CN102713085A - 混合式施工机械 - Google Patents

Abstract

一种混合式施工机械，包括：驱动可变容量式液压泵的发动机；通过来自可变容量式液压泵的液压驱动的多个液压驱动器；以及通过来自蓄电器的电力驱动、辅助发动机的电动发电机。可变容量式液压泵的最大输出为发动机的最大输出以上。在将可变容量式液压泵的输出设定为比发动机的最大输出大而运转时，通过电动发电机辅助发动机。

Description

混合式施工机械

技术领域

本发明涉及一种施工机械，特别是关于通过电动马达对驱动液压泵的发动机进行辅助的混合式施工机械。

背景技术

开发并使用有一种混合式施工机械，同时采用内燃机的动力和电动机的动力而高效地动作。作为混合式施工机械，已知采用所谓并行方式的驱动方式的混合式施工机械。

在并行方式的驱动方式中，液压泵、具有发电机功能和电动机功能的动力机，与作为共用的动力源的内燃机（发动机）并行连接。通过液压泵驱动液压驱动器，并且通过动力机的发电机功能对蓄电装置进行充电。通过来自该蓄电装置的电力，使动力机作为电动机动作而对发动机进行辅助。此外，作为动力机，存在使用一台具有发电机功能和电动机功能双方的兼用机（发电机兼电动机）的情况、和并用独立的发电机和电动机的情况。

在上述混合式施工机械中，液压泵例如通过柴油机、汽油发动机等内燃机（发动机）驱动。内燃机的最大输出由当时的内燃机转速决定，因此对内燃机输出设定有与转速相对应的上限值。由此，在液压泵对发动机要求的动力（用于产生液压工作部分所需要的液压的输出）超过由此时的内燃机转速决定的上限值的情况下，不能输出要求的动力。

因此，在混合式施工机械中，在液压泵对发动机要求的动力超过上限值的情况下，将动力机用作电动机而辅助发动机，通过动力机对超过上限值的部分的输出进行补充。如此，在混合式施工机械中，由于存在基于电动机的辅助，因此具有能够减小发动机的额定输出的优点。

例如，提出有如下发明：预先减小发动机的额定输出，在需要较大的液压输出的情况下，通过电动机辅助发动机而得到需要的液压输出（例如参照日本特开2004－11502号公报）。

然而，当电动机连续进行或者频繁进行对发动机的辅助时，不能维持用于驱动电动机的蓄电池的蓄电率。因此，通过将液压泵的马力设定为发动机的额定输出以下，能够控制为尽量有效地使用发动机而不过度使用蓄电池的电力。或者，控制为通过根据蓄电池的蓄电率而对液压泵的输出进行抑制，由此抑制电动机的辅助。

发明内容

发明要解决的课题

如上述那样，在减小液压泵的输出、或抑制了液压泵的输出的情况下，存在如下问题：从液压泵向液压驱动器供给的液压输出减少，操作变迟，或力强度损失。此外，对于操作者来说，不知道何时蓄电池的充电率下降而液压输出减少，液压输出可能突然减少而不能够进行所希望的操作。

本发明是鉴于上述问题而进行的，其目的在于提供一种混合式施工机械，能够暂时增大液压泵的输出而以较大的输出进行基于液压的操作。

用于解决课题的手段

为了实现上述目的，根据本发明，提供一种混合式施工机械，具有：驱动可变容量式液压泵的发动机；由来自该可变容量式液压泵的液压驱动的多个液压驱动器；以及电动发电机，由来自蓄电器的电力驱动，对该发动机进行辅助；该混合式施工机械的特征在于，在该可变容量式液压泵的最大输出为该发动机的最大输出以上，将该可变容量式液压泵的输出设定为比该发动机的最大输出更大而进行运转时，通过该电动发电机对该发动机进行辅助。

在上述混合式施工机械中，在驱动的液压驱动器为能够连续动作的液压驱动器的情况下，优选将该可变容量式液压泵的输出设定为该发动机的最大输出以下的第一输出。此外，在驱动的液压驱动器为液压缸的情况下，优选将该可变容量式液压泵的输出设定为比该发动机的最大输出大的第二输出。此外，该可变容量式液压泵的输出也可以根据该液压驱动器的各操作的有无来设定。该可变容量式液压泵的输出为，在该液压驱动器中的仅某一个动作的情况下，也可以将该可变容量式液压泵的输出设定为比该发动机的最大输出大的第二输出。该可变容量式液压泵的输出也可以根据该液压驱动器的各驱动方向来设定。

此外，上述混合式施工机械具有通过该液压驱动器驱动的动臂以及斗杆，该可变容量式液压泵的输出也可以根据该动臂以及该斗杆的驱动方向来设定。并且，在不驱动该液压驱动器的情况下，该可变容量式液压泵的输出也可以设定为比该发动机的最大输出小的值。此外，该液压驱动器的种类以及运转状况，也可以根据操作者的杆操作来判断。

发明的效果

根据上述发明，在驱动的液压驱动器仅为液压缸的情况下，能够暂时增大液压泵的输出而以较大的输出进行基于液压的操作。因此，能够使通过液压缸驱动的操作部分强力地工作，能够使混合式施工机械的操作部分的一部分以与液压专用施工机械同等的力度进行驱动。

本申请的其他目的、特征以及优点，通过参照添付的附图并且阅读以下的详细说明，能够变得更清楚。

附图说明

图1是混合式挖土机的侧面图。

图2是表示图1所示的挖土机的驱动系统的构成的框图。

图3是蓄电系统的框图。

图4是本发明第一实施方式的液压泵输出控制处理的流程图。

图5是在控制器中进行液压泵的输出控制的部分的功能框图。

图6是表示液压泵的输出特性的曲线图。

图7是表示将液压泵的输出设定为与发动机的输出相等的第一输出（低输出）的情况下的发动机、辅助马达以及液压泵的输出的曲线图。

图8是表示将液压泵的输出设定为比发动机的输出大的第二输出（高输出）的情况下的发动机、辅助马达以及液压泵的输出的曲线图。

图9是表示通过回转用电动机使上部回转体回转的情况下的挖土机的驱动系统的构成的框图。

图10是用于说明挖土机进行的挖掘、装入动作的图。

图11是本发明第二实施方式的液压泵输出控制处理的流程图。

具体实施方式

接下来，参照附图来说明本发明的实施方式。

首先，作为本发明所适用的混合式施工机械的一个例子，对混合式挖土机进行说明。

图1是混合式挖土机的侧面图。在挖土机的下部行走体1上，经由回转机构2搭载有上部回转体3。动臂4从上部回转体3延伸，在动臂4的前端连接有斗杆5。并且，斗杆5的前端连接有铲斗6。动臂4、斗杆5以及铲斗6分别由动臂缸7、斗杆缸8以及铲斗缸9液压驱动。此外，在上部回转体3上搭载有驾驶室10以及动力源（未图示）。

