混合動力式作業(yè)機械的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種混合動力式作業(yè)機械，其將發(fā)動機和電動機作為液壓栗的驅(qū)動源。
【背景技術(shù)】
[0002]作為混合動力式作業(yè)機械的一例的混合動力式液壓挖掘機中存在如下液壓挖掘機，即，在挖掘作業(yè)等負荷大的作業(yè)時，由發(fā)動機和電動機(輔助電動機)的雙方對液壓栗進行驅(qū)動，其中，該電動機通過蓄電池的放電而進行驅(qū)動以輔助發(fā)動機，另一方面，在上部旋轉(zhuǎn)體的減速時、動臂下降時，利用其機械能使發(fā)電電動機發(fā)電，并利用該電能對蓄電池充電。
[0003]在基于混合動力式液壓挖掘機的作業(yè)中，雖然以上述方式反復(fù)進行對蓄電池的放電和充電，但是，僅憑以上述方式回收機械能而獲得的能量，難以彌補輔助電動機在作業(yè)中釋放的所有能量。因此，蓄電池的蓄電余量(SOC:State of Charge，荷電狀態(tài))隨著作業(yè)時間的流逝而減少，無法進行負荷大的作業(yè)的可能性增大。
[0004]因此，為了維持蓄電池的蓄電余量，在不進行作業(yè)時、進行負荷小的作業(yè)時，由于發(fā)動機的動力能夠?qū)崿F(xiàn)富余，因此，在輔助電動機等的發(fā)電機進行發(fā)電，并通過該電能對蓄電池充電，這是通常的做法。由于通過機械能的回收而進行的充電利用作業(yè)的特定的動作，因此，不能選擇充電的定時，然而，只要發(fā)動機動力存在富余時，隨時都能夠通過使用了發(fā)動機的輔助電動機的發(fā)電而進行充電。
[0005]鑒于上述這一點，日本特開2011-220068號公報中提出有如下方法，S卩，在作業(yè)中，盡可能通過輔助電動機的發(fā)電來進行快速充電從而防止蓄電池的蓄電余量的降低，由此維持操作性，另一方面，在不進行作業(yè)的待機時，抑制充電量而減輕對蓄電池的損害，由此防止蓄電池壽命的縮短。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0007]專利文獻
[0008]專利文獻1:日本特開2011-220068號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]然而，對作業(yè)機械采用混合動力方式的本來的目的在于提高燃料效率，至于燃料效率與充電定時的關(guān)系，在日本特開2011-220068號公報中并未特別述及。
[0010]在著眼于蓄電池的充電的情況下，實施基于輔助電動機的發(fā)電的充電的定時雖然有受到作業(yè)模式的限定的情況，但并非唯一地確定，如前所述，存有從發(fā)動機的動力存在富余的期間中任意地選擇的余地。因此，從與燃料效率的關(guān)系來看，重要的是從發(fā)動機的動力存在富余的期間中選擇燃料消耗較少的期間而實施基于發(fā)電的充電。
[0011]本發(fā)明的目的在于，提供一種在進行蓄電池的充電時的追加的燃料消耗少、能夠?qū)崿F(xiàn)燃料效率良好的充電的混合動力式作業(yè)機械。
[0012]為了達成上述目的，本發(fā)明具備:發(fā)動機；電動發(fā)電機，其利用上述發(fā)動機的動力(發(fā)動機動力)而進行發(fā)電；液壓栗，其利用上述發(fā)動機及/或上述電動發(fā)電機的動力而工作；及控制裝置，其推定對上述電動發(fā)電機輸出發(fā)電請求時向上述發(fā)動機請求的動力(發(fā)動機請求動力)，僅在該發(fā)動機請求動力為預(yù)先設(shè)定的閾值以下時允許上述電動發(fā)電機的發(fā)電。由此，能夠僅在能量損失相對少的低動力區(qū)域進行基于電動發(fā)電機的發(fā)電，并能夠在能量損失相對多的高動力區(qū)域禁止電動發(fā)電機的發(fā)電，因此，能夠減少對蓄電裝置充電時的發(fā)動機的燃料消耗量，能夠提高混合動力式液壓挖掘機的燃料效率。
[0013]發(fā)明的效果
[0014]根據(jù)本發(fā)明，能夠?qū)崿F(xiàn)燃料效率良好的充電。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的實施方式所涉及的混合動力式液壓挖掘機的外觀圖。
