特許 6325032 ショベル

(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】6325032

(24)【登録日】2018年4月20日

(45)【発行日】2018年5月16日

(54)【発明の名称】ショベル

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/20 20060101AFI20180507BHJP

   F02D 29/00 20060101ALI20180507BHJP

   F02D 29/06 20060101ALI20180507BHJP

   F02D 29/04 20060101ALI20180507BHJP

   B60K 6/48 20071001ALI20180507BHJP

   B60W 10/06 20060101ALI20180507BHJP

   B60W 20/15 20160101ALI20180507BHJP

【ＦＩ】

   E02F9/20 NZHV

   E02F9/20 Z

   F02D29/00 B

   F02D29/06 L

   F02D29/04 G

   B60K6/48

   B60W10/06 900

   B60W20/15

【請求項の数】9

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2016-145197(P2016-145197)

(22)【出願日】2016年7月25日

(62)【分割の表示】特願2013-519517(P2013-519517)の分割

【原出願日】2012年6月6日

(65)【公開番号】特開2016-223285(P2016-223285A)

(43)【公開日】2016年12月28日

【審査請求日】2016年8月10日

(31)【優先権主張番号】特願2011-129504(P2011-129504)

(32)【優先日】2011年6月9日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】502246528

【氏名又は名称】住友建機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】曲木 秀人

(72)【発明者】

【氏名】白谷 竜二

【審査官】 須永 聡

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０１−２２４４１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１０／１１４０３０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２００９／００５０９４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００８−１２８１０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００７／１２９６１３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１１−０３２８５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−０４２５８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２５５９４１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ０２Ｆ ９／２０

Ｂ６０Ｋ ６／４８

Ｂ６０Ｗ １０／０６

Ｂ６０Ｗ ２０／１５

Ｆ０２Ｄ ２９／００−２９／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関と、
前記内燃機関に接続された油圧ポンプと、
前記油圧ポンプから供給される圧油で駆動される油圧作業要素と、
前記油圧作業要素を動作させるための操作装置と、
制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記操作装置が操作された後で且つ前記油圧ポンプの負荷が増加する前の前記操作装置の操作中に、前記内燃機関に外力を加え、前記内燃機関の出力を増加させる、
ショベル。

【請求項2】

前記制御装置は、前記内燃機関が所定の目標回転数を維持するように燃料噴射を制御し、前記操作装置が操作された後で且つ前記油圧ポンプの負荷が増加する前の前記操作装置の操作中に、前記内燃機関に外力を加え、前記内燃機関の回転数を、前記目標回転数より低下させる、
請求項１のショベル。

【請求項3】

前記制御装置は、前記油圧作業要素の操作により前記油圧ポンプの負荷が増加する前の前記操作装置の操作中に、前記油圧作業要素とは異なる要素を動作させて前記内燃機関に外力を加える、
請求項１又は２のショベル。

【請求項4】

前記制御装置は、前記操作装置が操作されたことを検知したときに、前記内燃機関に外力を加える、
請求項３のショベル。

【請求項5】

前記内燃機関は、過給器を備え、
前記制御装置は、前記操作装置が操作された後で且つ前記油圧ポンプの負荷が増加する前の前記操作装置の操作中に、前記過給器の過給圧を上昇させるか、所定値以上の値に維持する、
請求項１〜４の何れかのショベル。

【請求項6】

前記内燃機関の動作により発電を行う発電要素と、
前記発電により生じた電力を蓄積する蓄電器と、を備え、
前記制御装置は、前記発電要素の発電運転によって前記内燃機関に外力を加える、
請求項１〜５の何れかのショベル。

【請求項7】

前記制御装置は、前記油圧ポンプの負荷の増加に対応して前記内燃機関の燃料消費量を増加させ、前記操作装置が操作された後で且つ前記油圧ポンプの負荷が増加する前の前記操作装置の操作中に、燃料消費量を一時的に増加させる、
請求項１〜６の何れかのショベル。

【請求項8】

前記油圧ポンプの負荷は、吐出流量と吐出圧に基づき、
前記制御装置は、前記油圧作業要素の操作により前記油圧ポンプの負荷が増加する前の前記操作装置の操作中に、前記内燃機関に外力を加える、
請求項１乃至７の何れかのショベル。

【請求項9】

前記内燃機関は、所定の回転数に維持されるように制御され、外力により回転数が低下した場合に、トルクを増加させて前記所定の回転数に戻るような特性となるように制御され、
前記制御装置は、前記油圧作業要素の操作に対応して、前記内燃機関に外力を加える、
請求項１乃至８の何れかのショベル。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、エンジンにより駆動される油圧ポンプが発生した油圧を油圧作業要素に供給して作業を行なうショベルに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、油圧ショベルのエンジン（内燃機関）として、ターボチャージャ（ターボ式過給器）付きエンジンが用いられる場合が多い。ターボチャージャは、エンジンの排気を利用してタービンを回転させて得られた圧力をエンジンの吸気系に導くことで、過給を行なってエンジン出力を増大させる。

【0003】

例えば、ショベルの運転時に油圧作業要素として例えばブームの駆動が開始されると、油圧負荷が急激に増大し、それまで一定回転数を維持していたエンジンへの負荷が急激に増大する。このエンジンへの負荷の急激な増大に対して、エンジンは回転数を維持しようとして燃料噴射量を増大して出力を増大する。

【0004】

そこで、エンジンへの負荷の急激な増大に対して迅速に対応するために、エンジンへの負荷が急激に増大するような作業を検出したときに、ターボチャージャ付きエンジンの過給圧を高くして、エンジンの出力が迅速に増大するように制御する出力制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００８−１２８１０７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１に開示された出力制御では、油圧負荷の増大を検出してから過給圧を上昇させる。すなわち、油圧負荷がある程度大きくなった後に、過給圧を上昇させる。油圧負荷がある程度大きくなった時点では、既にエンジンへの負荷も増大しており、エンジン回転数は減少している。このような状態からエンジン出力を増大して回転数を上昇させるには、エンジン出力を増大するためだけではなく、回転数を上昇させるために燃料が消費され、燃料噴射量を大きく増大しなければならない。

【0007】

そこで、油圧負荷が急激に増大した場合でも、エンジンの回転数をほぼ一定に維持しながらエンジン出力を増大させることのできる技術の開発が望まれている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一実施形態に係るショベルは、内燃機関と、前記内燃機関に接続された油圧ポンプと、制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記油圧ポンプの負荷の増加前に、前記内燃機関の出力を増加させる。

【0009】

また、本発明の他の実施形態に係るショベルは、内燃機関と、前記内燃機関に接続された油圧ポンプと、前記油圧ポンプの圧油で動作する油圧作業要素と、制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記油圧作業要素の操作が開始されると、前記内燃機関の出力を増加させる。

【発明の効果】

【0010】

上述の発明によれば、油圧負荷が急激に増大した場合でも、エンジンの回転数をほぼ一定に維持しながらエンジン出力を上昇させることができ、エンジンの燃料消費量を低減することができる。さらに、操作時間の応答性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】ハイブリッド式ショベルの側面図である。

【図2】一実施形態によるハイブリッド式ショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。

【図3】蓄電系の回路図である。

【図4】本発明の第１実施形態によるエンジン制御を行なった場合の各制御要素の変化を示すタイムチャートである。

【図5】本発明の第２実施形態によるエンジン制御を行なった場合の各制御要素の変化を示すタイムチャートである。

【図6】旋回機構を旋回油圧モータで駆動する構成のハイブリッド式ショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。

【図7】油圧ショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

次に、実施形態について図面を参照しながら説明する。

【0013】

図１は本発明が適用されるショベルの一例であるハイブリッド式ショベルの側面図である。本発明が適用されるショベルとしては、ハイブリッド式ショベルに限られず、エンジンにより駆動されてエンジンに負荷を加えることのできる駆動要素（例えば、発電機）を有するものであれば、他の構成のショベルにも適用することができる。

