CN107075996A - 混合动力式工程机械的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种混合动力式工程机械的控制装置，能够与车身和蓄电装置的状态无关地且尽可能不损害操作性地持续进行过滤器再生。该混合动力式工程机械具有：发动机；通过发动机而被驱动且能够发电的电动发电机；通过发动机和电动发电机的合计转矩而被驱动的液压泵；蓄电装置；逆变器；捕集发动机的废气中的颗粒状物质的过滤器；和输出控制电动发电机的动力运行动作或再生动作的指令信号的控制部，该控制装置具有动力运行动作限制部，其输入转矩指令值运算部运算出的电动发电机的通常的转矩指令和过滤器再生判断部判断出的过滤器的再生请求信号并根据这些信号来对指令信号进行运算，动力运行动作限制部在存在过滤器的再生请求信号时，对限制电动发电机的动力运行动作的指令信号进行运算。

Description

混合动力式工程机械的控制装置
技术领域
本发明涉及混合动力式工程机械的控制装置，更详细地说，涉及具有发动机和进行发动机的动力辅助及发电的发电电动机的混合动力式工程机械中的、控制柴油微粒捕集过滤器再生时的动力的混合动力式工程机械的控制装置。
背景技术
存在如下的混合动力式工程机械：将液压泵和电动发电机与柴油发动机连结，通过液压泵驱动液压执行机构，并且通过电动发电机的发电作用来对蓄电装置进行充电，通过电动发电机的电力驱动作用来辅助柴油发动机。
在这样的混合动力式工程机械中，作为用于捕集柴油发动机的废气中所包含的PM(柴油微粒)的废气后处理装置而设有柴油微粒捕集过滤器(以下简称为“过滤器”)。当过滤器中堆积了规定值以上的PM时，会发生网眼堵塞，因此进行通过将过滤器内的催化剂温度升温并维持于规定值以上来燃烧除去堆积的PM的“过滤器再生”的处理。
存在如下的混合动力式挖掘机：通过在进行过滤器再生处理时也有效地利用发动机输出来提高能量效率，为此，在蓄电装置的蓄电量比阈值小时，在通过电动发电机增大了施加于柴油发动机的负荷的状态下进行过滤器再生(例如参照专利文献1)。
另外，在切换基于电气实现的马达行驶和基于化石燃料实现的发动机行驶来进行行驶的并联式混合动力汽车中，存在如下的混合动力汽车：为了防止因长时间进行马达行驶而导致的处于发动机排气通路中的催化剂的净化性能恶化，在长时间进行了基于马达实现的行驶后，切换到仅通过发动机来行驶的特别行驶模式，快速地使催化剂的温度上升来防止有害物质的排出增加(例如参照专利文献2)。
而且，存在一种混合动力式工程机械的预热方法，其特征在于，在低温环境下，以不使用加热装置而有效地加热蓄电器为目的，在蓄电器的温度比预先设定的温度低时，使发动机动作来进行预热运转，并且使电动发电机动作来对上述蓄电器进行充放电，由此使上述蓄电器发热(例如参照专利文献3)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-24166号公报
专利文献2：日本特开2001-115869号公报
专利文献3：日本特开2010-127271号公报
发明内容
通常，混合动力式工程机械中的“过滤器再生”具有对操作员不要求特别操作而是在工程机械的动作中自动执行的“连续再生”、和在因某种原因而导致PM堆积量持续增加的情况下执行的“手动再生”这两种处理。“手动再生”例如对操作员要求“停止混合动力式工程机械的操作，抬起门锁杆(gate lock lever)，按下过滤器再生开关”这一操作。因此，在实施“手动再生”的期间，混合动力式工程机械保持为怠速状态。
上述的专利文献1所记载的技术以“手动再生”为前提，作为“过滤器再生”的方式，示出在蓄电装置的蓄电量具有余裕的情况下通过用电动发电机进行发电(再生动作)来使发动机负荷增加而将废气维持于高温的例子、和在蓄电装置的蓄电量处于规定值以上的情况下一边减少用电动发电机进行发电的负荷一边通过液压泵增大施加于发动机的负荷的例子。另一方面，没有言及过滤器再生过程中的电动发电机的动力运行动作的控制和“连续再生”。
因此，在“连续再生”时的电动发电机的辅助控制不明而无法向液压泵供给足够的动力的情况下，担心车身的动作变得缓慢而会给操作员带来不协调感。
另外，例如在需要同时进行专利文献3所记载的蓄电装置的预热和“过滤器再生”的情况下，会产生以下那样的问题。
蓄电装置的预热是使电动发电机动作来进行充放电。当为了进行蓄电装置的充电而使电动发电机进行再生时，蓄电量会增加，因此能够充电至规定值，但当为了进行蓄电装置的放电而使电动发电机进行动力运行时，发动机的负荷减少，因此无法维持废气的高温。另外，当蓄电装置的充电量为规定值以上时，电动发电机会难以进行再生。由此，在蓄电装置的预热中有可能不得不中断“过滤器再生”。
专利文献2所记载的技术对于这样的混合动力车中的“过滤器再生”的问题示出了恰当地分配控制发动机的动力和电动发电机的动力的方法。但是，该方法在能够分别通过发动机和电动发电机来供给动力的混合动力方式中是有效的方法，在具有与发动机机械地连接的电动发电机且仅通过电动发电机难以进行动力供给的混合动力方式的工程机械中，难以进行停止了发动机的状态下的动作，因此无法采用该方法。