[0016]圖2是圖1所示的混合動力式液壓挖掘機中的執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動控制系統(tǒng)的概要結(jié)構(gòu)圖。
[0017]圖3是表示從向發(fā)動機輸入的能量中取出為了對驅(qū)動對象進行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的能量、與在該驅(qū)動對象的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動中不能利用的能量之間的關(guān)系的一例的曲線圖。
[0018]圖4是表示基于輔助電動機的發(fā)電時在圖2的執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動控制系統(tǒng)內(nèi)輸入輸出的動力的圖。
[0019]圖5是表示車身控制器所執(zhí)行的蓄電管理控制中的、基于輔助電動機的蓄電池的充電算法的第I流程圖。
[0020]圖6是表示基于車身控制器的輔助電動機的請求發(fā)電動力Pa*的運算過程的圖。
[0021]圖7是表示車身控制器所執(zhí)行的蓄電管理控制中的、基于輔助電動機的蓄電池的充電算法的第2流程圖。
[0022]圖8是表示車身控制器所執(zhí)行的蓄電管理控制中的、基于輔助電動機的蓄電池的充電算法的第3流程圖。
[0023]圖9是表示在圖8的步驟S15中用于發(fā)電閾值Eth的運算的映射的一例的圖。
【具體實施方式】
[0024]以下，使用附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明。
[0025]圖1是本發(fā)明的實施方式所涉及的混合動力式液壓挖掘機的外觀圖。該圖所示的液壓挖掘機具備:多關(guān)節(jié)型的前作業(yè)裝置1A，其具有動臂la、斗桿Ib及鏟斗Ic ;及車身1B，其具有上部旋轉(zhuǎn)體Id及下部行駛體le。
[0026]動臂Ia能夠轉(zhuǎn)動地支承于上部旋轉(zhuǎn)體ld，并被液壓缸(動臂缸)3a驅(qū)動。斗桿Ib能夠轉(zhuǎn)動地支承于動臂la，并被液壓缸(斗桿缸)3b驅(qū)動。鏟斗Ic能夠轉(zhuǎn)動地支承于斗桿lb，并被液壓缸(伊^斗缸)3c驅(qū)動。上部旋轉(zhuǎn)體Id被電動機(旋轉(zhuǎn)馬達)16 (參照圖2)驅(qū)動而旋轉(zhuǎn)，下部行駛體Ie被左右的液壓馬達(行駛馬達)3e、3f驅(qū)動。液壓缸3a、液壓缸3b、液壓缸3c及液壓馬達3e、3f由通過可變?nèi)萘渴揭簤豪? (參照圖2)從油箱8(參照圖2)汲取的壓力油驅(qū)動。
[0027]圖2是圖1所示的混合動力式液壓挖掘機中的執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動控制系統(tǒng)的概要結(jié)構(gòu)圖。另外，有時對與此前的附圖中示出的部分相同的部分標注相同的附圖標記并將其說明適當省略(對于此后的附圖也進行同樣的處理)。
[0028]該圖所示的執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動控制系統(tǒng)具備:發(fā)動機7 ;輔助電動機(電動發(fā)電機)10，其與發(fā)動機7之間進行轉(zhuǎn)矩的傳遞；可變?nèi)萘渴揭簤豪? (以下，有時簡稱為“液壓栗6”)，其被發(fā)動機7及輔助電動機10中的至少一方驅(qū)動；液壓執(zhí)行機構(gòu)(例如，圖1中示出的液壓缸3a、3b、3c、液壓馬達3e、3f)，其被從液壓栗6排出的壓力油驅(qū)動；調(diào)節(jié)器(栗控制部)6a，其用于調(diào)節(jié)液壓栗6的容量而對吸收轉(zhuǎn)矩進行控制；蓄電池(蓄電裝置)15，其蓄積有供給至輔助電動機10及旋轉(zhuǎn)電動機16等的電力；變流器(電力轉(zhuǎn)換裝置)12，其用于輔助電動機10的控制且對輔助電動機10與蓄電池15之間