CN107075837B - 混合动力式作业机械 - Google Patents

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CN107075837B
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hydraulic pump
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吉田肇
野口修平
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Hitachi Construction Machinery Tierra Co Ltd
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Hitachi Construction Machinery Tierra Co Ltd
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Abstract

本发明提供一种混合动力式作业机械，通过采用混合动力方式使发动机小型化，能够实现燃油效率的提高、废气特性的改善及噪音的降低，并且在蓄电装置的充电量极其不充分的情况下，能够在抑制液压泵的输出降低的同时，进行蓄电装置的快速充电。车身控制器(46)，在蓄电池(33)的充电率降低至最小充电率以下的情况下，进行使发动机(11)的目标转速降低的发动机转速降低控制和使液压泵(21)的最大吸收转矩降低的减小转矩控制，由此，强制使所述发动机车身产生剩余转矩，使用该剩余转矩使发电电动机(31)作为发电机工作，进行蓄电池的快速充电。

Description

混合动力式作业机械
技术领域
本发明涉及一种混合动力式作业机械，特别是涉及一种小型的液压挖掘机等的混合动力式作业机械。
背景技术
近年来，在液压挖掘机等作业机械中，从燃油效率的提高、废气特性的改善及噪音的降低等观点出发，开发了并用发动机(柴油发动机)和电动机的混合动力式作业机械，并且实现了一部分的实用化。作为这种混合动力式工程机械，例如有专利文献1所记载的工程机械。
专利文献1中所记载的混合动力式工程机械中，作为通过发动机驱动的液压泵的辅助动力源而设置有发电电动机，在液压泵的请求转矩比发动机输出转矩大的情况下，通过蓄电池的电力使发电电动机作为电动机工作，补充发动机输出转矩的不足量，在蓄电池的充电量不充分的情况下，通过液压泵的减小转矩控制强制使发动机产生剩余转矩，使发电电动机作为发电机工作从而进行蓄电池的快速充电。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-149226
发明内容
根据专利文献1所记载的混合动力式工程机械，在蓄电池的充电量不充分的情况下，通过进行液压泵的减小转矩控制，能够强制地使发动机产生剩余转矩，使发电电动机作为发电机工作从而进行蓄电池的快速充电。
但是，由于在快速充电中液压泵的输出降低，所以可能对例如挖掘作业等要求高负荷转矩的作业带来障碍。
本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于，提供一种混合动力式作业机械，通过采用混合动力方式使发动机小型化，来实现燃油效率的提高、废气特性的改善及噪音的降低，并且在蓄电装置的充电量极其不充分的情况下，能够在抑制液压泵的输出降低的同时，进行蓄电装置的快速充电。
为了实现上述目的，本发明的混合动力式作业机械具备：发动机；液压泵，其通过该发动机驱动；多个液压执行机构，其通过从该液压泵喷出的液压油驱动；发动机转速指示装置，其指示所述发动机的目标转速；发动机转速检测装置，其检测所述发动机的实际转速；调节器装置，其以随着所述发动机的负荷转矩增加而使所述发动机的输出转矩增加的方式来控制燃料喷射量；发电电动机，其与所述发动机连结；蓄电装置，在其与所述发电电动机之间交接电力；以及控制装置，其通过将来自所述蓄电装置的电力供给至所述发电电动机而使所述发电电动机作为电动机工作，进行输出辅助，通过利用所述发动机旋转驱动所述发电电动机而使所述发电电动机作为发电机工作，对所述蓄电装置进行充电，所述发动机具有输出转矩特性，该输出转矩特性包括在所述调节器装置的燃料喷射量为最大时的满负荷特性和直到所述调节器装置的燃料喷射量增加至最大为止的调节特性，所述满负荷特性具有第一特性部分和第二特性部分，所述第一特性部分是随着由所述发动机转速检测装置检测到的发动机转速从额定转速降低至规定转速而使所述发动机的输出转矩增加，在所述规定转速时所述发动机的输出转矩成为最大的部分，所述第二特性部分是随着所述发动机转速从所述规定转速降低而使所述发动机的输出转矩减少的部分，所述控制装置在所述蓄电装置的充电率降低至通过所述发电电动机的辅助驱动无法继续进行作业的最小充电率以下的情况下，进行使所述发动机的目标转速降低的发动机转速降低控制和使所述液压泵的最大吸收转矩降低的减小转矩控制，并且进行充电控制，该充电控制使用通过该发动机转速降低控制和减小转矩控制而使所述发动机产生的剩余转矩来使所述发电电动机作为发电机工作，对所述蓄电装置进行充电。
在像这样构成的本发明中，通过输出辅助来抑制发动机的请求转矩，由此，能够实现发动机的小型化，能够实现燃油效率的提高、废气特性的改善及噪音的降低。
另外，在蓄电池的充电率降低至最小充电率以下的情况下(即蓄电池的充电量极不充分的情况下)，进行使发动机转速降低的发动机转速降低控制，由此，使发动机满负荷特性的第一特性部分上的最大马力转速下的发动机输出转矩增加。由此，与仅进行减小转矩控制而产生剩余转矩的情况相比，基于减小转矩控制的液压泵的最大吸收转矩的降低量得到抑制，能够在抑制液压泵的输出降低的同时，对蓄电装置进行快速充电。
发明效果
根据本发明，通过采用混合动力方式使发动机小型化，能够实现燃油效率的提高、废气特性的改善及噪音的降低，并且在蓄电池的充电量极不充分的情况下，能够在抑制液压泵的输出降低的同时，对蓄电池进行快速充电。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式的作为混合动力式作业机械的小型的液压挖掘机的外观的图。
图2是表示本发明的一实施方式的液压挖掘机的驱动系统的图。
图3是表示在发动机控制器对燃料喷射量进行运算时使用的燃料喷射量特性的图。
图4是表示如图3那样在控制燃料喷射量时的发动机的输出转矩特性的图。
图5是表示泵调节器的结构的详情的图。
图6是表示泵调节器的转矩控制部的功能的泵转矩特性图。
图7是表示液压系统的控制阀和多个液压执行机构中的、左右的行驶用液压电机的液压回路部分的图。
图8A是表示现有的通常的小型挖掘机的液压泵的PQ特性(马力特性)与代表性的输出使用范围之间的关系的图。
图8B是表示现有的通常的小型挖掘机的发动机输出马力特性与代表性的输出使用范围之间的关系的图。
