JP2005163605A - Drive controller of hybrid working machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、油圧ショベルやホイールローダ等の作業機械に適用して好適なハイブリッド作業機械の駆動制御装置に関するものである。 The present invention relates to a drive control device for a hybrid work machine that is suitable for application to a work machine such as a hydraulic excavator or a wheel loader.
この種従来の駆動制御装置としては、エンジンを駆動源とする油圧ポンプに連結される電動・発電機と、この電動・発電機との間で電気エネルギの授受を行う蓄電手段と、油圧作動部を駆動する上で必要となる前記油圧ポンプでの必要吸収トルクを検出する吸収トルク検出手段を備え、この吸収トルク検出手段により検出された吸収トルクが予め定められたトルク設定値よりも小さいときに前記電動・発電機を発電作動させ、前記吸収トルクがそのトルク設定値よりも大きいときにその電動・発電機を力行作動(アシスト作動)させるように構成されたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。 As this type of conventional drive control device, there are an electric motor / generator coupled to a hydraulic pump having an engine as a driving source, an electric storage means for transferring electric energy between the electric motor / generator, and a hydraulic operation unit. When the absorption torque detected by the absorption torque detection means is smaller than a predetermined torque set value, the absorption torque detection means for detecting the required absorption torque in the hydraulic pump required for driving the hydraulic pump is provided. It is known that the electric motor / generator is operated to generate electric power, and that the electric motor / generator is operated to perform power running (assist operation) when the absorption torque is larger than the torque setting value (for example, Patent Document 1).
ところが、この従来装置では、油圧作動部を駆動する上で必要となる前記油圧ポンプでの必要吸収トルクを検出するのに吸収トルク検出手段が必要となって装置が複雑になるとともに、エンジンから油圧ポンプに至る動力伝達経路での慣性負荷や摩擦力の影響が考慮されていないために目標とする最適なエンジンの負荷特性に正確に制御できないといった問題がある。 However, in this conventional apparatus, an absorption torque detecting means is required to detect the necessary absorption torque in the hydraulic pump that is necessary for driving the hydraulic operation unit, and the apparatus becomes complicated, and the hydraulic pressure from the engine is increased. There is a problem that it is not possible to accurately control the target optimum engine load characteristics because the influence of inertia load and frictional force in the power transmission path to the pump is not taken into consideration.
このような問題を解決し得る先行技術が特許文献2にて提案されている。この先行技術に係る駆動制御装置は、油圧作動部に圧油を供給する油圧ポンプの駆動源であるエンジンに対してトルク伝達可能に電動・発電機を連結するとともに、この電動・発電機の作動を制御する電動・発電機制御手段を設け、目標トルクに対応するエンジン回転数をエンジン回転数の目標値として用い、この目標値とエンジン回転数の実測値とを比較して、実測値が目標値よりも小さくなると前記電動・発電機制御手段により電動・発電機を電動機として機能させ、実測値が目標値よりも大きくなると前記電動・発電機制御手段により電動・発電機を発電機として機能させるように構成されている。この駆動制御装置によれば、前記油圧ポンプに吸収されるエンジンの軸トルクを直接検出しなくても、エンジンの出力を目標トルクが保たれるように制御することができるとともに、エンジン回転数の目標値と比較されるエンジン回転数の実測値にはエンジンから油圧ポンプに至る動力伝達経路での慣性負荷や摩擦力の影響が含まれるので、エンジンの出力トルクを正確に制御することができる。 Prior art that can solve such a problem is proposed in Patent Document 2. The drive control device according to this prior art connects an electric generator to an engine that is a driving source of a hydraulic pump that supplies pressure oil to a hydraulic operation unit so that torque can be transmitted, and the operation of the electric generator The motor / generator control means for controlling the engine speed is used, the engine speed corresponding to the target torque is used as the target value of the engine speed, and this target value is compared with the actual measured value of the engine speed. When the value becomes smaller than the value, the motor / generator control means causes the motor / generator to function as an electric motor, and when the measured value becomes larger than the target value, the electric motor / generator control means causes the electric motor / generator to function as a generator. It is configured as follows. According to this drive control device, the engine output can be controlled to maintain the target torque without directly detecting the engine shaft torque absorbed by the hydraulic pump. Since the actual measured value of the engine speed compared with the target value includes the influence of inertia load and frictional force in the power transmission path from the engine to the hydraulic pump, the engine output torque can be accurately controlled.
しかしながら、前記先行技術は、最適なエンジン負荷特性を電動・発電機による力行/回生動作で補償する技術であり、この先行技術に係る駆動制御装置では、作業負荷が変動してもエンジンの実回転数が目標とするエンジン回転数に収束されて作業負荷の変動に対しエンジン回転数の変動を実質的に許容しないようにされているために、オペレータはエンジン回転数の増減変化に基づいて作業負荷の変動度合を感知することができず、作業を進める上での加減の施し所を的確につかむことができないという問題点がある。また、エンジンの出力トルク点が一点に保たれるようにされているために、高負荷作業に対しては力強さを、軽負荷作業に対してはスピードをそれぞれ優先させるといった具合にめりはりのある作業フィーリングを実現することができないという問題点がある。また、作業負荷の急激な増加を電動・発電機によるアシスト動作が補償しきれずにエンジンを安定的に運転することができない場合があるという問題点もある。 However, the prior art is a technique that compensates for the optimum engine load characteristic by powering / regenerative operation by an electric motor / generator. In the drive control device according to this prior art, even if the work load fluctuates, the actual rotation of the engine Since the engine speed is converged to the target engine speed and the fluctuation of the engine speed is not substantially allowed with respect to the fluctuation of the work load, the operator can change the work load based on the change in the engine speed. It is impossible to detect the degree of fluctuation of the movement, and there is a problem that it is not possible to accurately grasp the place of adjustment in proceeding with the work. Also, because the engine output torque point is kept at a single point, priority is given to strength for high-load work and speed for light-load work. There is a problem that it is not possible to realize a work feeling with a beam. In addition, there is a problem that the engine cannot be operated stably because the assist operation by the motor / generator cannot compensate for the sudden increase in work load.
