JP7208602B2 - hybrid system - Google Patents
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Description
本発明は、産業用機械に搭載されるハイブリッドシステムに関する。 The present invention relates to a hybrid system mounted on industrial machines.
例えばハイブリッド車両に搭載されるハイブリッドシステムにおいて、制御部(ECU:Electronic Control Unit)は、ハイブリッドシステムの動作モードを決定するために、ハイブリッドシステムとしての要求トルクを算出する。ハイブリッドシステムの動作モードとしては、例えば、トルクスプリット動作、トルクアシスト動作、および回生動作などが挙げられる。 For example, in a hybrid system mounted on a hybrid vehicle, a control unit (ECU: Electronic Control Unit) calculates a required torque as the hybrid system in order to determine an operation mode of the hybrid system. Operation modes of the hybrid system include, for example, torque split operation, torque assist operation, and regeneration operation.
トルクスプリット動作は、エンジンのトルクと、モータジェネレータのトルクと、の分配を行い、バッテリの充電率を目標値に近づける動作である。トルクアシスト動作は、モータジェネレータがエンジンのトルクのアシストを行う動作である。回生動作は、エンジンの燃料噴射を止め、モータジェネレータによりバッテリの充電を行う動作である。 The torque splitting operation is an operation of dividing the torque of the engine and the torque of the motor generator to bring the charging rate of the battery closer to the target value. The torque assist operation is an operation in which the motor generator assists the torque of the engine. Regenerative operation is an operation in which fuel injection of the engine is stopped and the battery is charged by the motor generator.
特許文献1には、バッテリに接続する電動発電機およびエンジンを有するハイブリッドシステムと、ハイブリッドシステムを制御する制御手段と、を備えたハイブリッド車両が開示されている。特許文献1に記載されたハイブリッド車両において、制御手段は、エンジンのエンジン回転数を測定する回転センサと、ハイブリッド車両におけるアクセルの開度を測定するアクセル開度センサと、の測定値から計算されるエンジンへの要求トルクと、予め設定されたマップデータと、に基づいてエンジンにおける出力トルクに対する燃料消費量の増加率を求める。そして、制御手段は、燃料消費量の増加率の最大値が予め設定されたしきい値超である場合には、電動発電機によるエンジンのアシストを、温度センサの測定値における電動発電機の最大許容駆動出力で開始する制御を行う。
例えば特許文献1に開示されたような自動車のハイブリッドシステムでは、アクセルペダル入力(言い換えればアクセル開度)に基づくエンジン要求トルクだけではなく、トランスミッションやエアコンディショナなどのコンポーネント毎の要求トルクに基づいて、ハイブリッドシステムとしての要求トルクが算出される。このようなハイブリッドシステムとしての要求トルクの算出を実現するために、コンポーネント毎に設けられた各ECUがコンポーネント毎の要求トルクを算出している。
For example, in an automobile hybrid system as disclosed in
しかし、建設機械、農業機械、芝刈り機、発電機、コンプレッサ、ポンプなどのような産業用機械においては、アクセルの構成がアプリケーション毎に異なる。例えば、アクセルペダルを備えていない機種の産業用機械が存在する。アクセルペダルを備えていない機種の産業用機械では、操作者は、一定のエンジン回転数で作業を行うために、アクセルペダルではなくハンドアクセルなどと呼ばれるダイヤルスイッチにより一定のエンジン回転数の指示を行う。また、産業用機械においては、エンジン以外のコンポーネントがECUを有していることは比較的少なく、エンジン以外のコンポーネントの要求トルクは不明であることが比較的多い。このように、産業用機械に搭載されるハイブリッドシステムでは、自動車に搭載されるハイブリッドシステムと比較して、ハイブリッドシステムとしての要求トルクを算出し、ハイブリッドシステムの動作モードを決定する際に用いることができる入力因子が限られているという問題がある。 However, in industrial machines such as construction machines, agricultural machines, lawn mowers, generators, compressors, pumps, etc., the configuration of the accelerator varies from application to application. For example, there are models of industrial machines that do not have an accelerator pedal. For industrial machines that do not have an accelerator pedal, the operator uses a dial switch called a hand accelerator instead of the accelerator pedal to indicate a constant engine speed in order to work at a constant engine speed. . In addition, in industrial machines, it is relatively rare that components other than the engine have an ECU, and the required torque of components other than the engine is relatively often unknown. In this way, in a hybrid system installed in an industrial machine, compared with a hybrid system installed in an automobile, it is possible to calculate the required torque as a hybrid system and use it to determine the operation mode of the hybrid system. The problem is that the available input factors are limited.
本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、動作モードを決定する際に用いることができる入力因子が限られている中で、より適正な動作モードを決定することができるハイブリッドシステムを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and is a hybrid vehicle that can determine a more appropriate operation mode while the input factors that can be used when determining the operation mode are limited. The purpose is to provide a system.
前記課題は、産業用機械に搭載されるハイブリッドシステムであって、エンジンの回転数を検出する回転センサと、アクセル開度を検出するアクセル開度センサおよび前記エンジンに対して一定の前記回転数を指示する回転数信号を送信する回転数指示部の少なくともいずれかと、前記エンジンの動作を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記アクセル開度センサにより検出された前記アクセル開度と、前記回転数指示部により送信された前記回転数信号と、の少なくともいずれかに基づいてハイブリッドシステムとしてのシステム要求トルクを決定するためのトルク決定因子を算出し、前記回転センサにより検出された前記回転数と、算出された前記トルク決定因子と、に基づいて前記システム要求トルクおよび前記エンジンに対するエンジン要求トルクを算出し、前記システム要求トルクと前記エンジン要求トルクとの関係に基づいて動作モードを決定する制御を実行することを特徴とする本発明に係るハイブリッドシステムにより解決される。 The problem is a hybrid system mounted on an industrial machine, which includes a rotation sensor that detects the engine speed, an accelerator opening sensor that detects the accelerator opening, and a constant speed for the engine. At least one of a rotation speed instruction unit that transmits an instructing rotation speed signal, and a control unit that controls the operation of the engine, wherein the control unit detects the accelerator opening detected by the accelerator opening sensor and the , the rotation speed signal transmitted by the rotation speed indicator, and calculating a torque determining factor for determining a system required torque as a hybrid system based on at least one of; The system required torque and the engine required torque for the engine are calculated based on the rotational speed and the calculated torque determinant, and an operation mode is determined based on the relationship between the system required torque and the engine required torque. It is solved by the hybrid system according to the present invention characterized by executing control to
本発明に係るハイブリッドシステムによれば、制御部は、アクセル開度センサにより検出されたアクセル開度と、回転数指示部により送信された回転数信号と、の少なくともいずれかに基づいてハイブリッドシステムとしてのシステム要求トルクを決定するためのトルク決定因子を算出する。つまり、制御部は、アクセル開度センサにより検出されたアクセル開度に基づいてトルク決定因子を算出することもできるし、回転数指示部により送信されエンジンに対して一定の回転数を指示する回転数信号に基づいてトルク決定因子を算出することもできるし、アクセル開度および回転数信号の両方に基づいてトルク決定因子を算出することもできる。そして、制御部は、回転センサにより検出されたエンジンの回転数と、算出されたトルク決定因子と、に基づいてハイブリッドシステムとしてのシステム要求トルクおよびエンジンに対するエンジン要求トルクを算出し、システム要求トルクとエンジン要求トルクとの関係に基づいて動作モードを決定する制御を実行する。そのため、ハイブリッドシステムが例えばアクセルペダルを備えていない産業用機械に搭載される場合であっても、あるいは制御部がエンジン以外のコンポーネントに設置されていない場合であっても、本発明の制御部は、より適正なシステム要求トルクおよびエンジン要求トルクを算出し、システム要求トルクとエンジン要求トルクとの関係に基づいて、より適正な動作モードを決定することができる。これにより、本発明に係るハイブリッドシステムは、動作モードを決定する際に用いることができる入力因子が限られている中で、より適正な動作モードを決定することができる。 According to the hybrid system according to the present invention, the control unit operates as a hybrid system based on at least one of the accelerator opening detected by the accelerator opening sensor and the rotation speed signal transmitted by the rotation speed instruction unit. Calculate the torque determinant for determining the system demand torque of That is, the control unit can also calculate the torque determinant based on the accelerator opening detected by the accelerator opening sensor, and can also calculate the torque determinant, which is transmitted by the rotation speed instruction unit and instructs the engine to rotate at a certain rotation speed. The torque determinant can be calculated based on the number signal, or the torque determinant can be calculated based on both the accelerator opening and the rpm signal. Then, the control unit calculates the system required torque as a hybrid system and the engine required torque for the engine based on the engine speed detected by the rotation sensor and the calculated torque determinant, and calculates the system required torque and the engine required torque. Control is executed to determine the operation mode based on the relationship with engine demand torque. Therefore, even if the hybrid system is installed in an industrial machine that does not have an accelerator pedal, or if the control unit is not installed in a component other than the engine, the control unit of the present invention , a more appropriate system required torque and an engine required torque can be calculated, and a more appropriate operation mode can be determined based on the relationship between the system required torque and the engine required torque. Thereby, the hybrid system according to the present invention can determine a more appropriate operation mode while the input factors that can be used when determining the operation mode are limited.