图8C是表示现有的通常的小型挖掘机的发动机的输出转矩特性的图。
图9A是表示本发明实施方式的小型挖掘机的液压泵的PQ特性(马力特性)与代表性的输出使用范围之间的关系的图。
图9B是表示本发明实施方式的小型挖掘机的发动机输出马力特性与代表性的输出使用范围之间的关系的图。
图9C是表示组合了本发明实施方式的小型挖掘机的发动机和发电电动机的混合动力驱动系统的输出转矩特性的图。
图10是表示基于车身控制器的控制的框图。
图11是表示基于车身控制器的控制的流程图。
图12是表示目标转速与发动机输出马力及最大马力转速之间的关系的图。
图13A是表示基于辅助控制的系统输出转矩的变化的图。
图13B是表示基于蓄电池充电控制的系统输出转矩的变化的图。
图14A是表示基于辅助控制的系统输出马力的变化的图。
图14B是表示基于蓄电池充电控制的系统输出转矩的变化的图。
图15A是表示作为比较例在仅通过泵减小转矩控制进行快速充电控制的情况下的液压泵的最大吸收转矩的变化(减小转矩量)的图。
图15B是表示仅通过泵减小转矩控制进行快速充电控制的情况下的减小转矩量、作为此时的蓄电池的快速充电的发电转矩而使用的发动机的剩余转矩和可用于作业的最大转矩的分配的图。
图16A是表示在本实施方式中通过发动机转速降低控制和泵减小转矩控制进行快速充电控制的情况下的液压泵21的最大吸收转矩的变化(减小转矩量)的图。
图16B是表示在本实施方式中所需的减小转矩量、此时的发动机11的剩余转矩和可用于作业的最大转矩的分配的图。
图17A是表示在采用了无差(isochronous)控制的情况下的发动机转速与发动机输出转矩之间的关系的图。
图17B是表示在采用了无差控制的情况下的发动机转速与发动机输出马力之间的关系的图。
具体实施方式
以下，使用附图说明本发明的实施方式。
～结构～
图1是表示本发明的一实施方式的作为混合动力式作业机械的小型的液压挖掘机的外观的图。本说明书中，小型的液压挖掘机是指包含小型挖掘机的8吨位以下的液压挖掘机。
液压挖掘机具备下部行驶体101、可旋转地搭载于该下部行驶体101上的上部旋转体102、和经由摆动柱103在上下及左右方向上可转动地连结于该上部旋转体102的前端部分的前作业机104。下部行驶体101是履带方式，在台车架105的前方侧设置有可上下移动的推土用的铲板106。上部旋转体102具备形成基础下部构造的旋转台107和设置于旋转台107上的舱室(驾驶室)108。前作业机104具备动臂111、斗杆112和铲斗113，动臂111的基端与摆动柱103销结合，动臂111的前端与斗杆112的基端销结合，斗杆112的前端与铲斗113销结合。
上部旋转体102相对于下部行驶体101通过未图示的旋转电机旋转驱动，摆动柱103及前作业机104通过摆动液压缸24g而相对于旋转台107向左右转动驱动，动臂111、斗杆112、铲斗113分别通过使动臂液压缸24c、斗杆液压缸24d、铲斗液压缸24e伸缩而向上下转动驱动。下部行驶体101通过左右的行驶电机24a、24b旋转驱动，铲板106通过铲板液压缸24h向上下驱动。
图2是表示图1所示的液压挖掘机的混合动力驱动系统的图。图2中，混合动力驱动系统具备发动机系统1、液压系统2、发电电动系统3、控制系统4。
发动机系统1具备柴油发动机11、发动机控制刻度盘12、发动机控制器13、电子调节器14、发动机转速检测装置15。柴油发动机11如后述，是相较于现有发动机小型化了的(发动机输出小的)发动机。
发动机控制刻度盘12通过操作员的操作来指示发动机11的目标转速。目标转速是指未对发动机11投入负荷时的发动机转速。发动机控制器13输入有来自发动机控制刻度盘12的目标转速信号，进行规定的运算处理，求出目标燃料喷射量，通过控制电子调节器14，控制向发动机的各气缸喷射的燃料喷射量，控制发动机输出转矩和发动机转速。此外，本实施方式中，以使电子调节器14的控制采用根据发动机负荷的增加而降低发动机转速并且使燃料喷射量增加的有差(droop)控制的情况为例进行说明。发动机转速检测装置15检测发动机11的实际转速(发动机转速)。由发动机转速检测装置15检测到的发动机转速经由发动机控制器13被输入至车身控制器46(后述)。
图3是表示发动机控制器13对燃料喷射量进行运算时使用的燃料喷射量特性的图。图中，横轴是发动机控制刻度盘12所指示的目标转速和由发动机转速检测装置15检测到的发动机11的实际转速的偏差ΔN，纵轴是燃料喷射量F。该燃料喷射量特性被设定为，在转速偏差ΔN为零时，燃料喷射量F为最小Fmin，随着转速偏差ΔN增大，燃料喷射量F沿着倾斜的直线F1的特性按直线比例增大。另外，在转速偏差Δ达到某规定的值ΔNa时，燃料喷射量F成为最大Fmax，转速偏差ΔN继续增大时，燃料喷射量F被保持为最大Fmax的固定值。在通常的发动机控制中，针对每个目标转速存储有燃料喷射量特性，按照发动机控制刻度盘12所指示的目标转速选择对应的燃料喷射量特性，将此时运算出的转速偏差ΔN与燃料喷射量特性进行参照，求出对应的燃料喷射量，将该燃料喷射量作为目标值赋予电子调节器14，从而控制对发动机11的各气缸喷射的燃料喷射量。
图4是表示在以上述控制燃料喷射量时的发动机11的输出转矩特性的图，是发动机控制刻度盘12所指示的目标转速为最大时的图。图中，横轴是发动机转速，纵轴是发动机输出转矩。发动机11的输出转矩特性由燃料喷射量为最大时的满负荷特性Tf和基于图3所示的燃料喷射特性而被调整燃料喷射量的调节特性Tgmax构成。满负荷特性Tf由发动机11的特性决定，其由发动机11的输出转矩随着发动机转速降低而增加至最大TEmaxe的向左上增大的特性部分Tf1、和发动机11的输出转矩随着发动机转速进一步降低而减小的向左下减小的特性部分Tf2构成。调节特性Tgmax与图3所示的燃料喷射特性相对应，成为发动机11的输出转矩随着发动机转速降低而增大的有差控制的特性。
即，在未对发动机11投入负荷时，燃料喷射量为最小Fmin，此时的发动机转速为调节特性Tgmax的直线与横轴之间的交点即NTmax。随着发动机11的负荷转矩(液压泵21的吸收转矩)增大且目标转速NTmax和实际转速的偏差ΔN增大，燃料喷射量增大，随之，发动机11的输出转矩沿着调节特性Tgmax的倾斜的直线按直线比例增大。发动机11的负荷转矩进一步增大，当转速偏差ΔN达到规定的值ΔNa时，燃料喷射量成为最大(图3)。调节特性Tgmax的直线与满负荷特性Tf的交点，是燃料喷射量为最大Fmax、发动机11的输出马力为最大的点(后述)，此时的转速(最大马力转速)NRmax为额定转速，发动机11的输出转矩Topt为额定转矩。
在发动机控制刻度盘12指示比最大目标转速NTmax低的目标转速NTx1、NTx2时，发动机控制器13选择与目标转速NTx1、NTx2分别对应的燃料喷射特性，控制燃料喷射量，与之对应地，调节特性变化为虚线Tg1、Tg2。其结果为，最大马力转速降低为NR1、NR2(后述)。
