調達や工事段階の環境対策 特集

環境対策型建設機械の開発状況
国土交通省総合政策局公共事業企画調整課企画専門官

いながきたかし

稲垣孝のであり，すでに１８モデルを市場導入しています。

１． はじめにCat!油圧ショベル「Eシリーズ」は，排出ガス中のNOxの排出量を抑制させる技術や，PM等の地球温暖化対策は，建設工事においても喫緊の大気汚染物質を除去する浄化装置，燃料消費を極課題であり，温室効果ガスの排出をできる限り抑限まで削るエンジン・油圧システム等，さまざま制された建設施工を目指し，対策を進めてきたとな技術を複合的に盛り込むことで，従来機と同等ころです。建設機械においても，温室効果ガス削の作業性能を維持しつつ，排出ガスクリーン化と減対策として，ハイブリッド建設機械や電動型建飛躍的な燃料消費量低減（従来機比５〜１９％低設機械の開発など，燃料消費率の良い建設機械の減）を実現しています。優れた低燃費性能を実現

普及促進を図るなど，各社においても技術開発がすることで，CO２排出量を抑制し，低炭素型社会進んでいます。の実現に貢献しています。

また，省エネ効果の高い建設機械の普及を進め

Cat!油圧ショベル「Eシリーズ」が大幅な燃費るため，統一的な燃費の測定方法，目標とする燃低減（CO２排出量低減）を実現可能にしているの費値（燃費基準値）および燃費基準値を達成したはエンジン回転数の低速化であり，エンジン・油建設機械の認定制度を創設するなど，国土交通省

圧システムを統合的に制御することでエネルギーとしても地球温暖化対策に向けた取り組みを進め効率を高め，さらに動力伝達の過程で生じるエネているところです。

ルギー損失を最小限に抑えることで，従来機と同今回は，各社における最新の環境対策型建設機
械の開発状況について紹介します。

等のパワー，スピードを維持しています。
従来機より低いエンジン回転数を一定に保つように制御し，また，不要なエンジン回転を省くシ

２． キャタピラージャパン株式会社の取り組み

ステムとして，ブーム下げでは再生回路を活用し，エンジン回転数，および，ポンプ流量を下げています。

!

キャタピラージャパンのCat 油圧ショベル「Eさらに，アイドリング時の燃費低減に貢献するシリーズ」は，オフロード法２０１１年基準，およ機能として，数秒間の無負荷状態が続くと自動的

び，２０２０年燃費基準をターゲットに開発されたもに エ ン ジ ン 回 転 を 低 下 さ せ る「自 動 デ セ ル 機

建設マネジメント技術

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特集 調達や工事段階の環境対策

能」，操作レバー部のスイッチを押してアイドリング状態に移行する「ワンタッチローアイドル機能」，長時間のアイドリングを回避するための３． コベルコ建機株式会社の取り組み「オートアイドルストップ機能」を採用しています。

コベルコ建機は，１９９９年のNEDO（新エネルギ!

これらの技術により，Cat 油圧ショベル「Eシー・産業技術総合開発機構）からの研究委託を機リーズ」は，国土交通省がオフロード法２０１４年基に，これまでハイブリッド油圧ショベルの研究開準適合車より認定開始を検討している２０２０年燃費発に１０年以上携わってきました。

基準値の達成レベルとして，★★★を獲得してい２００６年には，世界初となるハイブリッド油圧シま す（『Cat３４９E』『Cat３４９E L』は 基 準 対 象 外ョベルの実機を世界３大建機展「NTERMAT２００６クラス）。

（フランス）」に展示，２０１０年には従来機より燃料

また，キャタピラージャパンは，この度，さら消費量を大幅に削減した８t級ハイブリッド油圧に高いレベルの燃費性能を確保したハイブリッドショベル『SK８０H』を開発・販売し，国土交 通

油圧ショベル『Cat３３６E L H』をラインナップ

省の「低炭素型建設機械」の第１号機として認定に加えました。
『Cat３３６E L H』が搭載しているされました。

油圧ハイブリッドシステムは，旋回停止時に得ら『SK８０H』は，ニッケル水素バッテリーを搭れる回生エネルギーを電気エネルギーとしてでは載し，従来機比４０％の燃費低減を実現しました。

