混合式工作机械的制作方法

专利名称：混合式工作机械的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种混合式工作机械。
背景技术：
以往，提出了使驱动机构的一部分电动化的工作机械。这种工作机械具备用于对例如动臂、斗杆及铲斗之类的可动部进行液压驱动的液压泵，将交流电动机(电动发电机) 连结于用于驱动该液压泵的内燃机发动机(引擎)，并根据各种需要进行辅助该引擎的驱动力的动作和将由发电得到的电力充电至蓄电池的动作。例如在专利文献1中，已公开有这种混合式工作机械。在专利文献1所记载的混合式工作机械中，根据液压泵的要求功率， 确定电动发电机为了辅助引擎而应输出的功率的分配，并且，校正上述功率分配，以便消除引擎的目标转速与实际转速的偏差。专利文献1 日本特开2007-290607号公报混合式工作机械中，有时设置向引擎供给压缩空气的增压器。这时，引擎的输出较大程度取决于增压压力。由于增压压力存在从引擎的转速的增加起时间性地延迟而变高的倾向，因此即使引擎的转速上升，也会在得到与该转速对应的稳定的输出之前产生时间延迟。因此，作为在这种状态下得到与当前转速相应的输出的引擎，若对电动发电机的辅助输出进行抑制(或者，利用引擎输出进行发电)，则对引擎的负载变得过剩，有可能停止引擎。

发明内容
本发明是鉴于上述的问题点而完成的，其目的在于在具有增压器的混合式工作机械中抑制对引擎的过负载。为了解决上述课题，根据本发明的混合式工作机械，具备内燃机发动机；增压器，向内燃机发动机供给压缩空气；电动发电机，连结于内燃机发动机，通过内燃机发动机的驱动力进行发电，并且通过本身的驱动力辅助内燃机发动机的驱动力；逆变电路，连接于电动发电机的电气端子；及控制部，包括存储表示内燃机发动机的转速及增压器的增压压力与内燃机发动机的输出上限值(单位kw)的关联的第1信息的存储部而构成，并驱动逆变电路。控制部根据存储于存储部中的第1信息控制逆变电路，以便当所需输出(单位kw) 超过输出上限值时，电动发电机辅助内燃机发动机的驱动力。当所需输出低于输出上限值时，控制部可以控制逆变电路，以便通过内燃机发动机的驱动力在电动发电机中进行发电。控制部可以根据内燃机发动机的转矩大小，推断增压器的增压压力。或者，混合式工作机械可以具备检测增压器的增压压力并将与该增压压力有关的信息提供至控制部的增压压力传感器。存储部可以进一步存储有与和内燃机发动机的转速相应的最大输出值有关的第2 信息，当基于第2信息的最大输出值小于基于第1信息的输出上限值时，控制部可以将该最大输出值作为输出上限值控制逆变电路。
控制部的存储部可以进一步存储有表示与向内燃机发动机供给的燃料供给量及内燃机发动机的转速相应的增压器的最大增压压力的第3信息；及表示与输出上限值相对应的向内燃机发动机供给的燃料供给量的限制值与增压器的增压压力的关联的第4信息， 当根据第3信息求出的最大增压压力与根据第4信息求出的增压器的增压压力之差低于预定阈值时，可以以电动发电机辅助内燃机发动机的驱动力的方式控制逆变电路，从而使内燃机发动机的转速上升。
预定阈值可以根据燃料供给量变化。控制部可以具有增压压力判定部，计算根据第3信息求出的最大增压压力与根据第4信息求出的增压器的增压压力之差，判定该差与预定阈值的大小；及目标转速设定部，当在增压压力判定部中判定为差低于预定阈值时，设定比判定为差超过预定阈值时更高的内燃机发动机的目标转速，并且该控制部以内燃机发动机的转速接近目标转速的方式控制逆变电路。发明效果根据本发明，能够在具有增压器的混合式工作机械中，抑制对引擎的过负载。


图1是表示作为本发明所涉及的工作机械的一例的混合式施工机械的外观的立体图。图2是表示本实施方式的混合式施工机械的电气系统及液压系统之类的内部结构的框图。图3是表示蓄电部的内部结构的图。图4是表示控制器的内部结构的框图。图5是表示引擎限制表的构成例的图。图6(a)表示引擎限制量推断部的内部结构的一例。(b)表示引擎限制量推断部的内部结构的其他一例。图7是表示用于计算升高压力推断值的构成例的图。图8表示对于稳定状态的引擎的转速与引擎输出之间的关系，得到与该转速相应的充分的升高压力的情况。图9(a)、(b)是用于说明以往的混合式工作机械的动作的曲线图。曲线图Gll表示额定输出(即，与引擎的转速对应的输出额定值)，曲线图G12表示引擎实际上可能的输出，曲线图G13表示主泵的要求输出。曲线图G14表示引擎的实际转速，曲线图G15表示增压器的实际升高压力。图10(a)、(b)是用于说明混合式施工机械的动作的曲线图。曲线图G21表示额定输出，曲线图G22表示引擎实际上可能的输出，曲线图G23表示主泵的要求输出，曲线图 G26表示考虑到升高压力后的引擎的输出上限(即在引擎限制量推断部中所计算出的输出上限值)。曲线图G24表示引擎的实际转速，曲线图G25表示增压器的实际升高压力。图11(a)是表示第1实施方式所涉及的混合式工作机械的引擎输出、电动发电机 (辅助马达)输出、液压输出及引擎转速各自的时间变化的曲线图。(b)是表示第1实施方式所涉及的混合式工作机械的升高压力的时间变化的曲线图。