本発明に係るハイブリッドシステムにおいて、好ましくは、前記トルク決定因子は、前記エンジンの燃料噴射量であることを特徴とする。 The hybrid system according to the present invention is preferably characterized in that the torque determinant is the fuel injection amount of the engine.
本発明に係るハイブリッドシステムによれば、制御部は、アクセル開度センサにより検出されたアクセル開度と、回転数指示部により送信された回転数信号と、の少なくともいずれかに基づいてエンジンの燃料噴射量を算出する。そして、制御部は、回転センサにより検出されたエンジンの回転数と、算出されたエンジンの燃料噴射量と、に基づいてハイブリッドシステムとしてのシステム要求トルクおよびエンジンに対するエンジン要求トルクを算出し、システム要求トルクとエンジン要求トルクとの関係に基づいて動作モードを決定する制御を実行する。そのため、本発明に係るハイブリッドシステムは、動作モードを決定する際に用いることができる入力因子が限られている中で、より適正な動作モードを決定することができる。 According to the hybrid system according to the present invention, the control unit controls the engine fuel based on at least one of the accelerator opening detected by the accelerator opening sensor and the rotation speed signal transmitted by the rotation speed instruction unit. Calculate the injection amount. Then, the control unit calculates the system required torque as a hybrid system and the engine required torque for the engine based on the engine speed detected by the rotation sensor and the calculated fuel injection amount of the engine, and calculates the system required torque. Control is executed to determine the operation mode based on the relationship between torque and engine demand torque. Therefore, the hybrid system according to the present invention can determine a more appropriate operation mode while the input factors that can be used when determining the operation mode are limited.
本発明に係るハイブリッドシステムにおいて、好ましくは、前記制御部は、算出された前記燃料噴射量を補正し、前記回転センサにより検出された前記回転数と、補正後の前記燃料噴射量と、に基づいて前記エンジン要求トルクを算出することを特徴とする。 In the hybrid system according to the present invention, preferably, the control unit corrects the calculated fuel injection amount, based on the rotation speed detected by the rotation sensor and the corrected fuel injection amount. and calculating the engine demand torque.
本発明に係るハイブリッドシステムによれば、制御部は、燃料噴射量を補正し、回転センサにより検出されたエンジンの回転数と、補正後の燃料噴射量と、に基づいてエンジン要求トルクを算出する。これにより、排気ガスに含まれる粒子状物質(PM:Particulate Matter)を低減しつつ、過負荷によりエンジンの回転数が低下する場面や、急加速応答性が求められる場面において、より適正な動作モードとしてトルクアシスト動作を実行することができる。 According to the hybrid system according to the present invention, the control unit corrects the fuel injection amount, and calculates the required engine torque based on the engine speed detected by the rotation sensor and the corrected fuel injection amount. . This reduces PM (Particulate Matter) contained in the exhaust gas, making it a more appropriate operating mode in situations where the engine speed drops due to overload or where rapid acceleration responsiveness is required. , the torque assist operation can be executed.
本発明に係るハイブリッドシステムにおいて、好ましくは、前記制御部は、前記エンジンの前記回転数と、前記燃料噴射量と、前記エンジンのトルクと、の関係を示すマップデータを予め記憶し、予め記憶された前記マップデータに基づいて前記システム要求トルクおよび前記エンジン要求トルクを算出することを特徴とする。 In the hybrid system according to the present invention, preferably, the control unit pre-stores map data indicating the relationship between the rotational speed of the engine, the fuel injection amount, and the torque of the engine. and calculating the system required torque and the engine required torque based on the map data.
本発明に係るハイブリッドシステムによれば、制御部は、予め記憶されたマップデータに基づいてシステム要求トルクおよびエンジン要求トルクを算出するため、システム要求トルクおよびエンジン要求トルクを算出するための処理時間の短縮化を図りつつ、より適正なシステム要求トルクおよびエンジン要求トルクを算出することができる。 According to the hybrid system of the present invention, the control unit calculates the system required torque and the engine required torque based on map data stored in advance. It is possible to calculate more appropriate system required torque and engine required torque while shortening the time.
本発明に係るハイブリッドシステムにおいて、好ましくは、前記制御部は、モータジェネレータに接続されたバッテリの充電率にさらに基づいて前記動作モードを決定する制御を実行することを特徴とする。 In the hybrid system according to the present invention, preferably, the control section executes control to determine the operation mode further based on a charging rate of a battery connected to the motor generator.
本発明に係るハイブリッドシステムによれば、制御部は、システム要求トルクとエンジン要求トルクとの関係だけではなく、モータジェネレータに接続されたバッテリの充電率にさらに基づいて動作モードを決定する制御を実行する。そのため、本発明に係るハイブリッドシステムは、動作モードを決定する際に用いることができる入力因子が限られている中で、より適正な動作モードを決定することができる。 According to the hybrid system of the present invention, the control unit executes control to determine the operation mode based not only on the relationship between the system required torque and the engine required torque, but also on the state of charge of the battery connected to the motor generator. do. Therefore, the hybrid system according to the present invention can determine a more appropriate operation mode while the input factors that can be used when determining the operation mode are limited.
本発明に係るハイブリッドシステムにおいて、好ましくは、前記制御部は、前記システム要求トルクが第1閾値よりも小さく、前記充電率が第2閾値よりも小さい場合には、前記エンジン要求トルクを零に設定するとともに前記モータジェネレータに対するモータ要求トルクを算出し、前記モータジェネレータにより前記バッテリの充電を行う回生動作を前記動作モードとして決定することを特徴とする。 In the hybrid system according to the present invention, preferably, the control unit sets the engine request torque to zero when the system request torque is less than a first threshold and the charging rate is less than a second threshold. In addition, a motor required torque for the motor generator is calculated, and a regenerative operation in which the battery is charged by the motor generator is determined as the operation mode.
本発明に係るハイブリッドシステムによれば、制御部は、システム要求トルクとエンジン要求トルクとの関係およびバッテリの充電率に基づいてモータジェネレータに対するモータ要求トルクを算出し、より適正な動作モードとして回生動作を実行することができる。 According to the hybrid system of the present invention, the controller calculates the motor-requested torque for the motor-generator based on the relationship between the system-required torque and the engine-required torque and the charging rate of the battery, and performs regenerative operation as a more appropriate operation mode. can be executed.
本発明に係るハイブリッドシステムにおいて、好ましくは、前記制御部は、前記システム要求トルクが前記エンジン要求トルクよりも大きく、前記充電率が第2閾値よりも大きい場合には、前記システム要求トルクと前記エンジン要求トルクとの差分に基づいて前記モータジェネレータに対するモータ要求トルクを算出し、前記モータジェネレータが前記エンジンのトルクのアシストを行うトルクアシスト動作を前記動作モードとして決定することを特徴とする。 In the hybrid system according to the present invention, preferably, when the system required torque is larger than the engine required torque and the charging rate is larger than a second threshold, the system required torque and the engine A motor required torque for the motor generator is calculated based on the difference from the required torque, and a torque assist operation in which the motor generator assists the torque of the engine is determined as the operation mode.
