DE112016000004T5

DE112016000004T5 - Motor-Steuervorrichtung für Hybrid-Arbeitsmaschine, Hybrid-Arbeitsmaschine und Steuerverfahren für Hybrid-Arbeitsmaschine

Info

Publication number: DE112016000004T5
Application number: DE112016000004.9T
Authority: DE
Inventors: Masaru Shizume; Tomotaka Imai
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2016-01-20
Filing date: 2016-01-20
Publication date: 2016-09-15
Also published as: JPWO2016114406A1; US20170203748A1; WO2016114406A1; JP6093904B2; CN105849338A

Abstract

Eine Steuervorrichtung steuert eine Hybrid-Arbeitsmaschine, die eine Arbeitseinheit, einen Verbrennungsmotor, einen Generatormotor und eine Energiespeichervorrichtung aufweist. Der Verbrennungsmotor führt der Arbeitseinheit Antriebsenergie zu. Der Generatormotor ist mit einer Abtriebswelle des Verbrennungsmotors verbunden. Die Energiespeichervorrichtung speichert durch den Generatormotor erzeugte elektrische Energie führt dem Generatormotor elektrische Energie zu. Die Steuervorrichtung, die die Hybrid-Arbeitsmaschine steuert, ist mit einer Bestimmungseinheit, einer Begrenzungshilfseinheit und einer Motorsteuereinheit bereitgestellt. Der Bestimmungseinheit bestimmt, ob eine Situation jeweils eine Ausgabebegrenzung ist, in der eine Ausgabe des Verbrennungsmotors begrenzt ist. Die Begrenzungshilfseinheit begrenzt, während der Ausgabebegrenzung, einen Hilfsbetrieb der Versorgung des Generatormotors mit der in der Energiespeichervorrichtung gespeicherten elektrischen Energie in einem Fall der Erhöhung einer Drehzahl des Verbrennungsmotors auf der Grundlage einer Belastung der Arbeitseinheit während des Betriebs. Die Motorsteuereinheit steuert den Verbrennungsmotor und den Generatormotor in einem Zustand, in dem der Hilfsbetrieb durch die Begrenzungshilfseinheit begrenzt ist.

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für eine Hybrid-Arbeitsmaschine, eine Hybrid-Arbeitsmaschine und ein Steuerverfahren für eine Hybrid-Arbeitsmaschine.
Hintergrund
Eine Arbeitsmaschine weist beispielsweise einen Verbrennungsmotor als Energiequelle auf, die Antriebsenergie zur Fortbewegung oder Antriebsenergie zum Bedienen einer Arbeitseinheit erzeugt. Es gibt neuerdings, wie beispielsweise in Patentliteratur 1 beschrieben, eine Hybrid-Arbeitsmaschine, die durch Kombinieren eines Verbrennungsmotors und eines Generatormotors elektrische Energie durch Antreiben des Generatormotors durch den Verbrennungsmotor erzeugt, während durch den Verbrennungsmotor erzeugte Antriebsenergie als Antriebsenergie für die Arbeitsmaschine verwendet wird. Die Hybrid-Arbeitsmaschine weist ein Energiespeichervorrichtung auf, die beispielsweise durch den Generatormotor erzeugte elektrische Energie speichert. Die vorstehend beschriebene Hybrid-Arbeitsmaschine kann den Generatormotor durch Versorgen des Generatormotors mit der in der Energiespeichervorrichtung gespeicherten elektrischen Energie auf der Grundlage einer Arbeitsanforderung für die Arbeitseinheit, wie ein Hilfsbetrieb zur Erhöhung einer Drehzahl des Verbrennungsmotors, antreiben.
Entgegenhaltungen
Patentliteratur

Patentliteratur 1: Japanische offengelegte Patentanmeldung Nr.

Kurzdarstellung
Technisches Problem
In der oben erwähnten Hybrid-Arbeitsmaschine wird unter einer Bedingung wie bei einem Fall, wobei ein Betrieb in einem Zustand fortgesetzt wird, wobei unbehandeltes Abgas aus einem Verbrennungsmotor oder dergleichen abgegeben wird, eine Kontrolle zur Beschränkung einer Ausgabe des Verbrennungsmotors durchgeführt. In einem Fall, wobei eine Ausgabe aus einem Verbrennungsmotor begrenzt ist, weil es schwierig wird, einen Ausgabe zur Speicherung von Energie in einer Energiespeichervorrichtung zu sichern, besteht die Möglichkeit, dass eine Speicherkapazität der Energiespeichervorrichtung verringert und eine Energieerzeugungsausgabe ungenügend ist.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung hat die Aufgabe der Bereitstellung einer Steuervorrichtung für eine Hybrid-Arbeitsmaschine, einer Hybrid-Arbeitsmaschine und eines Steuerverfahrens für eine Hybrid-Arbeitsmaschine, die eine unzureichende Energieerzeugungsausgabe einer Energiespeichervorrichtung in einem Fall unterbinden kann, wobei ein Ausgabe aus einem Verbrennungsmotor begrenzt ist.
Lösung des Problems
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Steuervorrichtung, die eine Hybrid-Arbeitsmaschine steuert, wobei die Hybrid-Arbeitsmaschine folgendes aufweist: eine Arbeitseinheit; einen Verbrennungsmotor, der der Arbeitseinheit Antriebsenergie zuführt; einen mit einer Abtriebswelle des Verbrennungsmotors verbundenen Generatormotor; und eine Energiespeichervorrichtung, die durch den Generatormotor erzeugte elektrische Energie speichert, oder dem Generatormotor elektrische Energie zuführt, wobei die Steuervorrichtung folgendes aufweist: eine Bestimmungseinheit, die bestimmt, ob eine Situation während einer Ausgabebegrenzung vorliegt, in der eine Ausgabe des Verbrennungsmotors begrenzt ist; eine Hilfssteuerungseinheit, die zum Zeitpunkt der Ausgabebegrenzung einen Hilfsbetrieb der Versorgung des Generatormotors mit der in der Energiespeichervorrichtung gespeicherten elektrischen Energie in einem Fall der Erhöhung einer Ausgabe des Verbrennungsmotors auf der Grundlage einer Arbeitsanforderung an die Arbeitseinheit während des Betriebs begrenzt; und eine Motorsteuereinheit, die den Verbrennungsmotor und den Generatormotor in einem Zustand steuert, in dem der Hilfsbetrieb von der Hilfssteuerungseinheit begrenzt ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung unterbricht in der Steuervorrichtung, die die Hybrid-Arbeitsmaschine gemäß dem ersten Aspekt, steuert, die Hilfssteuerungseinheit den Hilfsbetrieb jeweils bei der Ausgabebegrenzung.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung bestimmt in der Steuervorrichtung, die die Hybrid-Arbeitsmaschine gemäß dem ersten Aspekt oder dem zweiten Aspekt steuert, die Bestimmungseinheit, dass jeweils eine Situation der Ausgabebegrenzung vorliegt, wenn der Verbrennungsmotor und ein Peripheriegerät des Verbrennungsmotors jeweils in einen anormalen Zustand vorliegen, und/oder in einem Fall, bei dem ein Reinigungsvermögen einer Abgasbehandlungsvorrichtung verringert oder möglicherweise verringert ist, wenn die Abgasbehandlungsvorrichtung im Verbrennungsmotor bereitgestellt ist.
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung weisen in der Steuervorrichtung, die die Hybrid-Arbeitsmaschine gemäß dem dritten Aspekt, steuert, die Peripheriegeräte folgendes auf: die Abgasbehandlungsvorrichtung, die Abgas des Verbrennungsmotors behandelt; eine Einspritzvorrichtung, die Kraftstoff in den Verbrennungsmotor injiziert, und eine Kühleinrichtung, die den Verbrennungsmotor kühlt.
Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung ändert sich in der Steuervorrichtung, die die Hybrid-Arbeitsmaschine nach einem des ersten bis vierten Aspekts steuert, jeweils bei der Ausgabebegrenzung die Motorsteuereinheit auf eine passende Drehzahl in einem ausgabebegrenzten Modus durch eine gesteuerte Erhöhung der Drehzahl des Verbrennungsmotors auf der Grundlage einer Arbeitsanforderung an die Arbeitseinheit unter Arbeitsbetrieb.
Gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Hybrid-Arbeitsmaschine folgendes auf: einen Verbrennungsmotor, der eine Abgasbehandlungsvorrichtung aufweist; einen mit einer Abtriebswelle des Verbrennungsmotors gekoppelten Generatormotor; eine Energiespeichervorrichtung, die durch den Generatormotor erzeugte elektrische Energie speichert oder dem Generatormotor elektrische Energie zuführt; und die Steuervorrichtung, die die Hybrid-Arbeitsmaschine nach einem des ersten Aspekts bis vierten Aspekt steuert, wobei die Steuervorrichtung den Verbrennungsmotor, den Generatormotor und das Energiespeichervorrichtung steuert.
Gemäß einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Steuervorrichtung, die die Hybrid-Arbeitsmaschine gemäß dem sechsten Aspekt steuert, weiterhin folgendes auf: einen Fahrzeugkörper, der einen Fahrkörper und einen auf dem Fahrkörper bereitgestellten und relativ zu dem Fahrkörper schwenkbaren Schwenkkörper aufweist; und einen Motor, der so bereitgestellt ist, dass elektrische Energie von dem Generatormotor und/oder der Energiespeichervorrichtung zugeführt wird, wobei der Motor den Schwenkkörper antreibt.
Gemäß einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung, ein Steuerverfahren für eine Hybrid-Arbeitsmaschine, die einen Verbrennungsmotor aufweist, der eine Arbeitseinheit antreibt, und ein Generatormotor, der mit der Verbrennungsmotor verbunden ist und elektrische Energie an/von eine/r Energiespeichervorrichtung überträgt und empfängt, wobei das Steuerverfahren folgendes aufweist: Bestimmen, ob eine Situation während einer Ausgabebegrenzung ist, in der ein Ausgabe des Verbrennungsmotors begrenzt ist; während der Ausgabebegrenzung erfolgen Einschränkung eines Hilfsbetriebs der Versorgung des Generatormotors mit der in der Energiespeichervorrichtung gespeicherten elektrischen Energie in einem Fall der Erhöhung einer Ausgabe des Verbrennungsmotors auf der Grundlage einer Arbeitsanforderung an die Arbeitseinheit während des Betriebs; und Steuern des Verbrennungsmotors und des Generatormotors in einem Zustand, in dem der Hilfsbetrieb begrenzt ist.
Gemäß dem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine ungenügende Energieerzeugungsausgabe der Energiespeichervorrichtung in einem Fall, wobei die Ausgabe des Verbrennungsmotors begrenzt ist, unterdrückt werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Ansicht und erläutert einen Bagger, der eine Arbeitsmaschine gemäß einer Ausführungsform ist.
2 ist ein Schema und erläutert ein Antriebssystem des Baggers gemäß der Ausführungsform.
3 ist ein Schema und erläutert eine Abgasbehandlungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform.
4 ist ein Diagramm und erläutert ein Beispiel für ein Drehmoment-Diagramm, das für die Steuerung eines Motors gemäß der Ausführungsform verwendet wird.
5 ist ein Diagramm und erläutert eine beispielhafte Konfiguration einer Hybridsteuerung.
6 ist eine Tabelle und erläutert die Beziehung zwischen der Restmenge eines Reduktionsmittels und eines ausgabebegrenzten Modus eines Verbrennungsmotors.
7 ist ein Diagramm und erläutert ein Beispiel eines Steuerblocks einer Bestimmungseinheit.
8 ist ein Diagramm und erläutert ein Beispiel eines Steuerblocks einer Motorsteuereinheit.
9 ist ein Diagramm und erläutert ein Beispiel des Steuerblocks der Motorsteuereinheit.
10 ist ein Diagramm und erläutert ein Beispiel eines Steuerblocks einer Hilfssteuereinheit.
11 ist ein Ablaufdiagramm und erläutert ein Beispiel eines Steuerverfahrens für eine Hybrid-Arbeitsmaschine gemäß der Ausführungsform.
12 ist ein Diagramm und erläutert ein Vergleichsbeispiel eines Drehmoment-Diagramms im ausgabebegrenzten Modus.
13 ist ein Diagramm und erläutert ein Beispiel des Drehmoment-Diagramms im ausgabebegrenzten Modus.
