專利名稱：混合式工作機(jī)械的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種混合式工作機(jī)械，尤其涉及一種通過引擎的輸出來驅(qū)動(dòng)流量可變式液壓泵的混合式工作機(jī)械。
背景技術(shù)：
在混合式工作機(jī)械中，關(guān)于對用于驅(qū)動(dòng)工作要件的液壓驅(qū)動(dòng)器(液壓缸體、液壓馬達(dá))供給的液壓，通過將引擎作為驅(qū)動(dòng)源的液壓泵產(chǎn)生的情況較多。此時(shí)，液壓制動(dòng)器的輸出主要由引擎的輸出來決定。在一般的混合式工作機(jī)械中，以引擎的轉(zhuǎn)速始終恒定的方式控制引擎的驅(qū)動(dòng)。例如在混合式液壓挖土機(jī)中，對斗桿或鏟斗等進(jìn)行擺動(dòng)驅(qū)動(dòng)時(shí)的低負(fù)載模式(低負(fù)載狀態(tài))下的運(yùn)行中，引擎轉(zhuǎn)矩較小。因此，低負(fù)載模式中，在將引擎轉(zhuǎn)速設(shè)為恒定的狀態(tài)下，提高引擎轉(zhuǎn)矩而產(chǎn)生剩余轉(zhuǎn)矩。由該剩余轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)來發(fā)電且將發(fā)電電力充電于蓄電池。另一方面，在液壓泵中所需的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩大于引擎的額定輸出的高負(fù)載模式(高負(fù)載狀態(tài))下，在將引擎轉(zhuǎn)速設(shè)為恒定的狀態(tài)下，提高引擎轉(zhuǎn)矩，并且通過來自蓄電池的電力驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)而對引擎的輸出添加(輔助)電動(dòng)機(jī)的輸出來獲得所需的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩。如上述，若將引擎轉(zhuǎn)速維持成恒定的同時(shí)變更引擎輸出，則引擎效率隨引擎輸出的變化而發(fā)生變化，因此引擎的燃料消耗率也發(fā)生變化。因此，不能說將引擎轉(zhuǎn)速維持成恒定的同時(shí)變更引擎輸出時(shí)，始終以燃料消耗率良好的轉(zhuǎn)速使引擎運(yùn)行。因此，提出有通過引擎的負(fù)載狀況將引擎轉(zhuǎn)速設(shè)為可變而有效地驅(qū)動(dòng)引擎，無論在低負(fù)載時(shí)還是在高負(fù)載時(shí)都能夠提高燃料消耗率的混合式工作機(jī)械。以往技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1:國際公開TO2009/157511發(fā)明的概要發(fā)明要解決的技術(shù)課題在上述專利文獻(xiàn)I中公開的混合式液壓挖土機(jī)中，雖然考慮到引擎的效率而將引擎轉(zhuǎn)速設(shè)為可變，但未考慮到由引擎驅(qū)動(dòng)的液壓泵的效率。其中，考慮液壓泵的效率時(shí)，若以相同流量吐出工作油，則減小可變?nèi)萘渴揭簤罕玫钠D(zhuǎn)角比來提高轉(zhuǎn)速的情況與加大偏轉(zhuǎn)角比來減小轉(zhuǎn)速的情況相比，液壓泵的效率變低。即，通常為活塞式液壓泵時(shí)，活塞的沖程較小且以高速進(jìn)行往復(fù)移動(dòng)時(shí)，活塞的摩擦損失及動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)的各部的摩擦損失變大，其結(jié)果泵效率變低。因此，偏轉(zhuǎn)角比較小的一方泵效率變低。因此，期望開發(fā)一種若為相同流量則盡量降低引擎轉(zhuǎn)速來加大偏轉(zhuǎn)角比，由此能夠?qū)⒁簤罕玫男示S持成更高的狀態(tài)的混合式工作機(jī)械。用于解決技術(shù)課題的手段根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施形態(tài)，提供一種混合式工作機(jī)械，其特征在于，具有:引擎；電動(dòng)發(fā)電機(jī)，連結(jié)于該引擎；可變?nèi)萘渴揭簤罕?，通過該引擎的輸出被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)；及控制部，控制該引擎的轉(zhuǎn)速及該可變?nèi)萘渴揭簤罕?，該控制部根?jù)液壓負(fù)載對該引擎進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制。發(fā)明效果根據(jù)上述發(fā)明，通過最大限度降低引擎轉(zhuǎn)速來加大偏轉(zhuǎn)角比，從而能夠?qū)⒖勺內(nèi)萘渴揭簤罕玫男示S持成更高的狀態(tài)。通過參考附圖并且閱讀以下詳細(xì)說明，本發(fā)明的目的、優(yōu)點(diǎn)及效果會(huì)進(jìn)一步明了。


