液压作业机械制造技术

在具备与发动机和液压泵连结的辅助电动机的液压作业机械中，控制发动机的转速和转矩以使发动机的动作点通过规定路径，由此改善发动机的转速和转矩发生变化的过渡状态下的发动机的燃烧状态。根据液压挖掘机的作业负载的变化，设定发动机(7)的目标转速和目标转矩使得发动机(7)的转速和转矩沿着运转区域的规定路径(F)变化，并且限制发动机(7)的目标转速和目标转矩的各自的变化率，控制发动机(7)以得到该目标转速，并且控制辅助电动机(10)的转矩以得到该目标转矩。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及液压挖掘机等液压作业机械，尤其涉及除了发动机以外还具备由蓄电装置驱动的辅助电动机的混合动力驱动式的液压作业机械。
技术介绍
近年来，在液压挖掘机等液压作业机械领域中，发动机排出的废气的限制一年比一年严格。另外，由于燃料费的高涨、不景气的影响，市场上强烈请求燃料消耗率的提高。为了应对排气限制，发动机厂商等正在努力减少特别是废气中包含的颗粒状物质PM和氮氧化物NOx，目前开发出了很多燃烧控制的高度化技术。另一方面，还开发出了通过将DPF(diesel particulate filter，柴油机微粒过滤器)、尿素SCR系统等废气后处理装置设置于发动机与消音器之间，来进行上述颗粒状物质PM和氮氧化物NOx的捕集和净化处理的技术，与燃烧控制的高度化技术适当地进行组合来应对更严格的废气限制。但是，通常，上述DPF、尿素SCR系统等废气后处理装置复杂且使用昂贵的材料。例如使用于DPF的催化剂使用白金。另外，在尿素SCR系统中需要具备预先储藏有尿素的容器和尿素喷射装置。因此，具备废气后处理装置的发动机系统与单独的系统相比成本相当高。因而，为了除去或简化后处理装置，期望确定从发动机本身减少PM、NOx等限制对象成分的排出的方法。另一方面，为了提高燃料消耗率，提出并开发了作为驱动源，除了发动机以外还具备由电池等蓄电装置驱动的辅助电动机的混合动力驱动式的液压作业机械。在具有该结构的混合动力驱动中，对于泵所需要的输出，不仅通过发动机还通过辅助电动机来供给即可。以往，与液压泵的输出对应地确定发动机的转矩，但是如果使用辅助电动机，则能够将发动机的转矩设定为期望的值。因而，能够将用转速和转矩表现的发动机的动作点设定为燃料效率良好的点。例如在专利文献1所提出的工程机械(液压作业机械)中，通过具有由发动机驱动的电动机，而将发动机输出的剩余量储存为电能来实现节能，在发动机输出不足时，放出所储存的该电能来驱动电动机而维持所需的泵吸收转矩。在专利文献1中，通过这种结构，能够采用具有相当于工程机械进行作业时所需的平均马力的额定输出的小型发动机，从而实现燃料消耗率的提高、排出CO2的削减。在专利文献2的图6中提出的作业机械中，构成为由发动机和电动机驱动液压泵来产生液压，将发动机输出的增加率设定为规定值，并将根据该增加率的规定值求出的发动机的输出上限值与根据液压泵所请求的液压输出求出的请求输出进行比较，在请求输出超过输出上限值时，通过电动机的输出补充超出部分的输出。在专利文献2中，通过这种结构，在液压负载急剧增大时，也能够控制为发动机的负载不会急剧增大，能够将发动机的运转条件维持为适当的范围，因此能够避免燃烧效率下降、产生黑烟、发动机停止。在先技术文献专利文献专利文献1：日本专利第4512283号专利文献2：日本专利第4633813号
技术实现思路
专利技术要解决的问题在液压挖掘机等液压作业机械中，在进行挖掘等作业时，液压泵所请求的负载的变动急剧并且非常大，其结果，与汽车等不同，对发动机施加的负载在发动机额定转矩的大约0～100％的范围内瞬间地变动。这对应于由发动机的转速和转矩表现的发动机的动作点快速且大范围地变化这一情况。另一方面，发动机仅喷射与所请求的转矩对应的量的燃料，并且为了减少废气中的作为大气污染物的颗粒状物质PM和氮氧化物NOx的排出量而对燃料喷射、吸入空气、使废气回流为进气的EGR气体等的量进行控制。此时，在转速和转矩固定的稳态运转中，能够使上述各控制量稳定地维持为最优值，因此能够相当程度地抑制颗粒状物质PM和氮氧化物NOx的排出量，还提高燃料消耗率。相反，在发动机的转速、转矩发生变化的过渡状态下，难以准确地预测上述各控制量的响应，从而难以在变化中的各时刻将各控制量控制为最优值，性质与相当程度地最优化后的稳态运转下的燃烧不同，因此颗粒状物质PM和氮氧化物NOx的排出量增加，燃料消耗率也恶化。为了应对这些情况，而增加DPF的容量、尿素SCR系统的容器，或者通过在DPF中多喷射燃料来提高废气的温度从而缩短使堆积的PM强制地燃烧的再生控制的启动间隔，或者在尿素SCR系统中进行与发动机的燃料喷射状况相应的极细的尿素喷射控制等，这些措施均导致成本上升、燃料消耗率进一步恶化。总之，认为对发动机施加的负载变动的变化越急剧且越大则越不利于排气和燃料消耗率。在由发动机和辅助电动机来驱动液压泵的混合动力驱动的结构中，构成为不仅通过发动机、还与辅助电动机协调地支持液压泵所请求的急剧且大的负载变动。因此，能够较容易地减轻对发动机施加的负载变动。