CN103562035B - 混合式工作机械及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种混合式工作机械及其控制方法，所述混合式工作机械具有引擎（11）、与引擎（11）连接的电动发电机（12）、将电动发电机（12）发出的电力蓄积的蓄电装置（120）以及对电动发电机（12）的驱动进行控制的控制部（30）。控制部（30）根据引擎（11）的外部条件，以电动发电机（12）的辅助输出增大的方式对电动发电机（12）的驱动进行控制。

Description

混合式工作机械及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种利用电动机辅助引擎的混合式工作机械。

背景技术

近年来，为了改善工作机械的能效，正推进工作机械的混合化。在混合式工作机械中，利用电动机辅助引擎，从而能够以较少的引擎输出驱动液压泵，并能够有效地驱动液压工作要件，所述电动机利用来自蓄电装置的电力而驱动（例如参考专利文献1）。

以往技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-261096号公报

发明的概要

发明要解决的技术课题

专利文献1所公开的混合式工作机械对作为电动机及发电机两者发挥作用的电动发电机进行控制，并在需要时辅助引擎。电动发电机的输出值取决于电力驱动部所需的输出、液压驱动部所需的输出以及为维持蓄电装置的蓄电器的充电率所需的输出。即，用于辅助引擎的电动发电机的输出取决于混合式工作机械的电动驱动部、液压驱动部以及充电装置所需的输出等运行条件。

然而，混合式工作机械的引擎的输出有时因引擎冷却水温度、外部气温（引擎冷却水温度）以及燃料的组成等外部条件（外部因素）而下降。例如，若引擎冷却水温度过度上升，则引擎呈过热状态而导致输出下降。因此，希望开发出一种能够根据因这种外部因素造成的引擎输出的下降，辅助引擎的辅助方法。

另外，尚未发现提出应对周围环境的辅助方法的文献。

用于解决技术课题的手段

根据本发明的一实施方式，提供一种混合式工作机械，其特征在于，具有：引擎；电动发电机，其与该引擎连接；蓄电装置，其将该电动发电机发出的电力蓄积；以及控制部，其对该电动发电机的驱动进行控制，该控制部根据该引擎的外部条件，以该电动发电机的辅助输出增大的方式对该电动发电机的驱动进行控制。

根据本发明的其他实施方式，提供一种混合式工作机械的控制方法，其中，对引擎的外部条件的变化进行检测，并且，根据该外部条件的变化，以该电动发电机为了辅助该引擎而输出的辅助输出增大的方式，对该电动发电机的驱动进行控制。

发明效果

根据上述发明，由于根据引擎的外部条件使电动发电机的辅助输出上升，因此即使例如在因外部条件的变化而造成引擎输出下降的情况下，也能够利用电动发电机辅助引擎来维持引擎的输出。由此，维持通过引擎的输出而被驱动的液压泵的输出，从而能够防止工作机械的工作效率下降。

附图说明

图1是混合式挖土机的侧视图。

图2是表示基于一实施方式的混合式挖土机的驱动系统的结构的框图。

图3是蓄电系统的电路图。

图4是表示引擎水温与引擎输出比的关系的曲线图。

图5是表示引擎的水温过度上升时电动发电机的辅助输出等的变化的曲线图。

图6是表示引擎的水温过度上升时电动发电机的辅助输出等的变化的曲线图。

图7是表示当引擎的水温过度上升时根据主泵的输出的下降进行基于电动发电机的辅助运行的情况下的、电动发电机的辅助输出等的变化的曲线图。

图8是表示大气压与引擎输出比的关系的曲线图。

图9是表示大气压低于大气压阈值时电动发电机的辅助输出等的变化的曲线图。

图10是表示液压挖土机的驱动系统的结构的框图。

具体实施方式

接着，参考附图对实施方式进行说明。

图1是作为应用本发明的工作机械的一例的混合式挖土机的侧视图。作为应用本发明的挖土机，不限于混合式挖土机，只要具有能够通过引擎驱动而向引擎施加负载的驱动要件（例如发电机），则还能够应用于其他结构的挖土机。

在图1所示的混合式挖土机的下部行走体1上经回转机构2搭载有上部回转体3。在上部回转体3上安装有动臂4。在动臂4的前端安装有斗杆5，在斗杆5的前端安装有铲斗6。分别通过动臂缸7、斗杆缸8以及铲斗缸9使动臂4、斗杆5以及铲斗6液压驱动。在上部回转体3上设置有驾驶室10且搭载有引擎等动力源。

图2是表示图1所示的混合式挖土机的驱动系统的结构的框图。在图2中，分别用双重线表示机械动力系统，用粗线表示高压液压管路，用虚线表示先导管路，用细线表示电力驱动/控制系统。

