CN104947732A - 混合动力工程机械 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够将无负荷时的发动机的最大转速抑制得低的混合动力工程机械。该工程机械具有由下垂特性控制发动机的控制器。控制器包括：目标发动机输出运算部(2-4)，其计算发动机的目标输出；目标转速设定部(2-7)，其设定电动/发电机的目标转速指令；目标下垂运算部(2-8)，其在转速-转矩特性线图上求出恒定输出线与恒定转速线的交点，并以从该转速-转矩特性线图上的交点通过的方式决定发动机的调速特性，其中，该恒定输出线取发动机的目标输出值，该恒定转速线取电动/发电机的目标旋转指令；调速特性变更部(2-10)，其变更发动机的调速特性；和电动/发电机控制部(2-9)，其依照目标转速指令值来控制电动/发电机。

Description

混合动力工程机械
技术领域
本发明涉及具有发动机和电动/发电机的混合动力工程机械，电动/发电机与发动机机械式连结并进行发动机的动力辅助。
背景技术
通常，工程机械搭载有具有涡轮增压型增压器的涡轮式发动机。在具有涡轮式发动机的以往的工程机械中，当发生因液压泵造成的急剧的负荷变动时，会发生发动机转速一时降低的所谓加载减速(lug-down)的现象。当发生加载减速时，调速器相对于发动机转速的降低，会通过增加燃料喷射量而欲使实际的转速恢复到目标转速，因此会导致因急剧的燃料喷射所造成的产生黑烟或油耗恶化。
上述现象的引发原因在于，在涡轮式发动机中，由于直到增压压力上升为止会花费时间，所以发动机输出的上升会延迟，则急增的液压负荷会高于发动机输出。在这种状况下，应向液压泵供给的动力不足，由此工程机械的动作变得缓慢，并担心会给操作者造成不舒服感。
此外，如通常所知地，涡轮增压器从开始增压到充分地实现功能为止会发生时间延迟，将该应答延迟称为涡轮迟滞(Turbo lag)。由于涡轮迟滞的发生是因涡轮增压器的机构自身所引起的，所以难以解决涡轮迟滞的发生。
在此，已知一种为了弥补发动机输出的不足而利用混合动力系统的技术，该混合动力系统在发动机之外，作为动力源还具有电动/发电机。例如在专利文献1中公开了这种技术：“在控制器9中，作为目标转速而求出与设定转速N0的最佳转矩对应的发动机转速Nr，在发动机1的负荷转矩大而发动机转速N比目标转速Nr小时，根据偏差△Nr使电动/发电机6作为电动机而动作来进行转矩辅助，在发动机1的负荷转矩小而发动机转速N比目标转速Nr大时，根据偏差△Nr使电动/发电机6作为发电机而动作，使其发电并向蓄电池7进行蓄电，由此以使发动机1接近于最佳运转状态的方式进行控制。”(参照摘要)
现有技术文献
专利文献1：日本特开2003-28071号公报
在专利文献1的以往技术(以下，仅称为“以往技术”)中，发动机由如下的调速特性(以下，将该特性适当地称为“下垂特性(droop character)”)来控制，该调速特性具有如发动机转速根据负荷的增加而减少那样的规定斜率。并且，在以往技术中构成为，发动机的下垂特性是固定的，当发动机的目标转矩变化时，发动机的转速会依照下垂特性而变化。即，以往技术以使发动机的下垂特性为固定的、马达的转速指令为可变的方式进行控制。
并且，由于无负荷时的最大发动机转速是由下垂特性决定的，所以在以往技术中，难以将发动机的最大转速抑制得低。其结果为，具有例如基于由发动机驱动的液压泵的拖曳(drug)等而产生损失的课题。
对于该课题，使用图18～图20进行详细说明。图18是表示以往技术中的发动机的下垂特性、目标转速与目标发动机转矩之间的关系的转速-转矩特性线图。如图18的(a)所示，在以往技术中，首先在转速-转矩特性线图上引出与无负荷转速D对应的下垂特性线。接下来，若假设付与了目标发动机转矩A，则在转速-转矩特性线图上引出目标发动机转矩A的等转矩线(横线)。于是，按图18的(b)所示地那样，两条直线的交点决定在交点AD这一点上。最后，如图18的(c)所示，通过从交点AD向转速轴引出垂线而能够唯一地决定目标转速NA。
接下来，使用图19来说明以往技术中在目标发动机转矩变化的情况下的发动机的动作。图19是表示在目标发动机转矩变化的情况下的目标转速的变化的转速-转矩特性线图。如图19所示，若决定了无负荷转速D和目标发动机转矩A、B、C，则通过从与各发动机转矩的目标值对应的等转矩线、和与无负荷转速D对应的下垂特性线D之间的交点AD、BD、CD，向转速轴引出垂线，而能够唯一地决定目标转速NA、NB、NC。
在图20中，由时间序列来表示图19的目标发动机转矩A、B、C与无负荷转速的关系。如图20所示，在以往技术中，若决定了相对于无负荷转速D的下垂特性，则发动机的转速会依照该下垂特性而变化，由此无负荷转速D的值始终是相同的。其结果为，无负荷时的发动机转速不会变得比D低。因此，在以往技术中，仍然残存着如下应该改善的课题：例如无法降低因产生基于液压泵拖曳等的损失所造成的发动机噪音、为了使发动机转速根据目标转矩而变化而导致液压泵的流量控制变得复杂等。
发明内容
