CN102803687A - 混合式施工机械及混合式施工机械的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种混合式施工机械及混合式施工机械的控制方法。本发明的混合式施工机械具有：控制器(42)，控制引擎(30)的转速；液压泵(21)，通过引擎(30)驱动；电动发电机(34)，辅助引擎(30)；及液压回路，将从液压泵(21)吐出的工作油供给至液压负载。若判断为液压回路处于剩余输出状态，则控制器(42)使引擎(30)的转速降低至低于通常转速的低转速，且在降低该转速的期间，使电动发电机(34)进行发电。

Description

混合式施工机械及混合式施工机械的控制方法

技术领域

本发明涉及一种由引擎驱动液压泵来驱动液压负载的混合式施工机械。

背景技术

混合式施工机械一般由引擎(内燃机)的输出驱动液压泵，并通过所产生的液压进行工作。并且，通过由电动马达辅助引擎来高效地运行引擎。电动马达主要通过来自电池的电力驱动。电池为充放电式，辅助引擎时进行放电，并将电力供给至电动马达。另一方面，在不辅助引擎时，通过来自由引擎驱动的发电机的电力或来自液压负载的再生电力进行充电。由此，能够使电池始终维持被充电一定程度的状态而辅助电动马达。

这样在混合式施工机械中，由于能够由电动马达辅助引擎，因此能够减小引擎的最大输出来设为小型引擎。当对液压泵要求大于引擎的最大输出的输出时，能够用电动马达辅助来满足其要求。

混合式施工机械中，大多利用可变容量式液压泵，以便能够使按液压负载的要求产生的液压发生变化(例如，参照专利文献1)。

以往技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平10-103112号公报

发明的概要

发明所要解决的课题

利用可变容量式液压泵的液压驱动系统中，当液压负载不要求液压或为轻负载时，大多进行降低可变容量式液压泵的偏转角来降低泵吐出流量的负控制(称为负控控制)。混合式施工机械的液压驱动系统中，始终以恒定旋转驱动引擎，即使在无需向液压负载供给液压时，液压泵也始终被驱动。

因此，在无需向液压负载供给液压时，从液压泵吐出的工作油不会被供给至液压负载而是立即返回到罐内。这时从液压泵吐出的工作油的流量较少为佳，通过进行上述负控控制而降下可变容量式液压泵的偏转角来降低泵吐出流量，而抑制液压泵白白消耗的能量。

这样，即使由负控控制降下偏转角来降低泵吐出流量，液压泵也以与引擎的恒定转速成比例的转速驱动，因此液压泵依然白白消耗能量。

并且，当将由引擎驱动液压泵而产生的液压供给至液压负载来进行工作时，一般始终以恒定速度驱动着引擎。当驱动液压缸等液压负载时，为了产生液压负载要求的液压，而增大引擎转矩来驱动液压泵，并将液压从液压泵供给至液压负载。这时，若来自液压泵的液压过于上升，则有液压配管等破裂的顾虑。因此，设定液压的上限值(释放压)，若液压超出上限值则使从液压泵吐出的工作油立即返回到罐内，这样的释放功能设定在液压回路上。具体而言，通过在液压泵的吐出口与液压控制阀之间设置释放阀，将从液压泵吐出的高压工作油控制成通过释放阀返回到罐内。

例如当向作为液压负载的液压缸供给高压工作油来进行工作时，即使在较大的负载施加于液压缸而液压缸无法动作的情况下，液压泵继续吐出工作油，因此液压配管内的液压急剧上升。这时，若液压超出上限值，则释放阀进行工作而控制成使从液压泵吐出的高压工作油立即返回到罐内以免液压配管内的压力异常上升。

如以上，即使在释放功能发挥作用时，引擎仍以恒定速度驱动液压泵，因此从液压泵继续吐出高压工作油。释放功能发挥作用而从释放阀返回到罐内的工作油不做任何工作，因此液压泵徒劳地加压并继续吐出工作油，导致不必要地消耗能量。

用于解决课题的手段

根据本发明的一实施方式，提供一种混合式施工机械，其具有：控制器，控制引擎的转速；液压泵，通过该引擎驱动；电动发电机，辅助该引擎；及液压回路，将从该液压泵吐出的工作油供给至液压负载，其特征在于，若判断为该液压回路处于剩余输出状态，则该控制器使该引擎的转速降低至低于通常转速的低转速，且在降低该转速的期间，使该电动发电机进行发电。

上述混合式施工机械优选进一步具有：第1压力传感器，检测从该液压泵吐出的工作油的压力；控制阀，设置于该液压回路中，控制向该液压负载的工作油的流动；负控节流器，设置于该控制阀与罐之间；及第2压力传感器，设置于该控制阀与该负控节流器之间，检测负控压，其中，该控制器比较由该第1压力传感器的检测值求出的该液压泵的第1吐出量和由该第2压力传感器的检测值求出的该液压泵的第2吐出量，按照比较结果使该引擎的转速降低至低于通常转速的低转速，且在降低该转速的期间，使该电动发电机进行发电。

并且，上述混合式施工机械也可如下：其进一步具有当该液压回路内的压力超出预先设定的压力时，使从该液压泵吐出的工作油返回到罐内的释放阀，其中，当工作油通过该释放阀返回到罐内时，该控制器使该引擎的转速降低至低于通常转速的低转速，且在降低该转速的期间，可使该电动发电机进行发电。并且，上述混合式施工机械也可如下：其进一步具有检测表示该液压回路内的压力的值的检测构件，根据该检测构件的检测值增减该引擎的转速。另外，也可如下：该检测构件包含检测从该释放阀返回到罐内的工作油的流量的流量仪，根据该流量仪的检测值使该引擎的转速发生变化。

在上述混合式施工机械中，当增大该引擎的转速时，该控制器可使该电动发电机进行电动运行。并且，当将该电动发电机的转速维持成恒定时，该控制器也可转矩控制该电动发电机。另外，当增减该电动发电机的转速时，该控制器也可转速控制该电动发电机。并且，该控制器也可对液压负载的工作状态判断为该液压回路处于剩余输出状态。

