CN104302847A - 混合动力式工程机械 - Google Patents

Abstract

具备：在与发动机(1)之间进行转矩的传递的电动发电机(2)；由发动机以及电动发电机的至少一方驱动的液压泵(3)；由从液压泵喷出的液压油驱动的液压执行机构(5)；用于向电动发电机供给电力的蓄电装置(10)；以及以满足液压泵的请求动力的方式设定发动机以及电动发电机的目标动力的控制器(8)，控制器与蓄电装置的剩余蓄电量的减少相应地将发动机的目标动力设定为单调增加。由此，能够在实现燃料消耗量以及废气的削减的同时，良好地保持操作员的操作感。

Description

混合动力式工程机械

技术领域

本发明涉及具备发动机和电动发电机作为动力源的液压挖掘机或轮式装载机等混合动力式工程机械。

背景技术

在以节能化(低耗油量化)、或减少从发动机排出的成为环境负荷的废气(二氧化碳、氮氧化物、颗粒状物质等)的排出量为目的的工程机械(液压挖掘机或轮式装载机等)中，存在在发动机的基础上还具备电动发电机来作为动力源的所谓混合动力式工程机械。

作为混合动力式工程机械的技术，日本专利第4633813号中公开有避免发动机燃烧效率的降低、且防止产生黑烟(废气)的技术。该技术通过按照某一增加率使发动机的输出上限值增加，来避免发动机急剧地增加动力并谋求抑制废气。

在日本专利第4512283号中公开了如下技术：通过基于电动发电机进行的充放电操作而调整相对于液压泵的请求动力的发动机供给动力的多出量和不足量，由此防止发动机与电动发电机的合计动力的过盈供给并实现燃油效率的改善，再有，谋求防止因向液压泵动力供给不足而产生的发动机停止。

在日本特开2003－9308号公报中公开有如下技术：通过做成能够选择使发动机完全停止而仅由电动机驱动工程机械的构成，在选择了该构成的过程中能够不消耗燃料并且也不排出废气地进行作业。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4633813号

专利文献2：日本专利第4512283号

专利文献3：日本特开2003－9308号公报

发明内容

发明所要解决的课题

在上述日本专利第4633813号中，通过以规定的增加率使发动机的输出上限值增加来限制发动机的动力变化速度，在泵的请求动力超出发动机的输出上限的情况下，由电动机的动力补足该差量。因此，例如，在像挖掘机的挖掘动作一样需要的动力急剧增加的作业中，剩余蓄电量较少而无法由电动机进行足够的动力辅助的情况下，由于能向泵供给的动力不足，因此无法避免挖掘机的动作变得缓慢。再有，在该状况下，在能够从发动机和电动发电机供给的动力远低于所需的泵动力的情况下，存在发动机停止的隐患。

在上述日本专利第4512283号的工程机械中，若使发动机在额定输出附近动作，则能够利用发动机的剩余动力始终从发电机向蓄电装置进行充电。因此，能够避免剩余蓄电量不足的状况，即使在发动机的动力相对于泵请求动力较低的情况下也能够可靠地由电动发电机实施动力辅助。因此，能够避免像之前的日本专利第4633813号的技术一样挖掘机的动作变得缓慢。但是，在该技术中，由于不存在对发动机输出的限制，所以无法避免过渡性的燃烧状况的恶化。另外，若使发动机始终在额定输出点(即，发动机的动力增加速度为“±0”的状态)动作，则虽然避免了上述过渡性的状况的产生，但需要蓄电装置始终充放电。因此，始终产生依赖于各种电气设备(例如电动发电机、逆变器等变压装置、蓄电装置)的效率的能量损失，节能效果变小。再有，在液压泵不需要动力的情况下使发动机以额定输出继续工作这一情况，从减少废气的观点来看也说不上优选。

在上述日本特开2003－9308号公报中，通过在使发动机停止的状态下进行作业，虽然能够同时实现低耗油量和低废气，但是为了在“零废气运转”下确保操作性，需要具备与发动机的最大动力同水准的输出的电动发电机。由于电动发电机的容量与其动力具有相关关系，因此无法避免工程机械的大型化。若工程机械大型化，则进行旋转动作时需要的能量增加从而导致燃油效率恶化。再有，因大型化而导致重量增加会对工程机械的爬坡能力产生很大影响，因而并不优选。另外，在该技术中，从发动机的停止时到使用时的期间，该发动机所要求的动力变化过大，存在因急剧的燃料喷射而产生黑烟的可能性。

本发明鉴于上述课题而完成，其目的在于提供一种混合动力式工程机械，能够在实现耗油量以及废气的减少的同时，良好地保持操作员的操作感。

用于解决课题的方法

本发明为实现上述目的，具备：发动机；在与所述发动机之间进行转矩的传递的电动发电机；由所述发动机以及所述电动发电机的至少一方驱动的液压泵；由从该液压泵喷出的液压油驱动的液压执行机构；用于向所述电动发电机供给电力的蓄电装置；以及以满足所述液压泵的请求动力的方式设定所述发动机以及所述电动发电机的目标动力的控制机构，所述控制机构与所述蓄电装置的剩余蓄电量的减少相应地，使所述发动机的目标动力的限制值单调增加。

发明效果

根据本发明，在剩余蓄电量比较多的情况下，响应性高的电动发电机优先输出泵请求动力，在剩余蓄电量比较少的情况下，由不依赖剩余蓄电量的发动机优先输出泵请求动力，因此，无论剩余蓄电量如何均能够确保良好的操作感并且能够实现燃料消耗量以及废气的削减。