作为机械式驱动部的引擎11和作为辅助驱动部的电动发电机12分别与变速器13的2个输入轴连接。在变速器13的输出轴上连接有主泵14以及先导泵15作为液压泵。在主泵14上经高压液压管路16连接有控制阀17。液压泵14为可变容量式液压泵，能够通过控制斜板的角度（偏转角）来调整活塞的行程长度，从而控制吐出流量。

控制阀17是控制混合式挖土机中的液压系统的控制装置。下部行走体1用的液压马达1A（右用）以及液压马达1B（左用）、动臂缸7、斗杆缸8以及铲斗缸9经高压液压管路与控制阀17连接。

在电动发电机12上经逆变器18A连接有包括蓄电器的蓄电系统120。并且，在先导泵15上经先导管路25连接有操作装置26。操作装置26包括操纵杆26A、操纵杆26B以及踏板26C。操纵杆26A、操纵杆26B以及踏板26C经液压管路27与控制阀17连接，以及经液压管路28与压力传感器29连接。压力传感器29与进行电力系统的驱动控制的控制器30连接。

图2所示的混合式挖土机为将回转机构设成电动式的挖土机，且为了驱动回转机构2而设置有回转用电动机21。作为电动工作要件的回转用电动机21经逆变器20与蓄电系统120连接。在回转用电动机21的旋转轴21A上连接有分解器22、机械制动器23以及回转变速器24。由回转用电动机21、逆变器20、分解器22、机械制动器23以及回转变速器24构成负载驱动系统。

控制器30是进行混合式挖土机的驱动控制的作为主控制部的控制装置。控制器30由包括CPU（Central Processing Unit）以及内部存储器的运算处理装置构成，且为通过由CPU执行储存于内部存储器中的驱动控制用的程序来实现控制的装置。

控制器30将从压力传感器29供给的信号转换为速度指令，从而进行回转用电动机21的驱动控制。从压力传感器29供给的信号相当于表示为了使回转机构2回转而对操作装置26进行操作时的操作量的信号。

控制器30进行电动发电机12的运行控制（电动（辅助）运行或发电运行的切换），并且通过对作为升降压控制部的升降压转换器100（参考图3）进行驱动控制来控制电容器19的充放电。控制器30根据电容器19的充电状态、电动发电机12的运行状态（电动（辅助）运行或发电运行）以及回转用电动机21的运行状态（动力运行或再生运行），进行升降压转换器100的升压动作与降压动作的切换控制，由此进行电容器19的充放电控制。并且，控制器30根据通过蓄电器电压检测部检测的蓄电器电压值计算蓄电器（电容器）19的充电率SOC。

在引擎11上设置有检测冷却水的温度的水温计11a，水温计11a的检测值（水温值）被供给至控制器30。控制器30始终监控水温计11a的检测值，并如后面叙述根据水温计11a的检测值控制电动发电机12的驱动。

在基于本实施方式的混合式挖土机上设置有大气压传感器40。大气压传感器40检测混合式挖土机的周围的大气压，并将检测值供给至控制器30。

图3是蓄电系统120的电路图。蓄电系统120包括作为蓄电器的电容器19、升降压转换器100以及DC母线110。DC母线110控制电容器19、电动发电机12以及回转用电动机21之间的电力的授受。在电容器19设置有用于检测电容器电压Vcap的电容器电压检测部112和用于检测电容器电流I1的电容器电流检测部113。通过电容器电压检测部112和电容器电流检测部113检测的电容器电压Vcap和电容器电流I1被供给至控制器30。

升降压转换器100根据电动发电机12以及回转用电动机21的运行状态，进行为了将DC母线电压值限制在恒定的范围内而切换升压动作与降压动作的控制。DC母线110被配设在逆变器18A、20与升降压转换器100之间，并进行电容器19、电动发电机12以及回转用电动机21之间的电力的授受。

根据由DC母线电压检测部111检测的DC母线电压Vdc、由电容器电压检测部112检测的电容器电压Vcap以及由电容器电流检测部113检测的电容器电流I1，进行升降压转换器100的升压动作与降压动作的切换控制。

在如以上结构中，作为辅助马达的电动发电机12所发出的电力经逆变器18A被供给至蓄电系统120的DC母线110，且经升降压转换器100被供给至电容器19。回转用电动机21所再生运行而生成的再生电力经逆变器20被供给至蓄电系统120的DC母线110，且经升降压转换器100被供给至电容器19。

升降压转换器100具有电抗器101、升压用IGBT（Insulated GateBipolar Transistor）102A、降圧用IGBT102B、用于连接电容器19的电源连接端子104、用于连接逆变器18A、20的输出端子106以及并联插入于一对输出端子106中的平滑用的电容器107。通过DC母线110连接升降压转换器100的输出端子106与逆变器18A、20之间。

电抗器101的一端与升压用IGBT102A以及降圧用IGBT102B的中间点连接，另一端与电源连接端子104的一方连接。电抗器101是为了将随着接通/断开升压用IGBT102A而产生的感应电动势供给至DC母线110而设置的。

