混合動(dòng)力式工程機(jī)械的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及作為動(dòng)力源而具有發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)發(fā)電機(jī)的混合動(dòng)力式工程機(jī)械，該電 動(dòng)發(fā)電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械連接而進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輔助。
【背景技術(shù)】
[0002] 以節(jié)能化(低燃料消費(fèi)化)或減少?gòu)陌l(fā)動(dòng)機(jī)排出且成為環(huán)境負(fù)擔(dān)原因的廢氣(二氧 化碳和氮氧化物、顆粒狀物質(zhì)等)的量為目的，已知一種在發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上作為動(dòng)力源還具 有電動(dòng)發(fā)電機(jī)的混合動(dòng)力式工程機(jī)械。為了節(jié)能化、減少成為環(huán)境負(fù)擔(dān)原因的廢氣量，尤其 重要的是使發(fā)動(dòng)機(jī)在恰當(dāng)?shù)倪\(yùn)轉(zhuǎn)條件下動(dòng)作。在混合動(dòng)力式工程機(jī)械中，通過(guò)以使對(duì)作業(yè) 必要的動(dòng)力恰當(dāng)?shù)叵蛞簤豪醴峙涞姆绞娇刂瓢l(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)發(fā)電機(jī)這2個(gè)動(dòng)力源，而能夠使 發(fā)動(dòng)機(jī)在恰當(dāng)?shù)倪\(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下動(dòng)作。
[0003] 關(guān)于恰當(dāng)?shù)剡M(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)發(fā)電機(jī)的動(dòng)力分配的方法，已知專利文獻(xiàn)1和專利 文獻(xiàn)2所示的技術(shù)。在專利文獻(xiàn)1中，對(duì)作為液壓栗所要求的動(dòng)力的栗要求動(dòng)力和與基于加 速信號(hào)而決定的發(fā)動(dòng)機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速相對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)最大動(dòng)力進(jìn)行比較，從而將發(fā)動(dòng)機(jī)最大 動(dòng)力相對(duì)于栗要求動(dòng)力的盈虧部分作為電動(dòng)發(fā)電機(jī)動(dòng)力而算出。而且，依照因栗要求動(dòng)力 的運(yùn)算值與實(shí)際值之間的差距而產(chǎn)生的與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的偏差，來(lái)修正電動(dòng)發(fā)電機(jī)動(dòng)力，由 此實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)以及電動(dòng)發(fā)電機(jī)的動(dòng)力分配。
[0004] 此外，在專利文獻(xiàn)2中，基于作為致動(dòng)器所要求的動(dòng)力的致動(dòng)器要求動(dòng)力、與在使 蓄電裝置的充電量維持在固定范圍內(nèi)的方向上設(shè)定的充電量相對(duì)應(yīng)的充電動(dòng)力、以及根據(jù) 發(fā)電動(dòng)力和蓄電裝置的充電量而設(shè)定的發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力，來(lái)表示決定發(fā)動(dòng)機(jī)以及電動(dòng)發(fā)電機(jī)的 動(dòng)力分配的方法。
[0005] 在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0006] 專利文獻(xiàn)1:日本專利第4725406號(hào)公報(bào)
[0007] 專利文獻(xiàn)2:美國(guó)專利申請(qǐng)公開第2007/0187180號(hào)說(shuō)明書

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 上述專利文獻(xiàn)1中的動(dòng)力分配方法構(gòu)成為：由與基于加速信號(hào)而決定的發(fā)動(dòng)機(jī)的 目標(biāo)轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)最大動(dòng)力來(lái)驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，且將發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力相對(duì)于栗要求動(dòng)力的盈虧 部分作為由電動(dòng)發(fā)電機(jī)承擔(dān)的動(dòng)力運(yùn)行/再生動(dòng)力。即，發(fā)動(dòng)機(jī)始終以與加速信號(hào)相對(duì)應(yīng)的 最大動(dòng)力來(lái)持續(xù)動(dòng)作。由此，將導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)始終最大地噴射燃料且持續(xù)進(jìn)行。當(dāng)從節(jié)能的觀 點(diǎn)考慮時(shí)，這難以被稱為恰當(dāng)?shù)倪\(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。