附图说明

图1是本发明的实施方式涉及的混合动力式液压挖掘机中的液压驱动控制器的概略构成图。

图2是本发明的实施方式涉及的基于调节器14的泵吸收转矩的控制特性图。

图3是本发明的第一实施方式涉及的控制器8的概略构成图。

图4是表示本发明的第一实施方式涉及的动力运算表的图。

图5是表示SOC较大的情况下的SOC、泵请求动力、发动机目标动力以及辅助目标动力的变化的图。

图6是表示SOC减少至规定水准的情况下的SOC、泵请求动力、发动机目标动力以及辅助目标动力的变化的图。

图7是表示SOC较小的情况下的SOC、泵请求动力、发动机目标动力以及辅助目标动力的变化的图。

图8是本发明的第二实施方式涉及的控制器的概略构成图。

图9是表示发动机目标动力运算部23A中的运算处理内容的一个例子的图。

图10是发动机目标动力的基准值的最小值的说明图。

图11是表示基准动力运算表31的其他例子的图。

图12是表示SOC较大的情况下的SOC、泵请求动力、发动机目标动力以及辅助目标动力的变化的图。

图13是表示SOC减少至规定水准的情况下的SOC、泵请求动力、发动机目标动力以及辅助目标动力的变化的图。

图14是表示SOC较小的情况下的SOC、泵请求动力、发动机目标动力以及辅助目标动力的变化的图。

图15是关于SOC较低的情况下的发动机目标动力的确定方法的简单说明图。

图16是表示利用本发明的第三实施方式涉及的发动机目标转速运算部35的等燃油效率表的图。

图17是表示发动机目标动力运算部23B中的运算处理内容的一个例子的图。

具体实施方式

以下，使用附图对本发明的实施方式进行说明。

图1是本发明的实施方式涉及的混合动力式液压挖掘机中的液压驱动控制器的概略构成图。该图所示的液压驱动控制器具备：发动机1；限制发动机1的燃料喷射量的调速器7；检测发动机1的实际转速的转速传感器(实际转速检测机构)6；与发动机1的输出轴机械地连结并在与发动机1之间进行转矩的传递的电动发电机2；与发动机1及电动发电机2的输出轴机械地连结并被发动机1及电动发电机2的至少一方驱动的可变容量型液压泵3(以下，有时简称为“液压泵3”)及先导泵32；通过从液压泵3喷出的液压油而被驱动的液压执行机构5；用于通过使从先导泵32喷出的液压油减压并向阀装置4输出来控制液压执行机构5的操作杆(操作装置)16；用于积蓄电力的蓄电装置(蓄电机构)10，该电力主要用于驱动电动发电机2；调节液压泵3的容量的泵容量调节装置(泵容量调节机构)14；控制泵容量调节装置14的电磁比例阀15；控制电动发电机2并且控制电动发电机2与蓄电装置10之间的电力交接的逆变器(电力转换装置)9；以及用于控制包括发动机1、电动发电机2以及液压泵3在内的各种装置的控制器(控制机构)8。

图1所示的液压驱动控制器将由液压泵3喷出的液压油首先供给至具备多个控制阀的阀装置4，在由该阀装置4适当变更了液压油的流量、方向、压力后将该液压油向各液压执行机构5供给，由此控制各液压执行机构5的驱动。阀装置4中的控制阀由从先导泵32喷出并根据操作杆16的操作量而被减压后的液压油控制。通过由压力传感器18a、18b(参照图1)等压力检测机构检测从先导泵32向阀装置4(控制阀)输出的液压油的压力而能够检测操作杆16的操作量。

另外，作为设置于本实施方式涉及的液压挖掘机上的液压执行机构5，有用于驱动安装于上部旋转体前方的多关节型作业装置的液压缸(动臂液压缸、斗杆液压缸以及铲斗液压缸等)、用于使上部旋转体旋转的液压马达(旋转马达)、用于使安装于上部旋转体下部的下部行驶体行驶的液压马达(行驶马达)等，但在图1中将它们概括表述为液压执行机构5。

发动机1通过由调速器7控制燃料喷射量而被调速。在液压泵3上，作为检测用于运算液压泵3的负载所需要的信息的机构(泵信息检测机构)，而设置有对从液压泵3喷出的液压油的压力进行计量的压力传感器19(压力检测机构)、对该液压油的流量进行计量的未图示的流量传感器(流量检测机构)以及对液压泵3的倾斜角进行计量的未图示的角度传感器(角度检测机构)，这些压力传感器19、流量传感器以及角度传感器将检测到的传感器值输出至控制器8。

调节器14和电磁比例阀15是基于从控制器8输出的操作信号来调节液压泵3的容量的泵容量调节装置。调节器14配置于液压泵3，当通过调节器14操作液压泵3的斜板或斜轴的倾斜角时，能够改变液压泵3的容量(排油容积)而控制液压泵3的吸收转矩(输入转矩)(泵吸收转矩控制)。经由与先导泵32连接的配管(未图示)而向电磁比例阀15供给液压油。本实施方式中的调节器14通过电磁比例阀15所产生的控制压而被控制。电磁比例阀15基于从控制器8输出的指令值而工作。

本实施方式涉及的调节器14例如按照图2所示的控制特性图来控制液压泵3的容量。图2是本发明的实施方式涉及的基于调节器14的泵吸收转矩的控制特性图。该图所示的折线31A表示相对于液压泵3的喷出压而设定的液压泵3的容量的特性，设定为，在不超过发动机1与电动发电机2的合计输出的最大值(图2中虚线所示的双曲线(固定转矩线图))的范围内使液压泵3的转矩(泵容量与泵喷出压力之积)大致固定。即，若根据该每时的泵喷出压力而利用折线31A来设定液压泵3的容量，则能够控制液压泵3的转矩使其不超过基于发动机1和电动发电机2实现的最大输出。当泵喷出压力为P1以下时不实施泵吸收转矩控制，泵容量由用于操作阀装置4的各控制阀的操作杆的操作量确定(例如，在任一操作杆的操作量最大时达到q1)。另一方面，若泵喷出压力变为P1～P2，则实施基于调节器14进行的泵吸收转矩控制，以随着泵喷出压的增加而使泵容量沿折线31A减少的方式通过调节器14操作泵倾斜角。由此，泵吸收转矩被控制在由折线31A限定的转矩以下。此外，P2是泵喷出压力的最大值，与阀装置4中与液压泵3侧的回路连接的溢流阀的设定压力相等，泵喷出压力不会上升到该值以上。此外，在此，作为液压泵的吸收转矩的控制特性图，虽然使用两条直线组合而成的折线31A，但只要在不超过图2中的固定转矩线图(双曲线)的范围内设定的话，则也可以利用其他的控制特性图。

控制器8将基于液压泵3的吸收转矩而生成的操作信号(电信号)输出至电磁比例阀15，电磁比例阀15通过生成与该操作信号相应的控制压力来驱动调节器14。由此，通过调节器14来变更液压泵3的容量，液压泵3的吸收转矩被调整至不产生发动机停止的范围。

