JP2005163605A - ハイブリッド作業機械の駆動制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 エンジン制御装置(21〜25)によるエンジン16のエンジントルク出力特性と電動・発電機制御装置(21,38)による電動・発電機20の力行/回生トルク出力特性とを合成した合成トルク出力特性が、作業負荷の増加に伴い出力トルクを増加させつつエンジン16の実回転数を減少させるような特性となるように設定し、かつ所定のエンジン回転数において合成トルク出力特性とポンプ吸収トルク制御装置30によるポンプ吸収トルク特性とをつり合わせるマッチング点を設定する。
【選択図】図2
Description
エンジンと、このエンジンにより駆動される油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出される圧油により作動される油圧作動部と、前記エンジンとの間でトルクの伝達を行えるように設けられる電動・発電機と、この電動・発電機との間で電気エネルギの授受を行う蓄電手段を備えるハイブリッド作業機械の駆動制御装置において、
前記エンジンを制御するエンジン制御手段と、前記電動・発電機を制御する電動・発電機制御手段と、前記油圧ポンプの吸収トルクが前記エンジンの実回転数の増減に伴い増減するようなポンプ吸収トルク特性となるように前記油圧ポンプを制御するポンプ吸収トルク制御手段を備え、
前記エンジンにおける高回転数側の一エンジン回転数と低回転数側の一エンジン回転数との間のエンジン回転数領域において、前記エンジン制御手段による前記エンジンの制御により得られるエンジントルク出力特性と、前記電動・発電機制御手段による前記電動・発電機の制御により得られる力行/回生トルク出力特性とを合成した合成トルク出力特性が、作業負荷の増加に伴い出力トルクを増加させつつ前記エンジンの実回転数を減少させるような特性となるように設定するとともに、前記エンジン回転数領域における所定のエンジン回転数において前記合成トルク出力特性と前記ポンプ吸収トルク特性とをつり合わせるマッチング点を設定することを特徴とするものである(第1発明)。
(A)油圧ポンプ17に対する入力トルクを一定に制御し、かつその入力トルクの最大値を調整する。
(B)負荷〔油圧作動部(走行装置2b、旋回装置3、作業機5)に係わる負荷W〕が要求する圧力と流量を油圧ポンプ17に吐出させる。
(C)油圧ポンプ17の吸収トルク(油圧ポンプ17に対する入力トルク)がエンジン16の実回転数の増加/減少に伴い増加/減少するようなポンプ吸収トルク特性となるように油圧ポンプ17を制御する。言い換えれば、エンジン16の最大目標エンジン回転数(設定回転数:本実施形態では図7において記号NSで示されるエンジン回転数)と実回転数との偏差の増加/減少に応じて油圧ポンプ17の吸収トルクを減少/増加させるように油圧ポンプ17を制御する(図6において記号PL1で示されるポンプ吸収トルク特性ライン、および図7において記号PL2で示されるポンプ吸収トルク特性ラインを参照)。
(1)上部旋回体4の旋回動作に対応する旋回操作信号
(2)ブーム7の上げ動作に対応するブーム上げ操作信号
(3)ブーム7の下げ動作に対応するブーム下げ操作信号
(4)アーム8を前方に送り出す動作に対応するアームダンプ操作信号
(5)アーム8を手前に引き込む動作に対応するアーム掘削操作信号
(6)バケット9を前方に送り出す動作に対応するバケットダンプ操作信号
(7)バケット9を手前に引き込む動作に対応するバケット掘削操作信号
(8)下部走行体2の走行動作に対応する走行操作信号
動作モード判別手段によって判別された動作モードがアイドリングモードである場合、コントローラ21は、表1に示されるデータテーブルAを選択するとともに、回転数センサ27によって検出されるエンジン16の実回転数に基づいてその選択されたデータテーブルAを検索する。今、一例として、回転数センサ27によって検出されるエンジン16の実回転数がNBであったとすると、コントローラ21は、テーブル検索により、電動・発電機20に出力させるべき回生トルク値として回生トルク値TG1を算出し、この算出された回生トルク値TG1に基づく駆動信号をインバータ38に出力する。これにより、電動・発電機20は、回生トルク値TG1による発電動作を行う。ここで、その回生トルク値TG1は、実回転数NBにおいてエンジン16との供回り伴う電動・発電機20の自己消費電力分を補償する発電動作に応じた回生トルク値に設定されている。こうして、蓄電部40における充電残量をより安定に保つようにされている。なおここで、自己消費電力とは、電動・発電機20がエンジン16と供回りすることによる転がり摩擦、銅損、鉄損、回路損等に起因し回転数の大きさに応じて生じる消費電力のことである。