圖1是應(yīng)用本發(fā)明的混合式工作機(jī)械的一例即混合式液壓挖土機(jī)的側(cè)視圖。圖2是表示圖1所示的混合式液壓挖土機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的塊圖。圖3是基于本發(fā)明的第I實(shí)施例的轉(zhuǎn)速可變控制算法的控制功能塊圖。圖4是表示在轉(zhuǎn)速運(yùn)算塊中進(jìn)行的處理的運(yùn)算算法的圖。圖5是表示在輔助輸出運(yùn)算塊中進(jìn)行的處理的運(yùn)算算法的圖。圖6是表示在輔助輸出運(yùn)算塊中進(jìn)行的處理的運(yùn)算算法的圖。圖7是基于本發(fā)明的第2實(shí)施例的轉(zhuǎn)速可變控制算法的控制功能塊圖。圖8是表示在要求引擎輸出運(yùn)算塊中進(jìn)行的處理的運(yùn)算算法的圖。圖9是表示在第2實(shí)施例中的轉(zhuǎn)速運(yùn)算塊中進(jìn)行的處理的運(yùn)算算法的圖。圖10是表示在第3實(shí)施例中的轉(zhuǎn)速運(yùn)算塊中進(jìn)行的處理的運(yùn)算算法的圖。圖11是表示將圖2所示的混合式液壓挖土機(jī)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)為液壓驅(qū)動(dòng)式時(shí)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的塊圖。
具體實(shí)施例方式以下，根據(jù)附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說明。圖1是應(yīng)用本發(fā)明的混合式工作機(jī)械的一例即混合式液壓挖土機(jī)的側(cè)視圖。作為應(yīng)用本發(fā)明的混合式工作機(jī)械不限于混合式液壓挖土機(jī)，只要是由引擎驅(qū)動(dòng)液壓泵，就還可將本發(fā)明應(yīng)用于其他混合式工作機(jī)械中。在圖1所示的混合式液壓挖土機(jī)的下部行駛體I上經(jīng)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)2搭載有上部回轉(zhuǎn)體3。在上部回轉(zhuǎn)體3上安裝有動(dòng)臂4。在動(dòng)臂4的前端安裝斗桿5，在斗桿5的前端安裝鏟斗6。動(dòng)臂4、斗桿5及鏟斗6分別通過動(dòng)臂缸7、斗桿缸8及鏟斗缸9液壓驅(qū)動(dòng)。在上部回轉(zhuǎn)體3設(shè)置駕駛室10，且搭載引擎等動(dòng)力源。圖2是表示圖1所示的混合式液壓挖土機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的塊圖。在圖2中，用雙重線表示機(jī)械動(dòng)力系統(tǒng)，用實(shí)線表示高壓液壓管路，用虛線表示先導(dǎo)管路，用實(shí)線表示電力驅(qū)動(dòng)/控制系統(tǒng)。作為機(jī)械式驅(qū)動(dòng)部的引擎11及作為輔助驅(qū)動(dòng)部的電動(dòng)發(fā)電機(jī)12分別連接于變速器13的2個(gè)輸入軸。在變速器13的輸出軸上作為液壓泵連接有主泵14及先導(dǎo)泵15。主泵14上經(jīng)高壓液壓管路16連接有控制閥17。液壓泵14為可變?nèi)萘渴揭簤罕?，能夠通過控制斜板的角度(偏轉(zhuǎn)角)調(diào)整活塞的沖程長度，且控制吐出流量。以下，有時(shí)將可變?nèi)萘渴揭簤罕?4簡單稱作液壓泵14。
控制閥17為進(jìn)行混合式挖土機(jī)中的液壓系統(tǒng)的控制的控制裝置。下部行駛體I用的液壓馬達(dá)IA (右用)及IB (左用)、動(dòng)臂缸7、斗桿缸8及鏟斗缸9經(jīng)高壓液壓管路連接于控制閥17。并且，用于驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)2的回轉(zhuǎn)用液壓馬達(dá)2A也連接于控制閥17。電動(dòng)發(fā)電機(jī)12上經(jīng)逆變器18A連接包含蓄電器的蓄電系統(tǒng)120。并且，先導(dǎo)泵15上經(jīng)先導(dǎo)管路25連接有操作裝置26。操作裝置26包括操縱桿26A、操縱桿26B及踏板26C。操縱桿26A、操縱桿26B及踏板26C經(jīng)液壓管路27及28分別連接于控制閥17及壓力傳感器29。壓力傳感器29連接于進(jìn)行電力系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)控制的控制器30?？刂破?0進(jìn)行電動(dòng)發(fā)電機(jī)12的運(yùn)行控制(電動(dòng)(輔助)運(yùn)行或發(fā)電運(yùn)行的切換)，并且通過驅(qū)動(dòng)控制作為升降壓控制部的升降壓轉(zhuǎn)換器來進(jìn)行蓄電器(電容器)的充放電控制?？刂破?0根據(jù)蓄電器(電容器)的充電狀態(tài)、電動(dòng)發(fā)電機(jī)12的運(yùn)行狀態(tài)(電動(dòng)(輔助)運(yùn)行或發(fā)電運(yùn)行)，進(jìn)行升降壓轉(zhuǎn)換器的升壓動(dòng)作與降壓動(dòng)作的切換控制，由此進(jìn)行蓄電器(電容器)的充放電控制。升降壓轉(zhuǎn)換器的升壓動(dòng)作與降壓動(dòng)作的切換控制根據(jù)通過設(shè)置于DC母線的DC母線電壓檢測部檢測的DC母線電壓值、通過蓄電器電壓檢測部檢測的蓄電器電壓值、及通過蓄電器電流檢測部檢測的蓄電器電流值進(jìn)行。另外，根據(jù)通過蓄電器電壓檢測部檢測的蓄電器電壓值計(jì)算蓄電器(電容器)的SOC。并且，在上述說明中作為蓄電器以電容器為例來表示，但也可代替電容器將鋰離子電池等可充放電的充電電池或能夠接受電力的其他形態(tài)的電源用作蓄電器。圖2所示的混合式液壓挖土機(jī)將回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)為電動(dòng)式，因此為了驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)2而設(shè)置回轉(zhuǎn)用電動(dòng)機(jī)21。作為電動(dòng)工作要件的回轉(zhuǎn)用電動(dòng)機(jī)21經(jīng)逆變器20連接于蓄電系統(tǒng)120。回轉(zhuǎn)用電動(dòng)機(jī)21的旋轉(zhuǎn)軸21A上連接分解器22、機(jī)械制動(dòng)器23及回轉(zhuǎn)變速器
