工程机械的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及具备旋转体的工程机械，特别涉及具备用于驱动该旋转体的电动马达 和液压马达的混合动力式工程机械。
【背景技术】
[0002] 以往，主流的液压挖掘机等具有旋转体的工程机械用发动机来驱动液压栗，并利 用从液压栗排出的液压使液压马达旋转，并驱动作为惯性体的旋转体。但是，近年来，为了 实现发动机的燃油效率提高、噪音水平的降低以及排气量的降低等，提出了：在一直以来利 用于旋转体的驱动的液压马达的基础上，进一步使用从蓄电装置接受电能的供给而被驱动 的电动马达来驱动旋转体的混合动力方式的工程机械。
[0003] 在以混合动力方式驱动旋转体的工程机械中，需要适当地控制液压马达和电动马 达分担的驱动转矩，以使得习惯于仅使用液压马达来驱动旋转体的以往方式的工程机械 (以往机械)的操作的操作人员能够无不适感地进行操作。
[0004] 在日本特开2008-63888号公报中公开了如下技术:作为上述混合动力方式的工程 机械的控制单元，基于成为设置在旋转体驱动用液压马达上的油的吸入口（输入侧)和排出 口（输出侧)的两个端口产生的压差，算出对旋转体驱动用电动马达的转矩指令值。在这里， 将旋转加速时的液压马达的转矩与电动马达的转矩的比率和减速时的液压马达的转矩与 电动马达的转矩的比率作为参数，确定液压马达的输入侧和输出侧的压差。根据该技术，能 够连续并顺畅地驱动控制作为惯性体的旋转体，且能够将制动时的能量作为电能有效地取 入蓄电装置。
[0005] 在先技术文献
[0006] 专利文献
[0007] 专利文献1:日本特开2008-63888号公报
【发明内容】
[0008] 发明要解决的问题
[0009] 但是，液压马达和电动马达的损耗会根据旋转操作杆的操作量或旋转体的旋转速 度独立地变化。然而，上述文献记载的技术根据液压马达的输入侧与输出侧的压差决定用 于旋转体的驱动的全部转矩中的电动马达的转矩的比例，而与旋转操作杆的操作量(旋转 先导压)无关。因此，未考虑在驱动了液压马达和电动马达的情况下产生的各部的损耗，存 在改善能量效率的余地。
[0010] 本发明为解决上述问题而做出，其目的在于提供一种工程机械，其能够确保与单 独由液压马达驱动旋转体的以往的工程机械同等的操作性，并且提高旋转体驱动时的系统 整体的能量效率。
[0011] 用于解决问题的手段
[0012] 本发明包含多个达成上述目的的单元，如果列举其一例，在工程机械中具备:旋转 体;液压马达和电动马达，其将该旋转体作为共同的驱动对象，并相互机械地连结;液压栗， 其由原动机驱动，并向所述液压马达供给压力油;操作装置，其用于指示所述旋转体的旋转 工作；以及控制装置，控制所述液压栗的排出流量和所述电动马达的输出转矩的至少一方， 以使得在能够单独由所述电动马达输出由所述操作装置指示的所述旋转体的旋转工作所 要求的要求转矩时，伴随着所述电动马达旋转的所述液压马达的出口节流压力与入口节流 压力接近，或该出口节流压力比该入口节流压力大。
[0013] 发明的效果
[0014] 根据本发明，在主要由电动马达驱动旋转体时，由于能够降低在伴随着该电动马 达旋转的液压马达中产生的损耗，所以改善了旋转体驱动时的能量效率并得到大的燃料减 少效果。
【附图说明】
[0015] 图1是本发明实施方式的液压挖掘机的侧视图。
[0016] 图2是图1所示的液压挖掘机搭载的电动?液压设备的系统构成图。
[0017] 图3是图2的系统构成图的详细图。
[0018] 图4是提取了图2和图3所示系统构成图中的与上部旋转体的旋转工作相关的液压 系统的图。
[0019] 图5是液压电动复合旋转控制部83的功能框图的一部分。
[0020]图6是旋转滑阀44的相对于滑阀行程的旁路节流开口面积、入口节流开口面积以 及出口节流开口面积的关系图。