另外，即使通过某种钻研而能够将专利文献2的方式适用于工程机械，在通常行驶模式中仅从发动机或电动发电机的某一方供给动力、在特别行驶模式中仅从发动机供给动力，因此有可能无法向液压泵供给足够的动力。其结果为，担心车身的动作变得缓慢而会给操作员带来不协调感。
本发明是基于上述情况而研发的，其目的在于提供一种能够与车身和蓄电装置的状态无关地、且尽可能不损害操作性地持续进行过滤器再生的混合动力式工程机械的控制装置。
为了实现上述目的，第1发明为一种混合动力式工程机械的控制装置，该混合动力式工程机械具有：发动机；通过发动机而被驱动且能够发电的电动发电机；通过上述发动机和上述电动发电机的合计转矩而被驱动的液压泵；通过从上述液压泵排出的液压油而驱动的多个液压执行机构；蓄存上述电动发电机发电得到的电力并供给对上述电动发电机进行驱动的电力的蓄电装置；进行上述蓄电装置与上述电动发电机之间的电力授受的逆变器(inverter)；捕集上述发动机的废气中的颗粒状物质的过滤器；和为了控制上述电动发电机的动力运行动作或再生动作而向上述逆变器输出指令信号的控制部，上述混合动力式工程机械的控制装置的特征在于，上述控制部具有：过滤器再生判断部，其判断上述过滤器的再生请求；转矩指令值运算部，其对上述电动发电机的通常的转矩指令进行运算；和动力运行动作限制部，其输入上述转矩指令值运算部运算出的上述电动发电机的通常的转矩指令和上述过滤器再生判断部判断出的上述过滤器的再生请求信号，并根据这些信号来对上述指令信号进行运算，上述动力运行动作限制部在存在上述过滤器的再生请求信号时，对限制上述电动发电机的动力运行动作的指令信号进行运算。发明效果
根据本发明，在输入了过滤器再生指令时，限制电动发电机的动力运行动作，因此，能够维持或增加发动机所负担的负荷，从而能够容易使发动机的废气温度上升/维持。另外，在仅通过发动机而无法供给足够的动力的状况下，能够利用基于电动发电机实现的动力辅助来向液压泵供给足够的动力。由此，在过滤器再生过程中也能够维持通常时的操作性。
附图说明
图1是表示具有本发明的混合动力式工程机械的控制装置的第1实施方式的混合动力式挖掘机的立体图。
图2是具有本发明的混合动力式工程机械的控制装置的第1实施方式的执行机构驱动系统的概略图。
图3是表示本发明的混合动力式工程机械的控制装置的第1实施方式中的电动发电机的控制系统的框图。
图4是用于说明本发明的混合动力式工程机械的控制装置的第1实施方式中的动力运行可能量运算部的运算方法的一个例子的转速-转矩映射图。
图5是用于说明本发明的混合动力式工程机械的控制装置的第1实施方式中的动力运行可能量运算部的运算方法的其他例子的转速-转矩映射图。
图6是表示本发明的混合动力式工程机械的控制装置的第1实施方式中的过滤器再生过程中的电动发电机的控制处理内容的流程图。
图7是具有本发明的混合动力式工程机械的控制装置的第2实施方式的执行机构驱动系统的概略图。
图8是表示本发明的混合动力式工程机械的控制装置的第2实施方式中的电动发电机的控制系统的框图。
具体实施方式
以下使用附图来说明本发明的混合动力式工程机械的控制装置的实施方式。
实施例1
图1是表示具有本发明的混合动力式工程机械的控制装置的第1实施方式的混合动力式挖掘机的立体图，图2是具有本发明的混合动力式工程机械的控制装置的第1实施方式的执行机构驱动系统的概略图。
在图1中，混合动力式挖掘机1具有：多关节型的前装置1A，其具有分别在垂直方向上转动的动臂1a、斗杆1b及铲斗1c；和车身1B，其具有上部旋转体1d及下部行驶体1e。前装置1A的动臂1a的基端能够沿垂直方向转动地支承在上部旋转体1d的前部。动臂1a、斗杆1b、铲斗1c、上部旋转体1d及下部行驶体1e分别通过动臂液压缸3a、斗杆液压缸3b、铲斗液压缸3c、旋转用电动发电机16(参照图2)及左右的行驶马达3e、3f而被驱动。此外，将驱动动臂1a、斗杆1b、铲斗1c及下部行驶体1e的液压执行机构3a～3c、3e、3f称为液压作业部。
动臂1a、斗杆1b、铲斗1c、上部旋转体1d的动作由操作杆装置4a、4b(参照图2)的液压操作信号(控制先导压力)指示，下部行驶体1e的动作由未图示的行驶用的操作踏板装置的液压操作信号(控制先导压力)指示。
图2所示的本实施方式中的执行机构驱动系统具有液压驱动部和电动驱动部。作为液压驱动部，具有操作杆装置4a、4b、未图示的行驶用的操作踏板装置、方向切换阀5、可变容量型的液压泵6、发动机7、工作油油箱8和梭形滑阀块9。
操作杆装置4a、4b及操作踏板装置将通过未图示的先导泵的排出油而生成的一次压与操作杆装置4a、4b及操作踏板装置所具有的减压阀(遥控阀：remote controllervale)的操作开度相应地减压到二次压来生成控制先导压力(液压操作信号)。将所生成的控制先导压力(液压操作信号)向方向切换阀5的受压部输送，将方向切换阀5的该阀芯(spool)从中立位置进行切换操作。
方向切换阀5是例如配置在中间旁通管线上的中立全开式的滑阀，通过供给到受压部的控制先导压力而进行切换操作。由此，控制液压泵6排出的液压油的流动(方向和流量)，从而控制液压执行机构3a～3c、3e、3f的驱动。液压泵6通过发动机7和后述的电动发电机10而旋转驱动。
