JP2005210874A - Method of controlling motor generator in hybrid system - Google Patents

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Mitsuhiro Nakagaki
充弘 中垣
Osamu Yasuda
修 安田
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Yanmar Co Ltd
ヤンマー株式会社
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To set the operation control of a motor generator to the one adapted to a further actual actual work state, etc. by automatically deciding a speed command of a target value when operation is switched to a motor or a generator of the motor generator based on an average output of an engine calculated from a load actually applied to the engine. <P>SOLUTION: A method of controlling the motor generator in a hybrid system includes a step of setting a working load applied to the engine 2 during a unit time U as an actual load pattern Pr with the designated number of rotations of the engine 2 set to a fixed state by a system controller 7, a step of calculating a simulation load pattern Ps based on this actual load pattern Pr, a step of calculating the average output A of the engine 2 from the simulation load pattern Ps to the working load in the unit time U, a step of obtaining the number of rotations of the engine at the output time of this average output A, and a step of deciding the speed command based on the number of rotations of the engine. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、発電機としても電動機としても機能するモータジェネレータを備えたハイブリッドシステムにおけるモータジェネレータの制御方法に関する。なお、本発明における「ハイブリッド」とは、エンジンから少なくとも機械的駆動力と電力を取り出すという意味である。   The present invention relates to a motor generator control method in a hybrid system including a motor generator that functions as both a generator and an electric motor. In the present invention, “hybrid” means that at least mechanical driving force and electric power are extracted from the engine.
従来、電気自動車や作業機などに適用されるハイブリッドシステムとして、電動機(モータ)と発電機とを別々に備えた構成のものと、電動機及び発電機の機能を兼ね備えたモータジェネレータを備えた構成のものとが知られている。
そして、前記モータジェネレータを備えたハイブリッドシステムにおいては、予め設定される目標トルクに対応する燃料噴射量を燃料噴射量の目標値として用い、この目標値と燃料噴射量の実測値との比較結果に基づいて、モータジェネレータを電動機として作動させてトルクアシストを行うか、発電機として作動させて蓄電装置(バッテリ)の蓄電を行うかを制御することで、エンジンを最適な運転状態に近付くようにする技術が公知となっている(例えば、特許文献1参照)。
Conventionally, as a hybrid system applied to an electric vehicle or a work machine, a configuration in which a motor (motor) and a generator are separately provided, and a configuration in which a motor generator having a function of the motor and the generator is provided are provided. Things are known.
In the hybrid system including the motor generator, the fuel injection amount corresponding to the preset target torque is used as the target value of the fuel injection amount, and the comparison result between the target value and the actually measured value of the fuel injection amount is used. Based on this, the motor generator is operated as an electric motor to perform torque assist, or the generator is operated as a power generator to control power storage (battery) storage so that the engine approaches an optimal operating state. The technique is publicly known (see, for example, Patent Document 1).
特開2003−27985号公報JP 2003-27985 A
本発明が解決しようとする問題は、ハイブリッドシステムにおけるモータジェネレータの制御において、その電動機または発電機としての作動を切り換える際の目標値が、予め設定され、再度設定されるまでは固定値であることにより、モータジェネレータの作動のエンジンにかかる負荷に対する追従性にも限界があるという点である。すなわち、前記従来の技術においては、モータジェネレータの作動制御の目標値として予め設定される目標燃料噴射量を用い、この目標燃料噴射量と燃料噴射量の実測値との偏差に基づいてモータジェネレータを電動機として作動させてトルクアシストを行うか、発電機として作動させて発電を行うかを制御しており、これでは、エンジンに実際にかかる負荷の変動が大きい場合に、モータジェネレータの電動機または発電機の切り換えが十分に対応できないおそれがある。   The problem to be solved by the present invention is that in the control of a motor generator in a hybrid system, the target value for switching the operation as the motor or generator is set in advance and is a fixed value until it is set again. Therefore, there is a limit to the followability of the motor generator to the load on the engine. That is, in the prior art, a target fuel injection amount that is set in advance as a target value for operation control of the motor generator is used, and the motor generator is controlled based on the deviation between the target fuel injection amount and the measured value of the fuel injection amount. Controls whether torque assist is performed by operating as an electric motor or power generation is performed by operating as an electric generator. In this case, when the fluctuation of the actual load on the engine is large, the electric motor or generator of the motor generator There is a possibility that the switching of the above cannot be sufficiently handled.
そこで、本発明においては、モータジェネレータの電動機または発電機として作動を切り換える際の目標値である速度指令を、エンジンに実際にかかる負荷にから算出されるエンジンの平均出力に基づいて自動的に決定することで、モータジェネレータの作動制御を、より実際の作業状況などに即したものとすることを課題とする。
また、エンジンにかかる負荷に基づいて決定される速度指令に従ってモータジェネレータを制御することにより、平準化された一定の出力を行うようにエンジンの負荷平準化を図り、これにより、エンジンの小型化を図ることを課題とする。
さらに、速度指令をエンジンにかかる負荷に応じて経時的に変化させていくことにより、速度指令の作業負荷などに対しての追従性を向上させ、モータジェネレータによるトルクアシスト及び発電をより適切なものとすることを課題とする。
Therefore, in the present invention, a speed command, which is a target value for switching operation as a motor or a generator of a motor generator, is automatically determined based on an average output of the engine calculated from a load actually applied to the engine. Thus, an object of the present invention is to make the operation control of the motor generator more suitable for the actual work situation.
In addition, by controlling the motor generator according to the speed command determined based on the load on the engine, the engine load is leveled so as to perform a constant leveled output, thereby reducing the size of the engine. The task is to plan.
Furthermore, by changing the speed command over time according to the load on the engine, the followability of the speed command to the work load is improved, and torque assist and power generation by the motor generator are more appropriate. The problem is to do.
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。   The problems to be solved by the present invention are as described above. Next, means for solving the problems will be described.
即ち、請求項1においては、エンジンと、モータジェネレータと、これらを制御する制御手段とを備え、該制御手段からの速度指令に従い、前記モータジェネレータをモータとして作動させるか、または発電機として作動させるかを制御するハイブリッドシステムであって、前記制御手段により、前記エンジンの指示回転数が一定状態で、単位時間中にエンジンにかかる作業負荷を実負荷パターンとし、この実負荷パターンに基づいて模擬負荷パターンを算出し、この模擬負荷パターンより、前記単位時間内での作業負荷に対するエンジンの平均出力を算出し、この平均出力時の機関回転数を求め、この機関回転数に基づいて前記速度指令を決定するものである。   That is, according to the first aspect of the present invention, an engine, a motor generator, and control means for controlling these are provided, and the motor generator is operated as a motor or a generator according to a speed command from the control means. A hybrid system for controlling the engine, wherein the control means sets the work load applied to the engine during a unit time while the indicated rotational speed of the engine is constant as an actual load pattern, and simulates the load based on the actual load pattern. A pattern is calculated, an average output of the engine with respect to the work load within the unit time is calculated from the simulated load pattern, an engine speed at the average output is obtained, and the speed command is calculated based on the engine speed. To decide.
請求項2においては、前記単位時間内でのエンジンの平均出力を順次繰り返して計測し、その都度移動平均をとっていき、作業時の最終的な平均出力を算出することで、前記速度指令の値を収束させていくものである。   In claim 2, the average output of the engine within the unit time is measured repeatedly and sequentially, the moving average is taken each time, and the final average output at the time of work is calculated, whereby the speed command The value converges.
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。   As effects of the present invention, the following effects can be obtained.
請求項1においては、実際にエンジンにかかる作業負荷に応じた機関回転数の目標値である速度指令を自動的に算出することができる。これにより、モータジェネレータによるトルクアシスト及び発電が、作業状態などに応じた適切なものとなる。
また、速度指令として決定される機関回転数を基準として、モータジェネレータによるトルクアシスト及び発電を行うことによって、エンジンは、平準化された一定の出力を行うこととなり、エンジンの負荷率の向上、即ち、負荷平準化を図ることができる。これにより、最大負荷時の出力を見込んで搭載されるエンジンの小型化を図ることができる。
According to the first aspect of the present invention, it is possible to automatically calculate a speed command that is a target value of the engine speed corresponding to the work load actually applied to the engine. As a result, torque assist and power generation by the motor generator become appropriate in accordance with the working state.
Further, by performing torque assist and power generation by the motor generator based on the engine speed determined as the speed command, the engine performs a leveled and constant output, which improves the load factor of the engine, that is, , Load leveling can be achieved. As a result, it is possible to reduce the size of the engine mounted in anticipation of the output at the maximum load.
請求項2においては、速度指令を作業負荷に応じて経時的に変化させることができる。これにより、速度指令の作業負荷に対する追従性を向上することができ、モータジェネレータによるアシスト及び発電をより適切なものとすることが可能となる。   According to the second aspect, the speed command can be changed over time according to the work load. As a result, the followability of the speed command to the work load can be improved, and the assist and power generation by the motor generator can be made more appropriate.
次に、発明の実施の形態を説明する。
図1はハイブリッドシステムの構成を示す図、図2はハイブリッドシステムの動作モードの一覧を示す図、図3はハイブリッドシステムのスタータ機能を示す説明図、図4はハイブリッドシステムのアシスト機能を示す説明図、図5はハイブリッドシステムの充電(発電)機能を示す説明図、図6はVVVFインバータコンバータ用制御ブロック図、図7は昇降圧チョッパ用制御ブロック図、図8は負荷パターンを示す図、図9は模擬負荷パターンの実施方法を示す図、図10は機関及びモータ出力と等馬力線の関係を示す図、図11はドループ特性線を示す図、図12は機関及びモータ出力と等馬力線の関係を示す図、図13はエンジンの負荷変動による機関回転変動の軽減を示す説明図、図14はバッテリ液の比重とバッテリ回路電圧の関係を示す図、図15はバッテリ液の比重とバッテリの放電深度(DOD)の関係を示す図である。
Next, embodiments of the invention will be described.
1 is a diagram showing a configuration of a hybrid system, FIG. 2 is a diagram showing a list of operation modes of the hybrid system, FIG. 3 is an explanatory diagram showing a starter function of the hybrid system, and FIG. 4 is an explanatory diagram showing an assist function of the hybrid system. FIG. 5 is an explanatory diagram showing the charging (power generation) function of the hybrid system, FIG. 6 is a control block diagram for a VVVF inverter converter, FIG. 7 is a control block diagram for a buck-boost chopper, and FIG. 8 is a diagram showing a load pattern. FIG. 10 is a diagram showing a method for implementing a simulated load pattern, FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the engine and motor output and the isobaric power line, FIG. 11 is a diagram showing a droop characteristic line, and FIG. FIG. 13 is an explanatory diagram showing reduction of engine rotation fluctuation due to engine load fluctuation, and FIG. 14 is a graph showing the specific gravity of battery fluid and battery circuit voltage. Shows the engagement, Figure 15 is a diagram showing the relationship of the battery liquid specific gravity and battery depth of discharge (DOD).
まず、ハイブリッドシステムの構成について図1を用いて説明する。
本ハイブリッドシステムでは、エンジン2の出力軸部4の駆動を、エンジン2と電動機(モータ)として機能するモータジェネレータ40との両方により可能としている。出力軸部4から取り出された駆動力は、クラッチ部4aを介して出力部6に伝達され、動力伝達装置などを介して、作業機などの各種作業部、また、移動体などにおける走行車輪や船舶の水中推進用プロペラ等を駆動する。
First, the configuration of the hybrid system will be described with reference to FIG.
In this hybrid system, the output shaft 4 of the engine 2 can be driven by both the engine 2 and the motor generator 40 that functions as an electric motor (motor). The driving force taken out from the output shaft portion 4 is transmitted to the output portion 6 via the clutch portion 4a, and various working portions such as a work machine, a traveling wheel in a moving body, etc. Drives underwater propulsion propellers, etc.
モータジェネレータ40は、エンジン2のクランク軸にその駆動軸が連結されたエンジン直結のホイールインモータであり、エンジン2の本体側と出力軸部4との間に介装されている。
モータジェネレータ40は、発電機またはモータとして機能し、インバータ部41の可変電圧可変周波数(以下、VVVF)インバータコンバータ42と接続されている。このVVVFインバータコンバータ42は、昇降圧チョッパ44を介して蓄電装置であるバッテリ14に接続されている。そして、モータジェネレータ40がモータとして機能する場合には、バッテリ14の給電電力がインバータ部41を介してモータジェネレータ40に供給される。一方、モータジェネレータ40が発電機として機能する場合には、エンジン2の駆動により該モータジェネレータ40で発電された電力がインバータ部41を介してバッテリ14に蓄電される。
The motor generator 40 is a wheel-in motor directly connected to the engine in which the drive shaft is connected to the crankshaft of the engine 2, and is interposed between the main body side of the engine 2 and the output shaft portion 4.
The motor generator 40 functions as a generator or a motor, and is connected to a variable voltage variable frequency (hereinafter referred to as VVVF) inverter converter 42 of the inverter unit 41. The VVVF inverter converter 42 is connected to a battery 14 that is a power storage device via a step-up / step-down chopper 44. When the motor generator 40 functions as a motor, the power supplied from the battery 14 is supplied to the motor generator 40 via the inverter unit 41. On the other hand, when the motor generator 40 functions as a generator, the electric power generated by the motor generator 40 by driving the engine 2 is stored in the battery 14 via the inverter unit 41.
インバータ部41は、VVVFインバータコンバータ42と昇降圧チョッパ44とから構成され、これらVVVFインバータコンバータ42及び昇降圧チョッパ44は、シーケンサ43を介してシステムコントローラ7と接続されている。このシーケンサ43を含むシステムコントローラ7が制御手段となる。システムコントローラ7は、制御対象の状態や、機関回転数や各種アクチュエータ等の外部からの信号に基づき、制御対象に与える操作やその順序などを制御する。そのため、システムコントローラ7とシーケンサ43との間では各種制御信号の通信が行われており、システムコントローラ7と、VVVFインバータコンバータ42及び昇降圧チョッパ44との信号のやりとりは、シーケンサ43を介して行われる。システムコントローラ7からVVVFインバータコンバータ42へは、起動信号や後述する速度指令(モータ指令)などの信号が送信されており、システムコントローラ7と昇降圧チョッパ44との間では、起動信号や充電開始・充電電流に関する信号が通信されている。
また、インバータ部41には電圧センサ45が接続されており、この電圧センサ45によってインバータ部41のインバータ直流電圧やバッテリ電圧など各部の電圧を検出する。
The inverter unit 41 includes a VVVF inverter converter 42 and a step-up / step-down chopper 44, and the VVVF inverter converter 42 and the step-up / step-down chopper 44 are connected to the system controller 7 via a sequencer 43. The system controller 7 including the sequencer 43 serves as control means. The system controller 7 controls operations to be performed on the control target, the order thereof, and the like based on the state of the control target, the engine speed, and external signals from various actuators. Therefore, various control signals are communicated between the system controller 7 and the sequencer 43, and signal exchange between the system controller 7, the VVVF inverter converter 42 and the step-up / down chopper 44 is performed via the sequencer 43. Is called. A signal such as a start signal or a speed command (motor command), which will be described later, is transmitted from the system controller 7 to the VVVF inverter converter 42. Between the system controller 7 and the step-up / down chopper 44, a start signal, charging start / A signal relating to the charging current is communicated.
In addition, a voltage sensor 45 is connected to the inverter unit 41, and the voltage sensor 45 detects a voltage of each unit such as an inverter DC voltage or a battery voltage of the inverter unit 41.
モータジェネレータ40は、モータとしての機能(図2のM1・M2、図3及び図4参照)、及び発電機としての機能(図2のM3〜M5及び図5参照)を有しており、作業状況などに応じて各機能を発揮する。
つまり、本ハイブリッドシステムにおいては、モータジェネレータ40をモータとして作動させる場合には、VVVFインバータコンバータ42をインバータとして作動させるとともに、バッテリ14からの給電電力を、昇降圧チョッパ44により昇圧してモータジェネレータ40に供給し、モータジェネレータ40を発電機として作動させる場合には、VVVFインバータコンバータ42をコンバータとして作動させるとともに、モータジェネレータ40による発電電力を、昇降圧チョッパ44により降圧してバッテリ14に蓄電することを特徴としている。
The motor generator 40 has a function as a motor (see M1 and M2 in FIG. 2, see FIGS. 3 and 4) and a function as a generator (see M3 to M5 in FIG. 2 and FIG. 5). Demonstrate each function according to the situation.
In other words, in the present hybrid system, when the motor generator 40 is operated as a motor, the VVVF inverter converter 42 is operated as an inverter, and the electric power supplied from the battery 14 is boosted by the step-up / down chopper 44 and the motor generator 40 is operated. When the motor generator 40 is operated as a generator, the VVVF inverter converter 42 is operated as a converter, and the power generated by the motor generator 40 is stepped down by the step-up / down chopper 44 and stored in the battery 14. It is characterized by.
すなわち、モータジェネレータ40がモータとして機能する場合には、バッテリ14からの給電電力がモータジェネレータ40に供給され、これにより、該モータジェネレータ40が作動する。バッテリ14から給電される直流電力は昇降圧チョッパ44を介してVVVFインバータコンバータ42に入力される。このとき、昇降圧チョッパ44は昇圧チョッパとして機能し、バッテリ14の給電電圧を所定の電圧に昇圧して、VVVFインバータコンバータ42に出力する。この際、VVVFインバータコンバータ42はインバータとして機能して、入力された直流電力を所定の電圧及び周波数の交流電力に変換し、この変換された交流電力をモータジェネレータ40に供給する。   That is, when the motor generator 40 functions as a motor, the electric power supplied from the battery 14 is supplied to the motor generator 40, and the motor generator 40 is thereby operated. DC power fed from the battery 14 is input to the VVVF inverter converter 42 via the step-up / step-down chopper 44. At this time, the step-up / step-down chopper 44 functions as a boost chopper, boosts the power supply voltage of the battery 14 to a predetermined voltage, and outputs the boosted voltage to the VVVF inverter converter 42. At this time, the VVVF inverter converter 42 functions as an inverter, converts the input DC power into AC power having a predetermined voltage and frequency, and supplies the converted AC power to the motor generator 40.
また、VVVFインバータコンバータ42は、システムコントローラ7からの指令(速度指令・制御信号)に従い、モータとして作動するモータジェネレータ40の回転数及びトルクを制御する。前述したように、モータジェネレータ40の駆動軸はエンジン2のクランク軸と連結されており、モータジェネレータ40がモータとして作動することにより、該モータジェネレータ40の駆動力がエンジン2に伝達されて、後述するモータジェネレータ40によるスタータ機能及びアシスト機能が発揮される。   The VVVF inverter converter 42 controls the rotation speed and torque of the motor generator 40 that operates as a motor in accordance with a command (speed command / control signal) from the system controller 7. As described above, the drive shaft of the motor generator 40 is connected to the crankshaft of the engine 2, and when the motor generator 40 operates as a motor, the drive force of the motor generator 40 is transmitted to the engine 2, which will be described later. The starter function and the assist function by the motor generator 40 are exhibited.
一方、モータジェネレータ40が発電機として機能する場合には、エンジン2の駆動力の一部または全部がモータジェネレータ40の作動に用いられ、このエンジン2からの駆動力によりモータジェネレータ40が作動して、発電が行われる。エンジン2の駆動によりモータジェネレータ40で発電された電力は、三相交流電力としてVVVFインバータコンバータ42に入力される。この際、VVVFインバータコンバータ42はコンバータとして機能し、モータジェネレータ40から入力された交流電力を整流・平滑化して直流電力に変換する。VVVFインバータコンバータ42によって変換された直流電力は、昇降圧チョッパ44を介してバッテリ14に入力され、これによりバッテリ14に蓄電される。このとき、昇降圧チョッパ44は降圧チョッパとして機能し、VVVFインバータコンバータ42から出力される直流電力を所定の電圧に降圧してバッテリ14に蓄電する。   On the other hand, when the motor generator 40 functions as a generator, part or all of the driving force of the engine 2 is used for the operation of the motor generator 40, and the motor generator 40 is operated by the driving force from the engine 2. Power generation is performed. The electric power generated by the motor generator 40 by driving the engine 2 is input to the VVVF inverter converter 42 as three-phase AC power. At this time, the VVVF inverter converter 42 functions as a converter, and rectifies and smoothes AC power input from the motor generator 40 to convert it into DC power. The DC power converted by the VVVF inverter converter 42 is input to the battery 14 via the step-up / step-down chopper 44, and is thereby stored in the battery 14. At this time, the step-up / step-down chopper 44 functions as a step-down chopper and steps down the DC power output from the VVVF inverter converter 42 to a predetermined voltage and stores it in the battery 14.
なお、以上に述べたように、VVVFインバータコンバータ42は、モータジェネレータ40がモータとして作動する場合には、バッテリ14から給電される直流電力を交流電力に変換するインバータとして機能し、モータジェネレータ40が発電機として作動する場合には、該モータジェネレータ40により発電された交流電力を直流電力に変換するコンバータとして機能する双方向電力変換装置となっている。   As described above, when the motor generator 40 operates as a motor, the VVVF inverter converter 42 functions as an inverter that converts DC power fed from the battery 14 into AC power. When operating as a generator, the bidirectional power conversion device functions as a converter that converts AC power generated by the motor generator 40 into DC power.
このように、インバータ部41に昇降圧チョッパ44を使用することにより、バッテリ14からモータジェネレータ40へ供給される電圧を昇圧することができるため、バッテリ14からの出力(電力)が同じであれば、電圧が高くなった分、小電流化を図ることが可能となる(電力=電流×電圧)。これにより、昇降圧チョッパ44とVVVFインバータコンバータ42とを接続する配線、及びVVVFインバータコンバータ42とモータジェネレータ40とを接続する配線において、負荷をかけたとき流れる負荷電流の配線の抵抗によって失われる損失(銅損)を低減することができる。   Thus, since the voltage supplied from the battery 14 to the motor generator 40 can be boosted by using the step-up / step-down chopper 44 in the inverter unit 41, if the output (electric power) from the battery 14 is the same. The current can be reduced as the voltage increases (power = current × voltage). Thereby, in the wiring connecting the buck-boost chopper 44 and the VVVF inverter converter 42 and the wiring connecting the VVVF inverter converter 42 and the motor generator 40, the loss lost due to the resistance of the wiring of the load current that flows when a load is applied. (Copper loss) can be reduced.
また、昇降圧チョッパ44を使用することにより、バッテリ14の小型化が図れる。つまり、モータとして駆動するモータジェネレータ40に供給する電圧は、高いほどモータジェネレータ40のモータ機能を発揮するためには有利であり、高い電圧で供給しようとすると、バッテリ14を大きくする必要があるが、昇降圧チョッパ44を使用することでバッテリ14から供給する電圧が低くても昇圧することが可能となるので、バッテリ14を大きくする必要がなくなるのである。これにより、本ハイブリッドシステムを搭載する機体における省スペース化、及び軽量化を図ることができる。   Further, by using the step-up / down chopper 44, the battery 14 can be reduced in size. That is, the higher the voltage supplied to the motor generator 40 that is driven as a motor, the more advantageous the motor function of the motor generator 40 is. In order to supply at a higher voltage, the battery 14 needs to be enlarged. By using the step-up / step-down chopper 44, it is possible to boost the voltage even if the voltage supplied from the battery 14 is low, so that the battery 14 need not be enlarged. Thereby, the space saving and weight reduction in the airframe which mounts this hybrid system can be achieved.
一方、エンジン2の駆動力(回転数)の調節は、操作部8に配設されるレギュレータレバー等の操作レバー9を操作することによって行われる。また、操作レバー9には、該操作レバー9のレバー位置を検出する位置センサ(図示略)が付設されており、この位置センサはシステムコントローラ7と接続されている。また、操作部8には、切り換え操作手段として、VVVF起動(回転数)指示スイッチ、CVCF(定電圧定周波数)起動スイッチ、昇降圧チョッパ起動スイッチ、蓄電開始スイッチ、蓄電電流指示スイッチ等の各種スイッチが配設されており、これらの各種スイッチはシステムコントローラ7と接続されている。   On the other hand, the adjustment of the driving force (rotation speed) of the engine 2 is performed by operating an operation lever 9 such as a regulator lever provided in the operation unit 8. The operation lever 9 is provided with a position sensor (not shown) for detecting the lever position of the operation lever 9, and this position sensor is connected to the system controller 7. The operation unit 8 includes various switches such as a VVVF start (rotation speed) instruction switch, a CVCF (constant voltage constant frequency) start switch, a step-up / down chopper start switch, a storage start switch, and a storage current instruction switch as switching operation means. These various switches are connected to the system controller 7.
操作レバー9を操作すると、該操作レバー9のレバー位置が前記位置センサにより検出され、レバー位置に応じた信号がシステムコントローラ7に入力される。そして、システムコントローラ7は入力された信号に基づいてシフトアクチュエータ21及びスロットルアクチュエータ22を作動させる。   When the operation lever 9 is operated, the position of the operation lever 9 is detected by the position sensor, and a signal corresponding to the lever position is input to the system controller 7. Then, the system controller 7 operates the shift actuator 21 and the throttle actuator 22 based on the input signal.