图2是表示图1所示的挖土机的驱动系统的构成的框图。

作为机械式驱动部的发动机11和作为辅助驱动部的电动发电机12（也称为辅助马达12），都与作为增力机的变速器13（还作为分离器起作用）连接。在变速器13的输出轴上连接有容量可变式液压泵14。在作为液压产生机的容量可变式液压泵14上，经由液压管线16连接有控制阀17。以下，有时还将容量可变式液压泵14简称为液压泵14。

控制阀17是进行液压系统的控制的控制装置。在控制阀17上，经由高压液压管线连接有下部行走体1用的液压马达1A（右用）以及1B（左用）、动臂缸7、斗杆缸8以及铲斗缸9。此外，在控制阀17上，连接有对上部回转体进行回转驱动的回转机构2的回转液压马达2A。

电动发电机12经由逆变器18A与蓄电系统100连接。图3是蓄电系统100的框图。蓄电系统100的蓄电池19通过电力线27与电动发电机12连接，能够通过来自电动发电机12的电力对蓄电池19进行充电，并且也能够通过来自蓄电池19的电力来驱动电动发电机12。

蓄电系统100包括：作为恒定电压蓄电部的DC总线110；作为蓄电控制部的升降压转换器18B；以及作为变动电压蓄电部的蓄电池19。

升降压转换器18B的一侧经由DC总线110与电动发电机12连接，并且另一侧与蓄电池19连接，并以DC总线电压值被限制在恒定范围内的方式进行切换升压或者降压的控制。在电动发电机12进行电动（辅助）运转的情况下，需要经由逆变器18A向电动发电机12供给电力，因此需要使DC总线电压值升压。另一方面，在电动发电机12进行发电运转的情况下，需要将所发电的电力经由逆变器18A向蓄电池19充电，因此需要使DC总线电压值降压。电动发电机12根据发动机11的负荷状态而切换运转状态。

DC总线110配设在逆变器18A和升降压转换器18B之间，并构成为能够在蓄电池19和电动发电机12之间进行电力的授受。

DC总线电压检测部111是用于检测DC总线电压值的电压检测部。所检测的DC总线电压值被输入到控制器30，并用于进行为了将该DC总线电压值限制在恒定范围内的升压动作和降压动作的切换控制。

电池电压检测部112是用于检测蓄电池19的电压值的电压检测部，用于对电池的充电状态进行检测。所检测的电池电压值被输入到控制器30，并用于进行升降压转换器100的升压动作和降压动作的切换控制。

电池电流检测部113是用于检测蓄电池19的电流值的电流检测部。电池电流值，将从蓄电池19向升降压转换器100流动的电流作为正值而被检测。所检测的电池电流值被输入到控制器30，并用于进行升降压转换器100的升压动作和降压动作的切换控制。

具有以上构成的挖土机，是将发动机11以及电动发电机12作为动力源的混合式施工机械。这些动力源搭载于图1所示的上部回转体3。以下，说明各部分。

发动机11例如是由柴油机构成的内燃机，其输出轴与变速器13的一个输入轴连接。发动机11在施工机械的运转中一直运转。

电动发电机12是能够进行电动（辅助）运转以及发电运转双方的电动机即可。在此，作为电动发电机12表示通过逆变器18A被交流驱动的电动发电机。该电动发电机12例如能够由将磁铁埋入转子内部的IPM（InteriorPermanent Magnet：内置永磁体）马达构成。电动发电机12的旋转轴与变速器13的另一方的输入轴连接。

变速器13具有2个输入轴和一个输出轴。2个输入轴上分别连接有发动机11的驱动轴和电动发电机12的驱动轴。此外，输出轴上连接有容量可变式液压泵14的驱动轴。在发动机11的负荷较大的情况下，电动发电机12进行电动（辅助）运转，电动发电机12的驱动力经由变速器13的输出轴向液压泵14传递。由此，辅助发动机11的驱动。另一方面，在发动机11的负荷较小的情况下，发动机11的驱动力经由变速器13向电动发电机12传递，由此电动发电机12进行基于发电运转的发电。电动发电机12的电动（辅助）运转和发电运转的切换由控制器30根据发动机11的负荷等来进行。

液压泵14是产生用于向控制阀17供给的液压的液压泵。为了分别驱动作为液压负载的液压马达1A、1B、动臂缸7、斗杆缸8、铲斗缸9以及回转液压马达2A而经由控制阀17供给由液压泵14产生的液压。

控制阀17是如下的液压控制装置：根据驾驶员的操作输入，控制分别向经由高压液压管线连接的下部行走体1用的液压马达1A、1B、动臂缸7、斗杆缸8、铲斗缸9以及回转液压马达2A供给的液压，由此对它们进行液压驱动控制。

如上所述，逆变器18A设置在电动发电机12和蓄电池19之间，基于来自控制器30的指令，进行电动发电机12的运转控制。由此，在逆变器18A对电动发电机12的电动（辅助）进行运转控制时，从蓄电池19向电动发电机12供给需要的电力。此外，在对电动发电机12的发电进行运转控制时，将由电动发电机12发电的电力向蓄电池19充电。此外，蓄电池19的充放电控制，基于蓄电池19的充电状态、电动发电机12的运转状态（电动（辅助）运转或者发电运转），由控制器30来进行。

