CN101825025B - 混合动力作业机械 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种混合动力作业机械，其发动机最大输出被设定为平均动力，在通常时泵最大输入被设定成比发动机最大输出大，其构成为，当因成为其前提的电池的充电量降低而丧失了由动力机的电动机作用实现的辅助能力的紧急时，使泵最小流量降低至通常时控制下的泵最小流量、即备用流量以下，将泵最大输入的设定值变更成泵最大输入比发动机最大输出小。

Description

混合动力作业机械
技术领域
本发明涉及并用发动机动力和电力的混合动力式作业机械。
背景技术
在混合动力式作业机械(例如挖掘机)中，驱动液压致动器的液压泵、和发挥发电机作用与电动机作用的动力机(通常为发电机兼电动机)与发动机连接。而且，通过动力机的发电机作用使蓄电装置被充电，并且利用从该蓄电装置放出的电力驱动动力机，发挥电动机作用，并通过该电动机作用来辅助液压泵的驱动(参照特开2001-12274号公报)。
在全液压式的挖掘机(以下称为通常挖掘机)中，为了不使发动机过负荷，液压泵的最大输入被设定为发动机的最大输出以下。即，泵最大输入＜发动机最大输出。
与之相对，在如上所述那样对发动机动力加上了动力机的辅助动力的混合动力机械中，考虑到上述辅助成分，发动机的最大输出被设定为比通常挖掘机的最大输出低的值(通常为平均动力。下面在该情况下进行说明)。即，泵最大输入＞发动机最大输出。
其中，泵输入由负载压力×泵流量决定，在混合动力式作业机械中，由发动机输出和动力机辅助输出分担。
另一方面，对于泵流量的控制而言，在通常挖掘机中采用了下述构成，即：并用如图6所示那样，根据对液压致动器进行操作的操作机构的操作量(以下有时称为杆操作量)来控制泵流量的方式(流量控制)；和如图7所示那样，根据负载压力(泵压力)控制流量的方式(马力控制。参照特开昭59-23090号公报)，选择通过两种控制而计算出的流量中的低位侧，将该选择的流量指示给泵的调节器。图8表示该调节器指示与泵流量的关系。
在上述流量控制中，当杆中立时为备用(standby)流量(考虑开始动作的系统响应性而决定)，当杆满操作时成为最大流量。
与之相对，在上述马力控制中，当控制开始压(图7中A的压力区间)时为最大流量，当减压时为最小流量。
因此，在上述压力区间A中，指示了基于与杆操作量对应的流量控制的泵流量，在超过该区间A的负载压力范围中，指示了基于马力控制的泵流量。
这里，一般设定为流量控制的备用流量＜马力控制的最小流量。因此，系统的最小流量为备用流量，该最小流量被设定成不会降低至备用流量以下。
以以上为前提，混合动力作业机械中产生了如下的问题。
在混合动力作业机械中构成为，如上所述那样将发动机最大输出设定得较低(平均动力)，通过由蓄电装置驱动的动力机的电动机作用来补偿不足量，设定成泵最大输入＞发动机最大输出。
因此，如果持续高负载(平均动力以上的负载)的状态，则蓄电装置的充电量减少，若超过界限，则会失去动力机带来的辅助作用。
当发生这样的情况时，为了防止过负荷的发生，需要进行使泵输入降低的控制，但仅在流量控制·马力控制的状态下，无法使泵最小流量降低到备用流量以下。因此，不能够将泵输入减少到避免过负荷的程度。
从而，存在陷入蓄电装置的过放电(频繁的充放电引起的蓄电装置的劣化)或发动机过负荷引起的发动机停止(engine stop)这一问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种当充电量降低至设定值(丧失辅助能力的界限值)以下时，可以变更控制内容，而防止蓄电装置的过放电或发动机停止的混合动力作业机械的动力源装置。
本发明的混合动力作业机械构成为，驱动液压致动器的液压泵、和发挥发电机作用及电动机作用的动力机与发动机连接，通过上述动力机的发电机作用使蓄电装置被充电，并且利用从该蓄电装置放出的电力驱动上述动力机，使上述动力机发挥电动机作用，从而通过该电动机作用来辅助液压泵的驱动，具备：根据对上述液压致动器进行操作的操作机构的操作量或液压泵的负载压力，指示泵流量的泵流量指示机构；和根据来自该泵流量指示机构的流量指示，对上述液压泵的流量进行控制的调节器；具备上述液压泵的最大输入的设定值被设定为比发动机最大输出大的值的混合动力作业机械的动力源装置。进而，设置有对上述蓄电装置的充电量进行检测的充电量检测机构；和根据检测出的充电量，对来自上述流量指示机构的指示流量进行修正的修正机构；该修正机构在检测出的充电量为设定值以下这一紧急状态时，通过使泵最小流量降低到比上述充电量超过设定值的通常时更低的流量，来将上述泵最大输入的设定值变更为发动机最大输出以下。