的電力的授受進行控制；變流器(電力轉(zhuǎn)換裝置)13，其用于旋轉(zhuǎn)電動機16的控制且對旋轉(zhuǎn)電動機16與蓄電池15之間的電力的授受進行控制；操作桿(操作裝置)4a、4b，它們基于操作量而將用于對液壓執(zhí)行機構(gòu)及旋轉(zhuǎn)電動機16進行驅(qū)動的操作信號輸出；調(diào)速器7a，其對發(fā)動機7的燃料噴射量進行調(diào)整；轉(zhuǎn)速傳感器(實際轉(zhuǎn)速檢測單元)19，其對發(fā)動機7的實際轉(zhuǎn)速進行檢測；發(fā)動機控制器14，其通過輸出而進行發(fā)動機7的轉(zhuǎn)速控制；車身控制器11，其通過輸出而進行輔助電動機10及旋轉(zhuǎn)電動機16的轉(zhuǎn)矩控制、及液壓栗6的容量控制等；及蓄電池控制器20，其通過輸出而進行蓄電池15的充放電控制。
[0029]動臂la、斗桿lb、鏟斗lc、上部旋轉(zhuǎn)體Id的動作由操作桿4a、4b的液壓操作信號(控制先導(dǎo)壓力)指示，下部行駛體Ie的動作由未圖示的行駛用的操作踏板裝置的液壓操作信號(控制先導(dǎo)壓力)指示。
[0030]操作桿裝置4a、4b將由先導(dǎo)栗(未圖示)的排出油生成的I次壓與操作桿裝置4a,4b所具有的減壓閥(遙控閥)(未圖示)的操作開度相應(yīng)地減壓至2次壓，從而生成控制先導(dǎo)壓力(液壓操作信號)。梭閥塊9按每個操作桿4a、4b而選擇并輸出2個操作桿4a、4b所生成的液壓操作信號(控制先導(dǎo)壓力)中的壓力最高的信號。此外，由于對旋轉(zhuǎn)操作進行指示的液壓操作信號由壓力傳感器18檢測，因此，將該液壓操作信號排除于從梭閥塊9輸出的液壓操作信號之外。
[0031]從梭閥塊9輸出的控制先導(dǎo)壓力被傳送至方向切換閥5的受壓部，方向切換閥5從圖示的中立位置對方向進行切換。方向切換閥5例如為配置于中間旁通管線的開中心式(open center type)的滑閥，來自液壓栗6的排出油在上述中間旁通管線流動，通過上述控制先導(dǎo)壓力而進行切換操作，從而控制液壓栗6所排出的壓力油的流動(方向和流量)，從而控制液壓執(zhí)行機構(gòu)3a?3c的驅(qū)動。液壓栗6通過發(fā)動機7及/或者輔助電動機10的動力而被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。
[0032]液壓栗6為可變?nèi)萘啃偷睦?，具有正?positive)控制方式的調(diào)節(jié)器6a。從梭閥塊9輸出的液壓操作信號被引導(dǎo)至調(diào)節(jié)器6a。正向控制方式的調(diào)節(jié)器6a如公知那樣，隨著操作桿4a、4b及操作踏板裝置的操作部件即操作桿及踏板的操作量(請求流量)增加而導(dǎo)致的液壓操作信號的上升，使液壓栗6的斜盤傾轉(zhuǎn)角(容量)增加，從而使液壓栗6的排出流量增加。
[0033]另外，調(diào)節(jié)器6b如公知那樣，具備轉(zhuǎn)矩限制控制功能，轉(zhuǎn)矩限制控制功能即以隨著液壓栗6的排出壓力的升高而使液壓栗6的傾轉(zhuǎn)角(容量)減小，從而使液壓栗6的吸收轉(zhuǎn)矩不超過預(yù)先設(shè)定的最大轉(zhuǎn)矩的方式進行控制。
[0034]輔助電動機(電動發(fā)電機)10與液壓栗6及發(fā)動機7機械性地連接。輔助電動機10具有作為將發(fā)動機7的動力轉(zhuǎn)換成電能(電力)并輸出至變流器12的發(fā)電機的功能、和作為通過從變流器12供給的電能(電力)而驅(qū)動來對液壓栗6進行輔助驅(qū)動的電動機的功能。
[0035]在輔助電動機10作為發(fā)電機而發(fā)揮功能時，變流器12將由輔助電動機10所生成的交流電轉(zhuǎn)換成直流電而輸出，在輔助電動機10作為電動機而發(fā)揮功能時，變流器12將來自蓄電池15的直流電轉(zhuǎn)換成交流電而供給到輔助電動機10。
[0036]變流器13將輔助電動機10所生成、且變流器12所輸出的直流電轉(zhuǎn)換成交流電而供給到旋轉(zhuǎn)電動機16。旋轉(zhuǎn)電動機16對上部旋轉(zhuǎn)