此外，在未图示的门锁杆抬起的情况下，上述的控制先导压力(液压操作信号)不会向方向切换阀5的受压部供给，因此即使操作员对操作杆装置4a、4b及操作踏板装置进行操作，液压执行机构也不会动作。将操作杆装置4a、4b及操作踏板装置、和门锁杆统一作为本实施方式中的“杆输入判断机构”。
在梭形滑阀块9中输入有操作杆装置4a、4b生成的液压操作信号(控制先导压力)中的指示旋转操作的液压操作信号以外的液压操作信号、和未图示的操作踏板装置生成的液压操作信号。梭形滑阀块9选择这些输入信号中的压力最高的液压操作信号并将其输出。在将操作杆装置4a和梭形滑阀块9连接的配管上设有检测操作杆装置4a的液压操作信号(控制先导压力)的压力传感器17，在将操作杆装置4b和梭形滑阀块9连接的配管上设有检测操作杆装置4b的液压操作信号(控制先导压力)的压力传感器18。
液压泵6是可变容量型的泵，具有主控制(positive control)方式的调节器6a。向调节器6a导入有梭形滑阀块9输出的液压操作信号。主控制方式的调节器6a随着操作杆装置4a、4b及操作踏板装置的作为操作部件的操作杆及踏板的操作量(请求流量)增加、液压操作信号上升而使液压泵6的斜盘倾转角(容量)增加。由此，液压泵6的排出流量增加。另外，调节器6a具有转矩限制控制功能，该转矩限制控制功能中，以随着液压泵6的排出压力增高而减少液压泵6的斜盘倾转角(容量)来避免液压泵6的吸收转矩超过预先设定的最大转矩的方式进行控制。在液压泵6上设有检测斜盘的倾转角(容量)的倾转角传感器6b。
在将液压泵6和方向切换阀5连接的排出配管上设有检测液压泵6的排出压的压力传感器21。能够根据压力传感器21检测的液压泵6的排出压、和压力传感器17、18检测的操作杆装置4a、4b的液压操作信号(控制先导压力)或倾转角传感器6b检测的斜盘的倾转角(泵容量)来推测液压负荷。这些相当于本实施方式中的“负荷运算机构”。
作为本实施方式中的执行机构驱动系统的电动驱动部，具有：与发动机7机械地连接的电动发电机10、车身控制器11、逆变器12、13、发动机控制器14、蓄电池15、旋转用电动发电机16、检测发动机7的转速的转速传感器19、和蓄电池控制器21。
电动发电机10机械地连结在液压泵6与发动机7之间。电动发电机10具有将发动机7的动力转换成电能(电力)并向逆变器12输出的作为发电机的功能、和通过从逆变器12供给的电能(电力)而被驱动来辅助驱动液压泵6的作为电动机的功能。
逆变器12在电动发电机10作为发电机而发挥功能时，将通过电动发电机10生成的交流电力转换成直流电力并向蓄电池15输出，在电动发电机10作为电动机而发挥功能时，将来自蓄电池15的直流电力转换成交流电力并向电动发电机10供给。
旋转用电动发电机16经由未图示的驱动机构而对上部旋转体1d进行驱动及制动。旋转用电动发电机16具有通过从逆变器13供给的电能(电力)而驱动的作为电动机的功能、和将上部旋转体1d制动时的旋转动力转换成电能(电力)并向逆变器13输出的作为发电机的功能。
逆变器13在旋转用电动发电机16制动时作为发电机而发挥功能时，将再生得到的交流电力转换成直流电力并向蓄电池15输出，在旋转用电动发电机16作为电动机而发挥功能时，将来自蓄电池15的直流电力转换成交流电力并向旋转用电动发电机16供给。
此外，在本实施方式中，如图2所示那样构成为仅通过旋转用电动发电机16来对上部旋转体1d进行驱动/制动，但可以代替旋转用电动发电机16而使用通过来自液压泵6的液压油进行驱动/制动的液压旋转马达，也可以是同时使用了旋转用电动发电机16和液压旋转马达的电动/液压并用型的旋转装置。
蓄电池15经由逆变器12、13向电动发电机10、旋转用电动发电机16供给电力。另外，蓄电池15蓄存电动发电机10、旋转用电动发电机16发电得到的电能。在蓄电池15上设有检测蓄电池15的电压、电流和温度的蓄电池传感器25，将蓄电池传感器25检测出的蓄电池15的电压、电流和温度的信号向蓄电池控制器20输入。
蓄电池控制器20基于输入的各检测信号来推定正在蓄存的电能的量、即所谓蓄电剩余量。另外，蓄电池控制器20根据需要向车身控制器11输出充放电请求值。
发动机控制器14输入转速传感器19检测出的发动机7的实际转速信号、和来自后述的车身控制器11的目标转速信号，对它们的转速偏差进行运算。发动机控制器14基于该转速偏差来对目标燃料喷射量进行运算，并将相对应的控制信号向发动机7所具有的电子调节器7a输出。电子调节器7a根据该控制信号进行动作并喷射与目标燃料喷射量相当的燃料，向发动机7供给。关于目标转速，使用发动机控制度盘(engine control dial)22来设定由操作员根据作业内容而设定的值。将通过发动机控制度盘22设定的目标转速信号向车身控制器11输入，并从车身控制器11向发动机控制器14输出。
在发动机7的废气管路上，作为后处理装置而设有过滤器23。在废气管路内的过滤器23前后设有检测过滤器23的差压的差压传感器24。将差压传感器24检测出的过滤器23的差压信号输入到发动机控制器14，也向车身控制器11输出。车身控制器11基于该差压信号的值来推测捕集到的PM量，进行过滤器再生执行的判断。
车身控制器11具有控制运算电路，在该控制运算电路中进行与电动发电机10相关的以下四个控制。
(1)用于供给液压泵6所需的动力的控制
