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JP2004011256A - Hybrid construction machine - Google Patents

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JP2004011256A
JP2004011256A JP2002165973A JP2002165973A JP2004011256A JP 2004011256 A JP2004011256 A JP 2004011256A JP 2002165973 A JP2002165973 A JP 2002165973A JP 2002165973 A JP2002165973 A JP 2002165973A JP 2004011256 A JP2004011256 A JP 2004011256A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To make optimal motive power able to be to a hybrid construction machine according to load. <P>SOLUTION: The hybrid construction machine has a pump output computing means 20 for computing the output of a hydraulic pump; an engine speed setting means 18 for setting engine speed; a threshold setting means 23 for setting a threshold according to setting signals of the speed setting means 18 to switch the function of a motor-generator between its function as a motor and its function as a generator; and a comparison means 25 for comparing the threshold set by the threshold setting means 23 to the output of the hydraulic pump computed by the computing means 20. The function of the motor-generator is switched and controlled according to the comparison result by the comparison means 25. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンと電動機兼発電機とを併用した動力源を有するハイブリッド式建設機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１１は従来の建設機械の油圧システムの構成図である。図１１に示すように、一般に油圧ポンプ４はエンジン１に直接接続されており、エンジン１の駆動力により油圧ポンプ４が駆動されるようになっている。また、油圧ポンプ４の作動油の流量は、斜板制御装置４ａにより調整されるようになっている。
【０００３】
ここで斜板制御装置４ａは、油圧ポンプ４の斜板の傾斜角を制御するものであり、この傾斜角に応じて油圧ポンプ４の作動油の流量が決定されるようになっている。また斜板制御装置４ａは、ポンプ出力調整器（ポンプ出力調整手段）１７により制御されるようになっている。
一方、エンジン１の回転数はエンジン回転数設定器（回転数設定手段）１８により設定されるようになっており、このとき実際のエンジン回転数は、回転数検出計（エンジン回転数センサ）１０１により検出されるようになっている。
【０００４】
そして、この油圧ポンプ４で加圧された作動油は、コントロールバルブ５を介して各アクチュエータ７〜１１に供給されるようになっている。
また、このコントロールバルブ５は、リモコンレバー６ａ〜６ｅから構成されるリモコン弁６によりその動作が制御されるようになっている。
また、エンジン回転数設定器１８とエンジン回転数センサ１０１とからの出力はコントローラ１００へ入力されるようになっており、このコントローラ１００によりポンプ出力調整器１７の作動が制御されて、油圧ポンプ４の出力及び作動油の流量とが調整されるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の建設機械の油圧システムにおいては、建設機械が行う軽負荷から高負荷までの種々の作業に対応すべく、最大負荷を見込んだ大出力のエンジンを搭載している。
しかしながら、一般に重負荷の作業は作業全体の一部でしかなく、使用率の大半を占める中負荷作業や軽負荷作業を行う場合にはエンジンの能力を持て余しているため、燃料消費量、騒音、生産コスト等の点で不利である。
【０００６】
また、軽負荷の作業時には、エンジンの出力を絞ったりエンジン回転数の低い状態にしたりするが、エンジンの特性からエンジン回転数が低くなるほどトルクが小さく且つ不安定になり、エンストや回転ムラが生じやすくなり、操作上好ましくない。
本発明は、このような課題を鑑み創案されたもので、負荷に応じて最適な動力を供給できるようにした、ハイブリッド式建設機械を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１記載の本発明のハイブリッド式建設機械は、エンジンと電動機兼発電機とを併用して油圧ポンプを駆動しうるハイブリッド式建設機械において、該油圧ポンプの出力を演算するポンプ出力演算手段と、該エンジンの回転数を設定する回転数設定手段と、該回転数設定手段の設定信号に基づいて該電動機兼発電機の電動機としての機能と発電機としての機能とを切り替える閾値を設定する閾値設定手段と、該閾値設定手段で設定される閾値と該ポンプ出力演算手段で演算された該油圧ポンプの出力とを比較する比較手段と、該比較手段の比較結果に応じて該電動機兼発電機の機能を切換制御する切替制御手段とを有していることを特徴としている。
【０００８】
また、請求項２記載の本発明のハイブリッド式建設機械は、請求項１の構成に加えて、該切替制御手段が、該比較手段により該油圧ポンプの出力が該閾値以上であると判定されると該電動機兼発電機を電動機として機能させるとともに、該油圧ポンプの出力が該閾値より小さいと判定されると該電動機兼発電機を発電機として機能させることを特徴としている。
【０００９】
また、請求項３記載の本発明のハイブリッド式建設機械は、上記請求項１又は２記載の構成に加えて、該比較手段の比較結果に応じて該油圧ポンプの出力を調整可能なポンプ出力調整手段を有していることを特徴としている。
【００１０】
また、請求項４記載の本発明のハイブリッド式建設機械は、上記請求項３記載の構成に加えて、該回転数設定手段の設定信号に基づいて該油圧ポンプの最大出力を設定するポンプ最大出力設定手段と、バッテリの充電量を検出する充電量検出手段と、該充電量検出手段からの検出情報に基づいて該油圧ポンプの出力低減量を設定する出力低減量設定手段と、該比較手段により該油圧ポンプの出力が該閾値以上であると判定されると、該ポンプ最大出力設定手段で設定される最大出力から出力低減量設定手段で設定される出力低減量を差し引いて該油圧ポンプの出力を抑制する最大出力抑制手段とを有していることを特徴としている。
【００１１】
また、請求項５記載の本発明のハイブリッド式建設機械は、上記請求項４記載の構成に加えて、該比較手段により該油圧ポンプの出力が該閾値よりも小さいと判定されると、該最大出力抑制手段による該油圧ポンプの出力の抑制がキャンセルされることを特徴としている。
【００１２】
また、請求項６記載の本発明のハイブリッド式建設機械は、上記請求項１又は２記載の構成に加えて、該比較手段が該ポンプ出力演算手段で演算された該油圧ポンプの出力と該閾値設定手段で設定される閾値との差を演算するように構成されるとともに、バッテリの充電量を検出する充電量検出手段と、該充電量検出手段からの検出情報に基づいて該電動機兼発電機の電動機出力を設定する電動機出力設定手段と、該電動機出力設定手段で設定された出力と該比較手段による演算結果とのうち、小さい値を選択する最小値選択手段とを有し、該比較手段により該油圧ポンプの出力が該閾値以上であると判定されると、該最小値選択手段で選択された値が、該電動機兼発電機の電動機出力としてあらためて設定されることを特徴としている。
【００１３】
また、請求項７記載の本発明のハイブリッド式建設機械は、上記請求項１又は２記載の構成に加えて、該比較手段が該ポンプ出力演算手段で演算された該油圧ポンプの出力と該閾値設定手段で設定される閾値との差を演算するよう構成されるとともに、バッテリの充電量を検出する充電量検出手段と、該充電量検出手段からの検出情報に基づいて該電動機兼発電機の発電出力を設定する発電機出力設定手段と、該発電機出力設定手段で設定された出力と該比較手段による演算結果とのうち、大きい値を選択する最大値選択手段とを有し、該比較手段により該油圧ポンプの出力が該閾値より小さいと判定されると、該最大値選択手段で選択された値が、該電動機兼発電機の発電機出力としてあらためて設定されることを特徴としている。
【００１４】
また、請求項８記載の本発明のハイブリッド式建設機械は、上記請求項１〜７のいずれか１項に記載の構成に加えて、該油圧ポンプの要求出力を演算する要求出力演算手段と、該回転数設定手段の設定信号に基づいて該油圧ポンプの最大出力を設定するポンプ最大出力設定手段と、該要求出力演算手段で演算された要求出力と該ポンプ最大出力設定手段で設定された最大出力とを比較する第２の比較手段と、該第２の比較手段により、要求出力が最大出力を超えていると判定された場合は、該油圧ポンプの要求出力を制限する制限手段とを有していることを特徴としている。
【００１５】
また、請求項９記載の本発明のハイブリッド式建設機械は、上記請求項８記載の構成に加えて、作業者の操作状況に応じて該油圧ポンプの出力要求値を設定する出力要求値設定手段と、該油圧ポンプの吐出圧を検出する圧力検出手段とを有し、要求出力演算手段は、該出力要求値設定手段で設定された要求値と該圧力検出手段で検出された圧力との積を該油圧ポンプの要求出力として算出することを特徴としている。
【００１６】
また、請求項１０記載の本発明のハイブリッド式建設機械は、エンジンと電動機兼発電機とを併用して油圧ポンプを駆動しうるハイブリッド式建設機械において、該油圧ポンプの出力を演算するポンプ出力演算手段と、該油圧ポンプの回転数を設定する回転数設定手段と、該回転数設定手段の設定信号に基づいて該電動機兼発電機の電動機としての機能と発電機としての機能とを切り換える閾値を設定する閾値設定手段と、該油圧ポンプの出力を振動成分と非振動成分とに分離する分離手段と、該分離手段で分離された該油圧ポンプの非振動成分の出力と、該閾値設定手段で設定される閾値との差を算出する差算出手段と、バッテリの充電量を検出する充電量検出手段からの検出情報に基づいて該電動機兼発電機の電動機出力を設定する電動機出力設定手段と、該電動機出力設定手段で設定された出力と該差算出手段で算出された差とのうち、小さい値を選択する最小値選択手段と、該充電量検出手段からの検出情報に基づいて該電動機兼発電機の発電出力を設定する発電機出力設定手段と、該発電機出力設定手段で設定された出力と該差算出手段で算出された差とのうち、大きい値を選択する最大値選択手段と、該差算出手段で算出された差に応じて、該最小値選択手段で設定される値と、該最大値選択手段で設定される値とを選択する選択手段と、該選択手段で選択された値と該分離手段で分離された該油圧ポンプの振動成分とを加算する加算手段と、該加算手段の結果に応じて、該電動機兼発電機を電動機として機能させるか、又は発電機として機能させるかの信号を設定する信号設定手段とを有していることを特徴としている。
【００１７】
また、請求項１１記載の本発明のハイブリッド式建設機械は、上記請求項１０記載の構成に加えて、該差算出手段により算出される値が負の場合には、選択手段により、最大値選択手段の値が選択されるとともに、該差算出手段により算出される値が正の場合には、選択手段により、最小値選択手段の値が選択されることを特徴としている。
【００１８】
また、請求項１２記載の本発明のハイブリッド式建設機械は、上記請求項１０又は１１記載の構成に加えて、信号設定手段が、該加算手段で算出された値が負の場合には、該電動機兼発電機を発電機として機能させる信号を設定し、該加算手段で算出された値が正の場合には、電動機として機能させる信号を設定することを特徴としている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図７により、本発明の第１実施形態に係るハイブリッド式建設機械について説明する。
図１に示すように、エンジン１には動力伝達機構２を介して油圧ポンプ４及びモータ・ジェネレータ（電動機兼発電機）３が接続されている。このモータ・ジェネレータ３は、電動機（モータ）としての機能と発電機（ジェネレータ）としての機能を有しており、モータとして機能する場合には、エンジン１の駆動力とモータ３の駆動力とが動力伝達機構２で合成され、これらの２つの駆動源（エンジン１及びモータ３）からの駆動力により油圧ポンプ４が駆動されるようになっている。また、モータ・ジェネレータ３がジェネレータとして機能する場合には、エンジン１の駆動力が動力伝達機構２で２つに分割され、エンジン１の駆動力により油圧ポンプ４が駆動されるとともに、ジェネレータ３が駆動されて発電が行われるようになっている。
【００２０】
エンジン１には、エンジン回転数を設定するエンジン回転数設定器（回転数設定手段）１８が付設されるとともに、油圧ポンプ４には、ポンプ流量や出力等を制御する斜板制御装置４ａが設けられている。
また、斜板制御装置４ａには油圧ポンプ４の斜板（図示せず）の傾斜角を検出する斜板角検出器１６と、ポンプ出力調整器（ポンプ出力調整手段）１７とが取り付けられている。
【００２１】
一方、バッテリ１４には、充電量を検出する充電量検出器（充電量検出手段）１９が設けられている。また、バッテリ１４とモータ・ジェネレータ３とは双方向コンバータ（切替制御手段）１２を介して接続されている。そしてこの双方向コンバータ１２により、モータ・ジェネレータ３の機能が切替制御されるようになっている。
【００２２】
油圧ポンプ４の下流側には圧力検出器（圧力検出手段）１５が設けられており、油圧ポンプ４で加圧された作動油の圧力が検出されるようになっている。
そして、この油圧ポンプ４で加圧された作動油は、コントロールバルブ５を介して各アクチュエータ７〜１１に供給されるようになっている。また、このコントロールバルブ５は、リモコンレバー６ａ〜６ｅから構成されるリモコン弁６によりその動作が制御されるようになっている。
【００２３】
また、双方向コンバータ１２とポンプ出力調整器１７との作動を制御するコントローラ１３が設けられている。このコントローラ１３には、圧力検出器１５，斜板角検出器１６，エンジン回転設定器１８及び充電量検出器１９からの情報が入力されるようになっており、コントローラ１３では、これらの情報に基づき所定の演算を行い、双方向コンバータ１２とポンプ出力調整器１７へ信号を出力するようになっている。
【００２４】
次に、図２にコントローラ１３のブロック線図（制御ブロック図）を示す。
２０は圧力検出器１５の出力と斜板角検出器１６の出力を乗じて油圧ポンプ４の出力を演算する乗算器（ポンプ出力演算手段）、２１は乗算器２０で求めたポンプ出力の振動成分を抽出するバンドパスフィルタ等のフィルタ（分離手段）、２２は乗算器２０で算出されるポンプ出力からフィルタ２１の出力を引いてポンプ出力の非振動成分（入力される油圧ポンプ４の出力を平均化した成分）を求める減算器である。なお、以下ではフィルタ２１によって出力されるポンプ出力の成分（振動成分）を交流成分といい、減算器２２によって出力されるポンプ出力の成分（非振動成分）を直流成分という。
【００２５】
２３はエンジン回転設定器１８の信号に基づいてモータ・ジェネレータ３をモータとして機能をさせるかジェネレータとして機能させるかを切り替えるための閾値を設定する電動／発電切替閾値設定器（閾値設定手段）である。この電動／発電切替え閾値は、図４の破線に示されるような、エンジン回転設定値に対する関数として設定されている。
【００２６】