[0009] 此外，在專利文獻(xiàn)1的混合動(dòng)力式工程機(jī)械中，沒(méi)有監(jiān)視向發(fā)電及電動(dòng)機(jī)交接電力 的蓄電裝置的充電量。由此，在栗要求動(dòng)力少的狀態(tài)(輕作業(yè))持續(xù)的情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)最大動(dòng) 力的剩余量由電動(dòng)發(fā)電機(jī)作為再生動(dòng)力來(lái)利用，從而導(dǎo)致蓄電裝置成為過(guò)充電。另一方面， 在栗要求動(dòng)力多的狀態(tài)(重作業(yè))持續(xù)的情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)最大動(dòng)力的不足量由電動(dòng)發(fā)電機(jī)作 為再生動(dòng)力來(lái)利用，從而導(dǎo)致蓄電裝置成為過(guò)放電。
[0010] 在專利文獻(xiàn)2的技術(shù)中，進(jìn)行了監(jiān)視蓄電裝置的充電量的動(dòng)力分配。然而，在該技 術(shù)中，根據(jù)蓄電裝置的充電量而變更發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力，由此使發(fā)動(dòng)機(jī)以最大動(dòng)力持續(xù)動(dòng)作的 專利文獻(xiàn)1的技術(shù)不能與專利文獻(xiàn)2的技術(shù)直接組合。
[0011] 而且，專利文獻(xiàn)1、2在基于栗要求動(dòng)力或者致動(dòng)器要求動(dòng)力的推定來(lái)進(jìn)行動(dòng)力分 配時(shí)，由動(dòng)力(轉(zhuǎn)矩)控制電動(dòng)發(fā)電機(jī)。然而，在該構(gòu)成中，在難以得知要求動(dòng)力的真值時(shí)，會(huì) 產(chǎn)生如下問(wèn)題點(diǎn)。
[0012] 圖16的(a)設(shè)想了如下情況:在發(fā)動(dòng)機(jī)以作為最大動(dòng)力60kW的轉(zhuǎn)速Na動(dòng)作時(shí)，實(shí)際 的要求動(dòng)力（栗、致動(dòng)器）消耗了50kW，但將要求動(dòng)力略少地運(yùn)算為40kW。若依照專利文獻(xiàn)1 或2的運(yùn)算，為了消除發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力:60kW與要求動(dòng)力(運(yùn)算值）：40kW之間的盈虧，電動(dòng)發(fā)電機(jī) 的動(dòng)力以進(jìn)行20kW量的再生的方式算出。如此，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)施加要求動(dòng)力（真值）：50kW與電動(dòng) 發(fā)電機(jī)的再生動(dòng)力：20kW的合計(jì):70kW。
[0013] 通常，由于與發(fā)動(dòng)機(jī)相比電動(dòng)發(fā)電機(jī)的輸出應(yīng)答迅速，所以當(dāng)以上的運(yùn)算值被指 令時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)將立刻成為10kW量的過(guò)負(fù)荷狀態(tài)。其結(jié)果是，在經(jīng)過(guò)一定時(shí)間之后，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn) 速將如圖16的(b)所示地向Nb減少，據(jù)此發(fā)動(dòng)機(jī)的最大動(dòng)力也將減少。像這樣，當(dāng)基于要求 動(dòng)力的錯(cuò)誤的推定值來(lái)運(yùn)算電動(dòng)發(fā)電機(jī)的動(dòng)力時(shí)，會(huì)產(chǎn)生非意圖的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的下降。而 且，當(dāng)上述狀態(tài)持續(xù)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速將進(jìn)一步下降，最終導(dǎo)致熄火。
[0014] 在專利文獻(xiàn)1中，雖然為了避免以上的狀態(tài)，依照目標(biāo)轉(zhuǎn)速與實(shí)際轉(zhuǎn)速的偏差來(lái)運(yùn) 算修正動(dòng)力，欲修正電動(dòng)發(fā)電機(jī)的動(dòng)力，但在這期間如圖16的（b)所示，無(wú)法使發(fā)動(dòng)機(jī)以所 期望的動(dòng)力(轉(zhuǎn)速Na中的最大發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力)動(dòng)作。
[0015] 而且，根據(jù)專利文獻(xiàn)1的第2發(fā)明，由于栗動(dòng)力也會(huì)被修正，所以擔(dān)心無(wú)法確保作業(yè) 性。而且，在混合動(dòng)力式工程機(jī)械中，為了節(jié)能化而使發(fā)動(dòng)機(jī)小型化，在大多情況下發(fā)動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)矩比以往的工程機(jī)械低。由此，在發(fā)生上述問(wèn)題的情況下，有可能在使轉(zhuǎn)速降低至Nb期間 導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)熄火。
[0016] 本發(fā)明是鑒于以上問(wèn)題點(diǎn)而做出的，其目的在于，提供一種混合動(dòng)力式工程機(jī)械， 其能夠?qū)⑿铍娧b置的余量維持在恰當(dāng)范圍內(nèi)，同時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)在恰當(dāng)?shù)倪\(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下動(dòng)作。
