KR20150104170A

KR20150104170A - 하이브리드식 작업 기계

Info

Publication number: KR20150104170A
Application number: KR1020157021226A
Authority: KR
Inventors: 마사토시 호시노; 신지 이시하라; 시로 야마오카
Original assignee: 히다찌 겐끼 가부시키가이샤
Priority date: 2013-06-26
Filing date: 2014-06-24
Publication date: 2015-09-14
Also published as: US10151332B2; CN105008625A; EP3015607A1; WO2014208568A1; KR101767798B1; US20160097405A1; CN105008625B; EP3015607B1; JP6360054B2; JPWO2014208568A1; EP3015607A4

Abstract

EC 다이얼(31)로 입력되는 목표 회전수에 기초하여 엔진(7)의 회전수를 제어하는 엔진 컨트롤러(14)와, 엔진(7)의 동력을 이용해서 발전하는 어시스트 전동기(10)와, 엔진 및/또는 어시스트 전동기의 동력을 이용해서 작동하는 유압 펌프(6)와, 어시스트 발전기에 대해 발전 요구를 출력할 때에 엔진에 요구되는 동력(Pe)을 추정하고, 그 엔진 요구 동력이 발전 임계값(E_th1) 이하일 때에만 어시스트 전동기의 발전을 허가하는 차체 컨트롤러(11)를 구비한다. 발전 임계값(E_th1)은, 엔진(7)의 동력과 에너지 손실의 특성에 기초하여 결정되어 있다.

Description

하이브리드식 작업 기계{HYBRID WORK MACHINE}

본 발명은, 엔진과 전동기를 유압 펌프의 구동원으로 하는 하이브리드식 작업 기계에 관한 것이다.

하이브리드식 작업 기계의 일례인 하이브리드식 유압 셔블에는, 굴삭 작업 등의 부하가 큰 작업 시에는, 엔진과, 축전지의 방전에 의해 구동해서 엔진을 어시스트하는 전동기(어시스트 전동기)의 양쪽으로 유압 펌프를 구동하는 한편, 상부 선회체의 감속 시나 붐 하강 시에는, 그 기계적 에너지를 이용해서 발전 전동기를 발전시켜, 그 전기적 에너지를 축전지에 충전하는 것이 있다.

하이브리드식 유압 셔블에 의한 작업 중은, 상기와 같이 축전지의 방전과 충전이 반복되지만, 상기와 같이 기계적 에너지를 회수해서 얻은 에너지만으로는, 작업 중에 어시스트 전동기가 방전된 에너지의 전부를 조달하는 것은 어렵다. 그로 인해, 축전지의 축전 잔량(SOC:State of Charge)은 작업 시간의 경과 동시에 감소되어 가, 부하가 큰 작업을 할 수 없게 될 가능성이 높아진다.

이로 인해, 축전지의 축전 잔량을 유지하기 위해, 작업을 하고 있지 않을 때나 비교적 부하가 작은 작업을 하고 있을 때는, 엔진의 동력에 여유가 있으므로, 어시스트 전동기 등의 발전기로 발전하고, 그 전기 에너지로 축전지를 충전하는 것이 일반적이다. 기계적 에너지의 회수에 의한 충전은 작업의 특정한 동작을 이용하는 것이므로, 충전의 타이밍을 선택할 수는 없지만, 엔진을 사용한 어시스트 전동기의 발전에 의한 충전은 엔진 동력에 여유가 있을 때이면 언제나 가능하다.

이 점을 감안하여, 일본 특허 공개 제2011-220068호 공보에서는, 작업 중에는, 가능한 한 어시스트 전동기의 발전에 의한 급속 충전을 해서 축전지의 축전 잔량의 저하를 방지함으로써 조작성을 유지하고, 한편, 작업을 하지 않는 대기 시에는, 충전량을 억제해서 축전지에의 데미지를 경감함으로써, 축전지의 수명 단축을 방지하는 방법을 제안하고 있다.

일본 특허 공개 제2011-220068호 공보

그런데, 작업 기계에 하이브리드 방식을 채용하는 본래적인 목적은 연비의 향상에 있지만, 연비와 충전 타이밍의 관계에 대해서는, 일본 특허 공개 제2011-220068호 공보에서는 특별히 언급되어 있지 않다.

축전지의 충전을 착안한 경우, 어시스트 전동기의 발전에 의한 충전을 실시하는 타이밍은, 작업 패턴에 따라서는 한정되는 경우가 있지만 일의로 결정되는 것이 아니라, 전술한 바와 같이 엔진의 동력에 여유가 있는 기간 중으로부터 임의로 선택할 여지가 있다. 따라서, 연비와의 관계에서 보면, 발전에 의한 충전은 엔진의 동력에 여유가 있는 기간 중으로부터 연료 소비가 적은 기간을 선택해서 실시하는 것이 중요해진다.

본 발명의 목적은, 축전지의 충전을 할 때의 추가적인 연료 소비가 적어, 연비가 좋은 충전이 가능한 하이브리드식 작업 기계를 제공하는 데 있다.

본 발명은, 상기 목적을 달성하기 위해, 엔진과, 상기 엔진의 동력(엔진 동력)을 이용해서 발전하는 전동 발전기와, 상기 엔진 및/또는 상기 전동 발전기의 동력을 이용해서 작동하는 유압 펌프와, 상기 전동 발전기에 대해 발전 요구를 출력할 때에 상기 엔진에 요구되는 동력(엔진 요구 동력)을 추정하고, 당해 엔진 요구 동력이 미리 설정한 임계값 이하일 때에만 상기 전동 발전기의 발전을 허가하는 제어 장치를 구비한다. 이에 의해, 에너지 손실이 상대적으로 적은 저 동력 영역에서만 전동 발전기에 의한 발전이 행해지고, 에너지 손실이 상대적으로 많은 고 동력 영역에서는 전동 발전기의 발전을 금지할 수 있으므로, 축전 장치에 충전할 때의 엔진 연료 소비량을 감소할 수 있어, 하이브리드식 유압 셔블의 연비를 향상시킬 수 있다.

본 발명에 따르면 연비가 좋은 충전이 가능하게 된다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 하이브리드식 유압 셔블의 외관도.
도 2는 도 1에 도시한 하이브리드식 유압 셔블에 있어서의 액추에이터 구동 제어 시스템의 개략 구성도.
도 3은 엔진에의 입력 에너지로부터 구동 대상을 회전 구동하기 위해 취출할 수 있는 에너지와, 당해 구동 대상의 회전 구동에는 이용할 수 없는 에너지와의 관계의 일례를 나타내는 그래프.
도 4는 어시스트 전동기에 의한 발전 시에 있어서 도 2의 액추에이터 구동 제어 시스템 내에서 입출력되는 동력을 도시하는 도면.
도 5는 차체 컨트롤러가 실행하는 축전 관리 제어 중, 어시스트 전동기에 의한 배터리의 충전 알고리즘을 도시하는 제1 흐름도.
도 6은 차체 컨트롤러에 의한 어시스트 전동기의 요구 발전 동력 Pa*의 연산 프로세스를 도시하는 도면.
도 7은 차체 컨트롤러가 실행하는 축전 관리 제어 중, 어시스트 전동기에 의한 배터리의 충전 알고리즘을 도시하는 제2 흐름도.
도 8은 차체 컨트롤러가 실행하는 축전 관리 제어 중, 어시스트 전동기에 의한 배터리의 충전 알고리즘을 도시하는 제3 흐름도.
도 9는 도 8의 스텝 S15에서 발전 임계값 E_th의 연산에 이용되는 맵의 일례를 나타내는 도면.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대해 도면을 사용해서 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 하이브리드식 유압 셔블의 외관도이다. 이 도면에 도시하는 유압 셔블은, 붐(1a), 아암(1b) 및 버킷(1c)을 갖는 다관절형의 프론트 작업 장치(1A)와, 상부 선회체(1d) 및 하부 주행체(1e)를 갖는 차체(1B)를 구비하고 있다.