シフトアクチュエータ21は、前記クラッチ部4aに接続されており、このシフトアクチュエータ21の作動によりクラッチ部4aのクラッチを作動させるように制御している。このようにしてクラッチを作動させることにより、出力軸部4から出力部6への駆動力の断接が行われる。また、シフトアクチュエータ21には、そのシフト位置を検出するポテンショメータ(図示略)が付設されている。ポテンショメータは、システムコントローラ7と接続されており、このポテンショメータにより検出されたシフト位置がシステムコントローラ7に入力される。   The shift actuator 21 is connected to the clutch portion 4a, and is controlled to operate the clutch of the clutch portion 4a by the operation of the shift actuator 21. By operating the clutch in this manner, the driving force from the output shaft portion 4 to the output portion 6 is connected / disconnected. The shift actuator 21 is provided with a potentiometer (not shown) for detecting the shift position. The potentiometer is connected to the system controller 7, and the shift position detected by the potentiometer is input to the system controller 7.
スロットルアクチュエータ22は、ラックピニオン式のDCモータ(スロットルモータ)により構成され、エンジン2のスロットルに接続されている。このスロットルアクチュエータ22の作動により、スロットル位置(スロットル開度)が変化する。このスロットル位置の変化によりエンジン2における燃料噴射量を調節して、エンジン2の駆動力(回転数)を調節可能としている。すなわち、スロットルアクチュエータ22は、エンジン2の回転数調節手段として機能する。そして、このスロットルアクチュエータ22を構成する前記DCモータは、システムコントローラ7に接続されており、該システムコントローラ7から送られる指令によって該DCモータが制御される。また、スロットルアクチュエータ22には、そのスロットル位置を検出するポテンショメータ(図示略)が付設されている。ポテンショメータは、システムコントローラ7と接続されており、このポテンショメータにより検出されたスロットルアクチュエータ22のスロットル位置がシステムコントローラ7に入力される。
このように、操作レバー9を操作して、そのレバー位置を調節することにより、エンジンの駆動力(回転数)の調節を行っている。ただし、後述するモータジェネレータ40の各制御が行われているときには、操作レバー9を操作することによる燃料噴射量の調節は行われない。つまり、モータジェネレータ40の制御は、操作レバー9のレバー位置から要求される燃料噴射量(指示回転数)が一定の状態で行われる。
The throttle actuator 22 is constituted by a rack and pinion type DC motor (throttle motor), and is connected to the throttle of the engine 2. The operation of the throttle actuator 22 changes the throttle position (throttle opening). The fuel injection amount in the engine 2 is adjusted by the change in the throttle position so that the driving force (rotation speed) of the engine 2 can be adjusted. That is, the throttle actuator 22 functions as a rotation speed adjusting means for the engine 2. The DC motor constituting the throttle actuator 22 is connected to the system controller 7, and the DC motor is controlled by a command sent from the system controller 7. Further, the throttle actuator 22 is provided with a potentiometer (not shown) for detecting the throttle position. The potentiometer is connected to the system controller 7, and the throttle position of the throttle actuator 22 detected by the potentiometer is input to the system controller 7.
In this manner, the operating force of the engine (rotational speed) is adjusted by operating the operating lever 9 and adjusting the lever position. However, when each control of the motor generator 40 described later is being performed, the fuel injection amount is not adjusted by operating the operation lever 9. That is, the motor generator 40 is controlled in a state where the fuel injection amount (instructed rotational speed) required from the lever position of the operation lever 9 is constant.
以上のように構成されるハイブリッドシステムにおいて、メインコントローラとしてのシステムコントローラ7は、次のように機能して本ハイブリッドシステムの制御を行う。
システムコントローラ7には、前述したように、操作部8における操作レバー9に付設される位置センサが接続され、また、シフトアクチュエータ21及びスロットルアクチュエータ22と、これらシフトアクチュエータ21及びスロットルアクチュエータ22にそれぞれ付設されるポテンショメータとが接続されている。
In the hybrid system configured as described above, the system controller 7 as the main controller functions as follows to control the hybrid system.
As described above, the system controller 7 is connected to the position sensor attached to the operation lever 9 in the operation unit 8, and is attached to the shift actuator 21 and the throttle actuator 22, and the shift actuator 21 and the throttle actuator 22, respectively. Connected to a potentiometer.
また、システムコントローラ7は、エンジン2と接続されており、該エンジン2からシステムコントローラ7に機関回転数が入力される。機関回転数は、エンジン2に付設される回転数センサ(図示略)により検出される。また、この回転センサにより検出される機関回転数は、VVVFインバータコンバータ42へも入力される。   The system controller 7 is connected to the engine 2, and the engine speed is input from the engine 2 to the system controller 7. The engine speed is detected by a speed sensor (not shown) attached to the engine 2. The engine speed detected by the rotation sensor is also input to the VVVF inverter converter 42.
また、システムコントローラ7は、VVVFインバータコンバータ42と接続されており、システムコントローラ7は、VVVFインバータコンバータ42に対し、モータとしてのモータジェネレータ40の起動信号、及び予め決定される速度指令を送る。そして、VVVFインバータコンバータ42は、これらの信号に基づいて、モータとして作動する場合のモータジェネレータ40を制御する。一方、VVVFインバータコンバータ42は、システムコントローラ7へモータとして作動するモータジェネレータ40の回転数、トルク、及び交流電圧値などの信号を送る。モータジェネレータ40の回転数は、該モータジェネレータ40をモータとして作動させるときの回転数であり、前記回転センサにより検出される。つまり、モータジェネレータ40は、エンジン2のクランク軸と常時同期回転する構成としているため、回転数センサでモータジェネレータ40の回転数を検出することにより、エンジン2の回転数を知ることができる。よって、回転数センサは、機関回転数検出手段として機能することとなる。また、モータジェネレータ40の交流電圧は、該モータジェネレータ40をモータとして作動させるときにVVVFインバータコンバータ42から供給される交流電圧である。   The system controller 7 is connected to a VVVF inverter converter 42, and the system controller 7 sends a start signal for a motor generator 40 as a motor and a predetermined speed command to the VVVF inverter converter 42. Based on these signals, VVVF inverter converter 42 controls motor generator 40 when operating as a motor. On the other hand, the VVVF inverter converter 42 sends signals such as the rotational speed, torque, and AC voltage value of the motor generator 40 that operates as a motor to the system controller 7. The rotation speed of the motor generator 40 is the rotation speed when the motor generator 40 is operated as a motor, and is detected by the rotation sensor. That is, since the motor generator 40 is configured to always rotate synchronously with the crankshaft of the engine 2, the rotational speed of the engine 2 can be known by detecting the rotational speed of the motor generator 40 with the rotational speed sensor. Therefore, the rotational speed sensor functions as an engine rotational speed detection means. The AC voltage of the motor generator 40 is an AC voltage supplied from the VVVF inverter converter 42 when the motor generator 40 is operated as a motor.
また、システムコントローラ7は昇降圧チョッパ44と接続されており、該システムコントローラ7は昇降圧チョッパ44に対し、起動信号、充電開始指示、充電電流(リミッタ)指示などを送り、昇降圧チョッパ44に接続されるバッテリ14を制御する。一方、昇降圧チョッパ44は、システムコントローラ7へバッテリ14の電圧、充放電電流などに関する信号を送る。システムコントローラ7は、前記電圧センサ45によって検出されるバッテリ14の電圧や、充放電電流を検出することによりバッテリ14の状態を知ることができる。   The system controller 7 is connected to the step-up / down chopper 44, and the system controller 7 sends an activation signal, a charge start instruction, a charge current (limiter) instruction, etc. to the step-up / down chopper 44. The connected battery 14 is controlled. On the other hand, the step-up / down chopper 44 sends a signal related to the voltage of the battery 14, the charge / discharge current, and the like to the system controller 7. The system controller 7 can know the state of the battery 14 by detecting the voltage of the battery 14 detected by the voltage sensor 45 and the charge / discharge current.
以上のように構成されるハイブリッドシステムは、例えば、図2に示すような動作モードを備えており、各動作モードの動作状態におけるモータジェネレータ40の機能として、スタータ機能(図3参照)、アシスト機能(図4参照)、及び充電(発電)機能(図5参照)を有している。以下、各動作モードについて説明する。   The hybrid system configured as described above has, for example, an operation mode as shown in FIG. 2, and a starter function (see FIG. 3), an assist function as functions of the motor generator 40 in the operation state of each operation mode. (See FIG. 4) and a charging (power generation) function (see FIG. 5). Hereinafter, each operation mode will be described.
図3には、エンジン2起動(始動)時における電気回路の作動及び駆動力の伝達状態を示している。エンジン2は、バッテリ14からモータジェネレータ40に電力を供給して、該モータジェネレータ40をモータとして機能させることにより始動する。エンジン2を始動する際には、オペレータによる始動キーの操作により図示せぬリレーがオンされ、システムコントローラ7にエンジン始動の指令が入力される。システムコントローラ7は、VVVFインバータコンバータ42及び昇降圧チョッパ44にエンジン2の起動信号を送る。これにより、バッテリ14からの給電電力は、昇圧チョッパとして機能する昇降圧チョッパ44によって昇圧され、インバータとして機能するVVVFインバータコンバータ42によって所要の電圧及び周波数に変換されて、交流電力としてモータジェネレータ40に供給される。このようにして、モータジェネレータ40はモータとして作動する。このモータジェネレータ40の駆動軸は、前述したようにエンジン2のクランク軸と連結されており常時同期回転するため、モータジェネレータ40をモータとして駆動することにより、停止状態のエンジン2を始動させる。   FIG. 3 shows the operation of the electric circuit and the transmission state of the driving force when the engine 2 is started (started). The engine 2 is started by supplying electric power from the battery 14 to the motor generator 40 and causing the motor generator 40 to function as a motor. When starting the engine 2, a relay (not shown) is turned on by operating the start key by the operator, and an engine start command is input to the system controller 7. The system controller 7 sends a start signal for the engine 2 to the VVVF inverter converter 42 and the step-up / down chopper 44. As a result, the power supplied from the battery 14 is boosted by the step-up / step-down chopper 44 that functions as a boost chopper, is converted into a required voltage and frequency by the VVVF inverter converter 42 that functions as an inverter, and is supplied to the motor generator 40 as AC power. Supplied. In this way, the motor generator 40 operates as a motor. Since the drive shaft of the motor generator 40 is connected to the crankshaft of the engine 2 as described above and always rotates synchronously, the engine 2 in a stopped state is started by driving the motor generator 40 as a motor.
このように、モータとして作動するモータジェネレータ40にスタータ機能を兼ね備え、該モータジェネレータ40をエンジン2の起動時におけるスタータとして利用することにより、別途セルモータ(スタータモータ)等を設ける必要がなくなるので、省スペース化を図ることが可能となり、本ハイブリッドシステムが適用される機体において動力機関の搭載スペースを小さくすることができる。また、製造コストを低減することもできる。さらに、セルモータと比較して、エンジン起動時の騒音の低減、及び迅速な起動が可能となる。   Thus, since the motor generator 40 that operates as a motor also has a starter function, and the motor generator 40 is used as a starter when the engine 2 is started, it is not necessary to provide a cell motor (starter motor) separately. Space can be achieved, and the mounting space of the power engine can be reduced in the airframe to which the hybrid system is applied. In addition, the manufacturing cost can be reduced. Furthermore, compared with a cell motor, noise during engine start-up and quick start-up are possible.
そして、エンジン2の起動終了後は、モータジェネレータ40を発電機として作動させ、常時バッテリ14への充電を行っており、後述する「トルクアシスト要求」が発生した場合にのみ、モータジェネレータ40をモータとして作動させてトルクアシストを行う。   After the start of the engine 2, the motor generator 40 is operated as a generator to constantly charge the battery 14, and the motor generator 40 is moved to the motor only when a “torque assist request” described later is generated. To assist in torque assist.
図4には、モータジェネレータ40によるトルクアシスト時における電気回路の作動及び駆動力の伝達状態を示している。なお、「トルクアシスト」とは、モータジェネレータ40をモータとして作動させ、このモータジェネレータ40によってエンジン2の駆動負荷の一部を賄うことを意味する。   FIG. 4 shows the operation of the electric circuit and the transmission state of the driving force at the time of torque assist by the motor generator 40. “Torque assist” means that the motor generator 40 is operated as a motor and the motor generator 40 covers a part of the driving load of the engine 2.
トルクアシストを行う際、システムコントローラ7は、VVVFインバータコンバータ42に対して予め決定される速度指令を出力し、昇降圧チョッパ44に対して起動信号を出力する。これにより、バッテリ14が放電状態となり、このバッテリ14からの給電電力は、昇圧チョッパとして機能する昇降圧チョッパ44によって昇圧され、インバータとして機能するVVVFインバータコンバータ42によって所要の電圧及び周波数に変換されて、交流電力としてモータジェネレータ40に供給される。このようにして、モータジェネレータ40が作動する。このトルクアシストを行う場合には、エンジン2に高い負荷がかかった場合や加速を行う場合等で、機関回転数が速度指令よりも低くなるような場合やトルク変動が生じた場合等において、モータジェネレータ40をモータとして駆動させる。この時エンジン2も駆動しており、モータジェネレータ40及びエンジン2の駆動力の和が出力軸部4の駆動力となる。   When performing torque assist, the system controller 7 outputs a predetermined speed command to the VVVF inverter converter 42 and outputs an activation signal to the step-up / down chopper 44. As a result, the battery 14 is discharged, and the power supplied from the battery 14 is boosted by the step-up / step-down chopper 44 that functions as a boost chopper, and is converted into a required voltage and frequency by the VVVF inverter converter 42 that functions as an inverter. Then, it is supplied to the motor generator 40 as AC power. In this way, the motor generator 40 operates. When this torque assist is performed, when the engine 2 is under a heavy load or when acceleration is performed, the motor speed is reduced when the engine speed is lower than the speed command or when torque fluctuation occurs. The generator 40 is driven as a motor. At this time, the engine 2 is also driven, and the sum of the driving forces of the motor generator 40 and the engine 2 becomes the driving force of the output shaft portion 4.
このように、モータとして機能するモータジェネレータ40によって、トルクアシスト要求に従った適切なトルクアシストを行うことにより、エンジン2の出力が補われるので、エンジン2の小型化を図ることができる。また、このモータジェネレータ40による適切なトルクアシストによって、作業機などの加速性及び駆動性の向上が図れるとともに、燃費の向上、騒音の低減、及び排気色の改善を図ることが可能となる。   As described above, the motor generator 40 functioning as a motor performs appropriate torque assist according to the torque assist request, so that the output of the engine 2 is supplemented. Therefore, the engine 2 can be downsized. In addition, by the appropriate torque assist by the motor generator 40, it is possible to improve the acceleration performance and drivability of the work machine and the like, improve the fuel consumption, reduce the noise, and improve the exhaust color.
図5には、モータジェネレータ40により発電された電力により、バッテリ14の蓄電を行うとき、即ち、モータジェネレータ40を発電機として作動させてバッテリ14を充電するときの電気回路の作動及び駆動力の伝達状態を示している。このとき、エンジン2により出力軸部4及びモータジェネレータ40が駆動される。この状態においては、エンジン2にかかる負荷トルクが、該エンジン2の出力トルクよりも小さくなっており、このエンジン2の余剰トルク分をモータジェネレータ40による発電に用いている。つまり、エンジン2のみによって作業負荷に対応しており、このエンジン2の駆動によってモータジェネレータ40が発電機として作動して発電が行われ、このモータジェネレータ40による発電によってバッテリ14の蓄電が行われている状態である。   FIG. 5 shows the operation of the electric circuit and the driving force when the battery 14 is charged with the electric power generated by the motor generator 40, that is, when the motor generator 40 is operated as a generator and the battery 14 is charged. The transmission state is shown. At this time, the output shaft 4 and the motor generator 40 are driven by the engine 2. In this state, the load torque applied to the engine 2 is smaller than the output torque of the engine 2, and the surplus torque of the engine 2 is used for power generation by the motor generator 40. In other words, only the engine 2 corresponds to the work load, and the motor generator 40 operates as a generator to generate power by driving the engine 2, and the battery 14 is charged by the power generation by the motor generator 40. It is in a state.
発電機としてのモータジェネレータ40によってバッテリ14の蓄電を行う場合には、システムコントローラ7はVVVFインバータコンバータ42と昇降圧チョッパ44に充電開始指示を出力する。モータジェネレータ40による発電電力は、VVVFインバータコンバータ42により整流・平滑化されて直流電力に変換された後、昇降圧チョッパ44により降圧されて、バッテリ14に蓄電される。この際、VVVFインバータコンバータ42はコンバータとして機能する。   When the battery 14 is stored by the motor generator 40 as a generator, the system controller 7 outputs a charge start instruction to the VVVF inverter converter 42 and the step-up / step-down chopper 44. The electric power generated by the motor generator 40 is rectified and smoothed by the VVVF inverter converter 42 and converted into DC power, and then stepped down by the step-up / step-down chopper 44 and stored in the battery 14. At this time, the VVVF inverter converter 42 functions as a converter.
また、本ハイブリッドシステムにおいては、このようにモータジェネレータ40を発電機として作動させて行うバッテリ14の蓄電には、該モータジェネレータ40の回生発電による蓄電を含むことを特徴としている。
この回生発電が発生する場合としては、例えば、本ハイブリッドシステムを油圧ショベル等の油圧建設機械に適用した場合には、ブーム・アーム・バケット等を有するフロント作業機のブーム下げ時や、このフロント作業機が取付けられる旋回体の旋回動作の制動時などである。
Further, in the present hybrid system, the power storage of the battery 14 performed by operating the motor generator 40 as a generator in this way includes power storage by regenerative power generation of the motor generator 40.
For example, when this regenerative power generation occurs, when this hybrid system is applied to a hydraulic construction machine such as a hydraulic excavator, the front work machine having a boom, an arm, a bucket, etc. For example, when the turning motion of the turning body to which the machine is mounted is braked.
このように、発電機として作動するモータジェネレータ40によるバッテリ14の蓄電に、該モータジェネレータ40による回生発電による蓄電を含むことにより、前述したようなブーム下げ時や旋回体の旋回動作の制動時の慣性エネルギーを回生電力として有効に取り出すことができ、モータジェネレータ40によるバッテリ14の充電効率の向上を図ることができる。   As described above, the battery 14 stored by the motor generator 40 operating as a generator includes the battery stored by the regenerative power generation by the motor generator 40, so that the boom can be lowered or the swing operation of the swinging body can be braked as described above. Inertial energy can be effectively taken out as regenerative power, and the charging efficiency of the battery 14 by the motor generator 40 can be improved.
また、同じくモータジェネレータ40が発電機として作動している場合において、モータジェネレータ40に電気負荷がかかってない状態、即ち無電負荷の作動状態がある。この動作モードでは、VVVFインバータコンバータ42及び昇降圧チョッパ44は停止状態となっており、発電機としてのモータジェネレータ40は実質停止状態となり、エンジン2のみが単体で作動している状態となる。つまり、この動作モードにおいては、エンジン2の出力と該エンジン2に対する負荷とが均衡状態となっており、エンジン2のみによって効率の良い動作が行われている。なお、このモータジェネレータ40による発電によってバッテリ14が満充電状態となったときも、インバータ部41とバッテリ14との電位差が小さくなることでバッテリ14からの給電及びバッテリ14への充電は停止状態となり、エンジン2のみが単体で作動している状態となる。   Similarly, when the motor generator 40 is operating as a generator, there is a state in which no electric load is applied to the motor generator 40, that is, an operating state of a non-electric load. In this operation mode, the VVVF inverter converter 42 and the step-up / step-down chopper 44 are stopped, the motor generator 40 as a generator is substantially stopped, and only the engine 2 is operating alone. That is, in this operation mode, the output of the engine 2 and the load on the engine 2 are in a balanced state, and efficient operation is performed only by the engine 2. Even when the battery 14 is fully charged by the power generation by the motor generator 40, the potential difference between the inverter unit 41 and the battery 14 is reduced, so that the power supply from the battery 14 and the charging to the battery 14 are stopped. Only the engine 2 is operating alone.
以上の図3から図5を用いて説明した本ハイブリッドシステムの有する機能は、図2に示す動作モードと次のように対応している。
図2に示すM1は、図3を用いて説明したモータとして機能するモータジェネレータ40によるスタータ機能が発揮される動作モードである。M2は、図4を用いて説明した同じくモータとして機能するモータジェネレータ40によるアシスト機能が発揮される動作モードである。M3からM5は、図5を用いて説明した発電機として機能するモータジェネレータ40による充電(発電)機能が発揮される動作モードであり、M3は、モータジェネレータ40が無電負荷の作動状態であり、エンジン2のみ単体で作動している動作モード、M4は、モータジェネレータ40による発電を行いつつエンジン2には作業負荷がかかっている状態で、モータジェネレータ40による回生発電が行われた場合は、この回生電力をバッテリ14に蓄電する動作モード、そしてM5は、M4の動作モードにおいてアイドル状態となったときの動作モードである。このアイドル状態においては、作業負荷はかかっておらず、モータジェネレータ40によるバッテリ14の充電のみが行われる。
The functions of the hybrid system described with reference to FIGS. 3 to 5 correspond to the operation modes shown in FIG. 2 as follows.
M1 shown in FIG. 2 is an operation mode in which the starter function is exhibited by the motor generator 40 that functions as the motor described with reference to FIG. M2 is an operation mode in which the assist function by the motor generator 40 that functions as the motor described with reference to FIG. 4 is exhibited. M3 to M5 are operation modes in which the charging (power generation) function by the motor generator 40 functioning as the generator described with reference to FIG. 5 is exhibited, and M3 is an operation state in which the motor generator 40 is a non-electric load. An operation mode in which only the engine 2 is operated alone, M4, is generated when regenerative power generation is performed by the motor generator 40 while the engine 2 is generating power while a work load is applied to the engine 2. An operation mode in which the regenerative power is stored in the battery 14, and M5 is an operation mode when an idle state is entered in the operation mode of M4. In this idle state, no work load is applied, and only the battery 14 is charged by the motor generator 40.
以上の説明のような、各モードにおいて好適に作動するハイブリッドシステムを作業機などに適用することにより、前述した各作動時における効果に加え、一連の作動においてエンジン2にかかる負荷を一定にすることができ、負荷率の向上(後述する負荷平準化)を図ることができる。これにより、最大負荷時の出力を見込んで搭載されるエンジンの小型化を図ることができる。
また、低速域におけるエンジンの特性として、機関回転数が低いほどトルクが小さく不安定であること等があるが、モータジェネレータ40によるトルクアシストによって、この低速域におけるトルクの向上を図ることができる。これにより、燃費の向上や排気色の改善などの機関性能の向上を図ることができ、また、作業機として低速かつ正確な動作が要求される軽負荷の作業時での操作性を向上及び騒音の低減を図ることができる。
By applying a hybrid system that operates suitably in each mode as described above to a work machine or the like, in addition to the effects at the time of each operation described above, the load on the engine 2 is made constant during a series of operations. It is possible to improve the load factor (load leveling described later). As a result, it is possible to reduce the size of the engine mounted in anticipation of the output at the maximum load.
Further, as a characteristic of the engine in the low speed range, there is a case where the torque becomes smaller and unstable as the engine speed is lower. However, torque assist by the motor generator 40 can improve the torque in the low speed range. This makes it possible to improve engine performance such as improved fuel efficiency and exhaust color, and improves operability during light-load work that requires low-speed and accurate operation as a work implement and noise. Can be reduced.
また、このような構成のハイブリッドシステムを小型の作業機などに適用する場合は、バッテリ14に出入力される電圧を昇降圧する昇降圧チョッパ44を使用しない構成とすることもできる。つまり、小型の作業機などのように、モータとして作動するモータジェネレータ40の出力が比較的小さくてもその作動に影響がないような場合、モータジェネレータ40のモータ機能を発揮するためには高い電圧は必要なく、昇降圧チョッパ44を使用せずとも本ハイブリッドシステムによる効果を得ることができる。
この場合、バッテリ14はVVVFインバータコンバータ42に直接接続され、バッテリ14のバッテリ容量はモータとして作動するモータジェネレータ40のモータ出力に対応したものとなる。
Further, when the hybrid system having such a configuration is applied to a small working machine or the like, the configuration may be such that the step-up / step-down chopper 44 that steps up / down the voltage input / output to / from the battery 14 is not used. That is, when the output of the motor generator 40 that operates as a motor is relatively small and does not affect the operation, such as a small working machine, a high voltage is required to exert the motor function of the motor generator 40. Therefore, the effect of the present hybrid system can be obtained without using the step-up / down chopper 44.
In this case, the battery 14 is directly connected to the VVVF inverter converter 42, and the battery capacity of the battery 14 corresponds to the motor output of the motor generator 40 that operates as a motor.
このように、本ハイブリッドシステムを昇降圧チョッパ44を使用しない構成とすることにより、小型の作業機などにおいても、本ハイブリッドシステムによる効率の良い運転が可能となり、ランニングコストの低減効果を得ることが可能となる。   In this way, by adopting a configuration in which the hybrid system does not use the step-up / down chopper 44, even with a small work machine, an efficient operation by the hybrid system is possible, and an effect of reducing running costs can be obtained. It becomes possible.
続いて、モータ及び発電機として作動するモータジェネレータ40の制御方法について図6及び図7を用いて説明する。
本ハイブリッドシステムにおけるモータジェネレータ40の制御は、システムコントローラ7からの速度指令に基づき、VVVFインバータコンバータ42によって行われるものであり、図6に示すような、VVVFインバータコンバータ42からモータジェネレータ40に対して出力するトルク指令(電流指令)を制御する基本的な制御としての速度制御、及び前記トルク指令の自動補正を行う電圧制御が連動して行われる。また、このモータジェネレータ40の制御においては、昇降圧チョッパ44によるバッテリ14への充電・放電電流に対する制御が連動して行われる。つまり、図7に示すような、昇降圧チョッパ44が電圧指令に基づき充電電流指令を制御する直流電圧制御、及び前記充電電流指令の自動補正を行う充電電流制御が、前記速度制御及び電圧制御と連動して行われる。
Next, a method for controlling the motor generator 40 that operates as a motor and a generator will be described with reference to FIGS. 6 and 7.
Control of the motor generator 40 in this hybrid system is performed by the VVVF inverter converter 42 based on the speed command from the system controller 7, and the motor generator 40 is controlled from the VVVF inverter converter 42 as shown in FIG. Speed control as basic control for controlling the output torque command (current command) and voltage control for automatically correcting the torque command are performed in conjunction with each other. In the control of the motor generator 40, the control for the charging / discharging current to the battery 14 by the step-up / step-down chopper 44 is performed in conjunction. That is, as shown in FIG. 7, the step-up / down chopper 44 controls the charging current command based on the voltage command, and the charging current control that automatically corrects the charging current command includes the speed control and the voltage control. It is done in conjunction.
前記速度制御では、モータジェネレータ40をモータとして作動させる場合と発電機として作動させる場合との判断・制御を行っており、この判断・制御を行う際の基準として、エンジン2の負荷に基づいて決定される速度指令を用い、エンジン2の実回転数と速度指令としての機関回転数とを比較することによって行っている。
つまり、この速度制御は、VVVFインバータコンバータ42にて、エンジン2の回転数を検出する前記回転センサよって検出されるエンジン2の実回転数と、エンジン2の負荷に基づいて算出され、システムコントローラ7からVVVFインバータコンバータ42に入力される速度指令としての機関回転数とを比較し、エンジン2の実回転数が、速度指令よりも小さい(閾値を越えて設定回転数よりも低い)場合は、VVVFインバータコンバータ42からモータジェネレータ40に対するトルク指令を増加させ、該モータジェネレータ40をモータとして作動さる。逆に、エンジン2の実回転数が、速度指令よりも大きい場合は、VVVFインバータコンバータ42からモータジェネレータ40に対するトルク指令を減少させ、該モータジェネレータ40を発電機として作動させるように制御することを特徴としている。なお、前述の「トルクアシスト要求」とは、VVVFインバータコンバータ42によってモータジェネレータ40によるトルクアシストが必要と判断された場合に、該VVVFインバータコンバータ42からモータジェネレータ40へ送られる信号であり、この速度制御でのトルク指令を増加させる信号が相当する。そして、エンジン2の実回転数が速度指令よりも小さい場合が、「トルクアシスト要求」が発生した場合に相当する。
In the speed control, determination and control are performed when the motor generator 40 is operated as a motor and when the motor generator 40 is operated as a generator, and is determined based on the load of the engine 2 as a reference when performing this determination and control. This is done by comparing the actual rotational speed of the engine 2 with the engine rotational speed as the speed command.
That is, this speed control is calculated based on the actual rotational speed of the engine 2 detected by the rotation sensor that detects the rotational speed of the engine 2 by the VVVF inverter converter 42 and the load of the engine 2. Is compared with the engine speed as a speed command input to the VVVF inverter converter 42. If the actual speed of the engine 2 is smaller than the speed command (below the threshold value and lower than the set speed), VVVF The torque command from the inverter converter 42 to the motor generator 40 is increased, and the motor generator 40 is operated as a motor. On the contrary, when the actual rotational speed of the engine 2 is larger than the speed command, the torque command for the motor generator 40 is decreased from the VVVF inverter converter 42 and the motor generator 40 is controlled to operate as a generator. It is a feature. The above-described “torque assist request” is a signal sent from the VVVF inverter converter 42 to the motor generator 40 when the VVVF inverter converter 42 determines that torque assist by the motor generator 40 is necessary. This corresponds to a signal for increasing the torque command in the control. The case where the actual rotational speed of the engine 2 is smaller than the speed command corresponds to the case where the “torque assist request” is generated.
言い換えると、この速度制御では、速度指令>実回転数のときは、トルクアシスト要求が発生してモータジェネレータ40へのトルク指令を増加し、モータジェネレータ40に対して正のトルクを加え、該モータジェネレータ40をモータとして作動させ、一方、速度指令<実回転数のときは、モータジェネレータ40へのトルク指令を減少し、モータジェネレータ40に対して負のトルクを加え、該モータジェネレータ40を発電機として作動させるように制御する。   In other words, in this speed control, when speed command> actual rotational speed, a torque assist request is generated, the torque command to the motor generator 40 is increased, a positive torque is applied to the motor generator 40, and the motor The generator 40 is operated as a motor. On the other hand, when the speed command is less than the actual rotational speed, the torque command to the motor generator 40 is decreased, and a negative torque is applied to the motor generator 40. Control to operate as.
前記速度指令は、図1に示すように、システムコントローラ7からシーケンサ43を介してVVVFインバータコンバータ42へと入力される。そして、VVVFインバータコンバータ42は、この速度指令に基づき、後述する制御方法によってモータジェネレータ40に対するトルク指令を出力する。なお、速度指令の決定方法については、後に詳細に説明する。   As shown in FIG. 1, the speed command is input from the system controller 7 to the VVVF inverter converter 42 via the sequencer 43. Based on this speed command, VVVF inverter converter 42 outputs a torque command to motor generator 40 by a control method described later. The speed command determination method will be described later in detail.
以下、速度制御について図6に示す制御ブロック図に従って説明する。
速度制御においては、まず、速度指令(速度指令値Nvとする)と、エンジン2の実回転数Nrとが演算部30にて比較され、比較結果として偏差Nv−Nrが求められる。そして、この偏差Nv−NrがPI制御部31に入力される。PI制御部31は、偏差Nv−Nrに基づいて、PI(比例積分)制御演算を行うPI制御器31aと、このPI制御器31aからの出力信号を一定範囲内に制限するリミッタ31bとを備えている。このPI制御部31により、演算部30にて求められた偏差Nv−Nrが、PI制御器31aによって演算されて出力され、この出力がリミッタ31bを通り上下限値を制限されて、PI制御値Npiとして生成される。
Hereinafter, speed control will be described with reference to a control block diagram shown in FIG.
In the speed control, first, a speed command (referred to as a speed command value Nv) and the actual rotational speed Nr of the engine 2 are compared by the calculation unit 30, and a deviation Nv−Nr is obtained as a comparison result. The deviation Nv−Nr is input to the PI control unit 31. The PI control unit 31 includes a PI controller 31a that performs a PI (proportional integral) control calculation based on the deviation Nv−Nr, and a limiter 31b that limits an output signal from the PI controller 31a within a certain range. ing. The PI control unit 31 calculates and outputs the deviation Nv−Nr obtained by the calculation unit 30 by the PI controller 31a, and the output passes through the limiter 31b to limit the upper and lower limit values. Generated as Npi.
一方、エンジン2の実回転数Nrは、前記演算部30での速度指令値Nvに対する比較対象となるとともに、VVVFインバータコンバータ42のROM等に格納されているトルクマップ32によって制限を受ける。トルクマップ32とは、エンジンの馬力などを考慮し、予め測定した結果に基づいて作成された、機関回転数と出力トルクとの関係を、スロットル開度に応じたエンジントルク特性としてマップで表すものであり、このトルクマップ32によって実回転数Nrは、エンジン2の回転数に応じた限度値の範囲内に制限され、回転数Ntmとして出力される。   On the other hand, the actual rotational speed Nr of the engine 2 is to be compared with the speed command value Nv in the arithmetic unit 30 and is limited by the torque map 32 stored in the ROM or the like of the VVVF inverter converter 42. The torque map 32 is a map representing the relationship between the engine speed and the output torque, which is created based on the results measured in advance, taking into account the horsepower of the engine, etc., as engine torque characteristics corresponding to the throttle opening. The actual rotational speed Nr is limited by the torque map 32 within a limit value range corresponding to the rotational speed of the engine 2 and is output as the rotational speed Ntm.
そして、前記PI制御値Npiと回転数Ntmとが比較部36において比較されて、値の小さい方が選択され、トルクリミッタ33によって、入力される値が予め設定された出力トルクの範囲内に属するか否かが判定され、属する場合にはその入力値が採用され、属しない場合には入力値に代えて上限値(上回る場合)、または下限値(下回る場合)が採用される。そして、このPI制御値Npiと回転数Ntmとの比較において選択された小さい値の方が、負(−)の値である場合、即ちエンジン2の実回転数が速度指令より大きい場合は、前述の速度指令と実回転数の大小関係とモータジェネレータ40の作動との対応から、モータジェネレータ40は必ず発電機として作動することとなる。
このようにして、トルクリミッタ33を通って出力された出力値Nsが、モータジェネレータ40に対するトルク指令出力となり、この出力値Nsが正(+)の値であるときは、モータジェネレータ40はモータとして作動し、負(−)の値であるときは、モータジェネレータ40は発電機として作動する。この出力値Nsは、後述する電圧制御による補正がなされた後、最終的なモータジェネレータ40へのトルク指令出力となる。
Then, the PI control value Npi and the rotation speed Ntm are compared by the comparison unit 36, and the smaller value is selected, and the torque limiter 33 causes the input value to fall within the preset output torque range. If it belongs, the input value is adopted, and if not, the upper limit value (when exceeding) or the lower limit value (when falling) is adopted instead of the input value. When the smaller value selected in the comparison between the PI control value Npi and the rotational speed Ntm is a negative (−) value, that is, when the actual rotational speed of the engine 2 is larger than the speed command, Therefore, the motor generator 40 always operates as a generator because of the correspondence between the speed command and the actual rotational speed and the operation of the motor generator 40.
Thus, the output value Ns output through the torque limiter 33 becomes a torque command output to the motor generator 40. When the output value Ns is a positive (+) value, the motor generator 40 is a motor. When the motor generator 40 operates and has a negative (−) value, the motor generator 40 operates as a generator. The output value Ns becomes a final torque command output to the motor generator 40 after being corrected by voltage control described later.
このように、エンジン2の実回転数と、モータジェネレータ40への速度指令とを比較することにより、モータジェネレータ40をモータとして作動させるかまたは発電機として作動させるかを制御するので、インバータ部41の各装置に対して別々の制御を行う必要がなく、システムコントローラ7からVVVFインバータコンバータ42に入力される速度指令のみを制御することにより、モータジェネレータ40の作動の切り換え制御を容易に行うことが可能となる。また、本制御は、エンジン2にかかる負荷に応じて算出される速度指令に従うので、モータジェネレータ40による適切なトルクアシスト及び発電が可能となり、エンジンの負荷平準化が図れるので、エンジンの小型化や燃費の向上を図ることができる。   As described above, by comparing the actual rotational speed of the engine 2 and the speed command to the motor generator 40, it is controlled whether the motor generator 40 is operated as a motor or a generator. It is not necessary to perform separate control for each of the devices, and by controlling only the speed command input from the system controller 7 to the VVVF inverter converter 42, switching control of the operation of the motor generator 40 can be easily performed. It becomes possible. Further, since this control follows the speed command calculated according to the load applied to the engine 2, it is possible to perform appropriate torque assist and power generation by the motor generator 40, and the engine load can be leveled. The fuel consumption can be improved.
このような速度制御において、VVVFインバータコンバータ42と昇降圧チョッパ44との間の直流電圧を一定範囲内にするため、速度制御によって出力されるトルク指令の自動補正が行われる。すなわち、本制御方法においては、VVVFインバータコンバータ42のインバータ直流電圧を用いて電圧制御を行い、前記トルク指令の補正を行うことを特徴としている。   In such speed control, in order to keep the DC voltage between the VVVF inverter converter 42 and the step-up / down chopper 44 within a certain range, the torque command output by the speed control is automatically corrected. That is, this control method is characterized in that voltage control is performed using the inverter DC voltage of the VVVF inverter converter 42 to correct the torque command.
次に、この電圧制御について、同じく図6に示す制御ブロック図に従って説明する。
電圧制御においては、まず、インバータ部41の各部の耐電圧などを考慮して決められる設定電圧Vaに対応して設定され、VVVFインバータコンバータ42のROM等に記憶される設定値Xa(例えば、設定電圧Va=320Vに対して設定値Xa=3200)と、実際に電圧センサ45によって検出されるVVVFインバータコンバータ42と昇降圧チョッパ44間のインバータ直流電圧Vdcに対応する値Xdc(例えば、インバータ直流電圧Vdcを10倍した値)とが演算部34にて比較され、比較結果として偏差Xa−Xdcが求められる。そして、この偏差Xa−XdcがPI制御部35に入力される。PI制御部35は、偏差Xa−Xdcに基づいて、PI(比例積分)制御演算を行うPI制御器35aと、このPI制御器35aからの出力信号を一定範囲内に制限するリミッタ35bとを備えている。このPI制御部35により、演算部34にて求められた偏差Xa−Xdcが、PI制御器35aによって演算され出力され、この出力がリミッタ35bを通り上下限値を制限されて、PI制御値Xpiとして生成される。
Next, this voltage control will be described with reference to the control block diagram shown in FIG.
In the voltage control, first, a set value Xa (for example, a setting value) that is set corresponding to the set voltage Va determined in consideration of the withstand voltage of each part of the inverter unit 41 and stored in the ROM or the like of the VVVF inverter converter 42. A setting value Xa = 3200 with respect to the voltage Va = 320V, and a value Xdc (for example, an inverter DC voltage) corresponding to the inverter DC voltage Vdc between the VVVF inverter converter 42 and the step-up / down chopper 44 actually detected by the voltage sensor 45 The value obtained by multiplying Vdc by 10) is compared by the calculation unit 34, and a deviation Xa-Xdc is obtained as a comparison result. The deviation Xa−Xdc is input to the PI control unit 35. The PI control unit 35 includes a PI controller 35a that performs a PI (proportional integration) control calculation based on the deviation Xa-Xdc, and a limiter 35b that limits an output signal from the PI controller 35a within a certain range. ing. The PI control unit 35 calculates and outputs the deviation Xa−Xdc obtained by the calculation unit 34 by the PI controller 35a, and the output passes through the limiter 35b to limit the upper and lower limit values, so that the PI control value Xpi Is generated as
一方、このように生成されたPI制御値Xpiの比較対象として、インバータ部41の各部の耐電圧などに基づいた電圧Vmに対応する電圧設定値Xm(例えば、電圧Vm=600Vに対して電圧設定値Xm=6000)が予め設定されている。そして、この電圧設定値Xmと前記PI制御値Xpiとを比較部37にて比較し、値の小さい方が選択され、正負が反転されて補正値Xcとして出力される。つまり、電圧設定値Xmは、実質的に、PI制御部35から出力されるPI制御値Xpiの上限値を制限するリミッタとしての役割を果たすように設定される。   On the other hand, as a comparison target of the PI control value Xpi generated in this way, a voltage setting value Xm corresponding to the voltage Vm based on the withstand voltage of each part of the inverter unit 41 (for example, the voltage setting for the voltage Vm = 600V). Value Xm = 6000) is preset. Then, the voltage setting value Xm and the PI control value Xpi are compared by the comparison unit 37, the smaller one is selected, and the sign is inverted and output as the correction value Xc. That is, the voltage setting value Xm is set so as to substantially serve as a limiter that limits the upper limit value of the PI control value Xpi output from the PI control unit 35.
速度制御により出力されるトルク指令の補正を行うこの電圧制御では、VVVFインバータコンバータ42のインバータ直流電圧Vdcが設定電圧Vaよりも高ければ、モータジェネレータ40へのトルク指令を増加させ、モータジェネレータ40による発電を抑制し、逆に、インバータ直流電圧Vdcが設定電圧Vaよりも低ければ、モータジェネレータ40へのトルク指令を減少させ、モータジェネレータ40による発電を促すように制御される。   In this voltage control for correcting the torque command output by the speed control, if the inverter DC voltage Vdc of the VVVF inverter converter 42 is higher than the set voltage Va, the torque command to the motor generator 40 is increased, and the motor generator 40 On the contrary, if the inverter DC voltage Vdc is lower than the set voltage Va, the torque command to the motor generator 40 is decreased and the motor generator 40 is urged to generate power.
このようにして電圧制御において生成される補正値Xcと、前述の速度制御において生成される出力値Nsとが比較部38にて比較されて、値の大きい方が選択され、この値が最終的なモータジェネレータ40へのトルク指令出力となる。そして、モータジェネレータ40に対して必要なトルクを発生させるために、VVVFインバータコンバータ42にて出力電流の大きさや周波数、位相などを制御するベクトル制御が行われる。このように、電圧制御によって補正されながら出力されるトルク指令により、モータジェネレータ40の作動が制御される。   In this way, the correction value Xc generated in the voltage control and the output value Ns generated in the speed control are compared by the comparison unit 38, and the larger value is selected. Torque command output to the motor generator 40. In order to generate a necessary torque for motor generator 40, vector control is performed in VVVF inverter converter 42 to control the magnitude, frequency, phase, etc. of the output current. Thus, the operation of the motor generator 40 is controlled by the torque command that is output while being corrected by the voltage control.
この電圧制御によるトルク指令の補正の態様を、モータジェネレータ40の作動状況に応じて説明する。
まず、モータジェネレータ40が発電機として作動している場合について説明する。
この場合、前述の速度制御により、速度指令とエンジン2の実回転数とは、速度指令<実回転数の条件を満たす。この条件成立後の発電時においては、バッテリ14を充電する電流がVVVFインバータコンバータ42からバッテリ14側へと流れ、VVVFインバータコンバータ42のインバータ直流電圧Vdcは、前記設定電圧Vaよりも高くなる。すなわち、インバータ直流電圧Vdc>設定電圧Vaとなる。この条件の場合、前記電圧制御による補正により、モータジェネレータ40へのトルク指令を増加しようとする。これを図6に示したブロック図に対応させると、モータジェネレータ40が発電機として作動している場合、速度制御による出力値Nsは、負(−)の値となり、電圧制御による補正値Xcは、正(+)の値となる。つまり、トルク指令出力としては、補正値Xcが選択され、トルク指令が増加されることとなるので、モータジェネレータ40へは正のトルクが加えられる。この結果、モータジェネレータ40による発電出力が抑制され、インバータ直流電圧Vdcも減少して行く。
The manner of correcting the torque command by this voltage control will be described according to the operating state of the motor generator 40.
First, the case where the motor generator 40 is operating as a generator will be described.
In this case, by the speed control described above, the speed command and the actual rotational speed of the engine 2 satisfy the condition of speed command <actual rotational speed. At the time of power generation after this condition is satisfied, a current for charging the battery 14 flows from the VVVF inverter converter 42 to the battery 14 side, and the inverter DC voltage Vdc of the VVVF inverter converter 42 becomes higher than the set voltage Va. That is, the inverter DC voltage Vdc> the set voltage Va. Under this condition, the torque command to the motor generator 40 is increased by the correction by the voltage control. If this is made to correspond to the block diagram shown in FIG. 6, when the motor generator 40 is operating as a generator, the output value Ns by the speed control is a negative (−) value, and the correction value Xc by the voltage control is The value is positive (+). That is, as the torque command output, the correction value Xc is selected and the torque command is increased, so that positive torque is applied to the motor generator 40. As a result, the power generation output by the motor generator 40 is suppressed, and the inverter DC voltage Vdc also decreases.
このように、減少して行くインバータ直流電圧Vdcは、設定電圧Vaに落ち着いて行くこととなる。すなわち、Vdc=Vaの関係を保とうとするのである。つまり、インバータ直流電圧Vdcが設定電圧Vaよりも高い場合は、前述のように減少され、インバータ直流電圧Vdcが設定電圧Vaより低くなると、電圧制御による補正値Xcが負(−)の値となり、トルク指令が減少され、モータジェネレータ40による発電が促される。この発電により、電圧制御による補正値Xcが小さくなって行っても、トルク指令出力としては速度制御による出力値Nsが選択されることとなり、発電は継続される。そしてまた、モータジェネレータ40による発電によってインバータ直流電圧Vdcが設定電圧Vaよりも高くなると、電圧制御によってモータジェネレータ40による発電出力が抑制される。
このように電圧制御を行うことによって、インバータ直流電圧Vdcが、設定電圧Vaへと収束されるように、トルク指令の自動補正が行われるのである。
As described above, the decreasing inverter DC voltage Vdc is settled to the set voltage Va. That is, it tries to keep the relationship of Vdc = Va. That is, when the inverter DC voltage Vdc is higher than the set voltage Va, it is decreased as described above. When the inverter DC voltage Vdc is lower than the set voltage Va, the correction value Xc by voltage control becomes a negative (−) value, The torque command is reduced, and power generation by the motor generator 40 is promoted. Even if the correction value Xc by voltage control is reduced by this power generation, the output value Ns by speed control is selected as the torque command output, and power generation is continued. When the inverter DC voltage Vdc becomes higher than the set voltage Va due to power generation by the motor generator 40, the power generation output by the motor generator 40 is suppressed by voltage control.
By performing voltage control in this way, automatic correction of the torque command is performed so that the inverter DC voltage Vdc converges to the set voltage Va.
次に、モータジェネレータ40がモータとして作動している場合について説明する。
この場合、前述の速度制御により、速度指令とエンジン2の実回転数とは、速度指令>実回転数の条件を満たす。この条件成立後のトルクアシスト時においては、バッテリ14から給電される電流がバッテリ14からVVVFインバータコンバータ42側へと流れ、VVVFインバータコンバータ42のインバータ直流電圧Vdcは、前記設定電圧Vaよりも低くなる。すなわち、インバータ直流電圧Vdc<設定電圧Vaとなる。この条件の場合、前記電圧制御による補正により、モータジェネレータ40へのトルク指令を減少しようとする。これを図6に示したブロック図に対応させると、モータジェネレータ40がモータとして作動している場合、速度制御による出力値Nsは、正(+)の値となり、電圧制御による補正値Xcは、モータジェネレータ40による発電は行われていないため、常に負(−)の値となる。つまり、トルク指令出力としては、出力値Nsが選択され、トルク指令が減少されることとなるので、モータジェネレータ40へは負のトルクが加えられる。この結果、モータジェネレータ40によるモータ出力が抑制されていき、インバータ直流電圧Vdcも減少して行く。そして、インバータ直流電圧Vdcは、後述する直流電圧制御によって、昇降圧チョッパ44における設定電圧Vbに落ち着いて行く。
Next, the case where the motor generator 40 is operating as a motor will be described.
In this case, according to the speed control described above, the speed command and the actual rotational speed of the engine 2 satisfy the condition of speed command> actual rotational speed. At the time of torque assist after this condition is satisfied, the current supplied from the battery 14 flows from the battery 14 to the VVVF inverter converter 42 side, and the inverter DC voltage Vdc of the VVVF inverter converter 42 becomes lower than the set voltage Va. . That is, the inverter DC voltage Vdc <the set voltage Va. Under this condition, the torque command to the motor generator 40 is reduced by the correction by the voltage control. If this is made to correspond to the block diagram shown in FIG. 6, when the motor generator 40 is operating as a motor, the output value Ns by the speed control is a positive (+) value, and the correction value Xc by the voltage control is Since power generation by the motor generator 40 is not performed, the value is always negative (−). That is, as the torque command output, the output value Ns is selected and the torque command is reduced, so that negative torque is applied to the motor generator 40. As a result, the motor output from the motor generator 40 is suppressed, and the inverter DC voltage Vdc also decreases. Then, the inverter DC voltage Vdc settles on the set voltage Vb in the step-up / step-down chopper 44 by the DC voltage control described later.