升压用IGBT102A以及降圧用IGBT102B由将MOSFET（Metal OxideSemiconductor Field Effect Transistor）组装到栅极部中的双极晶体管构成，且为能够进行大电力的高速转换的半导体元件（转换元件）。利用控制器30，且通过向栅极端子施加PWM电压来驱动升压用IGBT102A以及降圧用IGBT102B。在升压用IGBT102A以及降圧用IGBT102B上并联连接有作为整流元件的二极管102a、102b。

电容器19只要是能够以经升降压转换器100可在与DC母线110之间授受电力的方式进行充放电的蓄电器即可。另外，在图3中示出了电容器19作为蓄电器，但也可以使用锂离子电池等能够充放电的二次电池、锂离子电容器或者能够进行电力的授受的其他形式的电源来代替电容器19。

电源连接端子104以及输出端子106只要是能够连接电容器19以及逆变器18A、20的端子即可。在一对电源连接端子104之间连接有检测电容器电压Vcap的电容器电压检测部112。在一对输出端子106之间连接有检测DC母线电压Vdc的DC母线电压检测部111。

电容器电压检测部112检测电容器19的电压Vcap。DC母线电压检测部111检测DC母线110的电压值Vdc。平滑用的电容器107插入于输出端子106的正极端子与负极端子之间，是用于使DC母线电压Vdc平滑化的蓄电元件。通过该平滑用的电容器107，DC母线110的电压被维持成预先设定的电压。

电容器电流检测部113是在电容器19的正极端子（P端子）侧检测流向电容器19的电流的值的检测构件，且包括电流检测用的电阻器。即，电容器电流检测部113检测流向电容器19的正极端子的电流I1。另一方面，电容器电流检测部116是在电容器的负极端子（N端子）侧检测流向电容器19的电流的值的检测构件，且包括电流检测用的电阻器。即，电容器电流检测部116检测流向电容器19的负极端子的电流I2。

在升降压转换器100中，在使DC母线110升压时，向升压用IGBT102A的栅极端子施加PWM电压，经与降圧用IGBT102B并联连接的二极管102b向DC母线110供给感应电动势，所述感应电动势是随着接通/断开升压用IGBT102A而在电抗器101中产生的。由此，使DC母线110升压。

在使DC母线110降圧时，向降圧用IGBT102B的栅极端子施加PWM电压，从DC母线110经降圧用IGBT102B向电容器19供给再生电力，所述再生电力经逆变器18A或20供给。由此，蓄积在DC母线110中的电力充电至电容器19，使DC母线110降压。

在本实施方式中，在电源线114设置继电器130-1作为能够阻断该电源线114的阻断器，所述电源线114用于将电容器19的正极端子连接于升降压转换器100的上述一方的电源连接端子104。继电器130-1配置在电容器19的正极端子与向电源线114连接电容器电压检测部112的连接点115之间。继电器130-1根据来自控制器30的信号动作，并阻断来自电容器19的电源线114，从而能够从升降压转换器100断开电容器19。

在电源线117设置继电器130-2作为能够阻断该电源线117的阻断器，所述电源线117用于将电容器19的负极端子连接于升降压转换器100的另一方的电源连接端子104。继电器130-2配置在电容器19的负极端子与向电源线117连接电容器电压检测部112的连接点118之间。继电器130-2根据来自控制器30的信号动作，并阻断来自电容器19的电源线117，从而能够从升降压转换器100断开电容器19。另外，也可以将继电器130-1和继电器130-2设成一个继电器，并同时阻断正极端子侧的电源线114和负极端子侧的电源线117这两者，从而断开电容器19。

另外，实际上在控制器30与升压用IGBT102A以及降圧用IGBT102B之间存在驱动部，但是在图3中省略，所述驱动部生成驱动升压用IGBT102A以及降圧用IGBT102B的PWM信号。在电子电路或运算处理装置中都能实现这种驱动部。

在本实施方式中，在如上述结构的混合式挖土机中，在如因外部条件的变化造成引擎输出下降的情况下，通过利用电动发电机12辅助引擎11来抑制引擎输出下降，从而进行将主泵14的输出尽量维持恒定之类的控制。

作为降低引擎11的输出的外部条件之一，以引擎冷却水温度为例进行说明。若引擎冷却水温度（以下，称为“水温”）过度上升，则导致引擎11呈加热状态（过热），从而引擎11的燃烧效率下降而导致引擎输出下降。若引擎输出下降，则导致主泵（液压泵）14的驱动力下降，因此结果导致主泵14的输出下降。因此，若引擎11的水温上升某种程度，则通过使电动发电机12辅助运行来填补引擎输出的下降量，从而以避免液压泵的输出降低的方式控制电动发电机12。

