JP2005210869A

JP2005210869A - Hybrid system

Info

Publication number: JP2005210869A
Application number: JP2004017327A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiro Nakagaki; 充弘中垣; Osamu Yasuda; 修安田
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2004-01-26
Filing date: 2004-01-26
Publication date: 2005-08-04

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the size of a battery and to reduce the copper loss caused by current reduction by using a step-up/step-down chopper in a hybrid system having a motor and a generator and to improve electric energy efficiency by normally supplying generated power from the generator and supplying the power from the battery as needed. <P>SOLUTION: The generated power by an alternator 11 is stepped down by the step-up/step-down chopper 44, stored in the battery 14 or supplied to the motor 5 through a VVVF inverter converter 42 as an inverter. When the motor 5 is operated, the generated power by the alternator 11 and feeding power from the battery 14 stepped up by the step-up/step-down chopper 44 are supplied to the motor 5 through the VVVF inverter converter 42 operated as the inverter. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、ハイブリッドシステムに関し、特に、エンジンによる駆動、エンジン及びモータによる駆動、並びにモータによる駆動が行われる駆動形態を有するハイブリッドシステムに関する。なお、本発明における「ハイブリッド」とは、エンジンとモータから機械的駆動力を得るという意味である。 The present invention relates to a hybrid system, and more particularly, to a hybrid system having a drive configuration in which driving by an engine, driving by an engine and a motor, and driving by a motor are performed. In the present invention, “hybrid” means that a mechanical driving force is obtained from an engine and a motor.

従来、電気自動車や作業機などに適用されるハイブリッドシステムとして、電動機（モータ）と発電機とを別々に備えた構成のものと、電動機及び発電機の機能を兼ね備えたモータジェネレータを備えた構成のものとが知られている。
そして、このようなハイブリッドシステムにおいては、エンジンの負荷トルクと燃料噴射量との関係に基づいて、モータジェネレータを電動機として作動させてトルクアシストを行うか、発電機として作動させて蓄電装置（バッテリ）の蓄電を行うかを制御し、エンジンを最適な運転状態に近付くようにする技術が公知となっている（例えば、特許文献１参照）。 Conventionally, as a hybrid system applied to an electric vehicle or a work machine, a configuration in which a motor (motor) and a generator are separately provided, and a configuration in which a motor generator having a function of the motor and the generator is provided are provided. Things are known.
In such a hybrid system, based on the relationship between the engine load torque and the fuel injection amount, the motor generator is operated as an electric motor for torque assist, or the electric generator is operated as a power generator (battery). A technique for controlling whether or not to store electricity and bringing the engine closer to an optimal operating state is known (see, for example, Patent Document 1).

特開２００３−２７９８５号公報JP 2003-27985 A

本発明が解決しようとする問題は、ハイブリッドシステムとしての機能を向上させるため、モータ出力の向上やバッテリ容量・電圧の増大を図ることが望ましいが、単純にこうした効果を得ようとすれば、モータやバッテリを大きくする必要が生じる点である。このようにモータやバッテリを大きくすれば、ハイブリッドシステムが適用される機体重量の増加の原因となり、また、機体の外形寸法などから確保できる設置スペースには限界がある。しかし、モータを駆動するには、バッテリから供給される電圧は高い方が有利である。 The problem to be solved by the present invention is to improve the function as a hybrid system. Therefore, it is desirable to improve the motor output and increase the battery capacity and voltage. It is also necessary to enlarge the battery. If the motor and the battery are increased in this way, the weight of the airframe to which the hybrid system is applied is increased, and there is a limit to the installation space that can be secured from the external dimensions of the airframe. However, a higher voltage supplied from the battery is advantageous for driving the motor.

すなわち、前記従来のハイブリッドシステムの構成においては、バッテリからモータとして作動するモータジェネレータへの電力の供給、及び発電機として作動するモータジェネレータによるバッテリの蓄電は、それぞれインバータを介して行われており、各場合において電圧の昇圧や降圧などは施されておらず、バッテリによる所望の電圧などを得ようとするとバッテリを大きくする必要が生じる。
また、発電機として作動するモータジェネレータによって発電された電力は、一旦バッテリに蓄電され、モータジェネレータがモータとして作動する場合にバッテリからモータジェネレータへと供給される構成となっているが、これはバッテリの充放電効率の点から好ましいとは言えない。 That is, in the configuration of the conventional hybrid system, supply of electric power from the battery to the motor generator that operates as a motor, and storage of the battery by the motor generator that operates as a generator are performed via inverters, respectively. In each case, the voltage is not boosted or lowered, and it is necessary to enlarge the battery in order to obtain a desired voltage from the battery.
In addition, the electric power generated by the motor generator that operates as a generator is once stored in the battery, and is supplied from the battery to the motor generator when the motor generator operates as a motor. It cannot be said that it is preferable from the point of charge / discharge efficiency.

そこで、本発明においては、モータと発電機とを備えたハイブリッドシステムにおいて、昇降圧チョッパを使用することにより、バッテリの小型化、及び小電流化による銅損の低減を図るとともに、通常は発電機からの発電電力をモータに供給し、必要に応じてバッテリからの電力供給を行うことで電気エネルギー効率の向上を図る。
また、モータによる適切なトルクアシストを行うことにより、エンジン負荷の平準化を図ることによるエンジンの小型化、及びエンジンの低速域でのトルクの向上・安定化を図る。
さらに、エンジンを停止させた状態でのモータ単独駆動を可能にすることにより、作業状況等に応じて騒音の低減及び燃費の向上を図る。 Therefore, in the present invention, in a hybrid system including a motor and a generator, by using a step-up / down chopper, the battery is reduced in size and the copper loss is reduced by reducing the current. The electric power generated is supplied to the motor, and the electric power is supplied from the battery as necessary, thereby improving the electric energy efficiency.
In addition, by performing appropriate torque assist by the motor, the engine load is leveled to reduce the size of the engine and to improve and stabilize the torque in the low speed region of the engine.
Furthermore, by making it possible to drive the motor alone with the engine stopped, noise is reduced and fuel efficiency is improved in accordance with the working conditions.

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。 The problems to be solved by the present invention are as described above. Next, means for solving the problems will be described.

即ち、請求項１においては、エンジンと、モータと、可変電圧可変周波数（以下、ＶＶＶＦ）インバータコンバータと、これらと接続して制御する制御手段と、発電機と、蓄電装置とを備えるハイブリッドシステムにおいて、前記発電機による発電電力を、前記蓄電装置に蓄電し、またはインバータとして作動する前記ＶＶＶＦインバータコンバータを介して前記モータに供給し、前記モータを作動させる場合には、インバータとして作動する前記ＶＶＶＦインバータコンバータを介して、前記発電機による発電電力及び前記蓄電装置からの給電電力を前記モータに供給するものである。 That is, in claim 1, in a hybrid system comprising an engine, a motor, a variable voltage variable frequency (hereinafter referred to as VVVF) inverter converter, control means connected to these, a generator, and a power storage device. When the electric power generated by the generator is stored in the power storage device or supplied to the motor via the VVVF inverter converter that operates as an inverter, and the motor is operated, the VVVF inverter that operates as an inverter The electric power generated by the generator and the electric power supplied from the power storage device are supplied to the motor via a converter.

請求項２においては、エンジンと、モータと、ＶＶＶＦインバータコンバータと、昇降圧チョッパと、これらと接続して制御する制御手段と、発電機と、蓄電装置とを備えるハイブリッドシステムにおいて、前記発電機による発電電力を、前記昇降圧チョッパにより降圧して前記蓄電装置に蓄電し、またはインバータとして作動する前記ＶＶＶＦインバータコンバータを介して前記モータに供給し、前記モータを作動させる場合には、インバータとして作動する前記ＶＶＶＦインバータコンバータを介して、前記発電機による発電電力、及び前記昇降圧チョッパにより昇圧される前記蓄電装置からの給電電力を前記モータに供給するものである。 According to a second aspect of the present invention, in a hybrid system including an engine, a motor, a VVVF inverter converter, a step-up / step-down chopper, control means connected to these, a generator, and a power storage device, the generator The generated power is stepped down by the step-up / step-down chopper and stored in the power storage device, or supplied to the motor via the VVVF inverter converter that operates as an inverter. When the motor is operated, it operates as an inverter. The electric power generated by the generator and the electric power supplied from the power storage device boosted by the step-up / step-down chopper are supplied to the motor via the VVVF inverter converter.

請求項３においては、前記エンジン起動時には、前記モータを作動させてエンジンの起動を行うものである。 According to a third aspect of the present invention, when the engine is started, the motor is started to start the engine.

請求項４においては、前記エンジン起動終了後は、前記発電機を作動させて前記蓄電装置の蓄電を行い、トルクアシスト要求が発生した場合には、前記モータを作動させてトルクアシストを行うものである。 According to a fourth aspect of the present invention, after the start of the engine, the generator is operated to store the power storage device, and when a torque assist request is generated, the motor is operated to perform torque assist. is there.

請求項５においては、前記モータによるトルクアシスト時には、該モータを、インバータとして作動するＶＶＶＦインバータコンバータにより、予め決定される速度指令に基づいて制御するものである。 According to a fifth aspect of the present invention, at the time of torque assist by the motor, the motor is controlled based on a predetermined speed command by a VVVF inverter converter that operates as an inverter.

請求項６においては、前記発電機によって行われる前記蓄電装置の蓄電時に、前記モータによる回生発電が行われた場合には、前記ＶＶＶＦインバータコンバータをコンバータとして作動させるとともに、前記モータからの回生電力を、前記発電機による発電電力とともに前記蓄電装置に蓄電するものである。 In claim 6, when regenerative power generation by the motor is performed during power storage of the power storage device performed by the generator, the VVVF inverter converter is operated as a converter, and regenerative power from the motor is The power storage device stores power together with the power generated by the generator.

請求項７においては、前記モータによるトルクアシスト時には、前記発電機による発電電力を前記モータに供給し、最大トルク要求が発生した場合には、前記蓄電装置からの給電電力を前記昇降圧チョッパにより昇圧して前記モータに供給するものである。 According to a seventh aspect of the present invention, at the time of torque assist by the motor, power generated by the generator is supplied to the motor, and when a maximum torque request is generated, the power supplied from the power storage device is boosted by the step-up / step-down chopper. And is supplied to the motor.

請求項８においては、前記エンジンのクラッチの「入」「切」を検知する検知手段を設けて前記制御手段と接続し、該クラッチを切状態にすることにより、前記モータによる単独駆動を可能とするものである。 In claim 8, a detecting means for detecting “on” and “off” of the clutch of the engine is provided and connected to the control means, and the clutch is disengaged to enable independent driving by the motor. To do.

請求項９においては、前記モータによる単独駆動時において、前記エンジンを停止させることによる該モータの単独作動を可能とするものである。 According to a ninth aspect of the present invention, the motor can be independently operated by stopping the engine when the motor is independently driven.

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。 As effects of the present invention, the following effects can be obtained.

請求項１においては、発電機の発電電力と蓄電装置の電力によりモータに適切なトルクアシストを行うことができ、エンジンの小型化を図ることが可能となる。これにより、小型の作業機などにおいても、本ハイブリッドシステムによる効率の良い運転が可能となり、ランニングコストの低減効果を得ることが可能となる。 According to the first aspect of the present invention, it is possible to perform appropriate torque assist for the motor by the generated power of the generator and the power of the power storage device, and the engine can be downsized. As a result, even with a small working machine or the like, efficient operation by the hybrid system is possible, and an effect of reducing running cost can be obtained.

請求項２においては、昇降圧チョッパを使用することにより、蓄電装置からモータへ供給される電圧を昇圧することができるため、蓄電装置からの出力（電力）が同じであれば、電圧が高くなった分、小電流化を図ることが可能となるこれにより、昇降圧チョッパとＶＶＶＦインバータコンバータとを接続する配線、及びＶＶＶＦインバータコンバータとモータとを接続する配線において、負荷をかけたとき流れる負荷電流の配線の抵抗によって失われる損失（銅損）を低減することができる。
また、昇降圧チョッパを使用することにより、蓄電装置の小型化が図れる。つまり、モータに供給する電圧は、高いほどモータの機能を発揮するためには有利であり、高い電圧で供給しようとすると、蓄電装置を大きくする必要があるが、昇降圧チョッパを使用することで蓄電装置から供給する電圧が低くても昇圧することが可能となるので、蓄電装置を大きくする必要がなくなるのである。これにより、本ハイブリッドシステムを搭載する機体における省スペース化、及び軽量化を図ることができる。 According to the second aspect of the present invention, since the voltage supplied from the power storage device to the motor can be boosted by using the step-up / step-down chopper, the voltage increases if the output (electric power) from the power storage device is the same. As a result, the current can be reduced, so that the load current that flows when a load is applied to the wiring connecting the buck-boost chopper and the VVVF inverter converter and the wiring connecting the VVVF inverter converter and the motor. Loss (copper loss) lost due to the resistance of the wiring can be reduced.
Further, the use of the step-up / down chopper can reduce the size of the power storage device. In other words, the higher the voltage supplied to the motor, the more advantageous it is to exert its function, and it is necessary to enlarge the power storage device to supply at a higher voltage, but by using a buck-boost chopper Since the voltage can be boosted even when the voltage supplied from the power storage device is low, it is not necessary to enlarge the power storage device. Thereby, the space saving and weight reduction in the airframe which mounts this hybrid system can be achieved.

請求項３においては、トルクアシストを行うモータを、エンジンの起動時におけるスタータとして利用することにより、別途セルモータ（スタータモータ）等を設ける必要がなくなり、省スペース化を図ることが可能となるので、本ハイブリッドシステムが適用される機体において動力機関の搭載スペースを小さくすることができる。また、製造コストを低減することもできる。 In claim 3, by using a motor that performs torque assist as a starter when starting the engine, it is not necessary to separately provide a cell motor (starter motor) or the like, and space can be saved. In the airframe to which the hybrid system is applied, the space for mounting the power engine can be reduced. In addition, the manufacturing cost can be reduced.

請求項４においては、エンジン起動後には発電機による発電が常に行われ、トルクアシスト要求が発生した場合のみ、モータによるトルクアシストが行われるので、モータによる蓄電装置の蓄電とともに適切なトルクアシストを行うことが可能となり、一連の作動においてエンジンにかかる負荷を一定にすることができ、負荷率の向上を図ることができる。これにより、最大負荷時の出力を見込んで搭載されるエンジンの小型化を図ることができる。
また、モータによるトルクアシストによって、エンジン低速域におけるトルクの向上を図ることができるので、低速域におけるエンジントルクの安定に伴う燃費の向上や排気色の改善などの機関性能の向上、また、作業機として低速かつ正確な動作が要求される軽負荷の作業時での操作性の向上及び騒音の低減を図ることができる。 According to the fourth aspect of the present invention, the power generation by the generator is always performed after the engine is started, and the torque assist is performed by the motor only when the torque assist request is generated. Thus, the load applied to the engine in a series of operations can be made constant, and the load factor can be improved. As a result, it is possible to reduce the size of the engine mounted in anticipation of the output at the maximum load.
In addition, the torque assist by the motor can improve the torque in the engine low speed range. Therefore, the engine performance in the low speed range can be improved. As a result, it is possible to improve the operability and reduce the noise at the time of light load work requiring low speed and accurate operation.

請求項５においては、モータによって適切なトルクアシストを行うことができ、これによりエンジンの出力が補われるので、エンジンの小型化を図ることができる。また、このモータによる適切なトルクアシストによって、作業機などの加速性及び駆動性の向上が図れるとともに、燃費の向上、騒音の低減、及び排気色の改善を図ることが可能となる。 According to the fifth aspect of the present invention, appropriate torque assist can be performed by the motor, and the output of the engine is supplemented thereby, so that the engine can be downsized. In addition, with the appropriate torque assist by the motor, it is possible to improve the acceleration and drivability of the work machine and the like, improve the fuel consumption, reduce the noise, and improve the exhaust color.

請求項６においては、作業機などにおける作業部（ショベルのブーム等）下げ時や旋回体の旋回動作の制動時の慣性エネルギーを回生電力として有効に取り出すことができ、発電機による蓄電装置への充電を補うことができる。 In claim 6, inertia energy at the time of lowering a working part (such as an excavator boom) in a working machine or braking of a turning motion of a turning body can be effectively taken out as regenerative power, and Can supplement the charge.

請求項７においては、モータによるトルクアシストが行われる場合、エンジンにかかる負荷が比較的安定している通常状態では、発電機による発電電力の供給のみでモータが作動し、この発電機による発電電力は、昇降圧チョッパを介して蓄電装置に蓄電されることなく、発電機からＶＶＶＦインバータコンバータを介して直接モータに供給されるので、発電機によって発電される電力とモータに供給される電力との間のエネルギー効率、延いてはシステム効率の向上が図れる。そして、最大トルク要求が発生した場合のみ、モータ５の電力供給に蓄電装置からの給電電力の供給が加わるので、適切なトルクアシストが行われることとなる。これにより、最大負荷時の出力を見込んで搭載されるエンジンの小型化が図れる。さらに、モータによる適切なトルクアシストが行われることによって、燃費の向上、騒音の低減、及び排気色の改善を図ることが可能となる。 In claim 7, when torque assist is performed by the motor, in a normal state where the load applied to the engine is relatively stable, the motor is operated only by supply of power generated by the power generator. Is supplied directly from the generator to the motor via the VVVF inverter converter without being stored in the power storage device via the step-up / step-down chopper, so that the power generated by the generator and the power supplied to the motor are It is possible to improve the energy efficiency and the system efficiency. Only when the maximum torque request is generated, the supply of power supplied from the power storage device is added to the power supply of the motor 5, so that appropriate torque assist is performed. As a result, it is possible to reduce the size of the engine mounted in anticipation of the output at the maximum load. Furthermore, by performing appropriate torque assist by the motor, it is possible to improve fuel consumption, reduce noise, and improve exhaust color.

請求項８においては、エンジンの駆動力が全て発電機の作動に用いられるので、該発電機による発電量を向上させるとともに、モータの特性としての低速域におけるトルクの安定性を有効に利用することができる。 In claim 8, since all the driving force of the engine is used for the operation of the generator, the amount of power generated by the generator is improved, and the stability of the torque in the low speed region as the characteristics of the motor is effectively utilized. Can do.

請求項９においては、モータのみが作動している状態で、作業機などの走行が可能となるので、エンジンの作動による排気ガスの排出を停止させることや、騒音の低減及び燃費の向上を図ることができる。 According to the ninth aspect of the present invention, since it is possible to run the work machine or the like while only the motor is operating, the exhaust gas exhaust due to the operation of the engine is stopped, noise is reduced, and fuel consumption is improved. be able to.

次に、発明の実施の形態を説明する。
図１はハイブリッドシステムの構成を示す図、図２はハイブリッドシステムの動作モードの一覧を示す図、図３はハイブリッドシステムのスタータ機能を示す説明図、図４はハイブリッドシステムのアシスト機能を示す説明図、図５はハイブリッドシステムの充電（発電）機能を示す説明図、図６はハイブリッドシステムのモータ駆動機能を示す説明図、図７は負荷パターンを示す図、図８は機関及びモータ出力と等馬力線の関係を示す図、図９はドループ特性線を示す図、図１０は機関及びモータ出力と等馬力線の関係を示す図、図１１はエンジンの負荷変動による機関回転変動の軽減を示す説明図、図１２はバッテリ液の比重とバッテリ回路電圧の関係を示す図、図１３はバッテリ液の比重とバッテリの放電深度（ＤＯＤ）の関係を示す図である。 Next, embodiments of the invention will be described.
1 is a diagram showing a configuration of a hybrid system, FIG. 2 is a diagram showing a list of operation modes of the hybrid system, FIG. 3 is an explanatory diagram showing a starter function of the hybrid system, and FIG. 4 is an explanatory diagram showing an assist function of the hybrid system. FIG. 5 is an explanatory diagram showing a charging (power generation) function of the hybrid system, FIG. 6 is an explanatory diagram showing a motor driving function of the hybrid system, FIG. 7 is a diagram showing a load pattern, and FIG. FIG. 9 is a diagram showing the droop characteristic line, FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the engine and motor output and the equal horsepower line, and FIG. 11 is a diagram showing reduction in engine rotation fluctuation due to engine load fluctuation. FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the specific gravity of the battery fluid and the battery circuit voltage, and FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the specific gravity of the battery fluid and the depth of discharge (DOD) of the battery. It is.