根据本发明的其他实施方式，提供一种混合式施工机械的控制方法，所述混合式施工机械具有：液压泵，通过引擎驱动；电动发电机，辅助该引擎；及液压回路，将从该液压泵吐出的工作油供给至液压负载，其特征在于，判断该液压回路是否处于剩余输出状态，若判断为该液压回路处于剩余输出状态，则通过使该电动发电机进行发电运行，使该引擎的转速降低至低于通常转速的低转速。

在上述混合式施工机械的控制方法中，优选当增大该引擎的转速时，使该电动发电机进行电动运行。并且，当将该电动发电机的转速维持成恒定时，可转矩控制该电动发电机。另外，当增减该电动发电机的转速时，可转速控制该电动发电机。并且，可对液压负载的工作状态判断为该液压回路处于剩余输出状态。

发明效果：

根据上述发明，若液压回路例如呈如执行负控控制的状态或液压回路的释放阀开启的状态之类的剩余输出状态，则通过降低引擎的转速降低液压泵的工作油吐出量。由此，降低从液压泵供给至液压回路的工作油的量来抑制不需要的能量消耗。若不是剩余输出状态，则引擎的转速增大而恢复到通常模式转速，由此液压泵能够始终供给液压。这时，通过电动发电机的转速控制进行引擎转速的增减，因此与仅由引擎的转速控制进行时相比，能够更迅速增减引擎的转速。

附图说明

图1是混合式液压铲土机的侧视图。

图2是混合式液压铲土机的驱动系统的块图。

图3是混合式液压铲土机的液压回路图。

图4是不进行负控控制时降低引擎的转速的基于本发明的第1实施方式的控制的流程图。

图5是表示进行图4所示的控制时的引擎的转速的曲线图。

图6是表示负控控制的判定方法的功能块图。

图7是用于说明挖掘或装入动作的图。

图8是表示挖掘或装入工作中的液压回路的输入输出能量的变化的曲线图。

图9是进行负控控制时降低引擎的转速的基于本发明的第2实施方式的控制的流程图。

图10是表示基于本发明的第3实施方式的混合式液压铲土机的驱动系统的结构的块图。

图11是释放阀开启时降低引擎的转速的控制的流程图。

图12是表示进行图11所示的控制时的引擎的转速的曲线图。

图13是表示基于本发明的第4实施方式的混合式液压铲土机的驱动系统的结构的曲线图。

图14是释放阀开启时降低引擎的转速的控制的流程图。

图15是表示利用回转液压马达作为回转机构的动力源时的混合式液压铲土机的驱动系统的结构的块图。

具体实施方式

参照附图对本发明的实施方式进行说明。

首先，作为本发明所适用的混合式施工机械的一例，对混合式液压铲土机简单地进行说明。图1是混合式液压铲土机的侧视图。另外，本发明所适用的混合式施工机械不限定于液压铲土机。

在动力铲土机的下部行走体1上通过回转机构2搭载有上部回转体3。动臂4从上部回转体3延伸，斗杆5连接于动臂4的前端。铲斗6连接于斗杆5的前端。动臂4、斗杆5及铲斗6通过动臂缸7、斗杆缸8及铲斗缸9分别被液压驱动。上部回转体3上搭载驾驶室10及动力源(未图示)。

图2是基于本发明的第1实施方式的混合式液压铲土机的驱动系统的块图。由内燃机构成的引擎30与电动发电机34被连接于作为动力分配机的分离器32。可变容量式液压泵21连接于分离器32，通过来自分离器32的输出被驱动而吐出高压工作油。

从液压泵21吐出的工作油被送至包含切换阀的控制阀22，且从控制阀22供给至液压缸或液压马达等液压负载。液压泵21上连接有用于检测并控制液压输出的先导或齿轮泵21A。

电动发电机34通过逆变器(INV)36连接于包含蓄电器(电池)的蓄电部38。电动发电机34从蓄电部38接受电力的供给而被驱动，并作为电动机发挥作用来辅助引擎30。并且，电动发电机34通过分离器32接受引擎的动力，由此作为发电机发挥作用来充电蓄电部38。电动马达或电动驱动器等电负载通过逆变器(INV)40连接于蓄电部38，并从蓄电部38接受电力的供给而工作。

在图2所示的系统中，引擎30、电动发电机34及液压泵21的工作通过控制器42被控制。尤其，控制器42精确地计算液压泵21的输出(即，相当于液压负载)来控制电动发电机34的输出(辅助量)。由此，将引擎30的输出始终维持成适当的值，并控制成引擎的工作不会变得异常。

在此，对图3所示的混合式液压铲土机的液压控制电路的结构进行说明。通过由图2所示的引擎30、电动发电机34、分离器32构成的引擎马达20所驱动的可变容量式液压泵(以下，简称为液压泵)21的油路中，分别连接有切换阀22a、22b、22c。通过该切换阀22a、22b、22c的切换，工作油供给至未图示的动臂、斗杆或行走部的各缸部，并执行各液压负载中的工作。并且，在切换阀22a的上游侧的油路中，连接有泵吐出压传感器23。泵吐出压传感器23检测液压泵21的吐出压。并且，切换阀22c的下游侧的油路通过负控制节流阀(以下称为负控节流阀)24连接于罐25。

可变容量式液压泵21例如为可变斜板式液压泵，能够通过变更斜板21a的角度(偏转角)来变更泵输出。具体而言，若泵吐出压传感器23中的吐出压力P大于预定值，则工作油通过油路L1供给至调整器27，并对立起液压泵21的斜板21a的方向起作用。由此，液压泵21的吐出流量Q减少。

切换阀22c与罐25之间设置负控节流阀24，以便限制返回到罐25内的工作油的流量。在负控节流阀24的上游侧连接有负控制传感器(以下称为负控传感器)26。负控传感器26与控制器2接线，检测向各个罐25的液压流路的液压作为负控制压Pn，并将负控制压Pn输入至控制器2。

由负控节流阀24、负控传感器26及控制器12构成的负控制器(以下称为负控)为用于降低返回到罐25内的液压泵21的吐出流量的损失的控制系统。具体而言，当液压负载处于非工作状态时，即，没有向构成液压负载的各缸供给工作油时，以多量工作油没有利用到工作执行中就直接收回到罐25内。这时，通过负控节流阀24节流油路，因此导致负控传感器26中的负控压Pn变高。若负控压Pn高于预定值，则工作油通过油路L2而供给至调整器27，并向立起液压泵21的斜板21a的方向起作用。由此，当液压负载处于非工作状态时，能够通过减少液压泵21的吐出流量Q来抑制工作油徒劳地循环。