本发明是为了解决上述课题而提出的，其目的在于，提供一种混合动力工程机械，其为通过下垂特性来控制发动机的形式，能够将无负荷时的发动机的最大转速抑制得低。
为了实现上述目的，本发明的混合动力工程机械，其特征在于，具有：发动机；由所述发动机驱动的液压泵；由从所述液压泵排出的液压油驱动的液压作业部；在与所述发动机之间传递输出的电动/发电机；向所述电动/发电机供给电力的蓄电装置；和以如下的调速特性控制所述发动机的控制器，所述调速特性使负荷与转速之间的关系具有如转速随着负荷的增加而减少那样的规定斜率，所述控制器包括：目标发动机输出运算部，其计算所述发动机的目标输出；目标转速设定部，其设定所述电动/发电机的目标转速指令；目标下垂运算部，其在转速-转矩特性线图上求出恒定输出线与恒定转速线的交点，并以从该转速-转矩特性线图上的交点通过的方式决定所述发动机的调速特性，其中，该恒定输出线取由所述目标发动机输出运算部算出的所述发动机的目标输出值，该恒定转速线取所述电动/发电机的目标转速指令；调速特性变更部，其随着由所述目标下垂运算部求得的调速特性而变更所述发动机的调速特性；和电动/发电机控制部，其按照由所述目标转速设定部设定的目标转速指令值来控制所述电动/发电机。
发明的效果
根据本发明，能够提供一种混合动力工程机械，其为通过下垂特性来控制发动机的形式，能够将无负荷时的发动机的最大转速抑制得低。该结果为，本发明例如能够抑制因液压泵的拖曳等造成的损失，并能够谋求低油耗化。此外，通过以下实施方式的说明而能够明确上述以外的课题、构成以及效果。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式的混合动力挖掘机的侧视图。
图2是表示图1所示的混合动力挖掘机的液压驱动装置的图。
图3是图2所示的控制器的控制框图。
图4是图3所示的负荷转矩运算部的控制框图。
图5是表示图4所示的负荷转矩运算部的不同构成例的控制框图。
图6是用于说明在图3所示的目标发动机转矩运算部中，利用对各发动机转速的自然进气状态下的发动机转矩进行计测所得到的映像来设定切换基准转矩的示例的图。
图7是用时间序列来表示图3所示的目标转矩决定部的输出的图。
图8是用于说明在本发明的第一实施方式中决定下垂特性的顺序的图。
图9是表示在目标发动机转矩变化的情况下的下垂特性的变化的转速-转矩特性线图。
图10是用时间序列来表示图9的目标发动机转矩A、B、C与各下垂特性Aa、Ba、Ca的无负荷转速Aa、Ba、Ca的关系的图。
图11是表示对于恒定值的目标发动机转矩A而付与了目标转速Na、Nb、Nc的情况下的、下垂特性的变化的转速-转矩特性线图。
图12是本发明的第二实施方式的混合动力挖掘机的控制器的控制框图。
图13是用于说明由图12的目标发动机转矩运算部得到的第二目标发动机转矩的运算内容的图。
图14是表示在本发明的第二实施方式中使用的控制器的运算顺序的活动图。
图15是表示在本发明的第二实施方式的控制器由动力实施控制的情况下的控制框图。
图16是用于说明在本发明的第二实施方式中在给与了目标发动机动力的情况下的决定下垂特性的顺序的图。
图17的(a)、(b)是转速-转矩特性线图，(a)用于说明具有下垂特性的发动机单体的动作、(b)用于说明使具有下垂特性的发动机与依照目标转速指令而控制的电动/发电机组合的情况下的发动机的动作。
图18是表示以往技术中的发动机的下垂特性、目标转速与目标发动机转矩之间的关系的转速-转矩特性线图。
图19是表示在以往技术中目标发动机转矩变化的情况下的目标转速的变化的转速-转矩特性线图。
图20是用时间序列来表示图19的目标发动机转矩A、B、C与无负荷转速的关系的图。
附图标记说明
1-1 发动机
1-2 电动/发电机
1-3 液压泵
1-8 控制器
1-18 增压器
1-19 增压压力传感器
1-20 蓄电装置
2-1 负荷转矩运算部(负荷运算部)
2-2 蓄电剩余量运算部
2-3 充放电要求运算部
2-4 目标发动机转矩运算部(目标发动机输出运算部)
2-7 目标转速设定部
2-8 目标下垂运算部
2-9 电动/发电机控制部
2-10 调速特性变更部
16-3 动臂(液压作业部)
16-4 斗杆(液压作业部)
16-5 铲斗(液压作业部)
Aa、Ab、Ac、Ba、Ca 交点
具体实施方式
第一实施方式
基于附图来说明本发明的实施方式。图1是表示作为本发明的一实施方式的混合动力挖掘机的整体构成的侧视图。如图1所示，本发明的第一实施方式的混合动力挖掘机(混合动力工程机械)具有行驶体16-1以及旋转体16-2。行驶体16-1具有通过左右的液压马达16-10、16-11而使混合动力挖掘机行驶的功能。此外，未图示的行驶用液压马达16-11搭载在车身右侧。
旋转体16-2通过旋转机构16-13而相对于行驶体16-1旋转，在旋转体16-2的前部的一侧(例如朝向前方而在右侧)具有进行挖掘作业的动臂16-3、斗杆16-4以及铲斗16-5。由这些动臂16-3、斗杆16-4以及铲斗16-5构成前作业机。动臂16-3、斗杆16-4以及铲斗16-5分别由液压缸16-9、液压缸16-8、以及液压缸16-7驱动。而且，旋转体16-2具有驾驶舱16-6，操作者搭乘于驾驶舱16-6来操作混合动力挖掘机。