控制器30是进行挖土机的驱动控制的控制装置，由包括CPU（CentralProcessing Unit）以及内部存储器的运算处理装置构成。通过控制器30的CPU执行内部存储器所储存的驱动控制用的程序，由此实现发动机速度控制、液压马达输出控制以及电池充放电控制等。

向控制器30供给操作者操作处于混合式施工机械的驾驶室的操作部32而生成的输入信号。在操作部32设置有用于操作动臂4的动臂操作杆、用于操作斗杆5的斗杆操作杆、用于操作铲斗6的铲斗操作杆、用于操作行走的行走操作杆以及用于操作回转的回转操作杆。通过操作者操纵这些操作杆，由此与操作杆的操作量相对应的输入信号被供给到控制器30。

接下来，对本发明第一实施方式的液压泵的输出控制进行说明。在第一实施方式中，作为用于向液压负荷供给液压的液压泵，使用上述容量可变式液压泵14。容量可变式液压泵14是能够根据来自外部的输入信号（电流信号）对最大输出（马力）进行调整的液压泵。

在本实施方式中，容量可变式液压泵14的最大输出比发动机11的最大输出大。即，作为容量可变式液压泵14，使用能够输出比发动机11的最大输出大的输出的容量可变式液压泵。

图4是液压泵的输出控制的流程图。图5是在控制器30中进行液压泵的输出控制的部分的功能框图。

当开始液压泵的输出控制时，首先在步骤S1中判断挖土机是否为行走中。如图5所示那样，该判断如下进行：由开启/关闭判断部41A判断行走操作杆信号是开启还是关闭。行走操作杆信号是在操作部32的行走操作杆被操作时生成的电信号，行走操作杆信号为开启时，表示操作者操作行走操作杆而挖土机正在行走。开启/关闭判断部41A的判断结果向动作判断部42供给。

动作判断部42是通过控制器30来实现的功能部，与图4所示的进行输出控制的部分相当。动作判断部42如后述那样基于对液压负荷的工作进行了判断的结果，输出用于设定液压泵14的输出的液压泵输出设定指令。通过该液压泵输出设定指令，液压泵14的输出被设定为第一输出（低输出）或者第二输出（高输出）。

当在步骤S1中判断为挖土机为行走中时（步骤S1的是），处理进入步骤S2。在步骤S2中，进行将液压泵14的最大输出设定为第一输出（低输出）的处理。该第一输出（低输出）是发动机11的最大输出以下的输出。步骤S2的将容量可变式液压泵14的最大输出设定为第一输出（低输出）的处理，通过向容量可变式液压泵14输入输出调整信号来进行。输出调整信号例如为电流信号，能够根据电流大小来对液压泵的输出进行调整控制。

另一方面，当在步骤S1中判断为挖土机不为行走中时（步骤S1的否），处理进入步骤S3。在步骤S3中，判断挖土机的上部回转体3是否为回转中。如图4所示那样，该判断如下进行：由开启/关闭判断部41B判断回转操作杆信号是开启还是关闭。回转操作杆信号是在操作部32的回转操作杆被操作时生成的电信号，回转操作杆信号为开启时，表示操作者操作回转操作杆而挖土机的上部回转体3回转。开启/关闭判断部41B的判断结果向单体动作判断部42供给。

当在步骤S3中判断为上部回转体3为回转中时（步骤S3的是），处理进入步骤S2。在步骤S2中，如上述那样，进行将液压泵14的最大输出设定为第一输出（低输出）的处理。

另一方面，当在步骤S3中判断为上部回转体3不为回转中时（步骤S3的否），处理进入步骤S4。在步骤S4中，判断挖土机的动臂4是否为工作中。如图5所示那样，该判断如下进行：由开启/关闭判断部41C判断动臂操作杆信号是开启还是关闭。回转操作杆信号是在操作部32的动臂操作杆被操作时生成的电信号，动臂操作杆信号为开启时，表示操作者操作动臂操作杆而动臂4正在工作。开启/关闭判断部41C的判断结果向单体动作判断部42供给。

当在步骤S4中判断为动臂4为工作中时（步骤S4的是），处理进入步骤S5。在步骤S5中，判断挖土机的斗杆5是否为工作中。如图5所示那样，该判断如下进行：由开启/关闭判断部41D判断斗杆操作杆信号是开启还是关闭。斗杆操作杆信号是在操作部32的斗杆操作杆被操作时生成的电信号，斗杆操作杆信号为开启时，表示操作者操作斗杆操作杆而斗杆5正在工作。开启/关闭判断部41D的判断结果向单体动作判断部42供给。

当在步骤S5中判断为斗杆5为工作中时（步骤S5的是），处理进入步骤S2，如上述那样，进行将液压泵14的最大输出设定为第一输出（低输出）的处理。

另一方面，当在步骤S5中判断为斗杆5不为工作中时（步骤S5的否），处理进入步骤S6。在步骤S6中，判断挖土机的铲斗6是否为工作中。如图5所示那样，该判断如下进行：由开启/关闭判断部41E判断铲斗操作杆信号是开启还是关闭。铲斗操作杆信号是在操作部32的铲斗操作杆被操作时生成的电信号，铲斗操作杆信号为开启时，表示操作者操作铲斗操作杆而铲斗6正在工作。开启/关闭判断部41E的判断结果向单体动作判断部42供给。

当在步骤S6中判断为铲斗6为工作中时（步骤S6的是），处理进入步骤S2，如上述那样，进行将液压泵14的最大输出设定为第一输出（低输出）的处理。

另一方面，当在步骤S6中判断为铲斗6不为工作中时（步骤S6的否），处理进入步骤S7。在步骤S7中，进行将液压泵14的最大输出设定为第二输出（高输出）的处理。该第二输出（高输出）是比发动机11的最大输出大的输出。步骤S7的将容量可变式液压泵14的最大输出设定为第二输出（高输出）的处理，通过向容量可变式液压泵14输入上述输出调整信号来进行。

在输出调整信号为电流信号的情况下，对在步骤S2中设定为第一输出（低输出）的情况下的电流值进行设定，并对在步骤S7中设定为第二输出（高输出）的情况下的电流值进行设定。