控制器12上连接有用于切换为重型挖掘模式(H模式)、标准挖掘模式(S模式)及轻型挖掘模式(L模式)等各工作模式的模式切换器13及用于设定引擎转速的节流容量阀14。控制器12上连接有电磁比例阀15和吐出压传感器23。电磁比例阀15通过油路L3连接于调整器27，调整器27控制液压泵21的吐出流量Q。另外，用于调整液压泵21的斜板21a的角度(偏转角)的泵控制电流I通过电磁比例阀15检测出。

在液压铲土机中通常装备有用于切换为重型挖掘模式(H模式)、标准挖掘模式(S模式)及轻型挖掘模式(L模式)等各工作模式的切换机构。即，控制器12通过模式切换器13的切换操作适当地切换为各工作模式。通过这种控制电路的切换机构，通过调整器27控制液压泵21的吐出流量Q，以使液压铲土机的马力恒定。并且，通过电磁比例阀15改变液压泵21的输入马力，并且通过控制器12改变引擎马达20的转速来切换上述各工作模式。

另外，控制器12可为图2所示的控制器42的一部分，或者也可与控制器42相独立地设置。

接着，对由基于本发明的第1实施方式的混合式液压铲土机进行的引擎转速控制进行说明。该引擎转速控制为如下控制，即当判定为液压负载在轻负载工作中或者不进行工作且液压回路的状态对要求输出输出过量液压的状态，即剩余输出状态时，为降低引擎30的转速来降低液压泵21中的能量消耗量而进行的控制。判断液压负载在轻负载工作中或者不进行工作，这通过判定是否在执行负控控制来进行。即，当液压负载在轻负载工作时或者不进行工作时进行负控控制，因此通过判定是否在执行负控控制，能够判断液压负载在轻负载工作中或者不进行工作。

图4是进行负控控制时降低引擎30的转速的控制的流程图。图5是表示进行图4所示的控制时的引擎30的转速的曲线图。

首先，在步骤S1中，引擎30通过转速控制以维持恒定转速的方式运行。该状态称为通常模式，将引擎30的恒定转速称为通常模式转速。在通常模式中，引擎30的输出控制为转速控制(速度控制)，电动发电机34的输出控制为转矩控制。在此，通常模式是指，工作时液压负载需要输入能量的工作状态。

在步骤S2中，判定是否在负控控制液压泵21。负控控制的判定具体而言，通过比较从液压泵21的吐出压力P得到的马力控制吐出量Vp和从负控压Pn得到的负控控制吐出量Vn而进行。进行负控控制时，排出能量从液压负载放出。

图6是表示负控控制的判定方法的功能块图。首先，利用预先求出的液压泵21的PQ线图，由通过泵吐出压传感器23检测出的液压泵21的吐出压力P与控制液压泵21的偏转角的泵控制电流I求出马力控制吐出量Vp。马力控制吐出量Vp相当于液压泵21向液压负载供给液压时的吐出量。在此，通过预先规定的液压泵21的PQ线图，以若泵吐出压力变高则吐出量Vp变小的方式计算。

并且，由通过负控传感器26检测出的负控压Pn，利用预先求出的负控压与泵吐出量的特性线图，由检测出的负控压Pn求出负控控制吐出量Vn。负控控制吐出量Vn相当于进行负控控制时液压泵21吐出的工作油的吐出量。在此，通过预先规定的特性线图，以若负控压Pn变高则负控控制吐出量Vn变小的方式计算。

并且，比较求出的马力控制吐出量Vp与负控控制吐出量Vn。当负控控制吐出量Vn小于马力控制吐出量Vp时，执行负控控制，且控制成液压泵21的偏转角成为满足负控压的特性的偏转角，并能够判断为液压泵21的吐出量被降低。即，若负控控制吐出量Vn小于马力控制吐出量Vp，则能够判定为在执行负控控制。

另一方面，当负控控制吐出量Vn大于马力控制吐出量Vp时，液压供给至液压负载，且等马力控制成液压泵21的偏转角成为满足主压力特性的偏转角，并能够判断为液压泵21的吐出量降低。即，若负控控制吐出量Vn大于马力控制吐出量Vp，则能够判定为不执行负控控制，而是在执行等马力控制。这样，能够通过比较计算出的吐出量Vp与Vn来判定是否处于负控控制状态。

在步骤S2中通过如上方法判定是否在执行负控控制。若在步骤S2中判定为不在负控控制中，则处理返回到步骤S1并引擎30的转速直接以通常模式的状态维持成通常模式转速。另一方面，当在步骤S2中判定为负控控制中，即液压回路的状态处于剩余的输出状态时，处理进入步骤S3。

在步骤S3中，引擎30的转速控制被设定为下降模式。下降模式中，将引擎30的目标转速设定为低于通常模式转速的转速。这时，引擎30通过转速控制降低转速，但基于引擎30的控制的转速控制响应性差，无法迅速降低引擎30的转速。因此，本实施方式中，通过利用转速控制的上升响应性优于引擎30的电动发电机34，进行转速控制来迅速降低引擎30的转速。当将电动发电机34从转矩控制切换成转速控制(速度控制)并降低转速时，电动发电机34通过引擎30的动力变成发电运行。即，通过以成为与引擎30的目标转速成比例的转速的方式，进行电动发电机34的转速控制的同时比引擎30响应性良好地降低转速，由此进行发电运行作为引擎30的负载。

若在步骤S3中设定下降模式，则接着在步骤S4中判定负控控制是否依然在执行中。当判定为在步骤S4中负控控制依然在执行中时，处理进入步骤S5。在步骤S5中，判定引擎30的转速是否大于预先设定的下限模式转速。下限模式转速为低于引擎30的通常模式转速的转速，例如，优选设定成为了维持引擎30的驱动而不能变成其以下的转速。

