CN109070872B - 混合动力式作业机械 - Google Patents

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Abstract

为了能够通过采用混合动力方式使发动机小型化来实现耗油率降低及噪音降低，并且在蓄电池的充电量严重不足的情况下安全可靠地进行蓄电池充电，设有门锁止检测装置(28)、强制充电开关(41)、将蓄电池(33)的充电率低于极限充电率的情况通知给操作者的作业机械监视器(43)和车身控制器(46)，在门锁止杆(26)被操作至锁止位置(D)、由发动机控制刻度盘(12)指示了低怠速转速、且强制充电开关(41)被进行了操作时，使发电/电动机(31)作为发电机工作进行蓄电池(33)的强制充电。

Description

混合动力式作业机械
技术领域
本发明涉及混合动力式作业机械，特别涉及小型液压挖掘机混合动力式作业机械。
背景技术
近年来，对于液压挖掘机等作业机械来说，从耗油率的降低、排气特性改善及噪音降低等角度，开发出并用发动机(柴油发动机)和电动机的混合动力式作业机械，其一部分已投入使用。作为这样的混合动力式工程机械，存在例如专利文献1记载的构造。
在专利文献1记载的混合动力式工程机械中，作为由发动机驱动的液压泵的辅助动力源而设置发电/电动机，在蓄电池的充电量降低至预先设定的充电率以下的情况下，进行使发动机目标转速降低而使发动机以额定转速动作时的输出转矩增加并使液压泵的最大吸收转矩降低的减转矩控制，从而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，进行蓄电池的急速充电。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015-206193
发明内容
如上所述，在专利文献1记载的混合动力式作业机械中，进行通过使发动机目标转速降低而使额定旋转时的发动机输出转矩增加并使液压泵的最大吸收转矩降低的减转矩控制，由此，能够在作业机械的工作中进行蓄电池的急速充电。但是，在该控制下，由于液压泵的减转矩控制使得液压泵的输出转矩受到限制、机体性能受到限制，从而导致作业机械的易用性或操作性降低。另外，由于是作业机械工作中的充电，因此发动机输出转矩＝液压泵消耗转矩+发电机转矩，基于发电机的蓄电池的充电量也被限制。因此，存在无法适当地进行向蓄电池的充电的情况。
本发明是鉴于上述问题提出的，其目的在于提供一种能够通过采用混合动力方式并使发动机小型化来实现耗油率的降低及噪音降低，并且在蓄电池的充电量严重不足的情况下，能够安全可靠地进行蓄电池充电的混合动力式作业机械。
为了实现上述目的，本发明的混合动力式作业机械包括：发动机；液压泵，其由该发动机驱动；由从该液压泵喷出的液压油驱动的多个液压执行机构；多个操作装置，其设置在驾驶室内，指令所述多个液压执行机构的动作；发动机转速指示装置，其指示所述发动机的目标转速；调节器装置，其以根据所述发动机的目标转速而使所述发动机的转速变化、并使所述发动机的输出转矩随着所述发动机的负载转矩增加而增加的方式，来控制所述发动机的燃料喷射量；发电/电动机，其与所述发动机连结；蓄电装置，其在与所述发电/电动机之间供给或接受电力；第1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，所述混合动力式作业机械的特征在于，包括：门锁止杆，其设置在所述驾驶室内，被选择性地操作至锁止位置或锁止解除位置，其中，所述锁止位置是无法基于所述多个操作装置使所述多个液压执行机构动作的位置，所述锁止解除位置是能够基于所述多个操作装置使所述多个液压执行机构动作的位置；强制充电开关；作业机械监视器，其将所述蓄电装置的充电率低于预先设定的极限充电率这一情况通知给操作者；以及第2控制装置，其在所述门锁止杆被操作至所述锁止位置、由所述发动机转速指示装置指示低怠速转速、且所述强制充电开关被进行了操作时，使所述发动机的目标转速从所述低怠速转速增加至适于强制充电的转速，并在该状态下使所述发电/电动机作为发电机工作，进行所述蓄电装置的强制充电。
如上所述，本发明通过设置第1控制装置，采用混合动力方式使发动机小型化，由此，能够实现耗油率降低及噪音降低。
另外，本发明通过设置第2控制装置，能够在蓄电池的充电量严重不足的情况下安全可靠地进行蓄电池充电。
发明效果
根据本发明，能够通过采用混合动力方式使发动机小型化来实现耗油率降低及噪音降低，并在蓄电池的充电量严重不足的情况下，安全可靠地进行蓄电池充电。
附图说明