まず、本発明のハイブリッドシステムの構成について図１を用いて説明する。
本ハイブリッドシステムでは、エンジン２の出力軸部４の駆動を、エンジン２とモータ（電動機）５との両方により可能としている。出力軸部４から取り出された駆動力は、クラッチ部１２を介して出力部６に伝達され、動力伝達装置などを介して、作業機などの各種作業部、また、移動体などにおける走行車輪や船舶の水中推進用プロペラ等を駆動する。 First, the configuration of the hybrid system of the present invention will be described with reference to FIG.
In this hybrid system, the output shaft portion 4 of the engine 2 can be driven by both the engine 2 and the motor (electric motor) 5. The driving force taken out from the output shaft portion 4 is transmitted to the output portion 6 through the clutch portion 12, and through the power transmission device or the like, various working portions such as a work machine, traveling wheels in a moving body, etc. Drives underwater propulsion propellers, etc.

前記クラッチ部１２においては、モータ５の出力軸部５ａが、エンジン２のクランク軸に対して略垂直方向から、出力部６へ駆動力を伝達するように連結されている。つまり、クラッチ部１２は、エンジン２及びモータ５からの駆動力を出力部６に伝達するとともに、エンジン２の出力軸部４と、モータ５の出力軸部５ａと、出力部６とのそれぞれの連結・非連結（断接）の切り換えを行っている。このクラッチ部１２の切換操作は、後述のシフトアクチュエータ２１によって選択的に行われる。 In the clutch portion 12, the output shaft portion 5 a of the motor 5 is connected so as to transmit driving force to the output portion 6 from a direction substantially perpendicular to the crankshaft of the engine 2. That is, the clutch unit 12 transmits driving force from the engine 2 and the motor 5 to the output unit 6, and each of the output shaft unit 4 of the engine 2, the output shaft unit 5 a of the motor 5, and the output unit 6. Switching between connected and disconnected (connected / disconnected) is performed. The switching operation of the clutch portion 12 is selectively performed by a shift actuator 21 described later.

また、エンジン２内には、発電機としてのオルタネータ１１が備えられており、該オルタネータ１１は、昇降圧チョッパ４４を介して蓄電装置であるバッテリ１４と接続されている。昇降圧チョッパ４４は、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２と接続されており、該ＶＶＶＦインバータコンバータ４２は、前記モータ５と接続されている。オルタネータ１１は、エンジン２の駆動にともなって発電し、該オルタネータ１１で発電される電力は、昇降圧チョッパ４４を介してバッテリ１４に蓄電されるか、または、昇降圧チョッパ４４を介することなくＶＶＶＦインバータコンバータ４２に入力され、モータ５に供給される。なお、本実施例では、発電機としてオルタネータ１１を用いて説明しているが、エンジン２の出力軸部４側に設けられるフライホイール型の発電機としてもよく、この場合は、発電機により発電された交流電力は整流器によって整流・平滑化され直流に変換される。 Further, an alternator 11 as a generator is provided in the engine 2, and the alternator 11 is connected to a battery 14 as a power storage device via a step-up / down chopper 44. The step-up / down chopper 44 is connected to a VVVF inverter converter 42, and the VVVF inverter converter 42 is connected to the motor 5. The alternator 11 generates electric power as the engine 2 is driven, and the electric power generated by the alternator 11 is stored in the battery 14 via the step-up / step-down chopper 44 or VVVF without going through the step-up / step-down chopper 44. The signal is input to the inverter converter 42 and supplied to the motor 5. In this embodiment, the alternator 11 is used as the generator. However, a flywheel generator provided on the output shaft 4 side of the engine 2 may be used. In this case, the generator generates power using the generator. The AC power thus generated is rectified and smoothed by a rectifier and converted to DC.

前記ＶＶＶＦインバータコンバータ４２及び昇降圧チョッパ４４は、シーケンサ４３を介してシステムコントローラ７と接続されている。このシーケンサ４３を含むシステムコントローラ７が制御手段となる。システムコントローラ７は、制御対象の状態や、機関回転数や各種アクチュエータ等の外部からの信号に基づき、制御対象に与える操作やその順序などを制御する。そのため、システムコントローラ７とシーケンサ４３との間では各種制御信号の通信が行われており、システムコントローラ７と、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２及び昇降圧チョッパ４４との信号のやりとりは、シーケンサ４３を介して行われる。システムコントローラ７からＶＶＶＦインバータコンバータ４２へは、起動信号や後述する速度指令（モータ指令）などの信号が送信されており、システムコントローラ７と昇降圧チョッパ４４との間では、起動信号や充電開始・充電電流に関する信号が通信されている。
また、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２及び昇降圧チョッパ４４からなるインバータ部には電圧センサ４５が接続されており、この電圧センサ４５によってインバータ部のインバータ直流電圧やバッテリ電圧など各部の電圧を検出する。 The VVVF inverter converter 42 and the step-up / step-down chopper 44 are connected to the system controller 7 via a sequencer 43. The system controller 7 including the sequencer 43 serves as control means. The system controller 7 controls operations to be performed on the control target, the order thereof, and the like based on the state of the control target, the engine speed, and external signals from various actuators. Therefore, various control signals are communicated between the system controller 7 and the sequencer 43, and signal exchange between the system controller 7, the VVVF inverter converter 42 and the step-up / down chopper 44 is performed via the sequencer 43. Is called. A signal such as a start signal or a speed command (motor command), which will be described later, is transmitted from the system controller 7 to the VVVF inverter converter 42. Between the system controller 7 and the step-up / down chopper 44, a start signal, charging start / A signal relating to the charging current is communicated.
In addition, a voltage sensor 45 is connected to the inverter unit composed of the VVVF inverter converter 42 and the step-up / step-down chopper 44, and the voltage sensor 45 detects the voltage of each unit such as the inverter DC voltage and battery voltage of the inverter unit.

このような構成により、本ハイブリッドシステムにおいては、オルタネータ１１による発電電力を、昇降圧チョッパ４４により降圧してバッテリ１４に蓄電するか、またはインバータとして作動するＶＶＶＦインバータコンバータ４２を介してモータ５に供給し、該モータ５を作動させる場合には、インバータとして作動するＶＶＶＦインバータコンバータ４２を介して、オルタネータ１１による発電電力、及び昇降圧チョッパ４４により昇圧されるバッテリ１４からの給電電力をモータ５に供給することを特徴としている。 With this configuration, in this hybrid system, the power generated by the alternator 11 is stepped down by the step-up / step-down chopper 44 and stored in the battery 14 or supplied to the motor 5 via the VVVF inverter converter 42 that operates as an inverter. When the motor 5 is operated, power generated by the alternator 11 and power supplied from the battery 14 boosted by the step-up / step-down chopper 44 are supplied to the motor 5 via the VVVF inverter converter 42 operating as an inverter. It is characterized by doing.

すなわち、モータ５を作動させる場合には、オルタネータ１１により発電された電力、及びバッテリ１４からの給電電力がモータ５に供給され、これにより、該モータ５が作動する。オルタネータ１１により発電された直流電力は、昇降圧チョッパ４４を介することなくＶＶＶＦインバータコンバータ４２に入力される。また、バッテリ１４から給電される直流電流は、昇降圧チョッパ４４を介してＶＶＶＦインバータコンバータ４２に入力される。このとき、昇降圧チョッパ４４は昇圧チョッパとして機能し、オルタネータ１１の発電電力及びバッテリ１４の給電電圧を所定の電圧に昇圧して、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２に出力する。これらの場合、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２はインバータとして機能して、入力された直流電力を所定の電圧及び周波数の交流電力に変換し、この変換された交流電力をモータ５に供給する。 That is, when the motor 5 is operated, the electric power generated by the alternator 11 and the electric power supplied from the battery 14 are supplied to the motor 5, thereby operating the motor 5. The DC power generated by the alternator 11 is input to the VVVF inverter converter 42 without passing through the step-up / step-down chopper 44. The direct current fed from the battery 14 is input to the VVVF inverter converter 42 via the step-up / step-down chopper 44. At this time, the step-up / step-down chopper 44 functions as a boost chopper, boosts the generated power of the alternator 11 and the power supply voltage of the battery 14 to a predetermined voltage, and outputs the boosted voltage to the VVVF inverter converter 42. In these cases, the VVVF inverter converter 42 functions as an inverter, converts the input DC power into AC power having a predetermined voltage and frequency, and supplies the converted AC power to the motor 5.

また、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２は、システムコントローラ７からの指令（速度指令・制御信号）に従い、モータ５の回転数及びトルクを制御する。モータ５の出力軸部５ａは、前述のようにクラッチ部１２にてエンジン２の出力軸部４と連結されており、モータ５が作動することにより、該モータ５の駆動力が出力部６に伝達されて、後述する本ハイブリッドシステムにおけるスタータ機能、アシスト機能、及びモータ駆動機能が発揮される。 The VVVF inverter converter 42 controls the rotation speed and torque of the motor 5 in accordance with a command (speed command / control signal) from the system controller 7. The output shaft portion 5a of the motor 5 is connected to the output shaft portion 4 of the engine 2 by the clutch portion 12 as described above, and when the motor 5 is operated, the driving force of the motor 5 is applied to the output portion 6. As a result, a starter function, an assist function, and a motor drive function in the hybrid system described later are exhibited.

そして、モータ５が回生状態になった場合は、該モータ５からの回生電力をバッテリ１４に蓄電するようにしている。モータ５からの回生電力は、三相交流電力としてＶＶＶＦインバータコンバータ４２に出力される。この際、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２はコンバータとして機能して、モータ５から入力された交流電力を整流・平滑化して直流電力に変換する。ＶＶＶＦインバータコンバータ４２によって変換された直流電力は、昇降圧チョッパ４４を介してバッテリ１４に入力され、これによりバッテリ１４に蓄電される。このとき、昇降圧チョッパ４４は降圧チョッパとして機能し、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２から入力される直流電力を所定の電圧に降圧してバッテリ１４に蓄電する。この回生発電が発生する場合としては、例えば、本ハイブリッドシステムを油圧ショベル等の油圧建設機械に適用した場合には、ブーム・アーム・バケット等を有するフロント作業機のブーム下げ時や、このフロント作業機が取付けられる旋回体の旋回動作の制動時などである。 When the motor 5 is in a regenerative state, the regenerative power from the motor 5 is stored in the battery 14. The regenerative power from the motor 5 is output to the VVVF inverter converter 42 as three-phase AC power. At this time, the VVVF inverter converter 42 functions as a converter, and rectifies and smoothes AC power input from the motor 5 to convert it into DC power. The DC power converted by the VVVF inverter converter 42 is input to the battery 14 via the step-up / step-down chopper 44, and is thereby stored in the battery 14. At this time, the step-up / step-down chopper 44 functions as a step-down chopper, and steps down the DC power input from the VVVF inverter converter 42 to a predetermined voltage and stores it in the battery 14. For example, when this regenerative power generation occurs, when this hybrid system is applied to a hydraulic construction machine such as a hydraulic excavator, the front work machine having a boom, an arm, a bucket, etc. For example, when the turning motion of the turning body to which the machine is mounted is braked.

一方、オルタネータ１１を作動させる場合には、エンジン２の駆動力の一部または全部がオルタネータ１１の作動に用いられ、このエンジン２からの駆動力によりオルタネータ１１が作動して発電が行われる。エンジン２の駆動によりオルタネータ１１で発電された直流電力は、昇降圧チョッパ４４を介してバッテリ１４に入力され、これによりバッテリ１４に蓄電される。このとき、昇降圧チョッパ４４は降圧チョッパとして機能し、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２から出力される直流電力を所定の電圧に降圧してバッテリ１４に蓄電する。また、このオルタネータ１１により発電された直流電力は、前述したように、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２を介してモータ５に供給される。 On the other hand, when the alternator 11 is operated, part or all of the driving force of the engine 2 is used for the operation of the alternator 11, and the alternator 11 is operated by the driving force from the engine 2 to generate electric power. The DC power generated by the alternator 11 by driving the engine 2 is input to the battery 14 via the step-up / step-down chopper 44 and thereby stored in the battery 14. At this time, the step-up / step-down chopper 44 functions as a step-down chopper and steps down the DC power output from the VVVF inverter converter 42 to a predetermined voltage and stores it in the battery 14. Further, the DC power generated by the alternator 11 is supplied to the motor 5 via the VVVF inverter converter 42 as described above.

なお、以上に述べたように、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２は、モータ５を作動させる場合には、バッテリ１４から給電される直流電力を交流電力に変換するインバータとして機能し、モータ５が回生状態になった場合には、該モータ５により発電された交流電力を直流電力に変換するコンバータとして機能する双方向電力変換装置となっている。 As described above, when operating the motor 5, the VVVF inverter converter 42 functions as an inverter that converts DC power supplied from the battery 14 into AC power, and the motor 5 enters a regenerative state. In this case, the bidirectional power conversion device functions as a converter that converts AC power generated by the motor 5 into DC power.

このように、昇降圧チョッパ４４を使用することにより、バッテリ１４からモータ５へ供給される電圧を昇圧することができるため、バッテリ１４からの出力（電力）が同じであれば、電圧が高くなった分、小電流化を図ることが可能となる（電力＝電流×電圧）。これにより、昇降圧チョッパ４４とＶＶＶＦインバータコンバータ４２とを接続する配線、及びＶＶＶＦインバータコンバータ４２とモータ５とを接続する配線において、負荷をかけたとき流れる負荷電流の配線の抵抗によって失われる損失（銅損）を低減することができる。 Thus, by using the step-up / step-down chopper 44, the voltage supplied from the battery 14 to the motor 5 can be boosted. Therefore, if the output (electric power) from the battery 14 is the same, the voltage increases. Accordingly, it is possible to reduce the current (power = current × voltage). Thereby, in the wiring connecting the step-up / step-down chopper 44 and the VVVF inverter converter 42 and the wiring connecting the VVVF inverter converter 42 and the motor 5, the loss (due to the resistance of the wiring of the load current that flows when a load is applied ( (Copper loss) can be reduced.

また、昇降圧チョッパ４４を使用することにより、バッテリ１４の小型化が図れる。つまり、モータ５に供給する電圧は、高いほどモータ５の機能を発揮するためには有利であり、高い電圧で供給しようとすると、バッテリ１４を大きくする必要があるが、昇降圧チョッパ４４を使用することでバッテリ１４から供給する電圧が低くても昇圧することが可能となるので、バッテリ１４を大きくする必要がなくなるのである。これにより、本ハイブリッドシステムを搭載する機体における省スペース化、及び軽量化を図ることができる。 Further, by using the step-up / down chopper 44, the battery 14 can be reduced in size. In other words, the higher the voltage supplied to the motor 5, the more advantageous it is to exert the function of the motor 5. To supply at a higher voltage, the battery 14 needs to be enlarged, but the buck-boost chopper 44 is used. By doing so, it is possible to boost the voltage even when the voltage supplied from the battery 14 is low, so that it is not necessary to enlarge the battery 14. Thereby, the space saving and weight reduction in the airframe which mounts this hybrid system can be achieved.

一方、エンジン２の駆動力（回転数）の調整は、操作部８に配設されるモード切換スイッチ（図示略）や、レギュレータレバー等の操作レバー９等を操作することによって行われる。また、操作レバー９には、該操作レバー９のレバー位置を検出する位置センサ（図示略）が付設されており、この位置センサはシステムコントローラ７と接続されている。また、操作部８には、切り換え操作手段として、ＶＶＶＦ起動（回転数）指示スイッチ、ＣＶＣＦ（定電圧定周波数）起動スイッチ、昇降圧チョッパ起動スイッチ、蓄電開始スイッチ、蓄電電流指示スイッチ等の各種スイッチが配設されており、これらの各種スイッチはシステムコントローラ７と接続されている。 On the other hand, the driving force (rotation speed) of the engine 2 is adjusted by operating a mode changeover switch (not shown) provided in the operation unit 8, an operation lever 9 such as a regulator lever, or the like. The operation lever 9 is provided with a position sensor (not shown) for detecting the lever position of the operation lever 9, and this position sensor is connected to the system controller 7. The operation unit 8 includes various switches such as a VVVF start (rotation speed) instruction switch, a CVCF (constant voltage constant frequency) start switch, a step-up / down chopper start switch, a storage start switch, and a storage current instruction switch as switching operation means. These various switches are connected to the system controller 7.

前記モード切換スイッチは、システムコントローラ７と接続されており、該モード切換スイッチを操作すると、モード切換スイッチの切換位置に対応したモード信号がシステムコントローラ７に入力され、該システムコントローラ７により本ハイブリッドシステムのモード（駆動形態）が切り換えられて、各モードに対応した制御が行われるようにしている。
具体的には、図２に示すように、モード切換スイッチの操作によるモードの切り換えにより、出力部６をエンジン２により駆動しつつ、モータ５により駆動をアシストする「エンジン＋モータ」モードと、出力部６をエンジン２のみにより駆動し、オルタネータ１１の発電によるバッテリ１４の充電をともなう「エンジン＋発電機」モードと、クラッチ部１２において、エンジン２の出力軸部４と出力部６とを非連結状態（クラッチ切状態）にして出力部６をモータ５のみにより駆動する「モータ」モードと、の３種類のパターンにより行うことを可能としている。 The mode changeover switch is connected to the system controller 7. When the mode changeover switch is operated, a mode signal corresponding to the changeover position of the mode changeover switch is input to the system controller 7, and the system controller 7 provides the hybrid system. These modes (drive modes) are switched so that control corresponding to each mode is performed.
Specifically, as shown in FIG. 2, an “engine + motor” mode that assists driving by the motor 5 while driving the output unit 6 by the engine 2 by switching the mode by operating the mode switch, and output The engine 6 is driven only by the engine 2, and the “engine + generator” mode in which the battery 14 is charged by the power generated by the alternator 11 is not connected to the output shaft 4 and the output unit 6 of the engine 2 in the clutch unit 12. In this state (clutch disengaged state), it is possible to perform the operation by three types of patterns: a “motor” mode in which the output unit 6 is driven only by the motor 5.

操作レバー９を操作すると、該操作レバー９のレバー位置が前記位置センサにより検出され、レバー位置に応じた信号がシステムコントローラ７に入力される。そして、システムコントローラ７は入力された信号に基づいてシフトアクチュエータ２１及びスロットルアクチュエータ２２を作動させる。 When the operation lever 9 is operated, the position of the operation lever 9 is detected by the position sensor, and a signal corresponding to the lever position is input to the system controller 7. Then, the system controller 7 operates the shift actuator 21 and the throttle actuator 22 based on the input signal.

シフトアクチュエータ２１は、前記クラッチ部１２に接続されており、このシフトアクチュエータ２１の作動によりクラッチ部１２のクラッチを作動させるように制御している。このようにしてクラッチを作動させることにより、エンジン２の出力軸部４から出力部６、モータ５の出力軸部５ａと出力部６、出力軸部４と出力軸部５ａ、それぞれの駆動力の断接を選択的に行うことを可能としている。また、シフトアクチュエータ２１には、そのシフト位置を検出するポテンショメータ（図示略）が付設されている。ポテンショメータは、システムコントローラ７と接続されており、このポテンショメータにより検出されたシフト位置がシステムコントローラ７に入力される。つまり、このポテンショメータが、クラッチ部１２のクラッチの「入」「切」を検知する検知手段に相当する。 The shift actuator 21 is connected to the clutch portion 12 and is controlled so that the clutch of the clutch portion 12 is operated by the operation of the shift actuator 21. By operating the clutch in this way, the output shaft portion 4 to the output portion 6 of the engine 2, the output shaft portion 5a and the output portion 6 of the motor 5, and the output shaft portion 4 and the output shaft portion 5a are driven. It is possible to selectively connect and disconnect. The shift actuator 21 is provided with a potentiometer (not shown) for detecting the shift position. The potentiometer is connected to the system controller 7, and the shift position detected by the potentiometer is input to the system controller 7. That is, this potentiometer corresponds to a detection unit that detects “on” and “off” of the clutch of the clutch unit 12.