【0014】

図１に示すハイブリッド式ショベルの下部走行体１には、旋回機構２を介して上部旋回体３が搭載されている。上部旋回体３には、ブーム４が取り付けられている。ブーム４の先端に、アーム５が取り付けられ、アーム５の先端にバケット６が取り付けられている。ブーム４，アーム５及びバケット６は、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９によりそれぞれ油圧駆動される。上部旋回体３には、キャビン１０が設けられ、且つエンジン等の動力源が搭載される。

【0015】

図２は、図１に示すハイブリッド式ショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。図２において、機械的動力系は二重線、高圧油圧ラインは太い実線、パイロットラインは破線、電気駆動・制御系は細い実線でそれぞれ示されている。

【0016】

機械式駆動部としてのエンジン１１と、アシスト駆動部としての電動発電機１２は、変速機１３の２つの入力軸にそれぞれ接続されている。変速機１３の出力軸には、油圧ポンプとしてメインポンプ１４及びパイロットポンプ１５が接続されている。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。メインポンプ１４は可変容量式油圧ポンプであり、斜板の角度（傾転角）を制御することでピストンのストローク長を調整し、吐出流量を制御することができる。

【0017】

なお、本実施形態では、エンジン１１に過給器１１ａが設けられている。過給器１１ａは、エンジン１１からの排気を利用して吸気圧を上昇させる（過給圧を発生させる）ことで、エンジン１１の出力を上昇させることができる。

【0018】

コントロールバルブ１７は、ハイブリッド式ショベルにおける油圧系の制御を行う制御装置である。下部走行体１用の油圧モータ１Ａ（右用）及び１Ｂ（左用）、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９は、高圧油圧ラインを介してコントロールバルブ１７に接続される。

【0019】

電動発電機１２には、インバータ１８Ａを介して、蓄電器を含む蓄電系１２０が接続される。また、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が接続される。操作装置２６は、レバー２６Ａ、レバー２６Ｂ、ペダル２６Ｃを含む。レバー２６Ａ、レバー２６Ｂ、及びペダル２６Ｃは、油圧ライン２７及び２８を介して、コントロールバルブ１７及び圧力センサ２９にそれぞれ接続される。圧力センサ２９は、電気系の駆動制御を行うコントローラ３０に接続されている。また、操作装置２６が電気式の場合には、圧力センサ２９から出力される信号の代わりに、操作装置２６から出力される電気信号を操作状態検出部の検出値として用いるようにしてもよい。

【0020】

図２に示すハイブリッド式ショベルは旋回機構を電動にしたもので、旋回機構２を駆動するために旋回用電動機２１が設けられている。電動作業要素としての旋回用電動機２１は、インバータ２０を介して蓄電系１２０に接続されている。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、及び旋回変速機２４が接続される。旋回用電動機２１と、インバータ２０と、レゾルバ２２と、メカニカルブレーキ２３と、旋回変速機２４とで電気負荷駆動系が構成される。

【0021】

コントローラ３０は、ハイブリッド式ショベルの駆動制御を行う主制御部としての制御装置である。コントローラ３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及び内部メモリを含む演算処理装置で構成され、ＣＰＵが内部メモリに格納された駆動制御用のプログラムを実行することにより実現される装置である。

【0022】

コントローラ３０は、圧力センサ２９から供給される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。圧力センサ２９から供給される信号は、旋回機構２を旋回させるために操作装置２６を操作した場合の操作量を表す信号に相当する。

【0023】

コントローラ３０は、電動発電機１２の運転制御（電動（アシスト）運転又は発電運転の切り替え）を行うとともに、昇降圧制御部としての昇降圧コンバータ１００（図３参照）を駆動制御することによるキャパシタ１９の充放電制御を行う。コントローラ３０は、キャパシタ１９の充電状態に基づいて、昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切替制御を行い、これによりキャパシタ１９の充放電制御を行う。また、コントローラ３０は、蓄電器電圧検出部によって検出される蓄電器電圧値に基づいて、蓄電器（キャパシタ）の充電率ＳＯＣを算出する。

【0024】

また、コントローラ３０は、通常、電気負荷の要求に基づいて発電の要否を判断し、発電が必要と判断した場合には、電気負荷の要求量に応じて電動発電機１２の発電制御を行なう。ここで、電気負荷の要求とは、例えば、キャパシタ１９の充電要求、及び、旋回用電動機２１への力行運転の要求を示す。

【0025】

図３は、蓄電系１２０の回路図である。蓄電系１２０は、蓄電器としてのキャパシタ１９と、昇降圧コンバータ１００とＤＣバス１１０とを含む。ＤＣバス１１０は、キャパシタ１９、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１の間での電力の授受を制御する。キャパシタ１９には、キャパシタ電圧値を検出するためのキャパシタ電圧検出部１１２と、キャパシタ電流値を検出するためのキャパシタ電流検出部１１３が設けられている。キャパシタ電圧検出部１１２とキャパシタ電流検出部１１３によって検出されるキャパシタ 電圧値とキャパシタ電流値は、コントローラ３０に供給される。

【0026】

昇降圧コンバータ１００は、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１の運転状態に応じて、ＤＣバス電圧値を一定の範囲内に収まるように昇圧動作と降圧動作を切り替える制御を行う。ＤＣバス１１０は、駆動制御部としてのインバータ１８Ａ及び２０と昇降圧コンバータ１００との間に配設されており、キャパシタ１９、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１の間での電力の授受を行う。

【0027】

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バス電圧検出部１１１によって検出されるＤＣバス電圧値、キャパシタ電圧検出部１１２によって検出されるキャパシタ電圧値、及びキャパシタ電流検出部１１３によって検出されるキャパシタ電流値に基づいて行われる。

【0028】

以上のような構成において、アシストモータである電動発電機１２が発電した電力は、インバータ１８Ａを介して蓄電系１２０のＤＣバス１１０に供給され、昇降圧コンバータ１００を介してキャパシタ１９に供給される。旋回用電動機２１が回生運転して生成した回生電力は、インバータ２０を介して蓄電系１２０のＤＣバス１１０に供給され、昇降圧コンバータ１００を介してキャパシタ１９に供給される。

【0029】

昇降圧コンバータ１００は、リアクトル１０１、昇圧用ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）１０２Ａ、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂ、キャパシタ１９を接続するための電源接続端子１０４、インバータ１８Ａ，２０を接続するための出力端子１０６、及び、一対の出力端子１０６に並列に挿入される平滑用のコンデンサ１０７を備える。昇降圧コンバータ１００の出力端子１０６とインバータ１８Ａ，２０との間は、ＤＣバス１１０によって接続される。

【0030】

リアクトル１０１の一端は昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂの中間点に接続され、他端は電源接続端子１０４に接続される。リアクトル１０１は、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａのオン／オフに伴って生じる誘導起電力をＤＣバス１１０に供給するために設けられている。

【0031】

昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂは、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）をゲート部に組み込んだバイポーラトランジスタで構成され、大電力の高速スイッチングが可能な半導体素子（スイッチング素子）である。昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂは、コントローラ３０により、ゲート端子にＰＷＭ電圧が印加されることによって駆動される。昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂには、整流素子であるダイオード１０２ａ及び１０２ｂが並列接続される。

【0032】

キャパシタ１９は、昇降圧コンバータ１００を介してＤＣバス１１０との間で電力の授受が行えるように、充放電可能な蓄電器であればよい。なお、図４には、蓄電器としてキャパシタ１９を示すが、キャパシタ１９の代わりに、リチウムイオン電池等の充放電可能な二次電池、リチウムイオンキャパシタ、又は、電力の授受が可能なその他の形態の電源を用いてもよい。

【0033】

電源接続端子１０４及び出力端子１０６は、キャパシタ１９及びインバータ１８Ａ，２０が接続可能な端子であればよい。一対の電源接続端子１０４の間には、キャパシタ電圧を検出するキャパシタ電圧検出部１１２が接続される。一対の出力端子１０６の間には、ＤＣバス電圧を検出するＤＣバス電圧検出部１１１が接続される。