本発明は、このような問題点を解消するためになされたもので、作業負荷の変動度合をオペレータが感知できて作業を進める上での加減の施し所を的確につかむことができるとともに、高負荷作業に対しては力強さを、軽負荷作業に対してはスピードをそれぞれ優先させた作業フィーリングを得ることができ、また作業負荷が急激に増加してもエンジンを安定的に運転することのできるハイブリッド作業機械の駆動制御装置を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in order to solve such problems. The operator can sense the degree of fluctuation of the work load, and can accurately grasp the place of adjustment in advancing the work. Work feeling that prioritizes strength for heavy work and speed for light work can be obtained, and the engine can be operated stably even if the work load increases rapidly. An object of the present invention is to provide a drive control device for a hybrid work machine.
前記目的を達成するために、本発明によるハイブリッド作業機械の駆動制御装置は、
エンジンと、このエンジンにより駆動される油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出される圧油により作動される油圧作動部と、前記エンジンとの間でトルクの伝達を行えるように設けられる電動・発電機と、この電動・発電機との間で電気エネルギの授受を行う蓄電手段を備えるハイブリッド作業機械の駆動制御装置において、
前記エンジンを制御するエンジン制御手段と、前記電動・発電機を制御する電動・発電機制御手段と、前記油圧ポンプの吸収トルクが前記エンジンの実回転数の増減に伴い増減するようなポンプ吸収トルク特性となるように前記油圧ポンプを制御するポンプ吸収トルク制御手段を備え、
前記エンジンにおける高回転数側の一エンジン回転数と低回転数側の一エンジン回転数との間のエンジン回転数領域において、前記エンジン制御手段による前記エンジンの制御により得られるエンジントルク出力特性と、前記電動・発電機制御手段による前記電動・発電機の制御により得られる力行/回生トルク出力特性とを合成した合成トルク出力特性が、作業負荷の増加に伴い出力トルクを増加させつつ前記エンジンの実回転数を減少させるような特性となるように設定するとともに、前記エンジン回転数領域における所定のエンジン回転数において前記合成トルク出力特性と前記ポンプ吸収トルク特性とをつり合わせるマッチング点を設定することを特徴とするものである(第1発明)。
To achieve the above object, a drive control device for a hybrid work machine according to the present invention comprises:
An electric motor / generator provided so as to be able to transmit torque between the engine, a hydraulic pump driven by the engine, a hydraulic operation unit operated by pressure oil discharged from the hydraulic pump, and the engine And a drive control device for a hybrid work machine including a power storage means for transferring electric energy to and from the motor / generator,
Engine absorption means for controlling the engine; Electric motor / generator control means for controlling the electric motor / generator; Pump absorption torque such that the absorption torque of the hydraulic pump increases or decreases as the actual rotational speed of the engine increases or decreases A pump absorption torque control means for controlling the hydraulic pump so as to have characteristics,
An engine torque output characteristic obtained by controlling the engine by the engine control means in an engine speed region between one engine speed on the high speed side and one engine speed on the low speed side of the engine; The combined torque output characteristics obtained by combining the power running / regenerative torque output characteristics obtained by the control of the electric motor / generator by the electric motor / generator control means increases the output torque as the work load increases. And setting a matching point that balances the combined torque output characteristic and the pump absorption torque characteristic at a predetermined engine speed in the engine speed range, while setting so as to reduce the speed. It is characterized (first invention).
第1発明において、前記所定のエンジン回転数と前記高回転数側の一エンジン回転数との間のエンジン回転数領域には、前記エンジンの最小燃料消費率を得るエンジン回転数が含まれるのが好ましい(第2発明)。 In the first aspect of the invention, the engine speed region between the predetermined engine speed and the one engine speed on the high speed side includes an engine speed for obtaining a minimum fuel consumption rate of the engine. Preferred (second invention).
第1発明または第2発明において、前記油圧ポンプに対する駆動経路に慣性負荷手段が設けられるのが好ましい(第3発明)。 In the first invention or the second invention, it is preferable that an inertia load means is provided in a drive path for the hydraulic pump (third invention).