本発明に係るハイブリッドシステムによれば、制御部は、システム要求トルクとエンジン要求トルクとの関係およびバッテリの充電率に基づいてモータジェネレータに対するモータ要求トルクを算出し、より適正な動作モードとしてトルクアシスト動作を実行することができる。 According to the hybrid system of the present invention, the control unit calculates the motor-requested torque for the motor-generator based on the relationship between the system-required torque and the engine-required torque and the charging rate of the battery, and selects a torque assist mode as a more appropriate operation mode. Actions can be performed.
本発明に係るハイブリッドシステムにおいて、好ましくは、前記制御部は、前記システム要求トルクが前記エンジン要求トルク以下である場合、および、前記充電率が第2閾値以下である場合、の少なくともいずれかの場合には、前記充電率に応じて前記モータジェネレータに対するモータ要求トルクを算出し、前記エンジンのトルクと、前記モータジェネレータのトルクと、の分配を行って前記充電率を目標値に近づけるトルクスプリット動作を前記動作モードとして決定することを特徴とする。 In the hybrid system according to the present invention, preferably, the control unit controls at least one of a case where the system required torque is equal to or less than the engine required torque, and a case where the charging rate is equal to or less than a second threshold. a torque split operation that calculates a motor required torque for the motor generator according to the charging rate, divides the torque of the engine and the torque of the motor generator, and brings the charging rate closer to a target value. It is characterized in that it is determined as the operation mode.
本発明に係るハイブリッドシステムによれば、制御部は、システム要求トルクとエンジン要求トルクとの関係およびバッテリの充電率に基づいてモータジェネレータに対するモータ要求トルクを算出し、より適正な動作モードとしてトルクスプリット動作を実行することができる。 According to the hybrid system of the present invention, the controller calculates the motor-required torque for the motor-generator based on the relationship between the system-required torque and the engine-required torque and the charging rate of the battery. Actions can be performed.
本発明に係るハイブリッドシステムにおいて、好ましくは、前記制御部は、前記エンジンのみが発生させるトルクよりも大きい前記システム要求トルクを算出することを特徴とする。 In the hybrid system according to the present invention, preferably, the control unit calculates the system required torque that is larger than the torque generated only by the engine.
本発明に係るハイブリッドシステムによれば、制御部は、エンジンの回転数が比較的低い場面であっても、より適正な動作モードとしてトルクアシスト動作を実行し、エンジンのみが発生させるトルクよりも大きいシステム要求トルクを発生させることができる。これにより、エンジンの排気量を抑え、排気ガスに含まれる粒子状物質を低減しつつ、燃費の向上を図ることができる。 According to the hybrid system according to the present invention, the control unit executes the torque assist operation as a more appropriate operation mode even when the engine speed is relatively low, and the torque generated by the engine alone is larger than that generated by the engine. System required torque can be generated. As a result, it is possible to reduce the amount of exhaust gas of the engine and reduce the particulate matter contained in the exhaust gas, while improving the fuel efficiency.
本発明によれば、動作モードを決定する際に用いることができる入力因子が限られている中で、より適正な動作モードを決定することができるハイブリッドシステムを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a hybrid system that can determine a more appropriate operation mode while the input factors that can be used when determining the operation mode are limited.
以下に、本発明の好ましい実施形態を、図面を参照して詳しく説明する。
なお、以下に説明する実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
Preferred embodiments of the invention are described in detail below with reference to the drawings.
Since the embodiments described below are preferred specific examples of the present invention, various technically preferable limitations are applied. Unless otherwise stated, the invention is not limited to these modes. Further, in each drawing, the same constituent elements are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted as appropriate.
図1は、本発明の第1実施形態に係るハイブリッドシステムを表すブロック図である。
本実施形態に係るハイブリッドシステム2Aは、例えば建設機械、農業機械、芝刈り機、発電機、コンプレッサ、ポンプなどの産業用機械に搭載される。図1に表したように、本実施形態に係るハイブリッドシステム2Aが搭載される産業用機械は、アクセルペダル65を有し、エンジン3の回転数がアクセルペダルにより可変とされた機械である。ハイブリッドシステム2Aは、エンジン3と、モータジェネレータ41と、バッテリパック42と、DC/DCコンバータ43と、制御部5と、アクセル開度センサ61と、を備える。
FIG. 1 is a block diagram showing a hybrid system according to a first embodiment of the invention.
A
エンジン3は、内燃機関であって、例えば産業用ディーゼルエンジン、産業用ガソリンエンジン、産業用ガスエンジンなどの産業用エンジンである。エンジン3は、例えばターボチャージャ付きの過給式の高出力な3気筒エンジンや4気筒エンジン等の多気筒エンジンである。図1に表したように、エンジン3は、回転センサ31と、DOC(Diesel Oxidation Catalyst:ディーゼル酸化触媒)32と、DPF(Diesel Particulate Filter:ディーゼル微粒子捕集フィルタ)33と、を有する。但し、エンジン3は、図1に表した構成に限られず、DOCやDPFを備えないものであってもよい。また、エンジン3は、燃料噴射が電子制御化されたものであればよく、コモンレールに限られず、ガバナを電子制御化したものであってもよい。
The
回転センサ31は、エンジン3の回転数を検出し、エンジン3の回転数に関する電圧信号をCAN(Controller Area Network)通信ラインにより制御部5に送信する。制御部5は、受信したエンジン3の回転数に関する電圧信号を回転数に変換する。エンジン3で発生した動力は、産業用機械の油圧ポンプ、トランスミッション(T/M)などの動力取り出し部品71に伝達される。
The
モータジェネレータ41は、交流発電機であり、Vベルトなどの伝動部材34を介してエンジン3に接続されている。モータジェネレータ41は、エンジン3で発生した動力であって伝動部材34を介して伝達された動力により駆動し、電気を発生させる。また、モータジェネレータ41は、例えば、過負荷によりエンジンの回転数が低下する場面や、急加速応答性が求められる場面において、バッテリパック42から供給された電力により回転力を発生し、伝動部材34を介してエンジン3に回転力を伝達してエンジン3のトルクのアシストあるいはサポートを行う。この詳細については、後述する。
The
バッテリパック42は、例えばリチウムイオン蓄電池であり、モータジェネレータ41と電気的に接続されている。本実施形態のバッテリパック42は、本発明の「バッテリ」の一例である。バッテリパック42は、例えば48V系統ラインによりモータジェネレータ41と電気的に接続されており、モータジェネレータ41により発生した電気を蓄える。つまり、バッテリパック42は、モータジェネレータ41の発電によって充電を行う。また、バッテリパック42は、蓄えた電気をモータジェネレータ41に供給する。つまり、バッテリパック42は、モータジェネレータ41が電力を必要とする場面において放電を行い、モータジェネレータ41に電力を供給する。
The
DC/DCコンバータ43は、例えば48Vや24Vといった高電圧の系統ラインによりバッテリパック42と電気的に接続されており、バッテリパック42から放電された高電圧の直流を12Vといった低電圧の直流に変換する。また、DC/DCコンバータ43は、例えば低電圧の系統ラインにより鉛バッテリ72と電気的に接続されている。DC/DCコンバータ43により高電圧の直流から低電圧の直流に変換された電気は、鉛バッテリ72に蓄えられる。鉛バッテリ72に蓄えられた電気は、産業用機械のライト、電気ヒータ、ワイパーなどの電気負荷73に供給される。
The DC/
前述したように、本実施形態に係るハイブリッドシステム2Aが搭載される産業用機械は、アクセルペダル65を有する。アクセル開度センサ61は、アクセルペダル65の入力すなわちアクセル開度を検出し、アクセル開度に関する信号をCAN通信ラインにより制御部5に送信する。
As described above, the industrial machine equipped with the
制御部5は、ECU(Electronic Control Unit:電子制御ユニットあるいはEngine Control Unit:エンジン制御ユニット)と、HCU(Hybrid Control Unit:ハイブリッド制御ユニット)と、を含み、ハイブリッドシステム2Aを管理する。HCUは、ECUと一体として設けられていてもよく、ECUとは別体として設けられていてもよい。
The
制御部5は、各種情報を取得したり各種信号を受信したりして演算を行うとともに、エンジン3、モータジェネレータ41およびバッテリパック42などの部品の動作を制御する制御信号を生成し、CANを含む電気通信ラインにより各部品に送信する。例えば、制御部5は、エンジン3の燃料噴射量を算出したり、エンジン3の目標空気量を算出したり、ハイブリッドシステム2Aの動作モードを決定したり、エンジン3の制御パラメータを決定したりして、電気通信ラインにより各部品に制御信号を送信して各部品に対して駆動指示を行う。
The
ハイブリッドシステム2Aの動作モードとしては、例えば、トルクスプリット動作、トルクアシスト動作、および回生動作などが挙げられる。トルクスプリット動作は、エンジン3のトルクと、モータジェネレータ41のトルクと、の分配を行い、バッテリパック42の充電率を目標値に近づける動作である。トルクアシスト動作は、モータジェネレータ41がエンジン3のトルクのアシストあるいはサポートを行う動作である。回生動作は、エンジン3の燃料噴射を止め、モータジェネレータ41によりバッテリパック42の充電を行う動作である。ハイブリッドシステム2Aの動作モードの詳細については、後述する。
Operation modes of the
図2は、本発明の第2実施形態に係るハイブリッドシステムを表すブロック図である。
なお、第2実施形態に係るハイブリッドシステム2Bの構成要素が、図1に関して前述した第1実施形態に係るハイブリッドシステム2Aの構成要素と同様である場合には、重複する説明は適宜省略し、以下、相違点を中心に説明する。
FIG. 2 is a block diagram showing a hybrid system according to a second embodiment of the invention.
