KR101925226B1

KR101925226B1 - 건설 기계

Info

Publication number: KR101925226B1
Application number: KR1020177005288A
Authority: KR
Inventors: 가츠마사 우지; 유이치로 모리타; 고이치 시바타
Original assignee: 히다찌 겐끼 가부시키가이샤
Priority date: 2014-12-03
Filing date: 2015-12-03
Publication date: 2018-12-04
Anticipated expiration: 2035-12-03
Also published as: EP3228513B1; US20170282907A1; JP2016107700A; CN106687347A; WO2016088827A1; EP3228513A1; JP6285852B2; EP3228513A4; KR20170039696A; US10207703B2; CN106687347B

Abstract

어시스트 발전 모터(10)를 사용해서 엔진(9)을 시동할 때, 메인 컨트롤러(28)는 에너지 매니지먼트 제어부(28B)를 통해서 축전 장치(19)의 충방전 범위의 하한값을 제1 하한값(min1)에서 제2 하한값(min2)으로 낮춘다. 메인 컨트롤러(28)는, 엔진(9)이 시동 완료되었을 때, 축전 장치(19)의 충방전 범위의 하한값을 제2 하한값(min2)에서 제1 하한값(min1)으로 높인다. 이것 외에도, 메인 컨트롤러(28)는, 엔진(9)이 시동 완료되었을 때이며, 축전 장치(19)의 SOC가 제1 하한값(min1)을 하회할 때는, 표시 장치(30)에 엔진 정지 금지 정보를 표시시킨다.

Description

건설 기계{CONSTRUCTION MACHINE}

본 발명은, 엔진(내연 기관)과 전동기를 사용해서 유압 펌프를 구동 가능한 건설 기계에 관한 것이다.

일반적으로, 유압 셔블과 같은 건설 기계는, 가솔린, 경유 등을 연료로 하는 엔진과, 엔진에 의해 구동하는 유압 펌프와, 유압 펌프로부터 토출한 압유에 의해 구동하는 유압 모터, 유압 실린더 등의 유압 액추에이터를 구비하고 있다. 유압 액추에이터는, 소형 경량으로 대출력이 가능하고, 건설 기계의 액추에이터로서 널리 사용되고 있다.

또한, 엔진과 발전 전동기를 병용한 하이브리드식 유압 셔블도 알려져 있다(특허문헌 1 참조). 이러한 하이브리드식 유압 셔블은, 예를 들어 엔진의 출력축에 발전 전동기와 유압 펌프를 설치함과 함께, 발전 전동기에는 축전 장치가 전기적으로 접속해서 설치되어 있다. 발전 전동기는, 엔진의 구동력에 의해 발전한 전력을 축전 장치에 충전하는 발전기 작용과, 축전 장치의 전력을 사용해서 역행함으로써 엔진을 어시스트하는 전동기 작용을 갖고 있다.

또한, 하이브리드식 유압 셔블로서, 축전 장치의 방전에 의해, 엔진 시동 시에 발전 전동기의 전동기 작용에 기초하여 엔진의 시동을 어시스트하여, 엔진의 시동성을 향상시키는 것이 알려져 있다. 특허문헌 2에는, 예를 들어 저온화 등의 요인에 의해, 엔진을 시동시킬 의사가 있는데도 엔진이 시동하지 않는 경우에, 발전 전동기를 배터리 구동하여, 엔진 시동을 어시스트하도록 구성된 하이브리드형 유압 셔블이 기재되어 있다.

또한, 특허문헌 3에는, 엔진 정지 명령이 있었을 때, 축전 장치의 축전율과 같은 축전 상태(SOC: State of Charge)가 차회의 엔진 시동에 필요한 하한값을 하회하는 경우에, 엔진의 운전을 계속시켜서 축전 장치의 충전을 행하게 하도록 한 하이브리드형 유압 셔블이 기재되어 있다. 이 하이브리드형 유압 셔블은, 엔진 정지 시점에서의 SOC를 다음의 엔진 시동에 필요한 값으로 유지하여, 차회의 확실한 엔진 시동을 가능하게 하고 있다.

또한, 특허문헌 4에는, 엔진이 시동 중인 경우에는, 방전 전력 제한 수단에 의해 축전 장치의 방전의 제한을 억제함으로써, 시동에 필요한 전력을 확보하여, 엔진을 시동할 수 있는 빈도를 높게 한 구성이 기재되어 있다.

일본 특허 제3647319호 공보 일본 특허 공개 제2012-66786호 공보 일본 특허 공개 제2012-241339호 공보 일본 특허 공개 제2004-166367호 공보

그런데, 배터리나 전기 이중층 캐패시터 등과 같은 축전 장치는, 과방전 또는 과충전에 의한 열화 방지나, 축전 장치에 축적된 전력의 유효 이용 등을 목적으로, SOC의 감시나 추정을 행하여, 그 결과에 기초해서 축전 장치의 충방전을 제어할 것이 요구된다. 예를 들어 축전 장치에 각종 전동 액추에이터가 전기적으로 접속해서 설치되었을 때는, 전동 액추에이터로부터의 회생 전력을 축전 장치가 수용할 수 있고, 또한 요구에 따라서 발전 전동기나 전동 액추에이터에 대하여 축전 장치로부터 전력을 공급할 수 있도록 할 필요가 있다. 이 때문에, 축전 장치의 충전율은, 풀 충전의 상태(SOC: 100％)와 전혀 충전되어 있지 않은 상태(SOC: 0％)의 중간 부근(예를 들어, SOC: 50 내지 60％)으로 제어되어 있다.

또한, 축전 장치는, 과방전 또는 과충전에 의해 성능이 열화되어, 수명이 짧아질 우려가 있다. 따라서, SOC를 중간 부근으로 유지하는 제어 외에도, SOC가, 과도하게 높아지거나, 과도하게 낮아지거나 하는 것을 방지하기 위해서, SOC의 사용 범위(충방전 범위)에 소정의 상한값과 하한값을 마련하여, 이 사용 범위 내에서 충방전 제어를 행함으로써, 과잉의 충방전을 억제할 필요가 있다.

그러나, 특허문헌 2에 기재된 구성에서는, 축전 장치의 SOC가 사용 범위의 하한값 부근인 경우, 발전 전동기를 구동시킬 수 없어, 엔진 시동을 어시스트할 수 없다는 문제가 있다.

한편, 특허문헌 3에 기재된 구성에서는, 엔진을 정지하고 싶은 경우에 정지할 수 없어, 예를 들어 긴급 시에 있어서 엔진을 바로 정지할 수 없을 가능성이 있다. 이것 외에도, 충전을 위해서 엔진의 운전을 계속시킬 필요가 있기 때문에, 연료의 소비량이 증가함과 함께, 여분의 배기 가스를 배출할 우려도 있다.

또한, 특허문헌 4에 기재된 구성에서는, 엔진 시동 직후에 엔진을 정지하는 등, 축전 장치의 충분한 충전을 행하지 않고 전동기를 구동한 경우에는, 방전 전력 제한을 억제해서 축전 장치의 사용 범위를 확대해도, 축전 장치의 잔량이 부족하여, 엔진을 시동할 수 없다는 문제가 있다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제를 감안해서 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은, 차회의 엔진 시동에 필요한 전력을 고려하면서, 금회의 엔진 시동을 행하는 건설 기계를 제공하는 데 있다.

(1) 상술한 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은, 엔진과, 상기 엔진에 기계적으로 접속된 전동기와, 상기 엔진에 기계적으로 접속된 유압 펌프와, 상기 전동기에 전기적으로 접속된 축전 장치와, 상기 축전 장치의 전력 잔량을 검출하는 전력 잔량 검출 수단과, 상기 축전 장치의 충방전이 가능한 전력 잔량의 범위를 충방전 범위로서 정하는 충방전 범위 설정 수단을 구비한 건설 기계에 적용된다.

그리고, 본 발명이 채용하는 구성의 특징은, 상기 엔진 시동 제어 장치는, 통상의 충방전 범위의 하한값인 제1 하한값과, 적어도 한번은 상기 엔진을 시동할 수 있는 전력량분만큼 상기 제1 하한값보다 작은 값인 제2 하한값을 갖고, 상기 축전 장치의 충방전이 가능한 전력 잔량의 범위를 상기 축전 장치의 충방전 범위로서 정하는 충방전 범위 설정 수단과, 오퍼레이터에게 통지하기 위한 엔진 정지 금지 정보를 출력하는 정보 출력 수단을 구비하고, 상기 전력 잔량 검출 수단에 의해 검출되는 전력 잔량이 상기 제1 하한값을 하회할 때 오퍼레이터에게 통지하기 위한 충전 촉진 정보를 출력하고, 상기 엔진이 시동 중인지 여부를 판정하고, 상기 엔진이 시동 중이라고 판정했을 때, 상기 축전 장치의 충방전 범위의 하한값을 상기 제2 하한값으로 설정하고, 상기 전력 잔량 검출 수단에 의해 검출되는 전력 잔량이 상기 제2 하한값을 하회할 때, 상기 엔진을 정지하고 엔진 시동 중지 정보를 출력하고, 상기 전력 잔량 검출 수단에 의해 검출되는 전력 잔량이 상기 제2 하한값을 상회할 때, 상기 엔진의 시동을 완료했는지 여부를 판정하고, 상기 엔진의 시동이 완료되었다고 판정했을 때, 상기 축전 장치의 충방전 범위의 하한값을 상기 제1 하한값으로 설정하고, 상기 전력 잔량 검출 수단에 의해 검출되는 전력 잔량이 상기 제1 하한값을 하회할 때이며, 상기 전력 잔량 검출 수단에 의해 검출되는 전력 잔량이 차회 엔진 시동에 필요한 전력 잔량에 대하여 불충분하다고 판정했을 때는, 상기 엔진 정지 금지 정보를 출력하는 것에 있다.

이 구성에 의하면, 엔진 시동 제어 장치는, 엔진을 시동할 때, 축전 장치의 충방전 범위의 하한값을 제1 하한값으로부터 제2 하한값으로 내린다. 이에 의해, 예를 들어 엔진을 시동할 때 축전 장치의 충전량이 제1 하한값 부근으로 되어 있을 때라도, 축전 장치로부터 전동기에 전력을 공급할 수 있어, 전동기를 사용해서 엔진을 시동할 수 있다. 이 때문에, 엔진 시동 시에 축전 장치의 충방전 범위의 하한값을 내리지 않는 건설 기계에 비하여, 엔진의 시동성을 높일 수 있다.

또한, 엔진 시동 제어 장치는, 전력 잔량 검출 수단에 의해 검출되는 전력 잔량이 제1 하한값을 하회할 때 오퍼레이터에게 통지하기 위한 충전 촉진 정보를 출력한다. 엔진 시동 제어 장치는, 엔진이 시동 중인지 여부를 판정하고, 엔진이 시동 중이라고 판정했을 때, 축전 장치의 충방전 범위의 하한값을 제2 하한값으로 설정하고, 전력 잔량 검출 수단에 의해 검출되는 전력 잔량이 제2 하한값을 하회할 때, 엔진을 정지하고 엔진 시동 중지 정보를 출력한다. 엔진 시동 제어 장치는, 전력 잔량 검출 수단에 의해 검출되는 전력 잔량이 제2 하한값을 상회할 때, 엔진의 시동을 완료했는지 여부를 판정하고, 엔진의 시동이 완료되었다고 판정했을 때, 축전 장치의 충방전 범위의 하한값을 제1 하한값으로 설정한다. 엔진 시동 제어 장치는, 전력 잔량 검출 수단에 의해 검출되는 전력 잔량이 제1 하한값을 하회할 때이며, 축전 장치의 전력 잔량이 차회의 엔진 시동에 필요한 전력 잔량에 대하여 불충분하다고 판정했을 때는, 오퍼레이터에게 통지하기 위한 엔진 정지 금지 정보를 출력한다. 이때, 오퍼레이터는, 엔진 정지 금지 정보에 의해, 축전 장치의 전력 잔량이 차회의 엔진 시동에 대하여 부족 상태인 것을 파악할 수 있기 때문에, 오퍼레이터에 의한 부주의한 엔진의 정지를 억제하고, 축전 장치의 충전을 촉구할 수 있어, 축전 장치가 차회의 엔진 시동에 필요한 전력을 확보할 수 있다. 또한, 엔진을 시동할 때 차회의 엔진 시동에 필요한 전력 잔량을 확보하므로, 엔진을 정지할 때 축전 장치를 충전할 필요가 없어진다. 이 때문에, 엔진 정지가 필요한 경우에는, 바로 엔진을 정지할 수 있다.

