電動機回転させて再始動を助けるものであるため、アイドリングストップ後のエンジン再始動以外のケースではエンジン始動の役に立たない。
【０００９】
なお、この公知技術をエンジン始動時全般に応用すること、すなわち、毎始動時に電動アシスト作用を行わせる構成をとることが考えられる。
【００１０】
しかし、これでは、電動アシストが不要な状況下、たとえば温度が高くてアシスト無しでも十分エンジン始動が可能な場合や、オペレータがバッテリ状態を見るために試しにエンジン始動操作をした場合等でも発電電動機が電動機回転することで、バッテリ電力の浪費を含めたエネルギーの無駄遣いとなる。
【００１１】
そこで本発明は、エンジンの始動補助が必要な状況下でのみ電動アシスト作用を行わせてエネルギーの無駄遣いを防止することができるハイブリッド建設機械のエンジン始動制御装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明においては、油圧アクチュエータの油圧源となる油圧ポンプと発電電動機とがエンジンに接続され、上記発電電動機の発電機作用によってバッテリが充電されるとともに、このバッテリの電力により上記発電電動機が電動機として駆動されてエンジンをアシストし、上記エンジンは、キースイッチからエンジン始動装置に入力される始動信号によって始動するように構成されたハイブリッド建設機械のエンジン始動制御装置において、上記エンジンの回転速度を検出するエンジン回転速度検出手段と、このエンジン回転速度検出手段によって検出されたエンジン回転速度が入力される制御手段とを備え、この制御手段は、上記エンジン始動装置に対して始動信号が入力された時間と上記エンジン回転速度とについての検出値と基準値と検出値とを比較し、上記始動信号入力時間の検出値が基準値以上で、上記エンジン回転速度の検出値が基準値以下のときに上記発電電動機によるエンジンアシスト作用を行わせるように構成されたものである。
【００１３】
この構成によれば、始動信号入力時間の検出値が基準値以上で、上記エンジン回転速度の検出値が基準値以下のとき、すなわち、エンジンを始動させる意思があるのにエンジンが始動しないときに限り、電動アシスト作用を行わせるため、エンジン始動の意思がないとき、及びすぐにエンジンが始動したときは、無駄な電動アシストを回避することができる。
【００１４】
また、本発明においては、上記エンジンの始動性に影響を与える温度を検出する温度検出手段を備え、上記制御手段は、上記始動信号入力時間及びエンジン回転速度に加えて、エンジンの始動性に影響を与える温度について予め設定された基準値と上記温度検出手段によって検出された検出値とを比較し、上記エンジンの始動信号入力時間の検出値が基準値以上、エンジン回転速度の検出値が基準値以下で、かつ、上記温度の検出値が基準値以下のときに上記発電電動機によるエンジンアシスト作用を行わせるように構成するのが望ましい(請求項２，３)。
【００１５】
始動性悪化の主たる原因は、温度低下により作動油粘度が高くなってポンプ負荷が高くなること、及び温度低下に伴うバッテリの出力低下による。そこで、低温ゆえにエンジンが始動しない場合に限ってエンジンアシストし、低温以外の原因(たとえばバッテリの劣化や燃料系の不具合、始動装置の故障)によるアシストを回避することができる。
【００１６】
この場合、上記制御手段は、上記温度の検出値に応じて上記発電電動機によるエンジンアシスト量を、低温ほど増加させる方向に変化させるように構成するのが望ましい(請求項３)。
【００１７】
こうすれば、電動アシスト量、すなわち、バッテリの電力消費量を必要最小限に抑えることができる。
【００１８】
さらに本発明においては、上記バッテリの電圧を検出するバッテリ電圧検出手段を備え、上記制御手段は、上記バッテリ電圧検出手段によって検出されたバッテリ電圧に応じて、バッテリ電圧が低いほど上記発電電動機によるエンジンアシスト量が低くなる方向に変化させるように構成するのが望ましい(請求項４)。
【００１９】
また、上記バッテリの電圧を検出するバッテリ電圧検出手段を備え、上記制御手段は、上記バッテリ電圧検出手段によって検出されたバッテリ電圧が、バッテリの過放電の危険のある電圧として予め設定された値以下のときは上記発電電動機によるエンジンアシスト作用を行わせないように構成するのが望ましい(請求項５)。
【００２０】
こうすれば、バッテリ電圧が放電下限値以下まで低下することを防止することができる。
【００２１】
一方、本発明においては、上記制御手段は、エンジン回転速度が上記基準値に達した後、エンジン回転速度が安定するまでの時間として予め設定された発電休止時間内は上記発電電動機に発電機作用を行わせないように構成するのが望ましい(請求項６)。
【００２２】
こうすれば、始動直後に発電電動機がエンジン負荷となってエンジン回転速度が不安定となったりエンジンダウンに陥ったりするおそれがない。このため、エンジン静定回転までの時間を短縮することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によると、エンジン始動補助が必要なときのみに必要なだけ電動アシスト作用を行って無駄な電動アシストを回避し、省エネルギー効果及びバッテリ保護効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１実施形態を示すシステム構成図である。