このように、VVVFインバータコンバータ42のインバータ直流電圧Vdcを用いて電圧制御を行い、速度制御により出力されるトルク指令の自動補正を行うことによって、モータジェネレータ40をモータとして作動させるかまたは発電機として作動させるかの切り換えを制御するとともに、該モータジェネレータ40に対するトルク指令の増減の制御を自動的に行うことができるので、モータジェネレータ40のモータまたは発電機としての作動状況に応じて適切な制御を行うことが可能となる。また、VVVFインバータコンバータ42のインバータ直流電圧が許容範囲を超えることを防止することができる。   Thus, by performing voltage control using the inverter DC voltage Vdc of the VVVF inverter converter 42 and automatically correcting the torque command output by speed control, the motor generator 40 is operated as a motor or as a generator. Since it is possible to control switching of whether to operate, and to automatically increase / decrease the torque command to the motor generator 40, appropriate control is performed according to the operation status of the motor generator 40 as a motor or a generator. Can be done. Further, it is possible to prevent the inverter DC voltage of the VVVF inverter converter 42 from exceeding the allowable range.
以上説明した、速度制御及び電圧制御に連動して、昇降圧チョッパ44によるバッテリ14への充電・放電電流に対する制御が行われている。つまり、昇降圧チョッパ44が電圧指令に基づき充電電流指令を制御する直流電圧制御、及び前記充電電流指令の自動補正を行う充電電流制御が、前記速度制御及び電圧制御と連動して行われる。   In conjunction with the speed control and voltage control described above, control of the charging / discharging current to the battery 14 by the step-up / down chopper 44 is performed. That is, the DC voltage control in which the step-up / step-down chopper 44 controls the charging current command based on the voltage command and the charging current control in which the charging current command is automatically corrected are performed in conjunction with the speed control and the voltage control.
前記直流電圧制御においては、昇降圧チョッパ44が充電電流指令によってバッテリ14への充電電流の制御を行っており、この制御を行う際の基準として、昇降圧チョッパ44に対する電圧指令による電圧指令値としての設定電圧Vbと、インバータ直流電圧Vdcとを比較することによって行われる。なお、ここでの設定電圧Vbは、前述の電圧制御における設定電圧Vaよりも若干低く設定される。
つまり、この直流電圧制御は、インバータ直流電圧Vdcが、昇降圧チョッパ44に対する電圧指令値である設定電圧Vbよりも低い場合は、昇降圧チョッパ44は、充電電流指令値を減少して、バッテリ14への充電量を減少し、またはバッテリ14を放電させ、逆に、インバータ直流電圧Vdcが、昇降圧チョッパ44に対する電圧指令値である設定電圧Vbよりも高い場合は、昇降圧チョッパ44は、充電電流指令値を増加し、バッテリ14への充電量を増加することを特徴としている。
In the DC voltage control, the step-up / step-down chopper 44 controls the charging current to the battery 14 by the charge current command. As a reference for performing this control, the voltage command value by the voltage command to the step-up / step-down chopper 44 is used. Is performed by comparing the set voltage Vb and the inverter DC voltage Vdc. Here, the set voltage Vb is set slightly lower than the set voltage Va in the voltage control described above.
That is, in this DC voltage control, when the inverter DC voltage Vdc is lower than the set voltage Vb, which is a voltage command value for the buck-boost chopper 44, the buck-boost chopper 44 decreases the charging current command value, and the battery 14 When the inverter DC voltage Vdc is higher than the set voltage Vb, which is a voltage command value for the step-up / down chopper 44, the step-up / step-down chopper 44 is charged. The current command value is increased, and the charge amount to the battery 14 is increased.
言い換えると、この直流電圧制御では、インバータ直流電圧Vdc>設定電圧Vbのときは、バッテリ14を充電させ、インバータ直流電圧Vdc<設定電圧Vbのときは、バッテリ14を放電させるように制御する。   In other words, in this DC voltage control, the battery 14 is charged when the inverter DC voltage Vdc> the set voltage Vb, and the battery 14 is discharged when the inverter DC voltage Vdc <the set voltage Vb.
以下、直流電圧制御について図7に示す制御ブロック図に従って説明する。
直流電圧制御においては、まず、昇降圧チョッパ44に対する電圧指令による設定電圧Vbに基づいて予め設定され、昇降圧チョッパ44のROM等に記憶される設定値Yb(例えば、設定電圧Vb=300に対して設定値1500)と、インバータ直流電圧Vdcに対応する値Xdc(前述の電圧制御と同様の値)とが演算部51にて比較され、比較結果として偏差Yb−Xdcが求められる。この比較の前段階において、設定値Ybとインバータ直流電圧Vdcに対応する値Xdcとの均衡を図るため、設定値Yb及び値Xdcは、各乗算部50及び52において、予め設定された定数C1及びC2がそれぞれ乗算される。
Hereinafter, DC voltage control will be described with reference to a control block diagram shown in FIG.
In the DC voltage control, first, a preset value Yb (for example, with respect to the set voltage Vb = 300, which is set in advance based on a set voltage Vb based on a voltage command to the step-up / step-down chopper 44 and stored in the ROM or the like of the step-up / step-down chopper 44 is used. The setting value 1500) and a value Xdc corresponding to the inverter DC voltage Vdc (the same value as in the above-described voltage control) are compared by the calculation unit 51, and a deviation Yb−Xdc is obtained as a comparison result. Prior to this comparison, in order to balance the set value Yb and the value Xdc corresponding to the inverter DC voltage Vdc, the set value Yb and the value Xdc are set in the multipliers 50 and 52 by a preset constant C1 and C2 is multiplied respectively.
そして、前記偏差Yb−XdcがPI制御部53に入力される。PI制御部53は、偏差Yb−Xdcに基づいて、PI(比例積分)制御演算を行うPI制御器53aと、このPI制御器53aからの出力信号を一定範囲内に制限するリミッタ53bとを備えている。このPI制御部53により、演算部51にて求められた偏差Yb−Xdcが、PI制御器53aによって演算されて出力され、この出力がリミッタ53bを通り上下限値を制限されて、PI制御値Ypi(以下、充電電流指令値Ypi)として生成される。この充電電流指令値Ypiは、バッテリ14の充電時においては、インバータ直流電圧Vdcが設定電圧Vbよりも高くなるため、負(−)の値となる。   Then, the deviation Yb−Xdc is input to the PI control unit 53. The PI control unit 53 includes a PI controller 53a that performs PI (proportional integration) control calculation based on the deviation Yb−Xdc, and a limiter 53b that limits an output signal from the PI controller 53a within a certain range. ing. The PI controller 53 calculates the deviation Yb-Xdc obtained by the calculator 51 by the PI controller 53a and outputs it. The output passes through the limiter 53b and the upper and lower limit values are limited, and the PI control value It is generated as Ypi (hereinafter, charging current command value Ypi). The charging current command value Ypi is a negative (−) value because the inverter DC voltage Vdc is higher than the set voltage Vb when the battery 14 is charged.
このようにして出力された充電電流指令値Ypiは、演算部54にて、後述する補正値が加えられ、充電電流リミッタ55によって入力される値が予め設定された充電電流値の範囲内に属するか否かが判定され、属する場合にはその入力値が採用され、属しない場合には入力値に代えて上限値(上回る場合)、または下限値(下回る場合)が採用される。そして、正負が反転されて、出力値Ysとして出力される。この出力値Ysが昇降圧チョッパ44における充電電流指令の指令値となり、出力値Ysが正(+)の値であるときは、インバータ直流電圧Vdcが設定電圧Vbよりも高いということで、昇降圧チョッパ44は充電電流指令値を増加してバッテリ14の充電量を増加し、負(−)の値であるときは、インバータ直流電圧Vdcが設定電圧Vbよりも低いということで、昇降圧チョッパ44は充電電流指令値を減少してバッテリ14への充電量を減少(放電)するように制御する。   The charging current command value Ypi output in this way is added with a correction value, which will be described later, in the calculation unit 54, and the value input by the charging current limiter 55 falls within the preset charging current value range. If it belongs, the input value is adopted, and if not, the upper limit value (when exceeding) or the lower limit value (when falling) is adopted instead of the input value. Then, the sign is inverted and output as an output value Ys. This output value Ys becomes the command value of the charging current command in the step-up / step-down chopper 44. When the output value Ys is a positive (+) value, the inverter DC voltage Vdc is higher than the set voltage Vb, The chopper 44 increases the charge current command value to increase the amount of charge of the battery 14, and when it is a negative (−) value, the inverter DC voltage Vdc is lower than the set voltage Vb. Controls to decrease (discharge) the charge amount to the battery 14 by decreasing the charge current command value.
ここで、前述した、速度制御に対する電圧制御による補正において、モータジェネレータ40がモータとして作動している場合について、「インバータ直流電圧Vdcは、後述する直流電圧制御によって、昇降圧チョッパ44における設定電圧Vbに落ち着いて行く」との記載があるが、これはつまり、モータジェネレータ40がモータとして作動しているときは、バッテリ14は放電時であり、インバータ直流電圧Vdcは設定電圧Vbよりも低くなっている。そのため、昇降圧チョッパ44は充電電流指令値を減少してバッテリ14から放電し、これによってインバータ直流電圧Vdcは設定電圧Vbまで上昇していく。このときモータジェネレータ40は発電していないため、バッテリ14の充電は行われず、インバータ直流電圧Vdcは設定電圧Vbより高くなることはない。このようにしてインバータ直流電圧Vdcは設定電圧Vbに落ち着くのである。   Here, in the case where the motor generator 40 is operating as a motor in the above-described correction by the voltage control for the speed control, “the inverter DC voltage Vdc is the set voltage Vb in the step-up / down chopper 44 by the DC voltage control described later. In other words, when the motor generator 40 is operating as a motor, the battery 14 is discharged and the inverter DC voltage Vdc is lower than the set voltage Vb. Yes. Therefore, the step-up / step-down chopper 44 decreases the charging current command value and discharges it from the battery 14, whereby the inverter DC voltage Vdc rises to the set voltage Vb. At this time, since the motor generator 40 is not generating power, the battery 14 is not charged, and the inverter DC voltage Vdc does not become higher than the set voltage Vb. In this way, the inverter DC voltage Vdc settles to the set voltage Vb.
このように、昇降圧チョッパ44に対する電圧指令による設定電圧Vbとインバータ直流電圧Vdcとを比較することにより、バッテリ14への充電量を増加させるか減少させるかを制御するので、インバータ直流電圧Vdcに応じて、バッテリ14の充電量を制御することが可能となり、モータジェネレータ40が発電機として作動するときの、バッテリ14の適切な充電・放電を行うことができる。また、このバッテリ14の充電量の制御は、モータジェネレータ40の作動制御と連動して行われるので、前述の速度指令のみを制御することによる容易な制御が可能となる。   Thus, by comparing the set voltage Vb based on the voltage command for the step-up / step-down chopper 44 and the inverter DC voltage Vdc, it is controlled whether the amount of charge to the battery 14 is increased or decreased, so that the inverter DC voltage Vdc is Accordingly, the charge amount of the battery 14 can be controlled, and the battery 14 can be appropriately charged / discharged when the motor generator 40 operates as a generator. Further, since the control of the charge amount of the battery 14 is performed in conjunction with the operation control of the motor generator 40, an easy control by controlling only the speed command described above becomes possible.
このような直流電圧制御において、バッテリ14への充電量を一定範囲内にし、バッテリ14の過充電・過放電を防止するため、前述の直流電圧制御によって出力される充電電流指令の自動補正が行われる。すなわち、本制御方法においては、バッテリ14の実際のバッテリ電圧を用いて充電電流制御を行い、前記充電電流指令の補正を行うことを特徴としている。   In such DC voltage control, in order to keep the amount of charge to the battery 14 within a certain range and prevent the battery 14 from being overcharged / overdischarged, the charging current command output by the DC voltage control is automatically corrected. Is called. That is, the present control method is characterized in that the charging current control is performed using the actual battery voltage of the battery 14 and the charging current command is corrected.
次に、この充電電流制御について同じく図7に示す制御ブロック図に従って説明する。
充電電流制御においては、まず、バッテリ14のバッテリ電圧Vbatと、バッテリ14の容量などを考慮して予め設定されるバッテリ電圧の設定電圧Vcとが、演算部57にて比較され、比較結果として偏差Vbat−Vcが求められる。この比較の前段階において、バッテリ電圧Vbatと設定電圧Vcとの均衡を図るため、バッテリ電圧Vbatは、乗算部56において、予め設定された定数C3が乗算される。
Next, the charging current control will be described with reference to the control block diagram shown in FIG.
In the charging current control, first, the battery voltage Vbat of the battery 14 and the set voltage Vc of the battery voltage set in advance in consideration of the capacity of the battery 14 and the like are compared by the calculation unit 57, and a deviation is obtained as a comparison result. Vbat-Vc is obtained. Prior to this comparison, in order to balance the battery voltage Vbat and the set voltage Vc, the multiplier 56 multiplies the battery voltage Vbat by a preset constant C3.
そして、前記偏差Vbat−VcがP制御部58に入力される。P制御部58は、偏差Vbat−Vcに基づいて、P(比例)制御演算を行うP制御器58aと、このP制御器58aからの出力信号を一定範囲内に制限するリミッタ58bとを備えている。このP制御部58により、演算部57にて求められた偏差Vbat−Vcが、P制御器58aによって演算され出力され、この出力がリミッタ58bを通り上下限値を制限されて、P制御値Vpとして生成される。このP制御値Vp(以下、補正値Vp)が、前述の充電電流指令値Ypiに対する補正値となる。   Then, the deviation Vbat−Vc is input to the P control unit 58. The P control unit 58 includes a P controller 58a that performs P (proportional) control calculation based on the deviation Vbat−Vc, and a limiter 58b that limits an output signal from the P controller 58a within a certain range. Yes. By this P controller 58, the deviation Vbat−Vc obtained by the calculator 57 is calculated and output by the P controller 58a, and this output passes through the limiter 58b to limit the upper and lower limit values. Is generated as This P control value Vp (hereinafter, correction value Vp) is a correction value for the above-described charging current command value Ypi.
直流電圧制御により出力される充電電流指令の補正を行うこの充電電流制御では、バッテリ電圧Vbatが設定電圧Vcより低ければ、充電方向の電流を増加させ、放電電流を抑制して過放電を防止する。また、バッテリ電圧Vbatが設定電圧Vcより高ければ、放電方向の電流を増加させ、充電電流を抑制して過充電を防止する。   In this charging current control that corrects the charging current command output by the DC voltage control, if the battery voltage Vbat is lower than the set voltage Vc, the current in the charging direction is increased and the discharge current is suppressed to prevent overdischarge. . Further, if the battery voltage Vbat is higher than the set voltage Vc, the current in the discharging direction is increased, the charging current is suppressed, and overcharging is prevented.
このようにして出力される補正値Vpは、演算部54にて直流電圧制御による出力である充電電流指令値Ypiに加算され、この演算結果としての加算値Ypi+Vpが、充電電流リミッタ55を通り上下限値を制限されて、正負が反転され、この値が最終的な昇降圧チョッパ44による充電電流指令の出力となる。   The correction value Vp output in this way is added to the charging current command value Ypi, which is an output by DC voltage control, in the calculation unit 54, and the addition value Ypi + Vp as the calculation result passes through the charging current limiter 55. The lower limit value is limited, and the sign is reversed, and this value becomes the final output of the charging current command by the step-up / step-down chopper 44.
このような充電電流制御による充電電流指令の補正の態様を、モータジェネレータ40の作動状況に応じて説明する。
まず、モータジェネレータ40が発電機として作動している場合について、図7に示したブロック図に対応させて説明する。
この場合、バッテリ14の充電が行われているので、インバータ直流電圧Vdc>設定電圧Vbとなり、直流電圧制御による出力である充電電流指令値Ypiは負(−)の値となる。この場合において、バッテリ電圧Vbatが設定電圧Vcよりも高くなると、充電電流制御から出力される補正値Vpは、正(+)の値となる。この正(+)の値である補正値Vpが、負(−)の値である充電電流指令値Ypiに演算部54にて加算されるので、最終的な出力値Ysは小さくなり、充電電流指令値は減少し、充電電流が抑制されてバッテリ14の過充電が防止される。
なお、この場合、インバータ直流電圧Vdcが高くなったとしても、前述の電圧制御によって、インバータ直流電圧Vdcが設定電圧Vaよりも高くなると、モータジェネレータ40へのトルク指令が増加されて、モータジェネレータ40による発電が抑えられるので、インバータ直流電圧Vdcが高くなり過ぎるのを防止できる。
The manner of correcting the charging current command by such charging current control will be described in accordance with the operating state of the motor generator 40.
First, the case where the motor generator 40 is operating as a generator will be described with reference to the block diagram shown in FIG.
In this case, since the battery 14 is being charged, the inverter DC voltage Vdc> the set voltage Vb, and the charging current command value Ypi, which is an output by DC voltage control, is a negative (−) value. In this case, when the battery voltage Vbat becomes higher than the set voltage Vc, the correction value Vp output from the charging current control becomes a positive (+) value. Since the correction value Vp, which is a positive (+) value, is added to the charging current command value Ypi, which is a negative (−) value, by the calculation unit 54, the final output value Ys becomes smaller and the charging current becomes smaller. The command value decreases, the charging current is suppressed, and overcharging of the battery 14 is prevented.
In this case, even if the inverter DC voltage Vdc is increased, if the inverter DC voltage Vdc is higher than the set voltage Va by the voltage control described above, the torque command to the motor generator 40 is increased and the motor generator 40 is increased. Therefore, it is possible to prevent the inverter DC voltage Vdc from becoming too high.
次に、モータジェネレータ40がモータとして作動している場合について説明する。
この場合、バッテリ14からの給電が行われているので、インバータ直流電圧Vdc<設定電圧Vbとなり、直流電圧制御による出力である充電電流指令値Ypiは正(+)の値となる。この場合において、バッテリ電圧Vbatが設定電圧Vcよりも低くなると、充電電流制御から出力される補正値Vpは、負(−)の値となる。この負(−)の値である補正値Vpが、正(+)の値である充電電流指令値Ypiに演算部54にて加算されるので、最終的な出力値Ysは大きくなり、充電電流指令値は増加し、給電電流が抑制されてバッテリ14の過放電が防止される。
Next, the case where the motor generator 40 is operating as a motor will be described.
In this case, since power supply from the battery 14 is performed, the inverter DC voltage Vdc <the set voltage Vb, and the charging current command value Ypi that is output by the DC voltage control becomes a positive (+) value. In this case, when the battery voltage Vbat becomes lower than the set voltage Vc, the correction value Vp output from the charging current control becomes a negative (−) value. Since the correction value Vp, which is a negative (−) value, is added to the charging current command value Ypi, which is a positive (+) value, by the calculation unit 54, the final output value Ys becomes large and the charging current is increased. The command value increases, the power supply current is suppressed, and overdischarge of the battery 14 is prevented.
このように、バッテリ電圧Vbatを用いて充電電流制御を行い、直流電流制御により出力される充電電流指令の自動補正を行うことによって、バッテリ14への充電量を増加させるか減少させるかを制御するとともに、バッテリ14の過充電・過放電を自動的に防止することができる。   In this way, the charging current control is performed using the battery voltage Vbat, and the charging current command output by the direct current control is automatically corrected to control whether the charging amount to the battery 14 is increased or decreased. At the same time, overcharge / overdischarge of the battery 14 can be automatically prevented.
以上のインバータ部41にて行われる各制御、すなわち、VVVFインバータコンバータ42によって行われる速度制御と電圧制御、及びこれらに連動して昇降圧チョッパ44によって行われる直流電圧制御と充電電流制御は、モータジェネレータ40の作動を制御するとともに、インバータ部41各部の電圧及びバッテリ14の充電状況を制御するものであり、これら連動して行われる一連の制御は、インバータ部41外部からの信号としては、システムコントローラ7から入力される速度指令のみによって行われる。   Each control performed by the inverter unit 41, that is, speed control and voltage control performed by the VVVF inverter converter 42, and DC voltage control and charging current control performed by the step-up / step-down chopper 44 in conjunction with these are performed by the motor. In addition to controlling the operation of the generator 40, the voltage of each part of the inverter 41 and the charging state of the battery 14 are controlled. Only the speed command input from the controller 7 is used.
次に、前述の速度指令の決定方法について説明する。
速度指令は、前記システムコントローラ7において算出され決定されるものであり、該システムコントローラ7からシーケンサ43を介してVVVFインバータコンバータ42に送信され、該VVVFインバータコンバータ42において、前記回転センサによって検出されるエンジン2の実回転数の比較対象となるものである。つまり、前述のように、VVVFインバータコンバータ42において速度指令とエンジン2の実回転数とを比較し、この比較結果によってモータジェネレータ40をモータとして作動させるかまたは発電機として作動させるかを制御する。
Next, a method for determining the speed command will be described.
The speed command is calculated and determined by the system controller 7, transmitted from the system controller 7 to the VVVF inverter converter 42 via the sequencer 43, and detected by the rotation sensor in the VVVF inverter converter 42. This is a comparison target of the actual rotational speed of the engine 2. That is, as described above, the VVVF inverter converter 42 compares the speed command with the actual rotational speed of the engine 2 and controls whether the motor generator 40 is operated as a motor or a generator based on the comparison result.
速度指令とは、操作レバー9のレバー位置から要求される燃料噴射量が一定の状態、即ち操作レバー9による指示回転数が一定状態での、ある時間におけるエンジン2の負荷に対する平均出力時の機関回転数に対応する指令のことである。以下、この速度指令の決定方法の具体例について、図8を用いて説明する。   The speed command is an engine at an average output with respect to the load of the engine 2 at a certain time in a state where the fuel injection amount required from the lever position of the operation lever 9 is constant, that is, in a state where the indicated rotational speed by the operation lever 9 is constant. It is a command corresponding to the rotation speed. Hereinafter, a specific example of the method for determining the speed command will be described with reference to FIG.
本ハイブリッドシステムにおける速度指令は、システムコントローラ7により、操作レバー9による指示回転数が一定状態で、作業1サイクル時間(単位時間U(例えば、15秒))中にエンジン2にかかる作業負荷を実負荷パターンPrとし、この実負荷パターンPrに基づいて模擬負荷パターンPsを算出し、この模擬負荷パターンPsより、前記単位時間U内での作業負荷に対するエンジン2の平均出力A(kW)を算出し、この平均出力A出力時の機関回転数Naを求め、この機関回転数Naに基づいて決定される。   In this hybrid system, the speed command is executed by the system controller 7 to determine the work load applied to the engine 2 during one work cycle time (unit time U (for example, 15 seconds)) with the rotation speed indicated by the operation lever 9 being constant. The simulated load pattern Ps is calculated based on the actual load pattern Pr, and the average output A (kW) of the engine 2 with respect to the work load within the unit time U is calculated from the simulated load pattern Ps. Then, the engine speed Na at the time of this average output A output is obtained and determined based on this engine speed Na.
図8に示すように、実負荷パターンPrとは、操作レバー9による指示回転数が一定状態で、ある内容の作業(例えば、建設機械の場合の掘削積込み等)を行った際に、エンジン2にかかる作業負荷の実際の測定値を、単位時間Uごとに1サイクルとしてパターン化したものである。
この操作レバー9による指示回転数が一定状態においては、エンジン2にかかる負荷によって機関回転数は変化することとなる。つまり、エンジン2にかかる作業負荷が高いときは、エンジン2の出力が高くなるとともに機関回転数が低くなり、逆に、作業負荷が低いときは、エンジン2の出力が低くなるとともに機関回転数が高くなる。
As shown in FIG. 8, the actual load pattern Pr means that the engine 2 is used when a certain work (for example, excavation and loading in the case of a construction machine) is performed with the rotation speed indicated by the operation lever 9 being constant. The actual measured value of the work load is patterned as one cycle per unit time U.
In the state in which the instruction rotation speed by the operation lever 9 is constant, the engine rotation speed is changed by the load applied to the engine 2. That is, when the work load applied to the engine 2 is high, the output of the engine 2 increases and the engine speed decreases. Conversely, when the work load is low, the output of the engine 2 decreases and the engine speed decreases. Get higher.
また、模擬負荷パターンPsとは、実負荷パターンPrに基づいて算出されるものであり、この実負荷パターンPrを予め決められた近似方法によって近似したものである。以下、模擬負荷パターンPsの算出方法の一例について説明する。   The simulated load pattern Ps is calculated based on the actual load pattern Pr, and approximates the actual load pattern Pr by a predetermined approximation method. Hereinafter, an example of a method for calculating the simulated load pattern Ps will be described.