若在步骤S5中判定为引擎30的转速大于下限模式转速，则处理返回到步骤S4。即，引擎30的转速没有降低至下限模式转速时，以维持下降模式的状态直接执行步骤S4的判定。由于维持在下降模式，因此引擎30的转速继续降低。在此，如图4所示，下降模式中的目标转速沿预先规定的倾斜图案设定。由此，能够顺畅地控制电动发电机34，另外从下降模式切换成加减模式或恢复模式时，能够防止过冲。并且，通过电动发电机34的转速控制降低转速，向引擎30施加负载，由此能够由电动发电机34进行发电运行。由此，能够将由电动发电机34发电的电力充电至蓄电部38，因此能够实现效率更高的节能运行。

另一方面，若在步骤S5中判定为引擎30的转速为下限模式转速以下，则处理进入步骤S6，设定下限模式。下限模式中以将引擎30的转速维持成下限模式转速的方式进行控制。若以下降模式的状态直接继续降下引擎30的转速，则导致引擎30负于负载而熄火，因此设定下限模式转速而使转速到下限模式转速为止不再下降。步骤S6中的下限模式中引擎30的控制为转速控制，电动发电机34返回到向蓄电部38的电力补偿较容易的转矩控制。

在步骤S6中设定下限模式后，还进行步骤S4的判定。即，在步骤S6设定下限模式后返回到步骤S4，判定泵压力是否为阈值以下。即，判定在维持下限模式的期间，是否也在执行负控控制。

若在步骤S4中判定为液压回路的状态呈非剩余输出状态，且不执行负控控制(液压泵21在等马力控制中)，则处理进入步骤S7，下限模式被解除并设定恢复模式。恢复模式中，以上调引擎30的转速的方式进行控制。即，未执行负控控制，可判断为为了向液压负载供给液压而执行等马力控制。因此，进行用于增大引擎30的转速而使其恢复到通常模式转速来驱动液压泵21的控制。

本实施方式中的恢复模式中，通过利用转速控制的上升响应性优于引擎30的电动发电机34进行转速控制，使引擎30的转速迅速增大。当将电动发电机34的控制从转矩控制切换成转速控制(速度控制)来增大转速时，电动发电机34变成辅助引擎30的电动运行。即，以成为与引擎30的目标转速成比例的转速的方式进行电动发电机34的转速控制，并且比引擎30响应性良好地增大转速，由此进行辅助引擎30的电动运行。并且，即使对引擎输出加以限制，也能够通过由电动发电机34执行转速控制，来使引擎30的转速顺畅地恢复。

若在步骤S7中设定恢复模式，则继续在步骤S8中判定引擎30的转速是否低于通常模式转速。即，在步骤S8中，判定引擎30的转速是否恢复到通常模式转速。当在步骤S8中判定为引擎30的转速低于通常模式转速时，引擎30的转速尚未恢复到通常模式转速，因此维持恢复模式。在此，如图4所示，恢复模式中的目标转速与下降模式相同，沿预先规定的倾斜图案设定。由此，能够顺畅地控制电动发电机34，此外，当从恢复模式切换成下限模式或下降模式时，能够防止过冲。

另一方面，当在步骤S8中判定为引擎30的转速为通常模式转速以上时，引擎30的转速已回到通常模式转速，因此，返回到步骤S1并设定通常模式。

另外，在执行上述控制时，有时在降低引擎30的转速时从电负载(例如，回转马达18)发出发电要求。即使在这种情况下，通过在引擎30转速较低的状态下发电运行电动发电机34而进行发电，由此能够满足来自电负载的发电要求。

如以上，本实施方式中，若呈执行负控控制的状态，则降低引擎30的转速来降低液压泵21的工作油吐出量。由此，能够降低从液压泵21供给至液压回路的工作油的量来抑制不必要的能量消耗。并且，若呈不执行负控控制的状态，则增大引擎30的转速而回到通常模式转速，使液压泵21能够始终供给液压。这时，通过电动发电机34的转速控制进行引擎30的转速增减，因此与通过引擎30的转速控制进行时相比，能够更迅速地增减引擎30的转速。

本实施方式中，在步骤S2及S4中，根据由特性线图求出的液压泵21的吐出量Vp及Vn判断是否在执行负控控制，但也能够根据液压泵21的吐出流量或液压泵21的偏转角判定是否在执行负控控制。液压泵21的吐出流量为将吐出量乘以转速的值，因此进行比较时能够看作与吐出量相同。并且，进行负控控制时，偏转角会始终呈最大的状态(即最立起斜板21a的状态)且来自液压泵21的流量会呈最小的状态，因此当偏转角被设定为最大时能够判定为在执行负控控制。偏转角通过泵控制电流I设定，因此能够根据泵限制电流的值判定是否在执行负控控制。另外，在本实施方式中，对在通常模式下以将引擎转速维持成恒定转速的方式运行的事例进行了说明，但在通常模式中，也可可变地控制引擎。

上述实施方式中通过判定是否在执行负控控制，来判定液压回路是否处于剩余输出状态。在此，对液压回路的剩余输出状态进一步详细说明。

首先，对利用混合式液压铲土机进行的工作一例进行说明。作为利用液压铲土机进行的代表性动作有挖掘或装入动作。挖掘或装入动作为包含挖掘动作和装入动作的一连串动作，为用铲斗掘起土并向自动倾卸车的货架等预定场所排土的工作。

参考图7对挖掘或装入动作进一步详细说明。首先，如图7(a)所示，以回转上部回转体3而铲斗6位于挖掘位置的上方的状态，且斗杆5开启且铲斗6也开启的状态，操作员降下动臂4，且使铲斗6下降以便铲斗6的前端成为目标挖掘深度D。通常，回转及动臂降下由操作员进行操作，并目视确认铲斗6的位置。并且，一般同时进行上部回转体3的回转与动臂4的降下。将以上动作称为动臂降下回转动作，将该动作区间称为动臂降下回转动作区间。

操作员判断铲斗6的前端到达目标挖掘深度D后，如图7(b)所示，接着过渡到水平拉拽动作。水平拉拽动作中，关闭斗杆5直到斗杆5相对地面垂直，以使铲斗6的前端大致水平地移动。通过该水平拉拽动作，挖掘预定深度的土且用铲斗6搂在一起。水平拉拽动作结束后，如图7(c)所示，接着关闭铲斗6直到相对斗杆5呈90度。即，关闭铲斗6直到铲斗6的上缘呈水平，且将搂在一起的土容纳于铲斗6内。将以上的动作称为挖掘动作，将该动作区间称为挖掘动作区间。