14 ist ein Diagramm und erläutert ein Beispiel des Drehmoment-Diagramms im ausgabebegrenzten Modus.
Beschreibung von Ausführungsformen
Eine Art und Weise der Umsetzung
(Ausführungsform) der vorliegenden Erfindung wird in Einzelnen mit Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
<Gesamtkonfiguration der Arbeitsmaschine>
1 ist eine perspektivische Ansicht und erläutert einen Bagger 1 als eine Arbeitsmaschine gemäß einer Ausführungsform. Der Bagger 1 weist einen Fahrzeugkörper 2 und eine Arbeitseinheit 3 auf. Der Fahrzeugkörper 2 weist einen unteren Fahrkörper 4 und einen oberen Schwenkkörper 5 auf. Der untere Fahrkörper 4 weist ein Paar von Fortbewegungsvorrichtungen 4a, 4a auf. Die Fortbewegungsvorrichtungen 4a, 4a weisen jeweils Gleisketten 4b, 4b auf. Die Fortbewegungsvorrichtungen 4a, 4a weisen jeweils Fortbewegungsmotoren 21 auf. Die in 2 erläuterten Fortbewegungsmotoren 21 treiben die Gleiskette 4b auf der linken Seite an. Der Bagger 1, obwohl nicht in 1 erläutert, weist Fortbewegungsmotoren auf, die die Gleiskette 4b auf der rechten Seite antreiben. Die Fortbewegungsmotoren, die die Gleiskette 4b auf der linken Seite antreiben, werden als linke Fortbewegungsmotoren bezeichnet, und die Fortbewegungsmotoren, die die Gleiskette 4b auf der rechten Seite antreiben, werden als rechte Fortbewegungsmotoren bezeichnet. Die rechten Fortbewegungsmotoren und die linken Fortbewegungsmotoren bewirken, dass sich der Bagger 1 fortbewegt bzw. durch den Antrieb der Gleisketten 4b, 4b ausschwenkt.
Der obere Schwenkkörper 5, der ein Beispiel eines Schwenkkörpers ist, ist schwenkbar auf dem unteren Fahrkörper 4 bereitgestellt. Der Bagger 1 wird durch einen Schwenkmotor zum Schwenken des oberen Schwenkkörpers 5 verschwenkt. Der Schwenkmotor kann ein Elektromotor, der elektrische Energie in Rotationsenergie umwandelt, ein hydraulischer Motor, der den Druck des Arbeitsöls (hydraulischer Druck) in Rotationsenergie umwandelt, oder eine Kombination des hydraulischen Motors und des Elektromotors sein. In dieser Ausführungsform ist der Schwenkmotor der Elektromotor.
Der oberen Schwenkkörper 5 weist einen Bedienerraum 6 auf. Zusätzlich weist der obere Schwenkkörper 5 einen Kraftstofftank 7, einen Arbeitsöltank 8, einen Motorraum 9 und ein Gegengewicht 10 auf. Der Kraftstofftank 7 lagert den Kraftstoff zum Antreiben des Motors. Der Arbeitsöltank 8 lagert das Arbeitsöl, das von einer hydraulischen Pumpe an hydraulische Zylinder, wie ein Auslegerzylinder 14, ein Armzylinder 15 und ein Löffelzylinder 16, und hydraulische Gerätschaften, wie die Fortbewegungsmotoren 21, abgegeben wird. Der Motorraum 9 beherbergt einen Motor, der als Stromquelle für den Bagger dient, und Gerätschaften wie die hydraulische Pumpe, die der Hydraulikanlage das Arbeitsöl zuführt. Das Gegengewicht 10 ist hinter dem Motorraum 9 angeordnet. Ein Handlauf 5T ist über dem oberen Schwenkkörper 5 bereitgestellt.
Die Arbeitseinheit 3 ist in einer mittleren Position eines vorderen Teils des oberen Schwenkkörpers 5 angebracht. Die Arbeitseinheit 3 weist einen Ausleger 11, einen Arm 12, einen Löffel 43, den Auslegerzylinder 14, den Armzylinder 15 und den Löffelzylinder 16 auf. Ein Basis-Endabschnitt des Auslegers 11 ist mit dem oberen Schwenkkörper 5 mit einem Bolzen gekoppelt. Mit der vorstehend beschriebenen Struktur arbeitet der Ausleger 11 demnach bezüglich des oberen Schwenkkörpers 5.
Der Ausleger 11 ist mit dem Arm 12 mit einem Bolzen gekoppelt. Genauer ist ein Endabschnitt der Spitze des Auslegers 11 mit einem Basis-Endabschnitt des Arms 12 mit einem Bolzen gekoppelt. Ein Endabschnitt der Spitze des Arms 12 ist mit dem Löffel 13 mit einem Bolzen gekoppelt. Mit der vorstehend beschriebenen Struktur arbeitet demnach der Arm 12 bezüglich des Auslegers 11. Zusätzlich arbeitet der Löffel 13 bezüglich des Arms 12.
Der Auslegerzylinder 14, der Armzylinder 15 und der Löffelzylinder 16 sind die hydraulischen Zylinder, die durch das aus der hydraulischen Pumpe abgegebene Arbeitsöl angetrieben werden. Der Auslegerzylinder 14 bedient den Ausleger 11. Der Armzylinder 15 bedient den Arm 12. Der Löffelzylinder 16 bedient den Löffel 13.
<Antriebssystem 1PS von Bagger 1>
2 ist ein Schema und erläutert ein Antriebssystem des Baggers 1 gemäß der Ausführungsform. In der Ausführungsform ist der Bagger 1 eine Hybrid-Arbeitsmaschine, in der ein Verbrennungsmotor 17, ein Generatormotor 19, eine Energiespeichervorrichtung 22 und ein Motor kombiniert sind. Der Generatormotor 19 wird durch den Verbrennungsmotor 17 angetrieben und erzeugt somit elektrische Energie. Die Energiespeichervorrichtung 22 speichert die elektrische Energie. Der Motor wird durch die durch den Generatormotor erzeugte elektrische Energie 19, die ihm zugeführt wird, oder die aus der Energiespeichervorrichtung 22 abgegebene elektrische Energie, die ihm zugeführt wird, angetrieben. Genauer, schwenkt der Bagger 1 den oberen Schwenkkörper 5 durch einen Motor 24 (hierin im Folgenden entsprechend als Schwenkmotor 24 bezeichnet).
Der Bagger 1 weist den Verbrennungsmotor 17, eine Hydraulikpumpe 18, den Generatormotor 19 und den Schwenkmotor 24 auf. Den Verbrennungsmotor 17 ist eine Stromquelle für den Bagger 1. In der Ausführungsform ist der Verbrennungsmotor 17 ein Dieselmotor. Der Generatormotor 19 ist mit einer Abtriebswelle 17S des Verbrennungsmotors 17 gekoppelt. Mit der vorstehend beschriebenen Struktur wird der Generatormotor 19 durch den Verbrennungsmotor 17 entsprechend angetrieben und erzeugt somit die elektrische Energie. Zusätzlich wird, wenn die durch den Verbrennungsmotor 17 erzeugte Antriebsenergie nicht ausreicht, der Generatormotor 19 durch die elektrische Energie angetrieben, die aus der Energiespeichervorrichtung 22 zugeführt wird, und unterstützt den Verbrennungsmotor 17.
In der Ausführungsform ist der Verbrennungsmotor 17 ein Dieselmotor; allerdings ist der Motor nicht auf diesen beschränkt. Der Generatormotor 19 ist beispielsweise ein geschalteter Reluktanz(SR)-Motor; jedoch ist der Motor nicht auf diesen beschränkt. In der Ausführungsform weist der Generatormotor 19 eine Struktur auf, in der ein Rotor 19R direkt mit der Abtriebswelle 17S des Verbrennungsmotors 17 gekoppelt ist; jedoch ist die Struktur nicht auf diese begrenzt. Zum Beispiel können in dem Generatormotor 19 der Rotor 19R und die Abtriebswelle 17S des Verbrennungsmotors 17 über eine Zapfwelle (PTO) verbunden sein. Der Rotor 19R des Generatormotors 19 kann mit einer Getriebeeinrichtung gekoppelt sein, wie ein mit der Abtriebswelle 17S des Verbrennungsmotors 17 gekoppelter Drehzahlminderer, und kann durch den Verbrennungsmotor 17 angetrieben werden. In der Ausführungsform dient eine Kombination von Verbrennungsmotor 17 und Generatormotor 19 als Energiequelle für den Bagger 1. Die Kombination des Verbrennungsmotors 17 und des Generatormotors 19 wird entsprechend als Motor 36 bezeichnet. Der Motor 36 ist ein Hybridmotor, in dem der Verbrennungsmotor 17 und der Generatormotor 19 kombiniert sind und der Antriebsenergie erzeugt, die für den Bagger 1, der eine Arbeitsmaschine ist, erforderlich ist.
Der Verbrennungsmotor 17 weist, als Peripheriegeräte, eine Abgasbehandlungsvorrichtung 40, eine Einspritzvorrichtung 45 und eine Kühleinrichtung 46 auf. Die Abgasbehandlungsvorrichtung 40 behandelt Abgas oder dergleichen. Die Einspritzvorrichtung 45 injiziert Kraftstoff. Die Kühleinrichtung 46 zirkuliert Kühlwasser, das den Verbrennungsmotor 17 kühlt. Die Abgasbehandlungsvorrichtung 40 wird später beschrieben.
Die Einspritzvorrichtung 45 ist eine Common-Rail-Typ-Anlage, die beispielsweise eine Druckspeicherkammer und einen Injektor aufweist. Die Einspritzvorrichtung 45 wird durch eine Motorsteuerung 30 gesteuert. Speziell injiziert die Motorsteuerung 30 aus dem Injektor eine entsprechende Menge an Kraftstoff, je nach Betriebsbedingungen, wie Drehzahl und Belastung des Verbrennungsmotors 17. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Einspritzvorrichtung 45 nicht auf den Common-Rail-Typ beschränkt. Die Kühleinrichtung 46 weist eine Antriebsquelle (nicht erläutert) auf, wie eine Pumpe, die das Kühlwasser antreibt. Die Kühleinrichtung 46 weist einen Temperatursensor (nicht erläutert) auf, der die Temperatur des Kühlwassers nachweist und die nachgewiesene Temperatur an die Motorsteuerung 30 ausgibt.
Die hydraulische Pumpe 18 führt der Hydraulikanlage Arbeitsöl zu. In der vorliegenden Ausführungsform wird eine variable hydraulische Verdrängerpumpe, wie eine hydraulische Taumelscheibenpumpe, als hydraulische Pumpe 18 verwendet. Eine Eingabeeinheit 18I der hydraulischen Pumpe 18 ist mit einer Kraftübertragungswelle 19S gekoppelt, die mit dem Rotor des Generatormotors 19 gekoppelt ist. Mit der vorstehend beschriebenen Struktur wird die hydraulische Pumpe 18 durch den Verbrennungsmotor 17 entsprechend angetrieben.
Das Antriebssystem 1PS weist die Energiespeichervorrichtung 22 und eine Schwenkmotor-Steuervorrichtung 24I als elektrische Antriebssysteme zum Antreiben des Schwenkmotors 24 auf. In der Ausführungsform ist die Energiespeichervorrichtung 22 ein Kondensator und spezieller ein elektrischer Doppelschichtkondensator; jedoch ist die Energiespeichervorrichtung nicht auf diesen geschränkt. Zum Beispiel kann die Energiespeichervorrichtung 22 eine Sekundärbatterie sein, wie eine Nickelhydridbatterie, eine Lithiumionenbatterie und eine Bleispeicherbatterie. Die Schwenkmotor-Steuervorrichtung 24I ist beispielsweise ein Wandler. Ein Zielspannungswert der in der Energiespeichervorrichtung 22 gespeicherten elektrischen Energie wird so gesteuert, dass er beispielsweise ein konstanter Wert ist, wenn der Bagger 1 arbeitet.