第1発明によれば、エンジンにおける高回転数側の一エンジン回転数と低回転数側の一エンジン回転数との間のエンジン回転数領域で、エンジン制御手段によるエンジンの制御により得られるエンジントルク出力特性と、電動・発電機制御手段による電動・発電機の制御により得られる力行/回生トルク出力特性とを合成した合成トルク出力特性が、作業負荷の増加に伴い出力トルクを増加させつつエンジンの実回転数を減少させるような特性となるように設定されるので、オペレータはエンジン回転数の増減変化に基づいて作業負荷の変動度合を感知できて作業を進める上での加減の施し所を的確につかむことができるとともに、高負荷作業に対しては力強さを、軽負荷作業に対してはスピードをそれぞれ優先させた作業フィーリングを得ることができる。また、前記エンジン回転数領域における所定のエンジン回転数において、前記合成トルク出力特性と、油圧ポンプの吸収トルクをエンジンの実回転数の増減に伴い増減させるポンプ吸収トルク特性とをつり合わせるマッチング点が設定されるので、作業負荷が要求する出力トルクがそのマッチング点に対応する出力トルクを超えようとしてもエンジンの実回転数はその所定のエンジン回転数に収束されることになる。したがって、作業負荷が急激に増加してもエンジンや電動/発電機の出力を大幅に高めることなくエンジン回転数の減少を前記所定のエンジン回転数を下限とする一定の範囲内に収めることができ、エンジンを安定的に運転することができる。また、作業負荷の変動に伴うエンジン回転数の変化領域を、例えば定格トルク点を含むその近傍の出力トルク勾配が比較的緩やかなエンジントルク出力特性部位に対応させて設定することで、エンジン負荷の平準化を図ることができることができるとともに、エンジンを効率良く運転することができる。また、エンジンに要求される最大出力トルクが電動・発電機によるアシスト(力行動作)分だけ低下するため、エンジンの小型化を図ることができ、エンジンを小型化した分、燃費や排ガス、騒音等を改善することができるとともに、設置スペースの減少化や軽量化等を図ることができる。 According to the first invention, the engine torque obtained by controlling the engine by the engine control means in the engine speed region between one engine speed on the high speed side and one engine speed on the low speed side in the engine. The combined torque output characteristics that combine the output characteristics and the power running / regenerative torque output characteristics obtained by the motor / generator control by the motor / generator control means increase the output torque as the work load increases. Since the engine speed is set to decrease, the operator can detect the degree of change in the work load based on the increase / decrease change in the engine speed and accurately determine the place to adjust the work. It is possible to obtain a work feeling that prioritizes strength for high-load work and speed for light-load work. It is possible. Further, there is a matching point that balances the combined torque output characteristic with the pump absorption torque characteristic that increases or decreases the absorption torque of the hydraulic pump with the increase or decrease of the actual rotation speed of the engine at a predetermined engine rotation speed in the engine rotation speed region. Therefore, even if the output torque required by the work load exceeds the output torque corresponding to the matching point, the actual engine speed is converged to the predetermined engine speed. Therefore, even if the work load suddenly increases, the decrease in engine speed can be kept within a certain range with the predetermined engine speed as the lower limit without significantly increasing the output of the engine or motor / generator. The engine can be operated stably. In addition, by setting the change region of the engine speed accompanying the fluctuation of the work load corresponding to the engine torque output characteristic portion where the output torque gradient in the vicinity including the rated torque point is relatively gentle, for example, Leveling can be achieved and the engine can be operated efficiently. In addition, because the maximum output torque required for the engine is reduced by the amount of assist (powering operation) by the motor / generator, it is possible to reduce the size of the engine, fuel consumption, exhaust gas, noise, etc. In addition, the installation space can be reduced and the weight can be reduced.
また、第2発明によれば、前記所定のエンジン回転数と前記高回転数側の一エンジン回転数との間のエンジン回転数領域に最小燃料消費率を得るエンジン回転数が含まれるので、エンジンの燃費をより効果的に削減することができる。 According to the second aspect of the invention, since the engine speed range between the predetermined engine speed and the one engine speed on the high speed side includes the engine speed for obtaining the minimum fuel consumption rate, The fuel consumption can be reduced more effectively.
また、第3発明によれば、油圧ポンプに対する駆動経路に慣性負荷手段が設けられるので、急激な作業負荷投入に伴うエンジン回転数の大幅な落ち込みが抑制され、エンジンをより安定的に運転することができる。 In addition, according to the third invention, since the inertia load means is provided in the drive path for the hydraulic pump, a drastic drop in the engine speed due to a sudden work load is suppressed, and the engine can be operated more stably. Can do.
次に、本発明によるハイブリッド作業機械の駆動制御装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態は、作業機械として油圧ショベルに本発明の駆動制御装置が適用された例である。 Next, a specific embodiment of a drive control device for a hybrid work machine according to the present invention will be described with reference to the drawings. The present embodiment is an example in which the drive control device of the present invention is applied to a hydraulic excavator as a work machine.
図1には、本発明の一実施形態に係るハイブリッド油圧ショベルの側面図が示されている。また、図2には、本実施形態のハイブリッド油圧ショベルにおける駆動制御装置の概略システム構成図が示されている。 FIG. 1 is a side view of a hybrid excavator according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 shows a schematic system configuration diagram of a drive control device in the hybrid excavator of the present embodiment.