２４はエンジン回転設定器１８の出力に基づいて油圧ポンプ４の最大出力値を設定する最大出力設定器（ポンプ最大出力設定手段）、２５は減算器２２で求めたポンプ出力の非振動成分から電動／発電切替閾値設定器２３で設定される電動／発電切替閾値を引いて差を求める減算器（比較手段又は差算出手段）、２６は減算器２５で求めた出力に基づいてＯＮ／ＯＦＦ信号を出力する切替信号設定器である。
【００２７】
２７はバッテリ１４に設けられた充電量検出器１９の信号に基づいてポンプ出力削減量を設定する出力削減量設定器（出力低減量設定手段）、２８は零出力設定器、２９は切替信号設定器２６の信号に基づいて出力削減量設定器２７の出力と零出力設定器２８の出力を切り替える信号切替器、３０は最大出力設定器２４の出力から信号切替器２９の出力を引く減算器（最大出力抑制手段）である。
【００２８】
３１は充電量検出器１９の出力に基づいてモータ・ジェネレータ３の電動機出力（モータ出力）を設定する電動機出力設定器（電動機出力設定手段）、３２は充電量検出器１９の出力に基づいてモータ・ジェネレータ３の発電機出力（ジェネレータ出力）を設定する発電機出力設定器（発電機出力設定手段）である。３３は減算器２５の出力と電動出力設定器３１の出力の小さいほうの出力を選択する最小値選択器（最小値選択手段）、３４は減算器２５の出力と発電出力設定器３２の出力の大きいほうの出力を選択する最大値選択器（最大値選択手段）である。
【００２９】
選択器３５は切替信号設定器２６の信号に基づいて最小値選択器３３の出力と最大値選択器３４の出力を切り替える信号切替器、３６は信号選択器３５の出力にフィルタ２１の出力を加算する加算器、３７は加算器（加算手段）３６の出力に基づいて、モータ・ジェネレータ３をモータとして機能をさせるかジェネレータとして機能させるかを切り替えるための設定をする電動／発電切替信号設定器（信号設定手段）である。双方向コンバータ１２には、加算器３６の出力と電動／発電切替信号設定器３７の出力が入力されモータ・ジェネレータ３が制御される。
【００３０】
本発明の第１実施形態に係るハイブリッド式建設機械は上述のように構成されているのでその作用を説明すると以下のようになる。
図１において、リモコン弁６ａ〜６ｅを操作するとコントロールバルブ５が切り替わり、油圧ポンプ４の作動油がアクチュエータ７〜１１に供給されて建設機械が駆動される。この時コントローラ１３において、以下の制御演算が行われ油圧ポンプ４の出力およびモータ・ジェネレータ３の出力が調整される。
【００３１】
まず、図２に示すコントローラ１３の制御ブロック図において、乗算器２０で圧力検出器１５の出力と斜板角検出器１６の出力とが掛け合わされ、油圧ポンプ４の出力が演算される。この油圧ポンプ出力は、フィルタ２１により図３（ｂ）に示すように振動成分が分離され、また減算器２２を用いて油圧ポンプ出力から振動成分を減算することで、図３（ａ）の破線で示すように非振動成分が算出される。
【００３２】
一方で、電動／発電切替閾値設定器２３には、切替閾値が図４の破線で示すようにエンジン回転設定値に対する関数として設定されており、エンジン回転設定器１８の信号に基づいて電動／発電切替閾値が求められる。
そして、上記の閾値と油圧ポンプ４の出力値が比較される。この閾値と油圧ポンプ４の出力の大小を比較するには、その差の符号で判断すればよいので、減算器２５で差の算出を行い、切替信号設定器２６に入力する。切替信号設定器２６は、入力が負の場合は０（ＯＦＦ）、入力が正の場合は１（ＯＮ）を出力する特性を有しており、油圧ポンプ４の出力が電動／発電切替閾値よりも小さい場合は、切替信号設定器２６からは０が出力される。
【００３３】
▲１▼油圧ポンプの出力＜電動／発電切替閾値の場合
このように油圧ポンプ４の出力（ここでは、油圧ポンプ４の出力を平均化した値である、非振動成分）が閾値よりも小さい場合にはエンジン出力に余力があると考えられるので、基本的にはモータ・ジェネレータはジェネレータとして機能するように制御される。ただし、フィルタ２１で処理された振動成分については、この段階では考慮されていないので、後述するように最後に振動成分を加味してからモータ・ジェネレータの作動状態が制御される。
【００３４】
また、この場合は上述のように、切替信号設定器２６では０（ＯＦＦ）の信号が出力されるので、信号切替器２９では零出力設定器２８が選択される。これにより、最大出力設定器２４の出力は減算器３０で削減されることなくポンプ出力調整器１７に出力され、油圧ポンプ４が制御される。つまり、この場合には、油圧ポンプ４の出力が閾値よりも小さいため比較的余裕のある軽負荷作業時であると判定できるので、油圧ポンプ４の出力を低減することなく、そのまま出力するのである。なお、最大出力設定器２４には図４の実線で示すようなマップが設けられ、このマップからエンジン回転数設定値に応じて設定される。
【００３５】
また、減算器２５で出力された値はエンジン出力の余力と考えることができるので、この余力分がジェネレータ３の発電負荷として設定される。ただし、エンジン余力が大きすぎるとジェネレータ３の負荷も大きくなりすぎるので、最大値選択器３４でこの値が制限される。
すなわち、バッテリ１４の充電量に応じて発電機出力設定器３２で発電機出力の制限値が出力され、最大値選択器３４において、減算器２５で求められた油圧ポンプ４の出力と電動／発電切替閾値との差が比較され、大きい方の出力（絶対値の小さい方の出力）が選択される。減算器２５では、油圧ポンプ４の出力から電動／発電切替閾値を減算するため、その差は負となる。一方、発電機出力設定器３２は図７に示すように発電機出力は充電量の関数で、負の値で表される。したがって、大きいほうの出力を選択すると実質的には発電機出力を発電機出力設定器３２の出力で制限することになる。
【００３６】
信号切替器３５は、切替信号設定器２６の出力が０であるので最大値選択器３４の出力を選択し、最後に加算器３６で油圧ポンプ４の出力の振動成分が加算される。そして、電動／発電切替信号設定器３７で加算器３６の出力に基づいて電動／発電の切替信号が設定され、加算器３６で出力された値が０以上であれば、電動／発電切替信号設定器３７で１（ＯＮ）の信号が設定されモータ・ジェネレータ３がモータとして駆動され、加算器３６で出力された値が負であれば、電動／発電切替信号設定器３７で０（ＯＦＦ）の信号が設定されモータ・ジェネレータがジェネレータとして駆動されるのである。
【００３７】
▲２▼油圧ポンプの出力≧電動／発電切替閾値の場合
この場合は大きなエンジン駆動力が必要なときであり、減算器２５で出力される値（油圧ポンプ出力−閾値）は、不足しているエンジン駆動力と考えることができる。そこで、基本的には、モータ・ジェネレータ３をモータとして駆動するとともに減算器２５で出力される値がモータ駆動力として設定される。ただし、このとき設定されるモータの出力が、バッテリ１４の充電量から規定される出力最大値を超えることがないように、最小値選択器３３でモータ３の出力が制限される。
【００３８】
また、このように油圧ポンプ４の出力（フィルタ処理された非振動成分）が閾値以上の場合には、エンジン出力のみでは油圧ポンプ４出力が不足するような重負荷作業時と考えることができるので、エンジン１の過負荷を回避する目的でポンプ４の最大出力が抑制される。つまり、この場合には切替信号設定機２６の出力は１となり、信号切替器２９により出力削減量設定器２７が選択されると同時に、減算器３０で最大出力設定器２４の出力から出力削減量設定器２７で設定された出力が減算される。出力削減量設定器２７は、図５に示すようにバッテリ１４の充電量が所定値以上の場合は削減量が０で、充電量が所定値よりも低くなると出力削減量が増える特性を有している。また、充電量がある値以下となると出力削減量が最大値に設定される。したがって、バッテリ１４の充電量が上記の所定値よりも低くなると減算器３０で油圧ポンプ４の最大出力から最大削減量が減算され、エンジン１が過負荷にならないようにポンプ出力調整器１７を介して油圧ポンプ４の出力が低減される。
【００３９】
一方、バッテリ１４の充電量に応じて電動出力設定器３１で電動機出力の制限値が出力され、その制限値と、減算器２５で求められた油圧ポンプ４の出力と電動／発電切替閾値の差とが比較され、最小値選択器３３で小さい方の出力が選択される。また、電動機出力設定器３１においては図６に示すように、電動機出力がバッテリ充電量に対する関数であり、充電量が所定値よりも高い場合は正の値で電動機出力が設定され、所定値よりも低くなると負の値に変わり発電機出力を設定する特性を有している。そして、このように最小値選択器３３で、小さい方の出力を選択することにより、実質的にはバッテリ１４の充電量に応じて電動機出力を制限していることになる。
【００４０】
また、信号切替器３５は切替信号設定器２６の出力が１であるので最小値選択器３３の出力を選択し、加算器３６で油圧ポンプ４の振動成分が加算される。そして加算器３６により最小値選択器３３で設定された値と油圧ポンプ４の出力の振動成分とが加算され、この結果に基づき電動／発電切替信号設定器３７で電動／発電の切替信号が設定される。そして双方向コンバータ１２に加算器３６の出力と電動／発電切替信号設定器３７の出力が入力されモータ・ジェネレータ３が制御される。
【００４１】
したがって、本発明の第１実施形態に係るハイブリッド式の建設機械では、油圧ポンプの出力＜電動／発電切替閾値の場合には、基本的には、エンジン１は油圧ポンプ４を駆動するとともにモータ・ジェネレータ３を発電機として駆動し、双方向コンバータ１２を介してバッテリ１４を充電することができる。この時、発電機によるエンジン１への負荷は小さく、効率的に充電を行うことができる。
【００４２】
また、モータ・ジェネレータ３の発電出力は、エンジン１の出力が電動／発電切替閾値に近づくように調整されることになるので、エンジン負荷を安定させることができ、さらに、エンジン負荷は、モータ・ジェネレータ３が油圧ポンプ４の出力の振動成分を吸収するので、結果的に負荷変動が滑らかになり、より安定した運転を行うことが可能となる。
【００４３】
つまり、油圧ポンプ４の出力の変動に応じて、モータ・ジェネレータ３をモータとして機能させたりジェネレータとして機能させたりすることにより、ポンプ出力の変動が吸収されて、振動や騒音を低減させることができるのである。
また、油圧ポンプの出力≧電動／発電切替閾値の場合には、双方向コンバータ１２を介してバッテリ１４の電力がモータ・ジェネレータ３に供給され、モータ・ジェネレータ３が電動機として機能し、油圧ポンプ４はエンジン１とモータ・ジェネレータ３とにより駆動される。この時、モータ・ジェネレータ３がエンジン１への負荷を低減させる補助動力として働くため、出力の小さいエンジンでも動作の安定性を高めることができる。
【００４４】
また、モータ・ジェネレータ３の発電機出力は、エンジン１の出力が電動／発電切替閾値に近づくように調整されることになるので、エンジン負荷を安定させることができ、さらにそのエンジン負荷は、モータ・ジェネレータ３が油圧ポンプ４の出力の振動成分を吸収するので、結果的に負荷変動が滑らかになり、より安定した運転を行うことが可能となる。
【００４５】
なお、図１０に示すように、電動／発電切替閾値をエンジン特性において最小燃費カーブに設定してもよい。このように設定した場合には、エンジンの燃料消費量をさらに改善することもできる。
【００４６】
次に、図８〜９により、本発明の第２実施形態に係るハイブリッド式建設機械について説明する。
図８に示すように、エンジン１には動力伝達装置２を介してモータ・ジェネレータ（電動機兼発電機）３と油圧ポンプ４が接続されている。このモータ・ジェネレータ３は、電動機（モータ）としての機能と発電機（ジェネレータ）としての機能を併せ持ち、モータとして機能する場合には、エンジン１の駆動力とモータ３の駆動力とが動力伝達機構２で合成され、これらの２つの駆動源（エンジン１及びモータ３）からの駆動力により油圧ポンプ４が駆動されるようになっている。また、モータ・ジェネレータ３がジェネレータとして機能する場合は、エンジン１の駆動力が動力伝達機構２で２つに分割され、エンジン１の駆動力により油圧ポンプ４が駆動されるとともに、ジェネレータ３が駆動されて発電が行われるようになっている。
【００４７】
エンジン１には、エンジン回転数を設定するエンジン回転数設定機（回転数設定手段）１８が付設されているとともに、油圧ポンプ４には、ポンプ流量や出力等を制御する斜板制御装置４ａが設けられている。
また、斜板制御装置４ａには斜板位置調整器（ポンプ出力調整手段）４３が取り付けられ、油圧ポンプ４の斜板（図示せず）の傾斜角を制御することでポンプの出力を調整するようになっている。
【００４８】
一方、バッテリ１４には、バッテリ１４の充電量を検出する充電量検出器（充電量検出手段）１９が設けられている。またバッテリ１４とモータ・ジェネレータ３とは、双方向コンバータ（切替制御手段）１２を介して接続されている。そしてこの双方向コンバータ１２によってモータ・ジェネレータ３の機能が切換制御されるようになっている。
【００４９】
油圧ポンプ４の下流側には、圧力検出器（圧力検出手段）１５が設けられており、油圧ポンプ４で加圧された作動油の圧力が検出されるようになっている。
そして、この油圧ポンプ４で加圧された作動油は、コントロールバルブ５を介して各アクチュエータ７〜１１に供給されるようになっている。ここで、コントローラ４１にバルブ駆動器４２が制御されることで、コントロールバルブ５は駆動するようになっているが、この構造は本発明に直接関係しないため説明を省略する。
【００５０】
また、双方向コンバータ１２と斜板位置調整器４３との作動を制御するコントローラ４１が設けられている。このコントローラ４１は、圧力検出器１５，回転数設定器１８，充電量検出器１９及び操作器４０ａ〜４０ｅからの情報が入力されるようになっており、コントローラ４１では、これらの情報に基づき所定の演算を行い、双方向コンバータ１２と斜板位置調整器４３とバルブ駆動器４２へ信号を出力するようになっている。
【００５１】
次に、図９にコントローラ４１のブロック線図（制御ブロック図）を示す。
４４は圧力検出器１５の出力の振動成分を抽出するバンドパスフィルタ等のフィルタ（分離手段）、４５は圧力検出器１５の出力からフィルタ４４の出力を引いて圧力の非振動成分（入力される油圧ポンプ４の出力を平均化した成分）を求める減算器である。４６ａ〜４６ｅは操作器４０ａ〜４０ｅの信号に基づいてポンプ斜板要求値を設定する斜板要求値設定器（出力要求値設定手段）、４７は斜板要求値設定器４６ａ〜４６ｅの出力の総和を求める加算器である。
４８はエンジン回転設定器１８の出力に基づいて油圧ポンプ４の最大出力値を設定する最大出力設定器（ポンプ最大出力設定手段）、４９はエンジン回転設定器１８の信号に基づいてモータ・ジェネレータ３をモータとして機能させるかジェネレータとして機能させるかを切り替えるための閾値を設定する電動／発電切替閾値設定器（閾値設定手段）である。
【００５２】
５０はバッテリ１４の充電量検出器１９の信号に基づいてポンプ出力削減量を設定する出力削減量設定器（出力低減量設定手段）、５１は充電量検出器１９の出力に基づいて電動機としての出力量（モータ出力）を設定する電動機出力設定器（電動機出力設定手段）、５２は充電量検出器１９の出力に基づいて発電機としての出力量（ジェネレータ出力）を設定する発電機出力設定器（発電機出力設定手段）である。
【００５３】
５３は加算器４７で求められたポンプ斜板要求値の総和が１００％を超えた場合に１００％に制限する斜板要求値制限器、５４は減算器４５で求められた圧力の非振動成分と斜板要求値制限器５３の出力を掛け合わせて要求動力を求める乗算器（要求出力演算手段）である。５５は減算器（最大出力抑制手段）、５６は零出力設定器、５７は信号切替器である。信号切替器５７で出力削減量設定器５０と零出力設定器５６のどちらかが選択され、減算器５５で最大出力設定器４８の出力から減算する。
【００５４】
５８は除算器（第２の比較手段）では、乗算器５４で求めた要求動力を減算器５５の出力で割って最大動力／要求動力の比を算出する。５９は動力比制限器（制限手段）で、除算器５８の出力が１以上の場合は１に制限する。６０は乗算器で、動力比制限器５９の出力と斜板要求値制限器５３の出力を乗じてポンプ斜板要求値を補正する。６１は乗算器（ポンプ出力演算手段）で、乗算器６０で求められたポンプ斜板要求値に圧力検出器１５の出力を乗じて必要動力を算出する。６２は乗算器６１で求めたポンプの必要動力の振動成分を抽出するフィルタ（分離手段）、６３は乗算器６１で求めたポンプ必要動力からフィルタ６２で算出された振動成分を引いてポンプ必要動力の非振動成分を求める減算器である。
【００５５】