当水温在正常的范围内时，以电动发电机12的输出Wa（在电动状态下为正值）等于作为可变容量式液压泵的主泵14的输出Whyd与引擎11的输出We的差分的方式进行控制（Wa=Whyd-We）。由此，能够对主泵14输出引擎11的输出We加上电动发电机12的输出Wa的量（We+Wa=Whyd）。

另一方面，若水温过度上升，则为了防止引擎11过热，向引擎11加以输出限制。图4是表示引擎水温与引擎输出比的关系的曲线图。引擎输出比（%）是以百分比表示当时的引擎输出相对于正常水温时的引擎输出的比的值。

若水温上升而加以引擎输出限制，则引擎11的输出下降引擎11的输出受限制的量（ΔWe）。因此，能够对主泵14输出的输出成为（（We-ΔWe）+Wa=Whd），从而导致主泵14的输出也下降。因此，使电动发电机12的辅助输出增加相当于引擎输出受限制的量（ΔWe）的量（ΔWa）。由此，能够对主泵14输出的输出成为（（We-ΔWe）+Wa+ΔWa=Whyd），从而能够维持主泵14的输出。其结果，即使在引擎11的水温成为高温的环境下运行挖土机，也能够进行与通常相同的工作，且能够防止工作效率下降。

图5是表示引擎11的水温过度上升时电动发电机12的辅助输出等的变化的曲线图。图5-（b）表示引擎11的水温的变化，图5-（a）表示随着水温的变化而引起的引擎输出的变化。图5-（c）表示根据水温的变化控制的电动发电机12的辅助输出。并且，图5-（d）表示主泵14的吐出压力（相当于施加给主泵14的负载）的变化，图5-（e）表示主泵14的输出。图5（f）表示向电动发电机12供给电力的蓄电系统120的蓄电部（电容器）19的充电率（SOC）。在此，图5-（a）、（c）～（f）所示的曲线图是表示工作中的大约数分钟至数十分钟的时间的平均值的曲线图。

图5所示的控制例为，如图5-（f）所示那样，即使在向电动发电机12供给电力的情况下，蓄电部19的充电率SOC也能够维持充分高于系统下限值的状态时的控制例。

例如在外部气温较高的地区运行挖土机时，如图5-（d）所示，由于从工作开始至时刻t1期间是轻负载工作，因此主泵14的吐出压力以较小的值变化。并且，使主泵14（液压泵）的吐出压力（负载）在时刻t1之前开始增大，并在时刻t1与时刻t2之间成为恒定的负载。此时，随着主泵14的吐出压力的増大，引擎11的冷却水的温度（水温）逐渐上升，在时刻t1超过第1阈值TH1并进一步上升。该第1阈值TH1为运行引擎11的同时预先设定的温度，且为当水温超过第1阈值TH1时引擎11的输出开始下降的温度。因此，若超过时刻t1，则引擎11的输出开始下降。

引擎11的水温计11a始终检测水温，并将水温的检测值供给至控制器30。控制器30始终监控由水温计11a检测的水温检测值，若水温超过第1阈值TH1，则为了使电动发电机12电动运行而辅助引擎11而发出指令。

由于主泵14的吐出压力的増大在时刻t2之前停止并保持恒定，因此在时刻t2引擎输出的降低停止，之后以大致恒定值变化。

在此，由于在时刻t1开始通过电动发电机12辅助引擎11，因此如图5-（c）所示，电动发电机12的辅助输出从时刻t1开始变大，增大至时刻t2，从时刻t2开始保持恒定。比较图5-（a）与图5-（c）可知，由于引擎输出在时刻t1开始下降，同时辅助输出从时刻t1开始增大，因此成为利用辅助输出填补引擎输出的下降。因此，供给于主泵14的动力即使在引擎输出下降的情况下也不会下降，由此如图5-（e）所示，主泵14的输出从时刻t1至时刻t4保持恒定。

如此，即使水温上升而导致引擎11的输出下降，也利用辅助输出填补其下降量，因此不会使供给于液压工作要件的液压下降，而是能够充分维持该液压。

由于利用辅助输出处理向引擎11施加的负载的一部分，因此向引擎11施加的实际负载减少，若超过时刻t4，则水温变得小于第2阈值TH2而逐渐下降。该第2阈值TH2为运行引擎11的同时预先设定的温度，且为当水温低于第2阈值TH2时引擎11的输出开始上升的温度。因此，若超过时刻t4，则因过热状态而下降的引擎11的输出开始上升。

因此，若水温计11a检测出的水温小于第2阈值TH2，则控制器30使电动发电机12的辅助输出逐渐减少。水温在时刻t5下降至第1阈值TH1且在之后也下降，从而恢复到呈过热状态之前的温度。辅助输出从时刻t4开始减少，在时刻t5成为零。

如以上，引擎输出在时刻t4开始上升，同时辅助输出从时刻t4开始减少，因此辅助输出减少引擎输出的増大量。因此，供给于主泵14的动力即使在引擎输出上升的情况下也不会增大，由此如图5-（e）所示，主泵14的输出从时刻t4至时刻t5保持恒定。