24。由回轉(zhuǎn)用電動(dòng)機(jī)21、逆變器20、分解器22、機(jī)械制動(dòng)器23及回轉(zhuǎn)變速器24構(gòu)成負(fù)載驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。另外，除上述結(jié)構(gòu)以外，為了進(jìn)行動(dòng)臂再生，也可在朝向動(dòng)臂缸7的液壓配管7A的中途設(shè)置液壓馬達(dá)310。此時(shí)，液壓馬達(dá)310機(jī)械連接于發(fā)電機(jī)300，若驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)310，則以該旋轉(zhuǎn)力驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)300。發(fā)電機(jī)300經(jīng)逆變器18B電性連接于蓄電系統(tǒng)。在上述動(dòng)臂再生機(jī)構(gòu)中，若動(dòng)臂4下降，則工作油從動(dòng)臂缸7返回到控制閥17。通過該返回工作油驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)310來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力(轉(zhuǎn)矩)。該旋轉(zhuǎn)力傳遞于發(fā)電機(jī)300，且驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)300來產(chǎn)生電力。由發(fā)電機(jī)300產(chǎn)生的電力經(jīng)逆變器18B供給于蓄電系統(tǒng)120的DC母線。本發(fā)明的特征在于，在如上述的結(jié)構(gòu)的混合式液壓泵中，對引擎11的轉(zhuǎn)速進(jìn)行可變控制，以便可變?nèi)萘渴揭簤罕?4的偏轉(zhuǎn)角比X (表示傾斜板的傾斜的參數(shù))盡量變大。為了使可變?nèi)萘渴揭簤罕?4的偏轉(zhuǎn)角比X盡量變大，控制成引擎11的轉(zhuǎn)速盡量變低。接著，基于本發(fā)明的第I實(shí)施例的混合式工作機(jī)械中的轉(zhuǎn)速可變控制算法進(jìn)行說明。圖3是基于本發(fā)明的第I實(shí)施例的轉(zhuǎn)速可變控制算法的控制功能塊圖。通過控制器30進(jìn)行基于該轉(zhuǎn)速可變控制算法的控制。首先，在液壓泵要求負(fù)載推斷塊40-1中，利用液壓泵14的吐出壓力Pi與泵限制電流I由泵馬力控制PQ線圖求出泵吐出量V。通過將所求出的泵吐出量V乘以泵轉(zhuǎn)速(旋轉(zhuǎn)速度)來計(jì)算液壓泵14的目標(biāo)吐出流量Q。即，由所要求的液壓負(fù)載求出液壓泵14應(yīng)輸出的目標(biāo)吐出流量Q。液壓泵14的吐出壓力P1、泵限制電流I及泵轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)速)作為表示液壓負(fù)載的值來使用。在液壓泵要求負(fù)載推斷塊40-1中求出的目標(biāo)吐出流量Q供給于轉(zhuǎn)速運(yùn)算塊40-2。圖4是表示在轉(zhuǎn)速運(yùn)算塊40-2中進(jìn)行的處理的運(yùn)算算法的圖。在轉(zhuǎn)速運(yùn)算塊40-2中，通過所供給的目標(biāo)吐出流量Q除以最大偏轉(zhuǎn)角比時(shí)的泵容積Vmax，求出泵最大偏轉(zhuǎn)角比時(shí)的泵轉(zhuǎn)速。即，將液壓泵14的偏轉(zhuǎn)角比X設(shè)定為最大值(最大偏轉(zhuǎn)角比)Xmax時(shí),求出液壓泵14為了輸出目標(biāo)吐出流量Q而所需的泵轉(zhuǎn)速。并且，通過所求出的泵轉(zhuǎn)速乘以引擎11的轉(zhuǎn)速與液壓泵14的轉(zhuǎn)速之比即減速比n，求出引擎轉(zhuǎn)速Nel。即，所求出的引擎轉(zhuǎn)速Nel為將液壓泵14的偏轉(zhuǎn)角比X設(shè)為最大時(shí)，為了以輸出目標(biāo)吐出流量Q時(shí)所需的泵轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)液壓泵14而所需的引擎轉(zhuǎn)速。并且，判定所求出的引擎轉(zhuǎn)速Nel是否在引擎11的容許轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi)。若引擎轉(zhuǎn)速Nel在容許轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)時(shí)，引擎轉(zhuǎn)速Nel直接作為引擎轉(zhuǎn)速指令Ne輸出。引擎轉(zhuǎn)速Nel低于容許最小轉(zhuǎn)速時(shí)，容許最小轉(zhuǎn)速作為引擎轉(zhuǎn)速指令Ne輸出。引擎轉(zhuǎn)速Nel高于容許最大轉(zhuǎn)速時(shí)，容許最大轉(zhuǎn)速作為引擎轉(zhuǎn)速指令Ne輸出。例如，液壓負(fù)載較小時(shí)，存在目標(biāo)吐出流量Q變小，結(jié)果引擎轉(zhuǎn)速Ne I變得過小，按此狀態(tài)引擎有可能無法熄火。