Die durch den Generatormotor erzeugte elektrische Energie 19 oder die aus der Energiespeichervorrichtung 22 abgegebene elektrische Energie wird dem Schwenkmotor 24 über ein Stromkabel zugeführt und schwenkt den oberen Schwenkkörper 5, der in 1 erläutert ist. Mit anderen Worten, schwenkt der Schwenkmotor 24 den oberen Schwenkkörper 5 durch laufenden Strombetrieb unter Verwendung der aus dem Generatormotor 19 zugeführten (von ihm erzeugten) elektrischen Energie oder der aus der Energiespeichervorrichtung 22 zugeführten (abgegebenen) elektrischen Energie. Der Schwenkmotor 24 führt (lädt) die elektrische Energie der Energiespeichervorrichtung 22 durch Durchführung eines regenerativen Betriebs zu, wenn die Geschwindigkeit des oberen Schwenkkörpers 5 verringert ist. Der Generatormotor 19 führt (lädt) der Energiespeichervorrichtung 22 die von ihm selbst erzeugte elektrische Energie zu. D.h., die Energiespeichervorrichtung 22 kann auch die durch den Generatormotor erzeugte elektrische Energie 19 speichern.
Der Generatormotor 19 wird durch den Verbrennungsmotor 17 angetrieben und erzeugt somit elektrische Energie. Zusätzlich wird der Generatormotor 19 durch die aus der Energiespeichervorrichtung 22 zugeführte elektrischen Energie angetrieben und treibt dadurch den Verbrennungsmotor 17 an. Ein Hybridregler 23 steuert den Generatormotor 19 über eine Generatormotor-Steuervorrichtung 19I. Mit anderen Worten erzeugt die Hybridsteuerung 23 ein Steuersignal zum Antreiben des Generatormotors 19 und stellt der Generatormotor-Steuervorrichtung 19I das Steuersignal bereit. Die Generatormotor-Steuervorrichtung 19I erzeugt auf der Grundlage des Steuersignals elektrische Energie in Generatormotor 19 (Regeneration) und Antriebsenergie in Generatormotor 19 (laufender Strom). Die Generatormotor-Steuervorrichtung 19I ist beispielsweise ein Wandler.
Ein Drehzahlsensor 25m ist in Generatormotor 19 bereitgestellt. Der Drehzahlsensor 25m weist eine Drehzahl des Generatormotors 19, d.h. eine Rotationsfrequenz pro Zeiteinheit des Rotor 19R nach. Der Drehzahlsensor 25m wandelt die nachgewiesene Drehzahl in ein elektrisches Signal um und gibt das elektrische Signal an die Hybridsteuerung 23 aus. Die Hybridsteuerung 23 erfasst die durch den Drehzahlsensor 25m nachgewiesene Drehzahl des Generatormotors 19 und verwendet eine solche Drehzahl zum Steuern von Betriebszuständen des Generatormotors 19 und des Verbrennungsmotors 17. Zum Beispiel wird ein Drehzahlmelder oder ein Drehzahldecoder als Drehzahlsensor 25m verwendet. In der Ausführungsform wird die PTO oder dergleichen zwischenliegend zwischen dem Generatormotor 19 und dem Verbrennungsmotor 17 angeordnet. Daher haben die Drehzahl des Generatormotors 19 und die Drehzahl des Verbrennungsmotors 17 ein bestimmtes Verhältnis, je nach Übersetzungsverhältnis der PTO oder dergleichen. In der Ausführungsform kann der Drehzahlsensor 25m die Rotationsfrequenz des Rotors 19R des Generatormotors 19 nachweisen. Zusätzlich kann die Hybridsteuerung 23 die Rotationsfrequenz in eine Drehzahl umwandeln. In der Ausführungsform kann die Drehzahl des Generatormotors 19 durch einen Wert ersetzt werden, der durch einen Drehzahlnachweissensor 17n des Verbrennungsmotors 17 nachgewiesen wird. Der Generatormotor 19 und der Verbrennungsmotor 17 können direkt ohne Beteiligung der PTO oder dergleichen gekoppelt sein.
Der Drehzahlsensor 25m ist im Schwenkmotor 24 bereitgestellt. Der Drehzahlsensor 25m weist eine Drehzahl des Schwenkmotors 24 nach. Der Drehzahlsensor 25m wandelt die nachgewiesene Drehzahl in ein elektrisches Signal um und gibt das elektrische Signal an die Hybridsteuerung 23 aus. Zum Beispiel wird ein eingebetteter synchroner Magnetmotor als Schwenkmotor 24 verwendet. Zum Beispiel wird ein Drehzahlmelder oder ein Drehzahldecoder als Drehzahlsensor 25m verwendet.
Die Hybridsteuerung 23 erfasst Signale von nachgewiesenen Werten aus den Temperatursensoren, wie Thermistoren oder Thermoelemente, die im Generatormotor 19, Schwenkmotor 24, in Energiespeichervorrichtung 22, einem Verstärker 22c, der Schwenkmotor-Steuervorrichtung 24I und der Generatormotor-Steuervorrichtung 19I, die später beschrieben werden, bereitgestellt sind. Auf der Grundlage der erfassten Temperatur steuert die Hybridsteuerung 23, während jeweils die Temperatur der Geräte, wie Energiespeichervorrichtung 22, bewerkstelligt wird, das Laden/Entladen der elektrischen Energie in die Energiespeichervorrichtung 22, die Energieerzeugung durch den Generatormotor 19, die Unterstützung des Verbrennungsmotors 17 und den laufenden Strombetrieb und die Regeneration des Schwenkmotors 24. Zusätzlich führt die Hybridsteuerung 23 ein Steuerverfahren gemäß der Ausführungsform aus.
Das Antriebssystem 1PS weist Bedienhebel 26R, 26L auf. Die Bedienhebel 26R, 26L sind an Positionen entsprechend der linken und rechten Seites der Bedienperson-Sitzposition im Bedienerraum 6 bereitgestellt, der im Fahrzeugkörper 2 bereitgestellt ist, der in 1 erläutert ist. Die Bedienhebel 26R, 26L sind Vorrichtungen, mit denen die Arbeitseinheit 3 bedient und die Fortbewegung des Baggers 1 bewerkstelligt wird. Die Bedienhebel 26R, 26L bedienen die Arbeitseinheit 3 und den oberen Schwenkkörper 5 gemäß der jeweiligen Arbeitsgänge.
Ein hydraulischer Pilotdruck wird auf der Grundlage des Bedienbetrags der Bedienhebel 26R, 26L erzeugt. Der hydraulische Pilotdruck wird einem später beschriebenen Steuerventil zugeführt. Das Steuerventil stellt die Durchflussrate des der Arbeitseinheit 3 zugeführten Arbeitsöls in Abhängigkeit von dem hydraulischen Pilotdruck ein, und führt dem Auslegerzylinder 14, dem Armzylinder 15 und dem Löffelzylinder 16 das Arbeitsöl zu. Demgemäß werden beispielsweise der Senk/Hebe-Betrieb des Ausleger 11 als Reaktion auf die Bedienung des Bedienhebels 26R in der Richtung von vorne nach hinten und das Graben/Auskippen des Löffels 13 als Reaktion auf die Bedienung des Bedienhebels 26R in der Richtung von links nach rechts durchgeführt. Weiterhin wird beispielsweise der Grab/Auskipp-Betrieb des Arms 12 durch die Bedienung des Bedienhebels 26L in der Richtung von vorne nach hinten durchgeführt. Die Bedienbeträge des Bedienhebels 26R, 26L werden durch eine Hebelbedienbetrag-Nachweiseinheit 27 in elektrische Signale umgewandelt. Der Hebelbedienbetrag-Nachweiseinheit 27 ist mit Drucksensoren 27S bereitgestellt. Die Drucksensoren 27S weisen den durch das Bedienen der Bedienhebel 26L, 26R erzeugten hydraulischen Pilotdruck nach. Die Drucksensoren 27S geben die Spannung entsprechend dem nachgewiesenen hydraulischen Pilotdruck aus. Die Hebelbedienbetrag-Nachweiseinheit 27 bestimmt den Hebel-Bedienbetrag durch Umwandeln der Spannungsausgabe aus den Drucksensoren 27S in den Bedienbetrag.
Die Hebelbedienbetrag-Nachweiseinheit 27 gibt den Hebel-Bedienbetrag als elektrisches Signal an eine Pumpensteuerung 33 und/oder die Hybridsteuerung 23 aus. Falls die Bedienhebel 26L, 26R elektrische Hebel sind, ist die Hebelbedienbetrag-Nachweiseinheit 27 mit einer elektrischen Detektiereinheit wie einem Potentiometer bereitgestellt. Die Hebelbedienbetrag-Nachweiseinheit 27 bestimmt den Hebel-Bedienbetrag durch, gemäß Hebel-Bedienbetrag, Umwandeln der durch die elektrische Detektiereinheit erzeugten Spannung in den Hebel-Bedienbetrag. Demgemäß wird beispielsweise der Schwenkmotor 24 in Schwenkrichtung von links nach rechts jeweils durch die Bedienung des Bedienhebels 26L von links nach rechts angetrieben. Zusätzlich wird der Fortbewegungsmotor 21 durch die linken und rechten Fahrhebel (nicht erläutert) angetrieben.
Ein Kraftstoffeinstellscheibe 28 ist im Bedienerraum 6, der in 1 erläutert ist, bereitgestellt. Hierin im Folgenden ist die Kraftstoffeinstellscheibe 28 entsprechend als Drosselscheibe 28 bezeichnet. Die Drosselscheibe 28 stellt die Menge an Kraftstoff ein, die dem Verbrennungsmotor 17 zugeführt wird. Ein Sollwert (auch als Führungsgröße bezeichnet) der Drosselscheibe 28 wird in ein elektrisches Signal umgewandelt und an eine Steuervorrichtung 30 des Verbrennungsmotors (hierin im Folgenden entsprechend als Motorsteuerung 30 bezeichnet) ausgegeben. Eine Rotationsfrequenz des Verbrennungsmotors 17 wird durch die Drosselscheibe 28 eingestellt.
Die Motorsteuerung 30 erfasst ausgegebene Werte, wie Drehzahl und Wassertemperatur des Verbrennungsmotors 17 aus den Sensoren 17C, die den Zustand des Verbrennungsmotors 17 nachweisen. Dann bestimmt die Motorsteuerung 30 den Zustand des Verbrennungsmotors 17 auf der Grundlage der erfassten, aus den Sensoren 17C ausgegebenen Werte und steuert die Ausgabe des Verbrennungsmotors 17 durch Einstellen der Injektionsmenge des Kraftstoffs bezüglich des Verbrennungsmotors 17. In der Ausführungsform weist die Motorsteuerung 30 einen Computer auf, der einen Prozessor, wie eine CPU, und einen Speicher aufweist.
Die Motorsteuerung 30 erzeugt ein Signal eines Steuerbefehls zur Steuerung des Betriebs des Verbrennungsmotors 17 auf der Grundlage des eingestellten Werts des Drosselwählers 28. Die Motorsteuerung 30 überträgt das erzeugte Steuersignal an eine Common-Rail-Steuereinheit 32. Die Common-Rail-Steuereinheit 32, die das Steuersignal empfangen hat, stellt die Kraftstoffinjektionsmenge bezüglich des Verbrennungsmotors 17 ein. D.h. in der Ausführungsform ist der Verbrennungsmotor 17 ein Dieselmotor, der zur elektronischen Common-Rail-Steuerung in der Lage ist. Die Motorsteuerung 30 kann bewirken, dass der Verbrennungsmotor 17 den Ziel-Ausstoß durch Steuern der Menge des in den Verbrennungsmotor 17 injizierten Kraftstoffs über die Common-Steuereinheit 32 erzeugt. Die Motorsteuerung 30 kann auch ein Drehmoment frei einstellen, das bei einer Drehzahl des Verbrennungsmotors 17 zu einem gegebenen Zeitpunkt ausgegeben werden kann. Die Hybridsteuerung 23 und die Pumpensteuerung 33 empfangen den Sollwert der Drosselscheibe 28 aus der Motorsteuerung 30.
Der Verbrennungsmotor 17 ist mit dem Drehzahlnachweissensor 17n bereitgestellt. Der Drehzahlnachweissensor 17n weist eine Drehzahl der Abtriebswelle 17S des Verbrennungsmotors 17, d.h. eine Rotationsfrequenz pro Zeiteinheit der Abtriebswelle 17S nach. Die Motorsteuerung 30 und die Pumpensteuerung 33 nehmen die durch den Drehzahlnachweissensor 17n nachgewiesene Drehzahl des Verbrennungsmotors 17 auf und verwenden eine solche Drehzahl zum Steuern des Betriebszustands des Verbrennungsmotors 17. In der Ausführungsform kann der Drehzahlnachweissensor 17n die Rotationsfrequenz des Verbrennungsmotors 17 nachweisen. Zusätzlich können die Motorsteuerung 30 und die Pumpensteuerung 33 die Rotationsfrequenz in eine Drehzahl umwandeln. In der Ausführungsform kann die aktuelle Drehzahl des Verbrennungsmotors 17 durch einen durch den Drehzahlsensor 25m des Generatormotors 19 nachgewiesenen Wert ersetzt werden.