本実施形態のハイブリッド油圧ショベル1は、図1に示されるように、走行用油圧モータ2aにより駆動される走行装置2bを備えてなる下部走行体2と、旋回用油圧モータ3aにより駆動される旋回装置3と、この旋回装置3を介して前記下部走行体2上に配される上部旋回体4と、この上部旋回体4の前部中央位置に取着される作業機5と、その上部旋回体4の前部左方位置に設けられる運転室6を備えて構成されている。前記作業機5は、上部旋回体4側から順にブーム7、アーム8およびバケット9がそれぞれ回動可能に連結されてなり、これらブーム7、アーム8およびバケット9のそれぞれに対応するように油圧シリンダ(ブームシリンダ10、アームシリンダ11およびバケットシリンダ12)が配置されている。
As shown in FIG. 1, the
このハイブリッド油圧ショベル1における駆動制御装置15は、図2に示されるように、エンジン16と、このエンジン16により駆動される可変容量型油圧ポンプ(以下、単に「油圧ポンプ」という。)17と、この油圧ポンプ17に対する前記エンジン16の出力軸18に動力伝達機構19を介して連結される電動・発電機20と、エンジン16や電動・発電機20、後述するポンプ吸収トルク制御装置30などを制御するコントローラ21を備えている。
As shown in FIG. 2, the
前記エンジン16には、燃料噴射ポンプ22とガバナ23とが併設され、このガバナ23の燃料コントロールレバー23aがガバナ駆動モータ24にて駆動されるように構成されている。また、この燃料コントロールレバー23aの駆動位置はポテンショメータ25により検出され、その検出信号がコントローラ21に入力されるようになっている。さらに、エンジン16のスロットル量を設定するために燃料ダイヤル26が設けられ、この燃料ダイヤル26に付設されるポテンショメータ26aからのスロットル信号がコントローラ21に入力されるようになっている。また、エンジン16の出力軸18の実回転数は回転数センサ27にて検出され、その検出信号もコントローラ21に入力されるようになっている。なおここで、ガバナ23、ガバナ駆動モータ24等よりなるガバナ装置を電子ガバナとした電子制御噴射装置、もしくはコモンレール式燃料噴射装置を主体とする電子制御噴射システムを採用しても良い。こうすると、より高精度で自由度が大きな駆動制御を行うことができる。
The
そして、燃料噴射ポンプ22、ガバナ23、ガバナ駆動モータ24、ポテンショメータ25およびコントローラ21を含んでなるエンジン制御装置において、コントローラ21は、燃料ダイヤル26により入力されるスロットル信号(目標回転数信号)と回転数センサ27にて検出されるエンジン16の実際の回転数信号との偏差信号に基づき、所定の関数関係を満足させる電圧を駆動信号として発生し、この駆動信号に基づきガバナ駆動モータ24を駆動する。また、ガバナ23は、図5〜図7において記号T〔E〕で示されるような特性となるようにエンジン16の出力トルクを制御する。なお、本実施形態では、図6および図7において座標(NB,TE1)で示される定格トルク点Gにてエンジン16の燃料消費率が最小となるように燃費マップが設定されている。
In the engine control apparatus including the
今、一例として、図2において示される燃料ダイヤル26が最大位置にセットされているとすると、ポテンショメータ26aからの出力信号は最大目標エンジン回転数NS(図5〜図7参照)を示す大きさに設定されており、コントローラ21からはその最大目標エンジン回転数NSに対応するモータ駆動信号がガバナ駆動モータ24に加えられる。これにより、ガバナ駆動モータ24は、最高速レギュレーションラインLS(図5〜図7参照)が設定されるように燃料コントロールレバー23aを作動させ、エンジン16の出力馬力およびエンジン回転数が自動設定される。
Now, as an example, when the
前記エンジン16の出力軸18には、慣性負荷として機能するフライホイール28が設けられており、このフライホイール28にエンジン回転数の安定化の一翼を担わせるようにされている。なお、このフライホイール28による慣性負荷手段に代えて、前記電動・発電機20の回転子等にフライホイール機能を持たせるようにしても良い。
The
前記油圧ポンプ17から吐出される圧油は、各油圧アクチュエータ(走行用油圧モータ2a、旋回用油圧モータ3a、ブームシリンダ10、アームシリンダ11、バケットシリンダ12)に対応して設けられるパイロット圧操作形方向切換弁(図示省略)の集合体であるコントロールバルブ29を介して走行用油圧モータ2a、旋回用油圧モータ3aおよび各種油圧シリンダ(ブームシリンダ10、アームシリンダ11、バケットシリンダ12)にそれぞれ供給されるようになっている。
The pressure oil discharged from the hydraulic pump 17 is a pilot pressure operation type provided corresponding to each hydraulic actuator (travel hydraulic motor 2a, turning
前記油圧ポンプ17には、ポンプ吸収トルク制御装置30が付設されている。このポンプ吸収トルク制御装置30は、油圧ポンプ17の斜板17aの傾転角を調整するサーボバルブ31に対して圧油を供給する油圧回路(詳細な図示による説明は省略)32中に、負荷の要求する圧力や流量を感知する圧力・流量コンペンセータ弁33と、流量の大きさを決定する電磁比例流量制御弁34と、油圧ポンプ17の最高圧力を制御する電磁比例圧力制御弁35とを設け、それら制御弁34,35に対するコントローラ21からの指令信号により、以下の(A)〜(C)の制御がそれぞれ行われるように構成されている。
(A)油圧ポンプ17に対する入力トルクを一定に制御し、かつその入力トルクの最大値を調整する。
(B)負荷〔油圧作動部(走行装置2b、旋回装置3、作業機5)に係わる負荷W〕が要求する圧力と流量を油圧ポンプ17に吐出させる。
(C)油圧ポンプ17の吸収トルク(油圧ポンプ17に対する入力トルク)がエンジン16の実回転数の増加/減少に伴い増加/減少するようなポンプ吸収トルク特性となるように油圧ポンプ17を制御する。言い換えれば、エンジン16の最大目標エンジン回転数(設定回転数:本実施形態では図7において記号NSで示されるエンジン回転数)と実回転数との偏差の増加/減少に応じて油圧ポンプ17の吸収トルクを減少/増加させるように油圧ポンプ17を制御する(図6において記号PL1で示されるポンプ吸収トルク特性ライン、および図7において記号PL2で示されるポンプ吸収トルク特性ラインを参照)。
A pump absorption
(A) The input torque to the hydraulic pump 17 is controlled to be constant and the maximum value of the input torque is adjusted.