６４はゲイン設定器、６５は減算器で、減算器６５は圧力の振動成分にゲインを乗じた信号をフィードバックすることで、ポンプ斜板制御を安定化させる。
６６は減算器（比較手段）で、電動／発電切替閾値設定器４９の出力から減算器６３で求められた必要動力の非振動成分を引いて差を算出する。６７は減算器６６で求められた動力差に基づいてＯＮ／ＯＦＦ信号を出力する切替信号設定器である。６８は電動出力設定器５１の出力と減算器６６で求められた動力差の小さいほうの値を選択する最小値選択器（最小値選択手段）で、６９は発電出力設定器５２の出力と減算器６６で求められた動力差の大きいほうの値を選択する最大値選択器（最大値選択手段）である。
【００５６】
７０は切替信号設定器６７の信号に基づいて最小値選択器６８の出力と最大値選択器６９の出力を切り替える信号切替器、７１は信号切替器６９の出力にフィルタ６２で算出される必要動力の振動成分を加算する加算器である。７２は加算器７１の出力に基づいてモータ・ジェネレータ３の機能の切替信号を出力する電動／発電切替信号設定器である。
【００５７】
本発明の第２実施形態に係るハイブリッド式建設機械は上記のように構成されているのでその作用を説明すると以下のようになる。
図８において、操作器４０ａ〜４０ｅを操作すると、その信号はコントローラ４１に入力されバルブ駆動器４２を介してコントロールバルブ５が切り替えられ、油圧ポンプ４の作動油がアクチュエータ７〜１１に供給され建設機械が駆動される。この時、コントローラ４１にて以下の制御演算が行われ油圧ポンプ４の出力およびモータ・ジェネレータ３の出力が調整される。
【００５８】
まず、図９に示すコントローラ制御ブロック図において、圧力検出器１５の出力はフィルタ４４に入力され振動部分が抽出され、減算器４５によって元の出力との差から非振動成分も求められる。
一方、操作器４０ａ〜４０ｅの信号に基づいて斜板要求値設定器４６ａ〜４６ｅでポンプ斜板要求値が決定され加算器４７で総和が求められ、斜板要求知値制限器５３で１００％を越えないように制限される。
【００５９】
減算器４５で求めた圧力の非振動成分は、乗算器５４で斜板要求値制限器５３の出力と掛け合わされ要求動力が算出される。最大出力設定器４８で設定された油圧ポンプ４の最大出力値は、減算器５５で信号切替器５７の出力が引かれ補正され、除算器５８で最大動力／要求動力との比が求められる。要求動力＜最大動力の場合は、除算器５８の出力は１より大きくなるが、動力比制限器５９で１に制限される。また、要求動力≧最大動力の場合は、除算器５８の出力が１以下になるので、動力比制限器５９で制限されず、そのままの値が出力される。そして乗算器６０で斜板要求値制限器５３の出力と動力比制限器５９の出力が掛け合わされ、要求動力＜最大動力の場合は斜板要求値が補正される。
【００６０】
乗算器６０で補正された斜板要求値はフィルタ４４から出力される圧力の振動成分にゲイン設定器６４でゲインが乗じられ減算器６５で圧力フィードバックされ、ポンプ斜板指令として斜板位置調整器４３に出力され油圧ポンプ４の斜板制御が行われる。以上の作用により、油圧ポンプ４の出力は、所定の出力に制限される。
【００６１】
さて、乗算器６０で補正された斜板要求値と圧力検出器１５の出力は乗算器６１で掛け合わされ、最終的な必要動力が算出される。フィルタ６２で必要動力の振動成分が抽出され、減算器６３で乗算器６１で求めた必要動力からフィルタ６２で求めた必要動力の振動成分を引いて、必要動力の非振動成分が求められる。
また、電動／発電切換閾値設定器４９で設定される閾値は図４の二点鎖線で示すようにエンジン回転設定値の関数であり、エンジン回転設定器１８の信号に基づいてその閾値は設定される。減算器６６で、減算器６３で求めた必要動力の非振動成分から電動／発電切替閾値設定器４９で設定される電動／発電切替閾値を引いて差が求められ、切替信号設定器６７に入力される。切替信号設定器６７は入力が負の場合は０（ＯＦＦ）、入力が正の場合は１（ＯＮ）を出力する特性を有しているので、必要動力の非振動成分が電動／発電切替閾値よりも小さい場合は、切替信号設定器６７は０を出力する。
【００６２】
▲１▼油圧ポンプの出力＜電動／発電切替閾値の場合
このように、油圧ポンプ４の出力（ここでは油圧ポンプ４の出力を平均化した値である非振動成分）が閾値よりも小さい場合には基本的には、モータ・ジェネレータは、ジェネレータとして機能するように制御される。ただし、フィルタ６２で処理された振動成分については、この段階では考慮されていないので、後述するように最後に振動成分を加味してからモータ・ジェネレータ３の作動状態が制御される。また、この場合は、上述のように切替振動設定機６７では０（ＯＦＦ）の信号が出力されるので、切替信号機５７で零出力設定器５６が参照される。これにより最大出力設定器４８の出力は減算器５５で削減されることなく除算器（第２の比較手段）５８へ出力される。つまり、この場合には、油圧ポンプ４の出力が閾値よりも小さいため、比較的余裕のある軽負荷作業であると判定できるので、油圧ポンプ４の出力削減量を設定することなくそのまま出力するのである。なお、最大出力設定器４８には図４の実線で示すようなマップが設けられ、このマップからエンジン回転数設定値に応じて設定される。
【００６３】
また、減算器６６で出力された値はエンジン出力の余力と考えることができ、この余力分がジェネレータ３の発電負荷として設定される。ただし、エンジン余力が大きすぎるとジェネレータ３の負荷も大きくなりすぎるので、最大値選択器６９でこの値が制限される。
すなわち、バッテリ１４の充電量に応じて発電機出力設定器５２で発電機出力の制限値が出力され、最大値選択器６９において、減算器６６で求められた油圧ポンプ４の出力と電動／発電切替閾値との差が比較され、大きい方の出力（絶対値の小さい方の出力）が選択される。減算器５５では、油圧ポンプ４の出力から電動／発電切替閾値を減算するため、その値は負となる。一方、発電機出力設定器５２は図７に示すように発電機出力は充電量の関数で、負の値で表される。したがって大きいほうの出力を選択すると、実質的には発電機出力を発電機出力設定器５２の出力で制限することになる。
【００６４】
信号切替器７０、は切替信号設定器６７の出力が０であるので最大値選択器６９の出力を選択し、最後に加算器７１で油圧ポンプ４の出力の振動成分が加算される。そして電動／発電切替信号設定器７２で加算器７１の出力に基づいて電動／発電の切替信号を設定され、加算機７１で出力された信号が０以上であれば、電動／発電切替信号設定器７２で１（ＯＮ）の信号が設定され、モータ・ジェネレータ３はモータとして駆動され、加算器７１の出力が負であれば、電動／発電切替信号設定器７２で０（ＯＦＦ）の信号が設定され、モータ・ジェネレータ３はジェネレータとして駆動されるのである。
【００６５】
▲２▼油圧ポンプの出力≧電動／発電切替閾値の場合
この場合は大きなエンジン駆動力が必要なときであり、減算器６６で出力される値（油圧ポンプ出力−閾値）は、不足しているエンジン駆動力と考えることができる。そこで、基本的には、モータ・ジェネレータ３をモータとして駆動するとともに減算器６６で出力される値がモータ駆動力として設定される。ただし、このとき設定されるモータ３の出力が、バッテリ１４の充電量から規定される出力最大値を超えることがないように、最小値選択器６８でモータ３の出力が制限される。
【００６６】
また、このように油圧ポンプ４の出力（フィルタ処理された非振動成分）が閾値以上の場合には、エンジン出力のみでは油圧ポンプ４出力が不足するような重負荷作業時と考えることができるので、エンジン１の過負荷を回避する目的で油圧ポンプ４の最大出力が制限される。つまり、切替信号設定器６７の出力は１となり、信号切替器７０により最小値選択器６８が選択されると同時に、減算器５５で最大出力設定器４８の出力から出力削減量設定器５０で設定された出力が減算される。出力削減量設定器５０は、図５に示すようにバッテリ１４の充電量が所定値以上の場合は削減量が０で、充電量が所定値よりも低くなると出力削減量が増える特性を有している。また、充電量がある値以下となると出力削減量が最大値に設定される。したがって、バッテリ１４の充電量が、上記の所定値よりも低くなると減算器５５で油圧ポンプ４の最大出力から最大削減量が減算され、エンジン１が過負荷にならないようにポンプ出力調整器１７を介して油圧ポンプ４の出力が低減される。
【００６７】
一方、バッテリ１４の充電量に応じて電動出力設定器５１で電動出力の制限値が出力され、最小値選択器６８で、減算器６６で求められた油圧ポンプ４の出力と電動／発電切替閾値との差と、該電動出力設定器５１で出力された値とが比較され、小さいほうの出力が選択される。また、該電動機出力設定器５１は、図６に示すように電動機出力はバッテリ充電量に対する関数であり、充電量が所定の値よりも高い場合は正の値で電動機出力が設定され、所定の値よりも低くなると負の値に変わり発電機出力を設定する特性を有している。このように最小値選択器６８で、小さい方の出力を選択することにより、実質的にはバッテリ１４の充電量に応じて電動機出力を制限していることになる。
【００６８】
また、切替信号設定器６７の出力が１であるので信号切替器７０は最小値選択器６８の出力を選択し、加算器７１で油圧ポンプ４の出力の振動成分が加算される。そして加算器７１の出力に基づいて電動／発電切替信号設定器７２で電動／発電の切替信号を設定され、双方向コンバータ１２に加算器７１の出力と電動／発電切替信号設定器７２の出力が入力されモータ・ジェネレータ３が制御される。
【００６９】
したがって、本発明の第２実施形態に係るハイブリッド式建設機械では、油圧ポンプの出力＜電動／発電切替閾値の場合には、基本的には、エンジン１は油圧ポンプ４を駆動するとともにモータ・ジェネレータ３を発電機として駆動し、双方向コンバータ１２を介してバッテリ１４を充電することができる。この時、発電機によるエンジンへ１の負荷は小さく、効率的に充電を行うことができる。
【００７０】
また、モータ・ジェネレータ３の発電出力は、エンジン１の出力が電動／発電切替閾値に近づくように調整されることになるので、エンジン負荷を安定させることができ、さらに、そのエンジン負荷は、モータ・ジェネレータ３が油圧ポンプ４の出力の振動成分を吸収するので、結果的に負荷変動が滑らかになり、より安定した運転を行うことが可能となる。つまり、油圧ポンプ４の出力の変動に応じてモータ・ジェネレータ３をモータとして機能させたり、ジェネレータとして機能させたりすることにより、ポンプ出力の変動が吸収されて、振動や騒音を低減させることができるのである。
【００７１】
また、油圧ポンプ４の出力≧電動／発電切替閾値の場合には、双方向コンバータ１２を介してバッテリ１４の電力がモータ・ジェネレータ３に供給されて電動機として機能し、油圧ポンプ４はエンジン１とモータ・ジェネレータ３の併用で駆動する。この時、モータ・ジェネレータ３がエンジン１への負荷を低減させる補助動力として働くため、従来のエンジン単独駆動のものに比較して小型のシステムでの対応が期待でき、システムをコンパクトにすることができる。
【００７２】
また、モータ・ジェネレータ３の発電機出力は、エンジン１の出力が電動／発電切替閾値に近づくように調整されるので、エンジン負荷を安定させることができ、さらにそのエンジン負荷は、モータ・ジェネレータ３が油圧ポンプ４の出力の振動成分を吸収するので、結果的に負荷変動が滑らかになり、より安定した運転を行うことが可能となる。
【００７３】
さらに、本実施例では、操作器の信号に基づいてコントローラを介して油圧ポンプ４およびモータ・ジェネレータ３を同時に制御するので、第１実施形態の油圧ポンプ４の斜板角を検出して油圧ポンプ４およびモータ・ジェネレータ３を制御する構成に比較してシステムの応答性を改善でき、燃料消費量をさらに改善できる。
【００７４】
なお、電動／発電切替閾値を図１０に示すように、エンジン特性において最小燃料消費ライン（最小燃費カーブ）に設定してもよい。このように設定した場合には、エンジン１の燃料消費量をさらに改善することもできる。
【００７５】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１記載の本発明のハイブリッド式機建設機械によれば、エンジンの回転数に基づき電動機兼発電機の機能を切り換える閾値を設定し、この閾値と油圧ポンプの出力との比較結果に応じて該電動機兼発電機を電動機として機能させるか発電機として機能させるかを切替制御するので、エンジンの負荷に応じた最適な状態で該電動機兼発電機の作動状態を制御することができるという利点がある。
【００７６】
また、請求項２記載の本発明のハイブリッド式建設機械によれば、油圧ポンプの出力が閾値以上であると判定されると、該電動機兼発電機が電動機として機能するとともに、該油圧ポンプの出力が閾値より小さいと判定されると該電動機兼発電機が発電機として機能する。
これにより、該油圧ポンプの出力が高く、したがってエンジンの負荷が大きいときには、該電動機兼発電機を電動機として作動させて該油圧ポンプをアシスト駆動することで、出力の小さいエンジンでも安定したポンプ出力を得ることができる。したがって、燃料消費量を向上できるとともに、騒音を低減することができる。
【００７７】
また、該油圧ポンプの出力が閾値より小さくエンジンの負荷が低いときには、該電動機兼発電機を発電機として作動させて充電を行うことで、効率の高い経済的な運転を行うことができる。また、エンジンの出力を絞ったり回転数を抑制したりする必要がないのでエンストの防止やエンジン回転変動の抑制を図ることができる。
【００７８】
また、請求項３記載の本発明のハイブリッド式建設機械によれば、閾値と油圧ポンプの出力との比較結果に応じて該油圧ポンプの出力を調整するので、常にポンプ出力を最適な値に保持することができる。
また、請求項４記載の本発明のハイブリッド式建設機械によれば、エンジン回転数に基づいて油圧ポンプの最大出力を設定するとともに、バッテリの充電量に基づいて該油圧ポンプの出力低減量を設定し、該油圧ポンプの出力が閾値以上であるとポンプ最大出力から出力低減量を差し引いて該油圧ポンプの出力を抑制するので、エンジンへの過負荷を防止することができる。
【００７９】
また、請求項５記載の本発明のハイブリッド式建設機械によれば、油圧ポンプの出力が閾値より小さければ、油圧ポンプの出力の抑制がキャンセルされるので、油圧ポンプの本来の能力を発揮させることができる。
また、請求項６記載の本発明のハイブリッド式建設機械によれば、油圧ポンプの出力が閾値以上である場合には、油圧ポンプの出力と閾値設定手段で設定される閾値との差と、充電量に基づいて設定される電動機出力とのうち、小さいほうの値が該電動機兼発電機の電動機出力としてあらためて設定されるので、電動機の出力を的確に制限することができる。
【００８０】
また、請求項７記載の本発明のハイブリッド式建設機械によれば、油圧ポンプの出力が閾値より小さい場合には、油圧ポンプの出力と閾値設定手段で設定される閾値との差と、充電量に基づいて設定される電動機兼発電機の発電出力のうち大きいほうの値が、該電動機兼発電機の発電出力としてあらためて設定されるので、発電機の出力を的確に制限することができる。
【００８１】
また、請求項８記載の本発明のハイブリッド式建設機械によれば、油圧ポンプの要求出力と、エンジン回転数に基づいて設定される油圧ポンプの最大出力とを比較して、要求出力が最大出力を超えている場合は、油圧ポンプの要求出力が制限され、エンジンへの過負荷が防止されるので、油圧ポンプを確実に保護することができる。
【００８２】
また、請求項９記載の本発明のハイブリッド式建設機械によれば、作業者の操作状況に応じて設定される油圧ポンプの出力要求値と、圧力検出手段で検出された油圧ポンプの吐出圧とを乗算して油圧ポンプの要求出力を算出するので、簡単且つ正確に要求出力を算出することができる。
また、請求項１０記載の本発明のハイブリッド式建設機械によれば、電動機兼発電機の発電出力と電動機出力との算出には油圧ポンプの出力の非振動成分が用いられるため、変動の少ない安定した発電出力と電動機出力とが算出され、電動／発電の切り換えの判断には油圧ポンプ出力の非振動成分と振動成分との和が用いられるため、出力の振動に応じて正確に電動機兼発電機を制御することができる。
【００８３】
また、請求項１１記載の本発明のハイブリッド式建設機械によれば、油圧ポンプ出力に応じて適切なフィルタが選択されるため、油圧ポンプ出力と充電量とに応じて発電機出力と電動機出力が適切に制限される。