操作员判断铲斗6已关闭到呈90度后，如图7(d)所示，接着以关闭铲斗6的状态直接提起动臂4直到铲斗6的底部到预定高度H。接此或者同时，回转上部回转体3将铲斗6回转移动至排土的位置。将以上的动作称为动臂提起回转动作，将该动作区间称为动臂提起回转动作区间。

操作员判断动臂提起回转动作结束后，如图7(e)所示，接着开启斗杆5及铲斗6，排出铲斗6内的土。将该动作称为倾卸动作，将该动作区间称为倾卸动作区间。倾卸动作中，也可仅开启铲斗6来排土。

操作员判断倾卸动作结束后，如图7(f)所示，接着回转上部回转体3使铲斗6移动至挖掘位置的正上方。这时，与回转的同时降下动臂4而使铲斗6下降至挖掘开始位置。该动作为在图3(a)中说明的动臂降下回转动作的一部分。如图7(a)所示，操作员将铲斗6从挖掘开始位置下降至目标挖掘深度D，并再次进行图7(b)所示的挖掘动作。

将以上的“动臂降下回转动作”、“挖掘动作”、“动臂提起回转动作”、“倾卸动作”、“动臂降下回转动作”作为一个循环，重复该循环的同时进行挖掘或装入。

如以上的挖掘或装入工作中，图7(f)所示的动臂降下回转动作区间为液压负载较小的动作区间，在该区间中，大多进行液压泵21的负控控制。即，在动臂降下回转动作区间中液压回路呈剩余输出状态的情况较多。

图8是表示挖掘或装入工作中的液压回路的输入输出能量的变化的曲线图。在图8中，用粗点线表示有关动臂缸7的输入或排出能量，用单点划线表示有关斗杆缸8的输入或排出能量，用双点划线表示有关铲斗缸9的输入或排出能量。并且用实线表示引擎的输出能量与液压泵的输出能量。

但是，在动臂降下回转动作区间，用细点线表示进行基于上述实施方式的引擎转速控制时的引擎的输出能量与液压泵的输出能量。即，当未进行基于上述实施方式的引擎转速控制时，在动臂降下回转动作区间，引擎的输出能量与液压泵的输出能量可如实线所示般变大。另一方面，在动臂降下回转动作区间，进行引擎转速控制时的引擎的输出能量与液压泵的输出能量如细点线所示般变得非常小。

在动臂降下回转动作区间，斗杆5及铲斗6不被驱动，只有动臂4被降下。由于在降下动臂4时，动臂4因动臂4、斗杆5及铲斗6的重量而被下降，因此只将用于支承动臂4、斗杆5及铲斗6的重量所需的液压供给至动臂缸7即可。因此，在动臂降下回转动作区间，输入于液压回路的能量变得非常小，工作油反而从动臂缸7排出，因此排出能量变大。在这样的状态下，若以恒定旋转对引擎30继续进行旋转，则液压泵21也会以恒定旋转进行旋转来输出液压。这时，为驱动液压负载所需的液压变得非常少，因此液压泵21的输出大于为驱动液压负载所需的液压，在动臂降下回转动作区间呈剩余输出状态。即，即使在工作时，在实际工作中，相对所要求的液压泵21的输出，有液压负载所需的液压有时会变小的情况。这时，液压泵21的输出呈剩余状态。

上述实施方式中，液压回路呈这种剩余输出状态时，通过降低引擎30的转速来降低液压泵21的转速来降低液压输出，并抑制白白消耗能量。

接着，对由基于本发明的第2实施方式的混合式液压铲土机进行的引擎转速控制进行说明。

图9是进行负控控制时降低引擎的转速的基于本发明的第2实施方式的控制的流程图。在图9所示的处理中，对与图4所示的步骤相同的步骤附加相同步骤序号而省略其说明。

本实施方式中，设定为通常模式的步骤S1后进行步骤S11的处理。步骤S11中，判定由负控传感器26检测出的负控压Pn是否大于预先设定的阈值。预先规定的阈值为开始负控控制时作为负控压预先设定的值。因此，步骤S11中的判定可看作与图4的步骤S2中的判定相同。

因此，若判定为在步骤S11中检测出的负控压Pn大于阈值，则判定为液压回路的状态呈剩余的输出状态且在执行负控控制，处理进入步骤S3，设定下降模式。接着，本实施方式中代替步骤S4进行步骤12的处理。步骤S12中，判定由负控传感器26检测出的负控压Pn是否大于预先设定的阈值。若在步骤S12中判定为负控压Pn大于阈值，则能够判定为在执行负控控制。因此，步骤S12中的判定能够看作与图4的步骤S4的判定相同。这样，通过对负控压Pn设定阈值，无需将PQ线图等泵特性作为数据输入，且能够通过简单的方法判定是否处于负控控制状态。

步骤S5以后的处理与上述第1实施方式中的处理相同，省略其说明。

如以上，若在本实施方式中也呈执行负控控制的状态，则降低引擎30的转速来降低液压泵21工作油的吐出量。由此，能够降低从液压泵21供给至液压回路的工作油的量来抑制不必要的能量消耗。并且，若呈不执行负控控制的状态，则增大引擎30的转速来返回到通常模式转速，能够使液压泵21始终供给液压。这时，由于通过电动发电机34的转速控制进行引擎30的转速增减，因此与通过引擎30的转速控制进行时相比，能够更迅速增减引擎30的转速。

另外，在上述第1及第2实施方式中设置有1台液压泵21，但本发明不限于1台液压泵，也可适用于利用2台液压泵的液压回路。

并且，以上说明中，根据负控制(简称为负控控制)对液压泵21的驱动进行控制，但液压泵21的驱动控制方法除了负控控制之外，还有正控制(简称为正控控制)及负载传感控制之类的驱动控制方法。基于本发明的控制还能够适用于负控控制液压泵21的情况，或者正控控制的情况。