接下来，说明本实施方式的混合动力挖掘机的液压驱动装置。图2是表示本实施方式的混合动力挖掘机的液压驱动装置的整体构成的图。如图2所示，本实施方式所使用的液压驱动装置是用于驱动混合动力挖掘机的作为液压作业部的前部作业机(16-3、16-4、16-5)、旋转体16-2以及行驶体16-1的装置，其具有：发动机1-1；检测发动机转速的转速传感器1-6；调整发动机1-1的燃料喷射量的调速器1-7；由发动机1-1驱动的可变容量型液压泵(以下，仅称为“液压泵”)1-3；配置在发动机驱动轴上的电动/发电机1-2；蓄电装置1-20；作为电动/发电机控制部2-9(参照图3)的逆变器1-9，其控制电动/发电机1-2且根据需要与蓄电装置1-20进行电力的授受；和控制器1-8，其控制调速器1-7并调整燃料喷射量而控制发动机转速，并且经由逆变器1-9来控制电动/发电机1-2。
发动机1-1具有涡轮增压式的增压器1-18，在增压器1-18上安装有计测增压压力的增压压力传感器1-19。
从液压泵1-3排出的液压油经由阀装置1-4而供给到液压执行机构1-5(液压缸16-7、16-8、16-9等)。通过该液压执行机构1-5来驱动混合动力挖掘机的各种液压作业部。而且，在液压泵1-3上具有：计测排出的液压油的压力的排出压传感器1-16、计测流量的流量传感器1-17、计测泵倾转的倾转角传感器1-21等的各种传感器，能够以该传感值为基础而通过控制器1-8来实施泵负荷的运算。该构成能够利用于本发明的“负荷运算部”。
调节器1-14以及电磁比例阀1-15是用于调整液压泵1-3的容量(排油容积)的装置。调节器1-14通过操作液压泵1-3的斜盘的倾转角来控制液压泵1-3的吸收动力。电磁比例阀1-15通过由控制器1-8运算的驱动信号来控制调节器1-14的动作量。
蓄电装置1-20的构成包括：由蓄电池或电容器构成的蓄电器1-10、付设在该蓄电器1-10上的电流传感器1-11、电压传感器1-12、温度传感器1-13等，通过由这些传感器检测的电流、电压、温度等信息，而由控制器进行蓄电量的管理。以上的构成利用在本发明的“蓄电剩余量运算部”以及“充放电要求运算部”中。
本实施方式的发动机1-1由如下的调速特性(即下垂特性)来控制，该调速特性具有如转速随着负荷转矩的增加而减少那样的规定斜率，而且，本实施方式的电动/发电机1-2是依照目标转速指令而控制的。
在此，说明使由下垂特性控制的发动机1-1与依照目标转速指令而控制的电动/发电机1-2组合，由此能够自如地控制发动机1-1的转速与转矩的情况。
首先，按照图17的(a)来说明具有下垂特性的发动机单体上的动作。在图17的(a)中，下垂特性在无负荷时付与转速N0，在最大动力时付与转速N1。由于在该直线上决定了具有下垂特性的发动机1-1的转矩，所以发动机1-1的转矩具有负荷转矩越高而转速越低的特征。进行调速例如以使在相对于发动机1-1的负荷为负荷转矩A时，发动机转速为Ne1，在相对于发动机1-1的负荷为负荷转矩B时，发动机转速为Ne2。
接下来，在图17的(b)中说明由使依照目标转速指令而控制的电动/发电机1-2组合的情况下的下垂特性来控制的发动机1-1的动作。当以N*来付与对电动/发电机1-2的目标转速时，与电动/发电机机械式连接的发动机1-1以与电动/发电机1-2相同的转速N*来动作。由此，发动机1-1依照下垂特性而输出与转速N*对应的转矩T*。这时，实际的负荷转矩与发动机转矩之间的转矩差通过电动/发电机1-2的转速控制而自动地消除。
另外，即使在液压泵1-3的负荷转矩从图17(b)的状况急剧变动的情况下，由于电动/发电机1-2与发动机1-1相比输出应答快，所以电动/发电机1-2会马上消除由负荷变动而略微产生的转速偏差，由此发动机转矩保持固定于T*的状态。
由此，即使发生液压负荷的急剧增加，由于能够由发动机1-1与电动/发电机1-2的合计立即确保负荷转矩，所以能够避免加载减速。并且即使在不能够正确地知道液压泵1-3或发动机辅机等的负荷转矩的情况下，只要对电动/发电机1-2指令目标转速N*，就能够将发动机动力继续固定于T*，由此能够稳定地控制发动机1-1的转矩。
通过以上说明，明确了在本实施方式的构成中，能够通过控制电动/发电机1-2的目标转速N*，而使实际的发动机转矩以任意的发动机转矩T*来动作。
接下来，说明本实施方式的控制器1-8。图3是控制器1-8的控制框图。此外，虽然通过控制器1-8也对发动机1-1、液压系统、各种电气设备等实施了某些控制，但由于与本发明没有直接关联，所以在图3中省略了图示。
控制器1-8具有：负荷转矩运算部(转矩运算部)2-1；蓄电剩余量运算部2-2；充放电要求运算部2-3；目标发动机转矩运算部(目标发动机输出运算部)2-4；目标下垂运算部2-8；调速特性变更部2-10；目标转速设定部2-7；以及电动/发电机控制部2-9。蓄电剩余量运算部2-2将蓄电剩余量的运算结果输出到充放电要求运算部2-3。目标发动机转矩运算部2-4将基于负荷转矩运算部2-1以及充放电要求运算部得到的运算结果作为输入来运算发动机1-1的目标转矩，并将该运算结果输出到目标下垂运算部2-8。