在上述步骤S4中，当判断为动臂4不为工作中时（步骤S4的否），处理进入步骤S8。在步骤S8中，与步骤S5同样，判断挖土机的斗杆5是否为工作中。如图5所示那样，该判断如下进行：由开启/关闭判断部41D判断斗杆操作杆信号是开启还是关闭。

当在步骤S8中判断为斗杆5为工作中时（步骤S8的是），处理进入步骤S9。在步骤S9中，与步骤S6同样，判断挖土机的铲斗6是否为工作中。如图5所示那样，该判断如下进行：由开启/关闭判断部41E判断铲斗操作杆信号是开启还是关闭。

当在步骤S9中判断为铲斗6为工作中时（步骤S9的是），处理进入步骤S2，如上述那样，进行将液压泵14的最大输出设定为第一输出（低输出）的处理。

另一方面，当在步骤S9中判断为铲斗6不为工作中时（步骤S9的否），处理进入步骤S7，进行将液压泵14的最大输出设定为第二输出（高输出）的处理。

此外，当在步骤S8中判断为斗杆4不为工作中时（步骤S8的否），处理进入步骤S10。在步骤S10中，与步骤S6、S9同样，判断挖土机的铲斗6是否为工作中。如图5所示那样，该判断如下进行：由开启/关闭判断部41E判断铲斗操作杆信号是开启还是关闭。

当在步骤S10中判断为铲斗6为工作中时（步骤S10的是），处理进入步骤S7，如上述那样，进行将液压泵14的最大输出设定为第二输出（高输出）的处理。

另一方面，当在步骤S10中判断为铲斗6不为工作中时（步骤S10的否），处理进入步骤S2，如上述那样，进行将液压泵14的最大输出设定为第一输出（低输出）的处理。

当在步骤S2或者步骤S7中液压泵14的最大输出被设定为第一输出（低输出）或者第二输出（高输出）时，泵的输出控制处理结束。

根据以上的液压泵的输出控制，当挖土机为行走中或者上部回转体3为回转中时（步骤S1的是以及步骤S2的是），液压泵14的输出被设定为第一输出（低输出）。第一输出为发动机11的最大输出以下的输出，因此能够仅以发动机11的输出连续驱动液压泵14。即，挖土机的行走或者上部回转体3的回转仅通过发动机11的输出进行。

通过向行走用的液压马达1A、1B供给液压，来进行挖土机的行走，某种程度长时间连续向液压马达1A、1B供给液压的情况较多。此外，上部回转体3的回转，也是通过向回转液压马达2A供给液压来进行，某种程度长时间连续向液压马达1A、1B供给液压的情况较多。即，向液压马达长时间连续供给液压的情况较多，因此仅通过能够连续供给的发动机11的输出来驱动液压泵14。

在挖土机不为行走中、上部回转体3不为回转中时（步骤S1的否以及步骤S2的否），判断动臂4、斗杆5以及铲斗6是否为工作中（步骤S4、S5、S6、S8、S9、S10的处理）。该处理为如下处理：仅在动臂4、斗杆5以及铲斗6的某一个为工作中的情况下，将液压泵14的输出设定为第二输出（高输出）。

例如，仅在步骤S4中判断为动臂4为工作中的情况、在步骤S5中判断为斗杆5不为工作中、且在步骤S6中判断为铲斗6不为工作中的情况下（即仅动臂4为工作中），液压泵14的输出被设定为第二输出（高输出）。此外，例如仅在步骤S4中判断为动臂4不为工作中的情况、在步骤S8中判断为斗杆5为工作中、且在步骤S9中判断为铲斗6不为工作中的情况下（即仅斗杆5为工作中），液压泵14的输出被设定为第二输出（高输出）。并且，例如仅在步骤S4中判断为动臂4不为工作中的情况、在步骤S8中判断为斗杆5不为工作中、且在步骤S10中判断为铲斗6为工作中的情况下（即仅铲斗6为工作中），液压泵14的输出被设定为第二输出（高输出）。

如通过以上处理可知的那样，仅在动臂4、斗杆5以及铲斗6中的某一个为工作中的情况下，液压泵14的输出被设定为第二输出（高输出）。由此，能够使向液压缸7、8、9供给的液压输出比通常大，因此能够使动臂4、斗杆5以及铲斗6进行更强力的操作。液压缸在限定的行程以内工作，几乎不会长时间连续地供给液压。由此，液压泵14的输出被设定为第二输出（高输出）的时间变短，不会长时间连续被设定为第二输出（高输出）。

在此，当液压泵14被设定为第二输出（高输出）时，第二输出（高输出）比发动机11的最大输出大，因此电动发电机（辅助马达）12的、基于电动（辅助）运转的输出，与发动机11的输出相加。即，当液压泵14被设定为第二输出（高输出）时，电动发电机（辅助马达）12通过来自蓄电池19的电力进行动力运转，成为蓄电池19放电的状态。假设，当向第二输出（高输出）的设定连续较长地持续时，蓄电池19的放电量可能变大、蓄电率会极端变小。

因此，在本实施方式中，如上述那样，仅在动作时间较短的一个液压缸工作的情况下，将液压泵14的输出设定为第二输出（高输出），防止蓄电池19的蓄电率极端减少，能够进行强力的操作。

图6是表示液压泵14的输出特性的曲线图。在图6中，设定为第一输出（低输出）的情况下的泵输出由实线表示，设定为第二输出（高输出）的情况下的泵输出由虚线表示。在将第一输出（低输出）设定为与发动机11的最大输出相等的情况下，通过电动发电机（辅助马达）12的、基于电动（辅助）运转的输出，来补偿由实线表示的泵输出（第二输出）和由虚线表示的泵输出（第一输出）之差分。

如果成为以上那种构成，则能够使发动机11的最大输出变小，并且能够使液压泵14的输出短时间比发动机的输出大，能够将较大的液压向液压负载（液压缸）供给而进行强力的操作。并且，电动发电机（辅助马达）12的辅助为短时间，因此不会使蓄电池19的蓄电率极端下降。