また、請求項１２記載の本発明のハイブリッド式建設機械によれば、電動／発電の切り換えの判断には、油圧ポンプの出力と閾値設定手段で設定される閾値との差に油圧ポンプの振動成分を加えたものが用いられ、その値の符号によって電動機兼発電機の電動／発電の機能が切り換えられるため、油圧ポンプ出力の交流部分の振動が吸収され、結果的にエンジン負荷変動が滑らかになり、より安定した運転が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るハイブリッド式建設機械の油圧システム構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るハイブリッド式建設機械のコントローラ制御ブロック図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係るハイブリッド式建設機械における、ポンプ出力の振動成分と非振動成分を模式的に表したグラフである。（ａ）にポンプ出力を均した成分としての直流成分を示し、（ｂ）にポンプ出力から直流成分を引いた、交流成分を示している。
【図４】本発明の第１実施形態に係るハイブリッド式建設機械における、電動／発電切替閾値設定器に設定された関数グラフである。
【図５】本発明の第１実施形態に係るハイブリッド式建設機械における、出力削減量設定器に設定されたの関数グラフである。
【図６】本発明の第１実施形態に係るハイブリッド式建設機械における、電動出力設定器に設定されたの関数グラフである。
【図７】本発明の第１実施形態に係るハイブリッド式建設機械における、発電出力設定器に設定されたの関数グラフである。
【図８】本発明の第２実施形態に係るハイブリッド式建設機械の油圧システム構成図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係るハイブリッド式建設機械のコントローラ制御ブロック図である。
【図１０】第１実施形態及び第２実施形態の変形例に対して説明する図であって、エンジン燃料消費量の出力とエンジン回転数との関数関係を示すグラフである。
【図１１】従来の油圧電動を用いた作業機の油圧システム構成図である。
【符号の説明】
１　エンジン
２　動力伝達機構
３　モータ・ジェネレータ（電動機兼発電機）
４　油圧ポンプ
４ａ　斜板制御装置
５　コントロールバルブ
６　リモコン弁
６ａ〜６ｅ　リモコンレバー
７〜１１　アクチュエータ
１２　双方向コンバータ（切替制御手段）
１３　コントローラ
１４　バッテリ
１５　圧力検出器（圧力検出手段）
１６　斜板角検出器
１７　ポンプ出力調整器（ポンプ出力調整手段）
１８　エンジン回転数設定器（回転数設定手段）
１９　充電量検出器（充電量検出手段）
２０　乗算器（ポンプ出力演算手段）
２１　フィルタ（分離手段）
２２　減算器
２３　電動／発電切替閾値設定器（閾値設定手段）
２４　最大出力設定器（ポンプ最大出力設定手段）
２５　減算器（比較手段又は差算出手段）
２６　切替信号設定器
２７　出力削減量設定器（出力低減量設定手段）
２８　零出力設定器
２９　信号切替器
３０　減算器（最大出力抑制手段）
３１　電動機出力設定器（電動機出力設定手段）
３２　発電機出力設定器（発電機出力設定手段）
３３　最小値選択器（最小値選択手段）
３４　最大値選択器（最大値選択手段）
３５　信号切替器（選択手段）
３６　加算器（加算手段）
３７　電動／発電切替信号設定器（信号設定手段）
４０ａ〜４０ｅ　操作器
４１　コントローラ
４２　バルブ駆動器
４３　斜板位置調整器（ポンプ出力調整手段）
４４　フィルタ（分離手段）
４５　減算器
４６ａ〜４６ｅ　斜板要求値設定器（出力要求値設定手段）
４７　加算器
４８　最大出力設定器（ポンプ最大出力設定手段）
４９　電動／発電切替閾値設定器（閾値設定手段）
５０　出力削減量設定器（出力低減量設定手段）
５１　電動機出力設定器（電動機出力設定手段）
５２　発電機出力設定器（発電機出力設定手段）
５３　斜板要求値制限器
５４　乗算器（要求出力演算手段）
５５　減算器（最大出力抑制手段）
５６　零出力設定器
５７　信号切替器
５８　除算器（第２の比較手段）
５９　動力比制限器（制限手段）
６０　乗算器
６１　乗算器（ポンプ出力演算手段）
６２　フィルタ（分離手段）
６３　減算器
６４　ゲイン設定器
６５　減算器
６６　減算器（比較手段又は差算出手段）
６７　切替信号設定器
６８　最小値選択器（最小値選択手段）
６９　最大値選択器（最大値選択手段）
７０　信号切替器（選択手段）
７１　加算器（加算手段）
７２　電動／発電切替信号設定器（信号設定手段）
１００　コントローラ
１０１　回転数検出計（エンジン回転数センサ）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a hybrid construction machine having a power source using both an engine and a motor / generator.
[0002]
[Prior art]
FIG. 11 is a configuration diagram of a hydraulic system of a conventional construction machine. As shown in FIG. 11, the hydraulic pump 4 is generally directly connected to the engine 1, and the hydraulic pump 4 is driven by the driving force of the engine 1. Further, the flow rate of the hydraulic oil of the hydraulic pump 4 is adjusted by the swash plate control device 4a.
[0003]
Here, the swash plate control device 4a controls the inclination angle of the swash plate of the hydraulic pump 4, and the flow rate of the hydraulic oil of the hydraulic pump 4 is determined according to the inclination angle. Further, the swash plate control device 4a is controlled by a pump output adjuster (pump output adjusting means) 17.
On the other hand, the rotation speed of the engine 1 is set by an engine rotation speed setting device (rotation speed setting means) 18. At this time, the actual engine rotation speed is measured by a rotation speed detector (engine speed sensor) 101. Is to be detected.
[0004]
The hydraulic oil pressurized by the hydraulic pump 4 is supplied to each of the actuators 7 to 11 via the control valve 5.
The operation of the control valve 5 is controlled by a remote control valve 6 including remote control levers 6a to 6e.
The outputs from the engine speed setting device 18 and the engine speed sensor 101 are input to a controller 100. The controller 100 controls the operation of the pump output adjuster 17 so that the hydraulic pump 4 And the flow rate of the working oil are adjusted.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in conventional hydraulic systems for construction machines, a high-output engine that allows for a maximum load is mounted in order to cope with various operations from a light load to a high load performed by the construction machine.
However, in general, heavy-load work is only a part of the overall work, and when performing medium-load work or light-load work, which accounts for the majority of the usage rate, the engine has excess capacity, so fuel consumption, noise, It is disadvantageous in terms of production cost and the like.
[0006]
Also, when working with light load, the engine output is reduced or the engine speed is reduced.However, due to the characteristics of the engine, the lower the engine speed, the smaller the torque and the more unstable, resulting in engine stall and uneven rotation. It becomes easy and is not preferable in operation.
The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a hybrid construction machine capable of supplying optimal power according to a load.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
For this reason, the hybrid construction machine according to the first aspect of the present invention is a hybrid construction machine capable of driving a hydraulic pump by using both an engine and an electric motor / generator. A calculation means, a rotation speed setting means for setting the rotation speed of the engine, and a threshold value for switching between a function as a motor and a function as a generator of the motor / generator based on a setting signal of the rotation speed setting means. Threshold setting means for setting, comparison means for comparing the threshold value set by the threshold setting means with the output of the hydraulic pump calculated by the pump output calculation means, and the electric motor according to the comparison result of the comparison means And switching control means for switching and controlling the function of the generator.
[0008]
According to a second aspect of the present invention, in addition to the configuration of the first aspect, the switching control unit determines that the output of the hydraulic pump is equal to or greater than the threshold value by the comparing unit. And the motor / generator function as a motor, and when the output of the hydraulic pump is determined to be smaller than the threshold value, the motor / generator functions as a generator.
[0009]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a hybrid construction machine according to the first or second aspect, wherein the output of the hydraulic pump can be adjusted according to the comparison result of the comparing means. It is characterized by having means.
[0010]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a hybrid construction machine according to the third aspect, wherein a maximum output of the hydraulic pump is set based on a setting signal of the rotation speed setting means. Setting means, charge amount detection means for detecting the charge amount of the battery, output reduction amount setting means for setting the output reduction amount of the hydraulic pump based on detection information from the charge amount detection means, and the comparison means When it is determined that the output of the hydraulic pump is equal to or greater than the threshold, the output of the hydraulic pump is subtracted from the maximum output set by the pump maximum output setting means by the output reduction amount set by the output reduction amount setting means. And a maximum output suppressing means for suppressing the above.
