特許 6247617 建設機械

(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】6247617

(24)【登録日】2017年11月24日

(45)【発行日】2017年12月13日

(54)【発明の名称】建設機械

(51)【国際特許分類】

   F02D 29/04 20060101AFI20171204BHJP

   E02F 9/20 20060101ALI20171204BHJP

   E02F 9/22 20060101ALI20171204BHJP

   F02D 29/00 20060101ALI20171204BHJP

   F02D 29/06 20060101ALI20171204BHJP

   F02D 45/00 20060101ALI20171204BHJP

   H02P 9/04 20060101ALI20171204BHJP

   B60W 20/00 20160101ALI20171204BHJP

   B60W 10/06 20060101ALI20171204BHJP

   B60W 10/08 20060101ALI20171204BHJP

【ＦＩ】

   F02D29/04 G

   E02F9/20 Z

   E02F9/22 Z

   F02D29/00 B

   F02D29/06 L

   F02D29/06 N

   F02D45/00 305C

   F02D45/00 322C

   F02D29/06 A

   H02P9/04 J

   B60W20/00ZHV

   B60W10/06 900

   B60W10/08 900

【請求項の数】3

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2014-187018(P2014-187018)

(22)【出願日】2014年9月12日

(65)【公開番号】特開2016-61155(P2016-61155A)

(43)【公開日】2016年4月25日

【審査請求日】2016年12月9日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005522

【氏名又は名称】日立建機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000442

【氏名又は名称】特許業務法人 武和国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】星野 雅俊

(72)【発明者】

【氏名】石原 新士

(72)【発明者】

【氏名】糸賀 健太郎

【審査官】 山村 秀政

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−０１２４２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０７４４０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１２０４２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０７４４０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０７４４０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０７４４０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 再公表特許第２０１０／１４７１２１（ＪＰ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０２１８０７５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｄ ２９／０４

Ｂ６０Ｗ １０／０６

Ｂ６０Ｗ １０／０８

Ｂ６０Ｗ ２０／００

Ｅ０２Ｆ ９／２０

Ｅ０２Ｆ ９／２２

Ｆ０２Ｄ ２９／００

Ｆ０２Ｄ ２９／０６

Ｆ０２Ｄ ４５／００

Ｈ０２Ｐ ９／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンと、
前記エンジンの動力のアシスト及び発電を行う電動発電機と、
前記電動発電機との間で電力の授受を行う蓄電装置と、
前記エンジン、及び前記電動発電機により駆動される油圧ポンプと、
前記エンジンの実回転数を検出する回転数検出装置と、
前記回転数検出装置によって検出された前記エンジンの実回転数及び前記エンジンの目標回転数に基づいて、前記エンジンのトルクを発生させる制御を行うエンジンコントローラと、
車体の動作を制御する車体コントローラとを備えた建設機械において、
前記車体コントローラは、
前記油圧ポンプの吸収動力であるポンプ吸収動力を推定する負荷推定部と、
前記蓄電装置の充電状態に応じて、前記電動発電機の回生動作又は力行動作に対して要求される回生力行要求動力を演算する回生力行要求演算部と、
前記負荷推定部によって推定されたポンプ吸収動力及び前記回生力行要求演算部によって演算された回生力行要求動力に基づいて、前記エンジンに要求される動力であるエンジン要求動力を演算するエンジン要求演算部と、
前記エンジン要求演算部によって演算された前記エンジン要求動力及び前記回転数検出装置によって検出された前記エンジンの実回転数に応じて、前記電動発電機の目標回転数に基づいて前記電動発電機のトルクを発生させる回転数制御、及び前記電動発電機の目標トルクに基づいて前記電動発電機のトルクを発生させるトルク制御のいずれかを行う電動発電機制御部とを含み、
前記電動発電機制御部は、前記エンジン要求演算部によって演算された前記エンジン要求動力及び前記回転数検出装置によって検出された前記エンジンの実回転数に応じて、前記回転数制御と前記トルク制御を切替える制御切替部を有し、
前記制御切替部は、前記トルク制御が行われている間に、前記エンジンが最大トルクを発生した状態で前記エンジン要求動力が増大して前記エンジンの回転数が所定の第１の回転数よりも低くなったとき、前記トルク制御から前記回転数制御へ切替え、前記回転数制御が行われている間に、前記エンジン要求動力が前記エンジンの最大トルクよりも小さな値に設定された基準動力より小さくなったとき、前記回転数制御から前記トルク制御に切替え、
前記電動発電機制御部は、前記回転数制御の際には前記電動発電機の目標回転数を前記エンジンの目標回転数より低い回転数に設定し、前記回転数制御を行っている間は前記エンジンの回転数が前記エンジンの目標回転数より所定回転数低く維持されるように前記電動発電機のトルクを調整することを特徴とする建設機械。

【請求項2】

請求項１に記載の建設機械において、
前記エンジンコントローラは、前記エンジンの回転数の低下に対応して前記エンジンのトルクが所定の傾きで増加するガバナ特性で前記エンジンを動作させ、
前記電動発電機制御部は、前記トルク制御を行っている間に、前記電動発電機の目標トルクを力行動作に対応する目標トルクに設定した状態で、前記エンジンの回転数が所定の第２の回転数よりも高くなったとき、前記電動発電機の目標トルクを減少させることを特徴とする建設機械。

【請求項3】

請求項１に記載の建設機械において、
前記車体コントローラは、
前記エンジンのトルクを推定するトルク推定部を備え、
前記エンジンコントローラは、前記エンジンの回転数が前記エンジンの目標回転数に一致するように前記エンジンのトルクを発生させ、
前記電動発電機制御部は、前記トルク制御を行っている間に、前記電動発電機の目標トルクを力行動作に対応する目標トルクに設定した状態で、前記トルク推定部によって推定されたトルクが所定のトルクよりも小さくなったとき、前記電動発電機の目標トルクを減少させることを特徴とする建設機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、エンジン及び電動発電機によって油圧ポンプを駆動するハイブリッドシステムが適用された建設機械に関する。

【背景技術】

【0002】

この種のハイブリッドシステムが適用された建設機械、いわゆるハイブリッド建設機械においては、車体の動作に伴う負荷が大きいときには、蓄電装置の電力を用いて電動発電機を力行させることでエンジンの動力をアシストし、車体の動作に伴う負荷が小さいときには、エンジンで電動発電機を回生させることで蓄電装置を充電する技術が知られている。

【0003】

さらに、ハイブリッド建設機械の従来技術の１つとして、エンジンの動作を制御するエンジン制御手段と、電動発電機の動作を制御する電動発電制御手段とを備え、エンジン制御手段は、回転数の低下に応じてトルクが一定の割合で増加するドループ特性でエンジンを動作させ、電動発電制御手段は、電動発電機に目標回転数を与えることにより、エンジンの回転数が目標回転数に一致するように、電動発電機のトルクを発生させる制御を行う回転数制御で電動発電機を動作させるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

【0004】

具体的には、この従来技術のハイブリッド建設機械によれば、電動発電制御手段が、エンジンの動作特性（回転数−トルク特性）において低燃費や低排気となる領域に対応する回転数を目標回転数として電動発電機に与え、主には電動発電機を回転数制御で動作させるようにしている。このとき、エンジンはエンジン制御手段によってドループ特性に従って、その制御された回転数に対応するトルクを発生するので、車体の動作に伴う負荷が変化しても、エンジンの回転数とトルクを常に低燃費や低排気となる領域内に保つことができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００３−２８０７１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、特許文献１に開示された従来技術のハイブリッド建設機械では、過渡的な挙動を時間で平均化して評価すれば、上述したようにエンジン制御手段及び電動発電制御手段によってエンジンの回転数とトルクを所望の領域に制御することができるが、エンジンの各気筒内における爆発の周期に対応するような短時間での挙動を評価すると、エンジンの回転数及びトルクは所望の領域にあっても、その中での回転数及びトルクの変動が大きくなることがある。

【0007】

ここで、エンジンのトルクは各気筒の爆発によって発生し、エンジンの回転は爆発直後に加速して圧縮行程で減速するので、エンジンの回転数は各気筒内における爆発の周期で変動する。すなわち、エンジンは各気筒の爆発行程でしかトルクを発生させることができないので、エンジンの回転数は平均的に一定であっても必ず変動することになる。