붐(1a)은 상부 선회체(1d)에 회동 가능하게 지지되어 있고, 유압 실린더(붐 실린더)(3a)에 의해 구동된다. 아암(1b)은 붐(1a)에 회동 가능하게 지지되어 있고, 유압 실린더(아암 실린더)(3b)에 의해 구동된다. 버킷(1c)은 아암(1b)에 회동 가능하게 지지되어 있고, 유압 실린더(버킷 실린더)(3c)에 의해 구동된다. 상부 선회체(1d)는 전동기(선회 모터)(16)(도 2 참조)에 의해 선회 구동되고, 하부 주행체(1e)는 좌우의 유압 모터(주행 모터)(3e, 3f)에 의해 구동된다. 유압 실린더(3a), 유압 실린더(3b), 유압 실린더(3c) 및 유압 모터(3e, 3f)는, 가변 용량형 유압 펌프(6)(도 2 참조)에 의해 탱크(8)(도 2 참조)로부터 퍼 올려지는 압유에 의해 구동된다.

도 2은 도 1에 도시한 하이브리드식 유압 셔블에 있어서의 액추에이터 구동 제어 시스템의 개략 구성도이다. 또한, 앞선 도면에 도시한 부분과 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙여 설명은 적절하게 생략하는 경우가 있다(이후의 도면에 대해서도 마찬가지로 취급하는 것으로 함).

이 도면에 도시하는 액추에이터 구동 제어 시스템은, 엔진(7)과, 엔진(7) 사이에서 토크의 전달을 행하는 어시스트 전동기(전동 발전기)(10)와, 엔진(7) 및 어시스트 전동기(10) 중 적어도 한쪽에 의해 구동되는 가변 용량형 유압 펌프(6)[이하, 간단히 「유압 펌프(6)」라고 칭하는 경우가 있음]와, 유압 펌프(6)로부터 토출되는 압유에 의해 구동되는 유압 액추에이터[예를 들어, 도 1에 도시한 유압 실린더(3a, 3b, 3c), 유압 모터(3e, 3f)]와, 유압 펌프(6)의 용량을 조절해서 흡수 토크를 제어하기 위해 레귤레이터(펌프 제어부)(6a)와, 어시스트 전동기(10) 및 선회 전동기(16) 등에 공급되는 전력이 축적되는 배터리(축전 장치)(15)와, 어시스트 전동기(10)의 제어와 함께, 어시스트 전동기(10)와 배터리(15) 사이에서의 전력의 수수를 제어하기 위한 인버터(전력 변환 장치)(12)와, 선회 전동기(16)의 제어와 함께, 선회 전동기(16)와 배터리(15) 사이에서의 전력의 수수를 제어하기 위한 인버터(전력 변환 장치)(13)와, 유압 액추에이터 및 선회 전동기(16)를 구동하기 위한 조작 신호를 조작량에 기초하여 출력하는 조작 레버(조작 장치)(4a, 4b)와, 엔진(7)의 연료 분사량을 조정하는 거버너(7a)와, 엔진(7)의 실 회전수를 검출하는 회전수 센서(실제로 회전수 검출 수단)(19)와, 엔진(7)의 회전수 제어를 출력에 의해 행하는 엔진 컨트롤러(14)와, 어시스트 전동기(10) 및 선회 전동기(16)의 토크 제어 및 유압 펌프(6)의 용량 제어 등을 출력에 의해 행하는 차체 컨트롤러(11)와, 배터리(15)의 충방전 제어를 출력에 의해 행하는 배터리 컨트롤러(20)를 구비하고 있다.

붐(1a), 아암(1b), 버킷(1c), 상부 선회체(1d)의 동작은 조작 레버(4a, 4b)의 유압 조작 신호(제어 파일럿 압력)에 의해 지시되고, 하부 주행체(1e)의 동작은 도시하지 않은 주행용의 조작 페달 장치의 유압 조작 신호(제어 파일럿 압력)에 의해 지시된다.

조작 레버 장치(4a, 4b)는 파일럿 펌프(도시하지 않음)의 토출유에 의해 생성된 1차압을 조작 레버 장치(4a, 4b)에 구비되는 감압 밸브(리모콘 밸브)(도시하지 않음)의 조작 개방도에 따라서 2차압으로 감압하여 제어 파일럿 압력(유압 조작 신호)을 생성한다. 셔틀 밸브 블록(9)은, 2개의 조작 레버(4a, 4b)가 생성하는 유압 조작 신호(제어 파일럿 압력) 중 가장 압력이 높은 것을 조작 레버(4a, 4b)마다 선택해서 출력한다. 또한, 선회 조작을 지시하는 유압 조작 신호는, 압력 센서(18)에 의해 검출하므로, 셔틀 밸브 블록(9)으로부터 출력하는 유압 조작 신호로부터는 제외하는 것으로 한다.

셔틀 밸브 블록(9)으로부터 출력된 제어 파일럿 압력은, 방향 전환 밸브(5)의 수압부에 보내지고, 방향 전환 밸브(5)가 도시의 중립 위치로부터 전환된다. 방향 전환 밸브(5)는, 예를 들어, 유압 펌프(6)로부터의 토출유가 흐르는 센터 바이패스 라인에 배치되는 오픈 센터 타입의 스풀 밸브이며, 상기의 제어 파일럿 압력에 의해 전환 조작됨으로써, 유압 펌프(6)가 토출하는 압유의 흐름(방향과 유량)을 제어하고, 유압 액추에이터(3a 내지 3c)의 구동을 제어한다. 유압 펌프(6)는 엔진(7) 및/또는 어시스트 전동기(10)의 동력을 이용해서 회전 구동된다.

유압 펌프(6)는 가변 용량형의 펌프이며, 포지티브 제어 방식의 레귤레이터(6a)를 갖고 있다. 레귤레이터(6a)에는 셔틀 밸브 블록(9)으로부터 출력된 유압 조작 신호가 유도되어 있다. 포지티브 제어 방식의 레귤레이터(6a)는, 공지와 같이, 조작 레버(4a, 4b) 및 조작 페달의 조작 부재인 조작 레버 및 페달의 조작량(요구 유량)이 증가하고, 유압 조작 신호가 상승함에 따라서 유압 펌프(6)의 경사판 틸팅각(용량)을 증가시키고, 유압 펌프(6)의 토출 유량을 증가시킨다.

또한, 레귤레이터(6b)는, 공지와 같이, 유압 펌프(6)의 토출 압력이 높아짐에 따라서 유압 펌프(6)의 틸팅각(용량)을 저감시켜, 유압 펌프(6)의 흡수 토크를 미리 설정한 최대 토크를 초과하지 않도록 제어하는 토크 제한 제어 기능을 구비하고 있다.

