特許 7285183 エンジン制御システム、作業機械および作業機械の制御方法

(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】

(24)【登録日】2023-05-24

(45)【発行日】2023-06-01

(54)【発明の名称】エンジン制御システム、作業機械および作業機械の制御方法

(51)【国際特許分類】

   F02D 41/38 20060101AFI20230525BHJP

   F02D 29/00 20060101ALI20230525BHJP

   F02D 45/00 20060101ALI20230525BHJP

【ＦＩ】

F02D41/38

F02D29/00 B

F02D45/00 364Z

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2019175182

(22)【出願日】2019-09-26

(65)【公開番号】P2021050694

(43)【公開日】2021-04-01

【審査請求日】2022-08-05

(73)【特許権者】

【識別番号】000001236

【氏名又は名称】株式会社小松製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001634

【氏名又は名称】弁理士法人志賀国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】飯島 正

(72)【発明者】

【氏名】松田 智之

(72)【発明者】

【氏名】新井 渓一

【審査官】小関 峰夫

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－１１４６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１６３９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－４８１５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１２５９４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１２２３９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１４／１９２１６１（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｄ ２９／００

Ｆ０２Ｄ ４１／００－４５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンと、前記エンジンに燃料を噴射する燃料噴射装置と、前記エンジンによって駆動する油圧ポンプとを備える作業機械を制御するエンジン制御システムであって、
前記エンジンと前記油圧ポンプとからなる構造体に係る慣性トルクを特定する回転状態量特定部と
前記慣性トルクに基づいて前記燃料噴射装置による燃料噴射量を決定する噴射量決定部と
を備えるエンジン制御システム。

【請求項2】

前記油圧ポンプにおける吸収トルクを特定する吸収トルク特定部を備え、
前記噴射量決定部は、前記吸収トルクと前記慣性トルクとに基づいて前記燃料噴射量を決定する
請求項１に記載のエンジン制御システム。

【請求項3】

エンジンと、前記エンジンに燃料を噴射する燃料噴射装置と、前記エンジンによって駆動する油圧ポンプとを備える作業機械を制御するエンジン制御システムであって、
前記エンジンの回転に係る回転状態量を特定する回転状態量特定部と、
燃料噴射量調整装置の操作量を取得する操作量取得部と、
前記操作量に応じた目標トルクを決定する目標トルク決定部と、
前記回転状態量が所定の閾値未満である場合に、前記目標トルクに所定のアシストトルクを加算するアシスト判定部と、
前記目標トルクを前記燃料噴射装置による燃料噴射量に換算することで、前記燃料噴射量を決定する噴射量決定部と
を備えるエンジン制御システム。

【請求項4】

前記アシストトルクは、前記回転状態量に所定の係数を乗じた量である
請求項３に記載のエンジン制御システム。

【請求項5】

エンジンと、
前記エンジンに燃料を噴射する燃料噴射装置と、
前記エンジンによって駆動する油圧ポンプと、
請求項１から請求項４の何れか１項に記載のエンジン制御システムと
を備える作業機械。

【請求項6】

エンジンと、前記エンジンに燃料を噴射する燃料噴射装置と、前記エンジンによって駆動する油圧ポンプとを備える作業機械の制御方法であって、
前記エンジンと前記油圧ポンプとからなる構造体に係る慣性トルクを特定するステップと
前記慣性トルクに基づいて前記燃料噴射装置による燃料噴射量を決定するステップと
を備える作業機械の制御方法。