图12(a)、(b)中的曲线图G41是表示与向引擎供给的燃料供给量及引擎的转速相应的增压器的最大升高压力与引擎转矩之间的关联的一例的曲线图。曲线图G42是表示与引擎的输出上限值对应的引擎转矩的限制值与储存于在非易失性存储器中存储的引擎限制表中的与该输出上限值对应的增压器的升高压力的关联的一例的曲线图。图13是用于说明 用于解决混合式工作机械的问题点的方法的曲线图，概要地表示图12所示的曲线图G41、G42。图14是表示第2实施方式的具体结构的框图。图15(a)是表示第2实施方式所涉及的混合式工作机械的引擎输出、电动发电机 (辅助马达)输出、液压输出及引擎转速各自的时间变化的曲线图。(b)是表示第2实施方式所涉及的混合式工作机械的升高压力的时间变化的曲线图。图16是表示混合式施工机械的电气系统及液压系统之类的内部结构的变形例的框图。
具体实施例方式以下，参考附图详细说明根据本发明的混合式工作机械的实施方式。另外，

中对相同要件附加相同符号，省略重复说明。(第1实施方式)图1是表示作为本发明所涉及的混合式工作机械的一例的混合式施工机械1的外观的立体图。如图1所示，混合式施工机械1是所谓起重磁铁(lifting magnet)车辆，具备有包含履带的行驶机构2及通过回转机构3转动自如地搭载于行驶机构2的上部的回转体4。回转体4上安装有动臂5、连杆连接于动臂5的前端的斗杆6和连杆连接于斗杆6的前端的起重磁铁7。起重磁铁7为用于通过磁力吸附并抓取钢材等吊物G的设备。动臂5、 斗杆6及起重磁铁7分别通过动臂缸8、斗杆缸9及铲斗缸10被液压驱动。并且，回转体4 上设置有用于容纳操作起重磁铁7的位置或励磁动作及释放动作的操作员的驾驶室4a及用于产生液压的引擎(内燃机发动机)11之类的动力源。引擎11例如由柴油引擎构成。并且，混合式施工机械1具备有伺服控制单元60。伺服控制单元60控制用于驱动回转机构3或起重磁铁7之类的工作要件的交流电动机、用于辅助引擎11的电动发电机以及蓄电池(Battery)的充放电。伺服控制单元60具备有用于将直流电转换为交流电并驱动交流电动机或电动发电机的逆变器单元、控制蓄电池的充放电的升降压转换器单元之类的多个驱动器单元及用于控制该多个驱动器单元的控制单元。图2是表示本实施方式的混合式施工机械1的电气系统及液压系统之类的内部结构的框图。另外，在图2中分别以双重线表示机械性传递动力的系统，以粗实线表示液压系统，以虚线表示操纵系统，以细实线表示电气系统。并且，图3是表示图2中的蓄电部(蓄电构件)120的内部结构的图。如图2所示，混合式施工机械1具备有增压器42。增压器42为用于向引擎11供给压缩空气的装置。增压器42利用从引擎11排出的排气气体的压力使涡轮高速旋转，使直接连结于该涡轮的压缩机旋转来压缩吸气，并供给至引擎11。由此，使引擎11的吸入空气量增加。另外，引擎11上具备有控制引擎11的动作的引擎控制单元(Engine Control Unit ；E⑶)，E⑶根据增压器42的升高压力等调整引擎11的输出转矩。
并且，混合式施工机械1具备有电动发电机12及变速器13，引擎11及电动发电机12的旋转轴均通过连接于变速器13的输入轴来互相连结。当引擎11的负载较大时，电动发电机12将该引擎11作为工作要件驱动，由此辅助(Assist)引擎11的驱动力，电动发电机12的驱动力经变速器13的输出轴传递至主泵(main pump) 14。另一方面，当引擎 11的负载较小时，引擎11的驱动力经变速器13传递至电动发电机12，由此进行电动发电机12的发电。电动发电机12例如由在转子内部埋入有磁铁的IPM(Interior Permanent Magnetic)马达构成。电动发电机12的驱动与发电的切换，通过混合式施工机械1中的进行电气系统的驱动控制的控制器30，根据引擎11的负载等来进行。 变速器13的输出轴上连接有主泵14及先导泵(pilot pump) 15，通过高压液压管路16在主泵14上连接有控制阀17。控制阀17为用于进行混合式施工机械1中的液压系统的控制的装置。控制阀17上除了连接有用于驱动图1所示的行驶机构2的液压马达2a 及2b以外，还通过高压液压管路连接有动臂缸8、斗杆缸9及铲斗缸10，控制阀17根据驾驶员的操作输入控制供给至它们的液压。电动发电机12的电气端子上连接有逆变电路18A的输出端。逆变电路18A的输入端上连接有蓄电部120。如图3所示，蓄电部120具备有作为直流母线的DC母线110、升降压转换器(直流电压转换器)100及蓄电池19。即，逆变电路18A的输入端通过DC母线 110连接于升降压转换器100的输入端。升降压转换器100的输出端上连接有作为蓄电池的蓄电池19。蓄电池19不限于锂离子电池、镍氢电池等2次电池，可以为双电层电容器等电容器。本实施方式的蓄电池19例如由电容器型蓄电池构成。逆变电路18A根据来自控制器30的指令进行电动发电机12的运行控制。S卩，当逆变电路18A使电动发电机12动力运行(power running)时，通过DC母线110从蓄电池 19和升降压转换器100将所需电力供给至电动发电机12。并且，当使电动发电机12再生运行时，通过DC母线110及升降压转换器100将由电动发电机12发出的电充电至蓄电池 19。另外，升降压转换器100的升压动作与降压动作的切换控制根据DC母线电压值、蓄电池电压值及蓄电池电流值通过控制器30进行。由此，能够将DC母线110保持为蓄电成预先规定的一定电压值的状态。另外，本实施方式的升降压换转器100具备有开关控制方式，如图3所示，具有互相串联连接的晶体管100B及100C、在它们的连接点与蓄电池19的正侧端子之间连接的电抗器101、相对于晶体管100B向反方向并联连接的二极管100b、相对于晶体管100C 向反方向并联连接的二极管IOOc及平滑用的电容器100d。晶体管100B及100C例如由 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)构成。