まず、前述の実負荷パターンPrに基づいて、エンジン2に一定値以上高い作業負荷がかかったときの出力値の近似値としての高負荷時出力値H、前記一定値より低い作業負荷がかかったときの出力値の近似値としての低負荷時出力値L、及び作業停止時での出力値の近似値としての停止時出力値Sをそれぞれ決める。ここで、停止時出力値Sのときのエンジン2の回転数が、操作レバー9による指示回転数と略同じとなる。そして、実負荷パターンPrにおける各時間の出力値を、作業負荷がかかっている状態(作業時)は高負荷時出力値Hまたは低負荷時出力値Lのいずれかに対応させ、作業負荷がかかってない状態(作業停止時)は停止時出力値Sに対応させて実負荷パターンPrを近似し、模擬負荷パターンPsを求める。つまり、実負荷パターンPrを前記各状態における出力値(高負荷時出力値H、低負荷時出力値L、及び停止時出力値S)の連続となるように近似し、この実負荷パターンPrに対応する出力値の連続を模擬負荷パターンPsとする。   First, based on the actual load pattern Pr described above, an output value H at a high load as an approximate value of an output value when a work load higher than a certain value is applied to the engine 2, a work load lower than the certain value is applied. Output value L at low load as an approximate value of the output value at the time of stoppage, and output value S at the stop time as an approximate value of the output value at the time of work stoppage are determined. Here, the rotation speed of the engine 2 at the stop-time output value S is substantially the same as the rotation speed indicated by the operation lever 9. Then, the output value at each time in the actual load pattern Pr corresponds to either the high load output value H or the low load output value L when the work load is applied (working time), and the work load is applied. In a state where the operation is not performed (when the work is stopped), the simulated load pattern Ps is obtained by approximating the actual load pattern Pr in correspondence with the output value S when stopped. That is, the actual load pattern Pr is approximated so that the output values (the high load output value H, the low load output value L, and the stop output value S) in each state are continuous, and the actual load pattern Pr A series of corresponding output values is set as a simulated load pattern Ps.
次に、前述のようにして算出される模擬負荷パターンPsから、作業負荷に対するエンジン2の平均出力Aを算出する。平均出力Aは、模擬負荷パターンPsにおける出力を積分して時間平均をとったものとなる。言い換えると、模擬負荷パターンPsにおいて、単位時間Uは、高負荷時出力値Hである時間の合計T1、低負荷時出力値Lである時間の合計T2、停止時出力値Sである時間の合計T3として各出力値に対応して三つの時間に分けられ(U=T1+T2+T3)、それぞれの出力値と時間との積の合計の、単位時間Uにおける平均値が平均出力Aとなる。そして、この操作レバー9による指示回転数が一定状態での平均出力A出力時における機関回転数Naが速度指令値とされる。つまり、速度指令とは、模擬負荷パターンPsにおける平均出力時の機関回転数に基づく指令であり、速度指令値が前述のVVVFインバータコンバータ42で行われる速度制御におけるエンジン2の実回転数Nrの比較対象となる(図6参照)。   Next, the average output A of the engine 2 with respect to the work load is calculated from the simulated load pattern Ps calculated as described above. The average output A is obtained by integrating the outputs in the simulated load pattern Ps and taking the time average. In other words, in the simulated load pattern Ps, the unit time U is the total time T1 that is the high load output value H, the total time T2 that is the low load output value L, and the total time that is the stop output value S. T3 is divided into three times corresponding to each output value (U = T1 + T2 + T3), and the average value in unit time U of the sum of the products of the respective output values and time becomes the average output A. Then, the engine speed Na at the time when the average output A is output in a state where the instruction speed by the operation lever 9 is constant is set as the speed command value. That is, the speed command is a command based on the engine speed at the average output in the simulated load pattern Ps, and the speed command value is compared with the actual engine speed Nr of the engine 2 in the speed control performed by the VVVF inverter converter 42 described above. It becomes a target (see FIG. 6).
このようにして速度指令が決定され、エンジン2の駆動力を調節する操作レバー9のレバー位置は、エンジン2の作業負荷に対する出力が平均出力Aの時に機関回転数Naとなる位置に決定される。この平均出力Aと模擬負荷パターンPsとの関係に対応するモータジェネレータ40の作動について、図9を用いて説明する。
模擬負荷パターンPsにおいて、エンジン2の出力が高負荷時出力値Hの場合、つまり、エンジン2に対する作業負荷が、エンジン2の平均出力A出力時の作業負荷よりも高く、エンジン2の回転数が低くなる場合、この平均出力Aを超える分の出力を、モータジェネレータ40をモータとして作動させトルクアシストを行うことによって補う。逆に、エンジン2の出力が低負荷時出力値L及び停止時出力値Sの場合、つまり、エンジン2に対する作業負荷が、エンジン2の平均出力A出力時の作業負荷よりも低く、エンジン2の回転数が高くなる場合、実際の出力値から平均出力Aまでの余剰出力分により、モータジェネレータ40を発電機として作動させ発電(充電)を行う。
In this way, the speed command is determined, and the lever position of the operation lever 9 that adjusts the driving force of the engine 2 is determined to be a position where the engine speed Na is obtained when the output to the work load of the engine 2 is the average output A. . The operation of the motor generator 40 corresponding to the relationship between the average output A and the simulated load pattern Ps will be described with reference to FIG.
In the simulated load pattern Ps, when the output of the engine 2 is a high load output value H, that is, the work load on the engine 2 is higher than the work load at the time of the average output A output of the engine 2, and the rotational speed of the engine 2 is When it becomes low, the output exceeding the average output A is compensated by operating the motor generator 40 as a motor to perform torque assist. Conversely, when the output of the engine 2 is the low load output value L and the stop output value S, that is, the work load on the engine 2 is lower than the work load at the time of the average output A output of the engine 2, When the rotational speed increases, the motor generator 40 is operated as a generator to generate power (charge) based on the surplus output from the actual output value to the average output A.
このようなモータジェネレータ40の作動を機関回転数に対応させて説明すると、速度指令として決定された機関回転数Na(以下、速度指令値Na)を基準として、作業負荷が高くエンジン2の実回転数が速度指令値Naよりも低いときは、モータジェネレータ40をモータとして作動させトルクアシストを行うことによって補う。逆に、作業負荷が低くエンジン2の実回転数が速度指令値Naよりも高いときは、モータジェネレータ40を発電機として作動させ発電(充電)を行う。このように、速度指令として決定された速度指令値Naを基準として、エンジン2の回転数に応じてモータジェネレータ40の作動を制御する構成としている。   The operation of the motor generator 40 will be described in correspondence with the engine speed. Based on the engine speed Na determined as the speed command (hereinafter, speed command value Na), the work load is high and the actual speed of the engine 2 is increased. When the number is lower than the speed command value Na, it is compensated by operating the motor generator 40 as a motor and performing torque assist. Conversely, when the workload is low and the actual rotational speed of the engine 2 is higher than the speed command value Na, the motor generator 40 is operated as a generator to generate power (charge). As described above, the operation of the motor generator 40 is controlled in accordance with the rotational speed of the engine 2 with the speed command value Na determined as the speed command as a reference.
そして、図9に示すグラフにおいて、平均出力Aを基準として、この平均出力Aよりもエンジン2の出力が高い状態、即ち高負荷時出力値H側を正(+)の値とし、平均出力Aよりもエンジン2の出力が低い状態、即ち低負荷時出力値L側を負(−)の値とすると、単位時間Uにおける出力値の積分値はゼロとなる。つまり、エンジン2の出力を一定の平均出力Aにすることによって、モータジェネレータ40のモータとして作動した分の出力は、該モータジェネレータ40が発電機として作動した際にバッテリ14に蓄電される電力によって補われることとなり、モータジェネレータ40のエネルギー収支がゼロになる。   In the graph shown in FIG. 9, with the average output A as a reference, the output of the engine 2 is higher than the average output A, that is, the high load output value H side is a positive (+) value, and the average output A When the output of the engine 2 is lower than that, that is, when the low load output value L side is a negative (−) value, the integrated value of the output value in the unit time U becomes zero. In other words, by setting the output of the engine 2 to a constant average output A, the output corresponding to the motor generator 40 operating as the motor is based on the electric power stored in the battery 14 when the motor generator 40 operates as the generator. As a result, the energy balance of the motor generator 40 becomes zero.
以上のように、エンジン2に実際にかかる実負荷パターンPrから模擬負荷パターンPsを算出し、この模擬負荷パターンPsに基づく平均出力A出力時の機関回転数を速度指令値Naとする方法によって速度指令を決定することにより、実際にエンジン2にかかる作業負荷に応じた機関回転数の目標値である速度指令を自動的に算出することができる。これにより、モータジェネレータ40によるトルクアシスト及び発電が、作業状態などに応じた適切なものとなる。
また、速度指令として決定される速度指令値Naを基準として、モータジェネレータ40によるトルクアシスト及び発電を行うことによって、エンジン2は、平準化された一定の出力(平均出力A)を行うこととなり、エンジン2の負荷率の向上、即ち、負荷平準化を図ることができる。このエンジン2の負荷平準化を図ることにより、従来、要求されていた最大負荷時の出力(高負荷時出力値H)を見込んで搭載されるエンジンの小型化を図ることができる。
As described above, the simulated load pattern Ps is calculated from the actual load pattern Pr actually applied to the engine 2, and the speed is obtained by using the engine speed at the time of average output A output based on the simulated load pattern Ps as the speed command value Na. By determining the command, it is possible to automatically calculate a speed command that is a target value of the engine speed according to the work load actually applied to the engine 2. As a result, torque assist and power generation by the motor generator 40 are appropriate in accordance with the working state.
Further, by performing torque assist and power generation by the motor generator 40 based on the speed command value Na determined as the speed command, the engine 2 performs a leveled constant output (average output A). The load factor of the engine 2 can be improved, that is, load leveling can be achieved. By achieving load leveling of the engine 2, it is possible to reduce the size of the engine to be mounted in anticipation of the conventionally required output at the maximum load (high load output value H).
また、前述の速度指令は、ある単位時間Uにおける実負荷パターンPrに基づいて決定されるが、この単位時間Uが経過するごとに各単位時間Uのエンジン2の平均出力Aを算出し、それまでの単位時間Uごとの平均出力Aをさらに平均していくように制御することもできる。すなわち、この場合の負荷分担制御方法においては、単位時間U内でのエンジン2の平均出力Aを順次繰り返して計測し、その都度移動平均をとっていき、作業時の最終的な平均出力を算出することで、速度指令値を収束させていくのである。   The speed command described above is determined based on the actual load pattern Pr in a certain unit time U. Every time this unit time U elapses, the average output A of the engine 2 for each unit time U is calculated, It is also possible to control so that the average output A for each unit time U is further averaged. That is, in the load sharing control method in this case, the average output A of the engine 2 within the unit time U is measured repeatedly and sequentially, and the moving average is taken each time, and the final average output at the time of work is calculated. By doing so, the speed command value is converged.
具体的には、ある単位時間U1における実負荷パターンPr1から、模擬負荷パターンPs1を算出する。この模擬負荷パターンPs1から平均出力A1を算出する。そして、この平均出力A1出力時の機関回転数を単位時間U1経過時の速度指令値Na1とする。次に、単位時間U1経過後の次の単位時間U2においても同様にして、平均出力A2を算出する。そして、単位時間U2経過時において、前記平均出力A1と平均出力A2の平均値を算出する。この各平均出力A1及びA2の平均値が、単位時間U2経過時の平均出力となる。そして、この平均出力時の機関回転数を単位時間U2経過時の速度指令値とする。以下、エンジン2作動中は、同様にして単位時間経過ごとにそれまでの各平均出力を順次算出し、この平均出力時の機関回転数を各単位時間経過時における速度指令値としていき、速度指令値を収束させていく。   Specifically, the simulated load pattern Ps1 is calculated from the actual load pattern Pr1 in a certain unit time U1. An average output A1 is calculated from the simulated load pattern Ps1. The engine speed at the time of the average output A1 is set as the speed command value Na1 when the unit time U1 has elapsed. Next, the average output A2 is similarly calculated in the next unit time U2 after the unit time U1 has elapsed. Then, the average value of the average output A1 and the average output A2 is calculated when the unit time U2 has elapsed. The average value of the average outputs A1 and A2 is the average output when the unit time U2 has elapsed. The engine speed at the average output is set as a speed command value when the unit time U2 has elapsed. Thereafter, while the engine 2 is operating, each average output up to that time is sequentially calculated in the same manner, and the engine speed at the time of this average output is used as the speed command value at each unit time. Converge the value.
このように、単位時間ごとのエンジン2の平均出力を順次計測し、各単位時間経過時にそれまでの各平均出力の平均値を算出することによって速度指令値を収束させていくことにより、速度指令を作業負荷に応じて経時的に変化させることができる。これにより、速度指令の作業負荷に対する追従性を向上することができ、モータジェネレータ40によるアシスト及び発電をより適切なものとすることが可能となる。   Thus, the speed command value is converged by sequentially measuring the average output of the engine 2 per unit time and calculating the average value of each average output until that time. Can be changed over time according to the work load. As a result, the followability of the speed command to the work load can be improved, and the assist and power generation by the motor generator 40 can be made more appropriate.
続いて、エンジン2にかかる作業負荷に応じた機関回転制御方法について説明する。
この機関回転制御方法においては、エンジン2にかかる負荷に基づき、システムコントローラ7で算出される速度指令値と、エンジン2の実回転数とを比較し、この比較結果からモータジェネレータ40によるトルクアシスト及び発電の制御を行い、エンジン2の負荷平準化を図ろうとするものである。
すなわち、機関回転制御方法は、本ハイブリッドシステムにおいて、システムコントローラ7により、操作レバー9による指示回転数が一定状態での作業負荷に対する平均出力を算出し、前記回転センサによって検出されるエンジン2の実回転数が、前記平均出力時の機関回転数(速度指令値)よりも下がった場合は、VVVFインバータコンバータ42からモータジェネレータ40に対するトルク指令を増加させ、該モータジェネレータ40によってトルクアシストを行い、逆に、エンジン2の実回転数が、前記平均出力時の機関回転数よりも上がった場合は、VVVFインバータコンバータ42からモータジェネレータ40に対するトルク指令を減少させ、モータジェネレータ40によって発電される電力をバッテリ14に蓄電するように制御することを特徴としている。
Next, an engine rotation control method according to the work load applied to the engine 2 will be described.
In this engine speed control method, the speed command value calculated by the system controller 7 is compared with the actual speed of the engine 2 based on the load applied to the engine 2, and torque assist by the motor generator 40 and The power generation is controlled to try to level the load on the engine 2.
In other words, the engine rotation control method uses the system controller 7 to calculate an average output with respect to the work load when the indicated rotation speed by the operation lever 9 is constant in the hybrid system, and the actual engine 2 detected by the rotation sensor. When the engine speed is lower than the average engine speed (speed command value), the torque command to the motor generator 40 is increased from the VVVF inverter converter 42, and torque assist is performed by the motor generator 40. On the other hand, when the actual engine speed of the engine 2 is higher than the engine speed at the average output, the torque command from the VVVF inverter converter 42 to the motor generator 40 is decreased, and the electric power generated by the motor generator 40 is supplied to the battery. 14 to store electricity It is characterized by controlling.
図10において、横軸はエンジン2及びモータジェネレータ40の回転数であり、左側縦軸はブレーキ・ミーン・プレッシャー(Brake Mean Pressure:正味平均有効圧力)をトルクに換算したものである。また、右側縦軸をエンジン2の馬力(出力)としている。
機関最大トルク曲線TPeは、排ガス規制などから許容される範囲での、エンジン2の回転数と最大のトルク(駆動力)との関係を示すものである。
等馬力線は、各馬力E1・E2・・・に対して、エンジンの回転数とトルクのグラフ上で機関回転数とトルクとの積から求められる馬力(出力)の等しくなる点の連続からなる曲線であり、エンジンの特性を示すものである。この馬力(出力)は、作業機などにおいて備えられる、エンジンによって駆動され各種アクチュエータへ圧油を供給する可変容量形油圧ポンプ等のポンプ負荷(作業負荷)から求められる。つまり、ある回転数でエンジンが駆動している場合の、一定馬力(出力)を出すために必要なトルクを示している。
In FIG. 10, the horizontal axis represents the rotational speeds of the engine 2 and the motor generator 40, and the left vertical axis represents the brake mean pressure (Brake Mean Pressure) converted to torque. The right vertical axis is the horsepower (output) of the engine 2.
The engine maximum torque curve TPe shows the relationship between the rotational speed of the engine 2 and the maximum torque (driving force) within a range permitted by exhaust gas regulations and the like.
The equal horsepower line is composed of a series of points at which the horsepower (output) obtained from the product of the engine speed and torque on the graph of engine speed and torque is equal for each horsepower E1, E2,. It is a curve and shows the characteristics of the engine. This horsepower (output) is obtained from a pump load (work load) such as a variable displacement hydraulic pump that is driven by an engine and supplies pressure oil to various actuators provided in a work machine or the like. That is, it shows the torque required to produce a constant horsepower (output) when the engine is driven at a certain rotational speed.
ドループ特性線D1・D2は、図11(b)に示すように、エンジン2があるアイドル回転数で負荷がかかった際の機関回転数と、燃費等を考慮して決定される前記スロットルアクチュエータ22を構成するラックピニオン式のDCモータのラックギアのラック位置との関係をプロットしたものである。この図に示すように、エンジン2に負荷がかかった際に燃料噴射量は増えるが、機関回転数は減少する制御をドループ制御といい、このドループ制御の特性を示すドループ特性線は、操作レバー9を燃料噴射量が増加する方向に操作することによって、機関回転数が増加する方向に移動する(D1→D2)。   As shown in FIG. 11B, the droop characteristic lines D1 and D2 are determined in consideration of the engine speed when the engine 2 is loaded at a certain idling speed, fuel consumption, and the like. Is a plot of the relationship between the rack position of the rack gear of the rack and pinion type DC motor that constitutes. As shown in this figure, the control in which the fuel injection amount increases when the engine 2 is loaded, but the engine speed decreases, is called droop control. The droop characteristic line indicating the characteristics of the droop control is the operation lever. By operating 9 in the direction in which the fuel injection amount increases, the engine speed is increased (D1 → D2).
エンジン2には、該エンジン2にかかる負荷が変化した場合、エンジン2の回転数が変わるため、エンジン2が操作レバー9の操作による指示回転数になるように自動的に燃料噴射ポンプの燃料噴射量を調節して、機関回転数を一定に保つための調速装置としてのメカニカルガバナ(図示略)がエンジン2に備えられている。このメカニカルガバナは、エンジン2の回転と連動して回転するガバナウエイトとガバナスプリングとガバナレバーとを備え、エンジン2が回転するときにガバナウエイトに生じる遠心力とガバナスプリングの弾性力とのつり合いによって燃料の噴射量を調節する構造となっている。このメカニカルガバナにおいては、エンジン2の回転数が高くなるとガバナウエイトにはたらく遠心力は大きくなり、ガバナスプリングが圧縮されるとともにガバナレバーが噴射量を減らす方向に作動され、逆に、エンジン2の回転数が低くなるとガバナウエイトにはたらく遠心力は小さくなり、ガバナスプリングの弾性力によってガバナレバーが噴射量を増やす方向に作動される構成となっており、このような構成によってエンジン2の回転数は一定に保たれる。このため、メカニカルガバナを備えたエンジン2のドループ特性線は、図11(b)に示すように略直線になるのである。   When the load applied to the engine 2 changes, the engine 2 automatically changes the rotational speed of the engine 2 so that the fuel injection pump automatically injects the fuel so that the engine 2 reaches the indicated rotational speed by operating the operation lever 9. The engine 2 is provided with a mechanical governor (not shown) as a speed governing device for adjusting the amount and keeping the engine speed constant. This mechanical governor includes a governor weight that rotates in conjunction with the rotation of the engine 2, a governor spring, and a governor lever. The injection amount is adjusted. In this mechanical governor, when the engine 2 speed increases, the centrifugal force acting on the governor weight increases, the governor spring is compressed and the governor lever is actuated to reduce the injection amount, and conversely the engine 2 speed. As the engine speed decreases, the centrifugal force acting on the governor weight decreases, and the governor lever is actuated in the direction to increase the injection amount by the elastic force of the governor spring. With such a configuration, the rotational speed of the engine 2 is kept constant. Be drunk. For this reason, the droop characteristic line of the engine 2 provided with the mechanical governor becomes a substantially straight line as shown in FIG.
図11(b)において、横軸は機関回転数であり、縦軸はコントロールラックのラック位置である。Raは無負荷ラック位置であり、エンジン2に負荷がかかってない状態でのラック位置、即ちエンジン2が操作レバー9により要求される本来の燃料噴射量及び回転数での状態である。また、Rbは制限ラック位置であり、エンジン2が高負荷状態でのラック位置、即ちエンジン2の回転数が低くなり、燃料の噴射量が最も多い状態である。つまり、操作レバー9による指示回転数が一定状態で、エンジン2にかかる負荷が大きくなると、エンジン2の状態は、ドループ特性線上での上方の状態に移動し、逆に負荷が小さくなると、ドループ特性線上での下方の状態に移動することとなる。
ドループ特性線D1上の任意の点Dp1におけるエンジン2の出力と同じ出力の点を、ドループ特性線D2上にとると、点Dp2の位置のようになる。つまり、エンジン2の出力が一定の状態で、操作レバー9を燃料噴射量増加方向に操作すると、ラック位置も噴射量増加方向に移動する。
In FIG. 11B, the horizontal axis represents the engine speed, and the vertical axis represents the rack position of the control rack. Ra is a no-load rack position, which is a rack position in a state where no load is applied to the engine 2, that is, a state in which the engine 2 is at the original fuel injection amount and the rotational speed required by the operation lever 9. Rb is a limit rack position, which is a rack position when the engine 2 is in a high load state, that is, a state where the rotational speed of the engine 2 is low and the fuel injection amount is the largest. That is, when the load applied to the engine 2 is large while the instruction rotation speed by the operation lever 9 is constant, the state of the engine 2 moves to an upper state on the droop characteristic line, and conversely, when the load decreases, the droop characteristic It will move to the state below on the line.
When a point having the same output as the output of the engine 2 at an arbitrary point Dp1 on the droop characteristic line D1 is taken on the droop characteristic line D2, the position of the point Dp2 is obtained. That is, when the operation lever 9 is operated in the fuel injection amount increasing direction while the output of the engine 2 is constant, the rack position is also moved in the injection amount increasing direction.
図11(a)は、図11(b)における縦軸が示すラック位置を、エンジン2の軸トルクに換算したものを示す図である。この図から、前記点Dp1から点Dp2への移動によって軸トルクは減少するということがわかる。すなわち、エンジン2の出力が一定の状態で、操作レバー9を燃料噴射量増加方向に操作すると、機関回転数は上がり、軸トルクは低くなるということである。   FIG. 11A is a diagram showing the rack position indicated by the vertical axis in FIG. 11B converted to the axial torque of the engine 2. From this figure, it can be seen that the shaft torque decreases due to the movement from the point Dp1 to the point Dp2. That is, if the operation lever 9 is operated in the direction of increasing the fuel injection amount while the output of the engine 2 is constant, the engine speed increases and the shaft torque decreases.
このようなドループ特性線D1、D2と前記等馬力線との関係を示した図10を用いて、機関回転制御について説明する。
本制御においては、まず、システムコントローラ7により、操作レバー9による指示回転数が一定状態での作業負荷に対するエンジン2の平均出力を算出する。ここでの平均出力は、前述の平均出力Aと同様にして算出されるものであり、同一の符号を用いて説明する。エンジン2の平均出力Aでの等馬力線は、図10において馬力Eaの等馬力線とする。また、操作レバー9は、エンジン2の出力が平均出力Aとなる位置とし、操作レバー9がこの位置でのドループ特性線をD1とする。つまり、馬力Eaの等馬力線とドループ特性線D1との交点である点Ceにおける機関回転数が、前述の速度指令としての速度指令値Naとなる。本制御の目的としては、モータジェネレータ40によるトルクアシスト及び発電により、エンジン2の作動状態を、出力を平均出力A、回転数を速度指令値Naの状態に保つことで、エンジン2にかかる負荷の平準化を図ることである。
The engine rotation control will be described with reference to FIG. 10 showing the relationship between the droop characteristic lines D1 and D2 and the equal horsepower lines.
In this control, first, the system controller 7 calculates the average output of the engine 2 with respect to the work load in a state where the indicated rotational speed by the operation lever 9 is constant. The average output here is calculated in the same manner as the above-described average output A, and will be described using the same reference numerals. The equal horsepower line at the average output A of the engine 2 is the equal horsepower line of the horsepower Ea in FIG. Further, the operation lever 9 is set to a position where the output of the engine 2 becomes the average output A, and the droop characteristic line at this position of the operation lever 9 is set to D1. That is, the engine speed at the point Ce that is the intersection of the equihorse power line of the horsepower Ea and the droop characteristic line D1 becomes the speed command value Na as the speed command described above. The purpose of this control is to maintain the operating state of the engine 2 at the average output A and the rotational speed at the speed command value Na by the torque assist and power generation by the motor generator 40, thereby reducing the load on the engine 2. It is to achieve leveling.
図10において、馬力Eaの等馬力線とドループ特性線D1との交点である点Ceにおけるエンジン2の状態が、エンジン2の実回転数と速度指令値Naとが一致している状態である。この状態では、モータジェネレータ40によるトルクアシストも発電も行われない。つまり、この点Ceにおけるエンジン2の状態を基準として、この状態から作業負荷が高くなり、機関回転数が下がるとモータジェネレータ40によるトルクアシストを行い、作業負荷が低くなり、機関回転数が上がるとモータジェネレータ40によるバッテリ14の蓄電を行うように制御する。   In FIG. 10, the state of the engine 2 at the point Ce, which is the intersection of the equihorse force line of the horsepower Ea and the droop characteristic line D1, is a state in which the actual rotational speed of the engine 2 and the speed command value Na coincide. In this state, neither torque assist nor power generation by the motor generator 40 is performed. That is, with reference to the state of the engine 2 at this point Ce, when the work load increases from this state and the engine speed decreases, torque assist is performed by the motor generator 40, and the work load decreases and the engine speed increases. The motor generator 40 is controlled to store the battery 14.