어시스트 전동기(전동 발전기)(10)는 유압 펌프(6) 및 엔진(7)에 기계적으로 접속되어 있다. 어시스트 전동기(10)는 엔진(7)의 동력을 전기 에너지(전력)로 변환해서 인버터(12)에 출력하는 발전기로서의 기능과, 인버터(12)로부터 공급되는 전기 에너지(전력)에 의해 구동되고, 유압 펌프(6)를 어시스트 구동하는 전동기로서의 기능을 갖고 있다.

인버터(12)는 어시스트 전동기(10)가 발전기로서 기능할 때는, 어시스트 전동기(10)에서 생성한 교류 전력을 직류 전력으로 변환해서 출력하고, 어시스트 전동기(10)가 전동기로서 기능할 때는, 배터리(15)로부터의 직류 전력을 교류 전력으로 변환해서 어시스트 전동기(10)에 공급한다.

인버터(13)는 어시스트 전동기(10)가 생성하고 인버터(12)가 출력한 직류 전력을 교류 전력으로 변환해서 선회 전동기(16)에 공급한다. 선회 전동기(16)는 상부 선회체(1d)를 구동한다. 또한, 인버터(13)는 선회 제동 시에 선회 전동기(16)가 발전기로서 기능하여 회생한 교류 전력을 직류 전력으로 변환해서 출력한다.

배터리(15)는 인버터(12, 13)에 전력을 공급하거나, 어시스트 전동기(10)가 발생한 전기 에너지나 선회 전동기(16)로부터의 전기 에너지를 축적하거나 한다. 배터리 컨트롤러(20)는 센서를 통하여 배터리(15)의 전압이나 전류를 검출하고, 배터리(15)에 축적되어 있는 전기 에너지의 양, 소위 축전 잔량(SOC)을 추정하고, 당해 추정값을 차체 컨트롤러(11)에 출력하는 기능을 갖는다.

엔진 컨트롤러(엔진 제어 장치)(14)는 차체 컨트롤러(11)로부터의 목표 회전 속도와, 회전수 센서(19)가 검출하는 엔진(7)의 실 회전 속도의 편차를 연산하고, 이 회전 속도 편차에 기초하여 목표 연료 분사량을 연산하고, 대응하는 제어 신호를 엔진(7)에 구비되는 전자 거버너(7a)에 출력한다. 전자 거버너(7a)는 그 제어 신호에 의해 작동해서 목표 연료 분사량 상당의 연료를 분사하고 엔진(7)에 공급한다. 이에 의해 엔진(7)의 회전수는 목표 회전 속도로 유지되도록 제어된다.

차체 컨트롤러(11)로부터 엔진 컨트롤러(14)에 출력되는 목표 회전수는, 오퍼레이터로부터 엔진(7)의 목표 회전수가 선택적으로 입력되는 입력 장치(목표 회전수 입력 장치)인 엔진 컨트롤 다이얼(EC 다이얼)(31)로부터의 출력에 기초하여 결정되어 있다. 단, 차체 컨트롤러(11)로부터 엔진 컨트롤러(14)에 출력되는 목표 회전수는, 차체 컨트롤러(11)가, 유압 셔블의 상태[예를 들어, 엔진(7)의 냉각수 온도나 엔진(7)의 부하 등]를 고려해서 EC 다이얼(31)로 선택된 목표 회전수로부터 적절히 변경하는 경우가 있다. 어느 것으로 해도, 차체 컨트롤러(11)가, EC 다이얼(31)을 비롯한 오퍼레이터에 의한 지시와 유압 셔블의 상태에 기초하여 목표 회전수를 설정하고, 엔진 컨트롤러(14)가 그 회전수로 되도록 전자 거버너(7a)에 목표가 되는 연료 분사량의 지령 신호를 보낸다.

차체 컨트롤러(11)는 제어 연산 회로를 갖고 있으며, 이 제어 연산 회로에 있어서 어시스트 전동기(10), 선회 전동기(16)에 관한 하기 (1) 내지 (3)의 제어를 행한다.

(1) 선회 전동기(16)의 구동 제어

압력 센서(18)는, 조작 레버(4b)가 생성하는 유압 조작 신호 중 좌우 방향의 선회 조작[즉, 선회 전동기(16)의 조작]을 지시하는 유압 조작 신호가 통과하는 파일럿 유로에 설치되어 있고, 그 유압 조작 신호를 검출한다. 차체 컨트롤러(11)는 압력 센서(18)의 검출 신호(전기 신호)를 입력하고, 검출한 유압 조작 신호에 따라서 선회 전동기(16)의 구동 제어를 행한다. 구체적으로는, 좌측 방향의 선회 조작을 지시하는 유압 조작 신호를 검출한 때는, 그 유압 조작 신호에 기초하여 인버터(13)를 제어해서 선회 전동기(16)를 구동하는 역행 제어를 행하고, 유압 조작 신호에 대응한 속도로 상부 선회체(1d)가 좌선회하도록 선회 전동기(16)를 작동시킨다. 한편, 우측 방향의 선회 조작을 지시하는 유압 조작 신호를 검출한 때는, 그 유압 조작 신호에 기초하여 인버터(13)를 제어해서 선회 전동기(16)를 구동하는 역행 제어를 행하고, 유압 조작 신호에 대응한 속도로 상부 선회체(1d)가 우선회하도록 선회 전동기(16)를 작동시킨다.

또한, 조작 레버(4b)에 의한 선회 전동기(16)의 상기의 구동 제어 시에, 차체 컨트롤러(11)는 선회 요구 속도, 배터리(15)의 축전 잔량(SOC) 및 유압 펌프(6)의 부하 등을 참조하면서, 압력 센서(18)가 검출한 유압 조작 신호에 기초하여 인버터(12)를 제어해서 어시스트 전동기(10)를 발전기로서 동작시키는 발전 제어를 행하는 경우가 있다. 예를 들어, 선회 요구 속도가 상대적으로 큰 경우에는, 선회 전동기(16)의 구동 제어와 함께 어시스트 전동기(10)의 발전 제어를 실행하고, 선회 요구 속도가 상대적으로 작은 경우에는 선회 전동기(16)의 구동 제어만을 실행해서 발전 제어는 실행하지 않는다.

(2) 회수 전력의 축전 제어

또한, 차체 컨트롤러(11)는 상부 선회체(1d)의 제동 시(선회 제동 시)에 인버터(13)를 제어해서 선회 전동기(16)를 발전기로서 동작시키는 발전 제어를 행하고, 선회 전동기(16)로부터 전기 에너지를 회수함과 함께, 회수한 전기 에너지를 배터리(15)에 축적하는 제어를 행한다.

(3) 어시스트 전동기(10)의 제어[배터리(15)의 축전 관리 제어]

또한, 차체 컨트롤러(11)는 유압 펌프(6)의 유압 부하(펌프 흡수 토크)가 가볍고, 또한, 배터리 컨트롤러(20)에 의해 검출되는 배터리(15)의 축전 잔량이 적을 때는, 인버터(12)를 제어해서 어시스트 전동기(10)를 발전기로서 동작시키는 발전 제어를 행하고, 잉여의 전력을 발생시킴과 함께, 발생한 잉여 전력을 배터리(15)에 축적하는 제어를 행한다. 반대로, 유압 펌프(6)의 유압 부하(펌프 흡수 토크)가 무겁고, 또한, 배터리 컨트롤러(20)에 의해 검출되는, 배터리(15)의 축전 잔량이 소정량 이상 있을 때는, 인버터(12)를 제어해서 어시스트 전동기(10)에 배터리(15)의 전력을 공급해서 어시스트 전동기(10)를 전동기로서 동작시키는 역행 제어를 행하고, 유압 펌프(6)를 어시스트 구동한다.