【0008】

従来技術のハイブリッド建設機械では、エンジン制御手段は、通常、エンジンの各気筒内において爆発が起こるタイミングを把握しているので、エンジンの回転数の変動成分が大きくなければ、その変動成分を除去することができる。これにより、ドループ特性において変動成分が除去されたエンジンの回転数とトルクが一対一で対応する。一方、電動発電制御手段は、エンジンの各気筒内において爆発が起こるタイミングを把握できないので、変動成分が含まれるエンジンの回転数を測定し、電動発電機の回転数を目標回転数（ほぼ定数）に一致させるようとする回転数制御を行うことにより、電動発電機のトルクは車体の動作に伴う負荷が一定であっても変動することになる。

【0009】

そして、電動発電機のトルクの変動によりエンジンの回転数の変動が大きくなり、その結果、エンジン制御手段が変動成分を除去できない程度にエンジンの回転数が変動すると、ドループ特性においてエンジンの回転数に対応するトルクも変動し、このトルクの変動に伴ってエンジンの回転数がさらに大きく変動する。このように、従来技術のハイブリッド建設機械では、電動発電制御手段による回転数制御がエンジンの各気筒内での爆発に伴う回転数及びトルクの変動を増幅させることにより、エンジンの回転数及びトルクが安定せずに変動を繰り返すハンチングが生じることが懸念されている。

【0010】

本発明は、このような従来技術の実情からなされたもので、その目的は、エンジンの動作制御におけるハンチングの発生を抑制することができる建設機械を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記の目的を達成するために、本発明の建設機械は、エンジンと、前記エンジンの動力のアシスト及び発電を行う電動発電機と、前記電動発電機との間で電力の授受を行う蓄電装置と、前記エンジン、及び前記電動発電機により駆動される油圧ポンプと、前記エンジンの実回転数を検出する回転数検出装置と、前記回転数検出装置によって検出された前記エンジンの実回転数及び前記エンジンの目標回転数に基づいて、前記エンジンのトルクを発生させる制御を行うエンジンコントローラと、車体の動作を制御する車体コントローラとを備えた建設機械において、前記車体コントローラは、前記油圧ポンプの吸収動力であるポンプ吸収動力を推定する負荷推定部と、前記蓄電装置の充電状態に応じて、前記電動発電機の回生動作又は力行動作に対して要求される回生力行要求動力を演算する回生力行要求演算部と、前記負荷推定部によって推定されたポンプ吸収動力及び前記回生力行要求演算部によって演算された回生力行要求動力に基づいて、前記エンジンに要求される動力であるエンジン要求動力を演算するエンジン要求演算部と、前記エンジン要求演算部によって演算された前記エンジン要求動力及び前記回転数検出装置によって検出された前記エンジンの実回転数に応じて、前記電動発電機の目標回転数に基づいて前記電動発電機のトルクを発生させる回転数制御、及び前記電動発電機の目標トルクに基づいて前記電動発電機のトルクを発生させるトルク制御のいずれかを行う電動発電機制御部とを含み、前記電動発電機制御部は、前記エンジン要求演算部によって演算された前記エンジン要求動力及び前記回転数検出装置によって検出された前記エンジンの実回転数に応じて、前記回転数制御と前記トルク制御を切替える制御切替部を有し、前記制御切替部は、前記トルク制御が行われている間に、前記エンジンが最大トルクを発生した状態で前記エンジン要求動力が増大して前記エンジンの回転数が所定の第１の回転数よりも低くなったとき、前記トルク制御から前記回転数制御へ切替え、前記回転数制御が行われている間に、前記エンジン要求動力が前記エンジンの最大トルクよりも小さな値に設定された基準動力より小さくなったとき、前記回転数制御から前記トルク制御に切替え、前記電動発電機制御部は、前記回転数制御の際には前記電動発電機の目標回転数を前記エンジンの目標回転数より低い回転数に設定し、前記回転数制御を行っている間は前記エンジンの回転数が前記エンジンの目標回転数より所定回転数低く維持されるように前記電動発電機のトルクを調整することを特徴としている。

【0012】

このように構成した本発明では、電動発電機制御部によってトルク制御が行われているときに、エンジン要求動力が増大してエンジンのトルクが最大トルクまで増加すると、その後エンジンの回転数が低下する。すなわち、エンジンのラグダウンが生じる。そして、エンジンの回転数が所定の第１の回転数よりも低くなると、電動発電機制御部の制御切替部が電動発電機の動作制御をトルク制御から回転数制御へ切替えることにより、電動発電機の目標回転数に基づいて電動発電機のトルクが発生するので、エンジンの回転数が変動しても、エンジンは最大トルクの状態を維持することができる。このようなエンジンの最大トルクの状態では、エンジンの特性上、エンジンの回転数の変動に伴うエンジンのトルクの変動が少なくて済むので、エンジンの回転数及びトルクを安定させることができる。これにより、エンジンの動作制御におけるハンチングの発生を抑制することができる。

【0014】

また、本発明では、電動発電機制御部によって回転数制御が行われているときに、エンジン要求動力がエンジンの最大トルクよりも小さな値に設定された基準動力より小さくなると、電動発電機制御部の制御切替部が電動発電機の動作制御を回転数制御からトルク制御へ切替えることにより、エンジンのトルクを最大トルク以下へ迅速に減少させることができるので、蓄電装置の過剰な充電が行われることを防止しつつ、エンジンの負荷を低減することができる。

【0015】

また、本発明は、電動発電機制御部によって回転数制御が行われている間は、エンジンの回転数が目標回転数よりも所定回転数低く維持されるように電動発電機のトルクを調整するので、電動発電機のトルクの変動に拘わらず、エンジンが最大トルクの状態を安定して維持することができる。

【0016】

また、本発明に係る建設機械は、前記発明において、前記エンジンコントローラは、前記エンジンの回転数の低下に対応して前記エンジンのトルクが所定の傾きで増加するガバナ特性で前記エンジンを動作させ、前記電動発電機制御部は、前記トルク制御を行っている間に、前記電動発電機の目標トルクを力行動作に対応する目標トルクに設定した状態で、前記エンジンの回転数が所定の第２の回転数よりも高くなったとき、前記電動発電機の目標トルクを減少させることを特徴としている。

【0017】

このように構成した本発明では、電動発電機制御部によってトルク制御が行われている間に、力行動作に対応する電動発電機の目標トルクに対して過大なトルクが誤って設定されても、エンジンの回転数が所定の第２の回転数よりも高くなった時点で、電動発電機の目標トルクが減少することにより、電動発電機の余分なトルクが発生してエンジンが過剰に回転するのを抑制することができる。これにより、エンジンの過回転を未然に回避することができる。

【0018】

また、本発明に係る建設機械は、前記発明において、前記車体コントローラは、前記エンジンのトルクを推定するトルク推定部を備え、前記エンジンコントローラは、前記エンジンの回転数が前記エンジンの目標回転数に一致するように前記エンジンのトルクを発生させ、前記電動発電機制御部は、前記トルク制御を行っている間に、前記電動発電機の目標トルクを力行動作に対応する目標トルクに設定した状態で、前記トルク推定部によって推定されたトルクが所定のトルクよりも小さくなったとき、前記電動発電機の目標トルクを減少させることを特徴としている。

【0019】

このように構成した本発明では、電動発電機制御部によってトルク制御が行われている間に、力行動作に対応する電動発電機の目標トルクに対して過大なトルクが誤って設定されても、トルク推定部によって推定されたトルクが所定のトルクよりも小さくなった時点で、電動発電機の目標トルクが減少することにより、電動発電機の余分なトルクが発生してエンジンが過剰に回転するのを抑制することができる。これにより、エンジンの過回転を未然に回避することができる。