It should be noted that if the components of the
本実施形態に係るハイブリッドシステム2Bは、図1に関して前述したハイブリッドシステム2Aと同様に、例えば建設機械、農業機械、芝刈り機、発電機、コンプレッサ、ポンプなどの産業用機械に搭載される。図2に表したように、本実施形態に係るハイブリッドシステム2Bが搭載される産業用機械は、アクセルペダル65の代わりにハンドアクセル62を有し、エンジン3の回転数がハンドアクセル62により一定に設定される機械である。
A
ハイブリッドシステム2Bが搭載される産業用機械の操作者は、一定のエンジン回転数で作業を行うために、ハンドアクセル62により一定のエンジン回転数の指示を行う。ハンドアクセル62は、例えばダイヤルスイッチであり、ハンドアクセル62に対する操作者の操作に応じて操作者により入力されたエンジン3の一定の回転数を受信し、エンジン3の一定の回転数を指示する回転数信号をCAN通信ラインにより制御部5に送信する。本実施形態のハンドアクセル62は、本発明の「回転数指示部」の一例である。なお、本発明の「回転数指示部」は、ハンドアクセル62だけに限定されるわけではない。
An operator of an industrial machine equipped with the
その他の構成要素は、図1に関して前述した第1実施形態に係るハイブリッドシステム2Aの構成要素と同様である。
Other components are the same as those of the
以下の説明では、説明の便宜上、第1実施形態に係るハイブリッドシステム2Aと、第2実施形態に係るハイブリッドシステム2Bと、の両方を含む概念として「ハイブリッドシステム2」と称することがある。図1および図2に関して説明したように、本実施形態に係るハイブリッドシステム2は、アクセルペダル65を備えた機種の産業用機械に搭載されることもあるし、アクセルペダル65を備えていない機種(言い換えればハンドアクセル62を備えた機種)の産業用機械に搭載されることもある。また、本実施形態に係るハイブリッドシステム2は、アクセルペダル65およびハンドアクセル62の両方を備えた機種の産業用機械に搭載されてもよい。
In the following description, for convenience of explanation, the concept including both the
次に、本実施形態の制御部5を、図面を参照してさらに説明する。
図3は、本実施形態に係るハイブリッドシステムの要部構成を表すブロック図である。
Next, the
FIG. 3 is a block diagram showing the main configuration of the hybrid system according to this embodiment.
本実施形態の制御部5は、演算部51と、記憶部52と、通信部53と、を有する。演算部51は、記憶部52に記憶されたプログラム521を読み出して種々の演算や処理を実行する。記憶部52は、演算部51によって実行されるプログラム521と、後述するシステム要求トルクおよびエンジン要求トルクを算出する際に使用されるマップデータ522と、を格納(記憶)する。マップデータ522の詳細については、後述する。なお、記憶部52に格納されるデータは、プログラム521およびマップデータ522に限定されるわけではない。記憶部52としては、ROM(Read Only Memory)やRAM(Random Access Memory)などが挙げられる。なお、プログラム521は、記憶部52に格納されていることには限定されず、演算部51が読み取り可能な記憶媒体に予め格納され頒布されてもよく、あるいはネットワークを介して制御部5にダウンロードされてもよい。また、記憶部52は、制御部5に接続された外部の記憶装置であってもよい。
The
演算部51は、燃料噴射量算出部511と、システム要求トルク算出部512と、エンジン要求トルク算出部513と、モータ要求トルク算出部514と、動作モード決定部515と、エンジン制御パラメータ決定部516と、を有する。なお、演算部51は、燃料噴射量算出部511の代わりに、あるいは燃料噴射量算出部511とともに、目標空気量算出部(図示せず)を有していてもよい。燃料噴射量算出部511、システム要求トルク算出部512、エンジン要求トルク算出部513、モータ要求トルク算出部514、動作モード決定部515、エンジン制御パラメータ決定部516、および目標空気量算出部は、記憶部52に格納されているプログラム521を演算部51が実行することにより実現される。なお、燃料噴射量算出部511、システム要求トルク算出部512、エンジン要求トルク算出部513、モータ要求トルク算出部514、動作モード決定部515、エンジン制御パラメータ決定部516、および目標空気量算出部は、ハードウェアによって実現されてもよく、ハードウェアとソフトウェアとの組み合わせによって実現されてもよい。
The
演算部51は、アクセル開度センサ61により検出されたアクセル開度と、ハンドアクセル62により送信された回転数信号と、の少なくともいずれかに基づいてハイブリッドシステム2としてのシステム要求トルクを決定するためのトルク決定因子を算出する。トルク決定因子は、エンジン3の燃料噴射量と、エンジン3の目標空気量と、を含む。言い換えれば、本実施形態の「燃料噴射量」および「目標空気量」は、本発明の「トルク決定因子」の例である。つまり、演算部51は、アクセル開度センサ61により検出されたアクセル開度と、ハンドアクセル62により送信された回転数信号と、の少なくともいずれかに基づいて、エンジン3の燃料噴射量を算出してもよいし、エンジン3の目標空気量を算出してもよい。以下の説明では、「トルク決定因子」が「燃料噴射量」である場合を例に挙げる。
The
燃料噴射量算出部511は、アクセル開度センサ61により検出されたアクセル開度と、ハンドアクセル62により送信された回転数信号と、の少なくともいずれかに基づいてエンジン3の燃料噴射量を算出する。つまり、燃料噴射量算出部511は、アクセル開度センサ61により検出されたアクセル開度に基づいてエンジン3の燃料噴射量を算出することもできるし、ハンドアクセル62により送信された回転数信号に基づいてエンジン3の燃料噴射量を算出することもできる。あるいは、燃料噴射量算出部511は、アクセル開度センサ61により検出されたアクセル開度と、ハンドアクセル62により送信された回転数信号と、の両方に基づいてエンジン3の燃料噴射量を算出することもできる。また、燃料噴射量算出部511は、動作モード決定部515により決定されたハイブリッドシステム2の動作モードに基づいてエンジン3の燃料噴射量を算出する。前述した通り、本実施形態のエンジン3の燃料噴射量は、本発明の「トルク決定因子」の一例である。
The fuel injection
システム要求トルク算出部512は、ハイブリッドシステム2としてのシステム要求トルクを算出する。具体的には、システム要求トルク算出部512は、回転センサ31により検出されたエンジン3の回転数と、燃料噴射量算出部511により算出された燃料噴射量と、に基づいてシステム要求トルクを算出する。例えば、システム要求トルク算出部512は、エンジン3の回転数と、エンジン3の燃料噴射量と、エンジン3のトルクと、の関係を示すマップデータ522に基づいてシステム要求トルクを算出する。なお、システム要求トルク算出部512は、マップデータ522に基づいてシステム要求トルクを算出することには限定されず、例えば、エンジン3の回転数と、エンジン3の燃料噴射量と、エンジン3のトルクと、の関係を示す数式やグラフなどに基づいてシステム要求トルクを算出してもよい。
A system required
エンジン要求トルク算出部513は、エンジン3に対するエンジン要求トルクを算出する。具体的には、エンジン要求トルク算出部513は、回転センサ31により検出されたエンジン3の回転数と、燃料噴射量算出部511により算出された燃料噴射量と、に基づいてエンジン要求トルクを算出する。例えば、エンジン要求トルク算出部513は、燃料噴射量算出部511により算出された燃料噴射量を補正し、回転センサ31により検出されたエンジン3の回転数と、補正後の燃料噴射量と、に基づいてエンジン要求トルクを算出する。例えば、エンジン要求トルク算出部513は、燃料噴射量算出部511により算出された燃料噴射量を補正した後、エンジン3の回転数と、エンジン3の燃料噴射量と、エンジン3の回転数と、の関係を示すマップデータ522に基づいてエンジン要求トルクを算出する。なお、エンジン要求トルク算出部513は、マップデータ522に基づいてエンジン要求トルクを算出することには限定されず、例えば、燃料噴射量算出部511により算出された燃料噴射量を補正した後、エンジン3の回転数と、エンジン3の燃料噴射量と、エンジン3のトルクと、の関係を示す数式やグラフなどに基づいてエンジン要求トルクを算出してもよい。