【請求項7】

エンジンと、前記エンジンに燃料を噴射する燃料噴射装置と、前記エンジンによって駆動する油圧ポンプとを備える作業機械の制御方法であって、
前記エンジンの回転に係る回転状態量を特定するステップと、
燃料噴射量調整装置の操作量を取得するステップと、
前記操作量に応じた目標トルクを決定するステップと、
前記回転状態量が所定の閾値未満である場合に、前記目標トルクに所定のアシストトルクを加算するステップと、
前記目標トルクを前記燃料噴射装置による燃料噴射量に換算することで、前記燃料噴射量を決定するステップと
を備える作業機械の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、エンジン制御システム、作業機械および作業機械の制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、ローアイドル状態での油圧負荷の上昇による黒煙発生およびエンジンストールの発生を防止するために、エンジン負荷の増大に対してエンジン回転数が低下した場合に、最大燃料噴射量を一時的に引き上げる技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１０－０４８１５４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に開示された技術は、エンジンの回転数低下時に最大燃料噴射量を増加させるものである。つまり、ガバナによって計算される燃料噴射量が通常時の最大燃料噴射量を超えた場合に、通常時より多い燃料噴射量でエンジンを駆動することができる。そのため、特許文献１に開示された技術によれば、ガバナによって計算される燃料噴射量が通常時の最大燃料噴射量を超えるまで、通常時と同等の制御がなされ、エンジン回転数低下の抑制が遅れる可能性がある。
本開示の目的は、油圧負荷の上昇によるエンジンの回転数低下を速やかに抑制することができるエンジン制御システム、作業機械および作業機械の制御方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

一態様によれば、エンジン制御システムは、エンジンと、前記エンジンに燃料を噴射する燃料噴射装置と、前記エンジンによって駆動する油圧ポンプとを備える作業機械を制御するエンジン制御システムであって、前記エンジンと前記油圧ポンプとからなる構造体に係る慣性トルクを特定する回転状態量特定部と前記慣性トルクに基づいて前記燃料噴射装置による燃料噴射量を決定する噴射量決定部とを備える。

【発明の効果】

【0006】

上記態様のうち少なくとも１つの態様によれば、エンジン制御システムは、油圧負荷の上昇によるエンジンの回転数の低下を速やかに抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】第１の実施形態に係る作業車両の構成を示す概略図である。

【図2】第１の実施形態に係る運転室の内部の構成を示す図である。

【図3】第１の実施形態に係るエンジン制御システムの構成を示す概略ブロック図である。

【図4】第１の実施形態に係るエンジン制御システムと油圧ショベルの動力系との関係を示す概略ブロック図である。

【図5】第１の実施形態に係るエンジン制御システムの動作を示すフローチャートである。

【図6】第１の実施形態に係るエンジン制御システムの動作例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

〈第１の実施形態〉
《油圧ショベルの構成》
図１は、第１の実施形態に係る作業車両の構成を示す概略図である。
油圧ショベル１００は、施工現場にて稼働し、土砂などの施工対象を施工する作業車両である。油圧ショベル１００は、走行体１１０、旋回体１２０、作業機１３０および運転室１４０を備える。
走行体１１０は、油圧ショベル１００を走行可能に支持する。走行体１１０は、左右に設けられた２つの無限軌道１１１と、各無限軌道１１１を駆動するための２つの走行モータ１１２を備える。
旋回体１２０は、走行体１１０に旋回中心回りに旋回可能に支持される。
作業機１３０は、油圧により駆動する。作業機１３０は、旋回体１２０の前部に上下方向に駆動可能に支持される。
運転室１４０は、オペレータが搭乗し、油圧ショベル１００の操作を行うためのスペースである。運転室１４０は、旋回体１２０の左前部に設けられる。

【0009】

《旋回体の構成》
旋回体１２０は、エンジン１２１、油圧ポンプ１２２、コントロールバルブ１２３、旋回モータ１２４、燃料噴射装置１２５を備える。
エンジン１２１は、油圧ポンプ１２２を駆動する原動機である。エンジン１２１には、回転数Ｎｅを計測する回転数センサ１２１１が設けられる。回転数センサ１２１１は、例えばエンジン１２１のクランクシャフトの回転数を計測する。
油圧ポンプ１２２は、エンジン１２１により駆動される可変容量ポンプである。油圧ポンプ１２２は、コントロールバルブ１２３を介して各アクチュエータ（ブームシリンダ１３４、アームシリンダ１３５、バケットシリンダ１３６、走行モータ１１２、および旋回モータ１２４）に作動油を供給する。油圧ポンプ１２２には、作動油の圧力を計測する圧力センサ１２２１および油圧ポンプ１２２の容量を計測する容量センサ１２２２が設けられる。容量センサ１２２２は、例えば油圧ポンプ１２２の斜板の角度、斜板の移動量、または斜板を押圧するサーボピストンの移動量などを計測し、これを油圧ポンプ１２２の容量に換算する。
コントロールバルブ１２３は、油圧ポンプ１２２から供給される作動油の流量を制御する。
旋回モータ１２４は、コントロールバルブ１２３を介して油圧ポンプ１２２から供給される作動油によって駆動し、旋回体１２０を旋回させる。
燃料噴射装置１２５は、後述のエンジン制御システム１４３から燃料噴射量調整装置１４２７の操作量に基づく燃料指示を受信し、燃料指示に従った燃料噴射量の燃料を、エンジン１２１に噴射する。