本实施方式中，将发动机控制刻度盘12所指示的目标转速定义为未对发动机11投入负荷时的转速NTmax、NTx1、NTx2，但也可以将目标转速定义为最大马力转速(发动机控制刻度盘12所指示的目标转速为最大时的额定转速)NRmax、NR1、NR2。另外，本实施方式中，对调节特性为有差控制的特性的情况进行了说明，但调节特性也可以是以不取决于发动机负荷的增加而将发动机转速保持为一定的方式调整燃料喷射量的无差控制的特性(后述)。
发动机11的输出轴经由由大径齿轮6a和小径齿轮6b构成的动力分配器6与液压系统2和发电电动系统3连结。
液压系统2具备液压泵21及先导泵22、控制阀23、多个液压执行机构24a～24h、多个操作装置25、26。
液压泵21及先导泵22经由动力分配器6与发动机11的输出轴连结，且通过发动机11驱动。从液压泵21喷出的液压油经由控制阀23向多个液压执行机构24a～24h供给，驱动各被驱动体。液压泵21是可变容量型，具备排油容积可变机构(例如斜盘)21a、和调整排油容积可变机构21a的倾转位置来控制液压泵的容量的泵调节器27。
多个液压执行机构24a～24h包含左右的行驶用液压电机、和除此以外的液压执行机构，除此以外的液压执行机构例如包含动臂用液压缸、斗杆用液压缸、铲斗用液压缸、摆动用液压缸、铲板用液压缸。
控制阀23内置有与多个液压执行机构24a～24h对应的多个主滑阀，这些主滑阀通过从操作装置25、26输出的液压信号进行切换操作。操作装置25代表左右的行驶用的操作装置，操作装置26代表行驶以外的操作装置。
发电电动系统3具备发电电动机31、逆变器32、蓄电池(蓄电装置)33、蓄电池控制器34、操作面板35。
发电电动机31经由动力分配器6与发动机11的输出轴连结，在发动机11中有剩余转矩时，通过该剩余转矩驱动而作为发电机工作。发电电动机31产生的电能经由逆变器32蓄电于蓄电池33。另外，在蓄电量相对于蓄电池33的容量的比率(以下称作充电率)为辅助驱动所需的最小充电率(例如30％)以上，且需要辅助驱动液压泵21时，发电电动机31经由逆变器32被供给蓄电池33的电能，从而作为电动机工作。蓄电池控制器34监视蓄电池33的蓄电量，操作面板35显示该蓄电量的信息(蓄电信息)。
控制系统4具备行驶速度切换开关41、转矩控制电磁阀44、行驶速度切换电磁阀45、和作为控制装置的车身控制器46，车身控制器46与行驶速度切换开关41、转矩控制电磁阀44及行驶速度切换电磁阀45电连接。另外，车身控制器46也与逆变器32、蓄电池控制器34、操作面板35及发动机控制器13电连接。车身控制器46输入有行驶速度切换开关41的指示信号、发动机控制器13的发动机转速信息(目标转速及检测出的实际转速)、操作面板35的操作信号及蓄电池控制器34的蓄电信息(充电率)，进行规定的运算处理，向逆变器32、转矩控制电磁阀44及行驶速度切换电磁阀45输出控制信号。
图5是表示泵调节器27的结构的详细的图。
泵调节器27具有：LS控制部等请求流量响应控制部，LS控制部以喷出与基于多个操作装置25、26的操作量的请求流量相对应的流量的方式，控制液压泵21的排油容积可变机构21a的倾转位置(从而控制液压泵容量)；和转矩控制部，其以使液压泵21的最大吸收转矩不超过预定的值的方式，控制液压泵21的排油容积可变机构21a的最大倾转位置(从而控制液压泵的最大容量)。图5中，为了简化图示而仅图示了转矩控制部。另外，省略图示动力分配器6。
图5中，泵调节器27具有与液压泵21的排油容积可变机构21a联动地连结的控制滑阀27a、朝向液压泵21的容量增加方向作用于控制滑阀27a的第一及第二弹簧27b、27c这两个弹簧、朝向液压泵21的容量减少方向作用于控制滑阀27a的第一及第二受压部27d、27e。经由先导通路27f向第一受压部27d导入液压泵21的喷出压力。第一及第二弹簧27b、27c用于设定液压泵21的最大吸收转矩。第一弹簧27b比第二弹簧27c长，在控制滑阀27a位于图示的初始位置时，仅使第一弹簧27b与控制滑阀27a接触，对控制滑阀27a向图示右方向施力。当控制滑阀27a向图示左方向移动某种程度时，第二弹簧27c也与控制滑阀27a接触，第一及第二弹簧27b、27c这两者对控制滑阀27a向图示右方向施力。
转矩控制电磁阀44在未接收到从车身控制器46输出的控制信号时，位于图示的OFF(停止)位置，使泵调节器27的第二受压部27e与油箱连通。当从车身控制器46输出控制信号时，转矩控制电磁阀44被切换至ON(启动)位置，向第二受压部27e导入作为控制压力的先导泵22的喷出压力。先导泵22的喷出压力被先导溢流阀28保持为固定的值(例如4Mpa)。
图6是表示泵调节器27的转矩控制部的功能的泵转矩特性图，横轴表示液压泵21的喷出压力，纵轴表示液压泵21的容量。
另外，图6中，由附图标记TP1及TP2表示的两条直线(实线)构成的弯折线为通过第一及第二弹簧27b、27c设定的最大吸收转矩特性。与直线TP1、TP2相切的附图标记TPLc表示的曲线为液压泵21的最大吸收转矩，其还能够被称作转矩控制的限制转矩。液压泵21的最大吸收转矩(限制转矩)TPLc被设定为比发动机11的额定转矩Topt加上发电电动机31的最大转矩TMmax所得的额定系统转矩Toptc(后述)仅小规定的富裕量。另外，液压泵21的最大吸收转矩TPLc比发动机11的额定转矩Topt大，在本实施方式中，液压泵21的最大吸收转矩TPLc还比最大转矩TEmaxe(后述)大。
根据这种液压泵21的吸收转矩和发动机11的输出转矩之间的关系可知，发动机11被小型化(down sizing)为额定转矩Topt比液压泵21的最大吸收转矩TPLc小且仅利用发动机11的输出转矩无法供给液压泵21的最大吸收转矩TPLc的大小。另外，本实施方式中，发动机11被进一步小型化为不仅额定转矩Topt连最大转矩TEmaxe也比液压泵21的最大吸收转矩TPLc小的大小。此外，图中，A示出行驶高速时的代表性的输出使用范围，B示出行驶低速时的代表性的输出使用范围，C示出通常作业时的代表性的输出使用范围，在后面对这些进行说明。
泵调节器27的转矩控制部根据液压泵21的喷出压力来限制液压泵21的排油容积可变机构21a的最大倾转位置(随之控制液压泵21的最大容量)，由此限制液压泵21的最大吸收转矩。在液压泵21的喷出压力上升时，在喷出压力超过第一值P1之前，被导入液压泵21的喷出压力的第一受压部27d的液压力比第一弹簧27b的弹力小，液压泵21的最大容量维持为qmax。即，液压泵21的容量能够通过请求流量响应控制部的控制而上升至qmax。当液压泵21的喷出压力进一步上升并超过第一值P1时，第一受压部27d的液压力比第一弹簧27b的弹力大，控制滑阀27a向图示左方向移动，液压泵21的最大容量沿着折弯线的直线TP1减少。由此，由请求流量响应控制部控制的液压泵21的容量被限制在由直线TP1规定的最大容量以下，液压泵21的吸收转矩(泵喷出压力和容量之积)被控制为不超过限制转矩TPLc。