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(2) 본 발명은, 상기 건설 기계는, 상기 유압 펌프로부터 토출되는 압유에 의해 구동하는 유압 액추에이터와, 상기 유압 액추에이터에의 구동 명령의 유효와 무효를 전환하는 로크 장치를 더 구비하고, 상기 정보 출력 수단은, 상기 구동 명령이 유효할 때는 상기 엔진 정지 금지 정보를 출력하지 않는 구성으로 한 것에 있다.

이 구성에 의하면, 정보 출력 수단은, 로크 장치에 의해 유압 액추에이터에의 구동 명령이 유효할 때는, 엔진 정지 금지 정보를 출력하지 않는다. 여기서, 로크 장치에 의해 유압 액추에이터에의 구동 명령이 유효할 때는, 오퍼레이터가 유압 액추에이터를 구동시킬 때이므로, 즉시 엔진을 정지시키지 않고, 축전 장치의 충전이 계속되는 것이라고 생각된다. 이 때문에, 로크 장치에 의해 유압 액추에이터에의 구동 명령이 유효할 때는, 축전 장치의 전력 잔량이 차회 엔진 시동에 필요한 전력 잔량에 대하여 불충분할 때라도, 정보 출력 수단은 엔진 정지 금지 정보를 출력하지 않는다. 그 결과, 오퍼레이터에 대한 엔진 정지 금지 정보의 통지를 최소한으로 억제할 수 있다.

(3) 본 발명은, 상기 건설 기계는, 상기 유압 액추에이터에의 구동 명령을 출력하는 조작 장치를 더 구비하고, 상기 정보 출력 수단은, 상기 조작 장치가 조작되고 있을 때는 상기 엔진 정지 금지 정보를 출력하지 않는 구성으로 한 것에 있다.

이 구성에 의하면, 정보 출력 수단은, 조작 장치가 조작되고 있을 때는, 엔진 정지 금지 정보를 출력하지 않는다. 여기서, 조작 장치가 조작되고 있을 때는, 오퍼레이터에 의해 유압 액추에이터가 구동 중이므로, 즉시 엔진을 정지시키지 않고, 축전 장치의 충전이 계속되는 것이라 생각된다. 이 때문에, 조작 장치가 조작되고 있을 때는, 축전 장치의 전력 잔량이 차회 엔진 시동에 필요한 전력 잔량에 대하여 불충분할 때라도, 정보 출력 수단은 엔진 정지 금지 정보를 출력하지 않는다. 그 결과, 오퍼레이터에 대한 엔진 정지 금지 정보의 통지를 최소한으로 억제할 수 있다.

도 1은 제1 내지 제4 실시 형태에 사용되는 유압 셔블을 도시하는 정면도이다.
도 2는 유압 셔블의 전동 시스템과 유압 시스템의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 3은 도 3중의 메인 컨트롤러에 의한 엔진 시동 제어 처리를 나타내는 흐름도이다.
도 4는, 제1 실시 형태에서, 엔진 상태, SOC, 충전 촉진 정보, 엔진 시동 중지 정보, 엔진 정지 금지 정보의 시간 변화의 일례를 도시하는 특성 선도이다.
도 5는 제2 실시 형태의 메인 컨트롤러에 의한 엔진 시동 제어 처리를 나타내는 흐름도이다.
도 6은, 제2 실시 형태에서, 엔진 상태, SOC, 엔진 정지 금지 정보의 시간 변화의 일례를 도시하는 특성 선도이다.
도 7은 제3 실시 형태의 메인 컨트롤러에 의한 엔진 시동 제어 처리를 나타내는 흐름도이다.
도 8은 제4 실시 형태의 메인 컨트롤러에 의한 엔진 시동 제어 처리를 나타내는 흐름도이다.

이하, 본 발명에 따른 건설 기계의 실시 형태를, 하이브리드식 유압 셔블에 적용한 경우를 예로 들어, 첨부 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.

도 1 내지 도 4는 본 발명의 제1 실시 형태를 나타내고 있다. 도 1에서, 1은 하이브리드식 건설 기계의 대표예로서의 하이브리드식 유압 셔블을 나타내고 있다. 하이브리드식 유압 셔블(1)(이하, 유압 셔블(1)이라고 함)은, 자주 가능한 크롤러식 하부 주행체(2)와, 해당 하부 주행체(2) 상에 설치된 선회 베어링 장치(3)와, 해당 선회 베어링 장치(3)를 개재해서 하부 주행체(2) 상에 선회 가능하게 탑재되어, 해당 하부 주행체(2)와 함께 차체(기체)를 구성하는 상부 선회체(4)와, 해당 상부 선회체(4)의 전방측에 부앙 이동 가능하게 설치되어 토사의 굴삭 작업 등을 행하는 작업 장치(5)를 포함하여 구성되어 있다.

하부 주행체(2)는, 트랙 프레임(2A)과, 해당 트랙 프레임(2A)의 좌, 우 양측에 설치된 구동륜(2B)과, 트랙 프레임(2A)의 좌, 우 양측에서 구동륜(2B)과 전, 후 방향의 반대측에 설치된 유동륜(2C)과, 구동륜(2B)과 유동륜(2C)에 권회된 크롤러 벨트(2D)(어느 것도 좌측만 도시)에 의해 구성되어 있다. 좌, 우측의 구동륜(2B)은, 유압 액추에이터로서의 좌, 우측의 주행 유압 모터(2E, 2F)(도 2 참조)에 의해 회전 구동된다. 한편, 트랙 프레임(2A)의 중앙부의 상측에는, 선회 베어링 장치(3)가 설치되어 있다.

작업 장치(5)는, 후술하는 선회 프레임(6)의 전방측에 부앙 이동 가능하게 설치된 붐(5A)과, 해당 붐(5A)의 선단부에 부앙 이동 가능하게 설치된 아암(5B)과, 해당 아암(5B)의 선단부에 회동 가능하게 설치된 버킷(5C)과, 이들을 구동하는 유압 실린더(유압 액추에이터)로 이루어지는 붐 실린더(5D), 아암 실린더(5E), 버킷 실린더(5F)에 의해 구성되어 있다.

상부 선회체(4)는, 지지 구조체를 이루는 선회 프레임(6)을 포함하여 구성되어 있다. 선회 프레임(6)은, 선회 베어링 장치(3)를 개재해서 하부 주행체(2) 상에 선회 가능하게 탑재되어 있다. 이 때문에, 선회 프레임(6)의 하면측에는, 선회 베어링 장치(3)가 설치되어 있다. 한편, 선회 프레임(6) 상에는, 후술하는 캡(7), 카운터 웨이트(8), 엔진(9), 어시스트 발전 모터(10), 유압 펌프(11), 축전 장치(19), 선회 장치(20), 전력 변환 장치(23) 등이 설치되어 있다.

캡(7)은, 선회 프레임(6)의 좌측 전방측에 설치되고, 캡(7) 내에는 오퍼레이터가 착좌하는 운전석(도시하지 않음)이 설치되어 있다. 운전석의 주위에는, 후술하는 조작 장치(14), 키 스위치(29), 표시 장치(30) 등이 배치되어 있다.

카운터 웨이트(8)는, 선회 프레임(6)의 후단부측에 설치되어, 작업 장치(5)와의 중량 균형을 잡는 것이다.

엔진(9)은, 캡(7)과 카운터 웨이트(8)와의 사이에 위치해서 선회 프레임(6) 상에 설치되어 있다. 이 엔진(9)은, 예를 들어 디젤 엔진을 사용해서 구성되고, 하이브리드식 유압 셔블(1)의 내연 기관으로서, 상부 선회체(4)에 좌, 우 방향으로 연장되는 수평 상태로 탑재되어 있다. 엔진(9)의 출력측에는, 후술하는 어시스트 발전 모터(10)와 유압 펌프(11)가 기계적으로 접속되어 있다.

여기서, 엔진(9)의 작동은, 엔진 컨트롤 유닛(9A)(이하, ECU(9A)라고 함)에 의해 제어되어, 예를 들어 연료의 공급량이 연료 분사 장치(도시하지 않음)에 의해 가변적으로 제어된다. 즉, ECU(9A)는, 후술하는 메인 컨트롤러(28)로부터 출력되는 제어 신호에 기초하여 엔진(9)의 실린더(도시하지 않음) 내에 분사되는 연료의 분사량(연료 분사량)을 가변적으로 제어한다. 이에 의해, 엔진(9)은, 오퍼레이터의 운전 조작이나 차량의 작동 상태 등에 따른 회전수로 작동한다. 또한, ECU(9A)는, 후술하는 키 스위치(29)의 정지 조작이 이루어지면, 메인 컨트롤러(28)의 명령에 의해 연료 분사 장치의 연료 분사를 정지하고, 엔진(9)을 정지시킨다.

어시스트 발전 모터(10)는, 엔진(9)과 유압 펌프(11)와의 사이에 기계적으로 접속되어, 발전 전동기로서 설치되어 있다. 이 어시스트 발전 모터(10)는, 예를 들어 영구 자석식 동기 전동기에 의해 구성되어, 엔진(9)에 의해 회전 구동됨으로써 발전을 행하거나, 또는 전력이 공급됨으로써 엔진(9)의 구동을 보조(어시스트)하는 것이다. 즉, 어시스트 발전 모터(10)는, 엔진(9)에 의해 회전 구동됨으로써 발전을 행하는 작용(발전기 작용)과, 후술하는 전력 변환 장치(23)를 통해서 전력 공급됨으로써 전동기로서 엔진(9)의 구동을 보조하는 작용(전동기 작용)을 갖는 것이다.

어시스트 발전 모터(10)의 발전 전력은, 후술하는 제1 인버터(24)를 통해서 초퍼(26)에 공급되어, 축전 장치(19)에 충전(축전)된다. 또한, 어시스트 발전 모터(10)의 발전 전력은, 제1 인버터(24)를 통해서 제2 인버터(25)에 공급되어, 선회용 전동 모터(22)의 구동에 사용된다. 한편, 엔진(9)의 구동을 보조할 때는, 어시스트 발전 모터(10)는, 축전 장치(19)에 충전된 전력(내지 선회용 전동 모터(22)의 회생 전력)에 의해 구동된다.

유압 펌프(11)는, 어시스트 발전 모터(10)와 파일럿 펌프(12)와의 사이에 위치하고, 어시스트 발전 모터(10)를 통해서 엔진(9)에 기계적으로 접속되어 있다. 이 유압 펌프(11)는, 파일럿 펌프(12), 작동유 탱크(13)와 함께 유압원을 구성하고 있다. 유압 펌프(11)는, 예를 들어 경사판식, 경사축식 또는 래디얼 피스톤식 등과 같은 각종 유압 펌프에 의해 구성되어, 엔진(9) 및 어시스트 발전 모터(10)에 의해 구동되는 것이다. 유압 펌프(11)는, 주행 유압 모터(2E, 2F), 실린더(5D 내지 5F), 후술하는 선회용 유압 모터(21) 등을 구동하기 위한 동력원으로서, 작동유 탱크(13) 내의 작동유를 승압해서 후술하는 컨트롤 밸브(16)를 향해서 토출한다.

파일럿 펌프(12)는, 유압 펌프(11)에 이어져서 설치되어 있다. 이 파일럿 펌프(12)는, 후술하는 조작 장치(14)를 조작했을 때 유압 신호로서 컨트롤 밸브(16)에 공급되는 파일럿용 압유(파일럿압)를 토출하는 것이다.