【発明の効果】

【0020】

本発明の建設機械によれば、トルク制御が行われている間に、エンジンに要求される動力が増大してエンジンの回転数が所定の第１の回転数よりも低くなったときに、電動発電機制御部の制御切替部によって電動発電機の動作制御がトルク制御から回転数制御へ切替わることにより、エンジンが最大トルクの状態を維持できるので、エンジンの回転数及びトルクを安定させることができる。これにより、エンジンの動作制御におけるハンチングの発生を抑制できるので、従来よりもエンジンの排気及び燃費の性能を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本実施形態に係る建設機械の一例として挙げたハイブリッド油圧ショベルの外観を示す図である。

【図2】本発明の第１実施形態に係るハイブリッド油圧ショベルの構成を示す図である。

【図3】図２の車体コントローラの制御演算回路の構成を示す図である。

【図4】図３の制御切替部による回転数制御とトルク制御の切替動作について説明する図である。

【図5】図４の切替動作に伴うエンジンの動作特性を示す回転数−トルク特性線図である。

【図6】図３の電動発電機制御部による電動発電機の動作制御の状態が状態Ｓ２のときの電動発電機の動作を説明する図である。

【図7】図３の電動発電機制御部による電動発電機の動作制御の状態が状態Ｓ２のときの電動発電機の動作において、ポンプ吸収動力、エンジン要求動力、電動発電機への要求トルク、電動発電機のトルク、及びエンジンの動作状態の関係を示す図である。

【図8】図３の電動発電機制御部による電動発電機の動作制御の状態が状態Ｓ１のときの電動発電機の動作を説明する図である。

【図9】図３の電動発電機制御部における電動発電機の目標トルクの補正に関する構成を示す図である。

【図10】本発明の第２実施形態に係る車体コントローラの制御演算回路の構成を示す図である。

【図11】図１０の電動発電機制御部による電動発電機の動作制御の状態が状態Ｓ２のときの電動発電機の動作を説明する図である。

【図12】図１０の電動発電機制御部による電動発電機の動作制御の状態が状態Ｓ１のときの電動発電機の動作を説明する図である。

【図13】図１０の電動発電機制御部における電動発電機の目標トルクの補正に関する構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明に係る建設機械を実施するための形態を図に基づいて説明する。

【0023】

［第１実施形態］
本発明に係る建設機械の第１実施形態は、例えば、図１に示すハイブリッド油圧ショベル（以下、便宜的に油圧ショベルと呼ぶ）１に適用される。この油圧ショベル１は、走行体２と、この走行体２上に旋回フレーム（図示せず）を介して旋回可能に設けられた旋回体３と、旋回体３の前方に取り付けられ、上下方向に回動して掘削等の作業を行う多関節型のフロント作業機４とを備えている。

【0024】

走行体２は、トラックフレーム６と、このトラックフレーム６に設けられ、旋回体３を旋回させる旋回電動機７（図２参照）と、トラックフレーム６の前後方向に沿う一端に取付けられて回動駆動するスプロケット（駆動輪）８と、このスプロケット８を回転させる走行モータ９と、トラックフレーム６の前後方向に沿う他端に回動可能に取付けられたアイドラ（遊動輪）１０と、これらのスプロケット８及びアイドラ１０の外周に無端状に巻かれた履帯１１とを有しており、スプロケット８が回動駆動することで履帯１１が回動して地面と摺動し、車体が移動するようになっている。

【0025】

旋回体３は、前部に設けられた運転室１３と、後部に設けられ、車体の重量のバランスを保つカウンタウェイト１４と、後部に設けられ、後述のエンジン１５（図２参照）が収納されるエンジンルーム１６と、旋回電動機７、走行モータ９、後述のブームシリンダ４ａ、アームシリンダ４ｂ、及びバケットシリンダ４ｃ等のアクチュエータの駆動を制御するアクチュエータ駆動制御システム１７（図２参照）とを備えている。

【0026】

フロント作業機４は、基端が旋回フレームに回動可能に取り付けられて上下方向に回動するブーム４Ａと、このブーム４Ａの先端に回動可能に取り付けられたアーム４Ｂと、このアーム４Ｂの先端に回動可能に取り付けられたバケット４Ｃとを有している。また、フロント作業機４は、旋回体３とブーム４Ａとを接続し、伸縮することによってブーム４Ａを回動させるブームシリンダ４ａと、ブーム４Ａとアーム４Ｂとを接続し、伸縮することによってアーム４Ｂを回動させるアームシリンダ４ｂと、アーム４Ｂとバケット４Ｃとを接続し、伸縮することによってバケット４Ｃを回動させるバケットシリンダ４ｃとを有している。ブーム４Ａ、アームＡＢ、バケット４Ｃ、及び旋回体３の各動作は、後述の操作レバー装置２４Ａ，２４Ｂの油圧操作信号（制御パイロット圧力）により指示され、走行体２の動作は、後述の走行用の操作ペダル装置の油圧操作信号（制御パイロット圧力）により指示される。

【0027】

次に、旋回体３に搭載されたアクチュエータ駆動制御システム１７の構成について、図２を参照して説明する。

【0028】

図２に示すように、アクチュエータ駆動制御システム１７は、エンジン１５と、このエンジン１５により駆動される油圧ポンプ２１と、この油圧ポンプ２１によって吐出された圧油の流れを制御する方向切換弁２２と、パイロット圧油としての作動油を方向切換弁２２へ供給するパイロットポンプ（図示せず）と、油圧ポンプ２１及びパイロットポンプへ供給される作動油を貯蔵する作動油タンク２３と、運転室１３内に設けられ、アクチュエータ４ａ〜４ｃ，７の所望の動作を可能とし、運転室１３内の操作者が把持して操作する操作レバー２４Ａ１，２４Ｂ１が搭載された操作レバー装置２４Ａ，２４Ｂと、運転室１３内に設けられ、走行体２の所望の動作を可能とし、運転室１３内の操作者が踏み込んで操作する操作ペダル（図示せず）が搭載された操作ペダル装置（図示せず）と、これらの操作レバー装置２４Ａ，２４Ｂ及び操作ペダル装置に入口側が接続され、方向切換弁２２の後述の受圧室に出口側が接続されたシャトル弁ブロック２５とを含んでいる。

【0029】

エンジン１５は、内部の各気筒内への燃料噴射量を調整する電子ガバナ１５Ａを有している。油圧ポンプ２１は、例えば、可変容量型油圧ポンプから成っている。具体的には、油圧ポンプ２１は、斜板（図示せず）と、この斜板の傾転角を調整し、吐出する圧油の流量を制御するポジティブ制御方式のレギュレータ２１Ａとを有している。

【0030】

このレギュレータ２１Ａは、シャトル弁ブロック２５に電気的に接続されており、操作レバー装置２４Ａ，２４Ｂ及び操作ペダル装置の操作部材である操作レバー２４Ａ１，２４Ｂ１及び操作ペダルの操作量（要求流量）が増加し、シャトル弁ブロック２５を介して受信した油圧操作信号が上昇するに従って油圧ポンプ２１の斜板の傾転角（容量）を増加させることにより、油圧ポンプ２１の吐出流量が増加するようになっている。なお、レギュレータ２１Ａは、図示されないが、油圧ポンプ２１の吐出圧が高くなるに従って油圧ポンプ２１の傾転角（容量）を減らして、油圧ポンプ２１の吸収トルクを予め設定した最大トルクを超えないように制御するトルク制限制御機能を有している。

【0031】

方向切換弁２２は、例えば、センタバイパスラインに配置されるオープンセンタ型のスプール弁から成り、油圧ポンプ２１及びアクチュエータ４ａ〜４ｃとの間で油圧回路を構成している。また、方向切換弁２２は、図示されないが、外殻を形成するハウジング内でストロークすることにより、油圧ポンプ２１から吐出された圧油の流量及び方向を調整するスプールと、シャトル弁ブロック２５からの制御パイロット圧力が作用し、スプールのストローク量を変更する受圧部とを有している。

【0032】

操作レバー装置２４Ａ，２４Ｂ及び操作ペダル装置は、パイロットポンプから吐出された圧油により生成された１次圧を当該各装置に備えられる減圧弁（リモコン弁）の操作開度に応じて２次圧に減圧して制御パイロット圧力（油圧操作信号）を生成し、その制御パイロット圧力が方向切換弁２２の受圧室に送られることにより、方向切換弁２２を中立位置から切換操作する。シャトル弁ブロック２５は、操作レバー２４Ａ１，２４Ｂ１が生成する油圧操作信号のうち旋回操作を指示する油圧操作信号以外の油圧操作信号と、操作ペダル装置が生成する油圧操作信号のうち最も圧力が高い油圧操作信号を選択してレギュレータ２１Ａへ出力する。