スロットルアクチュエータ２２は、ラックピニオン式のＤＣモータ（スロットルモータ）により構成され、エンジン２のスロットルに接続されている。このスロットルアクチュエータ２２の作動により、スロットル位置（スロットル開度）が変化する。このスロットル位置の変化によりエンジン２における燃料噴射量を調節して、エンジン２の駆動力（回転数）を調節可能としている。すなわち、スロットルアクチュエータ２２は、エンジン２の回転数調節手段として機能する。そして、このスロットルアクチュエータ２２を構成する前記ＤＣモータは、システムコントローラ７に接続されており、該システムコントローラ７から送られる指令によって該ＤＣモータが制御される。また、スロットルアクチュエータ２２には、そのスロットル位置を検出するポテンショメータ（図示略）が付設されている。ポテンショメータは、システムコントローラ７と接続されており、このポテンショメータにより検出されたスロットルアクチュエータ２２のスロットル位置がシステムコントローラ７に入力される。
このように、操作レバー９を操作して、そのレバー位置を調節することにより、エンジンの駆動力（回転数）の調整を行っている。ただし、後述するモータ５の各制御が行われているときには、操作レバー９を操作することによる燃料噴射量の調節は行われない。つまり、モータ５の制御は、操作レバー９のレバー位置から要求される燃料噴射量（指示回転数）が一定の状態で行われる。 The throttle actuator 22 is constituted by a rack and pinion type DC motor (throttle motor), and is connected to the throttle of the engine 2. The operation of the throttle actuator 22 changes the throttle position (throttle opening). The fuel injection amount in the engine 2 is adjusted by the change in the throttle position so that the driving force (rotation speed) of the engine 2 can be adjusted. That is, the throttle actuator 22 functions as a rotation speed adjusting means for the engine 2. The DC motor constituting the throttle actuator 22 is connected to the system controller 7, and the DC motor is controlled by a command sent from the system controller 7. Further, the throttle actuator 22 is provided with a potentiometer (not shown) for detecting the throttle position. The potentiometer is connected to the system controller 7, and the throttle position of the throttle actuator 22 detected by the potentiometer is input to the system controller 7.
As described above, the operating lever 9 is operated to adjust the position of the lever, thereby adjusting the driving force (rotation speed) of the engine. However, when each control of the motor 5 described later is being performed, the fuel injection amount is not adjusted by operating the operation lever 9. That is, the control of the motor 5 is performed in a state where the fuel injection amount (instructed rotational speed) required from the lever position of the operation lever 9 is constant.

以上のように構成される本ハイブリッドシステムにおいて、メインコントローラとしてのシステムコントローラ７は、次のように機能して本ハイブリッドシステムの制御を行う。
システムコントローラ７には、前述したように、操作部８における操作レバー９に付設される位置センサが接続され、また、シフトアクチュエータ２１及びスロットルアクチュエータ２２と、これらシフトアクチュエータ２１及びスロットルアクチュエータ２２にそれぞれ付設される前述のポテンショメータとが接続されている。 In the hybrid system configured as described above, the system controller 7 as a main controller functions as follows to control the hybrid system.
As described above, the system controller 7 is connected to the position sensor attached to the operation lever 9 in the operation unit 8, and is attached to the shift actuator 21 and the throttle actuator 22, and the shift actuator 21 and the throttle actuator 22, respectively. Connected to the aforementioned potentiometer.

また、システムコントローラ７は、エンジン２と接続されており、該エンジン２からシステムコントローラ７に機関回転数が入力される。機関回転数は、エンジン２に付設される回転数センサ（図示略）により検出される。また、この回転センサにより検出される機関回転数は、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２へも入力される。 The system controller 7 is connected to the engine 2, and the engine speed is input from the engine 2 to the system controller 7. The engine speed is detected by a speed sensor (not shown) attached to the engine 2. The engine speed detected by the rotation sensor is also input to the VVVF inverter converter 42.

また、システムコントローラ７は、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２と接続されており、システムコントローラ７は、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２に対し、モータ５の起動信号、及び予め決定される速度指令を送る。そして、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２は、これらの信号に基づいてモータ５を制御する。一方、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２は、システムコントローラ７へモータ５の回転数、トルク、及び交流電圧値などの信号を送る。モータ５の交流電圧は、該モータ５を作動させるときにＶＶＶＦインバータコンバータ４２から供給される交流電圧である。 The system controller 7 is connected to the VVVF inverter converter 42, and the system controller 7 sends a start signal for the motor 5 and a predetermined speed command to the VVVF inverter converter 42. The VVVF inverter converter 42 controls the motor 5 based on these signals. On the other hand, the VVVF inverter converter 42 sends signals such as the rotation speed, torque, and AC voltage value of the motor 5 to the system controller 7. The AC voltage of the motor 5 is an AC voltage supplied from the VVVF inverter converter 42 when the motor 5 is operated.

また、システムコントローラ７は昇降圧チョッパ４４と接続されており、該システムコントローラ７は昇降圧チョッパ４４に対し、起動信号、充電開始指示、充電電流（リミッタ）指示などを送り、昇降圧チョッパ４４に接続されるバッテリ１４を制御する。一方、昇降圧チョッパ４４は、システムコントローラ７へバッテリ１４の電圧、充放電電流などに関する信号を送る。システムコントローラ７は、前記電圧センサ４５によって検出されるバッテリ１４の電圧や、充放電電流を検出することによりバッテリ１４の状態を知ることができる。 The system controller 7 is connected to the step-up / down chopper 44, and the system controller 7 sends an activation signal, a charge start instruction, a charge current (limiter) instruction, etc. to the step-up / down chopper 44. The connected battery 14 is controlled. On the other hand, the step-up / down chopper 44 sends a signal related to the voltage of the battery 14, the charge / discharge current, and the like to the system controller 7. The system controller 7 can know the state of the battery 14 by detecting the voltage of the battery 14 detected by the voltage sensor 45 and the charge / discharge current.

以上のように構成されるハイブリッドシステムは、例えば、図２に示すような動作モーとを備えており、各動作モードの動作状態におけるモータ５及びオルタネータ１１の機能として、スタータ機能（図３参照）、アシスト機能（図４参照）、充電（発電）機能（図５参照）、及びモータ駆動機能（図６参照）を有している。以下、各動作モードについて説明する。 The hybrid system configured as described above includes, for example, an operation mode as shown in FIG. 2, and the starter function (see FIG. 3) is used as the function of the motor 5 and the alternator 11 in the operation state of each operation mode. , An assist function (see FIG. 4), a charging (power generation) function (see FIG. 5), and a motor drive function (see FIG. 6). Hereinafter, each operation mode will be described.

図３には、エンジン２起動（始動）時における電気回路の作動及び駆動力の伝達状態を示している。エンジン２は、バッテリ１４からモータ５に電力を供給して、該モータ５を機能させることにより始動する。エンジン２を始動する際には、オペレータによる始動キーの操作により図示せぬリレーがオンされ、システムコントローラ７にエンジン始動の指令が入力される。システムコントローラ７は、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２及び昇降圧チョッパ４４にエンジン２の起動信号を送る。これにより、バッテリ１４からの給電電力は、昇圧チョッパとして機能する昇降圧チョッパ４４によって昇圧され、インバータとして機能するＶＶＶＦインバータコンバータ４２によって所要の電圧及び周波数に変換されて、交流電力としてモータ５に供給される。このようにして、モータ５が作動する。このモータ５の駆動軸は、クラッチ部１２を介してエンジン２の出力軸部４と連結されており、該出力軸部４はエンジン２のクランク軸と常時同期回転するため、モータ５を駆動することにより、停止状態のエンジン２を始動させる。 FIG. 3 shows the operation of the electric circuit and the transmission state of the driving force when the engine 2 is started (started). The engine 2 is started by supplying electric power from the battery 14 to the motor 5 and causing the motor 5 to function. When starting the engine 2, a relay (not shown) is turned on by operating the start key by the operator, and an engine start command is input to the system controller 7. The system controller 7 sends a start signal for the engine 2 to the VVVF inverter converter 42 and the step-up / down chopper 44. As a result, the power supplied from the battery 14 is boosted by the step-up / step-down chopper 44 that functions as a boost chopper, converted into a required voltage and frequency by the VVVF inverter converter 42 that functions as an inverter, and supplied to the motor 5 as AC power. Is done. In this way, the motor 5 operates. The drive shaft of the motor 5 is connected to the output shaft portion 4 of the engine 2 via the clutch portion 12, and the output shaft portion 4 always rotates synchronously with the crankshaft of the engine 2, so that the motor 5 is driven. Thus, the stopped engine 2 is started.

このように、トルクアシストを行うモータ５を、エンジン２の起動時におけるスタータとして利用することにより、別途セルモータ（スタータモータ）等を設ける必要がなくなり、省スペース化を図ることが可能となるので、本ハイブリッドシステムが適用される機体において動力機関の搭載スペースを小さくすることができる。また、製造コストを低減することもできる。 Thus, by using the motor 5 that performs torque assist as a starter when starting the engine 2, it is not necessary to provide a cell motor (starter motor) or the like separately, and space can be saved. In the airframe to which the hybrid system is applied, the space for mounting the power engine can be reduced. In addition, the manufacturing cost can be reduced.

そして、エンジン２の起動終了後は、エンジン２が作動している状態ではオルタネータ１１も作動状態となっており、常時バッテリ１４への充電を行っており、後述する「トルクアシスト要求」が発生した場合にのみ、モータ５を作動させてトルクアシストを行う。 After the start of the engine 2, the alternator 11 is also in an operating state when the engine 2 is operating, and the battery 14 is always charged, and a “torque assist request” to be described later is generated. Only in this case, the motor 5 is operated to perform torque assist.

図４には、モータ５によるトルクアシスト時における電気回路の作動及び駆動力の伝達状態を示している。なお、「トルクアシスト」とは、モータ５を作動させ、このモータ５によってエンジン２の駆動負荷の一部を賄うことを意味する。 FIG. 4 shows the operation of the electric circuit and the transmission state of the driving force during torque assist by the motor 5. “Torque assist” means that the motor 5 is operated and a part of the driving load of the engine 2 is covered by the motor 5.

また、モータ５によって行われるトルクアシストは、エンジン２の駆動力に対するもの（エンジンアシスト）に限定されるものではない。すなわちこの場合、モータ５の出力軸部５ａを、作業機などのクローラや走行車輪の車軸にクラッチ等を介して連結し、エンジン２自体はモータ５を作動させるための電力を発電する発電機としての機能を果たす構成となる。 Further, the torque assist performed by the motor 5 is not limited to that for the driving force of the engine 2 (engine assist). That is, in this case, the output shaft portion 5a of the motor 5 is connected to a crawler such as a work machine or the axle of a traveling wheel via a clutch or the like, and the engine 2 itself is a generator that generates electric power for operating the motor 5. It becomes the composition which fulfills the function of.

モータ５によるトルクアシストは、前述したように、オルタネータ１１による発電電力及びバッテリ１４からの給電電力がモータ５に供給され、該モータ５が作動することによって行われる。このトルクアシストを行う場合には、エンジン２に高い負荷がかかった場合や加速を行う場合等で、機関回転数が速度指令よりも低くなるような場合やトルク変動が生じた場合等において、モータ５を駆動させる。この時エンジン２も駆動しており、モータ５及びエンジン２の駆動力の和が出力軸部４の駆動力となる。そして、モータ５によるトルクアシストは、通常、オルタネータ１１による発電電力によって行われており、後述する「最大トルク要求が発生した場合」にのみ、オルタネータ１１による発電電力に加え、バッテリ１４からの給電電力がモータ５へ供給される。 As described above, torque assist by the motor 5 is performed when the power generated by the alternator 11 and the power supplied from the battery 14 are supplied to the motor 5 and the motor 5 operates. When this torque assist is performed, when the engine 2 is under a heavy load or when acceleration is performed, the motor speed is reduced when the engine speed is lower than the speed command or when torque fluctuation occurs. 5 is driven. At this time, the engine 2 is also driven, and the sum of the driving forces of the motor 5 and the engine 2 becomes the driving force of the output shaft portion 4. The torque assist by the motor 5 is normally performed by the power generated by the alternator 11, and only when “maximum torque request occurs” described later, in addition to the power generated by the alternator 11, the power supplied from the battery 14 Is supplied to the motor 5.

トルクアシストを行う際、オルタネータ１１による発電電力がモータ５に供給されるが、この場合、オルタネータ１１からの発電電力は、昇降圧チョッパ４４を介することなくＶＶＶＦインバータコンバータ４２に入力される。そして、該ＶＶＶＦインバータコンバータ４２は、システムコントローラ７から送信される速度指令に従い、モータ５へトルク指令を送信してモータ５を制御する。つまり、モータ５は、システムコントローラ７からの速度指令に基づき、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２によってその作動が制御される。 When torque assist is performed, the power generated by the alternator 11 is supplied to the motor 5. In this case, the power generated from the alternator 11 is input to the VVVF inverter converter 42 without passing through the step-up / down chopper 44. The VVVF inverter converter 42 controls the motor 5 by transmitting a torque command to the motor 5 in accordance with the speed command transmitted from the system controller 7. That is, the operation of the motor 5 is controlled by the VVVF inverter converter 42 based on the speed command from the system controller 7.

具体的に、システムコントローラ７からＶＶＶＦインバータコンバータ４２への速度指令の内容としては、エンジン２にかかる負荷が高い場合、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２からモータ５へのトルク指令を増加させるようなものとなり、逆に、エンジン２にかかる負荷が低い場合は、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２からモータ５へのトルク指令を減少させるようなものとなる。 Specifically, the content of the speed command from the system controller 7 to the VVVF inverter converter 42 is such that when the load on the engine 2 is high, the torque command from the VVVF inverter converter 42 to the motor 5 is increased. In addition, when the load on the engine 2 is low, the torque command from the VVVF inverter converter 42 to the motor 5 is reduced.

このように、モータ５によって、トルクアシスト要求に従った適切なトルクアシストを行うことにより、エンジン２の出力が補われるので、エンジン２の小型化を図ることができる。また、このモータ５による適切なトルクアシストによって、作業機などの加速性及び駆動性の向上が図れるとともに、燃費の向上、騒音の低減、及び排気色の改善を図ることが可能となる。 As described above, by performing appropriate torque assist in accordance with the torque assist request by the motor 5, the output of the engine 2 is supplemented, so that the engine 2 can be downsized. In addition, with the appropriate torque assist by the motor 5, it is possible to improve the acceleration and drivability of the work machine and the like, improve fuel efficiency, reduce noise, and improve exhaust color.

また、前述の「最大トルク要求が発生した場合」とは、エンジン２に対する負荷トルクが該エンジン２の有する機関最大トルクを上回った場合、またはこの機関最大トルクに一定以上近付いた場合が相当する。そして、この最大トルク要求が発生した場合は、オルタネータ１１からモータへの電力供給に、バッテリ１４からの電力供給が加わる。この場合、システムコントローラ７が、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２に対して予め決定される速度指令を出力し、昇降圧チョッパ４４に対して起動信号を出力する。これにより、バッテリ１４から昇降圧チョッパ４４に電力が供給されるようになり、このバッテリ１４からの給電電力は、昇圧チョッパとして機能する昇降圧チョッパ４４によって昇圧され、インバータとして機能するＶＶＶＦインバータコンバータ４２によって所要の電圧及び周波数に変換されて、交流電力としてモータ５に供給される。
すなわち、本ハイブリッドシステムにおける「エンジン＋モータ」モードにおいて、モータ５によるトルクアシストが行われている場合、エンジン２にかかる負荷が比較的安定している状態では、モータ５に供給される電力はオルタネータ１１による発電電力のみであり、負荷が高くなって最大トルク要求が発生した場合のみ、バッテリ１４からの給電電力が加わる。 The above-mentioned “when the maximum torque request is generated” corresponds to the case where the load torque for the engine 2 exceeds the engine maximum torque of the engine 2 or the case where the engine maximum torque approaches a certain level or more. When the maximum torque request is generated, the power supply from the battery 14 is added to the power supply from the alternator 11 to the motor. In this case, the system controller 7 outputs a predetermined speed command to the VVVF inverter converter 42 and outputs a start signal to the step-up / down chopper 44. As a result, electric power is supplied from the battery 14 to the step-up / step-down chopper 44, and the electric power supplied from the battery 14 is boosted by the step-up / step-down chopper 44 that functions as a step-up chopper, and the VVVF inverter converter 42 that functions as an inverter. Is converted into a required voltage and frequency and supplied to the motor 5 as AC power.
That is, in the “engine + motor” mode in the hybrid system, when torque assist is performed by the motor 5, the electric power supplied to the motor 5 is the alternator when the load applied to the engine 2 is relatively stable. 11, only when the load becomes high and the maximum torque request is generated, the power supplied from the battery 14 is applied.

このように、モータ５によるトルクアシストが行われる場合、エンジン２にかかる負荷が比較的安定している通常状態では、オルタネータ１１による発電電力の供給のみでモータ５が作動し、このオルタネータ１１による発電電力は、昇降圧チョッパ４４を介してバッテリ１４に蓄電されることなく、オルタネータ１１からＶＶＶＦインバータコンバータ４２を介して直接モータ５に供給されるので、オルタネータ１１によって発電される電力とモータ５に供給される電力との間のエネルギー効率、延いてはシステム効率の向上が図れる。そして、最大トルク要求が発生した場合のみ、モータ５への電力供給にバッテリ１４からの給電電力の供給が加わるので、適切なトルクアシストが行われることとなる。これにより、最大負荷時の出力を見込んで搭載されるエンジン２の小型化が図れる。さらに、モータ５による適切なトルクアシストが行われることによって、燃費の向上、騒音の低減、及び排気色の改善を図ることが可能となる。 As described above, when torque assist is performed by the motor 5, in a normal state where the load applied to the engine 2 is relatively stable, the motor 5 is operated only by supplying power generated by the alternator 11, and power generation by the alternator 11 is performed. Electric power is not directly stored in the battery 14 via the step-up / step-down chopper 44, but is supplied directly from the alternator 11 to the motor 5 via the VVVF inverter converter 42, so that the electric power generated by the alternator 11 and the motor 5 are supplied. The energy efficiency between the generated power and the system efficiency can be improved. Only when the maximum torque request is generated, the supply of power supplied from the battery 14 is added to the power supply to the motor 5, so that appropriate torque assist is performed. As a result, it is possible to reduce the size of the engine 2 mounted in anticipation of the output at the maximum load. Furthermore, by performing appropriate torque assist by the motor 5, it is possible to improve fuel consumption, reduce noise, and improve exhaust color.

図５には、オルタネータ１１により発電された電力により、バッテリ１４の蓄電を行うときの電気回路の作動及び駆動力の伝達状態を示している。このとき、エンジン２により出力軸部４及びオルタネータ１１が駆動される。この状態においては、エンジン２にかかる負荷トルクが、該エンジン２の出力トルクよりも小さくなっており、このエンジン２の余剰トルク分をオルタネータ１１による発電に用いている。つまり、エンジン２のみによって作業負荷に対応しており、このエンジン２の駆動によってオルタネータ１１が作動して発電が行われ、このオルタネータ１１による発電によってバッテリ１４の蓄電が行われている状態である。
オルタネータ１１によってバッテリ１４の蓄電を行う場合には、システムコントローラ７はＶＶＶＦインバータコンバータ４２と昇降圧チョッパ４４に充電開始指示を出力する。オルタネータ１１によって発電された直流電力は、昇降圧チョッパ４４にて降圧されて、バッテリ１４に蓄電される。 FIG. 5 shows the operation of the electric circuit and the transmission state of the driving force when the battery 14 is charged with the electric power generated by the alternator 11. At this time, the output shaft 4 and the alternator 11 are driven by the engine 2. In this state, the load torque applied to the engine 2 is smaller than the output torque of the engine 2 and the surplus torque of the engine 2 is used for power generation by the alternator 11. In other words, only the engine 2 corresponds to the work load, and the alternator 11 is operated by driving the engine 2 to generate power, and the battery 14 is charged by the power generated by the alternator 11.
When the alternator 11 stores the battery 14, the system controller 7 outputs a charge start instruction to the VVVF inverter converter 42 and the step-up / down chopper 44. The DC power generated by the alternator 11 is stepped down by the step-up / step-down chopper 44 and stored in the battery 14.

また、本ハイブリッドシステムにおいては、オルタネータ１１によって行われるバッテリ１４の蓄電時に、モータ５による回生発電が行われた場合には、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２をコンバータとして作動させるとともに、モータ５からの回生電力を、オルタネータ１１による発電電力とともにバッテリ１４に蓄電することを特徴としている。
この場合、モータ５の出力軸部５ａは、クラッチ部１２において連結状態となっており、回生時における出力部６またはエンジン２の出力軸部４の駆動によってモータ５が駆動され、該モータ５が発電機として作用して回生発電を行う。そして、このモータ５の回生発電による発電電力は、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２により整流・平滑化されて直流電力に変換された後、昇降圧チョッパ４４により降圧されて、バッテリ１４に蓄電される。この際、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２はコンバータとして機能する。
この回生発電が発生する場合としては、例えば、本ハイブリッドシステムを油圧ショベル等の油圧建設機械に適用した場合には、ブーム・アーム・バケット等を有するフロント作業機のブーム下げ時や、このフロント作業機が取付けられる旋回体の旋回動作の制動時などである。 Further, in this hybrid system, when regenerative power generation is performed by the motor 5 when the battery 14 is stored by the alternator 11, the VVVF inverter converter 42 is operated as a converter and the regenerative power from the motor 5 is also generated. The battery 14 is stored together with the electric power generated by the alternator 11.
In this case, the output shaft portion 5a of the motor 5 is in a connected state in the clutch portion 12, and the motor 5 is driven by driving the output portion 6 or the output shaft portion 4 of the engine 2 during regeneration, and the motor 5 It acts as a generator to generate regenerative power. Then, the electric power generated by the regenerative power generation of the motor 5 is rectified and smoothed by the VVVF inverter converter 42 and converted into DC power, and then stepped down by the step-up / step-down chopper 44 and stored in the battery 14. At this time, the VVVF inverter converter 42 functions as a converter.
For example, when this regenerative power generation occurs, when this hybrid system is applied to a hydraulic construction machine such as a hydraulic excavator, the front work machine having a boom, an arm, a bucket, etc. For example, when the turning motion of the turning body to which the machine is mounted is braked.