【図２】同実施形態の作用を説明するためのフローチャートである。
【図３】エンジン冷却水の温度と電動アシスト量の関係を示す図である。
【図４】バッテリ電圧と電動アシスト量の関係を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態を示すシステム構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
第１実施形態(図１〜図４参照)
図１は実施形態のシステム構成を示す。
【００２６】
図示のようにエンジン１に、発電機作用と電動機作用を行う発電電動機２と油圧ポンプ３とがタンデムに接続され、これらがエンジン１によって駆動される。
【００２７】
油圧ポンプ３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)４を介して油圧アクチュエータ５(たとえばショベルでいうとブーム、アーム、バケット各シリンダや走行用油圧モータ等)が接続され、油圧ポンプ３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。
【００２８】
なお、図１では油圧ポンプ３が一台のみ接続された場合を示しているが、複数台が直列または並列に接続される場合もある。
【００２９】
一方、発電電動機２には、制御手段を構成するインバータ／コンバータ６を介してニッケル水素電池やリチウムイオン電池等のバッテリ７が接続されている。
【００３０】
インバータ／コンバータ６とともに制御手段を構成するコントローラ８は、エンジン制御部９とハイブリッド制御部１０とから成り、エンジン制御部９でエンジン１の制御、ハイブリッド制御部１０でインバータ／コンバータ６経由での発電電動機２の制御がそれぞれ行われる。
【００３１】
このコントローラ８に各種情報を送る検出手段として、バッテリ７の電圧を検出する電圧検出器１１と、エンジン１の実際の回転速度(エンジン実回転速度)を検出する回転速度センサ１２と、エンジンの始動性に影響を与える温度としてのエンジン冷却水の温度を検出する水温センサ１３とが設けられ、検出されたバッテリ電圧が直接ハイブリッド制御部１０に、エンジン実回転速度と冷却水温がエンジン制御部９を介してハイブリッド制御部１０にそれぞれ入力される。
【００３２】
エンジン１は、キースイッチ１４からエンジン制御部９を介してエンジン始動装置(スタータ。図示省略)に送られる始動信号によって始動する。
【００３３】
この始動信号は、エンジン制御部９経由でハイブリッド制御部１０にも送られ、始動信号入力時間(１回の始動操作で始動信号が連続して入力された時間)がハイブリッド制御部１０でカウントされる。
【００３４】
ハイブリッド制御部１０は、エンジン始動時に、送られてくる上記各情報(検出値)と、予め設定された基準値と比較し、一定の条件下で発電電動機２をバッテリ電力により駆動してエンジン１をアシストする。
【００３５】
この点の作用を図２のフローチャートを併用して説明する。
【００３６】
制御開始とともに、ステップＳ１でエンジン始動信号入力時間の検出値Ｓｒと、この始動信号入力時間について予め設定された基準値Ｓｓとを比較し、Ｓｒ≧ＳｓのときにステップＳ２に移り、そうでないときはステップＳ１に戻る。
【００３７】
すなわち、始動信号入力時間が基準値Ｓｓよりも長ければオペレータに始動の意思有りと判断し、そうでなければ始動の意思無しと判断する。
【００３８】
ステップＳ２では、冷却水温の検出値Ｔｒと、この冷却水温について電動アシストを行うべき温度として予め設定された基準値Ｔｓとを比較し、Ｔｒ≦ＴｓのときにステップＳ３に移る。
【００３９】
すなわち、冷却水温が基準値Ｔｓよりも低ければ低温ゆえに電動アシストが必要と判断し、高ければ電動アシスト不要と判断する。
【００４０】
ステップＳ３では、検出されるエンジン実回転速度ωｒと、エンジン回転速度についてエンジン始動を示す値として予め設定された設定値ωｓとを比較し、ωｒ≦ωｓのときにステップＳ４に移る。
【００４１】
すなわち、エンジン１がいまだ始動しないから電動アシストが必要と判断する。
【００４２】
ステップＳ４では、検出されたバッテリ電圧Ｖｒと、バッテリの過放電の危険のある電圧として予め設定された値(設定値)Ｖｓとを比較し、Ｖｒ≧ＶｓのときにステップＳ５に移り、発電電動機２をバッテリ駆動して電動アシスト作用を開始してステップＳ７に移る。
【００４３】
この処理により、バッテリ電圧が放電下限値以下に低下しない範囲で電動アシストが行われる。
【００４４】
一方、ステップＳ２でＮＯのときは冷却水温が高いから電動アシスト不要と判断して、ステップＳ３でＮＯのときはエンジン１が始動済みと判断して、ステップＳ４でＮＯのときはバッテリ過放電のおそれがあると判断してそれぞれステップＳ６に移り、発電電動機２による電動アシスト作用を行わない(発電電動機２をバッテリ駆動しない)でステップＳ７に移る。