当液压泵21的喷出压力进一步上升并超过第二值P2时，控制滑阀27a与第二弹簧27c接触，控制滑阀27a的移动量相对于液压泵21的喷出压力的上升量的比例(液压泵21的容量的减少比例)减小，液压泵21的最大容量沿着斜率比直线TP1小的直线TP2减少。在该情况下，液压泵21的吸收转矩也被控制为不超过限制转矩TPLc。当液压泵21的喷出压力达到主溢流阀29的设定压力时，阻止液压泵21的喷出压力继续上升。
当将转矩控制电磁阀44切换到ON位置时，向第二受压部27e导入控制压力，第二受压部27e的液压力向控制滑阀27a作用对抗第一及第二弹簧27b、27c的弹力的力。由此，基于第一及第二弹簧27b、27c的最大吸收转矩的设定以仅减少第二受压部27e的液压力的大小的方式被调整，最大吸收转矩特性如箭头所示，从由实线的直线TP1、TP2构成的折弯线向由点划线的直线TP3、TP4构成的折弯线位移(减小转矩量ΔTPd1)。其结果为，在液压泵21的喷出压力上升时，液压泵21的最大容量沿着作为折弯线的点划线的直线TP3、TP4减少。此时的液压泵21的最大吸收转矩(泵喷出压力和最大容量之积)从直线TP1、TP2的最大吸收转矩TPLc向与直线TP3、TP4相切的曲线TPLd1减小，强制地使发动机11产生剩余转矩TG(后述)。在本申请说明书中，将该控制称作减小转矩控制。
图7是表示液压系统的控制阀和多个液压执行机构中的、左右的行驶用液压电机的液压回路部分的图。图中，由附图标记23a、23b表示左右的行驶用的主滑阀，由附图标记24a、24b表示左右的行驶用的液压电机、即行驶电机。左右的行驶电机24a、24b经由主滑阀23a、23b与液压泵21连接。
左右的行驶电机24a、24b分别是可变容量型，具备排油容积可变机构(斜盘)24a1、24b1、分别驱动排油容积可变机构24a1、24b1的控制活塞24a2、24b2。在控制活塞24a2、24b2的一侧形成有受压部24a3、24b3，在其相反侧配置有弹簧24a4、24b4。
在行驶速度切换电磁阀45位于图示的OFF位置时，控制活塞24a2、24b2的受压部24a3、24b3与油箱连通，控制活塞24a2、24b2被弹簧24a4、24b4的力按压而位于图示的位置，排油容积可变机构24a1、24b1被保持在大倾转位置(大容量位置)。在将行驶速度切换电磁阀45切换为ON位置时，向控制活塞24a2、24b2的受压部24a3、24b3导入作为控制压力的先导泵22的喷出压力，由此，控制活塞24a2、24b2动作，排油容积可变机构24a1、24b1从大倾转位置(大容量位置)切换为小倾转位置(小容量位置)。在大倾转位置，行驶电机24a、24b能够进行低速旋转，成为适于行驶低速的状态(低速大容量模式)，在小倾转位置，行驶电机24a、24b能够进行高速旋转，成为适于行驶高速的状态(高速小容量模式)。车身控制器46输入有行驶速度切换开关41的指示信号，在行驶速度切换开关41指示行驶低速时，什么也不做，将行驶速度切换电磁阀45保持在OFF位置，在行驶速度切换开关41指示行驶高速时，向行驶速度切换电磁阀45输出控制信号，将行驶速度切换电磁阀45切换到ON位置。
接着，对本发明的动作原理进行说明。
图8A是表示现有的通常的小型挖掘机的液压泵的PQ特性(马力特性)与代表性的输出使用范围之间的关系的图，横轴表示液压泵的喷出压力，纵轴表示液压泵的喷出流量。图8B是表示同一小型挖掘机的发动机输出马力特性与代表性的输出使用范围之间的关系的图，横轴表示发动机转速，纵轴表示发动机的输出马力。图8C是表示同一小型挖掘机的发动机的输出转矩特性的图，横轴表示发动机转速，纵轴表示发动机的输出转矩。图8A、图8B及图8C与图4同样地，是发动机控制刻度盘所指示的目标转速为最大NTmax时的图。
首先，对液压泵的PQ特性进行说明。液压泵的PQ特性是指通过发动机驱动具有某最大吸收转矩特性的液压泵使其旋转从而进行作业时得到的液压泵的输出马力特性。图8A的液压泵的PQ特性作为一例是具有图6所示的最大吸收转矩特性的液压泵21的情况，且是发动机转速处于额定转速NRmaxd的情况。额定转速NRmaxd是指图8C的调节特性Tgmaxd与满负荷特性Tfd的交点处的发动机转速，如图8B所示，是基于最大目标转速NTmax来控制的发动机的输出马力为最大时的发动机转速。
作为通常的小型挖掘机的作业状态，考虑存在行驶高速时和行驶低速时和通常作业时。图8A及图8B中，A示出行驶高速时的代表性的输出使用范围，B示出行驶低速时的代表性的输出使用范围，C示出通常作业时的代表性的输出使用范围。行驶高速是指行驶电机24a、24b处于高速小容量模式且操作行驶用的操作装置25进行行驶的状态，行驶低速是指行驶电机24a、24b处于低速大容量模式且操作行驶用的操作装置25进行行驶的状态。通常作业是指操作行驶以外的操作装置26(特别是前作业机104的液压执行机构24c、24d、24e及旋转电机的某一个的操作装置)进行作业的状态。
通常的小型挖掘机(小型挖掘机)中，行驶高速时A需要有速度(大流量)，如图8A及图8B所示，行驶高速时A的液压泵21的输出为最大。在行驶低速时B及通常作业时C，液压泵21的输出比行驶高速时A小。这与在通常作业时液压泵的输出为最大的中型、大型的液压挖掘机的情况有很大差异。
现有的小型挖掘机中，图6所示的液压泵21的最大吸收转矩(转矩控制的限制转矩)TPLc如图8C所示，被设定为比发动机的额定转矩Toptd仅小规定的富裕量。图8A的附图标记HPLc表示与图6及图8C所示的液压泵21的最大吸收转矩TPLc对应的液压泵21的最大吸收马力，该液压泵21的最大吸收马力HPLc也被设定为比发动机的最大马力(额定马力)HEoptd仅小规定的富裕量。另外，在行驶高速时，液压泵21的输出为最大，因此，液压泵21的最大吸收马力HPLc被设定为在行驶高速时A的运转状态下能够供给液压泵21所要求的液压马力的大小。
另一方面，泵调节器27的最大吸收转矩特性(图6)通过第一及第二两个弹簧27b、27c而设定为由实线的直线TP1、TP2构成的折弯线，因此，液压泵21的PQ特性也同样如附图标记HP所示那样成为折弯线形状，在通常作业时，液压泵21的输出使用范围C具有PQ特性的折弯线的交点处的凹陷量Xa，相对于发动机的最大马力(额定马力)HEoptd大幅偏离了X大小，处于富裕量过大的状态。这意味着无法有效使用发动机输出马力。
图9A是表示本实施方式的小型挖掘机的液压泵的PQ特性(马力特性)与代表性的输出使用范围之间的关系的图，图9B是表示同一小型挖掘机的发动机输出马力特性与代表性的输出使用范围之间的关系的图。图9C是表示组合了发动机11和发电电动机31的混合动力驱动系统的输出转矩特性的图。图9A、图9B及图9C与图4同样地，是发动机控制刻度盘所指示的目标转速最大为NTmax时的图。
