特許 5715047 ハイブリッド型作業機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5715047

(24)【登録日】2015年3月20日

(45)【発行日】2015年5月7日

(54)【発明の名称】ハイブリッド型作業機械

(51)【国際特許分類】

   H02P 9/04 20060101AFI20150416BHJP

   B60W 10/06 20060101ALI20150416BHJP

   B60W 20/00 20060101ALI20150416BHJP

   E02F 9/20 20060101ALI20150416BHJP

   F02D 23/00 20060101ALI20150416BHJP

   F02D 23/02 20060101ALI20150416BHJP

   F02D 29/00 20060101ALI20150416BHJP

   F02D 29/06 20060101ALI20150416BHJP

【ＦＩ】

   H02P9/04 L

   B60K6/20 310

   E02F9/20 Z

   F02D23/00 A

   F02D23/00 N

   F02D23/02 C

   F02D23/02 Z

   F02D29/00 B

   F02D29/06 L

【請求項の数】8

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2011-507264(P2011-507264)

(86)(22)【出願日】2010年3月31日

(86)【国際出願番号】JP2010055885

(87)【国際公開番号】WO2010114030

(87)【国際公開日】20101007

【審査請求日】2012年5月17日

【審判番号】不服2014-4246(P2014-4246/J1)

【審判請求日】2014年3月5日

(31)【優先権主張番号】特願2009-89123(P2009-89123)

(32)【優先日】2009年4月1日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000002107

【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100117499

【弁理士】

【氏名又は名称】小島 誠

(72)【発明者】

【氏名】川島 宏治

(72)【発明者】

【氏名】柳澤 誠

【合議体】

【審判長】 田村 嘉章

【審判官】 堀川 一郎

【審判官】 矢島 伸一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−１３６３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平２−９９７２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１８０８６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２８９４９４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

H02P 9/04

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関発動機と、
前記内燃機関発動機へ圧縮空気を供給する過給機と、
前記内燃機関発動機に連結され、前記内燃機関発動機の駆動力により発電を行うとともに、自身の駆動力により前記内燃機関発動機の駆動力を補助する電動発電機と、
前記電動発電機の電気的端子に接続されたインバータ回路と、
前記内燃機関発動機の回転数および前記過給機の過給圧と前記内燃機関発動機の出力上限値との相関を示す第１の情報を記憶する記憶部を含んで構成され、前記インバータ回路を駆動する制御部と
を備え、
前記制御部は、前記記憶部に記憶された前記第１の情報、前記内燃機関発動機の回転数及び前記過給機の推定又は取得した過給圧に基づいて前記内燃機関発動機の出力上限値を算出し、必要出力が前記内燃機関発動機の出力上限値を超える場合には、前記電動発電機が前記内燃機関発動機の出力上限値に基づいて演算される出力で前記内燃機関発動機の駆動力を補助するように、前記インバータ回路を制御することを特徴とする、ハイブリッド型作業機械。

【請求項2】

前記制御部は、必要出力が前記内燃機関発動機の出力上限値を下回る場合には、前記内燃機関発動機の駆動力により前記電動発電機において発電を行うように、前記インバータ回路を制御する
ことを特徴とする、請求項１に記載のハイブリッド型作業機械。

【請求項3】

前記制御部は、前記内燃機関発動機のトルクの大きさに基づいて前記過給機の過給圧を推定する
ことを特徴とする、請求項１または２に記載のハイブリッド型作業機械。

【請求項4】

前記過給機の過給圧を検出して、該過給圧に関する情報を前記制御部に提供する過給圧センサを更に備える
ことを特徴とする、請求項１または２に記載のハイブリッド型作業機械。

【請求項5】

前記記憶部は、前記内燃機関発動機の回転数に応じた最大出力値に関する第２の情報を更に記憶しており、
前記制御部は、前記第２の情報に基づく最大出力値が前記第１の情報に基づく出力上限値より小さい場合には、該最大出力値を出力上限値として前記インバータ回路を制御する
ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のハイブリッド型作業機械。

【請求項6】

前記制御部の前記記憶部は、
前記内燃機関発動機への燃料供給量および前記内燃機関発動機の回転数に応じた前記過給機の最大過給圧を示す第３の情報と、
前記出力上限値に対応する前記内燃機関発動機への燃料供給量の制限値と前記過給機の過給圧との相関を示す第４の情報と
を更に記憶しており、
前記第３の情報から求められる前記最大過給圧と前記第４の情報から求められる前記過給機の過給圧との差が所定の閾値を下回っている場合に、前記電動発電機が前記内燃機関発動機の駆動力を補助するように前記インバータ回路を制御することにより、前記内燃機関発動機の回転数を上昇させる
ことを特徴とする、請求項１に記載のハイブリッド型作業機械。

【請求項7】

前記所定の閾値が前記燃料供給量に応じて変化する
ことを特徴とする、請求項６に記載のハイブリッド型作業機械。

【請求項8】

前記制御部は、
前記第３の情報から求められる前記最大過給圧と前記第４の情報から求められる前記過給機の過給圧との差を算出し、この差と前記所定の閾値との大小を判定する過給圧判定部と、
前記過給圧判定部において前記差が前記所定の閾値を下回っていると判定された場合に、前記差が前記所定の閾値を上回っていると判定された場合より高い前記内燃機関発動機の目標回転数を設定する目標回転数設定部と
を有し、
前記内燃機関発動機の回転数が前記目標回転数に近づくように前記インバータ回路を制御する
ことを特徴とする、請求項６または７に記載のハイブリッド型作業機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ハイブリッド型作業機械に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来より、駆動機構の一部を電動化した作業機械が提案されている。このような作業機械は、例えばブーム、アーム、及びバケットといった可動部を油圧駆動するための油圧ポンプを備えており、この油圧ポンプを駆動するための内燃機関発動機（エンジン）に交流電動機（電動発電機）を連結し、該エンジンの駆動力を補助する動作と、発電により得られる電力を蓄電池に充電する動作とを各々必要に応じて行う。例えば特許文献１には、このようなハイブリッド式作業機械が開示されている。特許文献１に記載されたハイブリッド式作業機械では、油圧ポンプの要求パワーに応じて、電動発電機がエンジンを補助するために出力すべきパワーの配分を決定し、また、エンジンの目標回転数と実際の回転数との偏差が解消されるように上記パワー配分を補正している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００７−２９０６０７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ハイブリッド型作業機械において、エンジンへ圧縮空気を供給する過給機が設けられる場合がある。このような場合、エンジン出力は、過給圧に大きく左右される。過給圧はエンジンの回転数の増加から時間的に遅れて高くなる傾向があるため、エンジンの回転数が上昇しても、該回転数に対応する定常的な出力が得られるまでには時間遅れが生じることとなる。したがって、そのような状態において現回転数に応じた出力が得られているものとして電動発電機の補助出力を抑制（或いは、エンジン出力を利用して発電）すると、エンジンへの負荷が過剰となりエンジンが停止してしまうおそれがある。

【0005】

本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、過給機を有するハイブリッド型作業機械において、エンジンへの過負荷を抑制することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記した課題を解決するために、本発明によるハイブリッド型作業機械は、内燃機関発動機と、内燃機関発動機へ圧縮空気を供給する過給機と、内燃機関発動機に連結され、内燃機関発動機の駆動力により発電を行うとともに、自身の駆動力により内燃機関発動機の駆動力を補助する電動発電機と、電動発電機の電気的端子に接続されたインバータ回路と、内燃機関発動機の回転数および過給機の過給圧と内燃機関発動機の出力上限値（単位：ｋＷ）との相関を示す第１の情報を記憶する記憶部を含んで構成され、インバータ回路を駆動する制御部とを備える。制御部は、記憶部に記憶された第１の情報に基づいて、必要出力（単位：ｋＷ）が出力上限値を超える場合には電動発電機が内燃機関発動機の駆動力を補助するように、インバータ回路を制御する。