[0011]
According to a fifth aspect of the present invention, in addition to the configuration of the fourth aspect, when the output of the hydraulic pump is smaller than the threshold by the comparing means, the maximum The suppression of the output of the hydraulic pump by the output suppressing means is canceled.
[0012]
According to a sixth aspect of the present invention, in addition to the configuration according to the first or second aspect, the output of the hydraulic pump calculated by the pump output calculating means and the threshold value are output by the comparing means. A charging amount detecting unit configured to calculate a difference from a threshold value set by the setting unit; a charging amount detecting unit detecting a charging amount of the battery; and the motor / generator based on detection information from the charging amount detecting unit. Motor output setting means for setting the motor output, and minimum value selecting means for selecting a smaller value among the output set by the motor output setting means and the calculation result by the comparing means. When the output of the hydraulic pump is determined to be equal to or greater than the threshold value, the value selected by the minimum value selecting means is set again as the motor output of the motor / generator.
[0013]
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided the hybrid construction machine according to the first or second aspect, wherein the output of the hydraulic pump calculated by the pump output operation means and the threshold value are output by the comparison means. A charging amount detecting unit configured to calculate a difference from a threshold value set by the setting unit; a charging amount detecting unit configured to detect a charging amount of the battery; and a motor / generator based on detection information from the charging amount detecting unit. Generator output setting means for setting the power generation output; and maximum value selecting means for selecting a larger value among the output set by the generator output setting means and the calculation result by the comparing means. If the means determines that the output of the hydraulic pump is smaller than the threshold value, the value selected by the maximum value selecting means is set again as the generator output of the motor / generator.
[0014]
Also, a hybrid construction machine according to the present invention described in claim 8 is, in addition to the configuration according to any one of claims 1 to 7, a request output calculating means for calculating a required output of the hydraulic pump, Pump maximum output setting means for setting a maximum output of the hydraulic pump based on a setting signal of the rotation speed setting means; a request output calculated by the request output calculating means; and a maximum output set by the pump maximum output setting means. Second comparing means for comparing the output with the output, and limiting means for limiting the required output of the hydraulic pump when the second comparing means determines that the required output exceeds the maximum output. It is characterized by doing.
[0015]
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a hybrid construction machine according to the eighth aspect, further comprising an output request value setting means for setting an output request value of the hydraulic pump according to an operation state of an operator. And a pressure detecting means for detecting a discharge pressure of the hydraulic pump, wherein the required output calculating means comprises a product of the required value set by the required output value setting means and the pressure detected by the pressure detecting means. Is calculated as the required output of the hydraulic pump.
[0016]
A hybrid construction machine according to a tenth aspect of the present invention is a hybrid construction machine capable of driving a hydraulic pump by using both an engine and an electric motor / generator. Means, a rotation speed setting means for setting the rotation speed of the hydraulic pump, and a threshold value for switching between a function as a motor and a function as a generator of the motor / generator based on a setting signal of the rotation speed setting means. Threshold setting means for setting, separation means for separating the output of the hydraulic pump into a vibration component and a non-vibration component, output of the non-vibration component of the hydraulic pump separated by the separation means, A difference calculating means for calculating a difference from a set threshold value; and an electric motor for setting the motor output of the motor / generator based on detection information from the charge amount detecting means for detecting the charge amount of the battery. Output setting means, minimum value selecting means for selecting a small value among the output set by the motor output setting means and the difference calculated by the difference calculating means, and detection information from the charge amount detecting means. Generator output setting means for setting the power output of the motor / generator based on the output, and selecting a larger value from the output set by the generator output setting means and the difference calculated by the difference calculation means. A maximum value selection unit, a selection unit that selects a value set by the minimum value selection unit and a value set by the maximum value selection unit in accordance with the difference calculated by the difference calculation unit; Addition means for adding the value selected by the selection means and the vibration component of the hydraulic pump separated by the separation means, and, according to the result of the addition means, whether the motor / generator functions as a motor, Or set the signal to function as a generator It is characterized by having a signal setting section.
[0017]
According to a eleventh aspect of the present invention, in addition to the configuration according to the tenth aspect, when the value calculated by the difference calculating means is negative, the maximum value is selected by the selecting means. When the value of the means is selected and the value calculated by the difference calculating means is positive, the value of the minimum value selecting means is selected by the selecting means.
[0018]
According to a twelfth aspect of the present invention, in addition to the configuration according to the tenth or eleventh aspect, when the value calculated by the adding means is negative, It is characterized in that a signal for causing the motor / generator to function as a generator is set, and when the value calculated by the adding means is positive, a signal for functioning as a motor is set.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a hybrid construction machine according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, a hydraulic pump 4 and a motor / generator (motor / generator) 3 are connected to the engine 1 via a power transmission mechanism 2. The motor / generator 3 has a function as an electric motor (motor) and a function as a generator (generator). When functioning as a motor, the driving force of the engine 1 and the driving force of the motor 3 are equal. The hydraulic pump 4 is synthesized by the power transmission mechanism 2 and driven by the driving force from these two driving sources (the engine 1 and the motor 3). When the motor / generator 3 functions as a generator, the driving force of the engine 1 is divided into two by the power transmission mechanism 2, and the driving force of the engine 1 drives the hydraulic pump 4 and the generator 3 It is driven to generate power.
[0020]
The engine 1 is provided with an engine speed setting device (rotation speed setting means) 18 for setting the engine speed, and the hydraulic pump 4 is provided with a swash plate control device 4a for controlling the pump flow rate and output. Have been.
Further, a swash plate angle detector 16 for detecting an inclination angle of a swash plate (not shown) of the hydraulic pump 4 and a pump output adjuster (pump output adjusting means) 17 are attached to the swash plate control device 4a. I have.
[0021]
On the other hand, the battery 14 is provided with a charge amount detector (charge amount detection means) 19 for detecting the charge amount. The battery 14 and the motor generator 3 are connected via a bidirectional converter (switch control means) 12. The bidirectional converter 12 switches and controls the function of the motor generator 3.
[0022]
A pressure detector (pressure detecting means) 15 is provided downstream of the hydraulic pump 4 so that the pressure of the hydraulic oil pressurized by the hydraulic pump 4 is detected.
The hydraulic oil pressurized by the hydraulic pump 4 is supplied to each of the actuators 7 to 11 via the control valve 5. The operation of the control valve 5 is controlled by a remote control valve 6 including remote control levers 6a to 6e.
[0023]
Further, a controller 13 for controlling operations of the bidirectional converter 12 and the pump output regulator 17 is provided. The controller 13 receives information from the pressure detector 15, the swash plate angle detector 16, the engine rotation setting unit 18, and the charge amount detector 19, and the controller 13 receives these information. A predetermined calculation is performed based on the signal, and a signal is output to the bidirectional converter 12 and the pump output adjuster 17.
[0024]
Next, FIG. 2 shows a block diagram (control block diagram) of the controller 13.
20 is a multiplier (pump output calculation means) for calculating the output of the hydraulic pump 4 by multiplying the output of the pressure detector 15 and the output of the swash plate angle detector 16, and 21 is a vibration component of the pump output obtained by the multiplier 20. A filter (separating means) such as a band-pass filter for extracting the output of the filter 21 subtracts the output of the filter 21 from the pump output calculated by the multiplier 20 to calculate the non-vibration component of the pump output (averaging the input output of the hydraulic pump 4 ) Is a subtractor for calculating a converted component). In the following, the component of the pump output (vibration component) output by the filter 21 is called an AC component, and the component of the pump output (non-vibration component) output by the subtracter 22 is called a DC component.
[0025]
Reference numeral 23 denotes an electric / power generation switching threshold setter (threshold setting means) for setting a threshold for switching whether the motor / generator 3 functions as a motor or a generator based on a signal from the engine rotation setter 18. . The electric / power generation switching threshold is set as a function with respect to the engine rotation set value as shown by a broken line in FIG.
[0026]
24 is a maximum output setting device (pump maximum output setting means) for setting the maximum output value of the hydraulic pump 4 based on the output of the engine rotation setting device 18, and 25 is an electric motor based on the non-vibration component of the pump output obtained by the subtractor 22. A subtractor (comparing means or difference calculating means) for obtaining a difference by subtracting the electric / power generation switching threshold set by the / power generation switching threshold setting unit 23, and an ON / OFF signal 26 based on the output obtained by the subtractor 25. It is a switching signal setting device to output.
[0027]
27 is an output reduction amount setting device (output reduction amount setting means) for setting the pump output reduction amount based on a signal of the charge amount detector 19 provided in the battery 14, 28 is a zero output setting device, and 29 is a switching signal setting. A signal switch for switching the output of the output reduction amount setting device 27 and the output of the zero output setting device 28 based on the signal of the device 26, and a subtractor 30 for subtracting the output of the signal switching device 29 from the output of the maximum output setting device 24 Maximum output suppression means).
[0028]
31 is a motor output setting device (motor output setting means) for setting the motor output (motor output) of the motor generator 3 based on the output of the charge amount detector 19, and 32 is a motor based on the output of the charge amount detector 19. A generator output setting device (generator output setting means) for setting the generator output (generator output) of the generator 3; 33 is a minimum value selector (minimum value selection means) for selecting the smaller one of the output of the subtractor 25 and the output of the motorized output setting device 31; 34 is the output of the subtractor 25 and the output of the power generation output setting device 32; It is a maximum value selector (maximum value selection means) for selecting the larger output.
[0029]
The selector 35 switches between the output of the minimum value selector 33 and the output of the maximum value selector 34 based on the signal of the switching signal setter 26. The selector 36 adds the output of the filter 21 to the output of the signal selector 35. An adder 37 performs an electric / power generation switching signal setting (ie, a setting for switching the motor / generator 3 to function as a motor or a generator based on the output of the adder (adding means) 36. Signal setting means). The output of the adder 36 and the output of the electric / power generation switching signal setting device 37 are input to the bidirectional converter 12 to control the motor generator 3.
[0030]
Since the hybrid construction machine according to the first embodiment of the present invention is configured as described above, its operation will be described below.
In FIG. 1, when the remote control valves 6a to 6e are operated, the control valve 5 is switched, and the hydraulic oil of the hydraulic pump 4 is supplied to the actuators 7 to 11 to drive the construction machine. At this time, the controller 13 performs the following control calculations to adjust the output of the hydraulic pump 4 and the output of the motor generator 3.
[0031]
First, in the control block diagram of the controller 13 shown in FIG. 2, the output of the pressure detector 15 and the output of the swash plate angle detector 16 are multiplied by the multiplier 20, and the output of the hydraulic pump 4 is calculated. As shown in FIG. 3B, the output of the hydraulic pump is separated from the vibration component by the filter 21 and the vibration component is subtracted from the output of the hydraulic pump using the subtracter 22, thereby obtaining the broken line in FIG. The non-vibration component is calculated as shown by.
[0032]
On the other hand, the switching threshold is set in the electric / power generation switching threshold setting unit 23 as a function with respect to the engine rotation setting value as shown by a broken line in FIG. A switching threshold is determined.
Then, the above threshold value and the output value of the hydraulic pump 4 are compared. The threshold value and the magnitude of the output of the hydraulic pump 4 can be compared by judging from the sign of the difference. The difference is calculated by the subtracter 25 and input to the switching signal setting device 26. The switching signal setting unit 26 has a characteristic of outputting 0 (OFF) when the input is negative and 1 (ON) when the input is positive, and the output of the hydraulic pump 4 is smaller than the electric / power generation switching threshold. Is smaller than 0, the switching signal setting unit 26 outputs 0.
[0033]
(1) In case of hydraulic pump output <electric / power generation switching threshold
If the output of the hydraulic pump 4 (here, a non-vibration component, which is a value obtained by averaging the output of the hydraulic pump 4) is smaller than the threshold value, it is considered that there is extra power in the engine output, so Is controlled so that the motor generator functions as a generator. However, since the vibration component processed by the filter 21 is not considered at this stage, the operating state of the motor / generator is controlled after adding the vibration component last, as described later.
[0034]
In this case, as described above, the switching signal setting unit 26 outputs a signal of 0 (OFF), so that the signal switching unit 29 selects the zero output setting unit 28. As a result, the output of the maximum output setter 24 is output to the pump output adjuster 17 without being reduced by the subtractor 30, and the hydraulic pump 4 is controlled. That is, in this case, since the output of the hydraulic pump 4 is smaller than the threshold value, it can be determined that the operation is a light load operation with a relatively large margin, so that the output of the hydraulic pump 4 is output without being reduced. . The maximum output setting unit 24 is provided with a map as shown by a solid line in FIG. 4, and is set according to the engine speed setting value from this map.
[0035]
Further, the value output by the subtractor 25 can be considered as the remaining power of the engine output, and this remaining power is set as the power generation load of the generator 3. However, if the remaining engine power is too large, the load on the generator 3 will be too large, so the maximum value selector 34 limits this value.
That is, the generator output setting unit 32 outputs a generator output limit value in accordance with the charge amount of the battery 14, and the maximum value selector 34 compares the output of the hydraulic pump 4 obtained by the subtractor 25 with the electric / electric power generation. The difference from the switching threshold is compared, and the larger output (the output with the smaller absolute value) is selected. The subtractor 25 subtracts the electric / power generation switching threshold value from the output of the hydraulic pump 4, so that the difference is negative. On the other hand, as shown in FIG. 7, the generator output setter 32 has a generator output that is a function of the amount of charge and is represented by a negative value. Therefore, when the larger output is selected, the generator output is substantially limited by the output of the generator output setter 32.