图1是表示作为本发明一实施方式的混合动力式作业机械的小型液压挖掘机的外观的图。
图2是图1所示的液压挖掘机混合动力驱动系统的图。
图3是表示泵调节器的详细结构的图。
图4是表示泵调节器的转矩控制部的功能的泵转矩特性图。
图5是表示车身控制器的充电控制功能的框图。
图6是表示输出辅助控制/充电控制部(第1控制装置)的控制功能的流程图。
图7A是表示强制充电控制部的控制功能的流程图(标识设定控制)。
图7B是表示强制充电控制部的控制功能的流程图(强制充电控制)。
图8是表示发动机转速降低控制时的发动机转速和发动机输出转矩的变化的图。
图9是将等耗油率曲线叠加到发动机的转矩线图中而示出的图。
具体实施方式
以下使用附图说明本发明的实施方式。
～构造～
图1是表示作为本发明一实施方式的混合动力式作业机械的小型液压挖掘机的外观的图。在本说明书中，小型液压挖掘机是指包括迷你挖掘机在内的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包括柴油发动机11、发动机控制刻度盘12、发动机控制器13、电子调节器14和发动机转速检测装置15。柴油发动机11是与不具有发电电动系统3的以往装置相比小型化了的(发动机输出较小的)发动机。
液压系统2包括液压泵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25a～25h和泵调节器27。另外，液压系统2具有门锁止杆26和门锁止阀29。门锁止阀29是电磁阀。
发电电动系统3包括发电/电动机31、逆变器32、蓄电池(蓄电装置)33和蓄电池控制器34。
控制系统4包括门锁止检测装置28、强制充电开关41、减转矩控制电磁阀42、作业机械监视器43和车身控制器46。
在发动机系统1中，发动机控制刻度盘12是通过操作者的操作指示发动机11的目标转速的部件。目标转速定义为在未对发动机11投入负载时的发动机转速。发动机控制器13经由车身控制器46而输入有发动机控制刻度盘12所指示的目标转速信号，进行规定的运算处理而求出目标燃料喷射量，对电子调节器14进行控制而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。
发动机11的输出轴借助由大径齿轮6a和小径齿轮6b构成的动力分配器6，与液压系统2的液压泵21及先导泵22和发电电动系统3的发电/电动机31连结。
在液压系统2中，液压泵21及先导泵22由发动机11和作为电动机进行动作时的发电/电动机31驱动。从液压泵21喷出的液压油经由控制阀23供给至多个液压执行机构24a～24h，对各被驱动体进行驱动。液压泵21是可变容量型，设有排油容积可变机构(例如斜盘)21a。排油容积可变机构21a的倾斜位置由泵调节器27调节，控制液压泵的容量。
多个液压执行机构24a～24h包含前述的左右的行驶马达24a、24b、动臂液压缸24c、斗杆液压缸24d、铲斗液压缸24e、铲板液压缸24h、摆动柱液压缸24g及未图示的旋转马达。
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，这些主滑阀基于从操作装置25a～25h输出的液压信号(操作先导压)而被进行切换操作。
在发电电动系统3中，发电/电动机31在发动机11有剩余转矩时，由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蓄积在蓄电池33中。另外，发电/电动机31在蓄电量相对于蓄电池33的容量的比率(以下称为充电率)为发电/电动机31的辅助驱动所需的充电率(例如30％)以上，且需要对液压泵21进行辅助驱动时，经由逆变器32被供给蓄电池33的电能而作为电动机工作。蓄电池控制器34对蓄电池33的蓄电量进行监视，将与该蓄电量相关的充电率等信息(蓄电信息)发送至车身控制器。
在控制系统4中，车身控制器46与门锁止检测装置28、强制充电开关41、减转矩控制电磁阀42、作业机械监视器43电连接。另外，车身控制器46也与逆变器32、蓄电池控制器34、发动机控制刻度盘12及发动机控制器13电连接。车身控制器46输入有发动机控制刻度盘12的指示信号(发动机11的目标转速)、来自发动机控制器13的发动机转速信息(利用发动机转速检测装置15检测到的发动机11的实际转速)、来自门锁止检测装置28的检测信号(门锁止杆26的ON/OFF信号)、蓄电池控制器34的蓄电信息(充电率)及强制充电开关41的操作信号，进行规定的运算处理，向发动机控制器13、门锁止阀29、逆变器32、蓄电池控制器34、减转矩控制电磁阀42和作业机械监视器43输出控制信号。