【0007】

制御部は、必要出力が出力上限値を下回る場合には内燃機関発動機の駆動力により電動発電機において発電を行うように、インバータ回路を制御してもよい。

【0008】

制御部は、内燃機関発動機のトルクの大きさに基づいて過給機の過給圧を推定してもよい。或いは、ハイブリッド型作業機械は、過給機の過給圧を検出して、該過給圧に関する情報を制御部に提供する過給圧センサを備えてもよい。

【0009】

記憶部は、内燃機関発動機の回転数に応じた最大出力値に関する第２の情報を更に記憶しており、制御部は、第２の情報に基づく最大出力値が第１の情報に基づく出力上限値より小さい場合には、該最大出力値を出力上限値としてインバータ回路を制御してもよい。

【0010】

制御部の記憶部は、内燃機関発動機への燃料供給量および内燃機関発動機の回転数に応じた過給機の最大過給圧を示す第３の情報と、出力上限値に対応する内燃機関発動機への燃料供給量の制限値と過給機の過給圧との相関を示す第４の情報とを更に記憶しており、第３の情報から求められる最大過給圧と第４の情報から求められる過給機の過給圧との差が所定の閾値を下回っている場合に、電動発電機が内燃機関発動機の駆動力を補助するようにインバータ回路を制御することにより、内燃機関発動機の回転数を上昇させてもよい。

【0011】

所定の閾値は、燃料供給量に応じて変化してもよい。

【0012】

制御部は、第３の情報から求められる最大過給圧と第４の情報から求められる過給機の過給圧との差を算出し、この差と所定の閾値との大小を判定する過給圧判定部と、過給圧判定部において差が所定の閾値を下回っていると判定された場合に、差が所定の閾値を上回っていると判定された場合より高い内燃機関発動機の目標回転数を設定する目標回転数設定部とを有し、内燃機関発動機の回転数が目標回転数に近づくようにインバータ回路を制御してもよい。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、過給機を有するハイブリッド型作業機械において、エンジンへの過負荷を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明に係る作業機械の一例として、ハイブリッド型建設機械の外観を示す斜視図である。

【図2】本実施形態のハイブリッド型建設機械の電気系統や油圧系統といった内部構成を示すブロック図である。

【図3】蓄電部の内部構成を示す図である。

【図4】コントローラの内部構成を示すブロック図である。

【図5】エンジン制限テーブルの構成例を示す図である。

【図6】（ａ）エンジン制限量推定部の内部構成の一例を示している。（ｂ）エンジン制限量推定部の内部構成の他の一例を示している。

【図7】ブースト圧推定値を算出するための構成例を示す図である。

【図8】定常状態におけるエンジンの回転数とエンジン出力との関係について、当該回転数に応じた十分なブースト圧が得られている場合を示している。

【図9】（ａ），（ｂ）従来のハイブリッド型作業機械の動作を説明するためのグラフである。グラフＧ１１は定格出力（すなわち、エンジンの回転数に対応する出力の定格値）を示しており、グラフＧ１２はエンジンが現実に可能な出力を示しており、グラフＧ１３はメインポンプの要求出力を示している。グラフＧ１４はエンジンの実際の回転数を示しており、グラフＧ１５は過給機の実際のブースト圧を示している。

【図10】（ａ），（ｂ）ハイブリッド型建設機械の動作を説明するためのグラフである。グラフＧ２１は定格出力を示しており、グラフＧ２２はエンジンが現実に可能な出力を示しており、グラフＧ２３はメインポンプの要求出力を示しており、グラフＧ２６はブースト圧を考慮したエンジンの出力の上限（すなわちエンジン制限量推定部において算出される出力の上限値）を示している。グラフＧ２４はエンジンの実際の回転数を示しており、グラフＧ２５は過給機の実際のブースト圧を示している。

【図11】（ａ）第１実施形態に係るハイブリッド型作業機械の、エンジン出力、電動発電機（アシストモータ）出力、油圧出力、及びエンジン回転数それぞれの時間変化を示すグラフである。（ｂ）第１実施形態に係るハイブリッド型作業機械のブースト圧の時間変化を示すグラフである。

【図12】（ａ），（ｂ）グラフＧ４１は、エンジンへの燃料供給量およびエンジンの回転数に応じた過給機の最大ブースト圧と、エンジントルクとの相関の一例を示すグラフである。グラフＧ４２は、エンジンの出力上限値に対応するエンジントルクの制限値と、不揮発性メモリに記憶されたエンジン制限テーブルに格納された、当該出力上限値に対応する過給機のブースト圧との相関の一例を示すグラフである。

【図13】ハイブリッド型作業機械の問題点を解決するための方法を説明するためのグラフであり、図１２に示したグラフＧ４１，Ｇ４２が概略的に示されている。

【図14】第２実施形態の具体的な構成を示すブロック図である。

【図15】（ａ）第２実施形態に係るハイブリッド型作業機械の、エンジン出力、電動発電機（アシストモータ）出力、油圧出力、及びエンジン回転数それぞれの時間変化を示すグラフである。（ｂ）第２実施形態に係るハイブリッド型作業機械のブースト圧の時間変化を示すグラフである。

【図16】ハイブリッド型建設機械の電気系統や油圧系統といった内部構成の変形例を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、添付図面を参照しながら本発明によるハイブリッド型作業機械の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

【0016】

（第１の実施の形態）
図１は、本発明に係るハイブリッド型作業機械の一例として、ハイブリッド型建設機械１の外観を示す斜視図である。図１に示すように、ハイブリッド型建設機械１はいわゆるリフティングマグネット車両であり、無限軌道を含む走行機構２と、走行機構２の上部に旋回機構３を介して回動自在に搭載された旋回体４とを備えている。旋回体４には、ブーム５と、ブーム５の先端にリンク接続されたアーム６と、アーム６の先端にリンク接続されたリフティングマグネット７とが取り付けられている。リフティングマグネット７は、鋼材などの吊荷Ｇを磁力により吸着して捕獲するための設備である。ブーム５、アーム６、及びリフティングマグネット７は、それぞれブームシリンダ８、アームシリンダ９、及びバケットシリンダ１０によって油圧駆動される。また、旋回体４には、リフティングマグネット７の位置や励磁動作および釈放動作を操作する操作者を収容するための運転室４ａや、油圧を発生するためのエンジン（内燃機関発動機）１１といった動力源が設けられている。エンジン１１は、例えばディーゼルエンジンで構成される。

【0017】

また、ハイブリッド型建設機械１はサーボ制御ユニット６０を備えている。サーボ制御ユニット６０は、旋回機構３やリフティングマグネット７といった作業要素を駆動するための交流電動機や、エンジン１１をアシストするための電動発電機、並びに蓄電池（バッテリー）の充放電を制御する。サーボ制御ユニット６０は、直流電力を交流電力に変換して交流電動機や電動発電機を駆動するためのインバータユニット、バッテリーの充放電を制御する昇降圧コンバータユニットといった複数のドライバユニットと、該複数のドライバユニットを制御するためのコントロールユニットとを備えている。

【0018】

図２は、本実施形態のハイブリッド型建設機械１の電気系統や油圧系統といった内部構成を示すブロック図である。なお、図２では、機械的に動力を伝達する系統を二重線で、油圧系統を太い実線で、操縦系統を破線で、電気系統を細い実線でそれぞれ示している。また、図３は、図２における蓄電部（蓄電手段）１２０の内部構成を示す図である。