当从蓄电池 19 向 DC 母线 110 供给直流电时，通过来自控制器30的指令向晶体管100B的栅极外加PWM电压。而且，随着晶体管 100B的导通(on) /截止(off)，在电抗器101中产生的感应电动势通过二极管100c传递，并且该电力通过电容器IOOd被平滑化。并且，当从DC母线110向蓄电池19供给直流电时， 通过来自控制器30的指令向晶体管100C的栅极外加PWM电压，并且从晶体管100C输出的电流通过电抗器101被平滑化。若再次参考图2，则经由逆变电路20B在蓄电部120上连接有起重磁铁7。起重磁铁7包含有产生用于使金属物磁性地吸附的磁力的电磁铁，并通过逆变电路20B从蓄电部 120供给电力。当逆变电路20B根据来自控制器30的指令开启电磁铁时，从蓄电部120向起重磁铁7供给所要求的电力。并且，当关闭电磁铁时，将再生的电力供给至蓄电部120。另外，蓄电部120上连接有逆变电路20A。在逆变电路20A的一端连接作为工作用电动机的回转用电动机(交流电动机)21，逆变电路20A的另一端连接于蓄电部120的DC 母线110。回转用电动机21为使回转体4回转的回转机构3的动力源。在回转用电动机 21的旋转轴21A上连接分解器22、机械制动器23及回转减速器24。当回转用电动机21进行动力运行时，回转用电动机21的旋转驱动力的旋转力通过回转减速器24放大，回转体4被加减速控制，从而进行旋转运动。并且，通过回转体4的惯性旋转，由回转减速器24增加转速并传递至回转用电动机21，产生再生电力。回转用电动机21通过PWM(Pulse Width Modulation)控制信号并由逆变电路20A被交流驱动。作为回转用电动机21，例如优选为磁铁埋入型IPM马达。分解器22为检测回转用电动机21的旋转轴21A的旋转位置及旋转角度的传感器，通过与回转用电动机21机械地连结来检测出旋转轴21A的旋转角度及旋转方向。通过由分解器22检测出旋转轴21A的旋转角度，从而导出回转机构3的旋转角度及旋转方向。 机械制动器23为产生机械性制动力的制动装置，通过来自控制器30的指令使回转用电动机21的旋转轴21A机械地停止。回转减速器24为使回转用电动机21的旋转轴21A的旋转速度减速并机械地传递至回转机构3的减速器。另外，由于通过逆变电路18A、20A及20B在 DC母线110上连接有电动发电机12、 回转用电动机21及起重磁铁7，因此还有由电动发电机12发出的电直接供给至起重磁铁7 或回转用电动机21的情况，并且还有由起重磁铁7再生的电被供应至电动发电机12或回转用电动机21的情况，甚至还有由回转用电动机21再生的电被供应至电动发电机12或起重磁铁7的情况。在先导泵15，通过先导管路25连接有操作装置26。操作装置26为用于操作回转用电动机21、行驶机构2、动臂5、斗杆6及起重磁铁7的操作装置，由操作员操作。在操作装置26，通过液压管路27连接控制阀17，并且，通过液压管路28连接压力传感器29。操作装置26将通过先导管路25供给的液压(1次侧液压)转换成与操作员的操作量相应的液压(2次侧液压)并输出。从操作装置26输出的2次侧液压经液压管路27供给至控制阀17，并且由压力传感器29检测。在此，列举出作为工作用电动机的回转用电动机21，但是还可以使行驶机构2作为工作用电动机进行电力驱动。并且，当混合式工作机械为叉车时，可以使起重装置作为工作用电动机进行电力驱动。并且，当混合式工作机械为轮式装载机或推土机时，也可以将驱动作为行驶机构的驱动轮的左右的行驶用液压马达与工作用电动机置换。这时，图2中的斗杆缸9能够置换为轮式装载机或推土机的起重装置。并且，可以省略动臂缸8及液压马达2a、2b。若对操作装置26输入用于使回转机构3回转的操作，则压力传感器29将该操作量作为液压管路28内的液压变化来检测。压力传感器29输出表示液压管路28内的液压的电信号。该电信号被输入至控制器30，用来驱动控制回转用电动机21。控制器30构成本实施方式中的控制部。控制器30由包含CPU及内部存储器的运算处理装置构成，通过由CPU执行储存于内部存储器中的驱动控制用程序来实现。并且，控制器30的电源为与蓄电池19不同的蓄电池(例如24V车载蓄电池)。控制器30将从压力传感器29输入的信号中的、表示用于使回转机构3回转的操作量的信号转换为速度指令，进行回转用电动机21的驱动控制。并且，控制器30通过进行电动发电机12的运行控制 (辅助运行及发电运行的切换)、起重磁铁7的驱动控制(励磁与消磁的切换)以及驱动控制升降压转换器100来进行蓄电池19的充放电控制。图4是表示控制器30的内部结构的框图。本实施方式的控制器30具有非易失性存储器31、引擎限制量推断部32、补偿功能运算部33、动力分配运算部34和信号选择部 35。 非易失性存储器31为本实施方式中的存储部(存储构件)。非易失性存储器31 预先存储有引擎11的转速及表示增压器42的升高压力(增压压力)与引擎11的输出上限值的关联的引擎限制表(第1信息)D1。例如如图5所示，引擎限制表Dl具有由对应于与引擎11的转速有关的多个值的行、及对应于与增压器42的升高压力有关的多个值的列构成的二维排列的各要件中储存有引擎11的输出上限值的结构。另外，作为本发明中的存储部，不限于非易失性存储器31，只要能够静态地保持存储也可以使用其他存储器。引擎限制量推断部32根据存储于非易失性存储器31中的引擎限制表D1，生成表示引擎11的输出值的上限(即引擎限制值)的信号Si。