このように、モータ５によるバッテリ１４の蓄電に、該モータ５の回生発電による蓄電を含むことにより、前述したようなブーム下げ時や旋回体の旋回動作の制動時の慣性エネルギーを回生電力として有効に取り出すことができ、オルタネータ１１によるバッテリ１４への充電を補うことができる。 As described above, the power stored in the battery 14 by the motor 5 includes the power stored by the regenerative power generation of the motor 5, so that the inertia energy at the time of lowering the boom or braking of the swing motion of the swinging body as described above is effective as the regenerative power. Thus, charging of the battery 14 by the alternator 11 can be supplemented.

また、同じくオルタネータ１１による発電によってバッテリ１４の蓄電が行われている場合において、オルタネータ１１に電気負荷がかかってない状態、即ち無電負荷の作動状態がある。この動作モードでは、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２及び昇降圧チョッパ４４は停止状態となっており、発電機としてのオルタネータ１１は実質停止状態となり、エンジン２のみが単体で作動している状態となる。つまり、この動作モードにおいては、エンジン２の出力と該エンジン２に対する負荷とが均衡状態となっており、エンジン２のみによって効率の良い動作が行われている。なお、このオルタネータ１１による発電によってバッテリ１４が満充電状態となったときも、インバータ部とバッテリ１４との電位差が小さくなることでバッテリ１４からの給電及びバッテリ１４への充電は停止状態となり、エンジン２のみが単体で作動している状態となる。 Similarly, when the battery 14 is charged by power generation by the alternator 11, there is a state in which no electrical load is applied to the alternator 11, that is, a non-electric load operating state. In this operation mode, the VVVF inverter converter 42 and the step-up / step-down chopper 44 are in a stopped state, the alternator 11 as a generator is in a substantially stopped state, and only the engine 2 is operating alone. That is, in this operation mode, the output of the engine 2 and the load on the engine 2 are in a balanced state, and efficient operation is performed only by the engine 2. Even when the battery 14 is fully charged by the power generation by the alternator 11, the potential difference between the inverter unit and the battery 14 is reduced, so that the power supply from the battery 14 and the charging to the battery 14 are stopped and the engine 14 is stopped. Only 2 will be operating alone.

図６には、モータ５の駆動力のみが出力部６に伝達されるときの電気回路の作動及び駆動力の伝達状態を示している。すなわち、クラッチ部１２においてエンジン２の出力軸部４と出力部６とは非連結状態（クラッチ切状態）となっており、エンジン２の駆動力は出力部６へ伝達されず、モータ５の駆動力のみによって作業負荷に対応するモータ単独駆動状態としての「モータ」モードである。 FIG. 6 shows the operation of the electric circuit and the transmission state of the driving force when only the driving force of the motor 5 is transmitted to the output unit 6. That is, the output shaft portion 4 and the output portion 6 of the engine 2 in the clutch portion 12 are in a disconnected state (clutch disengaged state), and the driving force of the engine 2 is not transmitted to the output portion 6 and the motor 5 is driven. This is a “motor” mode as a motor single drive state corresponding to a work load only by force.

このモードにおいては、エンジン２が作動している場合、エンジン２の駆動力はオルタネータ１１の作動にのみ用いられ、このオルタネータ１１による発電電力がモータ５に供給され、該モータ５が作動する。そして、作業負荷が高くなったとき等は、オルタネータ１１からの発電電力に加え、バッテリ１４からの給電電力がモータ５へ供給される。 In this mode, when the engine 2 is operating, the driving force of the engine 2 is used only for the operation of the alternator 11, the electric power generated by the alternator 11 is supplied to the motor 5, and the motor 5 is operated. When the work load becomes high or the like, in addition to the generated power from the alternator 11, the power supplied from the battery 14 is supplied to the motor 5.

また、このモータ単独駆動状態において、エンジン２が停止している場合、モータ５に供給される電力は、バッテリ１４からの給電電力のみであり、このバッテリ１４からの給電電力によってモータ５が作動するモータ単独作動状態となる。この場合、バッテリ１４からの給電電力は、昇降圧チョッパ４４によって昇圧され、インバータとして機能するＶＶＶＦインバータコンバータ４２を介してモータ５に供給される。 Further, when the engine 2 is stopped in this motor single drive state, the power supplied to the motor 5 is only the power supplied from the battery 14, and the motor 5 is operated by the power supplied from the battery 14. The motor is in single operation state. In this case, the electric power supplied from the battery 14 is boosted by the step-up / step-down chopper 44 and supplied to the motor 5 via the VVVF inverter converter 42 that functions as an inverter.

このように、出力部６への駆動力の供給がモータ５のみによって行われるモータ単独駆動状態を可能とすることにより、エンジン２の駆動力が全てオルタネータ１１の作動に用いられるので、オルタネータ１１による発電量を向上させるとともに、モータの特性としての低速域におけるトルクの安定性を有効に利用することができる。
また、このモータ単独駆動状態において、エンジン２の停止状態であるモータ単独作動状態では、モータ５のみが作動している状態で、作業機などの走行が可能となるので、エンジン２の作動による排気の防止や、騒音の低減及び燃費の向上を図ることができる。このモータ単独作動状態による騒音低減は、例えば、本ハイブリッドシステムを農作業機に適用した場合など、早朝時に、納屋などから実際に作業を行う圃場までの移動時にその効果を得ることができる。 As described above, since the driving force is supplied to the output unit 6 only by the motor 5 and the motor alone driving state is enabled, all the driving force of the engine 2 is used for the operation of the alternator 11. The power generation amount can be improved, and the torque stability in the low speed region as the motor characteristic can be effectively utilized.
Further, in this motor single drive state, in the motor single operation state in which the engine 2 is stopped, the working machine or the like can travel while only the motor 5 is operating. Prevention, noise reduction, and fuel efficiency improvement. The noise reduction by this motor single operation state can be obtained when moving from a barn or the like to the field where the work is actually performed in the early morning, for example, when the present hybrid system is applied to a farm machine.

以上の図３から図６を用いて説明した本ハイブリッドシステムの有する機能は、図２に示す動作モードと次のように対応している。
図２に示すＭ１は、図３を用いて説明したモータ５によるスタータ機能が発揮される動作モードである。Ｍ２及びＭ３は、図４を用いて説明したモータ５によるアシスト機能が発揮される動作モードであり、Ｍ２は、モータ５への電力の供給がオルタネータ１１及びバッテリ１４によって行われる動作モードで、Ｍ３は、モータ５への電力の供給がオルタネータ１１のみによって行われる動作モードである。Ｍ４からＭ６は、図５を用いて説明したオルタネータ１１による充電（発電）機能が発揮される動作モードであり、Ｍ４は、オルタネータ１１が無電負荷の作動状態であり、エンジン２のみ単体で作動している動作モード、Ｍ５は、オルタネータ１１による発電を行いつつエンジン２には作業負荷がかかっている状態で、モータ５による回生発電が行われた場合は、この回生電力をバッテリ１４に蓄電する動作モード、そしてＭ６は、Ｍ５の動作モードにおいてアイドル状態となったときの動作モードである。このアイドル状態においては、作業負荷はかかっておらず、モータ５は停止状態で、オルタネータ１１によるバッテリ１４の充電のみが行われる。Ｍ７からＭ９は、図６を用いて説明したモータ５の駆動力のみが出力部６に伝達されるモータ駆動機能が発揮される動作モードであり、Ｍ７は、モータ５への電力供給がオルタネータ１１及びバッテリ１４によって行われる動作モードで、Ｍ９は、モータ５への電力供給がオルタネータ１１のみによって行われる動作モード、Ｍ８は、エンジン２が停止状態のモータ単独作動状態の動作モードである。 The functions of the hybrid system described with reference to FIGS. 3 to 6 correspond to the operation modes shown in FIG. 2 as follows.
M1 shown in FIG. 2 is an operation mode in which the starter function by the motor 5 described with reference to FIG. 3 is exhibited. M2 and M3 are operation modes in which the assist function by the motor 5 described with reference to FIG. 4 is exhibited, and M2 is an operation mode in which power supply to the motor 5 is performed by the alternator 11 and the battery 14. Is an operation mode in which power supply to the motor 5 is performed only by the alternator 11. M4 to M6 are operation modes in which the charging (power generation) function by the alternator 11 described with reference to FIG. 5 is exhibited. M4 is an operation state in which the alternator 11 is a non-electric load, and only the engine 2 operates alone. The operation mode M5 is an operation of storing the regenerative power in the battery 14 when regenerative power generation is performed by the motor 5 while the engine 2 is generating a work load while generating power by the alternator 11. Mode M6 is an operation mode when the idle state is entered in the operation mode of M5. In this idle state, no work load is applied, the motor 5 is in a stopped state, and only the battery 14 is charged by the alternator 11. M7 to M9 are operation modes in which a motor driving function in which only the driving force of the motor 5 described with reference to FIG. 6 is transmitted to the output unit 6 is shown. M7 is an alternator 11 that supplies power to the motor 5. And M9 is an operation mode in which power supply to the motor 5 is performed only by the alternator 11, and M8 is an operation mode in the motor single operation state in which the engine 2 is stopped.

以上の説明のような、各モードにおいて好適に作動するハイブリッドシステムを作業機などに適用することにより、前述した各作動時における効果に加え、一連の作動においてエンジン２にかかる負荷を一定にすることができ、負荷率の向上（負荷平準化）を図ることができる。これにより、最大負荷時の出力を見込んで搭載されるエンジンの小型化を図ることができる。
また、低速域におけるエンジンの特性として、機関回転数が低いほどトルクが小さく不安定であること等があるが、モータ５によるトルクアシストによって、この低速域におけるトルクの向上を図ることができるので、燃費の向上や排気色の改善などの機関性能の向上を図ることができ、また、作業機として低速かつ正確な動作が要求される軽負荷の作業時での操作性を向上及び騒音の低減を図ることができる。 By applying a hybrid system that operates suitably in each mode as described above to a work machine or the like, in addition to the effects at the time of each operation described above, the load on the engine 2 is made constant during a series of operations. The load factor can be improved (load leveling). As a result, it is possible to reduce the size of the engine mounted in anticipation of the output at the maximum load.
Further, as a characteristic of the engine in the low speed range, there is a case where the lower the engine speed is, the smaller the torque becomes and the more unstable, but the torque assist by the motor 5 can improve the torque in the low speed range. It is possible to improve engine performance such as improved fuel efficiency and exhaust color, and improve operability and reduce noise during light loads that require low speed and accurate operation as work equipment. Can be planned.

また、このような構成のハイブリッドシステムを小型の作業機などに適用する場合は、バッテリ１４に出入力される電圧を昇降圧する昇降圧チョッパ４４を使用しない構成とすることもできる。つまり、小型の作業機などのように、モータ５の出力が比較的小さくてもその作動に影響がないような場合、モータ５の機能を発揮するためには高い電圧は必要なく、昇降圧チョッパ４４を使用せずとも本ハイブリッドシステムによる効果を得ることができる。
この場合、バッテリ１４はＶＶＶＦインバータコンバータ４２に直接接続され、バッテリ１４のバッテリ容量はモータ５のモータ出力に対応したものとなる。 Further, when the hybrid system having such a configuration is applied to a small working machine or the like, the configuration may be such that the step-up / step-down chopper 44 that steps up / down the voltage input / output to / from the battery 14 is not used. In other words, when the output of the motor 5 is relatively small and does not affect its operation, such as a small working machine, a high voltage is not required to exert the function of the motor 5, and the step-up / down chopper The effect of the present hybrid system can be obtained without using 44.
In this case, the battery 14 is directly connected to the VVVF inverter converter 42, and the battery capacity of the battery 14 corresponds to the motor output of the motor 5.

このように、本ハイブリッドシステムを昇降圧チョッパ４４を使用しない構成とすることにより、小型の作業機などにおいても、本ハイブリッドシステムによる効率の良い運転が可能となり、ランニングコストの低減効果を得ることが可能となる。 In this way, by adopting a configuration in which the hybrid system does not use the step-up / down chopper 44, even with a small work machine, an efficient operation by the hybrid system is possible, and an effect of reducing running costs can be obtained. It becomes possible.

続いて、エンジン２にかかる作業負荷に応じた機関回転制御方法について説明する。
この機関回転制御方法においては、エンジン２にかかる負荷に基づき、システムコントローラ７で算出される速度指令と、エンジン２の実回転数とを比較し、この比較結果からモータ５によるトルクアシスト及びオルタネータ１１の発電電力によるバッテリ１４の蓄電の制御を行い、エンジン２の負荷平準化を図ろうとするものである。
すなわち、機関回転制御方法は、本ハイブリッドシステムにおいて、システムコントローラ７により、操作レバー９による指示回転数が一定状態での作業負荷に対する平均出力を算出し、前記回転センサによって検出されるエンジン２の実回転数が、前記平均出力時の機関回転数（速度指令値）よりも下がった場合は、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２からモータ５に対するトルク指令を増加させ、該モータ５によってトルクアシストを行い、逆に、エンジン２の実回転数が、前記平均出力時の機関回転数よりも上がった場合は、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２からモータ５に対するトルク指令を減少させ、オルタネータ１１によって発電される電力をバッテリ１４に蓄電するように制御することを特徴としている。なお、前述の「トルクアシスト要求」とは、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２によってモータ５によるトルクアシストが必要と判断された場合に、該ＶＶＶＦインバータコンバータ４２からモータ５へ送られる信号であり、この機関回転制御でのトルク指令を増加させる信号が相当する。そして、エンジン２の実回転数が速度指令よりも小さい場合が、「トルクアシスト要求」が発生した場合に相当する。 Next, an engine rotation control method according to the work load applied to the engine 2 will be described.
In this engine rotation control method, the speed command calculated by the system controller 7 is compared with the actual rotation speed of the engine 2 based on the load applied to the engine 2, and the torque assist and alternator 11 by the motor 5 is compared from the comparison result. The power stored in the battery 14 is controlled by the generated power to attempt to level the load on the engine 2.
In other words, the engine rotation control method uses the system controller 7 to calculate an average output with respect to the work load when the indicated rotation speed by the operation lever 9 is constant in the hybrid system, and the actual engine 2 detected by the rotation sensor. When the engine speed is lower than the engine speed (speed command value) at the average output, the torque command for the motor 5 is increased from the VVVF inverter converter 42 and torque assist is performed by the motor 5. When the actual rotational speed of the engine 2 is higher than the engine rotational speed at the average output, the torque command for the motor 5 from the VVVF inverter converter 42 is decreased, and the electric power generated by the alternator 11 is stored in the battery 14. It is characterized by controlling as follows. The above-mentioned “torque assist request” is a signal sent from the VVVF inverter converter 42 to the motor 5 when the VVVF inverter converter 42 determines that torque assist by the motor 5 is necessary. This corresponds to a signal for increasing the torque command at. The case where the actual rotational speed of the engine 2 is smaller than the speed command corresponds to the case where the “torque assist request” is generated.

ここで、前記速度指令値の算出方法について説明する。速度指令値とは、システムコントローラ７にて算出され、モータ５を制御するＶＶＶＦインバータコンバータ４２に送信される速度指令としての機関回転数のことであり、速度指令とは、操作レバー９のレバー位置から要求される燃料噴射量が一定の状態、即ち操作レバー９による指示回転数が一定状態での、ある時間におけるエンジン２の負荷に対する平均出力時の機関回転数に対応する指令のことである。以下、この速度指令の決定方法の具体例について、図７を用いて説明する。 Here, a method of calculating the speed command value will be described. The speed command value is an engine speed as a speed command calculated by the system controller 7 and transmitted to the VVVF inverter converter 42 that controls the motor 5. The speed command is the lever position of the operation lever 9. The command corresponding to the engine speed at the time of average output with respect to the load of the engine 2 at a certain time when the fuel injection amount required from is constant, that is, when the indicated rotational speed by the operating lever 9 is constant. Hereinafter, a specific example of the method for determining the speed command will be described with reference to FIG.

本ハイブリッドシステムにおける速度指令は、システムコントローラ７により、操作レバー９による指示回転数が一定状態で、作業１サイクル時間（単位時間Ｕ（例えば、１５秒））中にエンジン２にかかる作業負荷を実負荷パターンＰｒとし、この実負荷パターンＰｒに基づいて模擬負荷パターンＰｓを算出し、この模擬負荷パターンＰｓより、前記単位時間Ｕ内での作業負荷に対するエンジン２の平均出力Ａ（ｋＷ）を算出し、この平均出力Ａ出力時の機関回転数Ｎａを求め、この機関回転数Ｎａに基づいて決定される。 In this hybrid system, the speed command is executed by the system controller 7 to determine the work load applied to the engine 2 during one work cycle time (unit time U (for example, 15 seconds)) with the rotation speed indicated by the operation lever 9 being constant. The simulated load pattern Ps is calculated based on the actual load pattern Pr, and the average output A (kW) of the engine 2 with respect to the work load within the unit time U is calculated from the simulated load pattern Ps. Then, the engine speed Na at the time of this average output A output is obtained and determined based on this engine speed Na.

図７に示すように、実負荷パターンＰｒとは、操作レバー９による指示回転数が一定状態で、ある内容の作業（例えば、建設機械の場合の掘削積込み等）を行った際に、エンジン２にかかる作業負荷の実際の測定値を、単位時間Ｕごとに１サイクルとしてパターン化したものである。
この操作レバー９による指示回転数が一定状態においては、エンジン２にかかる負荷によって機関回転数は変化することとなる。つまり、エンジン２にかかる作業負荷が高いときは、エンジン２の出力が高くなるとともに機関回転数が低くなり、逆に、作業負荷が低いときは、エンジン２の出力が低くなるとともに機関回転数が高くなる。 As shown in FIG. 7, the actual load pattern Pr means that the engine 2 is used when a certain work (for example, excavation and loading in the case of a construction machine) is performed with the rotation speed indicated by the operation lever 9 being constant. The actual measured value of the work load is patterned as one cycle per unit time U.
In the state in which the instruction rotation speed by the operation lever 9 is constant, the engine rotation speed is changed by the load applied to the engine 2. That is, when the work load applied to the engine 2 is high, the output of the engine 2 increases and the engine speed decreases. Conversely, when the work load is low, the output of the engine 2 decreases and the engine speed decreases. Get higher.

また、模擬負荷パターンＰｓとは、実負荷パターンＰｒに基づいて算出されるものであり、この実負荷パターンＰｒを予め決められた近似方法によって近似したものである。以下、模擬負荷パターンＰｓの算出方法の一例について説明する。 The simulated load pattern Ps is calculated based on the actual load pattern Pr, and approximates the actual load pattern Pr by a predetermined approximation method. Hereinafter, an example of a method for calculating the simulated load pattern Ps will be described.