【0019】

図２に示すように、ハイブリッド型建設機械１は過給機４２を備えている。過給機４２は、エンジン１１へ圧縮空気を供給するための装置である。過給機４２は、エンジン１１から排出される排気ガスの圧力を利用してタービンを高速回転させ、該タービンに直結された圧縮機を回転させて吸気を圧縮し、エンジン１１へ供給する。これにより、エンジン１１の吸入空気量を増加させる。なお、エンジン１１には、エンジン１１の動作を制御するエンジンコントロールユニット（Engine Control Unit；ＥＣＵ）が備えられており、ＥＣＵは、過給機４２のブースト圧等に基づいてエンジン１１の出力トルクを調整する。

【0020】

また、ハイブリッド型建設機械１は電動発電機１２および変速機１３を備えており、エンジン１１及び電動発電機１２の回転軸は、共に変速機１３の入力軸に接続されることにより互いに連結されている。エンジン１１の負荷が大きいときには、電動発電機１２がこのエンジン１１を作業要素として駆動することによりエンジン１１の駆動力を補助（アシスト）し、電動発電機１２の駆動力が変速機１３の出力軸を経てメインポンプ１４に伝達される。一方、エンジン１１の負荷が小さいときには、エンジン１１の駆動力が変速機１３を経て電動発電機１２に伝達されることにより、電動発電機１２が発電を行う。電動発電機１２は、例えば、磁石がロータ内部に埋め込まれたＩＰＭ（Interior Permanent Magnetic）モータによって構成される。電動発電機１２の駆動と発電との切り替えは、ハイブリッド型建設機械１における電気系統の駆動制御を行うコントローラ３０により、エンジン１１の負荷等に応じて行われる。

【0021】

変速機１３の出力軸にはメインポンプ１４及びパイロットポンプ１５が接続されており、メインポンプ１４には高圧油圧ライン１６を介してコントロールバルブ１７が接続されている。コントロールバルブ１７は、ハイブリッド型建設機械１における油圧系の制御を行う装置である。コントロールバルブ１７には、図１に示した走行機構２を駆動するための油圧モータ２ａ及び２ｂの他、ブームシリンダ８、アームシリンダ９、及びバケットシリンダ１０が高圧油圧ラインを介して接続されており、コントロールバルブ１７は、これらに供給する油圧を運転者の操作入力に応じて制御する。

【0022】

電動発電機１２の電気的な端子には、インバータ回路１８Ａの出力端が接続されている。インバータ回路１８Ａの入力端には、蓄電部１２０が接続されている。蓄電部１２０は、図３に示すように、直流母線であるＤＣバス１１０、昇降圧コンバータ（直流電圧変換器）１００及びバッテリ１９を備えている。すなわち、インバータ回路１８Ａの入力端は、ＤＣバス１１０を介して昇降圧コンバータ１００の入力端に接続されることとなる。昇降圧コンバータ１００の出力端には、蓄電池としてのバッテリ１９が接続されている。バッテリ１９は、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池等の２次電池に限られず、電気二重層キャパシタ等のキャパシタでも良い。本実施形態のバッテリ１９は、例えばキャパシタ型蓄電池によって構成される。

【0023】

インバータ回路１８Ａは、コントローラ３０からの指令に基づき、電動発電機１２の運転制御を行う。すなわち、インバータ回路１８Ａが電動発電機１２を力行運転させる際には、必要な電力をバッテリ１９と昇降圧コンバータ１００からＤＣバス１１０を介して電動発電機１２に供給する。また、電動発電機１２を回生運転させる際には、電動発電機１２により発電された電力をＤＣバス１１０及び昇降圧コンバータ１００を介してバッテリ１９に充電する。なお、昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切替制御は、ＤＣバス電圧値、バッテリ電圧値、及びバッテリ電流値に基づき、コントローラ３０によって行われる。これにより、ＤＣバス１１０を、予め定められた一定電圧値に蓄電された状態に維持することができる。

【0024】

なお、本実施形態の昇降圧コンバータ１００はスイッチング制御方式を備えており、図３に示すように、互いに直列に接続されたトランジスタ１００Ｂ及び１００Ｃと、これらの接続点とバッテリ１９の正側端子との間に接続されたリアクトル１０１と、トランジスタ１００Ｂに対し逆方向に並列接続されたダイオード１００ｂと、トランジスタ１００Ｃに対し逆方向に並列接続されたダイオード１００ｃと、平滑用のコンデンサ１１０ｄとを有する。トランジスタ１００Ｂ及び１００Ｃは、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）によって構成される。直流電力をバッテリ１９からＤＣバス１１０へ供給する際には、コントローラ３０からの指令によってトランジスタ１００ＢのゲートにＰＷＭ電圧が印加される。そして、トランジスタ１００Ｂのオン／オフに伴ってリアクトル１０１に発生する誘導起電力がダイオード１００ｃを介して伝達され、この電力がコンデンサ１１０ｄにより平滑化される。また、直流電力をＤＣバス１１０からバッテリ１９へ供給する際には、コントローラ３０からの指令によってトランジスタ１００ＣのゲートにＰＷＭ電圧が印加されるとともに、トランジスタ１００Ｃから出力される電流がリアクトル１０１により平滑化される。

【0025】

再び図２を参照すると、蓄電部１２０には、インバータ回路２０Ｂを介してリフティングマグネット７が接続されている。リフティングマグネット７は、金属物を磁気的に吸着させるための磁力を発生する電磁石を含んでおり、インバータ回路２０Ｂを介して蓄電部１２０から電力が供給される。インバータ回路２０Ｂは、コントローラ３０からの指令に基づき、電磁石をオンにする際には、リフティングマグネット７へ要求された電力を蓄電部１２０より供給する。また、電磁石をオフにする場合には、回生された電力を蓄電部１２０に供給する。

【0026】

更に、蓄電部１２０には、インバータ回路２０Ａが接続されている。インバータ回路２０Ａの一端には作業用電動機としての旋回用電動機（交流電動機）２１が接続されており、インバータ回路２０Ａの他端は蓄電部１２０のＤＣバス１１０に接続されている。旋回用電動機２１は、旋回体４を旋回させる旋回機構３の動力源である。旋回用電動機２１の回転軸２１Ａには、レゾルバ２２、メカニカルブレーキ２３、及び旋回減速機２４が接続される。

【0027】

旋回用電動機２１が力行運転を行う際には、旋回用電動機２１の回転駆動力の回転力が旋回減速機２４にて増幅され、旋回体４が加減速制御され回転運動を行う。また、旋回体４の慣性回転により、旋回減速機２４にて回転数が増加されて旋回用電動機２１に伝達され、回生電力を発生させる。旋回用電動機２１は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御信号によりインバータ回路２０Ａによって交流駆動される。旋回用電動機２１としては、例えば、磁石埋込型のＩＰＭモータが好適である。

【0028】

レゾルバ２２は、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａの回転位置及び回転角度を検出するセンサであり、旋回用電動機２１と機械的に連結することで回転軸２１Ａの回転角度及び回転方向を検出する。レゾルバ２２が回転軸２１Ａの回転角度を検出することにより、旋回機構３の回転角度及び回転方向が導出される。メカニカルブレーキ２３は、機械的な制動力を発生させる制動装置であり、コントローラ３０からの指令によって、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａを機械的に停止させる。旋回減速機２４は、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａの回転速度を減速して旋回機構３に機械的に伝達する減速機である。

【0029】

なお、ＤＣバス１１０には、インバータ回路１８Ａ、２０Ａ及び２０Ｂを介して、電動発電機１２、旋回用電動機２１、及びリフティングマグネット７が接続されているので、電動発電機１２で発電された電力がリフティングマグネット７又は旋回用電動機２１に直接的に供給される場合もあり、リフティングマグネット７で回生された電力が電動発電機１２又は旋回用電動機２１に供給される場合もあり、さらに、旋回用電動機２１で回生された電力が電動発電機１２又はリフティングマグネット７に供給される場合もある。

【0030】

パイロットポンプ１５には、パイロットライン２５を介して操作装置２６が接続されている。操作装置２６は、旋回用電動機２１、走行機構２、ブーム５、アーム６、及びリフティングマグネット７を操作するための操作装置であり、操作者によって操作される。操作装置２６には、油圧ライン２７を介してコントロールバルブ１７が接続され、また、油圧ライン２８を介して圧力センサ２９が接続される。操作装置２６は、パイロットライン２５を通じて供給される油圧（１次側の油圧）を操作者の操作量に応じた油圧（２次側の油圧）に変換して出力する。操作装置２６から出力される２次側の油圧は、油圧ライン２７を通じてコントロールバルブ１７に供給されるとともに、圧力センサ２９によって検出される。ここでは、作業用電動機としての旋回用電動機２１を挙げているが、さらに、走行機構２を作業用電動機として電気駆動させても良い。また、ハイブリッド型作業機械がフォークリフトである場合には、リフティング装置を作業用電動機として電気駆動させても良い。また、ハイブリッド型作業機械がホイルローダ若しくはブルドーザである場合には、走行機構である駆動輪を駆動する左右の走行用油圧モータを、作業用電動機と置き換えても良い。この場合、図２中のアームシリンダ９はホイルローダ若しくはブルドーザのリフティング装置へ置き換えられることができる。また、ブームシリンダ８及び油圧モータ２ａ，２ｂは省略可能である。

【0031】

圧力センサ２９は、操作装置２６に対して旋回機構３を旋回させるための操作が入力されると、この操作量を油圧ライン２８内の油圧の変化として検出する。圧力センサ２９は、油圧ライン２８内の油圧を表す電気信号を出力する。この電気信号は、コントローラ３０に入力され、旋回用電動機２１の駆動制御に用いられる。

【0032】

コントローラ３０は、本実施形態における制御部を構成する。コントローラ３０は、ＣＰＵ及び内部メモリを含む演算処理装置によって構成され、内部メモリに格納された駆動制御用のプログラムをＣＰＵが実行することにより実現される。また、コントローラ３０の電源は、バッテリ１９とは別のバッテリ（例えば２４Ｖ車載バッテリ）である。コントローラ３０は、圧力センサ２９から入力される信号のうち、旋回機構３を旋回させるための操作量を表す信号を速度指令に変換し、旋回用電動機２１の駆動制御を行う。また、コントローラ３０は、電動発電機１２の運転制御（アシスト運転及び発電運転の切り替え）、リフティングマグネット７の駆動制御（励磁と消磁の切り替え）、並びに、昇降圧コンバータ１００を駆動制御することによるバッテリ１９の充放電制御を行う。

【0033】

図４は、コントローラ３０の内部構成を示すブロック図である。本実施形態のコントローラ３０は、不揮発性メモリ３１と、エンジン制限量推定部３２と、補償機能演算部３３と、動力分配演算部３４と、信号選択部３５とを有する。

【0034】

不揮発性メモリ３１は、本実施形態における記憶部（記憶手段）である。不揮発性メモリ３１は、エンジン１１の回転数および過給機４２のブースト圧（過給圧）と、エンジン１１の出力の上限値との相関を示すエンジン制限テーブル（第１の情報）Ｄ１を予め記憶している。エンジン制限テーブルＤ１は、例えば図５に示すように、エンジン１１の回転数に関する複数の値に対応する行、および過給機４２のブースト圧に関する複数の値に対応する列から成る二次元配列の各要素にエンジン１１の出力の上限値が格納された構成を有する。なお、本発明における記憶部としては、不揮発性メモリ３１に限らず、記憶を静的に保持できるものであれば他のものを用いてもよい。

【0035】

エンジン制限量推定部３２は、不揮発性メモリ３１に記憶されたエンジン制限テーブルＤ１に基づいて、エンジン１１の出力値の上限（すなわちエンジン制限値）を示す信号Ｓ１を生成する。ここで、図６は、エンジン制限量推定部３２の内部構成について説明するためのブロック図である。図６（ａ）はエンジン制限量推定部３２の内部構成の一例を示しており、図６（ｂ）はエンジン制限量推定部３２の内部構成の他の一例を示している。

【0036】

図６（ａ）に示した構成では、エンジン制限量推定部３２は、エンジン１１のＥＣＵ４１から提供されるエンジントルクモニタ信号Ｓ２およびエンジン回転数モニタ信号Ｓ３を取得する。エンジントルクモニタ信号Ｓ２はエンジン１１の現在の出力トルクを示す信号であり、エンジン回転数モニタ信号Ｓ３はエンジン１１の現在の回転数を示す信号である。そして、エンジン制限量推定部３２は、エンジントルクモニタ信号Ｓ２から過給機４２のブースト圧を推定し、この推定したブースト圧の大きさと、エンジン回転数モニタ信号Ｓ３に示されるエンジン１１の回転数とをエンジン制限テーブルＤ１に当てはめ、導き出されるエンジン１１の出力上限値を信号Ｓ１として出力する。

【0037】

なお、過給機４２のブースト圧を推定するための構成は、図６（ａ）に示すように、ローパスフィルタ３２ａと、ゲイン及びオフセットからなる演算器３２ｂとによって好適に得られる。具体的には、図７に示すように、エンジントルクモニタ信号Ｓ２を時定数Ｔのローパスフィルタ３２ａに入力し、このローパスフィルタ３２ａによってフィルタリングされた信号に定数ゲインＫ_Ｇを乗じ、その値に定数Ｋ_０を加えることで、ブースト圧推定値を算出するとよい。

【0038】

また、図６（ｂ）に示した構成では、エンジン制限量推定部３２は、上述したエンジントルクモニタ信号Ｓ２に代えてブースト圧モニタ信号Ｓ４をＥＣＵ４１から取得する。このブースト圧モニタ信号Ｓ４は、ＥＣＵ４１が過給機４２のブースト圧を検出して出力される信号である。そして、エンジン制限量推定部３２は、ブースト圧モニタ信号Ｓ４に示されるブースト圧の大きさと、エンジン回転数モニタ信号Ｓ３に示されるエンジン１１の回転数とをエンジン制限テーブルＤ１に当てはめ、導き出されるエンジン１１の出力上限値を信号Ｓ１として出力する。なお、ＥＣＵ４１から提供されるブースト圧モニタ信号Ｓ４は、多くの場合、そのサンプリング周期が例えば５００ミリ秒といった極めて遅いものである。このようにブースト圧モニタ信号Ｓ４のサンプリング周期が長い場合、エンジン制限量推定部３２は図６（ａ）に示す構成を有することが好ましい。

【0039】

再び図４を参照しつつ、コントローラ３０の構成について説明する。補償機能演算部３３は、ＥＣＵ４１から提供されるエンジン回転数モニタ信号Ｓ３、及びバッテリ１９の端子電圧等に基づいて、エンジン１１の出力の上限値及び下限値を示す信号Ｓ５、アシスト出力（すなわち電動発電機１２の出力の上限値及び下限値）を示す信号Ｓ６、並びにバッテリ１９の出力（電力）の上限値及び下限値を示す信号Ｓ７を生成する。なお、この補償機能演算部３３は、エンジン１１の出力の上限値として、エンジン１１の回転数に対応する定格値を、例えば図８に示すような関係に基づいて出力する。図８は、定常状態におけるエンジン１１の回転数と出力との関係について、当該回転数に応じた十分なブースト圧が得られている場合を示している。この図８に示したようなエンジン１１の回転数に応じた最大出力値に関する情報（第２の情報）は、記憶部である不揮発性メモリ３１に予め記憶されている。

【0040】

エンジン制限量推定部３２から出力された信号Ｓ１、および補償機能演算部３３から出力された信号Ｓ５は、信号選択部３５に入力される。信号選択部３５は、これらの信号Ｓ１，Ｓ５に示されるエンジン１１の出力の上限値のうち小さい方を選択し、当該信号を出力する。

【0041】

なお、本実施形態では信号選択部３５が信号Ｓ１，Ｓ５を受け取り取捨選択を行う構成を採用しているが、例えば補償機能演算部３３から出力された信号をエンジン制限量推定部３２が受け取り、エンジン制限量推定部３２において算出されたエンジン１１の出力の上限値と比較して小さい方をエンジン制限量推定部３２から出力してもよい。或いは、エンジン制限量推定部３２から出力された信号を補償機能演算部３３が受け取り、補償機能演算部３３において算出されたエンジン１１の出力の上限値と比較して小さい方を補償機能演算部３３から出力してもよい。

【0042】

動力分配演算部３４は、信号選択部３５から出力された信号（すなわち、エンジン１１の出力の上限値）、並びに補償機能演算部３３から出力された信号Ｓ６，Ｓ７を受け取り、これらの信号に基づいて、メインポンプ１４における油圧負荷出力の上限値を示す信号Ｓ８、電気負荷出力（旋回用電動機２１、リフティングマグネット７など）の上限値を示す信号Ｓ９、及び電動発電機１２の出力指令値を示す信号Ｓ１０を生成し、これらの信号Ｓ８〜Ｓ１０をコントローラ３０の各部へ出力する。コントローラ３０では、これらの信号Ｓ８〜Ｓ１０に基づき、インバータ回路１８Ａ，２０Ａ，２０Ｂ並びに昇降圧コンバータ１００を制御する。特に、インバータ回路１８Ａの制御に関しては、メインポンプ１４が必要とする出力がエンジン１１の出力の上限値を超える場合には、電動発電機１２がエンジン１１の駆動力を補助するように制御を行う。また、メインポンプ１４が必要とする出力がエンジン１１の出力の上限値を下回る場合には、エンジン１１の駆動力により電動発電機１２において発電を行うように制御を行う。

【0043】

以上の構成を備える本実施形態のハイブリッド型建設機械１の動作を説明する前に、従来のハイブリッド型作業機械の動作およびその問題点について説明する。図９は、従来のハイブリッド型作業機械の動作を説明するためのグラフである。図９（ａ）に示すグラフＧ１１は定格出力（すなわち補償機能演算部３３から算出されるエンジン出力上限値Ｓ５）を示しており、グラフＧ１２はエンジン１１が現実に可能な出力を示しており、グラフＧ１３はメインポンプ１４の要求出力を示している。また、図９（ｂ）に示すグラフＧ１４はエンジン１１の実際の回転数を示しており、グラフＧ１５は過給機４２の実際のブースト圧を示している。

【0044】

いま、時刻ｔ_１において、例えばメインポンプ１４に要求される油圧が上昇し、メインポンプ１４へ供給すべき駆動力がＰ１ｋＷからＰ２ｋＷ（例えば７０ｋＷ）へ上昇したとする。このとき、グラフＧ１４に示すように、時刻ｔ_１においてエンジン１１の回転数は十分に高いため、その回転数から算出されるエンジン１１の定格出力はＰ２ｋＷより高くなっている（グラフＧ１１）。したがって、例えば時刻ｔ_２において、エンジン１１の出力の上限値をＵ１（＞Ｐ２）ｋＷ（例えば９５ｋＷ）と認識することとなる。すなわち、エンジン１１に対する電動発電機１２による駆動補助（アシスト）は不要と判断され、余剰出力である（Ｕ１−Ｐ２）ｋＷ（２５ｋＷ）は、電動発電機１２による発電に利用することとなる。

【0045】

しかし、エンジン１１に過給機４２が設けられる場合、エンジン１１の出力は、ブースト圧に大きく左右される。ブースト圧はエンジン１１の出力の増加から時間的に遅れて高くなる傾向があるため、エンジン１１の出力が上昇しても、該出力に対応する定常的な出力が得られるまでには時間遅れが生じる。したがって、グラフＧ１５に示すように過給機４２のブースト圧が未だ十分でない場合、実際のエンジン１１の出力（グラフＧ１２）は時刻ｔ_２においてＥ（＜Ｐ２）ｋＷ（例えば４０ｋＷ）となる。これにより、メインポンプ１４の要求出力Ｐ２ｋＷと電動発電機１２への出力（Ｕ１−Ｐ２）ｋＷとの和であるＵ１ｋＷに対してエンジン１１の出力が（Ｕ１−Ｅ）ｋＷだけ足りないこととなり、エンジン１１が過負荷となって、エンジン１１の回転数がグラフＧ１４のように低下してしまい、エンジン１１が停止するおそれも生じる。

【0046】

このような問題点に対し、本実施形態のハイブリッド型建設機械１は、次のように動作する。図１０は、ハイブリッド型建設機械１の動作を説明するためのグラフである。図１０（ａ）に示すグラフＧ２１は定格出力（すなわち補償機能演算部３３から算出されるエンジン出力上限値Ｓ５）を示しており、グラフＧ２２はエンジン１１が現実に可能な出力を示しており、グラフＧ２３はメインポンプ１４の要求出力を示しており、グラフＧ２６はブースト圧を考慮したエンジン１１の出力の上限（すなわちエンジン制限量推定部３２において算出されるエンジン制限値Ｓ１）を示している。また、図１０（ｂ）に示すグラフＧ２４はエンジン１１の実際の回転数を示しており、グラフＧ２５は過給機４２の実際のブースト圧を示している。

【0047】

時刻ｔ_１において、メインポンプ１４へ供給すべき駆動力がＰ１ｋＷからＰ２ｋＷへ上昇したとする。このとき、時刻ｔ_１においてエンジン１１の回転数（グラフＧ２４）は十分に高い。しかし、過給機４２のブースト圧（グラフＧ２５）がまだ低いため、エンジン制限量推定部３２において、この低ブースト圧に応じた出力上限値がエンジン制限テーブルＤ１から選択される（グラフＧ２６）。したがって、例えば時刻ｔ_２において、エンジン１１の出力の上限値がＵ２（≒Ｅ）ｋＷに設定され、残りの必要出力（Ｐ２−Ｕ２）ｋＷは電動発電機１２からの補助により得ることとなる。これにより、エンジン１１は過負荷とはならず、グラフＧ２４のようにエンジン１１の回転数の低下を抑えることができる。図１０の実施の形態では、時刻ｔ_３において、メインポンプ１４へ供給すべき駆動力Ｐ２をエンジン１１の出力のみによって満たすことができる。

【0048】

ここで、仮に、駆動力Ｐ２が定格出力（Ｇ２１）よりも大きい場合、エンジン１１の出力は、ブースト圧を考慮したエンジン１１の出力上限（Ｇ２６）に沿って上昇し、Ｇ２１とＧ２６とが交差する時刻ｔ_４以降、エンジン１１の出力は定格出力（Ｇ２１）に沿った値となる。この場合、時刻ｔ_４までは、電動発電機１２からの補助により、不足分の駆動力を補うことができる。