根据本发明，在泵最大输入＞发动机最大输出的混合动力式作业机械中，由于做成下述构成，当因成为其前提的蓄电装置的充电量降低而丧失了动力机的发动机作用所实现的辅助能力(或者有可能丧失)的紧急时刻，通过使泵最小流量比通常时降低，将泵最大输入的设定值变更为“泵最大输入＜发动机最大输出”，所以，能够可靠地防止蓄电装置的过放电或发动机过负载引起的发动机停止。
此外，本件发明在上述构成中，优选上述泵流量指示机构被构造成：
(A)指示从根据上述操作量控制泵流量的流量控制和根据上述负载压力控制泵流量的马力控制所产生的泵流量中选择的低位泵流量；
(B)作为上述流量控制中的最小流量，指示比上述马力控制所产生的最小流量少的备用流量；
(C)在上述紧急时，将泵最小流量设定为比上述备用流量少的流量。
该情况下，在通过与操作量对应的流量控制和马力控制所产生的泵流量的低位选择，进行流量控制的混合动力式作业机械中，通过将紧急时的泵最小流量设定为比通常时的最小流量、即备用流量更小的流量，使泵最大输入的设定值小于发动机最大输出。因此，对于通过上述两种控制的低位选择来决定泵流量的现有机械，能够在不改变基本的控制方式的情况下，仅通过改变控制内容而容易地应用。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式涉及的动力装置的整体构成的框图。
图2是表示该装置的控制器的构成内容的框图。
图3是用于对该装置的作用进行说明的流程图。
图4是表示该装置中的调节器指示与泵流量的关系的曲线图。
图5是表示该装置中的负载压力(泵压力)与泵流量的关系的曲线图。
图6是表示通常挖掘机的流量控制中的操作量与泵流量的关系的曲线图。
图7是表示通常挖掘机的马力控制中的负载压力与泵流量的关系的曲线图。
图8是表示通常挖掘机的流量/马力两种控制的低位选择带来的调节器指示与泵流量的关系的曲线图。
具体实施方式
利用图1～图5，对本发明的实施方式进行说明。
在实施方式中，例示了使用电池(锂离子蓄电器等二次电池)作为蓄电装置的情况。
图1表示了系统整体的块构成。
在该图中，发动机1上连接着发挥发电机作用和电动机作用的动力机(通常为发电机兼电动机。也可以使用发电机与电动机独立设置的装置)2和液压泵3。
另外，在混合动力作业机械中，作为对液压泵3供给动力的方式，有所谓的并联方式和串联方式，本发明可以在两种方式的任意一个中应用。
液压泵3构成为通过由控制器4控制的调节器5使倾转变化，让吐出流量发生变化的可变容量泵，来自该液压泵3的压力油经由控制阀6，被提供给多个液压致动器(例如在挖掘机中，是动臂、斗杆、铲斗各压力缸和行进用液压马达等)。
另外，虽然控制阀6按每个致动器设置，但在附图中表示为多个控制阀的集合体。
而且，调节器5可以使用根据来自控制器4的电信号而直接动作的结构，也可以使用通过来自控制器4的信号使电磁阀动作，利用来自该电磁阀的液压来进行调节器动作的结构。
7是作为操作机构的遥控阀，通过与该遥控阀7的操作量(以下有时称为杆操作量)对应的先导压力使控制阀6动作，来控制针对液压致动器的压力油的给排(液压致动器的动作方向和速度)。
动力机2借助作为动力机控制机构的变换器8与电池9连接。
变换器8控制动力机2的发电机作用与电动机作用的切换、作为发电机、电动机的电流或转矩，并且根据发电机输出来控制电池9的充电·放电。
控制器4被输入以下的信息。
i.电池9的充电量。该充电量可以通过累计由未图示的电流传感器检测到的电池电流，进而考虑电池电压、和电池温度特性而求出。
ii.遥控阀7的操作量(杆操作量)。可通过由先导压力传感器10检测遥控阀7的先导压力而求出。
iii.由泵压力传感器11检测到的负载压力(泵压力)。
图2表示了该控制器4的构成内容。
在控制器4中设置有：为了流量控制而根据杆操作量计算出泵流量的第一泵流量运算机构12；为了马力控制而根据负载压力计算出泵流量的第二泵流量运算机构13；选择由这两个运算机构12、13求出的流量中的低位，来指示泵流量的泵流量指示机构14；如前所述那样针对电池电流的累计值考虑电池电压等，求出电池充电量的充电量检测机构15；和被输入来自充电量检测机构15的电池充电量、与来自泵流量指示机构14的指示流量的修正机构16。