まず、前述の実負荷パターンＰｒに基づいて、エンジン２に一定値以上高い作業負荷がかかったときの出力値の近似値としての高負荷時出力値Ｈ、前記一定値より低い作業負荷がかかったときの出力値の近似値としての低負荷時出力値Ｌ、及び作業停止時での出力値の近似値としての停止時出力値Ｓをそれぞれ決める。ここで、停止時出力値Ｓのときのエンジン２の回転数が、操作レバー９による指示回転数と略同じとなる。そして、実負荷パターンＰｒにおける各時間の出力値を、作業負荷がかかっている状態（作業時）は高負荷時出力値Ｈまたは低負荷時出力値Ｌのいずれかに対応させ、作業負荷がかかってない状態（作業停止時）は停止時出力値Ｓに対応させて実負荷パターンＰｒを近似し、模擬負荷パターンＰｓを求める。つまり、実負荷パターンＰｒを前記各状態における出力値（高負荷時出力値Ｈ、低負荷時出力値Ｌ、及び停止時出力値Ｓ）の連続となるように近似し、この実負荷パターンＰｒに対応する出力値の連続を模擬負荷パターンＰｓとする。 First, based on the actual load pattern Pr described above, an output value H at a high load as an approximate value of an output value when a work load higher than a certain value is applied to the engine 2, a work load lower than the certain value is applied. Output value L at low load as an approximate value of the output value at the time of stoppage, and output value S at the stop time as an approximate value of the output value at the time of work stoppage are determined. Here, the rotation speed of the engine 2 at the stop-time output value S is substantially the same as the rotation speed indicated by the operation lever 9. Then, the output value at each time in the actual load pattern Pr corresponds to either the high load output value H or the low load output value L when the work load is applied (working time), and the work load is applied. In a state where the operation is not performed (when the work is stopped), the simulated load pattern Ps is obtained by approximating the actual load pattern Pr in correspondence with the output value S when stopped. That is, the actual load pattern Pr is approximated so that the output values (the high load output value H, the low load output value L, and the stop output value S) in each state are continuous, and the actual load pattern Pr A series of corresponding output values is set as a simulated load pattern Ps.

次に、前述のようにして算出される模擬負荷パターンＰｓから、作業負荷に対するエンジン２の平均出力Ａを算出する。平均出力Ａは、模擬負荷パターンＰｓにおける出力を積分して時間平均をとったものとなる。言い換えると、模擬負荷パターンＰｓにおいて、単位時間Ｕは、高負荷時出力値Ｈである時間の合計Ｔ１、低負荷時出力値Ｌである時間の合計Ｔ２、停止時出力値Ｓである時間の合計Ｔ３として各出力値に対応して三つの時間に分けられ（Ｕ＝Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３）、それぞれの出力値と時間との積の合計の、単位時間Ｕにおける平均値が平均出力Ａとなる。そして、この操作レバー９による指示回転数が一定状態での平均出力Ａ出力時における機関回転数Ｎａが速度指令値（以下、速度指令値Ｎａ）とされる。 Next, the average output A of the engine 2 with respect to the work load is calculated from the simulated load pattern Ps calculated as described above. The average output A is obtained by integrating the outputs in the simulated load pattern Ps and taking the time average. In other words, in the simulated load pattern Ps, the unit time U is the total time T1 that is the high load output value H, the total time T2 that is the low load output value L, and the total time that is the stop output value S. T3 is divided into three times corresponding to each output value (U = T1 + T2 + T3), and the average value in unit time U of the sum of the products of the respective output values and time becomes the average output A. Then, the engine speed Na at the time when the average output A is output in a state where the instruction speed by the operation lever 9 is constant is set as a speed command value (hereinafter, speed command value Na).

ところで、図８において、横軸はエンジン２及びモータ５の回転数であり、左側縦軸はブレーキ・ミーン・プレッシャー（ＢｒａｋｅＭｅａｎＰｒｅｓｓｕｒｅ：正味平均有効圧力）をトルクに換算したものである。また、右側縦軸をエンジン２の馬力（出力）としている。
機関最大トルク曲線ＴＰｅは、排ガス規制などから許容される範囲での、エンジン２の回転数と最大のトルク（駆動力）との関係を示すものである。
等馬力線は、各馬力Ｅ１・Ｅ２・・・に対して、エンジンの回転数とトルクのグラフ上で機関回転数とトルクとの積から求められる馬力（出力）の等しくなる点の連続からなる曲線であり、エンジンの特性を示すものである。この馬力（出力）は、作業機などにおいて備えられる、エンジンによって駆動され各種アクチュエータへ圧油を供給する可変容量形油圧ポンプ等のポンプ負荷（作業負荷）から求められる。つまり、ある回転数でエンジンが駆動している場合の、一定馬力（出力）を出すために必要なトルクを示している。 By the way, in FIG. 8, the horizontal axis represents the rotation speeds of the engine 2 and the motor 5, and the left vertical axis represents the brake mean pressure (Brake Mean Pressure) converted into torque. The right vertical axis is the horsepower (output) of the engine 2.
The engine maximum torque curve TPe shows the relationship between the rotational speed of the engine 2 and the maximum torque (driving force) within a range permitted by exhaust gas regulations and the like.
The equal horsepower line is composed of a series of points at which the horsepower (output) obtained from the product of the engine speed and torque on the graph of engine speed and torque is equal for each horsepower E1, E2,. It is a curve and shows the characteristics of the engine. This horsepower (output) is obtained from a pump load (work load) such as a variable displacement hydraulic pump that is driven by an engine and supplies pressure oil to various actuators provided in a work machine or the like. That is, it shows the torque required to produce a constant horsepower (output) when the engine is driven at a certain rotational speed.

ドループ特性線Ｄ１・Ｄ２は、図９（ｂ）に示すように、エンジン２があるアイドル回転数で負荷がかかった際の機関回転数と、燃費等を考慮して決定される前記スロットルアクチュエータ２２を構成するラックピニオン式のＤＣモータのラックギアのラック位置との関係をプロットしたものである。この図に示すように、エンジン２に負荷がかかった際に燃料噴射量は増えるが、機関回転数は減少する制御をドループ制御といい、このドループ制御の特性を示すドループ特性線は、操作レバー９を燃料噴射量が増加する方向に操作することによって、機関回転数が増加する方向に移動する（Ｄ１→Ｄ２）。 As shown in FIG. 9B, the droop characteristic lines D1 and D2 are determined in consideration of the engine speed when the engine 2 is loaded at a certain idling speed, fuel consumption, and the like. Is a plot of the relationship between the rack position of the rack gear of the rack and pinion type DC motor that constitutes. As shown in this figure, the control in which the fuel injection amount increases when the engine 2 is loaded, but the engine speed decreases, is called droop control. The droop characteristic line indicating the characteristics of the droop control is the operation lever. By operating 9 in the direction in which the fuel injection amount increases, the engine speed is increased (D1 → D2).

エンジン２には、該エンジン２にかかる負荷が変化した場合、エンジン２の回転数が変わるため、エンジン２が操作レバー９の操作による指示回転数になるように自動的に燃料噴射ポンプの燃料噴射量を調節して、機関回転数を一定に保つための調速装置としてのメカニカルガバナ（図示略）がエンジン２に備えられている。このメカニカルガバナは、エンジン２の回転と連動して回転するガバナウエイトとガバナスプリングとガバナレバーとを備え、エンジン２が回転するときにガバナウエイトに生じる遠心力とガバナスプリングの弾性力とのつり合いによって燃料の噴射量を調節する構造となっている。このメカニカルガバナにおいては、エンジン２の回転数が高くなるとガバナウエイトにはたらく遠心力は大きくなり、ガバナスプリングが圧縮されるとともにガバナレバーが噴射量を減らす方向に作動され、逆に、エンジン２の回転数が低くなるとガバナウエイトにはたらく遠心力は小さくなり、ガバナスプリングの弾性力によってガバナレバーが噴射量を増やす方向に作動される構成となっており、このような構成によってエンジン２の回転数は一定に保たれる。このため、メカニカルガバナを備えたエンジン２のドループ特性線は、図９（ｂ）に示すように略直線になるのである。 When the load applied to the engine 2 changes, the engine 2 automatically changes the rotational speed of the engine 2 so that the fuel injection pump automatically injects the fuel so that the engine 2 reaches the indicated rotational speed by operating the operation lever 9. The engine 2 is provided with a mechanical governor (not shown) as a speed governing device for adjusting the amount and keeping the engine speed constant. This mechanical governor includes a governor weight that rotates in conjunction with the rotation of the engine 2, a governor spring, and a governor lever. The injection amount is adjusted. In this mechanical governor, when the engine 2 speed increases, the centrifugal force acting on the governor weight increases, the governor spring is compressed and the governor lever is actuated to reduce the injection amount, and conversely the engine 2 speed. As the engine speed decreases, the centrifugal force acting on the governor weight decreases, and the governor lever is actuated in the direction to increase the injection amount by the elastic force of the governor spring. With such a configuration, the rotational speed of the engine 2 is kept constant. Be drunk. For this reason, the droop characteristic line of the engine 2 provided with the mechanical governor becomes a substantially straight line as shown in FIG.

図９（ｂ）において、横軸は機関回転数であり、縦軸はコントロールラックのラック位置である。Ｒａは無負荷ラック位置であり、エンジン２に負荷がかかってない状態でのラック位置、即ちエンジン２が操作レバー９により要求される本来の燃料噴射量及び回転数での状態である。また、Ｒｂは制限ラック位置であり、エンジン２が高負荷状態でのラック位置、即ちエンジン２の回転数が低くなり、燃料の噴射量が最も多い状態である。つまり、操作レバー９による指示回転数が一定状態で、エンジン２にかかる負荷が大きくなると、エンジン２の状態は、ドループ特性線上での上方の状態に移動し、逆に負荷が小さくなると、ドループ特性線上での下方の状態に移動することとなる。
ドループ特性線Ｄ１上の任意の点Ｄｐ１におけるエンジン２の出力と同じ出力の点を、ドループ特性線Ｄ２上にとると、点Ｄｐ２の位置のようになる。つまり、エンジン２の出力が一定の状態で、操作レバー９を燃料噴射量増加方向に操作すると、ラック位置も噴射量増加方向に移動する。 In FIG. 9B, the horizontal axis represents the engine speed, and the vertical axis represents the rack position of the control rack. Ra is a no-load rack position, which is a rack position in a state where no load is applied to the engine 2, that is, a state in which the engine 2 is at the original fuel injection amount and the rotational speed required by the operation lever 9. Rb is a limit rack position, which is a rack position when the engine 2 is in a high load state, that is, a state where the rotational speed of the engine 2 is low and the fuel injection amount is the largest. That is, when the load applied to the engine 2 is large while the instruction rotation speed by the operation lever 9 is constant, the state of the engine 2 moves to an upper state on the droop characteristic line, and conversely, when the load decreases, the droop characteristic It will move to the state below on the line.
When a point having the same output as the output of the engine 2 at an arbitrary point Dp1 on the droop characteristic line D1 is taken on the droop characteristic line D2, the position of the point Dp2 is obtained. That is, when the operation lever 9 is operated in the fuel injection amount increasing direction while the output of the engine 2 is constant, the rack position is also moved in the injection amount increasing direction.

図９（ａ）は、図９（ｂ）における縦軸が示すラック位置を、エンジン２の軸トルクに換算したものを示す図である。この図から、前記点Ｄｐ１から点Ｄｐ２への移動によって軸トルクは減少するということがわかる。すなわち、エンジン２の出力が一定の状態で、操作レバー９を燃料噴射量増加方向に操作すると、機関回転数は上がり、軸トルクは低くなるということである。 FIG. 9A is a diagram showing the rack position indicated by the vertical axis in FIG. 9B converted to the axial torque of the engine 2. From this figure, it can be seen that the shaft torque decreases due to the movement from the point Dp1 to the point Dp2. That is, if the operation lever 9 is operated in the direction of increasing the fuel injection amount while the output of the engine 2 is constant, the engine speed increases and the shaft torque decreases.

このようなドループ特性線Ｄ１、Ｄ２と前記等馬力線との関係を示した図８を用いて、機関回転制御について説明する。
本制御においては、まず、前述したように、システムコントローラ７により、操作レバー９による指示回転数が一定状態での作業負荷に対するエンジン２の平均出力を算出する。エンジン２の平均出力Ａでの等馬力線は、図８において馬力Ｅａの等馬力線とする。また、操作レバー９は、エンジン２の出力が平均出力Ａとなる位置とし、操作レバー９がこの位置でのドループ特性線をＤ１とする。つまり、馬力Ｅａの等馬力線とドループ特性線Ｄ１との交点である点Ｃｅにおける機関回転数が、前述の速度指令としての機関回転数である速度指令値Ｎａとなる。本制御の目的としては、モータ５によるトルクアシスト及びオルタネータ１１による発電により、エンジン２の作動状態を、出力を平均出力Ａ、回転数を速度指令値Ｎａの状態に保つことで、エンジン２にかかる負荷の平準化を図ることである。 The engine rotation control will be described with reference to FIG. 8 showing the relationship between the droop characteristic lines D1 and D2 and the equal horsepower lines.
In this control, first, as described above, the system controller 7 calculates the average output of the engine 2 with respect to the work load when the indicated rotational speed by the operation lever 9 is constant. The equal horsepower line at the average output A of the engine 2 is the equal horsepower line of the horsepower Ea in FIG. Further, the operation lever 9 is set to a position where the output of the engine 2 becomes the average output A, and the droop characteristic line at this position of the operation lever 9 is set to D1. That is, the engine speed at the point Ce that is the intersection of the equihorse power line of the horsepower Ea and the droop characteristic line D1 becomes the speed command value Na that is the engine speed as the speed command described above. The purpose of this control is to apply the engine 2 by maintaining the operating state of the engine 2 at the average output A and the rotational speed at the speed command value Na by the torque assist by the motor 5 and the power generation by the alternator 11. This is to equalize the load.

図８において、馬力Ｅａの等馬力線とドループ特性線Ｄ１との交点である点Ｃｅにおけるエンジン２の状態が、エンジン２の実回転数と速度指令値Ｎａとが一致している状態である。この状態では、モータ５によるトルクアシスト（オルタネータ１１からモータ５への電力供給）及びオルタネータ１１の発電電力によるバッテリ１４の蓄電は行われない。つまり、この点Ｃｅにおけるエンジン２の状態を基準として、この状態から作業負荷が高くなり、機関回転数が下がると、オルタネータ１１からの発電電力をモータ５に供給して該モータ５によるトルクアシストを行い、作業負荷が低くなり、機関回転数が上がるとオルタネータ１１の発電電力によってバッテリ１４の蓄電を行うように制御する。 In FIG. 8, the state of the engine 2 at a point Ce that is the intersection of the equihorse force line of the horsepower Ea and the droop characteristic line D1 is a state in which the actual rotational speed of the engine 2 and the speed command value Na coincide with each other. In this state, torque assist by the motor 5 (power supply from the alternator 11 to the motor 5) and storage of the battery 14 by the generated power of the alternator 11 are not performed. That is, with reference to the state of the engine 2 at this point Ce, when the work load increases from this state and the engine speed decreases, the generated power from the alternator 11 is supplied to the motor 5 and torque assist by the motor 5 is performed. When the work load is reduced and the engine speed is increased, control is performed so that the battery 14 is charged by the power generated by the alternator 11.

具体的には、エンジン２が点Ｃｅでの状態から、高い負荷がかかると、機関回転数が低くなり、エンジン２の状態はドループ特性線Ｄ１に沿って上方に移動する。この場合にエンジン２にかかる負荷に対する馬力をＥ３とすると、エンジン２の状態としては、ドループ特性線Ｄ１と馬力Ｅ３の等馬力線との交点である点Ｃｅ１に移動するので、機関回転数はＮ１まで下がり、トルクは機関回転数Ｎ１における機関最大トルクＴｅを上回ってしまう。つまり、点Ｃｅ１での状態は、その機関回転数Ｎ１においてエンジン２によって発揮できる機関最大トルクＴｅを上回る過負荷状態となってしまう。このような状態を回避するため、モータ５によりトルクアシストを行い、エンジン２の回転数を速度指令値Ｎａに保ったままトルクを向上させて不足分の出力を補う。この場合、エンジン２では速度指令値Ｎａで回転するための燃料の噴射は行われているため、負荷がかかって機関回転数が下がったとしても、モータ５によってトルクの不足分を補うことにより、速度指令値Ｎａを保つことができる。 Specifically, when a high load is applied from the state where the engine 2 is at the point Ce, the engine speed decreases, and the state of the engine 2 moves upward along the droop characteristic line D1. In this case, if the horsepower with respect to the load applied to the engine 2 is E3, the engine 2 moves to a point Ce1 which is an intersection of the droop characteristic line D1 and the equal horsepower line of the horsepower E3. Thus, the torque exceeds the engine maximum torque Te at the engine speed N1. That is, the state at the point Ce1 becomes an overload state exceeding the engine maximum torque Te that can be exhibited by the engine 2 at the engine speed N1. In order to avoid such a state, torque assist is performed by the motor 5, and the torque is improved while maintaining the rotation speed of the engine 2 at the speed command value Na to compensate for the shortage of output. In this case, in the engine 2, fuel is injected to rotate at the speed command value Na. Therefore, even if a load is applied and the engine speed decreases, the motor 5 compensates for the torque shortage, The speed command value Na can be maintained.

モータ５によるトルクアシストを行うことにより、点Ｃｅにおいて馬力Ｅ３に相当する負荷がかかると、エンジン２は、点Ｃｅ１の状態を回避して点Ｃｅｍの状態に移動することになる。この点Ｃｅｍは、エンジン２が点Ｃｅの状態から機関回転数を速度指令値Ｎａに保ったまま、モータ５によってトルクが加えられ、エンジン２とモータ５の合計トルクで出力Ｅ３を行っている状態を示す。言い換えると、エンジン２単体では、点Ｃｅの状態から馬力Ｅ３に相当する負荷がかかると、点Ｃｅ１の状態に移動することとなるが、モータ５によってトルクアシストを行うことで、機関回転数としては、（Ｎａ−Ｎ１）分引き上げられ、馬力としては、（Ｅ３−Ｅａ）分が補われることとなる。さらに言うと、エンジン２は見かけ上、点Ｃｅの位置で作動している状態となるが、モータ５によるトルクアシストによって、機関回転数を速度指令値Ｎａに保った状態で、ドループ特性線Ｄ１から、操作レバー９による指示回転数を上げた状態であるドループ特性線Ｄ２における出力を得ることができる。要するに、操作レバー９による指示回転数が一定状態において、作業負荷がかかり、エンジン２の実回転数が速度指令値Ｎａよりも下がった場合は、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２からモータ５へ送信されるトルク指令を増加させ、該モータ５によるトルクアシストを行うのである。 When a load corresponding to the horsepower E3 is applied at the point Ce by performing torque assist by the motor 5, the engine 2 moves to the state of the point Cem while avoiding the state of the point Ce1. This point Cem is a state in which the torque is applied by the motor 5 while the engine 2 is kept at the speed command value Na from the state of the point Ce, and the output E3 is performed with the total torque of the engine 2 and the motor 5. Indicates. In other words, with the engine 2 alone, when a load corresponding to the horsepower E3 is applied from the state of the point Ce, the engine 2 moves to the state of the point Ce1, but by performing torque assist by the motor 5, the engine speed is , (Na-N1) is raised, and (E3-Ea) is supplemented as horsepower. Furthermore, the engine 2 apparently operates at the position of the point Ce, but with the torque assist by the motor 5, the engine speed is maintained at the speed command value Na, and from the droop characteristic line D1. Thus, it is possible to obtain an output on the droop characteristic line D2, which is a state in which the indicated rotational speed by the operation lever 9 is increased. In short, a torque command transmitted from the VVVF inverter converter 42 to the motor 5 when a work load is applied and the actual rotational speed of the engine 2 falls below the speed command value Na when the commanded rotational speed by the operating lever 9 is constant. The torque assist by the motor 5 is performed.

エンジン２が点Ｃｅでの状態から、負荷が低くなると、機関回転数が高くなり、エンジン２の状態はドループ特性線Ｄ１に沿って下方に移動する。この場合、例えば、エンジン２の負荷に対する馬力をＥ１とすると、エンジン２の状態としては、ドループ特性線Ｄ１と馬力Ｅ１の等馬力線との交点である点Ｃｅ２に移動するので、機関回転数はＮ２まで上がることとなる。しかし、エンジン２は、出力を平均出力Ａ、回転数を速度指令値Ｎａに保つように制御されるので、この余剰出力によってオルタネータ１１による発電を行い、バッテリ１４を充電する。要するに、操作レバー９による指示回転数が一定状態において、作業負荷が低くなり、エンジン２の実回転数が速度指令値Ｎａよりも上がった場合は、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２からモータ５へ送信されるトルク指令を減少させ、オルタネータ１１によって発電される電力をバッテリ１４に蓄電するのである。 When the load is reduced from the state where the engine 2 is at the point Ce, the engine speed is increased, and the state of the engine 2 moves downward along the droop characteristic line D1. In this case, for example, if the horsepower with respect to the load of the engine 2 is E1, the engine 2 moves to a point Ce2 that is the intersection of the droop characteristic line D1 and the equihorsepower line of the horsepower E1, and therefore the engine speed is It will go up to N2. However, since the engine 2 is controlled so as to keep the output at the average output A and the rotation speed at the speed command value Na, the surplus output causes the alternator 11 to generate electric power and charge the battery 14. In short, the torque transmitted from the VVVF inverter converter 42 to the motor 5 when the work load decreases and the actual rotational speed of the engine 2 rises above the speed command value Na when the rotational speed indicated by the operation lever 9 is constant. The command is decreased and the electric power generated by the alternator 11 is stored in the battery 14.