(B) The hydraulic pump 17 discharges the pressure and flow rate required by the load [the load W related to the hydraulic operation unit (travel device 2b, turning
(C) The hydraulic pump 17 is controlled such that the absorption torque of the hydraulic pump 17 (the input torque to the hydraulic pump 17) has a pump absorption torque characteristic that increases / decreases as the actual rotational speed of the
前記電動・発電機20は、電動機と発電機の両機能を兼ねるものであって、エンジン16による油圧ポンプ17の駆動を助勢する力行動作と、エンジン16を駆動源として発電する回生動作とを切換可能に構成されている。この電動・発電機20は、インバータ38を介して蓄電装置39に接続されており、このインバータ38は、コントローラ21からの指令に応じて、当該電動・発電機20の力行動作および回生動作を制御している。なお、コントローラ21およびインバータ38を含んでなる電動・発電機制御装置が本発明の「電動・発電機制御手段」に相当する。
The motor /
前記蓄電装置(蓄電手段)39は、ニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の二次電池、またはキャパシタからなる蓄電部40を備えて構成されている。この蓄電装置39には、電圧センサ41や電流センサ42、温度センサ43などが付設されており、各センサ41,42,43からの検出信号がコントローラ21に入力されるようになっている。そして、各センサ41,42,43にて検出された電圧、電流、温度等の情報に基づいて、コントローラ21により、蓄電量の管理や充放電の制御が行われるようにされている。
The power storage device (power storage means) 39 includes a
前記運転室6内には、上部旋回体4の旋回動作および作業機5の屈曲起伏動作を操作する作業機操作レバー44と、同運転室6内に配されて下部走行体2の走行動作を操作する走行操作レバー45とが設けられている。また、この作業機操作レバー44および走行操作レバー45にはそれぞれ減圧弁46,47が付設されており、各操作レバー44,45の操作に応じたパイロット圧油が各減圧弁46,47から吐出されるようになっている。そして、各減圧弁46,47から吐出されるパイロット圧油は、コントロールバルブ29における所定のパイロット圧油入力ポートに入力されて所定の油路切換動作が行われるようになっている。こうして、作業機操作レバー44の所定の操作にて上部旋回体4の旋回動作と作業機5の屈曲起伏動作とが行われるようにされるとともに、走行操作レバー45の所定の操作にて下部走行体2の走行動作が行われるようにされている。また、作業機操作レバー44および走行操作レバー45のそれぞれの操作状態を示す操作信号は、各減圧弁46,47に付設される油圧スイッチ48,49を介してコントローラ21に入力されるようになっている。本実施形態においてそれら操作レバー44,45の所定の操作にてコントローラ21に入力される操作信号は、以下に述べる計8種類である。
(1)上部旋回体4の旋回動作に対応する旋回操作信号
(2)ブーム7の上げ動作に対応するブーム上げ操作信号
(3)ブーム7の下げ動作に対応するブーム下げ操作信号
(4)アーム8を前方に送り出す動作に対応するアームダンプ操作信号
(5)アーム8を手前に引き込む動作に対応するアーム掘削操作信号
(6)バケット9を前方に送り出す動作に対応するバケットダンプ操作信号
(7)バケット9を手前に引き込む動作に対応するバケット掘削操作信号
(8)下部走行体2の走行動作に対応する走行操作信号
In the cab 6, a work
(1) Turning operation signal corresponding to the turning operation of the upper turning body 4 (2) Boom raising operation signal corresponding to the raising operation of the boom 7 (3) Boom lowering operation signal corresponding to the lowering operation of the boom 7 (4) Arm Arm dump operation signal corresponding to the operation of sending 8 forward (5) Arm excavation operation signal corresponding to the operation of pulling
なお、図2において示される、前記各油圧スイッチ48,49を各減圧弁46,47に付設する装置構成に代えて、図3(a)に示されるように、コントロールバルブ29における各スプール50,51に対応させて設けられる各パイロット圧操作部52,53に、それぞれ油圧スイッチ54,55(または圧力センサ)を付設する装置構成、もしくは、図3(b)に示されるように、各減圧弁46,47のそれぞれに各操作レバー44,45の操作位置を検出するポテンショメータ56,57を付設する装置構成としても、後述する動作モード判別手段と同様に動作モードの判別を行わせることが可能である。
In place of the device configuration shown in FIG. 2 in which the
本実施形態においては、コントローラ21に対する前記各操作信号の入力のON/OFFにより、そのコントローラ21が、油圧作動部(走行装置2b、旋回装置3、作業機5)の動作状態を判断し、この判断に基づいて、後述するアイドリングモード、走行モードおよび作業モードのうちのいずれの動作モードであるかを判別する動作モード判別手段が構築されている。
In the present embodiment, the controller 21 determines the operating state of the hydraulic operation unit (the traveling device 2b, the
さらに、本実施形態においては、表1に示されるように、前記各動作モードに応じた電動・発電機20の力行/回生トルク出力特性が予め設定されるとともに、各力行/回生トルク出力特性をエンジン16の回転数と関係付けることで得られる力行/回生トルク出力値情報(データテーブルA,B)がコントローラ21の記憶領域に記憶されている。
Further, in the present embodiment, as shown in Table 1, power running / regenerative torque output characteristics of the motor /
そして、コントローラ21においては、前記動作モード判別手段によって判別された動作モードに対応するデータテーブルを選択し、この選択されたデータテーブルに基づいてエンジン16の実回転数に対応する力行/回生トルク値を求め、この求められた力行/回生トルク値を電動・発電機20が出力するようにインバータ38を介してその電動・発電機20の作動を制御するようにされている。