【0033】

また、アクチュエータ駆動制御システム１７は、エンジン１５の駆動軸上に配置され、エンジン１１との間でトルクを伝達することにより、エンジン１１の動力のアシスト及び発電を行う電動発電機（Ｍ／Ｇ）３１と、旋回体３を駆動する前述の旋回電動機（Ｍ）７と、これらの電動発電機３１及び旋回電動機７の動作を制御するインバータ３２，３３と、インバータ３２，３３を介して電動発電機３１及び旋回電動機７との間で電力の授受を行う蓄電装置としてのバッテリ３４と、このバッテリ３４の動作を制御するバッテリコントローラ３５とを備えている。

【0034】

さらに、アクチュエータ駆動制御システム１７は、エンジン１５の目標回転数を設定する目標回転数設定部３６と、エンジン１５の実回転数を検出する回転数検出装置としての回転数センサ３７と、この回転数センサ３７及び電子ガバナ１５Ａに接続され、エンジン１５の動作を制御するエンジンコントローラ３８と、操作レバー装置２４Ａ，２４Ｂ及び操作ペダル装置によって減圧された制御パイロット圧力を検出する圧力センサ３９Ａ，３９Ｂと、油圧ポンプ２１と方向切換弁２２との間に設けられ、油圧ポンプ２１から吐出された圧油の吐出圧を検出する吐出圧センサ４０と、インバータ３２，３３、バッテリコントローラ３５、目標回転数設定部３６、エンジンコントローラ３８、及び圧力センサ３９Ａ，３９Ｂに接続され、これらの各機器と種々の信号の入出力を行うことにより、車体全体の動作を制御する車体コントローラ４１とを含んでいる。

【0035】

電動発電機３１は、エンジン１５及び油圧ポンプ２１の回転軸と連結されており、エンジン１５の動力を電気エネルギ（電力）に変換してインバータ３２へ出力する発電機としての機能と、インバータ３２から供給される電気エネルギ（電力）により駆動され、エンジン１５の動力をアシストして油圧ポンプ２１を駆動する電動機としての機能とを有している。旋回電動機７は、インバータ３３から供給される電気エネルギ（電力）により旋回体３を駆動する。また、旋回電動機７は、旋回体３の制動時の動力を電気エネルギ（電力）に変換してインバータ３３へ出力する回生機能を有している。

【0036】

インバータ３２は、電動発電機３１が発電機として機能するときは、電動発電機３１で生成した交流電力を直流電力に変換してバッテリ３４又はインバータ３３へ出力し、電動発電機３１が電動機として機能するときは、バッテリ３４からの直流電力を交流電力に変換して電動発電機３１へ供給する。インバータ３３は、旋回電動機７による回生機能が作動するときは、旋回電動機７で生成した交流電力を直流電力に変換してバッテリ３４へ出力し、旋回電動機７が旋回体３を駆動するときは、バッテリ３４又はインバータ３２からの直流電力を交流電力に変換して旋回電動機７へ供給する。

【0037】

バッテリ３４は、バッテリコントローラ３５からの制御指令を入力し、インバータ３２，３３へ直流電力を供給して放電し、あるいはインバータ３２，３３から供給された直流電力を蓄積して充電することにより、電動発電機３１で生成した電気エネルギ及び旋回電動機７で回生した電気エネルギを蓄える。バッテリコントローラ３５は、バッテリ３４の電圧及び電流を検出し、バッテリ３４に蓄えられている電気エネルギの量、いわゆる蓄電残量（ＳＯＣ）を推定して車体コントローラ４１に入力する。

【0038】

目標回転数設定部３６は、例えば、運転室１３内に設けられ、軽掘削作業やならし作業等の軽負荷又は中負荷の作業を行うときのモードであるエコノミーモード、及びこのエコノミーモードより高負荷の作業を行うときのモードである高負荷モード等の作業の内容に応じた作業モードを選択し、各作業モードにおいてエンジン１５の目標回転数を設定する目標回転数設定ダイヤルから構成されている。

【0039】

エンジンコントローラ３８は、エンジン１５の目標回転数及びエンジン１５の実回転数を車体コントローラ４１及び回転数センサ３７からそれぞれ入力し、これらのエンジン１５の目標回転数とエンジン１５の実回転数の偏差を演算する。そして、エンジンコントローラ３８は、演算した偏差に基づいて目標燃料噴射量を演算し、この目標燃料噴射量に対応する制御指令を電子ガバナ１５Ａへ出力する。電子ガバナ１５Ａは、エンジンコントローラ３８から入力された制御指令により作動し、目標燃料噴射量に相当する燃料をエンジン１５の各気筒内へ噴射して供給する。

【0040】

これにより、エンジン１５の動作は、エンジン１５の回転数が目標回転数に維持されるように、エンジン１５のトルクを発生させる制御が行われる。また、エンジンコントローラ３８は、エンジン１５の回転数の低下に対応してエンジン１５のトルクが所定の傾きで増加するガバナ特性（図５参照）でエンジン１５を動作させるようにしている。すなわち、エンジンコントローラ３８はエンジン１５の動作制御としてドループ制御を行う。

【0041】

車体コントローラ４１は、各機器へ出力する制御指令に関する演算を行う制御演算回路４２（図３参照）を有しており、例えば、旋回電動機７及び電動発電機３１に対して下記の制御を行う。

【0042】

（１）旋回電動機７の駆動制御
圧力センサ３９Ａは、操作レバー装置２４Ａが生成した油圧操作信号のうち左右方向の旋回操作を指示する油圧操作信号を導くパイロット油路に接続され、このパイロット油路における油圧操作信号を検出する。車体コントローラ４１は、圧力センサ３９Ａの検出信号（電気信号）を入力し、圧力センサ３９Ａによって検出された油圧操作信号に応じて、旋回電動機７の駆動制御を行う。

【0043】

具体的には、車体コントローラ４１は、入力した圧力センサ３９Ａの検出信号が左方向の旋回操作を指示する油圧操作信号であるときは、その油圧操作信号に基づいて、インバータ３２の動作を制御して電動発電機３１を発電機として動作させる発電制御を行うと共に、インバータ３３の動作を制御して旋回電動機７を電動機として駆動する力行制御を行う。これにより、旋回電動機７がインバータ３３から供給された電力によって作動することにより、旋回体３が油圧操作信号に対応した速度で左旋回する。

【0044】

また、車体コントローラ４１は、入力した圧力センサ３９Ａの検出信号が右方向の旋回操作を指示する油圧操作信号であるときは、その油圧操作信号に基づいて、インバータ３２の動作を制御して電動発電機３１を発電機として動作させる発電制御を行うと共に、インバータ３３の動作を制御して旋回電動機７を電動機として駆動する力行制御を行う。これにより、旋回電動機７がインバータ３３から供給された電力によって作動することにより、旋回体３が油圧操作信号に対応した速度で右旋回する。

【0045】

（２）旋回電動機７の回生制御
車体コントローラ４１は、旋回体３の旋回動作の制動時に、インバータ３３の動作を制御して旋回電動機７を発電機として動作させる発電制御を行うことにより、旋回電動機７から電気エネルギを回収する。そして、車体コントローラ４１は、回収した電気エネルギをバッテリ３４に蓄積することにより、バッテリ３４の蓄電残量が上昇する。

【0046】

（３）電動発電機３１の動作制御（バッテリ３４の蓄電管理制御）
車体コントローラ４１は、油圧ポンプ２１の吸収動力、すなわち油圧ポンプ２１の負荷が低く、かつバッテリコントローラ３５によって管理されるバッテリ３４の蓄電残量が少ないときには、インバータ３２に対して、電動発電機３１を発電機として動作させる発電制御を行う。これにより、電動発電機３１が余剰の電力を発生させることにより、バッテリ３４による充電動作が行われ、バッテリ３４の蓄電残量が上昇する。