An engine required
モータ要求トルク算出部514は、モータジェネレータ41に対するモータ要求トルクを算出する。具体的には、モータ要求トルク算出部514は、動作モード決定部515により決定されたハイブリッドシステム2の動作モードに基づいてモータ要求トルクを算出する。より具体的には、モータ要求トルク算出部514は、システム要求トルク算出部512により算出されたシステム要求トルクと、エンジン要求トルク算出部513により算出されたエンジン要求トルクと、バッテリパック42の充電率(SOC:State Of Charge)と、に基づいてモータ要求トルクを算出する。
A motor request
動作モード決定部515は、ハイブリッドシステム2の動作モードを決定する。すなわち、動作モード決定部515は、ハイブリッドシステム2の動作モードとして、回生動作、トルクアシスト動作、およびトルクスプリット動作のいずれの動作モードを実行するかを決定する。具体的には、動作モード決定部515は、システム要求トルク算出部512により算出されたシステム要求トルクと、エンジン要求トルク算出部513により算出されたエンジン要求トルクと、バッテリパック42の充電率と、に基づいてハイブリッドシステム2の動作モードを決定する。あるいは、動作モード決定部515は、システム要求トルク算出部512により算出されたシステム要求トルクと、エンジン要求トルク算出部513により算出されたエンジン要求トルクと、バッテリパック42の充電率と、回転センサ31により検出されたエンジン3の回転数と、に基づいてハイブリッドシステム2の動作モードを決定する。
Operation
エンジン制御パラメータ決定部516は、動作モード決定部515により決定されたハイブリッドシステム2の動作モードに基づいて算出されたエンジン3の燃料噴射量と、回転センサ31により検出されたエンジン3の回転数と、に基づいて、エンジン3の制御パラメータを決定する。言い換えれば、エンジン制御パラメータ決定部516は、動作モード決定部515により決定されたハイブリッドシステム2の動作モードに基づいて書き戻された(すなわち変換された)燃料噴射量と、回転センサ31により検出されたエンジン3の回転数と、に基づいて、エンジン3の制御パラメータを決定する。エンジン3の制御パラメータとしては、例えば、エンジン3の噴射パターン、エンジン3の噴射時期、およびEGR(Exhaust Gas Recirculation:排気ガス再循環)バルブ開度などが挙げられる。
The engine control
通信部53は、回転センサ31を含むエンジン3、アクセル開度センサ61およびハンドアクセル62の少なくともいずれか、モータジェネレータ41、バッテリパック42、およびDC/DCコンバータ43と電気通信ラインにより通信を行い、各種情報や各種信号の送受信を行う。
The
ここで、図1および図2に関して前述したように、建設機械、農業機械、および芝刈り機、発電機、コンプレッサ、ポンプなどのような産業用機械においては、アクセルの構成がアプリケーション毎に異なる。例えば、アクセルペダル65を備えていない機種の産業用機械が存在する。アクセルペダル65を備えていない機種の産業用機械では、操作者は、ハンドアクセル62により一定のエンジン回転数の指示を行う。また、産業用機械においては、エンジン3以外のコンポーネントがECUを有していることは比較的少なく、エンジン3以外のコンポーネントの要求トルクは不明であることが比較的多い。このように、産業用機械に搭載されるハイブリッドシステム2では、自動車に搭載されるハイブリッドシステムと比較して、ハイブリッドシステム2としてのシステム要求トルクを算出する際に用いることができる入力因子が限られている。
1 and 2, in construction machinery, agricultural machinery, and industrial machinery such as lawn mowers, generators, compressors, pumps, etc., the configuration of the accelerator varies from application to application. For example, there are models of industrial machines that do not have an
これに対して、本実施形態に係るハイブリッドシステム2の制御部5(具体的には燃料噴射量算出部511)は、アクセル開度センサ61により検出されたアクセル開度と、ハンドアクセル62により送信された回転数信号と、の少なくともいずれかに基づいてエンジン3の燃料噴射量を算出する。そして、制御部5(具体的にはシステム要求トルク算出部512)は、回転センサ31により検出されたエンジン3の回転数と、燃料噴射量算出部511により算出されたエンジン3の燃料噴射量と、に基づいてハイブリッドシステム2としてのシステム要求トルクを算出する。また、制御部5(具体的にはエンジン要求トルク算出部513)は、回転センサ31により検出されたエンジン3の回転数と、燃料噴射量算出部511により算出された燃料噴射量と、に基づいてエンジン要求トルクを算出する。例えば、エンジン要求トルク算出部513は、燃料噴射量算出部511により算出された燃料噴射量を補正し、回転センサ31により検出されたエンジン3の回転数と、補正後の燃料噴射量と、に基づいてエンジン要求トルクを算出する。
On the other hand, the control unit 5 (specifically, the fuel injection amount calculation unit 511) of the
本実施形態に係るハイブリッドシステム2によれば、ハイブリッドシステム2が例えばアクセルペダル65を備えていない産業用機械に搭載される場合であっても、あるいは制御部5がエンジン3以外のコンポーネントに設置されていない場合であっても、本実施形態の制御部5は、より適正なシステム要求トルクおよびエンジン要求トルクを算出することができる。これにより、本実施形態に係るハイブリッドシステム2は、システム要求トルクを算出する際に用いることができる入力因子が限られている中で、より適正なシステム要求トルクおよびエンジン要求トルクを算出することができる。また、制御部5(具体的には動作モード決定部515)は、システム要求トルクとエンジン要求トルクとの関係に基づいて、より適正な動作モードを決定することができる。これにより、本実施形態に係るハイブリッドシステム2は、動作モードを決定する際に用いることができる入力因子が限られている中で、より適正な動作モードを決定することができる。
According to the
また、制御部5(具体的には動作モード決定部515)は、システム要求トルクとエンジン要求トルクとの関係だけではなく、モータジェネレータ41に接続されたバッテリパック42の充電率にさらに基づいて動作モードを決定する。そのため、ハイブリッドシステム2は、動作モードを決定する際に用いることができる入力因子が限られている中で、より適正な動作モードを決定することができる。
Further, the control unit 5 (specifically, the operation mode determination unit 515) operates based not only on the relationship between the system required torque and the engine required torque, but also on the charging rate of the
次に、本実施形態に係るハイブリッドシステムの動作を、図面を参照して説明する。
図4は、本実施形態に係るハイブリッドシステムの動作の概要を表すフローチャートである。
Next, the operation of the hybrid system according to this embodiment will be described with reference to the drawings.
