混合动力式作业机械的制作方法_2

文档序号:9291205阅读:来源:国知局
体Id进行驱动。另外,变流器13将在旋转制动时旋转电动机16作为发电机发挥功能而再生的交流电转换成直流电并输出。
[0037]蓄电池15向变流器12、13供给电力,或者对辅助电动机10产生的电能、来自旋转电动机16的电能进行蓄积。蓄电池控制器20具有如下功能,即,经由传感器而对蓄电池15的电压、电流进行检测,对蓄积于蓄电池15的电能的量、所谓的蓄电余量(SOC)进行推定,并将该推定值输出至车身控制器11。
[0038]发动机控制器(发动机控制装置)14对来自车身控制器11的目标转速与转速传感器19检测出的发动机7的实际转速之间的偏差进行运算,基于该转速偏差对目标燃料喷射量进行运算,并将对应的控制信号输出至发动机7所具备的电子调速器7a。电子调速器7a根据该控制信号而工作,喷射与目标燃料喷射量相当的燃料并供给至发动机7。由此,以发动机7的转速维持目标转速的方式进行控制。
[0039]从车身控制器11输出至发动机控制器14的目标转速基于来自发动机控制刻度盘(EC刻度盘)31的输出而确定,其中,发动机控制刻度盘31是从操作员(operator)选择性地输入发动机7的目标转速的输入装置(目标转速输入装置)。但是,从车身控制器11输出至发动机控制器14的目标转速,存在车身控制器11考虑液压挖掘机的状态(例如,发动机7的冷却水温度、发动机7的负荷等)并根据通过EC刻度盘31选择的目标转速而适当地进行变更的情况。无论如何,车身控制器11都基于以EC刻度盘31为代表的操作员的指示和液压挖掘机的状态而设定目标转速,发动机控制器14以成为该转速的方式将成为目标的燃料喷射量的指令信号传送至电子调速器7a。
[0040]车身控制器11具有控制运算电路,在该控制运算电路中,进行与辅助电动机10及旋转电动机16相关的下述⑴?(3)的控制。
[0041](I)旋转电动机10的驱动控制
[0042]压力传感器18设置于先导油路,该先导油路供操作杆4b生成的液压操作信号中的指示左右方向的旋转操作(即,旋转电动机16的操作)的液压操作信号通过,压力传感器18检测该液压操作信号。车身控制器11输入压力传感器18的检测信号(电信号),并根据检测出的液压操作信号进行旋转电动机16的驱动控制。具体而言,当检测出指示左方向的旋转操作的液压操作信号时,基于该液压操作信号控制变流器13而进行驱动旋转电动机16的动力运行控制,使旋转电动机16工作以使得上部旋转体Id以与液压操作信号相对应的速度向左旋转。另一方面,当检测出指示右方向的旋转操作的液压操作信号时,基于该液压操作信号控制变流器13而进行驱动旋转电动机16的动力运行控制,使旋转电动机16工作以使得上部旋转体Id以与液压操作信号相对应的速度向右旋转。
[0043]另外,当基于操作杆4b对旋转电动机16进行上述驱动控制时,车身控制器11有时一边参照旋转请求速度、蓄电池15的蓄电余量(SOC)及液压栗6的负荷等,一边基于压力传感器18检测出的液压操作信号控制变流器12并进行使辅助电动机10作为发电机工作的发电控制。例如,在旋转请求速度相对大的情况下,与旋转电动机16的驱动控制共同执行辅助电动机10的发电控制,在旋转请求速度相对小的情况下,仅执行旋转电动机16的驱动控制,不执行发电控制。
[0044](2)回收电力的蓄电控制
[0045]另外,车身控制器11在上部旋转体Id的制动时(旋转制动时),控制变流器13而进行使旋转电动机16作为发电机工作的发电控制,从旋转电动机16回收电能,并且进行将回收的电能蓄积于蓄电池15中的控制。
[0046](3)辅助电动机10的控制(蓄电池15的蓄电管理控制)
[0047]另外,车身控制器11在液压栗6的液压载荷(栗吸收转矩)较小且由蓄电池控制器20检测出的蓄电池15的蓄电余量少时,控制变流器12而进行使辅助电动机10作为发电机工作的发电控制,产生剩余的电力,并且进行将所产生的剩余电力蓄积到蓄电池15中的控制。相反地,在液压栗6的液压载荷(栗吸收转矩)较大且由蓄电池控制器20检测出的蓄电池15的蓄电余量为规定量以上时,控制变流器12将蓄电池15的电力供给至辅助电动机10,而进行使辅助电动机10作为电动机工作的动力运行控制,对液压栗6进行辅助驱动。
[0048]然而,当将发动机7的输入设为每单位时间的燃料的热能时,为了对驱动对象(液压栗6及辅助电动机10)进行旋转驱动而从该输入中取出的能量(发动机动力X)、与在该驱动对象的旋转驱动中不能利用的能量(能量损失Y)之间的关系通常形成为图3中的实线。此处,基于图3的实线上的、相对于发动机动力的增加的能量损失的增加比例(X/Y)的大小,将图3中的曲线划分为2个区域,将成为这2个区域的边界值的发动机动力的值称作“发电阈值Ethl ”。在本实施方式中,设定2条相对于图3中的实线的近似直线(将低发动机动力侧的区域(低动力区域)的近似式设为Y= α IX+β I,将高发动机动力侧的区域(高动力区域)的近似式设为Y = α 2Χ+β 2(α1、α2、β1、β2为常数,α 1〈 α 2且β 1> β 2)),预先将这2条近似直线的交点设定为发电阈值Ethl。