[0036]
The signal switch 35 selects the output of the maximum value selector 34 because the output of the switch signal setter 26 is 0. Finally, the adder 36 adds the vibration component of the output of the hydraulic pump 4. Then, the electric / power generation switching signal setting unit 37 sets the electric / power generation switching signal based on the output of the adder 36, and if the value output by the adder 36 is 0 or more, the electric / power generation switching signal setting When the signal of 1 (ON) is set by the heater 37 and the motor generator 3 is driven as a motor, and the value output by the adder 36 is negative, the motor / generator switching signal setter 37 sets the signal of 0 (OFF). The signal is set and the motor generator is driven as a generator.
[0037]
(2) When the output of the hydraulic pump ≧ the electric / power generation switching threshold
In this case, a large engine driving force is required, and the value output from the subtractor 25 (hydraulic pump output-threshold) can be considered to be insufficient engine driving force. Therefore, basically, the motor generator 3 is driven as a motor, and the value output from the subtractor 25 is set as the motor driving force. However, the output of the motor 3 is limited by the minimum value selector 33 so that the output of the motor set at this time does not exceed the output maximum value defined from the charge amount of the battery 14.
[0038]
When the output of the hydraulic pump 4 (filtered non-vibration component) is equal to or greater than the threshold value, it can be considered that the engine is only performing heavy load work in which the output of the hydraulic pump 4 is insufficient. The maximum output of the pump 4 is suppressed for the purpose of avoiding an overload of the engine 1. That is, in this case, the output of the switching signal setting unit 26 becomes 1, and the output reduction amount setting unit 27 is selected by the signal switching unit 29, and at the same time, the output reduction amount from the output of the maximum output setting unit 24 is The output set by the setting device 27 is subtracted. As shown in FIG. 5, the output reduction amount setting unit 27 has a characteristic that the reduction amount is 0 when the charge amount of the battery 14 is equal to or more than a predetermined value, and the output reduction amount increases when the charge amount becomes lower than the predetermined value. ing. When the charged amount becomes equal to or less than a certain value, the output reduction amount is set to the maximum value. Therefore, when the charge amount of the battery 14 becomes lower than the above-mentioned predetermined value, the maximum reduction amount is subtracted from the maximum output of the hydraulic pump 4 by the subtractor 30, and the operation is performed via the pump output adjuster 17 so that the engine 1 is not overloaded. Thus, the output of the hydraulic pump 4 is reduced.
[0039]
On the other hand, the motor output limiter 31 outputs a motor output limit value in accordance with the charge amount of the battery 14, and the difference between the limit value and the output of the hydraulic pump 4 obtained by the subtractor 25 and the electric / power generation switching threshold value. Are compared, and the smaller output is selected by the minimum value selector 33. In the motor output setting unit 31, as shown in FIG. 6, the motor output is a function of the battery charge amount. When the charge amount is higher than a predetermined value, the motor output is set to a positive value. Has a characteristic of changing to a negative value and setting the generator output when it also becomes low. By selecting the smaller output with the minimum value selector 33 in this manner, the motor output is substantially limited according to the charge amount of the battery 14.
[0040]
Further, the signal switch 35 selects the output of the minimum value selector 33 since the output of the switch signal setter 26 is 1, and the adder 36 adds the vibration component of the hydraulic pump 4. Then, the value set by the minimum value selector 33 and the vibration component of the output of the hydraulic pump 4 are added by the adder 36, and based on the result, the electric / power generation switching signal setting device 37 sets the electric / power generation switching signal. Is done. Then, the output of the adder 36 and the output of the electric / power generation switching signal setting device 37 are input to the bidirectional converter 12, and the motor generator 3 is controlled.
[0041]
Therefore, in the hybrid construction machine according to the first embodiment of the present invention, when the output of the hydraulic pump <the electric / power generation switching threshold, the engine 1 basically drives the hydraulic pump 4 and By driving the generator 3 as a generator, the battery 14 can be charged via the bidirectional converter 12. At this time, the load on the engine 1 by the generator is small, and charging can be performed efficiently.
[0042]
Further, the power output of the motor generator 3 is adjusted so that the output of the engine 1 approaches the electric / power generation switching threshold value, so that the engine load can be stabilized. Since the generator 3 absorbs the vibration component of the output of the hydraulic pump 4, the load fluctuation becomes smooth as a result, and more stable operation can be performed.
[0043]
That is, by causing the motor / generator 3 to function as a motor or a generator in accordance with the fluctuation in the output of the hydraulic pump 4, fluctuation in the pump output is absorbed, and vibration and noise can be reduced. It is.
When the output of the hydraulic pump ≧ the electric / power generation switching threshold, the power of the battery 14 is supplied to the motor generator 3 via the bidirectional converter 12, and the motor generator 3 functions as an electric motor, and the hydraulic pump 4 Is driven by the engine 1 and the motor generator 3. At this time, the motor-generator 3 acts as an auxiliary power to reduce the load on the engine 1, so that the operation stability can be improved even with an engine having a small output.
[0044]
Further, the generator output of the motor generator 3 is adjusted so that the output of the engine 1 approaches the electric / power generation switching threshold value, so that the engine load can be stabilized. -Since the generator 3 absorbs the vibration component of the output of the hydraulic pump 4, the load fluctuation becomes smooth as a result, and more stable operation can be performed.
[0045]
As shown in FIG. 10, the electric / power generation switching threshold may be set to a minimum fuel consumption curve in the engine characteristics. With this setting, the fuel consumption of the engine can be further improved.
[0046]
Next, a hybrid construction machine according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 8, a motor / generator (motor / generator) 3 and a hydraulic pump 4 are connected to the engine 1 via a power transmission device 2. The motor / generator 3 has both a function as an electric motor (motor) and a function as a generator (generator). When functioning as a motor, the driving force of the engine 1 and the driving force of the motor 3 are transmitted by a power transmission mechanism. 2, the hydraulic pump 4 is driven by the driving force from these two driving sources (the engine 1 and the motor 3). When the motor / generator 3 functions as a generator, the driving force of the engine 1 is divided into two by the power transmission mechanism 2, the hydraulic pump 4 is driven by the driving force of the engine 1, and the generator 3 is driven. Power generation.
[0047]
The engine 1 is provided with an engine speed setting device (rotation speed setting means) 18 for setting the engine speed, and the hydraulic pump 4 is provided with a swash plate control device 4a for controlling a pump flow rate, an output and the like. Is provided.
Further, a swash plate position adjuster (pump output adjusting means) 43 is attached to the swash plate control device 4a, and the output of the hydraulic pump 4 is adjusted by controlling the inclination angle of the swash plate (not shown). It has become.
[0048]
On the other hand, the battery 14 is provided with a charge amount detector (charge amount detection means) 19 for detecting the charge amount of the battery 14. The battery 14 and the motor generator 3 are connected via a bidirectional converter (switch control means) 12. The function of the motor generator 3 is switched by the bidirectional converter 12.
[0049]
A pressure detector (pressure detecting means) 15 is provided downstream of the hydraulic pump 4 so that the pressure of the hydraulic oil pressurized by the hydraulic pump 4 is detected.
The hydraulic oil pressurized by the hydraulic pump 4 is supplied to each of the actuators 7 to 11 via the control valve 5. Here, the control valve 5 is driven by the control of the valve driver 42 by the controller 41. However, since this structure is not directly related to the present invention, the description is omitted.
[0050]
Further, a controller 41 for controlling operations of the bidirectional converter 12 and the swash plate position adjuster 43 is provided. The controller 41 receives information from the pressure detector 15, the rotation speed setting device 18, the charge amount detector 19, and the operating devices 40a to 40e. The controller 41 determines a predetermined value based on these information. And outputs signals to the bidirectional converter 12, the swash plate position adjuster 43, and the valve driver 42.
[0051]
Next, FIG. 9 shows a block diagram (control block diagram) of the controller 41.
Reference numeral 44 denotes a filter (separating means) such as a band-pass filter for extracting a vibration component of the output of the pressure detector 15. This is a subtractor for calculating an average component of the output of the hydraulic pump 4). 46a to 46e are swash plate required value setting devices (output required value setting means) for setting pump swash plate required values based on signals from the operating devices 40a to 40e, and 47 is an output of the swash plate required value setting devices 46a to 46e. This is an adder for calculating the sum.
48 is a maximum output setting device (pump maximum output setting means) for setting the maximum output value of the hydraulic pump 4 based on the output of the engine rotation setting device 18, and 49 is the motor generator 3 based on the signal of the engine rotation setting device 18. Is a motor / power generation switching threshold value setting device (threshold value setting means) for setting a threshold value for switching between functioning as a motor and functioning as a generator.
[0052]
50 is an output reduction amount setting device (output reduction amount setting means) for setting the pump output reduction amount based on the signal of the charge amount detector 19 of the battery 14, and 51 is an electric motor based on the output of the charge amount detector 19. A motor output setting device (motor output setting means) 52 for setting an output amount (motor output), 52 is a generator output setting device for setting an output amount (generator output) as a generator based on the output of the charge amount detector 19. (Generator output setting means).
[0053]
53 is a swash plate required value limiter that limits the sum of the pump swash plate required values obtained by the adder 47 to 100% when the sum exceeds 100%, and 54 is a non-vibration component of the pressure obtained by the subtractor 45. And a swash plate required value limiter 53 to obtain a required power by multiplying the output of the swash plate required value limiter 53 (required output calculating means). 55 is a subtractor (maximum output suppressing means), 56 is a zero output setter, and 57 is a signal switch. Either the output reduction amount setting device 50 or the zero output setting device 56 is selected by the signal switching device 57, and the subtractor 55 subtracts from the output of the maximum output setting device 48.
[0054]
Reference numeral 58 denotes a divider (second comparing means) which divides the required power obtained by the multiplier 54 by the output of the subtractor 55 to calculate a ratio of maximum power / required power. Numeral 59 denotes a power ratio limiter (limiter), which limits the output to 1 when the output of the divider 58 is 1 or more. A multiplier 60 multiplies the output of the power ratio limiter 59 by the output of the swash plate required value limiter 53 to correct the pump swash plate required value. Numeral 61 denotes a multiplier (pump output calculating means) which calculates the required power by multiplying the required value of the pump swash plate obtained by the multiplier 60 by the output of the pressure detector 15. 62 is a filter (separating means) for extracting the vibration component of the required power of the pump obtained by the multiplier 61, and 63 is the required power of the pump by subtracting the vibration component calculated by the filter 62 from the required power of the pump obtained by the multiplier 61. Is a subtractor that calculates a non-oscillation component of
[0055]
64 is a gain setting device, 65 is a subtractor, and the subtractor 65 stabilizes pump swash plate control by feeding back a signal obtained by multiplying a gain by a vibration component of pressure.
66 is a subtractor (comparing means) which subtracts the non-vibration component of the required power obtained by the subtractor 63 from the output of the electric / power generation switching threshold setting device 49 to calculate a difference. A switching signal setting unit 67 outputs an ON / OFF signal based on the power difference obtained by the subtractor 66. 68 is a minimum value selector (minimum value selection means) for selecting the smaller value of the power difference obtained by the output of the electric power output setting device 51 and the subtractor 66, and 69 is subtraction from the output of the power generation output setting device 52. A maximum value selector (maximum value selecting means) for selecting a value of the larger power difference obtained by the unit 66.
[0056]
70 is a signal switch for switching between the output of the minimum value selector 68 and the output of the maximum value selector 69 based on the signal of the switching signal setter 67, and 71 is the required power calculated by the filter 62 to the output of the signal switch 69. Is an adder for adding the vibration component of Reference numeral 72 denotes an electric / power generation switching signal setting device that outputs a switching signal of the function of the motor generator 3 based on the output of the adder 71.
[0057]
Since the hybrid construction machine according to the second embodiment of the present invention is configured as described above, its operation will be described as follows.
In FIG. 8, when the operating devices 40a to 40e are operated, the signals are input to the controller 41, the control valve 5 is switched via the valve driver 42, and the hydraulic oil of the hydraulic pump 4 is supplied to the actuators 7 to 11 for construction. The machine is driven. At this time, the following control calculation is performed by the controller 41 to adjust the output of the hydraulic pump 4 and the output of the motor generator 3.
[0058]
First, in the controller control block diagram shown in FIG. 9, the output of the pressure detector 15 is input to the filter 44 to extract the oscillating portion, and the subtractor 45 obtains the non-oscillating component from the difference from the original output.
On the other hand, the swash plate required value setting units 46a to 46e determine the pump swash plate required values based on the signals of the operation devices 40a to 40e, and the sum is obtained by the adder 47. Is restricted so as not to exceed.
[0059]
The non-vibration component of the pressure obtained by the subtractor 45 is multiplied by the output of the swash plate required value limiter 53 by the multiplier 54 to calculate the required power. The output of the signal switch 57 is subtracted from the maximum output value of the hydraulic pump 4 set by the maximum output setter 48 by the subtracter 55 and corrected, and the ratio of maximum power / required power is calculated by the divider 58. When the required power <the maximum power, the output of the divider 58 becomes larger than 1, but is limited to 1 by the power ratio limiter 59. When the required power ≧ the maximum power, the output of the divider 58 becomes 1 or less, so that the value is output as it is without being limited by the power ratio limiter 59. The output of the required swash plate limiter 53 and the output of the power ratio limiter 59 are multiplied by the multiplier 60, and the required swash plate value is corrected when the required power <the maximum power.
[0060]
The swash plate required value corrected by the multiplier 60 is multiplied by the gain by the gain setting device 64 to the vibration component of the pressure output from the filter 44 and fed back to the pressure by the subtractor 65. The swash plate position adjuster is used as a pump swash plate command. The swash plate control of the hydraulic pump 4 is output to the output 43. By the above operation, the output of the hydraulic pump 4 is limited to a predetermined output.
[0061]
The required value of the swash plate corrected by the multiplier 60 and the output of the pressure detector 15 are multiplied by the multiplier 61 to calculate the final required power. The vibration component of the required power is extracted by the filter 62, and the non-vibration component of the required power is obtained by subtracting the vibration component of the required power obtained by the filter 62 from the required power obtained by the multiplier 61 by the subtracter 63.