なく，油圧エネルギーとして蓄圧器（アキュムレ

また，騒音面では国土交通省の超低騒音レベルータ）に蓄え，旋回加速時に放出，再利用しま（９３dB）を３dB下回る９０dBを実現しています。

す。放出する油圧エネルギーを，そのまま油圧と環境性能の高い機械に仕上がった本機械は，して旋回駆動に再利用するため，エネルギーロス

２０１０年１２月には環境省が実施する「地球温暖化防の少ない非常に効率的なシステムとなっていま止活動環境大臣表彰（技術開発・製品化部門）」

す。

を受賞しました。

この油圧ハイブリッドシステムの採用により，また，２０１２年には，２０t級ハイブリッド油圧シ『Cat３３６E L H』は，従来機に対し，同等の生産

ョベル『SK２００H』（写真―２）の 販 売 を 開 始 し性を維持したまま，燃料消費量を最大３０％低減す

ま し た。
『SK２００H』は，オ フ ロ ー ド 法２０１１年 基る燃費性能を獲得しており，これは優れた低炭素準に適合するとともに，標準仕様機『SK２００―８』型油圧ショベルであることを示しています。と比較して１６％の燃費低減を実現しています。
『SK２００H』は，「ハイブリッド機能付バック

写真―１ 『Cat 336E L H』ハイブリッ
ド油圧ショベル２２ 建設マネジメント技術

2013 年 7 月号

写真―２ ２０t級ハイブリッド油圧ショベル『SH200H』

調達や工事段階の環境対策 特集

ホウ」として，国土交通省のNETIS（新技術情て世界初となる旋回ブレーキエネルギーを再利用報提供システム）に登録されました。当社製品とするハイブリッド油圧ショベル『PC２００―８E０』をしては，２０
１０年の「iNDr（冷却システム）搭載日本市場に導入しました。２０１０年１２月には全世界極低騒音型バックホウ」，２０
１１年の「オートアイ導入も視野に入れてモデルチェンジを実施し，機ドルストップ（AIS）機能付バックホウ」に続く種名を『HB２０５』／『HB２１５LC』に変更しました。

NETIS登録となります。

機能面では操作性と整備性の向上に加え，オプ

一方，２０１３年４月には，オフロード法２０１１年基ションでアームクレーン，アタッチメント装着可

準に適合した中大型油圧ショベル（２５t・３５t・４５能な共用配管を用意し，さまざまな現場での活躍tの３クラス）の販売を開始しました。

を可能にしました。２０１２年１２月には日本国内累計

今回開発した中大型油圧ショベルでは，オフロ導入台数１，０００台を達成し，稼働１５，０００時間を超ード法２０１
１年基準に適合させるだけでなく，よりえる機械も出ており，高い品質と信頼性を実証し一層の燃費性能向上を達成しました。ています。

具体的には，Hモード（作業優先モード）で旧環境保全への意識の高まりと独自のハイブリッモデルと比較して３〜１６％の燃費低減，Sモードド技術力を高く評価され，２００９年には「国土交通（省エネ・燃費重視モード）同士では５〜１１％の省低炭素型建設機械」への認定，２０１０年度には燃費低減を達成しました。さらに，新たに装備さ「日本建設機械化協会会長賞」等の受賞もしていれた「ECOモード」では，旧モデルのSモードにます。

比較して１０〜２５％と大幅な燃費低減を実現しています。

!

ハイブリッドシステム概要

地球温暖化防止に向けた全世界的な動き，ま主要システムの構成は，自社開発した「旋回電た，日本では２０１
１年３月に発生した東日本大震災

気モータ」「発電機モータ」「インバータ（変換と原発事故の影響で省エネに関する関心と要求が器）」「キャパシタ（蓄電器）」で成り立っていまさらに切実さを増しています。建設機械は今後成す。

長国・新興国市場を中心にインフラ整備をはじめ多くの用途で活用されると思われます。

旋回ブレーキ時の上部旋回体の運動エネルギーを電力に変換し「キャパシタ」へ供給（蓄電）しコベルコ建機はハイブリッド型の油圧ショベルます。また「発電機モータ」はこの電力を使って開発の先駆けになるとともに，従来型の油圧ショエンジン加速時のアシストをします。
「インバーベルにおいても省エネ性能の向上に努めてきましタ」は，「キャパシタ」に頻繁に出入りするこれた。今後も省エネ性能に優れた油圧ショベルを全ら電力の制御を行っています（図─１）。

世界の市場・お客様に提供することを通して，地このハイブリッドシステムでは，電気エネルギ

球温暖化防止に少しでも多く寄与していきたいとーを効率良く瞬時に蓄電・放電することを可能に考えています。

するため，「キャパシタ」を採用していることが

４． 株式会社小松製作所（コマツ）の取り組み
近年，地球環境温暖化問題への対応として乗用車ではCO２排出量削減に向けたハイブリッド車が広く認知され，販売されています。
コマツは，２００８年６月に建設機械の市販車とし

図―１

ハイブリッドシステム概念図

建設マネジメント技術

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特集 調達や工事段階の環境対策れる直近５分間の燃費と作業の負荷状態を示すエ特徴の一つです。

コゲージは，省エネ運転をアシストしています。
" ハイブリッドシステムのコンポーネント

２００８年の発売当初より，コマツ試算平均２５％（図―２）（対「PC２００―８E０」）のCO２削減効果・燃費低減効! 発電機モータ

果を上回る環境性能も発揮し，高い稼働実績を上発電機モータはエンジンと油圧ポンプの間に組げています。

み込み，伝達効率を高めています。また，エンジンアイドリング状態では，効率良く発電してキャパシタヘの蓄電補充を行います。

５． 日立建機株式会社の取り組み" 旋回電気モータ
旋回減速時のエネルギーを回収する旋回電気モ!