【0047】

一方、車体コントローラ４１は、油圧ポンプ２１の吸収動力、すなわち油圧ポンプ２１の負荷が重く、かつバッテリコントローラ３５によって管理されるバッテリ３４の蓄電残量が所定量以上あるときは、インバータ３２に対して、バッテリ３４の電力を供給して電動発電機３１を電動機として動作させる力行制御を行う。これにより、電動発電機３１がエンジン１５の動力をアシストすることにより、油圧ポンプ２１がエンジン１５及び電動発電機３１により駆動される。従って、バッテリ３４による放電動作が行われ、バッテリ３４の蓄電残量が減少する。

【0048】

次に、上記（３）のバッテリ３４の蓄電管理制御を考慮した電動発電機３１の動作制御を実現する車体コントローラ４１の制御演算回路４２の構成について、図３を参照して詳細に説明する。

【0049】

図３に示すように、車体コントローラ４１の制御演算回路４２は、油圧ポンプ２１の吸収動力（以下、便宜的にポンプ吸収動力と呼ぶ）を推定する負荷推定部４５と、バッテリ３４の充電状態に応じて、電動発電機３１の回生動作又は力行動作に対して要求される動力（以下、便宜的に回生力行要求動力と呼ぶ）を演算する回生力行要求演算部４６と、負荷推定部４５によって推定されたポンプ吸収動力及び回生力行要求演算部４６によって演算された回生力行要求動力に基づいて、エンジン１５に要求される動力（以下、エンジン要求動力と呼ぶ）を演算するエンジン要求演算部４７とを備えている。

【0050】

負荷推定部４５は、例えば、圧力センサ３９Ａ，３９Ｂの検出信号から得られた操作レバー２４Ａ１，２４Ｂ１の操作量に基づいて、油圧ポンプ２１の吐出流量を推定する吐出流量推定部４５Ａと、吐出圧センサ４０によって検出された吐出圧と吐出流量推定部４５Ａによって推定された吐出流量とを乗じることにより、ポンプ出力を演算するポンプ出力演算部４５Ｂとを有している。

【0051】

また、負荷推定部４５は、油圧ポンプ２１の回転数、吐出圧、及び吐出流量等の油圧ポンプ２１の運転状態に対するポンプ効率及び損失のマップを記憶するマップ記憶部４５Ｃと、ポンプ出力演算部４５Ｂによって演算されたポンプ出力を、マップ記憶部４５Ｃに記憶されたマップを参照して得られたポンプ効率で除することにより、あるいは、ポンプ出力演算部４５Ｂによって演算されたポンプ出力から、マップ記憶部４５Ｃに記憶されたマップを参照して得られた損失を減算することにより、ポンプ吸収動力を演算する負荷演算部４５Ｄとを有している。

【0052】

ここで、バッテリ３４の蓄電残量の基準値が、例えば、蓄電容量の５０％と設定されている場合に、バッテリ３４の蓄電残量が基準値より少ないとき、回生力行要求演算部４６は、回生力行要求動力として、バッテリ３４の蓄電残量と基準値との差及びエンジン１５の目標回転数に基づく回生トルクを発生させるのに必要な回生動力を演算する。一方、バッテリ３４の蓄電残量が基準値より多いとき、回生力行要求演算部４６は、回生力行要求動力として、バッテリ３４の蓄電残量と基準値との差及びエンジン１５の目標回転数に基づく力行トルクを発生させるのに必要な力行動力を演算する。

【0053】

これらの回生トルク及び力行トルクは、電動発電機３１の動作制御がトルク制御のときの目標トルクであり、この目標トルクに従う回生動作と力行動作が行われることにより、バッテリ３４の蓄電残量は適正な範囲に調整される。なお、回生力行要求動力の符号は、例えば、回生動力のときに負となり、力行動力のときに正となる。

【0054】

ここで、エンジン要求動力をＬ、ポンプ吸収動力をＰ、回生力行要求動力をＱとすると、エンジン要求動力Ｌは下記の数式（１）により定義される。

【数1】

【0055】

回生力行要求動力Ｑが回生動力Ｑｇ（＞０）になるときは（Ｑ＝−Ｑｇ）、数式（１）においてＱが負の値となるので、エンジン１５はポンプ吸収動力Ｐと回生動力Ｇｇを加算した動力を発生させる。一方、回生力行要求動力Ｑが力行動力Ｑｄ（＞０）になるときは（Ｑ＝Ｑｄ）、数式（１）においてＱが正の値となるので、エンジン１５はポンプ吸収動力Ｐから力行動力Ｑｄを減算した動力を発生させるだけで良い。従って、エンジン１５がエンジン要求動力Ｌを発生することにより、適切なポンプ吸収動力Ｐが得られる上に、回生力行要求動力Ｑも満たすことができる。

【0056】

エンジン要求演算部４７は、負荷演算部４５Ｄによって演算されたポンプ吸収動力Ｐと回生力行要求演算部４８によって演算された回生力行要求動力Ｑを、上記の数式（１）に代入することにより、エンジン要求動力Ｌを演算する。

【0057】

また、制御演算回路４２は、電動発電機３１の目標回転数に基づいて電動発電機３１のトルクを発生させる回転数制御、及び電動発電機３１の目標トルクに基づいて電動発電機３１のトルクを発生させるトルク制御のいずれかを行う電動発電機制御部４８を備えている。この電動発電機制御部４８は、エンジン要求演算部４７によって演算されたエンジン要求動力Ｌ及び回転数センサ３７によって検出されたエンジン１５の実回転数に応じて、回転数制御とトルク制御を切替える制御切替部４８Ａを含んでいる。

【0058】

この制御切替部４８Ａは、図４に示すように、トルク制御が行われている間に（状態Ｓ１）、エンジン要求動力Ｌが増大してエンジン１５の回転数が所定の第１の回転数Ｎｍｉｎよりも低くなったとき、トルク制御から回転数制御へ切替え、回転数制御が行われている間に（状態Ｓ２）、エンジン要求動力Ｌが所定の動力（以下、便宜的に基準動力と呼ぶ）Ｌ０より小さくなったとき、回転数制御からトルク制御に切替える。電動発電機制御部４８は、回転数制御を行っている間（状態Ｓ２）、電動発電機３１の目標回転数をエンジン１５の目標回転数より低い回転数に設定する。なお、エンジン要求動力Ｌはエンジン１５に要求される動力、回生力行要求動力Ｑは電動発電機３１の回生動作又は力行動作に対して要求される動力として、上記の数式（１）により定義したが、後述するように、実際にはその要求は満たされないことが多い。

【0059】

次に、このように構成された車体コントローラ４１の制御演算回路４２による電動発電機３１の動作制御に伴うエンジン１５の動作ついて、図５を参照して詳細に説明する。

【0060】

図５に示すように、エンジン１５はエンジンコントローラ３８によってドループ制御で動作するので、無負荷でエンジン１５のトルクが０になる回転数をエンジン１５の目標回転数Ｎｅ^＊（具体例として、２０００ｒｐｍ）として、操作者が作業の内容に応じて目標回転数設定ダイヤル３６により指定することができる。電動発電機３１がトルクを発生しないときに、操作レバー２４Ａ１，２４Ｂ１及び操作ペダルが無操作であれば、エンジン１５の動作状態は油圧ポンプ２１の引き摺り等に対応する動作点Ｅ０にあり、油圧ポンプ２１の負荷、すなわちポンプ吸収動力Ｐが増加するにつれてエンジン要求動力Ｌが増大するので、エンジン１５のトルクも増加してエンジン１５の動作状態が最大トルクである動作点Ｅ２まで移動する。そして、ポンプ吸収動力Ｐがさらに増加すると、エンジン１５の動作状態は最大トルクに沿って遷移し、エンジン１５の回転数が低下する。

【0061】

ここで、電動発電機制御部４８による電動発電機３１の動作制御の初期状態を状態Ｓ１として、電動発電機３１の動作制御の状態遷移を説明する。電動発電機３１の動作制御が状態Ｓ１のとき、電動発電機制御部４８は電動発電機３１に対してトルク制御を行うので、回転数に拘わらず、ほぼ指定した目標トルクを発生する。この目標トルクは、上述したように、バッテリ３４の蓄電残量を考慮した回生力行要求動力Ｑから演算される。