조작 장치(14)는, 캡(7) 내에 위치하고, 파일럿 밸브(15)에 접속되어 있다. 조작 장치(14)는, 주행용 조작 레버·페달이나 작업용 조작 레버 등(모두 도시하지 않음)에 의해 구성되어 있다. 이 조작 장치(14)를 사용해서 파일럿 밸브(15)를 조작함으로써, 파일럿 펌프(12)로부터 토출하는 압유의 유량과 방향을 제어하여, 파일럿압을 컨트롤 밸브(16)에 공급한다. 이에 의해, 컨트롤 밸브(16)는, 유압 모터(2E, 2F, 21), 실린더(5D 내지 5F)에 대한 압유의 방향이 전환 제어된다. 즉, 조작 장치(14)는, 유압 모터(2E, 2F, 21), 실린더(5D 내지 5F)에의 구동 명령으로서, 컨트롤 밸브(16)에 대한 파일럿압을 출력하는 것이다.

컨트롤 밸브(16)는, 선회 프레임(6) 상에 설치되고, 유압 모터(2E, 2F, 21), 실린더(5D 내지 5F)를 제어하는 복수개의 방향 제어 밸브를 포함하여 구성되어 있다. 컨트롤 밸브(16)는, 유압 펌프(11)로부터 공급되는 압유의 공급과 배출을, 파일럿 밸브(15)의 조작에 기초하는 구동 명령(파일럿압)에 따라서 전환한다(압유의 토출량 및 토출 방향을 제어함). 이에 의해, 유압 펌프(11)로부터 컨트롤 밸브(16)에 공급된 압유는, 각각의 유압 모터(2E, 2F, 21), 실린더(5D 내지 5F)에 적절히 분배되어, 유압 모터(2E, 2F, 21), 실린더(5D 내지 5F)를 구동(회전, 신장, 축소)한다.

게이트 로크 레버(17)는, 로크 장치를 구성하고, 캡(7) 내에 위치하고, 파일럿 커트 밸브(18)에 접속되어 있다. 이 게이트 로크 레버(17)는, 파일럿 밸브(15)에 부가되는 파일럿압을 차단함으로써, 조작 장치(14)에 의한 유압 모터(2E, 2F, 21), 실린더(5D 내지 5F)에의 구동 명령의 유효와 무효를 전환하는 것이다.

게이트 로크 레버(17)가 로크 위치(상승 위치)로 이동되면, 파일럿 커트 밸브(18)가 파일럿 펌프(12)로부터 파일럿 밸브(15)에의 압유를 차단하고, 조작 장치(14)를 통한 유압 모터(2E, 2F, 21), 실린더(5D 내지 5F)의 조작이 불능이 된다. 한편, 게이트 로크 레버(17)가 로크 해제 위치(하강 위치)로 이동되면, 파일럿 커트 밸브(18)가 파일럿 펌프(12)로부터의 압유를 연통하여, 조작 장치(14)에 의한 유압 모터(2E, 2F, 21), 실린더(5D 내지 5F)의 조작이 가능해진다.

또한, 게이트 로크 레버(17)가 로크 해제 상태일 때는, 스타터 커트 릴레이(도시하지 않음)가 작동하여, 스타터로서 기능하는 어시스트 발전 모터(10)에의 전력 공급이 차단되어, 엔진(9)이 시동되지 않도록 구성되어 있다. 또한, 로크 장치는, 상, 하측 방향으로 회동하는 레버식 게이트 로크 레버(17)에 한하지 않고, 예를 들어 각종 스위치, 페달 등으로 구성해도 된다.

축전 장치(19)는, 선회 프레임(6) 상에 설치되고, 후술하는 초퍼(26), 제1 인버터(24), 제2 인버터(25)를 통해서, 어시스트 발전 모터(10), 선회용 전동 모터(22)에 전기적으로 접속되어 있다. 축전 장치(19)는, 전력을 축적하는 것이며, 예를 들어 리튬 이온 배터리, 니켈 수소 배터리 등의 이차 전지, 또는, 전기 이중 층의 캐패시터를 사용해서 구성되어 있다. 즉, 축전 장치(19)는, 어시스트 발전 모터(10)에 의한 발전 전력, 선회용 전동 모터(22)에 의한 선회 감속 시의 발전 전력(회생 전력)에 의해 충전(축전)되거나, 또는, 충전된 전력을 어시스트 발전 모터(10), 선회용 전동 모터(22)에 방전(급전)하는 것이다.

여기서, 축전 장치(19)에는, 배터리 컨트롤 유닛(19A)(이하, BCU(19A)라고 함)이 설치되고, 해당 BCU(19A)에 의해 충전 동작이나 방전 동작이 제어된다. 또한, BCU(19A)는, 전력 잔량 검출 수단을 구성하고, 축전 장치(19)의 전력 잔량으로서의 축전율(SOC)을 검출해서 후술하는 메인 컨트롤러(28)에 출력한다.

선회 장치(20)는, 상부 선회체(4)(선회 프레임(6))에 설치되고, 감속기(도시하지 않음), 선회용 유압 모터(21), 선회용 전동 모터(22) 등으로 구성되어 있다. 선회 장치(20)는, 선회 베어링 장치(3)에 회전력을 전달함으로써, 상부 선회체(4)를 하부 주행체(2)에 대하여 선회시키는 것이다. 여기서, 선회 장치(20)는, 선회용 유압 모터(21)와 선회용 전동 모터(22)가 협동해서 상부 선회체(4)를 선회 구동하는, 소위 하이브리드형 선회 장치로서 구성되어 있다.

선회용 전동 모터(22)는, 선회용 유압 모터(21)와 함께, 감속기의 상부측에 설치되어 있다. 선회용 전동 모터(22)는, 예를 들어 영구 자석형 동기 전동기를 사용해서 구성되고, 어시스트 발전 모터(10)에 의한 발전 전력과 축전 장치(19)의 전력에 의해 구동된다. 또한, 선회용 전동 모터(22)는, 선회 동작을 감속할 때 발생하는 에너지를 전기 에너지로 변환해서 발전을 행한다.

즉, 선회용 전동 모터(22)는, 후술하는 전력 변환 장치(23)를 통해서 전력이 공급됨으로써, 선회용 유압 모터(21)를 보조(어시스트)해서 상부 선회체(4)를 선회시키는 작용(선회 어시스트 작용)과, 선회 감속 시에 상부 선회체(4)의 운동 에너지(회전 에너지)를 전기 에너지로 변환(회생 발전)하는 작용(선회 회생 작용)을 갖는 것이다. 선회용 전동 모터(22)의 발전 전력(회생 전력)은, 후술하는 제2 인버터(25) 및 직류 모선(27A, 27B)을 통해서, 후술하는 제1 인버터(24) 및 초퍼(26)에 공급되어, 어시스트 발전 모터(10)의 구동, 축전 장치(19)의 충전(축전)이 행하여진다.

이어서, 하이브리드식 유압 셔블(1)의 전동 시스템의 구성에 대해서 설명한다.

도 2에 도시한 바와 같이, 유압 셔블(1)의 전동 시스템은, 상술한 어시스트 발전 모터(10), 축전 장치(19), 선회용 전동 모터(22) 외에, 후술하는 제1 인버터(24), 모터 제너레이터 컨트롤 유닛(24A)(이하, MGCU(24A)라고 함), 제2 인버터(25), 선회용 전동 모터 컨트롤 유닛(25A)(이하, RMC(U25A)라고 함), 초퍼(26) 등으로 구성되어 있다. 이 경우, 예를 들어 제1 인버터(24)와 MGCU(24A), 제2 인버터(25)와 RMC(U25A) 및 초퍼(26)는, 전력 변환 장치(PCU: 파워 컨트롤 유닛)(23)를 구성하고, 전력 변환 장치(23)는 상부 선회체(4)에 탑재되어 있다.

제1 인버터(24)는, 어시스트 발전 모터(10)에 전기적으로 접속되어, 어시스트 발전 모터(10)의 구동을 제어하는 것이다. 구체적으로는, 제1 인버터(24)는, 예를 들어 트랜지스터, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT) 등으로 이루어지는 복수(예를 들어 6개)의 스위칭 소자를 사용해서 구성되고, 한 쌍의 직류 모선(27A, 27B)에 접속되어 있다. 제1 인버터(24)의 스위칭 소자는, 그 개방·폐쇄가 MGCU(24A)로부터 출력되는 3상(U상, V상, W상)의 PWM 신호에 의해 제어된다. 어시스트 발전 모터(10)의 발전 시에는, 제1 인버터(24)는, 어시스트 발전 모터(10)에 의한 발전 전력을 직류 전력으로 변환해서 직류 모선(27A, 27B)에 공급한다. 한편, 어시스트 발전 모터(10)의 모터 구동 시에는, 제1 인버터(24)는, 직류 모선(27A, 27B)의 직류 전력으로부터 3상의 교류 전력을 생성하여, 어시스트 발전 모터(10)에 공급한다.

제2 인버터(25)는, 선회용 전동 모터(22)에 전기적으로 접속되어, 선회용 전동 모터(22)의 구동을 제어하는 것이다. 구체적으로는, 제2 인버터(25)는, 제1 인버터(24)와 거의 마찬가지로, 복수(예를 들어 6개)의 스위칭 소자를 사용해서 구성되고, 한 쌍의 직류 모선(27A, 27B)에 접속되어 있다. 제2 인버터(25)의 스위칭 소자는, 그 개방·폐쇄가 RMC(U25A)로부터 출력되는 3상의 PWM 신호에 의해 제어된다. 선회용 전동 모터(22)의 선회 구동 시에는, 제2 인버터(25)는, 직류 모선(27A, 27B)의 직류 전력으로부터 3상의 교류 전력을 생성하여, 선회용 전동 모터(22)에 공급한다. 한편, 선회용 전동 모터(22)의 선회 감속 시(회생 시)에는, 제2 인버터(25)는, 선회용 전동 모터(22)에 의한 회생 전력을 직류 전력으로 변환해서 직류 모선(27A, 27B)에 공급한다.

초퍼(26)는, 일단부가 축전 장치(19)에 접속되고, 타단부가 직류 모선(27A, 27B)에 접속되어 있다. 초퍼(26)와 제1, 제2 인버터(24, 25)는, 한 쌍의 직류 모선(27A, 27B)을 통해서 서로 전기적으로 접속되어 있다. 초퍼(26)는, 예를 들어 IGBT 등으로 이루어지는 복수(예를 들어 2개)의 스위칭 소자와 리액터를 구비한다. 초퍼(26)는, 초퍼 컨트롤 유닛(26A)(이하, CCU(26A)라고 함)에 의해 스위칭 소자의 개방·폐쇄가 제어된다.

그리고, 축전 장치(19)의 충전 시에는, 초퍼(26)는, 강압 회로(강압 초퍼)로서 기능하여, 예를 들어 직류 모선(27A, 27B)으로부터 공급되는 직류 전압을 강압해서 축전 장치(19)에 공급한다. 한편, 축전 장치(19)의 방전 시에는, 초퍼(26)는, 승압 회로(승압 초퍼)로서 기능하여, 축전 장치(19)로부터 공급되는 직류 전압을 승압해서 예를 들어 직류 모선(27A, 27B)에 공급한다.

제1, 제2 인버터(24, 25) 및 초퍼(26)는, 정극측(플러스측)과 부극측(마이너스측)에서 한 쌍의 직류 모선(27A, 27B)을 통해서 서로 접속되어 있다. 직류 모선(27A, 27B)에는, 해당 직류 모선(27A, 27B)의 전압을 안정시키기 위해서, 평활용 콘덴서(도시하지 않음)가 접속되어 있다. 직류 모선(27A, 27B)에는, 예를 들어 몇백 V 정도의 소정의 직류 전압이 인가된다.

메인 컨트롤러(28)는, 예를 들어 캡(7) 내에 설치되고, ECU(9A), BCU(19A), MGCU(24A), RMC(U25A), CCU(26A) 등에 접속되어 있다. 이 메인 컨트롤러(28)는, 예를 들어 마이크로컴퓨터 등에 의해 구성되고, 부조 감시·부조 처리 제어부(28A), 에너지 매니지먼트 제어부(28B) 등을 구비하고 있다. 메인 컨트롤러(28)는, ECU(9A), BCU(19A), MGCU(24A), RMC(U25A), CCU(26A) 등에 대한 제어 명령을 생성하여, 어시스트 발전 모터(10), 선회용 전동 모터(22)의 구동 제어, 전동 시스템의 부조 감시, 에너지 매니지먼트 등의 제어를 행한다.