因此，引擎轉(zhuǎn)速Nel小于容許最小轉(zhuǎn)速時(shí)，通過如上述那樣將容許最小轉(zhuǎn)速作為引擎轉(zhuǎn)速指令Ne輸出，從而設(shè)置極限以免引擎轉(zhuǎn)速變得過低。另外，在盡量加長活塞沖程長度的用意下，求出將偏轉(zhuǎn)角比X設(shè)為最大值Xmax(X=100%)時(shí)的引擎轉(zhuǎn)速，但重要的是盡量擴(kuò)大，無需一定設(shè)為最大偏轉(zhuǎn)角比Xmax(X=100%)。例如，即使將偏轉(zhuǎn)角比X設(shè)為90%以上(90 100%)時(shí)也可得到加長活塞沖程長度而改善效率的效果。即，通過設(shè)定為大于在以往的控制中使用的偏轉(zhuǎn)角比的偏轉(zhuǎn)角比，能夠以更長的活塞沖程長度驅(qū)動(dòng)液壓泵來改善效率。另外，本發(fā)明中，利用泵馬力控制PQ線圖計(jì)算泵目標(biāo)吐出流量Q。并且，根據(jù)計(jì)算出的泵目標(biāo)吐出流量Q計(jì)算引擎轉(zhuǎn)速指令Ne。這樣，本發(fā)明中，考慮泵特性而計(jì)算引擎轉(zhuǎn)速指令Ne，因此能夠?qū)崿F(xiàn)與液壓式施工機(jī)械相同地運(yùn)行，并能夠抑制對操作員帶來不協(xié)調(diào)感。從轉(zhuǎn)速運(yùn)算塊40-2輸出的引擎轉(zhuǎn)速指令Ne被供給于對引擎11的驅(qū)動(dòng)進(jìn)行控制的引擎控制單元(ECM) 11A。弓丨擎控制單元(ECM) IlA對引擎11供給燃料，以便成為由供給的引擎轉(zhuǎn)速指令Ne顯示的轉(zhuǎn)速。并且，從轉(zhuǎn)速運(yùn)算塊40-2輸出的引擎轉(zhuǎn)速指令Ne也供給于輔助輸出運(yùn)算塊40-3。對輔助輸出運(yùn)算塊40-3也供給在液壓泵要求負(fù)載推斷塊40-1中求出的目標(biāo)吐出流量Q。圖5是表示在輔助輸出運(yùn)算塊40-3中進(jìn)行的處理的運(yùn)算算法的圖。輔助輸出運(yùn)算塊40-3中，目標(biāo)吐出流量Q乘以液壓泵吐出壓力Pi來求出液壓泵輸出(軸輸出側(cè))Wout。并且，通過以求出的液壓泵輸出(軸輸出側(cè))Wout除以泵總效率no來求出液壓負(fù)載要求輸出Pp。液壓負(fù)載要求輸出Pp相當(dāng)于液壓泵輸出(軸輸入側(cè))Win。并且，輔助輸出運(yùn)算塊40-3中，由從轉(zhuǎn)速運(yùn)算塊40-2供給的引擎轉(zhuǎn)速指令Ne求出引擎目標(biāo)輸出Pen2。并且，通過從如上述求出的液壓負(fù)載要求輸出Pp減去引擎目標(biāo)輸出Pen2求出引擎補(bǔ)償輔助量Pal。當(dāng)液壓負(fù)載要求輸出Pp大于引擎目標(biāo)輸出Pen2時(shí)，引擎補(bǔ)償輔助量Pal成為正值，其相當(dāng)于作為輔助馬達(dá)的電動(dòng)發(fā)電機(jī)12的輔助量。從輔助輸出運(yùn)算塊40-3輸出的引擎補(bǔ)償輔助量Pal被供給于輔助指令決定塊40-5。
其中，要求輔助輸出運(yùn)算塊40-4中，由回轉(zhuǎn)用電動(dòng)機(jī)21的電負(fù)載要求輸出Pel與蓄電系統(tǒng)120的蓄電器(電容器)的充電率(SOC)求出蓄電器補(bǔ)償輔助量Pa2。圖6是表不在要求輔助輸出運(yùn)算塊40-4中進(jìn)行的處理的運(yùn)算算法的圖。由蓄電系統(tǒng)120的蓄電器(電容器)的充電率(SOC)求出當(dāng)前蓄電器能夠輸出的蓄電器目標(biāo)輸出Pc。并且，通過從蓄電器目標(biāo)輸出Pc減去電負(fù)載要求輸出Pel來求出蓄電器補(bǔ)償輔助量Pa2。即，蓄電器補(bǔ)償輔助量Pa2為從當(dāng)前蓄電器能夠輸出的電力中減去作為電負(fù)載的回轉(zhuǎn)用電動(dòng)機(jī)12所需的電力而求出的電力，相當(dāng)于能夠?qū)ψ鳛檩o助馬達(dá)的電動(dòng)發(fā)電機(jī)12供給的最大電力。從輔助輸出運(yùn)算塊40-4輸出的蓄電器補(bǔ)償輔助量Pa2被供給于輔助指令決定塊40-5。如以上，輔助指令決定塊40-5中供給有引擎補(bǔ)償輔助量Pal與蓄電器補(bǔ)償輔助量Pa2。輔助指令決定塊40-5中選擇引擎補(bǔ)償輔助量Pal與蓄電器補(bǔ)償輔助量Pa2中較大的一方。被選擇的引擎補(bǔ)償輔助量Pal或者蓄電器補(bǔ)償輔助量Pa2作為朝向作為輔助馬達(dá)的電動(dòng)發(fā)電機(jī)12的輸出指令Pa輸出到電動(dòng)發(fā)電機(jī)12。另外，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)2為液壓驅(qū)動(dòng)而不是電動(dòng)驅(qū)動(dòng)時(shí)，不存在作為工作要素的電負(fù)載，電負(fù)載要求輸出Pel成為零。因此，要求輔助輸出運(yùn)算塊40-4中，由蓄電器的充電率SOC求出的蓄電器目標(biāo)輸出Pc直接作為蓄電器補(bǔ)償輔助量Pa2輸出。并且，進(jìn)行動(dòng)臂再生時(shí)，電負(fù)載要求輸出Pel中包含由動(dòng)臂再生用發(fā)電機(jī)發(fā)電的發(fā)電電力。如以上，根據(jù)基于本實(shí)施例的轉(zhuǎn)速可變控制算法，基于將液壓泵14的偏轉(zhuǎn)角比X設(shè)為最大值Xmax時(shí)的引擎轉(zhuǎn)速Nel決定引擎轉(zhuǎn)速指令Ne。因此，能夠在偏轉(zhuǎn)角比X較大的狀態(tài)下驅(qū)動(dòng)液壓泵14，并能夠維持液壓泵的效率較好的狀態(tài)。