【0062】

電動発電機３１が回生しているときには、電動発電機３１の回生によるトルクと油圧ポンプ２１の負荷によるトルクを合計したトルクがエンジン１５に加えられ、電動発電機３１が力行しているときには、油圧ポンプ２１のトルクから電動発電機３１のトルクを減算したトルクをエンジン１５が支えることになる。いずれにしても、それらのエンジン１５の負荷になるトルクがエンジン１５の最大トルクよりも小さいときは、エンジン１５は動作点Ｅ０から動作点Ｅ２までのドループ特性上で運転する。

【0063】

そのため、エンジン１５の負荷が変動すると、エンジン１５のトルクもドループ特性に従って変動する。このとき、電動発電機３１による負荷は回転数によって変動するものではなく、しかもトルク制御が行われるので、目標トルクの変化率をバッテリ３４の充放電管理に悪影響のない範囲で設定することができる。従って、電動発電機３１によってエンジン１５のトルクの変動が増加してエンジン１５の排気及び燃費の性能が悪化するのを防止でき、さらにバッテリ３４の蓄電残量の管理を容易に行うことができる。

【0064】

その後、エンジン１５の動作状態が動作点Ｅ２において、エンジン１５の負荷が増加すると、エンジン１５の回転数が低下し、エンジン１５の動作状態が動作点Ｅ３から動作点Ｅ４まで遷移する。そして、エンジン１５の負荷がさらに増加して、エンジン１５の回転数が動作点Ｅ４の回転数Ｎｍｉｎよりも低下すると、電動発電機３１の動作制御の状態が状態Ｓ１から状態Ｓ２へ遷移し、制御切替部４８Ａが電動発電機３１の動作制御をトルク制御から回転数制御に切替える。そして、電動発電機制御部４８は、電動発電機３１の目標回転数をエンジン１５の目標回転数Ｎｅ^＊より低い回転数Ｎａ^＊（具体例として、１９８０ｒｐｍ）に設定することにより（Ｎａ^＊＜Ｎｅ^＊）、電動発電機３１の回転数が目標回転数Ｎａ^＊に一致するように電動発電機３１のトルクを調整する。

【0065】

このとき、エンジン１５の回転数は完全には目標回転数Ｎａ^＊に一致するわけではないが、電動発電機３１の動作制御の状態が状態Ｓ２のときには、エンジン１５の動作状態は動作点Ｅ３の付近にあり、エンジン１５の回転数は目標回転数Ｎｅ^＊よりも低く維持されるので、電動発電機３１のトルクの変動に拘わらず、エンジン１５が最大トルクの状態を安定して維持することができる。これにより、電動発電機３１によってエンジン１５のトルクの変動が増加しても、エンジン１５が排気及び燃費の高い性能を発揮することができる。なお、電動発電機３１の動作制御の状態が状態Ｓ２のときには、上述したように、エンジン１５は目標回転数Ｎｅ^＊よりも低い目標回転数Ｎａ^＊で運転されるが、これらの目標回転数Ｎｅ^＊と目標回転数Ｎａ^＊との差（具体例では、２０ｒｐｍ）は、例えば、エンジン１５の定格回転数の１％程度で上述した効果を十分に得ることができるので、エンジン１５のトルクや動力への影響はほとんどない。

【0066】

そして、電動発電機３１の動作制御の状態が状態Ｓ２のときに、エンジン要求演算部４７によって演算されたエンジン要求動力Ｌが基準動力Ｌ０より小さくなると、制御切替部４８Ａが電動発電機３１の動作制御を回転数制御からトルク制御に切替えることにより、電動発電機３１の動作制御の状態が状態Ｓ２から状態Ｓ１へ遷移する。これにより、エンジン１５のトルクを最大トルク以下へ迅速に減少させることができるので、バッテリ３４の過剰な充電が行われることを防止しつつ、エンジン１５の負荷を低減することができる。これにより、エンジン１５及びバッテリ３４の長寿命化を図ることができる。

【0067】

上述の状態Ｓ２は、エンジン要求動力Ｌが大きいとき、操作者が目標回転数設定ダイヤル３６で指示した回転数、あるいは油圧ポンプ２１の駆動に必要な回転数を確保しながら、エンジン１５が確実かつ安定して最大トルクを発生するための状態である。電動発電機３１の動作制御の状態Ｓ２から状態Ｓ１への遷移は、エンジン要求動力Ｌが低下したことを意味するため、基準動力Ｌ０は、例えば、エンジン１５の最大トルクの８割程度に設定すれば良い。

【0068】

次に、電動発電機３１の動作制御の状態が状態Ｓ２のときの電動発電機３１の動作について、図６を参照して詳細に説明する。

【0069】

電動発電機３１の動作制御の状態が状態Ｓ２であるので、図６に示すエンジン要求動力Ｌ１〜Ｌ３は、制御切替部４８Ａによる電動発電機３１の動作制御の切替が行われる基準動力Ｌ０よりも大きいものとする。また、ポンプ吸収動力Ｐ１は、エンジン１５の最大トルクに対応する動力に比べて小さく、ポンプ吸収動力Ｐ２は、エンジン１５の最大トルクに対応する動力に比べて大きいものとする。なお、以下の説明は、これらのエンジン要求動力Ｌ１〜Ｌ３及びポンプ吸収動力Ｐ１，Ｐ２を組み合わせた以下の５つの場合について示している。

【0070】

図６に示すように、ポンプ吸収動力ＰがＰ１であるとき、エンジン要求動力ＬがＬ１であれば、電動発電機３１の動作として、回生トルクＧ１を発生させることが要求される。しかし、実際には、エンジン要求動力Ｌ１は基準動力Ｌ０よりも大きく、電動発電機３１の動作制御の状態は状態Ｓ２に維持されているので、エンジン１５の動作状態は動作点Ｅ３にあり、電動発電機３１は、動作点Ｅ３からポンプ吸収動力Ｐ１までの回生トルクＧを発生させる。この場合には、要求された回生トルクＧ１よりも大きな回生トルクＧが得られる（Ｇ＞Ｇ１）。

【0071】

ポンプ吸収動力ＰがＰ１であるとき、エンジン要求動力ＬがＬ２であれば、電動発電機３１の動作として、回生トルクＧ２を発生させることが要求される。しかし、実際には、エンジン要求動力Ｌ２は基準動力Ｌ０よりも大きく、電動発電機３１の動作制御の状態は状態Ｓ２に維持されているので、エンジン１５の動作状態は動作点Ｅ３にあり、電動発電機３１は、動作点Ｅ３からポンプ吸収動力Ｐ１までの回生トルクＧを発生させる。この場合には、要求された回生トルクＧ２よりも小さな回生トルクＧが得られる（Ｇ＜Ｇ２）。

【0072】

ポンプ吸収動力ＰがＰ２であるとき、エンジン要求動力ＬがＬ１であれば、電動発電機３１の動作として、力行トルクＤ１を発生させることが要求される。しかし、実際には、エンジン要求動力Ｌ１は基準動力Ｌ０よりも大きく、電動発電機３１の動作制御の状態は状態Ｓ２に維持されているので、エンジン１５の動作状態は動作点Ｅ３にあり、電動発電機３１は、動作点Ｅ３からポンプ吸収動力Ｐ２までの力行トルクＤを発生させる。この場合には、要求された力行トルクＤ１よりも小さな力行トルクＤが得られる（Ｄ＜Ｄ１）。

【0073】

ポンプ吸収動力ＰがＰ２であるとき、エンジン要求動力ＬがＬ２であれば、電動発電機３１の動作として、力行トルクＤ２を発生させることが要求される。しかし、実際には、エンジン要求動力Ｌ２は基準動力Ｌ０よりも大きく、電動発電機３１の動作制御の状態は状態Ｓ２に維持されているので、エンジン１５の動作状態は動作点Ｅ３にあり、電動発電機３１は、動作点Ｅ３からポンプ吸収動力Ｐ２までの力行トルクＤを発生させる。この場合には、要求された力行トルクＤ２よりも大きな力行トルクＤが得られる（Ｄ＞Ｄ２）。