【0034】

キャパシタ電圧検出部１１２は、キャパシタ１９の電圧値Ｖｃａｐを検出する。ＤＣバス電圧検出部１１１は、ＤＣバス１１０の電圧値Ｖｄｃを検出する。平滑用のコンデンサ１０７は、出力端子１０６の正極端子と負極端子との間に挿入され、ＤＣバス電圧を平滑化するための蓄電素子である。この平滑用のコンデンサ１０７によって、ＤＣバス１１０の電圧は予め定められた電圧に維持されている。

【0035】

キャパシタ電流検出部１１３は、キャパシタ１９の正極端子（Ｐ端子）側においてキャパシタ１９に流れる電流の値を検出する検出手段であり、電流検出用の抵抗器を含む。すなわち、キャパシタ電流検出部１１３は、キャパシタ１９の正極端子に流れる電流値Ｉ１を検出する。一方、キャパシタ電流検出部１１６は、キャパシタの負極端子（Ｎ端子）側においてキャパシタ１９に流れる電流の値を検出する検出手段であり、電流検出用の抵抗器を含む。すなわち、キャパシタ電流検出部１１６は、キャパシタ１９の負極端子に流れる電流値Ｉ２を検出する。

【0036】

昇降圧コンバータ１００において、ＤＣバス１１０を昇圧する際には、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａのゲート端子にＰＷＭ電圧が印加され、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂに並列に接続されたダイオード１０２ｂを介して、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ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ＤＣバス１１０に供給される。これにより、ＤＣバス１１０が昇圧される。

【0037】

ＤＣバス１１０を降圧する際には、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂのゲート端子にＰＷＭ電圧が印加され、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂ、インバータ１８Ａ，２０を介して供給される回生電力がＤＣバス１１０からキャパシタ １９に供給される。これにより、ＤＣバス１１０に蓄積された電力がキャパシタ１９に充電され、ＤＣバス１１０が降圧される。ここで、キャパシタ１９に電力が蓄積される場合（充電時）には、キャパシタ１９は電動発電機１２に対して電気負荷として機能している。

【0038】

本実施形態では、キャパシタ１９の正極端子を昇降圧コンバータ１００の電源接続端子１０４に接続する電源ライン１１４に、当該電源ライン１１４を遮断することのできる遮断器としてリレー１３０−１が設けられる。リレー１３０−１は、電源ライン１１４へのキャパシタ電圧検出部１１２の接続点１１５とキャパシタ１９の正極端子の間に配置されている。リレー１３０−１はコントローラ３０からの信号により作動し、キャパシタ１９からの電源ライン１１４を遮断することで、キャパシタ１９を昇降圧コンバータ１００から切り離すことができる。

【0039】

また、キャパシタ１９の負極端子を昇降圧コンバータ１００の電源接続端子１０４に接続する電源ライン１１７に、当該電源ライン１１７を遮断することのできる遮断器としてリレー１３０−２が設けられる。リレー１３０−２は、電源ライン１１７へのキャパシタ電圧検出部１１２の接続点１１８とキャパシタ１９の負極端子の間に配置されている。リレー１３０−２はコントローラ３０からの信号により作動し、キャパシタ１９からの電源ライン１１７を遮断することで、キャパシタ１９を昇降圧コンバータ１００から切り離すことができる。なお、リレー１３０−１とリレー１３０−２を一つのリレーとして正極端子側の電源ライン１１４と負極端子側の電源ライン１１７の両方を同時に遮断してキャパシタを切り離すこととしてもよい。

【0040】

なお、実際には、コントローラ３０と昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂとの間には、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂを駆動するＰＷＭ信号を生成する駆動部が存在するが、図３では駆動部の図示は省略する。このような駆動部は、電子回路又は演算処理装置のいずれでも実現することができる。

【0041】

本実施形態では、上述のような構成のハイブリッド式ショベルにおいて、油圧負荷の増大によるエンジン１１への負荷の増大が始まる前に、予めエンジン１１に負荷をかけてエンジン出力を増大させておく。これにより、油圧負荷の増大によるエンジン１１への負荷の増大が始まっても、エンジンの回転数を維持したままエンジン出力を迅速に増大させることができ、エンジン１１の燃料消費量を低減することができる。本実施形態では、予めエンジン１１に負荷をかける手段として、エンジン１１で駆動される電動発電機１２を用いている。

【0042】

図４は、本実施形態によるエンジン制御を行なった場合の各制御要素の変化を示すタイムチャートである。図４において、実線は本実施形態によるエンジン制御を行なった場合の各制御要素の変化を示し、一点鎖線は本実施形態によるエンジン制御を行なわない場合の各制御要素の変化を示す。エンジン制御を行なわない場合の各制御要素の変化（一点鎖線）は、本実施形態によるエンジン制御を行なった場合の各制御要素の変化と比較するために示されている。

【0043】

図４において、（ａ）は操作レバー（アーム操作レバー）の操作量の変化を示し、（ｂ）は電動発電機１２の出力（発電電力）の変化を示し、（ｃ）はエンジン１１に加わる油圧実負荷（アームの駆動で発生する負荷）の変化を示し、（ｄ）はエンジン１１の燃料消費量の変化を示し、（ｅ）は過給器で発生する過給圧（ブースト圧）の変化を示し、（ｆ）はエンジン回転数の変化を示す。

【0044】

図４に示す例は、ショベルによる掘削動作において時刻ｔ１でアーム操作レバーが操作され、その後、ブーム上げ動作において時刻ｔ７でブーム操作レバーが操作された場合の例である。

【0045】

まず、比較のために、本実施形態によるエンジン制御を行なわない場合の各制御要素の変化について説明する。

【0046】

時刻ｔ１において、掘削動作を行なうために、アーム操作レバーの操作が開始される。アーム操作レバーの操作量（操作レバーを傾ける角度）は時刻ｔ１から時刻ｔ２まで増大され、時刻ｔ２においてアーム操作レバーの操作量は一定に維持される。すなわち、時刻ｔ１からアーム操作レバーが操作されて傾けられ、時刻ｔ２においてアーム操作レバーの傾きは一定に保持される。時刻ｔ１においてアーム操作レバーの操作が開始されると、アーム５が動き始め、時刻ｔ２になると、アーム操作レバーが最も傾けられた状態になり、アーム５は最も傾けられた状態になる。

【0047】

アーム操作レバーが最も傾けられた状態になった時刻ｔ２から、アーム５に加わる負荷によりメインポンプ１４の吐出圧が上昇し、メインポンプ１４の油圧負荷が上昇し始める。すなわち、図４（ｃ）に示すように、時刻ｔ２付近から、メインポンプ１４の油圧負荷は上昇し始める。メインポンプ１４の油圧負荷はエンジン１１への負荷に相当し、エンジン１１への負荷も、メインポンプ１４の油圧負荷と共に上昇する。その結果、図４（ｆ）の一点鎖線で示すように、エンジン１１の回転数は時刻ｔ２を過ぎたあたりから大きく低下していく。なお、油圧負荷が無いときには、エンジン１１の回転数は所定回転数Ｎｃに維持されるように制御が行なわれている。

【0048】

エンジン１１への負荷が増大し、エンジン回転数が所定回転数Ｎｃからずれたことを検出すると、エンジン１１の制御が働き、エンジン１１の燃料噴射量を増大させる。これにより、図４（ｄ）の一点鎖線で示すように、時刻ｔ３からエンジン１１の燃料消費量は上昇する。すなわち、時刻ｔ３においてエンジン１１の燃料噴射量を増やす指令が出され、これに応じてエンジン１１に供給する燃料の量が増大されて燃料消費量が上昇し始める。

【0049】

時刻ｔ３で燃料噴射量が増大されると、図４（ｆ）の一点鎖線で示すように、低下中であったエンジン回転数は上昇に転じる。また、エンジン１１への負荷が増大すると、図４（ｅ）の一点鎖線で示すように、時刻ｔ４において過給圧（ブースト圧）が上昇し始める。これにより、エンジン１１の燃焼効率が高められ、エンジン１１の出力を効率的に増大させることができる。