動作モード判別手段によって判別された動作モードが走行モードである場合、コントローラ21は、表1に示されるデータテーブルAを選択するとともに、回転数センサ27によって検出されるエンジン16の実回転数に基づいてその選択されたデータテーブルAを検索する。つまり、当該走行モードにおいては、前述のアイドリングモードと同様に、エンジン16との供回りに伴う電動・発電機20の自己消費電力分を補償する発電動作を行うようにされている。一方、ポンプ吸収トルク制御装置30は、油圧ポンプ17に対する入力トルクの最大値を、エンジン16の目標回転数NSが設定されることで設定される当該エンジン16の最大出力点(実回転数NB)での出力トルク値TE1(定格トルク点G)に見合う値に設定し、前記入力トルクの最大値がTE1となるように、図中記号PL1で示されるポンプ吸収トルク特性ラインに沿ってその入力トルクを制御する。こうして、油圧ポンプ17がエンジン16から吸収する出力(所謂「ポンプ吸収馬力」)を増大させることにより、電動・発電機20による力行動作(アシスト動作)が行われなくても走行装置2bの所期の動作性能を発揮させるうえで必要とされる油圧ポンプ17の出力を確保するようにされている。なおここで、前記入力トルクの最大値として、前記出力トルク値TE1の近傍の出力トルク値に見合う値を採用しても、略同等の効果を得ることができる。
動作モード判別手段によって判別された動作モードが作業モードである場合、コントローラ21は、表1に示されるデータテーブルBを選択するとともに、回転数センサ27によって検出されるエンジン16の実回転数に基づいてその選択されたデータテーブルBを検索する。これにより、図7に示されるような力行/回生トルク出力特性Tb〔M/G〕が設定される。そして、同図に示されるように、エンジン16における高回転数側の一エンジン回転数NHと低回転数側の一エンジン回転数NLとの間のエンジン回転数領域(NH〜NL)において、前記エンジン制御装置によるエンジン16の制御により得られるエンジントルク出力特性T〔E〕と、前記電動・発電機制御装置による電動・発電機20の制御により得られる力行/回生トルク出力特性Tb〔M/G〕とを合成した合成トルク出力特性(Tb〔M/G〕+T〔E〕)が、作業負荷の増加に伴い出力トルクを増加させつつエンジン16の実回転数を減少させるような特性となるように設定されるとともに、前記エンジン回転数領域(NH〜NL)における所定のエンジン回転数NMにおいて合成トルク出力特性(Tb〔M/G〕+T〔E〕)と前記ポンプ吸収トルク制御装置30による制御により得られるポンプ吸収トルク特性PL2とをつり合わせるマッチング点Mが設定される。なお、本実施形態において、前記低回転数側の一エンジン回転数NLは、エンジン16の最大トルク点に対応するエンジン回転数に設定される。また、前記所定のエンジン回転数NMは、合成トルク出力特性(Tb〔M/G〕+T〔E〕)により得られる最大出力(馬力)点に対応するエンジン回転数に設定される。
2a 走行用油圧モータ
2b 走行装置
3 旋回装置
3a 旋回用油圧モータ
7 ブーム
8 アーム
9 バケット
10 ブームシリンダ
11 アームシリンダ
12 バケットシリンダ
15 駆動制御装置
16 エンジン
17 油圧ポンプ
20 電動・発電機
21 コントローラ
23 ガバナ
27 回転数センサ
28 フライホイール(慣性負荷手段)
30 ポンプ吸収トルク制御装置
38 インバータ
39 蓄電装置
Claims (3)
- エンジンと、このエンジンにより駆動される油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出される圧油により作動される油圧作動部と、前記エンジンとの間でトルクの伝達を行えるように設けられる電動・発電機と、この電動・発電機との間で電気エネルギの授受を行う蓄電手段を備えるハイブリッド作業機械の駆動制御装置において、
前記エンジンを制御するエンジン制御手段と、前記電動・発電機を制御する電動・発電機制御手段と、前記油圧ポンプの吸収トルクが前記エンジンの実回転数の増減に伴い増減するようなポンプ吸収トルク特性となるように前記油圧ポンプを制御するポンプ吸収トルク制御手段を備え、
前記エンジンにおける高回転数側の一エンジン回転数と低回転数側の一エンジン回転数との間のエンジン回転数領域において、前記エンジン制御手段による前記エンジンの制御により得られるエンジントルク出力特性と、前記電動・発電機制御手段による前記電動・発電機の制御により得られる力行/回生トルク出力特性とを合成した合成トルク出力特性が、作業負荷の増加に伴い出力トルクを増加させつつ前記エンジンの実回転数を減少させるような特性となるように設定するとともに、前記エンジン回転数領域における所定のエンジン回転数において前記合成トルク出力特性と前記ポンプ吸収トルク特性とをつり合わせるマッチング点を設定することを特徴とするハイブリッド作業機械の駆動制御装置。 - 前記所定のエンジン回転数と前記高回転数側の一エンジン回転数との間のエンジン回転数領域には、前記エンジンの最小燃料消費率を得るエンジン回転数が含まれる請求項1に記載のハイブリッド作業機械の駆動制御装置。
- 前記油圧ポンプに対する駆動経路に慣性負荷手段が設けられる請求項1または2に記載のハイブリッド作業機械の駆動制御装置。
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