【0010】

《作業機の構成》
作業機１３０は、ブーム１３１、アーム１３２、バケット１３３、ブームシリンダ１３４、アームシリンダ１３５、およびバケットシリンダ１３６を備える。

【0011】

ブーム１３１の基端部は、旋回体１２０にピンを介して取り付けられる。
アーム１３２は、ブーム１３１とバケット１３３とを連結する。アーム１３２の基端部は、ブーム１３１の先端部にピンを介して取り付けられる。
バケット１３３は、土砂などを掘削するための刃と掘削した土砂を収容するための収容部とを備える。バケット１３３の基端部は、アーム１３２の先端部にピンを介して取り付けられる。

【0012】

ブームシリンダ１３４は、ブーム１３１を作動させるための油圧シリンダである。ブームシリンダ１３４の基端部は、旋回体１２０に取り付けられる。ブームシリンダ１３４の先端部は、ブーム１３１に取り付けられる。
アームシリンダ１３５は、アーム１３２を駆動するための油圧シリンダである。アームシリンダ１３５の基端部は、ブーム１３１に取り付けられる。アームシリンダ１３５の先端部は、アーム１３２に取り付けられる。
バケットシリンダ１３６は、バケット１３３を駆動するための油圧シリンダである。バケットシリンダ１３６の基端部は、アーム１３２に取り付けられる。バケットシリンダ１３６の先端部は、バケット１３３に接続されるリンク部材に取り付けられる。

【0013】

《運転室の構成》
図２は、第１の実施形態に係る運転室の内部の構成を示す図である。
運転室１４０内には、運転席１４１、操作装置１４２および、エンジン制御システム１４３が設けられる。

【0014】

操作装置１４２は、オペレータの手動操作によって走行体１１０、旋回体１２０および作業機１３０を駆動させるためのインタフェースである。操作装置１４２は、左操作レバー１４２１、右操作レバー１４２２、左フットペダル１４２３、右フットペダル１４２４、左走行レバー１４２５、右走行レバー１４２６、燃料噴射量調整装置１４２７を備える。

【0015】

左操作レバー１４２１は、運転席１４１の左側に設けられる。右操作レバー１４２２は、運転席１４１の右側に設けられる。

【0016】

左操作レバー１４２１は、旋回体１２０の旋回動作、及び、アーム１３２の引き／押し動作を行うための操作機構である。具体的には、油圧ショベル１００のオペレータが左操作レバー１４２１を前方に倒すと、アーム１３２が押し動作する。また、油圧ショベル１００のオペレータが左操作レバー１４２１を後方に倒すと、アーム１３２が引き動作する。また、油圧ショベル１００のオペレータが左操作レバー１４２１を右方向に倒すと、旋回体１２０が右旋回する。また、油圧ショベル１００のオペレータが左操作レバー１４２１を左方向に倒すと、旋回体１２０が左旋回する。なお、他の実施形態においては、左操作レバー１４２１を前後方向に倒した場合に旋回体１２０が右旋回または左旋回し、左操作レバー１４２１が左右方向に倒した場合にアーム１３２がダンプ動作または掘削動作してもよい。