【0050】

エンジン回転数が上昇し続け、所定回転数Ｎｃに達すると、エンジン回転数を所定回転数Ｎｃに維持するための制御が働くが、エンジン回転数は直ちに所定回転数Ｎｃに安定せず、所定回転数を超えても上昇し続ける。そして、時刻ｔ５になると、エンジン回転数は低下し始め、これに伴い、燃料消費量も低下し始める。このように、エンジン回転数が所定回転数Ｎｃに到達しても、直ちに所定回転数Ｎｃで安定せずにオーバーシュートが発生してしまう。また、燃料消費量の変化も噴射指令に対して遅れが生じるので、エンジン回転数が所定回転数Ｎｃに到達しても、燃料消費量は直ちに低下しない。

【0051】

時刻ｔ５にて燃料消費量が低下し始めると、エンジン回転数の上昇も止まり、その後エンジン回転数は所定回転数Ｎｃまで低下して安定して維持される。

【0052】

時刻ｔ６において、オペレータは掘削動作を終了するためにアーム操作レバーを中立位置に戻し始める。すると、アーム５による油圧負荷は減少し、メインポンプ１４の油圧負荷も低下する。この油圧負荷の低下に伴い、エンジン１１への負荷も減少するので、燃料消費量及び過給圧はほとんどなくなる。

【0053】

続いて、燃料消費量及び過給圧が低下し始めた後、時刻ｔ７において今度は、ブーム上げ動作を行なうために、オペレータはブーム操作レバーを操作する。図４（ａ）に示すように、時刻ｔ７からブーム操作レバーの操作量が増大し始めて、時刻ｔ８において操作量は一定に維持される。

【0054】

アーム５の動作が終了して低下していた油圧実負荷は、時刻ｔ７を過ぎてからブーム４の動作のために再び上昇し始める。すなわち、時刻ｔ７においてブーム操作レバーの操作が開始されると、ブーム４が動き始め、時刻ｔ８になると、ブーム操作レバーが最も傾けられた状態になる。

【0055】

ブーム操作レバーが最も傾けられた状態になった時刻ｔ８から、ブーム４に加わる負荷によりメインポンプ１４の吐出圧が上昇し、メインポンプ１４の油圧負荷が上昇し始める。すなわち、図４（ｃ）に示すように、時刻ｔ８を過ぎた時点から、メインポンプ１４の油圧負荷は上昇し始める。メインポンプ１４の油圧負荷はエンジン１１への負荷に相当し、エンジン１１への負荷も、メインポンプ１４の油圧負荷と共に上昇する。その結果、図４（ｆ）の一点鎖線で示すように、エンジン１１の回転数は時刻ｔ８を過ぎたあたりから大きく低下していく。

【0056】

エンジン１１への負荷が増大し、エンジン回転数が所定の回転数Ｎｃからずれたことを検出すると、エンジン１１の制御が働き、エンジン１１の燃料噴射量を増大させる。これにより、図４（ｄ）の一点鎖線で示すように、時刻ｔ９からエンジン１１の燃料消費量は上昇する。すなわち、時刻ｔ９においてエンジン１１の燃料噴射量を増やす指令が出され、これに応じてエンジン１１に供給する燃料の量が増大されて燃料消費量が上昇し始める。

【0057】

時刻ｔ９で燃料噴射量が増大されると、図４（ｆ）の一点鎖線で示すように、低下中であったエンジン回転数は上昇に転じる。また、エンジン１１への負荷が増大すると、図４（ｅ）の一点鎖線で示すように、時刻ｔ１０において過給圧（ブースト圧）が上昇し始める。これにより、エンジン１１の燃焼効率が高められ、エンジン１１の出力を効率的に増大させることができる。

【0058】

エンジン回転数が上昇し続け、所定回転数に達すると、エンジン回転数を所定回転数Ｎｃに維持するための制御が働くが、エンジン回転数は直ちに所定回転数Ｎｃに安定せず、所定回転数を超えても上昇し続ける。そして、時刻ｔ１１になると、エンジン回転数は低下し始め、これに伴い、燃料消費量も低下し始める。このように、エンジン回転数が所定回転数Ｎｃに到達しても、直ちに所定回転数Ｎｃで安定せずにオーバーシュートが発生してしまう。また、燃料消費量の変化も噴射指令に対して遅れが生じるので、エンジン回転数が所定回転数Ｎｃに到達しても、燃料消費量は直ちに低下しない。

【0059】

時刻ｔ１１にて燃料消費量が低下し始めると、エンジン回転数の上昇も止まり、その後エンジン回転数は所定回転数Ｎｃまで低下して安定して維持される。

【0060】

以上のように、通常のショベルのエンジン制御によると、油圧実負荷の増大に伴ってエンジン回転数が大きく落ち込み、それを回復させるために燃料消費量が大きく増大してしまう（図４（ｄ）の時刻ｔ３からｔ５及び時刻ｔ９からｔ１１における一点鎖線で示す）。

【0061】

そこで、本実施形態によるエンジン制御では、エンジン回転数の落ち込みを抑制して、エンジン回転数を回復させるために使用される燃料量を極力低減する。

【0062】

次に、本実施形態によるエンジン制御を行なう場合の各制御要素の変化について、図４を参照しながら説明する。図４において、本実施形態によるエンジン制御を行なう場合の各制御要素の変化は実線で示されている。

【0063】

オペレータのレバー操作としては上述のように、時刻ｔ１において、掘削動作を行なうために、アーム操作レバーの操作が開始される。アーム操作レバーの操作量（操作レバーを傾ける角度）は時刻ｔ１から時刻ｔ２まで増大され、時刻ｔ２においてアーム操作レバーの操作量は一定に維持される。すなわち、時刻ｔ１からアーム操作レバーが操作されて傾けられ、時刻ｔ２においてアーム操作レバーの傾きは一定に保持される。時刻ｔ１においてアーム操作レバーの操作が開始されると、アーム５が動き始め、時刻ｔ２になると、アーム操作レバーが最も傾けられた状態になる。

【0064】

ここで、本実施形態によるエンジン制御では、時刻ｔ１においてアーム操作レバーが操作されたことを検知したら、コントローラ３０は直ちに電動発電機１２を発電運転させる。電動発電機１２を発電運転させる時間は、例えば０．１秒程度の短時間だけでよい。電動発電機１２はエンジン１１の出力により駆動されて発電運転を行なうので、発電運転によりエンジン１１に負荷が加わる。その結果、図４（ｆ）の実線で示すように、時刻ｔ１からエンジン回転数は低下し始める。

【0065】

エンジン回転数が低下し始めると、エンジン回転数を所定回転数Ｎｃに維持しようとする制御が働き、燃料噴射量が増大されて燃料消費量が増大する。電動発電機１２を発電運転させる時間は短時間であり、且つ発電量も小さく設定されるので、図４（ｆ）の実線で示すように、時刻ｔ１からエンジン回転数は低下し始めるが、すぐに燃料噴射量が増大されるので、エンジン回転数はすぐに上昇に転じ、再び所定回転数Ｎｃに戻る。

【0066】

このように、時刻ｔ１においてエンジン１１に予め負荷が加えられるので、図４（ｅ）の実線で示すように、アーム操作レバーが最も傾けられた状態となる時刻ｔ２において、過給圧は直ちに上昇し始める。その後、電動発電機１２の発電運転は終了され、エンジン回転数が所定回転数Ｎｃに戻るので、増大していた燃料消費量は低減する。

【0067】

以上のように、電動発電機１２を操作レバーの操作に応じて短時間だけ発電運転させてエンジン１１に負荷を加えることで、油圧実負荷が上昇し始める時刻ｔ２において過給圧の増大を開始させることができる。すなわち、操作レバーの操作量に基づいてメインポンプ１４の油圧負荷が増大しはじめることを検出又は判断し、油圧負荷が増大することを検出したら、電動発電機１２を発電運転させる。これにより、油圧負荷が実際に増大する前に、電動発電機１２の発電負荷を増大させて、エンジン１１に負荷を加えることができる。エンジン１１に負荷を加える理由は、油圧実負荷（すなわち、メインポンプ１４の油圧負荷）の増大によるエンジン１１の負荷の増大に迅速に対応できるように、エンジン１１の過給圧を予め上昇させておくためである。