在液压泵6的液压负荷(泵吸收转矩)增大而仅通过发动机7的动力无法供给足够的动力的情况下，使电动发电机10进行动力运行动作而向液压泵6供给足够的动力。将该辅助动作称为动力辅助(power assist)。另外，在发动机7从怠速状态恢复时等、发动机的实际转速相对于发动机7的目标转速的背离大的情况下，使电动发电机10进行动力运行动作，使发动机7的实际转速快速地与目标转速一致。将该辅助动作称为加速辅助。
(2)用于将发动机7的动力平滑化的控制
在液压泵6的液压负荷(泵吸收转矩)急剧增加的情况下，使电动发电机10进行动力运行动作，在液压泵6的液压负荷(泵吸收转矩)急剧减少的情况下使电动发电机10进行再生动作，由此进行发动机动力的变化率渐变这样的控制。通过该控制而能够抑制废气中的有害物质的生成。
(3)用于管理蓄电剩余量的控制
在液压泵6的液压负荷(泵吸收转矩)小、且由蓄电池控制器20计算出的蓄电池15的蓄电剩余量少时，控制逆变器12来进行使电动发电机10作为发电机而动作的再生控制，产生剩余的电力，并且进行将产生的剩余电力蓄存到蓄电池15中的控制。相反地，在液压泵6的液压负荷(泵吸收转矩)大、且由蓄电池控制器20计算出的蓄电池15的蓄电剩余量处于规定量以上时，控制逆变器12来向电动发电机10供给蓄电池15的电力并进行使电动发电机10作为电动机而动作的动力运行控制，辅助驱动液压泵6。
(4)过滤器再生时的控制
车身控制器11进行过滤器再生实施的判断，在过滤器再生过程中，对上述(1)～(3)的控制内容实施各种限制控制。
接下来，使用图3来说明车身控制器11的与电动发电机10相关的上述(1)～(4)的控制。图3是表示本发明的混合动力式工程机械的控制装置的第1实施方式中的电动发电机的控制系统的框图。在图3中，附图标记与图1及图2所示的附图标记相同的部分是同一部分，因此省略其详细的说明。
车身控制器11由15个运算部构成，这些运算部具有：进行通常时的电动发电机的控制的运算组300a；在过滤器再生过程中进行有效的动力运行限制的运算组300b；对向这些运算组输入的信号进行运算的多个运算部；和向逆变器12输出指令信号的电动发电机控制部315。
首先，说明执行上述的(1)用于供给液压泵6所需的动力的控制、(2)用于将发动机7的动力平滑化的控制、和(3)用于管理蓄电剩余量的控制的“进行通常时的电动发电机的控制的运算组300a”。“进行通常时的电动发电机的控制的运算组300a”具有动力辅助运算部304、加速辅助运算部307和转矩指令值运算部310。对向“进行通常时的电动发电机的控制的运算组300a”输入的信号进行运算的多个运算部具有液压负荷运算部301、杆输入判断部302、发动机输出计测部303、目标转速设定部305、转速计测部306、蓄电装置管理部308和充放电请求运算部309。
液压负荷运算部301输入倾转角传感器6b检测的液压泵6的斜盘的倾转角(泵容量)信号、和压力传感器21检测的液压泵6的排出压信号，并根据这些信号对液压泵6的负荷进行运算。此外，也可以代替倾转角信号而利用基于来自杆输入判断部302的杆操作量得到的泵容积的目标值。将计算出的液压泵6的负荷信号向动力辅助运算部304和后述的动力运行可能量运算部313输出。
杆输入判断部302取入压力传感器17、18检测的操作杆的液压操作信号(控制先导压力)、未图示的操作踏板的操作量和门锁杆的位置信号等，将根据这些状态信号判断出的信号向液压负荷运算部301和后述的动力运行禁止判断部312输出。
发动机输出计测部303基于从发动机控制器14输出的发动机7的转矩信号和发动机7的实际转速信号来计测发动机7所负担的负荷。将计测出的发动机7所负担的负荷信号向动力辅助运算部304和转矩指令值运算部310输出。
动力辅助运算部304输入液压负荷运算部301计算出的液压泵6的负荷信号、和发动机输出计测部303计测出的发动机7所负担的负荷信号，根据它们的偏差对应向液压泵6供给的动力的不足量进行运算，计算出应由电动发电机10负担的动力运行动力(动力运行转矩)。将计算出的动力运行动力(动力运行转矩)的信号向转矩指令值运算部310输出。
目标转速设定部305通过发动机控制度盘22输入由操作员设定的目标转速信号，根据该目标转速信号来设定发动机目标转速。将设定了的发动机目标转速信号向加速辅助运算部307输出。
转速计测部306输入发动机控制器14输出的由转速传感器19检测出的发动机7的实际转速信号并加以利用。另外，也可以利用用于电动发电机10的控制的马达转速信号。将计测到的转速计测信号向加速辅助运算部307输出。
加速辅助运算部307输入目标转速设定部305设定了的发动机目标转速信号、和转速计测部306计测到的发动机7的实际转速信号，为了消除它们的偏差而计算出应由电动发电机10负担的动力运行动力(动力运行转矩)。此外，在成为发动机7的实际转速信号超过目标转速信号(超速旋转：over revolution)的状态的情况下，为了提前消除这些情况，加速辅助运算部307发出指令不进行动力运行动作而是进行再生动作。对这些运算可以使用PI控制，也可以使用针对偏差确定了的转矩表。将计算出的动力运行动力(动力运行转矩)的信号向转矩指令值运算部310输出。