并且，通過這樣被決定的引擎轉(zhuǎn)速指令Ne與蓄電器的充電率SOC來決定作為輔助馬達(dá)的電動(dòng)發(fā)電機(jī)12的輔助量，因此電動(dòng)發(fā)電機(jī)12能夠適當(dāng)進(jìn)行引擎輔助。接著，對本發(fā)明的第2實(shí)施例進(jìn)行說明。圖7是基于本發(fā)明的第2實(shí)施例的轉(zhuǎn)速可變控制算法的控制功能塊圖。基于該轉(zhuǎn)速可變控制算法的控制通過控制器30進(jìn)行。圖7中，對與圖3所示的構(gòu)成部分相同的部分附加相同符號(hào)并省略其說明?；诒緦?shí)施例的轉(zhuǎn)速可變控制算法中，作為引擎11應(yīng)輸出的動(dòng)力求出要求引擎輸出Pen之后，選擇由要求引擎輸出Pen求出的引擎轉(zhuǎn)速Ne2與由目標(biāo)吐出流量Q求出的引擎轉(zhuǎn)速Ne I中任意較大的一方，并將已選擇的引擎轉(zhuǎn)速設(shè)定為引擎轉(zhuǎn)速指令Ne。因此，本實(shí)施例中，在液壓泵要求負(fù)載推斷塊40-1與轉(zhuǎn)速指令運(yùn)算塊40-2之間設(shè)置要求引擎輸出運(yùn)算塊40-6。圖8是表示在要求引擎輸出運(yùn)算塊40-6中進(jìn)行的處理的運(yùn)算算法的圖。圖8中還示出在輔助輸出運(yùn)算塊40-4中進(jìn)行的處理的運(yùn)算算法，但關(guān)于在輔助輸出運(yùn)算塊40-4中進(jìn)行的處理的運(yùn)算算法，與在上述的第I實(shí)施例中說明的內(nèi)容相同，所以省略其說明。要求引擎輸出運(yùn)算塊40-6中，從液壓泵要求負(fù)載推斷塊40-1供給的目標(biāo)吐出流量Q乘以液壓泵吐出壓力Pi來求出液壓泵輸出(軸輸出側(cè))Wout。并且，通過所求出的液壓泵輸出(軸輸出側(cè))Wout除以泵總效率ηΟ來求出液壓負(fù)載要求輸出Pp。液壓負(fù)載要求輸出Pp相當(dāng)于液壓泵輸出(軸輸入側(cè))Win。其中，從已求出的液壓負(fù)載要求輸出Pp減去由要求輔助輸出運(yùn)算塊4-4求出的蓄電器補(bǔ)償輔助量Pa2，作為要求引擎輸出Pen輸出到轉(zhuǎn)速指令運(yùn)算塊40-2中。能夠通過從液壓負(fù)載要求輸出Pp減去蓄電器補(bǔ)償輔助量Pa2來精確度較高地求出引擎11應(yīng)輸出的要求引擎輸出Pen。
轉(zhuǎn)速運(yùn)算塊40-2中的處理與上述第I實(shí)施例中的處理不同。本實(shí)施例中，要求引擎輸出Pen通過要求弓I擎輸出運(yùn)算塊40-6求出，因此，轉(zhuǎn)速運(yùn)算塊40_2中進(jìn)行由要求弓I擎輸出Pen決定引擎轉(zhuǎn)速指令Ne的處理。圖9是表示在第2實(shí)施例中的轉(zhuǎn)速運(yùn)算塊40-2中進(jìn)行的處理的運(yùn)算算法的圖。轉(zhuǎn)速運(yùn)算塊40-2中，與上述第I實(shí)施例相同地由目標(biāo)吐出流量Q求出引擎轉(zhuǎn)速指令Nel。已求出的引擎轉(zhuǎn)速指令Nel被供給于最大值選擇器。另一方面，根據(jù)引擎輸出與引擎最小轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，由從要求引擎輸出運(yùn)算塊40-6供給的要求引擎輸出Pen求出引擎轉(zhuǎn)速Pe2。即，為了輸出要求引擎輸出Pen所需的引擎的最小轉(zhuǎn)速成為引擎轉(zhuǎn)速Ne2。引擎轉(zhuǎn)速Ne2被供給于最大值選擇器。最大值選擇器選擇由目標(biāo)吐出流量Q求出的引擎轉(zhuǎn)速Nel與由要求引擎輸出Pen求出的引擎轉(zhuǎn)速Ne2中較大的一方。選擇由目標(biāo)吐出流量Q求出的引擎轉(zhuǎn)速Ne I與由要求引擎輸出Pen求出的引擎轉(zhuǎn)速Ne2中較大的一方的理由如下。S卩，由目標(biāo)吐出流量Q求出的引擎轉(zhuǎn)速Nel為將液壓泵14的偏轉(zhuǎn)角比X設(shè)為最大值(最大偏轉(zhuǎn)角比)Xmax時(shí)能夠獲得目標(biāo)吐出流量Q的引擎轉(zhuǎn)速，未考慮到引擎11的輸出特性。一定轉(zhuǎn)速時(shí)的最大輸出由引擎11的輸出特性決定。引擎11的要求輸出相當(dāng)于液壓泵14的吐出流量與吐出壓力之積，因此即使要求輸出相同，也成為壓力較低且流量較大的情況或壓力較高且流量較小的情況等各種條件。因此，在偏轉(zhuǎn)角比相同的條件下，壓力較低且流量較大時(shí)，用于獲得要求輸出的轉(zhuǎn)速變高。另一方面，壓力較高且流量較小時(shí)，用于獲得要求輸出的轉(zhuǎn)速變低。由要求引擎輸出Pen求出的引擎轉(zhuǎn)速Ne2為未考慮液壓泵14的偏轉(zhuǎn)角比X，僅能夠獲得引擎11所要求的輸出的轉(zhuǎn)速，成為引擎11為一定轉(zhuǎn)速時(shí)能夠釋放的最大輸出。因此，以最大偏轉(zhuǎn)角比Xmax為前提求出的引擎轉(zhuǎn)速Nel與由要求引擎輸出Pen求出的引擎轉(zhuǎn)速Ne2無法始終相同。由液壓泵14的吐出流量與吐出壓力的關(guān)系可知，以最大偏轉(zhuǎn)角比Xmax為前提求出的引擎轉(zhuǎn)速Nel低于由要求引擎輸出Pen求出的引擎轉(zhuǎn)速Ne2。此時(shí)，若將以最大偏轉(zhuǎn)角比Xmax為前提求出的引擎轉(zhuǎn)速Ne I設(shè)定為引擎轉(zhuǎn)速指令Ne，則弓丨擎轉(zhuǎn)速過低導(dǎo)致引擎11無法釋放要求引擎輸出Pen。因此,本實(shí)施例中,通過對以最大偏轉(zhuǎn)角比Xmax為前提求出的引擎轉(zhuǎn)速Nel與由引擎要求輸出Pen求出的引擎轉(zhuǎn)速Ne2進(jìn)行比較，采用較大的一方，以使在該轉(zhuǎn)速下引擎11必定釋放要求輸出。