在此，图6是用于说明引擎限制量推断部32的内部结构的框图。图6(a)表示引擎限制量推断部32的内部结构的一例，图 6(b)表示引擎限制量推断部32的内部结构的其他一例。在图6 (a)所示的结构中，引擎限制量推断部32获取从引擎11的ECU41提供的引擎转矩监控信号S2及引擎转速监控信号S3。引擎转矩监控信号S2为表示引擎11的当前输出转矩的信号，引擎转速监控信号S3为表示引擎11的当前转速的信号。而且，引擎限制量推断部32根据引擎转矩监控信号S2推断增压器42的升高压力，将该推断出的升高压力的大小和引擎转速监控信号S3所示的引擎11的转速应用于引擎限制表D1，并将导出的引擎11的输出上限值作为信号Sl输出。另外，如图6 (a)所示，用于推断增压器42的升高压力的结构可以通过低通滤波器 32a和由增益及偏移构成的运算器32b适当地得到。具体而言，可以如图7所示，将引擎转矩监控信号S2输入至时间常数T的低通滤波器32a，对通过该低通滤波器32a滤波后的信号乘以常数增益Ke，其值加上常数Ktj，由此计算升高压力推断值即可。另外，在图6(b)所示的结构中，引擎限制量推断部32从ECU41获取升高压力监控信号S4来代替上述的引擎转矩监控信号S2。该升高压力监控信号S4为E⑶41检测增压器 42的升高压力并输出的信号。而且，引擎限制量推断部32将升高压力监控信号S4所示的升高压力的大小和引擎转速监控信号S3所示的引擎11的转速应用于引擎限制表D1，并将导出的引擎11的输出上限值作为信号Sl输出。另外，从ECU41提供的升高压力监控信号 S4大多为其采样周期例如为500毫秒那样极慢的信号。这样当升高压力控制信号S4的采样周期较长时，优选引擎限制量推断部32具有图6(a)所示的结构。再次参考图4，对控制器30的结构进行说明。补偿功能运算部33根据从E⑶41 提供的引擎转速监控信号S3及蓄电池19的端子电压等，生成表示引擎11的输出上限值及下限值的信号S5、表示辅助输出(即电动发电机12的输出上限值及下限值)的信号S6以及表示蓄电池19的输出(功率)的上限值及下限值的信号S7。另外，该补偿功能运算部 33根据例如如图8所示的关系输出对应于引擎11的转速的额定值作为引擎11的输出上限值。图8表示对于稳定状态下的引擎11的转速与输出的关系，得到对该转速相对应的充分的升高压力的情况。与如该图8所示的引擎11的转速相对应的最大输出值有关的信息 (第2信息)预先存储于作为存储部的非易失性存储器31中。从引擎限 制量推断部32输出的信号Sl及从补偿功能运算部33输出的信号S5输入至信号选择部35。信号选择部35选择这些信号Si、S5所示的引擎11的输出上限值中较小的一方，输出该信号。另外，在本实施方式中采用信号选择部35接收信号Si、S5并进行取舍选择的结构，但是例如可以由引擎限制量推断部32接收从补偿功能运算部33输出的信号，从引擎限制量推断部32输出与在引擎限制量推断部32中计算出的引擎11的输出上限值相比较小的一方。或者，可以由补偿功能运算部33接收从引擎限制量推断部32输出的信号，从补偿功能运算部33输出与在补偿功能运算部33中计算出的引擎11的输出上限值相比较小的一方。动力分配运算部34接收从信号选择部35输出的信号(S卩，引擎11的输出上限值)及从补偿功能运算部33输出的信号S6、S7，根据这些信号，生成表示主泵14中的液压负载输出的上限值的信号S8、表示电负载输出(回转用电动机21、起重磁铁7等)上限值的信号S9及表示电动发电机12的输出指令值的信号S10，将这些信号S8 SlO输出至控制器30的各部。在控制部30中，根据这些信号S8 S10，控制逆变电路18A、20A、20B以及升降压转换器100。尤其关于逆变电路18A的控制，当主泵14所需的输出超过引擎11的输出上限值时，以电动发电机12辅助引擎11的驱动力的方式进行控制。并且，当主泵14所需的输出低于引擎11的输出上限值时，以通过引擎11的驱动力在电动发电机12中进行发电的方式进行控制。在对具备以上结构的本实施方式的混合式施工机械1的动作进行说明之前，对现有的混合式工作机械的动作及其问题点进行说明。图9是用于说明以往的混合式工作机械的动作的曲线图。图9(a)所示的曲线图Gll表示额定输出(即从补偿功能运算部33计算出的引擎输出上限值S5)，曲线图G12表示引擎11实际上可能的输出，曲线图G13表示主泵 14的要求输出。并且，图9 (b)所示的曲线图G14表示引擎11的实际转速，曲线图G15表示增压器42的实际升高压力。目前，设在时刻tl，例如主泵14所要求的液压上升，应向主泵14供给的驱动力从 PlkW向P2kW(例如70kW)上升。这时，如曲线图G14所示，由于在时刻tl引擎11的转速充分高，因此，根据其转速计算出的引擎11的额定输出变得高于P2kW(曲线图Gll)。因此，例如在时刻t2时，将引擎11的输出上限值识别为Ul ( > P2)kW(例如95kff)。即，判断为不需要电动发电机12对引擎11的驱动辅助(辅助)，作为剩余输出的(Ul-P2)kW(25kW)利用于电动发电机12的发电。但是，当在引擎11上设置增压器42时，引擎11的输出大幅取决于升高压力。由于升高压力有从引擎11的输出的增加起时间性地延迟而变高的倾向，因此即使引擎11的输出上升，也会在得到与该输出对应的稳定输出之前产生时间延迟。因此，如曲线图G15所示那样当增压器42的升高压力尚不充分时，引擎11的实际输出(曲线图G12)在时刻t2 时成为E( < P2)kff(例如40kW)。由此，相对于作为主泵14的要求输出P2kW与向电动发电机12的输出(Ul-P2)kW的和的UlkW，引擎11的输出仅不足(Ul-E) kW，引擎11变得过负载，引擎11的转速如曲线图G14那样下降，引擎11可能停止。