【0049】

以上に説明したように、本実施形態のハイブリッド型建設機械１においては、エンジン１１の回転数および過給機４２のブースト圧とエンジン１１の出力上限値との相関（図５を参照）が不揮発性メモリ３１に記憶されており、コントローラ３０は、この相関に基づいて電動発電機１２を制御する。これにより、エンジン１１の回転数が増加してもブースト圧が低いうちはエンジン１１の出力上限値が抑えられるので、コントローラ３０は、適切な補助を電動発電機１２に行わせることができる。したがって、本実施形態のハイブリッド型建設機械１によれば、エンジン１１への過負荷を効果的に抑制することができる。なお、本実施形態の動力分配演算部３４は省略されることができ、そのような場合であっても、コントローラ３０の制御によりエンジン出力を低減することができる。その場合、コントローラ３０は、電動発電機１２の出力Ｗａ（但し、アシスト状態を正の値とする）を、メインポンプ１４の出力Ｗｐとエンジン１１の出力Ｗｅとの差に等しくなるように制御する（Ｗａ＝Ｗｐ−Ｗｅ）。このような制御方式であっても、本実施形態によれば、エンジン制限テーブルから選択された出力上限値（図１０（ａ）のグラフＧ２６）に基づいて、エンジン出力Ｗｅが抑制される。このようにエンジン出力Ｗｅが小さくなることによって、コントローラ３０は、Ｗａ＝Ｗｐ−Ｗｅの関係に従い、電動発電機１２の出力Ｗａが大きくなるようにインバータ１８Ａを制御する。

【0050】

（第２の実施の形態）
ここで、ハイブリッド型作業機械のもう一つの課題について述べる。図１１（ａ）は、エンジン１１の出力（グラフＧ３１）と、電動発電機（アシストモータ）の出力（グラフＧ３２）と、メインポンプ１４からの油圧出力（グラフＧ３３）と、エンジン１１の回転数（グラフＧ３４）それぞれの時間変化を示すグラフである。図１１（ａ）において、左側の縦軸は出力（ｋＷ）、右側の縦軸は回転数（ｒｐｍ）をそれぞれ示しており、横軸は時間（秒）を示している。また、図１１（ｂ）は、ブースト圧（過給圧）の時間変化を示すグラフである。図１１（ｂ）において、縦軸はブースト圧（ｋＰａ）を示しており、横軸は時間（秒）を示している。

【0051】

図１１（ａ）及び図１１（ｂ）では、時間がｔ_１秒経過した時点で、油圧系統に負荷がかかり、メインポンプ１４へ供給すべき駆動力がＰａ（ｋＷ）からＰｂ（ｋＷ）へ上昇している。これによってエンジン回転数が一時的に低下し、ブースト圧が低い状態となっている。しかし、必要出力を電動発電機１２からの補助により得ることによって、或るタイミングを境にエンジン１１の回転数が安定するとともに、これに伴ってブースト圧が徐々に上昇し、エンジン１１の出力が上昇している。そして、エンジン１１の出力の上昇に伴い、電動発電機１２の出力が徐々に抑えられている。

【0052】

しかしながら、図１１（ａ）に示されるように、エンジン１１の出力が上昇しても、電動発電機１２からの出力は０ｋＷにはならず、一定値を保ったまま推移することがある。すなわち、メインポンプ１４へ供給すべき駆動力の一部を電動発電機１２から供給し続ける。この状態で長時間が経過すると、バッテリ１９に蓄えられた電力が尽きてしまうおそれがある。

【0053】

図１２は、このような現象が生じる要因について説明するためのグラフである。図１２（ａ）及び図１２（ｂ）において、グラフＧ４１は、エンジン１１への燃料供給量およびエンジン１１の回転数に応じた過給機４２の最大ブースト圧（ｋＰａ）と、エンジントルクとの相関の一例を示すグラフである。また、グラフＧ４２は、エンジン１１の出力上限値に対応するエンジントルクの制限値と、不揮発性メモリ３１に記憶されたエンジン制限テーブルＤ１（図５を参照）に格納された、当該出力上限値に対応する過給機４２のブースト圧（ｋＰａ）との相関の一例を示すグラフである。図１２（ａ）及び図１２（ｂ）において、縦軸はブースト圧（ｋＰａ）を示しており、横軸は、負荷に対して要求されるエンジントルクとエンジン定格トルクとの比率（以下、エンジントルク比率とする）を示している。ここで、エンジントルクは、単位時間当たりのエンジン１１の燃料流量またはエンジン出力に換算されることができる。

【0054】

いま、図１２（ａ）の点Ｐ１に示されるように、エンジントルク比率が５０％であるとする。この場合、過給機４２の最大ブースト圧は１３０ｋＰａである。すなわち、エンジン１１の回転数が安定しているときに、過給機４２は定常状態で１３０ｋＰａのブースト圧を出力する。そして、この場合、エンジン制限テーブルＤ１による制限下であっても、グラフＧ４２に沿って、同じ過給圧１３０ｋＰａのもとでエンジントルク比率７０％まで燃料流量を高めることが可能である。エンジントルク比率７０％まで燃料流量を高めると（図中の点Ｐ２）、エンジン１１の出力が徐々に上昇して排気圧が高まることにより、過給圧が更に上昇する（図中の点Ｐ３）。これにより、更なるエンジントルク要求の上昇にも対応できるようになる。

【0055】

しかし、図１２に示した例のように、グラフＧ４１とグラフＧ４２とが交差している場合、次の問題が生じる。いま、図１２（ｂ）の点Ｐ４に示されるように、エンジントルク比率が８０％であるとする。この場合、過給機４２の最大ブースト圧は１６０ｋＰａである。すなわち、エンジン１１の回転数が安定しているときに、過給機４２は定常状態で１６０ｋＰａのブースト圧を出力する。しかし、エンジントルク比率が８０％以上になると、最大ブースト圧Ｇ４１が出力上限値に対応するブースト圧Ｇ４２よりも小さくなってしまう。この場合、エンジン制限テーブルＤ１による制限下、過給圧１６０ｋＰａのもとでエンジントルク比率を８０％より高めることができない。その結果、図１１のグラフＧ３２に示されたように、エンジン１１の出力を補って電動発電機１２からメインポンプ１４の駆動力の一部を供給し続けなければならない事態に陥ることとなる。作業機械においては、エンジン１１の回転数を低く抑えながら作業を行うことが一般的であるため、このような事態に陥りやすい。

【0056】

図１３は、このような問題点を解決するための方法を説明するためのグラフである。図１３には、図１２に示したグラフＧ４１，Ｇ４２が概略的に示されている。図１３において、縦軸はブースト圧を示しており、横軸はエンジントルク比率を示している。いま、エンジントルク比率ｘ_１（％）、ブースト圧ｂ_１であるとする（図中の点Ｐ５）。油圧負荷が加わると、エンジントルク指令と過給圧は、ここからエンジントルク比率をｘ_２（％）（ただしｘ_２＞ｘ_１）まで高めたい場合には、エンジン制限テーブルＤ１による制限下、モニタされたエンジン回転数Ｓ３と推定されたブースト圧（ｂ_１）とによってエンジン制限テーブルＤ１から選択された出力上限値に沿い、図中の実線Ａのような経路を辿ってエンジントルク比率ｘ_２（％）、ブースト圧ｂ_２（ただしｂ_２＞ｂ_１）に達する（図中の点Ｐ６）。なお、このとき、エンジン１１の出力が不足する場合には、電動発電機１２から駆動力の一部が補助される（図中の斜線領域）。

【0057】

しかし、エンジントルク比率ｘ_２（％）、ブースト圧ｂ_２である点Ｐ６はグラフＧ４２上にあるので、ブースト圧ｂ_２は現回転数における過給機４２の最大ブースト圧となっており、このままではエンジントルク比率を更に高めることはできない。

【0058】

そこで、本実施形態では、電動発電機１２からの駆動力を使ってエンジン１１の回転数を増加させることにより、エンジン１１への燃料供給量およびエンジン１１の回転数に応じた過給機４２の最大ブースト圧を高める。これにより、図中のグラフＧ４１がグラフＧ４３へ平行移動し、図中の実線Ｂのような経路を辿ってエンジントルク比率ｘ_３（％）（ただしｘ_３＞ｘ_２）、ブースト圧ｂ_３（ｂ_３＞ｂ_２）に達することができる（図中の点Ｐ７）。なお、例えば、グラフＧ４１に対応するエンジン１１の回転数は１５００ｒｐｍであり、グラフＧ４３に対応するエンジン１１の回転数は２０００ｒｐｍである。ここで、グラフＧ４４は、エンジン回転数がグラフＧ４１と同一である条件下におけるエンジン定格トルク（エンジントルク比率１００％）を示す。

【0059】

図１４は、このような方式を実現するための具体的な構成を示すブロック図である。図１４に示されるように、本実施形態のコントローラ５０は、第１実施形態のコントローラ３０の構成に加えて、次の構成を有する。すなわち、コントローラ５０は、回転数制御部５１と、リミッタ部５２と、出力上限換算部５３と、第１の過給圧算出部５４と、第２の過給圧算出部５５と、過給圧判定部５６と、目標回転数設定部５７と、不揮発性メモリ５８と、電動発電機制御部６１とを有する。

【0060】

回転数制御部５１は、エンジン１１の回転数を制御するための部分である。回転数制御部５１には、現在の回転数を示す信号（エンジン回転数モニタ信号Ｓ３）が速度センサ１１ａから入力され、また、目標回転数を示すエンジン回転数指令信号Ｓ１４が目標回転数設定部５７から入力される。回転数制御部５１は、現在の回転数と目標回転数との差がゼロに近づくようにエンジントルク指令信号Ｓ１１を生成する。このエンジントルク指令信号Ｓ１１は、リミッタ部５２を介して開閉制御部６２へ送られる。開閉制御部６２は、エンジントルク指令信号Ｓ１１に応じた開閉信号をエンジン１１に送り、エンジン１１の単位時間当たりの燃料流量を制御する。

【0061】

リミッタ部５２は、回転数制御部５１から開閉制御部６２へ送られるエンジントルク指令信号Ｓ１１を制限するための部分である。リミッタ部５２は、出力上限換算部５３から提供されるエンジン１１の出力上限値に対応する値に、エンジントルク指令信号Ｓ１１を制限する。

【0062】

出力上限換算部５３は、エンジン１１の回転数と、過給機４２のブースト圧とに基づいて、エンジン１１の出力上限値を求めるための部分である。この出力上限換算部５３は、第１実施形態におけるエンジン制限量推定部３２に相当する。すなわち、出力上限換算部５３は、本実施形態における記憶部である不揮発性メモリ５８に記憶されたエンジン制限テーブルＤ１（図５参照）に基づいて、エンジン１１の出力値の上限（すなわちエンジン制限値）を示す信号Ｓ２０を生成する。なお、このエンジン制限テーブルは、本実施形態における第１の情報であり、エンジン１１の回転数および過給機４２のブースト圧と、エンジン１１の出力上限値との相関を示す。

【0063】

出力上限換算部５３は、ブースト圧センサ１１ｂからブースト圧モニタ信号を取得する。このブースト圧モニタ信号は、ブースト圧センサ１１ｂが過給機４２のブースト圧を検出して出力される信号である。また、出力上限換算部５３は、速度センサ１１ａからエンジン回転数モニタ信号Ｓ３を取得する。出力上限換算部５３は、ブースト圧モニタ信号に示されるブースト圧の大きさと、エンジン回転数モニタ信号Ｓ３に示されるエンジン１１の回転数とをエンジン制限テーブルＤ１（図５参照）に当てはめ、導き出されるエンジン１１の出力上限値に関する信号Ｓ２０をリミッタ部５２へ出力する。

【0064】

なお、本実施形態では、出力上限換算部５３がブースト圧モニタ信号をブースト圧センサ１１ｂから得ているが、第１実施形態において述べたように、出力上限換算部５３は、エンジントルクモニタ信号から過給機４２のブースト圧を推定してもよい。過給機４２のブースト圧を推定するための好適な構成は、図６（ａ）に示したとおりである。

【0065】

第１の過給圧算出部５４は、エンジン１１への燃料供給量およびエンジン１１の回転数に応じた過給機４２の最大ブースト圧を求めるための部分である。この最大ブースト圧と、エンジン１１への燃料供給量およびエンジン１１の回転数との相関は、不揮発性メモリ５８に最大ブースト圧テーブルＤ２として記憶されている。この最大ブースト圧テーブルＤ２は、本実施形態における第３の情報である。最大ブースト圧テーブルＤ２では、最大ブースト圧はエンジン１１への燃料供給量に対して単調に増加するが、燃料供給量が同じ場合であっても最大ブースト圧はエンジン１１の回転数が増すほど高くなる。なお、図１３に示したグラフＧ４１やグラフＧ４３は、この最大ブースト圧テーブルＤ２をグラフ化したものと一致する。

【0066】

第１の過給圧算出部５４は、エンジン１１の回転数を検知するために、速度センサ１１ａからエンジン回転数モニタ信号Ｓ３を取得する。また、第１の過給圧算出部５４は、エンジン１１への燃料供給量を検知するために、リミッタ部５２から出力されたエンジントルク指令信号Ｓ１１を取得する。第１の過給圧算出部５４は、現在のエンジン１１の回転数および燃料供給量を最大ブースト圧テーブルＤ２に当てはめ、導き出される過給機４２の最大ブースト圧に関する信号Ｓ１２を出力する。

【0067】

第２の過給圧算出部５５は、エンジン１１の出力上限値（すなわち出力上限換算部５３からの出力信号）に対応するエンジン１１への燃料供給量の制限値から、過給機４２のブースト圧を求めるための部分である。この燃料供給量の制限値と過給機４２のブースト圧との相関は、不揮発性メモリ５８にテーブルＤ３として記憶されている。このテーブルＤ３は、本実施形態における第４の情報である。なお、図１３に示したグラフＧ４２は、このテーブルＤ３をグラフ化したものと一致する。

【0068】

第２の過給圧算出部５５は、エンジン１１への燃料供給量を検知するために、リミッタ部５２から出力されたエンジントルク指令信号Ｓ１１を取得する。第２の過給圧算出部５５は、現在のエンジン１１への燃料供給量をテーブルＤ３に当てはめ、導き出される過給機４２のブースト圧に関する信号Ｓ１３を出力する。

【0069】

第１の過給圧算出部５４および第２の過給圧算出部５５のそれぞれから出力された信号Ｓ１２及びＳ１３は、演算部５９に入力され、演算部５９によってその差が演算される。過給圧判定部５６は、この差、すなわち最大ブースト圧テーブルＤ２から求められる最大ブースト圧とテーブルＤ３から求められる過給機４２のブースト圧との差が所定の閾値より小さいか否かを判定する。過給圧判定部５６は、この差が所定の閾値より小さいか否かを示す二値信号を、目標回転数設定部５７へ出力する。例えば、過給圧判定部５６は、上記差が所定の閾値を下回っている場合には１、上記差が所定の閾値以上である場合には０を出力する。なお、上記差が所定の閾値を下回る場合とは、図１３においてグラフＧ４２がグラフＧ４１に接近した場合をいい、点Ｐ６が該当する。ここで、上述の説明では第１及び第２の過給圧算出部５４，５５へはエンジントルク指令信号Ｓ１１が入力されるが、エンジントルクの検出値が入力されてもよい。