【0068】

時刻ｔ２を過ぎると油圧実負荷が上昇してエンジン１１への負荷も増大する。そして、時刻ｔ３において燃料噴射量を増大する指示が出される。すると、図４（ｄ）に示すように、燃料消費量は徐々に増加する。このときの燃料消費量の増加分は、油圧実負荷の増大に対応する分だけである。すなわち、エンジン回転数はすでに所定回転数Ｎｃに維持されているので、エンジン回転数を上昇させるための燃料消費量は必要ない。また、時刻ｔ３では、過給圧が所定値まで上昇しているため、油圧実負荷が増大しても、エンジン１１の出力を効率的に増大することができ、燃料消費量の増大を抑制することができる。この効果は、図４（ｄ）の時刻ｔ３から時刻ｔ５までの間における一点鎖線（本実施形態によるエンジン制御を行なわない場合）と実線（本実施形態によるエンジン制御を行なう場合）との差で示されている。

【0069】

時刻ｔ６において、オペレータは掘削動作を終了するためにアーム操作レバーを中立位置に戻し始める。すると、アーム５による油圧負荷は減少し、メインポンプ１４の油圧負荷も低下する。この油圧負荷の低下に伴い、エンジン１１への負荷も減少するので、燃料消費量及び過給圧も減少し始める。

【0070】

続いて、燃料消費量及び過給圧が低下し始めた後、時刻ｔ７において今度は、ブーム上げ動作を行なうために、オペレータはブーム操作レバーを操作する。図４（ａ）に示すように、時刻ｔ７からブーム操作レバーの操作量が増大し始めて、時刻ｔ８において操作量は一定に維持される。

【0071】

ここで、本実施形態によるエンジン制御では、時刻ｔ７においてブーム操作レバーが操作されたことを検知したら、コントローラ３０は直ちに電動発電機１２を発電運転させる。電動発電機１２を発電運転させる時間は、例えば０．１秒程度の短時間だけでよい。電動発電機１２はエンジン１１の出力により駆動されて発電運転を行なうので、発電運転によりエンジン１１に負荷が加わる。その結果、図４（ｆ）の実線で示すように、時刻ｔ７からエンジン回転数は低下し始める。

【0072】

エンジン回転数が低下し始めると、エンジン回転数を所定回転数Ｎｃに維持しようとする制御が働き、燃料噴射量が増大されて燃料消費量が増大する。電動発電機１２を発電運転させる時間は短時間であり、且つ発電量も小さく設定されるので、図４（ｆ）の実線で示すように、時刻ｔ７からエンジン回転数は低下し始めるが、すぐに燃料噴射量が増大されるので、エンジン回転数はすぐに上昇に転じ、再び所定回転数Ｎｃに戻る。

【0073】

このように、時刻ｔ７においてエンジン１１に予め負荷が加えられるので、図４（ｅ）の実線で示すように、時刻ｔ７を過ぎると過給圧は上昇し始め、時刻ｔ８において所定の値まで上昇する。その後、電動発電機１２の発電運転は終了され、エンジン回転数が所定回転数Ｎｃに戻るので、増大していた燃料消費量は低減する。

【0074】

以上のように、電動発電機１２を操作レバーの操作に応じて短時間だけ発電運転させてエンジン１１に負荷を加えることで、油圧実負荷が上昇し始める時点より前に過給圧の増大を開始させることができる。

【0075】

時刻ｔ８を過ぎると油圧実負荷が上昇してエンジン１１への負荷も増大する。そして、時刻ｔ９において燃料噴射量を増大する指示が出される。すると、図４（ｄ）に示すように、燃料消費量は徐々に増加する。このときの燃料消費量の増加分は、油圧実負荷の増大に対応する分だけである。すなわち、エンジン回転数はすでに所定回転数Ｎｃに維持されているので、エンジン回転数を上昇させるための燃料消費量は必要ない。また、時刻ｔ９では、過給圧が所定値まで上昇しているため、油圧実負荷が増大しても、エンジン１１の出力を効率的に増大することができ、燃料消費量の増大を抑制することができる。この効果は、図４（ｄ）の時刻ｔ９から時刻ｔ１１までの間における一点鎖線（本実施形態によるエンジン制御を行なわない場合）と実線（本実施形態によるエンジン制御を行なう場合）との差で示されている。

【0076】

以上のように、本実施形態では、油圧実負荷（メインポンプ１４の油圧負荷）が増大しはじめることを、操作レバーの操作に基づいて検出又は判断し、油圧実負荷が増大する前に、電動発電機１２の発電負荷を増大させる。これにより、エンジン１１への負荷が実際に増大する前あるいは増大するときには、エンジン１１の回転数は所定回転数Ｎｃとなっており、且つエンジン１１の過給圧も上昇させておくことができる。すなわち、エンジン１１の過給圧が所定の値よりも低くなることを防止することができる。したがって、エンジン回転数が大きく低下することがなく、エンジン回転数を上昇させるための燃料を消費する必要ない。電動発電機１２の発電負荷を増大させるのは、通常、キャパシタ１９の充電率が低下したときであるが、本実施形態では、電気負荷に基づく電動発電機１２への発電要求の有無にかかわらず、電気負荷に基づく発電要求が無いときでも、電動発電機１２の発電負荷を増大させてエンジン１１の駆動を制御する。

【0077】

次に、第２実施形態によるエンジン制御について説明する。

【0078】

図５は、第２実施形態によるエンジン制御を行なった場合の各制御要素の変化を示すタイムチャートである。図５において、実線は本実施形態によるエンジン制御を行なった場合の各制御要素の変化を示し、一点鎖線は本実施形態によるエンジン制御を行なわない場合の各制御要素の変化を示す。本実施形態によるエンジン制御を行なわない場合の各制御要素の変化（一点鎖線）は、本実施形態によるエンジン制御を行なった場合の各制御要素の変化と比較するために示されている。

【0079】

図５において、（ａ）は操作レバー（アーム操作レバー）の操作量の変化を示し、（ｂ）は電動発電機１２の出力（発電電力）の変化を示し、（ｃ）はエンジン１１に加わる油圧実負荷（アームの駆動で発生する負荷）の変化を示し、（ｄ）はエンジン１１の燃料消費量の変化を示し、（ｅ）は過給器で発生する過給圧（ブースト圧）の変化を示し、（ｆ）はエンジン回転数の変化を示し、（ｇ）はエンジン出力の変化を示す。

【0080】

図５に示す例は、ショベルによる掘削動作において時刻ｔ１でアーム操作レバーが操作されてから中立位置に戻され、その後、時刻ｔ７で再度アーム操作レバーが操作された場合の例である。

【0081】

まず、比較のために、本実施形態によるエンジン制御を行なわない場合の各制御要素の変化について説明する。なお、時刻ｔ１から時刻ｔ６までの動作は図４における時刻ｔ１から時刻ｔ６までの動作と同じである。

【0082】

時刻ｔ１において、掘削動作を行なうために、アーム操作レバーの操作が開始される。アーム操作レバーの操作量（操作レバーを傾ける角度）は時刻ｔ１から時刻ｔ２まで増大され、時刻ｔ２においてアーム操作レバーの操作量は一定に維持される。すなわち、時刻ｔ１からアーム操作レバーが操作されて傾けられ、時刻ｔ２においてアーム操作レバーの傾きは一定に保持される。時刻ｔ１においてアーム操作レバーの操作が開始されると、アーム５が動き始め、時刻ｔ２になると、アーム操作レバーが最も傾けられた状態になる。