このように、作業負荷に対する平均出力時の機関回転数を基準とする機関回転制御を行うことによって、エンジン２の負荷平準化を図ることができる。これにより、燃費の向上が図れるとともに、エンジン２の機関最大トルク以上のトルクを発揮することが可能となり、最大負荷を見込んで搭載されるエンジン２の小型化を図ることができる。 In this way, load leveling of the engine 2 can be achieved by performing engine rotation control based on the engine speed at the time of average output with respect to the work load. As a result, it is possible to improve fuel efficiency, and to exhibit a torque that is greater than the engine maximum torque of the engine 2 and to reduce the size of the engine 2 that is mounted in anticipation of the maximum load.

また、この機関回転制御において、前述の平均出力Ａが大きくなり、速度指令値Ｎａが低速域でとられた場合でも、エンジン２の実回転数が速度指令値Ｎａよりも下がった場合には、モータ５によるトルクアシストが行われるので、作業負荷の高さに応じたモータ５の制御を行うことが可能となり、作業内容に即したトルクアシストを行うことができる。これにより、低速域でのトルクの向上が図れ、燃費の向上や排気色改善などのエンジン２の機関性能の向上を図ることができる。 Further, in this engine rotation control, even when the average output A is increased and the speed command value Na is taken in the low speed range, when the actual engine speed of the engine 2 is lower than the speed command value Na, Since torque assist by the motor 5 is performed, the motor 5 can be controlled in accordance with the height of the work load, and torque assist in accordance with the work content can be performed. Thereby, it is possible to improve the torque in the low speed region, and to improve the engine performance of the engine 2 such as improvement of fuel consumption and exhaust color.

以上のような機関回転制御において、電流の流れの面から説明する。
つまり、本制御においては、エンジン２の実回転数が、前記速度指令値Ｎａよりも下がった場合は、オルタネータ１１からモータ５へと電力を供給して該モータ５を駆動させてトルクアシストを行い、逆に、エンジン２の実回転数が、速度指令値Ｎａよりも上がった場合は、エンジン２の駆動力を用いてオルタネータ１１によって発電された電力をバッテリ１４に蓄電するように制御する。 The engine rotation control as described above will be described from the aspect of current flow.
That is, in this control, when the actual rotational speed of the engine 2 falls below the speed command value Na, electric power is supplied from the alternator 11 to the motor 5 to drive the motor 5 and perform torque assist. Conversely, when the actual rotational speed of the engine 2 is higher than the speed command value Na, control is performed so that the electric power generated by the alternator 11 using the driving force of the engine 2 is stored in the battery 14.

具体的には、前記回転センサによって検出されるエンジン２の実回転数が、前記速度指令値Ｎａよりも下がった場合は、オルタネータ１１によって発電される直流電流がＶＶＶＦインバータコンバータ４２に入力される。この際、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２はインバータとして機能して、入力された直流電力を所定の電圧及び周波数の交流電力に変換し、この変換された交流電力をモータ５に供給する。そして、モータ５によるトルクアシストが行われる。 Specifically, when the actual rotational speed of the engine 2 detected by the rotation sensor falls below the speed command value Na, a direct current generated by the alternator 11 is input to the VVVF inverter converter 42. At this time, the VVVF inverter converter 42 functions as an inverter, converts the input DC power into AC power having a predetermined voltage and frequency, and supplies the converted AC power to the motor 5. Then, torque assist by the motor 5 is performed.

逆に、前記回転センサによって検出されるエンジン２の実回転数が、速度指令値Ｎａよりも上がった場合は、エンジン２の駆動力の一部または全部がオルタネータ１１の作動に用いられ、該オルタネータ１１より発電された直流電力は、昇降圧チョッパ４４を介してバッテリ１４に入力され、これによりバッテリ１４に蓄電する。このとき、昇降圧チョッパ４４は降圧チョッパとして機能し、オルタネータ１１から入力される直流電力を所定の電圧に降圧してバッテリ１４に蓄電する。 On the contrary, when the actual rotational speed of the engine 2 detected by the rotation sensor is higher than the speed command value Na, part or all of the driving force of the engine 2 is used for the operation of the alternator 11, and the alternator The DC power generated by the power supply 11 is input to the battery 14 via the step-up / step-down chopper 44, and thereby stored in the battery 14. At this time, the step-up / step-down chopper 44 functions as a step-down chopper, reduces the DC power input from the alternator 11 to a predetermined voltage, and stores it in the battery 14.

このように、機関回転制御を行うことにより、エンジン２の負荷平準化が図れるとともに、バッテリ１４の充放電にともなうモータ５の作動によって、モータ５のエネルギー収支を合わせることが可能となり、燃費の向上を図ることができる。 Thus, by performing engine rotation control, it is possible to equalize the load of the engine 2 and to adjust the energy balance of the motor 5 by the operation of the motor 5 accompanying charging / discharging of the battery 14, thereby improving fuel efficiency. Can be achieved.

続いて、エンジン２の低速域における機関回転制御について説明する。
一般的に、エンジンの低速域における特性として、機関回転数が低いほど出力が低下し、トルクが小さく不安定であるということがある。そのため、エンジン２の始動時や、高い作業負荷がかかって機関回転数が下がった場合などのエンジン２の低速域においては、エンジン２に対する負荷が過負荷となり易く、排ガスやスモークが発生し易い。また、例えば、トラクタ等の作業機における、機体を低速で移動しながらの作業時、船舶等における、低速航行を行いながらのトローリング時、及び、油圧ショベル等の油圧建設機械における、ブーム・アーム・バケット等を有するフロント作業機のブーム上げ時などのように、エンジンが低速域で高トルクを要する場面もある。このような点に鑑み、本制御では、エンジン２の低速域においてモータ５によるトルクアシストを行う機関回転制御によって、エンジン２の低速域でのトルクの向上を図っている。以下、エンジン２の低速域における機関回転制御について図１０を用いて説明する。 Next, engine rotation control in the low speed region of the engine 2 will be described.
Generally, as a characteristic of the engine in a low speed region, the lower the engine speed, the lower the output, and the smaller the torque, the more unstable. Therefore, when the engine 2 is started or when the engine speed is lowered due to a high work load, the load on the engine 2 is likely to be overloaded, and exhaust gas and smoke are likely to be generated. In addition, for example, in a working machine such as a tractor, when working while moving the machine at a low speed, in a ship or the like during trolling while performing low-speed navigation, and in a hydraulic construction machine such as a hydraulic excavator, There are also scenes where the engine requires high torque in a low speed range, such as when the boom of a front working machine having a bucket or the like is raised. In view of such a point, in this control, torque is improved in the low speed region of the engine 2 by engine rotation control in which torque assist is performed by the motor 5 in the low speed region of the engine 2. Hereinafter, engine rotation control in the low speed region of the engine 2 will be described with reference to FIG.

図１０は、図８に示した機関最大トルク曲線ＴＰｅに加え、モータ５の回転数と最大のトルク（駆動力）との関係を示すモータ最大トルク曲線ＴＰｍを示したものである。なお、機関最大トルク曲線ＴＰｅが、本制御におけるトルクマップに相当する。この図からもわかるように、エンジン２の回転数が機関回転数Ｒ２より低い場合を低速域とすると、エンジン２の低速域における機関最大トルクは、機関回転数が低くなるほどトルクが低下している。一方、モータ５のモータ最大トルクは、低速域で安定しており、ある回転数より高くなると、回転数が高いほどトルクが低下する特性を有している。本制御においては、これらエンジン２及びモータ５の低速域において相反するトルク特性を利用し、エンジン２の低速域での機関性能の向上を図っている。 FIG. 10 shows a motor maximum torque curve TPm showing the relationship between the rotation speed of the motor 5 and the maximum torque (driving force) in addition to the engine maximum torque curve Tpe shown in FIG. The engine maximum torque curve Tpe corresponds to a torque map in this control. As can be seen from this figure, assuming that the engine speed is lower than the engine speed R2, the engine maximum torque in the low speed area of the engine 2 decreases as the engine speed decreases. . On the other hand, the motor maximum torque of the motor 5 is stable in a low speed region, and has a characteristic that when the rotational speed becomes higher than a certain rotational speed, the torque decreases as the rotational speed increases. In this control, the engine performance in the low speed region of the engine 2 is improved by utilizing the contradictory torque characteristics in the low speed region of the engine 2 and the motor 5.

すなわち、本制御では、前記回転センサによって検出される機関回転数が、予め設定された低速域となった場合、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２からモータ５に対するトルク指令を増加させ、該モータ５によりトルクアシストを行うように制御する。
具体的には、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２にエンジン２の低速域としての回転数を予め設定し記憶させる。本実施例では、エンジン２の低速域を機関回転数Ｒ１からＲ２まで（例えば、略１０００から２０００ｒｐｍ）とする。エンジン２の回転数は、前述のように機関回転数検出手段としての回転センサにより検出され、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２に入力される。そして、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２にて入力された機関回転数が低速域にあると判断された場合、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２からモータ５に対するトルク指令を増加させ、該モータ５によるトルクアシストを行うように制御する。 That is, in this control, when the engine speed detected by the rotation sensor falls within a preset low speed range, the torque command for the motor 5 is increased from the VVVF inverter converter 42, and torque assist is performed by the motor 5. Control to do.
Specifically, the rotation speed of the engine 2 as a low speed region is set in advance and stored in the VVVF inverter converter 42. In the present embodiment, the low speed region of the engine 2 is set to the engine speed R1 to R2 (for example, approximately 1000 to 2000 rpm). As described above, the rotation speed of the engine 2 is detected by the rotation sensor as the engine rotation speed detection means, and is input to the VVVF inverter converter 42. When it is determined that the engine speed input by the VVVF inverter converter 42 is in the low speed range, the torque command for the motor 5 is increased from the VVVF inverter converter 42 and torque assist by the motor 5 is performed. To do.

このように、機関回転数Ｒ１からＲ２までの低速域において、モータ５によるトルクアシストを行うことにより、エンジン２とモータ５との合計トルクが最大トルクとなる。この低速域における最大トルクは、図１０において、機関回転数Ｒ１からＲ２までの範囲での、機関最大トルク曲線ＴＰｅとモータ最大トルク曲線ＴＰｍとの和をあらわす機関＋モータ最大トルク曲線ＴＰｅｍのようになる。 Thus, by performing torque assist by the motor 5 in the low speed range from the engine speed R1 to R2, the total torque of the engine 2 and the motor 5 becomes the maximum torque. The maximum torque in this low speed region is the engine + motor maximum torque curve TPem that represents the sum of the engine maximum torque curve Tpe and the motor maximum torque curve TPm in the range from the engine speed R1 to R2 in FIG. Become.

このように、エンジン２の低速域における機関回転制御を行うことにより、低速域における出力低下を防止することができ、低速域でのトルクの向上を図ることができる。これにより、燃費の向上や排気色の改善などの機関性能の向上を図ることができ、また、作業機として低速かつ高トルクが要求される作業時での操作性の向上及び騒音の低減を図ることができる。さらに、エンジン２の始動立ち上がり時の黒煙排出の抑制が図れるという効果も得ることができる。 Thus, by performing the engine rotation control in the low speed region of the engine 2, it is possible to prevent a decrease in output in the low speed region, and to improve the torque in the low speed region. This makes it possible to improve engine performance such as improved fuel economy and exhaust color, and to improve operability and reduce noise during work requiring low speed and high torque as a work implement. be able to. Furthermore, it is possible to obtain an effect that black smoke emission can be suppressed at the start-up of the engine 2.

次に、このエンジン２の低速域における機関回転制御方法において、エンジン２にかかる負荷トルクに基づいて行う場合について説明する。
この場合、エンジン２の低速域での機関回転制御を、トルクマップとしての機関最大トルク曲線ＴＰｅに基づいて行い、エンジン２にかかる負荷トルクが、機関最大トルク曲線ＴＰｅの値を上回った場合、モータ５によるトルクアシストを行う。すなわち、前記回転センサによって検出される機関回転数が、前記低速域にある場合、予め記憶された機関回転数と機関最大トルクとの関係を示す機関最大トルク曲線ＴＰｅに基づき、エンジン２にかかる負荷トルクが、機関最大トルクを上回った場合、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２からモータ５に対するトルク指令を増加させ、該モータ５によりトルクアシストを行うように制御する。 Next, a description will be given of a case where the engine rotation control method in the low speed region of the engine 2 is performed based on the load torque applied to the engine 2.
In this case, the engine rotation control in the low speed region of the engine 2 is performed based on the engine maximum torque curve Tpe as a torque map, and when the load torque applied to the engine 2 exceeds the value of the engine maximum torque curve Tpe, the motor Torque assist by 5 is performed. That is, when the engine speed detected by the rotation sensor is in the low speed range, the load applied to the engine 2 based on the engine maximum torque curve Tpe indicating the relationship between the engine speed and the engine maximum torque stored in advance. When the torque exceeds the maximum engine torque, the torque command for the motor 5 is increased from the VVVF inverter converter 42 and the motor 5 is controlled to perform torque assist.

具体的には、システムコントローラ７に、機関回転数とエンジン２の機関最大トルクとの関係を示す機関最大トルク曲線ＴＰｅをトルクマップとして予め記憶させる。なお、システムコントローラ７には、機関回転数に応じた上限値に対応する負荷トルクを、最低限記憶させておけばよい。ここで、エンジン２にかかる負荷トルクは、前述の馬力（出力）をトルクに換算することによって求められる。そして、システムコントローラ７において、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２にて入力された機関回転数が低速域にあると判断された場合、さらに、エンジン２にかかる負荷トルクがその機関回転数での機関最大トルクを上回っているか否かが判断される。この判断の結果、エンジン２にかかる負荷トルクがその機関回転数での機関最大トルクを上回っていると判断された場合、システムコントローラ７からＶＶＶＦインバータコンバータ４２への速度指令を増加させ、前述のように速度指令が増加することによってＶＶＶＦインバータコンバータ４２からモータ５に対するトルク指令が増加され、該モータ５によるトルクアシストを行うように制御する。 Specifically, the system controller 7 stores in advance, as a torque map, an engine maximum torque curve Tpe indicating the relationship between the engine speed and the engine maximum torque of the engine 2. It should be noted that the system controller 7 may store at least the load torque corresponding to the upper limit value corresponding to the engine speed. Here, the load torque applied to the engine 2 is obtained by converting the aforementioned horsepower (output) into torque. When the system controller 7 determines that the engine speed input by the VVVF inverter converter 42 is in the low speed range, the load torque applied to the engine 2 exceeds the engine maximum torque at the engine speed. It is determined whether or not. As a result of this determination, when it is determined that the load torque applied to the engine 2 exceeds the maximum engine torque at the engine speed, the speed command from the system controller 7 to the VVVF inverter converter 42 is increased, as described above. When the speed command is increased, the torque command for the motor 5 is increased from the VVVF inverter converter 42 and the motor 5 is controlled to perform torque assist.

図１０を用いて説明すると、機関回転数がＲ１からＲ２までの低速域で、エンジン２に高い負荷がかかると、前記ドループ特性線Ｄ１上を移動するエンジン２の状態を示す点Ｃｅが、該ドループ特性線Ｄ１に沿って上方に移動する。そして、エンジン２にかかる負荷がある一定以上になり、点Ｃｅが機関最大トルク曲線ＴＰｅより上方に移動した場合（図中Ｃｅ３参照）、モータ５によるトルクアシストが行われる。 Referring to FIG. 10, when a high load is applied to the engine 2 in the low speed range where the engine speed is from R1 to R2, the point Ce indicating the state of the engine 2 moving on the droop characteristic line D1 is It moves upward along the droop characteristic line D1. When the load on the engine 2 becomes a certain level or more and the point Ce moves upward from the engine maximum torque curve Tpe (see Ce3 in the figure), torque assist by the motor 5 is performed.

このように、エンジン２の低速域で、エンジン２にかかる負荷トルクが機関最大トルクを上回った場合にモータ５によるトルクアシストを行うことによって、作業時などにおいて、実際にエンジン２の機関最大トルク以上の負荷トルクがかかる場合にのみモータ５によるトルクアシストを行うことができるので、エンジン２にかかる作業負荷に対応したトルクアシストが可能となる。これにより、低速域におけるエンジン２の出力低下を補うことができるので、エンジン２の過負荷状態を防止でき、エンジン２の低速域でのトルクの向上が図れるとともに、燃費の向上や排気色の改善などの機関性能の向上を図ることができる。 In this way, when the load torque applied to the engine 2 exceeds the engine maximum torque in the low speed region of the engine 2, the torque assist by the motor 5 is performed, so that the engine 2 actually exceeds the engine maximum torque during work or the like. Since the torque assist by the motor 5 can be performed only when the load torque is applied, torque assist corresponding to the work load applied to the engine 2 is possible. As a result, it is possible to compensate for a decrease in the output of the engine 2 in the low speed range, so that an overload state of the engine 2 can be prevented, and the torque in the low speed range of the engine 2 can be improved. The engine performance can be improved.

さらに、エンジン２の低速域における機関回転制御を、エンジン２にかかる負荷トルクに基づいて行う場合、次のように制御することもできる。
この場合は、エンジン２にかかる負荷トルクが、機関最大トルク曲線ＴＰｅの値にある一定以上近付いた場合、モータ５によるトルクアシストを行う。すなわち、前記回転センサによって検出される機関回転数が、前記低速域となった場合、予め記憶された機関回転数と機関最大トルクとの関係を示す機関最大トルク曲線ＴＰｅに基づき、機関最大トルクとエンジン２にかかる負荷トルクとの差が、予め設定された値よりも小さくなった場合、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２からモータ５に対するトルク指令を増加させ、該モータ５によりトルクアシストを行うように制御する。 Furthermore, when the engine rotation control in the low speed region of the engine 2 is performed based on the load torque applied to the engine 2, it can be controlled as follows.
In this case, when the load torque applied to the engine 2 approaches a certain value of the engine maximum torque curve Tpe, torque assist by the motor 5 is performed. That is, when the engine speed detected by the rotation sensor falls within the low speed range, the engine maximum torque is calculated based on the engine maximum torque curve Tpe indicating the relationship between the engine speed stored in advance and the engine maximum torque. When the difference from the load torque applied to the engine 2 becomes smaller than a preset value, the torque command for the motor 5 is increased from the VVVF inverter converter 42 and the motor 5 is controlled to perform torque assist.

具体的には、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２にて入力された機関回転数が低速域にあると判断された場合、その機関回転数での機関最大トルクとエンジン２にかかる負荷トルクとの差が、システムコントローラ７に予め設定され記憶されたトルク差ｄよりも小さいか否かが判断される。この判断の結果、その機関回転数での機関最大トルクとエンジン２にかかる負荷トルクとの差がトルク差ｄよりも小さいと判断された場合、システムコントローラ７からＶＶＶＦインバータコンバータ４２への速度指令を増加させ、前述のように速度指令が増加することによってＶＶＶＦインバータコンバータ４２からモータ５に対するトルク指令が増加され、該モータ５によるトルクアシストを行うように制御する。 Specifically, when it is determined that the engine speed input by the VVVF inverter converter 42 is in the low speed range, the difference between the engine maximum torque at the engine speed and the load torque applied to the engine 2 is the system It is determined whether or not the torque difference d is preset and stored in the controller 7. As a result of this determination, when it is determined that the difference between the engine maximum torque at the engine speed and the load torque applied to the engine 2 is smaller than the torque difference d, a speed command is sent from the system controller 7 to the VVVF inverter converter 42. By increasing the speed command as described above, the torque command for the motor 5 is increased from the VVVF inverter converter 42, and the motor 5 is controlled to perform torque assist.