本实施方式中，将使发动机11的最大马力(额定马力)HEopt设定为比图8B所示的现有的最大马力(额定马力)HEoptd小，并低于液压泵21的马力特性HP的最大吸收马力HPLc。进一步来说，在本实施方式中，将发动机11的最大马力(额定马力)HEopt设定为如下的大小：在行驶高速时A以外(行驶低速时B及通常作业时C)的运转状态下能够供给液压泵21所要求的液压马力的大部分，且在行驶高速时A的运转状态下无法供足液压泵21所要求的液压马力的大小。若换成发动机11的输出转矩来说，则发动机11的额定转矩Topt如图6所示，被设定如下的大小：在行驶高速时A以外(行驶低速时B及通常作业时C)的运转状态下能够供给液压泵21所要求的液压转矩的大部分，且在行驶高速时A的运转状态下无法供足液压泵21所要求的液压转矩的大小。
本实施方式中，使用这样小型化的发动机11，以在发动机转速降低至额定转速NRmax以下时使发动机转速维持在额定转速NRx的方式使发电电动机31作为电动机工作，进行输出辅助控制，在发动机转速比额定转速NRx大(发动机11有剩余转矩)时，进行使发电电动机31作为发电机工作的充电控制(第一充电控制)。
例如，在行驶高速时A，液压泵21的吸收转矩增加至最大吸收转矩TPLc，在发动机11的转速低于额定转速NRmax的情况下，通过蓄电池33使发电电动机31作为电动机工作，进行输出辅助。图9C的Toptc与图8C所示的现有技术的额定转矩Toptd对应(例如Toptc＝Toptd)，是发电电动机31在最大辅助时的额定系统转矩Toptc(发动机额定转矩Topt和电动机的最大转矩TMmax的合计转矩)。图9A的HEmaxc是发电电动机31在最大辅助时的系统输出马力即额定系统马力(发动机额定马力HEopt和电动机的最大马力HMmax的合计输出)。
在通常作业时C，仅在利用发动机11的额定转矩Topt的输出无法供足液压泵21的输出的情况下，通过蓄电池33使发电电动机31作为电动机工作，来进行输出辅助，在除此以外的情况下，仅通过发动机11的输出来驱动液压泵21。另外，在蓄电池33的充电剩余量少时，通过充电控制(第一充电控制)对蓄电池33进行充电。
像这样，由于将发动机11的输出转矩设定为比以往小、且使额定转矩Topt或最大转矩TEmaxe低于液压泵21的最大吸收转矩TPLc的大小，所以能够全力使用发动机11的输出转矩，并且能够使发动机11小型化(down sizing)。通过将发动机11小型化，能够实现低燃耗化、从发动机11排出的有害气体量的降低、及噪音的降低。另外，能够实现废气后处理装置的小型化或简化，能够与发动机11的小型化带来的成本降低相辅地降低发动机的制造成本，从而能够降低机械整体的价格。另外，由于将发动机11小型化至使发动机11的最大转矩TEmaxe比液压泵21的最大吸收转矩TPLc小的大小，所以能够避免如小型挖掘机那种小型的作业机械采用混合动力方式的情况下的设计面的困难性，能够确保蓄电池33的设置空间，使混合动力方式的采用变得容易。
另外，本实施方式中，因为作业机械是通常作业时C的液压泵21的输出比行驶高速时A小的小型挖掘机那种小型的液压挖掘机，所以即使将发动机11小型化，大多情况下也能够通过发动机11的额定转矩Topt以下的输出来供足通常作业时C的液压泵21的输出。在这种小型的作业机械中，在发动机转速降低至额定转速NRmax以下时，进行输出辅助控制，在发动机转速比额定转速NRx大时，进行充电控制(第一充电控制)，由此，输出辅助控制的频度减少，蓄电池33的耗电量被抑制。另外，能够使蓄电池33的充电控制的频度增加，使蓄电池33的充电量增加。其结果为，在通过动臂下降时或旋转制动时的再生能量无法回收蓄电池的耗电量的小型挖掘机那种小型的工程机械中，即使将蓄电池33小型化成可搭载于旋转架上的很窄的空间的尺寸，也能够抑制蓄电池33的充电剩余量过早减少的情况，能够降低为了进行蓄电池33的充电而中断作业的频度，从而能够提高机体的运转率。
另外，本实施方式中，由于进行第一输出辅助控制和第一充电控制的切换，所以即使作业机械为如小型挖掘机那种小型的作业机械且将蓄电池33小型化，也能够抑制蓄电池33的充电剩余量过早减少的情况。但是，在小型的液压挖掘机中，难以通过在使用了旋转电动机的情况下在旋转制动时的再生能量来回收蓄电池33的耗电量，因此，即使如上述高效地进行蓄电池33的充电控制，也无法避免蓄电池的充电量降低至最小充电率以下的事态产生，需要考虑该情况的对策。
本实施方式中，在蓄电池的充电量降低至最小充电率以下的情况下，并用发动机转速降低控制和泵减小转矩控制进行第二充电控制。由此，如后述那样，能够抑制液压挖掘机的作业量的降低，并且能够进行蓄电池33的快速充电。其结果为，即使在发动机11小型化且蓄电池33的充电量降低至最小充电率以下的情况下，在对蓄电池33进行充电过程中也能够进行一定程度的作业，从而能够抑制蓄电池充电过程中机体的工作效率的降低。
～控制～
接着，使用图10对实现上述本发明的动作原理的车身控制器46的控制功能进行说明。
图10是表示基于车身控制器46的控制的框图。车身控制器的控制由行驶控制部46a、状态判定控制部46b、泵/发动机控制部46c(第一控制部)、发电电动机/蓄电池控制部46d(第二控制部)构成。
行驶控制部46a根据来自行驶速度切换开关41的输入信号，输出行驶速度切换电磁阀45的ON/OFF切换信号。状态判定控制部46b基于从发动机控制器13输入的发动机的目标转速和实际转速、及从蓄电池控制器34输入的蓄电池33的充电率，来进行状态判定。泵/发动机控制部46c根据状态判定控制部46b的判定结果，对转矩控制电磁阀44输出ON/OFF切换信号，且对发动机控制器13输出发动机转速的降低指示。发电电动机/蓄电池控制部46d根据状态判定控制部46b的判定结果，对逆变器32输出控制信号，且对蓄电池控制器34输出充电指示。
图11是表示基于车身控制器46的控制部46b～46d(图10)的控制的流程图。图11中，构成流程的各步骤中，用括号括住执行各步骤的控制部的附图标记。以下，依次说明各步骤。
首先，判定从来自蓄电池控制器34的蓄电信息取得的蓄电池33的充电率是否比最小充电率(SOC)大(步骤S90)。最小充电率是指基于发电电动机31的辅助驱动进行的作业变为无法继续的充电率(例如30％)。在步骤90中判定为“是”(蓄电池充电率＞30％)的情况下，判定蓄电池充电率是否小于第一阈值(步骤S100)。第一阈值是指用于判断蓄电池的充电量是否为能够进行发电电动机31的驱动但需要通过蓄电池充电控制进行充电的状态的阈值，该第一阈值被设定为比作业变为无法继续的最小充电率(例如30％)高的值(例如50％)。在步骤S100判定为“是”(蓄电池充电率＜50％)的情况下，判定从来自发动机控制器13的发动机转速信息取得的当前的发动机转速(实际转速)是否小于最大马力转速NRx(步骤S110)。如上述，在发动机控制刻度盘12所指示的目标转速为最大NTmax时，最大马力转速为额定转速NRmax。