具体的には、エンジン2が点Ceでの状態から、高い負荷がかかると、機関回転数が低くなり、エンジン2の状態はドループ特性線D1に沿って上方に移動する。この場合にエンジン2にかかる負荷に対する馬力をE3とすると、エンジン2の状態としては、ドループ特性線D1と馬力E3の等馬力線との交点である点Ce1に移動するので、機関回転数はN1まで下がり、トルクは機関回転数N1における機関最大トルクTeを上回ってしまう。つまり、点Ce1での状態は、その機関回転数N1においてエンジン2によって発揮できる機関最大トルクTeを上回る過負荷状態となってしまう。このような状態を回避するため、モータジェネレータ40によりトルクアシストを行い、エンジン2の回転数を速度指令値Naに保ったままトルクを向上させて不足分の出力を補う。この場合、エンジン2では速度指令値Naで回転するための燃料の噴射は行われているため、負荷がかかって機関回転数が下がったとしても、モータジェネレータ40によってトルクの不足分を補うことにより、速度指令値Naを保つことができる。   Specifically, when a high load is applied from the state where the engine 2 is at the point Ce, the engine speed decreases, and the state of the engine 2 moves upward along the droop characteristic line D1. In this case, if the horsepower with respect to the load applied to the engine 2 is E3, the engine 2 moves to a point Ce1 which is an intersection of the droop characteristic line D1 and the equal horsepower line of the horsepower E3. Thus, the torque exceeds the engine maximum torque Te at the engine speed N1. That is, the state at the point Ce1 becomes an overload state exceeding the engine maximum torque Te that can be exhibited by the engine 2 at the engine speed N1. In order to avoid such a state, torque assist is performed by the motor generator 40, and the torque is improved while maintaining the rotational speed of the engine 2 at the speed command value Na to compensate for the insufficient output. In this case, since the engine 2 is injected with fuel to rotate at the speed command value Na, even if a load is applied and the engine speed decreases, the motor generator 40 compensates for the shortage of torque. The speed command value Na can be maintained.
モータジェネレータ40によるトルクアシストを行うことにより、点Ceにおいて馬力E3に相当する負荷がかかると、エンジン2は、点Ce1の状態を回避して点Cemの状態に移動することになる。この点Cemは、エンジン2が点Ceの状態から機関回転数を速度指令値Naに保ったまま、モータジェネレータ40によってトルクが加えられ、エンジン2とモータジェネレータ40の合計トルクで出力E3を行っている状態を示す。言い換えると、エンジン2単体では、点Ceの状態から馬力E3に相当する負荷がかかると、点Ce1の状態に移動することとなるが、モータジェネレータ40によってトルクアシストを行うことで、機関回転数としては、(Na−N1)分引き上げられ、馬力としては、(E3−Ea)分が補われることとなる。さらに言うと、エンジン2は見かけ上、点Ceの位置で作動している状態となるが、モータジェネレータ40によるトルクアシストによって、機関回転数を速度指令値Naに保った状態で、ドループ特性線D1から、操作レバー9による指示回転数を上げた状態であるドループ特性線D2における出力を得ることができる。要するに、操作レバー9による指示回転数が一定状態において、作業負荷がかかり、エンジン2の実回転数が速度指令値Naよりも下がった場合は、VVVFインバータコンバータ42からモータジェネレータ40へ送信されるトルク指令を増加させ、該モータジェネレータ40によるトルクアシストを行うのである。   If a load corresponding to the horsepower E3 is applied at the point Ce by performing torque assist by the motor generator 40, the engine 2 avoids the state of the point Ce1 and moves to the state of the point Cem. At this point Cem, torque is applied by the motor generator 40 while the engine 2 is kept at the speed command value Na from the state of the point Ce, and the output E3 is performed with the total torque of the engine 2 and the motor generator 40. Indicates the state. In other words, in the engine 2 alone, when a load corresponding to the horsepower E3 is applied from the state of the point Ce, the engine 2 moves to the state of the point Ce1, but by performing torque assist by the motor generator 40, the engine speed is obtained. Is increased by (Na-N1), and (E3-Ea) is supplemented as horsepower. Furthermore, the engine 2 apparently operates at the position of the point Ce, but the droop characteristic line D1 is maintained with the engine speed maintained at the speed command value Na by torque assist by the motor generator 40. From this, it is possible to obtain an output on the droop characteristic line D2, which is a state in which the indicated rotational speed by the operation lever 9 is increased. In short, the torque transmitted from the VVVF inverter converter 42 to the motor generator 40 when a work load is applied and the actual rotational speed of the engine 2 falls below the speed command value Na when the rotational speed indicated by the operating lever 9 is constant. The command is increased and torque assist by the motor generator 40 is performed.
エンジン2が点Ceでの状態から、負荷が低くなると、機関回転数が高くなり、エンジン2の状態はドループ特性線D1に沿って下方に移動する。この場合、例えば、エンジン2の負荷に対する馬力をE1とすると、エンジン2の状態としては、ドループ特性線D1と馬力E1の等馬力線との交点である点Ce2に移動するので、機関回転数はN2まで上がることとなる。しかし、エンジン2は、出力を平均出力A、回転数を速度指令値Naに保つように制御されるので、この余剰出力によってモータジェネレータ40による発電を行い、バッテリ14を充電する。要するに、操作レバー9による指示回転数が一定状態において、作業負荷が低くなり、エンジン2の実回転数が速度指令値Naよりも上がった場合は、VVVFインバータコンバータ42からモータジェネレータ40へ送信されるトルク指令を減少させ、モータジェネレータ40によって発電される電力をバッテリ14に蓄電するのである。   When the load is reduced from the state where the engine 2 is at the point Ce, the engine speed is increased, and the state of the engine 2 moves downward along the droop characteristic line D1. In this case, for example, if the horsepower with respect to the load of the engine 2 is E1, the engine 2 moves to a point Ce2 that is the intersection of the droop characteristic line D1 and the equihorsepower line of the horsepower E1, and therefore the engine speed is It will go up to N2. However, since the engine 2 is controlled so as to keep the output at the average output A and the rotation speed at the speed command value Na, the motor generator 40 generates electric power by this surplus output and charges the battery 14. In short, when the indicated rotational speed by the operating lever 9 is constant, the work load is reduced and the actual rotational speed of the engine 2 is higher than the speed command value Na, the data is transmitted from the VVVF inverter converter 42 to the motor generator 40. The torque command is decreased, and the electric power generated by the motor generator 40 is stored in the battery 14.
このように、作業負荷に対する平均出力時の機関回転数を基準とする機関回転制御を行うことによって、エンジン2の負荷平準化を図ることができる。これにより、燃費の向上が図れるとともに、エンジン2の機関最大トルク以上のトルクを発揮することが可能となり、最大負荷時の出力を見込んで搭載されるエンジン2の小型化を図ることができる。   In this way, load leveling of the engine 2 can be achieved by performing engine rotation control based on the engine speed at the time of average output with respect to the work load. As a result, it is possible to improve fuel efficiency and to exhibit a torque that is equal to or greater than the engine maximum torque of the engine 2 and to reduce the size of the engine 2 that is mounted in anticipation of the output at the maximum load.
また、この機関回転制御において、前述の平均出力Aが大きくなり、速度指令値Naが低速域でとられた場合でも、エンジン2の実回転数が速度指令値Naよりも下がった場合には、モータジェネレータ40によるトルクアシストが行われるので、作業負荷の高さに応じたモータジェネレータ40の制御を行うことが可能となり、作業内容に即したトルクアシストを行うことができる。これにより、低速域でのトルクの向上が図れ、燃費の向上や排気色改善などのエンジン2の機関性能の向上を図ることができる。   Further, in this engine rotation control, even when the average output A is increased and the speed command value Na is taken in the low speed range, when the actual engine speed of the engine 2 is lower than the speed command value Na, Since torque assist is performed by the motor generator 40, the motor generator 40 can be controlled in accordance with the height of the work load, and torque assist can be performed in accordance with the work content. Thereby, it is possible to improve the torque in the low speed region, and to improve the engine performance of the engine 2 such as improvement of fuel consumption and exhaust color.
以上のような機関回転制御において、電流の流れの面から説明する。
つまり、本制御においては、エンジン2の実回転数が、前記速度指令値Naよりも下がった場合は、バッテリ14からモータジェネレータ40へと電力を供給して該モータジェネレータ40を駆動させてトルクアシストを行い、逆に、エンジン2の実回転数が、速度指令値Naよりも上がった場合は、エンジン2の駆動力を用いてモータジェネレータ40によって発電し、この発電された電力をバッテリ14に蓄電するように制御する。
The engine rotation control as described above will be described from the aspect of current flow.
That is, in this control, when the actual rotational speed of the engine 2 falls below the speed command value Na, electric power is supplied from the battery 14 to the motor generator 40 to drive the motor generator 40 and torque assist. On the contrary, when the actual rotational speed of the engine 2 is higher than the speed command value Na, the motor generator 40 generates power using the driving force of the engine 2 and the generated power is stored in the battery 14. Control to do.
具体的には、前記回転センサによって検出されるエンジン2の実回転数が、前記速度指令値Naよりも下がった場合は、バッテリ14から給電される直流電流が昇降圧チョッパ44を介してVVVFインバータコンバータ42に入力される。このとき、昇降圧チョッパ44は昇圧チョッパとして機能し、バッテリ14の放電電圧を所定の電圧に昇圧して、VVVFインバータコンバータ42に出力する。この際、VVVFインバータコンバータ42はインバータとして機能して、入力された直流電力を所定の電圧及び周波数の交流電力に変換し、この変換された交流電力をモータジェネレータ40に供給する。そして、モータジェネレータ40によるトルクアシストが行われる。   Specifically, when the actual rotational speed of the engine 2 detected by the rotation sensor falls below the speed command value Na, the direct current supplied from the battery 14 is supplied to the VVVF inverter via the step-up / down chopper 44. Input to the converter 42. At this time, the step-up / step-down chopper 44 functions as a boost chopper, boosts the discharge voltage of the battery 14 to a predetermined voltage, and outputs the boosted voltage to the VVVF inverter converter 42. At this time, the VVVF inverter converter 42 functions as an inverter, converts the input DC power into AC power having a predetermined voltage and frequency, and supplies the converted AC power to the motor generator 40. Then, torque assist by the motor generator 40 is performed.
逆に、前記回転センサによって検出されるエンジン2の実回転数が、速度指令値Naよりも上がった場合は、エンジン2の駆動力の一部または全部が発電機としてのモータジェネレータ40の作動に用いられ、該モータジェネレータ40により発電が行われる。モータジェネレータ40で発電された電力は、三相交流電力としてVVVFインバータコンバータ42に出力される。この際、VVVFインバータコンバータ42はコンバータとして機能して、モータジェネレータ40から入力された交流電力を整流・平滑化して直流電力に変換する。VVVFインバータコンバータ42によって変換された直流電力は、昇降圧チョッパ44を介してバッテリ14に入力され、これによりバッテリ14に蓄電する。このとき、昇降圧チョッパ44は降圧チョッパとして機能し、VVVFインバータコンバータ42から入力される直流電力を所定の電圧に降圧してバッテリ14に蓄電する。   On the contrary, when the actual rotational speed of the engine 2 detected by the rotation sensor is higher than the speed command value Na, part or all of the driving force of the engine 2 is used for the operation of the motor generator 40 as a generator. The motor generator 40 generates electric power. The electric power generated by motor generator 40 is output to VVVF inverter converter 42 as three-phase AC power. At this time, the VVVF inverter converter 42 functions as a converter, and rectifies and smoothes AC power input from the motor generator 40 to convert it into DC power. The DC power converted by the VVVF inverter converter 42 is input to the battery 14 via the step-up / step-down chopper 44, and thereby stored in the battery 14. At this time, the step-up / step-down chopper 44 functions as a step-down chopper, and steps down the DC power input from the VVVF inverter converter 42 to a predetermined voltage and stores it in the battery 14.
このように、機関回転制御を行うことにより、エンジン2の負荷平準化が図れるとともに、モータジェネレータ40の作動とバッテリ14の充放電とが連動することによって、モータジェネレータ40のエネルギー収支を合わせることが可能となり、燃費の向上を図ることができる。   Thus, by performing engine rotation control, the load level of the engine 2 can be leveled, and the operation of the motor generator 40 and the charging / discharging of the battery 14 can be linked to adjust the energy balance of the motor generator 40. It becomes possible and it can aim at improvement in fuel consumption.
続いて、エンジン2の低速域における機関回転制御について説明する。
一般的に、エンジンの低速域における特性として、機関回転数が低いほど出力が低下し、トルクが小さく不安定であるということがある。そのため、エンジン2の始動時や、高い作業負荷がかかって機関回転数が下がった場合などのエンジン2の低速域においては、エンジン2に対する負荷が過負荷となり易く、排ガスやスモークが発生し易い。また、例えば、トラクタ等の作業機における、機体を低速で移動しながらの作業時、船舶等における、低速航行を行いながらのトローリング時、及び、油圧ショベル等の油圧建設機械における、ブーム・アーム・バケット等を有するフロント作業機のブーム上げ時などのように、エンジンが低速域で高トルクを要する場面もある。このような点に鑑み、本制御では、エンジン2の低速域においてモータジェネレータ40によるトルクアシストを行う機関回転制御によって、エンジン2の低速域でのトルクの向上を図っている。以下、エンジン2の低速域における機関回転制御について図12を用いて説明する。
Next, engine rotation control in the low speed region of the engine 2 will be described.
Generally, as a characteristic of the engine in a low speed region, the lower the engine speed, the lower the output, and the smaller the torque, the more unstable. Therefore, when the engine 2 is started or when the engine speed is lowered due to a high work load, the load on the engine 2 is likely to be overloaded, and exhaust gas and smoke are likely to be generated. In addition, for example, in a working machine such as a tractor, when working while moving the machine at a low speed, in a ship or the like during trolling while performing low-speed navigation, and in a hydraulic construction machine such as a hydraulic excavator, There are also scenes where the engine requires high torque in a low speed range, such as when the boom of a front working machine having a bucket or the like is raised. In view of such a point, in this control, torque is improved in the low speed region of the engine 2 by engine rotation control in which torque assist is performed by the motor generator 40 in the low speed region of the engine 2. Hereinafter, engine rotation control in the low speed region of the engine 2 will be described with reference to FIG.
図12は、図11に示した機関最大トルク曲線TPeに加え、モータとしてのモータジェネレータ40の回転数と最大のトルク(駆動力)との関係を示すモータ最大トルク曲線TPmを示したものである。なお、機関最大トルク曲線TPeが、本制御におけるトルクマップに相当する。この図からもわかるように、エンジン2の回転数が機関回転数R2より低い場合を低速域とすると、エンジン2の低速域における機関最大トルクは、機関回転数が低くなるほどトルクが低下している。一方、モータとしてのモータジェネレータ40のモータ最大トルクは、低速域で安定しており、ある回転数より高くなると、回転数が高いほどトルクが低下する特性を有している。本制御においては、これらエンジン2及びモータジェネレータ40の低速域において相反するトルク特性を利用し、エンジン2の低速域での機関性能の向上を図っている。   FIG. 12 shows a motor maximum torque curve TPm showing the relationship between the rotation speed of the motor generator 40 as a motor and the maximum torque (driving force) in addition to the engine maximum torque curve Tpe shown in FIG. . The engine maximum torque curve Tpe corresponds to a torque map in this control. As can be seen from this figure, assuming that the engine speed is lower than the engine speed R2, the engine maximum torque in the low speed area of the engine 2 decreases as the engine speed decreases. . On the other hand, the motor maximum torque of the motor generator 40 as a motor is stable in a low speed range, and has a characteristic that when the rotational speed becomes higher than a certain rotational speed, the torque decreases as the rotational speed increases. In this control, the engine performance in the low speed range of the engine 2 is improved by utilizing the contradictory torque characteristics in the low speed range of the engine 2 and the motor generator 40.
すなわち、本制御では、前記回転センサによって検出される機関回転数が、予め設定された低速域となった場合、VVVFインバータコンバータ42からモータとして作動するモータジェネレータ40に対するトルク指令を増加させ、該モータジェネレータ40によりトルクアシストを行うように制御する。
具体的には、VVVFインバータコンバータ42にエンジン2の低速域としての回転数を予め設定し記憶させる。本実施例では、エンジン2の低速域を機関回転数R1からR2まで(例えば、略1000から2000rpm)とする。エンジン2の回転数は、前述のように機関回転数検出手段としての回転センサにより検出され、VVVFインバータコンバータ42に入力される。そして、VVVFインバータコンバータ42にて入力された機関回転数が低速域にあると判断された場合、VVVFインバータコンバータ42からモータジェネレータ40に対するトルク指令を増加させ、該モータジェネレータ40によるトルクアシストを行うように制御する。
That is, in this control, when the engine speed detected by the rotation sensor falls within a preset low speed range, the torque command to the motor generator 40 that operates as a motor is increased from the VVVF inverter converter 42, and the motor The generator 40 is controlled to perform torque assist.
Specifically, the rotation speed of the engine 2 as a low speed region is set in advance and stored in the VVVF inverter converter 42. In the present embodiment, the low speed region of the engine 2 is set to the engine speed R1 to R2 (for example, approximately 1000 to 2000 rpm). As described above, the rotation speed of the engine 2 is detected by the rotation sensor as the engine rotation speed detection means, and is input to the VVVF inverter converter 42. When it is determined that the engine speed input by the VVVF inverter converter 42 is in the low speed range, the torque command from the VVVF inverter converter 42 to the motor generator 40 is increased, and torque assist by the motor generator 40 is performed. To control.
このようにして、機関回転数R1からR2までの低速域において、モータジェネレータ40によるトルクアシストを行うことにより、エンジン2とモータとして作動するモータジェネレータ40との合計トルクが最大トルクとなる。この低速域における最大トルクは、図12において、機関回転数R1からR2までの範囲での、機関最大トルク曲線TPeとモータ最大トルク曲線TPmとの和をあらわす機関+モータ最大トルク曲線TPemのようになる。   Thus, by performing torque assist by the motor generator 40 in the low speed range from the engine speed R1 to R2, the total torque of the engine 2 and the motor generator 40 operating as a motor becomes the maximum torque. In FIG. 12, the maximum torque in the low speed range is an engine + motor maximum torque curve TPem representing the sum of the engine maximum torque curve Tpe and the motor maximum torque curve TPm in the range from the engine speed R1 to R2. Become.
このように、エンジン2の低速域における機関回転制御を行うことにより、低速域における出力低下を防止することができ、低速域でのトルクの向上を図ることができる。これにより、燃費の向上や排気色の改善などの機関性能の向上を図ることができ、また、作業機として低速かつ高トルクが要求される作業時での操作性の向上及び騒音の低減を図ることができる。さらに、エンジン2の始動立ち上がり時の黒煙排出の抑制が図れるという効果も得ることができる。   Thus, by performing the engine rotation control in the low speed region of the engine 2, it is possible to prevent a decrease in output in the low speed region, and to improve the torque in the low speed region. This makes it possible to improve engine performance such as improved fuel economy and exhaust color, and to improve operability and reduce noise during work requiring low speed and high torque as a work implement. be able to. Furthermore, it is possible to obtain an effect that black smoke emission can be suppressed at the start-up of the engine 2.
次に、このエンジン2の低速域における機関回転制御方法において、エンジン2にかかる負荷トルクに基づいて行う場合について説明する。
この場合、エンジン2の低速域での機関回転制御を、トルクマップとしての機関最大トルク曲線TPeに基づいて行い、エンジン2にかかる負荷トルクが、機関最大トルク曲線TPeの値を上回った場合、モータジェネレータ40によるトルクアシストを行う。すなわち、前記回転センサによって検出される機関回転数が、前記低速域にある場合、予め記憶された機関回転数と機関最大トルクとの関係を示す機関最大トルク曲線TPeに基づき、エンジン2にかかる負荷トルクが、機関最大トルクを上回った場合、VVVFインバータコンバータ42からモータジェネレータ40に対するトルク指令を増加させ、該モータジェネレータ40によりトルクアシストを行うように制御する。
Next, a description will be given of a case where the engine rotation control method in the low speed region of the engine 2 is performed based on the load torque applied to the engine 2.
In this case, the engine rotation control in the low speed region of the engine 2 is performed based on the engine maximum torque curve Tpe as a torque map, and when the load torque applied to the engine 2 exceeds the value of the engine maximum torque curve Tpe, the motor Torque assist by the generator 40 is performed. That is, when the engine speed detected by the rotation sensor is in the low speed range, the load applied to the engine 2 based on the engine maximum torque curve Tpe indicating the relationship between the engine speed and the engine maximum torque stored in advance. When the torque exceeds the engine maximum torque, a torque command for the motor generator 40 is increased from the VVVF inverter converter 42 and the motor generator 40 is controlled to perform torque assist.
具体的には、システムコントローラ7に、機関回転数とエンジン2の機関最大トルクとの関係を示す機関最大トルク曲線TPeをトルクマップとして予め記憶させる。なお、システムコントローラ7には、機関回転数に応じた上限値に対応する負荷トルクを、最低限記憶させておけばよい。ここで、エンジン2にかかる負荷トルクは、前述の馬力(出力)をトルクに換算することによって求められる。そして、システムコントローラ7において、VVVFインバータコンバータ42にて入力された機関回転数が低速域にあると判断された場合、さらに、エンジン2にかかる負荷トルクがその機関回転数での機関最大トルクを上回っているか否かが判断される。この判断の結果、エンジン2にかかる負荷トルクがその機関回転数での機関最大トルクを上回っていると判断された場合、システムコントローラ7からVVVFインバータコンバータ42への速度指令を増加させ、前述のように速度指令が増加することによってVVVFインバータコンバータ42からモータジェネレータ40に対するトルク指令が増加され、該モータジェネレータ40によるトルクアシストを行うように制御する。   Specifically, the system controller 7 stores in advance, as a torque map, an engine maximum torque curve Tpe indicating the relationship between the engine speed and the engine maximum torque of the engine 2. It should be noted that the system controller 7 may store at least the load torque corresponding to the upper limit value corresponding to the engine speed. Here, the load torque applied to the engine 2 is obtained by converting the aforementioned horsepower (output) into torque. When the system controller 7 determines that the engine speed input by the VVVF inverter converter 42 is in the low speed range, the load torque applied to the engine 2 exceeds the engine maximum torque at the engine speed. It is determined whether or not. As a result of this determination, when it is determined that the load torque applied to the engine 2 exceeds the maximum engine torque at the engine speed, the speed command from the system controller 7 to the VVVF inverter converter 42 is increased, as described above. As the speed command increases, the torque command from the VVVF inverter converter 42 to the motor generator 40 is increased, and the motor generator 40 is controlled to perform torque assist.
図12を用いて説明すると、機関回転数がR1からR2までの低速域で、エンジン2に高い負荷がかかると、前記ドループ特性線D1上を移動するエンジン2の状態を示す点Ceが、該ドループ特性線D1に沿って上方に移動する。そして、エンジン2にかかる負荷がある一定以上になり、点Ceが機関最大トルク曲線TPeより上方に移動した場合(図中Ce3参照)、モータジェネレータ40によるトルクアシストが行われる。   Referring to FIG. 12, when a high load is applied to the engine 2 in the low speed range where the engine speed is from R1 to R2, the point Ce indicating the state of the engine 2 moving on the droop characteristic line D1 is It moves upward along the droop characteristic line D1. When the load on the engine 2 becomes a certain level or more and the point Ce moves upward from the engine maximum torque curve Tpe (see Ce3 in the figure), torque assist by the motor generator 40 is performed.
このように、エンジン2の低速域で、エンジン2にかかる負荷トルクが機関最大トルクを上回った場合にモータジェネレータ40によるトルクアシストを行うことによって、作業時などにおいて、実際にエンジン2の機関最大トルク以上の負荷トルクがかかる場合にのみモータジェネレータ40によるトルクアシストを行うことができるので、エンジン2にかかる作業負荷に対応したトルクアシストが可能となる。これにより、低速域におけるエンジン2の出力低下を補うことができるので、エンジン2の過負荷状態を防止でき、エンジン2の低速域でのトルクの向上が図れるとともに、燃費の向上や排気色の改善などの機関性能の向上を図ることができる。   As described above, when the load torque applied to the engine 2 exceeds the engine maximum torque in the low speed region of the engine 2, the motor generator 40 performs torque assist so that the engine maximum torque of the engine 2 is actually increased during work. Since torque assist by the motor generator 40 can be performed only when the above load torque is applied, torque assist corresponding to the work load applied to the engine 2 is possible. As a result, it is possible to compensate for a decrease in the output of the engine 2 in the low speed range, so that an overload state of the engine 2 can be prevented, and the torque in the low speed range of the engine 2 can be improved. The engine performance can be improved.
