JPH0548501U - 油圧ショベル用内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 黒煙等の排気ガスの点で問題がなく、騒音及
び燃費を低減することが可能な、油圧ショベル用内燃機
関を提供すること。 【構成】 油圧ショベルを駆動するエンジン１０と、前
記エンジン１０のパワラインに取り付けられた誘導機１
２と、該誘導機１２により回生された電気エネルギーを
蓄えるバッテリ１３と、該バッテリ１３に蓄積された電
気エネルギを交流電力に変換して前記誘導機１２に供給
し、また前記誘導機１２により生成された交流電力を直
流電力に変換して前記バッテリ１３に供給するインバー
タ回路１４と、該インバータ回路１４を切り換え制御す
る切換手段１５とを具備して構成する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、油圧ショベル用内燃機関に係り、詳しくは、油圧ショベルの軽負荷 運転時等に溜めた電気エネルギを、油圧ショベルの高負荷運転時に利用してエン ジンのトルクアシストを行うようにした、油圧ショベル用内燃機関に関する。

【０００２】

【従来の技術】

油圧ショベルでは、駆動源として、通常、ディーゼルエンジンを装備し、該デ ィーゼルエンジンにより走行し、また油圧ポンプを駆動してアーム、ショベル等 を作動させて、掘削等の各種作業を行うようにしてある。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

しかし、前記油圧ショベルは、連続して高負荷運転する場合に、走行、掘削 等の全ての作業の駆動源としてディーゼルエンジンを利用しているため、該ディ ーゼルエンジンにかかる負担が大きく、黒煙を排気する等、排気ガスの点で問題 があると共に、騒音及び燃費の点でも問題があった。

【０００４】 従って、本考案の目的は、黒煙等の排気ガスの点で問題がなく、騒音を低減し かつエンジンを小型化して燃費を低減することが可能である、油圧ショベル用内 燃機関を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

前記目的を達成するため、本出願人は、本出願人が既に提案した装置、すな わち、パワラインに誘導機を取り付け、車両の制動時に該誘導機により生成され た交流電力を直流電力に変換してバッテリに供給し、車両の発進または加速時に 該バッテリに蓄積された電気エネルギを取り出して交流に変換して前記誘導機に 供給して車輪駆動の補助を行わせるように構成した、車両の制動および補助駆動 装置（例えば特開昭６３−２０６１０１号公報参照）の、油圧ショベルへの適用 の可否について鋭意研究を行った。

【０００６】 本出願人は、前記研究の結果、油圧ショベルによる作業には、掘削等の高負荷 運転の他に、アーム、ショベルの移動、往復動等の軽負荷運転の頻度が多く、こ の軽負荷運転時に、エンジンを若干トルクアップさせて運転し、余剰トルクで誘 導機（このとき発電機として機能）により発電して電気エネルギをバッテリに蓄 積しておき、高負荷運転時に該バッテリに蓄積された電気エネルギを取り出して 誘導機（このときモータとして機能）によりトルクアシストすると、エンジンの 負担を軽減し、黒煙等の問題が生じないことを知見した。

【０００７】 本考案の油圧ショベル用内燃機関は、前記知見に基づいてなされたもので、油 圧ショベルを駆動するエンジンと、前記エンジンのパワラインに取り付けられた 誘導機と、前記誘導機により回生された電気エネルギーを蓄えるバッテリと、前 記バッテリに蓄積された電気エネルギを交流電力に変換して前記誘導機に供給し 、また前記誘導機により生成された交流電力を直流電力に変換して前記バッテリ に供給するインバータ回路と、前記油圧ショベルの高負荷運転時に、前記誘導機 を前記油圧ショベルのトルクアシスト用モータして作動させ、前記油圧ショベル の軽負荷運転時に、前記エンジンの余剰トルクにより前記誘導機を発電機として 作動させるように、前記インバータ回路を切り換え制御する切換手段とを具備し たことを特徴とするものである。

【０００８】

【作用】

本考案の油圧ショベル用内燃機関によれば、アーム、ショベルの移動、往復 動等の軽負荷運転時に、切換手段によりインバータ回路を制御し、誘導機を発電 機として作動するように切り換える。この軽負荷運転時には、エンジンが若干ト ルクアップした状態で運転され、余剰トルクにより誘導機が作動して交流電力を 生成し、インバータ回路により該交流電力を直流電力に変換してバッテリに蓄積 する。そして、高負荷運転時に、切換手段によりインバータ回路を制御し、誘導 機をモータとして作動するように切り換えると、該インバータ回路がバッテリか ら直流電力を取り出し、この直流電力を交流電力に変換して誘導機に供給し、該 誘導機がエンジンのトルクアシストモータとして作動する。