Then, the controller 21 selects a data table corresponding to the operation mode determined by the operation mode determination means, and the power running / regenerative torque value corresponding to the actual rotational speed of the
次に、前記動作モード判別手段による動作モードの判別の手順を図4に示されるフローチャートを参照しつつ以下に説明する。なお、図中記号QおよびRはそれぞれステップを表わす。また、以下の説明において「作業機操作信号」とは、前述のブーム上げ操作信号、ブーム下げ操作信号、アームダンプ操作信号、アーム掘削操作信号、バケットダンプ操作信号およびバケット掘削操作信号を総称する操作信号のことである。 Next, the procedure of operation mode discrimination by the operation mode discrimination means will be described below with reference to the flowchart shown in FIG. In the figure, symbols Q and R each represent a step. In addition, in the following description, the “work machine operation signal” is an operation that collectively refers to the above-described boom raising operation signal, boom lowering operation signal, arm dump operation signal, arm excavation operation signal, bucket dump operation signal, and bucket excavation operation signal. It is a signal.
Q1:下部走行体2の走行動作が行われるか否かを判断するステップである。コントローラ21に対して走行操作信号が入力されたときには、次のステップQ2において走行モードであると判定する。一方、コントローラ21に対して走行操作信号が入力されないときには別のフローのステップR1へ進む。 Q1: This is a step of determining whether or not the traveling operation of the lower traveling body 2 is performed. When a travel operation signal is input to the controller 21, it is determined in the next step Q2 that the travel mode is set. On the other hand, when the traveling operation signal is not input to the controller 21, the process proceeds to step R1 of another flow.
R1:作業機5の動作および/または上部旋回体4の旋回動作が行われるか否かを判断するステップである。コントローラ21に対して旋回操作信号および/または作業機操作信号が入力されたときには、次のステップR2において作業モードであると判定する。一方、コントローラ21に対して旋回操作信号および作業機操作信号のいずれの操作信号も入力されないときには、ステップR3においてアイドリングモードであると判定する。 R1: A step of determining whether or not the operation of the work implement 5 and / or the swing operation of the upper swing body 4 is performed. When a turning operation signal and / or a work implement operation signal is input to the controller 21, it is determined in the next step R2 that the operation mode is set. On the other hand, when neither the turning operation signal nor the work implement operation signal is input to the controller 21, it is determined in step R3 that the idling mode is set.
次に、前記動作モード判別手段によって判別される各動作モードでの駆動制御装置15の作動について表1および図5〜図7を参照しつつ以下に説明する。
Next, the operation of the
(アイドリングモードの場合:図5参照)
動作モード判別手段によって判別された動作モードがアイドリングモードである場合、コントローラ21は、表1に示されるデータテーブルAを選択するとともに、回転数センサ27によって検出されるエンジン16の実回転数に基づいてその選択されたデータテーブルAを検索する。今、一例として、回転数センサ27によって検出されるエンジン16の実回転数がNBであったとすると、コントローラ21は、テーブル検索により、電動・発電機20に出力させるべき回生トルク値として回生トルク値TG1を算出し、この算出された回生トルク値TG1に基づく駆動信号をインバータ38に出力する。これにより、電動・発電機20は、回生トルク値TG1による発電動作を行う。ここで、その回生トルク値TG1は、実回転数NBにおいてエンジン16との供回り伴う電動・発電機20の自己消費電力分を補償する発電動作に応じた回生トルク値に設定されている。こうして、蓄電部40における充電残量をより安定に保つようにされている。なおここで、自己消費電力とは、電動・発電機20がエンジン16と供回りすることによる転がり摩擦、銅損、鉄損、回路損等に起因し回転数の大きさに応じて生じる消費電力のことである。
(In idling mode: see Fig. 5)
When the operation mode determined by the operation mode determination unit is the idling mode, the controller 21 selects the data table A shown in Table 1 and based on the actual engine speed detected by the
(走行モードの場合:図6参照)