在此，使用图12对最大马力转速进行详细说明。图12是表示目标转速与发动机输出马力及最大马力转速之间的关系的图。图中的实线Emax、E1、E2及虚线Smax、S1、S2分别表示将目标转速设定为NTmax、NT1、NT2的情况下的发动机马力特性及系统马力特性。基于目标转速NTmax、NT1、NT2(以下称作NTx)控制的发动机11的输出马力分别在发动机转速为最大马力转速NRmax、NR1、NR1(以下称作NRx)时为最大。此外，与最大目标转速NTmax对应的最大马力转速NRmax与发动机11的额定转速一致。通过将图12所示的目标转速NTx和最大马力转速NRx的对应关系预先存储于车身控制器46的存储装置，能够根据基于发动机控制刻度盘12进行的目标转速的设定来变更最大马力转速。
返回图11，在步骤S110判定为“是”(发动机转速＜最大马力转速NRx)的情况下，使发电电动机31作为电动机工作(步骤S140A)，返回步骤S90，重复执行步骤S90以后的处理。通过在步骤S140A进行的输出辅助控制，使发动机转速上升，恢复至最大马力转速NRx，且维持在最大马力转速NRx。另外，混合动力驱动系统的输出转矩增加至与以往相同的TPLc(参照图9C)，系统输出马力增加至与以往相同的HPLc。作为使发电电动机31作为电动机工作的控制方法，例如只要求出从最大马力转速减去了发动机转速(实际转速)而得到的转速偏差ΔNd，并以随着该转速偏差ΔNd增大而使驱动转矩增加的方式来控制发电电动机31即可。
在步骤S110中判定为“否”(发动机转速≥最大马力转速NRx)的情况为发动机11的负荷转矩(液压泵21的吸收转矩)比发动机11的额定转矩Topt小，发动机11有富裕的情况，在该情况下，通过发动机11的剩余转矩驱动发电电动机31，使发电电动机31作为发电机工作(步骤S120)，进行蓄电池充电控制(步骤S130)。由此，发动机11的输出转矩增加至额定转矩Topt，发动机转速降低至最大马力转速NRx，发动机输出马力增加至最大马力。进而，通过发动机11的剩余转矩驱动发电机31，将由发电机31产生的电力经由逆变器32蓄电于蓄电池33。作为使发电电动机31作为发电机工作的控制方法，例如只要求出从发动机转速(实际转速)减去了最大马力转速而得到的转速偏差ΔNc，并以随着该转速偏差ΔNc增大而使发电转矩增加的方式控制发电电动机31即可。
接着步骤S130，判定蓄电池充电率是否大于第二阈值(步骤S150)。第二阈值是指用于判定是否不需要对蓄电池进行充电的阈值，被设定为高于第一阈值的值(例如70％)。在步骤S150判定为“是”(蓄电池充电率＞70％)的情况下，结束处理。另一方面，在步骤S150判定为“否”(蓄电池充电率≤70％)的情况下，返回步骤S100，重复执行步骤S100以后的处理。
在步骤S100中判定为“否”(蓄电池充电率≤50％)的情况是被看作不需要对蓄电池33进行充电的情况，在该情况下，与步骤S110相同，判定发动机转速是否低于最大马力转速NRx(步骤S160)。在步骤S160判定为“是”(发动机转速＜最大马力转速NRx)的情况下，使发电电动机31作为电动机工作(步骤S140B)，返回步骤S100，重复执行步骤S100以后的处理。由此，发动机转速被维持在最大马力转速NRx，并且，系统输出转矩增加至与以往相同的TPLc(参照图9C)，系统输出马力增加至与以往相同的HPLc。另一方面，在步骤S160判定为“否”(发动机转速≥最大马力转速NRx)的情况下，结束处理。
在步骤S90中，若蓄电池33的充电率在最小充电率(例如30％)以下，则移至步骤S210。
步骤S210以后为快速充电控制的处理顺序，在进行了发动机转速降低控制(步骤S210)和泵减小转矩控制(步骤S220)之后，进行蓄电池33的充电控制(第二充电控制)(步骤S230、S240)。
在步骤S210的发动机转速降低控制中，进行使发动机11的最大目标转速从NTmax降低至Ntc的控制。为了进行该控制，车身控制器46预先存储发动机转速降低控制用的目标转速NTc，且将该目标转速NTc输出到发动机控制器13。发动机控制器13选择由发动机控制刻度盘12指示的目标转速NTx和该目标转速NTc中小的一方来设定为燃料喷射控制的目标转速，基于该目标转速算出燃料喷射量，控制电子调节器14。由此，发动机11的最大目标转速从NTmax降低至Ntc，发动机11的最大马力转速的输出转矩从Topt增加至Topt1(图16B)。此外，也可以在车身控制器46侧输入由发动机控制刻度盘12指示的目标转速NTx，通过车身控制器46进行最大目标转速的变更。
在步骤S220的泵减小转矩控制中，车身控制器46向转矩控制电磁阀44输出控制信号，进行使液压泵21的最大吸收转矩从TPLc减少至TPLd1的控制(图6及图16A)。
在步骤S230、S240的充电控制中，使用通过以上的发动机转速降低控制和泵减小转矩控制强制生成的发动机11的剩余转矩，来使发电电动机31作为发电机工作，进行蓄电池33的快速充电。
像这样，在步骤S210～S240中，在蓄电池33(蓄电装置)的充电率降低至无法通过发电电动机31的辅助驱动继续进行作业的最小充电率以下的情况下，进行使发动机11的目标转速降低的发动机转速降低控制和使液压泵21的最大吸收转矩降低的减小转矩控制，由此，使发动机11强制生成剩余转矩，使用该剩余转矩使发电电动机31作为发电机工作，进行对蓄电池33充电的第二充电控制。
接着步骤S240，判定蓄电池33的充电率是否大于预先设定的第三阈值(步骤S250)。在此，第三阈值是指表示脱离了蓄电池33的充电量极其不充分的状态的充电率，被设定为比最小充电率(例如30％)高的值(例如40％)。在步骤S250判定为“否”(蓄电池充电率≤第三阈值(40％))的情况下，重复执行步骤S210～S240的处理，直至蓄电池充电率成为第三阈值以上。步骤S210～S250是在蓄电池33的充电量极其不充分的情况下执行的强制性的蓄电池充电控制(快速充电控制)。
在步骤S250判定为“是”(蓄电池充电率＞第三阈值(40％))的情况下，移至步骤S100，进行上述的输出辅助控制(步骤S140A、S130B)或充电控制(步骤S120、S130)。
～动作～
使用图13A、图13B、图14A及图14B说明本实施方式的驱动系统的动作。图13A是表示基于辅助控制的系统输出转矩的变化的图，横轴表示发动机转速，纵轴表示输出转矩。图14A是表示基于辅助控制的系统输出马力的变化的图，横轴表示发动机转速，纵轴表示输出马力。图13B是表示基于蓄电池充电控制的系统输出转矩的变化的图，横轴表示发动机转速，纵轴表示系统输出转矩。图14B是表示基于蓄电池充电控制的发动机输出马力的变化的图，横轴表示发动机转速，纵轴表示发动机输出马力。
图13A中，附图标记X1表示在蓄电池充电率为50％以上(步骤S100的判定为“否”)从而不进行充电控制，且发动机转速为额定转速NRmax(NRx)以上从而仅利用发动机11的输出转矩量来供给液压泵21的吸收转矩(负荷转矩)(步骤S160的判定为“否”)的情况下的发动机11的动作点。在液压泵21的吸收转矩从该状态增加至最大吸收转矩TPLc时，组合了发动机11和发电电动机31的混合动力驱动系统的动作点以X1→X2→X3→X4变化。