또한, 메인 컨트롤러(28)는, 도 3에 도시하는 엔진 시동 제어 처리의 프로그램 등을 저장하는 기억부(도시하지 않음)를 구비하고 있다. 이에 의해, 메인 컨트롤러(28)는, 엔진(9)을 시동할 때, BCU(19A), MGCU(24A), CCU(26A) 등의 제어를 행하여, 어시스트 발전 모터(10)에 의해 엔진(9)을 시동하는 엔진 시동 제어 장치를 구성한다.

부조 감시·부조 처리 제어부(28A)는, 어시스트 발전 모터(10), 축전 장치(19), 선회용 전동 모터(22), 전력 변환 장치(23) 등의 전동 시스템에 고장, 이상, 경고 등의 부조 상태가 발생했는지 여부를 판정한다. 그리고, 부조 감시·부조 처리 제어부(28A)는, 부조가 발생했다고 판정한 경우에, 그 취지의 신호가 되는 전동 시스템 부조 신호(부조의 취지의 신호)를 MGCU(24A) 등에 출력한다.

에너지 매니지먼트 제어부(28B)는, 예를 들어 선회용 전동 모터(22)가 가속 시에 소비하는 에너지와 감속 시에 회생하는 에너지와의 차에 의해 증감하는 축전 장치(19)의 SOC를, 어시스트 발전 모터(10)에 발전 명령 또는 어시스트 명령을 출력함으로써, 소정의 충방전 범위(예를 들어, SOC가 30％ 내지 70％ 정도의 범위)로 유지하는 제어를 행한다. 즉, 에너지 매니지먼트 제어부(28B)는, 축전 장치(19)의 충방전이 가능한 SOC의 사용 범위를 충방전 범위로서 정하는 충방전 범위 설정 수단을 구성한다.

이 경우, 에너지 매니지먼트 제어부(28B)는, 축전 장치(19)에 있어서 SOC가 과도하게 상승이나 저하되는 것을 방지하기 위해서, 축전 장치(19)의 충방전 범위에 소정의 상한값과 하한값을 마련하고 있다. 에너지 매니지먼트 제어부(28B)는, 이 상한값과 하한값의 범위 내에서 축전 장치(19)의 충방전 제어를 행함으로써, 축전 장치(19)의 과잉의 충방전을 억제한다.

이때, 충방전 범위의 하한값(SOC 하한값)은, 통상의 충방전 범위의 하한값인 제1 하한값(min1)(예를 들어 min1=SOC: 30％)과, 엔진 시동 시에 어시스트 발전 모터(10)에 의해 엔진(9)을 시동하기 위해서 낮춰지는 충방전 범위의 제2 하한값(min2)(예를 들어 min2=SOC: 20％)을 갖는다.

여기서, 제1 하한값(min1)은, 즉시 축전 장치(19)의 열화나 수명의 저하로 이어지는 한계치에 대하여, 일정한 마진이 마련된 값이다. 또한, 제2 하한값(min2)은, SOC가 제1 하한값(min1) 부근이어도, 적어도 한번은 어시스트 발전 모터(10)에 의해 엔진(9)을 시동할 수 있는 전력량분만큼 제1 하한값(min1)보다 작은 값(낮은 값)을 취하고, 또한 즉시 축전 장치(19)의 열화나 수명의 저하로 이어지는 한계치보다도 큰 값(높은 값)을 취하고 있다.

이 경우, 엔진 시동에 걸리는 짧은 시간에 충방전 범위의 제2 하한값을 min2로 낮추어도, 엔진(9)의 시동에 걸리는 시간은 비교적 짧다. 이 때문에, 엔진 시동 시에 제2 하한값(min2)으로 낮추어도, 즉시 축전 장치(19)의 열화나 수명의 저하로 이어질 가능성은 낮아져 있다.

키 스위치(29)는, 캡(7) 내의 운전석 부근에 설치되어 있다. 이 키 스위치(29)는, 메인 컨트롤러(28)에 접속되어, 엔진(9)의 시동과 정지를 전환하기 위한 스위치를 구성하고 있다. 키 스위치(29)가 예를 들어 START 위치로 조작되면, 메인 컨트롤러(28)는, ECU(9A), MGCU(24A), CCU(26A), BCU(19A) 등에 엔진 시동용 제어 명령을 출력하여, 스타터가 되는 어시스트 발전 모터(10)를 사용해서 엔진(9)을 시동한다. 또한, 키 스위치(29)가 정지 조작되면, 메인 컨트롤러(28)는, ECU(9A) 등에 정지 신호를 출력하여, 엔진(9)을 정지시킨다.

표시 장치(30)는, 캡(7) 내에서 운전석의 전방에 설치되고, 메인 컨트롤러(28)에 접속되어 있다. 이 표시 장치(30)는, 예를 들어 액정 모니터에 의해 구성되어, 연료의 잔량, 엔진 냉각수의 수온, 가동 시간, 차내 온도 등과 같이 차체에 관한 각종 정보를 표시한다. 이것 외에도, 표시 장치(30)는, 엔진(9)의 시동 중이나 시동 후에, 후술하는 충전 촉진 정보, 엔진 시동 중지 정보, 엔진 정지 금지 정보를 표시하는 것이다.

제1 실시 형태에 의한 유압 셔블(1)은, 상술한 바와 같은 구성을 갖는 것으로, 이어서 그 동작에 대해 설명한다.

먼저, 오퍼레이터는, 캡(7)에 탑승해서 운전석에 착좌하고, 게이트 로크 레버(17)를 로크 위치에 고정한 상태에서, 키 스위치(29)를 START 위치로 회동시킨다. 이에 의해, 어시스트 발전 모터(10)가 회전 구동함과 함께, 엔진(9)에 연료가 공급되어, 엔진(9)을 시동한다. 그리고, 엔진 회전수가 소정의 회전수(예를 들어, 아이들 회전수) 이상으로 되어, 엔진 시동 완료 상태가 되면, 오퍼레이터는, 게이트 로크 레버(17)를 로크 위치에서 로크 해제 위치로 전환한다.

이 상태에서, 오퍼레이터가 조작 장치(14)의 주행용 조작 레버·페달을 조작하면, 컨트롤 밸브(16)를 통해서 유압 펌프(11)로부터의 압유가 하부 주행체(2)의 주행용 유압 모터(2E, 2F)에 공급되고, 유압 셔블(1)은 전진, 후퇴 등과 같은 주행 동작을 행한다. 또한, 오퍼레이터가 조작 장치(14)의 작업용 조작 레버를 조작하면, 컨트롤 밸브(16)를 통해서 유압 펌프(11)로부터의 압유가 선회용 유압 모터(21)나 실린더(5D 내지 5F)에 공급되고, 유압 셔블(1)은 선회 동작이나 작업 장치(5)의 부앙 이동에 의한 굴삭 동작 등을 행한다.

이어서, 도 3 및 도 4를 사용하여, 메인 컨트롤러(28)에 의해 실행되는 엔진 시동 제어 처리에 대해서 설명한다.

먼저, 스텝 1에서는, BCU(19A)에 의해 검출되는 축전 장치(19)의 SOC가 제1 하한값(min1) 이상인지 여부를 판정한다.

스텝 1에서 「"아니오"」라고 판정한 경우에는, SOC가 제1 하한값(min1)보다도 저하되어 있으므로, 스텝 2로 진행한다. 스텝 2에서는, 메인 컨트롤러(28)로부터 표시 장치(30)에 충전 촉진 정보를 표시하는 명령을 출력한다. 여기서, 충전 촉진 정보란, 엔진(9)을 시동해서 축전 장치(19)의 충전을 촉구하는 정보를 말한다. 또한, 예를 들어 연료 고갈이나 엔진(9)에 이상이 있는 경우와 같이, 어시스트 발전 모터(10)를 구동해도 엔진(9)이 시동하지 않는 상황에서는, 충전 촉진 정보를 출력하지 않는 구성으로 해도 된다.

한편, 스텝 1에서 「"예"」라고 판정한 경우에는, SOC가 제1 하한값(min1) 이상이므로, 스텝 3에 진행한다. 스텝 3에서는, 엔진(9)이 시동 중인지 여부를 판정한다. 여기서, 엔진 시동 중이란, 예를 들어 키 스위치(29)가 START 위치로 조작되고, 또한 엔진(9)의 회전수가 소정의 회전수(예를 들어, 아이들 회전수)보다도 낮은 상태를 말한다.

스텝 3에서 「"아니오"」라고 판정한 경우에는, 예를 들어 키 스위치(29)가 OFF 위치에 있고 엔진(9)이 정지하고 있는 상태와 같이, 엔진(9)이 시동 중이 아니다. 이 때문에, 엔진 시동 제어 처리를 종료한다.

한편, 스텝 3에서 「"예"」라고 판정한 경우에는, 엔진(9)이 시동 중이므로, 스텝 4로 진행한다. 스텝 4에서는, 메인 컨트롤러(28)의 명령에 의해, 에너지 매니지먼트 제어부(28B)가 축전 장치(19)의 충방전 범위의 하한값을 제1 하한값(min1)보다도 일시적으로 저하시켜, SOC 하한값을 제2 하한값(min2)으로 설정한다.

스텝 5에서는, 축전 장치(19)에 충전된 전력을 사용해서 어시스트 발전 모터(10)를 구동하여, 엔진(9)을 시동한다. 이 경우, 엔진 시동 중에는, SOC의 하한값을 제1 하한값(min1)에서 제2 하한값(min2)으로 저하시키므로, SOC가 제1 하한값(min1) 이하이어도 어시스트 발전 모터(10)를 구동할 수 있다.

스텝 6에서는, SOC가 제2 하한값(min2) 이상인지 여부를 판정한다. 스텝 6에서 「"아니오"」라고 판정한 경우에는, SOC가 제2 하한값(min2)보다도 저하되어 있으므로, 스텝 7로 진행한다. 스텝 7에서는, SOC 부족에 의해 어시스트 발전 모터(10)를 구동할 수 없으므로, 어시스트 발전 모터(10)의 동작을 정지한다. 그리고, 스텝 8에서는, 메인 컨트롤러(28)로부터 표시 장치(30)에 엔진 시동 중지 정보를 표시하는 명령을 출력한다. 여기서, 엔진 시동 중지 정보란, 엔진(9)의 시동을 중지하고, 예를 들어 서포트 센터 등에 축전 장치(19)의 교환이나 메인터넌스를 연락하는 취지의 정보를 말한다.

한편, 스텝 6에서 「"예"」라고 판정한 경우에는, SOC가 제2 하한값(min2) 이상이므로, 스텝 9로 진행한다. 스텝 9에서는, 엔진(9)이 시동 완료되었는지 여부를 판정한다. 즉, 엔진 회전수가 소정의 회전수(예를 들어, 아이들 회전수) 이상인지 여부를 판정한다.

스텝 9에서 「"아니오"」라고 판정한 경우에는, 엔진(9)이 시동 완료되지 않았으므로, 스텝 6의 처리로 복귀한다. 그리고, 엔진(9)이 시동 완료될 때까지, 대기한다.

한편, 스텝 9에서 「"예"」라고 판정한 경우에는, 엔진(9)이 시동 완료되었으므로, 스텝 10으로 진행한다. 그리고, 스텝 10에서는, 메인 컨트롤러(28)의 명령에 의해, 에너지 매니지먼트 제어부(28B)가 축전 장치(19)의 충방전 범위의 하한값을 제2 하한값(min2)으로부터 상승시키고, SOC 하한값을 제1 하한값(min1)으로 설정한다.