動作モード判別手段によって判別された動作モードが走行モードである場合、コントローラ21は、表1に示されるデータテーブルAを選択するとともに、回転数センサ27によって検出されるエンジン16の実回転数に基づいてその選択されたデータテーブルAを検索する。つまり、当該走行モードにおいては、前述のアイドリングモードと同様に、エンジン16との供回りに伴う電動・発電機20の自己消費電力分を補償する発電動作を行うようにされている。一方、ポンプ吸収トルク制御装置30は、油圧ポンプ17に対する入力トルクの最大値を、エンジン16の目標回転数NSが設定されることで設定される当該エンジン16の最大出力点(実回転数NB)での出力トルク値TE1(定格トルク点G)に見合う値に設定し、前記入力トルクの最大値がTE1となるように、図中記号PL1で示されるポンプ吸収トルク特性ラインに沿ってその入力トルクを制御する。こうして、油圧ポンプ17がエンジン16から吸収する出力(所謂「ポンプ吸収馬力」)を増大させることにより、電動・発電機20による力行動作(アシスト動作)が行われなくても走行装置2bの所期の動作性能を発揮させるうえで必要とされる油圧ポンプ17の出力を確保するようにされている。なおここで、前記入力トルクの最大値として、前記出力トルク値TE1の近傍の出力トルク値に見合う値を採用しても、略同等の効果を得ることができる。
(Driving mode: see Fig. 6)
When the operation mode determined by the operation mode determination means is the travel mode, the controller 21 selects the data table A shown in Table 1 and based on the actual engine speed detected by the
(作業モードの場合:図7参照)
動作モード判別手段によって判別された動作モードが作業モードである場合、コントローラ21は、表1に示されるデータテーブルBを選択するとともに、回転数センサ27によって検出されるエンジン16の実回転数に基づいてその選択されたデータテーブルBを検索する。これにより、図7に示されるような力行/回生トルク出力特性Tb〔M/G〕が設定される。そして、同図に示されるように、エンジン16における高回転数側の一エンジン回転数NHと低回転数側の一エンジン回転数NLとの間のエンジン回転数領域(NH〜NL)において、前記エンジン制御装置によるエンジン16の制御により得られるエンジントルク出力特性T〔E〕と、前記電動・発電機制御装置による電動・発電機20の制御により得られる力行/回生トルク出力特性Tb〔M/G〕とを合成した合成トルク出力特性(Tb〔M/G〕+T〔E〕)が、作業負荷の増加に伴い出力トルクを増加させつつエンジン16の実回転数を減少させるような特性となるように設定されるとともに、前記エンジン回転数領域(NH〜NL)における所定のエンジン回転数NMにおいて合成トルク出力特性(Tb〔M/G〕+T〔E〕)と前記ポンプ吸収トルク制御装置30による制御により得られるポンプ吸収トルク特性PL2とをつり合わせるマッチング点Mが設定される。なお、本実施形態において、前記低回転数側の一エンジン回転数NLは、エンジン16の最大トルク点に対応するエンジン回転数に設定される。また、前記所定のエンジン回転数NMは、合成トルク出力特性(Tb〔M/G〕+T〔E〕)により得られる最大出力(馬力)点に対応するエンジン回転数に設定される。
(In work mode: see Fig. 7)
When the operation mode determined by the operation mode determination means is the work mode, the controller 21 selects the data table B shown in Table 1 and based on the actual engine speed detected by the
今、一例として、回転数センサ27によって検出されるエンジン16の実回転数がNMであったとすると、コントローラ21は、テーブル検索により、電動・発電機20に出力させるべきトルク値として力行トルク値TM1を算出し、この算出された力行トルク値TM1に基づく駆動信号をインバータ38に出力する。これにより、電動・発電機20は、力行トルク値TM1を出力する力行動作を行う。また、例えば、回転数センサ27によって検出されるエンジン16の実回転数がNHであったとすると、コントローラ21は、テーブル検索により、電動・発電機20に出力させるべきトルク値として回生トルク値TG2を算出し、この算出された回生トルク値TG2に基づく駆動信号をインバータ38に出力する。これにより、電動・発電機20は、回生トルク値TG2による発電動作を行う。また、エンジン16の実回転数NMにおいて、前記ポンプ吸収トルク制御装置30は、油圧ポンプ17に対する入力トルクが、エンジン16の出力トルク値TE2と電動・発電機20の力行トルク値TM1との合成出力トルク値である(TE2+TM1)となるように、ポンプ吸収トルク特性PL2に沿ってその入力トルクを一定に保つように制御する。
Now, as an example, when the actual rotational speed of the
本実施形態によれば、前記作業モードにおいて、エンジントルク出力特性T〔E〕と力行/回生トルク出力特性Tb〔M/G〕とを合成した合成トルク出力特性(Tb〔M/G〕+T〔E〕)が、作業負荷の増加に伴い出力トルクを増加させつつエンジン16の実回転数を減少させるような特性となるように設定されるので、作業負荷の増減に伴いエンジン回転数が減増されることになる。したがって、オペレータはエンジン回転数の増減変化に基づいて作業負荷の変動度合を感知できて作業を進める上での加減の施し所を的確につかむことができるとともに、高負荷作業に対しては力強さを、軽負荷作業に対してはスピードをそれぞれ優先させた作業フィーリングを得ることができる。また、前記エンジン回転数領域(NL〜NH)における所定のエンジン回転数NMにおいて合成トルク出力特性(Tb〔M/G〕+T〔E〕)とポンプ吸収トルク特性PL2とをつり合わせるマッチング点Mが設定されるので、作業負荷が要求する出力トルクがそのマッチング点Mに対応する出力トルク(TE2+TM1)を超えようとしてもエンジン16の実回転数はその所定のエンジン回転数NMに収束されることになる。したがって、作業負荷が急激に増加してもエンジン16や電動/発電機20の出力を大幅に高めることなくエンジン回転数の変動を前記所定のエンジン回転数NMを下限とする一定の範囲内(NM〜NH)に収めることができ、エンジン16を安定的に運転することができる。また、作業負荷が要求する出力トルクの変動〔0〜(TE2+TM1)〕に対するエンジン回転数の変化領域(NH〜NM)が、エンジン16の定格トルク点Gを含むその近傍の出力トルク勾配が比較的緩やかエンジントルク出力特性部位(図7中記号Qで示される破線にて囲まれる部位)に対応させて設定されるので、エンジン負荷の平準化を図ることができることができるとともに、エンジン16を効率良く運転することができる。また、前記所定のエンジン回転数NMと前記高回転数側の一エンジン回転数NHとの間のエンジン回転数領域(NM〜NH)には、エンジン16の最小燃料消費率を得るエンジン回転数NBが含まれるので、エンジン16の燃費をより効果的に削減することができる。また、エンジン16に要求される最大出力トルクが電動・発電機20によるアシスト(力行動作)分だけ低下するため、エンジン16の小型化を図ることができ、エンジン16を小型化した分、燃費や排ガス、騒音等を改善することができるとともに、設置スペースの減少化や軽量化等を図ることができる。