针对这种问题点，本实施方式的混合式施工机械1如下动作。图10是用于说明混合式施工机械1的动作的曲线图。图10(a)所示的曲线图G21表示额定输出(即补偿功能运算部33计算出的引擎输出上限值S5)，曲线图G22表示引擎11实际上可能的输出，曲线图G23表示主泵14的要求输出，曲线图G26表示考虑升高压力后的引擎11的输出上限(即引擎限制量推断部32中计算出的引擎限制值Si)。并且，图10(b)所示的曲线图G24表示引擎11的实际转速，曲线图G25表示增压器42的实际升高压力设在时刻tl，应向主泵14供给的驱动力从PlkW向P2kW上升。这时，在时刻tl时引擎11的转速(曲线图G24)充分高。但是，由于增压器42的升高压力(曲线图G25)尚较低，因此引擎限制量推断部32中，从引擎限制表Dl选择与该低升高压力相对应的输出上限值(曲线图G26)。因此，例如在时刻t2，引擎11的输出上限值设定为U2( E)kW，剩余的所需输出(P2_U2)kW通过来自电动发电机12的辅助而得到。由此，引擎11不会变得过负载，如曲线图G24那样能够抑制引擎11的转速的下降。在图10的实施方式中，在时刻t3， 仅根据引擎11的输出就能够满足应向主泵14供给的驱动力P2。在此，假设当驱动力P2大于额定输出(G21)时，引擎11的输出沿着考虑升高压力后的引擎11的输出上限(G26)上升，在G21与G26交叉的时刻t4以后，引擎11的输出成为沿着额定输出(G21)的值。这时，至时刻t4为止，能够通过来自电动发电机12的辅助， 来弥补不足量的驱动力。如以上说明，本实施方式的混合式施工机械1中，引擎11的转速及增压器42的升高压力与引擎11的输出上限值的关联(参考图5)存储于非易失性存储器31中，控制器30 根据该关联控制电动发电机12。由此，即使引擎11的转速增加，也可以在升高压力较低时抑制引擎11的输出上限值，因此控制器30能够使电动发电机12进行适当的辅助。因此， 根据本实施方式的混合式施工机械1，能够有效地抑制对引擎11的过负载。另外，能够省略本实施方式的动力分配运算部34，即使在这种情况下，也能够通过控制器30的控制降低引擎输出。这时，控制器30将电动发电机12的输出Wa(其中，辅助状态设为正值)控制成与主泵14的输出Wp和引擎11的输出We之差相同(Wa = Wp-We)。即使是这种控制方式，根据本实施方式，也可以根据从引擎限制表选择出的输出上限值(图10(a)的曲线图G26)抑制引擎输出We。如此，由于引擎输出We变小，控制器30按照Wa = Wp-We的关系，以电动发电机12的输出Wa变大的方式控制逆变18A。(第2实施方式)在此，对混合式工作机械的另一课题进行叙述。图11(a)是表示引擎11的输出 (曲线图G31)、电动发电机(辅助马达)的输出(曲线图G32)、来自主泵14的液压输出(曲线图G33)及引擎11的转速(曲线图G34)各自的时间变化的曲线图。图11(a)中，左侧纵轴表示输出(kW)、右侧纵轴表示转速(rpm)，横轴表示时间(秒)。并且，图11(b)是表示升高压力(增压压力)的时间变化的曲线图。图11(b)中，纵轴表示升高压力(kPa)，横轴表示时间(秒)。在图11(a)及图11(b)中，在时间经过tl秒的时刻，对液压系统施加负载，应向主泵14供给的驱动力从Pa (kW)向Pb(kW)上升。由此，成为引擎转速暂时下降且升高压力较低的状态。但是，通过来自电动发电机12的辅助得到所需输出，从而引擎11的转速以某一时刻为边界而稳定，并且随此升高压力逐渐上升，引擎11的输出上升。而且，随着引擎11的输出的上升，可逐渐抑制电动发电机12的输出。但是，如图11(a)所示，有时即使引擎11的输出上升，来自电动发电机12的输出也不会变成OkW而在保持恒定值的状态下推移。即，从电动发电机12持续供给应向主泵14 供给的驱动力的一部分。若在该状态下经过长时间，则有可能耗尽储蓄在蓄电池19中的功率。图12是用于说明产生这种现象的主要原因的曲线图。图12(a)及图12(b)中，曲线图G41是表示与向引擎11供给的燃料供给量及引擎11的转速相对应的增压器42的最大升高压力(kPa)与引擎转矩的关联的一例的曲线图。并且，曲线图G42是表示与引擎11的输出上限值对应的引擎转矩限制值与在存储于非易失性存储器31中的引擎限制表Dl (参考图5 )中储存的、与该输出上限值对应的增压器42的升高压力(kPa)之间的关联的一例的曲线图。图12(a)及图12(b)中，纵轴表示升高压力(kPa)，横轴表示相对于负载而要求的引擎转矩与引擎额定转矩的比率(以下，设为引擎转矩比率)。在此，引擎转矩能够换算成每单位时间的引擎11的燃料流量或引擎输出。目前，如图12(a)的点Pl所示，引擎转矩比率设为50%。这时，增压器42的最大升高压力为130kPa。S卩，当引擎11的转速稳定时，增压器42在稳定状态下输出130kPa的升高压力。而且，这时即使在引擎限制表Dl的限制下，也能够沿着曲线图G42在相同的增压压力130kPa下将燃料流量提高至引擎转矩比率70%。若将燃料流量提高至引擎转矩比率70% (图中的点P2)，则引擎11的输出逐渐上升而排气压力提高，从而增压压力进一步上升(图中的点P3)。由此，还能够应对引擎转矩要求的进一步上升。