계속되는 스텝 11에서는, SOC가 제1 하한값(min1) 이상인지 여부를 판정한다. 즉, 메인 컨트롤러(28)는, BCU(19A)에 의해 검출되는 SOC가 차회 엔진 시동에 필요한 SOC에 대하여 충분한지 여부를 판정한다. 스텝 11에서 「"예"」라고 판정한 경우에는, SOC가 제1 하한값(min1) 이상이므로, 차회 엔진 시동 시에, 어시스트 발전 모터(10)로 엔진(9)이 시동 가능한 SOC가 확보되어 있다고 판단하고, 엔진 시동 제어 처리를 종료한다.

한편, 스텝 11에서 「"아니오"」라고 판정한 경우에는, SOC가 제1 하한값(min1)보다도 저하되어 있다. 이 경우, BCU(19A)에 의해 검출되는 SOC가, 축전 장치(19)의 충방전 범위의 제1 하한값(min1)을 하회하고 있으므로, 차회 엔진 시동에 필요한 SOC에 대하여 불충분하다고 판정한다. 이 때문에, 스텝 11에서 「"아니오"」라고 판정한 경우에는, 스텝 12로 이행한다.

스텝 12에서는, 메인 컨트롤러(28)로부터 표시 장치(30)에 엔진 정지 금지 정보를 표시하는 명령을 출력한다. 여기서, 엔진 정지 금지 정보란, 이 엔진 정지 금지 정보가 사라질 때까지는 엔진(9)을 정지시키지 않고, 축전 장치(19)의 충전을 권장하는 취지의 정보를 말한다. 그리고, 스텝 12가 종료되면, 스텝 11의 처리로 복귀되어, 스텝 11 이후의 처리를 반복한다. 한편, 엔진 정지 금지 정보가 표시된 상태에서, 스텝 11에서, SOC가 제1 하한값(min1) 이상이라고 판정한 경우에는, 엔진 시동 제어 처리를 종료함과 함께, 표시 장치(30)에 의한 엔진 정지 금지 정보의 표시를 정지한다.

또한, 스텝 12에서, 엔진 정지 금지 정보를 출력할 때 차회 엔진 시동을 위한 SOC가 충전되는 시간을 연산하고, 연산 결과를 표시 장치(30)에 출력하는 구성으로 해도 된다. 이 경우, 충전 시간 연산 방법은, 예를 들어 충전에 의해 증가하는 SOC와 충전 시간의 관계를 나타내는 맵을 미리 준비하고, 현재의 SOC와 제1 하한값(min1)까지의 SOC의 차분을 산출하여, 대응하는 충전 시간을 맵으로부터 판독하게 하면 된다. 또한, 충전 시간 연산 방법은, 맵에 한하지 않고, 현재의 SOC와 제1 하한값(min1)까지의 SOC의 차분에 기초하여, 각종 연산 처리에 의해 SOC가 제1 하한값(min1)에 도달할 때까지의 나머지 시간을 산출해도 된다.

이어서, 도 4에 도시하는 특성 선도를 사용하여, 충전 촉진 정보, 엔진 시동 중지 정보, 엔진 정지 금지 정보의 출력 타이밍에 대해서 설명한다.

먼저, 도 4 중의 기간 I에 대해서 설명한다. 기간 I에서, 엔진(9)이 시동 중인 경우에는, 에너지 매니지먼트 제어부(28B)가 SOC 하한값을 제2 하한값(min2)으로 설정한다. 그리고, 메인 컨트롤러(28)는, ECU(9A), BCU(19A), MGCU(24A), CCU(26A) 등의 제어를 행하여, 어시스트 발전 모터(10)를 구동하고, 엔진(9)을 시동한다.

엔진(9)이 아이들 회전수 이상으로 되고, 엔진 시동 완료 상태가 되면, 에너지 매니지먼트 제어부(28B)는, SOC 하한값을 제1 하한값(min1)으로 설정한다. 이때, 기간 I에서는, 엔진 시동 완료 상태가 된 직후에는 SOC가 제1 하한값(min1)을 하회하고 있으므로, 메인 컨트롤러(28)는, 엔진 정지 금지 정보를 표시 장치(30)에 표시한다. 이에 의해, 차회의 엔진(9)의 시동에 필요한 SOC가 충전될 때까지의 동안에는, 오퍼레이터가 엔진(9)을 정지하지 않도록 촉구하여, 차회의 엔진(9)의 시동을 확실하게 행할 수 있도록 한다.

이어서, 도 4 중의 기간 II에 대해서 설명한다. 기간 II에서는, 사전의 엔진 시동 동작이 엔진(9)의 시동 완료 전에 중지된 상태를 상정하고 있다. 이 때문에, 엔진(9)의 시동 전의 단계에서 SOC가 제1 하한값(min1)보다도 저하되어 있다.

기간 II에서, 엔진(9)이 정지한 상태에서 SOC가 제1 하한값(min1)을 하회하고 있으므로, 메인 컨트롤러(28)는, 충전 촉진 정보를 표시 장치(30)에 표시한다. 이에 의해, 엔진(9)을 시동해서 축전 장치(19)를 충전하도록 오퍼레이터를 재촉하여, 그대로 장시간에 걸쳐 정차 상태로 되어, SOC가 저하되어서 엔진(9)을 시동할 수 없게 되는 사태를 피한다. 그리고, 오퍼레이터가 엔진(9)을 시동 중에 전환하면, 에너지 매니지먼트 제어부(28B)는, SOC 하한값을 제2 하한값(min2)으로 설정하고, 메인 컨트롤러(28)는, 어시스트 발전 모터(10)를 구동하여, 엔진(9)을 시동한다.

그 후, 엔진(9)이 시동 완료된 경우에는, 에너지 매니지먼트 제어부(28B)는, SOC 하한값을 제1 하한값(min1)으로 설정한다. 이 경우, SOC가 제1 하한값(min1)을 하회하고 있으므로, 메인 컨트롤러(28)는, 엔진 정지 금지 정보를 표시 장치(30)에 표시한다. 또한, 엔진(9)이 시동 중이라도 충전 촉진 정보를 표시하는 구성으로 했지만, 엔진(9)이 시동 중인 경우에는, 이미 엔진(9)의 시동 동작이 개시되어 있기 때문에, 충전 촉진 정보를 표시하지 않는 구성으로 해도 된다.

이어서, 도 4 중의 기간 III에 대해서 설명한다. 기간 III에서, 엔진(9)이 시동 중인 경우에는, 에너지 매니지먼트 제어부(28B)는, SOC 하한값을 제2 하한값(min2)으로 설정한다. 그리고, 메인 컨트롤러(28)는, 어시스트 발전 모터(10)를 구동하여, 엔진(9)을 시동한다. 이 경우, 어떠한 요인으로 엔진(9)이 시동 완료되지 않고, SOC가 제2 하한값(min2)을 하회하면, 메인 컨트롤러(28)는, 엔진 시동 중지 정보를 표시 장치(30)에 표시한다. 이에 의해, 오퍼레이터에 대하여 SOC 부족에 의해 엔진(9)의 시동이 불능인 것, 및 서포트 센터 등에 연락할 것을 통지한다.

이렇게 하여, 제1 실시 형태에서는, 엔진(9)을 시동할 때 축전 장치(19)의 충방전 범위의 하한값을 제1 하한값(min1)에서 제2 하한값(min2)으로 낮춘다. 이에 의해, 예를 들어 엔진(9)을 시동할 때 축전 장치(19)의 SOC가 제1 하한값(min1) 부근으로 되어 있을 때라도, 축전 장치(19)로부터 어시스트 발전 모터(10)에 전력을 공급할 수 있어, 어시스트 발전 모터(10)를 사용해서 엔진(9)을 시동할 수 있다. 이 때문에, 엔진 시동 시에 축전 장치(19)의 충방전 범위의 하한값을 낮추지 않는 건설 기계에 비해, 엔진(9)의 시동성을 높일 수 있다.

또한, 메인 컨트롤러(28)는, 엔진(9)을 시동했을 때이며, 차회의 엔진 시동에 필요한 SOC가 불충분하다고 판정했을 때는, 엔진 정지 금지 정보를 표시 장치(30)에 표시한다. 이때, 오퍼레이터는, 엔진 정지 금지 정보에 의해, 축전 장치(19)의 SOC가 차회의 엔진 시동에 대하여 부족 상태인 것을 파악할 수 있으므로, 오퍼레이터에 의한 부주의한 엔진(9)의 정지를 억제하고, 축전 장치(19)의 충전을 촉구할 수 있어, 차회의 엔진 시동에 필요한 전력을 축전 장치(19)에 확보할 수 있다. 또한, 엔진(9)을 시동할 때 차회의 엔진 시동에 필요한 축전 장치(19)의 SOC를 확보하므로, 엔진(9)을 정지할 때는, 축전 장치(19)를 충전하기 위해서 계속 운전할 필요가 없어진다. 이 때문에, 엔진 정지가 필요한 경우에는, 바로 엔진(9)을 정지할 수 있음과 함께, 연료 소비량의 증대나 배기 가스에 의한 환경 오염을 억제할 수 있다.

또한, 메인 컨트롤러(28)는, 엔진(9)을 시동했을 때이며, 축전 장치(19)의 SOC가, 차회의 엔진 시동에 필요한 값으로서 충방전 범위의 제1 하한값(min1)을 하회할 때는, 엔진 정지 금지 정보를 출력한다. 이때, 오퍼레이터는, 엔진 정지 금지 정보에 의해, 축전 장치(19)의 SOC가 충방전 범위의 제1 하한값(min1)을 하회하는 것을 파악할 수 있으므로, 오퍼레이터에 의한 부주의한 엔진(9)의 정지를 억제하고, 차회의 엔진 시동에 필요한 전력으로서, 제1 하한값(min1)을 상회하는 전력을 축전 장치(19)에 확보할 수 있다.

또한, 메인 컨트롤러(28)는, 엔진(9)을 시동할 때 축전 장치(19)의 충방전 범위의 하한값을 제1 하한값(min1)에서 제2 하한값(min2)으로 낮추고, SOC가 제2 하한값(min2)보다도 저하되어 있을 때는, 엔진 시동 중지 정보를 출력한다. 이에 의해, 축전 장치(19)의 SOC가 부족한 것을 오퍼레이터에게 빠르게 통지할 수 있어, 축전 장치(19)의 교환이나 메인터넌스를 촉구하여, 엔진(9)의 시동 불능인 기간을 짧게 할 수 있다.

이어서, 도 1, 도 2, 도 5, 도 6은 본 발명의 제2 실시 형태를 나타내고 있다. 제2 실시 형태의 특징은, 축전 장치의 전력 잔량이 축전 장치의 충방전 범위의 하한값보다 낮게 설정된 역치를 하회할 때는, 엔진 정지 금지 정보를 출력하는 구성으로 한 것에 있다. 또한, 제2 실시 형태에서는, 상술한 제1 실시 형태와 동일한 구성 요소에 동일한 부호를 부여하고, 그 설명을 생략하는 것으로 한다.

제2 실시 형태에 의한 하이브리드식 유압 셔블(31)은, 제1 실시 형태에 의한 하이브리드식 유압 셔블(1)과 거의 마찬가지로, 하부 주행체(2), 상부 선회체(4), 작업 장치(5), 엔진(9), 축전 장치(19), 메인 컨트롤러(32) 등을 포함하여 구성되어 있다.

메인 컨트롤러(32)는, 제1 실시 형태에 의한 메인 컨트롤러(28)와 거의 마찬가지로 구성되어, 예를 들어 캡(7) 내에 설치되고, ECU(9A), BCU(19A), MGCU(24A), RMC(U25A), CCU(26A) 등에 접속되어 있다. 이 메인 컨트롤러(32)는, 도 5에 도시하는 엔진 시동 제어 처리의 프로그램 등을 저장하는 기억부(도시하지 않음)를 포함하여 구성되어 있다. 그리고, 메인 컨트롤러(32)는, 이 제어 프로그램을 소정의 제어 주기마다 실행함으로써, 엔진(9)의 시동을 제어한다.