According to the present embodiment, in the work mode, the combined torque output characteristic (Tb [M / G] + T [T] obtained by combining the engine torque output characteristic T [E] and the power running / regenerative torque output characteristic Tb [M / G]. E]) is set so as to reduce the actual engine speed while increasing the output torque as the work load increases, so that the engine speed decreases as the work load increases or decreases. Will be. Therefore, the operator can sense the degree of fluctuation of the work load based on the increase / decrease change in the engine speed, and can accurately grasp the place to adjust the work, and is powerful for high load work. Furthermore, it is possible to obtain a work feeling in which speed is prioritized for light load work. Also, to balance the said engine speed range (N L to N H) Synthesis torque output characteristics at a predetermined engine speed N M of (Tb [M / G] + T [E]) and a pump absorption torque characteristic PL 2 Since the matching point M is set, even if the output torque required by the work load exceeds the output torque (T E2 + T M1 ) corresponding to the matching point M, the actual rotational speed of the
1 ハイブリッド油圧ショベル
2a 走行用油圧モータ
2b 走行装置
3 旋回装置
3a 旋回用油圧モータ
7 ブーム
8 アーム
9 バケット
10 ブームシリンダ
11 アームシリンダ
12 バケットシリンダ
15 駆動制御装置
16 エンジン
17 油圧ポンプ
20 電動・発電機
21 コントローラ
23 ガバナ
27 回転数センサ
28 フライホイール(慣性負荷手段)
30 ポンプ吸収トルク制御装置
38 インバータ
39 蓄電装置
DESCRIPTION OF
30 Pump Absorption
Claims (3)
前記エンジンを制御するエンジン制御手段と、前記電動・発電機を制御する電動・発電機制御手段と、前記油圧ポンプの吸収トルクが前記エンジンの実回転数の増減に伴い増減するようなポンプ吸収トルク特性となるように前記油圧ポンプを制御するポンプ吸収トルク制御手段を備え、
前記エンジンにおける高回転数側の一エンジン回転数と低回転数側の一エンジン回転数との間のエンジン回転数領域において、前記エンジン制御手段による前記エンジンの制御により得られるエンジントルク出力特性と、前記電動・発電機制御手段による前記電動・発電機の制御により得られる力行/回生トルク出力特性とを合成した合成トルク出力特性が、作業負荷の増加に伴い出力トルクを増加させつつ前記エンジンの実回転数を減少させるような特性となるように設定するとともに、前記エンジン回転数領域における所定のエンジン回転数において前記合成トルク出力特性と前記ポンプ吸収トルク特性とをつり合わせるマッチング点を設定することを特徴とするハイブリッド作業機械の駆動制御装置。 An electric motor / generator provided so as to be able to transmit torque between the engine, a hydraulic pump driven by the engine, a hydraulic operation unit operated by pressure oil discharged from the hydraulic pump, and the engine And a drive control device for a hybrid work machine including a power storage means for transferring electric energy to and from the motor / generator,
Engine absorption means for controlling the engine; Electric motor / generator control means for controlling the electric motor / generator; Pump absorption torque such that the absorption torque of the hydraulic pump increases or decreases as the actual rotational speed of the engine increases or decreases A pump absorption torque control means for controlling the hydraulic pump so as to have characteristics,
An engine torque output characteristic obtained by controlling the engine by the engine control means in an engine speed region between one engine speed on the high speed side and one engine speed on the low speed side of the engine; The combined torque output characteristics obtained by combining the power running / regenerative torque output characteristics obtained by the control of the electric motor / generator by the electric motor / generator control means increases the output torque as the work load increases. And setting a matching point that balances the combined torque output characteristic and the pump absorption torque characteristic at a predetermined engine speed in the engine speed range, while setting so as to reduce the speed. A drive control device for a hybrid work machine.
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