【0074】

ポンプ吸収動力ＰがＰ２であるとき、エンジン要求動力ＬがＬ３であれば、電動発電機３１の動作として、回生トルクＧ３を発生させることが要求される。しかし、実際には、エンジン要求動力Ｌ３は基準動力Ｌ０よりも大きく、電動発電機３１の動作制御の状態は状態Ｓ２に維持されているので、エンジン１５の動作状態は動作点Ｅ３にあり、電動発電機３１は、動作点Ｅ３からポンプ吸収動力Ｐ２までの力行トルクＤを発生させる。この場合には、要求された回生トルクＧ３ではなく、力行トルクＤが得られる。

【0075】

以上、説明した５つの場合の電動発電機３１の動作におけるポンプ吸収動力、エンジン要求動力、電動発電機３１への要求動作、電動発電機３１のトルク（実トルク）、及びエンジン１５の動作状態を図７に示す。この図７に示すように、電動発電機３１の動作制御の状態が状態Ｓ２のときには、エンジン１５の動作状態は動作点Ｅ３にあり、電動発電機制御部４８によって電動発電機３１に対して回転数制御が行われるので、エンジン１５が最大トルクを発生すると共に、電動発電機３１が目標回転数Ｎａ^＊を実現するトルクを発生する。これらのエンジン１５及び電動発電機３１の動作が優先されるので、電動発電機３１の回生動作又は力行動作に対する要求は、ほとんどの場合、完全には満たされない。

【0076】

ここで、バッテリ３４への充電が多くなる場合には、バッテリ３４の蓄電残量が大きくなり、回生力行要求演算部４６によって演算される回生力行要求動力Ｑ（回生動力Ｑｇ）が減少するので、エンジン要求動力Ｌ（＝Ｐ−Ｑ）がＬ０より小さくなる（Ｌ＜Ｌ０）。そのため、電動発電機制御部４８は、電動発電機３１の目標トルクを力行トルクに設定することにより、バッテリ３４による放電動作が行われるので、バッテリ３４の蓄電残量は基準値に制御される。

【0077】

油圧ポンプ２１の負荷が大きいときには、電動発電機３１がエンジン１５の動力のアシストを行うため、バッテリ３４による放電動作が多くなるが、油圧ポンプ２１の負荷が低下すれば、電動発電機３１の動作制御の状態が状態Ｓ２において、電動発電機制御部４８が電動発電機３１の回転数制御を行うことにより、電動発電機３１が動作点Ｅ３からポンプ吸収動力Ｐまでの回生トルクを発生する。そして、油圧ポンプ２１の負荷がさらに低下し、電動発電機３１の動作制御の状態が状態Ｓ２から状態Ｓ１へ遷移すれば、電動発電機制御部４８は、電動発電機３１のトルク制御を行って電動発電機３１の目標トルクを回生トルクに設定することにより、バッテリ３４の蓄電残量は基準値に制御される。

【0078】

次に、電動発電機３１の動作制御の状態が状態Ｓ１のときの電動発電機３１の動作について、図８を参照して詳細に説明する。

【0079】

電動発電機３１の動作制御の状態が状態Ｓ１であるので、図８に示すエンジン要求動力Ｌ４は、制御切替部４８Ａによる電動発電機３１の動作制御の切替が行われる基準動力Ｌ０よりも小さいものとする。また、ポンプ吸収動力Ｐ３は、エンジン要求動力Ｌ４に比べて小さく、ポンプ吸収動力Ｐ４は、エンジン要求動力Ｌ４に比べて大きいものとする。なお、以下の説明は、これらのエンジン要求動力Ｌ４及びポンプ吸収動力Ｐ３，Ｐ４を組み合わせた以下の２つの場合について示している。

【0080】

図８に示すように、ポンプ吸収動力ＰがＰ３であるとき、エンジン要求動力ＬがＬ４であれば、電動発電機３１の動作として、回生トルクＧを発生させることが要求される。そのため、電動発電機制御部４８は、電動発電機３１の目標トルクをエンジン要求動力Ｌ４からポンプ吸収動力Ｐ３までの回生トルクＧに設定することにより、電動発電機３１が回生トルクＧを発生させる。

【0081】

ポンプ吸収動力ＰがＰ４であるとき、エンジン要求動力ＬがＬ４であれば、電動発電機３１の動作として、力行トルクＤを発生させることが要求される。そのため、電動発電機制御部４８は、電動発電機３１の目標トルクをエンジン要求動力Ｌ４からポンプ吸収動力Ｐ４までの力行トルクＤに設定することにより、電動発電機３１が力行トルクＤを発生させる。

【0082】

ここで、電動発電機３１の目標トルクとして誤って過大な力行トルクが設定されると、エンジン１５に対する負荷、すなわちエンジン要求動力Ｌは低下することにより、エンジンコントローラ３８によるドループ制御によってエンジン１５の回転数が増加し、エンジン１５のトルクが低下する。そして、エンジン１５のトルクが０になっても、電動発電機３１が発生するトルクが油圧ポンプ２１の負荷や引き摺りによるトルクより大きければ、エンジン１５の回転数はエンジン１５の目標回転数Ｎｅ^＊を超えて増加する過回転が生じる。このようなエンジン１５の過回転は、エンジン１５及び油圧ポンプ２１に不要な負担がかかるので、エンジン１５及び油圧ポンプ２１の故障の原因になり易い。

【0083】

そこで、本発明の第１実施形態では、電動発電機制御部４８は、トルク制御を行っている間に、電動発電機３１の目標トルクを力行動作に対応する目標トルク、すなわち力行トルクに設定した状態で、エンジン１５の回転数が所定の第２の回転数Ｎ０よりも高くなったとき、電動発電機３１の目標トルクを減少させる。

【0084】

具体的には、図９に示すように、電動発電機制御部４８は、回生力行要求演算部４６によって演算された回生力行要求動力Ｑを回転数センサ３７によって検出された実回転数で除することにより、電動発電機３１の目標トルクを演算する目標トルク演算部４８Ｂと、目標トルク演算部４８Ｂによって演算された目標トルクに補正係数を乗じることにより、電動発電機３１の目標トルクを補正する目標トルク補正部４８Ｃと、エンジン１５の回転数と補正係数との関係を示すマップが予め記憶された補正マップ記憶部４８Ｄとを含んでいる。

【0085】

補正マップ記憶部４８Ｄのマップは、例えば、エンジン１５の回転数が回転数Ｎ０よりも低いとき、補正係数は１（最大値）に設定され、エンジン１５の回転数が回転数Ｎ０から回転数Ｎｅ^＊のとき、補正係数は、エンジン１５の回転数に対して反比例し、０以上かつ１以下の値に設定され、エンジン１５の回転数が回転数Ｎｅ^＊よりも高いとき、補正係数は０（最小値）に設定されている。なお、回転数Ｎ０は、例えば、操作レバー２４Ａ１，２４Ｂ１及び操作ペダルが無操作のときの油圧ポンプ２１の引き摺りに対してエンジン１５が釣り合う回転数に設定されている。

【0086】

そして、補正マップ記憶部４８Ｄは、マップにおけるエンジン１５の回転数と補正係数との関係に、回転数センサ３７によって検出された回転数を適用することにより、対応する補正係数を求めて目標トルク補正部４８Ｃへ出力する。従って、電動発電機３１の目標トルクに対して過大な力行トルクが誤って設定されても、エンジン１５の回転数が回転数Ｎ０よりも高くなった時点で、電動発電機３１の目標トルクが減少することにより、電動発電機３１の余分なトルクが発生してエンジン１５が過剰に回転するのを抑制することができる。これにより、エンジン１５の過回転を未然に回避することができる。特に、エンジン１５の回転数が回転数Ｎｅ^＊を超えると、目標トルク補正部４８Ｃによって電動発電機３１の目標トルクが０に補正され、電動発電機３１が発生するトルクを制限できるので、エンジン１５の過回転の抑制の実効性を高めることができ、エンジン１５及び油圧ポンプ２１の故障を十分に防止することができる。