ハイブリッドショベルータを新規開発しました。従来機の油圧モータよ日 立 建 機 初 の ハ イ ブ リ ッ ド シ ョ ベ ル『ZHり加速時の効率が良く，よりスムーズな旋回性能２００』。ハイブリッドと省エネ油圧システムを融合を発揮します。

させた新システム「TRIAS―HX」の採用で，従# インバータ／キャパシタ来機に比べて燃料消費量を２０％低減。カーボン・コンパクトに収納されたインバータとキャパシオフセット対象商品にもなっています。また特定タは，専用冷却装置により高い信頼性を確保して特殊自動車排出ガス２０１１年基準適合車を開発しています。蓄電器には電子・イオンの移動のみで充おり，さらなる燃料消費量低減に取り組んでいま放電できるキャパシタを採用しています。化学反す。

応を必要とするバッテリと比べて短時間で充放電ができるため，建設機械の頻繁なエンジン回転制御ヘの追従を可能にしました。発熱や劣化が少なく，長寿命でメンテナンスも不要です。

写真―３"

ハイブリッドショベル『ZH２００』

バッテリ式ショベル

バッテリ式ショベルはエンジンを搭載せず，バッテリを動力源としています。この電力を複数の永久磁石型同期モータおよびインバータに供給
図―２

ハイブリッドコンポーネント搭載概要し，旋回装置および油圧ポンプを駆動します。これらモータは従来仕様では難しい，建機に必要な# 燃費低減効果

高応答，高効率，および小型化を実現するため，ハイブリッドシステムは，インバータにより発株式会社日立産機システムと新規に共同開発しま電機モータ，旋回電気モータ，エンジンを状況にした。

応じて最適に制御し，機械のポテンシャルを最大

バッテリはリチウムイオンバッテリで，バッテ限に引き出しながら燃料消費量を大幅に低減する

リ電圧は電動モータの三相交流２００V系に対応すことを可能にしました。モニターパネルに表示さる仕様となっています。またバッテリへの充電に２４ 建設マネジメント技術

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調達や工事段階の環境対策 特集

写真―４

写真―５

バッテリ式ショベル

電動式油圧ショベル

は専用充電器を開発し，４．
５時間でほぼフル充電と い う）と 比 較 す る とCO２は 約５０％減，ま た，が可能です。旋回装置はモータを減速機に直結しNOx，PMはほぼゼロであり，環境負荷が極めてて駆動します。これにより操作性はエンジン式と少ないことが最大の特長です。またエンジンによほぼ同等であることに加え，減速時の回生エネルる振動・騒音も抑えることができることも含めてギーを電力に変換してバッテリに回収し，省エネ考えると，現状技術では最も環境性能が優れていルギー性能向上を図っています。

ます。

! 電動式油圧ショベル
電動機の動力源として工場等で用いている２００

６． おわりに〜４００Vの商用電源を用いる機械です。
運転質量１．
５tのミニクラスから４５tの大型クラスまで幅広く利用されています。
主に使用されている作業内容は，以下のとおりです。
! 一般土木での積み込み作業" 製鉄所内でのメンテナンス作業

国土交通省の建設機械に関する排出ガス抑制対策は，地球温暖化防止にも大きく貢献できるものであり，重要な施策です。
建設機械各社も，低炭素型建設機械の開発に積極的に取り組んでいます。
今後，順次最新の排出ガス規制を満足した建設# 港湾荷役作業機械が普及していくとともに，建設施工現場でそ$ スクラップ・産業廃棄物処理におけるマテリれらの機械が多く使用されることを期待していま

アルハンドリング作業

す。

電動機駆動式のため，現場で排出ガスを全く出なお，施工現場で規制を満足した建設機械が多しません。発電所における必要電力を発電する際く使用されることを確認した場合には，速やかにの排出ガスを考慮しても，現状のディーゼルエン

土木工事標準歩掛の標準的な機種・規格として改ジン駆動の油圧ショベル（以下「標準ショベル」

訂を行っていきます。

建設マネジメント技術2013 年 7 月号 ２５