蓄电装置管理部308基于蓄电池传感器25检测出的蓄电池15的电压、电流和温度的信号来进行蓄电池控制器20计算出的蓄电剩余量、温度等的计测。将计测出的蓄电剩余量和温度等的信号向充放电请求运算部309输出。
充放电请求运算部309输入蓄电装置管理部308计测出的蓄电剩余量和温度等的信号，并基于这些信号来对充放电请求进行运算。关于充放电请求运算部309的基本动作，在现状的蓄电剩余量相对于目标蓄电剩余量少时输出充电请求，在现状的蓄电剩余量相对于目标蓄电剩余量多时输出放电请求。另外，作为蓄电池15，在利用了在极低温下输出特性会极度降低的锂离子蓄电池的情况下，为了执行重复充放电来促进基于蓄电池15的自我发热实现的升温的控制，而存在充放电请求运算部309适当切换充电请求的情况。将计算出的充放电请求信号向转矩指令值运算部310输出。
转矩指令值运算部310输入动力辅助运算部304计算出的动力运行动力(动力运行转矩)的信号、发动机输出计测部303计测出的发动机7所负担的负荷信号、加速辅助运算部307计算出的动力运行动力(动力运行转矩)的信号、和充放电请求运算部309计算出的充放电请求信号，基于这些输入信号来对针对电动发电机10的转矩指令值进行运算。将计算出的转矩指令值向后述的动力运行动作限制部314输出。
接下来，说明执行上述的(4)过滤器再生时的控制的“在过滤器再生过程中进行有效的动力运行限制的运算组300b”。“在过滤器再生过程中进行有效的动力运行限制的运算组300b”具有动力运行禁止判断部312、动力运行可能量运算部313和动力运行动作限制部314。对向“在过滤器再生过程中进行有效的动力运行限制的运算组300b”输入的信号进行运算的多个运算部具有液压负荷运算部301、杆输入判断部302和过滤器再生判断部311。
过滤器再生判断部311输入差压传感器24检测出的过滤器23的差压信号，基于输入的差压信号、和距前次的过滤器再生结束的经过时间等来判断过滤器再生请求。如上述那样，在过滤器再生请求中具有“连续再生”和“手动再生”这两种再生请求，其中“连续再生”不对操作员要求特别的操作而是在混合动力式挖掘机1的动作中自动地进行过滤器再生，“手动再生”对操作员要求“停止混合动力式挖掘机1的操作，抬起门锁杆，按下过滤器再生开关”这一操作。将过滤器再生判断部311判断出的过滤器再生请求的信号向动力运行动作限制部314输出。
动力运行禁止判断部312输入由杆输入判断部302判断出的信号，基于这些信号来判断动力运行禁止。具体地说，在门锁杆抬起的情况下，或者在判断成没有基于操作员对操作杆装置4a、4b及操作踏板装置中的任一装置进行操作的情况下，输出将电动发电机10的动力运行可能量限制成0[Nm]的指令。对于发电可能量不输出进行限制的指令。将动力运行禁止判断部312的限制指令向动力运行动作限制部314输出。
动力运行可能量运算部313输入液压负荷运算部301计算出的液压泵6的负荷信号，基于该输入信号来对电动发电机10的动力运行可能量(能够进行动力运行的量)进行运算。将计算出的动力运行可能量的信号向动力运行动作限制部314输出。
使用图4来说明动力运行可能量运算部313中的运算方法。图4是用于说明本发明的混合动力式工程机械的控制装置的第1实施方式中的动力运行可能量运算部的运算方法的一个例子的转速-转矩映射图。
在图4中，横轴示出发动机转速，纵轴示出发动机转矩。图4中的液压负荷的特性作为本实施方式中的一个例子而示出。在此，怠速负荷的特性是由发动机7确定的特性，同样地可再生最小转矩的特性示出能够进行过滤器再生的发动机7的最小转矩的特性。被最大发动机转矩特性和可再生最小转矩的特性包围的阴影线部分示出了过滤器可再生区域。
在过滤器可再生区域中，存在如下的差异：在发动机转矩大的区域中，由于废气温度增高，所以过滤器的再生能够在短时间内完成；而在发动机转矩小的区域中，由于废气温度降低，所以过滤器的再生时间变长。
如图4所示，在通过电动发电机10仅以“液压负荷与可再生最小转矩的差分(最大动力运行可能量)”实施了动力运行的情况下，也能够维持过滤器的再生，因此也可以想到将该值(最大动力运行可能量)作为动力运行可能量运算部313的输出的方法。但是，由于混合动力式挖掘机1中的液压负荷会急剧增减，所以在利用(最大动力运行可能量)的情况下，担心发动机转矩会低于可再生最小转矩。
因此，作为动力运行可能量运算部313的输出(动力运行可能量)，优选的是作为“液压负荷与怠速负荷的差分”来进行运算。作为更加期望的动力运行可能量，设为“从液压负荷减去怠速负荷与转矩余裕值之和得到的差分”。其能够确保发动机转矩，从而促进可靠的过滤器再生。
此外，在搭载了具有图4所示那样的过滤器可再生区域的发动机的混合动力式挖掘机1中，对于怠速负荷，即使在发动机转矩稍低的区域中也能够维持过滤器再生。因此，也存在可以不设置动力运行禁止判断部312的情况。
返回到图3，动力运行动作限制部314输入由过滤器再生判断部311判断出的过滤器再生请求的信号，对于由转矩指令运算部310计算出的通向电动发电机10的转矩指令，以由动力运行可能量运算部313计算出的动力运行可能量来抑制上限，而且，在由动力运行禁止判断部312进行了动力运行禁止判断的情况下，将动力运行可能量限制成0[Nm]。将通过动力运行动作限制部314求出的值作为最终的通向电动发电机10的转矩指令向电动发电机控制部315输出。