【0017】

右操作レバー１４２２は、バケット１３３の掘削／ダンプ動作、及び、ブーム１３１の上げ／下げ動作を行うための操作機構である。具体的には、油圧ショベル１００のオペレータが右操作レバー１４２２を前方に倒すと、ブーム１３１の下げ動作が実行される。また、油圧ショベル１００のオペレータが右操作レバー１４２２を後方に倒すと、ブーム１３１の上げ動作が実行される。また、油圧ショベル１００のオペレータが右操作レバー１４２２を右方向に倒すと、バケット１３３のダンプ動作が行われる。また、油圧ショベル１００のオペレータが右操作レバー１４２２を左方向に倒すと、バケット１３３の掘削動作が行われる。

【0018】

左フットペダル１４２３は、運転席１４１の前方の床面の左側に配置される。右フットペダル１４２４は、運転席１４１の前方の床面の左側に配置される。左走行レバー１４２５は、左フットペダル１４２３に軸支され、左走行レバー１４２５の傾斜と左フットペダル１４２３の押し下げが連動するように構成される。右走行レバー１４２６は、右フットペダル１４２４に軸支され、右走行レバー１４２６の傾斜と右フットペダル１４２４の押し下げが連動するように構成される。

【0019】

左フットペダル１４２３および左走行レバー１４２５は、走行体１１０の左側履帯の回転駆動に対応する。具体的には、油圧ショベル１００のオペレータが左フットペダル１４２３または左走行レバー１４２５を前方に倒すと、左側履帯は前進方向に回転する。また、油圧ショベル１００のオペレータが左フットペダル１４２３または左走行レバー１４２５を後方に倒すと、左側履帯は後進方向に回転する。

【0020】

右フットペダル１４２４および右走行レバー１４２６は、走行体１１０の右側履帯の回転駆動に対応する。具体的には、油圧ショベル１００のオペレータが右フットペダル１４２４または右走行レバー１４２６を前方に倒すと、右側履帯は前進方向に回転する。また、油圧ショベル１００のオペレータが右フットペダル１４２４または右走行レバー１４２６を後方に倒すと、右側履帯は後進方向に回転する。

【0021】

燃料噴射量調整装置１４２７は、エンジン１２１の回転数を指示するための入力装置である。例えば燃料噴射量調整装置１４２７は、オペレータによって回転されるダイヤルであって、ノッチによって段階的に指示位置が決められるものであってよい。燃料噴射量調整装置１４２７の指示位置は、ＭＩＮからＭＡＸまでの範囲において設定される。指示位置がＭＩＮであることはエンジン１２１の回転をローアイドル回転とする指示を示し、指示位置がＭＡＸに近いほど、エンジン１２１の回転数の目標値を高く設定する指示を示す。以下、燃料噴射量調整装置１４２７による指示位置を燃料噴射量調整装置１４２７の操作量とよぶ。なお、他の実施形態に係る燃料噴射量調整装置１４２７は、レバーなどダイヤル以外の構成によって実現されてもよい。

【0022】

《エンジン制御システムの構成》
図３は、第１の実施形態に係るエンジン制御システムと油圧ショベルの動力系との関係を示す概略ブロック図である。図４は、第１の実施形態に係るエンジン制御システムの構成を示す概略ブロック図である。以下、図３および図４を用いてエンジン制御システムの構成について説明する。
エンジン制御システム１４３は、回転数センサ１２１１、圧力センサ１２２１および容量センサ１２２２から計測値を取得し、エンジン１２１に燃料噴射量指示を出力する。
エンジン制御システム１４３は、プロセッサ２１０、メインメモリ２３０、ストレージ２５０、インタフェース２７０を備えるコンピュータである。

【0023】

ストレージ２５０は、一時的でない有形の記憶媒体である。ストレージ２５０の例としては、磁気ディスク、光磁気ディスク、光ディスク、半導体メモリ等が挙げられる。ストレージ２５０は、エンジン制御システム１４３のバスに直接接続された内部メディアであってもよいし、インタフェース２７０または通信回線を介してエンジン制御システム１４３に接続される外部メディアであってもよい。ストレージ２５０は、エンジン１２１を制御するためのプログラムを記憶する。