이어서, 메인 컨트롤러(32)가 제어 주기마다 실행하는 엔진 시동 제어 처리에 대해서 도 5를 사용해서 설명한다. 또한, 스텝 21 내지 31, 33의 처리에 대해서는, 상술한 제1 실시 형태에 의한 스텝 1 내지 12와 각각 마찬가지이므로, 간략하게 설명한다.

먼저, 스텝 21에서는, BCU(19A)에서 검출되는 축전 장치(19)의 SOC가 제1 하한값(min1) 이상인지 여부를 판정한다.

스텝 21에서 「"아니오"」라고 판정한 경우에는, SOC가 제1 하한값(min1)보다 저하되어 있으므로, 스텝 22로 진행한다. 스텝 22에서는, 메인 컨트롤러(32)로부터 표시 장치(30)에 충전 촉진 정보를 표시하는 명령을 출력한다.

한편, 스텝 21에서 「"예"」라고 판정한 경우에는, SOC가 제1 하한값(min1) 이상이므로, 스텝 23으로 진행한다. 스텝 23에서는, 엔진(9)이 시동 중인지 여부를 판정한다.

스텝 23에서 「"아니오"」라고 판정한 경우에는, 엔진(9)이 시동 중이 아니므로, 엔진 시동 제어 처리를 종료한다.

한편, 스텝 23에서 「"예"」라고 판정한 경우에는, 엔진(9)이 시동 중이므로, 스텝 24로 진행한다. 스텝 24에서는, 메인 컨트롤러(32)의 명령에 의해, 에너지 매니지먼트 제어부(28B)가 축전 장치(19)의 충방전 범위의 하한값을 제1 하한값(min1)보다도 일시적으로 저하시키고, SOC 하한값을 제2 하한값(min2)으로 설정한다.

스텝 25에서는, 축전 장치(19)에 충전된 전력을 사용해서 어시스트 발전 모터(10)를 구동하여, 엔진(9)을 시동한다.

스텝 26에서는, SOC가 제2 하한값(min2) 이상인지 여부를 판정한다. 스텝 26에서 「"아니오"」라고 판정한 경우에는, SOC가 제2 하한값(min2)보다도 저하되어 있으므로, 스텝 27로 진행한다. 스텝 27에서는, SOC 부족에 의해 어시스트 발전 모터(10)를 구동할 수 없으므로, 어시스트 발전 모터(10)의 동작을 정지한다. 그리고, 스텝 28에서는, 메인 컨트롤러(32)로부터 표시 장치(30)에 엔진 시동 중지 정보를 표시하는 명령을 출력한다.

한편, 스텝 26에서 「"예"」라고 판정한 경우에는, SOC가 제2 하한값(min2) 이상이므로, 스텝 29로 진행한다. 스텝 29에서는, 엔진(9)이 시동 완료되었는지 여부를 판정한다.

스텝 29에서 「"아니오"」라고 판정한 경우에는, 엔진(9)이 시동 완료되지 않았으므로, 스텝 26의 처리로 복귀한다.

스텝 29에서 「"예"」라고 판정한 경우에는, 엔진(9)이 시동 완료되었으므로, 스텝 30으로 진행한다. 그리고, 스텝 30에서는, 메인 컨트롤러(32)의 명령에 의해, 에너지 매니지먼트 제어부(28B)가 축전 장치(19)의 충방전 범위의 하한값을 제2 하한값(min2)으로부터 상승시키고, SOC 하한값을 제1 하한값(min1)으로 설정한다.

계속되는 스텝 31에서는, SOC가 제1 하한값(min1) 이상인지 여부를 판정한다. 스텝 31에서 「"예"」라고 판정한 경우에는, SOC가 제1 하한값(min1) 이상이므로, 차회 엔진 시동 시에, 어시스트 발전 모터(10)로 엔진(9)이 시동 가능한 SOC가 충분히 확보되어 있다고 판단하고, 엔진 시동 제어 처리를 종료한다.

한편, 스텝 31에서 「"아니오"」라고 판정한 경우에는, SOC가 제1 하한값(min1)보다 저하되어 있으므로, 스텝 32로 진행한다. 스텝 32에서는, SOC가 제1 하한값(min1)보다 낮은 역치(min0) 이상인지 여부를 판정한다.

이때, 역치(min0)는, 제1 하한값(min1)과 제2 하한값(min2)의 사이의 값(min2<min0<min1)이며, 제1 하한값(min1)에서 소정의 허용차(ΔSOC)를 감산한 값(min0=min1-ΔSOC)으로 설정되어 있다. 즉, 스텝 31에서는, 제1 하한값(min1)보다도 낮은 SOC와 제1 하한값(min1)과의 차가, 허용차(ΔSOC)(예를 들어, ΔSOC가 수％ 이하)의 범위 내인지 여부를 판정한다.

여기서, 허용차(ΔSOC)는, 축전 장치(19)의 충전 시간에 따라서 변경 가능하며, 예를 들어 엔진 시동 후에 제1 하한값(min1)보다도 낮은 SOC가 제1 하한값(min1)을 상회할 때까지 필요한 시간이 몇 초 이내(예를 들어 10초 이내)가 되는 SOC의 차로 설정한다. 예를 들어, 엔진 시동 후에 SOC가 제1 하한값(min1)을 상회할 때까지의 시간이 5초 이내 정도가 되도록 하기 위해서, 허용차(ΔSOC)는 2％ 정도의 값으로 설정된다. 이때, 제1 하한값(min1)을 30％(SOC: 30％)로 하면, 역치(min0)는 28％(SOC: 28％)로 설정된다.

스텝 32에서 「"예"」라고 판정한 경우에는, SOC가 역치(min0) 이상이므로, 몇 초 정도의 단시간에 SOC가 어시스트 발전 모터(10)로 차회의 엔진 시동을 할 수 있는 값에 달한다고 판단하고, 엔진 시동 제어 처리를 종료한다. 구체적으로 설명하면, 예를 들어 도 6에 도시한 바와 같이, 타이밍 T1에서, 엔진 상태가 시동 중에서 시동 완료로 되므로, 에너지 매니지먼트 제어부(28B)는, SOC 하한값을 제2 하한값(min2)에서 제1 하한값(min1)으로 변경한다. 이때, SOC는 제1 하한값(min1)을 하회하고 있지만, 역치(min0)를 하회하고 있지 않으므로, 메인 컨트롤러(32)는 엔진 정지 금지 정보를 출력하지 않게 된다.

한편, 스텝 32에서 「"아니오"」라고 판정한 경우에는, SOC가 역치(min0)를 하회하고 있으므로, 스텝 33으로 진행한다. 이 경우, BCU(19A)에 의해 검출되는 SOC가, 축전 장치(19)의 충방전 범위의 제1 하한값(min1)보다 낮게 설정된 역치(min0)보다도 저하되어 있으므로, 차회 엔진 시동에 필요한 SOC에 대하여 불충분하다고 판정한다.

따라서, 계속되는 스텝 33에서는, 메인 컨트롤러(32)로부터 표시 장치(30)에 엔진 정지 금지 정보를 표시하는 명령을 출력한다. 그리고, 스텝 33이 종료되면, 스텝 31의 처리로 복귀되어, 스텝 31 이후의 처리를 반복한다. 또한, 엔진 정지 금지 정보가 표시된 상태에서, 스텝 31, 32에서 「"예"」라고 판정한 경우에는, 엔진 시동 제어 처리를 종료함과 함께, 표시 장치(30)에 의한 엔진 정지 금지 정보의 표시를 정지한다.

이렇게 하여, 제2 실시 형태에서는, 메인 컨트롤러(32)는, 엔진(9)을 시동했을 때이며, 축전 장치(19)의 SOC가 충방전 범위의 제1 하한값(min1)보다도 낮게 설정된 역치(min0)를 하회할 때는, 엔진 정지 금지 정보를 출력한다. 이때, 오퍼레이터는, 엔진 정지 금지 정보에 의해, 축전 장치(19)의 SOC가 역치(min0)를 하회하는 것을 파악할 수 있으므로, 오퍼레이터에 의한 부주의한 엔진(9)의 정지를 억제하고, 차회의 엔진 시동에 필요한 전력으로서, 역치(min0)를 상회하는 전력을 축전 장치(19)에 확보할 수 있다.

또한, 축전 장치(19)의 SOC가 충방전 범위의 제1 하한값(min1)보다 낮은 경우에도, SOC가 역치(min0)를 하회하지 않을 때는, SOC의 부족분이 충분히 작아, SOC의 부족분을 단시간의 충전으로 보충할 수 있다. 따라서, SOC가 역치(min0)를 하회하지 않을 때는, 메인 컨트롤러(32)는 엔진 정지 금지 정보를 출력하지 않는다. 이 때문에, 오퍼레이터에 대한 엔진 정지 금지 정보의 통지를 최소한으로 억제할 수 있다.

이어서, 도 1, 도 2, 도 7은 본 발명의 제3 실시 형태를 나타내고 있다. 제3 실시 형태의 특징은, 유압 액추에이터에의 구동 명령이 유효할 때는, 엔진 정지 금지 정보를 출력하지 않는 구성으로 한 것에 있다. 또한, 제3 실시 형태에서는, 상술한 제1 실시 형태와 동일한 구성 요소에 동일한 부호를 부여하고, 그 설명을 생략하는 것으로 한다.

제3 실시 형태에 의한 하이브리드식 유압 셔블(41)은, 제1 실시 형태에 의한 하이브리드식 유압 셔블(1)과 거의 마찬가지로, 하부 주행체(2), 상부 선회체(4), 작업 장치(5), 엔진(9), 축전 장치(19), 메인 컨트롤러(42) 등을 포함하여 구성되어 있다.

메인 컨트롤러(42)는, 제1 실시 형태에 의한 메인 컨트롤러(28)와 거의 마찬가지로 구성되어, 예를 들어 캡(7) 내에 설치되고, ECU(9A), BCU(19A), MGCU(24A), RMC(U25A), CCU(26A) 등에 접속되어 있다. 이 메인 컨트롤러(42)는, 도 7에 나타내는 엔진 시동 제어 처리의 프로그램 등을 저장하는 기억부(도시하지 않음)를 포함하여 구성되어 있다. 그리고, 메인 컨트롤러(42)는, 이 제어 프로그램을 소정의 제어 주기마다 실행함으로써, 엔진(9)의 시동을 제어한다.

이어서, 메인 컨트롤러(42)가 제어 주기마다 실행하는 엔진 시동 제어 처리에 대해서 도 7을 사용해서 설명한다. 또한, 스텝 41 내지 52, 54의 처리에 대해서는, 상술한 제1, 제2 실시 형태에 의한 스텝 1 내지 12, 32와 각각 마찬가지이므로, 간략하게 설명한다.

먼저, 스텝 41에서는, BCU(19A)에서 검출되는 SOC가 제1 하한값(min1) 이상인지 여부를 판정한다.

스텝 41에서 「"아니오"」라고 판정한 경우에는, SOC가 제1 하한값(min1)보다 저하되어 있으므로, 스텝 42로 진행한다. 스텝 42에서는, 메인 컨트롤러(42)로부터 표시 장치(30)에 충전 촉진 정보를 표시하는 명령을 출력한다.

한편, 스텝 41에서 「"예"」라고 판정한 경우에는, SOC가 제1 하한값(min1) 이상이므로, 스텝 43으로 진행한다. 스텝 43에서는, 엔진(9)이 시동 중인지 여부를 판정한다.

스텝 43에서 「"아니오"」라고 판정한 경우에는, 엔진(9)이 시동 중이 아니므로, 엔진 시동 제어 처리를 종료한다.

한편, 스텝 43에서 「"예"」라고 판정한 경우에는, 엔진(9)이 시동 중이므로, 스텝 44로 진행한다. 스텝 44에서는, 메인 컨트롤러(42)의 명령에 의해, 에너지 매니지먼트 제어부(28B)가 축전 장치(19)의 충방전 범위의 하한값을 제1 하한값(min1)보다도 일시적으로 저하시키고, SOC 하한값을 제2 하한값(min2)으로 설정한다.

스텝 45에서는, 축전 장치(19)에 충전된 전력을 사용해서 어시스트 발전 모터(10)를 구동하여, 엔진(9)을 시동한다.