【0070】

目標回転数設定部５７は、エンジン１１の回転数の目標値を算出するための部分である。目標回転数設定部５７は、最大ブースト圧テーブルＤ２から求められる最大ブースト圧とテーブルＤ３から求められる過給機４２のブースト圧との差が所定の閾値以上である場合には、通常の回転数目標を設定する。また、目標回転数設定部５７は、この差が所定の閾値を下回っている場合には、通常の回転数目標より高い回転数目標を設定する。目標回転数設定部５７は、これらの回転数目標を示すエンジン回転数指令信号Ｓ１４を、回転数制御部５１および電動発電機制御部６１へ出力する。

【0071】

電動発電機制御部６１は、速度センサ１１ａからエンジン１１の回転速度に関する信号Ｓ３を入力するとともに、目標回転数設定部５７からエンジン回転数指令信号Ｓ１４を入力する。電動発電機制御部６１は、これらの信号に基づいて、電動発電機１２の出力指令値を示す信号Ｓ１０を生成する。電動発電機制御部６１は、エンジン回転数指令信号Ｓ１４に示される回転数目標がエンジン１１の現在の回転速度より所定値以上高い場合には、インバータ回路１８Ａ（図２を参照）を制御することにより、電動発電機１２にエンジン１１の駆動力を補助させる。これにより、エンジン１１の回転速度が高められ、エンジン回転数指令信号Ｓ１４に示される回転数目標に近づく。

【0072】

このように、電動発電機１２からの駆動力を使ってエンジン１１の回転数が増加することにより、エンジン１１への燃料供給量およびエンジン１１の回転数に応じた過給機４２の最大ブースト圧が高められる。これにより、図１３に示されたグラフＧ４１がグラフＧ４３へ平行移動し、図中の実線Ｂのような経路を辿ってエンジントルク比率およびブースト圧を更に高めることができる。

【0073】

図１５（ａ）は、上述したコントローラ５０を備えるハイブリッド型作業機械における、エンジン１１の出力（グラフＧ５１）、電動発電機（アシストモータ）の出力（グラフＧ５２）、メインポンプ１４からの油圧出力（グラフＧ５３）、及びエンジン１１の回転数（グラフＧ５４）それぞれの時間変化を示すグラフである。図１５（ａ）及び図１５（ｂ）の縦軸および横軸は、それぞれ図１１（ａ）及び図１１（ｂ）と同様である。

【0074】

図１５では、図１１と同様に、時間が１秒（ｔ_１）経過した時点で油圧系統に負荷がかかり、メインポンプ１４へ供給すべき駆動力がＰａ（ｋＷ）からＰｂ（ｋＷ）へ上昇している。これによってエンジン回転数が一時的に低下し、ブースト圧が低い状態となるが、電動発電機１２からの補助を受けることによって、或るタイミングを境にエンジン１１の回転数が安定するとともに、これに伴ってブースト圧が徐々に上昇し、エンジン１１の出力が上昇する。そして、エンジン１１の出力の上昇に伴い、電動発電機１２の出力が徐々に抑えられる。

【0075】

そして、時間が４秒（ｔ_４）を経過した時に、エンジン１１の回転数（グラフＧ５４）が上昇し始める。これは、エンジン１１の回転数および燃料供給量に応じた過給機４２の最大ブースト圧と、エンジン１１の出力上限値に対応する燃料供給量の制限値から求められる過給機４２のブースト圧との差が、所定の閾値を下回ったからである。すなわち、過給圧判定部５６によってこの差が所定の閾値を下回ったと判定され、目標回転数設定部５７によって目標回転数が上昇し、電動発電機制御部６１によって電動発電機１２がエンジン１１の駆動力を補助したことによる。

【0076】

こうしてエンジン１１の回転数が電動発電機１２の補助によって徐々に上昇すると、これによりエンジン１１の出力（グラフＧ５１）が高まる（約５秒過ぎ）。そして、これによって過給機４２のブースト圧（図１５（ｂ））も高まるので、電動発電機１２がエンジン１１の駆動力を補助する必要がなくなり、図１５（ａ）に示されるように、電動発電機１２の出力（グラフＧ５２）はゼロに近づく。

【0077】

このように、本実施形態のハイブリッド型作業機械によれば、図１２（ｂ）に示されたような状態に陥った場合でも、エンジン１１の出力を更に上昇させることが可能である。そして、駆動力の一部を電動発電機１２から供給し続けるような事態を回避できるので、バッテリ１９に蓄えられた電力を好適に維持することができる。

【0078】

なお、過給圧判定部５６において使用される所定の閾値は、固定値に限られない。例えば、所定の閾値が燃料供給量（エンジントルク指令信号Ｓ１１）に応じて変化するような値であっても、上述した効果を好適に得ることができる。

【0079】

（変形例）
図１６は、ハイブリッド型建設機械の電気系統や油圧系統といった内部構成の変形例を示すブロック図である。なお、図１６では、機械的に動力を伝達する系統を二重線で、油圧系統を太い実線で、操縦系統を破線で、電気系統を細い実線でそれぞれ示している。図１６に示されるように、本変形例のハイブリッド型建設機械は、油圧モータ２ａ及び２ｂ、ブームシリンダ８、アームシリンダ９、バケットシリンダ１０を備えており、更に、旋回用油圧モータ９９を備えている。旋回用油圧モータ９９は、旋回用電動機２１に代わって設けられ、図１に示した旋回体４を旋回させる旋回機構３の動力源となる。

【0080】

また、本変形例のハイブリッド型建設機械は、エンジン１１、電動発電機１２、変速機１３、メインポンプ１４、パイロットポンプ１５、高圧油圧ライン１６、コントロールバルブ１７、インバータ回路１８Ａ、パイロットライン２５、操作装置２６、油圧ライン２７及び２８、圧力センサ２９、過給機４２、コントローラ５０、並びに蓄電部１２０を備えている。これらの構成および機能は、上述した各実施形態と同様である。

【0081】

上述した各実施形態のハイブリッド型建設機械は、本変形例のような旋回用油圧モータ９９を備える構成であっても、その効果が十分に得られる。

【0082】

本発明によるハイブリッド型作業機械は、上記した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、リフティングマグネットを備える建設機械を示したが、リフティングマグネットに代えてバケット等の種々のアタッチメントを備える建設機械に本発明を提供することも可能である。すなわち、上記実施形態では建設機械であるリフティングマグネット車両を例示して説明したが、ハイブリッド構造を備える他の建設機械（ショベル、ホイルローダ、クレーン等）や、建設機械以外の作業機械（例えば、フォークリフト等）にも本発明を適用できる。

【産業上の利用可能性】

【0083】

本発明は、特にハイブリッド型建設機械等の作業機械に利用可能である。

【符号の説明】

【0084】

１…ハイブリッド型建設機械、２…走行機構、３…旋回機構、４…旋回体、７…リフティングマグネット、８…ブームシリンダ、９…アームシリンダ、１０…バケットシリンダ、１１…エンジン、１１ａ…速度センサ、１１ｂ…ブースト圧センサ、１２…電動発電機、１３…変速機、１４…メインポンプ、１８Ａ，２０Ａ，２０Ｂ…インバータ回路、１９…バッテリ、２１…旋回用電動機、３０…コントローラ、３１，５８…不揮発性メモリ、３２…エンジン制限量推定部、３３…補償機能演算部、３４…動力分配演算部、３５…信号選択部、４２…過給機、５０…コントローラ、５１…回転数制御部、５２…リミッタ部、５３…出力上限換算部、５４…第１の過給圧算出部、５５…第２の過給圧算出部、５６…過給圧判定部、５７…目標回転数設定部、６１…電動発電機制御部、６２…開閉制御部、１００…昇降圧コンバータ、１１０…バス、１２０…蓄電部、Ｄ１…エンジン制限テーブル、Ｄ２…最大ブースト圧テーブル。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】