但是，如图12所示的例子，当曲线图G41与曲线图G42交叉时，产生如下问题。目前，如图12(b)的点P4所示，引擎转矩比率设为80%。这时，增压器42的最大升高压力为 160kPao S卩，当引擎11的转速稳定时，增压器42在稳定状态下输出160kPa的升高压力。但是，若引擎转矩比率成为80%以上，则最大升高压力G41变得小于与输出上限值对应的升高压力G42。这时，在引擎限制表Dl的限制下，无法在增压压力160kPa下将引擎转矩比率提高到80%以上。其结果，如图11的曲线图G32所示，陷入不得不补偿引擎11的输出而从电动发电机12持续供给主泵14的驱动力的一部分的事态。工作机械中，一般引擎11的转速抑制得较低的同时进行工作，因此易陷入这种事态。图13是用于说明用于解决这种问题点的方法的曲线图。在图13中，概要地表示图12所示的曲线图G41、G42。图13中，纵轴表示升高压力，横轴表示引擎转矩比率。目前， 设为引擎转矩比率X1 (%)、升高压力ID1 (图中的点P5)。若施加液压负载，则引擎转矩指令和增压压力在希望将引擎转矩比率从当前提高至X2 )(其中X2 > X1)时，在引擎限制表 Dl的限制下，沿着通过监控到的引擎转速S3和推断出的升高压力(Id1)而从引擎限制表Dl 选择出的输出上限值，顺着如图中实线A那样的路径，达到引擎转矩比率x2(%)、升高压力 b2 (其中b2 > bD (图中的点P6)。另外，这时，当引擎11的输出不足时，从电动发电机12辅助驱动力的一部分(图中的斜线区域)。但是，作为引擎转矩比率为x2(% )、升高压力为b2的点P6在曲线图G42上，因此升高压力b2成为当前转速下的增压器42的最大升高压力，在该状态下无法进一步提高引擎转矩比率。于是，在本实施方式中，使用来自电动发电机12的驱动力使引擎11的转速增加，由此提高与向引擎11供给的燃料供给量及引擎11的转速相应的增压器42的最大升高压力。由此，图中的曲线图G41向曲线图G43平行移动，并能够顺着如图中的实线B的路径， 达到引擎转矩比率X3(%)(其中X3 > X2)、升高压力b3(b3 > b2)(图中的点P7)。另外，例如与曲线图G41对应的引擎11的转速为1500rpm，与曲线图G43对应的引擎11的转速为 2000rpmo在此，曲线图G44表示在引擎转速与曲线图G41相同的条件下的引擎额定转矩 (引擎转矩比率100% )。图14是表示用于实现这种方式的具体结构的框图。如图14所示，本实施方式的控制器50除了具有第1实施方式的控制器30的结构之外，还具有以下结构。即，控制器50 具有转速控制部51、限制部52、输出上限换算部53、第1增压压力计算部54、第2增压压力计算部55、增压压力判定部56、目标转速设定部57、非易失性存储器58及电动发电机控制部61。转速控制部51为用于控制引擎11的转速的部分。在转速控制部51中，从速度传感器Ila输入表示当前转速的信号(引擎转速监控信号S3)，并且从目标转速设定部57输入表示目标转速的引擎转速指令信号S14。转速控制部51生成引擎转矩指令信号S11，以便当前转速与目标转速之差接近零。该引擎转矩指令信号Sll通过限制部52送至开闭控制部62。开闭控制部62将根据引擎转矩指令信号Sll的开闭信号送至引擎11，控制引擎 11的每单位小时的燃料流量。限制部52为用于限制从转速控制部51送至开闭控制部62的引擎转矩指令信号 Sll的部分。限制部52将引擎转矩指令信号Sll限制为在与从输出上限换算部53提供的引擎11的输出上限值对应的值。输出上限换算部53为用于根据引擎11的转速和增压器42的升高压力求出引擎 11的输出上限值的部分。该输出上限换算部53相当于第1实施方式中的引擎限制量推断部32。即，输出上限换算部53根据本实施方式中的存储在作为存储部的非易失性存储器 58的引擎限制表Dl (参考图5)，生成表示引擎11的输出值的上限(即引擎限制值)的信号S20。另外，该引擎限制表为本实施方式中的第1信息，表示引擎11的转速及增压器42 的升高压力与引擎11的输出上限值的关联。输出上限换算部53从升高压力传感器lib获取升高压力监控信号。该升高压力监控信号为升高压力传感器lib检测增压器42的升高压力并输出的信号。并且，输出上限换算部53从速度传感器Ila获取引擎转速监控信号S3。输出上限换算部53将升高压力监控信号所示的升高压力的大小和引擎转速监控信号S3所示的引擎11的转速应用于引擎限制表Dl (参考图5)，并将与导出的引擎11的输出上限值有关的信号S20输出至限制部52。 另外，在本实施方式中，输出上限换算部53从升高压力传感器lib得到升高压力监控信号，但是也可以如第1实施方式中所述，输出上限换算部53根据引擎转矩监控信号推断增压器42的升高压力。用于推断增压器42的升高压力的优选的结构如图6(a)所示。第1增压压力计算部54为用于求出与向引擎11供给的燃料供给量及引擎11的转速相应的增压器42的最大升高压力的部分。该最大升压压力与向引擎11供给的燃料供给量及引擎11的转速的关联作为最大升高压力表D2存储于非易失性存储器58中。该最大升高压力表D2为本实施方式中的第3信息。在最大升高压力表D2中，最大升高压力相对于向引擎11供给的燃料供给量单调增加，但是即使在燃料供给量相同的情况下，最大升高压力也随着引擎11的转速增大而变高。另外，图13所示的曲线图G41或曲线图G43与使该最大升高压力表D2曲线化后的曲线图一致。第1增压压力计算部54为了检测引擎11的转速，从速度传感器Ila获取引擎转速监控信号S3。