【0083】

アーム操作レバーが最も傾けられた状態になった時刻ｔ２から、アーム５に加わる負荷によりメインポンプ１４の吐出圧が上昇し、メインポンプ１４の油圧負荷が上昇し始める。すなわち、図５（ｃ）に示すように、時刻ｔ２付近から、メインポンプ１４の油圧負荷は上昇し始める。メインポンプ１４の油圧負荷はエンジン１１への負荷に相当し、エンジン１１への負荷も、メインポンプ１４の油圧負荷と共に上昇する。その結果、図５（ｆ）の一点鎖線で示すように、エンジン１１の回転数は時刻ｔ２を過ぎたあたりから大きく低下していく。なお、油圧負荷が無いときには、エンジン１１の回転数は所定回転数Ｎｃに維持されるように制御が行なわれている。

【0084】

エンジン１１への負荷が増大し、エンジン回転数が所定回転数Ｎｃからずれたことを検出すると、エンジン１１の制御が働き、エンジン１１の燃料噴射量を増大させる。これにより、図５（ｄ）の一点鎖線で示すように、時刻ｔ３からエンジン１１の燃料消費量は上昇する。すなわち、時刻ｔ３においてエンジン１１の燃料噴射量を増やす指令が出され、これに応じてエンジン１１に供給する燃料の量が増大されて燃料消費量が上昇し始める。

【0085】

時刻ｔ３で燃料噴射量が増大されると、図５（ｆ）の一点鎖線で示すように、低下中であったエンジン回転数は上昇に転じる。また、エンジンへの負荷が増大すると、図５（ｅ）の一点鎖線で示すように、時刻ｔ４において過給圧（ブースト圧）が上昇し始める。これにより、エンジン１１の燃焼効率が高められ、エンジン１１の出力を効率的に増大させることができる。

【0086】

エンジン回転数が上昇し続け、所定回転数に達すると、エンジン回転数を所定回転数Ｎｃに維持するための制御が働くが、エンジン回転数は直ちに所定回転数Ｎｃに安定せず、所定回転数を超えても上昇し続ける。そして、時刻ｔ５になると、エンジン回転数は低下し始め、これに伴い、燃料消費量も低下し始める。このように、エンジン回転数が所定回転数Ｎｃに到達しても、直ちに所定回転数Ｎｃで安定せずにオーバーシュートが発生してしまう。また、燃料消費量の変化も噴射指令に対して遅れが生じるので、エンジン回転数が所定回転数Ｎｃに到達しても、燃料消費量は直ちに低下しない。

【0087】

時刻ｔ５にて燃料消費量が低下し始めると、エンジン回転数の上昇も止まり、その後エンジン回転数は所定回転数Ｎｃまで低下して安定して維持される。

【0088】

時刻ｔ６において、オペレータは掘削動作を終了するためにアーム操作レバーを中立位置に戻し始める。すると、アーム５による油圧負荷は減少し、メインポンプ１４の油圧負荷も低下する。この油圧負荷の低下に伴い、エンジン１１への負荷も減少するので、燃料消費量及び過給圧も減少し始め、レバー操作量がゼロとなると、燃料消費量及び過給圧は元の値に戻る。

【0089】

図５に示す例では、アーム操作レバーが戻されてから、例えば２秒間だけ掘削動作が中断され、時刻ｔ７において再開されている。したがって、時刻ｔ７において、アーム操作レバーの操作が再開され、アーム操作レバーの操作量（操作レバーを傾ける角度）は時刻ｔ７から時刻ｔ８まで増大され、時刻ｔ８においてアーム操作レバーの操作量は一定に維持される。すなわち、時刻ｔ７からアーム操作レバーが操作されて傾けられ、時刻ｔ８においてアーム操作レバーの傾きは一定に保持される。時刻ｔ７においてアーム操作レバーの操作が開始されると、アーム５が再び動き始め、時刻ｔ８になると、アーム操作レバーが最も傾けられた状態になる。

【0090】

アーム操作レバーが最も傾けられた状態になった時刻ｔ８から、アーム５に加わる負荷によりメインポンプ１４の吐出圧が上昇し、メインポンプ１４の油圧負荷が上昇し始める。すなわち、図５（ｃ）に示すように、時刻ｔ８付近から、メインポンプ１４の油圧負荷は上昇し始める。メインポンプ１４の油圧負荷はエンジン１１への負荷に相当し、エンジン１１への負荷も、メインポンプ１４の油圧負荷と共に上昇する。その結果、図５（ｆ）の一点鎖線で示すように、エンジン１１の回転数は時刻ｔ８を過ぎたあたりから大きく低下していく。なお、油圧負荷が無いときには、エンジン１１の回転数は所定回転数Ｎｃに維持されるように制御が行なわれている。

【0091】

エンジン１１への負荷が増大し、エンジン回転数が設定された回転数からずれたことを検出すると、エンジン１１の制御が働き、エンジン１１の燃料噴射量を増大させる。これにより、図５（ｄ）の一点鎖線で示すように、時刻ｔ９からエンジン１１の燃料消費量は上昇する。すなわち、時刻ｔ９においてエンジン１１の燃料噴射量を増やす指令が出され、これに応じてエンジン１１に供給する燃料の量が増大されて燃料消費量が上昇し始める。

【0092】

時刻ｔ９で燃料噴射量が増大されると、図５（ｆ）の一点鎖線で示すように、低下中であったエンジン回転数は上昇に転じる。また、エンジンへの負荷が増大すると、図５（ｅ）の一点鎖線で示すように、時刻ｔ１０において過給圧（ブースト圧）が上昇し始める。これにより、エンジン１１の燃焼効率が高められ、エンジン１１の出力を効率的に増大させることができる。

【0093】

エンジン回転数が上昇し続け、所定回転数に達すると、エンジン回転数を所定回転数Ｎｃに維持するための制御が働くが、エンジン回転数は直ちに所定回転数Ｎｃに安定せず、所定回転数を超えても上昇し続ける。そして、時刻ｔ１１になると、エンジン回転数は低下し始め、これに伴い、燃料消費量も低下し始める。このように、エンジン回転数が所定回転数Ｎｃに到達しても、直ちに所定回転数Ｎｃで安定せずにオーバーシュートが発生してしまう。また、燃料消費量の変化も噴射指令に対して遅れが生じるので、エンジン回転数が所定回転数Ｎｃに到達しても、燃料消費量は直ちに低下しない。

【0094】

時刻ｔ１１にて燃料消費量が低下し始めると、エンジン回転数の上昇も止まり、その後エンジン回転数は所定回転数Ｎｃまで低下して安定して維持される。

【0095】

以上は本実施形態によるエンジン制御を行なわない場合についての説明であり、本実施形態によるエンジン制御を行なう場合との比較のために説明したものである。

【0096】

次に、本実施形態によるエンジン制御を行なう場合の各制御要素の変化について、同じく図５を参照しながら説明する。図５において、本実施形態によるエンジン制御を行なう場合の各制御要素の変化は実線で示されている。

【0097】

オペレータのレバー操作としては上述のように、時刻ｔ１において、掘削動作を行なうために、アーム操作レバーの操作が開始される。アーム操作レバーの操作量（操作レバーを傾ける角度）は時刻ｔ１から時刻ｔ２まで増大され、時刻ｔ２においてアーム操作レバーの操作量は一定に維持される。すなわち、時刻ｔ１からアーム操作レバーが操作されて傾けられ、時刻ｔ２においてアーム操作レバーの傾きは一定に保持される。時刻ｔ１においてアーム操作レバーの操作が開始されると、アーム５が動き始め、時刻ｔ２になると、アーム操作レバーが最も傾けられた状態になる。

【0098】

ここで、本実施形態によるエンジン制御では、時刻ｔ１においてアーム操作レバーが操作されたことを検知したら、コントローラ３０は直ちに電動発電機１２を発電運転させる。電動発電機１２を発電運転させる時間は、例えば０．１秒程度の短時間だけでよい。電動発電機１２はエンジン１１の出力により駆動されて発電運転を行なうので、発電運転によりエンジン１１に負荷が加わる。その結果、図５（ｆ）の実線で示すように、時刻ｔ１からエンジン回転数は低下し始める。