图3是表示泵调节器27的详细构造的图。在图3中仅示出转矩控制部的结构，关于与操作装置25a～25h的操作量对应而对液压泵21的排油容积可变机构21a的倾斜位置进行控制的部分的结构则省略图示。
在图3中，泵调节器27包括：控制滑阀27a，其与液压泵21的排油容积可变机构21a联动地连结；长度不同的两个弹簧27b、27c，其朝向液压泵21的容量增加方向作用于控制滑阀27a；以及第1及第2受压部27d、27e，其朝向液压泵21的容量减少方向作用于控制滑阀27a。液压泵21的喷出压力经由先导管路27f导入至第1受压部27d。
减转矩控制电磁阀42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位置，使泵调节器27的第2受压部27e与油箱连通。若从车身控制器46输出控制信号，则减转矩控制电磁阀42被切换至ON位置，作为控制压力将先导泵22的喷出压力被导入至第2受压部27e。先导泵22的喷出压力利用先导式溢流阀51而保持为恒定值(例如4Mpa)。
图4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，在图4中，由附图标记TP1及TP2所示的两条直线(实线)构成的弯折线是在减转矩控制电磁阀42位于OFF位置时，利用弹簧27b、27c设定的最大吸收转矩特性。与直线TP1、TP2相切的由附图标记TPLc表示的曲线是液压泵21的最大吸收转矩(限制转矩)。液压泵21的最大吸收转矩TPLc被设定为，与将发动机11的额定转矩Topt与发电/电动机31的最大转矩TMmax相加得到的额定系统转矩Toptc相比仅小规定的富余量。液压泵21的吸收转矩被控制为不超过限制转矩TPLc。在液压泵21的喷出压力达到主溢流阀52的设定压力时，阻止液压泵21的喷出压力继续上升。
若减转矩控制电磁阀42切换至ON位置，则控制压力被导入至第2受压部27e，第2受压部27e的液压力抵抗弹簧27b、27c的施力地作用于控制滑阀27a。由此，基于弹簧27b、27c的最大吸收转矩的设定以仅减小与第2受压部27e的液压力相应的量的方式被调节，最大吸收转矩特性如箭头所示，从由实线的直线TP1、TP2构成的弯折线向由单点划线的直线TP3、TP4构成的弯折线位移(减转矩量ΔTPd1)。其结果为，液压泵21的最大吸收转矩(泵喷出压力与最大容量的乘积)从直线TP1、TP2的最大吸收转矩TPLc向与直线TP3、TP4相切的曲线TPLd减小(减转矩量ΔT)，强制使发动机11产生剩余转矩。在本申请说明书中，将该控制称为减转矩控制。
～门锁止杆26～
在液压挖掘机舱室108内设置驾驶席108a，在驾驶席108a的左前侧部(舱室108的入口侧)设有门锁止杆26。门锁止杆26能够选择性地操作至使驾驶席108a的入口打开的上提位置(锁止位置)D和驾驶席108a受限制的下降位置(锁止解除位置)E。门锁止杆26位于上提位置(锁止位置)D时，门锁止检测装置28的输出信号为OFF，车身控制器46解除门锁止阀29的励磁，将门锁止阀29切换至图示的位置。此时，先导泵22与内置在各个操作装置25a～25h内的远程控制阀间的连通被阻断，无法基于操作装置25a～25h产生操作先导压，因此无法进行控制阀23的操作，执行机构24a～24h无法动作。若门锁止杆26被向下操作至下降位置(锁止解除位置)E，则门锁止检测装置28输出ON信号，车身控制器46使门锁止阀29励磁，将门锁止阀29从图示的位置切换。此时，先导泵22的压力被导入内置于各个操作装置25a～25h的远程控制阀，能够基于操作装置25a～25h产生操作先导压，能够进行控制阀23的操作，执行机构24a～24h能够动作。
～车身控制器46的充电控制～
下面使用图5～图9说明车身控制器46的充电控制。
图5是表示车身控制器46的充电控制功能的框图。车身控制器包括输出辅助控制/充电控制部46a(第1控制装置)和强制充电控制部46b(第2控制装置)。输出辅助控制/充电控制部46a具有应急充电控制的功能，通过该应急充电控制，能够一边继续进行一定程度的作业，一边应急地进行蓄电池的充电控制。强制充电控制部46b是在按照操作者的意志中止或结束作业而专注于蓄电池的充电控制的部件。
图6是表示输出辅助控制/充电控制部46a(第1控制装置)的控制功能的流程图。