그런데, 엔진(7)의 입력을 시간당의 연료의 열에너지로 한 때, 당해 입력으로부터 구동 대상[유압 펌프(6) 및 어시스트 전동기(10)]을 회전 구동하기 위해 취출할 수 있는 에너지(엔진 동력 X)와, 당해 구동 대상의 회전 구동에는 이용할 수 없는 에너지(에너지 손실 Y)와의 관계는, 일반적으로 도 3의 실선이 된다. 여기서는, 도 3의 실선에 있어서의 엔진 동력의 증가에 대한 에너지 손실의 증가 비율(X/Y)의 크기에 기초하여, 도 3의 그래프를 2개의 영역으로 구분하고, 당해 2개의 영역의 경계값이 되는 엔진 동력의 값을 「발전 임계값 E_th1」이라고 칭한다. 본 실시 형태에서는, 도 3의 실선에 대한 근사 직선을 2개 설정하고[저 엔진 동력측의 영역(저 동력 영역)에 있어서의 근사식을 Y=α1X＋β1로 하고, 고 엔진 동력측의 영역(고 동력 영역)에 있어서의 근사식을 Y=α2X＋β2로 하는[α1, α2, β1, β2는 상수이며, α1<α2 또한 β1>β2)], 당해 2개의 근사 직선의 교점을 발전 임계값 E_th1로서 미리 설정하고 있다.

도 3에 있어서, 발전 임계값 E_th1에 의해 구분되는 2개의 영역 중 발전 임계값 E_th1보다도 저 동력측의 영역(저 동력 영역)에서는, 기울기가 상대적으로 작은 근사 직선(Y=α1X＋β1)이 설정되어 있는 것으로부터도 알 수 있는 바와 같이, 에너지 손실의 증가 비율이 상대적으로 작게 되어 있다(α1<α2). 한편, 발전 임계값 E_th1보다도 고 동력측의 영역(고 동력 영역)에서는, 기울기가 상대적으로 큰 근사 직선(Y=α2X＋β2)이 설정되어 있는 것으로부터도 알 수 있는 바와 같이, 에너지 손실의 증가 비율이 크게 되어 있다(α1<α2). 즉, 발전 임계값 E_th1은, E_th1 미만의 범위에서 엔진 동력을 소정의 값만큼 증가한 때의 에너지 손실 증가 비율이, E_th1을 초과하는 범위에서 엔진 동력을 당해 소정의 값만큼 증가한 때의 에너지 손실 증가 비율보다도 작아지도록 선택되어 있다. 또한, 고 동력 영역에서는, 엔진 동력과 에너지 손실과의 관계는 거의 선형이고, 엔진 동력과 에너지 손실과의 합이 입력이므로, 입력에 대한 엔진 동력의 비율인 효율은 거의 일정하게 된다. 한편, 저 동력 영역에서는, 동력이 작을수록 효율이 저하되게 된다. 또한, 여기서는, 2개의 근사 직선의 교점을 발전 임계값 E_th1로 했지만, 발전 임계값 E_th1은 다른 값으로 해도 좋다. 예를 들어, 도 3에 있어서, 실선이 저 동력 영역의 근사 직선(Y=α1X＋β1)으로부터 괴리하기 시작하는 엔진 동력값(e1)으로부터, 실선이 고 동력 영역의 근사 직선(Y=α2X＋β2)에 일치하는 엔진 동력값(e2)까지의 범위에 포함되는 값으로부터, 임의로 선택한 값을 발전 임계값 E_th1로 해도 좋다. 또한, 어시스트 전동기(10)의 발전 허가 범위가 좁아지지만, 발전 임계값 E_th1을 엔진 동력값(e1) 이하의 저 동력 영역에 설정하는 것도 가능하다.

도 3에 도시하는 특성은, 유압 셔블을 비롯한 작업 기계에 사용되는 디젤 엔진에 있어서 일반적이며, 통상, 정격 부근의 동력이 큰 영역(고 동력의 영역)에 있어서, EGR(배기 재순환), 공연비 및 터보 과급기에 관한 하드웨어 및 소프트웨어를 조정함으로써, 원하는 연비나 동력을 실현하여, 상기와 같이 에너지 손실은 거의 선형으로 되어 있다. 그러나, 그와 동시에 저 동력의 영역에서도 고 동력의 영역과 마찬가지의 특성을 실현하는 것은 어렵고, 특히, 동력이 0인 아이들 운전에서도 엔진은 연료를 소비하므로, 에너지 손실은 0으로는 되지 않는다. 결과적으로 많은 엔진에서는, 도 3에 도시한 바와 같이, 소정의 동력값을 경계로 하여 동력과 손실의 관계가 구분적으로 변화하게 된다.

그런데, 어시스트 전동기(10)를 발전기로서 동작시키는 발전 제어를 행하여 배터리(15)를 충전할 때, 엔진(7)은 유압 펌프(6)에 추가하여 어시스트 전동기(10)를 구동한다. 도 3에 의하면, 이 경우에도, 엔진(7)의 동력에 의해 손실이 다르게 된다. 예를 들어, 유압 펌프(6)의 유압 부하(흡수 동력)가 저 동력 영역에 존재하는 X1(도시하지 않음)일 때에, 더 발전을 위해 ΔX(도시하지 않음)가 추가된 때, 에너지 손실은, 발전 전후에서, 도 3의 저 동력 영역의 근사 직선:Y=α1X＋β1로부터, α1ΔX 증가하는 것을 알 수 있다. 한편, 유압 펌프(6)의 유압 부하(흡수 동력)가 고 동력 영역에 존재하는 X2(도시하지 않음)일 때, 더 발전을 위해 ΔX가 더 추가된 때, 에너지 손실은, 도 3의 고 동력 영역의 근사 직선:Y=α2X＋β2로부터, α2ΔX 증가하는 것을 알 수 있다. α1<α2로부터, 동일한 ΔX의 발전을 할 때에 증가하는 에너지 손실은, 유압 펌프(6)의 유압 부하가 저 동력 영역에 존재하는 X1일 때의 쪽이, 고 동력 영역에 존재하는 X2일 때보다도(α2－α1) ΔX만큼 적어진다.

에너지 손실의 증가는, 그대로 엔진에의 입력의 증가에 연결된다. 입력은 연료(의 발열량)에 대응하므로, 발전량에 대해 손실의 증가가 적을수록, 발전의 연비에의 영향이 적게 된다. 따라서, 도 3의 특성을 갖는 엔진(7)에서는, 배터리(15)를 충전할 때는, 엔진의 동력이 발전 임계값 E_th1 이하일 때에 발전한 쪽이, 그 이상의 동력이 클 때에 발전하는 것보다, 연비가 좋아질 것이다.