Die Pumpensteuerung 33 steuert die Durchflussrate des aus der hydraulischen Pumpe 18 abgegebenen Arbeitsöls. In der Ausführungsform weist die Pumpensteuerung 33 einen Computer auf, der einen Prozessor, wie eine CPU, und einen Speicher aufweist. Die Pumpensteuerung 33 empfängt die aus der Motorsteuerung 30 und der Hebelbedienbetrag-Nachweiseinheit 27 übertragenen Signale. Dann erzeugt die Pumpensteuerung 33 ein Signal eines Steuerbefehls zum Einstellen der Durchflussrate des aus der hydraulischen Pumpe 18 abgegebenen Arbeitsöls. Die Pumpensteuerung 33 ändert die Durchflussrate des aus der hydraulischen Pumpe 18 abgegebenen Arbeitsöls durch Ändern eines Taumelscheibenwinkels der hydraulischen Pumpe 18 unter Verwendung des erzeugten Steuersignals.
Ein Signal aus einem Taumelscheibenwinkelsensor 18a, der den Taumelscheibenwinkel der hydraulischen Pumpe 18 nachweist, wird in die Pumpensteuerung 33 eingegeben. Der Taumelscheibenwinkelsensor 18a weist den Taumelscheibenwinkel nach, und damit kann die Pumpensteuerung 33 eine Pumpenkapazität der hydraulischen Pumpe 18 berechnen. Eine Pumpendruck-Nachweiseinheit 20a zum Nachweisen eines Entlastungsdrucks (hierin im Folgenden entsprechend als Pumpenentlastungsdruck bezeichnet) der hydraulischen Pumpe 18 ist im Inneren eines Steuerventils 20 bereitgestellt. Der nachgewiesene Pumpen-Entlastungsdruck wird in ein elektrisches Signal übergeführt und in die Pumpensteuerung 33 eingegeben.
Die Motorsteuerung 30, die Pumpensteuerung 33 und die Hybridsteuerung 23 sind über ein fahrzeuginternes lokales Netzwerk (LAN) 35, wie ein Controller Area Network (CAN), verbunden. Mit der vorstehend beschriebenen Struktur können demnach die Motorsteuerung 30, die Pumpensteuerung 33 und die Hybridsteuerung 23 untereinander Informationen austauschen.
In der Ausführungsform steuert mindestens die Motorsteuerung 30 den Betriebszustand des Verbrennungsmotors 17. In einem solchen Fall steuert die Motorsteuerung 30 den Betriebszustand des Verbrennungsmotors 17 unter Verwendung der durch die Pumpensteuerung 33 und/oder die Hybridsteuerung 23 erzeugten Informationen. Wie vorstehend beschrieben, arbeitet in der Ausführungsform mindestens eine der Motorsteuerung 30, der Pumpensteuerung 33 und der Hybridsteuerung 23 als Steuervorrichtung für eine Hybrid-Arbeitsmaschine. Mit anderen Worten implementiert mindestens eine der Motorsteuerung 30, der Pumpensteuerung 33 und der Hybridsteuerung 23 ein Steuerverfahren für eine Hybrid-Arbeitsmaschine gemäß der Ausführungsform und steuert den Betriebszustand des Motors 36. Hierin im Folgenden werden in einem Fall, wobei die Motorsteuerung 30, die Pumpensteuerung 33 und die Hybridsteuerung 23 nicht voneinander unterschieden werden, solche Steuerungen als Steuervorrichtungen für eine Hybrid-Arbeitsmaschine bezeichnet. In der Ausführungsform implementiert die Motorsteuerung 30 eine Funktion der Steuervorrichtung für eine Hybrid-Arbeitsmaschine.
Ein Monitor 38 weist eine Anzeigeeinheit 38M und eine Betriebseinheit 38SW auf. Die Anzeigeeinheit 38M zeigt Informationen hinsichtlich des Zustands des Baggers 1 an, wie die Drehzahl des Verbrennungsmotors 17, die Kühlwassertemperatur des Verbrennungsmotors 17, der Druck des aus der hydraulischen Pumpe 18 abgegebenen Arbeitsöls und eine Energie Speicherkapazität der Energiespeichervorrichtung 22. Die Betriebseinheit 38SW ist ein Mechanismus zur Umstellung eines Betriebsmodus des Baggers 1 und zum Anzeigen und Auswählen verschiedener Menüs.
Ein Kraftstoff-Sparmodus, in dem die Rotationsfrequenz des Verbrennungsmotors 17 in einen Leerlauf-Zustand versetzt wird, ist ein Beispiel des Betriebsmodus des Baggers 1. Im Bagger 1 der vorliegenden Ausführungsform ist eine Selbstverzögerungsfunktion eingestellt. Die Selbstverzögerungsfunktion dient der Verbesserung der Kraftstoff-Wirtschaftlichkeit durch Schalten in einen Rotationsverzögerungsmodus, wenn sich in einem Arbeitszustand eine vorbestimmte Bedingung eingestellt hat. Das Einstellen der Selbstverzögerungsfunktion kann durch die Bedienperson des Baggers 1 entsprechend annulliert werden. Der Betriebsmodus des Baggers 1 ist nicht auf das Beispiel in der Ausführungsform beschränkt, und es gibt verschiedene Betriebsweisen, die anders sind als das Beispiel. Anders als die Betriebseinheit 38SW des Monitor 38, kann der Betriebsmodus des Baggers 1 beispielsweise durch einen Betriebsmodus-Umschalter umgestellt werden, der im Inneren des Bedienerraums 6 des Baggers 1, der in 1 erläutert ist, bereitgestellt ist.
<Verbrennungsmotor 17 und Abgasbehandlungsvorrichtung 40>
3 ist ein Diagramm und erläutert ein Beispiel des Verbrennungsmotors 17 und der Abgasbehandlungsvorrichtung 40. Wie in 3 erläutert, ist die Abgasbehandlungsvorrichtung 40 eine Vorrichtung, die aus dem Verbrennungsmotor 17 an einen Auspuff 44 abgegebenes Abgas reinigt. Der Abgasbehandlungsvorrichtung 40 verringert die Menge an Stickoxid (NOx) oder dergleichen, die im Abgas eingeschlossen ist. Die Abgasbehandlungsvorrichtung 40 weist einen Partikelsammelfilter 41, einen Reduktionskatalysator 42, eine Reduktionsmittel-Zufuhreinheit 43 und einen Kraftstoff-Dosierer 45 auf. Der Partikelsammelfilter 41 entfernt Partikel wie Ruß im Abgas des Verbrennungsmotors 17. Der Reduktionskatalysator 42 reduziert NOx im Abgas. Die Reduktionsmittel-Zufuhreinheit 43 führt dem Auspuff 44 ein Reduktionsmittel R zu. Der Kraftstoff-Dosierer 45 führt dem Auspuff 44 Kraftstoff zu.
Der Partikelsammelfilter 41 weist einen Dieseloxidationskatalysator 41a, einen Partikelsubstanzentfernungsfilter 41b, einen Temperatursensor 41c, und einen Differentialdrucksensor 41d auf. Der Dieseloxidationskatalysator 41a und der Partikelsubstanzentfernungsfilter 41b sind im Inneren des Auspuffs 44 bereitgestellt. Der Dieseloxidationskatalysator 41a ist auf der stromaufwärtigen Seite des Auspuffs 44 angeordnet, und der Partikelsubstanzentfernungsfilter 41b ist auf der stromabwärtigen Seite davon angeordnet. Der Dieseloxidationskatalysator 41a ist beispielsweise durch Platinum (Pt) implementiert. Zusätzlich oxidiert und entfernt der Dieseloxidationskatalysator 41a im Abgas enthaltenes Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoff (HC), und im Feinstaub enthaltene lösliche organische Fraktion (SOF).
<Steuerung von Motor 36>
4 ist ein Diagramm und erläutert ein Beispiel eines für die Steuerung des Motors 36 verwendetes Drehmoment-Diagramm gemäß der Ausführungsform. Das Drehmoment-Diagramm wird für die Steuerung des Motors 36 und spezieller des Verbrennungsmotors 17 verwendet. Das Drehmoment-Diagramm gibt die Beziehung zwischen einem Drehmoment T (N × m) der Abtriebswelle 17S des Verbrennungsmotors 17 und einer Drehzahl n (U/min: Umdrehungen pro Minute) der Abtriebswelle 17S an. In der Ausführungsform ist der Rotor 19R des Generatormotors 19 mit der Abtriebswelle 17S des Verbrennungsmotors 17 gekoppelt. Daher ist die Drehzahl n der Abtriebswelle 17S des Verbrennungsmotors 17 in der gleichen Rotation wie die Drehzahl des Rotor 19R des Generatormotors 19. Hierin im Folgenden wird die Drehzahl n als Drehzahl der Abtriebswelle 17S des Verbrennungsmotors 17 und/oder Drehzahl des Rotors 19R des Generatormotors 19 bezeichnet. In der Ausführungsform sind eine Ausgabe des Verbrennungsmotors 17 und eine Ausgabe des Generatormotors 19 unter Arbeitsbetrieb als Elektromotor Pferdestärken, und die Einheit davon ist Watt (W). Eine Ausgabe des Generatormotors 19 unter Arbeitsbetrieb als Energiegenerator ist elektrische Energie und die Einheit davon ist Watt (W).
Das Drehmomentdiagramm weist eine Maximum-Drehmomentkurve TL, eine Begrenzungskurve VL, eine Pumpenabsorptionsdrehmomentkurve PL, eine angepasste Route ML, und eine Ausgabebefehlskurve IL auf. Die Maximum-Drehmomentkurve TL gibt eine maximale Ausgabe an, die der Verbrennungsmotor 17 erzeugen kann, wenn der Bagger 1, der in 1 erläutert ist, in Betrieb ist. Die Maximum-Drehmomentkurve TL gibt die Beziehung zwischen der Drehzahl n des Verbrennungsmotors 17 und dem Drehmoment T an, das durch den Verbrennungsmotor 17 bei jeder Drehzahl n erzeugt werden kann.
Das Drehmoment-Diagramm wird für die Steuerung des Verbrennungsmotors 17 verwendet. In der Ausführungsform speichert die Motorsteuerung 30 das Drehmoment-Diagramm in einer Speichereinheit und verwendet das Drehmoment-Diagramm zur Steuerung des Verbrennungsmotors 17. Die Hybridsteuerung 23 und/oder die Pumpensteuerung 33 können ebenfalls das Drehmoment-Diagramm in jeweiligen Speichereinheiten speichern.
Das durch die Maximum-Drehmomentkurve TL angegebene Drehmoment T des Verbrennungsmotors 17 wird unter Berücksichtigung beispielsweise der Haltbarkeit und eines Abgasgrenzwerts des Verbrennungsmotors 17 bestimmt. Daher kann der Verbrennungsmotor 17 ein Drehmoment erzeugen, das größer ist als das Drehmoment T, das der Maximum-Drehmomentkurve TL entspricht. Tatsächlich steuert eine Motor-Steuervorrichtung wie die Motorsteuerung 30 den Verbrennungsmotor 17 so, dass das Drehmoment T des Verbrennungsmotors 17 die Maximum-Drehmomentkurve TL nicht übersteigt.
Die durch den Verbrennungsmotor 17 erzeugte Ausgabe, d.h. PS, wird am Schnittpunkt Pcnt der Begrenzungskurve VL und der Maximum-Drehmomentkurve TL maximal. Der Schnittpunkt Pcnt wird als Bemessungspunkt bezeichnet. Eine Ausgabe des Verbrennungsmotors 17 am Bemessungspunkt Pcnt wird als Bemessungsleistung bezeichnet. Die Maximum-Drehmomentkurve TL wird, wie vorstehend beschrieben, auf der Grundlage des Abgasgrenzwertes bestimmt. Die Begrenzungskurve VL wird auf der Grundlage einer maximalen Drehzahl bestimmt. Daher ist die Bemessungsleistung die maximale Ausgabe des Verbrennungsmotors 17, die auf der Grundlage des Abgasgrenzwert und der maximalen Drehzahl des Verbrennungsmotors 17 bestimmt wird.