首先，输出辅助控制/充电控制部46a判定从蓄电池控制器34的蓄电信息获取的蓄电池33的充电率是否小于预先设定的极限充电率(SOC)(步骤S90)。极限充电率是难以继续进行基于发电/电动机31的辅助驱动的作业的极低充电率，例如为30％。在步骤90中判定为否(蓄电池充电率阈值≥30％)的情况下，判定蓄电池充电率是否小于能够继续作业的第1阈值(步骤S100)。作为能够继续作业的第1阈值，是蓄电池的充电量能够继续进行基于发电/电动机31的辅助驱动的作业但优选通过蓄电池充电控制进行充电的充电率，是比在步骤S90的判定中使用的极限充电率(例如30％)高的充电率(例如50％)。在步骤S100中判定为是(蓄电池充电率＜50％)的情况下，判定从发动机控制器13的发动机转速信息获取的当前的发动机转速(实际转速)是否比最大马力转速NRx小(步骤S110)。在此，在发动机控制刻度盘12指示的目标转速为最大NTmax时，最大马力转速为额定转速NRmax。
在步骤S110中判定为是(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)，返回至步骤S90，重复执行自步骤S90起的处理。通过在步骤S140A中进行的输出辅助控制，发动机转速上升，恢复至最大马力转速NRx，并维持为最大马力转速NRx。另外，混合动力驱动系统的输出转矩增加直至达到额定转矩Toptc(参照图4)，系统输出马力也增加。作为使发电/电动机31作为电动机工作的控制方法，例如也可以求出从最大马力转速减去发动机转速(实际转速)得到的转速偏差ΔNd，以驱动转矩随着该转速偏差ΔNd增大而增加的方式对发电/电动机31进行控制。
在步骤S110中判定为否(发动机转速≥最大马力转速NRx)的情况是发动机11的负载转矩(液压泵21的吸收转矩)比发动机11的额定转矩Topt小且发动机11存在余裕的情况，在该情况下，利用发动机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的输出转矩增加直至达到额定转矩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。此外，利用发动机11的剩余转矩驱动发电/电动机31，将由发电/电动机31发电的电力经由逆变器32蓄积在蓄电池33中。作为使发电/电动机31作为发电机工作的控制方法，例如可以求出从发动机转速(实际转速)中减去最大马力转速得到的转速偏差ΔNc，以使发电转矩随着该转速偏差ΔNc增大而增加的方式对发电/电动机31进行控制。
接着步骤S130，判定蓄电池充电率是否大于能够继续作业的第2阈值(步骤S150)。能够继续作业的第2阈值是不需要进行蓄电池充电的充电率，是比第1阈值高的充电率(例如70％)。在步骤S150中判定为是(蓄电池充电率＞70％)的情况下，结束处理。另一方面，在步骤S150中判定为否(蓄电池充电率≤70％)的情况下，返回至步骤S100，重复执行自步骤S100起的处理。
在步骤S100中判定为否(蓄电池充电率≤50％)的情况，是被视为不需要进行蓄电池33充电的情况，在该情况下，与步骤S110同样地，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中判定为是(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)，返回至步骤S100，重复执行自步骤S100起的处理。由此，发动机转速维持为最大马力转速NRx，且系统输出转矩增加至额定转矩Toptc(参照图4)，系统输出马力也增加。另一方面，在步骤S160中判定为否(发动机转速阈值最大马力转速NRx)的情况下，结束处理。
在步骤S90中，若蓄电池33的充电率为预先设定的极限充电率(例如30％)以下，则转入步骤200。在步骤200中，基于门锁止检测装置28的输出信号判定门锁止杆26是否被操作至锁止位置D(步骤S200)。若判定为门锁止杆26被操作至锁止位置D，则转入步骤S210。
步骤S210以后是应急充电控制的处理步骤，在进行了发动机转速降低控制(步骤S210)和泵减转矩控制(步骤S220)之后，进行蓄电池33的充电控制(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。图8是表示发动机转速降低控制时的发动机转速和发动机输出转矩的变化的图。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，取代由发动机控制刻度盘12指示的目标转速NTx(在图示的例子中为最大转速)，将该目标转速NTc输出至发动机控制器13。发动机控制器13基于该目标转速NTc计算燃料喷射量，对电子调节器14进行控制。由此，发动机11的最大马力转速时的输出转矩从额定转矩点TE1的Topt增加为点TE2的Topt1。