또한, 상기 (2)의 회수 전력의 축전 제어에서는, 충전을 할 수 있는 것은 선회 제동 시이므로, 충전의 타이밍은 선회의 동작에 의해 결정되지만, 상기 (3)의 축전 관리 제어에서는, 유압 펌프(6)의 유압 부하(흡수 동력)가, 엔진의 최대 동력보다 작을 때이면 언제나 충전이 가능하다. 따라서, 상기 (3)의 축전 관리 제어에서, 도 3의 엔진(7)의 특성을 고려하여, 엔진의 동력이 비교적 작을 때에 선택적으로 충전하고, 엔진의 동력이 비교적 클 때는 충전을 억제함으로써, 작업 기계의 연비의 향상이 가능해진다.

도 4는, 어시스트 전동기(10)에 의한 발전 시에 있어서 도 2의 액추에이터 구동 제어 시스템 내에서 입출력되는 동력을 도시하는 도면이다. 이 도면에 도시하는 바와 같이, 도 2의 시스템은 어시스트 전동기(10)에 의한 발전 시에 있어서, 엔진(7)이 출력하는 동력(엔진 동력:Pe)은, 유압 펌프(6)를 회전시키는 동력(펌프 흡수 동력:Pp)과, 발전 시에 어시스트 전동기(10)를 회전시키는 동력(발전 동력:Pa)으로서 이용된다. 즉, 「Pe=Pp＋Pa」가 성립한다.

상기의 것을 이용하여, 연비를 고려한, 배터리(15)의 충전 방법을 설명한다. 도 5는 차체 컨트롤러(11)가 실행하는 상기 (3)의 축전 관리 제어 중, 어시스트 전동기(10)에 의한 배터리(15)의 충전 알고리즘을 도시하는 제1 흐름도이며, 당해 흐름도는 주기적으로 반복해서 실행된다.

우선, 차체 컨트롤러(11)는, 스텝 S10에 있어서, 유압 펌프(6) 및 어시스트 전동기(10)로부터 엔진(7)에 요구되는 엔진 동력 Pe를 추정한다. 차체 컨트롤러(11)에 의한 엔진 동력 Pe의 추정 방법으로서는 예를 들어 다음의 (A) 내지 (C)의 3개가 있다.

(A) 엔진 컨트롤러(14)의 출력을 이용하는 방법

전술한 바와 같이, 엔진 컨트롤러(14)에서는 엔진(7)의 목표 연료 분사량이 연산된다. 일반적으로, 엔진의 연료 분사량은, 엔진의 토크에 거의 대응하는 것이 알려져 있고, 연료 분사량과 토크의 관계를 나타내는 맵이 이용되고 있다. 따라서 당해 맵을 참조하고, 엔진 컨트롤러(14)로 연산된 목표 연료 분사량으로부터 엔진(7)의 토크를 추정한다. 이와 같이 추정된 토크와, 회전수 센서(19)로부터 입력되는 회전수를 엔진 컨트롤러(14)로부터 차체 컨트롤러(11)에 출력하고, 차체 컨트롤러(11)로 토크와 회전수의 곱을 연산함으로써 엔진 동력 Pe의 추정값을 산출할 수 있다.

(B) 유압 펌프(6)의 흡수 동력 Pp와 어시스트 전동기(10)의 요구 발전 동력 Pa*의 합으로부터 추정하는 방법

이 방법을 설명하는 데 있어서, 우선 유압 펌프(6)의 흡수 동력 Pp의 추정 방법에 대해 설명하지만, 그 추정 시에, 차체 컨트롤러(11)는, 우선, 유압 펌프(6)의 유량을 추정한다. 유압 펌프(6)의 유량 추정값을 산출하기 위해서는, 조작 레버(4a, 4b)에 의한 제어 파일럿 압력을 압력 센서(17, 18)에 의해 검출하고, 이들을 차체 컨트롤러(11)에 출력한다. 전술한 바와 같이 제어 파일럿 압력은 셔틀 밸브 블록(9)을 통해서, 레귤레이터(6a)에 유도되고, 유압 펌프(6)의 경사판 틸팅각(용량)을 증감시킨다. 따라서, 차체 컨트롤러(11)에 있어서, 제어 파일럿 압력의 검출값에 대해, 이들 유압 회로의 동작에 대응하는 연산을 행하고, 레귤레이터(6a)에 공급되는 유압 조작 신호를 연산함으로써, 유압 펌프(6)의 유량을 추정할 수 있다. 그리고, 이 유량 추정값과, 압력 센서(21)로부터 차체 컨트롤러(11)에 출력되는 유압 펌프(6)의 토출압과의 곱을, 유압 펌프(6)의 효율로 제산함으로써, 유압 펌프(6)의 흡수 동력 Pp를 산출할 수 있다.

다음에, 어시스트 전동기(10)의 요구 발전 동력 Pa*의 연산에 대해 도 6을 사용해서 설명한다. 도 6은 차체 컨트롤러(11)에 의한 어시스트 전동기(10)의 요구 발전 동력 Pa*의 연산 프로세스를 도시하는 도면이다.

이 도면에 도시하는 바와 같이, 우선, 차체 컨트롤러(11)는 배터리 컨트롤러(20)로부터 입력된 배터리(15)의 축전 잔량(소위 SOC)에 기초하여 목표 충전량을 결정한다. 본 실시 형태에 관한 배터리(15)에서는, 주로 SOC가 30 내지 70％의 범위에서 충방전하는 것이 바람직하므로, 도 6의 예에서는, SOC가 30％ 이하의 범위에서 목표 충전량을 최대값으로 설정하고, SOC가 30 내지 70％의 사이에는 SOC의 증가와 함께 목표 충전량을 서서히 감소시키고, SOC가 70％ 이상의 범위에서 목표 충전량을 제로로 하고 있다. 그리고, 선회 전동기(16)에 의한 회생 전력에 의한 충전을 고려하여, 상기의 목표 충전량과 회생 전력에 의한 충전량과의 차를 어시스트 전동기(10)에 의한 충전량으로 한다. 요구 발전 동력 Pa*는, 엔진(7)이 어시스트 전동기(10)에 공급해야 할 동력이므로, 목표 충전량과 회생 전력에 의한 충전량의 차를, 어시스트 전동기(10), 인버터(12) 및 배터리(15)의 충전 시의 효율의 곱으로 제산함으로써 연산할 수 있다.

그리고 최종적으로, 상기와 같이 연산한 유압 펌프(6)의 흡수 동력 Pp와 어시스트 전동기(10)의 요구 발전 동력 Pa*의 합을 연산함으로써, 엔진 동력 Pe의 추정값을 산출할 수 있다.

(C) 조작 레버(4a, 4b)의 제어 파일럿 압력으로부터 추정하는 방법

이 방법에서는, 조작 레버(4a, 4b)의 조작이 행해져 있지 않다고 판정된 경우에는, 유압 셔블에 의한 작업이 행해져 있지 않다고 추정하여, 엔진 동력 Pe를 0으로 간주한다. 한편, 조작 레버(4a, 4b)의 조작이 행해져 있다고 판정된 경우에는, 어떤 작업 중이므로 엔진 동력 Pe를 최대값으로 간주한다. 그 때, 조작 레버(4a, 4b)의 조작의 유무는, 압력 센서(17, 18)에 의해 검출되는 제어 파일럿압의 대소로 판단할 수 있다. 당해 제어 파일럿압이 설정값(예를 들어, 0.5㎫) 이하인 경우에는, 조작 레버(4a, 4b)에 의한 조작은 행해져 있지 않다고 판정하고, 당해 설정값을 초과하는 경우에는, 조작 레버(4a, 4b)에 의한 조작이 행해져 있다고 판정한다.