Further, the threshold value set by the electric / power generation switching threshold value setting device 49 is a function of the engine speed setting value as shown by a two-dot chain line in FIG. 4, and the threshold value is set based on the signal of the engine speed setting device 18. You. The subtracter 66 subtracts the electric / power generation switching threshold set by the electric / power generation switching threshold setting unit 49 from the non-vibration component of the required power obtained by the subtractor 63 to obtain a difference. Is done. The switching signal setter 67 has a characteristic of outputting 0 (OFF) when the input is negative and 1 (ON) when the input is positive. If smaller, the switching signal setter 67 outputs 0.
[0062]
(1) In case of hydraulic pump output <electric / power generation switching threshold
Thus, when the output of the hydraulic pump 4 (here, a non-vibration component which is a value obtained by averaging the output of the hydraulic pump 4) is smaller than the threshold, the motor generator basically functions as a generator. Is controlled as follows. However, since the vibration component processed by the filter 62 is not considered at this stage, the operating state of the motor / generator 3 is controlled after adding the vibration component last as described later. In this case, since the switching vibration setting device 67 outputs a signal of 0 (OFF) as described above, the switching signal 57 refers to the zero output setting device 56. As a result, the output of the maximum output setter 48 is output to the divider (second comparing means) 58 without being reduced by the subtractor 55. That is, in this case, since the output of the hydraulic pump 4 is smaller than the threshold value, it is possible to determine that the operation is a light load operation with a relatively sufficient margin, and the output is output without setting the output reduction amount of the hydraulic pump 4. is there. The maximum output setting unit 48 is provided with a map as shown by a solid line in FIG. 4, and the map is set according to the engine speed set value from this map.
[0063]
Further, the value output from the subtractor 66 can be considered as the remaining power of the engine output, and the remaining power is set as the power generation load of the generator 3. However, if the remaining engine power is too large, the load on the generator 3 becomes too large, so the maximum value selector 69 limits this value.
That is, the generator output setting unit 52 outputs a generator output limit value in accordance with the charge amount of the battery 14, and the maximum value selector 69 compares the output of the hydraulic pump 4 obtained by the subtractor 66 with the electric / electric power generation. The difference from the switching threshold is compared, and the larger output (the output with the smaller absolute value) is selected. The subtractor 55 subtracts the electric / power generation switching threshold value from the output of the hydraulic pump 4, so that the value is negative. On the other hand, in the generator output setting unit 52, the generator output is a function of the amount of charge and is represented by a negative value as shown in FIG. Therefore, when the larger output is selected, the generator output is substantially limited by the output of the generator output setter 52.
[0064]
The signal switch 70 selects the output of the maximum value selector 69 because the output of the switch signal setter 67 is 0. Finally, the adder 71 adds the vibration component of the output of the hydraulic pump 4. Then, an electric / power generation switching signal is set by the electric / power generation switching signal setter 72 based on the output of the adder 71. If the signal output by the adder 71 is 0 or more, the electric / power generation switching signal setter is set. A signal of 1 (ON) is set at 72, and the motor generator 3 is driven as a motor. If the output of the adder 71 is negative, a signal of 0 (OFF) is set at the electric / power generation switching signal setting unit 72. Thus, the motor generator 3 is driven as a generator.
[0065]
(2) When the output of the hydraulic pump ≧ the electric / power generation switching threshold
In this case, a large engine driving force is required, and the value output from the subtractor 66 (hydraulic pump output-threshold) can be considered to be insufficient engine driving force. Therefore, basically, the motor generator 3 is driven as a motor, and the value output from the subtractor 66 is set as the motor driving force. However, the output of the motor 3 is limited by the minimum value selector 68 so that the output of the motor 3 set at this time does not exceed the output maximum value defined from the charge amount of the battery 14.
[0066]
When the output of the hydraulic pump 4 (filtered non-vibration component) is equal to or greater than the threshold value, it can be considered that the engine is only performing heavy load work in which the output of the hydraulic pump 4 is insufficient. The maximum output of the hydraulic pump 4 is limited for the purpose of avoiding an overload of the engine 1. That is, the output of the switching signal setting unit 67 becomes 1, and the minimum value selector 68 is selected by the signal switching unit 70, and at the same time, the output of the maximum output setting unit 48 is set by the subtractor 55 and the output reduction amount setting unit 50 is set. The output is subtracted. As shown in FIG. 5, the output reduction amount setting device 50 has a characteristic that the reduction amount is 0 when the charge amount of the battery 14 is equal to or more than a predetermined value, and the output reduction amount increases when the charge amount becomes lower than the predetermined value. ing. When the charged amount becomes equal to or less than a certain value, the output reduction amount is set to the maximum value. Therefore, when the charge amount of the battery 14 becomes lower than the above-mentioned predetermined value, the maximum reduction amount is subtracted from the maximum output of the hydraulic pump 4 by the subtractor 55, and the pump output regulator 17 is controlled so that the engine 1 is not overloaded. Thus, the output of the hydraulic pump 4 is reduced.
[0067]
On the other hand, a limit value of the electric output is output by the electric output setting device 51 according to the charge amount of the battery 14, and the output of the hydraulic pump 4 obtained by the subtractor 66 and the electric / power generation switching threshold value are output by the minimum value selector 68. Is compared with the value output by the electric output setting device 51, and the smaller output is selected. As shown in FIG. 6, the motor output setting unit 51 sets the motor output to a positive value when the charged amount is higher than a predetermined value. When the value is lower than the value, the value is changed to a negative value and the generator output is set. By selecting the smaller output with the minimum value selector 68 in this manner, the motor output is substantially limited according to the charge amount of the battery 14.
[0068]
Since the output of the switching signal setting device 67 is 1, the signal switching device 70 selects the output of the minimum value selector 68, and the adder 71 adds the vibration component of the output of the hydraulic pump 4. An electric / power generation switching signal is set by the electric / power generation switching signal setting device 72 based on the output of the adder 71, and the output of the adder 71 and the output of the electric / power generation switching signal setting device 72 are sent to the bidirectional converter 12. The motor generator 3 is input and controlled.
[0069]
Therefore, in the hybrid type construction machine according to the second embodiment of the present invention, when the output of the hydraulic pump <the electric / power generation switching threshold value, the engine 1 basically drives the hydraulic pump 4 and the motor / generator. 3 can be driven as a generator to charge the battery 14 via the bidirectional converter 12. At this time, the load on the engine by the generator is small, and charging can be performed efficiently.
[0070]
Further, the power output of the motor / generator 3 is adjusted so that the output of the engine 1 approaches the electric / power generation switching threshold value, so that the engine load can be stabilized. -Since the generator 3 absorbs the vibration component of the output of the hydraulic pump 4, the load fluctuation becomes smooth as a result, and more stable operation can be performed. That is, by causing the motor / generator 3 to function as a motor or to function as a generator in accordance with the fluctuation in the output of the hydraulic pump 4, fluctuation in the pump output is absorbed, and vibration and noise can be reduced. It is.
[0071]
When the output of the hydraulic pump 4 ≧ the electric / power generation switching threshold, the electric power of the battery 14 is supplied to the motor / generator 3 via the bidirectional converter 12 to function as an electric motor. It is driven by using the motor / generator 3 together. At this time, since the motor / generator 3 acts as an auxiliary power to reduce the load on the engine 1, it is expected that a smaller system can be used as compared with a conventional engine driven alone, and the system can be made more compact. it can.
[0072]
Further, the generator output of the motor generator 3 is adjusted so that the output of the engine 1 approaches the electric / power generation switching threshold value, so that the engine load can be stabilized. Absorbs the vibration component of the output of the hydraulic pump 4, so that the load fluctuation becomes smooth as a result, and more stable operation can be performed.
[0073]
Further, in the present embodiment, the hydraulic pump 4 and the motor generator 3 are simultaneously controlled via the controller based on the signal of the operating device, so that the swash plate angle of the hydraulic pump 4 of the first embodiment is detected and the hydraulic pump 4 is controlled. The responsiveness of the system can be improved and the fuel consumption can be further improved as compared with the configuration for controlling the motor generator 4 and the motor generator 3.
[0074]
The electric / power generation switching threshold may be set to a minimum fuel consumption line (minimum fuel consumption curve) in the engine characteristics as shown in FIG. With this setting, the fuel consumption of the engine 1 can be further improved.
[0075]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the hybrid machine construction machine of the present invention, a threshold for switching the function of the electric motor and the generator is set based on the engine speed, and the threshold and the output of the hydraulic pump are set. Switching control whether the motor / generator functions as a motor or a generator in accordance with the comparison result, so that the operating state of the motor / generator is controlled in an optimum state according to the engine load. There is an advantage that can be.
[0076]
Further, according to the hybrid construction machine of the present invention, when it is determined that the output of the hydraulic pump is equal to or more than the threshold value, the motor / generator functions as an electric motor and the output of the hydraulic pump Is smaller than the threshold, the motor / generator functions as a generator.
Accordingly, when the output of the hydraulic pump is high and the load on the engine is large, the motor / generator is operated as an electric motor to assist the hydraulic pump, so that a stable pump output can be obtained even with an engine having a small output. Obtainable. Therefore, fuel consumption can be improved and noise can be reduced.
[0077]
Further, when the output of the hydraulic pump is smaller than the threshold value and the load on the engine is low, the electric motor / generator is operated as a generator to perform charging, thereby enabling efficient and economical operation. Further, since there is no need to reduce the output of the engine or suppress the number of revolutions, it is possible to prevent engine stall and suppress engine revolution fluctuation.
[0078]
According to the third aspect of the present invention, the output of the hydraulic pump is adjusted according to the result of comparison between the threshold value and the output of the hydraulic pump, so that the pump output is always maintained at an optimum value. can do.
According to the hybrid construction machine of the present invention, the maximum output of the hydraulic pump is set based on the engine speed, and the output reduction amount of the hydraulic pump is set based on the charge amount of the battery. If the output of the hydraulic pump is equal to or larger than the threshold, the output of the hydraulic pump is suppressed by subtracting the output reduction amount from the maximum output of the pump, so that an overload on the engine can be prevented.
[0079]
Further, according to the hybrid construction machine of the present invention, if the output of the hydraulic pump is smaller than the threshold value, the suppression of the output of the hydraulic pump is canceled, so that the original performance of the hydraulic pump can be exhibited. Can be.
Further, according to the hybrid construction machine of the present invention, when the output of the hydraulic pump is equal to or greater than the threshold, the difference between the output of the hydraulic pump and the threshold set by the threshold setting unit is determined. Since the smaller value of the motor output set based on the amount is set again as the motor output of the motor / generator, the output of the motor can be appropriately limited.
[0080]
Further, according to the hybrid construction machine of the present invention, when the output of the hydraulic pump is smaller than the threshold, the difference between the output of the hydraulic pump and the threshold set by the threshold setting means, and the charge amount The larger value of the power output of the motor / generator set based on the above is set again as the power output of the motor / generator, so that the output of the generator can be appropriately limited.
[0081]
Further, according to the hybrid construction machine of the present invention, the required output of the hydraulic pump is compared with the maximum output of the hydraulic pump set based on the engine speed, and the required output is determined to be the maximum output. Is exceeded, the required output of the hydraulic pump is limited, and overload on the engine is prevented, so that the hydraulic pump can be reliably protected.
[0082]
According to the ninth aspect of the present invention, the output required value of the hydraulic pump, which is set according to the operation state of the worker, and the discharge pressure of the hydraulic pump detected by the pressure detecting means, Is multiplied to calculate the required output of the hydraulic pump, so that the required output can be calculated easily and accurately.
Further, according to the hybrid construction machine of the present invention, since the non-vibration component of the output of the hydraulic pump is used in the calculation of the power output and the motor output of the motor / generator, the fluctuation is stable. The generated power output and the motor output are calculated, and the sum of the non-vibration component and the vibration component of the output of the hydraulic pump is used to determine whether to switch between the motor and the power generation. Can be controlled.
[0083]
Further, according to the hybrid construction machine of the present invention, since an appropriate filter is selected according to the output of the hydraulic pump, the output of the generator and the output of the motor are determined according to the output of the hydraulic pump and the charge amount. Appropriately restricted.
According to the twelfth aspect of the present invention, in determining whether to switch between electric and power generation, the difference between the output of the hydraulic pump and the threshold value set by the threshold value setting means is determined by the vibration component of the hydraulic pump. Is used, and the function of the electric motor / generator is switched according to the sign of the value. Therefore, the vibration of the AC part of the hydraulic pump output is absorbed, and as a result, the engine load fluctuation becomes smooth. , More stable operation becomes possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a hydraulic system of a hybrid type construction machine according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a controller control block diagram of the hybrid construction machine according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a graph schematically showing a vibration component and a non-vibration component of a pump output in the hybrid construction machine according to the first embodiment of the present invention. (A) shows a DC component as a component equalizing the pump output, and (b) shows an AC component obtained by subtracting the DC component from the pump output.
FIG. 4 is a function graph set in an electric / power generation switching threshold value setting device in the hybrid type construction machine according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a function graph set in the output reduction amount setting device in the hybrid construction machine according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a function graph set in the electric output setting device in the hybrid construction machine according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a function graph of a power generation output setting device in the hybrid construction machine according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a configuration diagram of a hydraulic system of a hybrid type construction machine according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a controller control block diagram of a hybrid type construction machine according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram illustrating a modification of the first embodiment and the second embodiment, and is a graph showing a functional relationship between an output of an engine fuel consumption and an engine speed.
FIG. 11 is a configuration diagram of a hydraulic system of a conventional working machine using hydraulic electric power.