在步骤S220的泵减转矩控制中，车身控制器46向减转矩控制电磁阀42输出控制信号，进行使液压泵21的最大吸收转矩从TPLc减小为TPLd的控制(图4)。
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转矩控制强制产生的发动机11的剩余转矩，使发电/电动机31作为发电机工作，能够一边继续进行一定程度的作业一边进行蓄电池33的应急充电。
接着步骤S240，判定蓄电池33的充电率是否大于预先设定的能够继续作业的第3阈值(步骤S250)。在此，能够继续作业的第3阈值是表示未处于蓄电池33的充电量严重不足状态这一情况的充电率，是比在步骤S90的判定中使用的极限充电率(例如30％)高的充电率(例如40％)。在步骤S250中判定为否(蓄电池充电率≤第3阈值(40％))的情况下，在蓄电池充电率达到能够继续作业的第3阈值以上之前，重复执行步骤S210～S240的处理。
在步骤S250中判定为是(蓄电池充电率＞第3阈值(40％))的情况下转入步骤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)。
另一方面，在步骤S200中，若门锁止杆26被操作至锁止解除位置E，门锁止检测装置28输出ON信号，则解除应急充电控制(步骤S205)。
如上所述，输出辅助控制/充电控制部46a(第1控制装置)通过将来自蓄电池(蓄电装置)33的电力供给至发电/电动机31，从而使发电/电动机31作为电动机工作而进行输出辅助，利用发动机11旋转驱动发电/电动机31，使发电/电动机31作为发电机工作，对蓄电池33进行充电。另外，输出辅助控制/充电控制部46a(第1控制装置)包含进行应急充电控制的功能，在应急充电控制中，在蓄电池33的充电率低于极限充电率的情况下，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的最大吸收转矩减小的减转矩控制，通过该发动机转速降低控制减转矩控制，使用发动机11产生的剩余转矩使发电/电动机31作为发电机工作，对蓄电池33进行充电。另外，在门锁止杆26被操作至锁止位置D时，解除应急充电控制。
图7A及图7B是表示强制充电控制部46b(第2控制装置)的控制功能的流程图。强制充电控制部46b由图7A所示的标识设定控制和图7B所示的强制充电控制的组合构成。
首先，强制充电控制部46b如图7A所示，判定从蓄电池控制器34的蓄电信息获取的蓄电池33的充电率是否小于预先设定的极限充电率(SOC)(步骤S300)。极限充电率与在图6所示的应急充电控制的步骤S90的判定中使用的极限充电率相同，是指难以继续进行基于发电/电动机31的辅助驱动的作业的极低充电率(例如30％)。在步骤S300中判定为是(蓄电池充电率＜30％)的情况下，为了使操作者知晓蓄电池33的充电率显著降低这一情况，使作业机械监视器43点亮需要强制充电灯(步骤S310)。此时，也可以相配合地在作业机械监视器43上显示强制充电的操作步骤。或者，可以在作业机械监视器43上设置扬声器，发出需要强制充电的报警音，也可以语音通知这一情况。另外，在步骤S310中点亮的需要强制充电灯在经过规定时间后熄灭。在步骤S300中判定为否(蓄电池充电率阈值≥30％)的情况下，重复执行步骤S300的判定。
然后，强制充电控制部46b基于门锁止检测装置28的输出信号，依次判定门锁止杆26是否被操作至锁止位置D(步骤S320)、发动机控制刻度盘12所指示的目标转速是否是低怠速转速(步骤S330)、发电/电动机31的转速是否是发电/电动机31能够作为发电机动作的最低转速(转数)即500min-1以上(步骤S340)，若均判定为是，则将能够强制充电控制标识设定为ON(步骤S350)，将强制充电控制停止标识设定为OFF(步骤S360)。若步骤S320、S330、S340均判定为否，则重复进行步骤S320、S330、S340。另外，如前所述，在图6的步骤S200中，若门锁止杆26被操作至锁止位置D，则解除应急充电控制(图6的步骤S205)。
接下来，强制充电控制部46b基于门锁止检测装置28的输出信号，再次依次判定门锁止杆26是否被操作至锁止位置D(步骤S370)、发动机控制刻度盘12所指示的目标转速是否为低怠速转速(步骤S380)、发电/电动机31的转速(转数)是否为500min-1以上(步骤S390)，若均判定为否，则将强制充电控制停止标识设定为ON(步骤S400)，将能够强制充电控制标识设定为OFF(步骤S410)。若步骤S370、S380、S390均判定为是，重复进行步骤S370、S380、S390的判定。