상기와 같이 (A) 내지 (C)의 어느 방법에 의해 S10에서 엔진 동력 Pe를 추정하면, 스텝 S20으로 진행하고, S10에서 산출한 엔진 동력 Pe가, 발전 임계값 E_th1보다 큰지 여부를 판정한다. 스텝 S20에 있어서, 엔진 동력 Pe가 발전 임계값 E_th1보다 크다고 판정된 경우에는, 차체 컨트롤러(11)는 어시스트 전동기(10)에 의한 발전을 금지한다(스텝 S30). 즉, 어시스트 전동기(10)에 대한 발전 요구가 있어도, 이를 무시하고 발전을 행하지 않도록 제어한다.

한편, S20에 있어서, 엔진 동력 Pe가 발전 임계값 E_th1 이하로 판정된 경우에는, 차체 컨트롤러(11)는 어시스트 전동기(10)에 의한 발전을 허가한다(스텝 S40). 즉, 어시스트 전동기(10)에 대한 발전 요구가 있던 경우에는, 차체 컨트롤러(11)는 어시스트 전동기(10)의 발전 동력 Pa로서, 당해 발전 요구대로의 동력(즉, 요구 발전 동력 Pa*)을 공급하는 발전 지령을, 인버터(12)에 대해 출력한다. 그리고, 스텝 S30, 40이 종료되면, 처음으로 되돌아가 S10 이후의 처리를 반복한다.

상기한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 어시스트 전동기(10)에 대한 발전 요구가 있었던 때에 당해 발전 요구와 유압 펌프(6)의 작동을 실현하기 위해 엔진(7)에 요구되는 동력 Pe를 추정하고, 당해 엔진 동력 Pe가 발전 임계값 E_th1 이하일 때에만 어시스트 전동기(10)의 발전을 허가하고 있다. 이와 같이 발전 제어를 행하면, 에너지 손실이 상대적으로 적은 저 동력 영역(도 3 참조)에서만 어시스트 전동기(10)에 의한 발전이 행해지고, 에너지 손실이 상대적으로 많은 고 동력 영역(도 3 참조)에서는 어시스트 전동기(10)의 발전을 금지할 수 있으므로, 배터리(15)를 충전할 때의 엔진(7)의 연료 소비량을 감소할 수 있어, 하이브리드식 유압 셔블의 연비를 향상시킬 수 있다.

또한, 스텝 S10에 관한 엔진 동력 Pe의 추정 시에, 상기 (C)의 방법을 선택한 경우는, 조작 레버(4a, 4b)가 조작되어 있는 경우에는 엔진 동력 Pe는 발전 임계값 E_th1보다 항상 크게 되어 버리므로, 어시스트 전동기(10)에 의한 충전은 조작 레버(4a, 4b)가 조작되어 있지 않을 때(즉, 작업이 행해져 있지 않을 때)에만 실행되게 된다.

다음에 본 발명에 관한 제2 실시 형태에 대해 설명한다. 도 7은 차체 컨트롤러(11)가 실행하는 축전 관리 제어 중, 어시스트 전동기(10)에 의한 배터리(15)의 충전 알고리즘을 도시하는 제2 흐름도이며, 당해 흐름도는 주기적으로 반복해서 실행된다.

우선, 차체 컨트롤러(11)는, 스텝 S11에 있어서, 유압 펌프(6)의 흡수 동력 Pp를 추정하는 처리를 행한다. 펌프 흡수 동력 Pp는, 상기 엔진 동력 Pe의 추정 방법의 (B)에서 설명한 처리에 의해 산출할 수 있다. 즉, 압력 센서(17, 18)에 의해 검출되는 조작 레버(4a, 4b)에 의한 제어 파일럿 압력과, 압력 센서(21)에 의해 검출되는 유압 펌프(6)의 토출압에 기초하여, 유압 펌프(6)의 흡수 동력 Pp의 추정값을 산출한다.

다음에, 차체 컨트롤러(11)는, 스텝 S12에 있어서, 어시스트 전동기(10)의 요구 발전 동력 Pa*를 연산하는 처리를 행한다. 요구 발전 동력 Pa*에 대해서도, 상기 엔진 동력 Pe의 추정 방법의 (B)에서 설명한 처리에 의해 산출할 수 있다. 즉, 배터리(15)의 SOC와, 회생 전력에 의한 충전량에 기초하여, 요구 발전 동력 Pa*를 산출한다.

S13에서는, 차체 컨트롤러(11)는, S12에서 산출한 요구 발전 동력 Pa*가 제로보다 큰지 여부를 판정한다. 요구 발전 동력 Pa*가 제로인 경우는, 충전은 불필요하므로, 어시스트 전동기(10)에 의한 발전을 행하지 않는다(S14). 한편, S13에 있어서, 요구 발전 동력 Pa*가 제로보다 큰 경우에는, 스텝 S20a로 진행한다.

스텝 S20a에서는, S11에서 산출한 펌프 흡수 동력 Pp의 추정값과, S12에서 산출한 요구 발전 동력 Pa*의 합을 산출하고, 그 합인 엔진 동력 Pe가 E_th1보다 큰지 여부를 판정한다.

S20a에 있어서, 엔진 동력 Pe가 발전 임계값 E_th1 이하로 판정된 경우에는, 차체 컨트롤러(11)는 어시스트 전동기(10)의 발전 동력 Pa로서, 발전 요구대로의 동력(즉, 요구 발전 동력 Pa*)을 공급하는 발전 지령을, 인버터(12)에 대해 출력한다(스텝 S40a).

한편, S20a에 있어서, 엔진 동력 Pe가 발전 임계값 E_th1보다 크다고 판정된 경우에는, S11에서 산출한 펌프 흡수 동력 Pp가 발전 임계값 E_th1 이상인지 여부를 판정한다(S21).

S21에 있어서, 펌프 흡수 동력 Pp가 발전 임계값 E_th1 미만이라고 판정된 경우에는, 차체 컨트롤러(11)는 어시스트 전동기(10)의 발전 동력 Pa로서, 발전 임계값 E_th1로부터 펌프 흡수 동력 Pp를 감한 동력(즉, E_th1-Pp)을 공급하는 발전 지령을, 인버터(12)에 대해 출력한다(스텝 S22). 즉, 이 경우에는, 펌프 흡수 동력 Pp와 요구 발전 동력 Pa*의 합이 발전 임계값 E_th1을 초과해 버리지만, 발전 임계값 E_th1 미만의 펌프 흡수 동력 Pp는 우선적으로 출력하고, 발전 임계값 E_th1로부터 당해 펌프 흡수 동력 Pp를 감한 동력에까지 발전 동력 Pa를 제한함으로써, 실제의 엔진 동력을 발전 임계값 E_th1에까지 제한하는 제어가 실행된다.