修正机构16根据电池充电量是作为由动力机2的电动机作用能够进行辅助力的下限值的设定值以上还是以下，来决定泵最大输入的设定值。
一并使用图3的流程图，对其进行说明。
在起动的同时，检测电池充电量，判断该充电量是否为设定值以下(是否不能辅助)(步骤S1)。
这里，在否的情况、即充电量超过了设定值的情况下，作为通常时控制，分别进行与辅助能力(充电量)对应的最大泵输入的设定值的计算(步骤S3)、以及与利用马力控制的泵负载压力对应的泵流量的计算(步骤S4)，然后向图1的调节器5指示该泵流量(倾转)(步骤S5)。
与之相对，在步骤S2中为是(充电量为设定值以下)的情况下，作为丧失了动力机2的辅助作用时的紧急时控制，将最大泵输入的设定值变更为发动机最大输出以下，在步骤S5中基于该紧急时的最大泵输入的设定值，输出针对调节器5的流量指示。
图4表示了针对该调节器5的流量指示(调节器指示)与泵流量的关系，在通常时控制下，备用流量成为系统的最小流量，而在紧急时控制下，将小于备用流量的流量设定为系统的最小流量。
由此，能够将紧急时的泵最大输入的设定值设定为发动机最大输出以下。
图5表示了通常时控制与紧急时控制下的泵压力与泵流量的关系，在与以往的机器同样的通常时控制中，泵最大输入的设定值如双点划线所示那样，总是为发动机最大输出以上(以备用流量为界限)。
与之相对，在紧急时控制中，由于最小流量降低至备用流量以下，所以，可以使由(泵最小流量×最大负载压力)决定的泵最大输入的设定值降低至发动机最大输出以下。
因此，在因电池的充电量降低而丧失了由动力机的电动机作用实现的辅助能力(或者有可能丧失)的紧急时，接受该紧急状况，采用了将泵最大输入的设定值变更成“泵最大输入＜发动机最大输出”的构成。从而，能够可靠地防止蓄电装置的过放电或发动机过负荷引起的发动机停止。
根据该装置，通过灵活运用如上所述那样能够使泵最小流量降低至备用流量以下这一点，可以实现下述那样的控制。
(x)当减压状态继续了一定时间时，将液压泵最大输入设定为最小，来实现能量的节省。
(y)当在作业待机时等降低发动机转速的所谓减速(デセル)状态持续了一定时间时，使泵最小流量降低至备用流量以下，来实现能量的节省。
(z)在冬季等低温起动时，使泵最小流量为备用流量以下，来减少发动机负载，从而使得起动变得容易。
虽然参照附图和优选实施方式对本发明进行了描述，但应该注意到在这里可以在不脱离权利要求记载的发明的范围内采用等同物并进行替换。

Claims (2)

1.一种混合动力作业机械，其特征在于，具有下述部件：
发动机；
与上述发动机连接的驱动液压致动器的液压泵；
与上述发动机连接的发挥发电机作用与电动机作用的动力机；
通过上述动力机的发电机作用被充电的蓄电装置，利用从上述蓄电装置放出的电力驱动上述动力机，使上述动力机发挥电动机作用，从而通过该电动机作用来辅助液压泵的驱动；
根据对上述液压致动器进行操作的操作机构的操作量或液压泵的负载压力，指示泵流量的泵流量指示机构；
基于来自上述泵流量指示机构的流量指示，对上述液压泵的流量进行控制的调节器；和
上述液压泵的最大输入的设定值被设定为比发动机最大输出大的值的上述混合动力作业机械的动力源装置；
进而，上述动力源装置具有下述部件：对上述蓄电装置的充电量进行检测的充电量检测机构；和根据检测出的充电量，对来自上述流量指示机构的指示流量进行修正的修正机构；
进而，该修正机构在检测出的充电量为设定值以下这一紧急状态时，通过使泵最小流量降低到比上述充电量超过设定值的通常时更低的流量，来将上述泵最大输入的设定值变更为发动机最大输出以下。
2.根据权利要求1所述的混合动力作业机械，其特征在于，
上述泵流量指示机构被构造成：
(A)指示从根据上述操作量控制泵流量的流量控制和根据上述负载压力控制泵流量的马力控制所产生的泵流量中选择的低位泵流量；
(B)作为上述流量控制中的最小流量，指示比上述马力控制所产生的最小流量少的备用流量；
(C)在上述紧急时，将泵最小流量设定为比上述备用流量少的流量。
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