另外，强制充电控制部46b如图7B所示，依次判定能够强制充电控制标识是否为ON(步骤S500)和强制充电开关41是否打开(步骤S510)，若均判定为是，则将发动机11的目标转速从怠速转速变更为适合于强制充电的转速，例如为耗油率最优范围的低耗油率转速(步骤S515)，开始进行强制充电控制(步骤S520)。若步骤S500、S510均判定为否，则重复步骤S500、S510的判定。
在步骤S520的强制充电控制中，强制充电控制部46b使发电/电动机31作为发电机工作，进行蓄电池33的强制充电。此时，发动机11的目标转速从低怠速转速增加至低耗油率转速，强制充电控制部46b以该增加了的低耗油率转速进行强制充电控制。
图9是将等耗油率曲线叠加在发动机11的转矩线图中的图。图中的N0是低怠速转速，N1是低耗油率转速。另外，Tm是驱动发电/电动机31而进行的强制充电时的发动机11的负载转矩。Z1～Z4示出等耗油率曲线，耗油率自外向内变好，且等耗油率曲线Z1的内侧区域为耗油率最优区域。并且，耗油率是燃料消耗率的简称，是将发动机11单位时间的燃料消耗量(g/h)除以发电/电动机31的发电量(kW)得到的值。
在本实施方式的强制充电控制中，在能够强制充电控制标识为ON而强制充电开关41被按下前，发动机11的目标转速为低怠速转速N0。然后，若能够强制充电控制标识为ON且强制充电开关41被按下，则发动机11的转速上升至低耗油率转速N1，在该状态下开始进行强制充电。此时，发动机11的负载转矩增加至Tm。
在这里，若保持发动机11的目标转速为低怠速转速N0而进行强制充电，则在发动机等耗油率曲线的耗油率较差的点X0充电，变为高耗油率。与此相对，通过使发动机11的目标转速上升至低耗油率转速N1，则能够在发动机等耗油率曲线的最小耗油率附近的点X1进行强制充电，以更低耗油率进行充电。并且，使发动机11的目标转速暂时降低至低怠速转速N0，是为了能够安全且顺利地转入强制充电控制。
接下来，强制充电控制部46b依次判定蓄电池充电率是否比预先设定的适当充电率大(步骤S530)、强制充电控制停止标识是否为ON(步骤S540)，若均判定为否，则重复步骤S530、S540的判定，继续进行强制充电控制。在步骤S530、S514均判定为是，则停止强制充电控制(步骤S550)。在这里，在步骤S530的判定中使用的适当充电率是蓄电池33的充电量不会妨碍连续作业的充电率，是与例如在图6所示的应急充电控制的步骤S150的判定中使用的能够继续作业的第2阈值相同的70％。
如上所述，强制充电控制部46b(第2控制装置)在门锁止杆26被操作至锁止位置D，由发动机控制刻度盘12(发动机转速指示装置)指示低怠速转速、且强制充电开关41被操作了时，使发动机11的目标转速从低怠速转速N0增加至适于强制充电的转速(低耗油率转速N1)，在该状态下，使发电/电动机31作为发电机工作，进行蓄电池33的强制充电。
另外，强制充电控制部46b在蓄电池33的充电量增加至不影响连续作业的预先设定的适当充电率时，停止发电/电动机31作为发电机的工作，结束强制充电控制，使发动机11的目标转速从低耗油率转速N1降低至低怠速转速N0。
另外，在强制充电控制停止标识为ON时，即，在正在进行蓄电池33的强制充电时门锁止杆26被操作至锁止解除位置E时，或者发动机控制刻度盘12被操作而使发动机11的目标转速变更了时，停止发电/电动机31作为发电机的工作，结束强制充电控制，使发动机11的目标转速从低耗油率转速N1降低至低怠速转速N0。
～动作～
将本实施方式的混合动力作业机械的动作分为蓄电池充电率为能够继续作业的第1阈值50％以上的情况、蓄电池充电率低于第1阈值50％的情况、蓄电池充电率低于极限充电率30％的情况进行说明。
<蓄电池充电率为50％以上的情况>
在蓄电池充电率为50％以上的情况下，若发动机11的负载增大且发动机转速降低至最大马力转速NRx以下，则发电/电动机31作为电动机工作(步骤S140B)，发动机转速被控制维持为最大马力转速NRx。由此，系统输出转矩增加达到额定转矩Toptc(参照图4)，即使发动机11小型化也能够进行作为液压挖掘机的通常作业。另外，由于使发动机11小型化，因此能够实现耗油率降低、排气特性改善及噪音降低。
<蓄电池充电率低于50％的情况>
在蓄电池充电率低于50％的情况下，若发动机11的负载增大、发动机转速降低至最大马力转速NRx以下，则与蓄电池充电率为50％以上的情况同样地，发电/电动机31作为电动机工作(步骤S140A)，发动机转速被控制维持为最大马力转速NRx。另外，在发动机11的负载较小、发动机转速为最大马力转速NRx以上的情况下，利用发动机11的剩余转矩使发电/电动机31作为发电机工作，对蓄电池33进行充电。由此，能够一边进行作为液压挖掘机的通常作业，一边对蓄电池33进行充电。