한편, S21에 있어서, 펌프 흡수 동력 Pp가 발전 임계값 E_th1 이상이라고 판정된 경우에는, 차체 컨트롤러(11)는 어시스트 전동기(10)의 발전 동력 Pa를 제로로 하는 발전 지령을 인버터(12)에 대해 출력하고, 어시스트 전동기(10)에 의한 발전을 금지한다(스텝 S30a). 즉, 이 경우에는, 펌프 흡수 동력 Pp만으로 발전 임계값 E_th1이상에 도달하므로, 펌프 흡수 동력 Pp만을 엔진(7)으로부터 출력하여, 발전 요구가 있어도 발전 동력 Pa는 일절 출력하지 않는 제어가 실행된다. 이 경우에는, 실제의 엔진 동력은 발전 임계값 E_th1을 초과해 버리지만, 당해 초과분의 엔진 동력은 유압 펌프(6)의 구동에 필요한 값으로 억제된다.

스텝 S14, S40a, S22 및 S30a의 처리가 종료되면, 처음으로 되돌아가 S11 이후의 처리를 반복한다.

이와 같이 본 실시 형태에 의해서도, 에너지 손실이 상대적으로 적은 저 동력 영역에서만 어시스트 전동기(10)에 의한 발전이 행해지고, 에너지 손실이 상대적으로 많은 고 동력 영역에서는 어시스트 전동기(10)의 발전을 금지할 수 있으므로, 배터리(15)를 충전할 때의 엔진(7)의 연료 소비량을 감소할 수 있어, 하이브리드식 유압 셔블의 연비를 향상시킬 수 있다. 특히 본 실시 형태에서는, 펌프 흡수 동력 Pp와 요구 발전 동력 Pa*의 합이 발전 임계값 E_th1을 초과하는 경우라도, 펌프 흡수 동력 Pp가 발전 임계값 E_th1 이하이면, 양자의 차분만 발전이 행해지므로, 제1 실시 형태의 경우와 비교해서 충전의 기회를 증가할 수 있어, 축전 잔량이 더 저하하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 스텝 S22에 있어서, 발전 임계값 E_th1로부터 펌프 흡수 동력 Pp를 감한 동력(E_th1-Pp)을 공급하는 발전 지령을, 인버터(12)에 대해 출력했지만, 이것만 한정되지 않고, 발전 임계값 E_th1로부터 펌프 흡수 동력 Pp를 감한 동력 "이하"의 동력을 공급하는 발전 지령이면 된다.

다음에 본 발명에 관한 제3 실시 형태에 대해 설명한다. 본 실시 형태는, 발전 임계값 E_th가 배터리(15)의 SOC에 따라서 변화되는 점에 특징이 있다. 도 8은, 차체 컨트롤러(11)가 실행하는 축전 관리 제어 중, 어시스트 전동기(10)에 의한 배터리(15)의 충전 알고리즘을 도시하는 제3 흐름도이며, 당해 흐름도는 주기적으로 반복해서 실행된다.

스텝 S11로부터 스텝 S14까지는 도 7과 동일하므로 설명은 생략한다. 스텝 S13에 있어서 요구 발전 동력 Pa*가 제로보다 큰 경우에는, 스텝 S15로 진행하고, 차체 컨트롤러(11)는, 후속의 처리에서 이용하는 발전 임계값 E_th를 SOC에 기초하여 연산하는 처리를 행한다.

도 9는 도 8의 스텝 S15에서 발전 임계값 E_th의 연산에 이용되는 맵의 일례를 나타내는 도면이다. 이 도면에 도시하는 맵에 기초하여, 차체 컨트롤러(11)는 배터리(15)의 SOC로부터 발전 임계값 E_th를 결정한다.

이 도면의 예에서는, SOC가 이상적인 30％ 내지 70％의 영역에서는, 이전의 각 실시 형태와 마찬가지로 에너지 손실이 적은 E_th1에 발전 임계값을 설정하고 있다.

또한, SOC가 70％ 이상의 영역에서는, 어시스트 전동기(10)에 의한 발전이 불필요하므로, 발전 임계값 E_th를 제로로 설정하고 있다. 이에 의해, 어시스트 전동기(10)에 의한 발전은 항상 행해지지 않게 된다. 또한, 요구 발전 동력 Pa*의 산출에 도 6의 맵을 이용한 경우에는, SOC가 70％ 이상일 때에는 요구 발전 동력 Pa*는 제로가 되므로, 제어간의 부정합은 생기지 않게 되어 있다.

또한, SOC가 30％ 미만인 영역에서는, 에너지 손실이 증가해도 발전이 필요하게 되므로, 축전 잔량의 감소에 따라서 발전 임계값 E_th가 증가하도록 설정하고 있다[도 9의 예에서는, SOC의 감소에 따라서 발전 임계값은 E_thMax(최대값)까지 증가함]. 이에 의해 어시스트 전동기(10)에 의한 충전의 기회가 증가하고, 축전 잔량이 더욱 저하하는 것을 방지할 수 있다.

S15에서 발전 임계값 E_th를 연산하면, 스텝 S20b로 진행한다. 스텝 S20b에서는, S11에서 산출한 펌프 흡수 동력 Pp의 추정값과, S12에서 산출한 요구 발전 동력 Pa*의 합(엔진 동력 Pe)이, S15에서 산출한 발전 임계값 E_th보다 큰지 여부를 판정한다.

S20b에 있어서, 엔진 동력 Pe가 발전 임계값 E_th 이하로 판정된 경우에는, 차체 컨트롤러(11)는 어시스트 전동기(10)의 발전 동력 Pa로서, 발전 요구대로의 동력(즉, 요구 발전 동력 Pa*)을 공급하는 발전 지령을, 인버터(12)에 대해 출력한다(스텝 S40a).

한편, S20b에 있어서, 엔진 동력 Pe가 발전 임계값 E_th보다 크다고 판정된 경우에는, S11에서 산출한 펌프 흡수 동력 Pp가 발전 임계값 E_th 이상인지 여부를 판정한다(S21b).

S21b에 있어서, 펌프 흡수 동력 Pp가 발전 임계값 E_th 미만이라고 판정된 경우에는, 차체 컨트롤러(11)는 어시스트 전동기(10)의 발전 동력 Pa로서, 발전 임계값 E_th로부터 펌프 흡수 동력 Pp를 감한 동력(즉, E_th-Pp)을 공급하는 발전 지령을, 인버터(12)에 대해 출력한다(스텝 S22b). 즉, 이 경우에는 펌프 흡수 동력 Pp와 요구 발전 동력 Pa*의 합이 발전 임계값 E_th를 초과해 버리지만, 발전 임계값 E_th 미만의 펌프 흡수 동력 Pp는 우선적으로 출력하고, 발전 임계값 E_th로부터 당해 펌프 흡수 동력 Pp를 감한 동력에까지 발전 동력 Pa를 제한함으로써, 실제의 엔진 동력을 발전 임계값 E_th로 제한하는 제어가 실행된다.

한편, S21b에 있어서, 펌프 흡수 동력 Pp가 발전 임계값 E_th 이상이라고 판정된 경우에는, 차체 컨트롤러(11)는 어시스트 전동기(10)의 발전 동력 Pa를 제로로 하는 발전 지령을 인버터(12)에 대해 출력하고, 어시스트 전동기(10)에 의한 발전을 금지한다(스텝 S30a).