图7是表示将液压泵14的输出设定为与发动机11的输出相等的第一输出（低输出）的情况下的、发动机11、辅助马达12以及液压泵14的输出的曲线图。图7所示的例子，例如是从液压泵14向行走用的液压马达1A、1B供给液压而挖土机行走的状态。发动机11的输出从开始运转起大约2.5秒达到最大输出。在发动机11的输出达到最大之前的期间，辅助马达12动力运转。由此，液压泵14的输出成为发动机11的输出与辅助马达12的输出的和，能够向液压马达1A、1B迅速地供给液压而开始行走。当从运转开始起经过大约2.5秒时，发动机11的输出成为最大输出，变得与液压泵14的输出相等。由此，不需要辅助马达12的输出，然后仅通过发动机11的输出来驱动液压泵14。

图8是表示将液压泵14的输出设定为比发动机11的输出大的第二输出（高输出）的情况下的、发动机11、辅助马达12以及液压泵14的输出的曲线图。图8所示的例子，例如是向铲斗用的液压缸即铲斗缸9供给液压而仅铲斗6工作的状态。发动机11的输出从开始铲斗6的操作起大约2.5秒达到最大输出。在发动机11的输出达到最大为止的期间，辅助马达12进行动力运转。由此，液压泵14的输出成为发动机11的输出与辅助马达12的输出之和，能够迅速地向铲斗缸9供给液压而开始操作。当从铲斗9的操作开始起经过大约2.5秒时，发动机11的输出成为最大输出。在此，仅铲斗6工作，因此液压泵14的输出被设定为比发动机11的最大输出大的第二输出（高输出）。由此，辅助马达12在发动机11的输出成为最大输出之后还继续动力运转。由此，向液压泵14供给发动机11的输出与辅助马达12的输出之和，这成为液压泵14的输出。由此，向铲斗缸9供给比通常的液压泵14的液压输出大的液压输出，能够对铲斗6进行更强力的操作。

如上所述，本实施方式的混合式挖土机，具有：驱动可变容量式液压泵14的发动机11；通过来自可变容量式液压泵14的液压而被驱动的多个液压驱动器；以及通过来自蓄电池19的电力而被驱动，对发动机11进行辅助的辅助马达。然后，可变容量式液压泵14的最大输出为发动机的11的最大输出以上，在将可变容量式液压泵14的输出设定得比发动机11的最大输出大而进行运转时，通过辅助马达12对发动机11进行辅助。由此，在驱动的液压驱动器仅为液压缸的情况下，能够暂时增大可变容量式液压泵14的输出，而以较大的输出进行液压的操作。因此，能够使通过液压缸驱动的操作部分强力地工作，能够以与以往的液压专用挖土机同等的力度，来驱动混合挖土机的操作部分的一部分。

此外，在上述实施方式中，在仅一个液压缸工作时，将液压泵14的输出设定得较高而进行强力的操作，但只要能够维持蓄电池19的蓄电率，则即使在多个液压缸工作的情况下，也可以将液压泵14的输出设定得较高而进行强力的操作。即，在作为液压负载的液压驱动器中，在对液压马达进行驱动的情况下，将液压泵14的输出维持为第一输出（低输出）不变，在仅驱动液压缸的情况下，将液压泵14的输出设定为第二输出（高输出）。这样的控制能够基于图4所示的输出控制而容易地实现。

此外，在不驱动液压驱动器的情况下，即、在不需要来自液压泵14的液压输出的情况下，也可以将液压泵14的输出设定为比发动机11的最大输出小的值。在本实施方式中，使用容量可变式液压泵作为液压泵14，因此能够任意地设定液压泵14的输出。

此外，如图2所示那样，在上述挖土机中构成为，上部回转体3通过液压马达2A驱动而回转，但是也可以构成为，通过电动马达的驱动使上部回转体3回转。在该情况下，如图9所示那样，代替驱动上部回转体3的液压马达2A，设置回转用电动机21作为电动马达。回转用电动机21经由逆变器18C与蓄电系统100连接。经由逆变器18C从蓄电系统100向电动机21供给电力，通过回转用电动机21驱动回转机构2，使上部回转体3回转。此外，在回转用电动机21减速时，也可以使回转用电动机21再生运转，将由此产生的电力经由逆变器向蓄电系统100蓄电。

如图9所示那样，在通过回转用电动机21驱动上部回转体3的情况下，在图4所示的液压泵的输出控制处理中，不需要进行步骤S3中的挖土机的上部回转体3是否为回转中的判断，而省略步骤S3。由此，也不需要设置进行图5中的回转操作杆操作的开启、关闭判断的开启/关闭判断部41B。

在上述第一实施方式中，在图4所示的液压泵的输出控制处理中，在仅动臂、斗杆以及铲斗的某一个的操作成为开启的情况下，将液压泵的输出设定为第二输出（高输出）。即，在多个液压驱动器中、仅向动臂缸7、斗杆缸8以及铲斗缸9中的一个供给液压的情况下，将容量可变式液压泵14的输出设定为高输出。这基于如下考虑：向液压缸的液压供给不会连续较长地持续，而如果仅一个液压缸为驱动用，则液压泵14暂时仅较短时间被设定为高输出，因此能够通过发动机11的动力以及电动发电机12的输出（来自蓄电池19的电力）来维持。

在此，作为能够将液压泵14暂时仅较短时间设定为高输出的条件，不仅是驱动单一液压缸的情况，即使在驱动多个液压缸的情况下，有时也满足这种条件。在以下说明的第二实施方式中，即使在驱动多个液压缸的情况下，也将液压泵14暂时较短时间设定为高输出。

首先，基于液压挖土机的基本的作业工作，对包括液压缸的液压驱动器的驱动进行说明。作为使用液压挖土机而进行的动作的代表性动作，存在挖掘装入动作。挖掘装入动作，为包括挖掘动作和装入动作的一系列动作，是通过铲斗将土掘起、并向翻斗车的货台等规定场所排土的操作。对于挖掘装入动作，在社団法人日本施工机械化协会规格（JCMAS）中详细规定。

参照图10，更详细地说明挖掘装入动作。首先，如图10（a）所示那样，在使上部回转体3回转而铲斗6位于挖掘位置上方的状态、且斗杆5打开、铲斗6也打开的状态下，操作人员使动臂4下降，并使铲斗6下降为铲斗6的前端成为目标的挖掘深度D。通常，回转以及动臂下降，由操作人员操作，并通过目视观察确认铲斗6的位置。此外，一般同时进行上部回转体3的回转和动臂4的下降。将以上的动作称为动臂下降回转动作，将该动作区间称为动臂下降回转动作区间。