[0049]在图3中,在由发电阈值Ethl划分的2个区域中的、与发电阈值E thl相比的低动力侧的区域(低动力区域)中,设定为斜率相对较小的近似直线(Y = α 1Χ+β I),据此可知,能量损失的增加比例相对减小(α 1〈α2)。另一方面,在与发电阈值Ethl相比的高动力侧的区域(高动力区域)中,设定为斜率相对较大的近似直线(Y= α2Χ+β2),据此亦可知,能量损失的增加比例增大(al〈a2)。S卩,将发电阈值Ethl选择为,在不足Ethl的范围使发动机动力仅增加规定值时的能量损失增加比例、比在超过Ethl的范围使发动机动力仅增加该规定值时的能量损失增加比例小。另外,在高动力区域,发动机动力与发动机损失的关系大致呈线形,发动机动力与发动机损失之和为输入,因此,作为相对于输入的发动机动力的比例即效率大致固定。另一方面,在低动力区域,动力越小则效率越降低。此外,此处虽然将2条近似直线的交点设为发电阈值Ethl,但发电阈值Ethl也可以为其它值。例如,在图3中,可以将从如下范围所含有的值中任意选择的值作为发电阈值Ethl,所述范围是自实线从低动力区域的近似直线(Y = α IX+β I)开始偏离的发动机动力值(el)起、直至实线与高动力区域的近似直线(Y= α2Χ+β2) 一致的发动机动力值(e2)为止的范围。另外,虽然辅助电动机10的允许发电范围变窄,但是也能够将发电阈值Ethl设定于发动机动力值(el)以下的低动力区域。
[0050]图3所示的特性一般在以液压挖掘机为代表的作业机械中所使用的柴油发动机中,通常,在额定输出附近的动力大的区域(高动力的区域)中,通过对EGR(排气再循环)、空燃比及与涡轮增压器相关的硬件及软件进行调整而实现期望的燃料效率、动力,如上所述,能量损失大致呈线形。然而,与此同时,即便在低动力区域也难以实现与高动力的区域相同的特性,尤其是即便在动力为O的空转运转中发动机也消耗燃料,因此,能量损失不变为O。结果,在多数发动机中,如图3所示,动力与损失的关系以规定的动力值为边界而区别地变化。
[0051]然而,当进行使辅助电动机10作为发电机工作的发电控制而对蓄电池15充电时,除了液压栗6以外,发动机7还对辅助电动机10进行驱动。根据图3可知,即便在该情况下,损失也根据发动机7的动力而不同。例如,可知当液压栗6的液压载荷(吸收动力)为处于低动力区域的Xl(未图示)时,进而在因发电而追加了 ΔΧ(未图示)时,能量损失在发电的前后从图3中的低动力区域的近似直线:Υ = α 1Χ+β I增加α 1ΔΧ。另一方面,可知当液压栗6的液压载荷(吸收动力)为处于高动力区域的Χ2(未图示)时,进而在因发电而追加了 Δ X时,能量损失从图3中的高动力区域的近似直线:Υ= α2Χ+β2增加α2ΔΧ。由于α 1〈α 2,从而对进行相同的△ X的发电时增加的能量损失而言,液压栗6的液压载荷为处于低动力区域的Xl时比液压栗6的液压载荷为处于高动力区域的Χ2时少(α 2-α I)ΔΧ0
[0052]能量损失的增加直接与对于发动机的输入的增加相关。由于输入与燃料(的发热量)对应,因此,相对于发电量,损失的增加越少,对发电的燃料效率的影响越小。因此,在具备图3的特性的发动机7中,当对蓄电池15进行充电时,在发动机的动力为发电阈值Ethl以下时进行发电的情况、比发电阈值Ethl以上的动力大时进行发电的情况在燃料效率方面应当更好。
[0053]另外,在上述⑵的回收电力的蓄电控制中,由于在旋转制动时能够进行充电,因此,充电的定时由旋转的动作决定,在上述(3)的蓄电管理控制中,若处于液压栗6的液压载荷(吸收动力)比发动机的最大动力小时,则随时都能够进行充电。因此,在上述(3)的蓄电管理控制中,考虑到图3的发动机7的特性,在发动机的动力较小时选择性地进行充电,在发动机的动力较大时抑制充电,由此能够提高作业机械的燃料效率。
[0054]图4是表示基于辅助电动机10的发电时在图2的执行机构驱动控制系统内输入输出的动力的图。如该图所示,图2的系统在基于辅助电动机10的发电时,将发动机7输出的动力(发动机动力:Pe)作为使液压栗6旋转的动力(栗吸收动力:Pp)和发电时使辅助电动机10旋转的动力(发电动力:Pa)而使用。即,“Pe = Pp+Pa”成立。
[0055]利用上述内容对考虑了燃料效率的、蓄电池15的充电方法进行说明。图5是表示车身控制器11所执行的上述⑶的蓄电管理控制中的、基于辅助电动机10的蓄电池15的充电算法的第I流程图,周期性地反复执行该流程。
[0056]首先,车身控制器11在步骤SlO中,对从液压栗6及辅助电动机10向发动机7所请求的发动机动力Pe进行推定。作为
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