FIG. 4 is a flow chart showing an overview of the operation of the hybrid system according to this embodiment.
まず、ステップS11において、燃料噴射量算出部511は、アクセル開度センサ61により検出されたアクセル開度と、ハンドアクセル62により送信された回転数信号と、の少なくともいずれかに基づいてエンジン3の燃料噴射量を算出する。ステップS11において算出された燃料噴射量は、排気ガスに含まれる粒子状物質(PM:Particulate Matter)の排出が過多になることを回避したり、エンジン3の出力が制限値を超えることを回避したりするための補正が行われる前の燃料噴射量である。そして、システム要求トルク算出部512は、回転センサ31により検出されたエンジン3の回転数と、燃料噴射量算出部511により算出された燃料噴射量(すなわち補正前の燃料噴射量)と、に基づいてシステム要求トルクを算出する。
First, in step S11, the fuel injection
続いて、ステップS12において、エンジン要求トルク算出部513は、排気ガスに含まれる粒子状物質の排出が過多になることを回避したり、エンジン3の出力が制限値を超えることを回避したりするために、燃料噴射量算出部511により算出された燃料噴射量を補正し、最大の燃料噴射量を最終的に決定する。そして、エンジン要求トルク算出部513は、回転センサ31により検出されたエンジン3の回転数と、補正後の燃料噴射量と、に基づいてエンジン要求トルクを算出する。
Subsequently, in step S12, the engine demand
続いて、ステップS13において、動作モード決定部515は、システム要求トルク算出部512により算出されたシステム要求トルクと、エンジン要求トルク算出部513により算出されたエンジン要求トルクと、に基づいてハイブリッドシステム2の動作モード(回生動作、トルクアシスト動作、トルクスプリット動作)を決定する。あるいは、動作モード決定部515は、システム要求トルク算出部512により算出されたシステム要求トルクと、エンジン要求トルク算出部513により算出されたエンジン要求トルクと、回転センサ31により検出されたエンジン3の回転数と、に基づいてハイブリッドシステム2の動作モードを決定する。また、動作モード決定部515は、バッテリパック42の充電率(SOC)にさらに基づいてハイブリッドシステム2の動作モードを決定することにより、バッテリパック42の充電率を調整する。例えば、ステップS13における演算および処理は、HCUにより実行される。
Subsequently, in step S13, the operation
続いて、ステップS14において、燃料噴射量算出部511は、動作モード決定部515により決定されたハイブリッドシステム2の動作モードに基づいてエンジン3の燃料噴射量を算出する。すなわち、燃料噴射量算出部511は、動作モード決定部515により決定されたハイブリッドシステム2の動作モードに基づいてエンジン3の燃料噴射量の書き戻し(すなわち変換)を実行する。
Subsequently, in step S<b>14 , the fuel injection
また、ステップS15において、モータ要求トルク算出部514は、動作モード決定部515により決定されたハイブリッドシステム2の動作モードに基づいてモータ要求トルクを算出する。そして、制御部5は、モータ要求トルク算出部514により算出されたモータ要求トルクに関する信号をモータジェネレータ41に送信し、モータジェネレータ41に対して指示を行う。
Further, in step S<b>15 , the motor request
続いて、ステップS16において、エンジン制御パラメータ決定部516は、燃料噴射量算出部511により書き戻された燃料噴射量と、回転センサ31により検出されたエンジン3の回転数と、に基づいて、エンジン3の制御パラメータを決定する。
Subsequently, in step S16, the engine control
続いて、ステップS17において、制御部5は、エンジン制御パラメータ決定部516により決定された制御パラメータに関する信号を送信し、各デバイスへの駆動指示を行う。
Subsequently, in step S17, the
本実施形態に係るハイブリッドシステム2によれば、制御部5は、燃料噴射量算出部511により算出された燃料噴射量を補正し、回転センサ31により検出されたエンジン3の回転数と、補正後の燃料噴射量と、に基づいてエンジン要求トルクを算出する。これにより、排気ガスに含まれる粒子状物質を低減しつつ、例えば、過負荷によりエンジン3の回転数が低下する場面や、急加速応答性が求められる場面において、トルクアシスト動作を実行することができる。
According to the
図5および図6は、本実施形態に係るハイブリッドシステムの動作の具体例を表すフローチャートである。
図7は、本実施形態のマップデータを例示する表である。
5 and 6 are flow charts showing a specific example of the operation of the hybrid system according to this embodiment.
FIG. 7 is a table illustrating map data of this embodiment.
図5に表したように、まず、ステップS21において、制御部5は、エラー発生がハイブリッドシステム2にあるか否かを判断する。エラー発生がハイブリッドシステム2にある場合には(ステップS21:YES)、制御部5は、ハイブリッドシステム2の動作を終了する。
As shown in FIG. 5, first, in step S21, the
エラー発生がハイブリッドシステム2にない場合には(ステップS21:NO)、ステップS23において、燃料噴射量算出部511は、アクセル開度センサ61により検出されたアクセル開度と、ハンドアクセル62により送信された回転数信号と、の少なくともいずれかに基づいてエンジン3の燃料噴射量を算出する。そして、システム要求トルク算出部512は、回転センサ31により検出されたエンジン3の回転数と、燃料噴射量算出部511により算出された燃料噴射量(すなわち補正前の燃料噴射量)と、に基づいてシステム要求トルクを算出する。また、エンジン要求トルク算出部513は、燃料噴射量算出部511により算出された燃料噴射量を補正し、回転センサ31により検出されたエンジン3の回転数と、補正後の燃料噴射量と、に基づいてエンジン要求トルクを算出する。「補正前の燃料噴射量」および「補正後の燃料噴射量」は、図4に関して前述した通りである。本実施形態の制御部5は、記憶部52に予め記憶されたマップデータ522に基づいてシステム要求トルクおよびエンジン要求トルクを算出する。
If the error does not occur in the hybrid system 2 (step S21: NO), in step S23, the fuel injection
すなわち、例えば図7に表したマップデータ522が、記憶部52に格納(記憶)されている。図7に例示したマップデータ522において、横軸はエンジン3の回転数を表し、縦軸はエンジン3の燃料噴射量を表している。また、図7に例示したマップデータ522において、横軸(エンジン回転数)と縦軸(燃料噴射量)とが互いに交差した部分は、エンジン3のトルクを表している。つまり、図7に例示したマップデータ522は、エンジン3の回転数と、エンジン3の燃料噴射量と、エンジン3のトルクと、の関係を示している。
That is, for example, the
横軸において、相対的に右側は、エンジン3の回転数が相対的に高い側であり、相対的に左側は、エンジン3の回転数が相対的に低い側である。また、縦軸において、相対的に下側は、エンジン3の燃料噴射量が相対的に多い側であり、相対的に上側は、エンジン3の燃料噴射量が相対的に少ない側である。
On the horizontal axis, the relatively right side is the side where the rotation speed of the
本実施形態の説明では、図7に表したように、燃料噴射量算出部511が、アクセル開度センサ61により検出されたアクセル開度と、ハンドアクセル62により送信された回転数信号と、の少なくともいずれかに基づいてエンジン3の燃料噴射量Q8を算出した場合を例に挙げる。燃料噴射量Q8は、「補正前の燃料噴射量」の一例である。また、本実施形態の説明では、図7に表したように、回転センサ31が、エンジン3の回転数R3を検出した場合を例に挙げる。
In the description of the present embodiment, as shown in FIG. 7, the fuel injection
この場合において、システム要求トルク算出部512は、エンジン3の回転数R3と、補正前の燃料噴射量Q8と、に基づいてシステム要求トルクT38を算出する。続いて、エンジン要求トルク算出部513は、排気ガスに含まれる粒子状物質の排出が過多になることを回避したり、エンジン3の出力が制限値を超えることを回避したりするために、燃料噴射量算出部511により算出された燃料噴射量Q8を補正し、最大の燃料噴射量Q5を最終的に決定する。燃料噴射量Q5は、「補正後の燃料噴射量」の一例である。続いて、エンジン要求トルク算出部513は、エンジン3の回転数R3と、補正後の燃料噴射量Q5と、に基づいてエンジン要求トルクT35を算出する。このようにして、本実施形態の制御部5は、記憶部52に予め記憶されたマップデータ522に基づいてシステム要求トルクT38およびエンジン要求トルクT35を算出する。
In this case, the system required
図5に表したように、ステップS23に続くステップS24において、制御部5は、システム要求トルクT38が閾値Th1よりも小さく、かつ、バッテリパック42の充電率が閾値Th2よりも小さいか否かを判断する。本実施形態の閾値Th1は、本発明の「第1閾値」の一例である。本実施形態の閾値Th2は、本発明の「第2閾値」の一例である。
As shown in FIG. 5, in step S24 following step S23, the
ステップS24において、「システム要求トルクT38<閾値Th1」および「バッテリパック42の充電率<閾値Th2」の全ての条件が満たされる場合には(ステップS24:YES)、ステップS25において、動作モード決定部515は、ハイブリッドシステム2の動作モードとして回生動作を決定し、回生動作を実行する。