Die Begrenzungskurve VL begrenzt die Drehzahl n des Verbrennungsmotors 17. Speziell wird die Drehzahl n des Verbrennungsmotors 17 durch die Motor-Steuervorrichtung wie die Motorsteuerung 30 so gesteuert, dass die Begrenzungskurve VL nicht überschritten wird. Die Begrenzungskurve VL definiert die maximale Drehzahl des Verbrennungsmotors 17. Mit anderen Worten steuert die Motor-Steuervorrichtung wie die Motorsteuerung 30 die maximale Drehzahl des Verbrennungsmotors 17 so, dass die durch die Begrenzungskurve VL definierte Drehzahl nicht überschritten wird und eine überhöhte Rotation ist.
Die Pumpenabsorptionsdrehmomentkurve PL gibt ein maximales Drehmoment (Pumpenabsorptionsdrehmoment-Führungsgröße) an, das die hydraulische Pumpe 18, die in 2 erläutert ist, mit Bezug auf die Drehzahl n des Verbrennungsmotors 17 aufnehmen kann. In der Ausführungsform gleicht der Verbrennungsmotor 17 auf der angepassten Route ML die Ausgabe des Verbrennungsmotors 17 der Belastung der hydraulischen Pumpe 18 an. Die angepasste Route ML kann so gelegt werden, dass sie durch einen Punkt hindurchgeht, wobei eine Kraftstoffverbrauchsrate ausreichend ist.
Die Ausgabeanforderungskurve IL gibt Ziele der Drehzahl n und des Drehmoments T des Verbrennungsmotors 17 an. Speziell wird der Verbrennungsmotor 17 so gesteuert, dass man die Drehzahl n und das Drehmoment T durch die Ausgabeanforderungskurve IL erfassen lässt. Wie vorstehend beschrieben, entspricht die Ausgabeanforderungskurve IL einer zweiten Beziehung, die die Beziehung zwischen Drehmoment T und Drehzahl n des Verbrennungsmotors 17 angibt, die zur Definition der Größe der durch den Verbrennungsmotor 17 erzeugten Antriebsenergie verwendet wird. Die Ausgabeanforderungskurve IL wird zu einer Führungsgröße der Pferdestärke, d.h. eine Führungsgröße der Ausgabe (hierin im Folgenden entsprechend als eine Ausgabeführungsgröße bezeichnet), die durch den Verbrennungsmotor 17 erzeugt wird. Mit anderen Worten, steuert die Motor-Steuervorrichtung wie die Motorsteuerung 30 das Drehmoment T und die Drehzahl n des Verbrennungsmotors 17 so, dass sie gleich dem Drehmoment T und der Drehzahl n auf der Ausgabeanforderungskurve IL wird, die der Ausgabeführungsgröße entspricht. Zum Beispiel werden, in einem Fall, wobei ein Ausgabeanforderungskurve ILt der Ausgabeführungsgröße entspricht, das Drehmoment T und die Drehzahl n des Verbrennungsmotors 17 so gesteuert, dass sie die gleichen sind wie die Werte auf der Ausgabeanforderungskurve ILt.
Das Drehmoment-Diagramm weist eine Vielzahl von Ausgabeanforderungskurven IL auf. Ein Wert zwischen den nebeneinanderliegenden Ausgabeanforderungskurven IL wird beispielsweise durch Interpolation bestimmt. In der Ausführungsform ist die Ausgabeanforderungskurve IL eine Pferdestärken-Äquivalenzkurve. Die Pferdestärken-Äquivalenzkurve ist eine Kurve, die die Beziehung zwischen Drehmoment T und Drehzahl n bestimmt, so dass die Ausgabe des Verbrennungsmotors 17 konstant wird. In der Ausführungsform ist die Ausgabeanforderungskurve IL nicht auf die Pferdestärken-Äquivalenzkurve beschränkt, sondern es kann jede beliebige Kurve mit einer gleichwertigen Drosselstrecke eingestellt werden.
In der Ausführungsform wird der Verbrennungsmotor 17 so gesteuert, dass er das Drehmoment T und eine Drehzahl nm eines Übereinstimmungspunkts MP aufweist. Der Übereinstimmungspunkt MP ist ein Schnittpunkt der angepasste Route ML, die durch eine durchgezogene Linie in 4 angegeben ist, der Ausgabebefehlskurve ILt, die durch eine durchgezogene Linie in 4 angegeben ist, und der Pumpenabsorptionsdrehmomentkurve PL, die durch eine durchgezogene Linie angegeben ist. Der Übereinstimmungspunkt MP ist ein Punkt, wobei die Ausgabe des Verbrennungsmotors 17 und die Belastung der hydraulischen Pumpe 18 ausgeglichen sind. Die durch die durchgezogene Linie angegeben Ausgabeanforderungskurve ILt entspricht dem Ziel der durch die hydraulische Pumpe 18 am Übereinstimmungspunkt MP aufgenommenen Ausgabe des Verbrennungsmotors 17 und der Ziel-Ausgabe für den Verbrennungsmotor 17.
Wenn der Generatormotor 19 elektrische Energie erzeugt, ist die Pumpenabsorptionsdrehmomentkurve PL in einer Position angeordnet, die durch Addition der durch den Generatormotor 19 aufgenommenen Pferdestärke, d.h. einer Energieerzeugungsausgabe Wga und der durch die hydraulische Pumpe 18 aufgenommenen Ausgabe des Verbrennungsmotors 17, erhalten wird. Die Pumpenabsorptionsdrehmomentkurve PL, die der durch die hydraulische Pumpe 18 aufgenommenen Ausgabe des Verbrennungsmotors 17 entspricht, ist in einer Position angeordnet, die durch eine gestrichelte Linie angegeben wird. Eine Kurve, die der Ausgabe der Pumpenabsorptionsdrehmomentkurve PL entspricht, die durch die gestrichelte Linie angegeben wird, ist eine Ausgabeanforderungskurve ILg. Die Pumpenabsorptionsdrehmomentkurve PL schneidet die Ausgabeanforderungskurve ILg an einem Übereinstimmungspunkt MPa in der Drehzahl nm. Eine Kurve, zu der die Ausgabeanforderungskurve ILg und die durch den Generatormotor 19 absorbierte Energieerzeugungsausgabe Wga addiert wird, ist eine Ausgabeanforderungskurve ILt. Die Ausgabeanforderungskurve ILt geht durch den Übereinstimmungspunkt MPa hindurch.
In der Ausführungsform ist ein Beispiel angegeben, in dem die Ausgabe des Verbrennungsmotors 17 und die Belastung der hydraulischen Pumpe 18 am Übereinstimmungspunkts MPa ausgeglichen sind, der ein Schnittpunkt der angepassten Route MLa, der Ausgabeanforderungskurve ILt und der Pumpenabsorptionsdrehmomentkurve PL ist. Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht auf ein solches Beispiel beschränkt; die Ausgabe des Verbrennungsmotors 17 und die Belastung der hydraulischen Pumpe 18 können in einem Übereinstimmungspunkt MPb ausgeglichen sein, der ein Schnittpunkt der angepassten Route MLb und der Ausgabeanforderungskurve ILt ist.
Wie vorstehend beschrieben, wird der Motor 36, d.h. der Verbrennungsmotor 17 und der Generatormotor 19, auf der Grundlage der Maximum-Drehmomentkurve TL, der Begrenzungskurve VL, der Pumpenabsorptionsdrehmomentkurve PL, der angepassten Route ML und der Ausgabeanforderungskurve IL, die im Drehmoment-Diagramm eingeschlossen sind, gesteuert.
<Beispielhafte Konfiguration der Hybridsteuerung 23>
5 ist ein Diagramm und erläutert eine beispielhafte Konfiguration der Hybridsteuerung 23. Die Hybridsteuerung 23 weist eine Prozessoreinheit 23P, eine Speichereinheit 23M und eine Eingabe/Ausgabe-Einheit 23IO auf. Die Prozessoreinheit 23P ist eine Zentraleinheit(CPU), ein Mikroprozessor, ein Mikrocomputer oder dergleichen.
Der Prozessoreinheit 23P weist eine Bestimmungseinheit 23J, eine Motorsteuereinheit 23C und eine Hilfssteuereinheit 23A auf. Die Prozessoreinheit 23P und spezieller die Bestimmungseinheit 23J, die Motorsteuereinheit 23C und die Hilfssteuereinheit 23A führen das Steuerverfahren für die Hybrid-Arbeitsmaschine gemäß der Ausführungsform aus. Die Bestimmungseinheit 23J bestimmt, ob der Betriebsmodus des Baggers 1 ein ausgabebegrenzter Modus ist.
Die Motorsteuereinheit 23C steuert den Betrieb des Verbrennungsmotors 17 und des Generatormotors 19. Wenn der Verbrennungsmotor 17 vom Kraftstoffsparmodus in einen Arbeitsmodus umschaltet, erhöht beispielsweise die Motorsteuereinheit 23C eine Drehzahl und/oder ein Drehmoment, um eine für die Arbeit erforderliche Ausgabe zu erhalten. Zusätzlich kann beispielsweise zum unbelasteten Zeitpunkt die Motorsteuereinheit 23C die Drehzahl des Verbrennungsmotors 17 erhöhen, während der arbeitsfreie Zustand aufrechterhalten wird. Hierin im Folgenden wird in der Ausführungsform, in einem Fall der Durchführung von Arbeit die Steuerung zur Erhöhung der Drehzahl des Verbrennungsmotors 17 zum Erhalt einer für eine solche Arbeit erforderlichen Ausgabe als Drehzahlerhöhungssteuerung bezeichnet. Weiterhin wird in der Ausführungsform, in einem Fall der Durchführung von Arbeit die Steuerung zur Erhöhung des Drehmoments des Verbrennungsmotors 17 zum Erhalt einer für eine solche Arbeit erforderlichen Ausgabe als Drehmomenterhöhungssteuerung bezeichnet. In der Drehzahlerhöhungssteuerung und der Drehmomenterhöhungssteuerung können die Ausgabe des Verbrennungsmotors 17 und die Belastung der hydraulischen Pumpe 18 auf der angepassten Route ML im Drehmoment-Diagramm ausgeglichen sein, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf geschränkt. Zum Beispiel können die Ausgabe des Verbrennungsmotors 17 und die Belastung der hydraulischen Pumpe 18 in einer von der angepassten Route ML beabstandeten Position ausgeglichen sein.
Zum Beispiel versetzt, wenn der Verbrennungsmotor 17 und das Peripheriegeräte des Verbrennungsmotors 17 (die Abgasbehandlungsvorrichtung 40, die Einspritzvorrichtung 45 und die Kühleinrichtung 46) anormal sind und wenn ein Reinigungsvermögen der Abgasbehandlungsvorrichtung 40 verringert wurde, die Motorsteuereinheit 23C den Verbrennungsmotor 17 in den ausgabebegrenzten Modus. Der ausgabebegrenzte Modus ist beispielsweise eine Modus der Einschränkung der Ausgabe des Verbrennungsmotors 17 durch Einschränken des durch den Verbrennungsmotor 17 erzeugten Drehmoments auf einen Wert, der kleiner ist als das durch die Maximum-Drehmomentkurve TL im Drehmoment-Diagramm bestimmte Drehmoment. Im ausgabebegrenzten Modus steuert die Motorsteuereinheit 23C den Verbrennungsmotor 17 unter Verwendung einer Drehmomentbegrenzungskurve TLa im Drehmoment-Diagramm, das beispielsweise in 12 erläutert ist.
In der Abgasbehandlungsvorrichtung 40 beispielsweise versetzt, wenn die Anomalie der Abgastemperatur an einem Einlass des Partikelsammelfilters 41 oder die Anomalie des abgeschiedenen Zustands des Feinstaub, wie Ruß, im Partikelsubstanzentfernungsfilter 41b nachgewiesen wird, die Motorsteuereinheit 23C den Verbrennungsmotor 17 in den ausgabebegrenzten Modus.