<蓄电池充电率低于30％的情况1(应急充电控制)>
在蓄电池33的充电率低于极限充电率(SOC)30％的情况下，作业机械监视器43点亮需要强制充电灯，使操作者能够知晓这一情况。在该情况下，存在操作者根据作业状况希望继续作业的情况。在该情况下，操作者不选择强制充电控制而选择应急充电控制，保持门锁止杆位于锁止解除位置E。在该应急充电控制中，通过发动机转速降低控制(步骤S210)和泵减转矩控制(步骤S220)强制产生发动机11的剩余转矩，利用该剩余转矩使发电/电动机31作为发电机工作，对蓄电池33进行急速充电。另外，在减转矩控制的作用下，液压泵21的最大吸收转矩虽然减小至图4中的TPLd，但对应于通过发动机转速降低控制而确保的转矩增加量，而能够抑制液压泵21的最大吸收转矩的减小量。因此，能够抑制急速充电中的液压挖掘机作业量的降低。
<蓄电池充电率低于30％的情况2(强制充电控制)>
在蓄电池33的充电率低于极限充电率(SOC)的情况下，存在操作者根据作业状况选择强制充电控制的情况。在该情况下，操作者将门锁止杆操作至锁止位置D，操作发动机控制刻度盘12将目标转速设定为低怠速转速(步骤S330)，进行强制充电开关41的打开操作。由此，应急充电控制被解除(步骤S200)，开始强制充电控制(步骤S500～S520)。另外，此时，暂时使降低至低怠速转速N0的发动机11的目标转速上升至低耗油率转速N1(步骤S215)，在该状态下进行强制充电控制。因此，能够安全可靠地以低耗油率进行充电。
～效果～
如上所述，根据本实施方式，通过输出辅助抑制发动机11的请求转矩，由此，能够实现发动机11的小型化，实现耗油率降低、排气特性改善及噪音降低。
另外，在蓄电池33的充电率降低至极限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，使发动机输出转矩增加至Topt1。由此，与仅进行减转矩控制产生剩余转矩的情况相比，能够抑制基于减转矩控制的液压泵21的最大吸收转矩的减小量，能够在抑制液压泵21的输出降低(液压挖掘机作业量下降)的同时进行蓄电池33的应急充电。由此，在蓄电池33的充电中也能够进行一定程度的作业，抑制机体的工作效率降低。
此外，在上述的应急充电控制中，由于液压泵21的减转矩控制而使得液压泵21的输出转矩被限制、机体性能被限制，因此可能降低作业机械的易用性或操作性。另外，由于是作业机械工作中的充电，因此发动机输出转矩＝液压泵消耗转矩+发电机转矩，基于发电/电动机31的蓄电池33的充电量也被限制。因此，存在无法适当地进行向蓄电池33充电的情况。
在本实施方式中，在上述情况下，通过在作业机械监视器43上点亮需要强制充电灯，从而操作者知晓蓄电池33的充电率低于极限充电率(SOC)这一情况，操作者将门锁止杆操作至锁止位置D，对发动机控制刻度盘12进行操作，将目标转速设定为低怠速转速，将强制充电开关41操作为打开。由此，能够开始进行强制充电控制(步骤S500～S520)，可靠地将蓄电池33充电至适当充电率(70％)。另外，此时，发动机11的目标转暂时降低为低怠速转速N0，然后上升至作为适合于强制充电的转速的低耗油率转速，因此能够安全且顺利地转入强制充电控制，并可靠地对蓄电池33进行充电。此外，若强制充电控制开始，则暂时降低至低怠速转速N0的发动机11的目标转速上升至低耗油率转速N1，因此能够以低耗油率进行充电。
此外，在本实施方式中，通过使门锁止杆26返回至锁止解除位置E或操作发动机控制刻度盘12设定发动机11希望的目标转速，从而强制充电控制停止。因此，操作者可以在任意时刻结束强制充电控制，重新开始作业。
～变形例～
在本实施方式中，车身控制器的输出辅助控制/充电控制部46a包含应急充电控制的功能，在蓄电池33的充电率低于极限充电率(SOC)30％的情况下，选择应急充电控制或强制充电控制中的一方，但也可以是，输出辅助控制/充电控制部46a不具有应急充电控制的功能，而只能进行强制充电控制。
另外，在上述实施方式中，在强制充电控制开始时门锁止杆26被操作至锁止位置D时，要解除应急充电控制，但可以在利用发动机控制刻度盘12指示低怠速转速时解除应急充电控制，也可以在门锁止杆26被操作至锁止位置D且由发动机控制刻度盘12指示了低怠速转速时解除应急充电控制。