并且，第1增压压力计算部54为了检测向引擎11供给的燃料供给量，获取从限制部52输出的引擎转矩指令信号S11。第1增压压力计算部54将当前的引擎11的转速及燃料供给量应用于最大升高压力表D2，输出与导出的增压器42的最大升高压力有关的信号S12。 第2增压压力计算部55为用于根据与引擎11的输出上限值(即来自输出上限换算部53的输出信号)对应的向引擎11供给的燃料供给量的限制值求出增压器42的升高压力的部分。该燃料供给量的限制值与增压器42的升高压力的关联作为表D3存储于非易失性存储器58中。该表D3为本实施方式中的第4信息。另外，图13所示的曲线图G42与使该表D3曲线化后的曲线图一致。第2增压压力计算部55为了检测向引擎11供给的燃料供给量，获取从限制部52 输出的引擎转矩指令信号S11。第2增压压力计算部55将当前的向引擎11供给的燃料供给量应用于表D3，输出导出的与增压器42的升高压力有关的信号S13。分别从第1增压压力计算部54及第2增压压力计算部55输出的信号S12及S13 输入至运算部59，运算部59运算其差。增压压力判定部56判定该差即根据最大升高压力表D2求出的最大升高压力与根据表D3求出的增压器42的升高压力之差是否小于预定阈值。增压压力判定部56将表示该差是否小于预定阈值的二进制信号输出至目标转速设定部57。例如，当上述差低于预定阈值时，增压压力判定部56输出1，当上述差为预定阈值以上时，增压压力判定部56输出0。另外，上述差低于预定阈值的情况是指图13中曲线图 G42接近曲线图G41的情况，相当于点P6。在此，在上述说明中向第1及第2增压压力计算部54、55输入引擎转矩指令信号S11，但是也可以输入引擎转矩的检测值。目标转速设定部57为用于计算引擎11的转速的目标值的部分。当根据最大升高压力表D2求出的最大升高压力与根据表D3求出的增压器42的升高压力之差为预定阈值以上时，目标转速设定部57设定通常的转速目标。并且，当该差低于预定阈值时，目标转速设定部57设定高于通常转速目标的转速目标。目标转速设定部57将表示这些转速目标的引擎转速指令信号S14输出至转速控制部51及电动发电机控制部61。电动发电机控制部61从速度传感器Ila输入与引擎11的转速有关的信号S3，并且从目标转速设定部57输入引擎转速指令信号S14。电动发电机控制部61根据这些信号生成表示电动发电机12的输出指令值的信号S10。当引擎转速指令信号S14所示的转速目标比引擎11的当前转速高预定值以上时，电动发电机控制部61控制逆变电路18A(参考图 2)，由此使引擎11的驱动力辅助电动发电机12。由此，提高引擎11的转速，接近引擎转速指令信号S14所示的转速目标。如此，使用来自电动发电机12的驱动力来增加引擎11的转速，由此提高与向引擎 11供给的燃料供给量及引擎11的转速相应的增压器42的最大升高压力。由此，图13所示的曲线图G41向曲线图G43平行移动，能够顺着如图中实线B的路径进一步提高引擎转矩比率及升高压力。图15(a)是表示具备上述控制器50的混合式工作机械中的引擎11的输出(曲线图G51)、电动发电机(辅助马达)的输出(曲线图G52)、来自主泵14的液压输出(曲线图 G53)及引擎11的转速(曲线图G54)各自的时间变化的曲线图。图15(a)及图15(b)的纵轴及横轴分别与图11(a)及图1Kb)相同。在图15中，与图11同样地，在时间经过1秒的时刻，对液压系统施加负载，应向主泵14供给的驱动力从Pa(kW)向Pb(kW)上升。由此，成为引擎转速暂时下降且升高压力较低的状态，但是，通过接受来自电动发电机12的辅助，引擎11的转速以某一时刻为边界而稳定，并且随此升高压力逐渐上升，引擎11的输出上升。而且，随着引擎11的输出的上升， 可逐渐抑制电动发电机12的输出。并且，当时间经过4秒时，引擎11的转速(曲线图G54)开始上升。这是因为与引擎11的转速及燃料供给量相应的增压器42的最大升高压力与根据与引擎11的输出上限值相对应的燃料供给量的限制值求出的增压器42的升高压力之差低于预定阈值。即，依存于如下情况由增压压力判定部56判定为该差低于预定阈值，目标转速通过目标转速设定部57上升，电动发电机12通过电动发电机控制部61辅助引擎11的驱动力。这样，若引擎11的转速通过电动发电机12的辅助逐渐上升，则由此提高引擎11 的输出(曲线图G51)(经过约5秒)。而且，由此增压器42的升高压力(图15(b))也提高，所以无需电动发电机12辅助引擎11的驱动力，如图15(a)所示，电动发电机12的输出 (曲线图G52)接近零。如此，根据本实施方式的混合式工作机械，即使陷于如图12(b)所示的状态下，也能够使引擎11的输出进一步上升。而且，由于能够避免如从电动发电机12持续供给驱动力的一部分的事态，所以能够适当地维持储蓄至蓄电池19中的功率。另外，增压压力判定部56中使用的预定阈值不限于固定值。例如，即使预定阈值为根据燃料供给量(引擎转矩指令信号Sll)变化那样的值，也能够适当地得到上述效果。(变形例)图16是表示混合式施工机械的电气系统及液压系统之类的内部结构的变形例的框图。另外，在图16中以双重线表示机械地传递动力的系统，以粗实线表示液压系统，以虚线表示操纵系统，以细实线表示电气系统。如图16所示，本变形例的混合式施工机械具备有液压马达2a及2b、动臂缸8、斗杆缸9及铲斗缸10，还具备有回转用液压马达99。代替回转用电动机21而设置回转用液压马达99，回转用液压马达99成为使图1所示的回转体 4回转的回转机构3的动力源。