[0017] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的混合動(dòng)力式工程機(jī)械的特征在于，其具有:發(fā)動(dòng)機(jī)； 由所述發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的液壓栗；由從所述液壓栗排出的液壓油驅(qū)動(dòng)的液壓作業(yè)部;在與所述 發(fā)動(dòng)機(jī)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)矩的傳遞的電動(dòng)發(fā)電機(jī)；向所述電動(dòng)發(fā)電機(jī)供給電力的蓄電裝置;和通 過(guò)如下的調(diào)節(jié)器特性控制所述發(fā)動(dòng)機(jī)的控制器，在所述調(diào)節(jié)器特性中，負(fù)荷轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之 間的關(guān)系具有轉(zhuǎn)速隨著負(fù)荷轉(zhuǎn)矩的增加而減少那樣的規(guī)定斜度，所述控制器具有:變更所 述調(diào)節(jié)器特性的設(shè)定的調(diào)節(jié)器特性變更部；運(yùn)算發(fā)動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)荷動(dòng)力的負(fù)荷動(dòng)力運(yùn)算 部;運(yùn)算所述蓄電裝置的余量的蓄電余量運(yùn)算部;基于所述蓄電余量運(yùn)算部的輸出來(lái)運(yùn)算 為了將所述蓄電裝置的電力維持在恰當(dāng)范圍內(nèi)所必要的充電/放電要求的充放電要求運(yùn)算 部;運(yùn)算所述發(fā)動(dòng)機(jī)的目標(biāo)動(dòng)力的目標(biāo)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力運(yùn)算部;運(yùn)算所述電動(dòng)發(fā)電機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn) 速指令的目標(biāo)轉(zhuǎn)速運(yùn)算部;依照由所述目標(biāo)轉(zhuǎn)速運(yùn)算部運(yùn)算出的目標(biāo)轉(zhuǎn)速指令值而控制所 述電動(dòng)發(fā)電機(jī)的電動(dòng)發(fā)電機(jī)控制部，所述目標(biāo)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力運(yùn)算部根據(jù)來(lái)自所述負(fù)荷動(dòng)力運(yùn) 算部以及所述充放電要求運(yùn)算部的輸出值的增減來(lái)運(yùn)算增減的第1目標(biāo)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力，所述 目標(biāo)轉(zhuǎn)速運(yùn)算部將轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩特性線圖中的由所述調(diào)節(jié)器特性變更部變更的調(diào)節(jié)器特性線 與依照所述第1目標(biāo)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力的等動(dòng)力線之間的交點(diǎn)處的轉(zhuǎn)速作為所述電動(dòng)發(fā)電機(jī)的目 標(biāo)轉(zhuǎn)速指令值而算出。
[0018]本發(fā)明構(gòu)成為，將由具有轉(zhuǎn)速隨著負(fù)荷轉(zhuǎn)矩的增加而減少那樣的規(guī)定斜度的調(diào)節(jié) 器特性（以下，為了簡(jiǎn)化稱為"下垂特性"）控制的發(fā)動(dòng)機(jī)、和依照目標(biāo)轉(zhuǎn)速指令而控制的電 動(dòng)發(fā)電機(jī)組合，由此起到能夠自如地控制發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力的優(yōu)異效果。使用圖14來(lái)具體說(shuō)明 該效果。首先，依照?qǐng)D14的(a)說(shuō)明以具有下垂特性的發(fā)動(dòng)機(jī)單體的動(dòng)作。
[0019]下垂特性中，無(wú)負(fù)荷時(shí)付與了轉(zhuǎn)速N0，最大動(dòng)力時(shí)付與了轉(zhuǎn)速N1。由于具有下垂特 性的發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩由該直線狀決定，所以具有負(fù)荷轉(zhuǎn)矩越高而轉(zhuǎn)速越低的特征。例如，以在 相對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷為負(fù)荷動(dòng)力A時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速成為Nel，在相對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷為負(fù)荷動(dòng) 力B時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速成為Ne2的方式調(diào)速。
[0020] 接著，在圖14的（b)中說(shuō)明組合有依照目標(biāo)轉(zhuǎn)速指令來(lái)控制的電動(dòng)發(fā)電機(jī)的情況 下的動(dòng)作。當(dāng)以下垂特性線與依照目標(biāo)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力的等動(dòng)力線之間的交點(diǎn)I處的轉(zhuǎn)速N *來(lái) 付與對(duì)電動(dòng)發(fā)電機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速時(shí)，與電動(dòng)發(fā)電機(jī)機(jī)械連接的發(fā)動(dòng)機(jī)以與電動(dòng)發(fā)電機(jī)相同的 轉(zhuǎn)速的N*動(dòng)作。于是，發(fā)動(dòng)機(jī)依照下垂特性而輸出與轉(zhuǎn)速N*對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩T* (動(dòng)力P* = T* XN* )。此時(shí)，實(shí)際的負(fù)荷動(dòng)力與發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力之間的動(dòng)力差會(huì)通過(guò)電動(dòng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速控 制而自動(dòng)消除。
