混合式作业机械的制作方法
【专利摘要】本发明提供混合式作业机械，该混合式作业机械不经由任何暂时存储能量的单元而将来自再生装置的再生能量用于助力马达动作，能够使发动机的旋转速度大致固定，并且即便是短时间的助力动作也能够充分降低发动机的燃料消耗量。混合式作业机械具有：发动机；检测发动机的旋转速度的脉冲发生器；控制发动机的发动机控制部；对发动机的驱动进行助力的助力马达；再生装置；控制来自再生装置的再生能量的能量再生控制装置。上述能量再生控制装置根据来自再生装置的上述再生能量的量控制助力马达，对发动机的驱动进行助力，同时，根据由转换器转换后的燃料校正量信号修正燃料喷射量信号。
【专利说明】混合式作业机械
【技术领域】
[0001]本发明涉及建筑机械、土木机械等混合式作业机械。
【背景技术】
[0002]以往，在日本特开2005-163605号公报(专利文献I)中记载有混合式作业机械。该混合式作业机械具有发动机、由该发动机驱动的液压泵、与该发动机连接并能够进行牵引和再生的助力及再生用的电动/发电机、以及与该电动/发电机连接的蓄电装置。而且，配合液压泵的负载的状态在适当的时机将蓄积于该蓄电装置的电力提供给电动/发电机等，通过电动/发电机适当地对发动机的液压泵的驱动进行助力。
[0003]现有技术文献
[0004]专利文献1:日本特开2005-163605号公报
【发明内容】
[0005]发明要解决的问题
[0006]此外，在上述以往的混合式作业机械中，通过发动机的旋转速度根据负载而变动的所谓下垂特性来控制发动机的旋转速度，当负载变小时发动机的旋转速度上升，另一方面，当负载增大时发动机的旋转速度降低。因此，上述混合式作业机械的作业者能够根据发动机的旋转速度的增减变化来感知负载的增减变化，实现作业效率的提高。
[0007]然而，在上述以往的混合式作业机械中，将再生能量从蓄电装置提供给电动/发电机，对发动机的驱动进行助力时，如图7所示，虽然能够降低燃料喷射量，但存在发动机的旋转速度上升的问题。
[0008]此外，上述以往的混合式作业机械具有蓄电装置，因此通过暂时蓄积再生能量来进行均衡化，防止助力动作的急剧变化，由此能够防止发动机的负载的急剧变化，发挥充分的燃料降低效果，但另一方面，存在价格昂贵且车体变大等问题。
[0009]因此，本发明的课题在于提供一种混合式作业机械，在不具有蓄电器的混合式作业机械中，即便不将再生能量均衡化而马上利用于助力动作，该混合式作业机械也能够使发动机的旋转速度大致固定，并且即便是短时间的助力动作也能够充分地降低发动机的燃料消耗量。
[0010]用于解决问题的手段
[0011]为了解决上述课题，本发明的混合式作业机械的特征在于，该混合式作业机械具有:
[0012]发动机；
[0013]旋转速度检测器，其检测上述发动机的旋转速度；
[0014]发动机控制部，其根据由上述旋转速度检测器检测出的当前的上述发动机的旋转速度与上述发动机的目标旋转速度之间的偏差来决定操作量，控制上述发动机；
[0015]助力马达，其对上述发动机的驱动进行助力；以及[0016]能量再生控制装置，其不经由任何暂时存储能量的单元，而通过驱动上述助力马达来将来自再生装置的再生能量用于助力动作，并且对上述发动机控制部的操作量加以修正。
[0017]根据上述结构的混合式作业机械，不经由任何暂时存储能量的单元，而通过驱动上述助力马达将来自上述再生装置的再生能量用于助力动作，对辅助力进行增减。此外，上述发动机控制部根据由上述旋转速度检测器检测出的当前的上述发动机的旋转速度与上述发动机的目标旋转速度之间的偏差来决定操作量。而且，通过上述能量再生控制装置对该操作量加以修正，使得该操作量根据来自上述再生装置的再生能量的量的增大而减小。这样，根据来自上述再生装置的再生能量的量的大小来驱动助力马达，在对辅助力进行增减的同时，通过前馈控制对上述操作量加以修正。因此，在不具有蓄电器的混合式作业机械中，即便不将再生能量均衡化而马上利用于助力动作，由于上述能量再生控制装置根据该再生能量的量通过前馈控制对上述操作量加以修正，因此也能够使发动机的旋转速度大致固定，并且即便助力动作是短时间，在控制中也不会有延迟，能够充分降低发动机的燃料消耗量。
[0018]在一个实施方式的混合式作业机械中，
[0019]上述操作量是向上述发动机的燃料喷射量。
[0020]根据上述实施方式，由上述能量再生控制装置根据来自上述再生装置的再生能量的量，对作为上述操作量的向上述发动机的燃料喷射量加以修正。因此，即便进行助力动作，也能够使发动机的旋转速度大致固定，并且，即便是短时间的助力动作，也能够降低发动机的燃料消耗量。