电动发电机控制部315从动力运行动作限制部314输入最终的通向电动发电机10的转矩指令，并对用于产生这样的转矩的通向逆变器12的指令进行运算，将计算出的指令信号向逆变器12输出。
接下来，在本实施方式中，使用图5来说明液压负荷比发动机7的最大转矩高的情况下的动力运行可能量运算部313中的运算方法。图5是用于说明本发明的混合动力式工程机械的控制装置的第1实施方式中的动力运行可能量运算部的运算方法的其他例子的转速-转矩映射图。
在图5中，横轴示出发动机转速，纵轴示出发动机转矩。图5中的液压负荷的特性比最大发动机转矩特性大。其他特性与图4相同。在图5中，由于液压负荷足够大，所以由动力运行可能量运算部313计算的动力运行可能量与由电动发电机10的规格确定的最大转矩一致。
另一方面，通过动力辅助运算部304计算的动力运行动力(动力辅助量)的信号由液压负荷与最大发动机转矩之差来确定，因此动力辅助量相对于动力运行可能量会减小。在这样的情况下，由于没有通过动力运行动作限制部314来限制动力运行量，所以电动发电机10遵照上述的动力辅助量来进行动力运行。
通过执行这样的控制，即使是过滤器再生过程中，也能够向液压泵6供给足够的动力，因此能够避免损害混合动力式挖掘机1的操作性。
接下来使用图6来说明车身控制器11的与电动发电机10相关的(4)过滤器再生时的控制。图6是表示本发明的混合动力式工程机械的控制装置的第1实施方式中的过滤器再生过程中的电动发电机的控制处理内容的流程图。
车身控制器11对转矩指令值进行运算(步骤S1)。具体地说，转矩指令值运算部310基于各种输入信号来对针对电动发电机10的转矩指令值进行运算。
车身控制器11判定过滤器是否是在再生过程中(步骤S2)。具体地说，过滤器再生判断部311基于过滤器23的差压信号、和距前次的过滤器再生结束的经过时间等来判断过滤器再生请求，因此根据该判断的结果来进行判定。在判定成过滤器23不是在再生过程中的情况下，进入(步骤S3)，在除此以外的情况下进入(步骤S4)。
当在(步骤S2)中判定成不是在过滤器再生过程中的情况下，车身控制器11不实施动力运行限制(步骤S3)。具体地说，不进行动力运行动作限制部314下的限制，如由转矩指令值运算部310计算出的转矩指令值那样控制电动发电机10。
另一方面，当在(步骤S2)中判定成是在过滤器再生过程中的情况下，车身控制器11判定该再生是手动再生还是连续再生(步骤S4)。具体地说，由过滤器再生判断部311进行判定。在判定成是手动再生的情况下，进入(步骤S6)，在判定成是连续再生的情况下进入(步骤S5)。
当在(步骤S4)中判定成是连续再生的情况下，车身控制器11判定混合动力式挖掘机1是否为怠速中(步骤S5)。具体地说，在杆输入判断部302中，在一定时间内没有实施杆操作的情况、和/或门锁杆抬起的情况下，判定成是怠速中。在判定成是怠速中的情况下，进入(步骤S6)，在判定成不是怠速中(是负荷运转中)的情况下，进入(步骤S7)。
当在(步骤S4)中判定成是手动再生的情况下、或者在(步骤S5)中判定成是怠速中的情况下，车身控制器11将动力运行量限制成最小限度(步骤S6)。具体地说，与动力运行动作限制部314输入了来自过滤器再生判断部311的手动再生信号的情况、和输入了来自动力运行禁止判断部312的随着怠速中的动力运行禁止信号的情况相当，限制来自转矩指令值运算部310的转矩指令值。
当在(步骤S5)中判定成不是怠速中(是负荷运转中)的情况下，车身控制器11判定动力运行指令是否比液压负荷大(步骤S7)。具体地说，控制器11的动力运行可能量运算部313基于由液压负荷运算部301计算出的液压负荷来对动力运行可能量进行计算，并向动力运行动作限制部314输出。动力运行动作限制部314通过对转矩指令值运算部310计算出的动力运行指令与动力运行可能量(液压负荷基准)进行比较来进行判定。在判定成动力运行指令比液压负荷(动力运行可能量)大的情况下，进入(步骤S8)，在除此以外的情况下进入(步骤S3)。
当在(步骤S7)中判定成动力运行指令不比液压负荷(动力运行可能量)大的情况下，车身控制器11不实施动力运行限制(步骤S3)。在进行了该判定的情况下，如图4所示能够将发动机7的转矩限定于可再生区域，因此不实施动力运行限制。
当在(步骤S7)中判定成动力运行指令比液压负荷(动力运行可能量)大的情况下，车身控制器11将动力运行指令限制成小于液压负荷(步骤S8)。具体地说，在动力运行动作限制部314中，通过将转矩指令值运算部310计算出的动力运行指令限制至基于液压负荷计算出的动力运行可能量来执行。
根据上述的本发明的混合动力式工程机械的控制装置的第1实施方式，在输入了过滤器再生指令时，限制电动发电机10的动力运行动作，因此能够维持或增加发动机7负担的负荷，能够容易使发动机7的废气温度上升/维持。另外，在仅通过发动机7而无法供给足够的动力的状况下，能够利用基于电动发电机10实现的动力辅助来向液压泵6供给足够的动力。由此，即使在过滤器再生过程中也能够维持通常时的操作性。