在此，电动发电机12通过被供给来自蓄电系统120的电容器19的电力来输出上述的辅助输出。因此，如图5-（f）所示，电容器19的充电率SOC自开始电动发电机12的电动运行（辅助运行）的时刻t1起下降，减少至时刻t4。若到时刻t4，则SOC的下降减少，在时刻t5停止电动发电机12的辅助运行，因此没有SOC的减少。在本例中，由于SOC在辅助运行电动发电机12之前充分变高，且辅助运行电动发电机12的时间不长，因此SOC在停止辅助输出之前（时刻t5之前）不会低于系统下限值。

如以上，在图5所示的控制例中，以若水温上升至第1阈值TH1则开始辅助、若小于第2阈值TH2则停止辅助的方式，控制电动发电机12的驱动。由此，即使在因引擎11的过热而导致引擎输出下降的情况下，也能够利用电动发电机12的辅助输出填补引擎输出的下降量，从而能够将主泵14的输出维持成与通常的状态相同的级别。

接着，对在进行基于电动发电机12的辅助运行时蓄电部（电容器）19的充电率SOC无法维持高于系统下限值的状态时的控制例进行说明。

图6与图5相同，是表示当引擎11的水温过度上升时电动发电机12的辅助输出等的变化的曲线图。图6-（b）表示引擎11的水温的变化，图6-（a）表示随着水温的变化而引起的引擎输出的变化。图6-（c）表示根据水温的变化控制的电动发电机12的辅助输出。并且，图6-（d）表示主泵14的吐出压力（相当于施加给主泵14的负载）的变化，图6-（e）表示主泵14的输出。图6-（f）表示向电动发电机12供给电力的蓄电系统120的蓄电部（电容器）19的充电率（SOC）。

图6所示的控制例为，如图6-（f）所示那样，在向电动发电机12供给电力的过程中蓄电部19的充电率SOC不能维持充分高于系统下限值的状态时的控制例。

到时刻t3为止的各要件的变化与图5所示的控制例中的各要件的变化相同，省略其说明。在图6所示的控制例中，如图6-（f）所示，在时刻t3电容器19的SOC下降至系统下限值，停止从蓄电系统120供给电力。因此，在时刻t3停止电动发电机12的辅助运行，如图6-（c）所示，辅助输出从时刻t3急剧下降而成为零。由此，因为没有利用辅助输出填补的量，因此驱动主泵14的动力仅仅是因过热而下降的引擎11的输出。因此，主泵14的输出如图6-（e）所示在时刻t3减少。

在此，由于在时刻t3之后的时刻t4，如图6-（d）所示那样通过来自主泵14的液压驱动的液压工作要件的工作被切换为轻负载工作，因此能够利用下降的引擎11的输出处理液压负载。因此，在时刻t4之后引擎11的负载降低，如图6-（a）所示，在时刻t4之后引擎11的输出上升，在时刻t5恢复至原来的输出。其结果，主泵14的输出也从时刻t4开始上升，在时刻t5恢复至通常的输出。

如以上，在图6所示的控制例中，以若水温上升至第1阈值TH1则开始辅助、若电容器19的SOC下降至系统下限值则停止辅助的方式，控制电动发电机12的驱动。由此，即使在因引擎11的过热而导致引擎输出下降的情况下，在电容器19的SOC高于系统下限值时，也能够利用电动发电机12的辅助输出填补引擎输出的下降量，从而能够将主泵14的输出维持与通常的状态相同的级别。

接着，对基于主泵14的输出下降而进行电动发电机12的辅助运行时的控制例进行说明。

图7与图5相同，是表示当引擎11的水温过度上升时基于主泵14的输出的下降而进行电动发电机12的辅助运行的情况下的、电动发电机12的辅助输出等的变化的曲线图。图7-（b）表示引擎11的水温的变化，图7-（a）表示随着水温的变化而引起的引擎输出的变化。图7-（c）表示根据主泵14的输出的下降控制的电动发电机12的辅助输出。并且，图7-（d）表示主泵14的吐出压力（相当于施加给主泵14的负载）的变化，图7-（e）表示主泵14的输出。图7-（f）表示向电动发电机12供给电力的蓄电系统120的蓄电部（电容器）19的充电率（SOC）。

图7所示的控制例为，如图7-（f）所示那样在向电动发电机12供给电力的过程中蓄电部19的充电率SOC下降至系统下限值时的控制例。

例如在外部气温较高的地区运行挖土机时，如图7-（d）所示使主泵14（液压泵）的负载在时刻t1之前开始增大，并在时刻t1与时刻t2期间成为恒定的负载。此时，随着主泵14的吐出压力的増大，引擎11的冷却水的温度（水温）逐渐上升，在时刻t1超过第1阈值TH1并进一步上升。该第1阈值TH1是运行引擎11的同时预先设定的温度，且为当水温超过第1阈值TH1时引擎11的输出开始下降的温度。因此，若超过时刻t1，则引擎11的输出开始下降。