0051判斷如以上選擇的引擎轉(zhuǎn)速Nel或Ne2是否在引擎11的容許轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi)。被選擇的引擎轉(zhuǎn)速Nel或Ne2在容許轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)時(shí)，被選擇的引擎轉(zhuǎn)速Nel或Ne2直接作為引擎轉(zhuǎn)速指令Ne來輸出。被選擇的引擎轉(zhuǎn)速Nel或Ne2低于容許最小轉(zhuǎn)速時(shí)，容許最小轉(zhuǎn)速作為引擎轉(zhuǎn)速指令Ne被輸出。被選擇的引擎轉(zhuǎn)速Nel或Ne2高于容許最大轉(zhuǎn)速時(shí)，容許最大轉(zhuǎn)速作為引擎轉(zhuǎn)速指令Ne被輸出。從轉(zhuǎn)速運(yùn)算塊40-2輸出的引擎轉(zhuǎn)速指令Ne被供給于輔助輸出運(yùn)算塊40_3。輔助輸出運(yùn)算塊40-3中，與第I實(shí)施例相同，目標(biāo)吐出流量Q乘以液壓泵吐出壓力Pi來求出液壓泵輸出(軸輸出側(cè))Wout。并且，通過所求出的液壓泵輸出(軸輸出側(cè))Wout除以泵總效率Π O來求出液壓負(fù)載要求輸出Pp。液壓負(fù)載要求輸出Pp相當(dāng)于液壓泵輸出(軸輸入側(cè))Win。
并且，輔助輸出運(yùn)算塊40-3中，由從轉(zhuǎn)速運(yùn)算塊40-2供給的引擎轉(zhuǎn)速指令Ne來求出引擎目標(biāo)輸出Pen。并且，通過從如上述求出的液壓負(fù)載要求輸出Pp減去引擎目標(biāo)輸出Pen求出引擎補(bǔ)償輔助量Pal。當(dāng)液壓負(fù)載要求輸出Pp大于引擎目標(biāo)輸出Pen時(shí)，引擎補(bǔ)償輔助量Pal成為正值，其相當(dāng)于作為輔助馬達(dá)的電動(dòng)發(fā)電機(jī)12的輔助量。從輔助輸出運(yùn)算塊40-3輸出的引擎補(bǔ)償輔助量Pal被供給于輔助指令決定塊40-5。 其中，要求輔助輸出運(yùn)算塊40-4中，與上述第I實(shí)施例相同，由回轉(zhuǎn)用電動(dòng)機(jī)21的電負(fù)載要求輸出Pel與蓄電系統(tǒng)120的蓄電器(電容器)的充電率(SOC)求出蓄電器補(bǔ)償輔助量Pa2。從輔助輸出運(yùn)算塊40-4輸出的蓄電器補(bǔ)償輔助量Pa2被供給于輔助指令決定塊 40-5。如以上，輔助指令決定塊40-5中供給有引擎補(bǔ)償輔助量Pal與蓄電器補(bǔ)償輔助量Pa2。輔助指令決定塊40-5中選擇引擎補(bǔ)償輔助量Pal與蓄電器補(bǔ)償輔助量Pa2中較大的一方。被選擇的引擎補(bǔ)償輔助量Pal或蓄電器補(bǔ)償輔助量Pa2作為朝向作為輔助馬達(dá)的電動(dòng)發(fā)電機(jī)12的輸出指令Pa被輸出于電動(dòng)發(fā)電機(jī)12。另外，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)2為液壓驅(qū)動(dòng)而不是電動(dòng)驅(qū)動(dòng)時(shí)，不存在作為工作要件的電負(fù)載，電負(fù)載要求輸出Pel成為零。因此，要求輔助輸出運(yùn)算塊40-4中，由蓄電器的充電率SOC求出的蓄電器目標(biāo)輸出Pc直接作為蓄電器補(bǔ)償輔助量Pa2輸出。如以上，根據(jù)基于本實(shí)施例的轉(zhuǎn)速可變控制算法，基于將液壓泵14的偏轉(zhuǎn)角比X設(shè)為最大值Xmax時(shí)的引擎轉(zhuǎn)速Nel,決定引擎轉(zhuǎn)速指令Ne。因此,能夠以偏轉(zhuǎn)角比X較大的狀態(tài)驅(qū)動(dòng)液壓泵14，能夠維持液壓泵的效率較好的狀態(tài)。并且，通過這樣決定的引擎轉(zhuǎn)速指令Ne與蓄電器的充電率SOC來決定作為輔助馬達(dá)的電動(dòng)發(fā)電機(jī)12的輔助量，因此電動(dòng)發(fā)電機(jī)12能夠適當(dāng)進(jìn)行引擎輔助。并且，決定引擎轉(zhuǎn)速指令Ne時(shí)，由于考慮要求引擎輸出，因此能夠更適當(dāng)?shù)卦O(shè)定引擎轉(zhuǎn)速指令Ne。接著，對本發(fā)明的第3實(shí)施例進(jìn)行說明。基于本發(fā)明的第3實(shí)施例的轉(zhuǎn)速可變控制算法基本上與圖7所示的轉(zhuǎn)速可變控制算法相同，但轉(zhuǎn)速運(yùn)算塊40-2中的處理不同?；诒緦?shí)施例的轉(zhuǎn)速可變控制算法中，求出要求引擎輸出Pen作為引擎11應(yīng)輸出的動(dòng)力之后，選擇由要求引擎輸出Pen求出的引擎轉(zhuǎn)速Ne2與由目標(biāo)吐出流量Q求出的引擎轉(zhuǎn)速Nel中任意較大一方，并將選擇的引擎轉(zhuǎn)速設(shè)定為引擎轉(zhuǎn)速指令Ne。其與基于上述第2實(shí)施例的轉(zhuǎn)速可變控制算法的轉(zhuǎn)速運(yùn)算塊40-2中的處理相同，但本實(shí)施例中，由目標(biāo)吐出流量Q求出引擎轉(zhuǎn)速Nel時(shí)，考慮到液壓泵14的泵損失這一點(diǎn)不同。S卩，在上述第2實(shí)施例中，求出泵最大偏轉(zhuǎn)角比時(shí)的泵轉(zhuǎn)速Np時(shí)，使用最大偏轉(zhuǎn)角比時(shí)的容積Vmax,但容積Vmax為從設(shè)為最大偏轉(zhuǎn)角比Xmax時(shí)的活塞沖程長度獲得的理論值，實(shí)際上發(fā)生起因于工作油的壓縮性或泄漏等的損失。