混合動力工程機械的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及具有發(fā)動機和電動/發(fā)電機的混合動力工程機械，電動/發(fā)電機與發(fā)動機機械式連結并進行發(fā)動機的動力輔助。
【背景技術】
[0002]通常，工程機械搭載有具有渦輪增壓型增壓器的渦輪式發(fā)動機。在具有渦輪式發(fā)動機的以往的工程機械中，當發(fā)生因液壓泵造成的急劇的負荷變動時，會發(fā)生發(fā)動機轉(zhuǎn)速一時降低的所謂加載減速(lug-down)的現(xiàn)象。當發(fā)生加載減速時，調(diào)速器相對于發(fā)動機轉(zhuǎn)速的降低，會通過增加燃料噴射量而欲使實際的轉(zhuǎn)速恢復到目標轉(zhuǎn)速，因此會導致因急劇的燃料噴射所造成的產(chǎn)生黑煙或油耗惡化。
[0003]上述現(xiàn)象的引發(fā)原因在于，在渦輪式發(fā)動機中，由于直到增壓壓力上升為止會花費時間，所以發(fā)動機輸出的上升會延遲，則急增的液壓負荷會高于發(fā)動機輸出。在這種狀況下，應向液壓泵供給的動力不足，由此工程機械的動作變得緩慢，并擔心會給操作者造成不舒服感。
[0004]此外，如通常所知地，渦輪增壓器從開始增壓到充分地實現(xiàn)功能為止會發(fā)生時間延遲，將該應答延遲稱為渦輪遲滯(Turbo lag)。由于渦輪遲滯的發(fā)生是因渦輪增壓器的機構自身所引起的，所以難以解決渦輪遲滯的發(fā)生。
[0005]在此，已知一種為了彌補發(fā)動機輸出的不足而利用混合動力系統(tǒng)的技術，該混合動力系統(tǒng)在發(fā)動機之外，作為動力源還具有電動/發(fā)電機。例如在專利文獻I中公開了這種技術:“在控制器9中，作為目標轉(zhuǎn)速而求出與設定轉(zhuǎn)速NO的最佳轉(zhuǎn)矩對應的發(fā)動機轉(zhuǎn)速Nr,在發(fā)動機I的負荷轉(zhuǎn)矩大而發(fā)動機轉(zhuǎn)速N比目標轉(zhuǎn)速Nr小時，根據(jù)偏差Λ Nr使電動/發(fā)電機6作為電動機而動作來進行轉(zhuǎn)矩輔助，在發(fā)動機I的負荷轉(zhuǎn)矩小而發(fā)動機轉(zhuǎn)速N比目標轉(zhuǎn)速Nr大時，根據(jù)偏差Λ Nr使電動/發(fā)電機6作為發(fā)電機而動作，使其發(fā)電并向蓄電池7進行蓄電，由此以使發(fā)動機I接近于最佳運轉(zhuǎn)狀態(tài)的方式進行控制?！?參照摘要)
[0006]現(xiàn)有技術文獻
[0007]專利文獻1:日本特開2003-28071號公報
[0008]在專利文獻I的以往技術(以下，僅稱為“以往技術”)中，發(fā)動機由如下的調(diào)速特性(以下，將該特性適當?shù)胤Q為“下垂特性(droop character)”)來控制，該調(diào)速特性具有如發(fā)動機轉(zhuǎn)速根據(jù)負荷的增加而減少那樣的規(guī)定斜率。并且，在以往技術中構成為，發(fā)動機的下垂特性是固定的，當發(fā)動機的目標轉(zhuǎn)矩變化時，發(fā)動機的轉(zhuǎn)速會依照下垂特性而變化。即，以往技術以使發(fā)動機的下垂特性為固定的、馬達的轉(zhuǎn)速指令為可變的方式進行控制。
[0009]并且，由于無負荷時的最大發(fā)動機轉(zhuǎn)速是由下垂特性決定的，所以在以往技術中，難以將發(fā)動機的最大轉(zhuǎn)速抑制得低。其結果為，具有例如基于由發(fā)動機驅(qū)動的液壓泵的拖曳(drug)等而產(chǎn)生損失的課題。