In step S24, when all the conditions of "system demand torque T38<threshold Th1" and "state of charge of
例えば、ハイブリッドシステム2が搭載された産業用機械がアクセルオフの状態で坂道を下る場面など、「システム要求トルクT38<閾値Th1」および「バッテリパック42の充電率<閾値Th2の全ての条件が満たされる場面では、ステップS25において、動作モード決定部515は、ハイブリッドシステム2の動作モードとして回生動作を決定する。
For example, when an industrial machine equipped with the
そして、ステップS25において、燃料噴射量算出部511は、動作モード決定部515により決定されたハイブリッドシステム2の動作モード(ステップS25では回生動作)に基づいてエンジン3の燃料噴射量を算出する。具体的には、燃料噴射量算出部511は、エンジン3の燃料噴射量を零に設定する。言い換えれば、エンジン要求トルク算出部513は、エンジン要求トルクを零に設定する。また、ステップS25において、モータ要求トルク算出部514は、動作モード決定部515により決定されたハイブリッドシステム2の動作モード(ステップS25では回生動作)に基づいてモータ要求トルクを算出する。具体的には、モータ要求トルク算出部514は、モータジェネレータ41によりバッテリパック42の充電を行うためのモータ要求トルクを算出する。すなわち、モータ要求トルク算出部514は、モータ要求トルクを零に設定する。
Then, in step S25, the fuel injection
一方で、ステップS24において、「システム要求トルクT38<閾値Th1」および「バッテリパック42の充電率<閾値Th2」の少なくともいずれかの条件が満たされない場合には(ステップS24:NO)、ステップS31において、制御部5は、システム要求トルクT38がエンジン要求トルクT35よりも大きく、バッテリパック42の充電率が閾値Th2よりも大きいか否かを判断する。
On the other hand, in step S24, if at least one of the conditions of "system demand torque T38<threshold Th1" and "state of charge of
ステップS31において、「システム要求トルクT38>エンジン要求トルクT35」および「バッテリパック42の充電率>閾値Th2」の全ての条件が満たされる場合には(ステップS31:YES)、ステップS32において、動作モード決定部515は、ハイブリッドシステム2の動作モードとしてトルクアシスト動作を決定し、トルクアシスト動作を実行する。
In step S31, if all the conditions of "system demand torque T38>engine demand torque T35" and "state of charge of
例えば、ハイブリッドシステム2が搭載された産業用機械が坂道を上り、過負荷によりエンジン3の回転数が低下する場面や、急加速応答性が求められる場面など、「システム要求トルクT38>エンジン要求トルクT35」および「バッテリパック42の充電率>閾値Th2」の全ての条件が満たされる場面では、ステップS32において、動作モード決定部515は、ハイブリッドシステム2の動作モードとしてトルクアシスト動作を決定する。
For example, when an industrial machine equipped with the
そして、ステップS32において、燃料噴射量算出部511は、動作モード決定部515により決定されたハイブリッドシステム2の動作モード(ステップS32ではトルクアシスト動作)に基づいてエンジン3の燃料噴射量を算出する。また、ステップS32において、モータ要求トルク算出部514は、動作モード決定部515により決定されたハイブリッドシステム2の動作モード(ステップS32ではトルクアシスト動作)に基づいてモータ要求トルクを算出する。具体的には、モータ要求トルク算出部514は、システム要求トルクT38とエンジン要求トルクT35との差分に基づいてモータ要求トルクを算出する。つまり、モータ要求トルク算出部514は、モータジェネレータ41がエンジン3のトルクのアシストを行うためのモータ要求トルクを算出する。これにより、ハイブリッドシステム2は、ハイブリッドシステム2が搭載された産業用機械による作業を向上させることができる。
Then, in step S32, the fuel injection
一方で、ステップS31において、「システム要求トルクT38>エンジン要求トルクT35」および「バッテリパック42の充電率>閾値Th2」の少なくともいずれかの条件が満たされない場合、言い換えれば、「システム要求トルクT38≦エンジン要求トルクT35」および「バッテリパック42の充電率≦閾値Th2」の少なくともいずれかの条件が満たされる場合には(ステップS31:NO)、ステップS33において、動作モード決定部515は、ハイブリッドシステム2の動作モードとしてトルクスプリット動作を決定し、トルクスプリット動作を実行する。
On the other hand, in step S31, if at least one of the conditions of "system required torque T38>engine required torque T35" and "state of charge of
例えば、ハイブリッドシステム2が搭載された産業用機械が平地を走行する場面など、「システム要求トルクT38>エンジン要求トルクT35」および「バッテリパック42の充電率>閾値Th2」の少なくともいずれかの条件が満たされない場面では、ステップS33において、動作モード決定部515は、ハイブリッドシステム2の動作モードとしてトルクスプリット動作を決定する。
For example, when an industrial machine equipped with the
そして、ステップS33において、燃料噴射量算出部511は、動作モード決定部515により決定されたハイブリッドシステム2の動作モード(ステップS33ではトルクスプリット動作)に基づいてエンジン3の燃料噴射量を算出する。また、ステップS33において、モータ要求トルク算出部514は、動作モード決定部515により決定されたハイブリッドシステム2の動作モード(ステップS33ではトルクスプリット動作)に基づいてモータ要求トルクを算出する。
Then, in step S33, the fuel injection
具体的には、例えば、システム要求トルクが100N・mであり、エンジン3が150N・mのトルクを発生できる場合を例に挙げる。この場合には、例えば、燃料噴射量算出部511は、エンジン3に100N・mのトルクを発生させるための燃料噴射量を算出する。あるいは、燃料噴射量算出部511は、エンジン3の燃料噴射量を零に設定し、モータ要求トルク算出部514は、モータジェネレータ41がエンジン3に対して100N・mのトルクのアシストを行うためのモータ要求トルクを算出する。あるいは、例えば、燃料噴射量算出部511は、エンジン3に50N・mのトルクを発生させるための燃料噴射量を算出し、モータ要求トルク算出部514は、モータジェネレータ41がエンジン3に対して50N・mのトルクのアシストを行うためのモータ要求トルクを算出する。あるいは、例えば、燃料噴射量算出部511は、エンジン3に130N・mのトルクを発生させるための燃料噴射量を算出し、モータ要求トルク算出部514は、モータジェネレータ41によりバッテリパック42の充電を行うためのモータ要求トルクとして、エンジン3の余分な30N・mのトルクを算出する。
Specifically, for example, a case where the system required torque is 100 N·m and the
このように、「システム要求トルクT38>エンジン要求トルクT35」および「バッテリパック42の充電率>閾値Th2」の少なくともいずれかの条件が満たされない場合には(ステップS31:NO)、制御部5は、エンジン3のトルクと、モータジェネレータ41のトルクと、の分配を行ってバッテリパック42の充電率を目標値に近づけることができる。
Thus, when at least one of the conditions of "system required torque T38>engine required torque T35" and "state of charge of
ステップS25、ステップS32およびステップS33に続いて、制御部5は、ハイブリッドシステム2の動作を終了する。
Following steps S25, S32 and S33, the
図5~図7に関して説明した具体例によれば、制御部5は、燃料噴射量算出部511により算出された燃料噴射量Q8を補正し、回転センサ31により検出されたエンジン3の回転数R3と、補正後の燃料噴射量Q5と、に基づいてエンジン要求トルクT35を算出する。これにより、排気ガスに含まれる粒子状物質を低減しつつ、例えば、過負荷によりエンジン3の回転数が低下する場面や、急加速応答性が求められる場面において、トルクアシスト動作を実行することができる。
5 to 7, the
また、制御部5は、記憶部52に予め記憶されたマップデータ522に基づいてシステム要求トルクT38およびエンジン要求トルクT35を算出する。そのため、制御部5は、システム要求トルクT38およびエンジン要求トルクT35を算出するための処理時間の短縮化を図りつつ、より適正なシステム要求トルクT38およびエンジン要求トルクT35を算出することができる。
Further,
また、制御部5は、システム要求トルクT38とエンジン要求トルクT35との関係だけではなく、モータジェネレータ41に接続されたバッテリパック42の充電率にさらに基づいて動作モードを決定する。そのため、制御部5は、動作モードを決定する際に用いることができる入力因子が限られている中で、より適正な動作モードを決定することができる。
Further,
図8は、本実施形態に係るハイブリッドシステムのトルクカーブを表すグラフである。
図8に表したグラフの横軸は、エンジン3の回転数を表している。図8に表したグラフの縦軸は、エンジン3のトルクを表している。
FIG. 8 is a graph showing a torque curve of the hybrid system according to this embodiment.