【0099】

エンジン回転数が低下し始めると、エンジン回転数を所定回転数Ｎｃに維持しようとする制御が働き、燃料噴射量が増大されて燃料消費量が増大する。電動発電機１２を発電運転させる時間は短時間であり、且つ発電量も小さく設定されるので、図５（ｆ）の実線で示すように、時刻ｔ１からエンジン回転数は低下し始めるが、すぐに燃料噴射量が増大されるので、エンジン回転数はすぐに上昇に転じ、再び所定回転数Ｎｃに戻る。

【0100】

このように、時刻ｔ１においてエンジン１１に予め負荷が加えられるので、図５（ｅ）の実線で示すように、アーム操作レバーが最も傾けられた状態となる時刻ｔ２において、過給圧は直ちに上昇し始める。その後、電動発電機１２の発電運転は終了され、エンジン回転数が所定回転数Ｎｃに戻るので、増大していた燃料消費量は低減する。

【0101】

以上のように、電動発電機１２を操作レバーの操作に応じて短時間だけ発電運転させてエンジン１１に負荷を加えることで、油圧実負荷が上昇し始める時刻ｔ２において過給圧の増大を開始させることができる。

【0102】

時刻ｔ２を過ぎると油圧実負荷が上昇してエンジン１１への負荷も増大する。そして、時刻ｔ３において燃料噴射量を増大する指示が出される。すると、図５（ｄ）に示すように、燃料消費量は徐々に増加する。このときの燃料消費量の増加分は、油圧実負荷の増大に対応する分だけである。すなわち、エンジン回転数はすでに所定回転数Ｎｃに維持されているので、エンジン回転数を上昇させるための燃料消費量は必要ない。また、時刻ｔ３では、過給圧が所定値まで上昇しているため、油圧実負荷が増大しても、エンジン１１の出力を効率的に増大することができ、燃料消費量の増大を抑制することができる。この効果は、図５（ｄ）の時刻ｔ３から時刻ｔ５までの間における一点鎖線（本実施形態によるエンジン制御を行なわない場合）と実線（本実施形態によるエンジン制御を行なう場合）との差で示されている。

【0103】

時刻ｔ６において、オペレータは掘削動作を中断するためにアーム操作レバーを中立位置に戻し始める。すると、アーム５による油圧負荷は減少し、メインポンプ１４の油圧負荷も低下する。この油圧負荷の低下に伴い、エンジン１１への負荷も減少するので、燃料消費量及び過給圧も減少し始める。

【0104】

ここで、本実施形態によるエンジン制御では、時刻ｔ６においてアーム操作レバーが中立位置に戻される操作を検知したら、コントローラ３０は直ちに電動発電機１２を発電運転させる。電動発電機１２を発電運転させる時間は、例えば３秒程度である。電動発電機１２はエンジン１１の出力により駆動されて発電運転を行なうので、発電運転によりエンジン１１に負荷が加わる。その結果、図５（ｆ）の実線で示すように、時刻ｔ６からエンジン回転数は低下し始める。

【0105】

しかし、エンジン１１に発電運転による負荷が加わると、図５（ｅ）の実線で示すように、過給圧は時刻ｔ６以降一旦低下してから再度上昇して所定の値にもどる。また、エンジン回転数の低下に伴って、エンジン回転数を所定回転数Ｎｃに維持しようとする制御が働き、燃料噴射量はもとには戻らず、ある程度の噴射量で一定に維持される。したがって、燃料消費量は、図５（ｄ）の実線で示すように、時刻ｔ６から低下し始めるが、元のレベルまでは戻らず、ある程度の燃料消費量のままで一定となる。

【0106】

次に、時刻ｔ７において、掘削動作を継続して行なうために、オペレータは再びアーム操作レバーを操作する。アーム操作レバーの操作量（操作レバーを傾ける角度）は時刻ｔ７から時刻ｔ８まで増大され、時刻ｔ８においてアーム操作レバーの操作量は一定に維持される。すなわち、時刻ｔ７からアーム操作レバーが操作されて傾けられ、時刻ｔ８においてアーム操作レバーの傾きは一定に保持される。時刻ｔ７においてアーム操作レバーの操作が開始されると、アーム５が動き始め、時刻ｔ８になると、アーム操作レバーが最も傾けられた状態になる。

【0107】

したがって、時刻ｔ８を過ぎると油圧実負荷が上昇してエンジン１１への負荷も増大する。そして、時刻ｔ９において燃料噴射量を増大する指示が出される。すると、図５（ｄ）の実線で示すように、燃料消費量は徐々に増加する。このときの燃料消費量の増加分は、油圧実負荷の増大に対応する分だけである。すなわち、エンジン回転数はすでに所定回転数Ｎｃに維持されているので、エンジン回転数を上昇させるための燃料消費量は必要ない。また、時刻ｔ９では、過給圧が所定値で維持されているため、油圧実負荷が増大しても、エンジン１１の出力を効率的に増大することができ、燃料消費量の増大を抑制することができる。この効果は、図５（ｄ）の時刻ｔ９から時刻ｔ１１までの間における一点鎖線（本実施形態によるエンジン制御を行なわない場合）と実線（本実施形態によるエンジン制御を行なう場合）との差で示されている。

【0108】

以上のように、本実施形態では、レバー操作が一旦なくなって油圧負荷がゼロになるような場合でも、レバー操作が無くなることを検知したら、電動発電機１２を所定の時間だけ発電運転させてエンジン１１に負荷を加える。これにより、過給圧の低下を抑制して所定の値にもどしておき、所定の時間内にレバー操作が再開されたときには、無駄な燃料を消費せずに、エンジン回転数を所定回転数Ｎｃに維持したまま、エンジン出力を上昇させることができる。

【0109】

以上の制御例では、操作レバーの操作量に基づいてメインポンプ１４の油圧負荷が減少してゼロになることを検出又は判断しているが、この検出又は判断は、油圧実負荷の変化、過給圧の変化、エンジン出力の変化など、若しくは、それらの組み合わせに基づいて行なっても良い。例えば、時刻ｔ６においてアーム操作レバーが中立位置に向かって戻されると、図５（ｃ）に示されるように、油圧実負荷（すなわち、メインポンプ１４の油圧負荷）はすぐに減少し始めるので、油圧実負荷が減少しはじめたことで、油圧負荷がゼロになることを予め判断することができる。あるいは、時刻ｔ６においてアーム操作レバーが中立位置に向かって戻されると、図５（ｅ）に示されるように、エンジン１１の過給圧がすぐに減少し始めるので、過給圧が減少しはじめたことで、油圧負荷がゼロになることを予め判断することができる。さらに、時刻ｔ６においてアーム操作レバーが中立位置に向かって戻されると、図５（ｇ）に示されるように、油圧実負荷に対応してエンジン出力がすぐに減少し始めるので、エンジン出力が減少しはじめたことで、油圧負荷がゼロになることを予め判断することができる。

【0110】

なお、本実施形態では、時刻ｔ６から電動発電機１２を発電運転させる時間を予め３秒程度に設定したが、電動発電機１２の発電運転は、時刻ｔ７で再びアーム操作レバーが操作されるまで継続しておけばよい。発電運転する時間は任意の時間に設定することができるが、発電運転で発電した電力は蓄電系１２０のキャパシタ１９に充電されるので、キャパシタの充電率（ＳＯＣ）が上限値を越えない範囲で設定する必要がある。すなわち、時刻ｔ７から電動発電機１２を発電運転する時間は、キャパシタ１９の充電率（ＳＯＣ）が上限値になるまでの時間とする必要がある。

【0111】

このように、電動発電機１２の発電負荷を増大させるのは、通常、キャパシタ１９の充電率が低下したときであるが、本実施形態では、電気負荷に基づく電動発電機１２への発電要求の有無にかかわらず、電気負荷に基づく発電要求が無いときでも、電動発電機１２の発電負荷を増大させてエンジン１１の駆動を制御する。これにより、エンジン１１の過給圧が所定の値よりも低くなることを防止することができる。