[0021]在一个实施方式的混合式作业机械中，
[0022]上述操作量是向上述发动机的扭矩指令。
[0023]根据上述实施方式，由上述能量再生控制装置根据从上述再生装置回收的再生能量的量，对作为上述操作量的向上述发动机的扭矩指令加以修正。因此，即便进行助力动作，也能够使发动机的旋转速度大致固定，并且，即便是短时间的助力动作，也能够降低发动机的燃料消耗量。
[0024]在一个实施方式的混合式作业机械中，
[0025]上述操作量是向上述发动机的旋转速度指令。
[0026]根据上述实施方式，由上述能量再生控制装置根据从上述再生装置回收的再生能量的量，对作为上述操作量的向上述发动机的旋转速度指令加以修正。因此，即便进行助力动作，也能够使发动机的旋转速度大致固定，并且，即便是短时间的助力动作，也能够降低发动机的燃料消耗量。
[0027]在一个实施方式的混合式作业机械中，
[0028]上述能量再生控制装置具有对作业机控制器的旋转速度指令加以修正的功能，上述能量再生控制装置具有向上述发动机控制部输出修正后的旋转速度指令的功能。
[0029]根据上述实施方式，由上述能量再生控制装置根据从上述再生装置回收的再生能量的量，对从上述作业机控制器向上述发动机控制部输出的旋转速度指令加以修正。因此，即便进行助力动作，也能够使发动机的旋转速度大致固定，并且，即便是短时间的助力动作，也能够降低发动机的燃料消耗量。[0030]此外，根据上述实施方式，能够不变更以往方式的发动机控制部而实现。
[0031]发明的效果
[0032]根据本发明的混合式作业机械，在不具有蓄电器的混合式作业机械中，即便不将再生能量均衡化而马上用于助力动作，也能够使发动机的旋转速度大致固定，并且即便是短时间的助力动作，也能够充分降低发动机的燃料消耗量。
【专利附图】
【附图说明】
[0033]图1是本发明一个实施方式的混合式作业机械的控制框图。
[0034]图2是示出上述混合式作业机械的燃料喷射量对于发动机的旋转速度的特性的图。
[0035]图3中的(A)、(B)、(C)是对上述混合式作业机械的助力马达的助力扭矩的量、发动机的旋转速度以及燃料喷射量之间的关系进行说明的说明图。
[0036]图4是上述混合式作业机械的另一实施方式的控制框图。
[0037]图5是上述混合式作业机械的再一实施方式的控制框图。
[0038]图6是上述混合式作业机械的又一实施方式的控制框图。
[0039]图7是示出以往的混合式作业机械的燃料喷射量对于发动机的旋转速度的特性的图。
[0040]标号说明
[0041]11发动机
[0042]12发动机控制部
[0043]13脉冲发生器
[0044]21助力马达
[0045]31能量再生控制装置
[0046]41再生装置
【具体实施方式】
[0047]以下，通过图示的实施方式更详细地对本发明的混合式作业机械进行说明。
[0048]如图1的控制框图所示，本实施方式的混合式作业机械具有:发动机11 ;脉冲发生器13，其作为检测该发动机11的旋转速度的旋转速度检测器的一例；发动机控制部12，其控制上述发动机11 ;助力马达21，其对上述发动机11的驱动进行助力；助力控制器22，其控制该助力马达21 ;再生装置41 ；以及能量再生控制装置31，其控制来自该再生装置41的再生能量。
[0049]上述再生装置41具有未图示的液压马达和由该液压马达驱动的未图示的发电机，将作动油的压力能量转换为电能量，并将再生能量输出到能量再生控制装置31。
[0050]上述能量再生控制装置31将来自上述再生装置41的再生能量经由上述助力控制器22提供给助力马达21，对发动机11的驱动进行助力。
[0051]上述助力控制器22通过通信从上述能量再生控制装置31接收表示上述再生能量的量的信号，根据该再生能量的量的大小控制提供给助力马达21的电力的大小，控制助力马达21的辅助力。[0052]另一方面，上述发动机控制部12具有目标发动机旋转速度设定部15、PID(比例积分微分)控制部16、转换器17以及相加点101、102。
[0053]上述目标发动机旋转速度设定部15在设定目标发动机旋转速度后，将表示目标发动机旋转速度的信号输出到上述相加点101。
[0054]上述相加点101还被输入来自脉冲发生器13的表示当前的发动机11的旋转速度的信号。上述相加点101从表示目标发动机旋转速度的信号中减去表示当前的发动机11的旋转速度的信号，将表示它们的偏差的偏差信号输出到PID控制部16。