因此，設(shè)為最大偏轉(zhuǎn)角比Xmax時(shí)實(shí)際從缸體吐出的工作油的體積成為從理論容積Vmax中減去泵損失量的值。因此，本實(shí)施例中，通過將從理論容積Vmax中減去損失量的值用作泵容積V，通過考慮泵損失量來精確度較高地求出弓I擎轉(zhuǎn)速指令Ne I。圖10是表示在第3實(shí)施例中的轉(zhuǎn)速運(yùn)算塊40-2中進(jìn)行的處理的運(yùn)算算法的圖。轉(zhuǎn)速運(yùn)算塊40-2中，與上述第2實(shí)施例相同，選擇由目標(biāo)吐出流量Q求出的引擎轉(zhuǎn)速指令Nel與由要求引擎輸出Pen求出的引擎轉(zhuǎn)速Ne2中較大的一方而作為引擎轉(zhuǎn)速Ne來輸出。但是，由目標(biāo)吐出流量Q求出引擎轉(zhuǎn)速指令Nel時(shí),通過泵損失特性運(yùn)算(V=Vmax-W (X=l>P))求出減去泵損失量的泵容積V，通過目標(biāo)吐出流量Q除以已求出的泵容積V，計(jì)算泵最大偏轉(zhuǎn)角比時(shí)的轉(zhuǎn)速Np。由于泵損失依賴于吐出壓力Pi與偏轉(zhuǎn)角比X (即，活塞沖程長度)，因此，作為吐出壓力Pi與偏轉(zhuǎn)角比X的函數(shù)來求出。其中，偏轉(zhuǎn)角比X為變數(shù)，但固定成最大偏轉(zhuǎn)角比Xmax=I。最大偏轉(zhuǎn)角比時(shí)活塞沖程長度最大，依賴于活塞沖程長度的損失量也成為最大，所以估算最大損失量來計(jì)算損失。上述泵損失特性運(yùn)算(V=Vmax-W (X=1、P))中，W為泵損失，X=I相當(dāng)于最大偏轉(zhuǎn)角比Vmax, P相當(dāng)于吐出壓力Pi。如以上，根據(jù)基于本實(shí)施例的轉(zhuǎn)速可變控制算法，將液壓泵14的偏轉(zhuǎn)角比X設(shè)為最大值Xmax,且根據(jù)考慮泵損失時(shí)的引擎轉(zhuǎn)速Nel決定引擎轉(zhuǎn)速指令Ne。因此,能夠以偏轉(zhuǎn)角比X較大的狀態(tài)驅(qū)動(dòng)液壓泵14，并能夠維持液壓泵高效地運(yùn)行的狀態(tài)。并且，由于由如上決定的引擎轉(zhuǎn)速指令Ne與蓄電器的充電率SOC決定作為輔助馬達(dá)的電動(dòng)發(fā)電機(jī)12的輔助量，因此，電動(dòng)發(fā)電機(jī)12能夠適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行引擎輔助。并且，由于決定引擎轉(zhuǎn)速指令Ne時(shí)，考慮要求引擎輸出，因此能夠更適當(dāng)?shù)卦O(shè)定引擎轉(zhuǎn)速指令Ne。另外，上述實(shí)施例中回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)2為電動(dòng)式，但回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)2有時(shí)為液壓驅(qū)動(dòng)而不是電動(dòng)驅(qū)動(dòng)。圖11是表示將圖2所示的混合式液壓挖土機(jī)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)為液壓驅(qū)動(dòng)式時(shí)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的塊圖。圖11所示的混合式液壓挖土機(jī)中，回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)2A代替回轉(zhuǎn)用電動(dòng)機(jī)21連接于控制閥17，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)2通過回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)2A驅(qū)動(dòng)。即使為這種混合式液壓挖土機(jī)，如上述，通過將在要求輔助輸出運(yùn)算塊40-4中由蓄電器的充電率SOC求出的蓄電器目標(biāo)輸出Pc直接作為蓄電器補(bǔ)償輔助量Pa2輸出，從而能夠通過上述轉(zhuǎn)速可變控制算法控制引擎轉(zhuǎn)速及電動(dòng)發(fā)電機(jī)(輔助馬達(dá))的輔助量。本發(fā)明不限定于具體公開的上述實(shí)施例，在不脫離本發(fā)明的范圍內(nèi)，可構(gòu)成各種變形例及改良例。本申請基于2010年10月6日申請的日本專利申請第2010-226912號(hào)，其全部內(nèi)容援用于本申請中。產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明能夠適用于用引擎的輸出來驅(qū)動(dòng)流量可變式液壓泵的混合式工作機(jī)械中。符號(hào)的說明:1-下部行駛體，1A、IB-行駛機(jī)構(gòu)，2-回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，2A-回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)，3_上部回轉(zhuǎn)體，4-動(dòng)臂，5-斗桿，6-起重磁鐵，7-動(dòng)臂缸，7A-液壓配管，8-斗桿缸，9-鏟斗缸，10-駕駛室，11-引擎，12-電動(dòng)發(fā)電機(jī)，13-變速器，14-主泵，15-先導(dǎo)泵，16-高壓液壓管路，17-控制閥，18、18A、18B.20-逆變器，19-蓄電池，21-回轉(zhuǎn)用電動(dòng)機(jī)，22-分解器，23-機(jī)械制動(dòng)器，24-回轉(zhuǎn)減速機(jī)，25-先導(dǎo)管路，26-操作裝置，26A、26B-操縱桿，26C-踏板，27-液壓管路，28-液壓管路，29-壓力傳感器，30-控制器，40-1-液壓泵要求負(fù)載推斷塊，40-2-轉(zhuǎn)速運(yùn)算塊，40-3-輔助輸出運(yùn)算塊，40-4-要求輔助輸出運(yùn)算塊，40-5-輔助指令決定塊，40-6-要求引擎輸出運(yùn)算塊，120-蓄電系統(tǒng)，300-發(fā)電機(jī)，310-液壓馬達(dá)。