目标下垂运算部2-8将来自目标发动机转矩运算部2-4的运算结果、以及来自目标转速设定部2-7的目标转速作为输入，来运算调速器1-7的特性变更指令(目标下垂特性)。调速特性变更部2-10将来自目标下垂运算部2-8的运算结果作为输入来变更下垂特性。而且，电动/发电机控制部2-9将来自目标转速设定部2-7的目标转速指令作为输入来控制电动/发电机1-2的转速。
以下，具体说明基于各运算部的控制。图4是负荷转矩运算部2-1的控制框图。如图4所示，负荷转矩运算部2-1构成为，由发动机1-1与电动/发电机1-2的转矩的和来计算负荷转矩。若采取该构成，则由于将发动机1-1的轴转矩包括在计算中，所以能够包括辅机类(例如空调等)的负荷在内地求出负荷转矩。而且，也能够考虑到因发动机1-1的加减速所造成的来自惯性体(主要是调速轮)的能量授受。这些值是在由设在液压泵1-3上的传感器组计算负荷转矩的情况下难以计算的值。
发动机转矩检测部3-1也可以在发动机1-1上安装转矩表来直接计测转矩，或者也可以从燃料喷射量等间接地运算。同样地，电动发电机转矩检测部3-2也可以使用转矩表，但也可以采取从电动/发电机1-2或者逆变器1-9的电流值间接运算的方法。
而且，负荷转矩运算部2-1也能够采用与图4不同的构成。图5是表示负荷转矩运算部2-1的不同构成例的控制框图。图5所示的负荷转矩运算部2-1在图4的负荷转矩计算方法的基础上，使用泵压力检测部4-1和泵容积检测部4-2来求出液压泵1-3的输出，由此进行负荷转矩的计算。
泵容积检测部4-2也可以使用倾转角传感器1-21来直接检测液压泵1-3的倾转角并进行容积换算，并也可以构成为，从杆操作量或泵指令压等的控制指令值来推定液压泵1-3的倾转角，而间接地运算泵容积。相对于由转矩变换4-3算出的液压泵1-3所排出的泵转矩，由泵效率4-4进行除算，由此算出液压泵1-3的吸收转矩。由此，能够计算发动机轴上的负荷转矩。
在图5中采用将第一负荷转矩和第二负荷转矩中较大的一个作为最终输出的方法，其中，第一负荷转矩是基于液压泵1-3的传感器而求出的，第二负荷转矩是从发动机1-1与电动/发电机1-2的转矩的和求出的。通过采取该方法，由于始终较大地估计负荷，所以能够避免因转矩不足而造成的熄火或操作感恶化。
蓄电剩余量运算部2-2利用付设在蓄电器1-10上的电流传感器1-11、电压传感器1-12、温度传感器1-13的值来计算蓄电装置1-20的蓄电剩余量。为了将蓄电器1-10的电力保持在适当范围内，充放电要求运算部2-3运算相对于电动/发电机1-2的动力运行/再生要求。具体地说，计算动力运行/再生要求以使由蓄电剩余量运算部2-2运算的蓄电剩余量追随于充放电要求运算部2-3在内部所运算的目标蓄电剩余量。例如，若蓄电剩余量比目标蓄电剩余量高则通过发出动力运行要求来实现该功能，反之若蓄电剩余量比目标蓄电剩余量低则通过发出再生要求来实现该功能。
而且，充放电要求运算部2-3还具有如下的功能：在除与发动机1-1机械式连接的电动/发电机1-2以外还具有电动/发电机(例如旋转装置用的电动/发电机)的混合动力工程机械中，根据没有与该发动机1-1连接的电动/发电机的动力运行或再生动作，来计算相对于与发动机1-1机械式连接的电动/发电机1-2的动力运行或再生要求。
目标发动机转矩运算部2-4实现将希望向发动机1-1输出的转矩的目标值算出的功能。图3所示的目标发动机转矩运算部2-4根据负荷转矩运算部2-1以及充放电要求运算部2-3的输出，来计算目标发动机转矩。以下，按顺序说明在目标发动机转矩运算部2-4中的运算内容。
首先，目标发动机转矩运算部2-4对由负荷转矩运算部2-1算出的发动机轴上的负荷，加上由充放电要求运算部2-3算出的对电动/发电机1-2的动力运行/再生要求，由此计算第一目标发动机转矩。即，第一目标发动机转矩是按照计算式“目标发动机转矩＝负荷转矩－电动/发电机转矩(将动力运行设为正值，再生设为负值)”而算出的。
例如，由负荷转矩运算部2-1算出负荷动力是300Nm，由于蓄电剩余量高，所以若由充放电要求运算部2-3算出的对电动/发电机1-2的动力运行要求是100Nm，则第一目标发动机转矩为200Nm。而且，即使负荷转矩相同，若蓄电剩余量低，且由充放电要求运算部2-3算出的对电动/发电机1-2的再生要求被计算为100Nm(在上式中是-100Nm)，则第一目标发动机动力为400Nm。如此，根据负荷转矩和蓄电剩余量而决定第一目标发动机转矩。
接下来，由发动机转矩运算部2-6进行第二目标发动机转矩的运算。在图3中，表示利用第一目标发动机转矩来作为发动机转矩运算部2-6的输入的示例。由于第二目标发动机转矩的特征在于，目标转矩以规定增加速度以下的速度增加，所以具有例如将相对于第一目标发动机转矩实施速率限制的信号利用为第二目标发动机转矩的方法。