另外，根据上述的本发明的混合动力式工程机械的控制装置的第1实施方式，在无法执行过滤器23的连续再生而PM堆积量成为规定值以上的情况下进行的“手动再生”中，将电动发电机10的动力运行可能量限制成规定值以下，因此在怠速状态下实施的手动再生中，也能够将施加于发动机7的负荷维持在过滤器再生能够持续的值以上。另外，由于不会完全地禁止电动发电机10的动力运行动作，所以在过滤器23的手动再生过程中的怠速状态下也能够从蓄电装置(蓄电池15)进行放电。因此，也能够进行蓄电装置(蓄电池15)的过度充电的消除和基于自我发热实现的蓄电池预热等。
而且，根据上述的本发明的混合动力式工程机械的控制装置的第1实施方式，将电动发电机10的动力运行可能量设定得比液压泵6的负荷低，因此能够将与混合动力式工程机械的怠速时相当的负荷施加于发动机7。由此，能够避免在连续再生过程中过滤器23的再生被中断。另外，根据液压泵负荷来变更电动发电机10的动力运行可能量，因此能够避免向液压泵6的供给动力不足的事态。
另外，根据上述的本发明的混合动力式工程机械的控制装置的第1实施方式，在没有基于操作员进行的杆输入的情况下，将电动发电机10的动力运行可能量限制成与手动再生时相同的值，因此能够不区别过滤器再生的手动再生和连续再生地持续进行怠速状态下的过滤器再生。由此，即使在过滤器再生过程中也能够维持通常时的操作性。
实施例2
以下使用附图来说明本发明的混合动力式工程机械的控制装置的第2实施方式。图7是具有本发明的混合动力式工程机械的控制装置的第2实施方式的执行机构驱动系统的概略图，图8是表示本发明的混合动力式工程机械的控制装置的第2实施方式中的电动发电机的控制系统的框图。在图7及图8中，附图标记与图1至图6所示的附图标记相同的部分是同一部分，因此省略其详细的说明。
图7所示的本发明的混合动力式工程机械的控制装置的第2实施方式由大致与第1实施方式相同的设备构成，但以下的结构不同。在本实施方式中，在过滤器23附近新设置了电热加热器26、和控制向该电热加热器26供给的电力的逆变器27，这方面与第1实施方式不同。具体地说，为对具有图2所示的混合动力式工程机械的控制装置的第1实施方式的执行机构驱动系统的概略图添加了电热加热器26和逆变器27的结构，但在图7中，为了避免附图变得烦杂，而从图2省略了信号线和结构要素的一部分。
在本实施方式中，电热加热器26通过由电动发电机10发电得到的电力、或从作为蓄电装置的蓄电池15供给的电力而发热，进行过滤器23的升温，用于促进过滤器再生。
使用图8来说明本实施方式中的车身控制器11的与电动发电机10相关的控制方法。本实施方式中的控制方法大致与第1实施方式相同，因此在图8中，说明与第1实施方式不同的部位。
在第1实施方式中，从充放电请求运算部309将充放电请求信号输入到转矩指令值运算部310中，但在本实施方式中，从充放电请求运算部309仅将充电请求信号输入到转矩指令值运算部310中，该方面有所不同。
另外，设有电热加热器控制部801，从充放电请求运算部309输入放电请求信号。电热加热器控制部801根据输入的放电请求信号来对通向逆变器27的指令进行运算，将计算出的指令信号向逆变器27输出。其结果为，使电热加热器26进行加热。
像这样，在本实施方式中，由于没有将来自充放电请求运算部309的放电请求信号输入到转矩指令值运算部310中，所以放电请求信号不会对电动发电机10的控制造成影响。由此，在不需要上述的动力辅助和加速辅助时，电动发电机10不会进行动力运行。其结果为，能够始终将发动机转矩维持在怠速负荷以上，因此能够防止发动机7的动作点脱离过滤器可再生区域。
在从充放电请求运算部309向转矩指令值运算部310输入了充电请求信号的情况下，电动发电机10进行再生动作，因此，由于对发动机7的负荷增加，废气温度上升，所以能够将过滤器23升温。另一方面，在从充放电请求运算部309输出了放电请求信号的情况下，电动发电机10不进行动作，但通过从电热加热器控制部801经由逆变器27使电热加热器26进行加热而能够将过滤器23升温。
像这样，能够没有限制地执行来自充放电请求运算部309的放电请求和充电请求，因此能够有效地执行基于自我发热实现的蓄电装置(蓄电池15)的预热。像这样，在本实施方式中，能够不依据蓄电装置(蓄电池15)的蓄电剩余量地同时实现过滤器23的再生和蓄电装置(蓄电池15)的预热。
根据上述的本发明的混合动力式工程机械的控制装置的第2实施方式，能够得到与第1实施方式相同的效果。
另外，根据上述的本发明的混合动力式工程机械的控制装置的第2实施方式，对于来自蓄电装置(蓄电池15)的充电请求而通过电动发电机10来进行发电动作，由此增加发动机负荷，因此，能够将废气的温度升温。而且，对于来自蓄电装置(蓄电池15)的放电请求，进行向电热加热器26的供电，因此容易使过滤器23的催化剂温度升温/维持。其结果为，能够有效地进行过滤器再生。
而且，根据上述的本发明的混合动力式工程机械的控制装置的第2实施方式，对于来自蓄电装置(蓄电池15)的放电请求，不使电动发电机10进行动力运行动作，因此，能够将发动机负荷维持得高，废气的温度也容易维持在高温。另外，由于容易追从来自蓄电装置(蓄电池15)的充放电请求，因此能够容易地进行基于自我发热实现的蓄电池预热。