【0024】

プログラムは、エンジン制御システム１４３に発揮させる機能の一部を実現するためのものであってもよい。例えば、プログラムは、ストレージ２５０に既に記憶されている他のプログラムとの組み合わせ、または他の装置に実装された他のプログラムとの組み合わせによって機能を発揮させるものであってもよい。なお、他の実施形態においては、エンジン制御システム１４３は、上記構成に加えて、または上記構成に代えてＰＬＤ（Programmable Logic Device）などのカスタムＬＳＩ（Large Scale Integrated Circuit）を備えてもよい。ＰＬＤの例としては、ＰＡＬ(Programmable Array Logic)、ＧＡＬ(Generic Array Logic)、ＣＰＬＤ(Complex Programmable Logic Device)、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）が挙げられる。この場合、プロセッサによって実現される機能の一部または全部が当該集積回路によって実現されてよい。

【0025】

プロセッサ２１０は、プログラムを実行することで、計測値取得部２１１、操作量取得部２１２、回転数決定部２１３、目標トルク決定部２１４、トルク推定部２１５、アシスト判定部２１６、噴射量決定部２１７、指示出力部２１８として機能する。

【0026】

計測値取得部２１１は、回転数センサ１２１１、圧力センサ１２２１、および容量センサ１２２２から計測値を取得する。
操作量取得部２１２は、操作装置１４２の燃料噴射量調整装置１４２７から操作量を取得する。なお、操作装置１４２の左操作レバー１４２１、右操作レバー１４２２、左フットペダル１４２３、および右フットペダル１４２４の操作量は、エンジン制御システム１４３を介さずにコントロールバルブ１２３に入力される。

【0027】

回転数決定部２１３は、燃料噴射量調整装置１４２７の操作量に基づいてエンジン１２１の回転数の目標値を決定する。例えば、回転数決定部２１３は、操作量に対して回転数の目標値が単調増加する関係関数に基づいて、燃料噴射量調整装置１４２７の操作量からエンジン１２１の回転数の目標値を算出する。
目標トルク決定部２１４は、回転数センサ１２１１の計測値Ｎｅに基づいて、エンジン１２１の回転数が回転数決定部２１３が決定した目標値に近づくように、エンジントルクの目標値（目標トルク）を決定する。目標トルク決定部２１４は、例えばオールスピード制御方式のガバナ演算によってエンジントルクの目標値を決定する。

【0028】

トルク推定部２１５は、回転数センサ１２１１、圧力センサ１２２１、および容量センサ１２２２の計測値に基づいて、エンジン１２１と油圧ポンプ１２２とを含む質点系（すなわち、エンジン１２１と油圧ポンプ１２２とからなる構造体）の慣性トルクＴ_{ｉｎｅｒｔ}、および油圧ポンプ１２２の吸収トルクＴｅを推定する。慣性トルクＴ_{ｉｎｅｒｔ}は、エンジン１２１の回転に係る回転状態量の一例である。つまり、トルク推定部２１５は、回転状態量を特定する回転状態量特定部の一例である。また、トルク推定部２１５は、吸収トルク特定部の一例でもある。

【0029】

アシスト判定部２１６は、トルク推定部２１５が算出した慣性トルクＴ_{ｉｎｅｒｔ}に基づいて、エンジン１２１の回転数の低下を抑制するためのアシストトルクを、エンジントルクの目標値に加算するか否かを判定する。またアシスト判定部２１６は、慣性トルクＴ_{ｉｎｅｒｔ}に基づいてアシストトルクの値を決定する。

【0030】

噴射量決定部２１７は、エンジントルクの目標値に基づいて燃料噴射量を決定する。
指示出力部２１８は、噴射量決定部２１７が算出した燃料噴射量を示す燃料指示を燃料噴射装置１２５に出力する。

【0031】

《エンジン制御システムの動作》
図５は、第１の実施形態に係るエンジン制御システムの動作を示すフローチャートである。以下、図３～図５を用いてエンジン制御システムの動作について説明する。
エンジン１２１が駆動を開始すると、エンジン制御システム１４３の計測値取得部２１１は、回転数センサ１２１１、圧力センサ１２２１、および容量センサ１２２２から計測値を取得する（ステップＳ１）。また操作量取得部２１２は、燃料噴射量調整装置１４２７の操作量を取得する（ステップＳ２）。