此外，上述的速率限制的增加速度(Nm/s)并不限定为恒定值，也可以采用逐次变更增加速度的可变式的速率限制。而且，作为同样的方法，也可以利用对第一目标发动机转矩施加低通滤波的信号，并也可以利用第一目标发动机转矩的移动平均值。
在目标转矩决定部2-5中，从由上述方法运算的第一目标发动机转矩与第二目标发动机转矩，决定目标发动机转矩运算部2-4的最终输出值。在此，选择第一、二目标发动机转矩的哪一个，是以第一目标发动机转矩超过规定转矩的情况作为切换的判断基准的。
对于用于该切换判断的规定转矩，例如可以如“设为额定发动机转矩的50％”那样地利用恒定值，也可以如“设为各转速下的最大发动机转矩的50％”那样地根据发动机转速而变化。而且，如图6所示，也可以利用对各发动机转速下的自然进气状态下的发动机转矩进行计测所得到的映像5-2，来设定用于切换的规定转矩。
通过采用该构成，能够在判断为第一发动机转矩超过自然进气状态下的发动机转矩、即需要增压的同时，抑制发动机1-1的目标转矩的增加速度。由此，能够抑制燃料喷射量，使得在发生涡轮迟滞时发动机1-1不会产生过大的转矩，进而能够抑制具有环境负担的废气的排放量。并且，通过利用根据发动机转速来计测发动机转矩的映像5-2，而能够更恰当地设定发动机的目标转矩。
而且，在将上述规定转矩设为“0”的情况下，始终选择第二目标发动机转矩。在实施该控制的情况下，由于发动机转矩总是逐渐变化，所以能够使燃烧状态稳定，并能够抑制具有环境负担的废气的排放量。但是，若实施本方式，则发动机转矩低的状态会持续，能够增加基于电动/发电机1-2进行的转矩辅助的时间。因此，优选为，只有在蓄电器1-10的蓄电剩余量充足的情况下，利用将规定转矩作为“0”的构成。
图7是用时间序列来表示目标转矩决定部2-5的输出的一个示例。此外，图7的(a)表示第二目标发动机转矩的增加速度恒定的情况下的示例，图7的(b)表示第二目标发动机转矩的增加速度逐次变更的情况下的示例。
如图7的(a)所示，第一目标发动机转矩根据负荷转矩的增加从时刻t1开始上升。之后，当为时刻t2时，第一目标发动机转矩到达至切换基准转矩。在时刻t2以后，目标转矩决定部2-5的输出向增加速度被限制的第二目标发动机转矩切换。因此，目标转矩决定部2-5的输出如图7的(a)中的粗线那样地，成为转矩的增加速度在中途发生切换的波形。由于第二目标发动机转矩是限制第一目标发动机转矩的增加速度而生成的，所以目标转矩值在成为定态的时刻t3以后是一致的。
而且，如图7的(b)所示，也可以使第二目标发动机转矩下的目标转矩的增加速度随着时间的经过逐次变更。该情况下，可以利用事先对目标转矩的增加速度的变化进行了规定的表，也可以如后述那样地根据发动机1-1的运转状态(动力、转速、增压压力等)而与控制器1-8的计算周期配合地更新增加速度。
目标转速设定部2-7是设定电动/发电机1-2的目标转速的部分，控制器1-8将由其决定的设定值对电动/发电机控制部2-9进行指令。目标转速的设定值可以是与发动机控制转盘的刻度相配合地连续取恒定值的值，也可以在各时刻使设定值变化。在各时刻变更目标转速的情况下，例如参照发动机1-1的等油耗图，当将在由目标转矩决定部2-5求出的目标发动机转矩的等转矩线上油耗变得最佳的转速作为设定值时，能够期待进一步的油耗改善。
接下来，说明目标下垂运算部2-8的动作。目标下垂运算部2-8基于由目标转矩决定部2-5求出的目标发动机转矩、和从目标转速设定部2-7付与的目标转速指令值，来决定利用于发动机1-1的控制的下垂特性。
以付与了目标转速Na的情况为例，并使用图8来说明目标下垂运算部2-8的运算内容。图8是用于说明决定下垂特性的顺序的图。首先，如图8的(a)所示，在转速-转矩特性线图上引出目标转速Na的等转速线(恒定转速线、纵线)。接下来，当由目标转矩决定部2-5付与了目标发动机转矩A时，在转速-转矩特性线图上引出目标发动机转矩A的等转矩线(恒定输出线、横线)。于是，如图8的(b)所示，两条直线的交点决定在交点Aa这一点上。最后，如图8的(c)所示，决定一条通过交点Aa的下垂特性Aa。
当执行上述处理时，可以采取参照具有目标转矩和目标转速这两个输入的映像的形式，也可以代数计算从等转矩线与等转速线的交点通过的下垂线。在代数计算的情况下，计算两条直线的交点的坐标、和从无负荷转速的坐标的两点通过的直线y＝ax+b即可。
接下来，说明目标发动机转矩变化的情况下的目标下垂运算部2-8的运算内容。图9是表示目标发动机转矩变化的情况下的下垂特性的变化的转速-转矩特性线图。若进行如先前图8所说明的处理，则当决定了目标转速Na与目标发动机转矩A、B、C时，就会唯一地决定与各目标值对应的从等转矩线与等转速线的交点Aa、Ba、Ca通过的下垂特性Aa、Ba、Ca。
如此，虽然在本实施方式中，发动机1-1的实际转速始终处于目标转速Na之上，但是由于发动机转矩根据目标转矩而变化，所以发动机1-1看起来会以如同步控制(isochronous control)那样地动作。