[0010]對于該課題，使用圖18?圖20進行詳細說明。圖18是表示以往技術中的發(fā)動機的下垂特性、目標轉(zhuǎn)速與目標發(fā)動機轉(zhuǎn)矩之間的關系的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩特性線圖。如圖18的(a)所示，在以往技術中，首先在轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩特性線圖上引出與無負荷轉(zhuǎn)速D對應的下垂特性線。接下來，若假設付與了目標發(fā)動機轉(zhuǎn)矩A，則在轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩特性線圖上引出目標發(fā)動機轉(zhuǎn)矩A的等轉(zhuǎn)矩線(橫線)。于是，按圖18的(b)所示地那樣，兩條直線的交點決定在交點AD這一點上。最后，如圖18的(c)所示，通過從交點AD向轉(zhuǎn)速軸引出垂線而能夠唯一地決定目標轉(zhuǎn)速NA。
[0011]接下來，使用圖19來說明以往技術中在目標發(fā)動機轉(zhuǎn)矩變化的情況下的發(fā)動機的動作。圖19是表示在目標發(fā)動機轉(zhuǎn)矩變化的情況下的目標轉(zhuǎn)速的變化的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩特性線圖。如圖19所示，若決定了無負荷轉(zhuǎn)速D和目標發(fā)動機轉(zhuǎn)矩A、B、C，則通過從與各發(fā)動機轉(zhuǎn)矩的目標值對應的等轉(zhuǎn)矩線、和與無負荷轉(zhuǎn)速D對應的下垂特性線D之間的交點AD、BD、⑶，向轉(zhuǎn)速軸引出垂線，而能夠唯一地決定目標轉(zhuǎn)速NA、NB、NC。
[0012]在圖20中，由時間序列來表示圖19的目標發(fā)動機轉(zhuǎn)矩A、B、C與無負荷轉(zhuǎn)速的關系。如圖20所示，在以往技術中，若決定了相對于無負荷轉(zhuǎn)速D的下垂特性，則發(fā)動機的轉(zhuǎn)速會依照該下垂特性而變化，由此無負荷轉(zhuǎn)速D的值始終是相同的。其結果為，無負荷時的發(fā)動機轉(zhuǎn)速不會變得比D低。因此，在以往技術中，仍然殘存著如下應該改善的課題:例如無法降低因產(chǎn)生基于液壓泵拖曳等的損失所造成的發(fā)動機噪音、為了使發(fā)動機轉(zhuǎn)速根據(jù)目標轉(zhuǎn)矩而變化而導致液壓泵的流量控制變得復雜等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明是為了解決上述課題而提出的，其目的在于，提供一種混合動力工程機械，其為通過下垂特性來控制發(fā)動機的形式，能夠?qū)o負荷時的發(fā)動機的最大轉(zhuǎn)速抑制得低。
[0014]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的混合動力工程機械，其特征在于，具有:發(fā)動機；由所述發(fā)動機驅(qū)動的液壓泵；由從所述液壓泵排出的液壓油驅(qū)動的液壓作業(yè)部；在與所述發(fā)動機之間傳遞輸出的電動/發(fā)電機；向所述電動/發(fā)電機供給電力的蓄電裝置；和以如下的調(diào)速特性控制所述發(fā)動機的控制器，所述調(diào)速特性使負荷與轉(zhuǎn)速之間的關系具有如轉(zhuǎn)速隨著負荷的增加而減少那樣的規(guī)定斜率，所述控制器包括:目標發(fā)動機輸出運算部，其計算所述發(fā)動機的目標輸出；目標轉(zhuǎn)速設定部，其設定所述電動/發(fā)電機的目標轉(zhuǎn)速指令；目標下垂運算部，其在轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩特性線圖上求出恒定輸出線與恒定轉(zhuǎn)速線的交點，并以從該轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩特性線圖上的交點通過的方式?jīng)Q定所述發(fā)動機的調(diào)速特性，其中，該恒定輸出線取由所述目標發(fā)動機輸出運算部算出的所述發(fā)動機的目標輸出值，該恒定轉(zhuǎn)速線取所述電動/發(fā)電機的目標轉(zhuǎn)速指令；調(diào)速特性變更部，其隨著由所述目標下垂運算部求得的調(diào)速特性而變更所述發(fā)動機的調(diào)速特性；和電動/發(fā)電機控制部，其按照由所述目標轉(zhuǎn)速設定部設定的目標轉(zhuǎn)速指令值來控制所述電動/發(fā)電機。