The horizontal axis of the graph shown in FIG. 8 represents the rotation speed of the
図8に表したように、本実施形態の制御部5(具体的にはシステム要求トルク算出部512)は、エンジン3の回転数の全領域において、エンジン3のみが発生させるトルクよりも大きいシステム要求トルクを算出する。つまり、制御部5は、エンジン3の回転数の全領域において、エンジン3の単体では発生させることができない領域のトルクを発生させるために、モータジェネレータ41がエンジン3のトルクのアシストあるいはサポートを行う制御を実行する。言い換えれば、制御部5は、エンジン3の単体で発生させることができるトルク領域において、モータジェネレータ41がエンジン3のトルクのアシストあるいはサポートを行う制御を実行するわけではない。
As shown in FIG. 8 , the control unit 5 (specifically, the system demand torque calculation unit 512) of the present embodiment calculates a torque greater than the torque generated only by the
そのため、制御部5は、エンジン3の回転数が比較的低い場面であっても、より適正な動作モードとしてトルクアシスト動作を実行し、エンジン3のみが発生させるトルクよりも大きいシステム要求トルクを発生させることができる。これにより、エンジン3の排気量を抑え、排気ガスに含まれる粒子状物質を低減しつつ、燃費の向上を図ることができる。
Therefore, even when the rotation speed of the
以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、上記実施形態に限定されず、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことができる。上記実施形態の構成は、その一部を省略したり、上記とは異なるように任意に組み合わせたりすることができる。
図3に関して前述した通り、演算部51は、システム要求トルクを決定するためのトルク決定因子として目標空気量を算出してもよい。この場合には、演算部51は、アクセル開度センサ61により検出されたアクセル開度と、ハンドアクセル62により送信された回転数信号と、の少なくともいずれかに基づいてエンジン3の目標空気量を算出する。そして、演算部51は、回転センサ31により検出されたエンジン3の回転数と、算出されたエンジン3の目標空気量と、に基づいてハイブリッドシステム2としてのシステム要求トルクを算出する。これにより、本発明の実施形態に関して前述した効果と同様の効果が得られる。
The embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the claims. Some of the configurations of the above embodiments may be omitted, or may be arbitrarily combined in a manner different from the above.
As described above with reference to FIG. 3, the
2、2A、2B:ハイブリッドシステム、 3:エンジン、 5:制御部、 31:回転センサ、 32:DOC、 33:DPF、 34:伝動部材、 41:モータジェネレータ、 42:バッテリパック、 43:DC/DCコンバータ、 51:演算部、 52:記憶部、 53:通信部、 61:アクセル開度センサ、 62:ハンドアクセル、 65:アクセルペダル、 71:動力取り出し部品、 72:鉛バッテリ、 73:12V負荷、 511:燃料噴射量算出部、 512:システム要求トルク算出部、 513:エンジン要求トルク算出部、 514:モータ要求トルク算出部、 515:動作モード決定部、 516:エンジン制御パラメータ決定部、 521:プログラム、 522:マップデータ、 Q5、Q8:燃料噴射量、 R3:回転数、 T35:エンジン要求トルク、 T38:システム要求トルク、 Th1、Th2:閾値 2, 2A, 2B: Hybrid system 3: Engine 5: Control unit 31: Rotation sensor 32: DOC 33: DPF 34: Transmission member 41: Motor generator 42: Battery pack 43: DC/ DC converter 51: computing unit 52: storage unit 53: communication unit 61: accelerator opening sensor 62: hand accelerator 65: accelerator pedal 71: power extraction part 72: lead battery 73: 12V load 511: Fuel injection amount calculation unit 512: System request torque calculation unit 513: Engine request torque calculation unit 514: Motor request torque calculation unit 515: Operation mode determination unit 516: Engine control parameter determination unit 521: Program 522: Map data Q5, Q8: Fuel injection amount R3: Rotational speed T35: Engine required torque T38: System required torque Th1, Th2: Threshold
Claims (7)
エンジンの回転数を検出する回転センサと、
アクセル開度を検出するアクセル開度センサおよび前記エンジンに対して一定の前記回転数を指示する回転数信号を送信する回転数指示部の少なくともいずれかと、
前記エンジンの動作を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記アクセル開度センサにより検出された前記アクセル開度と、前記回転数指示部により送信された前記回転数信号と、の少なくともいずれかに基づいてハイブリッドシステムとしてのシステム要求トルクを決定するための第1燃料噴射量を算出し、前記回転センサにより検出された前記回転数と、前記第1燃料噴射量と、に基づいて前記システム要求トルクを算出し、前記第1燃料噴射量を補正し前記回転センサにより検出された前記回転数において前記エンジンの出力が制限値を超えることを回避するための最大の燃料噴射量を第2燃料噴射量として決定し、前記回転センサにより検出された前記回転数と、前記第2燃料噴射量と、に基づいて前記エンジンに対するエンジン要求トルクを算出し、前記システム要求トルクと前記エンジン要求トルクとの関係およびモータジェネレータに接続されたバッテリの充電率に基づいて動作モードを決定し、前記動作モードに基づいて前記エンジンの燃料噴射量を算出する制御を実行することを特徴とするハイブリッドシステム。 A hybrid system mounted on an industrial machine,
a rotation sensor that detects the number of revolutions of the engine;
at least one of an accelerator opening sensor that detects the accelerator opening and a rotation speed indicator that transmits a rotation speed signal that indicates a constant rotation speed to the engine;
a control unit that controls the operation of the engine;
with
The control unit determines a system required torque as a hybrid system based on at least one of the accelerator opening detected by the accelerator opening sensor and the rotation speed signal transmitted by the rotation speed indicating unit. calculating the first fuel injection amount for determination, calculating the system required torque based on the rotational speed detected by the rotation sensor and the first fuel injection amount , and calculating the first fuel injection amount is corrected, and the maximum fuel injection amount for avoiding the output of the engine from exceeding the limit value at the rotation speed detected by the rotation sensor is determined as the second fuel injection amount, and the maximum fuel injection amount detected by the rotation sensor is determined. an engine required torque for the engine is calculated based on the rotational speed and the second fuel injection amount, and a relationship between the system required torque and the engine required torque and a charging rate of a battery connected to the motor generator are calculated ; determining an operation mode based on the operation mode, and executing control for calculating a fuel injection amount of the engine based on the operation mode .
The hybrid system according to any one of claims 1 to 6 , wherein the control section calculates the system required torque that is larger than the torque generated only by the engine.
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