【００４５】
ステップＳ７では、エンジン始動後、エンジン回転速度が安定するまでの時間として予め設定された発電休止時間だけ停止させた後、通常の発電電動機制御、すなわち、必要に応じて電動アシスト作用または発電作用を行わせる制御を行う。
【００４６】
このように、エンジン１を始動させる意思があるのにエンジン１が始動しないときに、始動性が悪いと判断して電動アシスト作用を行わせるため、エンジン始動の意思がないとき、及びすぐにエンジン１が始動したときは、無駄な電動アシストを回避することができる。
【００４７】
また、始動性悪化の主因である低温下を条件として電動アシスト作用を行わせるため、低温以外の原因(たとえばバッテリ７の劣化や燃料系の不具合、始動装置の故障)によるアシストを回避することができる。
【００４８】
さらに、バッテリ電圧の検出値Ｖｒが設定値Ｖｓ以下のときは電動アシスト作用を行わないため、電動アシストによってバッテリ電圧が放電下限値以下まで低下することを防止することができる。
【００４９】
また、エンジン始動後、回転速度が静定するまでの間(休止時間)は発電電動機２に発電機作用を行わせないため、始動直後に発電電動機がエンジン負荷となってエンジン回転速度が不安定となったりエンジンダウンに陥ったりするおそれがない。このため、エンジン静定回転までの時間を短縮することができる。
【００５０】
以上により、エンジン始動補助が必要なときのみに必要なだけ電動アシスト作用を行って無駄な電動アシストを回避することができる。このため、省エネルギーとなるとともに、バッテリ７を保護することができる。
【００５１】
ここで、ハイブリッド制御部１０においては、上記の基本的制御に加えて、次のような電動アシスト制御を行う。
【００５２】
第１に、図３に示すように、検出された冷却水温が基準値Ｔｓ以下の範囲で、その水温に応じて電動アシスト量を、低温ほど増加させる方向に制御する。
【００５３】
これにより、電動アシスト量、すなわち、バッテリ7の電力消費量を必要最小限に抑えてバッテリ保護効果をさらに高めることができる。
【００５４】
第２に、図４に示すように、検出されるバッテリ電圧Ｖｒが、バッテリ過放電の危険のある電圧として予め設定された値Ｖｓ以下のときは、他のアシスト条件を満足していても電動アシスト作用を行わないとともに、バッテリ電圧に応じて、バッテリ電圧が低いほど上記発電電動機によるエンジンアシスト量が低くなる方向に制御する。
【００５５】
これにより、バッテリ７の過放電防止効果がより高くなる。
【００５６】
第２実施形態(図５参照)
第１実施形態との相違点のみを説明する。
【００５７】
第１実施形態では、エンジン回転速度を回転速度センサ１２によって直接検出するとともに、エンジン１の始動性に影響を与える温度としてエンジン１の冷却水温を検出する構成をとっている。
【００５８】
この場合、検出されたデータはエンジン制御部９に入力されるため、実際の処理を行うハイブリッド制御部１０に転送する必要がある。
【００５９】
これに対し、第２実施形態においては、発電電動機２の回転速度をエンジン回転速度として回転速度センサ１５によって検出するとともに、エンジン１の始動性に影響を与える温度としてバッテリ７の温度を温度センサ１６によって検出する構成をとっている。
【００６０】
この構成によると、検出された回転速度及び温度のデータは、発電電動機２及びバッテリ７の所管制御部であるハイブリッド制御部１０に直接送られるため、エンジン制御部９とハイブリッド制御部１０との間での上記データのやりとりが不要となり、両者間でのデータ通信手段をエンジン始動信号用のみに簡素化することができる。
【００６１】
なお、発電電動機２の回転速度を増速機で増速する構成をとる場合は、検出された発電電動機回転速度をエンジン回転速度に換算して処理すればよい。あるいは、発電電動機回転速度の増速比に合わせて基準値を設定し、比較してもよい。
【００６２】
ところで、上記実施形態では、図１に示すようにエンジン１に発電電動機２と油圧ポンプ３をタンデムに接続したハイブリッド建設機械を例にとったが、本発明は、エンジン１に発電電動機２と油圧ポンプ３をパラレルに接続したハイブリッド建設機械にも上記同様に実施することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１  エンジン
２  発電電動機
３  油圧ポンプ
５  油圧アクチュエータ
６  制御手段を構成するインバータ／コンバータ
７  バッテリ
８  制御手段を構成するコントローラ
９  コントローラのエンジン制御部
１０  コントローラのハイブリッド制御部
１１  電圧検出器
１２  エンジン回転速度センサ
１３  水温センサ
１４  キースイッチ
１５  発電電動機回転速度センサ
１６  バッテリ温度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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