在由蓄电池或电容器等构成的蓄电装置10上，作为对为了运算蓄电装置10的蓄电量而需要的信息进行检测的机构(蓄电信息检测机构)，安装有电流传感器11、电压传感器12以及温度传感器13。控制器8基于由这些传感器11、12、13检测到的电流、电压以及温度等信息在剩余蓄电量运算部21(后述)中运算蓄电装置10的剩余蓄电量，并管理蓄电装置10的蓄电量。

图3是本发明的第一实施方式涉及的控制器8的概略构成图。此外，对与之前的图所示的部分相同部分标注相同的附图标记并适当省略说明(对之后图也一样)。该图所示的控制器8是主要执行以满足液压泵3的请求动力的方式设定发动机1以及电动发电机2的目标动力的处理的部分，其具备：剩余蓄电量运算部21、发动机目标动力运算部23、泵动力运算部22、电动发电机目标动力运算部34、辅助动力控制部28、发动机目标转速运算部35、以及发动机目标转速控制部36。另外，控制器8作为硬件构成而具备用于执行本发明涉及的各种处理程序的运算处理装置(例如，CPU)、以及用于存储包括该控制程序在内的各种数据的存储装置(例如ROM、RAM)等(均未图示)。此外，对于液压系统和各种电装部件等也由控制器8实施控制，但在此省略详细的说明。

剩余蓄电量运算部(剩余蓄电量运算机构)21是执行运算蓄电装置10的剩余蓄电量(SOC：State Of Charge(以下，有时称为SOC))并输出该剩余蓄电量的处理的部分。作为运算剩余蓄电量的方法，只要利用已知的方法即可，例如存在基于由电流传感器11、电压传感器12、温度传感器13检测到的电流、电压以及温度等信息来算出剩余蓄电量的方法。

发动机目标动力运算部(发动机目标动力运算机构)23是执行基于从剩余蓄电量运算部21输出的SOC来运算发动机1的目标动力(发动机目标动力)的处理的部分。通过发动机目标动力运算部23将发动机目标动力设定为随着SOC的减少而单调增加。此外，就此处的“单调增加”而言，不仅包括(1)发动机目标动力随着SOC的减少而始终增加的“狭义的单调增加”，还包括(2)发动机目标动力随着SOC的减少而在规定的SOC区间内保持固定的同时阶梯状地(离散地)增加的“广义的单调增加”(此外，因为随着SOC的减少而发动机目标动力不减少地增加，所以“广义的单调增加”有时也被称为“单调非减少”)。本实施方式中的发动机目标动力运算部23在基于SOC算出的发动机目标动力时，使用图4所示的动力运算表。

图4是表示本发明的第一实施方式涉及的动力运算表的图。该表以来自剩余蓄电量运算部21的输入即SOC为横轴，以发动机目标动力运算部23的输出即目标动力为纵轴。如该图所，在本实施方式涉及的动力运算表中，发动机目标动力被设定为与SOC的减少相应地阶梯状地增加(广义的单调增加)，从表整体来开，发动机目标动力向左侧增加，不存在向左侧减少的部分。由此，在剩余蓄电量相对较多(SOC相对较高)的情况下，发动机目标动力被设定得较低，通过降低发动机1的目标动力来实现燃料消耗量的降低。另一方面，在剩余蓄电量相对较少(SOC相对较低)的情况下，发动机目标动力被设定得较大。即，在SOC较低的情况下，提高将电动发电机2用作发电机的频率，来实现避免蓄电装置10成为过度放电的状况。

此外，在图4的例子中，当SOC成为S1(第一设定值)以下的值时，将发动机目标动力设定为发动机1的最大动力，另外，当SOC成为S2(第二设定值(S2是比S1大的值))以上时，将发动机目标动力设定为比液压泵3的最小动力小的值。即，在SOC为S2以上时，电动发电机2将作为电动机而动作。

另外，在此，从抑制发动机目标动力跟随SOC的变化而容易变化的观点出发，使用了发动机目标动力随着SOC减少而阶梯状地单调增加(广义的单调增加)的表。当像这样地设定表时，在还能够抑制存储装置的使用容量这一点和可预见运算处理装置的运算速度的提高这一点上也有优势。另外，表的设计方法并不限于此，例如，如后所述，也可以利用发动机目标动力与SOC的减少相应地始终增加(狭义的单调增加)的方法(例如，曲线状的图)。

泵动力运算部(泵动力运算机构)22是执行运算液压泵3的请求动力(泵请求动力)并输出该泵请求动力的处理的部分。作为运算液压泵3的请求动力的方法，存在例如输入操作杆16的操作量(杆操作量)并基于该操作量的大小而算出请求动力的方法。此外，作为求出操作杆16的操作量的方法，存在利用压力传感器18a、18b的检测值的方法。此外，也可以代替泵请求动力而将液压泵3输出的实际的泵动力看作泵请求动力。作为算出该实际的泵动力的方法，存在例如将经由压力传感器19检测到的泵喷出压与经由流量传感器检测到的泵喷出流量相乘的方法。

电动发电机目标动力运算部(电动发电机目标动力运算机构)34是执行基于发动机目标动力和泵请求动力而运算电动发电机2的目标动力(辅助目标动力)的处理的部分。在本实施方式中，通过从由泵动力运算部22输出的泵请求动力中减去由发动机目标动力运算部23输出的发动机目标动力，而算出辅助目标动力。即，“辅助目标动力＝泵请求动力－发动机目标动力”。在此算出的辅助目标动力被转换为辅助动力指令而输出至辅助动力控制部28。此外，在辅助目标动力为正值的情况(即，“泵请求动力＞发动机目标动力”的情况)下，电动发电机2利用充电装置10的电力而作为电动机动作，在辅助目标动力为负值的情况(即，“泵请求动力＜发动机目标动力”的情况)下，电动发电机2被发动机1驱动而作为发电机动作。

辅助动力控制部(辅助动力控制机构)28是基于辅助动力指令控制电动发电机2的部分，相当于图1中的逆变器9。

发动机目标转速运算部(目标转速运算机构)35是执行基于从发动机目标动力运算部23输出的发动机目标动力而运算发动机1的目标转速的处理的部分。作为目标转速的算出方法，例如存在如下方法：从能够实现从发动机目标动力运算部23输入的发动机目标动力的转速与转矩的多个组合中，选择实现所期望的燃油效率的组合，将该组合的转速作为目标转速。在此算出的发动机目标转速被转换为目标转速指令并输出至发动机目标转速控制部36。