[0021] 此外，由于電動(dòng)發(fā)電機(jī)的輸出應(yīng)答相對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)迅速，所以在液壓栗的動(dòng)力急劇 地變化的情況下，電動(dòng)發(fā)電機(jī)以使因負(fù)荷變化而稍微產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速偏差立刻消除的方式動(dòng) 作。即，電動(dòng)發(fā)電機(jī)以保證"負(fù)荷變化后的動(dòng)力差"的方式輸出動(dòng)力。通過(guò)以上的動(dòng)作，發(fā)動(dòng) 機(jī)轉(zhuǎn)速迅速保持在N*，由此能夠使發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力固定在P *。
[0022]而且，即使在不能正確地得知液壓栗動(dòng)力或發(fā)動(dòng)機(jī)輔機(jī)動(dòng)力等的負(fù)荷動(dòng)力的情況 下，只要對(duì)電動(dòng)發(fā)電機(jī)指令目標(biāo)轉(zhuǎn)速N*，就能夠?qū)l(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力持續(xù)固定在P*，因此相對(duì)于 在先技術(shù)而具有能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)健性(Robust)的動(dòng)力控制的優(yōu)點(diǎn)。
[0023] 從以上可以明確，在本發(fā)明的構(gòu)成中，通過(guò)控制電動(dòng)發(fā)電機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速N*，能夠 使發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際動(dòng)力以目標(biāo)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力P *來(lái)動(dòng)作。此外，能夠以目標(biāo)動(dòng)力來(lái)維持發(fā)動(dòng)機(jī)的 情況是指使發(fā)動(dòng)機(jī)在接近于穩(wěn)定狀態(tài)的恰當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下動(dòng)作。由此，由于發(fā)動(dòng)機(jī)在穩(wěn)定狀 態(tài)下燃燒穩(wěn)定，所以能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能化和具有環(huán)境負(fù)擔(dān)的廢氣的抑制。
[0024] 而且，在本發(fā)明中以根據(jù)負(fù)荷動(dòng)力運(yùn)算部和充放電要求運(yùn)算部的輸出值而增減的 方式設(shè)定發(fā)動(dòng)機(jī)的目標(biāo)動(dòng)力。由此，能夠避免輕率地將目標(biāo)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力持續(xù)設(shè)定得低的情 況，因此，能夠抑制基于電動(dòng)發(fā)電機(jī)的動(dòng)力運(yùn)行頻率，從而抑制蓄電裝置的電力消耗。由此， 能夠避免陷入蓄電余量不足而不能輔助從而熄火那樣的事態(tài)。同樣地，能夠避免將目標(biāo)發(fā) 動(dòng)機(jī)動(dòng)力持續(xù)設(shè)定得高，能夠抑制基于電動(dòng)發(fā)電機(jī)的再生頻率，從而能夠抑制對(duì)蓄電裝置 的過(guò)充電。即，能夠?qū)⑿铍娧b置的余量維持在恰當(dāng)范圍內(nèi)，同時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)在恰當(dāng)?shù)倪\(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài) 下動(dòng)作。
[0025] 發(fā)明的效果
[0026] 根據(jù)本發(fā)明，能夠?qū)⑿铍娧b置的余量維持在恰當(dāng)范圍，同時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)在恰當(dāng)?shù)倪\(yùn) 轉(zhuǎn)狀態(tài)下動(dòng)作。另外，上述以外的課題、構(gòu)成以及效果通過(guò)以下的實(shí)施方式的說(shuō)明可以明 確。
【附圖說(shuō)明】
[0027] 圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式的混合動(dòng)力式挖掘機(jī)的側(cè)視圖。
[0028] 圖2是表示圖1所示的混合動(dòng)力式挖掘機(jī)的液壓驅(qū)動(dòng)裝置的圖。
[0029] 圖3是表示圖2所示的控制器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的圖。
[0030 ]圖4是表示圖3所示的負(fù)荷動(dòng)力運(yùn)算部的第1例的圖。
[0031] 圖5是表示圖3所示的負(fù)荷動(dòng)力運(yùn)算部的第2例的圖。
[0032] 圖6是表示基于模式開關(guān)選擇產(chǎn)生的可變速率限制器的變化的圖。