另外，在上述实施方式中，在强制充电控制开始时，使暂时降低至低怠速转速N0的发动机11的目标转速上升至低耗油率转速N1，但也可以上升至其他适于强制充电的目标转速。例如，也可以使发动机11的目标转速上升至使得发动机的输出转矩比低耗油率转速N1大的转速例如额定转速，由此，能够在短时间内对蓄电池33进行充电。
另外，在本实施方式中，采用将液压泵21及先导泵22与发电/电动机31经由动力分配器6与发动机11的输出轴连结的构造，但本发明不限于此，也可以是例如与发动机11的输出轴串联连结的构造。
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
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
24a～24h 液压执行机构
25a～25h 操作装置
26 门锁止杆
27 泵调节器
28 门锁止检测装置
29 门锁止阀
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
41 强制充电开关
42 减转矩控制电磁阀
43 作业机械监视器
46 车身控制器
46a 输出辅助控制/充电控制部(第1控制装置)
46b 强制充电控制部(第2控制装置)
101 下部行驶体
102 上部旋转体
103 摆动柱
104 前部作业机
105 履带架
106 挖土用铲板
107 旋转台
108 舱室(驾驶室)
111 动臂
112 斗杆
113 铲斗。

Claims (5)

1.一种混合动力式作业机械，其包括：
发动机；
液压泵，其由该发动机驱动；
由从该液压泵喷出的液压油驱动的多个液压执行机构；
多个操作装置，其设置在驾驶室内，指令所述多个液压执行机构的动作；
发动机转速指示装置，其指示所述发动机的目标转速；
调节器装置，其以根据所述发动机的目标转速而使所述发动机的转速变化、并使所述发动机的输出转矩随着所述发动机的负载转矩增加而增加的方式，来控制所述发动机的燃料喷射量；
发电/电动机，其与所述发动机连结；
蓄电装置，其在与所述发电/电动机之间供给或接受电力；
第1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，
所述混合动力式作业机械的特征在于，包括：
门锁止杆，其设置在所述驾驶室内，被选择性地操作至锁止位置或锁止解除位置，其中，所述锁止位置是无法基于所述多个操作装置使所述多个液压执行机构动作的位置，所述锁止解除位置是能够基于所述多个操作装置使所述多个液压执行机构动作的位置；
强制充电开关；
作业机械监视器，其将所述蓄电装置的充电率低于预先设定的极限充电率这一情况通知给操作者，所述充电率为蓄电量相对于所述蓄电装置的容量的比率；以及
第2控制装置，其在所述门锁止杆被操作至所述锁止位置、由所述发动机转速指示装置指示低怠速转速、且所述强制充电开关被进行了操作时，使所述发动机的目标转速从所述低怠速转速增加至适于强制充电的转速，并在该状态下使所述发电/电动机作为发电机工作，进行所述蓄电装置的强制充电。
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，
所述第2控制装置设定低耗油率转速来作为适于所述强制充电的转速。
3.根据权利要求2所述的混合动力式作业机械，其特征在于，
所述第2控制装置在所述蓄电装置的充电量增加至不影响连续作业的预先设定的适当充电率时，使所述发电/电动机的作为发电机的工作停止，结束所述蓄电装置的强制充电，使所述发动机的目标转速从低耗油率转速降低至所述低怠速转速。
4.根据权利要求2所述的混合动力式作业机械，其特征在于，
所述第2控制装置在正在进行所述强制充电时所述门锁止杆被操作至所述锁止解除位置时、或者所述发动机转速指示装置被操作而使所述发动机的目标转速变更时，使所述发电/电动机的作为发电机的工作停止，结束所述蓄电装置的强制充电，使所述发动机的目标转速从低耗油率转速降低至所述低怠速转速。
5.根据权利要求1所述的混合动力式作业机械，其特征在于，
所述第1控制装置在所述蓄电装置的充电率低于所述极限充电率的情况下，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转矩控制，使用通过该发动机转速降低控制和减转矩控制而在所述发动机产生的剩余转矩使所述发电/电动机作为发电机工作，进行对所述蓄电装置充电的应急充电控制，
所述第1控制装置在所述门锁止杆被操作至所述锁止位置时，或者由所述发动机转速指示装置指示了低怠速转速时，或者进行了以上两方时，解除所述应急充电控制。
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