在专利文献1中记述了以下方式：如果液压泵所请求的转矩大于发动机的规定转矩，则使用辅助电动机来辅助发动机，如果液压泵所请求的转矩小于发动机的规定转矩则将辅助电动机用作发电机，由此使发动机的转矩平均化。在该方式中，平均化的结果是，如专利文献1的图2所示，与作业的负载大小无关地，动作点始终位于小型化的发动机的额定输出点Pa附近。但是，当考虑到应用工程机械的各种作业时，将额定输出点Pa确定为一个点并不容易。例如，如果持续进行负载大的作业，则辅助电动机为了辅助发动机而消耗掉充入蓄电装置的电力，最终有可能导致泵无法输出该作业所需的输出。另外，在持续进行负载小的作业的情况下，所发电的电力充入蓄电装置，但是在充满电之后，无法维持发动机的额定输出点Pa。为了解决这些问题，需要大容量的蓄电装置。另外，为了在所有作业中将发动机的负载平均化为额定输出点Pa时，至少需要假设的最大负载的一半左右的输出的辅助电动机。这些均导致成本增加，因此为了实用化，需要根据作业负载使发动机的动作点适当地移动，以防止发生需要长时间持续大的辅助和发电的情况。在专利文献2中提出了以下方法：使发动机的输出不超过规定增加率，在从液压泵请求的输出急剧增加的情况下，由辅助电动机补充不足部分的输出。该方法能够抑制发动机输出的增加率，从废气和燃料消耗率的观点来看具有一定效果，但是无法将转速和转矩的变化率设定为从废气、燃料消耗率的观点出发而期望的值，并且无法规定由转速和转矩表现的动作点、和该动作点移动时的路径。另外，在专利文献2中并没有记述发动机输出减少时的对策，对于废气、燃料消耗率的效果不充分。本专利技术的第一目的在于提供一种混合动力驱动式的液压作业机械本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混合动力驱动式的液压作业机械，具备：发动机；液压泵，其由所述发动机旋转驱动；辅助电动机，其与所述发动机和所述液压泵连结；多个执行机构，其由从所述液压泵排出的液压油驱动；以及多个操作装置，其具有操作部件，输出与该操作部件的操作相应的操作信号而使所述多个执行机构动作，该混合动力驱动式的液压作业机械的特征在于，具备：发动机转速及转矩设定装置，其设定所述发动机的目标转速和目标转矩，使得与所述液压作业机械的作业负载的变化相应地，所述发动机的转速和转矩沿着规定路径变化，其中该规定路径是在根据所述发动机的转速和转矩确定的运转区域内定义的使所述发动机的燃烧状态良好的路径；第一控制装置，其控制所述发动机以得到由所述发动机转速及转矩设定装置设定的所述目标转速；以及第二控制装置，其控制所述辅助电动机的转矩以得到由所述发动机转速及转矩设定装置设定的所述目标转矩。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.06.29 JP 2012-1478331.一种混合动力驱动式的液压作业机械，具备：
发动机；
液压泵，其由所述发动机旋转驱动；
辅助电动机，其与所述发动机和所述液压泵连结；
多个执行机构，其由从所述液压泵排出的液压油驱动；以及
多个操作装置，其具有操作部件，输出与该操作部件的操作相
应的操作信号而使所述多个执行机构动作，
该混合动力驱动式的液压作业机械的特征在于，具备：
发动机转速及转矩设定装置，其设定所述发动机的目标转速和
目标转矩，使得与所述液压作业机械的作业负载的变化相应地，所
述发动机的转速和转矩沿着规定路径变化，其中该规定路径是在根
据所述发动机的转速和转矩确定的运转区域内定义的使所述发动机
的燃烧状态良好的路径；
第一控制装置，其控制所述发动机以得到由所述发动机转速及
转矩设定装置设定的所述目标转速；以及
第二控制装置，其控制所述辅助电动机的转矩以得到由所述发
动机转速及转矩设定装置设定的所述目标转矩。
2.根据权利要求1所述的混合动力驱动式的液压作业机械，其
特征在于，
所述发动机转速及转矩设定装置还限制所述发动机的目标转速
和目标转矩各自的变化率，使得在所述液压作业机械的作业负载发
生变化时，所述发动机的目标转速和目标转矩以比与所述液压作业
机械的作业负载的变化对应的所述液压泵的输出的变化速度小的速
度变化，并且所述发动机的转速和转矩各自的变化率被抑制在使所
述发动机的燃烧状态良好的规定范围内。
3.根据权利要求1或2所述的混合动力驱动式的液压作业机械，
其特征在于，
所述发动机转速及转矩设定装置具有：
第一运算部，其根据所述液压作业机械的作业负载，将所述发
动机的目标转速和目标转矩运算为使所述发动机的燃烧状态良好的
规定路径上的值；以及
第二运算部，其限制所述发动机的目标转速和目标转矩各自的
变化率，使得在所述液压作业机械的作业负载发生变化时，所述发
动机的转速和转矩沿着所述规定路径变化，并且所述发动机的转速
和转矩各自的变化率被抑制在使所述发动机的燃烧状态良好的...

【专利技术属性】
技术研发人员：星野雅俊，石原新士，藤岛一雄，
申请(专利权)人：日立建机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP