混合动力式工程机械的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及作为动力源而具有发动机和电动发电机的混合动力式工程机械，该电 动发电机与发动机机械连接而进行发动机的动力辅助。
【背景技术】
[0002] 以节能化(低燃料消费化)或减少从发动机排出且成为环境负担原因的废气(二氧 化碳和氮氧化物、颗粒状物质等)的量为目的，已知一种在发动机的基础上作为动力源还具 有电动发电机的混合动力式工程机械。为了节能化、减少成为环境负担原因的废气量，尤其 重要的是使发动机在恰当的运转条件下动作。在混合动力式工程机械中，通过以使对作业 必要的动力恰当地向液压栗分配的方式控制发动机和电动发电机这2个动力源，而能够使 发动机在恰当的运转状态下动作。
[0003] 关于恰当地进行发动机与电动发电机的动力分配的方法，已知专利文献1和专利 文献2所示的技术。在专利文献1中，对作为液压栗所要求的动力的栗要求动力和与基于加 速信号而决定的发动机的目标转速相对应的发动机最大动力进行比较，从而将发动机最大 动力相对于栗要求动力的盈亏部分作为电动发电机动力而算出。而且，依照因栗要求动力 的运算值与实际值之间的差距而产生的与发动机转速的偏差，来修正电动发电机动力，由 此实现发动机以及电动发电机的动力分配。
[0004] 此外，在专利文献2中，基于作为致动器所要求的动力的致动器要求动力、与在使 蓄电装置的充电量维持在固定范围内的方向上设定的充电量相对应的充电动力、以及根据 发电动力和蓄电装置的充电量而设定的发动机动力，来表示决定发动机以及电动发电机的 动力分配的方法。
[0005] 在先技术文献
[0006] 专利文献1:日本专利第4725406号公报
[0007] 专利文献2:美国专利申请公开第2007/0187180号说明书
【发明内容】
[0008] 上述专利文献1中的动力分配方法构成为：由与基于加速信号而决定的发动机的 目标转速对应的发动机最大动力来驱动发动机，且将发动机动力相对于栗要求动力的盈亏 部分作为由电动发电机承担的动力运行/再生动力。即，发动机始终以与加速信号相对应的 最大动力来持续动作。由此，将导致发动机始终最大地喷射燃料且持续进行。当从节能的观 点考虑时，这难以被称为恰当的运转状态。
[0009] 此外，在专利文献1的混合动力式工程机械中，没有监视向发电及电动机交接电力 的蓄电装置的充电量。由此，在栗要求动力少的状态(轻作业)持续的情况下，发动机最大动 力的剩余量由电动发电机作为再生动力来利用，从而导致蓄电装置成为过充电。另一方面， 在栗要求动力多的状态(重作业)持续的情况下，发动机最大动力的不足量由电动发电机作 为再生动力来利用，从而导致蓄电装置成为过放电。
[0010] 在专利文献2的技术中，进行了监视蓄电装置的充电量的动力分配。然而，在该技 术中，根据蓄电装置的充电量而变更发动机的动力，由此使发动机以最大动力持续动作的 专利文献1的技术不能与专利文献2的技术直接组合。
[0011] 而且，专利文献1、2在基于栗要求动力或者致动器要求动力的推定来进行动力分 配时，由动力(转矩)控制电动发电机。然而，在该构成中，在难以得知要求动力的真值时，会 产生如下问题点。
[0012] 图16的(a)设想了如下情况:在发动机以作为最大动力60kW的转速Na动作时，实际 的要求动力（栗、致动器）消耗了50kW，但将要求动力略少地运算为40kW。若依照专利文献1 或2的运算，为了消除发动机动力:60kW与要求动力(运算值）：40kW之间的盈亏，电动发电机 的动力以进行20kW量的再生的方式算出。如此，对发动机施加要求动力（真值）：50kW与电动 发电机的再生动力：20kW的合计:70kW。
[0013] 通常，由于与发动机相比电动发电机的输出应答迅速，所以当以上的运算值被指 令时，发动机将立刻成为10kW量的过负荷状态。其结果是，在经过一定时间之后，发动机转 速将如图16的(b)所示地向Nb减少，据此发动机的最大动力也将减少。像这样，当基于要求 动力的错误的推定值来运算电动发电机的动力时，会产生非意图的发动机转速的下降。而 且，当上述状态持续时，发动机的转速将进一步下降，最终导致熄火。
[0014] 在专利文献1中，虽然为了避免以上的状态，依照目标转速与实际转速的偏差来运 算修正动力，欲修正电动发电机的动力，但在这期间如图16的（b)所示，无法使发动机以所 期望的动力(转速Na中的最大发动机动力)动作。
[0015] 而且，根据专利文献1的第2发明，由于栗动力也会被修正，所以担心无法确保作业 性。而且，在混合动力式工程机械中，为了节能化而使发动机小型化，在大多情况下发动机 转矩比以往的工程机械低。由此，在发生上述问题的情况下，有可能在使转速降低至Nb期间 导致发动机熄火。
[0016] 本发明是鉴于以上问题点而做出的，其目的在于，提供一种混合动力式工程机械， 其能够将蓄电装置的余量维持在恰当范围内，同时使发动机在恰当的运转状态下动作。