发动机目标转速控制部(发动机控制机构)36是基于目标转速指令而控制发动机1的部分，相当于图1中的调速器7。

接下来，按照时序来说明在如上所述地构成的液压挖掘机中如何与SOC相应地算出泵请求动力、发动机目标动力以及辅助目标动力。

图5是表示SOC为S2以上而足够大的情况(例如，实施了夜间充电等后的第二天的作业开始时)下的SOC、泵请求动力、发动机目标动力以及由电动发电机目标动力运算部34对辅助目标动力进行转换而得到的上述辅助动力指令的变化的图。在像该图这样SOC为S2以上的情况下，发动机目标动力从最小值开始。在图示的例子中，SOC为S2以上，发动机目标动力的最小值被设定为液压泵3的最小动力以下。在该情况下，电动发电机2不会作为发电机动作，而是作为电动机动作或停止动作。

随着从蓄电装置10进行的放电，则如图5(a)所示地SOC逐渐下降。但是，在图示的时间中SOC并未下降至低于S2，所以发动机目标动力保持固定(最小值)。这样，在SOC较高的情况下，由于发动机目标动力被设定得比较低，所以从泵请求动力中减去发动机目标动力而得到的值取正值。因此，图5(c)所示的对电动发电机2的辅助动力指令(辅助目标动力)在助力侧(辅助侧)工作，所以即使发动机1的实际动力大致保持固定，也能够容易地追随泵请求动力的变化。特别地，电动发电机2的响应性比发动机1优秀，所以能够良好地保持操作员的操作感。再有，能够抑制发动机1的燃料消耗量，所以能够实现燃料消耗量以及废气的削减。

接下来，使用图6说明在一定程度的期间继续图5所示的动作，使SOC减少至大于S1且小于S2的值的时刻的举动。图6是表示SOC大于S1且小于S2的情况(具体来说，大于图4的Sa且小于Sb的情况)下的SOC、泵请求动力、发动机目标动力以及辅助目标动力(即，辅助动力指令)的变化的图。

在该情况下，与SOC的减少相应地，由发动机目标动力运算部23算出的发动机目标动力成为比图5的情况更高的值。因此，发动机目标动力被保持固定，并且以“泵请求动力－发动机目标动力”算出的电动发电机2的辅助动力指令如图6(c)所示地反复进行充电和放电。

此外，在SOC的值如上所述地变化的情况下，优选以使发动机目标动力成为泵请求动力的大致中间值(例如，移动平均值)或比该中间值稍高的值的方式进行调整。发动机目标动力的调整可以通过根据操作杆16的操作量预测泵请求动力并逐次改写运算表来进行，在事先了解了液压挖掘机的作业内容的情况下，也可以配合该作业内容地进行发动机目标动力的调整。由此，在SOC减少了的情况下，由于发动机目标动力取得泵请求动力的中间值，因此电动发电机2的辅助动力指令如图6(c)所示地反复进行充电和放电，在抑制发动机1的动力急剧地变化的同时，将SOC保持在固定水准。由此，能够避免无法实现电动发电机2的助力(辅助)的状况。另外，通过将发动机目标动力设定得比泵请求动力的中间值更高，充电侧的频率将提高，具有防止因随着充放电的能量损失而引起SOC减少的效果。

最后，使用图7对SOC低于S1的情况下的举动进行说明。图7是表示SOC低于S1的情况下的SOC、泵请求动力、发动机目标动力以及辅助目标动力(即，辅助动力指令)的变化的图。

在该情况下，由发动机目标动力运算部23算出的发动机目标动力被设定为发动机动力的最大值。因此，电动发电机2不作为电动机动作，而是作为发电机动作或是停止动作。因此，如图7(a)所示，随着时间的经过，SOC具有增加的趋势。

若这样地设定发动机目标动力，则在SOC较少的情况下，不依赖于SOC的大小的发动机优先输出泵请求动力，所以能够良好地保持操作员的操作感。另外，此时，由于发动机1在额定输出点(最大动力)运转，因此发动机1的燃烧状态稳定并抑制废气中所含有的造成环境负荷的物质的含量。另外，在泵请求动力较小时，在发动机1的效率好的高输出点进行发电，所以能够期待燃油效率的提高。再有，若利用能够输出泵请求动力的最大值以上的动力的发动机1，则不会出现相对于泵请求动力而动力不足的情况，所以能够始终良好地维持操作员的操作感。

此外，SOC的设定值S1(参照图4)优选基于适用本发明的工程机械的泵请求动力的变化分布图而设计。例如，在适用于液压挖掘机的情况下，存在泵请求动力主要在挖掘动作时瞬间增加的情况，在这样的情况下，优选以能够确保能够产生可抑制发动机动力急剧变化的辅助动力的程度的电力的方式设定S1。S1优选设定为相对于该最小电力而估计有一定的余量。若这样地设计S1，能够防止发动机动力急剧地变化，并且通过余量的估计还能够避免过度放电。

根据如上所述地构成的本实施方式，在SOC较高的情况下，主要由电动发电机2的动力(辅助动力)承担泵请求动力，所以在发动机1中抑制过渡性的燃料喷射并抑制废气中具有环境负载的物质的含量。另外，由于采用当SOC减少时发动机1的承担量增加的构成，所以即使在SOC较少而无法输出足够的辅助动力的情况下，也能够由发动机1确保泵请求动力。即，在从图5到图7全部状态中，能够确认到，能由发动机1和电动发电机2的动力之和确保液压泵3的请求动力。因此，根据本实施方式，不论蓄电装置10的剩余蓄电量如何，均能够以与以往的工程机械同等的速度使液压执行机构5动作，即，能够良好地保持操作员的操作感。

另外，若采用上述那样的控制构成，则在像混合动力式挖掘机的挖掘动作一样反复进行固定作业的操作中，因为液压泵3的请求动力周期性地重复同样的波形，所以易于使基于电动发电机2进行的充电和放电平衡。因此，SOC被收束在固定范围内，能够进行稳定的动作。

图8是本发明的第二实施方式涉及的控制器的概略构成图。该图所示的控制器具备与第一实施方式不同的发动机目标动力运算部23A。发动机目标动力运算部23A在考虑使发动机目标动力的变化速度以何种程度追随泵请求动力的变化速度这一点上与之前的实施方式不同。具体来说，目标动力运算部23A执行用于使发动机目标动力的变化速度随着蓄电装置10的SOC减少而增大(接近泵请求动力的变化速度)的运算。