さらに、エンジン2の低速域における機関回転制御を、エンジン2にかかる負荷トルクに基づいて行う場合、次のように制御することもできる。
この場合は、エンジン2にかかる負荷トルクが、機関最大トルク曲線TPeの値にある一定以上近付いた場合、モータジェネレータ40によるトルクアシストを行う。すなわち、前記回転センサによって検出される機関回転数が、前記低速域となった場合、予め記憶された機関回転数と機関最大トルクとの関係を示す機関最大トルク曲線TPeに基づき、機関最大トルクとエンジン2にかかる負荷トルクとの差が、予め設定された値よりも小さくなった場合、VVVFインバータコンバータ42からモータジェネレータ40に対するトルク指令を増加させ、該モータジェネレータ40によりトルクアシストを行うように制御する。
Furthermore, when the engine rotation control in the low speed region of the engine 2 is performed based on the load torque applied to the engine 2, it can be controlled as follows.
In this case, when the load torque applied to the engine 2 approaches a certain value of the engine maximum torque curve TPe, torque assist by the motor generator 40 is performed. That is, when the engine speed detected by the rotation sensor falls within the low speed range, the engine maximum torque is calculated based on the engine maximum torque curve Tpe indicating the relationship between the engine speed stored in advance and the engine maximum torque. When the difference from the load torque applied to the engine 2 becomes smaller than a preset value, the torque command to the motor generator 40 is increased from the VVVF inverter converter 42 and the motor generator 40 performs torque assist. To do.
具体的には、VVVFインバータコンバータ42にて入力された機関回転数が低速域にあると判断された場合、その機関回転数での機関最大トルクとエンジン2にかかる負荷トルクとの差が、システムコントローラ7に予め設定され記憶されたトルク差dよりも小さいか否かが判断される。この判断の結果、その機関回転数での機関最大トルクとエンジン2にかかる負荷トルクとの差がトルク差dよりも小さいと判断された場合、システムコントローラ7からVVVFインバータコンバータ42への速度指令を増加させ、前述のように速度指令が増加することによってVVVFインバータコンバータ42からモータジェネレータ40に対するトルク指令が増加され、該モータジェネレータ40によるトルクアシストを行うように制御する。   Specifically, when it is determined that the engine speed input by the VVVF inverter converter 42 is in the low speed range, the difference between the engine maximum torque at the engine speed and the load torque applied to the engine 2 is the system It is determined whether or not the torque difference d is preset and stored in the controller 7. As a result of this determination, when it is determined that the difference between the engine maximum torque at the engine speed and the load torque applied to the engine 2 is smaller than the torque difference d, a speed command is sent from the system controller 7 to the VVVF inverter converter 42. By increasing the speed command as described above, the torque command from the VVVF inverter converter 42 to the motor generator 40 is increased, and the motor generator 40 performs torque assist.
図12を用いて説明すると、前述のエンジン2にかかる負荷トルクに基づいて行う機関制御方法における機関最大トルク曲線TPeをトルク差dだけ下方に平行移動した曲線を、この場合の模擬機関最大トルク曲線TPe´とし、エンジン2にかかる負荷トルクが本来の機関最大トルクに達する前にモータジェネレータ40によるトルクアシストを行うように制御している。つまり、機関回転数がR1からR2までの低速域で、エンジン2に高い負荷がかかると、前記ドループ特性線D1上を移動するエンジン2の状態を示す点Ceが、該ドループ特性線D1に沿って上方に移動する。そして、エンジン2にかかる負荷がある一定以上になり、点Ceが模擬機関最大トルク曲線TPe´より上方に移動した場合(図中Ce4参照)、モータジェネレータ40によるトルクアシストが行われる。   Referring to FIG. 12, a curve obtained by translating the engine maximum torque curve TPe in the engine control method based on the load torque applied to the engine 2 described above downward by a torque difference d is a simulated engine maximum torque curve in this case. TPe ′ is controlled so that the motor generator 40 performs torque assist before the load torque applied to the engine 2 reaches the original maximum engine torque. That is, when a high load is applied to the engine 2 in a low speed range where the engine speed is from R1 to R2, the point Ce indicating the state of the engine 2 moving on the droop characteristic line D1 is along the droop characteristic line D1. Move up. When the load applied to the engine 2 exceeds a certain level and the point Ce moves upward from the simulated engine maximum torque curve TPe ′ (see Ce4 in the figure), torque assist by the motor generator 40 is performed.
なお、前述のトルクマップとしての機関最大トルク曲線TPeは、VVVFインバータコンバータ42に予め記憶させていてもよく、この場合、エンジン2にかかる負荷トルクと機関最大トルクとの比較は、VVVFインバータコンバータ42によって行われ、この比較結果によって、VVVFインバータコンバータ42からモータジェネレータ40に対するトルク指令を増加させるか否かが判断される構成となる。   The engine maximum torque curve Tpe as the torque map described above may be stored in advance in the VVVF inverter converter 42. In this case, the comparison between the load torque applied to the engine 2 and the engine maximum torque is performed in the VVVF inverter converter 42. From this comparison result, it is determined whether or not the torque command for the motor generator 40 from the VVVF inverter converter 42 is increased.
このように、エンジン2にかかる負荷トルクが、機関最大トルクにある一定以上近付いた場合、モータジェネレータ40によるトルクアシストを行うことによって、エンジン2にかかる負荷トルクが機関最大トルクに対して余裕のある状態からモータジェネレータ40によるトルクアシストが行われるので、エンジン2の低速域でのトルクの向上が図れるとともに、エンジン2の機関最大トルク付近でのスモーク低減を図ることができる。これにより、燃費の向上や排気色の改善などの機関性能の向上を図ることができる。   As described above, when the load torque applied to the engine 2 approaches the engine maximum torque above a certain level, the load torque applied to the engine 2 has a margin with respect to the engine maximum torque by performing torque assist by the motor generator 40. Since the torque assist is performed by the motor generator 40 from the state, the torque in the low speed region of the engine 2 can be improved and the smoke in the vicinity of the engine maximum torque of the engine 2 can be reduced. Thereby, improvement of engine performance, such as improvement of fuel consumption and improvement of exhaust color, can be aimed at.
ところで、本ハイブリッドシステムにおいては、上述の作業負荷に対して比較的短い時間の負荷がエンジン2にかかった際に、負荷がかかった瞬間と負荷が解除された瞬間に発生するエンジン2の回転数の変動(機関回転変動)に対しても、モータジェネレータ40によるトルクアシスト及び発電を行うことによって、機関回転変動を軽減し、エンジン2の負荷平準化を図ることも可能としている。この場合、蓄電装置として、バッテリ14の代わりに電気二重層キャパシタを利用することが望ましい。以下、機関回転変動の軽減、及び蓄電装置として電気二重層キャパシタを用いることついて図13を用いて説明する。   By the way, in this hybrid system, when the engine 2 is subjected to a load of a relatively short time with respect to the above-described work load, the number of revolutions of the engine 2 generated at the moment when the load is applied and when the load is released. The engine generator 40 can reduce the engine rotation fluctuation and level the load of the engine 2 by performing torque assist and power generation by the motor generator 40 even for the fluctuation of the engine (engine rotation fluctuation). In this case, it is desirable to use an electric double layer capacitor instead of the battery 14 as the power storage device. Hereinafter, reduction of engine rotation fluctuation and use of an electric double layer capacitor as a power storage device will be described with reference to FIG.
図13(a)上図は、エンジン2に負荷がかかってない状態から、エンジン2に大きさw1の負荷Wが一定時間かかった場合を示している。この場合、機関回転数は、同下図に示すように変動する。すなわち、負荷がかかってない状態のエンジン2の回転数n0から、負荷Wがかかった瞬間、この負荷Wの大きさw1に対応するエンジン2の回転数n1よりも急激に機関回転数が低下し、その後、前記回転数n1に落ち着く。そして、負荷Wが解除された瞬間、負荷がかかってない状態の回転数n0よりも急激に機関回転数が上昇する。このように、エンジン2に負荷がかかる際、負荷がかかった瞬間と負荷が解除された瞬間に、負荷の慣性力による負荷変動によって短い時間で微細なエンジンの脈動(機関回転変動)が生じる。   The upper part of FIG. 13A shows a case where a load W having a magnitude w1 is applied to the engine 2 for a certain period of time from a state where no load is applied to the engine 2. In this case, the engine speed fluctuates as shown in the figure below. In other words, from the rotational speed n0 of the engine 2 in an unloaded state, at the moment when the load W is applied, the engine rotational speed decreases more rapidly than the rotational speed n1 of the engine 2 corresponding to the magnitude w1 of the load W. Thereafter, the rotational speed n1 is settled. Then, at the moment when the load W is released, the engine speed increases more rapidly than the rotational speed n0 in a state where no load is applied. As described above, when the engine 2 is loaded, minute pulsation of the engine (engine rotation fluctuation) occurs in a short time due to load fluctuation due to the inertial force of the load at the moment when the load is applied and when the load is released.
この機関回転変動が発生する場合において、エンジン2に負荷がかかった瞬間の機関回転数の急激な低下を、前述のようにモータジェネレータ40によるトルクアシストを行うことによって抑制する。また、エンジン2にかかっている負荷が解除された瞬間の機関回転数の急激な上昇時(回生時)には、モータジェネレータ40による発電を行う。つまり、作業負荷以外の短い時間での微細な負荷がかかることによるエンジン2の機関回転変動時にも、モータジェネレータ40によるトルクアシスト及び発電を行うことで、機関回転変動を抑制する。   When this engine rotation fluctuation occurs, a rapid decrease in the engine speed at the moment when the engine 2 is loaded is suppressed by performing torque assist by the motor generator 40 as described above. Further, when the engine speed rapidly increases (regeneration) at the moment when the load applied to the engine 2 is released, the motor generator 40 generates power. That is, the engine rotation fluctuation is suppressed by performing torque assist and power generation by the motor generator 40 even when the engine 2 fluctuates due to a minute load other than the work load.
具体的には、エンジン2にかかる負荷に対応する機関回転数を目標回転数とし、前記回転センサによって検出されるエンジン2の実回転数の、前記目標回転数からの変動値が一定値以上となると、モータジェネレータ40によるトルクアシストまたは発電を行い、エンジン2の負荷変動による機関回転変動率を一定範囲内に保持する。つまり、エンジン2に負荷がかかった瞬間に、機関回転数が低下して、目標回転数とのずれ(変動)が一定値以上となった場合、モータジェネレータ40をモータとして作動させてトルクアシストを行い、逆に、エンジン2にかかった負荷が解除された瞬間に、機関回転数が上昇して、目標回転数とのずれ(変動)が一定値以上となった場合、モータジェネレータ40を発電機として作動させて発電を行い、この発電電力によってバッテリ14の充電を行う。なお、前記目標回転数は、操作レバー9のレバー位置による指示回転数に対応したものとなり、システムコントローラ7またはVVVFインバータコンバータ42に予め設定される。そして、機関回転数の目標回転数からの変動は、システムコントローラ7またはVVVFインバータコンバータ42にて検知される。また、前記機関回転変動率とは、エンジン2の実回転数の目標回転数からの変動値の、目標回転数に対する割合のことをいう。   Specifically, the engine speed corresponding to the load applied to the engine 2 is set as the target engine speed, and the fluctuation value from the target engine speed of the actual engine speed detected by the rotation sensor is equal to or greater than a predetermined value. Then, torque assist or power generation by the motor generator 40 is performed, and the engine rotation fluctuation rate due to the load fluctuation of the engine 2 is kept within a certain range. That is, at the moment when the engine 2 is loaded, when the engine speed decreases and the deviation (fluctuation) from the target speed exceeds a certain value, the motor generator 40 is operated as a motor to perform torque assist. Conversely, if the engine speed increases and the deviation (fluctuation) from the target speed exceeds a certain value at the moment when the load applied to the engine 2 is released, the motor generator 40 is changed to a generator. To generate electric power, and the battery 14 is charged with the generated electric power. The target rotation speed corresponds to the instruction rotation speed depending on the lever position of the operation lever 9, and is preset in the system controller 7 or the VVVF inverter converter 42. Then, the fluctuation of the engine speed from the target speed is detected by the system controller 7 or the VVVF inverter converter 42. The engine speed fluctuation rate is the ratio of the fluctuation value of the actual speed of the engine 2 from the target speed to the target speed.
これを、例えば前述した図13(a)に対応させた場合、エンジン2にかかる負荷Wの大きさw1に対応する回転数n1が、負荷Wに対応する目標回転数となり、負荷がかかってない状態の回転数n0が、エンジン2の無負荷状態での目標回転数となる。そして、エンジン2に負荷Wがかかった瞬間に機関回転数が低下し、機関回転数の負荷Wに対応する目標回転数n1からの変動値、即ち目標回転数n1と機関回転数との差が、予め設定される規定値δnよりも大きくなった場合、モータジェネレータ40をモータとして作動させて瞬時のトルクアシストを行い、この場合のエンジン2の負荷変動を低減する。逆に、エンジン2にかかった負荷Wが解除された瞬間に機関回転数が上昇し、機関回転数のエンジン2の無負荷状態に対応する目標回転数n0からの変動値、即ち目標回転数n0と機関回転数との差が前記規定値δnよりも大きくなった場合、モータジェネレータ40を発電機として作動させて瞬時の発電を行い、この場合のエンジン2の負荷変動を低減する。なお、前記規定値δnは、エンジンの特性などによって、機関回転数が目標回転数から低下する側に変動する場合と上昇する側に変動する場合とで異なる値を設定することも可能である。   For example, when this is made to correspond to FIG. 13A described above, the rotation speed n1 corresponding to the load w1 applied to the engine 2 becomes the target rotation speed corresponding to the load W, and no load is applied. The rotational speed n0 in the state becomes the target rotational speed in the no-load state of the engine 2. Then, at the moment when the load W is applied to the engine 2, the engine speed decreases, and the fluctuation value from the target speed n1 corresponding to the load W of the engine speed, that is, the difference between the target speed n1 and the engine speed is obtained. When the predetermined value δn is exceeded, the motor generator 40 is operated as a motor to perform instantaneous torque assist, and the load fluctuation of the engine 2 in this case is reduced. Conversely, the engine speed increases at the moment when the load W applied to the engine 2 is released, and the fluctuation value of the engine speed from the target speed n0 corresponding to the no-load state of the engine 2, that is, the target speed n0. When the difference between the engine speed and the engine speed becomes larger than the specified value δn, the motor generator 40 is operated as a generator to perform instantaneous power generation, and the load fluctuation of the engine 2 in this case is reduced. The prescribed value δn may be set to a different value depending on engine characteristics or the like depending on whether the engine speed fluctuates from the target speed to the lower side or increases.
このように、エンジン2の短い時間における微細な負荷変動による機関回転変動に対しても、モータジェネレータ40によるトルクアシスト及び発電を行うことによって、エンジン2の脈動を抑制することができる。これにより、エンジン効率の向上が図れるとともに、燃費の向上及び排気ガスの低減を図ることができる。   Thus, the pulsation of the engine 2 can be suppressed by performing torque assist and power generation by the motor generator 40 even with respect to engine rotation fluctuation due to minute load fluctuation in a short time of the engine 2. As a result, the engine efficiency can be improved, the fuel consumption can be improved, and the exhaust gas can be reduced.
また、図13(b)上図は、前述の機関回転変動時に行われるモータジェネレータ40によるトルクアシスト及び発電を行うことによる、機関回転数に影響する変動量を示している。すなわち、モータジェネレータ40をモータとして作動させてトルクアシストを行う場合には、エンジン2に対するアシスト量を示し、モータジェネレータ40を発電機として作動させて発電を行う場合には、この発電に用いられるエンジン2の回転数の消費量を示すこととなる。
このようにモータジェネレータ40を作動させて短い時間における負荷平準化を行うことで、機関回転数は同下図に示すように変化する。すなわち、負荷変動時の機関回転変動が、モータジェネレータ40によるトルクアシスト及び発電によって抑制され、機関回転数の目標回転数からの変動値が、前記規定値δnよりも小さく抑えられている。
このように、短い時間における瞬時のモータジェネレータ40によるトルクアシスト及び発電を行うためには、蓄電装置による給電及び充電も短い時間にその機能が発揮されるように行われる必要がある。つまり、蓄電装置としても、短い時間における瞬時のモータジェネレータ40によるトルクアシスト及び発電に対する応答性と充放電効率が要求されるのである。そこで、バッテリと比較して充放電効率がよく、瞬時の充放電に対応可能な電気二重層キャパシタを用いる。
The upper part of FIG. 13B shows the amount of fluctuation that affects the engine speed due to torque assist and power generation by the motor generator 40 that is performed when the engine speed fluctuates. That is, when torque assist is performed by operating the motor generator 40 as a motor, the assist amount for the engine 2 is shown. When power generation is performed by operating the motor generator 40 as a generator, the engine used for this power generation is displayed. The consumption of the number of rotations of 2 will be shown.
Thus, by operating the motor generator 40 and performing load leveling in a short time, the engine speed changes as shown in the following figure. That is, the engine rotation fluctuation at the time of load fluctuation is suppressed by torque assist and power generation by the motor generator 40, and the fluctuation value of the engine rotation speed from the target rotation speed is suppressed to be smaller than the specified value δn.
As described above, in order to perform instantaneous torque assist and power generation by the motor generator 40 in a short time, it is necessary that power supply and charging by the power storage device be performed so that the functions are exhibited in a short time. That is, the power storage device is also required to be responsive to torque assist and power generation by the motor generator 40 in a short time and charge / discharge efficiency. Therefore, an electric double layer capacitor is used that has better charge / discharge efficiency than a battery and can handle instantaneous charge / discharge.
バッテリでは、化学変化を利用して蓄電するが、この電気二重層キャパシタでは、化学変化をともなわず、静電作用により電気を電子のまま蓄える。そのため、充放電効率が高く、瞬時の充放電に対応することが可能である。つまり、蓄電装置としてバッテリを用いた場合、モータジェネレータ40によるトルクアシストを行う際の給電は比較的応答性が高いが、モータジェネレータ40による発電電力を蓄電する際は時間的な遅れが生じる。言い換えると、短い時間での負荷変動による機関回転変動に対応しようとした場合、蓄電装置としてバッテリを用いると、給電した電気と同量の電気を蓄電しようとすると放電時間よりも充電時間の方が長くなり、バッテリとしての電力量の収支が合わなくなっていく。しかし、蓄電装置として電気二重層キャパシタを用いることにより、このような不具合を解消することができる。すなわち、エンジン2に対する短い時間での負荷変動による機関回転変動の抑制にともなう蓄電装置の充放電収支の不均衡を低減し、蓄電装置の充電を良好に行うことが可能となり、蓄電装置の充電量不足を防止することができる。   In a battery, electricity is stored by using a chemical change, but in this electric double layer capacitor, electricity is stored as an electron by an electrostatic action without a chemical change. Therefore, charging / discharging efficiency is high and it is possible to cope with instantaneous charging / discharging. That is, when a battery is used as the power storage device, power supply when performing torque assist by the motor generator 40 is relatively responsive, but a time delay occurs when the power generated by the motor generator 40 is stored. In other words, when trying to cope with engine rotation fluctuations due to load fluctuations in a short time, if a battery is used as a power storage device, charging time is more than discharging time when trying to store the same amount of electricity as the supplied electricity. It becomes longer and the balance of power consumption as a battery will not match. However, such a problem can be solved by using an electric double layer capacitor as the power storage device. That is, it is possible to reduce the imbalance in the charge / discharge balance of the power storage device due to suppression of engine rotation fluctuation due to load fluctuations in a short time with respect to the engine 2, and to charge the power storage device satisfactorily. Insufficiency can be prevented.
さらに、本ハイブリッドシステムにおける蓄電装置として、電気二重層キャパシタを用いることにより、次のような効果を得ることができる。
電気二重層キャパシタは、繰り返しの充放電に強く、蓄電装置の長寿命化が図れる。また、電気二重層キャパシタは、原料も無害に近い電解液と炭素でできているため低公害である。加えて、電気二重層キャパシタは、広範囲の耐久温度特性を有しているため、低温では性能が低下するバッテリと比較して、使用温度範囲において安定した作動が可能になるという効果を得ることもできる。
Furthermore, the following effects can be obtained by using an electric double layer capacitor as a power storage device in the hybrid system.
The electric double layer capacitor is resistant to repeated charging and discharging, and can extend the life of the power storage device. In addition, the electric double layer capacitor has low pollution because the raw material is made of an electrolyte and carbon that are nearly harmless. In addition, since the electric double layer capacitor has a wide range of endurance temperature characteristics, it is possible to obtain an effect that stable operation is possible in the operating temperature range as compared with a battery whose performance deteriorates at low temperatures. it can.
また、前記電気二重層キャパシタは、バッテリと併用することも可能である。この場合は、蓄電装置として電気二重層キャパシタとバッテリを並列に接続する。
このように、ハイブリッドシステムにおける蓄電装置として、電気二重層キャパシタとバッテリを併用することにより、バッテリよりも比較的蓄電できるエネルギー密度が低いという特性を有する電気二重層キャパシタの蓄電容量を、バッテリによって補うことができる。これにより、前述の短い時間での負荷変動による機関回転変動に対応することができるとともに、十分な蓄電容量を確保することが可能となる。
The electric double layer capacitor can also be used in combination with a battery. In this case, an electric double layer capacitor and a battery are connected in parallel as a power storage device.
As described above, by using the electric double layer capacitor and the battery together as the power storage device in the hybrid system, the battery compensates for the storage capacity of the electric double layer capacitor having the characteristic that the energy density that can be relatively stored is lower than that of the battery. be able to. As a result, it is possible to cope with the engine rotation fluctuation due to the load fluctuation in the short time described above, and to secure a sufficient storage capacity.
また、このようなエンジンの脈動を抑制する技術を、ガソリンエンジンよりもクリーンで、ディーゼルエンジン並みの燃料効率を有するが、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等と比較して脈動が大きく不安定な予混合圧縮自着火(HCCI)エンジンを備えたハイブリッドシステムにおいて適用することで、その効果がより発揮されることが期待できる。   In addition, the technology that suppresses the pulsation of such an engine is premixed compression that is cleaner than a gasoline engine and has fuel efficiency similar to that of a diesel engine, but has a large pulsation and is unstable compared to a gasoline engine or a diesel engine. By applying it in a hybrid system equipped with a self-ignition (HCCI) engine, it can be expected that the effect will be exhibited more.
続いて、本ハイブリッドシステムにおける機関制御方法としてのオートデセル機能について説明する。
オートデセル機能とは、作業機などにおいて、作業や走行を行っていない負荷低下状態が一定時間以上継続すると、エンジン2の回転数を省燃費用のデセル回転数にして低燃費状態(アイドリング状態)とし、作業や走行の開始時には、直ちに機関回転数を元の設定回転数に復帰させるという機能である。このようなオートデセル機能において、本ハイブリッドシステムでは、エンジン2の回転数を前記デセル回転数にする代わりに、エンジン2を停止状態にすることを特徴としている。以下、具体的に説明する。
Subsequently, an auto-decel function as an engine control method in the hybrid system will be described.
The auto-decel function is a low fuel consumption state (idling state) when the load reduction state in which no work or running is continued for a certain period of time or longer on the work machine, etc. At the start of work or traveling, the engine speed is immediately returned to the original set speed. In such an auto-decel function, the present hybrid system is characterized in that the engine 2 is brought into a stopped state instead of changing the engine 2 to the above-described decelerating speed. This will be specifically described below.
本ハイブリッドシステムにおいては、前述のように、VVVFインバータコンバータ42にて、エンジン2の実回転数と、システムコントローラ7からVVVFインバータコンバータ42に入力される速度指令とを比較し、この比較結果に基づいてモータジェネレータ40の制御を行っている。そして、低負荷状態が続き、ここで行われるエンジン2の実回転数と速度指令値との比較により、エンジン2の実回転数が速度指令値を上回った状態が、予め設定された遅延時間以上継続すると、エンジン2を停止させるように制御する。つまり、前述したモータジェネレータ40によるスタータ機能は、エンジン2の迅速な起動が可能であるため、エンジン2を停止状態がから再び起動する際の応答性が高いので、エンジン2の低負荷状態が一定時間以上続くと、エンジン2を停止させることとしても作業及び走行に支障がないのである。   In this hybrid system, as described above, the VVVF inverter converter 42 compares the actual rotational speed of the engine 2 with the speed command input from the system controller 7 to the VVVF inverter converter 42, and based on the comparison result. The motor generator 40 is controlled. The low load state continues, and the state in which the actual engine speed of the engine 2 exceeds the speed command value is equal to or longer than a preset delay time by comparing the actual engine speed and the speed command value. If it continues, it will control to stop the engine 2. FIG. That is, since the starter function by the motor generator 40 described above can start the engine 2 quickly, the responsiveness when the engine 2 is started again from a stopped state is high, so the low load state of the engine 2 is constant. If it continues for more than the time, the engine 2 is stopped and there is no problem in the work and running.