【0112】

なお、上述の実施形態では旋回機構２が電動式であったが、旋回機構２が電動ではなく油圧駆動の場合がある。図６は図２に示すハイブリッド式ショベルの旋回機構を油圧駆動式とした場合の駆動系の構成を示すブロック図である。図６に示すハイブリッド型油圧ショベルでは、旋回用電動機２１の代わりに、旋回油圧モータ２Ａがコントロールバルブ１７に接続され、旋回機構２は旋回油圧モータ２Ａにより駆動される。このような、ハイブリッド式ショベルであっても、上述の実施形態のようにして、電動発電機１２を発電運転させてエンジン１１に負荷を加えることで、エンジン回転数の落ち込みを抑制し、燃料消費量の増大を抑制することができる。

【0113】

また、上述の実施形態では、エンジン１１と電動発電機１２とを油圧ポンプであるメインポンプ１４に接続してメインポンプ１４を駆動する、いわゆるハイブリッド式ショベルに本発明を適用した例について説明した。本発明は、ハイブリッド式ではなく、図７に示すようにエンジン１１でメインポンプ１４を駆動するショベルにも適用することもできる。この場合、電動発電機１２が無いので、エンジン１１に負荷を加えるための発電機２００を設けておく。発電機２００が発電運転を行なって得られた電力は、電圧レギュレータやインバータ等の発電機用の駆動制御部２１０を介して電気負荷としての蓄電系２２０に供給され、蓄積される。蓄電系２２０は、例えばエアコン等の電装品を駆動するために設けられているものでよい。

【0114】

以上の構成において、発電機２００は上述の実施形態における電動発電機１２の役目を果たす。すなわち、操作レバーの操作が検知されたら、発電機２００を発電運転させることで、エンジン１１に負荷を加えることができる。これにより、エンジン回転数の落ち込みを抑制し、燃料消費量の増大を抑制することができる。

【0115】

本明細書ではショベルの実施形態により本発明を説明したが、本発明は具体的に開示された上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく、種々の変形例及び改良例がなされるであろう。

【0116】

本出願は、２０１１年６月９日出願の優先権主張日本国特許出願第２０１１−１２９５０４号に基づくものであり、その全内容は本出願に援用される。

【産業上の利用可能性】

【0117】

本発明は、エンジンにより駆動される油圧ポンプが発生した油圧を油圧作業要素に供給して作業を行なうショベルに適用可能である。

【0118】

（付記１）
内燃機関と、
該内燃機関に連結された油圧ポンプと、
前記内燃機関に連結された発電機と、
該発電機を制御する制御部と
を有し、
前記制御部は、前記油圧ポンプの油圧負荷が増大する前に、前記発電機の発電負荷を増大させることを特徴とするショベル。
（付記２）
付記１記載のショベルであって、
前記発電機で発電された電力が供給される電気負荷を有し、
前記制御部は、該電気負荷の要求に基づいた発電要求の有無にかかわらず、前記発電機の発電負荷を増大させることを特徴とするショベル。
（付記３）
付記１又は２記載のショベルであって、
前記制御部は、前記発電機の発電負荷を増大して前記内燃機関への負荷を増大させることにより、前記内燃機関の過給器による過給圧を上昇させるか、あるいは、所定値以上の値に維持することを特徴とするショベル。
（付記４）
付記１又は２記載のショベルであって、
前記制御部は、前記ショベルでの作業中において、前記油圧ポンプへの油圧負荷が加わっている状態から前記油圧ポンプの油圧負荷が低減すると、前記発電機を駆動させることにより前記内燃機関に負荷を与えることを特徴とするショベル。
（付記５）
付記４記載のショベルであって、
前記制御部は、前記油圧ポンプへの油圧負荷の低減を検出してから所定値を超えてから所定時間経過すると、前記発電機を駆動させることにより前記内燃機関に与える負荷を低減するか、又は前記内燃機関に負荷を与えることを中止することを特徴とするショベル。
（付記６）
付記４記載のショベルであって、
前記制御部は、前記油圧ポンプへの油圧負荷の変動を、油圧作業要素を駆動するための操作レバーの操作量、前記油圧ポンプの吐出圧、前記内燃機関の過給圧、及び前記内燃機関の出力のうち少なくともいずれか一つに基づいて検出することを特徴とするショベル。
（付記７）
付記３記載のショベルであって、
前記制御部は、油圧作業要素を駆動するための操作レバーが操作されると、前記発電機を駆動させることにより前記内燃機関に負荷を与え、前記過給器により発生する過給圧を上昇させることを特徴とするショベル。
（付記８）
付記７記載のショベルであって、
前記制御部は、前記操作レバーの操作量が所定値を超えてから所定時間経過すると、前記発電機を駆動させることにより前記内燃機関に与える負荷を低減するか、又は前記内燃機関に負荷を与えることを中止することを特徴とするショベル。
（付記９）
付記１又は２記載のショベルであって、
前記発電機を駆動することにより得られた電力を蓄積する蓄電部を更に有することを特徴とするショベル。
（付記１０）
内燃機関に連結された油圧ポンプの油圧負荷の変動を判断し、
前記油圧ポンプの油圧負荷が増大する前に、前記内燃機関に連結された発電機の発電負荷を増大させる
ことを特徴とするショベルの制御方法。
（付記１１）
付記１０記載のショベルの制御方法であって、
前記発電機で発電された電力が供給される電気負荷に基づいた発電要求の有無にかかわらず、前記内燃機関に連結された発電機の発電負荷を増大させる
ことを特徴とするショベルの制御方法。
（付記１２）
付記１０又は１１記載のショベルの制御方法であって、
前記発電機の発電負荷を増大して前記内燃機関への負荷を増大させることにより、前記内燃機関の過給器による過給圧を上昇させるか、あるいは、所定値以上の値に維持することを特徴とするショベルの制御方法。
（付記１３）
付記１０又は１１記載のショベルの制御方法であって、
前記油圧ポンプへの油圧負荷が加わっている状態から前記油圧ポンプの油圧負荷が低減すると、前記発電機を駆動させることにより前記内燃機関に負荷を与えることを特徴とするショベルの制御方法。
（付記１４）
付記１３記載のショベルの制御方法であって、
前記油圧ポンプへの油圧負荷の低減を検出してから所定値を超えてから所定時間経過すると、前記発電機を駆動させることにより前記内燃機関に与える負荷を低減するか、又は前記内燃機関に負荷を与えることを中止することを特徴とするショベルの制御方法。
（付記１５）
付記１３記載のショベルの制御方法であって、
油圧作業要素を駆動するための操作レバーが操作されると、前記発電機を駆動させることにより前記内燃機関に負荷を与え、前記過給器により発生する過給圧を上昇させることを特徴とするショベルの制御方法。

【符号の説明】

【0119】

１ 下部走行体
１Ａ、１Ｂ 油圧モータ
２ 旋回機構
２Ａ 旋回油圧モータ
３ 上部旋回体
４ ブーム
５ アーム
６ バケット
７ 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 キャビン
１１ エンジン
１１ａ 過給器
１２ 電動発電機
１３ 変速機
１４ メインポンプ
１５ パイロットポンプ
１６ 高圧油圧ライン
１７ コントロールバルブ
１８Ａ，２０ インバータ
１９ キャパシタ
２１ 旋回用電動機
２２ レゾルバ
２３ メカニカルブレーキ
２４ 旋回変速機
２５ パイロットライン
２６ 操作装置
２６Ａ、２６Ｂ レバー
２６Ｃ ペダル
２７ 油圧ライン
２８ 油圧ライン
２９ 圧力センサ
３０ コントローラ
１００ 昇降圧コンバータ
１１０ ＤＣバス
１１１ ＤＣバス電圧検出部
１１２ キャパシタ電圧検出部
１１３，１１６ キャパシタ電流検出部
１１４，１１７ 電源ライン
１１５，１１８ 接続点
１２０ 蓄電系
１３０−１，１３０−２ リレー
２００ 発電機
２１０ 駆動制御部
２２０ 蓄電系

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】