【0087】

このように構成した本発明の第１実施形態によれば、電動発電機制御部４８によってトルク制御が行われているときに（状態Ｓ１）、エンジン要求動力Ｌが増大してエンジン１５のトルクが最大トルクまで増加し、その後エンジン１５の回転数が低下して回転数Ｎｍｉｎよりも低くなると、制御切替部４８Ａが電動発電機３１の動作制御をトルク制御から回転数制御へ切替えることにより、電動発電機３１の動作制御の状態が状態Ｓ１から状態Ｓ２へ遷移する。そのため、電動発電機３１の目標回転数に基づいて電動発電機３１のトルクが発生することにより、エンジン１５の回転数が変動しても、エンジン１５は最大トルクの状態を維持することができる。従って、図５に示すように、エンジン１５の特性上、エンジン１５の回転数の変動に伴うエンジン１５のトルクの変動が少なくて済むので、エンジン１５の回転数及びトルクを安定させることができる。これにより、エンジン１５の動作制御におけるハンチングの発生を抑制できるので、エンジン１５の排気及び燃費の性能を向上させることができる。

【0088】

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態が前述した第１実施形態と異なるのは、第１実施形態は、図５に示すように、エンジンコントローラ３８が、エンジン１５の回転数の低下に対応してエンジン１５のトルクが所定の傾きで増加するガバナ特性でエンジン１５を動作させるようにしたのに対して、第２実施形態は、図１１に示すように、エンジンコントローラ５８（図１０参照）は、エンジン１５の回転数がエンジン１５の目標回転数に一致するようにエンジン１５のトルクを発生させるようにしたことである。すなわち、エンジンコントローラ５８はエンジン１５の動作制御として、いわゆるアイソクロナス制御を行う。

【0089】

この場合には、油圧ポンプ２１の負荷、すなわちポンプ吸収動力Ｐが増加しても、エンジン１５のトルクが最大トルクに達するまでは、目標回転数設定ダイヤル３６によって設定されたエンジン１５の目標回転数Ｎｅ^＊と回転数センサ３７によって検出された実回転数はほぼ一致する。ポンプ吸収動力Ｐが増加するにつれて、エンジン１５の動作状態が最大トルクに沿って遷移し、エンジン１５の回転数が低下するのは、上述したドループ制御の場合と同じである。従って、電動発電機３１の動作制御の状態が状態Ｓ２のときの電動発電機３１の動作については、上述した第１実施形態と同様となり、エンジン１５の動作制御に拘わらず、上述した第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

【0090】

一方、電動発電機３１の動作制御の状態が状態Ｓ１のときの電動発電機３１の動作については、図１２に示すように、ポンプ吸収動力ＰがＰ３であるとき、エンジン要求動力ＬがＬ４であれば、電動発電機３１の動作として、回生トルクＧを発生させることが要求される。そのため、電動発電機制御部６８（図１０参照）は、電動発電機３１の目標トルクをエンジン要求動力Ｌ４からポンプ吸収動力Ｐ３までの回生トルクＧに設定することにより、電動発電機３１が回生トルクＧを発生させる。

【0091】

ポンプ吸収動力ＰがＰ４であるとき、エンジン要求動力ＬがＬ４であれば、電動発電機３１の動作として、力行トルクＤを発生させることが要求される。そのため、電動発電機制御部６８は、電動発電機３１の目標トルクをエンジン要求動力Ｌ４からポンプ吸収動力Ｐ４までの力行トルクＤに設定することにより、電動発電機３１が力行トルクＤを発生させる。

【0092】

このように、電動発電機３１の動作制御の状態が状態Ｓ１のときの電動発電機３１の動作についても、上述した第１実施形態と同様となり、エンジン１５の動作制御に拘わらず、上述した第１実施形態と同様の作用効果を得ることができるが、エンジンコントローラ５８によるアイソクロナス制御では、エンジン１５の回転数は、ポンプ吸収動力Ｐに拘わらず、目標回転数Ｎｅ^＊にほぼ一致するので、本発明の第２実施形態に係る電動発電機３１の目標トルクの補正については、上述した第１実施形態と異なる構成を適用する。

【0093】

例えば、図１０に示すように、車体コントローラ６１の制御演算回路６２は、エンジン１５のトルクを推定するトルク推定部５１を備え、電動発電機制御部６８は、トルク制御を行っている間に（状態Ｓ１）、電動発電機３１の目標トルクを力行動作に対応する目標トルク、すなわち力行トルクに設定した状態で、トルク推定部５１によって推定されたトルクが所定のトルクＴ０よりも小さくなったとき、電動発電機３１の目標トルクを減少させる。具体的には、本発明の第２実施形態に係る電動発電機制御部６８は、上述した第１実施形態に係る補正マップ記憶部４８Ｄの代わりに、図１３に示すように、エンジン１５のトルクと補正係数との関係を示すマップが予め記憶された補正マップ記憶部６８Ｄを含んでいる。

【0094】

補正マップ記憶部６８Ｄのマップは、例えば、エンジン１５のトルクがトルクＴ０よりも大きいとき、補正係数は１（最大値）に設定され、エンジン１５のトルクが０からトルクＴ０のとき、補正係数は、エンジン１５のトルクに対して正比例し、０以上かつ１以下の値に設定されている。なお、トルクＴ０は、例えば、操作レバー２４Ａ１，２４Ｂ１及び操作ペダルが無操作のときの油圧ポンプ２１の引き摺りに対してエンジン１５が釣り合うトルクに設定されている。そして、補正マップ記憶部６８Ｄは、マップにおけるエンジン１５のトルクと補正係数との関係に、トルク推定部５１によって推定されたトルクを適用することにより、対応する補正係数を求めて目標トルク補正部４８Ｃへ出力する。本発明の第２実施形態のその他の構成は、第１実施形態の構成と同様であるので、重複する説明を省略し、第１実施形態の構成と同一の部分には同一の符号を付している。

【0095】

このように構成した本発明の第２実施形態によれば、上述した第１実施形態と同様の作用効果が得られる他、電動発電機３１の目標トルクに対して過大な力行トルクが誤って設定されても、エンジン１５のトルクがトルクＴ０よりも小さくなった時点で、電動発電機３１の目標トルクが減少することにより、電動発電機３１の余分なトルクが発生してエンジン１５が過剰に回転するのを抑制することができる。これにより、エンジン１５の過回転を未然に回避することができる。特に、トルク推定部５１によって推定されたトルクが０になると、目標トルク補正部４８Ｃによって電動発電機３１の目標トルクが０に補正され、電動発電機３１が発生するトルクを制限できるので、エンジン１５の過回転の抑制の実効性を高めることができ、エンジン１５及び油圧ポンプ２１の故障を十分に防止することができる。

【0096】

なお、上述した本実施形態は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。

【0097】

また、本実施形態に係る建設機械は、油圧ショベル１から成る場合について説明したが、この場合に限らず、ハイブリッドホイールローダ等の建設機械であっても良い。

【符号の説明】

【0098】

１ 油圧ショベル（建設機械）
３ 旋回体
７ 旋回電動機
１５ エンジン
１５Ａ 電子ガバナ
１７ アクチュエータ駆動制御システム
２１ 油圧ポンプ
２２ 方向切換弁
２４Ａ，２４Ｂ 操作レバー装置
２４Ａ１，２４Ｂ１ 操作レバー
２５ シャトル弁ブロック
３１ 電動発電機
３２，３３ インバータ
３４ バッテリ（蓄電装置）
３５ バッテリコントローラ
３６ 目標回転数設定ダイヤル（目標回転数設定部）
３７ 回転数センサ（回転数検出装置）
３８，５８ エンジンコントローラ
３９Ａ，３９Ｂ 圧力センサ
４０ 吐出圧センサ
４１，６１ 車体コントローラ
４２，６２ 制御演算回路
４５ 負荷推定部
４５Ａ 吐出流量推定部４５Ａ
４５Ｂ ポンプ出力演算部
４５Ｃ マップ記憶部
４５Ｄ 負荷演算部
４６ 回生力行要求演算部
４７ エンジン要求演算部
４８，６８ 電動発電機制御部
４８Ａ 制御切替部
４８Ｂ 目標トルク演算部
４８Ｃ 目標トルク補正部
４８Ｄ，６８Ｄ 補正マップ記憶部
５１ トルク推定部

【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】