随着引擎11的输出下降，主泵14的输出也从时刻t1开始下降。并且，如图7-（e）所示，若到时刻t2，则主泵14的输出下降至泵输出阈值PTH。控制器30监控主泵14的输出，若主泵14的输出下降至泵输出阈值PTH，则为了使电动发电机12电动运行并辅助引擎11而发出指令。

由于主泵14的吐出压力的増大在时刻t2之前停止并保持恒定，因此引擎输出的下降在时刻t2停止，之后以恒定值变化。

在此，由于在时刻t2开始进行基于电动发电机12的引擎11的辅助，因此如图7-（c）所示，电动发电机12的辅助输出从时刻t2开始增大并成为恒定值。电动发电机12通过来自电容器19的电力驱动而进行辅助运行。但是，如图7-（f）所示，导致电容器19的充电率SOC在时刻t3下降至系统下限值。因此，控制器30在时刻t3停止电动发电机12的辅助运行，并防止电容器19的充电率SOC比系统下限值低。

如以上，若水温上升而引擎输出下降，由此导致主泵14的输出下降至泵输出阈值PTH，则控制器30在时刻t2使电动发电机12开始辅助运行。并且，若电容器19的SOC下降至系统下限值，则控制器30在时刻t3停止电动发电机12的辅助运行。

因此，虽然如图7-（e）所示，主泵14的输出从时刻t1开始下降，在时刻t2下降至泵输出阈值PTH，但是由于在时刻t2之后供给电动发电机12的辅助输出，因此引擎输出恢复至通常状态时的输出。并且，由于在时刻t3停止电动发电机12的辅助运行，因此主泵14的输出开始再次下降，并下降至泵输出阈值PTH。此时，由于电容器19的SOC成为系统下限值，因此不进行电动发电机12的辅助运行。

若超过时刻t3而到时刻t4，则如图7-（d）所示通过来自主泵14的液压驱动的液压工作要件的工作被切换为轻负载工作，因此能够利用下降的引擎11的输出处理液压负载。因此，在时刻t4之后引擎11的负载降低，如图7-（a）所示在时刻t4之后引擎11的输出上升，在时刻t5恢复至原来的输出。其结果，主泵14的输出也从时刻t4开始上升，在时刻t5恢复至通常的输出。

如以上，在图7所示的控制例中，以若主泵14的输出下降至泵输出阈值PTH则开始辅助、若电容器19的SOC下降至系统下限值则停止辅助的方式，控制电动发电机12的驱动。由此，即使在因引擎11的过热而导致引擎输出下降的情况下，在电容器19的SOC高于系统下限值时，也能够通过电动发电机12的辅助输出填补引擎输出的下降量，从而能够将主泵14的输出维持成与通常的状态相同的级别。

接着，对在如高原那样大气压较低的环境下工作时的控制例进行说明。挖土机进行工作的地区的大气压（即，引擎11的周围的大气压）相当于使引擎11的输出下降的外部条件之一。

图8是表示大气压与引擎输出比的关系的曲线图。引擎输出比（%）是用百分比表示当时的引擎输出相对于平地的大气压下的引擎输出的比的值。若大气压变低，则引擎11的输出下降。

因此，若将某一大气压下的引擎11的输出减少量设为ΔWe，则使电动发电机12的辅助输出增加相当于ΔWe的量ΔWa。由此，能够对主泵14输出的输出成为（（We-ΔWe）+Wa+ΔWa=Whyd），从而能够将主泵14的输出维持成在平地的大气压下运行时的输出。其结果，即使在大气压较低的高原通过挖土机进行工作时，也能够进行与在平地的通常的大气压下工作时相同的工作，从而能够防止工作效率下降。

如以上，若大气压低于通常的大气压，则引擎11的输出便会下降，因此导致主泵14的输出也下降。因此，在图9所示的控制例中，当液压工作要件的工作成为重负载工作，从而无法利用下降的主泵14的输出处理液压负载时，通过进行电动发电机12的辅助运行来填补主泵14的输出的不足量。

图9是表示通过大气压传感器40检测出的大气压低于大气压阈值ATH时电动发电机12的辅助输出等的变化的曲线图。图9-（b）表示放置挖土机的环境的大气压，大气压低于大气压阈值ATH。大气压阈值ATH是用于判断是否通过辅助运行电动发电机12来辅助主泵14的驱动的压力值，是预先设定的值。即，在大气压成为大气压阈值ATH以下的情况下，当液压负载増大时，通过辅助运行电动发电机12来增大主泵14的输出。

