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回生ブレーキで燃費向上

省エネ建機(コマツ、コベルコ建機、日立建機)

  • 神農 将史

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2010年8月16日(月)

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自動車だけでなく、建設機械にもハイブリッド化の波が押し寄せている。燃費抑制と二酸化炭素の排出削減という機運を背景にニーズが高まっている。課題は価格だが、国が助成に動き出すことで一気に普及する可能性もある。

 ハイブリッド建機で先行したのは国内建機最大手のコマツだ。同社のハイブリッド建機は「PC200-8E0」と呼ばれる20トン級の油圧ショベル。同クラスの通常型油圧ショベルと比べ、平均25%の燃費低減効果があるという。

プリウス発売が開発の契機

 PC200-8E0の開発がスタートしたのは1998年。きっかけは前年にトヨタ自動車が発売したハイブリッド自動車「プリウス」だった。コマツの安藤晴彦プロダクト・マネジャーは、「建機も自動車と同じエンジンで動く機械だから実現できると考えた。顧客からも、ハイブリッド建機を求める声が出てきた」と、当時の状況を解説する。

 一般的な油圧ショベルは、エンジンが生み出す力を一度油圧ポンプに集め、アームの上げ下げや前後進、旋回などに出力を割り振る。ハイブリッド化に際しては、各種動作のうち旋回動作だけを電動化することにした。

 旋回動作に必要な電気は主として、ハイブリッド自動車にも採用されている回生ブレーキで生み出す。回生ブレーキは、通常は駆動用として用いる旋回モーターを旋回運動の減速時に発電機として動かし、その際に生じる運動エネルギーを電気エネルギーに変換する。電気はキャパシタにため込まれる。キャパシタは自動車のバッテリーに相当する装置だ。このほか、エンジンに直結されたモーターを回すことでも発電できる。

 蓄えた電力は、旋回の動力として再利用するが、状況次第ではエンジンに直結したモーターの動力にもなる。モーターがエンジンの補助役を担うことで燃費が向上する。

旋回動作だけを独立、電動化
コマツのハイブリッド機「PC200-8E0」の仕組み。旋回に関係する部分のみを独立させて、電動化した。エンジンに直結されたモーターは、キャパシタ内の電気が不足していれば発電機になる。インバーターは、電気の行き先を決める司令塔の役割を果たす
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 理論的には簡単に思えるが、制御プログラムの設計は一筋縄ではいかなかった。例えば蓄積した電気を旋回に使うのか、エンジンの補助に回すのかなどを瞬時に判断するソフトウエアの開発は複雑極まりない作業だ。“機械屋”が多くソフトの扱いに不慣れなコマツの技術者たちは悪戦苦闘した。それでも何とか、2007年には試作機の完成にこぎ着けた。

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