【０００９】

【実施例】

以下、本考案の一実施例を図面を参照して説明する。

【００１０】 なお、図１乃至図３は本考案の一実施例を示すもので、図１は油圧ショベル用 内燃機関の概略構成を示すブロック図、図２は誘導機をモータとして作動させる ときの、エンジン回転数と軸トルクとの関係を示すグラフ、図３は誘導機を発電 機として作動させるときの、エンジン回転数と軸トルクとの関係を示すグラフで ある。

【００１１】 本実施例の油圧ショベル用内燃機関は、油圧ショベルを駆動するエンジン１０ と、前記エンジン１０のパワラインであるハウジング１１に内蔵させた薄型の誘 導機１２と、該誘導機１２により回生された電気エネルギーを蓄えるバッテリ１ ３と、該バッテリ１３に蓄積された電気エネルギを交流電力に変換して前記誘導 機１２に供給し、また前記誘導機１２により生成された交流電力を直流電力に変 換して前記バッテリ１３に供給するインバータ回路１４と、該インバータ回路１ ４を切り換え制御する切換手段１５とを具備して構成されている。

【００１２】 前記ハウジング１１の後段にはトランスミッション１６が設けられている。

【００１３】 前記インバータ回路１４には、余分な電力が発生したとき、該電力を消費する 抵抗器１７が接続されている。また、前記インバータ回路１４の直流端子には、 前記バッテリ１３の他に、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８が接続されている。このＤ Ｃ−ＤＣコンバータ１８は、前記バッテリ１３の直流電圧（例えば電圧３００Ｖ 程度）を、例えば２４Ｖに変換して各種の車両電装品に供給するものである。

【００１４】 前記切換手段１５は、前記油圧ショベルの高負荷運転時に、前記誘導機１２を 前記油圧ショベルのトルクアシスト用モータとして作動させ、前記油圧ショベル の軽負荷運転時に、前記エンジン１０の余剰トルクにより前記誘導機１２を発電 機として作動させるように、前記インバータ回路１４を切り換え制御するもので 、オペレータにより手動操作される。

【００１５】 なお、前記インバータ回路１４には、前記エンジン１０の回転数を検知する回 転センサ１９が接続されている。

【００１６】 次に、本実施例の油圧ショベル用内燃機関の作用を図２及び図３を参照して説 明する。

【００１７】 なお、図２は誘導機１２をモータとして作動させたときの状態を説明するグラ フ、また図３は誘導機１２を発電機として作動させたときの状態を説明するグラ フである。

【００１８】 アーム、ショベルの移動、往復動等の軽負荷運転時には、誘導機１２を発電機 として作動するように、切換手段１５によりインバータ回路１４を切り換え制御 する。そして、図３に示すように、エンジン１０を、曲線Ｄで示す如き軽負荷運 転時の本来のトルクよりも、若干トルクアップさせた同図中曲線Ｃで示す如き状 態で運転する。これにより、誘導機１２は余剰トルク分（曲線ＣとＤとの差分） で発電機として作動して交流電力を生成し、インバータ回路１４により該交流電 力を直流電力に変換してバッテリ１３に充電する。なお、アーム、ショベルの移 動、往復動等の軽負荷運転時の他に、移動走行時にも同様に余剰トルク分で充電 するようにしてもよい。

【００１９】 次に、掘削等の高負荷運転時には、誘導機１２をモータとして作動するように 、切換手段１５によりインバータ回路１４を切り換え制御する。これにより、エ ンジン１０を駆動するとき、図２、図３に示すように、曲線Ｂで示す如きエンジ ン自体による高負荷時のトルク特性以外に、バッテリ１３からの直流電力がイン バータ回路１４により変換された交流電力を供給された誘導機１２が、トルクア シストモータとして作動して加えられる同図中斜線で示すトルク特性部分（曲線 ＡとＢとの差分）が加えられる。これにより、全体の運転トルクは同図中曲線Ａ で示すトルク特性となる。つまり、高負荷運転時に、誘導機１２がトルクアシス トモータとして図２の斜線で示した分だけ、エンジン１０のトルクをアシストす る。

【００２０】 従って、掘削等の高負荷運転時にエンジン１０にかかる負担をその分軽減でき 、黒煙等の排気ガスの問題を解消することができ、また騒音を低減し得、しかも エンジン１０自体を小型化することも可能で、これにより燃費を改善することも できる。

【００２１】 なお、本考案の油圧ショベル用内燃機関は、前記実施例に示すものに限定され るものではない。例えば、エンジンの回転トルクに基づいて自動的に切換手段を 作動させるようにしてもよい。

【００２２】 次に、図４は、図２及び図３のエンジン回転数及び軸トルクの関係の一つの例 をより具体的に示したものである。同図中、曲線ａ〜ｇは夫々等燃費率（燃費率 とは、馬力当たりに必要な燃料重量；ｇ／ＨＰ）曲線であり、曲線ａから曲線ｇ に向かうに従い燃費率が小さく即ち良くなる。また、曲線ｋはエンジン回転速度 制御ガバナーの制御可能限界範囲を示すもので、曲線ａ〜ｇのうち曲線ｋより外 方の二点鎖線部分は理論上のみ存在し得る部分である。