[0021] 图7是表示了旋转液压马达单独旋转工作的情况下稳定旋转时的液压部的损耗和 旋转电动马达单独以与旋转液压马达同等的速度旋转工作的情况下电动部的损耗的图。
[0022] 图8是在本实施方式中根据旋转杆操作压力设定电动马达25与液压马达27的输出 分配而成的旋转输出特性的一例。
[0023] 图9是使旋转电动马达25的转矩增加的情况下的电动转矩与液压部的损耗的关系 图。
[0024] 图10是将图9所示的阀损耗分解为旁路节流损耗、入口节流损耗以及出口节流损 耗而表示的图。
[0025] 图11是图9和图10的情况下的电动转矩与旋转主压的关系图。
[0026] 图12是按各旋转电动马达25的转速表示了使旋转电动马达25的转矩增加的情况 下的电动转矩与液压部的损耗的关系图。
[0027] 图13是按各旋转速度表示了旋转电动马达25的目标转矩Tms*与旋转先导压的关 系的图。
[0028] 图14是使液压栗41的流量增加的情况下的栗流量与液压部的损耗的关系图。
[0029] 图15是图14的情况下的栗流量与旋转主压的关系图。
[0030] 图16是本实施方式中的旋转液压马达27的液压电路的简略图。
[0031] 图17是液压栗41的流量为规定值且控制旋转电动马达25的转矩而作出旋转液压 马达27的入口节流压力与出口节流压力相等的状态时的流程图。
[0032] 图18是旋转电动马达25的转矩为规定值且控制液压栗41的流量而作出旋转液压 马达27的入口节流压力与出口节流压力相等的状态的情况下的流程图。
[0033] 图19是将液压栗41的流量保持为待机流量并控制旋转电动马达25的转矩时的流 程图。
【具体实施方式】
[0034] 首先，在说明本发明的各实施方式前，说明本发明的各实施方式的工程机械所包 含的主要特征。
[0035] (1)后述的本发明实施方式的工程机械的特征在于，具备:旋转体;液压马达和电 动马达，其将该旋转体作为共同的驱动对象，并相互机械地连结;液压栗，其由原动机驱动， 并向所述液压马达供给压力油;操作装置，其用于指示所述旋转体的旋转工作；以及控制装 置，控制所述液压栗的排出流量(在本稿中，有时使用"栗流量"或"流量"这样的简称)和所 述电动马达的输出转矩(在本稿中，有时使用"输出转矩"或"转矩"这样的简称）的至少一 方，以使得在能够单独由所述电动马达输出由所述操作装置指示的所述旋转体的旋转工作 所要求的要求转矩时，伴随着所述电动马达旋转的所述液压马达的出口节流压力与入口节 流压力接近，或该出口节流压力比该入口节流压力大。
[0036] 发明人们有如下见解:在所述要求转矩变小至能够单独由所述电动马达输出的程 度(例如，所述旋转体为低速并处于加速期间时，或所述旋转体的旋转速度为一定时(稳定 旋转期间）），且该要求转矩的全部或大部分由所述电动马达输出的情况下，在伴随着该电 动马达旋转的所述液压马达的出口节流压力与入口节流压力一致时，驱动该液压马达的液 压系统的损耗(液压马达的旁路节流损耗、入口节流损耗以及出口节流损耗之和）会最小 化。并且，有如下见解:在所述要求转矩变小至能够单独由所述电动马达输出的程度的情况 下，单独由所述电动马达驱动所述旋转体而不利用所述液压马达时效率更高。因此，根据按 上述方式构成的工程机械，由于由所述电动马达输出所述要求转矩的全部或大部分时，能 够使在伴随着该电动马达旋转的所述液压马达中产生的损耗最小化，所以能够改善旋转驱 动时的能量效率并得到大的燃料减少效果。