[0017] 为了实现上述目的，本发明的混合动力式工程机械的特征在于，其具有:发动机； 由所述发动机驱动的液压栗；由从所述液压栗排出的液压油驱动的液压作业部;在与所述 发动机之间进行转矩的传递的电动发电机；向所述电动发电机供给电力的蓄电装置;和通 过如下的调节器特性控制所述发动机的控制器，在所述调节器特性中，负荷转矩与转速之 间的关系具有转速随着负荷转矩的增加而减少那样的规定斜度，所述控制器具有:变更所 述调节器特性的设定的调节器特性变更部；运算发动机轴上的负荷动力的负荷动力运算 部;运算所述蓄电装置的余量的蓄电余量运算部;基于所述蓄电余量运算部的输出来运算 为了将所述蓄电装置的电力维持在恰当范围内所必要的充电/放电要求的充放电要求运算 部;运算所述发动机的目标动力的目标发动机动力运算部;运算所述电动发电机的目标转 速指令的目标转速运算部;依照由所述目标转速运算部运算出的目标转速指令值而控制所 述电动发电机的电动发电机控制部，所述目标发动机动力运算部根据来自所述负荷动力运 算部以及所述充放电要求运算部的输出值的增减来运算增减的第1目标发动机动力，所述 目标转速运算部将转速-转矩特性线图中的由所述调节器特性变更部变更的调节器特性线 与依照所述第1目标发动机动力的等动力线之间的交点处的转速作为所述电动发电机的目 标转速指令值而算出。
[0018]本发明构成为，将由具有转速随着负荷转矩的增加而减少那样的规定斜度的调节 器特性（以下，为了简化称为"下垂特性"）控制的发动机、和依照目标转速指令而控制的电 动发电机组合，由此起到能够自如地控制发动机的动力的优异效果。使用图14来具体说明 该效果。首先，依照图14的(a)说明以具有下垂特性的发动机单体的动作。
[0019]下垂特性中，无负荷时付与了转速N0，最大动力时付与了转速N1。由于具有下垂特 性的发动机的转矩由该直线状决定，所以具有负荷转矩越高而转速越低的特征。例如，以在 相对于发动机的负荷为负荷动力A时发动机转速成为Nel，在相对于发动机的负荷为负荷动 力B时发动机转速成为Ne2的方式调速。
[0020] 接着，在图14的（b)中说明组合有依照目标转速指令来控制的电动发电机的情况 下的动作。当以下垂特性线与依照目标发动机动力的等动力线之间的交点I处的转速N *来 付与对电动发电机的目标转速时，与电动发电机机械连接的发动机以与电动发电机相同的 转速的N*动作。于是，发动机依照下垂特性而输出与转速N*对应的转矩T* (动力P* = T* XN* )。此时，实际的负荷动力与发动机动力之间的动力差会通过电动发电机的转速控 制而自动消除。
[0021] 此外，由于电动发电机的输出应答相对于发动机迅速，所以在液压栗的动力急剧 地变化的情况下，电动发电机以使因负荷变化而稍微产生的转速偏差立刻消除的方式动 作。即，电动发电机以保证"负荷变化后的动力差"的方式输出动力。通过以上的动作，发动 机转速迅速保持在N*，由此能够使发动机动力固定在P *。
[0022]而且，即使在不能正确地得知液压栗动力或发动机辅机动力等的负荷动力的情况 下，只要对电动发电机指令目标转速N*，就能够将发动机动力持续固定在P*，因此相对于 在先技术而具有能够实现稳健性(Robust)的动力控制的优点。
[0023] 从以上可以明确，在本发明的构成中，通过控制电动发电机的目标转速N*，能够 使发动机的实际动力以目标发动机动力P *来动作。此外，能够以目标动力来维持发动机的 情况是指使发动机在接近于稳定状态的恰当运转状态下动作。由此，由于发动机在稳定状 态下燃烧稳定，所以能够实现节能化和具有环境负担的废气的抑制。
[0024] 而且，在本发明中以根据负荷动力运算部和充放电要求运算部的输出值而增减的 方式设定发动机的目标动力。由此，能够避免轻率地将目标发动机动力持续设定得低的情 况，因此，能够抑制基于电动发电机的动力运行频率，从而抑制蓄电装置的电力消耗。由此， 能够避免陷入蓄电余量不足而不能辅助从而熄火那样的事态。同样地，能够避免将目标发 动机动力持续设定得高，能够抑制基于电动发电机的再生频率，从而能够抑制对蓄电装置 的过充电。即，能够将蓄电装置的余量维持在恰当范围内，同时使发动机在恰当的运转状态 下动作。
[0025] 发明的效果
[0026] 根据本发明，能够将蓄电装置的余量维持在恰当范围，同时使发动机在恰当的运 转状态下动作。另外，上述以外的课题、构成以及效果通过以下的实施方式的说明可以明 确。
【附图说明】
[0027] 图1是本发明的实施方式的混合动力式挖掘机的侧视图。
[0028] 图2是表示图1所示的混合动力式挖掘机的液压驱动装置的图。
[0029] 图3是表示图2所示的控制器的内部结构的图。
[0030 ]图4是表示图3所示的负荷动力运算部的第1例的图。
[0031] 图5是表示图3所示的负荷动力运算部的第2例的图。
[0032] 图6是表示基于模式开关选择产生的可变速率限制器的变化的图。