首先，当发动机11的负荷转矩增加而使发动机转速降低至额定转速NRmax时，燃料喷射量成为最大Fmax(图3)，发动机11的输出转矩增加至额定转矩Topt(动作点X2)。当发动机11的转速进一步降低时，使发电电动机31作为电动机工作(步骤S160的判定为“是”→步骤S140)，以使发动机转速维持在额定转速NRmax的方式进行控制。另外，系统输出转矩为发动机11的额定转矩Topt和发电电动机31的输出转矩TM的合计转矩。此时，由于辅助控制的延迟，所以发动机11的转速一度降至低于额定转速NRmax(动作点X3)，当发电电动机31开始工作时，发动机11的转速上升，返回至额定转速NRmax(动作点X4)。
图14A中，与上述的输出转矩的变化对应地，发动机输出马力和系统输出马力的动作点也以X1→X2→X3→X4变化。附图标记HE1、HS1表示动作点X1处的发动机输出马力及系统输出马力，两者一致。另一方面，附图标记HE2、HS2分别表示动作点X2、X4处的发动机输出马力及系统输出马力。在动作点X4，发动机输出马力HE2成为最大马力，系统输出马力HS2为发动机输出马力HE2(最大马力)和电动机31的输出马力HM的合计输出。
图13B中，附图标记Y1与图13A的动作点X1相同，表示蓄电池充电率为50％以上(步骤S100的判定为“否”)从而不进行充电控制，且发动机转速为额定转速NRmax(NRx)以上从而仅利用发动机11的输出转矩量来供给液压泵21的吸收转矩(负荷转矩)(步骤S160的判定为“否”)的情况下的发动机11的动作点。若从该状态起蓄电池充电率变得小于50％(步骤S100的判定为“是”)，则发动机11的动作点以Y1→Y2变化。即，此时，发动机转速为额定转速NRmax(NRx)以上从而有剩余转矩TGn，因此，通过该发动机11的剩余转矩TGn使发电电动机31作为发电机工作，进行对蓄电池33充电的充电控制(动作点Y2)。
图14B中，附图标记HE3表示在动作点Y1的发动机输出马力。另一方面，附图标记HE4表示在动作点Y2进行蓄电池充电控制的情况下的发动机输出马力。在此，发动机输出马力HE4成为最大马力，HE3和HE4的差值HGn成为充电马力。
使用图15A～图16B说明蓄电池33的充电率降低至最小充电率(SOC)以下的情况下的第二充电控制时的动作。
图15A是作为比较例，表示仅通过泵减小转矩控制进行快速充电控制的情况下的液压泵21的最大吸收转矩的变化(减小转矩量)的图，图15B是表示仅通过泵减小转矩控制进行快速充电控制的情况下的减小转矩量、作为此时的蓄电池33的快速充电的发电转矩而使用的发动机11的剩余转矩和可用于作业的最大转矩的分配的图。
图15A中，通过向转矩控制电磁阀44输出控制信号，液压泵21的最大吸收转矩从TPLc减少至TPLd2，此时的减小转矩量为粗线箭头的ΔTPd2。
图15B中，TG表示作为蓄电池33的快速充电的发电转矩而使用的发动机11的剩余转矩，TPa表示可用于在未进行发动机转速降低控制的情况下的作业的最大转矩量。
在比较例中，因为未进行发动机转速降低控制，所以最大目标转速仍旧为NRmax。在该情况下，发动机11的最大马力转速(额定转速)为NRmax，此时的发动机11的输出转矩为Topt。减小转矩控制之后的最大吸收转矩TPLd2需要与从发动机11的输出转矩Topt减去作为发电转矩使用的剩余转矩TG所得的转矩量一致，该最大吸收转矩TPLd2(从Topt减去TG所得的TPa)为可用于作业的最大转矩量。
图16A是表示在本实施方式中通过发动机转速降低控制和泵减小转矩控制进行快速充电控制的情况下的液压泵21的最大吸收转矩的变化(减小转矩量)的图，是在图6中追加了发动机11的发动机转速降低控制后的最大马力转速下的输出转矩Topt1的图。图16B是表示在本实施方式中所需的减小转矩量、此时的发动机11的剩余转矩和可用于作业的最大转矩的分配的图。
在本实施方式中，由于进行发动机转速降低控制，所以最大目标转速降低至NTc，发动机11的最大马力转速下的输出转矩从Topt增加至Topt1。此时，减小转矩控制之后的最大吸收转矩TPLd1只要与从发动机11增加后的输出转矩Topt1减去作为发电转矩使用的剩余转矩TG所得的转矩量一致即可，该最大吸收转矩TPLd1(从Topt1减去TG所得的TPb)为可用于作业的最大转矩量。该最大作业转矩量TPb(减小转矩控制后的最大吸收转矩TPLd1)仅增多与发动机11的最大马力转速下的输出转矩从Topt增加至Topt1对应的量。
像这样，仅通过泵减小转矩控制进行快速充电控制的比较例中，由于最大吸收转矩的降低量即减小转矩量ΔTPd2增大，所以在快速充电中，液压泵的输出大幅降低，例如可能对挖掘作业等需要高负荷转矩的作业带来障碍。与之相对，本实施方式中，通过发动机转速降低控制，发动机输出转矩从Topt增加至Topt1，减小转矩量ΔTPd1相应减少，因此，液压泵21的最大吸收转矩的降低量相较于比较例减少，最大作业转矩量TPb相较于比较例增大，能够抑制在快速充电中进行作业的情况下的作业量降低的情况。
～效果～
像这样，在本实施方式中，通过输出辅助来抑制发动机11的请求转矩，由此，可以实现发动机11的小型化，从而能够实现燃油效率的提高、废气特性的改善及噪音的降低。
另外，在蓄电池33的充电率降低至最小充电率以下的情况下，通过进行使发动机转速降低的发动机转速降低控制，发动机11的满负荷特性部分Tf1上的最大马力转速NRc下的发动机输出转矩Topt1增加。由此，与仅进行减小转矩控制而产生剩余转矩的情况相比，抑制了基于减小转矩控制的液压泵21的最大吸收转矩的降低量，能够在抑制液压泵21的输出降低(液压挖掘机的作业量的降低)的同时，进行蓄电池33的快速充电。由此，在蓄电池33的充电中也能够进行一定程度的作业，能够抑制机体的工作效率的降低。
另外，如上，在如小型挖掘机那种小型的液压挖掘机中，因为通常作业时C的液压泵21的输出比行驶高速时A小，所以即使是小型化成额定转矩Topt或最大转矩TEmaxe低于液压泵21的最大吸收转矩TPLc的大小的发动机11，在大多数情况下也能够通过发动机11的额定转矩Topt以下的输出供给通常作业时C的液压泵21的输出。在这种小型的液压挖掘机中，在发动机转速降低至最大马力转速即额定转速NRmax以下时，进行输出辅助控制，在发动机转速比作为最大马力转速的额定转速NRx大(发动机11有剩余转矩)时，进行充电控制，由此，输出辅助控制的频度减少，抑制了蓄电池33的耗电量。另外，能够不降低作业效率而增加蓄电池33的充电控制的频度，增加蓄电池33的充电量。由此，在如无法通过动臂下降时或旋转制动时的再生能量回收蓄电池的耗电量的小型挖掘机那种小型的工程机械中，即使将蓄电池33小型化至可搭载于旋转架上的很窄的空间的尺寸，也能够抑制蓄电池33的充电剩余量过早减少，能够降低蓄电池33的充电率降低至最小充电率以下的频度、即进行快速充电的频度。由此，能够降低为了进行蓄电池33的充电而中断作业的频度，抑制作业效率的降低，使机体的运转率提高。