[0037]另外，如上所述，使所述液压马达的出口节流压力与入口节流压力一致并不是本 发明的必须事项。发明人们如下见解:在上述情况下，在难以使所述液压马达的出口节流压 力与入口节流压力一致的情况下，即使该出口节流压力比该入口节流压力大（即，即使在所 述液压马达不产生牵引转矩的情况下），与单独由所述液压马达驱动所述旋转体的情况相 比，有时改善了系统整体的能量效率。也就是说，在所述液压马达的出口节流压力比入口节 流压力大的情况下，所述液压马达产生制动转矩而作为所述电动马达的负载起作用，但即 使这样，根据所述液压马达的排出流量的不同，与单独由所述液压马达驱动所述旋转体的 情况相比，有时系统整体的能量效率还是变高。因此，在所述液压马达产生制动转矩的情况 下也能够发挥燃料减少效果。
[0038]作为即使所述液压马达产生制动转矩也可以看到效率的改善的所述液压栗的流 量的具体例，有待机流量。这是由于，通过将栗流量下降为待机流量，能够大幅减少在液压 系统的损耗。此外，在本稿中的"待机流量"表示搭载于工程机械的液压执行机构的驱动指 示用操作装置(操作杆)均位于中立位置的情况下作为所述液压栗的流量设定的流量。从提 高液压系统的效率的观点来看，在全部该操作装置位于中立位置的情况下，优选将能够维 持该工程机械的工作的所述液压栗的最低流量设定为待机流量。
[0039]此外，作为"所述要求转矩变小至能够单独由所述电动马达输出的程度的情况"的 具体例，有操作装置被微操作且所述旋转体为加速期间之时(低速且加速期间之时）、无论 所述操作装置的操作量的大小如何所述旋转体的旋转速度为一定之时（稳定旋转期间之 时）。这里的"微操作"是指在向所述旋转体的旋转指令时，从所述操作装置输出的旋转操作 压力（旋转先导压)成为基准值以下的操作量的区域。作为该基准值，对仅由所述电动马达 旋转驱动的情况下的效率和由所述电动马达和所述液压马达旋转驱动的情况下的效率进 行比较，适当选择前者成为高效率的值。作为表示该基准值的程度的指标，1.5MPa左右的旋 转先导压可成为一个标准。
[0040] (2)在上述(1)中，优选的是，所述要求转矩基于所述操作装置的操作量(旋转先导 压）和所述旋转体的转速(旋转速度）决定。具体而言，设定为所述操作装置的操作量越增 加，所述要求转矩越增加，并且设定为所述旋转体的转速越减小，所述要求转矩越增加。此 外，在（1)的情况下，由于是由所述电动马达输出该要求转矩的全部或大部分的情况，所述 要求转矩与所述电动马达的转矩同义。
[0041] 作为上述(1)或(2)中的所述电动马达和所述液压马达的控制的具体例，有以下的 (3)和(4)所示的例子。
[0042] (3)在上述（1)或(2)中，优选的是，所述操作装置的操作量为基准值以下的微操作 区域且所述旋转体处于加速期间时(低速且加速期间之时），或无论所述操作装置的操作量 如何，所述旋转体的旋转速度为一定时(稳定旋转期间之时），所述控制装置将所述液压栗 的排出流量保持为规定的目标值，并且，所述控制装置控制所述电动马达的输出转矩，以使 得所述出口节流压力与所述入口节流压力接近，或所述出口节流压力变得比所述入口节流 压力大。
[0043] 也就是说，在该情况下，一边将所述液压栗的流量保持为目标值，一边通过控制所 述电动马达的转矩，从而调节入口节流压力和出口节流压力。在该情况下，由于控制电动马 达的转矩，所以与控制液压马达的后述的（4)的情况相比响应性较好这一点成为优点。另 外，在所述液压马达的基础之上所述液压栗也向其他液压执行机构供给压力油的情况下， 当以（4)的方式控制所述液压栗时，虽然有可能也会对所述其他液压执行机构的控制产生 影响，但如果按上述方式控制所述电动马达，难以在所述其他液压执行机构的控制中产生 本发明的控制的影响这一点也成为优点。
[0044] (4)在上述（1)或(2)中，优选的是，所述操作装置的操作量为基准值以下的微操作 区域且所述旋转体处于加速期间时，或无论所述操作装置的操作量如何，所述旋转体的旋 转速度为一定时，所述控制装置将所述电动马达的转矩保持在基于所述操作装置的操作量 和所述旋转体的转