図１０を用いて説明すると、前述のエンジン２にかかる負荷トルクに基づいて行う機関制御方法における機関最大トルク曲線ＴＰｅをトルク差ｄだけ下方に平行移動した曲線を、この場合の模擬機関最大トルク曲線ＴＰｅ´とし、エンジン２にかかる負荷トルクが本来の機関最大トルクに達する前にモータ５によるトルクアシストを行うように制御している。つまり、機関回転数がＲ１からＲ２までの低速域で、エンジン２に高い負荷がかかると、前記ドループ特性線Ｄ１上を移動するエンジン２の状態を示す点Ｃｅが、該ドループ特性線Ｄ１に沿って上方に移動する。そして、エンジン２にかかる負荷がある一定以上になり、点Ｃｅが模擬機関最大トルク曲線ＴＰｅ´より上方に移動した場合（図中Ｃｅ４参照）、モータ５によるトルクアシストが行われる。 Referring to FIG. 10, a curve obtained by translating the engine maximum torque curve Tpe in the engine control method performed based on the load torque applied to the engine 2 described above downward by the torque difference d is a simulated engine maximum torque curve in this case. It is set to TPe ′, and control is performed such that torque assist by the motor 5 is performed before the load torque applied to the engine 2 reaches the original maximum engine torque. That is, when a high load is applied to the engine 2 in a low speed range where the engine speed is from R1 to R2, the point Ce indicating the state of the engine 2 moving on the droop characteristic line D1 is along the droop characteristic line D1. Move up. When the load applied to the engine 2 becomes a certain level or more and the point Ce moves upward from the simulated engine maximum torque curve TPe ′ (see Ce4 in the figure), torque assist by the motor 5 is performed.

なお、前述のトルクマップとしての機関最大トルク曲線ＴＰｅは、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２に予め記憶させていてもよく、この場合、エンジン２にかかる負荷トルクと機関最大トルクとの比較は、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２によって行われ、この比較結果によって、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２からモータ５に対するトルク指令を増加させるか否かが判断される構成となる。 The engine maximum torque curve Tpe as the torque map described above may be stored in advance in the VVVF inverter converter 42. In this case, the comparison between the load torque applied to the engine 2 and the engine maximum torque is performed in the VVVF inverter converter 42. From this comparison result, it is determined whether or not to increase the torque command for the motor 5 from the VVVF inverter converter 42.

このように、エンジン２にかかる負荷トルクが、機関最大トルクにある一定以上近付いた場合、モータ５によるトルクアシストを行うことによって、エンジン２にかかる負荷トルクが機関最大トルクに対して余裕のある状態からモータ５によるトルクアシストが行われるので、エンジン２の低速域でのトルクの向上が図れるとともに、エンジン２の機関最大トルク付近でのスモーク低減を図ることができる。これにより、燃費の向上や排気色の改善などの機関性能の向上を図ることができる。 As described above, when the load torque applied to the engine 2 approaches the engine maximum torque above a certain level, the torque assist by the motor 5 is performed so that the load torque applied to the engine 2 has a margin with respect to the engine maximum torque. Thus, torque assist by the motor 5 is performed, so that it is possible to improve the torque in the low speed region of the engine 2 and to reduce smoke in the vicinity of the engine maximum torque of the engine 2. Thereby, improvement of engine performance, such as improvement of fuel consumption and improvement of exhaust color, can be aimed at.

ところで、本ハイブリッドシステムにおいては、上述の作業負荷に対して比較的短い時間の負荷がエンジン２にかかった際に、負荷がかかった瞬間と負荷が解除された瞬間に発生するエンジン２の回転数の変動（機関回転変動）に対しても、モータ５によるトルクアシスト及びオルタネータ１１による発電を行うことによって、機関回転変動を軽減し、エンジン２の負荷平準化を図ることも可能としている。この場合、蓄電装置として、バッテリ１４の代わりに電気二重層キャパシタを利用することが望ましい。以下、機関回転変動の軽減、及び蓄電装置として電気二重層キャパシタを用いることついて図１１を用いて説明する。 By the way, in this hybrid system, when the engine 2 is subjected to a load of a relatively short time with respect to the above-described work load, the number of revolutions of the engine 2 generated at the moment when the load is applied and when the load is released. In addition, the torque assist by the motor 5 and the power generation by the alternator 11 also reduce the engine rotation fluctuation and can equalize the load of the engine 2. In this case, it is desirable to use an electric double layer capacitor instead of the battery 14 as the power storage device. Hereinafter, reduction of engine rotation fluctuation and use of an electric double layer capacitor as a power storage device will be described with reference to FIG.

図１１（ａ）上図は、エンジン２に負荷がかかってない状態から、エンジン２に大きさｗ１の負荷Ｗが一定時間かかった場合を示している。この場合、機関回転数は、同下図に示すように変動する。すなわち、負荷がかかってない状態のエンジン２の回転数ｎ０から、負荷Ｗがかかった瞬間、この負荷Ｗの大きさｗ１に対応するエンジン２の回転数ｎ１よりも急激に機関回転数が低下し、その後、前記回転数ｎ１に落ち着く。そして、負荷Ｗが解除された瞬間、負荷がかかってない状態の回転数ｎ０よりも急激に機関回転数が上昇する。このように、エンジン２に負荷がかかる際、負荷がかかった瞬間と負荷が解除された瞬間に、負荷の慣性力による負荷変動によって短い時間で微細なエンジンの脈動（機関回転変動）が生じる。 FIG. 11A shows the case where a load W having a magnitude w1 is applied to the engine 2 for a certain period of time from a state where no load is applied to the engine 2. In this case, the engine speed fluctuates as shown in the figure below. In other words, from the rotational speed n0 of the engine 2 in an unloaded state, at the moment when the load W is applied, the engine rotational speed decreases more rapidly than the rotational speed n1 of the engine 2 corresponding to the magnitude w1 of the load W. Thereafter, the rotational speed n1 is settled. Then, at the moment when the load W is released, the engine speed increases more rapidly than the rotational speed n0 in a state where no load is applied. As described above, when the engine 2 is loaded, minute pulsation of the engine (engine rotation fluctuation) occurs in a short time due to load fluctuation due to the inertial force of the load at the moment when the load is applied and when the load is released.

この機関回転変動が発生する場合において、エンジン２に負荷がかかった瞬間の機関回転数の急激な低下を、前述のようにモータ５によるトルクアシストを行うことによって抑制する。また、エンジン２にかかっている負荷が解除された瞬間の機関回転数の急激な上昇時（回生時）には、オルタネータ１１による発電を行う。つまり、作業負荷以外の短い時間での微細な負荷がかかることによるエンジン２の機関回転変動時にも、モータ５によるトルクアシスト及びオルタネータ１１による発電を行うことで、機関回転変動を抑制する。 When this engine rotation fluctuation occurs, the sudden decrease in the engine speed at the moment when the load is applied to the engine 2 is suppressed by performing torque assist by the motor 5 as described above. Further, when the engine speed is rapidly increased (regeneration) at the moment when the load applied to the engine 2 is released, power is generated by the alternator 11. That is, even when the engine 2 fluctuates in a short time other than the work load, the engine 5 fluctuates by torque assist by the motor 5 and power generation by the alternator 11.

具体的には、エンジン２にかかる負荷に対応する機関回転数を目標回転数とし、前記回転センサによって検出されるエンジン２の実回転数の、前記目標回転数からの変動値が一定値以上となると、モータ５によるトルクアシストまたはオルタネータ１１による発電を行い、エンジン２の負荷変動による機関回転変動率を一定範囲内に保持する。つまり、エンジン２に負荷がかかった瞬間に、機関回転数が低下して、目標回転数とのずれ（変動）が一定値以上となった場合、モータ５を作動させてトルクアシストを行い、逆に、エンジン２にかかった負荷が解除された瞬間に、機関回転数が上昇して、目標回転数とのずれ（変動）が一定値以上となった場合、オルタネータ１１を作動させて発電を行い、この発電電力によってバッテリ１４の充電を行う。なお、前記目標回転数は、操作レバー９のレバー位置による指示回転数に対応したものとなり、システムコントローラ７またはＶＶＶＦインバータコンバータ４２に予め設定される。そして、機関回転数の目標回転数からの変動は、システムコントローラ７またはＶＶＶＦインバータコンバータ４２にて検知される。また、前記機関回転変動率とは、エンジン２の実回転数の目標回転数からの変動値の、目標回転数に対する割合のことをいう。 Specifically, the engine speed corresponding to the load applied to the engine 2 is set as the target engine speed, and the fluctuation value of the actual engine speed detected by the rotation sensor from the target engine speed is a certain value or more. Then, torque assist by the motor 5 or power generation by the alternator 11 is performed, and the engine rotation fluctuation rate due to the load fluctuation of the engine 2 is kept within a certain range. That is, at the moment when the engine 2 is loaded, when the engine speed decreases and the deviation (fluctuation) from the target speed exceeds a certain value, the motor 5 is operated to perform torque assist, and the reverse When the load on the engine 2 is released and the engine speed increases and the deviation (fluctuation) from the target speed exceeds a certain value, the alternator 11 is operated to generate power. The battery 14 is charged with the generated power. The target rotation speed corresponds to the instruction rotation speed depending on the lever position of the operation lever 9, and is preset in the system controller 7 or the VVVF inverter converter 42. Then, the fluctuation of the engine speed from the target speed is detected by the system controller 7 or the VVVF inverter converter 42. The engine speed fluctuation rate is the ratio of the fluctuation value of the actual speed of the engine 2 from the target speed to the target speed.

これを、例えば前述した図１１（ａ）に対応させた場合、エンジン２にかかる負荷Ｗの大きさｗ１に対応する回転数ｎ１が、負荷Ｗに対応する目標回転数となり、負荷がかかってない状態の回転数ｎ０が、エンジン２の無負荷状態での目標回転数となる。そして、エンジン２に負荷Ｗがかかった瞬間に機関回転数が低下し、機関回転数の負荷Ｗに対応する目標回転数ｎ１からの変動値、即ち目標回転数ｎ１と機関回転数との差が、予め設定される規定値δｎよりも大きくなった場合、モータ５を作動させて瞬時のトルクアシストを行い、この場合のエンジン２の負荷変動を低減する。逆に、エンジン２にかかった負荷Ｗが解除された瞬間に機関回転数が上昇し、機関回転数のエンジン２の無負荷状態に対応する目標回転数ｎ０からの変動値、即ち目標回転数ｎ０と機関回転数との差が前記規定値δｎよりも大きくなった場合、オルタネータ１１を作動させて瞬時の発電を行い、この場合のエンジン２の負荷変動を低減する。なお、前記規定値δｎは、エンジンの特性などによって、機関回転数が目標回転数から低下する側に変動する場合と上昇する側に変動する場合とで異なる値を設定することも可能である。 For example, when this is made to correspond to FIG. 11A described above, the rotational speed n1 corresponding to the load w of the engine 2 becomes the target rotational speed corresponding to the load W, and no load is applied. The rotational speed n0 in the state becomes the target rotational speed in the no-load state of the engine 2. Then, at the moment when the load W is applied to the engine 2, the engine speed decreases, and the fluctuation value from the target speed n1 corresponding to the load W of the engine speed, that is, the difference between the target speed n1 and the engine speed is obtained. When the predetermined value δn becomes larger than the preset value δn, the motor 5 is operated to perform instantaneous torque assist, and the load fluctuation of the engine 2 in this case is reduced. Conversely, the engine speed increases at the moment when the load W applied to the engine 2 is released, and the fluctuation value of the engine speed from the target speed n0 corresponding to the no-load state of the engine 2, that is, the target speed n0. When the difference between the engine speed and the engine speed becomes larger than the specified value δn, the alternator 11 is operated to generate electric power instantaneously, and the load fluctuation of the engine 2 in this case is reduced. The prescribed value δn may be set to a different value depending on engine characteristics or the like depending on whether the engine speed fluctuates from the target speed to the lower side or increases.

このように、エンジン２の短い時間における微細な負荷変動による機関回転変動に対しても、モータ５によるトルクアシスト及びオルタネータ１１による発電を行うことによって、エンジン２の脈動を抑制することができる。これにより、エンジン効率の向上が図れるとともに、燃費の向上及び排気ガスの低減を図ることができる。 Thus, the pulsation of the engine 2 can be suppressed by performing torque assist by the motor 5 and power generation by the alternator 11 even for engine rotation fluctuation due to minute load fluctuation in a short time of the engine 2. As a result, the engine efficiency can be improved, the fuel consumption can be improved, and the exhaust gas can be reduced.

また、図１１（ｂ）上図は、前述の機関回転変動時に行われるモータ５によるトルクアシスト及びオルタネータ１１による発電を行うことによる、機関回転数に影響する変動量を示している。すなわち、モータ５を作動させてトルクアシストを行う場合には、エンジン２に対するアシスト量を示し、オルタネータ１１を作動させて発電を行う場合には、この発電に用いられるエンジン２の回転数の消費量を示すこととなる。
このようにモータ５及びオルタネータ１１を作動させて短い時間における負荷平準化を行うことで、機関回転数は同下図に示すように変化する。すなわち、負荷変動時の機関回転変動が、モータ５によるトルクアシスト及びオルタネータ１１による発電によって抑制され、機関回転数の目標回転数からの変動値が、前記規定値δｎよりも小さく抑えられている。
このように、短い時間における瞬時のモータ５によるトルクアシスト及びオルタネータ１１による発電を行うためには、蓄電装置による給電及び充電も短い時間にその機能が発揮されるように行われる必要がある。つまり、蓄電装置としても、短い時間における瞬時のモータ５によるトルクアシスト及びオルタネータ１１による発電に対する応答性と充放電効率が要求されるのである。そこで、バッテリと比較して充放電効率がよく、瞬時の充放電に対応可能な電気二重層キャパシタを用いる。 Further, the upper diagram of FIG. 11B shows the amount of fluctuation that affects the engine speed due to the torque assist by the motor 5 and the power generation by the alternator 11 performed at the time of the engine speed fluctuation. That is, when torque assist is performed by operating the motor 5, the assist amount for the engine 2 is shown, and when power is generated by operating the alternator 11, the amount of rotation of the engine 2 used for power generation is consumed. Will be shown.
Thus, by operating the motor 5 and the alternator 11 and performing load leveling in a short time, the engine speed changes as shown in the figure below. That is, the engine rotation fluctuation at the time of load fluctuation is suppressed by torque assist by the motor 5 and power generation by the alternator 11, and the fluctuation value of the engine rotation speed from the target rotation speed is suppressed to be smaller than the specified value δn.
As described above, in order to perform torque assist by the motor 5 and power generation by the alternator 11 in a short time, power supply and charging by the power storage device need to be performed in a short time. That is, the power storage device is also required to have responsiveness and charge / discharge efficiency with respect to instantaneous torque assist by the motor 5 and power generation by the alternator 11 in a short time. Therefore, an electric double layer capacitor is used that has better charge / discharge efficiency than a battery and can handle instantaneous charge / discharge.

バッテリでは、化学変化を利用して蓄電するが、この電気二重層キャパシタでは、化学変化をともなわず、静電作用により電気を電子のまま蓄える。そのため、充放電効率が高く、瞬時の充放電に対応することが可能である。つまり、蓄電装置としてバッテリを用いた場合、モータ５によるトルクアシストを行う際の給電は比較的応答性が高いが、オルタネータ１１による発電電力を蓄電する際は時間的な遅れが生じる。言い換えると、短い時間での負荷変動による機関回転変動に対応しようとした場合、蓄電装置としてバッテリを用いると、給電した電気と同量の電気を蓄電しようとすると放電時間よりも充電時間の方が長くなり、バッテリとしての電力量の収支が合わなくなっていく。しかし、蓄電装置として電気二重層キャパシタを用いることにより、このような不具合を解消することができる。すなわち、エンジン２に対する短い時間での負荷変動による機関回転変動の抑制にともなう蓄電装置の充放電収支の不均衡を低減し、蓄電装置の充電を良好に行うことが可能となり、蓄電装置の充電量不足を防止することができる。 In a battery, electricity is stored by using a chemical change, but in this electric double layer capacitor, electricity is stored as an electron by an electrostatic action without a chemical change. Therefore, charging / discharging efficiency is high and it is possible to cope with instantaneous charging / discharging. That is, when a battery is used as the power storage device, power supply when performing torque assist by the motor 5 has a relatively high response, but a time delay occurs when power generated by the alternator 11 is stored. In other words, when trying to cope with engine rotation fluctuations due to load fluctuations in a short time, if a battery is used as a power storage device, charging time is more than discharging time when trying to store the same amount of electricity as the supplied electricity. It becomes longer and the balance of power consumption as a battery will not match. However, such a problem can be solved by using an electric double layer capacitor as the power storage device. That is, it is possible to reduce the imbalance in the charge / discharge balance of the power storage device due to suppression of engine rotation fluctuation due to load fluctuations in a short time with respect to the engine 2, and to charge the power storage device satisfactorily. Insufficiency can be prevented.

さらに、本ハイブリッドシステムにおける蓄電装置として、電気二重層キャパシタを用いることにより、次のような効果を得ることができる。
電気二重層キャパシタは、繰り返しの充放電に強く、蓄電装置の長寿命化が図れる。また、電気二重層キャパシタは、原料も無害に近い電解液と炭素でできているため低公害である。加えて、電気二重層キャパシタは、広範囲の耐久温度特性を有しているため、低温では性能が低下するバッテリと比較して、使用温度範囲において安定した作動が可能になるという効果を得ることもできる。 Furthermore, the following effects can be obtained by using an electric double layer capacitor as a power storage device in the hybrid system.
The electric double layer capacitor is resistant to repeated charging and discharging, and can extend the life of the power storage device. In addition, the electric double layer capacitor has low pollution because the raw material is made of an electrolyte and carbon that are nearly harmless. In addition, since the electric double layer capacitor has a wide range of endurance temperature characteristics, it is possible to obtain an effect that stable operation is possible in the operating temperature range as compared with a battery whose performance deteriorates at low temperatures. it can.

また、前記電気二重層キャパシタは、バッテリと併用することも可能である。この場合は、蓄電装置として電気二重層キャパシタとバッテリを並列に接続する。
このように、ハイブリッドシステムにおける蓄電装置として、電気二重層キャパシタとバッテリを併用することにより、バッテリよりも比較的蓄電できるエネルギー密度が低いという特性を有する電気二重層キャパシタの蓄電容量を、バッテリによって補うことができる。これにより、前述の短い時間での負荷変動による機関回転変動に対応することができるとともに、十分な蓄電容量を確保することが可能となる。 The electric double layer capacitor can also be used in combination with a battery. In this case, an electric double layer capacitor and a battery are connected in parallel as a power storage device.
As described above, by using the electric double layer capacitor and the battery together as the power storage device in the hybrid system, the battery compensates for the storage capacity of the electric double layer capacitor having the characteristic that the energy density that can be relatively stored is lower than that of the battery. be able to. As a result, it is possible to cope with the engine rotation fluctuation due to the load fluctuation in the short time described above, and to secure a sufficient storage capacity.

また、このようなエンジンの脈動を抑制する技術を、ガソリンエンジンよりもクリーンで、ディーゼルエンジン並みの燃料効率を有するが、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等と比較して脈動が大きく不安定な予混合圧縮自着火（ＨＣＣＩ）エンジンを備えたハイブリッドシステムにおいて適用することで、その効果がより発揮されることが期待できる。 In addition, the technology that suppresses the pulsation of such an engine is premixed compression that is cleaner than a gasoline engine and has fuel efficiency similar to that of a diesel engine, but has a large pulsation and is unstable compared to a gasoline engine or a diesel engine. By applying it in a hybrid system equipped with a self-ignition (HCCI) engine, it can be expected that the effect will be exhibited more.

また、本ハイブリッドシステムにおいては、バッテリ１４の充電状態に基づき、エンジン２及びモータ５の制御を行うこともできる。以下、このバッテリ１４の充電状態に基づくエンジン２及びモータ５の制御方法について説明する。
本制御方法は、バッテリ１４の充電量が規定値を下回ると、モータ５によるトルクアシストを行わず、通常、操作レバー９を操作することによって調節するエンジン２の回転数を、システムコントローラ７によって自動的に制御することで、機関出力（機関回転数）を一定に制御しようとするものである。すなわち、本制御方法は、バッテリ１４の充電状態が、予め設定された規定値を下回った場合、モータ５によるトルクアシストを行わず、スロットルアクチュエータ２２を構成する前記ＤＣモータを制御することによってエンジン２の回転数を調節して機関出力を一定に保持するように制御することを特徴としている。 In the hybrid system, the engine 2 and the motor 5 can also be controlled based on the state of charge of the battery 14. Hereinafter, a method for controlling the engine 2 and the motor 5 based on the state of charge of the battery 14 will be described.
In this control method, when the charge amount of the battery 14 falls below a specified value, the motor controller 5 does not perform torque assist, and the system controller 7 automatically adjusts the rotational speed of the engine 2 that is normally adjusted by operating the operation lever 9. By controlling automatically, the engine output (engine speed) is controlled to be constant. That is, in the present control method, when the state of charge of the battery 14 falls below a preset specified value, torque assist by the motor 5 is not performed, and the engine 2 is controlled by controlling the DC motor constituting the throttle actuator 22. The engine speed is controlled so as to keep the engine output constant.