发动机目标动力运算部23A具备：基准动力运算部(基准动力运算机构)24，其执行基于SOC运算发动机1的目标动力的基准值的处理；以及动力速度运算部(动力速度运算机构)25，其执行基于SOC运算发动机1的目标动力的变动幅度或变动速度的处理。动力速度运算部25具备：变化速度运算部(变化速度运算机构)26，其根据SOC而规定发动机目标动力的变化速度(时间常数T)；以及平均动力运算部(平均动力运算机构)27，其根据泵请求动力而规定相对于由基准动力运算部24算出的基准值的动力变化量。在目标动力运算部23A中，将基准动力运算部24与动力速度运算部25的运算结果之和作为发动机目标动力，将该发动机目标动力输出至发动机目标转速运算部35和电动发电机目标动力运算部34。在发动机目标转速运算部35中，与第一实施方式同样地，使用该发动机目标动力算出目标转速指令。另外，在电动发电机目标动力运算部34中，根据该发动机目标动力与由泵动力运算部22运算出的泵请求动力之差而算出辅助动力指令。接下来，使用图9说明本实施方式中的由基准动力运算部24、变化速度运算部26以及平均动力运算部27执行的具体的运算处理的内容。

图9是表示发动机目标动力运算部23A中的运算处理的内容的一个例子的图。基准动力运算部24在基于由剩余蓄电量运算部21运算出的SOC而确定发动机目标动力的基准值时，使用图9所示的基准动力运算表31。在基准动力运算表31中，以对基准动力运算部24的输入即SOC为横轴，以从基准动力运算部24的输出即基准动力为纵轴。在图9的基准动力运算表31中，虽然在由曲线定义SOC与基准动力的关系这一点上与图4所示的第一实施方式不同，但在以随着SOC减少而使基准动力增大的方式进行规定这一点上两者相同。另外，在图9的例子中，SOC达到S1以下的值时基准值(发动机目标动力)达到最大值，SOC达到S2以上时基准值达到最小值。接下来，对基准值的最小值进行说明。

图10是发动机目标动力的基准值的最小值的说明图。基准动力运算表31中的基准值(发动机目标动力)的最小值优选预先由“液压泵3的最大动力－电动发电机2的最大动力”规定。若将该值作为基准值的最小值，则即使在像图10那样泵请求动力急剧增加的情况下，也能够在不使发动机动力变化的情况下确保泵请求动力，因此不会使发动机1的燃烧状况恶化，也不会有损液压机器的操作性。此外，通过在泵请求动力较低的情况下由电动发电机2进行充电，能够为需要辅助时做准备。然而，由于在蓄电装置10充满电时无法进行充电，所以需要通过使发动机1停止或暂时降低发动机目标动力的基准值来防止过度充电。

此外，也能够根据“电动发电机2的响应性”来确定发动机目标动力的最小值。在该情况下，在图10中，以使动力变化速度“(A－B)/(t2－t1)”成为电动发电机2的最大动力变化速度以下的方式设计B点即可，其中上述动力变化速度是由从发动机动力点B到达泵最大动力点A为止的时间“t2－t1”规定的。在实际的利用中，最优选的是，将由最大动力定义的发动机目标动力和由动力变化速度规定的发动机目标动力进行比较，从中选择较大的一方。此外，所谓动力变化速度，表示动力的单位时间内的变化量，表示发动机1、电动发电机2等的输出响应性。

图11是表示基准动力运算表31的其他例子的图。若在SOC降低后通过电动发电机2进行发电而使SOC上升，则使发动机1的目标动力的基准值再次下降。此时，有可能因控制目标值的切换而产生充放电的反复(摇摆(hunting))。为了应对这一点，优选像图11所示的基准动力运算表31那样具有滞后特性的表。在该动力运算表31中，SOC减少时按照实线51使基准动力上升，在SOC增加时，按照虚线52而使基准动力下降。若利用这样的基准动力运算表31，则能够防止摇摆。

回到图9，对动力速度运算部25进行说明。在动力速度运算部25中采用利用了一阶低通滤波器的构成。在本实施方式中的动力速度运算部25中，首先，根据由剩余蓄电量运算部21运算出的SOC而确定低通滤波器的时间常数T。在该运算中使用图9所示的时间常数运算表32。时间常数运算表32以对变化速度运算部26的输入即SOC为横轴，以从变化速度运算部26的输出即时间常数T为纵轴。在时间常数运算表32中，在剩余蓄电量较多(SOC较高)的情况下时间常数T设定得较大，在剩余蓄电量较少(SOC较低)的情况下时间常数T设定地较小。

平均动力运算部27是一阶低通滤波器，构成为其时间常数T根据由变化速度运算部26运算出的输出而变化。通过使由泵动力运算部22计算出的泵请求动力通过该低通滤波器，泵请求动力被平均化后的值作为动力速度运算部25的输出被算出。此外，图中的“s”表示拉普拉斯运算常数，“K”表示增益(后面的图也一样)。

若使动力速度运算部25成为这样的构成，则在剩余蓄电量较多(SOC较高)时时间常数T取得较大的值，动力速度运算部25的输出相对于泵请求动力的变化速度非常缓慢地升高。因此，即使泵请求动力急剧地升高，发动机目标动力相对于基准动力运算部24所算出的基准动力也几乎没有变化。因此，发动机1能够维持燃烧状态稳定的状况。

另一方面，在剩余蓄电量较少(SOC较低)时时间常数T取得较小的值，动力速度运算部25的输出与时间常数T较大时(SOC较高时)相比相对来说更迅速地升高。因此，在SOC较少而可能无法充分地进行电动辅助的情况下，使发动机1的输出变化速度较大而确保泵请求动力，由此维持良好的操作性。

在此，由于由时间常数运算表32(变化速度运算部26)确定的时间常数T的最小值(最小时间常数)规定发动机的动力变化速度的最大值，所以需要将从最小时间常数T下的低通滤波器通过的频带设计成不会使发动机的燃油效率或废气的过渡响应特性恶化的范围。另外，在平均动力运算部27中利用的低通滤波器的增益K也成为确定发动机目标动力的变化率的参数。此外，在本实施方式中，简略地将增益K设成定值，但也可以与时间常数T同样地使增益K的值根据SOC而变化。