如果操作人员判断为铲斗6的前端到达目标的挖掘深度D，则接下来，如图10（b）所示那样，转移到水平收回动作。在水平收回动作中，以铲斗6的前端移动为几乎水平的方式，将斗杆5关闭到斗杆5相对于地面成为垂直。通过该水平收回动作，规定深度的土被挖掘、并通过铲斗6集中（搂在一起）。如果水平收回动作结束，则接下来，如图10（c）所示那样，将铲斗6关闭到相对于斗杆5成为90度。即，将铲斗6关闭到铲斗6的上缘成为水平，将集中的土收容到铲斗6内。将以上的动作称为挖掘动作，将该动作区间称为挖掘动作区间。

操作人员如果判断为铲斗6关闭到成为90度，则接下来，如图10（d）所示那样，保持将铲斗6关闭的状态，将动臂4上升到铲斗6的底部成为规定的高度H。接着或者同时，使上部回转体3回转而将铲斗6回转移动到排土的位置。将以上的动作称为动臂上升旋转动作，将该动作区间称为动臂上升旋转动作区间。

如果操作人员判断为动臂上升旋转动作结束，则接下来，如图10（e）所示那样，将斗杆5以及铲斗6打开，将铲斗6内的土排出。将该动作称为倾倒动作，将该动作区间称为倾倒动作区间。在倾倒动作中，也可以仅将铲斗6打开而进行排土。

如果操作人员判断为倾倒动作结束，则接下来，如图10（f）所示那样，使上部回转体3回转而使铲斗6移动到挖掘位置的正上方。此时，与回转的同时使动臂4下降而使铲斗6下降到挖掘开始位置。该动作是在图10（a）中说明的动臂下降旋转动作的一部分。操作人员，如图10（a）所示那样，使铲斗6从挖掘开始位置下降到目标的挖掘深度D，而再次进行图10（b）所示的挖掘动作。

将以上的“动臂下降旋转动作”、“挖掘动作”、“动臂上升旋转动作”、“倾倒动作”、“动臂下降旋转动作”作为一周期，而反复进行该周期，并且进行挖掘装入。

在以上那样的挖掘装入动作中，例如在图10（b）、（c）所示的挖掘动作区间，进行将动臂4上升并且关闭斗杆5这样的液压缸的复合动作。由此，在挖掘动作区间，从液压泵14对多个液压缸（动臂缸7以及斗杆缸8）同时供给液压。该情况在单一的液压缸的驱动中不存在，因此在上述第一实施方式中，液压泵14的输出被设定为低输出，挖掘力可能下降。

然而，即使是上述复合动作，在动臂缸7、斗杆缸8那样存在行程限制的液压驱动器的情况下，驱动时间也为较短时间，因此即使通过电动发电机12的输出辅助液压泵14的驱动，蓄电池19的充电率也不会极端下降。由此，在第二实施方式中，在驱动时间为较短时间、驱动的液压驱动器为存在行程限制的液压缸的情况下，即使是对多个液压驱动器同时进行驱动的复合动作，也将液压泵14的输出设定为第二输出（高输出）。此外，特别是，在挖掘动作区间被要求高输出的情况较多，因此在挖掘动作区间中，在进行动臂4和斗杆5的复合动作的情况下，可以说优选将液压泵14的输出设定为第二输出（高输出）。

图11是第二实施方式的液压泵输出控制处理的流程图。步骤S1～S3的处理与图4所示的步骤S1～S3的处理相同，赋予相同的步骤编号而省略其说明。

在步骤S3中，当判断为上部回转体3为回转中时（步骤S3的是），处理进入步骤S2。在步骤S2中，如上述那样，进行将液压泵14的最大输出设定为第一输出（低输出）的处理。

另一方面，在步骤S3中，当判断为上部回转体3不为回转中时（步骤S3的否），处理进入步骤S14。在步骤S14中，判断为挖土机的动臂4是在动臂上升动作中、或是在动臂下降动作中或者不为动作中。如图5所示那样，通过开启/关闭判断部41C判断动臂操作杆信号为开启还是关闭，由此来进行该判断。动臂操作杆信号是在操作部32的动臂操作杆被操作时生成的电信号，动臂操作杆信号为开启时，表示操作者操作动臂操作杆而动臂4正在工作。此外，在本实施方式中，在步骤S14中，在判断为动臂4为动作中的情况下，判断动臂4的动作为动臂打开、或者是动臂关闭。

该判断也基于动臂操作杆信号来进行。例如，如果预先设定为，在动臂操作杆未被操作时（动臂操作杆为空挡位置时），动臂操作杆信号成为零，在动臂操作杆向近前侧倾倒的情况下，动臂操作杆信号成为正的（Plus）值，在动臂操作杆向对面侧倾倒的情况下，动臂操作杆信号成为负的（Minus）值，则基于动臂操作杆信号能够判断动臂4是否正在动作，且在动臂4为动作中的情况下，能够判断其动作方向为动臂关闭、还是动臂打开。

在步骤S14中，当判断为动臂4为动臂上升动作中时（S14的UP），处理进入步骤S15。在步骤S15中，判断挖土机的斗杆5为斗杆上升动作中、或是为斗杆下降动作中或者不为动作中。如图5所示那样，通过开启/关闭判断部41D判断斗杆操作杆信号为开启还是关闭，由此来进行该判断。斗杆操作杆信号是在操作部32的斗杆操作杆被操作时生成的电信号，斗杆操作杆信号为开启时，表示操作者操作斗杆操作杆而斗杆5正在工作。此外，在本实施方式中，在步骤S15中判断为斗杆5为动作中的情况下，判断斗杆5的动作是斗杆打开、或者是斗杆关闭。