【0032】

次に、回転数決定部２１３は、ステップＳ２で取得した燃料噴射量調整装置１４２７の操作量に基づいてエンジン１２１の回転数の目標値を決定する（ステップＳ３）。次に、目標トルク決定部２１４は、回転数センサ１２１１の計測値Ｎｅに基づいて、エンジントルクの目標値を決定する（ステップＳ４）。例えば、目標トルク決定部２１４は、ステップＳ３で決定した回転数の目標値とステップＳ１で取得した回転数センサ１２１１の計測値Ｎｅとの差を、回転偏差として算出する。目標トルク決定部２１４は、例えば、回転偏差にゲインを乗算することで、エンジントルクの目標値を算出する。

【0033】

次に、トルク推定部２１５は、エンジン１２１の回転数Ｎｅが所定の回転数閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ５）。回転数閾値は、例えばゼロまたはゼロに近い正数である。すなわち、トルク推定部２１５は、エンジン１２１が回転しているか否かを判定する。エンジン１２１の回転数Ｎｅが回転数閾値未満である場合（ステップＳ５：ＮＯ）、アシスト判定部２１６はアシストトルクをゼロとする（ステップＳ１１）。すなわち、アシスト判定部２１６は、エンジントルクの目標値にアシストトルクを加えないことを決定する。
他方、エンジン１２１の回転数Ｎｅが回転数閾値以上である場合（ステップＳ５：ＹＥＳ）、トルク推定部２１５は、圧力センサ１２２１および容量センサ１２２２の計測値から油圧ポンプ１２２のトルク効率ｎｔおよび吸収トルクＴｅを推定する（ステップＳ６）。油圧ポンプ１２２の吸収トルクＴｅは、例えば以下の式（１）によって求めることができる。
Ｔｅ＝（ｑ×Ｐ）／（２×π×ｎｔ） ・・・（１）
ｑは、容量センサ１２２２の計測値である。Ｐは、圧力センサ１２２１の計測値である。

【0034】

またトルク推定部２１５は、回転数センサ１２１１の計測値Ｎｅおよび吸収トルクＴｅを微分することで、回転数の変化量ｄＮｅ／ｄｔおよび吸収トルクの変化量ｄＴｅ／ｄｔを算出する（ステップＳ７）。このとき、トルク推定部２１５は、算出した回転数の変化量ｄＮｅ／ｄｔおよび吸収トルクの変化量ｄＴｅ／ｄｔにローパスフィルタをかけることで、ノイズを除去する。ローパスフィルタの例としては移動平均フィルタなどが挙げられる。トルク推定部２１５は、ステップＳ７で求めた回転数の変化量ｄＮｅ／ｄｔに基づいてエンジン１２１と油圧ポンプ１２２とを含む質点系の慣性トルクＴ_{ｉｎｅｒｔ}を推定する（ステップＳ８）。

【0035】

慣性トルクＴ_{ｉｎｅｒｔ}は、例えば以下の式（２）によって求めることができる。
Ｔ_{ｉｎｅｒｔ}＝２π／６０×Ｉ×ｄＮｅ／ｄｔ …（２）
Ｉは、エンジン１２１と油圧ポンプ１２２とを含む質点系の慣性モーメントである。慣性モーメントＩは、予め求めておくことができる。ｄＮｅ／ｄｔは、ステップＳ７で算出したエンジン１２１の回転数の変化量ｄＮｅ／ｄｔである。なお、慣性トルクＴ_{ｉｎｅｒｔ}は、エンジン１２１の回転が増加しているときに正の値を取り、エンジン１２１の回転が減少しているときに負の値をとる。