權(quán)利要求
1.一種混合式工作機(jī)械，其特征在于，具有: 引擎； 電動(dòng)發(fā)電機(jī)，連結(jié)于該引擎； 可變?nèi)萘渴揭簤罕?，通過所述引擎的輸出而旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng) '及 控制部，控制所述引擎的轉(zhuǎn)速及所述可變?nèi)萘渴揭簤罕茫? 所述控制部根據(jù)液壓負(fù)載對所述引擎進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制。
2.如權(quán)利要求1所述的混合式工作機(jī)械，其特征在于， 所述控制部根據(jù)所述液壓負(fù)載求出所述可變?nèi)萘渴揭簤罕玫哪繕?biāo)轉(zhuǎn)速， 使用該目標(biāo)轉(zhuǎn)速對所述弓I擎進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制。
3.如權(quán)利要求1所述的混合式工作機(jī)械，其特征在于， 所述控制部根據(jù)所述液壓負(fù)載求出所述可變?nèi)萘渴揭簤罕玫哪繕?biāo)轉(zhuǎn)速， 根據(jù)該目標(biāo)轉(zhuǎn)速求出所述引擎的目標(biāo)輸出， 對所述引擎進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制，并且由所述引擎的輸出與所述液壓負(fù)載求出所述電動(dòng)發(fā)電機(jī)的輸出。
4.如權(quán)利要求2或3所述的混合式工作機(jī)械，其特征在于， 所述控制部在所述可變?nèi)萘渴揭簤罕玫牡钠D(zhuǎn)角比變成最大的條件下，以所述可變?nèi)萘渴揭簤罕玫耐鲁隽髁砍蔀樗瞿繕?biāo)流量的方式計(jì)算所述目標(biāo)轉(zhuǎn)速。
5.如權(quán)利要求4所述的混合式工作機(jī)械，其特征在于， 所述控制部對所述可變?nèi)萘渴揭簤罕玫乃瞿繕?biāo)轉(zhuǎn)速及由要求引擎輸出求出的所述可變?nèi)萘渴揭簤罕玫淖钚∞D(zhuǎn)速進(jìn)行比較，并利用其中任意較大的一方進(jìn)行引擎控制。
6.如權(quán)利要求5所述的混合式工作機(jī)械，其中， 所述要求引擎輸出由所述液壓負(fù)載與電負(fù)載計(jì)算。
7.如權(quán)利要求2或3所述的混合式工作機(jī)械，其特征在于， 所述控制部根據(jù)所述可變?nèi)萘渴揭簤罕玫淖畲笕莘e，以所述可變?nèi)萘渴揭簤罕玫耐鲁隽髁砍蔀樗瞿繕?biāo)流量的方式計(jì)算所述目標(biāo)轉(zhuǎn)速。
8.如權(quán)利要求7所述的混合式工作機(jī)械，其特征在于， 所述控制部對所述可變?nèi)萘渴揭簤罕玫乃瞿繕?biāo)轉(zhuǎn)速及由要求引擎輸出求出的所述可變?nèi)萘渴揭簤罕玫淖钚∞D(zhuǎn)速進(jìn)行比較，并利用其中任意較大的一方進(jìn)行引擎控制。
9.如權(quán)利要求8所述的混合式工作機(jī)械，其中， 所述要求引擎輸出由所述液壓負(fù)載與電負(fù)載計(jì)算。
10.如權(quán)利要求2或3所述的混合式工作機(jī)械，其特征在于， 所述目標(biāo)轉(zhuǎn)速中包括當(dāng)泵進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生的損失。
11.如權(quán)利要求1所述的混合式工作機(jī)械，其特征在于， 所述控制部由所述引擎的輸出與所述液壓負(fù)載計(jì)算所述電動(dòng)發(fā)電機(jī)的引擎補(bǔ)償輔助輸出， 由電負(fù)載計(jì)算所述電動(dòng)發(fā)電機(jī)的蓄電器補(bǔ)償輔助輸出， 根據(jù)所述引擎補(bǔ)償輔助輸出與所述電補(bǔ)償輔助輸出中較大的一方控制所述電動(dòng)發(fā)電機(jī)。
12.如權(quán)利要求1所述的混合式工作機(jī)械，其特征在于，所述液壓負(fù) 載通過推斷運(yùn)算而求出。
全文摘要
本發(fā)明提供一種混合式工作機(jī)械，其包括引擎(11)；電動(dòng)發(fā)電機(jī)(12)，連結(jié)于引擎(11)；可變?nèi)萘渴揭簤罕?14)，通過引擎(11)的輸出而旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)；及控制部(30)，控制引擎(11)的轉(zhuǎn)速及可變?nèi)萘渴揭簤罕?14)?？刂撇?30)根據(jù)液壓負(fù)載對引擎(11)進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制。
文檔編號(hào)E02F9/22GK103119226SQ20118004565
公開日2013年5月22日 申請日期2011年10月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月6日
發(fā)明者川島宏治 申請人:住友重機(jī)械工業(yè)株式會(huì)社