[0055]上述PID控制部16对上述偏差信号进行PID (比例积分微分)控制运算，计算用于使发动机11的旋转速度成为目标发动机旋转速度的操作量。该操作量是表示根据上述偏差的大小而增减的向发动机11的燃料喷射量的信号。而且，上述PID控制部16将表示向该发动机11的燃料喷射量的燃料喷射量信号输出到上述相加点102。
[0056]另一方面，上述能量再生控制装置31将表示上述再生能量的量的信号输出到上述助力控制器22，并且输出到上述转换器17。该转换器17将上述再生能量的量转换为与该再生能量的量对应的向发动机11的燃料喷射量校正量，并将该燃料校正量信号输出到上述相加点102。
[0057]上述相加点102从来自上述PID控制部16的操作量即上述燃料喷射量信号中减去来自转换器17的燃料校正量信号，将对上述燃料喷射量信号修正后得到的修正燃料喷射量信号输出到发动机11。
[0058]这样，上述能量再生控制装置31不经由任何暂时存储能量的单元，通过驱动助力马达21将来自上述再生装置41的上述再生能量用于助力动作，在对发动机11的驱动进行助力的同时，根据由上述转换器17转换后的燃料校正量信号对来自上述PID控制16的燃料喷射量信号进行修正。即，在将上述再生能量用于针对发动机11的驱动的助力动作的同时，上述能量再生控制装置31根据该再生能量的量通过前馈控制对上述燃料喷射量信号加以修正。
[0059]上述发动机11的输出与助力马达21的输出在相加点51被相加，并传递到负载61。
[0060]图2不出相对于发动机11的旋转速度的发动机11的燃料喷射量特性。如图2所示，在进行上述助力动作时，使上述燃料喷射量特性向由图2的假想线所示的燃料喷射量特性偏移，在使发动机11的旋转速度大致保持为固定的同时，能够降低向发动机11的燃料
喷射量。
[0061]此外，图3示出助力马达21的助力扭矩的量、发动机11的旋转速度以及上述燃料喷射量之间的关系。即便是图3的(A)所示那样的短时间的助力动作，如图3的(B)所示，也能够使发动机11的旋转速度大致保持为固定，并且，如图3的(C)所示，通过上述前馈控制，控制中没有延迟，能够充分降低向发动机11的燃料喷射量。
[0062]此外，即便不具有蓄电器，也能够不将再生能量均衡化而马上利用于助力动作，对发动机11的驱动进行助力。因此，能够将混合式作业机械整体小型化，降低制造成本。
[0063]图4是另一实施方式的混合式作业机械的控制框图。在该图4中，对于与图1所示的结构部相同的结构部标注与图1中的结构部相同的参照标号并省略说明，以下对不同的结构进行说明。[0064]如图4所示,上述实施方式的混合式作业机械在相加点102与发动机11之间具有燃料喷射量运算部18。
[0065]在上述实施方式的混合式作业机械中，上述PID控制部16的上述操作量是表示对于发动机11的扭矩指令的扭矩指令信号。此外，上述转换器17转换成与上述再生能量的量对应的发动机11的扭矩校正量，将该扭矩校正量信号输出到上述相加点102。
[0066]上述相加点102从来自上述PID控制部16的扭矩指令信号中减去来自转换器17的扭矩校正量信号，将对上述扭矩指令信号进行修正后得到的修正扭矩指令信号输出到上述燃料喷射量运算部18。
[0067]上述燃料喷射量运算部18对上述修正扭矩指令信号进行向发动机11的燃料喷射量运算，计算用于使发动机11的扭矩成为修正扭矩的燃料喷射量，将表示该燃料喷射量的燃料喷射量信号输出到发动机11。
[0068]另外，也可以是，并非上述转换器17将上述扭矩校正量信号输出到上述相加点102，而是上述助力控制器22将表示与上述再生能量的量对应的发动机11的扭矩的扭矩校正量信号输出到相加点102。这样，即便不设置转换器17，也在上述相加点102对上述扭矩指令进行修正，即便进行助力动作，也能够使发动机11的旋转速度大致固定，并且，即便是短时间的助力动作，也能够降低发动机11的燃料消耗量。
[0069]图5是再一实施方式的混合式作业机械的控制框图。在该图5中，对于与图1所示的结构部相同的结构部标注与图1中的结构部相同的参照标号并省略说明，以下对不同的结构进行说明。
[0070]如图5所示，上述实施方式的混合式作业机械在P控制部16’与发动机11之间具有燃料喷射量运算部18。此外，将相加点102设于目标发动机旋转速度设定部15与相加点101之间。
[0071]在上述实施方式的混合式作业机械中，上述转换器17转换为与上述再生能量的量对应的发动机11的旋转速度校正量，将该发动机旋转速度校正值信号输出到上述相加点 102。
