[发明专利]液压作业机械

说明书

技术领域

本发明涉及液压挖掘机等液压作业机械，尤其涉及除了发动机以外还具备由蓄电装置驱动的辅助电动机的混合动力驱动式的液压作业机械。

背景技术

近年来，在液压挖掘机等液压作业机械领域中，发动机排出的废气的限制一年比一年严格。另外，由于燃料费的高涨、不景气的影响，市场上强烈请求燃料消耗率的提高。

为了应对排气限制，发动机厂商等正在努力减少特别是废气中包含的颗粒状物质PM和氮氧化物NOx，目前开发出了很多燃烧控制的高度化技术。另一方面，还开发出了通过将DPF(diesel particulate filter，柴油机微粒过滤器)、尿素SCR系统等废气后处理装置设置于发动机与消音器之间，来进行上述颗粒状物质PM和氮氧化物NOx的捕集和净化处理的技术，与燃烧控制的高度化技术适当地进行组合来应对更严格的废气限制。

但是，通常，上述DPF、尿素SCR系统等废气后处理装置复杂且使用昂贵的材料。例如使用于DPF的催化剂使用白金。另外，在尿素SCR系统中需要具备预先储藏有尿素的容器和尿素喷射装置。因此，具备废气后处理装置的发动机系统与单独的系统相比成本相当高。因而，为了除去或简化后处理装置，期望确定从发动机本身减少PM、NOx等限制对象成分的排出的方法。

另一方面，为了提高燃料消耗率，提出并开发了作为驱动源，除了发动机以外还具备由电池等蓄电装置驱动的辅助电动机的混合动力驱动式的液压作业机械。在具有该结构的混合动力驱动中，对于泵所需要的输出，不仅通过发动机还通过辅助电动机来供给即可。以往，与液压泵的输出对应地确定发动机的转矩，但是如果使用辅助电动机，则能够将发动机的转矩设定为期望的值。因而，能够将用转速和转矩表现的发动机的动作点设定为燃料效率良好的点。

例如在专利文献1所提出的工程机械(液压作业机械)中，通过具有由发动机驱动的电动机，而将发动机输出的剩余量储存为电能来实现节能，在发动机输出不足时，放出所储存的该电能来驱动电动机而维持所需的泵吸收转矩。在专利文献1中，通过这种结构，能够采用具有相当于工程机械进行作业时所需的平均马力的额定输出的小型发动机，从而实现燃料消耗率的提高、排出CO₂的削减。

在专利文献2的图6中提出的作业机械中，构成为由发动机和电动机驱动液压泵来产生液压，将发动机输出的增加率设定为规定值，并将根据该增加率的规定值求出的发动机的输出上限值与根据液压泵所请求的液压输出求出的请求输出进行比较，在请求输出超过输出上限值时，通过电动机的输出补充超出部分的输出。在专利文献2中，通过这种结构，在液压负载急剧增大时，也能够控制为发动机的负载不会急剧增大，能够将发动机的运转条件维持为适当的范围，因此能够避免燃烧效率下降、产生黑烟、发动机停止。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4512283号

专利文献2：日本专利第4633813号

发明内容

发明要解决的问题

在液压挖掘机等液压作业机械中，在进行挖掘等作业时，液压泵所请求的负载的变动急剧并且非常大，其结果，与汽车等不同，对发动机施加的负载在发动机额定转矩的大约0～100％的范围内瞬间地变动。这对应于由发动机的转速和转矩表现的发动机的动作点快速且大范围地变化这一情况。

另一方面，发动机仅喷射与所请求的转矩对应的量的燃料，并且为了减少废气中的作为大气污染物的颗粒状物质PM和氮氧化物NOx的排出量而对燃料喷射、吸入空气、使废气回流为进气的EGR气体等的量进行控制。此时，在转速和转矩固定的稳态运转中，能够使上述各控制量稳定地维持为最优值，因此能够相当程度地抑制颗粒状物质PM和氮氧化物NOx的排出量，还提高燃料消耗率。相反，在发动机的转速、转矩发生变化的过渡状态下，难以准确地预测上述各控制量的响应，从而难以在变化中的各时刻将各控制量控制为最优值，性质与相当程度地最优化后的稳态运转下的燃烧不同，因此颗粒状物质PM和氮氧化物NOx的排出量增加，燃料消耗率也恶化。

为了应对这些情况，而增加DPF的容量、尿素SCR系统的容器，或者通过在DPF中多喷射燃料来提高废气的温度从而缩短使堆积的PM强制地燃烧的再生控制的启动间隔，或者在尿素SCR系统中进行与发动机的燃料喷射状况相应的极细的尿素喷射控制等，这些措施均导致成本上升、燃料消耗率进一步恶化。

总之，认为对发动机施加的负载变动的变化越急剧且越大则越不利于排气和燃料消耗率。