该判断也基于斗杆操作杆信号来进行。例如，如果预先设定为，在斗杆操作杆未被操作时（斗杆操作杆为空挡位置时），斗杆操作杆信号成为零，在斗杆操作杆向近前侧倾倒的情况下，斗杆操作杆信号成为正的（Plus）值，在斗杆操作杆向对面侧倾倒的情况下，斗杆操作杆信号成为负的（Minus）值，则基于斗杆操作杆信号，能够判断斗杆未动作、或者为动作中，其方向是斗杆关闭还是斗杆打开。

在步骤S15中，当判断为挖土机的斗杆5为斗杆打开动作中时（S15的OPEN），处理进入步骤S2，将液压泵14的输出设定为第一输出（低输出）。在步骤S15中，当判断为挖土机的斗杆5为斗杆关闭动作中时（S15的CLOSE），处理进入步骤S7，将液压泵14的输出设定为第二输出（高输出）。另一方面，在步骤S15中，当判断为挖土机的斗杆5不为动作中时，处理进入步骤S16。

在步骤S16中，判断挖土机的铲斗6是否为动作中。如图5所示那样，开启/关闭判断部41E判断铲斗操作杆信号是开启还是关闭，由此进行该判断。铲斗操作杆信号是在操作部32的铲斗操作杆被操作时生成的电信号，铲斗操作杆信号为开启时，表示操作者操作铲斗操作杆而铲斗6正在工作。开启/关闭判断部41E的判断结果向单体动作判断部42供给。

在步骤S16中，当判断为铲斗6为工作中时（步骤S16的是），处理进入步骤S2，如上述那样，进行将液压泵14的最大输出设定为第一输出（低输出）的处理。

另一方面，在步骤S16中，当判断为铲斗6不为工作中时（步骤S6的否），处理进入步骤S7。在步骤S7中，进行将液压泵14的最大输出设定为第二输出（高输出）的处理。该第二输出（高输出）是比发动机11的最大输出大的输出。步骤S7的将容量可变式液压泵14的最大输出设定为第二输出（高输出）的处理，通过向容量可变式液压泵14输入上述输出调整信号来进行。

在输出调整信号为电流信号的情况下，在步骤S2中对设定为第一输出（低输出）的情况下的电流值进行设定，在步骤S7中对设定为第二输出（高输出）的情况下的电流值进行设定。

另一方面，在上述步骤S14中，当判断为在动臂下降动作中、或者未动作时（S14的DOWN或者关闭），处理进入步骤S18。在步骤S18中，与步骤S15同样，判断挖土机的斗杆5是斗杆上升动作中、或者是斗杆下降动作中或者非动作中。

在步骤S18中，当判断为挖土机的斗杆5为斗杆打开动作中时（S18的OPEN），处理进入步骤S19。在步骤S19中，与上述步骤S16同样，判断挖土机的铲斗6是否为动作中。在步骤S19中，当判断为铲斗6为工作中时（步骤S19的是），处理进入步骤S2，如上述那样，进行将液压泵14的最大输出设定为第一输出（低输出）的处理。另一方面，在步骤S19中，当判断为铲斗6为非工作中时（步骤S19的否），处理进入步骤S7，进行将液压泵14的最大输出设定为第二输出（高输出）的处理。

在步骤S18中，当判断为挖土机的斗杆5处于斗杆关闭动作中时（S18的CLOSE），处理进入步骤S20。在步骤S20中，与上述步骤S16同样，判断挖土机的铲斗6是否为动作中。在步骤S20中，当判断为铲斗6为工作中时（步骤S20的是），处理进入步骤S2，如上述那样，进行将液压泵14的最大输出设定为第一输出（低输出）的处理。另一方面，在步骤S20中，当判断为铲斗6不为工作中时（步骤S20的否），处理进入步骤S7，进行将液压泵14的最大输出设定为第二输出（高输出）的处理。

另一方面，在步骤S18中，当判断为挖土机的斗杆5不为动作中时（S18的关闭），处理进入步骤S21。在步骤S21中，与上述步骤S16同样，判断挖土机的铲斗6是否为动作中。在步骤S21中，当判断为铲斗6为工作中时（步骤S21的是），处理进入步骤S7，进行将液压泵14的最大输出设定为第二输出（高输出）的处理。另一方面，在步骤S21中，当判断为铲斗6不为工作中时（步骤S21的否），处理进入步骤S2，如上述那样，进行将液压泵14的最大输出设定为第一输出（低输出）的处理。

在此，对在上述图10所示的挖掘装入操作中应用了上述液压泵输出控制处理的情况进行说明。在图10（a）所示的动臂下降回转动作中，首先在步骤S1中判断为挖土机不为行走中，处理进入步骤S3。在步骤S3中，判断为上部回转体3为回转中，处理进入步骤S2，液压泵14的输出被设定为低输出。在动臂下降旋转动作中，动臂4进行下降动作，斗杆不动作，铲斗6也不动作。如此，成为在动臂下降旋转动作中、多个液压缸中仅动臂缸7工作的条件，但液压驱动器中的回转液压马达2A工作，因此液压泵14的输出不成为高输出，而被设定为低输出。此外，在动臂下降旋转动作中，仅进行使动臂4通过重力而下降的动作，不需要通过液压缸产生较大的力，因此即使液压泵14的输出为低输出，也不会妨碍挖土机的运转。

在图10（b）、（C）所示的挖掘动作中，首先在步骤S1中判断为挖土机为非行走中，处理进入步骤S3。在步骤S3中，判断为上部回转体3不为回转中，处理进入步骤S14。在步骤S14中，判断为动臂4进行动臂上升动作，处理进入步骤S15。在步骤S15中，判断为斗杆5进行斗杆关闭动作，处理进入步骤S7，液压泵14的输出被设定为高输出。在挖掘动作中，动臂4进行动臂上升动作、且斗杆5进行斗杆打开动作，因此需要驱动液压缸中的动臂缸7和斗杆缸8。在此，在挖掘动作中，有时成为将土、重物集中的操作，需要较大的力。因此，在挖掘动作中，将液压马达14的输出设定为高输出。此外，在挖掘动作之后进行的动作即动臂下降动作，如后述那样，是将液压泵14的输出设定为低输出的动作，因此在挖掘动作中即使将液压泵14的输出设定为高输出，将液压泵14的输出设定为高输出的时间也为较短的时间（挖掘动作的期间），向发动机11的过负荷、基于蓄电池19放电的电动发电机12的驱动不会较长地持续。根据这一点，在挖掘动作中，即使将液压泵14的输出设定为高输出，也不会妨碍挖土机的运转。