[0072]上述相加点102从表示来自上述目标发动机旋转速度设定部15的目标发动机旋转速度的信号中减去来自转换器17的上述发动机旋转速度校正值信号，将对表示上述目标发动机旋转速度的信号进行修正后得到的修正目标发动机旋转速度信号输出到上述相加点101。
[0073]上述P控制部16’对相加点101的运算结果进行P (比例)控制运算，计算用于使发动机11的旋转速度成为目标发动机旋转速度的操作量。该操作量是表示根据上述偏差的大小而增减的发动机11的目标扭矩的目标扭矩指令信号。而且，上述P控制部16’将表示该发动机11的目标扭矩的目标扭矩指令信号输出到上述燃料喷射量运算部18。
[0074]上述燃料喷射量运算部18对上述目标扭矩指令信号进行向发动机11的燃料喷射量运算，计算用于使发动机11的扭矩成为目标扭矩的燃料喷射量，将表示该燃料喷射量的信号输出到发动机11。
[0075]另外，在上述实施方式中，上述P控制部16’进行了 P (比例)控制运算，但在该发明中，也可以进行其他任意的函数运算。
[0076]图6是又一实施方式的混合式作业机械的控制框图。在该图6中，对于与图1所示的结构部相同的结构部标注与图1中的结构部相同的参照标号并省略说明，以下对不同的结构进行说明。
[0077]如图6所示，在上述实施方式的混合式作业机械中，能量再生控制装置31具有对作业机控制器71的旋转速度指令值加以修正的功能。能量再生控制装置31将上述修正后的旋转速度指令值输出到目标发动机旋转速度设定部15。
[0078]在上述实施方式的混合式作业机械中，上述能量再生控制装置31将与上述再生能量的量对应的作业机控制器71的旋转速度指令值的修正量与作业机控制器71的旋转速度指令值相加，将该修正后的旋转速度指令输出到目标发动机旋转速度设定部15。
[0079]相加点101从来自上述目标发动机旋转速度设定部15的目标发动机旋转速度中减去实际的发动机旋转速度，将相减的结果输出到P控制部16’。
[0080]上述P控制部16’对相加点101的运算结果进行P (比例)控制运算，计算用于使发动机11的旋转速度成为目标发动机旋转速度的操作量。该操作量是表示根据上述偏差的大小而增减的发动机11的目标扭矩的目标扭矩指令信号。而且，上述P控制部16’将表示该发动机11的目标扭矩的目标扭矩指令信号输出到上述燃料喷射量运算部18。
[0081]上述燃料喷射量运算部18对上述目标扭矩指令信号进行向发动机11的燃料喷射量运算，计算用于使发动机11的扭矩成为目标扭矩的燃料喷射量，将表示该燃料喷射量的信号输出到发动机11。
[0082]在该实施方式中，在由图6的虚线所示的发动机控制部12中，不需要对以往结构进行变更，上述燃料喷射量运算部18对上述目标扭矩指令信号进行向发动机11的燃料喷射量运算，计算用于使发动机11的扭矩成为目标扭矩的燃料喷射量，将表示该燃料喷射量的信号输出到发动机11。
[0083]另外，在上述实施方式中，上述P控制部16’进行了 P (比例)控制运算，但在该发明中，也可以进行其他任意的函数运算。
【权利要求】
1.一种混合式作业机械，其特征在于，该混合式作业机械具有: 发动机(11); 旋转速度检测器(13)，其检测上述发动机(11)的旋转速度； 发动机控制部(12 )，其根据由上述旋转速度检测器(13 )检测出的上述发动机(11)的当前旋转速度与上述发动机(11)的目标旋转速度之间的偏差来决定操作量，控制上述发动机(11)； 助力马达(21)，其对上述发动机(11)的驱动进行助力； 能量再生控制装置(31)，其不经由任何暂时存储能量的单元，通过驱动上述助力马达(21)来将来自再生装置(41)的再生能量用于助力动作，并且对上述发动机控制部(12)的操作量加以修正。
2.根据权利要求1所述的混合式作业机械，其特征在于， 上述操作量是向上述发动机(11)的燃料喷射量。
3.根据权利要求1所述的混合式作业机械，其特征在于， 上述操作量是向上述发动机(11)的扭矩指令。
4.根据权利要求1所述的混合式作业机械，其特征在于， 上述操作量是向上述发动机(11)的旋转速度指令。
5.根据权利要求1所述的混合式作业机械，其特征在于， 上述能量再生控制装置(31)具有对作业机控制器(71)的旋转速度指令加以修正的功能，上述能量再生控制装置(31)具有向上述发动机控制部(12)输出修正后的旋转速度指令的功能。
【文档编号】F02D29/00GK103775220SQ201310478408
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年10月14日 优先权日:2012年10月19日
【发明者】河田健一, 坂本隆幸 申请人:大金工业株式会社