接着，对基于本发明的第3实施方式的混合式液压铲土机进行说明。图10是表示基于本发明的第3实施方式的混合式液压铲土机的驱动系统的结构的块图。

基于本发明的第3实施方式的混合式液压铲土机具有作为动力源的引擎30和辅助引擎30的电动发电机34。电动发电机34的输出轴通过分离器(变速器)32连接于引擎30的输出轴。因此，电动发电机34的转速(即速度)与引擎30的转速(即速度)成比例。产生液压的液压泵21也通过分离器32连接于引擎30的输出轴。因此，液压泵21通过引擎30和/或电动发电机34被驱动而加压工作油来吐出。本实施方式中，液压泵21为可变斜板泵等可变容量式泵，但不限定于可变容量式泵。

电动发电机34通过逆变器36连接于蓄电部38。蓄电部38为包含电池的电源供给部，通过逆变器36将电力供给至电动发电机34来电动运行(辅助运行)电动发电机34。当电动发电机34进行发电运行时，已发电的电力通过逆变器36供给至蓄电部38而被蓄电。

本实施方式中，用于回转上部回转体3的回转机构2通过回转马达(电动马达)18驱动。回转马达18通过逆变器40连接于蓄电部38，通过从蓄电部38供给的电力被驱动。并且，回转马达18为能够发电的电动马达，回转马达18发电的电力通过逆变器40蓄电于蓄电部38。

在液压泵21的吐出口连接有液压回路50。液压回路50包含有液压控制阀52，液压控制阀52上连接有作为液压缸的动臂缸7、斗杆缸8及铲斗缸9。在图10中作为液压负载仅示有动臂缸7。从液压泵21吐出的已加压的工作油通过液压回路50，从液压控制阀54供给至动臂缸7、斗杆缸8、铲斗缸9及行走马达(未图示)。

液压泵21的吐出口与液压控制阀52之间的液压配管54的中途连接有释放阀56。因此，工作油从液压配管54供给至释放阀56。若从液压配管54供给的工作油的压力成为预先设定的预定压力以上，则释放阀56自动开启，来自液压配管54的工作油流过释放阀56返回到罐25内。在液压配管54的中途设置有压力传感器60作为压力检测器。压力传感器60检测液压配管24内的工作油的压力，并将压力检测值供给至控制器42。控制器42由包含CPU、ROM、RAM等的计算机构成，且为进行整个混合式液压铲土机的控制的控制部。

在图10中，当驱动动臂缸7来进行工作时，例如有可能陷入铲斗按压在地面而导致动臂无法工作的状态。这时，若液压被继续供给至动臂缸7，则到达动臂缸7为止(之前)的液压回路50的液压过度上升。因此，若液压回路50中的液压配管54的液压成为预定释放压，则通过释放阀56自动开启而放出液压(使高压工作油返回到罐25内)来防止液压回路50的部件或液压配管的破裂。

通过释放阀56使工作油返回到罐25内是指，不使用从罐25抽吸并暂时呈高压的工作油而使其返回到罐25内，其相当于不必要地驱动液压泵21。这是由于为了使引擎30维持成恒定转速(通常模式转速)而将直接连接于引擎30的液压泵21也以与引擎30的通常模式转速成比例的转速驱动而产生的问题。

因此，本实施方式中，如上述释放阀56开启着但液压泵30被不必要地驱动的状态，即液压回路50呈剩余输出状态时，通过降低引擎30的转速，还降低液压泵21的转速，并且降低从液压泵21吐出的不必要的工作油的量。即，释放阀56开启的期间，通过将引擎30的转速降低至低于通常模式转速的转速来降低液压泵21的转速而尽量减少不必要的工作油的吐出量。

图11是释放阀56开启时降低引擎30的转速的控制的流程图。图12是表示进行图11所示的控制时的引擎30的转速的曲线图。

首先，在步骤S21中，液压回路50始终工作，释放阀56开启着，引擎30进行运行以使其维持恒定转速。将该状态称为通常模式，将引擎30的恒定转速称为通常模式转速。在通常模式中，引擎30的输出控制为转速控制(速度控制)，电动发电机34的输出控制为转矩控制。在此，通常模式是指，在工作时液压负载需要输入能量的工作状态。

在步骤S22中，判断从液压泵21吐出的工作油的压力(泵压力)是否超出预先规定的阈值。这时，利用压力传感器60的检测值作为泵压力。并且，预先规定的阈值为释放阀56开启时的压力值，即释放压。若在步骤S22中判定为泵压力未超出阈值，则处理返回到S21，引擎30的转速以通常模式的状态直接维持成通常模式转速。另一方面，若在步骤S22中判定为泵压力超出阈值，则处理进入步骤S23。泵压超出阈值时，从液压负载放出排出能量。

在步骤S23中，引擎30的转速控制被设定为下降模式。下降模式中，将引擎30的目标转速设定为低于通常模式转速的转速。这时，引擎30通过转速控制降低转速，但基于引擎30的控制的转速控制响应性差，无法迅速降低引擎30的转速。因此，本实施方式中，通过利用转速控制的上升响应性优于引擎30的电动发电机34进行转速制的控制，来迅速降低引擎30的转速。当将电动发电机34从转矩控制切换成转速控制(速度控制)来降低转速时，电动发电机34通过引擎30的动力成为发电运行。即，以成为与引擎30的目标转速成比例的转速的方式控制电动发电机34的转速的同时比引擎30响应性更良好地降低转速，由此作为引擎30的负载进行发电运行。

若在步骤S23中设定下降模式，则接着在步骤S24中判定泵压力是否成为阈值以下。即，判定液压回路50内的液压是否成为释放压以下而释放阀56被关闭。在步骤S24中判定为泵压力不在阈值以下时，释放阀56呈开启的状态且从液压泵21吐出的工作油依然返回到罐25内。接着，在步骤S25中判定引擎30的转速是否大于预先设定的下限模式转速。下限模式转速为低于引擎30的通常模式转速的转速，例如，优选设定成为了维持引擎30的驱动而不能变成其以下的转速。

若在步骤S25中判定为引擎30的转速大于下限模式转速，则处理返回到步骤S24。即，引擎30的转速没有降低至下限模式转速时，以维持在下降模式的状态直接进行步骤S24的判定。由于维持在下降模式，因此引擎30的转速继续被降低。在此，如图10所示下降模式中的目标转速沿预先规定的倾斜图案设定。由此，能够顺畅地控制电动发电机34，另外从下降模式切换成加减模式或恢复模式时，能够防止过冲。并且，通过电动发电机34的转速控制降低转速，并向引擎30施加负载，由此能够由电动发电机34进行发电运行。由此，能够将由电动发电机34发电的电力充电至蓄电部38，因此能够实现效率更高的节能运行。