스텝 46에서는, SOC가 제2 하한값(min2) 이상인지 여부를 판정한다. 스텝 46에서 「"아니오"」라고 판정한 경우에는, SOC가 제2 하한값(min2)보다 저하되어 있으므로, 스텝 47로 진행한다. 스텝 47에서는, SOC 부족에 의해 어시스트 발전 모터(10)를 구동할 수 없으므로, 어시스트 발전 모터(10)의 동작을 정지한다. 그리고, 스텝 48에서는, 메인 컨트롤러(42)로부터 표시 장치(30)에 엔진 시동 중지 정보를 표시하는 명령을 출력한다.

한편, 스텝 46에서 「"예"」라고 판정한 경우에는, SOC가 제2 하한값(min2) 이상이므로, 스텝 49로 진행한다. 스텝 49에서는, 엔진(9)이 시동 완료되었는지 여부를 판정한다.

스텝 49에서 「"아니오"」라고 판정한 경우에는, 엔진(9)이 시동 완료되지 않았으므로, 스텝 46의 처리로 복귀한다.

스텝 49에서 「"예"」라고 판정한 경우에는, 엔진(9)이 시동 완료되었으므로, 스텝 50으로 진행한다. 그리고, 스텝 50에서는, 메인 컨트롤러(42)의 명령에 의해, 에너지 매니지먼트 제어부(28B)가 축전 장치(19)의 충방전 범위의 하한값을 제2 하한값(min2)으로부터 상승시키고, SOC 하한값을 제1 하한값(min1)으로 설정한다.

계속되는 스텝 51에서는, SOC가 제1 하한값(min1) 이상인지 여부를 판정한다. 스텝 51에서 「"예"」라고 판정한 경우에는, SOC가 제1 하한값(min1) 이상이므로, 차회 엔진 시동 시에, 어시스트 발전 모터(10)로 엔진(9)이 시동 가능한 SOC가 충분히 확보되어 있다고 판단하고, 엔진 시동 제어 처리를 종료한다.

한편, 스텝 51에서 「"아니오"」라고 판정한 경우에는, SOC가 제1 하한값(min1)보다 저하되어 있으므로, 스텝 52로 진행한다. 스텝 52에서는, SOC가 제1 하한값(min1)보다 낮은 역치(min0) 이상인지 여부를 판정한다.

스텝 52에서 「"예"」라고 판정한 경우에는, SOC가 역치(min0) 이상이므로, 몇 초 정도의 단시간에, SOC가 어시스트 발전 모터(10)로 차회의 엔진 시동을 할 수 있는 값에 달한다고 판단하고, 엔진 시동 제어 처리를 종료한다.

한편, 스텝 52에서 「"아니오"」라고 판정한 경우에는, SOC가 역치(min0)를 하회하고 있으므로, 스텝 53으로 진행한다.

이어서, 스텝 53에서는, 게이트 로크 레버(17)가 로크 해제 상태인지 여부를 판정한다. 스텝 53에서 「"예"」라고 판정했을 때는, 게이트 로크 레버(17)가 로크 해제 위치에 있고, 유압 모터(2E, 2F, 21), 실린더(5D 내지 5F)에 대한 구동 명령이 유효하므로, 스텝 51의 처리로 복귀되어, 스텝 51 이후의 처리를 반복한다. 이때, 로크 해제 상태로 되는 것은, 엔진(9)의 시동 후에 오퍼레이터가 게이트 로크 레버(17)를 로크 위치에서 로크 해제 위치로 조작했을 때이며, 오퍼레이터에 의한 작업 개시의 의사가 있는 것으로 생각된다. 이 때문에, 엔진(9)이 바로 정지되지 않고, 축전 장치(19)의 충전이 계속된다고 판정하여, 메인 컨트롤러(42)는 엔진 정지 금지 정보를 출력하지 않는다.

한편, 스텝 53에서 「"아니오"」라고 판정했을 때는, 게이트 로크 레버(17)가 로크 위치에 있어, 로크 상태로 되어 있으므로, 스텝 54로 진행한다. 스텝 54에서는, 메인 컨트롤러(42)로부터 표시 장치(30)에 엔진 정지 금지 정보를 표시하는 명령을 출력한다. 그리고, 스텝 54가 종료되면, 스텝 51의 처리로 복귀되어, 스텝 51 이후의 처리를 반복한다. 스텝 51, 52에서 「"예"」라고 판정한 경우에는, 엔진 시동 제어 처리를 종료함과 함께, 표시 장치(30)에 의한 엔진 정지 금지 정보의 표시를 정지한다.

이렇게 하여, 제3 실시 형태에서는, 메인 컨트롤러(42)는, 게이트 로크 레버(17)에 의해 유압 모터(2E, 2F, 21), 실린더(5D 내지 5F)에의 구동 명령이 유효할 때는, 엔진 정지 금지 정보를 출력하지 않는다. 여기서, 게이트 로크 레버(17)에 의해 유압 모터(2E, 2F, 21), 실린더(5D 내지 5F)에의 구동 명령이 유효할 때는, 오퍼레이터가 유압 모터(2E, 2F, 21), 실린더(5D 내지 5F)를 구동시킬 때이기 때문에, 즉시 엔진(9)을 정지시키지는 않고, 축전 장치(19)의 충전이 계속되는 것으로 생각된다. 이 때문에, 게이트 로크 레버(17)에 의해 유압 모터(2E, 2F, 21), 실린더(5D 내지 5F)에의 구동 명령이 유효할 때는, 축전 장치(19)의 SOC가 차회 엔진 시동에 필요한 SOC에 대하여 불충분할 때라도, 메인 컨트롤러(42)는 엔진 정지 금지 정보를 출력하지 않는다. 그 결과, 오퍼레이터에 대한 엔진 정지 금지 정보의 통지를 최소한으로 억제할 수 있다.

또한, 제3 실시 형태에서는, 메인 컨트롤러(42)가 제어 주기마다 실행하는 엔진 시동 제어 처리의 스텝 52에서, SOC가 제1 하한값(min1)보다 낮은 역치(min0) 이상인지 여부를 판정하는 구성으로 하였다. 그러나, 본 발명은 이것에 한정하는 것은 아니며, 스텝 52를 생략하고, 스텝 51 후에 스텝 53의 게이트 로크 레버를 해제했는지 여부를 판정하는 구성으로 해도 된다.

이어서, 도 1, 도 2, 도 8은 본 발명의 제4 실시 형태를 나타내고 있다. 제4 실시 형태의 특징은, 조작 장치가 조작되고 있을 때는, 엔진 정지 금지 정보를 출력하지 않는 구성으로 한 것에 있다. 또한, 제4 실시 형태에서는, 상술한 제1 실시 형태와 동일한 구성 요소에 동일한 부호를 부여하고, 그 설명을 생략하는 것으로 한다.

제4 실시 형태에 의한 하이브리드식 유압 셔블(51)은, 제1 실시 형태에 의한 하이브리드식 유압 셔블(1)과 거의 마찬가지로, 하부 주행체(2), 상부 선회체(4), 작업 장치(5), 엔진(9), 축전 장치(19), 메인 컨트롤러(52) 등을 포함하여 구성되어 있다.

메인 컨트롤러(52)는, 제1 실시 형태에 의한 메인 컨트롤러(28)와 거의 마찬가지로 구성되어, 예를 들어 캡(7) 내에 설치되고, ECU(9A), BCU(19A), MGCU(24A), RMC(U25A), CCU(26A) 등에 접속되어 있다. 이 메인 컨트롤러(52)는, 도 8에 나타내는 엔진 시동 제어 처리의 프로그램 등을 저장하는 기억부(도시하지 않음)를 포함하여 구성되어 있다. 그리고, 메인 컨트롤러(52)는, 이 제어 프로그램을 소정의 제어 주기마다 실행함으로써, 엔진(9)의 시동을 제어한다.

이어서, 메인 컨트롤러(52)가 제어 주기마다 실행하는 엔진 시동 제어 처리에 대해서 도 8을 사용해서 설명한다. 또한, 스텝 61 내지 73, 75의 처리에 대해서는, 상술한 제1, 제2, 제3 실시 형태에 의한 스텝 1 내지 12, 32, 53과 각각 마찬가지이므로, 간략하게 설명한다.

먼저, 스텝 61에서는, BCU(19A)에서 검출되는 SOC가 제1 하한값(min1) 이상인지 여부를 판정한다.

스텝 61에서 「"아니오"」라고 판정한 경우에는, SOC가 제1 하한값(min1)보다 저하되어 있으므로, 스텝 62로 진행한다. 스텝 62에서는, 메인 컨트롤러(52)로부터 표시 장치(30)에 충전 촉진 정보를 표시하는 명령을 출력한다.

한편, 스텝 61에서 「"예"」라고 판정한 경우에는, SOC가 제1 하한값(min1) 이상이므로, 스텝 63으로 진행한다. 스텝 63에서는, 엔진(9)이 시동 중인지 여부를 판정한다.

스텝 63에서 「"아니오"」라고 판정한 경우에는, 엔진(9)이 시동 중이 아니므로, 엔진 시동 제어 처리를 종료한다.

한편, 스텝 63에서 「"예"」라고 판정한 경우에는, 엔진(9)이 시동 중이므로, 스텝 64로 진행한다. 스텝 64에서는, 메인 컨트롤러(52)의 명령에 의해, 에너지 매니지먼트 제어부(28B)가 축전 장치(19)의 충방전 범위의 하한값을 제1 하한값(min1)보다도 일시적으로 저하시키고, SOC 하한값을 제2 하한값(min2)으로 설정한다.

스텝 65에서는, 축전 장치(19)에 충전된 전력을 사용해서 어시스트 발전 모터(10)를 구동하여, 엔진(9)을 시동한다.

스텝 66에서는, SOC가 제2 하한값(min2) 이상인지 여부를 판정한다. 스텝 66에서 「"아니오"」라고 판정한 경우에는, SOC가 제2 하한값(min2)보다도 저하되어 있으므로, 스텝 67로 진행한다. 스텝 67에서는, SOC 부족에 의해 어시스트 발전 모터(10)를 구동할 수 없으므로, 어시스트 발전 모터(10)의 동작을 정지한다. 그리고, 스텝 68에서는, 메인 컨트롤러(52)로부터 표시 장치(30)에 엔진 시동 중지 정보를 표시하는 명령을 출력한다.

한편, 스텝 66에서 「"예"」라고 판정한 경우에는, SOC가 제2 하한값(min2) 이상이므로, 스텝 69로 진행한다. 스텝 69에서는, 엔진(9)이 시동 완료되었는지 여부를 판정한다.

스텝 69에서 「"아니오"」라고 판정한 경우에는, 엔진(9)이 시동 완료되지 않았으므로, 스텝 66의 처리로 복귀한다.

스텝 69에서 「"예"」라고 판정한 경우에는, 엔진(9)이 시동 완료되었으므로, 스텝 70으로 진행한다. 그리고, 스텝 70에서는, 메인 컨트롤러(52)의 명령에 의해, 에너지 매니지먼트 제어부(28B)가 축전 장치(19)의 충방전 범위의 하한값을 제2 하한값(min2)으로부터 상승시키고, SOC 하한값을 제1 하한값(min1)으로 설정한다.

계속되는 스텝 71에서는, SOC가 제1 하한값(min1) 이상인지 여부를 판정한다. 스텝 71에서 「"예"」라고 판정한 경우에는, SOC가 제1 하한값(min1) 이상이므로, 차회 엔진 시동 시에, 어시스트 발전 모터(10)로 엔진(9)이 시동 가능한 SOC가 충분히 확보되어 있다고 판단하고, 엔진 시동 제어 처리를 종료한다.

한편, 스텝 71에서 「"아니오"」라고 판정한 경우에는, SOC가 제1 하한값(min1)보다 저하되어 있으므로, 스텝 72로 진행한다. 스텝 72에서는, SOC가 제1 하한값(min1)보다 낮은 역치(min0) 이상인지 여부를 판정한다.