[Explanation of symbols]
1 engine
2 Power transmission mechanism
3 Motor / generator (motor and generator)
4 Hydraulic pump
4a Swash plate control device
5 Control valve
6 Remote control valve
6a-6e Remote control lever
7-11 Actuator
12 Bidirectional converter (switch control means)
13 Controller
14 Battery
15 Pressure detector (pressure detection means)
16 Swash plate angle detector
17 Pump output adjuster (Pump output adjusting means)
18 Engine speed setting device (speed setting device)
19 Charge detector (Charge detector)
20 Multiplier (pump output calculation means)
21 Filter (separation means)
22 Subtractor
23 Electric / power generation switching threshold setting device (threshold setting means)
24 Maximum output setting device (Pump maximum output setting means)
25 subtractor (comparing means or difference calculating means)
26 Switching signal setting device
27 Output reduction amount setting device (output reduction amount setting means)
28 Zero output setting device
29 Signal switch
30 Subtractor (maximum output suppression means)
31 Motor output setting device (motor output setting means)
32 Generator output setting device (Generator output setting means)
33 Minimum value selector (minimum value selection means)
34 Maximum value selector (Maximum value selection means)
35 signal switch (selection means)
36 Adder (addition means)
37 Electric / power generation switching signal setting device (signal setting means)
40a-40e actuator
41 Controller
42 Valve driver
43 Swash plate position adjuster (pump output adjusting means)
44 Filter (separation means)
45 Subtractor
46a-46e Swash plate required value setting device (output required value setting means)
47 adder
48 Maximum output setting device (Pump maximum output setting means)
49 Electric / power generation switching threshold setting device (threshold setting means)
50 Output reduction amount setting device (output reduction amount setting means)
51 Motor output setting device (motor output setting means)
52 Generator output setting device (Generator output setting means)
53 Swash plate required value limiter
54 Multiplier (request output calculation means)
55 subtractor (maximum output suppressing means)
56 Zero output setting device
57 signal switch
58 Divider (second comparison means)
59 Power ratio limiter (Limiting means)
60 multiplier
61 Multiplier (Pump output calculation means)
62 Filter (separation means)
63 subtractor
64 Gain setting device
65 Subtractor
66 subtractor (comparing means or difference calculating means)
67 Switching signal setting device
68 Minimum value selector (minimum value selection means)
69 Maximum value selector (Maximum value selection means)
70 Signal switch (selection means)
71 Adder (addition means)
72 Electric / power generation switching signal setting device (signal setting means)
100 controller
101 Speed detector (engine speed sensor)

Claims (12)

エンジンと電動機兼発電機とを併用して油圧ポンプを駆動しうるハイブリッド式建設機械において、
該油圧ポンプの出力を演算するポンプ出力演算手段と、
該エンジンの回転数を設定する回転数設定手段と、
該回転数設定手段の設定信号に基づいて該電動機兼発電機の電動機としての機能と発電機としての機能とを切り替える閾値を設定する閾値設定手段と、
該閾値設定手段で設定される閾値と該ポンプ出力演算手段で演算された該油圧ポンプの出力とを比較する比較手段と、
該比較手段の比較結果に応じて該電動機兼発電機の機能を切換制御する切替制御手段とを有している
ことを特徴とする、ハイブリッド式建設機械。In a hybrid construction machine that can drive a hydraulic pump using both an engine and an electric motor / generator,
Pump output calculating means for calculating the output of the hydraulic pump;
Rotation speed setting means for setting the rotation speed of the engine;
Threshold setting means for setting a threshold for switching between a function as a motor and a function as a generator of the motor / generator based on a setting signal of the rotation speed setting means,
Comparing means for comparing the threshold value set by the threshold value setting means with the output of the hydraulic pump calculated by the pump output calculating means;
A hybrid construction machine, comprising: switching control means for switching and controlling the function of the motor / generator according to the comparison result of the comparison means. 該切替制御手段は、該比較手段により該油圧ポンプの出力が該閾値以上であると判定されると該電動機兼発電機を電動機として機能させるとともに、該油圧ポンプの出力が該閾値より小さいと判定されると該電動機兼発電機を発電機として機能させる
ことを特徴とする、請求項１記載のハイブリッド式建設機械。The switching control means, when the comparison means determines that the output of the hydraulic pump is greater than or equal to the threshold, causes the motor / generator to function as a motor and determines that the output of the hydraulic pump is less than the threshold. The hybrid construction machine according to claim 1, wherein the electric motor and the generator function as a generator when the operation is performed. 該比較手段の比較結果に応じて該油圧ポンプの出力を調整可能なポンプ出力調整手段を有している
ことを特徴とする、請求項１又は２記載のハイブリッド式建設機械。The hybrid construction machine according to claim 1 or 2, further comprising a pump output adjusting unit capable of adjusting an output of the hydraulic pump according to a comparison result of the comparing unit. 該回転数設定手段の設定信号に基づいて該油圧ポンプの最大出力を設定するポンプ最大出力設定手段と、
バッテリの充電量を検出する充電量検出手段と、
該充電量検出手段からの検出情報に基づいて該油圧ポンプの出力低減量を設定する出力低減量設定手段と、
該比較手段により該油圧ポンプの出力が該閾値以上であると判定されると、該ポンプ最大出力設定手段で設定される最大出力から出力低減量設定手段で設定される出力低減量を差し引いて該油圧ポンプの出力を抑制する最大出力抑制手段とを有している
ことを特徴とする、請求項３記載のハイブリッド式建設機械。Pump maximum output setting means for setting a maximum output of the hydraulic pump based on a setting signal of the rotation speed setting means,
Charge amount detection means for detecting the charge amount of the battery;
Output reduction amount setting means for setting an output reduction amount of the hydraulic pump based on detection information from the charge amount detection means;
When the output of the hydraulic pump is determined to be equal to or greater than the threshold value by the comparing means, the output reduction amount set by the output reduction amount setting means is subtracted from the maximum output set by the pump maximum output setting means. 4. The hybrid construction machine according to claim 3, further comprising a maximum output suppressing means for suppressing an output of the hydraulic pump. 該比較手段により該油圧ポンプの出力が該閾値よりも小さいと判定されると、該最大出力抑制手段による該油圧ポンプの出力の抑制がキャンセルされる
ことを特徴とする、請求項４記載のハイブリッド式建設機械。5. The hybrid according to claim 4, wherein when the comparison unit determines that the output of the hydraulic pump is smaller than the threshold value, the suppression of the output of the hydraulic pump by the maximum output suppression unit is canceled. Construction machinery. 該比較手段が該ポンプ出力演算手段で演算された該油圧ポンプの出力と該閾値設定手段で設定される閾値との差を演算するように構成されるとともに、
バッテリの充電量を検出する充電量検出手段と、
該充電量検出手段からの検出情報に基づいて該電動機兼発電機の電動機出力を設定する電動機出力設定手段と、
該電動機出力設定手段で設定された出力と、該比較手段による演算結果とのうち、小さい値を選択する最小値選択手段とを有し、
該比較手段により該油圧ポンプの出力が該閾値以上であると判定されると、該最小値選択手段で選択された値が、該電動機兼発電機の電動機出力としてあらためて設定される
ことを特徴とした、請求項１又は２記載のハイブリッド式建設機械。The comparing means is configured to calculate a difference between the output of the hydraulic pump calculated by the pump output calculating means and a threshold set by the threshold setting means,
Charge amount detection means for detecting the charge amount of the battery;
Motor output setting means for setting a motor output of the motor / generator based on detection information from the charge amount detection means,
An output set by the motor output setting means, and a minimum value selecting means for selecting a small value among the calculation results by the comparing means,
When the comparing means determines that the output of the hydraulic pump is equal to or greater than the threshold value, the value selected by the minimum value selecting means is set again as the motor output of the motor / generator. The hybrid construction machine according to claim 1 or 2, wherein 該比較手段が該ポンプ出力演算手段で演算された該油圧ポンプの出力と該閾値設定手段で設定される閾値との差を演算するよう構成されるとともに、
バッテリの充電量を検出する充電量検出手段と、
該充電量検出手段からの検出情報に基づいて該電動機兼発電機の発電出力を設定する発電機出力設定手段と、
該発電機出力設定手段で設定された出力と、該比較手段による演算結果とのうち、大きい値を選択する最大値選択手段とを有し、
該比較手段により該油圧ポンプの出力が該閾値より小さいと判定されると、該最大値選択手段で選択された値が、該電動機兼発電機の発電機出力としてあらためて設定される
ことを特徴とする、請求項１又は２記載のハイブリッド式建設機械。The comparing means is configured to calculate a difference between the output of the hydraulic pump calculated by the pump output calculating means and a threshold set by the threshold setting means,
Charge amount detection means for detecting the charge amount of the battery;
Generator output setting means for setting the power output of the electric motor and generator based on the detection information from the charge amount detection means,
An output set by the generator output setting means, and a maximum value selecting means for selecting a large value among the calculation results by the comparing means,
If the comparing means determines that the output of the hydraulic pump is smaller than the threshold value, the value selected by the maximum value selecting means is set again as the generator output of the motor / generator. The hybrid construction machine according to claim 1, wherein 該油圧ポンプの要求出力を演算する要求出力演算手段と、
該回転数設定手段の設定信号に基づいて該油圧ポンプの最大出力を設定するポンプ最大出力設定手段と、
該要求出力演算手段で演算された要求出力と該ポンプ最大出力設定手段で設定された最大出力とを比較する第２の比較手段と、
該第２の比較手段により、要求出力が最大出力を超えていると判定された場合は、該油圧ポンプの要求出力を制限する制限手段とを有している
ことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載のハイブリッド式建設機械。Request output calculating means for calculating a required output of the hydraulic pump;
Pump maximum output setting means for setting a maximum output of the hydraulic pump based on a setting signal of the rotation speed setting means,
Second comparing means for comparing the required output calculated by the required output calculating means with the maximum output set by the pump maximum output setting means;
2. The control device according to claim 1, further comprising a limiter configured to limit the required output of the hydraulic pump when the second comparator determines that the required output exceeds the maximum output. 8. The hybrid construction machine according to any one of items 7 to 7. 作業者の操作状況に応じて該油圧ポンプの出力要求値を設定する出力要求値設定手段と、
該油圧ポンプの吐出圧を検出する圧力検出手段とを有し、
要求出力演算手段は、該出力要求値設定手段で設定された要求値と該圧力検出手段で検出された圧力との積を該油圧ポンプの要求出力として算出する
ことを特徴とする、請求項８記載のハイブリッド式建設機械。Output request value setting means for setting an output request value of the hydraulic pump according to an operation state of an operator;
Pressure detection means for detecting the discharge pressure of the hydraulic pump,
9. The demand output calculation means calculates a product of the demand value set by the output demand value setting means and the pressure detected by the pressure detection means as a demand output of the hydraulic pump. The hybrid construction machine as described. エンジンと電動機兼発電機とを併用して油圧ポンプを駆動しうるハイブリッド式建設機械において、
該油圧ポンプの出力を演算するポンプ出力演算手段と、
該油圧ポンプの回転数を設定する回転数設定手段と、
該回転数設定手段の設定信号に基づいて該電動機兼発電機の電動機としての機能と発電機としての機能とを切り換える閾値を設定する閾値設定手段と、
該油圧ポンプの出力を振動成分と非振動成分とに分離する分離手段と、
該分離手段で分離された該油圧ポンプの非振動成分の出力と、該閾値設定手段で設定される閾値との差を算出する差算出手段と、
バッテリの充電量を検出する充電量検出手段からの検出情報に基づいて該電動機兼発電機の電動機出力を設定する電動機出力設定手段と、
該電動機出力設定手段で設定された出力と、該差算出手段で算出された差とのうち、小さい値を選択する最小値選択手段と、
該充電量検出手段からの検出情報に基づいて該電動機兼発電機の発電出力を設定する発電機出力設定手段と、
該発電機出力設定手段で設定された出力と、該差算出手段で算出された差とのうち、大きい値を選択する最大値選択手段と、
該差算出手段で算出された差に応じて、該最小値選択手段で設定される値と、該最大値選択手段で設定される値とを選択する選択手段と、
該選択手段で選択された値と、該分離手段で分離された該油圧ポンプの振動成分とを加算する加算手段と、
該加算手段の結果に応じて、該電動機兼発電機を電動機として機能させるか、又は発電機として機能させるかの信号を設定する信号設定手段と
を有していることを特徴とする、ハイブリッド式建設機械。In a hybrid construction machine that can drive a hydraulic pump using both an engine and an electric motor / generator,
Pump output calculating means for calculating the output of the hydraulic pump;
Rotation speed setting means for setting the rotation speed of the hydraulic pump,
Threshold setting means for setting a threshold for switching between a function as a motor and a function as a generator of the motor / generator based on a setting signal of the rotation speed setting means;
Separating means for separating the output of the hydraulic pump into a vibration component and a non-vibration component;
Difference calculating means for calculating a difference between the output of the non-vibration component of the hydraulic pump separated by the separating means and a threshold set by the threshold setting means,
Motor output setting means for setting the motor output of the motor / generator based on detection information from the charge amount detection means for detecting the charge amount of the battery;
An output set by the motor output setting unit, and a minimum value selecting unit that selects a small value among the differences calculated by the difference calculating unit;
Generator output setting means for setting the power output of the electric motor and generator based on the detection information from the charge amount detection means,
An output set by the generator output setting means, and a maximum value selecting means for selecting a large value among the differences calculated by the difference calculating means;
Selection means for selecting a value set by the minimum value selection means and a value set by the maximum value selection means, according to the difference calculated by the difference calculation means,
Adding means for adding the value selected by the selecting means and the vibration component of the hydraulic pump separated by the separating means;
A signal setting means for setting a signal to make the motor / generator function as a motor or to function as a generator according to the result of the adding means. Construction machinery. 該差算出手段により算出される値が負の場合には、選択手段により、最大値選択手段の値が選択されるとともに、
該差算出手段により算出される値が正の場合には、選択手段により、最小値選択手段の値が選択される
ことを特徴とする、請求項１０記載のハイブリッド式建設機械。When the value calculated by the difference calculation means is negative, the selection means selects the value of the maximum value selection means,
11. The hybrid construction machine according to claim 10, wherein when the value calculated by said difference calculating means is positive, the value of said minimum value selecting means is selected by said selecting means. 信号設定手段は、該加算手段で算出された値が負の場合には、該電動機兼発電機を発電機として機能させる信号を設定し、該加算手段で算出された値が正の場合には、電動機として機能させる信号を設定する
ことを特徴とする、請求項１０又は１１記載のハイブリッド式建設機械。The signal setting unit sets a signal that causes the motor / generator to function as a generator when the value calculated by the adding unit is negative, and sets a signal when the value calculated by the adding unit is positive. The hybrid construction machine according to claim 10 or 11, wherein a signal that functions as an electric motor is set.
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