Die Verringerung im Reinigungsvermögen der Abgasbehandlungsvorrichtung 40 erfolgt beispielsweise, wenn die Restmenge des in einem Reduktionsmitteltank 43a gelagerten Reduktionsmittels R verringert wurde. 6 ist eine Tabelle und erläutert die Beziehung zwischen der Restmenge des Reduktionsmittels R und dem ausgabebegrenzten Modus des Verbrennungsmotors 17.
Wie in 6 erläutert, versetzt beispielsweise, wenn die Restmenge des Reduktionsmittels R im Reduktionsmitteltank 43a unter ein vorbestimmtes Verhältnis (beispielsweise einige Prozent einer vorbestimmten Referenzmenge) abfällt, die Motorsteuereinheit 23C den Verbrennungsmotor 17 in einen ausgabebegrenzten Modus erster Stufe (schwacher Aufforderungsmodus). Im schwachen Aufforderungsmodus begrenzt beispielsweise die Motorsteuereinheit 23C einen Wert der Maximum-Drehmomentkurve TL des Verbrennungsmotors 17 auf etwa 70% des Normalen.
Wenn andererseits die Restmenge des Reduktionsmittels R im Reduktionsmitteltank 43a zu 0% wird, versetzt die Motorsteuereinheit 23C den Verbrennungsmotor 17 in einen ausgabebegrenzten Modus zweiter Stufe (starker Aufforderungsmodus). Im starken Aufforderungsmodus verringert die Motorsteuereinheit 23C beispielsweise einen Wert der Maximum-Drehmomentkurve TL des Verbrennungsmotors 17 auf etwa die Hälfte des Normalen und begrenzt die Drehzahl des Verbrennungsmotors 17.
Wenn außerdem eine vorbestimmte Zeit verstreicht ist, nachdem die Restmenge des Reduktionsmittels R im Reduktionsmitteltank 43a zu 0% geworden ist, wird der Verbrennungsmotor 17 in einen ausgabebegrenzten Modus dritter Stufe (finaler Aufforderungsmodus) versetzt. Im finalen Aufforderungsmodus begrenzt die Motorsteuereinheit 23C die Drehzahl des Verbrennungsmotors 17 im starken Aufforderungsmodus weiter auf einen Wert, der der gleiche ist wie die Zeit des Leerlaufs.
Anders als die Restmenge des Reduktionsmittels R kann die Motorsteuereinheit 23C den Verbrennungsmotor 17 in den ausgabebegrenzten Modus versetzen, wenn die Anomalie in der Qualität des Reduktionsmittels R auftritt, wenn die Anomalie in einer Injektionseinheit 43d auftritt, die das Reduktionsmittel R injiziert, wenn die Anomalie in einem Zirkulationssystem auftritt, mit der Maßgabe, dass ein Teil des Abgases im Ansauggas zirkuliert, und wenn die Anomalie in einem System des Reduktionskatalysators 42 auftritt. Weiterhin kann die Ausgabe des Verbrennungsmotors 17 schrittweise gemäß einem Zeitraum, der ab dem Auftreten solcher Anomalien verstrichen ist, gesteuert werden.
In der Einspritzvorrichtung 45 versetzt beispielsweise, wenn die Anomalie in einem Injektionsbetrieb und die Anomalie in einem Steuerkreis nachgewiesen werden, die Motorsteuereinheit 23C den Verbrennungsmotor 17 in den ausgabebegrenzten Modus. In der Kühleinrichtung 46 versetzt beispielsweise, wenn nachgewiesen wird, dass die Temperatur des Kühlwassers höher ist als ein vorbestimmter Schwellenwert, die Motorsteuereinheit 23C den Verbrennungsmotor 17 in den ausgabebegrenzter Modus. Durch das Einschränken der Ausgabe des Verbrennungsmotors 17, wie vorstehend beschrieben, können die Verringerung im Abgas-Reinigungsvermögen unterdrückt und die Funktion des Verbrennungsmotors 17 und der Peripheriegeräte aufrechterhalten werden.
Wenn die Anomalien im Verbrennungsmotor 17 und in den Peripheriegeräten auftreten und wenn das Reinigungsvermögen der Abgasbehandlungsvorrichtung 40 herabgesetzt ist, wie vorstehend beschrieben, weist die Bestimmungseinheit 23J derartige Anomalien bzw. Verringerung im Reinigungsvermögen nach. Wenn eines von obigem nachgewiesen ist, bestimmt die Bestimmungseinheit 23J, dass der Verbrennungsmotor 17 im ausgabebegrenzten Modus vorliegt.
7 ist ein Diagramm und erläutert ein Beispiel eines Steuerblocks der Bestimmungseinheit 23J. Die Bestimmungseinheit 23J weist eine Selektionseinheit 57 auf. Eine gültige Flag und eine ungültige Flag des ausgabebegrenzten Modus werden in die Selektionseinheit 57 eingegeben. Die Selektionseinheit 57 gibt die gültige Flag des ausgabebegrenzten Modus aus, wenn ein Aufforderungsniveau des Verbrennungsmotors 17 die schwache Aufforderung ist, die starke Aufforderung oder die finale Aufforderung ist, die vorstehend beschrieben sind. Andererseits gibt die Selektionseinheit 57 die ungültige Flag des ausgabebegrenzten Modus aus, wenn das Aufforderungsniveau nicht im Verbrennungsmotor 17 eingestellt ist.
8 ist ein Diagramm und erläutert ein Beispiel eines Steuerblocks 23Q der in der Hybridsteuerung 23 eingeschlossenen Motorsteuereinheit 23C. Der Steuerblock 23Q berechnet eine Führungsgröße der Drehzahl des Verbrennungsmotors 17 und gibt sie aus. Der Steuerblock 23Q weist eine erste Umwandlungstabelle 51, eine Selektionseinheit 52 und eine zweiten Umwandlungstabelle 53 auf. Ein Ausgabe-Zielwert des Verbrennungsmotors 17 wird in die erste Umwandlungstabelle 51 eingegeben. Der Ausgabe-Zielwert beruht auf einer Arbeitsanforderung an die Arbeitseinheit 3, die durch den Bedienbetrag der Bedienhebel 26R, 26L oder den Druck der hydraulischen Pumpe 18 bestimmt wird. Der Ausgabe-Zielwert wird durch die erste Umwandlungstabelle 51 auf der Grundlage der bekannten Datentabelle oder dergleichen in eine passende Drehzahl und Ausgabe umgewandelt.
Der Ausgabewert der ersten Umwandlungstabelle 51 und ein vorbestimmter passender Drehzahlwert im vorstehend beschriebenen ausgabebegrenzten Modus werden in die Selektionseinheit 52 eingegeben. Ein beispielsweise durch eine Drossel eingestellter Wert kann für die vorbestimmte passende Drehzahl verwendet werden. Wenn die gültige Flag für den ausgabebegrenzten Modus ungültig ist (FALSCH), gibt die Selektionseinheit 52 den Ausgabewert der ersten Umwandlungstabelle 51 aus. Zusätzlich kann, wenn die gültige Flag für den ausgabebegrenzten Modus ungültig ist, die Selektionseinheit 52 die passende Drehzahl auf der Grundlage einer Arbeitsanforderung an die Arbeitseinheit 3 reduzieren. Wenn andererseits die gültige Flag für den ausgabebegrenzten Modus gültig ist (ZUTREFFEND), gibt die Selektionseinheit 52 den vorbestimmten passenden Drehzahlwert aus. Zusätzlich kann, wenn die gültige Flag für den ausgabebegrenzten Modus gültig ist, die Selektionseinheit 52 die Logik für die Verringerung der passenden Drehzahl invalidieren, wenn die Arbeitsanforderung für die Arbeitseinheit 3 nicht erforderlich ist.
Der Ausgabewert der Selektionseinheit 52, d.h. die passende Drehzahl, die der Ziel-Ausgabe des Verbrennungsmotors 17 oder der vorbestimmten passenden Drehzahl entspricht, wird in die zweite Umwandlungstabelle 53 eingegeben. Die eingegebene passende Drehzahl wird in eine belastungsfreie Drehzahl und Ausgabe durch die zweite Umwandlungstabelle 53 auf der Grundlage der bekannten Datentabelle oder dergleichen umgewandelt. Der Ausgabewert der zweiten Umwandlungstabelle 53 wird zu einer Führungsgröße der lastfreien Drehzahl des Verbrennungsmotors 17.
9 ist ein Diagramm und erläutert ein Beispiel eines Steuerblocks 23R der in der Hybridsteuerung 23 eingeschlossenen Motorsteuereinheit 23C. Der Steuerblock 23R berechnet eine Führungsgröße eines Energieerzeugungsdrehmoments des Generatormotors 19. Der Steuerblock 23R weist eine Selektionseinheit 58 und eine Maximalwert-Selektionseinheit 59 auf. Ein Wert eines maximalen Energieerzeugungsdrehmoments und ein Wert eines minimalen Energieerzeugungsdrehmoments werden in die Selektionseinheit 58 eingegeben. Das maximale Energieerzeugungsdrehmoment hat einen maximalen Absolutwert im Bereich des im Generatormotor 19 eingestellten Energieerzeugungsdrehmoments. Das minimale Energieerzeugungsdrehmoment hat einen minimalen Absolutwert im Bereich des im Generatormotor 19 eingestellten Energieerzeugungsdrehmoments. Das maximale Energieerzeugungsdrehmoment und das minimale Energieerzeugungsdrehmoment haben negative Werte. Um den Rückgang in der Energieerzeugungswirksamkeit zu unterdrücken, wird der Generatormotor 19 so gesteuert, dass elektrische Energie in einer Situation erzeugt wird, wobei das Energieerzeugungsdrehmoment gleichwertig zu oder größer ist als das minimale Energieerzeugungsdrehmoment und gleichwertig zu oder kleiner ist als das maximale Energieerzeugungsdrehmoment. Der Selektionseinheit 58 gibt das minimale Energieerzeugungsdrehmoment aus, wenn das Aufforderungsniveau des Verbrennungsmotors 17 die schwache Aufforderung, die starke Aufforderung, oder die finale Aufforderung, die vorstehend beschrieben sind, ist. Andererseits gibt die Selektionseinheit 58 das maximale Energieerzeugungsdrehmoment aus, wenn das Aufforderungsniveau im Verbrennungsmotor 17 nicht eingestellt ist.
Ein Ziel-Energieerzeugungsdrehmoment im Generatormotor 19 und der Ausgabewert der Selektionseinheit 58 werden in die Maximalwert-Selektionseinheit 59 eingegeben. Das Energieerzeugungs-Zieldrehmoment hat einen negativen Wert. Daher gibt die Maximalwert-Selektionseinheit 59 einen Wert aus, der unter den eingegebenen Absolutwerten als Energieerzeugungsdrehmoment-Führungsgröße am kleinsten ist. Als Ergebnis wird das minimale Energieerzeugungsdrehmoment ausgegeben, wenn das Aufforderungsniveau des Verbrennungsmotors 17 die schwache Aufforderung, die starke Aufforderung oder die finale Aufforderung, die vorstehend beschrieben sind, ist. Andererseits wird das Energieerzeugungs-Zieldrehmoment ausgegeben, wenn das Aufforderungsniveau nicht im Verbrennungsmotor 17 eingestellt ist.
Die Hybridsteuerung 23 kann bewirken, dass die Energiespeichervorrichtung 22 und der Generatormotor 19 einen Hilfsbetrieb in einem Fall durchführen, wobei unter Arbeitsbetrieb die Ausgabe des Verbrennungsmotors 17 auf der Grundlage der Arbeitsanforderung erhöht wird, d.h. in einem Fall, wobei unter Arbeitsbetrieb beispielsweise die Drehzahlerhöhungssteuerung oder die Drehmomenterhöhungssteuerung durch die Motorsteuereinheit 23C durchgeführt wird. Der Hilfsbetrieb ist die Steuerung der Zufuhr der in der Energiespeichervorrichtung 22 gespeicherten elektrischen Energie an den Generatormotor 19 und das Antreiben des Generatormotors 19 durch eine solche elektrische Energie. In einem Fall der Durchführung des Hilfsbetriebs können die Drehzahl oder das Drehmoment des Verbrennungsmotors 17 in kürzerer Zeit zunehmen, jedoch verbraucht der Generatormotor 19 die elektrische Energie. Daher verringert sich die elektrische Energie, die in der Energiespeichervorrichtung 22 gespeichert wird.
Falls der Betriebsmodus des Baggers 1 der ausgabebegrenzte Modus ist, begrenzt die Hilfssteuereinheit 23A den Hilfsbetrieb, wenn die Drehzahlerhöhungssteuerung unter Arbeitsbetrieb durchgeführt wird. 10 ist ein Diagramm und erläutert ein Beispiel eines Steuerblocks der Hilfssteuereinheit 23A. Die Hilfssteuereinheit 23A weist eine erste Recheneinheit 54, eine zweite Recheneinheit 55 und eine Selektionseinheit 56 auf.
Die aktuelle Drehzahl des Generatormotors 19 und ein voreingestellter Zielwert einer Drehzahl (Hilfszieldrehzahl) werden in die erste Recheneinheit 54 eingegeben. Der ersten Recheneinheit 54 berechnet eine Differenz zwischen der Hilfszieldrehzahl und der aktuellen Drehzahl des Generatormotors 19 und gibt sie aus. Der Ausgabewert der ersten Recheneinheit 54 wird in die zweite Recheneinheit 55 eingegeben. Die zweite Recheneinheit 55 gibt den Ausgabewert der ersten Recheneinheit 54 aus, d.h. ein Signal, das einen Hilfszustand angibt, wenn die Differenz zwischen der Hilfszieldrehzahl und der aktuellen Drehzahl des Generatormotors 19 größer ist als ein vorbestimmter Wert. Andererseits gibt die zweite Recheneinheit 55 ein Signal aus, das einen Nicht-Hilfszustand angibt, wenn die Differenz zwischen der Hilfszieldrehzahl und der aktuellen Drehzahl des Generatormotors 19 gleichwertig zu oder kleiner als der vorbestimmte Wert ist.
Der Ausgabewert der zweiten Recheneinheit 55 und das Signal, das den Nicht-Hilfszustand angibt, werden in die Selektionseinheit 56 eingegeben. Wenn die gültige Flag für den vorstehend beschriebenen ausgabebegrenzten Modus gültig ist, gibt die Selektionseinheit 56 das Signal aus, das den Nicht-Hilfszustand angibt. Wenn andererseits die gültige Flag für den ausgabebegrenzten Modus ungültig ist, gibt die Selektionseinheit 56 den Ausgabewert der zweiten Recheneinheit 55 aus.
Wenn das Signal, das angibt, dass der Hilfszustand aus der Hilfssteuereinheit 23A ausgegeben wird, bewirkt die Motorsteuereinheit 23C, dass der Hilfsbetrieb durchgeführt wird. Wenn andererseits das Signal, das angibt, dass der Nicht-Hilfszustand aus der Hilfssteuereinheit 23A in der Motorsteuereinheit 23C ausgegeben wird, begrenzt die Hybridsteuerung 23 den Hilfsbetrieb. Folglich wird der Hilfsbetrieb durchgeführt, bis die Drehzahl des Generatormotors 19 die Hilfszieldrehzahl erreicht.
Als Beispiel für das Einschränken des Hilfsbetriebs kann die Hilfssteuereinheit 23A bewirken, dass der Hilfsbetrieb selbst nicht durchgeführt wird. In einem solchen Fall wird die in der Energiespeichervorrichtung 22 gespeicherte elektrische Energie nicht verbraucht; daher wird die elektrische Energie in der Energiespeichervorrichtung 22 gelagert. Als weiteres Beispiel für das Einschränken des Hilfsbetriebs kann die Hilfssteuereinheit 23A die dem Generatormotor 19 während des Hilfsbetriebs zugeführte elektrische Energie, verglichen mit dem Fall, wenn er sich im ausgabebegrenzten Modus befindet, verringern. Zusätzlich kann die Hilfssteuereinheit 23A die dem Generatormotor 19 während des Hilfsbetriebs zugeführte elektrische Energien zu einem konstanten Wert machen. Wie vorstehend beschrieben, kann die Energiespeichervorrichtung 22 dem Generatormotor 19 die elektrische Energie auch während des Einschränkens des Hilfsbetriebs zuführen. Falls die elektrische Energie in der Energiespeichervorrichtung 22 dem Generatormotor 19 während des Einschränkens des Hilfsbetriebs zugeführt wird, kann die Hilfssteuereinheit 23A die Menge an zugeführter elektrischer Energie gemäß der in der Energiespeichervorrichtung 22 gespeicherten elektrischen Energie einstellen, während unzureichende Spannung in der Energiespeichervorrichtung 22 verhindert wird.
Falls die Prozessoreinheit 23P eine eigene Hardware ist, entspricht beispielsweise einer oder die Kombination verschiedener Kreise, ein programmierter Prozessor oder eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) der Prozessoreinheit 23P.
Zum Beispiel werden verschiedene nichtflüchtige oder flüchtige Speicher, wie ein Direktzugriffsspeicher (RAM) oder ein Nurlesespeicher (ROM), und/oder verschiedene Speicherplatten wie eine Magnetplatte als Speichereinheit 23M verwendet. Die Speichereinheit 23M speichert ein Computerprogramm und Informationen. Das Computerprogramm dient dazu zu bewirken, dass die Prozessoreinheit 23P die Steuerung der Hybrid-Arbeitsmaschine gemäß der Ausführungsform ausführt. Die Informationen werden verwendet, wenn die Steuerung gemäß der Ausführungsform durch die Prozessoreinheit 23P ausgeführt wird. Die Prozessoreinheit 23P implementiert die Steuerung gemäß der Ausführungsform durch Auslesen aus der Speichereinheit 23M und Ausführen des vorstehend beschriebenen Computerprogramms.
Die Eingabe/Ausgabe-Einheit 23IO ist eine Schnittstellenschaltung zum Verbinden der Motorsteuerung 30 mit der Gerätschaft. Die Einheiten und verschiedene Sensoren, d.h. der Kraftstoffeinstellring 28, der Drehzahlnachweissensor 17n, die Common-Rail-Steuereinheit 32, die Abgasbehandlungsvorrichtung 40, die Einspritzvorrichtung 45 und die Kühleinrichtung 46, die in 2 erläutert sind, und dergleichen sind mit der Eingabe/Ausgabe-Einheit 23IO verbunden. Zusätzlich sind verschiedene Sensoren wie der Temperatursensor 41c, der Differentialdrucksensor 41d, ein Temperatursensor 42a, ein Ammoniaksensor 42b, ein NOx-Nachweissensor 44a und ein Drucksensor 44b, die in 3 erläutert sind, mit der Eingabe/Ausgabe-Einheit 23IO verbunden. In der Ausführungsform wurde die Konfiguration der Motorsteuerung 30 als Beispiel beschrieben, jedoch haben die Hybridsteuerung 23 und die Pumpensteuerung 33 die gleiche Konfiguration wie die Motorsteuerung 30.
<Steuerverfahren für Hybrid-Arbeitsmaschine>
11 ist ein Ablaufdiagramm und erläutert ein Beispiel für das Steuerverfahren für die Hybrid-Arbeitsmaschine gemäß der vorliegenden Ausführungsform. In Schritt S101 bestimmt die Bestimmungseinheit 23J der Motorsteuerung 30, ob der Betriebsmodus der ausgabebegrenzte Modus ist. Wenn der Betriebsmodus der ausgabebegrenzte Modus ist (Ja in Schritt S101), begrenzt die Hilfssteuereinheit 23A in Schritt S102 den Hilfsbetrieb durch den Generatormotor 19 und die Energiespeichervorrichtung 22. Dann steuert die Motorsteuereinheit 23C den Betrieb des Verbrennungsmotors 17 und des Generatormotors 19 gemäß den einschränkenden Inhalten des durch die Hilfssteuereinheit 23A begrenzten Hilfsbetriebs. Wenn andererseits der Betriebsmodus nicht der ausgabebegrenzte Modus ist (Nein in Schritt S101), begrenzt die Hilfssteuereinheit 23A den Hilfsbetrieb nicht. Mit anderen Worten, wenn die Motorsteuereinheit 23C die Drehzahlerhöhungssteuerung unter Arbeitsbetrieb durchführt, bewirkt die Hilfssteuereinheit 23A, dass die Energiespeichervorrichtung 22 und der Generatormotor 19 den Hilfsbetrieb durchführen.
12 ist ein Diagramm und erläutert ein Vergleichsbeispiel des Drehmoment-Diagramms im ausgabebegrenzten Modus. Wie in 12 erläutert, wird im ausgabebegrenzten Modus die Maximum-Drehmomentkurve TLa, die die maximale Ausgabe darstellt, die durch den Verbrennungsmotor 17 erzeugt werden kann, auf eine Position stromabwärts eingestellt, d.h. eine Position, zu der hin die Kurve in der Richtung bewegt wird, in der das Drehmoment bezüglich der Maximum-Drehmomentkurve TL zur Normalzeit bewegt wird. Demgemäß sind die Ausgabe und das Drehmoment, das durch den Verbrennungsmotor 17 erzeugt werden kann, auf kleinere Werte als die Normalzeit begrenzt.
Im vorstehend beschriebenen ausgabebegrenzten Modus kann in einem Fall, wobei keine Arbeit oder dergleichen durch den Bagger 1 durchgeführt wird, die Motorsteuereinheit 23C bewirken, dass der Verbrennungsmotor 17 beispielsweise mit der der Ausgabeanforderungskurve ILa und der Drehzahl nc im Leerlauf-Zustand entsprechenden Pferdestärke arbeitet. In einem solchen Fall stellt die Motorsteuereinheit 23C beispielsweise die Übereinstimmungspunkte MPc des Verbrennungsmotors 17 auf eine Position auf der Ausgabeanforderungskurve ILa ein, auf der die Drehzahl nc beträgt.
In Fällen der Durchführung, aus einem solchen Zustand heraus, des Schwenkbetriebs des oberen Schwenkkörpers 5 und der Arbeit wie Grabbetrieb im Boden oder dergleichen, stellt die Motorsteuereinheit 23C einen Übereinstimmungspunkt gemäß der Belastung der hydraulischen Pumpe 18 oder dergleichen ein. Die Motorsteuereinheit 23C stellt beispielsweise den Übereinstimmungspunkt MPd am Schnittpunkt der Maximum-Drehmomentkurve TLa und der Pumpenabsorptionsdrehmomentkurve PLa ein. Eine Drehzahl nd des Verbrennungsmotors 17 wird im Wert größer als die Drehzahl nc im Leerlauf-Zustand.
Die Motorsteuereinheit 23C führt die Drehzahlerhöhungssteuerung durch Steuern der Drehzahl und des Drehmoments des Verbrennungsmotors 17 durch, so dass vom Übereinstimmungspunkt MPc zum Übereinstimmungspunkt MPd übergegangen wird. Wenn keine Begrenzung des Hilfsbetriebs vorliegt, bewirkt die Hilfssteuereinheit 23A, dass der Hilfsbetrieb während der Durchführung der Drehzahlerhöhungssteuerung durchgeführt wird. Wenn der Hilfsbetrieb durchgeführt wird, wird die elektrische Energie der Energiespeichervorrichtung 22 verbraucht, und somit tritt unzureichende elektrische Energie im der Energiespeichervorrichtung 22 ein. Ferner ist, bevor der Verbrennungsmotor 17 zum Übereinstimmungspunkt MPd übergeht, d.h. bei Betrieb am Übereinstimmungspunkt MPc, die Drehzahl nc des Verbrennungsmotors 17 ein Wert zur Zeit des Leerlaufs. Daher wird die Sicherstellung der Energieerzeugungsausgabe schwer.
Demgemäß begrenzt die Hilfssteuereinheit 23A den durch die Energiespeichervorrichtung 22 durchgeführten Hilfsbetrieb. Zum Beispiel kann die Hilfssteuereinheit 23A bewirken, dass der Hilfsbetrieb nicht durchgeführt wird, oder kann die dem Generatormotor 19 während des Hilfsbetriebs zugeführte elektrische Energie im Vergleich mit dem Fall, wenn der ausgabebegrenzten Modus vorliegt, verringern.
Wie vorstehend beschrieben, kann der Bagger 1, gemäß der vorliegenden Ausführungsform, während einer Ausgabebegrenzung den Hilfsbetrieb der Zufuhr der in der Energiespeichervorrichtung 22 gespeicherten elektrischen Energie zum Generatormotor 19 im Falle der Erhöhung der Ausgabe des Verbrennungsmotors 17 auf der Grundlage einer Arbeitsanforderung an die Arbeitseinheit 3 unter Arbeitsbetrieb begrenzen. Daher wird der elektrische Energieverbrauch in der Energiespeichervorrichtung 22 unterdrückt. Demgemäß kann die Verringerung der Speicherkapazität der Energiespeichervorrichtung 22 während der Ausgabebegrenzung unterdrückt werden. Folglich kann die unzureichende Energieerzeugungsausgabe der Energiespeichervorrichtung 22 unterdrückt werden.
13 ist ein Diagramm und erläutert ein Beispiel des Drehmoment-Diagramms im ausgabebegrenzten Modus. 13 erläutert das Beispiel eines Falls, wobei die Steuerung der Erhöhung der Drehzahl des Verbrennungsmotors 17 auf der Grundlage einer Arbeitsanforderung an die Arbeitseinheit 3 unter Arbeitsbetrieb nicht durchgeführt wird. Wie in 13 erläutert, kann im ausgabebegrenzten Modus die Motorsteuereinheit 23C den Übereinstimmungspunkt MPe des Verbrennungsmotors 17 während er unbelastet ist, beispielsweise am Schnittpunkt der Ausgabeanforderungskurve ILa und der Begrenzungskurve VL (Drehzahl ne) einstellen. Entsprechend wird mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration die Drehzahl unbelastet auf hohe Rotation eingestellt; danach wird die Ausgabe zum Laden der Energiespeichervorrichtung 22 gesichert. Zum Beispiel kann, wenn der Übereinstimmungspunkt MPd unter Arbeitsbetrieb auf eine Position gleich wie in Vergleichsbeispiel eingestellt wird, das in 12 erläutert ist, die Motorsteuereinheit 23C den Übereinstimmungspunkt ohne Erhöhung der Drehzahl des Verbrennungsmotors 17 von MPe auf MPd verschieben. Wie vorstehend beschrieben, stellt während der Ausgabebegrenzung der Bagger 1 die Drehzahl, während er unbelastet ist, auf hohe Rotation ein, so dass die Steuerung der Erhöhung der Drehzahl des Verbrennungsmotors 17 auf der Grundlage einer Arbeitsanforderung an die Arbeitseinheit 3 unter Arbeitsbetrieb nicht durchgeführt. Demgemäß kann auch in einem Fall, wobei die Ausgabe des Verbrennungsmotors 17 und die Energieerzeugungsausgabe des Generatormotors 19 begrenzt sind, die Ausgabe zum Laden der Energiespeichervorrichtung 22 gesichert werden. Folglich kann die unzureichende Energieerzeugungsausgabe der Energiespeichervorrichtung 22 unterdrückt werden. Der Übereinstimmungspunkt (Drehzahl), der ohne Last eingestellt wird, kann jeder Wert sein, so lange die Ausgabe zum Laden der Energiespeichervorrichtung 22 gesichert ist; daher ist die vorliegende Erfindung nicht auf den vorstehend beschriebenen Übereinstimmungspunkt MPe (Drehzahl ne) beschränkt. Die vorstehend beschriebene Steuerung, die keine Steuerung der Erhöhung der Drehzahl des Verbrennungsmotors 17 auf der Grundlage einer Arbeitsanforderung an die Arbeitseinheit 3 unter Arbeitsbetrieb zulässt, kann in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform, die den Hilfsbetrieb begrenzt, unabhängig von der Steuerung durchgeführt werden. Zusammenfassend kann, während der Ausgabebegrenzung, der Bagger 1 die Steuerung der Einstellung der Drehzahl, während keine Belastung anliegt, auf hohe Rotation durchführen, so dass die Steuerung der Erhöhung der Drehzahl des Verbrennungsmotors 17 auf der Grundlage einer Arbeitsanforderung an die Arbeitseinheit 3 unter Arbeitsbetrieb, zusätzlich zu oder an Stelle der Steuerung des Einschränkens der Hilfsbetriebs, nicht durchgeführt wird.
14 ist ein Diagramm und erläutert ein weiteres Beispiel des Drehmoment-Diagramms im ausgabebegrenzten Modus. 14 erläutert das Beispiel eines Falls, wobei der Hilfsbetrieb durchgeführt wird, so dass die dem Generatormotor 19 zugeführte elektrische Energie im Vergleich zu dem Fall, wobei er sich nicht im ausgabebegrenzten Modus befindet, verringert ist. Wie in 14 erläutert, kann die Motorsteuereinheit 23C im ausgabebegrenzten Modus den Übereinstimmungspunkt MPf des Verbrennungsmotors 17, während er unbelastet ist, beispielsweise auf eine Position einstellen, wobei eine Drehzahl nf an Geschwindigkeit höher wird als der Übereinstimmungspunkt MPc auf der Ausgabeanforderungskurve ILa. Demgemäß wird beispielsweise, wenn der Übereinstimmungspunkt MPd eingestellt ist, unter Arbeitsbetrieb in einer Position, die gleich dem Vergleichsbeispiel in 12 ist, der Erhöhungsbetrag der Drehzahl des Verbrennungsmotors 17 kleiner als wenn der Übereinstimmungspunkt MPc eingestellt wird. Daher kann die für den Hilfsbetrieb erforderliche zugeführte elektrische Energie verringert sein. Folglich ist der Verbrauch der elektrischen Energie in der Energiespeichervorrichtung 22 unterdrückt.
In der Ausführungsform wurde der mit dem Verbrennungsmotor 17 bereitgestellte Bagger 1 als Beispiel einer Arbeitsmaschine verwendet; jedoch ist die Arbeitsmaschine, auf die die Ausführungsform angewandt werden kann, nicht auf diesen geschränkt. Zum Beispiel kann die Arbeitsmaschine ein Bulldozer sein. Zusätzlich ist der Typ eines an der Arbeitsmaschine angebrachten Motors nicht begrenzt.
Obgleich die Ausführungsform beschrieben wurde, ist die Ausführungsform nicht auf den vorstehend beschriebenen Inhalt begrenzt. Die vorstehend beschriebenen Komponenten können Komponenten, von einem Fachmann unschwer zu ersinnen sind, Komponenten, die im Wesentlichen identisch sind, und Komponenten in einem sogenannten Äquivalenzbereich sein. Zusätzlich können die vorstehend beschriebenen Komponenten zweckdienlich kombiniert werden. Weiterhin können verschiedene Arten von Streichungen, Austausch und Modifikation an den Komponenten im Umfang der Erfindung vorgenommen werden, ohne vom Sinn der Ausführungsform abzuweichen.
Bezugszeichenliste

1: Bagger
5: Oberer Schwenkkörper
17: Verbrennungsmotor
18: Hydraulische Pumpe
19: Generatormotor
22: Stromspeichervorrichtung
23: Hybridsteuerung
26L, 26R: Bedienhebel
30: Motorsteuerung
23A: Hilfssteuereinheit
23C: Motorsteuereinheit
23M: Speichereinheit
23P: Prozessoreinheit
23IO: Eingabe/Ausgabeeinheit
23J: Bestimmungseinheit
33: Pumpensteuerung
36: Motor
40: Abgasbeahndlungsvorrichtung
41: Partikelsammelfilter
42: Reduktionskatalysator
45: Einspritzvorrichtung
46: Kühleinrichtung

Claims

Steuervorrichtung, die eine Hybrid-Arbeitsmaschine steuert, wobei die Hybrid-Arbeitsmaschine folgendes aufweist: eine Arbeitseinheit; einen Verbrennungsmotor, der der Arbeitseinheit Antriebsenergie zuführt; einen mit einer Abtriebswelle des Verbrennungsmotors verbundenen Generatormotor; und eine Energiespeichervorrichtung, die durch den Generatormotor erzeugte elektrische Energie speichert oder dem Generatormotor elektrische Energie zuführt, wobei die Steuervorrichtung folgendes aufweist: eine Bestimmungseinheit, die bestimmt, ob eine Situation während einer Ausgabebegrenzung vorliegt, in der eine Ausgabe des Verbrennungsmotors begrenzt ist; eine Hilfssteuereinheit, die während der Ausgabebegrenzung einen Hilfsbetrieb der Versorgung des Generatormotors mit der in der Energiespeichervorrichtung gespeicherten elektrischen Energie bei einer Erhöhung einer Ausgabe des Verbrennungsmotors auf der Grundlage einer Arbeitsanforderung an die Arbeitseinheit während des Betriebs begrenzt; und eine Motorsteuereinheit, die den Verbrennungsmotor und den Generatormotor in einem Zustand steuert, in dem der Hilfsbetrieb durch die Hilfssteuereinheit begrenzt ist.
Steuervorrichtung, die die Hybrid-Arbeitsmaschine steuert, nach Anspruch 1, wobei die Hilfssteuereinheit den Hilfsbetrieb während der Ausgabebegrenzung stoppt.
Steuervorrichtung, die die Hybrid-Arbeitsmaschine steuert, nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Bestimmungseinheit bestimmt, dass jeweils eine Situation während der Ausgabebegrenzung vorliegt, wobei sich der Verbrennungsmotor und ein Peripheriegerät des Verbrennungsmotors im anormalen Zustand befinden, und/oder in einem Fall, bei dem ein Reinigungsvermögen einer Abgasbehandlungsvorrichtung, wenn die Abgasbehandlungsvorrichtung im Verbrennungsmotor bereitgestellt ist, verringert oder möglicherweise verringert ist.
Steuervorrichtung, die die Hybrid-Arbeitsmaschine steuert, nach Anspruch 3, wobei die Peripheriegeräte folgendes aufweisen: die Abgasbehandlungsvorrichtung, die Abgas des Verbrennungsmotors behandelt; eine Einspritzvorrichtung, die Kraftstoff in den Verbrennungsmotor injiziert; und eine Kühleinrichtung, die den Verbrennungsmotor kühlt.
Steuervorrichtung, die die Hybrid-Arbeitsmaschine steuert, nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei während der Ausgabebegrenzung, die Motorsteuereinheit zu einer passenden Drehzahl in einem ausgabebegrenzten Modus durch eine Steuerung der Erhöhung einer Drehzahl des Verbrennungsmotors auf der Grundlage einer Arbeitsanforderung an die Arbeitseinheit unter Arbeitsbetrieb übergeht.
Hybrid-Arbeitsmaschine, die folgendes aufweist: einen Verbrennungsmotor, der eine Abgasbehandlungsvorrichtung aufweist; einen Generatormotor, der mit einer Abtriebswelle des Verbrennungsmotors gekoppelt ist; eine Energiespeichervorrichtung, die durch den Generatormotor erzeugte elektrische Energie speichert, oder dem Generatormotor elektrische Energie zuführt; und die Steuervorrichtung, die die Hybrid-Arbeitsmaschine steuert, nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Steuervorrichtung den Verbrennungsmotor, den Generatormotor und die Energiespeichervorrichtung steuert.
Hybrid-Arbeitsmaschine nach Anspruch 6, die weiterhin folgendes aufweist: einen Fahrzeugkörper, der ein Fahrkörper, und einen auf dem Fahrkörper bereitgestellten und relativ zu dem Fahrkörper schwenkbaren Schwenkkörper aufweist; und einen Motor, der so bereitgestellt ist, dass elektrische Energie von dem Generatormotor und/oder der Energiespeichervorrichtung zugeführt wird, wobei der Motor den Schwenkkörper antreibt.
Steuerverfahren für eine Hybrid-Arbeitsmaschine, die einen Verbrennungsmotor, der eine Arbeitseinheit antreibt, und einen Generatormotor, der mit dem Verbrennungsmotor verbunden ist und elektrische Energie an/von eine/r Energiespeichervorrichtung überträgt und empfängt, aufweist, wobei das Steuerverfahren folgendes umfasst: Bestimmen, ob eine Situation während einer Ausgabebegrenzung ist, wobei eine Ausgabe des Verbrennungsmotors begrenzt ist; Einschränken eines Hilfsbetriebs der Versorgung des Generatormotors mit der in der Energiespeichervorrichtung gespeicherten elektrischen Energie während der Ausgabebegrenzung, im Falle der Erhöhung einer Ausgabe des Verbrennungsmotors auf der Grundlage einer Arbeitsanforderung an die Arbeitseinheit während des Betriebs; und Steuern des Verbrennungsmotor und des Generatormotors in einem Zustand, in dem der Hilfsbetrieb begrenzt ist.