스텝 72에서 「"예"」라고 판정한 경우에는, SOC가 역치(min0) 이상이므로, 몇 초 정도의 단시간에, SOC가 어시스트 발전 모터(10)로 차회의 엔진 시동을 할 수 있는 값에 달한다고 판단하고, 엔진 시동 제어 처리를 종료한다.

한편, 스텝 72에서 「"아니오"」라고 판정한 경우에는, SOC가 역치(min0)를 하회하고 있으므로, 스텝 73으로 진행한다.

이어서, 스텝 73에서는, 게이트 로크 레버(17)가 로크 해제 상태인지 여부를 판정한다. 스텝 73에서 「"아니오"」라고 판정했을 때는, 게이트 로크 레버(17)가 로크 위치에 있어, 로크 상태로 되어 있으므로, 스텝 75로 진행한다. 스텝 75에서는, 메인 컨트롤러(52)로부터 표시 장치(30)에 엔진 정지 금지 정보를 표시하는 명령을 출력한다. 그리고, 스텝 71의 처리로 복귀되어, 스텝 71 이후의 처리를 반복한다.

한편, 스텝 73에서 「"예"」라고 판정했을 때는, 게이트 로크 레버(17)가 로크 해제 위치에 있고, 유압 모터(2E, 2F, 21), 실린더(5D 내지 5F)에 대한 구동 명령이 유효하므로, 스텝 74로 진행한다. 계속되는 스텝 74에서는, 조작 장치(14)가 조작 중인지 여부를 판정한다. 스텝 74에서 「"예"」라고 판정했을 때는, 조작 장치(14)가 조작 중이며, 유압 모터(2E, 2F, 21), 실린더(5D 내지 5F)에 대한 구동 명령이 출력 중이므로, 스텝 71의 처리로 복귀되어, 스텝 71 이후의 처리를 반복한다. 여기서, 조작 장치(14)가 조작될 때는, 오퍼레이터에 의한 선회 동작이나 굴삭 동작의 도중에 있기 때문에, 엔진(9)이 바로 정지되지 않고, 축전 장치(19)의 충전이 계속된다고 판정하여, 메인 컨트롤러(52)는 엔진 정지 금지 정보를 출력하지 않는다.

한편, 스텝 74에서 「"아니오"」라고 판정했을 때는, 조작 장치(14)가 조작되고 있지 않으므로, 스텝 75로 진행한다. 계속되는 스텝 75에서는, 메인 컨트롤러(52)로부터 표시 장치(30)에 엔진 정지 금지 정보를 표시하는 명령을 출력한다. 그리고, 스텝 71의 처리로 복귀되어, 스텝 71 이후의 처리를 반복한다. 스텝 71, 72에서 「"예"」라고 판정한 경우에는, 엔진 시동 제어 처리를 종료함과 함께, 표시 장치(30)에 의한 엔진 정지 금지 정보의 표시를 정지한다.

이렇게 하여, 제4 실시 형태에서는, 메인 컨트롤러(52)는, 조작 장치(14)가 조작되고 있을 때는, 엔진 정지 금지 정보를 출력하지 않는다. 여기서, 조작 장치(14)가 조작되고 있을 때는, 오퍼레이터에 의해 유압 모터(2E, 2F, 21), 실린더(5D 내지 5F)가 구동 중이기 때문에, 즉시 엔진(9)을 정지시키지는 않고, 축전 장치(19)의 충전이 계속되는 것으로 생각된다. 이 때문에, 조작 장치(14)가 조작되고 있을 때는, 축전 장치(19)의 SOC가 차회 엔진 시동에 필요한 SOC에 대하여 불충분할 때라도, 메인 컨트롤러(52)는 엔진 정지 금지 정보를 출력하지 않는다. 그 결과, 오퍼레이터에 대한 엔진 정지 금지 정보의 통지를 최소한으로 억제할 수 있다.

또한, 메인 컨트롤러(52)는, 게이트 로크 레버(17)가 해제되었는지 여부를 판정할 뿐 아니라, 조작 장치(14)가 조작중인지 여부를 판정하고 있다. 이에 의해, 게이트 로크 레버(17)가 로크 해제 상태인지 여부를 판정하는 경우에 비해, 오퍼레이터가 유압 모터(2E, 2F, 21), 실린더(5D 내지 5F)의 조작을 행하고 있는지를 확실하게 판정할 수 있어, 축전 장치(19)에의 충전이 계속되는지 여부를 정확하게 판단할 수 있다.

또한, 제4 실시 형태에서는, 메인 컨트롤러(52)가 제어 주기마다 실행하는 엔진 시동 제어 처리의 스텝 72에서, SOC가 제1 하한값(min1)보다 낮은 역치(min0) 이상인지 여부를 판정하는 구성으로 하였다. 그러나, 본 발명은 이것에 한정하는 것은 아니며, 스텝 72를 생략하고, 스텝 71 후에 스텝 73의 게이트 로크 레버를 해제했는지 여부를 판정하는 구성으로 해도 된다.

여기서, 제1 내지 제4의 실시 형태에서는, 도 3 중의 스텝 9 내지 12, 도 5 중의 스텝 29 내지 33, 도 7 중의 스텝 49 내지 54, 도 8 중의 스텝 69 내지 75가 정보 출력 수단의 구체예를 나타내고 있다.

제1 내지 제4 실시 형태에서는, 엔진(9)을 시동했을 때로서, 엔진(9)의 시동을 완료했을 때를 예로 들어 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이에 한정하지 않고, 예를 들어 도 3 중의 스텝 3에서 「"예"」라고 판정했을 때와 같이, 엔진(9)의 시동을 개시했을 때를, 엔진을 시동했을 때로 해도 된다. 이에 의해, 엔진(9)의 시동 중에 SOC가 차회의 엔진 시동에 필요한 값보다도 부족할 때는, 그 취지를 오퍼레이터에게 통지할 수 있다.

제1 내지 제4 실시 형태에서는, 어시스트 발전 모터(10)에 의해 엔진(9)을 시동하는 구성으로 하였다. 그러나, 본 발명은 이에 한정하지 않고, 예를 들어 어시스트 발전 모터 외에 엔진을 시동하기 위한 스타터 모터를 설치하여, 스타터 모터와 어시스트 발전 모터에 의해 엔진을 시동해도 된다. 이 경우, 어시스트 발전 모터는, 스타터 모터에 의한 엔진의 시동을 어시스트하는 것이다.

제1 내지 제4 실시 형태에서는, 선회 장치(20)는, 선회용 유압 모터(21)와 선회용 전동 모터(22)에 의해 구성한 하이브리드형 선회 장치로 한 경우를 예로 들어 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이에 한정하지 않고, 예를 들어 선회용 유압 모터 단독으로 구성한 유압형의 선회 장치로 해도 되고, 선회 장치를 선회 전동기(전동 모터) 단독으로 구성한(유압 모터를 갖지 않는) 전동형의 선회 장치로 해도 된다.

제1 내지 제4 실시 형태에서는, 표시 장치(30)에, 충전 촉진 정보, 엔진 시동 중지 정보, 엔진 정지 금지 정보를 표시하는 구성으로 하였다. 그러나, 본 발명은 이것에 한정하는 것은 아니며, 예를 들어 음성이나 버저를 사용해서 각 정보를 오퍼레이터에게 통지하는 구성으로 해도 된다.

또한, 축전 장치(19)를 이차 전지에 의해 구성하는 경우에는, 초퍼(26)를 생략하고, 축전 장치(19)를 직류 모선(27A, 27B)에 접속해도 된다.

제1 내지 제4 실시 형태에서는, 건설 기계로서, 자주 가능한 크롤러식 유압 셔블(1, 31, 41, 51)을 예로 들어 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이것에 한정하는 것은 아니며, 자주 가능한 휠식 유압 셔블, 이동식 크레인, 나아가, 주행하지 않는 기체 상에 선회 가능하게 선회체가 탑재된 설치식 셔블, 크레인 등에 적용해도 된다. 또한, 건설 기계로서, 예를 들어 휠 로더, 포크리프트 등과 같이, 선회체를 구비하지 않는 각종 작업 차량, 작업 기계 등에도 널리 적용할 수 있는 것이다.

1, 31, 41, 51 : 유압 셔블(건설 기계)
2E : 주행용 유압 모터(유압 액추에이터)
2F : 주행용 유압 모터(유압 액추에이터)
5D : 붐 실린더(유압 액추에이터)
5E : 아암 실린더(유압 액추에이터)
5F : 버킷 실린더(유압 액추에이터)
9 : 엔진
10 : 어시스트 발전 모터(전동기)
11 : 유압 펌프
14 : 조작 장치
17 : 게이트 로크 레버(로크 장치)
19 : 축전 장치
19A : BCU(전력 잔량 검출 수단)
21 : 선회용 유압 모터(유압 액추에이터)
28, 32, 42, 52 : 메인 컨트롤러(시동 제어 장치)
28B : 에너지 매니지먼트 제어부(충방전 범위 설정 수단)

Claims

엔진과,
상기 엔진에 기계적으로 접속된 전동기와,
상기 엔진에 기계적으로 접속된 유압 펌프와,
상기 전동기에 전기적으로 접속된 축전 장치와,
상기 축전 장치의 전력 잔량을 검출하는 전력 잔량 검출 수단과,
상기 전동기를 사용해서 상기 엔진을 시동할 때, 상기 축전 장치의 충방전 범위의 하한값을 낮추는 엔진 시동 제어 장치,
를 구비한 건설 기계에 있어서,
상기 엔진 시동 제어 장치는,
통상의 충방전 범위의 하한값인 제1 하한값과, 적어도 한번은 상기 엔진을 시동할 수 있는 전력량분만큼 상기 제1 하한값보다 작은 값인 제2 하한값을 갖고,
상기 축전 장치의 충방전이 가능한 전력 잔량의 범위를 상기 축전 장치의 충방전 범위로서 정하는 충방전 범위 설정 수단과, 오퍼레이터에게 통지하기 위한 엔진 정지 금지 정보를 출력하는 정보 출력 수단을 구비하고,
상기 전력 잔량 검출 수단에 의해 검출되는 전력 잔량이 상기 제1 하한값을 하회할 때 오퍼레이터에게 통지하기 위한 충전 촉진 정보를 출력하고,
상기 엔진이 시동 중인지 여부를 판정하고, 상기 엔진이 시동 중이라고 판정했을 때, 상기 축전 장치의 충방전 범위의 하한값을 상기 제2 하한값으로 설정하고,
상기 전력 잔량 검출 수단에 의해 검출되는 전력 잔량이 상기 제2 하한값을 하회할 때, 상기 엔진을 정지하고 엔진 시동 중지 정보를 출력하고,
상기 전력 잔량 검출 수단에 의해 검출되는 전력 잔량이 상기 제2 하한값을 상회할 때, 상기 엔진의 시동을 완료했는지 여부를 판정하고, 상기 엔진의 시동이 완료되었다고 판정했을 때, 상기 축전 장치의 충방전 범위의 하한값을 상기 제1 하한값으로 설정하고,
상기 전력 잔량 검출 수단에 의해 검출되는 전력 잔량이 상기 제1 하한값을 하회할 때이며, 상기 전력 잔량 검출 수단에 의해 검출되는 전력 잔량이 차회 엔진 시동에 필요한 전력 잔량에 대하여 불충분하다고 판정했을 때는, 상기 엔진 정지 금지 정보를 출력하는 것을 특징으로 하는 건설 기계.
제1항에 있어서,
상기 유압 펌프로부터 토출되는 압유에 의해 구동하는 유압 액추에이터와,
상기 유압 액추에이터에의 구동 명령의 유효와 무효를 전환하는 로크 장치를 더 구비하고,
상기 정보 출력 수단은, 상기 구동 명령이 유효할 때는 상기 엔진 정지 금지 정보를 출력하지 않는, 건설 기계.
제2항에 있어서,
상기 유압 액추에이터에의 구동 명령을 출력하는 조작 장치를 더 구비하고,
상기 정보 출력 수단은, 상기 조작 장치가 조작되고 있을 때는 상기 엔진 정지 금지 정보를 출력하지 않는, 건설 기계.
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