但是，对于在现实中实施同步控制的发动机，发动机转矩是根据实际的负荷转矩而变化的。由此，难以使发动机1-1不依赖于负荷转矩的大小而以任意的目标转矩来动作。这一点成为本实施方式的发动机的动作与进行同步控制的发动机的动作之间的显著差异。
在图10中用时间序列来表示图9的目标发动机转矩A、B、C与各下垂特性Aa、Ba、Ca的无负荷转速Aa、Ba、Ca的关系。在图10中呈如下特性曲线：目标发动机转矩从时刻t1开始从目标发动机转矩C逐渐增加，在时刻t2到达至目标发动机转矩A，并从时刻t3开始减少。此外，无负荷转速Aa的值相当于在以往技术中的无负荷转速D(参照图20的(b))。从该图能够知道，在本实施方式中，能够在时间t1～t2、时间t3～t4之间，使无负荷时的最大发动机转速比以往技术小。由此，在本实施方式中，能够防止因液压泵1-3的拖曳等造成的损失。而且，由于能够抑制发动机的转速，所以能够谋求发动机的低噪音化。而且，即使目标发动机转矩变化，由于将马达的目标转速控制为恒定，所以液压泵1-3的流量控制也是简单的。
此外，虽然图9将图简化，将目标发动机转矩离散地表示为A、B、C，但是优选为，当实际安装在控制器上时，如图10所示地实施控制，以使下垂特性(图10的无负荷转速)根据目标发动机转矩而连续地变化。
在图8、9中表示了从目标转速设定部2-7付与的目标转速指令值是恒定值Na的情况的示例。但是，本发明的目标转速并不如上所述地限定于恒定值，因此，用图11说明目标转速逐次变更的情况的控制例。图11是表示相对于恒定值的目标发动机转矩A，由目标转速Na、Nb、Nc来付与的情况下的下垂特性的变化的转速-转矩特性线图。
如图11所示，目标下垂运算部2-8当决定了目标转速Na、Nb、Nc与目标发动机转矩A时，能够唯一地决定从与各自目标值对应的等转矩线与等转速线的交点Aa、Ab、Ac通过的下垂特性Aa、Ab、Ac。由此，当使图9与图11组合时，能够在转速-转矩特性线图上将发动机1-1的动作点(转速与转矩的组)控制在任意位置，其中，在图9中，使电动/发电机1-2的目标转速恒定，并使发动机1-1的目标发动机转矩可变，在图11中，使电动/发电机1-2的目标转速可变，并使发动机1-1的目标发动机转矩恒定。
由于发动机1-1的动作点对油耗、或具有环境负担的废气的排出特性产生较大影响，所以通过如本实施方式那样地控制发动机1-1的动作点，而能够实现进一步的油耗改善、或废气抑制。
第二实施方式
接下来，使用图12说明本发明的第二实施方式的混合动力挖掘机。此外，第二实施方式与第一实施方式相比，除了控制器1-8的内部构成的一部分不同以外，为彼此相同的构成。由此，在以下省略说明与第一实施方式相同的构成。
图12是本发明的第二实施方式的混合动力挖掘机的控制器的控制框图。如图12所示，在第二实施方式中追加有增压压力检测部11-1的构成。该增压压力检测部11-1具有将从增压压力传感器1-19(参照图2)传送来的增压压力的测定数据输出到发动机转矩运算部2-6的功能。发动机转矩运算部2-6根据增压压力检测部11-1的输出来运算第二目标发动机转矩。在图13中表示该运算内容的概要。
图13的(a)表示增压压力的上升方式。首先，增压压力从时刻t1到与自然进气的进气压一致的时刻t2为止快速上升。增压器1-18从时刻t2开始动作，到时刻t3为止增压压力逐渐增加。该时刻t2-t3间的增压压力的上升的应答延迟为涡轮迟滞。在时刻t3以后增压压力稳定于定态。
基于以上的增压压力的应答，发动机转矩运算部2-6沿着增压压力的应答波形，如图13的(b)那样地计算第二目标发动机转矩。图13的(b)所示的第二目标发动机转矩能够通过相对于第一目标发动机转矩而使增加速度与增压压力对应地逐次变更的速率限制来计算，也能够参照存储了增压压力与目标发动机转矩的对应关系的表来计算。
在这样地计算了第二目标发动机转矩之后，若将目标转矩决定部2-5中的第一目标发动机转矩与第二目标转矩之间的切换的基准转矩，设为自然进气状态下的发动机转矩(图13的(b)的N/A转矩)，则在正发生涡轮迟滞时无法取得发动机1-1能够输出的转矩以上的目标值。通过实施该控制，能够抑制发动机1-1的过大的燃料喷射，由此能够实现进一步的节能化。
此外，已知若在发生涡轮迟滞的状况下过剩地喷射燃料，则空气量会不足，由此会引起不完全燃烧而产生黑烟，但根据第二实施方式，由于将涡轮迟滞发生时的目标发动机转矩设定为与增压压力对应的第二发动机目标转矩，所以能够抑制过剩的燃料喷射，由此能够抑制黑烟的产生。而且，也能够使该基准转矩根据发动机1-1的动作转速而变化。该情况下，更会抑制过剩的燃料喷射或黑烟的产生。
接下来，使用图14来说明第二实施方式的控制器1-8的运算顺序。图14是表示控制器1-8的运算顺序的活动图。如图14所示，控制器1-8首先进行负荷转矩运算13-1、蓄电剩余量运算13-2、充放电要求运算13-3、增压压力检测13-4的各处理。在此，负荷转矩运算部2-1的运算内容相当于负荷转矩运算13-1，且蓄电剩余量运算部2-2与充放电要求运算部2-3的运算内容分别相当于蓄电剩余量运算13-2、充放电要求运算13-3，且基于增压压力检测部11-1的来自增压压力传感器1-19的传感器数据的检测相当于增压检测13-4。