此外，在图9的例子中在平均动力运算部27中使用一阶低通滤波器，但控制器的实现方法当然并不限定于该例。此外，在上述例子中，“变更使用一阶低通滤波器的情况下的时间常数”相当于，“变更利用移动平均的情况下的数据点的个数”或“变更利用速率限制器(rate limiter)的情况下的变化率”等。另外，当然也可以利用“高阶低通滤波器”。在该情况下，变更使截止频率变化的参数。

另外，电动发电机2的动力变化速度比发动机1的动力变化速度快，电动发电机2实际输出的动力瞬时地与“辅助动力指令”一致。因此，通过采用上述那样的构成，发动机1实际输出的动力等于“泵动力－辅助动力指令”。即，在本实施方式中虽然没有直接控制发动机1的动力，但是能够间接地使发动机1的动力追随由目标动力运算部23运算出的目标动力。

接下来，按照时序来说明在如上所述地构成的液压挖掘机中，如何根据SOC来算出泵请求动力、发动机目标动力以及辅助目标动力(即，辅助动力指令)。

图12是表示SOC足够的情况下(例如，实施了夜间充电等后的第二天的作业开始时)的SOC、泵请求动力、发动机目标动力以及辅助动力指令的变化的图。在该图的例子中，在时刻为零的SOC时，发动机目标动力的基准值从最小值开始。另外，此时，由时间常数运算表31所确定的时间常数T成为最大值。因此，发动机目标动力的变化速度并不追随泵动力的变化速度，从而继续取得接近基准值的值。

随着从蓄电装置10进行的放电，如图12(a)所示，SOC逐渐下降。伴随于此，由基准动力运算部24算出的基准动力逐渐增加，但时间常数T依然较大。因此，发动机目标动力示出像图12(b)那样与SOC的减少相反地增加那样的举动。由于这样地将发动机目标动力设定得较低，因此“泵动力－发动机目标动力”大致取得正值。因此，对电动发电机2的辅助动力指令(图12(c))在助力侧工作频率较高并且变动较大。这样，若相对于变化快的泵请求动力而从电动发电机2迅速地供给动力，则发动机1的实际动力平滑地变化。

接下来，使用图13说明从图12的状态开始经过一定程度的时间后SOC减少至规定水准的时刻的举动。图13是表示SOC减少至图13(a)中虚线所示的规定水准Sc(大于S1且小于S2的值)附近的情况下的SOC、泵请求动力、发动机目标动力以及辅助目标动力的变化的图。

该情况下，与SOC的减少相应地由基准动力运算部24算出的基准动力变成比之前的情况高出一定程度的值，并且由变化速度运算部26求得的时间常数T的值也变得比之前的情况小。

在该情况下，也与第一实施方式一样，优选以使发动机目标动力成为泵请求动力的大致中间值(例如，移动平均值)或比该中间值稍高的值的方式进行调整。这样一来，由于发动机目标动力取得泵请求动力的中间值，因此由“泵请求动力－发动机目标动力”算出的电动发电机2的辅助动力指令如图13(c)所示地反复进行充放电。由此，能够防止发动机1的动力急剧地变化，并且因为SOC被保持在固定水准而能够避免陷入无法通过电动发电机2实现发动机1的辅助的状况。另外，通过使发动机目标动力取得比泵请求动力的中间值更高的值，具有防止因伴随充放电的能量损失而使SOC减少的效果。

最后，使用图14对SOC低于S1的情况的举动进行说明。图14是表示SOC低于S1的情况下的SOC、泵请求动力、发动机目标动力以及辅助目标动力的变化的图。

在该情况下，由基准动力运算部24算出的发动机1的基准动力取得比发动机动力的最大值更高的值。此外，在利用图11所示的表作为基准动力运算表31的情况下，由于向虚线52的线转变，因此在SOC恢复至某一程度的值之前，维持该基准动力。

另外，由于此时的SOC较小，因此由变化速度运算部26算出的时间常数T成为较小的值。因此，由平均动力运算部27算出的动力的变化速度接近泵请求动力的变化速度。此外，成为像图14一样的条件的SOC的阈值(S1)，与第一实施方式同样地，优选基于适用目标的工程机械的泵请求动力的变化分布图而设计。

使用图15的发动机1的转矩－转速特性图(T-N特性图)来说明处于像图14一样的状态的情况下的发动机目标动力的变化的情形。图15是关于SOC较低的情况下的发动机目标动力的确定方法的简单说明图。

首先，如前所述，发动机目标动力的基准动力如图15所示地取得比发动机1的最大动力线更高的值。由低通滤波器进行的运算与相对于基准动力的变化量91相当。此外，图15中的变化量91是用于使说明易于理解的一个例子，其范围并不限于图示。若像图15一样地将基准动力(基准动力运算部24的输出)设定得足够高，则考虑了变化量91(动力速度运算部25的输出)而生成的发动机目标动力(基准动力运算部24与动力速度运算部25的输出之和)也变得始终比发动机1的最大动力线高。但是，因为无法使发动机1的目标动力比最大动力高，所以最终的发动机目标动力(发动机目标动力运算部23A的输出)被限制为最大动力，持续地取得最大动力的值。这样，在像图14一样SOC较低的情况下，对电动发电机2的辅助动力指令由“发动机最大动力－泵请求动力”的值定义，始终作为“发电需求”而持续提供。此外，在出于实现发动机的小型化等的目的而搭载有泵请求动力超过发动机的最大动力的发动机的情况下，需要限制泵请求动力等的控制。

通过像图15一样地取得基准动力，发动机1在额定输出点运转，因此发动机1的燃烧状态稳定从而抑制废气中所含的具有环境负荷的物质的含量，并且，因为不会相对于泵请求动力而成为动力不足，所以也能够维持操作性。另外，因为专注于在发动机1的效率好的高输出点进行发电，所以能够期待燃油效率的提高。

根据如上所述地构成的本实施方式，在蓄电装置10的剩余蓄电量较多的情况下，相对于泵请求动力的变化速度，发动机的目标动力的变化变得十分缓慢。另外，通过将发动机目标动力与泵请求动力的差量作为辅助动力指令(辅助目标动力)，能够由高响应性的电动发电机2实现迅速的动力辅助，能够通过发动机1和电动发电机2来满足泵请求动力。此时，与电动发电机2相比响应较慢的发动机1的动力缓慢地变化。因此，在发动机1中过渡性的燃料喷射被抑制，从而能抑制废气中的具有环境负荷的物质的含量。另外，在泵请求动力急剧减少的情况下，由于发动机动力的剩余量被用于发电动力，因此能够无浪费地利用由发动机1产生的能量。