图9-（a）是表示引擎11的输出（引擎输出）的变化的曲线图。由于大气压较低，因此用实线表示的引擎输出也下降。图9-（a）中的单点划线表示通常大气压时的引擎输出。

如此，在引擎输出已下降的状态下，当液压工作要件的工作为轻负载工作时，利用下降的引擎输出也能够处理液压负载，因此不成问题。但是，若液压工作要件的工作成为重负载工作，则有时无法利用已下降的引擎输出处理液压负载。在这种情况下，控制器30通过使电动发电机12辅助运行来增大供给于主泵14的动力。由此，增大主泵14的输出，并确保重负载工作中所需的液压。

具体而言，首先，若在时刻t1液压工作要件的工作被切换为重负载工作，则如图9-（d）所示，液压泵负载增大，在时刻t2保持恒定。之后，在时刻t4，液压工作要件的工作从重负载工作切换为轻负载工作，液压泵负载减少，在时刻t5保持恒定。

若在大气压低于大气压阈值ATH时，在时刻t1液压工作要件的工作切换为重负载工作，则控制器30使电动发电机12辅助运行。由此，如图9-（c）的实线所示，电动发电机12的辅助输出就会增大，在时刻t2成为恒定值。由于供给于主泵14的动力增大，因此主泵14的输出（液压泵输出）从时刻t1开始上升，在时刻t2成为恒定的高输出。能够利用该输出处理用于进行重负载工作的液压负载。

另外，图9-（c）的单点划线表示在大气压高于大气压阈值ATH时进行相同的工作时的辅助输出的变化。在大气压高于大气压阈值ATH的情况（即，在平地的通常的大气压）下，由于到时刻t1为止是轻负载工作，因此没有辅助输出。若在时刻t1液压工作要件的工作被切换为重负载工作，则需要辅助输出，如图9-（c）的单点划线所示，电动发电机12开始输出辅助输出。辅助输出在时刻t2保持恒定，从时刻t4开始减少，在时刻t5辅助输出将消失。

从图9-（c）可知，大气压低于大气压阈值ATH时的辅助输出与大气压高于大气压阈值ATH时的辅助输出的变化相同，但是整体上只变大恒定值。即，呈如下状态：为了填补与大气压降低量相对应的引擎输出下降，使大气压低于大气压阈值ATH时的辅助输出增加了其相应量（上述的ΔWa）。

若在时刻t4液压工作要件的工作从重负载工作切换为轻负载工作，则控制器30停止电动发电机12的辅助运行。由此，辅助输出从时刻t4开始下降，在时刻t5返回到当初的输出（时刻t1之前的输出）。因此，主泵14的输出也从时刻t4开始下降，在时刻t5恢复至相当于引擎输出的输出。

在此，电动发电机12通过被供给来自蓄电系统120的电容器19的电力来输出上述的辅助输出。因此，如图9-（f）所示，电容器19的充电率SOC自开始电动发电机12的电动运行（辅助运行）的时刻t1起下降，并减少至时刻t4。到时刻t4时，SOC的下降就会减少，在时刻t5停止电动发电机12的辅助运行，因此没有SOC的减少。在本例中，由于SOC在辅助运行电动发电机12之前充分变高，且辅助运行电动发电机12的时间不长，因此SOC在停止辅助输出之前（时刻t5之前）不会低于系统下限值。

如以上，在图9所示的控制例中，如下地控制电动发电机12的驱动，在大气压低于大气压阈值ATH的环境下，若液压负载大于引擎输出，则开始进行基于电动发电机12的辅助运行；若液压负载成为引擎输出以下，则停止辅助。由此，即使在因大气压的下降而导致引擎输出下降的情况下，也能够利用电动发电机12的辅助输出填补引擎输出的下降量，从而能够将主泵14的输出维持成与通常的状态相同的级别。

在以上控制例中，作为使引擎11的输出下降的外部条件，以冷却水的水温的上升和大气压的下降为例进行了说明，但是作为使引擎11的输出下降的外部条件（外部因素），例如可以考虑外部气温的变化、燃料组成的变化（例如使用生物燃料）等其他各种各样的条件。

具体而言，作为燃料组成的变化，例如可以举出燃料中的硫磺量的比率的变化等。由于因燃料中的硫磺量的比率而导致引擎11的输出发生变化，因此能够通过检测组成或者由工作人员输入组成，并根据其组成利用辅助输出来填补引擎的输出的变化量（减少量）。或者，有时还在燃料汽油中添加乙醇等酒精。在这种情况下，也由于因乙醇的添加量而导致引擎11的输出发生变化，因此能够利用辅助输出填补输出的变化量（减少量）。

另外，在上述实施方式中，回转机构2为电动式，但是有时回转机构2并非电动式，而是液压驱动式。图10是表示将图2所示的混合式挖土机的回转机构设为液压驱动式时的驱动系统的结构的框图。在图10所示的混合式液压挖土机中，回转液压马达2A代替回转用电动机21而与控制阀17连接，回转机构2通过回转液压马达2A驱动。即使为这种混合式挖土机，也能够如上述的实施方式那样，在因外部条件而导致引擎输出下降时，通过辅助运行电动发电机12来维持液压泵的输出。