基于以上的运算结果，控制器1-8利用目标发动机转矩运算部2-4来计算发动机1-1的目标转矩。该运算相当于图14中的目标发动机转矩运算。在该运算中，在同时进行第一目标发动机转矩运算13-5与第二目标发动机转矩运算13-6之后，在目标转矩决定13-7中决定最终的目标发动机转矩。
接下来，基于上述的运算结果，通过目标下垂运算13-8来运算对发动机1-1指令的下垂特性。在该运算中利用了上述的目标下垂运算部2-8。而且，依照目标下垂运算13-8的运算结果，由调速特性变更13-9来实施发动机1-1的控制内容的变更。
另外，作为有关电动/发电机1-2的处理，而进行将由目标转速设定部2-7设定的目标转速指令向电动/发电机控制部2-9输出的处理。该处理是图14中的目标转速设定13-10、电动/发电机控制13-11。以上的运算在控制器1-8的每个运算周期(例如每10毫秒)执行。
此外，若在图14中删除增压压力检测13-4，则当然会成为表示第一实施方式的控制器1-8的运算顺序的活动图。
至此说明了使用“目标转矩”来作为发动机1-1的目标输出的实施方式的示例，但是本发明也可以取代目标转矩，而使用“目标动力(转矩与转速的积)”来实施。在该情况下，由于电力的单位由W(瓦特)来决定，所以与由转矩(Nm)决定控制量相比，由动力W(瓦特)来实施控制的优点在于，容易管理对蓄电装置的充放电量。
在图15表示由动力实施控制的情况下的控制器1-8的一例。图15是在由转矩进行控制的图12的构成中，将转矩变换为动力的构成。该变换通过“动力＝转矩×转速”的关系能容易地变更。而且，在由目标动力决定部14-4决定目标发动机动力之后的目标下垂运算部2-8中的运算内容如从图8到图16那样地变更。
依照图16来说明以Na付与了目标转速时的运算内容。首先，如图16的(a)所示，在转速-转矩特性线图上引出目标转速Na的等转速线(纵线)。接下来，当由目标动力决定部14-4将目标发动机动力决定为A时，在转速-转矩特性线图上引出目标发动机动力A的等动力线(曲线)。于是，如图16的(b)所示，两条线的交点决定于Aa这一点上。最后，如图16的(c)所示，决定一条从交点Aa通过的下垂特性Aa。以后的运算是与使用转矩单位的情况相同的。
如以上所说明地，根据上述各实施方式，当付与了电动/发电机1-2的目标转速和发动机1-1的目标转矩时，会在转速-转矩特性线图上决定从等转矩线(恒定输出线)与等转速线(恒定转速线)的交点通过的下垂特性，并能够以所决定的下垂特性来控制发动机1-1，因此，能够设为与发动机的目标转矩的值对应的无负荷时的最大发动机转速，其中，该等转矩线取发动机1-1的目标转矩的值，该等转速线取电动/发电机1-2的目标旋转指令。即，即使发动机的目标转矩小，也能够防止无负荷时的最大发动机转速成为变大的状态。
若更具体地说明，则在以往技术那样地下垂特性是固定的情况下，无负荷时的最大发动机转速取预先决定的值(参照图19)，但是根据上述各实施方式，若发动机1-1的目标转矩(输出)变小，则通过与其对应地变更下垂特性，与发动机1-1的目标转矩大的情况相比能够将无负荷时的最大发动机转速抑制得低(参照图9)。
由此，能够防止因液压泵1-3的拖曳等产生的损失。并且，根据各实施方式，如上所述地会发挥发动机的低噪音化、节能化、低油耗化、废气抑制等各种卓越的效果。
虽进行重复，但在各实施方式中，由于电动/发动机1-2依照目标转速指令值而旋转，且下垂特性根据发动机1-1的目标输出而变更，所以能够将发动机1-1保持于任意的目标动作点(目标转速、目标输出)。这意味着会使发动机1-1以接近于定态的恰当的运转状态来动作。因此，根据各实施方式，由于发动机1-1在定态下稳定燃烧，所以会实现节能化和具有环境负担的废气的抑制。并且，即使发动机1-1的目标输出变化，由于电动/发电机1-2以随着目标转速指令值旋转的方式被控制，所以液压泵1-3的流量控制也是简单的。
而且，在各实施方式中，由于能够将发动机1-1保持在任意的目标动作点，所以通过将发动机1-1的动作点固定在等油耗映像的最高油耗点，而能够进一步提高节能化的效果。同样地，若在能够抑制具有环境负担的废气的动作点上运转发动机1-1，则能够有效地抑制具有环境负担的废气的排出。
而且，根据上述各实施方式，在第一目标发动机输出超过规定切换基准的情况下，由于能够将发动机1-1的目标输出从第一的目标发动机输出向第二目标发动机输出变更，所以能够抑制发动机输出的急剧上升，其中，该第二目标发动机输出是相对于第一目标发动机输出而在目标输出的增加速度中施加限制所得的。由此，能够抑制为了使发动机输出急剧上升而消耗的燃料。而且，抑制发动机输出的增加速度的情况会使发动机1-1以接近于定态的恰当的运转状态来动作。因此，能够对进一步的节能化和具有环境负担的废气的抑制做出贡献。而且通过抑制以重负荷状态使用发动机1-1的频率，而有助于防止发动机1-1的过热。