まず、バッテリ１４の充電状態（以下、ＳＯＣ（ＳｔａｔｅｏｆＣｈａｒｇｅ））とする。）を演算する方法について説明する。
前述したように、エンジン２の駆動によりオルタネータ１１にて発電された直流電力は、昇降圧チョッパ４４により所定の電圧に変圧されて、バッテリ１４に蓄電されるか、または、ＶＶＶＦインバータコンバータ４２を介してモータ５へ供給される。そして、モータ５は、通常、オルタネータ１１からの発電電力のみで駆動しており、前述した最大トルク要求が発生した場合のみ、バッテリ１４からの給電が加えられる。このため、バッテリ１４の充電量が不足すると、最大トルク要求が発生した場合に適切なモータ５への電力供給を行うことができずに、作業負荷に対するモータ５による適切なトルクアシストが行われなくなる。つまり、このような事態を予め防止することが、本制御を行う目的である。 First, the state of charge of the battery 14 (hereinafter, SOC (State of Charge)) is set. ) Will be described.
As described above, the DC power generated by the alternator 11 by driving the engine 2 is transformed to a predetermined voltage by the step-up / step-down chopper 44 and stored in the battery 14 or via the VVVF inverter converter 42. And supplied to the motor 5. The motor 5 is normally driven only by the generated power from the alternator 11, and power is supplied from the battery 14 only when the above-described maximum torque request is generated. For this reason, if the amount of charge of the battery 14 is insufficient, it is not possible to supply power to the appropriate motor 5 when the maximum torque request occurs, and appropriate torque assist by the motor 5 for the work load cannot be performed. . That is, the purpose of performing this control is to prevent such a situation in advance.

バッテリ１４のＳＯＣは、バッテリ１４の起電力とバッテリ１４のバッテリ液（電解液）の比重との関係から、システムコントローラ７にて演算される。
具体的に説明すると、充放電中のバッテリ電圧（バッテリ１４の端子電圧）Ｖｂａｔは、次式（１）により表される。
Ｖｂａｔ＝Ｅ_O±Ｉ_CD・Ｒ_O ・・・（１）
この式を用いてバッテリ１４のＳＯＣを算出する。式（１）において、Ｅ_Oはバッテリ１４の起電力（バッテリ開路電圧）、Ｉ_CDはバッテリ１４の充放電電流、Ｒ_Oはバッテリ１４の内部抵抗である。バッテリ１４の充放電電流Ｉ_CDは、電流の向きによって充電電流または放電電流となり、式（１）においては、正（＋）の場合には、充電電流であり、負（−）の場合には放電電流である。 The SOC of the battery 14 is calculated by the system controller 7 from the relationship between the electromotive force of the battery 14 and the specific gravity of the battery liquid (electrolyte) of the battery 14.
If it demonstrates concretely, the battery voltage (terminal voltage of the battery 14) Vbat during charging / discharging will be represented by following Formula (1).
Vbat = E _O ± I _CD · R _O (1)
The SOC of the battery 14 is calculated using this equation. In Equation (1), E _O is the electromotive force (battery open circuit voltage) of the battery 14, I _CD is the charge / discharge current of the battery 14, and R _O is the internal resistance of the battery 14. The charging / discharging current I _CD of the battery 14 becomes a charging current or a discharging current depending on the direction of the current. In the formula (1), the charging current is positive (+) and is negative (−). Discharge current.

電圧センサ４５によって検出されるバッテリ電圧Ｖｂａｔ、及び充放電電流Ｉ_CDは、昇降圧チョッパ４４からシーケンサ４３を介してシステムコントローラ７に送信される。システムコントローラ７は、入力されたバッテリ電圧Ｖｂａｔ及び充放電電流Ｉ_CDに基づいてバッテリ１４の内部抵抗Ｒ_Oを演算する。この算出された内部抵抗Ｒ_Oに基づき、式（１）からバッテリ開路電圧Ｅ_Oを演算する。そして、予めシステムコントローラ７には、図１２に示すような、バッテリ開路電圧Ｅ_Oとバッテリ１４のバッテリ液（電解液）の比重との関係と、図１３に示すような、バッテリ液の比重とバッテリ１４の放電深度（以下、ＤＯＤ（ＤｅｐｔｈｏｆＤｉｓｃｈａｒｇｅ））との関係が記憶されている。なお、システムコントローラ７には、バッテリ液とＤＯＤとの関係に代えて、バッテリ液とＳＯＣとの関係を予め記憶させておいてもよい。このＤＯＤとＳＯＣとは、ともにバッテリの充電状態を表す量であり、両者の間には、ＤＯＤ＋ＳＯＣ＝１００％という関係がある。 The battery voltage Vbat and the charge / discharge current I _CD detected by the voltage sensor 45 are transmitted from the step-up / down chopper 44 to the system controller 7 via the sequencer 43. The system controller 7 calculates the internal resistance R _O of the battery 14 based on the input battery voltage Vbat and charge / discharge current I _CD . Based on the calculated internal resistance R _O , the battery open circuit voltage E _O is calculated from Equation (1). The system controller 7 previously stores the relationship between the battery open circuit voltage E _O and the specific gravity of the battery fluid (electrolyte) of the battery 14 as shown in FIG. 12, and the specific gravity of the battery fluid as shown in FIG. The relationship with the depth of discharge of the battery 14 (hereinafter referred to as DOD (Depth of Discharge)) is stored. The system controller 7 may store the relationship between the battery fluid and the SOC in advance instead of the relationship between the battery fluid and the DOD. Both DOD and SOC are quantities representing the state of charge of the battery, and there is a relationship of DOD + SOC = 100% between the two.

バッテリ開路電圧Ｅ_Oが分かると、システムコントローラ７は、バッテリ開路電圧Ｅ_Oとバッテリ液の比重との関係により、あるバッテリ温度（周囲温度）に対するバッテリの比重が算出される。そして、算出されたバッテリ液の比重から、バッテリ液の比重とＤＯＤとの関係によりバッテリ１４のＤＯＤが演算され、このＤＯＤに対するバッテリ１４のＳＯＣが演算される。なお、このバッテリ１４のＳＯＣの演算方法は一例であり、システムコントローラ７によって一定以上の正確性を有するバッテリ１４のＳＯＣが随時演算できる方法であれば前記演算方法に限定されるものではない。 When the battery open circuit voltage E _O is known, the system controller 7 calculates the specific gravity of the battery with respect to a certain battery temperature (ambient temperature) based on the relationship between the battery open circuit voltage E _O and the specific gravity of the battery fluid. Then, the DOD of the battery 14 is calculated from the calculated specific gravity of the battery fluid based on the relationship between the specific gravity of the battery fluid and the DOD, and the SOC of the battery 14 with respect to this DOD is calculated. The method for calculating the SOC of the battery 14 is an example, and the method is not limited to the above calculation method as long as the SOC of the battery 14 having a certain level of accuracy can be calculated by the system controller 7 at any time.

そして、システムコントローラ７にて、演算されたバッテリ１４のＳＯＣと、該システムコントローラ７に予め記憶されている規定値ＳＯＣ_minとが比較され、バッテリ１４のＳＯＣが規定値ＳＯＣ_minを下回っているか否かが判断される。ここで、バッテリ１４のＳＯＣが規定値ＳＯＣ_minを下回っている判断された場合、前述したエンジン２に一定以上高い作業負荷がかかった際のモータ５によるトルクアシストを行わないようにし、その代わりに、エンジン２自体の出力を増加させることで、作業負荷に対するエンジン２の負荷平準化を行うように制御する。つまり、バッテリ１４の充電量が低下し、モータ５による十分なトルクアシストが行われない状態となった場合は、モータ５によるトルクアシストを行わないようにすることでバッテリ１４の放電を停止し、モータ５によるトルクアシストの代わりに、エンジン２の燃料噴射量を調節するスロットルアクチュエータ２２を制御することにより、機関出力（機関回転数）を一定に保持する。 Then, the calculated SOC of the battery 14 is compared with the specified value SOC _min stored in advance in the system controller 7 by the system controller 7, and whether or not the SOC of the battery 14 is below the specified value SOC _min. Is judged. Here, if it is determined that the SOC of the battery 14 is lower than the specified value SOC _min , torque assist by the motor 5 when the above-described engine 2 is subjected to a work load higher than a certain level is not performed, instead. By increasing the output of the engine 2 itself, the engine 2 is controlled so as to level the load against the work load. That is, when the charge amount of the battery 14 is reduced and sufficient torque assist by the motor 5 is not performed, the discharge of the battery 14 is stopped by not performing the torque assist by the motor 5, Instead of torque assist by the motor 5, the engine output (engine speed) is kept constant by controlling the throttle actuator 22 that adjusts the fuel injection amount of the engine 2.

具体的にスロットルアクチュエータ２２を制御することによるエンジン２の負荷平準化は次のようにして行われる。
スロットルアクチュエータ２２は、前述したようにラックピニオン式のＤＣモータで構成されており、このスロットルアクチュエータ２２のラックギアは、前述したメカニカルガバナのガバナレバーと接続されている。そして、このＤＣモータをシステムコントローラ７によって自動制御することにより、エンジン２の燃料噴射量を調節するとともに、機関回転数を調節する。 Specifically, the load leveling of the engine 2 by controlling the throttle actuator 22 is performed as follows.
As described above, the throttle actuator 22 is constituted by a rack and pinion type DC motor, and the rack gear of the throttle actuator 22 is connected to the governor lever of the mechanical governor described above. The DC motor is automatically controlled by the system controller 7, thereby adjusting the fuel injection amount of the engine 2 and adjusting the engine speed.

すなわち、システムコントローラ７にて、前述のように演算されるバッテリ１４のＳＯＣが、規定値ＳＯＣ_minを下回った状態で、エンジン２に高い作業負荷がかかり、エンジン２の実回転数が前記速度指令値よりも小さくなった場合は、システムコントローラ７からスロットルアクチュエータ２２のＤＣモータへ燃料噴射量を増やす方向にガバナレバーを作動させるように指令を送り、機関出力が一定となるように機関回転数を速度指令値に保持する。そして、オルタネータ１１による発電によってバッテリ１４のＳＯＣが規定値ＳＯＣ_minを下回った状態から、規定値ＳＯＣ_minを上回った場合は、通常のモータ５によるトルクアシストの制御に移行する。 That is, in the state where the SOC of the battery 14 calculated as described above by the system controller 7 is lower than the specified value SOC _min , a high work load is applied to the engine 2, and the actual rotational speed of the engine 2 is set to the speed command. When the value is smaller than the value, a command is sent from the system controller 7 to the DC motor of the throttle actuator 22 to operate the governor lever in the direction of increasing the fuel injection amount, and the engine speed is increased so that the engine output becomes constant. Hold at the command value. Then, when the SOC of the battery 14 is less than the specified value SOC _min due to the power generation by the alternator 11, the control shifts to the normal torque assist control by the motor 5 when the value exceeds the specified value SOC _min .

このように、バッテリ１４の充電量が不足した状態ではモータ５によるトルクアシストを行わず、エンジン２のスロットルアクチュエータ２２を制御することによって機関出力を一定に保つようにすることで、エンジン２が長時間高負荷状態となってモータ５によるトルクアシストが連続して行われた場合などのように、バッテリ１４の充電量が不足した状態でも、作業負荷に対するエンジン２の特性（作業速度など）が変化することなく、作業中にバッテリ１４の充電量不足にともなうモータ５のトルクアシストのトルク不足による違和感（機関回転数の急激な低下など）を解消することができる。また、バッテリ１４の過放電を防止することができるので、バッテリ１４の過放電によるバッテリ性能の低下を防止して長寿命化を図ることができる。 In this way, when the charge amount of the battery 14 is insufficient, torque assist by the motor 5 is not performed, and the engine output is kept constant by controlling the throttle actuator 22 of the engine 2 so that the engine 2 is long. The characteristics of the engine 2 (working speed, etc.) with respect to the work load change even when the battery 14 is insufficiently charged, such as when the torque assist by the motor 5 is continuously performed due to the time high load state. Therefore, it is possible to eliminate the uncomfortable feeling (such as a sudden decrease in the engine speed) due to the torque assist of the torque assist of the motor 5 due to the insufficient charge amount of the battery 14 during the work. In addition, since the battery 14 can be prevented from being overdischarged, the battery performance can be prevented from being deteriorated due to the overdischarge of the battery 14 and the life can be extended.

また、このようなシステムコントローラ７によるスロットルアクチュエータ２２の自動制御を、バッテリ１４からの給電が終了した時から一定時間行うように制御することもできる。すなわち、この場合、モータ５のトルクアシストにともなうバッテリ１４の放電が終了した時から、予め設定された時間が経過するまでは、モータ５によるトルクアシストを行わず、スロットルアクチュエータ２２を制御することによってエンジン２の回転数を調節して機関出力を一定に保持するように制御する。 Further, the automatic control of the throttle actuator 22 by the system controller 7 can be controlled so as to be performed for a predetermined time from when the power supply from the battery 14 is finished. That is, in this case, by controlling the throttle actuator 22 without performing the torque assist by the motor 5 until the preset time elapses after the discharge of the battery 14 accompanying the torque assist of the motor 5 is completed. The engine 2 is controlled so as to keep the engine output constant by adjusting the rotation speed.

具体的には、エンジン２に高い作業負荷がかかってエンジン２の実回転数が速度指令値よりも低くなると、モータ５によるトルクアシストが行われるが、その後、作業負荷が解除されてエンジン２の実回転数が速度指令値よりも高くなった時、即ちバッテリ１４による給電が終了した時から、予め定められた時間が経過するまでは、モータ５によるトルクアシストは行わず、前述のようにシステムコントローラ７によってスロットルアクチュエータ２２の自動制御を行うことで、機関出力を一定に保ち、エンジン２の負荷平準化を図るのである。 Specifically, when a high work load is applied to the engine 2 and the actual rotational speed of the engine 2 becomes lower than the speed command value, torque assist by the motor 5 is performed. Thereafter, the work load is released and the engine 2 The torque assist by the motor 5 is not performed until a predetermined time elapses after the actual rotational speed becomes higher than the speed command value, that is, when the power supply by the battery 14 is finished, and the system as described above. By automatically controlling the throttle actuator 22 by the controller 7, the engine output is kept constant and the load on the engine 2 is leveled.

そして、例えば、バッテリ１４による給電が終了した時から一定時間スロットルアクチュエータ２２の自動制御を行う場合を、本ハイブリッドシステムにおける「節電モード」とし、操作部８にこの「節電モード」のＯＮ／ＯＦＦを切り換えるスイッチ等を設け、本ハイブリッドシステムが適用される作業機などのオペレータによって任意に選択可能な構成とすることもできる。 For example, a case where the throttle actuator 22 is automatically controlled for a certain period of time after the power supply by the battery 14 is finished is referred to as a “power saving mode” in the hybrid system, and the “power saving mode” is turned on / off in the operation unit 8. A switch or the like for switching may be provided, and a configuration that can be arbitrarily selected by an operator such as a work machine to which the hybrid system is applied may be employed.

このように制御することで、バッテリ１４による給電が終了した時から一定時間は少なくともバッテリ１４の放電が行われることはないので、バッテリ１４の過放電を予め防止することが可能となる。また、このような制御が行われる場合を「節電モード」とし、切換え可能とすることによって、作業状態に即してバッテリ１４の過放電を防止できるとともに、エンジン２の負荷平準化を図ることが可能となる。 By controlling in this way, since the battery 14 is not discharged at least for a certain period of time after the power supply by the battery 14 is completed, it is possible to prevent the battery 14 from being overdischarged in advance. Further, when such control is performed, the “power saving mode” is set, and switching can be performed, so that overdischarge of the battery 14 can be prevented in accordance with the working state and load leveling of the engine 2 can be achieved. It becomes possible.

本発明の活用例として、建設機械における油圧ショベル等の駆動や、農作業機における各種作業部の駆動、また、船舶の水中推進用プロペラ等の駆動、その他の移動体（例えば、自動車等）における走行部や旋回部の駆動に広く適用可能である。 As examples of use of the present invention, driving of a hydraulic excavator or the like in a construction machine, driving of various working units in an agricultural working machine, driving of a propeller for underwater propulsion of a ship, traveling in another moving body (for example, an automobile, etc.) It can be widely applied to the driving of the part and the turning part.

ハイブリッドシステムの構成を示す図。The figure which shows the structure of a hybrid system. ハイブリッドシステムの動作モードの一覧を示す図。The figure which shows the list of the operation modes of a hybrid system. ハイブリッドシステムのスタータ機能を示す説明図。Explanatory drawing which shows the starter function of a hybrid system. ハイブリッドシステムのアシスト機能を示す説明図。Explanatory drawing which shows the assist function of a hybrid system. ハイブリッドシステムの充電（発電）機能を示す説明図。Explanatory drawing which shows the charge (electric power generation) function of a hybrid system. ハイブリッドシステムのモータ駆動機能を示す説明図。Explanatory drawing which shows the motor drive function of a hybrid system. 負荷パターンを示す図。The figure which shows a load pattern. 機関及びモータ出力と等馬力線の関係を示す図。The figure which shows the relationship between an engine and a motor output, and an equal horsepower line. ドループ特性線を示す図。The figure which shows a droop characteristic line. 機関及びモータ出力と等馬力線の関係を示す図。The figure which shows the relationship between an engine and a motor output, and an equal horsepower line. エンジンの負荷変動による機関回転変動の軽減を示す説明図。Explanatory drawing which shows reduction of engine rotation fluctuation | variation by engine load fluctuation | variation. バッテリ液の比重とバッテリ回路電圧の関係を示す図。The figure which shows the relationship between specific gravity of a battery liquid, and a battery circuit voltage. バッテリ液の比重とバッテリの放電深度（ＤＯＤ）の関係を示す図。The figure which shows the relationship between the specific gravity of a battery liquid, and the discharge depth (DOD) of a battery.

Explanation of symbols

２エンジン
５モータ
７システムコントローラ
９操作レバー
１１オルタネータ
１２クラッチ部
１４バッテリ
２１シフトアクチュエータ
２２スロットルアクチュエータ
４２ＶＶＶＦインバータコンバータ
４４昇降圧チョッパ 2 Engine 5 Motor 7 System Controller 9 Operation Lever 11 Alternator 12 Clutch Unit 14 Battery 21 Shift Actuator 22 Throttle Actuator 42 VVVF Inverter Converter 44 Buck-Boost Chopper

Claims

In a hybrid system comprising an engine, a motor, a variable voltage variable frequency (hereinafter referred to as VVVF) inverter converter, control means connected to these, a generator, and a power storage device,
The power generated by the generator is stored in the power storage device or supplied to the motor via the VVVF inverter converter that operates as an inverter.
When operating the motor, the hybrid system is characterized in that the electric power generated by the generator and the electric power supplied from the power storage device are supplied to the motor via the VVVF inverter converter operating as an inverter.

In a hybrid system comprising an engine, a motor, a VVVF inverter converter, a step-up / down chopper, a control means connected to these, a generator, and a power storage device,
The power generated by the generator is stepped down by the step-up / step-down chopper and stored in the power storage device, or supplied to the motor via the VVVF inverter converter operating as an inverter,
When operating the motor, the electric power generated by the generator and the electric power supplied from the power storage device boosted by the step-up / down chopper are supplied to the motor via the VVVF inverter converter operating as an inverter. A hybrid system characterized by this.

When starting the engine,
The hybrid system according to claim 1, wherein the engine is started by operating the motor.

After the start of the engine, the power generator is operated to store the power storage device,
The hybrid system according to any one of claims 1 to 3, wherein when a torque assist request is generated, the motor is operated to perform torque assist.

During torque assist by the motor,
5. The hybrid system according to claim 4, wherein the motor is controlled based on a predetermined speed command by a VVVF inverter converter operating as an inverter.

When regenerative power generation by the motor is performed during power storage of the power storage device performed by the generator,
The hybrid system according to claim 4, wherein the VVVF inverter converter is operated as a converter, and regenerative power from the motor is stored in the power storage device together with power generated by the generator.

At the time of torque assist by the motor, power generated by the generator is supplied to the motor,
5. The hybrid system according to claim 4, wherein when a maximum torque request is generated, the electric power supplied from the power storage device is boosted by the step-up / down chopper and supplied to the motor.

A detecting means for detecting “on” and “off” of the clutch of the engine is provided and connected to the control means, and the clutch is disengaged to enable independent driving by the motor. The hybrid system according to any one of claims 1 to 7.

9. The hybrid system according to claim 8, wherein the single operation of the motor is enabled by stopping the engine during the single drive by the motor. 10.