在本说明书中，通过混合式挖土机的实施方式对本发明进行了说明，但是本发明不限定于具体公开的上述的实施方式，只要不脱离本发明的范围，应该可以进行各种变形例以及改良例。

本申请基于2011年6月14日申请的优先权主张日本专利申请第2011-132505号，其全部内容援用于本申请中。

产业上的可利用性

本发明能够应用于利用电动机辅助引擎的混合式工作机械。

符号说明

1-下部行走体，1A、1B-液压马达，2-回转机构，2A-回转液压马达，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，11-引擎，11a-水温计，12-电动发电机，13-变速器，14-主泵，15-先导泵，16-高压液压管路，17-控制阀，18A、20-逆变器，19-电容器，21-回转用电动机，22-分解器，23-机械制动器，24-回转变速器，25-先导管路，26-操作装置，26A、26B-操纵杆，26C-踏板，27-液压管路，28-液压管路，29-压力传感器，30-控制器，40-大气压传感器，100-升降压转换器，110-DC母线，111-DC母线电压检测部，112-电容器电压检测部，113、116-电容器电流检测部，114、117-电源线，115、118-连接点，120-蓄电系统，130-1、130-2-继电器。

Claims (6)

1.一种混合式工作机械，其特征在于，具有：

引擎；

用于检测所述引擎的水温的水温计；

由所述引擎驱动的液压泵；

安装在所述混合式工作机械的上部回转体上的动臂、安装在所述动臂上的斗杆、安装在所述斗杆上的铲斗，所述动臂、所述斗杆和所述铲斗由所述液压泵排放的液压油驱动；

电动发电机，其与该引擎连接；

蓄电装置，其将该电动发电机发出的电力蓄积；以及

控制部，其执行所述电动发电机的驱动的控制，使得：

当由所述水温计检测的所述引擎的水温超过所述引擎的输出开始下降时所处的第一预定温度时，开始增大所述电动发电机的辅助输出以使得所述电动发电机的辅助输出随着所述引擎的水温上升而增大，从而补偿所述引擎的输出的减小，并且

在所述引擎的水温停止上升而开始下降之后，当由所述水温计检测的所述引擎的水温变得低于所述引擎的输出开始增大时所处的第二预定温度时，开始减小所述电动发电机的辅助输出。

2.根据权利要求1所述的混合式工作机械，其特征在于，进一步包括：

检测所述引擎的环境大气压的大气压传感器，

当由所述大气压传感器检测的环境大气压大于或等于预定值时，所述控制部执行所述控制，

并且，当由所述大气压传感器检测的环境大气压低于所述预定值时，所述控制部响应所述液压泵上负载的增大而开始增大所述电动发电机的辅助输出。

3.根据权利要求1所述的混合式工作机械，其特征在于，

所述控制部构成为，当所述蓄电装置的蓄电量降低至下限值时停止所述电动发电机的输出所述辅助输出的操作。

4.一种混合式工作机械的控制方法，所述混合式工作机械包括：引擎；水温计；由所述引擎驱动的液压泵；安装在所述混合式工作机械的上部回转体上的动臂、安装在所述动臂上的斗杆、和安装在所述斗杆上的铲斗，所述动臂、所述斗杆和所述铲斗由所述液压泵排放的液压油驱动；电动发电机，其与所述引擎连接；蓄电装置，其将所述电动发电机发出的电力蓄积；以及包括处理器的控制器，所述控制方法包括：

通过所述水温计检测所述引擎的水温；和

通过所述控制器的处理器执行所述电动发电机的驱动的控制，使得：当由所述水温计检测的所述引擎的水温超过所述引擎的输出开始下降时所处的第一预定温度时，开始增大所述电动发电机的辅助输出以使得所述电动发电机的辅助输出随着所述引擎的水温上升而增大，从而补偿所述引擎的输出的减小；并且在所述引擎的水温停止上升而开始下降之后，当由所述水温计检测的所述引擎的水温变得低于所述引擎的输出开始增大时所处的第二预定温度时，开始减小所述电动发电机的辅助输出。

5.根据权利要求4所述的混合式工作机械的控制方法，其特征在于，进一步包括：

通过所述混合式工作机械的大气压传感器检测所述引擎的环境大气压，

当由所述大气压传感器检测的环境大气压大于或等于预定值时，执行所述控制，

并且，当由所述大气压传感器检测的环境大气压低于所述预定值时，响应所述液压泵上负载的增大使得所述电动发电机的辅助输出开始增大。

6.根据权利要求4所述的混合式工作机械的控制方法，其特征在于，

当所述蓄电装置的蓄电量降低至下限值时，停止所述电动发电机的输出所述辅助输出的操作。