이와 같이 본 실시 형태에 의하면, 에너지 손실이 상대적으로 적은 저 동력 영역에서 주로 어시스트 전동기(10)에 의한 발전이 행해지고, 에너지 손실이 상대적으로 많은 고 동력 영역에서는 어시스트 전동기(10)의 발전을 최대한 금지할 수 있으므로, 배터리(15)를 충전할 때의 엔진(7)의 연료 소비량을 감소할 수 있어, 하이브리드식 유압 셔블의 연비를 향상시킬 수 있다. 특히 본 실시 형태에서는, SOC가 30％ 미만에 도달한 경우에는, 발전 임계값 E_th가 E_th1보다도 큰 값으로 설정되어, 에너지 손실보다도 배터리(15)의 충전이 우선되므로, 이전의 각 실시 형태와 비교해서 충전의 기회를 증가할 수 있어, 배터리(15)의 축전 잔량의 감소를 방지할 수 있다.

또한, 상기의 각 실시 형태에서는, 작업 기계로서 하이브리드식 유압 셔블의 경우에 대해 설명했지만, 엔진에 기계적으로 접속된 유압 펌프 및 어시스트 전동기(전동 발전기)를 구비하는 작업 기계이면, 유압 셔블 이외에도 본 발명은 적용 가능하다.

또한, 본 발명은, 상기의 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 그 요지를 일탈하지 않는 범위 내의 다양한 변형예가 포함된다. 예를 들어, 본 발명은, 상기의 실시 형태에서 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되지 않고, 그 구성의 일부를 삭제한 것도 포함된다. 또한, 어느 실시 형태에 관한 구성의 일부를, 다른 실시 형태에 관한 구성에 추가 또는 치환하는 것이 가능하다.

또한, 상기의 컨트롤러(11, 14, 20)에 관한 각 구성이나 당해 각 구성의 기능 및 실행 처리 등은, 그들의 일부 또는 전부를 하드웨어(예를 들어 각 기능을 실행하는 로직을 집적 회로로 설계하는 등)로 실현해도 된다. 또한, 상기의 컨트롤러(11, 14, 20)에 관한 구성은, 연산 처리 장치(예를 들어 CPU)에 의해 판독ㆍ실행됨으로써 당해 제어 장치의 구성에 관한 각 기능이 실현되는 프로그램(소프트웨어)으로 해도 된다. 당해 프로그램에 관한 정보는, 예를 들어, 반도체 메모리(플래시 메모리, SSD 등), 자기 기억 장치(하드 디스크 드라이브 등) 및 기록 매체(자기 디스크, 광 디스크 등) 등에 기억할 수 있다.

또한, 상기의 각 실시 형태의 설명에서는, 제어선이나 정보선은, 당해 각 실시 형태의 설명에 필요하다고 이해되는 것을 나타냈지만, 반드시 제품에 관한 모든 제어선이나 정보선을 나타내고 있다고는 할 수 없다. 실제로는 거의 모든 구성이 서로 접속되어 있다고 생각해도 된다.

3a : 붐 실린더
3b : 아암 실린더
3c : 버킷 실린더
3e, 3f : 주행 모터
4a, 4b : 조작 레버
5 : 방향 전환 밸브
6 : 유압 펌프
6b : 레귤레이터
7 : 엔진
7a : 전자 거버너
8 : 탱크
9 : 셔틀 밸브 블록
10 : 어시스트 전동기
11 : 차체 컨트롤러
12, 13 : 인버터
14 : 엔진 컨트롤러
15 : 배터리
16 : 선회 전동기
17, 18 : 압력 센서
19 : 회전수 센서
20 : 배터리 컨트롤러
31 : 엔진 컨트롤 다이얼
E_th, E_th1, E_thMax : 발전 임계값
Pa : 발전 동력
Pa* : 요구 발전 동력
Pe : 엔진 동력
Pp : 펌프 흡수 동력

Claims

엔진과,
상기 엔진의 동력을 이용해서 발전하는 전동 발전기와,
상기 엔진 및/또는 상기 전동 발전기의 동력을 이용해서 작동하는 유압 펌프와,
상기 전동 발전기에 대해 발전 요구를 출력할 때에 상기 엔진에 요구되는 동력인 엔진 요구 동력을 추정하고, 당해 엔진 요구 동력이 미리 설정한 임계값 이하일 때에만 상기 전동 발전기의 발전을 허가하는 제어 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는, 하이브리드식 작업 기계.
제1항에 있어서,
상기 임계값은, 상기 임계값 미만의 범위에서 상기 엔진의 동력을 소정의 값만큼 증가한 때의 에너지 손실 증가 비율이, 상기 임계값을 초과하는 범위에서 상기 엔진의 동력을 상기 소정의 값만큼 증가한 때의 에너지 손실 증가 비율보다도 작아지도록 선택되어 있는 것을 특징으로 하는, 하이브리드식 작업 기계.
제2항에 있어서,
상기 제어 장치는,
상기 발전 요구 시에 상기 유압 펌프와 상기 전동 발전기가 상기 엔진에 요구하는 동력인 유압 펌프 요구 동력과 전동 발전기 요구 동력을 각각 산출하고, 당해 유압 펌프 요구 동력과 당해 전동 발전기 요구 동력의 합에 기초하여 상기 엔진 요구 동력을 산출하고 있고,
상기 엔진 요구 동력이 상기 임계값 이하일 때, 상기 전동 발전기에 상기 전동 발전기 요구 동력을 공급하는 것을 특징으로 하는, 하이브리드식 작업 기계.
제2항에 있어서,
상기 제어 장치는,
상기 발전 요구 시에 상기 유압 펌프와 상기 전동 발전기가 상기 엔진에 요구하는 동력인 유압 펌프 요구 동력과 전동 발전기 요구 동력을 각각 산출하고, 당해 유압 펌프 요구 동력과 당해 전동 발전기 요구 동력의 합에 기초하여 상기 엔진 요구 동력을 산출하고 있고,
상기 엔진 요구 동력이 상기 임계값보다 크고, 또한, 상기 유압 펌프 요구 동력이 상기 임계값 미만일 때, 상기 임계값으로부터 상기 유압 펌프 요구 동력을 감한 값 이하의 동력을 상기 전동 발전기에 공급하는 것을 특징으로 하는, 하이브리드식 작업 기계.
제2항에 있어서,
상기 제어 장치는,
상기 발전 요구 시에 상기 유압 펌프와 상기 전동 발전기가 상기 엔진에 요구하는 동력인 유압 펌프 요구 동력과 전동 발전기 요구 동력을 각각 산출하고, 당해 유압 펌프 요구 동력과 당해 전동 발전기 요구 동력의 합에 기초하여 상기 엔진 요구 동력을 산출하고 있고,
상기 엔진 요구 동력이 상기 임계값보다 크고, 또한, 상기 유압 펌프 요구 동력이 상기 임계값 이상일 때, 상기 전동 발전기에 의한 발전을 금지하는 것 특징으로 하는, 하이브리드식 작업 기계.
제1항에 있어서,
상기 전동 발전기에 의해 발전된 전력을 축적하는 축전 장치를 더 구비하고,
상기 전동 발전기에 의한 발전량은, 상기 축전 장치의 축전 잔량에 기초하여 결정되어 있고,
상기 임계값은, 상기 축전 장치의 축전 잔량의 감소에 따라서 증가하도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는, 하이브리드식 작업 기계.