另一方面，若在步骤S25中判定为引擎30的转速为下限模式转速以下，则处理进入步骤S26，设定下限模式。下限模式中以将引擎30的转速维持成下限模式转速的方式进行控制。若以下降模式的状态直接继续下调引擎30的转速，则导致引擎30负于负载而熄火，因此设定下限模式转速之后，使转速不再下降。步骤S26中的下限模式中引擎的控制为转速控制，电动发电机34返回到向蓄电部38的电力补偿较容易的转矩控制。

在步骤S26设定下限模式后，还进行步骤S24的判定。即，在步骤S26中设定下限模式后返回到步骤S24，判定泵压力是否为阈值以下。即，判定在维持下限模式的期间，是否也开启释放阀56来使工作油返回到罐内。

若在步骤S24中判定为泵压力为阈值以下，则处理进入步骤S27，下限模式被解除并设定恢复模式。恢复模式中，以上调引擎30的转速的方式进行控制。即，若泵压力为阈值以下，则呈释放阀56关闭而使工作油无法返回到罐内的状态。呈这种状态是因为，动臂缸7变得可工作且再次要求液压的盖然性高，因此进行用于增大引擎30的转速使之恢复到通常模式转速来驱动液压泵21的控制。

本实施方式的恢复模式中，通过利用转速控制的上升响应性优于引擎30的电动发电机34进行转速控制，使引擎30的转速迅速增大。当将电动发电机34的控制从转矩控制切换成转速控制(速度控制)来增大转速时，电动发电机34变成辅助引擎30的电动运行。即，以与引擎30的目标转速成比例的转速的方式进行电动发电机34的转速控制的同时比引擎30响应性更良好地增大转速，由此进行辅助引擎30的电动运行。并且，即使对引擎输出加以限制，也能够通过由电动发电机34执行转速控制，来使引擎30的转速顺畅地恢复。

若在步骤S27中设定恢复模式，则接着在步骤S28中判定引擎30的转速是否低于通常模式转速。即，在步骤S38中，判定引擎30的转速是否返回到通常模式转速。当在步骤S28中判定为引擎30的转速低于通常模式转速时，引擎30的转速尚未返回到通常模式转速，因此维持恢复模式。在此，如图5所示，恢复模式中的目标转速与下降模式相同，沿预先规定的倾斜图案设定。由此，能够顺畅地控制电动发电机34，此外，当从恢复模式切换成下限模式或下降模式时，能够防止过冲。

另一方面，当在步骤S28中判定为引擎30的转速为通常模式转速以上时，引擎30的转速已恢复到通常模式转速，因此，返回到步骤S21并设定通常模式。

另外，在执行上述控制时，有时在降低引擎30的转速时从电负载(例如，回转马达18)发出发电要求。即使在这种情况下，引擎30转速较低的状态下发电运行电动发电机34而进行发电，由此能够满足来自电负载的发电要求。

如以上，本实施方式中，若呈释放阀56开启的状态，则降低引擎30的转速来降低液压泵21的工作油吐出量。由此，能够降低从液压泵21供给至液压回路的工作油的量来抑制不必要的能量消耗。并且，若呈释放阀56关闭的状态，则增大引擎30的转速而返回到通常模式转速，使液压泵21能够始终供给液压。这时，通过电动发电机34的转速控制进行引擎30的转速增减，因此与通过引擎30的转速控制进行时相比，能够更迅速增减引擎30的转速。另外，在本实施方式中，对在通常模式下以将引擎转速维持成恒定转速的方式运行的事例进行了说明，但在通常模式中，也可可变地控制引擎转速。

接着，对基于本发明的第4实施方式的混合式液压铲土机进行说明。图13是表示基于本发明的第4实施方式的混合式液压铲土机的驱动系统的结构的块图。在图13中，对与图10所示的结构部件相同的部件附加相同符号而省略其说明。

基于本发明的第4实施方式的混合式液压铲土机与基于图10所示的第3实施方式的混合式液压铲土机为相同的结构，但用于判定泵压力是否大于阈值的结构不同。本实施方式中，不是通过压力传感器60检测泵压力，而是通过检测工作油是否从释放阀56返回到罐25内来判定泵压力是否大于阈值。因此，在释放阀56的下游侧设置流量仪62来代替将压力传感器60设置于液压配管54，而测定从释放阀56流向罐25的工作油的流量。

本实施方式中，若泵压力大于阈值(释放压)，则释放阀56开启，工作油从释放阀56通过流量仪62流向罐25。释放阀56关闭的期间工作油不流过流量仪62。因此，由流量仪62检测流量是表示释放阀56开启，即，表示泵压力大于阈值的情况。流量仪62的测定值被送至控制器42，控制器42根据流量仪62的测定值控制引擎30的转速。由流量仪62测定的流量为通过释放阀56的工作油的流量，称为释放流量。

图14是释放阀56开启时降低引擎30的转速的控制的流程图。在图14所示的处理中，对与图11所示的步骤相同的步骤附加相同序号而省略其说明。

本实施方式中，设定为通常模式的步骤S21之后，接着进行步骤S31的处理。步骤S31中，判定由流量仪62测定的释放流量是否大于预先规定的阈值。预先规定的阈值为零或为能够由流量仪62测定的最小流量。若释放流量大于阈值，则指释放阀56开启而工作油流至流量仪62，即，是指泵压力高于阈值(释放压)。因此，步骤S31中的判定可看作与图11的步骤S22中的判定相同。

因此，若在步骤S31中判定为释放流量大于阈值，则处理进入步骤S23，设定下降模式。接着，本实施方式中进行步骤32的处理来代替步骤S24。步骤S32中，判定释放流量是否为阈值以下。释放流量为阈值以下是指释放阀56关闭而工作油未流向流量仪62。释放阀56关闭是指泵压为释放压以下，步骤S32中的判定可看作与图11的步骤S24的判定相同。