[0015]發(fā)明的效果
[0016]根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種混合動力工程機械，其為通過下垂特性來控制發(fā)動機的形式，能夠?qū)o負荷時的發(fā)動機的最大轉(zhuǎn)速抑制得低。該結果為，本發(fā)明例如能夠抑制因液壓泵的拖曳等造成的損失，并能夠謀求低油耗化。此外，通過以下實施方式的說明而能夠明確上述以外的課題、構成以及效果。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明的第一實施方式的混合動力挖掘機的側(cè)視圖。
[0018]圖2是表示圖1所示的混合動力挖掘機的液壓驅(qū)動裝置的圖。
[0019]圖3是圖2所示的控制器的控制框圖。
[0020]圖4是圖3所示的負荷轉(zhuǎn)矩運算部的控制框圖。
[0021]圖5是表示圖4所示的負荷轉(zhuǎn)矩運算部的不同構成例的控制框圖。
[0022]圖6是用于說明在圖3所示的目標發(fā)動機轉(zhuǎn)矩運算部中，利用對各發(fā)動機轉(zhuǎn)速的自然進氣狀態(tài)下的發(fā)動機轉(zhuǎn)矩進行計測所得到的映像來設定切換基準轉(zhuǎn)矩的示例的圖。
[0023]圖7是用時間序列來表示圖3所示的目標轉(zhuǎn)矩決定部的輸出的圖。
[0024]圖8是用于說明在本發(fā)明的第一實施方式中決定下垂特性的順序的圖。
[0025]圖9是表示在目標發(fā)動機轉(zhuǎn)矩變化的情況下的下垂特性的變化的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩特性線圖。
[0026]圖10是用時間序列來表示圖9的目標發(fā)動機轉(zhuǎn)矩A、B、C與各下垂特性Aa、Ba、Ca的無負荷轉(zhuǎn)速Aa、Ba、Ca的關系的圖。
[0027]圖11是表示對于恒定值的目標發(fā)動機轉(zhuǎn)矩A而付與了目標轉(zhuǎn)速Na、Nb、Nc的情況下的、下垂特性的變化的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩特性線圖。
[0028]圖12是本發(fā)明的第二實施方式的混合動力挖掘機的控制器的控制框圖。
[0029]圖13是用于說明由圖12的目標發(fā)動機轉(zhuǎn)矩運算部得到的第二目標發(fā)動機轉(zhuǎn)矩的運算內(nèi)容的圖。
[0030]圖14是表示在本發(fā)明的第二實施方式中使用的控制器的運算順序的活動圖。
[0031]圖15是表示在本發(fā)明的第二實施方式的控制器由動力實施控制的情況下的控制框圖。
[0032]圖16是用于說明在本發(fā)明的第二實施方式中在給與了目標發(fā)動機動力的情況下的決定下垂特性的順序的圖。
[0033]圖17的(a)、(b)是轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩特性線圖，(a)用于說明具有下垂特性的發(fā)動機單體的動作、(b)用于說明使具有下垂特性的發(fā)動機與依照目標轉(zhuǎn)速指令而控制的電動/發(fā)電機組合的情況下的發(fā)動機的動作。
[0034]圖18是表示以往技術中的發(fā)動機的下垂特性、目標轉(zhuǎn)速與目標發(fā)動機轉(zhuǎn)矩之間的關系的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩特性線圖。
[0035]圖19是表示在以往技術中目標發(fā)動機轉(zhuǎn)矩變化的情況下的目標轉(zhuǎn)速的變化的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩特性線圖。
[0036]圖20是用時間序列來表示圖19的目標發(fā)動機轉(zhuǎn)矩A、B、C與無負荷轉(zhuǎn)速的關系的圖。
[0037]附圖標記說明