【００２３】 同図中、エンジンの回転速度が今１４００ｒｐｍであって上記軽負荷運転をし ているとすると、発生軸トルクは比較的低くて、例えば点Ｃ′に相当するトルク Ｔ₁とすると、その燃費率は曲線ａにより決まる。尚、上記エンジン回転速度は 、油圧ショベルのアーム、ショベル等の移動速度を基にした油圧ポンプの回転速 度から決まる。従って今、エンジンの回転速度を変えずにトルクアップさせて、 燃費率が例えば１０％だけ有利な等燃費率曲線ｂの点Ｄ′に相当するトルクＴ₂ を全体として発生させた場合、点Ｃ′、Ｄ′の差に相当する余剰トルク分（Ｔ₂ −Ｔ₁）が上記の如く発電に寄与してバッテリ１３に充電される。つまり、点Ｄ ′は点Ｃ′に比して燃費率が１０％だけ有利であるため、同図から解る如くトル クＴ₁より略５０％大きいトルクＴ₂を得るための燃料消費量の増大割合は５０％ よりかなり少ないものでよい。

【００２４】 次に、上記高負荷運転時には、エンジンを回転速度２０００ｒｐｍであって曲 線ｇ内の最も等燃費率の良い点Ａ′においてトルクＴ₃を発生させて運転し、し かも上記の如くバッテリ１３からの電力によりトルクアシストモータとして作動 する誘導機１２により、点Ｂ′、Ａ′の差に相当するトルク（Ｔ₄−Ｔ₃）を発生 させてトルクアシストし、全体としてトルクＴ₄で運転する。かくして、高負荷 運転時の燃料消費効率は最も有利な条件を選び得る。

【００２５】 上記図４中、最適の点Ｃ′、Ａ′の選定はコンピュータのプログラムにより自 動的に行うことができる。即ち、予じめ、運転手の操作する燃料供給制御レバー の情報と、エンジンの低負荷運転領域（即ち燃費率の悪い領域）におけるバッテ リへの充電情報を基にした燃費率曲線上の最適な燃費率点と、その際に発生する 余剰トルクとを計算してプログラムしておく。そして、これにより、エンジン及 び誘導機を制御してバッテリに充電すると共に、高負荷運転時には、上記燃料供 給制御レバーからの情報が、図４の等燃費曲線上で最も燃費率の良い点に対応す るトルク以上のトルクを要求している場合には、制御指令を出して誘導機により トルクアシストをさせる。これにより、全体として最良の燃費率を得ることが出 来ると共に、エンジンも常に最適条件で運転されて、低温、低負荷運転時に発生 し易いＨＣ、ＳＯＦ等の発生を防止する一方、高温、高負荷運転時に発生し易い ＮＯｘ、黒煙等の発生も低減できかつエンジンの騒音も低減できる。

【００２６】

【考案の効果】

以上説明したように本考案の油圧ショベル用内燃機関によれば、黒煙等の排気 ガスの点で問題がなく、騒音及び燃費を低減することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例の油圧ショベル用内燃機関の
概略構成を示すブロック図である。

【図２】誘導機をモータとして作動させるときの、エン
ジン回転数と軸トルクとの関係を示すグラフである。

【図３】誘導機を発電機として作動させるときの、エン
ジン回転数と軸トルクとの関係を示すグラフである。

【図４】図２及び図３のエンジン回転数及び軸トルクの
関係の一つの例を、等燃費率曲線のパラメータと共に示
したグラフである。

【符号の説明】

１０ エンジン １１ パワライン（フライホイールハウジング） １２ 誘導機 １３ バッテリ １４ インバータ回路 １５ 切換手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ６０Ｋ 25/00 Ｃ 7140−3Ｄ Ｂ６０Ｌ 11/12 6821−5Ｈ 11/18 Ｄ 6821−5Ｈ Ｅ０２Ｆ 9/20 Ｃ 9022−2Ｄ

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 油圧ショベルを駆動するエンジンと、 前記エンジンのパワラインに取り付けられた誘導機と、 前記誘導機により回生された電気エネルギーを蓄えるバ
   ッテリと、 前記バッテリに蓄積された電気エネルギを交流電力に変
   換して前記誘導機に供給し、また前記誘導機により生成
   された交流電力を直流電力に変換して前記バッテリに供
   給するインバータ回路と、 前記油圧ショベルの高負荷運転時に、前記誘導機を前記
   油圧ショベルのトルクアシスト用モータとして作動さ
   せ、前記油圧ショベルの軽負荷運転時に、前記エンジン
   の余剰トルクにより前記誘導機を発電機として作動させ
   るように、前記インバータ回路を切り換え制御する切換
   手段と、 を具備したことを特徴とする、油圧ショベル用内燃機
   関。