このように、オートデセル機能におけるエンジン2の低燃費状態を、エンジン2の停止状態とすることで、従来のオートデセル機能における低燃費状態であるアイドリング状態と比較して、このアイドリング状態となっていた分、エンジンが作動している時間が少なくなるので、燃費の向上及び騒音の低減が図れ、排気ガスの環境に及ぼす影響を低減することができる。また、モータジェネレータ40の有する静音性のため、エンジン2を停止状態から復帰させる際の起動時の騒音の低減を図ることができる。   Thus, by setting the low fuel consumption state of the engine 2 in the auto-decel function to the stop state of the engine 2, the idling state is compared with the idling state which is the low fuel consumption state in the conventional auto-decel function. Since the time during which the engine is operating is reduced, fuel consumption can be improved and noise can be reduced, and the influence of exhaust gas on the environment can be reduced. Further, due to the quietness of the motor generator 40, it is possible to reduce noise at the time of startup when the engine 2 is returned from the stopped state.
次に、前記オートデセル機能におけるエンジン2の停止状態から、再びエンジン2を起動させる場合について説明する。
本ハイブリッドシステムにおけるオートデセル機能においては、一旦停止状態となったエンジン2は、少なくとも一つの操作レバー9が操作されると、モータジェネレータ40をモータとして作動させてエンジン2の起動が行行われる。
Next, the case where the engine 2 is started again from the stop state of the engine 2 in the auto-decel function will be described.
In the auto-decel function in the present hybrid system, the engine 2 once stopped is operated by operating the motor generator 40 as a motor when at least one operation lever 9 is operated.
少なくとも一つの操作レバー9とは、操作部8に配設される、例えば、エンジン2の駆動力の調節を行うレギュレータレバー、スロットルレバーやシフトレバー等のレバーのうち、少なくとも一つのことであり、これらのうち一つが操作されることにより、モータジェネレータ40によるエンジン2の起動が行われる。
つまり、オートデセル機能によるエンジン2の停止状態から、操作レバー9を操作することにより、そのレバー位置に対応した信号がシステムコントローラ7に入力される。このレバー操作に係る信号を受けたシステムコントローラ7は、VVVFインバータコンバータ42及び昇降圧チョッパ44にエンジン2の起動信号を送る。これにより、放電状態となったバッテリ14からの給電電力は、昇降圧チョッパ44によって昇圧され、VVVFインバータコンバータ42によって所要の電圧及び周波数に変換されて、交流電力としてモータジェネレータ40に供給される。このようにして、モータジェネレータ40がスタータとして作動し、停止状態のエンジン2が再び起動される。
The at least one operation lever 9 is at least one of a lever, such as a regulator lever, a throttle lever, and a shift lever, which are disposed in the operation unit 8 and adjusts the driving force of the engine 2, for example. When one of these is operated, the engine 2 is started by the motor generator 40.
That is, when the operation lever 9 is operated from the stopped state of the engine 2 by the auto-decel function, a signal corresponding to the lever position is input to the system controller 7. The system controller 7 that has received the signal related to the lever operation sends a start signal for the engine 2 to the VVVF inverter converter 42 and the step-up / down chopper 44. As a result, the power supplied from the discharged battery 14 is boosted by the step-up / step-down chopper 44, converted into a required voltage and frequency by the VVVF inverter converter 42, and supplied to the motor generator 40 as AC power. In this way, the motor generator 40 operates as a starter, and the stopped engine 2 is started again.
このように、オートデセル機能によるエンジン2の停止状態から、前述したようにモータジェネレータ40をスタータとして機能させることにより、エンジン2起動時の騒音の低減、及び迅速な起動が図れるため、オートデセル機能におけるエンジン2の低燃費状態をエンジン2の停止状態とすることによる燃費の向上や騒音及び排気ガスの低減が図れるとともに、モータジェネレータ40の有する高い応答性により、作業時や走行時におけるオートデセル機能による違和感を生じることなくスムーズな作業や走行が可能となる。   As described above, since the motor generator 40 is caused to function as a starter from the stopped state of the engine 2 by the auto-decel function, noise at the time of the engine 2 start-up and quick start-up can be achieved. The fuel economy can be improved and noise and exhaust gas can be reduced by changing the low fuel consumption state of 2 to the stop state of the engine 2, and the high responsiveness of the motor generator 40 makes it uncomfortable due to the auto-decel function during work and running. Smooth work and running are possible without any occurrence.
また、本ハイブリッドシステムにおいては、バッテリ14の充電状態に基づき、エンジン2及びモータジェネレータ40の制御を行うこともできる。以下、このバッテリ14の充電状態に基づくエンジン2及びモータジェネレータ40の制御方法について説明する。
本制御方法は、バッテリ14の充電量が規定値を下回ると、モータジェネレータ40によるトルクアシストを行わず、通常、操作レバー9を操作することによって調節するエンジン2の回転数を、システムコントローラ7によって自動的に制御することで、機関出力(機関回転数)を一定に制御しようとするものである。すなわち、本制御方法は、バッテリ14の充電状態が、予め設定された規定値を下回った場合、モータジェネレータ40によるトルクアシストを行わず、スロットルアクチュエータ22を構成する前記DCモータを制御することによってエンジン2の回転数を調節して機関出力を一定に保持するように制御することを特徴としている。
In the hybrid system, the engine 2 and the motor generator 40 can be controlled based on the state of charge of the battery 14. Hereinafter, a method for controlling the engine 2 and the motor generator 40 based on the state of charge of the battery 14 will be described.
In this control method, when the charge amount of the battery 14 falls below a specified value, the motor generator 40 does not perform torque assist, and the system controller 7 adjusts the rotation speed of the engine 2 that is normally adjusted by operating the operation lever 9. By automatically controlling, the engine output (engine speed) is to be controlled to be constant. That is, in the present control method, when the state of charge of the battery 14 falls below a preset specified value, torque assist by the motor generator 40 is not performed, and the DC motor constituting the throttle actuator 22 is controlled to control the engine. The engine speed is controlled so as to keep the engine output constant by adjusting the rotational speed of 2.
まず、バッテリ14の充電状態(以下、SOC(State of Charge))を演算する方法について説明する。
前述したように、エンジン2の駆動によりモータジェネレータ40にて発電された交流電力は、VVVFインバータコンバータ42にて整流・平滑化され直流電力に変換された後、昇降圧チョッパ44により所定の電圧に変圧されて、バッテリ14に蓄電される。また、バッテリ14からの給電電力によりモータジェネレータ40への電力供給を行い、該モータジェネレータ40を駆動可能としている。
First, a method for calculating the state of charge of the battery 14 (hereinafter, SOC (State of Charge)) will be described.
As described above, the AC power generated by the motor generator 40 by driving the engine 2 is rectified and smoothed by the VVVF inverter converter 42 and converted to DC power, and then converted to DC power by the step-up / down chopper 44. It is transformed and stored in the battery 14. In addition, power is supplied to the motor generator 40 by the power supplied from the battery 14 so that the motor generator 40 can be driven.
バッテリ14のSOCは、バッテリ14の起電力とバッテリ14のバッテリ液(電解液)の比重との関係から、システムコントローラ7にて演算される。
具体的に説明すると、充放電中のバッテリ電圧(バッテリ14の端子電圧)Vbatは、次式(1)により表される。
Vbat=EO±ICD・RO ・・・(1)
この式を用いてバッテリ14のSOCを算出する。式(1)において、EOはバッテリ14の起電力(バッテリ開路電圧)、ICDはバッテリ14の充放電電流、ROはバッテリ14の内部抵抗である。バッテリ14の充放電電流ICDは、電流の向きによって充電電流または放電電流となり、式(1)においては、正(+)の場合には、充電電流であり、負(−)の場合には放電電流である。
The SOC of the battery 14 is calculated by the system controller 7 from the relationship between the electromotive force of the battery 14 and the specific gravity of the battery liquid (electrolyte) of the battery 14.
If it demonstrates concretely, the battery voltage (terminal voltage of the battery 14) Vbat during charging / discharging will be represented by following Formula (1).
Vbat = E O ± I CD · R O (1)
The SOC of the battery 14 is calculated using this equation. In Equation (1), E O is the electromotive force (battery open circuit voltage) of the battery 14, I CD is the charge / discharge current of the battery 14, and R O is the internal resistance of the battery 14. The charging / discharging current I CD of the battery 14 becomes a charging current or a discharging current depending on the direction of the current. In the formula (1), the charging current is positive (+) and is negative (−). Discharge current.
電圧センサ45によって検出されるバッテリ電圧Vbat、及び充放電電流ICDは、昇降圧チョッパ44からシーケンサ43を介してシステムコントローラ7に送信される。システムコントローラ7は、入力されたバッテリ電圧Vbat及び充放電電流ICDに基づいてバッテリ14の内部抵抗ROを演算する。この算出された内部抵抗ROに基づき、式(1)からバッテリ開路電圧EOを演算する。そして、予めシステムコントローラ7には、図14に示すような、バッテリ開路電圧EOとバッテリ14のバッテリ液(電解液)の比重との関係と、図15に示すような、バッテリ液の比重とバッテリ14の放電深度(以下、DOD(Depth of Discharge))との関係が記憶されている。なお、システムコントローラ7には、バッテリ液とDODとの関係に代えて、バッテリ液とSOCとの関係を予め記憶させておいてもよい。このDODとSOCとは、ともにバッテリの充電状態を表す量であり、両者の間には、DOD+SOC=100%という関係がある。 The battery voltage Vbat and the charge / discharge current I CD detected by the voltage sensor 45 are transmitted from the step-up / down chopper 44 to the system controller 7 via the sequencer 43. The system controller 7 calculates the internal resistance R O of the battery 14 based on the input battery voltage Vbat and charge / discharge current I CD . Based on the calculated internal resistance R O , the battery open circuit voltage E O is calculated from Equation (1). The system controller 7 previously stores the relationship between the battery open circuit voltage E O and the specific gravity of the battery fluid (electrolyte) of the battery 14 as shown in FIG. 14, and the specific gravity of the battery fluid as shown in FIG. The relationship with the depth of discharge of the battery 14 (hereinafter referred to as DOD (Depth of Discharge)) is stored. The system controller 7 may store the relationship between the battery fluid and the SOC in advance instead of the relationship between the battery fluid and the DOD. Both DOD and SOC are quantities representing the state of charge of the battery, and there is a relationship of DOD + SOC = 100% between the two.
バッテリ開路電圧EOが分かると、システムコントローラ7は、バッテリ開路電圧EOとバッテリ液の比重との関係により、あるバッテリ温度(周囲温度)に対するバッテリの比重が算出される。そして、算出されたバッテリ液の比重から、バッテリ液の比重とDODとの関係によりバッテリ14のDODが演算され、このDODに対するバッテリ14のSOCが演算される。なお、このバッテリ14のSOCの演算方法は一例であり、システムコントローラ7によって一定以上の正確性を有するバッテリ14のSOCが随時演算できる方法であれば前記演算方法に限定されるものではない。 When the battery open circuit voltage E O is known, the system controller 7 calculates the specific gravity of the battery with respect to a certain battery temperature (ambient temperature) based on the relationship between the battery open circuit voltage E O and the specific gravity of the battery fluid. Then, the DOD of the battery 14 is calculated from the calculated specific gravity of the battery fluid based on the relationship between the specific gravity of the battery fluid and the DOD, and the SOC of the battery 14 with respect to this DOD is calculated. The method for calculating the SOC of the battery 14 is an example, and the method is not limited to the above calculation method as long as the SOC of the battery 14 having a certain level of accuracy can be calculated by the system controller 7 at any time.
そして、システムコントローラ7にて、演算されたバッテリ14のSOCと、該システムコントローラ7に予め記憶されている規定値SOCminとが比較され、バッテリ14のSOCが規定値SOCminを下回っているか否かが判断される。ここで、バッテリ14のSOCが規定値SOCminを下回っている判断された場合、前述したエンジン2に一定以上高い作業負荷がかかった際のモータジェネレータ40によるトルクアシストを行わないようにし、その代わりに、エンジン2自体の出力を増加させることで、作業負荷に対するエンジン2の負荷平準化を行うように制御する。つまり、バッテリ14の充電量が低下し、モータジェネレータ40による十分なトルクアシストが行われない状態となった場合は、モータジェネレータ40によるトルクアシストを行わないようにすることでバッテリ14の放電を停止し、モータジェネレータ40によるトルクアシストの代わりに、エンジン2の燃料噴射量を調節するスロットルアクチュエータ22を制御することにより、機関出力(機関回転数)を一定に保持する。 Then, the calculated SOC of the battery 14 is compared with the specified value SOC min stored in advance in the system controller 7 by the system controller 7, and whether or not the SOC of the battery 14 is below the specified value SOC min. Is judged. Here, if it is determined that the SOC of the battery 14 is lower than the specified value SOC min , torque assist by the motor generator 40 when the above-described engine 2 is subjected to a work load higher than a certain level is not performed, instead. In addition, control is performed so as to perform load leveling of the engine 2 with respect to the work load by increasing the output of the engine 2 itself. That is, when the charge amount of the battery 14 decreases and the motor generator 40 does not perform sufficient torque assist, the discharge of the battery 14 is stopped by not performing the torque assist by the motor generator 40. Then, instead of torque assist by the motor generator 40, the engine output (engine speed) is kept constant by controlling the throttle actuator 22 that adjusts the fuel injection amount of the engine 2.
具体的にスロットルアクチュエータ22を制御することによるエンジン2の負荷平準化は次のようにして行われる。
スロットルアクチュエータ22は、前述したようにラックピニオン式のDCモータで構成されており、このスロットルアクチュエータ22のラックギアは、前述したメカニカルガバナのガバナレバーと接続されている。そして、このDCモータをシステムコントローラ7によって自動制御することにより、エンジン2の燃料噴射量を調節するとともに、機関回転数を調節する。
Specifically, the load leveling of the engine 2 by controlling the throttle actuator 22 is performed as follows.
As described above, the throttle actuator 22 is constituted by a rack and pinion type DC motor, and the rack gear of the throttle actuator 22 is connected to the governor lever of the mechanical governor described above. The DC motor is automatically controlled by the system controller 7, thereby adjusting the fuel injection amount of the engine 2 and adjusting the engine speed.
すなわち、システムコントローラ7にて、前述のように演算されるバッテリ14のSOCが、規定値SOCminを下回った状態で、エンジン2に高い作業負荷がかかり、エンジン2の実回転数が前記速度指令値よりも小さくなった場合は、システムコントローラ7からスロットルアクチュエータ22のDCモータへ燃料噴射量を増やす方向にガバナレバーを作動させるように指令を送り、機関出力が一定となるように機関回転数を速度指令値に保持する。そして、モータジェネレータ40による発電によってバッテリ14のSOCが規定値SOCminを下回った状態から、規定値SOCminを上回った場合は、通常のモータジェネレータ40によるトルクアシストの制御に移行する。 That is, in the state where the SOC of the battery 14 calculated as described above by the system controller 7 is lower than the specified value SOC min , a high work load is applied to the engine 2, and the actual rotational speed of the engine 2 is set to the speed command. When the value is smaller than the value, a command is sent from the system controller 7 to the DC motor of the throttle actuator 22 to operate the governor lever in the direction of increasing the fuel injection amount, and the engine speed is increased so that the engine output becomes constant. Hold at the command value. When the SOC of the battery 14 is lower than the specified value SOC min due to the power generation by the motor generator 40, the control shifts to the normal torque assist control by the motor generator 40 when the SOC exceeds the specified value SOC min .
このように、バッテリ14の充電量が不足した状態ではモータジェネレータ40によるトルクアシストを行わず、エンジン2のスロットルアクチュエータ22を制御することによって機関出力を一定に保つようにすることで、エンジン2が長時間高負荷状態となってモータジェネレータ40によるトルクアシストが連続して行われた場合などのように、バッテリ14の充電量が不足した状態でも、作業負荷に対するエンジン2の特性(作業速度など)が変化することなく、作業中にバッテリ14の充電量不足にともなうモータジェネレータ40のトルクアシストのトルク不足による違和感(機関回転数の急激な低下など)を解消することができる。また、バッテリ14の過放電を防止することができるので、バッテリ14の過放電によるバッテリ性能の低下を防止して長寿命化を図ることができる。   In this way, when the charge amount of the battery 14 is insufficient, torque assist by the motor generator 40 is not performed, and the engine output is kept constant by controlling the throttle actuator 22 of the engine 2 so that the engine 2 The characteristics of the engine 2 with respect to the work load (work speed, etc.) even when the charge amount of the battery 14 is insufficient, such as when the torque assist by the motor generator 40 is continuously performed after being in a high load state for a long time. Without changing, it is possible to eliminate a sense of incongruity (such as a rapid decrease in engine speed) due to insufficient torque assist of the motor generator 40 due to insufficient charge of the battery 14 during work. In addition, since the battery 14 can be prevented from being overdischarged, the battery performance can be prevented from being deteriorated due to the overdischarge of the battery 14 and the life can be extended.
また、このようなシステムコントローラ7によるスロットルアクチュエータ22の自動制御を、バッテリ14による給電が終了した時から一定時間行うように制御することもできる。すなわち、この場合、モータジェネレータ40のトルクアシストにともなうバッテリ14からの給電が終了した時から、予め設定された時間が経過するまでは、モータジェネレータ40によるトルクアシストを行わず、スロットルアクチュエータ22を制御することによってエンジン2の回転数を調節して機関出力を一定に保持するように制御する。   Further, the automatic control of the throttle actuator 22 by the system controller 7 can be controlled so as to be performed for a predetermined time from when the power supply by the battery 14 is finished. That is, in this case, until the preset time elapses after the power supply from the battery 14 with the torque assist of the motor generator 40 is completed, the torque assist by the motor generator 40 is not performed and the throttle actuator 22 is controlled. As a result, the engine speed is adjusted to keep the engine output constant by adjusting the rotational speed of the engine 2.
具体的には、エンジン2に高い作業負荷がかかってエンジン2の実回転数が速度指令値よりも低くなると、モータジェネレータ40によるトルクアシストが行われるが、その後、作業負荷が解除されてエンジン2の実回転数が速度指令値よりも高くなった時、即ちバッテリ14による給電が終了した時から、予め定められた時間が経過するまでは、モータジェネレータ40によるトルクアシストは行わず、前述のようにシステムコントローラ7によってスロットルアクチュエータ22の自動制御を行うことで、機関出力を一定に保ち、エンジン2の負荷平準化を図るのである。   Specifically, when a high work load is applied to the engine 2 and the actual rotational speed of the engine 2 becomes lower than the speed command value, torque assist is performed by the motor generator 40. Thereafter, the work load is released and the engine 2 is released. Torque assist by the motor generator 40 is not performed until a predetermined time elapses after the actual rotational speed of the motor becomes higher than the speed command value, that is, after the power supply by the battery 14 is completed. In addition, by automatically controlling the throttle actuator 22 by the system controller 7, the engine output is kept constant and the load level of the engine 2 is leveled.
そして、例えば、バッテリ14による給電が終了した時から一定時間スロットルアクチュエータ22の自動制御を行う場合を、本ハイブリッドシステムにおける「節電モード」とし、操作部8にこの「節電モード」のON/OFFを切り換えるスイッチ等を設け、本ハイブリッドシステムが適用される作業機などのオペレータによって任意に選択可能な構成とすることもできる。   For example, a case where the throttle actuator 22 is automatically controlled for a certain period of time after the power supply by the battery 14 is finished is referred to as a “power saving mode” in the hybrid system, and the “power saving mode” is turned on / off in the operation unit 8. A switch or the like for switching may be provided, and a configuration that can be arbitrarily selected by an operator such as a work machine to which the hybrid system is applied may be employed.
このように制御することで、バッテリ14による給電が終了した時から一定時間は少なくともバッテリ14の放電が行われることはないので、バッテリ14の過放電を予め防止することが可能となる。また、このような制御が行われる場合を「節電モード」とし、切換え可能とすることによって、作業状態に即してバッテリ14の過放電を防止できるとともに、エンジン2の負荷平準化を図ることが可能となる。   By controlling in this way, since the battery 14 is not discharged at least for a certain period of time after the power supply by the battery 14 is completed, it is possible to prevent the battery 14 from being overdischarged in advance. Further, when such control is performed, the “power saving mode” is set, and switching can be performed, so that overdischarge of the battery 14 can be prevented in accordance with the working state and load leveling of the engine 2 can be achieved. It becomes possible.
本発明の活用例として、建設機械における油圧ショベル等の駆動や、農作業機における各種作業部の駆動、また、船舶の水中推進用プロペラ等の駆動、その他の移動体(例えば、自動車等)における走行部や旋回部の駆動に広く適用可能である。   As examples of use of the present invention, driving of a hydraulic excavator or the like in a construction machine, driving of various working units in an agricultural working machine, driving of a propeller for underwater propulsion of a ship, traveling in another moving body (for example, an automobile, etc.) It can be widely applied to the driving of the part and the turning part.
ハイブリッドシステムの構成を示す図。The figure which shows the structure of a hybrid system. ハイブリッドシステムの動作モードの一覧を示す図。The figure which shows the list of the operation modes of a hybrid system. ハイブリッドシステムのスタータ機能を示す説明図。Explanatory drawing which shows the starter function of a hybrid system. ハイブリッドシステムのアシスト機能を示す説明図。Explanatory drawing which shows the assist function of a hybrid system. ハイブリッドシステムの充電(発電)機能を示す説明図。Explanatory drawing which shows the charge (electric power generation) function of a hybrid system. VVVFインバータコンバータ用制御ブロック図。The control block diagram for VVVF inverter converters. 昇降圧チョッパ用制御ブロック図。FIG. 3 is a control block diagram for a step-up / down chopper. 負荷パターンを示す図。The figure which shows a load pattern. 模擬負荷パターンの実施方法を示す図。The figure which shows the implementation method of a simulated load pattern. 機関及びモータ出力と等馬力線の関係を示す図。The figure which shows the relationship between an engine and a motor output, and an equal horsepower line. ドループ特性線を示す図。The figure which shows a droop characteristic line. 機関及びモータ出力と等馬力線の関係を示す図。The figure which shows the relationship between an engine and a motor output, and an equal horsepower line. エンジンの負荷変動による機関回転変動の軽減を示す説明図。Explanatory drawing which shows reduction of engine rotation fluctuation | variation by engine load fluctuation | variation. バッテリ液の比重とバッテリ回路電圧の関係を示す図。The figure which shows the relationship between specific gravity of a battery liquid, and a battery circuit voltage. バッテリ液の比重とバッテリの放電深度(DOD)の関係を示す図。The figure which shows the relationship between the specific gravity of a battery liquid, and the discharge depth (DOD) of a battery.
符号の説明Explanation of symbols
2 エンジン
7 システムコントローラ
9 操作レバー
14 バッテリ
21 シフトアクチュエータ
22 スロットルアクチュエータ
40 モータジェネレータ
42 VVVFインバータコンバータ
44 昇降圧チョッパ
2 Engine 7 System Controller 9 Operation Lever 14 Battery 21 Shift Actuator 22 Throttle Actuator 40 Motor Generator 42 VVVF Inverter Converter 44 Buck-Boost Chopper

Claims (2)

  1. エンジンと、モータジェネレータと、これらを制御する制御手段とを備え、該制御手段からの速度指令に従い、前記モータジェネレータをモータとして作動させるか、または発電機として作動させるかを制御するハイブリッドシステムであって、
    前記制御手段により、前記エンジンの指示回転数が一定状態で、単位時間中にエンジンにかかる作業負荷を実負荷パターンとし、この実負荷パターンに基づいて模擬負荷パターンを算出し、この模擬負荷パターンより、前記単位時間内での作業負荷に対するエンジンの平均出力を算出し、この平均出力時の機関回転数を求め、この機関回転数に基づいて前記速度指令を決定することを特徴とするハイブリッドシステムにおけるモータジェネレータの制御方法。
    The hybrid system includes an engine, a motor generator, and control means for controlling them, and controls whether the motor generator operates as a motor or a generator according to a speed command from the control means. And
    The control means calculates the simulated load pattern based on the actual load pattern, and calculates the simulated load pattern based on the actual load pattern, with the engine indicated rotational speed being constant, and the engine load during a unit time. In the hybrid system, an average output of the engine with respect to the work load within the unit time is calculated, an engine speed at the time of the average output is obtained, and the speed command is determined based on the engine speed. Motor generator control method.
  2. 前記単位時間内でのエンジンの平均出力を順次繰り返して計測し、その都度移動平均をとっていき、作業時の最終的な平均出力を算出することで、前記速度指令の値を収束させていくことを特徴とする請求項1に記載のハイブリッドシステムにおけるモータジェネレータの制御方法。   The average output of the engine within the unit time is measured repeatedly in sequence, the moving average is taken each time, and the final average output at the time of work is calculated to converge the speed command value. The method of controlling a motor generator in a hybrid system according to claim 1.
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