步骤S32以后的处理与上述第3实施方式中的处理相同而省略其说明。

如以上，即使在本实施方式中，若释放阀56呈开启的状态，则也降低引擎30的转速来降低液压泵21的工作油的吐出量。由此，能够降低从液压泵21供给至液压回路的工作油的量来抑制不必要的能量消耗。并且，若释放阀56呈关闭的状态，则增大引擎30的转速使之恢复到通常模式转速，能够使液压泵21始终供给液压。这时，通过电动发电机34的转速控制进行引擎30的转速增减，因此与通过引擎30的转速控制进行时相比，能够更迅速增减引擎30的转速。

另外，上述的第3及第4实施方式中设置有1台液压泵21，但本发明不限于1台液压泵，也可适用于利用2台液压泵的液压回路。

并且，上述第1至第4实施方式中，作为用于回转驱动上部回转体3的驱动机构2的动力源，利用了作为电动马达的回转马达18，但也可将回转马达18作为液压马达。图15是表示利用回转液压马达19作为回转机构2的动力源时的混合式液压铲土机的驱动系统的结构的块图。图15所示的结构中，回转驱动用马达不是电动马达(电负载)而是液压马达(液压负载)。另外，在本实施方式中，对在通常模式下以将引擎转速维持成恒定转速的方式运行的事例进行了说明，但在通常模式中，也可可变地控制引擎转速。

并且，实施方式中利用混合式铲土机作为混合式工作机械，但例如也可以为混合式轮式装载机或混合式起重机。

本发明并不限于上述具体公开的实施例，在不脱离本发明的范围内可举出各种变形例、改良例。

本申请主张基于2009年6月19日申请的日本专利申请2009-146553号及2009年6月19日申请的日本专利申请2009-146554号的优先权，其全部内容援用于本说明书中。

产业上的可利用性

本发明可应用于由发电机辅助引擎的混合式施工机械。

符号说明

1-下部行走体，2-回转机构，3-上部回转体，4-动臂，5-斗杆，6-铲斗，7-动臂缸，8-斗杆缸，9-铲斗缸，10-驾驶室，12-控制器，13-模式切换器，14-节流容量阀，15-电磁比例阀，18-回转马达，19-回转液压马达，20-引擎马达，20a-斜板，21-液压泵，21A-先导或齿轮泵，22-控制阀，22a、22b、22c-切换阀，23-泵吐出压传感器，24-负控制节流阀(负控节流阀)，25-罐，26-负控制传感器(负控传感器)，27-调整器，30-引擎，32-分离器，34-电动发电机，36、40-逆变器，38-蓄电部，42-控制器，50-液压回路，52-液压控制阀，54-液压配管，56-释放阀，60-压力传感器，62-流量仪。

Claims (14)

1.一种混合式施工机械，其具有：

控制器，控制引擎的转速；

液压泵，通过该引擎驱动；

电动发电机，辅助所述引擎；及

液压回路，将从该液压泵吐出的工作油供给至液压负载，其特征在于，

若判断为该液压回路处于剩余输出状态，则所述控制器使所述引擎的转速降低至低于通常转速的低转速，且在降低该转速的期间，使所述电动发电机进行发电。

2.如权利要求1所述的混合式施工机械，其特征在于，进一步具有：

第1压力传感器，检测从所述液压泵吐出的工作油的压力；

控制阀，设置于所述液压回路中，控制朝向所述液压负载的工作油的流动；

负控节流器，设置于所述控制阀与罐之间；及

第2压力传感器，设置于所述控制阀与所述负控节流器之间，检测负控压，

所述控制器比较由所述第1压力传感器的检测值求出的所述液压泵的第1吐出量和由所述第2压力传感器的检测值求出的所述液压泵的第2吐出量，按照比较结果使所述引擎的转速降低至低于通常转速的低转速，且在降低该转速的期间，使所述电动发电机进行发电。

3.如权利要求1所述的混合式施工机械，其特征在于，

进一步具有释放阀，当该液压回路内的压力超出预先设定的压力时，使从所述液压泵吐出的工作油返回到罐内，

当工作油通过所述释放阀返回到罐内时，所述控制器使所述引擎的转速降低至低于通常转速的低转速，且在降低该转速的期间，使所述电动发电机进行发电。

4.如权利要求3所述的混合式施工机械，其特征在于，

进一步具有检测表示所述液压回路内的压力的值的检测构件，根据该检测构件的检测值增减所述引擎的转速。

5.如权利要求4所述的混合式施工机械，其特征在于，

所述检测构件包含检测从所述释放阀返回到罐内的工作油的流量的流量仪，根据该流量仪的检测值使所述引擎的转速发生变化。

6.如权利要求1至5中任一项所述的混合式施工机械，其特征在于，

当增大所述引擎的转速时，所述控制器使所述电动发电机进行电动运行。

7.如权利要求1至6中任一项所述的混合式施工机械，其特征在于，

当将所述电动发电机的转速维持成恒定时，所述控制器转矩控制所述电动发电机。

8.如权利要求1至7中任一项所述的混合式施工机械，其特征在于，

当增减所述电动发电机的转速时，所述控制器转速控制所述电动发电机。

9.如权利要求1至8中任一项所述的混合式施工机械，其特征在于，

所述控制器对液压负载的工作状态判断为所述液压回路处于剩余输出状态。

10.一种混合式施工机械的控制方法，所述施工机械具有：液压泵，通过引擎驱动；电动发电机，辅助所述引擎；及液压回路，将从所述液压泵吐出的工作油供给至液压负载，其特征在于，

判断所述液压回路是否处于剩余输出状态，

若判断为所述液压回路处于剩余输出状态，则通过使所述电动发电机进行发电运行，而使所述引擎的转速降低至低于通常转速的低转速。

11.如权利要求10所述的混合式施工机械的控制方法，其特征在于，

当增大所述引擎的转速时，使所述电动发电机进行电动运行。

12.如权利要求10或11所述的混合式施工机械的控制方法，其特征在于，当将所述电动发电机的转速维持成恒定时，转矩控制所述电动发电机。

13.如权利要求10至12中任一项所述的混合式施工机械的控制方法，其特征在于，

当增减所述电动发电机的转速时，转速控制所述电动发电机。

14.如权利要求10至13中任一项所述的混合式施工机械的控制方法，其特征在于，

对液压负载的工作状态判断为所述液压回路处于剩余输出状态。

Images