另一方面，通过采用若蓄电装置10的剩余蓄电量减少，则发动机目标动力的变化速度上升并且增加发动机动力的承担量的构成，即使在剩余充电量较少而无法由电动发电机2进行充分的辅助的情况下，也能够单独由发动机1确保液压泵3的请求动力。由此，能够不依赖于蓄电装置10的剩余蓄电量地确保良好的操作性。

另外，根据本实施方式，在发动机目标动力相对较小的区域(低输出区域)，发动机动力的变化速度被设定得相对较小，在发动机目标动力相对较大的区域(高输出区域)，发动机动力的变化速度被设定得相对较大。若这样地进行控制，则在低输出区域中，能够抑制有可能导致废气的环境负荷增加的动作，在高输出区域中，能够抑制浪费的燃料消耗。即，能够在燃油效率提高和废气抑制这两方面发挥效果。此外，在本实施方式中，通过利用基于SOC和泵请求动力使发动机动力的变化速度变化的构成，而实现上述作用、效果，但即使利用如下构成，也能够发挥相同的作用、效果，该构成为：根据发动机目标动力的大小而设定发动机动力的变化速度的限制值，并使该设定值与发动机目标动力的大小相应地变化(即，随着发动机目标动力增加，而将发动机动力的变化速度的限制值设定得较大)。

另外，在上述各实施方式中，以通过发动机目标转速控制部36(参照图3)对发动机1进行转速控制的情况为例进行了说明，但是没有特别提到发动机目标转速运算部35(参照图3)中的发动机目标转速的具体算出方法。发动机目标转速优选基于发动机特性数据算出，其中发动机特性数据表示氮氧化物等废气成分的量及燃油效率、与发动机转速及转矩的关系。因此，接下来，对发动机目标转速运算部35中的目标转速的优选算出例进行说明。

图16是表示本发明的第三实施方式涉及的发动机目标转速运算部35所利用的等燃油效率表的图。该图所示的等燃油效率表以表形式将表示规定的转速以及转矩下的发动机的燃油效率的发动机特性数据示出，通过在横轴为发动机转速、纵轴为发动机转矩的二维平面上，以等高线标绘燃油效率相等的、转速与转矩的组合，来表示发动机1的燃油效率特性。

上述的发动机目标转速运算部35基于从上述的发动机目标动力运算部23输入的发动机目标动力，从能够输出该发动机目标动力的转矩与转速的多个组合中抽出能够实现期望的燃油效率的一个组合(或是最接近期望的燃油效率的一个组合)，将该一个组合的转速作为目标转速输出。此外，发动机动力是转矩与转速的积，能够将能实现规定的发动机目标动力的转矩与转速的组合在等燃油效率表上描绘成曲线(等动力线101)。因此，如图16所示，也可以基于来自发动机目标动力运算部23的输入值描绘等动力线101，将该等动力线101上的点中燃油效率最好的动作点的转速(N1)作为目标转速输出。将发动机目标转速运算部35的输出用作发动机1的目标转速。

此外，与图16所示的等燃油效率表同样地，也能够利用“等废气表”来确定目标转速，其中“等废气表”以表形式将表示规定的转速以及转矩下的氮氧化物等废气成分的量的发动机特性数据示出。存在如下的表作为等废气表：该表的横轴表示转速，纵轴表示转矩，并通过以等高线标绘氮氧化物、颗粒状物质、二氧化碳等各种废气成分的稳定特性(例如各废气成分的量)相等的、转速以及转矩的组合，来表示发动机1的废气成分的特性。若与上述的等燃油效率表同样地使用该等废气表，则能够使稳定状态下的废气中的具有环境负荷的物质的量最优化，因此能够进一步提高由负荷平均化实现的废气净化的效果。再有，通过并用上述“等燃油效率表”和“等废气表”，还能够在能够实现低耗油量且低废气的动作点驱动发动机1。另外，不仅可以基于上述燃油效率以及废气确定目标转速，也可以基于其他的发动机特性数据来确定目标转速。

若如上所述地构成发动机目标转速运算部35，则操作员无需逐次设定发动机转速，能够以从燃油效率或废气的观点出发优选的动作转速使发动机1发动。这不仅实现节能、降低废气中的具有环境负荷的物质，还有助于减轻操作员的作业负担。

另外，关于图9所示的发动机目标动力运算部23A的构成，其在利用锂离子电池等能量密度较高、能够持续利用高输出的部件作为蓄电装置10的情况下是有效的构成。但是，若在像电容器一样只能瞬间供给能量的蓄电装置的情况下也如图9一样地根据SOC确定基准动力，则基准动力急剧地上下波动，有可能在发动机动力减少时导致发动机停止。因此，接下来，使用图17对利用像电容器那样的部件作为蓄电装置10的情况下有效的构成进行说明。

图17是表示发动机目标动力运算部23B中的运算处理的内容的一个例子的图。该图所示的发动机目标动力运算部23B具备基准动力运算部24B和动力速度运算部25B。

基准动力运算部24B由低通滤波器111构成，是执行如下处理的部分：通过使从泵动力运算部22输出的泵请求动力通过低通滤波器111来生成基准动力。此外，图中的Kl为增益，时间常数Tl是不依赖于SOC的值。若这样地由低通滤波器111生成基准动力，则由于发动机目标动力表现出被设定为泵请求动力的中间值的趋势(例如，像图13那样的状态)，因此相比于图9的情况，在长时间内进行高输出的动力辅助的频率变低。

动力速度运算部25B是执行如下如理的部分：通过使从泵动力运算部22输出的泵请求动力通过高通滤波器112来规定发动机目标动力的变动速度、变动幅度。此外，图中的Kh为增益。另外，动力速度运算部25B具备时间常数运算表113，该时间常数运算表113用于根据从剩余蓄电量运算部21输出的SOC而规定高通滤波器112所利用的时间常数Th。时间常数运算表113与图9的时间常数运算表32同样地，剩余蓄电量越多(SOC越高)则时间常数Th设定得越小，剩余蓄电量越少(SOC越低)则时间常数Th设定得越大。