接着，在图10（d）所示的动臂上升旋转动作中，首先在步骤S1中，判断为挖土机为非行走中，处理进入步骤S3。在步骤S3中，判断为上部回转体3为回转中，处理进入步骤S2，液压泵14的输出被设定为低输出。在动臂上升旋转动作中，动臂4进行上升动作，斗杆5不动作，铲斗6也不动作、或者进行关闭动作。这样，成为在动臂上升旋转动作中、多个液压缸中仅动臂缸7工作的条件，但液压驱动器中的回转液压马达2A工作，因此液压泵14的输出不成为高输出，而被设定为低输出。此外，在动臂下降旋转动作中，仅进行使动臂4反抗重力而上升的动作，因此不需要通过液压缸产生特别大的力，因此即使液压泵14的输出为低输出，也不会妨碍挖土机的运转。

接下来，在图10（e）所示的倾倒动作中，首先在步骤S 1中，判断为挖土机为非行走中，处理进入步骤S3。在步骤S3中，判断为上部回转体3不为回转中，处理进入步骤S14。在步骤S14中，判断为动臂4未动作还是进行动臂下降动作，处理进入步骤S18。在步骤S18中，判断为斗杆5进行打开动作，处理进入步骤S19。在步骤S19中，判断为铲斗6进行铲斗打开动作，处理进入步骤S2，液压泵的输出被设定为低输出。在倾倒动作中，仅使铲斗缸9活动，不需要通过液压缸产生特别大的力，因此即使液压泵14的输出为低输出，也不会妨碍挖土机的运转。

如以上说明的那样，在本实施方式中，例如步骤S14、步骤S15以及步骤S18那样，能够根据液压驱动器的动作方向改变液压泵14的输出的设定，根据各动作条件来进行适当的输出设定。具体地说，在步骤S14中，根据动臂缸7的驱动方向来设定液压泵14的输出，在步骤S15以及S18中，根据斗杆缸8的驱动方向来设定液压泵14的输出。

此外，如图2所示那样，在上述第二实施方式中构成为，上部回转体3由回转液压马达2A驱动而回转，但也可以构成为通过电动马达的驱动使上部回转体3回转。在该情况下，如图9所示那样，代替驱动上部回转体3的回转液压马达2A，设置回转用电动机21作为电动马达。回转用电动机21经由逆变器18C与蓄电系统100连接。经由逆变器18C从蓄电系统100向电动机21供电，通过回转用电动机21驱动回转机构2，使上部回转体3回转。此外，在回转用电动机21减速时，也可以使回转用电动机21再生运转，将由此产生的电力经由逆变器向蓄电系统100蓄电。

如图9所示那样，在通过回转用电动机21驱动上部回转体3的情况下，在图4所示的液压泵的输出控制处理中，不需要进行步骤S3中的挖土机的上部回转体3是否为回转中的判断，而省略步骤S3。由此，也不需要设置进行图5中的回转操作杆操作的开启、关闭判断的开启/关闭判断部41B。

本发明不限于上述具体公开的实施例，在不脱离本发明范围的情况下包括各种变形例、改进例。

本申请基于2008年8月6日申请的日本专利申请2008－203518号，将其全部内容援用于此。

工业上的可利用性

本发明能够应用于通过电动马达对驱动液压泵的发动机进行辅助的混合式施工机械。

符号的说明

1下部行走体

1A、1B行走机构

2回转机构

2A回转液压马达

3上部回转体

4动臂

5斗杆

6铲斗

7动臂缸

8斗杆缸

9铲斗缸

10驾驶室

11发动机

12电动发电机

13变速器（分离器）

14容量可变式液压泵

16液压管线

17控制阀

18A、18C逆变器

18B升降压转换器

19蓄电池

21回转用电动机

27电力线

30控制器

41A、41B、41C、41D、41E开启/关闭判断部

42动作判断部

100蓄电系统

110DC总线

Claims (9)

1.一种混合式施工机械，

具备：

发动机，驱动可变容量式液压泵；

多个液压驱动器，由来自该可变容量式液压泵的液压驱动；以及

电动发电机，由来自蓄电器的电力驱动，辅助该发动机；

该混合式施工机械的特征在于，

上述可变容量式液压泵的最大输出为上述发动机的最大输出以上，

在将上述可变容量式液压泵的输出设定为比上述发动机的最大输出大而运转时，通过上述电动发电机辅助上述发动机。

2.如权利要求1所述的混合式施工机械，其特征在于，

在驱动的液压驱动器为能够连续动作的液压驱动器的情况下，上述可变容量式液压泵的输出被设定为上述发动机的最大输出以下的第一输出。

3.如权利要求1所述的混合式施工机械，其特征在于，

在驱动的液压驱动器为液压缸的情况下，上述可变容量式液压泵的输出被设定为比上述发动机的最大输出大的第二输出。

4.如权利要求1所述的混合式施工机械，其特征在于，

根据上述液压驱动器的各操作的有无，来设定上述可变容量式液压泵的输出。

5.如权利要求1所述的混合式施工机械，其特征在于，

上述可变容量式液压泵的输出为，在上述液压驱动器中仅某一个动作的情况下，将上述可变容量式液压泵的输出设定为比上述发动机的最大输出大的第二输出。

6.如权利要求1所述的混合式施工机械，其特征在于，

根据上述液压驱动器的各驱动方向，来设定上述可变容量式液压泵的输出。

7.如权利要求1所述的混合式施工机械，其特征在于，

具有通过上述液压驱动器驱动的动臂以及斗杆，

根据上述动臂以及上述斗杆的驱动方向，来设定上述可变容量式液压泵的输出。

8.如权利要求1所述的混合式施工机械，其特征在于，

在未驱动上述液压驱动器时，上述可变容量式液压泵的输出被设定为比上述发动机的最大输出小的值。

9.如权利要求1所述的混合式施工机械，其特征在于，

根据操作者的杆操作，来判断上述液压驱动器的种类以及运转状况。

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