～变形例～
本实施方式中，基于发动机转速和最大马力转速NRx(在目标转速为最大NTmax的情况下为额定转速NRmax)的大小判定结果，来切换辅助控制与蓄电池充电控制，但也可以使用于判定的最大马力转速NRx具有余量。即，也可以设定考虑了发动机转速的波动等的规定的余量ΔN，在发动机转速比最大马力转速NRx+ΔN大时，进行蓄电池充电控制，在发动机转速比最大马力转速NRx-ΔN小时，进行辅助控制。由此，能够使发动机转速处于最大马力转速NRx附近时的发电电动机31的控制稳定化。
另外，本实施方式中，以在电子调节器14的控制采用根据发动机负荷的增加而使发动机转速降低并且使燃料喷射量增加的有差控制的情况为例进行了说明，但本发明不限于此，也可以采用以不取决于发动机负荷的增加而将发动机转速保持为一定的方式调整燃料喷射量的无差控制。
图17A是表示采用了无差控制的情况下的发动机转速与发动机输出转矩之间的关系的图，图17B是表示采用了无差控制的情况下的发动机转速与发动机输出马力之间的关系的图。
图17A中，以在输出转矩比额定转矩Topt小(发动机11有剩余转矩)时，如附图标记TEa所示将发动机转速保持为目标转速NTx(＝最大马力转速NRx)的方式进行控制。若转速偏差输出转矩大于额定转矩Topt，则如附图标记TEb所示，输出发动机转速比最大马力转速NRx小。另一方面，图17B中，在输出转矩比额定转矩Topt小(发动机11有剩余转矩)时，如附图标记HEa所示将发动机转速保持为最大马力转速NRx，若输出转矩大于额定转矩Topt，则如附图标记HEb所示，发动机转速比最大马力转速NRx小，输出马力比最大马力小。将发动机转速保持为目标转速NTx(＝最大马力转速NRx)的控制(无差控制)例如可以如下实现，即，例如以如果实际转速＞NRx则停止燃料喷射，若实际转速＜NRx则进行燃料喷射的方式，以最大马力转速NRx为基准对燃料喷射进行ON/OFF(启动/关断)控制。
像这样，在无差控制中，发动机11有剩余转矩时的发动机转速的变化与有差控制不同，但能够通过发动机转速是否比最大马力转速NRx小来判定是否需要输出辅助。因此，在采用无差控制的情况下，也能够应用本发明。
另外，本实施方式中，采用了将液压泵21及先导泵22和发电电动机31经由动力分配器6与发动机11的输出轴连结的结构，但本发明不限于此，例如也可以以串联的方式连结于发动机11的输出轴的结构。
附图标记说明
1 发动机系统
2 液压系统
3 发电电动系统
4 控制系统
6 动力分配器
11 发动机
12 发动机控制刻度盘
13 发动机控制器
14 电子调节器(调节器装置)
15 发动机转速检测装置
21 液压泵
21a 排油容积可变机构
22 先导泵
23 控制阀
23a、23b 行驶用的主滑阀
24a、24b 行驶用的液压电机
24c～24h 其他液压执行机构
24a1、24b1 排油容积可变机构(斜盘)
24a2、24b2 控制活塞
24a3、24b3 受压部
24a4、24b4 弹簧
25 行驶用的操作装置
26 行驶以外的操作装置
27 泵调节器
27a 控制滑阀
27b、27c 第一弹簧及第二弹簧
27d、27e 第一受压部及第二受压部
27f 先导通路
27g 控制油路
29 主溢流阀
31 发电电动机
32 逆变器
33 蓄电池(蓄电装置)
34 蓄电池控制器
35 操作面板
41 行驶速度切换开关
42 行驶的操作先导压传感器
43 行驶以外的操作先导压传感器
44 转矩控制电磁阀
45 行驶速度切换电磁阀
46 车身控制器
46a 行驶控制部
46b 状态判定控制部
46c 泵/发动机控制部(第一控制部)
46d 发电电动机/蓄电池控制部(第二控制部)
101 下部行驶体
102 上部旋转体
103 摆动柱
104 前作业机
105 台车架
106 推土用的铲板
107 旋转台
108 舱室(驾驶室)
111 动臂
112 斗杆
113 铲斗

Claims (3)

1.一种混合动力式作业机械，其具备：发动机；液压泵，其通过该发动机驱动；多个液压执行机构，其通过从该液压泵喷出的液压油驱动；发动机转速指示装置，其指示所述发动机的目标转速；发动机转速检测装置，其检测所述发动机的实际转速；调节器装置，其以随着所述发动机的负荷转矩增加而使所述发动机的输出转矩增加的方式来控制燃料喷射量；发电电动机，其与所述发动机连结；蓄电装置，在其与所述发电电动机之间交接电力；以及控制装置，其进行如下的控制：将来自所述蓄电装置的电力供给至所述发电电动机而使所述发电电动机作为电动机工作，进行输出辅助，利用所述发动机旋转驱动所述发电电动机而使所述发电电动机作为发电机工作，向所述蓄电装置供电以使所述蓄电装置蓄电，
所述控制装置在所述蓄电装置的充电率成为通过所述发电电动机的辅助驱动无法继续进行作业的最小充电率以下的情况下进行如下的控制：进行使所述液压泵的最大吸收转矩降低的减小转矩控制，使所述发动机产生剩余转矩，使所述发电电动机作为发电机工作，从而向所述蓄电装置供电以使所述蓄电装置蓄电，
所述混合动力式作业机械的特征在于，
所述发动机具有输出转矩特性，该输出转矩特性包括在所述调节器装置的燃料喷射量为最大时的满负荷特性和直到所述调节器装置的燃料喷射量增加至最大为止的调节特性，所述满负荷特性具有第一特性部分和第二特性部分，所述第一特性部分是随着由所述发动机转速检测装置检测到的发动机转速从额定转速降低至规定转速而使所述发动机的输出转矩增加，在所述规定转速时所述发动机的输出转矩成为最大的部分，所述第二特性部分是随着所述发动机转速从所述规定转速降低而使所述发动机的输出转矩减少的部分，
所述控制装置在所述蓄电装置的充电率成为通过所述发电电动机的辅助驱动无法继续进行作业的最小充电率以下的情况下，在进行所述减小转矩控制的基础上还进行使所述发动机的目标转速降低而使所述发动机的输出转矩增加的基于所述第一特性部分的发动机转速降低控制，并且进行充电控制，该充电控制利用所述发动机产生的剩余转矩来使所述发电电动机作为发电机工作，向所述蓄电装置供电以使所述蓄电装置蓄电。
2.根据权利要求1所述的混合动力式作业机械，其特征在于，
所述发动机的输出转矩特性被设定为如下的大小：在所述发动机转速处于额定转速时的输出转矩即所述发动机的额定转矩比所述液压泵的最大吸收转矩小、且仅通过所述发动机的输出转矩无法供足所述液压泵的最大吸收转矩。
3.根据权利要求1所述的混合动力式作业机械，其特征在于，
所述发动机的输出转矩特性被设定为如下的大小：所述发动机的最大转矩比所述液压泵的最大吸收转矩小、且仅通过所述发动机的输出转矩无法供足所述液压泵的最大吸收转矩。
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