并且，本变形例的混合式施工机械具备有引擎11、电动发电机12、变速器13、主泵 14、先导泵15、高压液压管路16、控制阀17、逆变电路18A、先导管路25、操作装置26、液压管路27及28、压力传感器29、增压器42、控制器50及蓄电部120。这些结构及功能与上述各实施方式相同。上述各实施方式的混合式施工机械即使为具备如本变形例的回转用液压马达99 的结构，也可充分地得到其效果。本发明的混合式工作机械不限于上述实施方式，可以进行其他各种变形。例如，在上述实施方式中示出了具备起重磁铁的施工机械，但是也可以将本发明提供至代替起重磁铁而具备铲斗等各种附件的施工机械中。即，上述实施方式中举例说明了作为施工机械的起重磁铁车辆，但是具备混合式结构的其他施工机械(挖土机、轮式装载机、起重机等)或除了施工机械以外的工作机械(例如，叉车等)中也能够应用本发明。产业上的可利用性本发明尤其可利用在混合式施工机械等工作机械中。符号说明

I-混合式施工机械，2_行驶机构，3-回转机构，4-回转体，7-起重磁铁，8-动臂缸，9-斗杆缸，10-铲斗缸，11-引擎，Ila-速度传感器，lib-升高压力传感器，12-电动发电机，13-变速器，14-主泵，18A、20A、20B-逆变电路，19-蓄电池，21-回转用电动机，30-控制器，31、58_非易失性存储器，32-引擎限制量推断部，33-补偿功能运算部，34-动力分配运算部，35-信号选择部，42-增压器，50-控制器，51-转速控制部，52-限制部，53-输出上限换算部，54-第1增压压力计算部，55-第2增压压力计算部，56-增压压力判定部，57-目标转速设定部，61-电动发电机控制部，62-开闭控制部，100-升降压转换器，
110-母线，120-蓄电部，Dl-引擎限制表，

D2-最大升高压力表。
权利要求
1.一种混合式工作机械，其特征在于，具备 内燃机发动机；增压器，向所述内燃机发动机供给压缩空气；电动发电机，连结于所述内燃机发动机，通过所述内燃机发动机的驱动力进行发电，并且通过本身的驱动力辅助所述内燃机发动机的驱动力； 逆变电路，连接于所述电动发电机的电气端子；及控制部，包括存储第1信息的存储部而构成，并驱动所述逆变电路，所述第1信息表示所述内燃机发动机的转速及所述增压器的增压压力与所述内燃机发动机的输出上限值的关联，所述控制部根据存储于所述存储部中的所述第1信息控制所述逆变电路，以便当所需输出超过输出上限值时，所述电动发电机辅助所述内燃机发动机的驱动力。
2.如权利要求1所述的混合式工作机械，其特征在于，当所需输出低于输出上限值时，所述控制部控制所述逆变电路，以便在所述电动发电机中通过所述内燃机发动机的驱动力进行发电。
3.如权利要求1或2所述的混合式工作机械，其特征在于，所述控制部根据所述内燃机发动机的转矩大小推断所述增压器的增压压力。
4.如权利要求1或2所述的混合式工作机械，其特征在于，还具备增压压力传感器，检测所述增压器的增压压力，并将与该增压压力有关的信息提供至所述控制部。
5.如权利要求1 4中任一项所述的混合式工作机械，其特征在于，所述存储部还存储有第2信息，所述第2信息与和所述内燃机发动机的转速相应的最大输出值有关，当基于所述第2信息的最大输出值小于基于所述第1信息的输出上限值时，所述控制部将该最大输出值作为输出上限值来控制所述逆变电路。
6.如权利要求1所述的混合式工作机械，其特征在于， 所述控制部的所述存储部还存储有第3信息，表示所述增压器的最大增压压力，所述增压器的最大增压压力与向所述内燃机发动机供给的燃料供给量及所述内燃机发动机的转速相应；及第4信息，表示对应于所述输出上限值的向所述内燃机发动机供给的燃料供给量的限制值与所述增压器的增压压力的关联，当根据所述第3信息求出的所述最大增压压力与根据所述第4信息求出的所述增压器的增压压力之差低于预定阈值时，以所述电动发电机辅助所述内燃机发动机的驱动力的方式控制所述逆变电路，从而使所述内燃机发动机的转速上升。
7.如权利要求6所述的混合式工作机械，其特征在于， 所述预定阈值根据所述燃料供给量变化。
8.如权利要求6或7所述的混合式工作机械，其特征在于， 所述控制部具有增压压力判定部，计算根据所述第3信息求出的所述最大增压压力与根据所述第4信息求出的所述增压器的增压压力之差，判定该差与所述预定阈值的大小；及目标转速设定部，当在所述 增压压力判定部中判定为所述差低于所述预定阈值时，设定比判定为所述差超过所述预定阈值时更高的所述内燃机发动机的目标转速， 以所述内燃机发动机的转速接近所述目标转速的方式，控制所述逆变电路。
全文摘要
本发明提供一种混合式工作机械，具有增压器，并抑制对引擎的过负载。本发明的混合式施工机械(1)，具备引擎(11)；增压器(42)；电动发电机(12)，通过引擎(11)的驱动力进行发电，并且通过本身的驱动力辅助引擎(11)的驱动力；连接于电动发电机(12)的逆变电路(18A)；及控制器(30)，包括存储引擎(11)的转速及增压器(42)的升高压力与引擎(11)的输出上限值的关联的非易失性存储器(31)，并驱动逆变电路(18A)。控制器(30)根据存储于非易失性存储器(31)中的关联，控制逆变电路(18A)，以便当所需输出超过输出上限值时，电动发电机(12)辅助驱动力。
文档编号B60W10/06GK102362422SQ20108001327
公开日2012年2月22日 申请日期2010年3月31日 优先权日2009年4月1日
发明者川岛宏治, 柳泽诚 申请人:住友重机械工业株式会社