而且，根据上述各实施方式，由于能够基于发动机轴上的负荷以及蓄电装置1-20的充电/放电要求，来运算发动机1-1的目标输出，所以能够避免相对于负荷而将目标发动机输出持续地设定得低的情况。由此，能够抑制基于电动/发电机1-2的动力运行频率并能够抑制蓄电装置1-2的电力消耗。这有助于避免如下事态：陷入蓄电剩余量不足而不能辅助，从而发生发动机熄火(engine stall)。而且，在上述各实施方式中，由于能够避免相对于负荷而目标发动机输出持续设定得高，所以能够抑制基于电动/发电机1-2的再生频率并能够抑制向蓄电装置1-20的过度充电。
而且，根据上述各实施方式，能够在各时刻生成与发动机1-1的状况对应的目标发动机输出。由此，能够对进一步的节能化和具有环境负担的废气的抑制做出贡献。
而且，根据上述各实施方式，在发动机输出的上升快的自然进气的区域内，使目标发动机输出快速上升。由此，能够减少电动/发电机1-2的辅助量，并能够抑制来自蓄电装置1-20的电力消费量。
而且，根据上述各实施方式，由于使目标发动机转矩运算部2-4中的规定输出根据发动机1-1的动作转速而变化，所以能够考虑发动机1-1的最大输出线、电动/发电机1-2的最大输出线来设计目标发动机输出。
此外，上述实施方式是为了实施本发明而优选的实施方式，但其实施方式并不限定于此，在不变更本发明的主旨的范围内能够进行各种变形。例如也可以相对于轮式装载机等的液压挖掘机以外的工程机械来适用本发明的混合动力工程机械。

Claims (8)

1.一种混合动力工程机械，其特征在于，具有：发动机；由所述发动机驱动的液压泵；由从所述液压泵排出的液压油驱动的液压作业部；在与所述发动机之间传递输出的电动/发电机；向所述电动/发电机供给电力的蓄电装置；和以如下的调速特性控制所述发动机的控制器，所述调速特性是使负荷与转速之间的关系具有随着负荷的增加而转速减少那样的规定斜率，
所述控制器包括：
目标发动机输出运算部，其计算所述发动机的目标输出；
目标转速设定部，其设定所述电动/发电机的目标转速指令；
目标下垂运算部，其在转速-转矩特性线图上求出恒定输出线与恒定转速线的交点，并以从该转速-转矩特性线图上的交点通过的方式决定所述发动机的调速特性，其中，该恒定输出线取由所述目标发动机输出运算部算出的所述发动机的目标输出值，该恒定转速线取所述电动/发电机的目标旋转指令；
调速特性变更部，其依照由所述目标下垂运算部求得的调速特性而变更所述发动机的调速特性；和
电动/发电机控制部，其依照由所述目标转速设定部设定的目标转速指令值来控制所述电动/发电机。
2.根据权利要求1所述的混合动力工程机械，其特征在于，所述目标发动机输出运算部运算第一目标发动机输出，并且在所述第一目标发动机输出处于规定的切换基准以下时，将所述第一目标发动机输出作为所述发动机的目标输出来输出，另一方面，在所述第一目标发动机输出超过所述规定的切换基准时，运算第二目标发动机输出，所述第二目标发动机输出是相对于所述第一目标发动机输出在目标输出的增加速度方面给与限制而得到的，将所述第二目标发动机输出作为所述发动机的目标输出来输出。
3.根据权利要求1所述的混合动力工程机械，其特征在于，所述控制器还包括：负荷运算部，其运算所述发动机的轴上的负荷；蓄电剩余量运算部，其运算所述蓄电装置的剩余量；和充放电要求运算部，其基于所述蓄电剩余量运算部的输出而运算为了将所述蓄电装置的电力保持在适当范围内所必要的充电或放电要求，
所述目标发动机输出运算部基于由所述充放电要求运算部得到的运算结果和由所述负荷运算部得到的运算结果来运算所述发动机的目标输出。
4.根据权利要求2所述的混合动力工程机械，其特征在于，所述目标发动机输出运算部根据所述发动机的运转状态来逐次变更在运算所述第二目标发动机输出时的目标输出的增加速度。
5.根据权利要求2所述的混合动力工程机械，其特征在于，所述发动机具有涡轮增压式的增压器、以及测定所述发动机的增压压力的增压压力传感器，
所述目标发动机输出运算部根据来自所述增压压力传感器的输出值的增减，来增减在运算所述第二目标发动机输出时的目标输出的增加速度。
6.根据权利要求2所述的混合动力工程机械，其特征在于，所述发动机具有涡轮增压式的增压器，
将能够在自然进气状态下输出的发动机输出值设定为所述规定的切换基准。
7.根据权利要求2所述的混合动力工程机械，其特征在于，使所述规定的切换基准根据所述发动机的动作转速来变化。
8.根据权利要求2所述的混合动力工程机械，其特征在于，所述控制器还包括：负荷运算部，其运算所述发动机的轴上的负荷；蓄电剩余量运算部，其运算所述蓄电装置的剩余量；和充放电要求运算部，其基于所述蓄电剩余量运算部的输出而运算为了将所述蓄电装置的电力保持在适当范围内所必要的充电或放电要求，
所述目标发动机输出运算部基于由所述充放电要求运算部得到的运算结果和由所述负荷运算部得到的运算结果来运算所述发动机的目标输出。
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