若在高通滤波器112中利用这样地设定的时间常数Th，则SOC较高时高通滤波器112的时间常数变小，因此通过的高频成分变少。由此，在剩余蓄电量较多的情况下，发动机目标动力的变动幅度变小，由电动发电机2承担的动力变动变大。另一方面，若剩余蓄电量变少，则高通滤波器112的时间常数变大，因此通过的高频成分变多。此外，若高通滤波器112的时间常数的变化较大，则发动机目标动力可能急剧地增加。为了避免这种情况，在时间常数运算表113中，优选使时间常数随SOC变化的变化量(图17中的ΔT)比较小。

根据如上所述地构成的发动机目标动力运算部23B，基准动力运算部24B与动力速度运算部25B的输出值之和作为最终的发动机目标动力而输出。此时，虽然通过基准动力运算部24B而与蓄电装置10的SOC无关联地算出基准动力，但通过动力速度运算部25B的作用将最终从发动机目标动力运算部23B输出的发动机目标动力设定为随着SOC减少而变大。而且，在这样地构成的情况下的举动，即使蓄电装置10的SOC发生变化也将重复基本上与图13相同的动作。因此，只要如上所述地构成发动机目标动力运算部23B，即使对于蓄电装置10利用电容器，也能够避免在发动机动力减少时产生发动机停止。

此外，在上述各实施方式中，虽然以随着蓄电装置10的SOC减少而使发动机目标动力变大的方式进行控制，但也可以设定发动机目标动力的限制值，并以使该限制值与SOC的减少相应地变大的方式进行控制。即，并非与SOC相应地控制发动机目标动力，而是与SOC相应地控制“发动机目标动力的限制值”。另外，在上述各实施方式中，虽然以液压挖掘机为例进行了说明，但本发明当然也可以适用于由发动机以及电动发电机驱动用于向液压执行机构供给液压油的液压泵的其他混合动力式工程机械。

另外，发明人员等确认到，通过将上述各实施方式所代表的本发明适用于混合动力式液压挖掘机，在液压挖掘机的标准动作中，能够将废气中的颗粒状物质抑制大约30％，将氮氧化物抑制大约20％。

附图标记说明

1     发动机

2     电动发电机

3     液压泵

5     液压执行机构

9     逆变器

10    蓄电装置

16    操作杆

21    剩余蓄电量运算部

22    泵动力运算部

23、23A、23B    发动机目标动力运算部

24、24B    基准动力运算部

25、25B    动作速度运算部

26    变化速度运算部

27    平均动力运算部

28    辅助动力控制部

31    基准动力运算表

32    时间常数运算表

34    电动发电机目标动力运算部

35    发动机目标转速运算部

36    发动机目标转速控制部

111   低通滤波器

112   高通滤波器

113   时间常数运算表

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种混合动力式工程机械，其特征在于，具备：

发动机；

在与所述发动机之间进行转矩的传递的电动发电机；

由所述发动机以及所述电动发电机的至少一方驱动的液压泵；

由从该液压泵喷出的液压油驱动的液压执行机构；

用于向所述电动发电机供给电力的蓄电装置；以及

控制机构，该控制机构基于所述蓄电装置的剩余蓄电量而设定所述发动机的目标动力，并基于该发动机的目标动力和所述泵的请求动力而设定所述电动发电机的目标动力，

所述发动机的目标动力被设定为与所述蓄电装置的剩余蓄电量减少相应地单调增加。

2.根据权利要求1所述的混合动力式工程机械，其特征在于，

所述控制机构随着所述剩余蓄电量减少而将所述发动机的目标动力的变化速度设定得较大。

3.(修改后)根据权利要求1所述的混合动力式工程机械，其特征在于，

所述控制机构随着所述发动机的目标动力增加而将所述发动机的动力的变化速度的限制值设定得较大。

4.(修改后)根据权利要求1所述的混合动力式工程机械，其特征在于，

所述控制机构在所述剩余蓄电量达到第一设定值以下的值时，将所述发动机的目标动力设定为所述发动机的最大动力。

5.(修改后)根据权利要求4所述的混合动力式工程机械，其特征在于，

所述控制机构在所述剩余蓄电量达到比所述第一设定值大的第二设定值以上的值时，将所述发动机的目标动力设定为比所述液压泵的最小动力小的值。

6.(修改后)根据权利要求1所述的混合动力式工程机械，其特征在于，

所述控制机构基于发动机特性数据和所述发动机的目标动力来设定所述发动机的目标转速，所述发动机特性数据表示所述发动机的燃油效率以及废气量的至少一方、与该发动机的转速以及转矩的关系。

Claims (6)

1.一种混合动力式工程机械，其特征在于，具备：

发动机；

在与所述发动机之间进行转矩的传递的电动发电机；

由所述发动机以及所述电动发电机的至少一方驱动的液压泵；

由从该液压泵喷出的液压油驱动的液压执行机构；

用于向所述电动发电机供给电力的蓄电装置；以及

控制机构，该控制机构基于所述蓄电装置的剩余蓄电量而设定所述发动机的目标动力，并基于该发动机的目标动力和所述泵的请求动力而设定所述电动发电机的目标动力，

所述发动机的目标动力被设定为与所述蓄电装置的剩余蓄电量减少相应地单调增加。

2.根据权利要求1所述的混合动力式工程机械，其特征在于，

所述控制机构随着所述剩余蓄电量减少而将所述发动机的目标动力的变化速度设定得较大。

3.根据权利要求1或2所述的混合动力式工程机械，其特征在于，

所述控制机构随着所述发动机的目标动力增加而将所述发动机的动力的变化速度的限制值设定得较大。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的混合动力式工程机械，其特征在于，

所述控制机构在所述剩余蓄电量达到第一设定值以下的值时，将所述发动机的目标动力设定为所述发动机的最大动力。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的混合动力式工程机械，其特征在于，

所述控制机构在所述剩余蓄电量达到比所述第一设定值大的第二设定值以上的值时，将所述发动机的目标动力设定为比所述液压泵的最小动力小的值。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的混合动力式工程机械，其特征在于，

所述控制机构基于发动机特性数据和所述发动机的目标动力来设定所述发动机的目标转速，所述发动机特性数据表示所述发动机的燃油效率以及废气量的至少一方、与该发动机的转速以及转矩的关系。