此外，作为本实施方式的应用，除了过滤器再生用的第1电热加热器以外，也可以对蓄电池预热用设置第2电热加热器。当像这样构成混合动力式工程机械时，能够更有效地执行过滤器再生和蓄电装置的预热。
此外，本发明并不限定于上述的实施例，包含各种变形例。例如，上述的实施例为了易于理解地说明本发明而详细地进行了说明，并限定为必须具有所说明的所有结构。
附图标记说明
1：混合动力式挖掘机，3a：动臂液压缸，3b：斗杆液压缸，3c：铲斗液压缸，3e、3f：左右的行驶马达，4a、4b：操作杆装置，5：方向切换阀，6：液压泵，6a：调节器，7：发动机，10：电动发电机，11：车身控制器，12、13、27：逆变器，14：发动机控制器，15：蓄电池(蓄电装置)，17、18：压力传感器，19：转速传感器，20：蓄电池控制器，21：压力传感器，22：发动机控制度盘，23：过滤器，24：差压传感器，25：蓄电池传感器(温度、电流、电压传感器)，26：电热加热器。

Claims (6)

1.一种混合动力式工程机械的控制装置，所述混合动力式工程机械具有：发动机；通过发动机而被驱动且能够发电的电动发电机；通过所述发动机和所述电动发电机的合计转矩而被驱动的液压泵；通过从所述液压泵排出的液压油而驱动的多个液压执行机构；蓄存所述电动发电机发电得到的电力并供给对所述电动发电机进行驱动的电力的蓄电装置；进行所述蓄电装置与所述电动发电机之间的电力授受的逆变器；捕集所述发动机的废气中的颗粒状物质的过滤器；和为了控制所述电动发电机的动力运行动作或再生动作而向所述逆变器输出指令信号的控制部，所述混合动力式工程机械的控制装置的特征在于，
所述控制部具有：
过滤器再生判断部，其判断所述过滤器的再生请求；
转矩指令值运算部，其对所述电动发电机的通常的转矩指令进行运算；和
动力运行动作限制部，其输入所述转矩指令值运算部运算出的所述电动发电机的通常的转矩指令和所述过滤器再生判断部判断出的所述过滤器的再生请求信号，并根据这些信号来对所述指令信号进行运算，
所述动力运行动作限制部在存在所述过滤器的再生请求信号时，对限制所述电动发电机的动力运行动作的指令信号进行运算。
2.如权利要求1所述的混合动力式工程机械的控制装置，其特征在于，
还具有检测所述过滤器的差压的差压传感器，
所述过滤器再生判断部输入所述差压传感器检测出的所述过滤器的差压信号，判断是基于操作员的操作实现的手动再生请求、还是基于所述过滤器的差压信号实现的连续再生请求，
当在所述过滤器再生判断部中判断成存在所述过滤器的手动再生的请求信号时，所述动力运行动作限制部对将所述电动发电机的动力运行动作限制成预先确定的规定值以下的指令信号进行运算。
3.如权利要求2所述的混合动力式工程机械的控制装置，其特征在于，
还具有：液压负荷运算部，其对所述液压泵的负荷进行运算；和动力运行可能量运算部，其输入所述液压负荷运算部运算出的所述液压泵的负荷，并根据所述液压泵的负荷来对所述电动发电机的动力运行可能量进行运算，
当在所述过滤器再生判断部中判断成存在所述过滤器的连续再生的请求信号时，所述动力运行动作限制部对使所述电动发电机的动力运行动作比所述动力运行可能量运算部运算出的所述电动发电机的动力运行可能量小的指令信号进行运算。
4.如权利要求3所述的混合动力式工程机械的控制装置，其特征在于，
还具有：操作杆装置，其对所述多个液压执行机构的动作进行指示；和杆输入判断部，其输入所述操作杆装置的操作信号并判断操作员的操作的状态，
当在所述过滤器再生判断部中判断成存在所述过滤器的连续再生的请求信号、且在所述杆输入判断部中判断成是有操作员的操作的状态时，所述动力运行动作限制部对使所述电动发电机的动力运行动作比所述动力运行可能量运算部运算出的所述电动发电机的动力运行可能量小的指令信号进行运算。
5.如权利要求1所述的混合动力式工程机械的控制装置，其特征在于，
还具有：操作杆装置，其对所述多个液压执行机构的动作进行指示；和杆输入判断部，其输入所述操作杆装置的操作信号并判断操作员的操作的状态，
当存在所述过滤器的再生请求信号并且在所述杆输入判断部中判断成是没有操作员的操作的状态时，所述动力运行动作限制部对将所述电动发电机的动力运行动作限制成预先确定的规定值以下的指令信号进行运算。
6.如权利要求1所述的混合动力式工程机械的控制装置，其特征在于，
具有设在所述过滤器的附近的电热加热器、控制向所述电热加热器供给的来自所述蓄电装置的电力的第2逆变器、和检测所述蓄电装置的电压和温度的蓄电池传感器，
所述控制部具有：充放电请求运算部，其输入所述蓄电池传感器检测出的所述蓄电装置的电压和温度，基于该电压和温度对所述蓄电装置的蓄电剩余量进行运算，并对针对所述蓄电装置的充电请求信号和放电请求信号进行计算；和电热加热器控制部，其输入所述放电请求信号并对向所述电热加热器供给的电力指令信号进行运算，所述充电请求信号被输入到所述转矩指令值运算部，
所述动力运行动作限制部在存在所述过滤器的再生请求信号时且存在所述充电请求信号时，对所述电动发电机的再生动作的指令信号进行运算，所述电热加热器控制部在存在所述过滤器的再生请求信号时且存在所述放电请求信号时，对向所述电热加热器供给的电力指令信号进行运算。
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