【0036】

次に、アシスト判定部２１６は、ステップＳ６で推定した油圧ポンプ１２２の吸収トルクＴｅが所定の吸収トルク閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ９）。吸収トルクＴｅが吸収トルク閾値以上である場合（ステップＳ９：ＹＥＳ）、アシスト判定部２１６は、ステップＳ７で算出した油圧ポンプ１２２の吸収トルクの変化量ｄＴｅ／ｄｔが所定のトルク変化量閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０）。吸収トルク閾値およびトルク変化量閾値は、それぞれ作業機１３０に急負荷が生じたときの吸収トルクＴｅおよび吸収トルクの変化量ｄＴｅ／ｄｔに相当する。したがって、ステップＳ９およびステップＳ１０の判定により、アシスト判定部２１６は、作業機１３０に急負荷が生じているか否かを判定することができる。吸収トルクＴｅが吸収トルク閾値未満である場合（ステップＳ９：ＮＯ）、または吸収トルクの変化量ｄＴｅ／ｄｔがトルク変化量閾値未満である場合（ステップＳ１０：ＮＯ）、作業機１３０に急負荷が生じていないため、アシスト判定部２１６はアシストトルクをゼロとする（ステップＳ１１）。すなわち、アシスト判定部２１６は、エンジントルクの目標値にアシストトルクを加えないことを決定する。

【0037】

油圧ポンプ１２２の吸収トルクの変化量ｄＴｅ／ｄｔが所定のトルク変化量閾値以上である場合（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、ステップＳ８で推定した慣性トルクＴ_{ｉｎｅｒｔ}が所定の慣性トルク閾値未満であるか否かを判定する（ステップＳ１２）。慣性トルク閾値は、ゼロまたは負の値である。慣性トルク閾値は、ヒステリシスをもって設定されてよい。この場合、例えば、ヒステリシスの下側閾値は急負荷の慣性トルクＴ_{ｉｎｅｒｔ}相当の値をとり、ヒステリシスの上側閾値は正の値、ゼロ、またはゼロに近い負の値をとる。慣性トルク閾値がヒステリシスを持たない場合、慣性トルクＴ_{ｉｎｅｒｔ}が慣性トルク閾値の近傍で微小に変化するときに、後述のアシストトルクの有無の切り替わりの頻度が高くなるために、エンジン回転数のハンチングが発生しやすくなる。そのため、慣性トルク閾値にヒステリシスを持たせることで、エンジン回転数のハンチングの発生を防ぐことができる。

【0038】

慣性トルクＴ_{ｉｎｅｒｔ}が慣性トルク閾値未満である場合（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、アシスト判定部２１６は、ステップＳ８で推定した慣性トルクＴ_{ｉｎｅｒｔ}に所定の係数を乗算することで、アシストトルクを決定する（ステップＳ１３）。慣性トルクＴ_{ｉｎｅｒｔ}に掛ける係数は、０未満の値である。すなわち、アシストトルクは正の値となる。これにより、アシスト判定部２１６は、慣性トルクＴ_{ｉｎｅｒｔ}の減少分を打ち消すように、アシストトルクを決定する。

【0039】

他方、慣性トルクＴ_{ｉｎｅｒｔ}が慣性トルク閾値以上である場合（ステップＳ１２：ＮＯ）、急負荷による回転数の減少が生じていないため、アシスト判定部２１６はアシストトルクをゼロとする（ステップＳ１１）。すなわち、アシスト判定部２１６は、エンジントルクの目標値にアシストトルクを加えないことを決定する。

【0040】

噴射量決定部２１７は、ステップＳ４で算出したエンジントルクの目標値に、ステップＳ１１またはステップＳ１３で決定したアシストトルクの値を加算し、これに基づいて燃料噴射量を算出する（ステップＳ１４）。このとき、噴射量決定部２１７は、燃料噴射量がＯＦＣ（Oxygen to fuel control）閾値を超えないようにリミッタを設ける。ＯＦＣ閾値は、空燃比がリッチ側に偏って黒煙が発生しないように燃料噴射量を制限するための閾値である。なお、ＯＦＣ閾値は、図示しないターボチャージャの状態によって変化し得る。また、噴射量決定部２１７が決定する燃料噴射量は、エンジン１２１の回転数に応じた最大噴射量によって制限される。
指示出力部２１８は、ステップＳ１４で算出した燃料噴射量を示す燃料指示を燃料噴射装置１２５に出力する（ステップＳ１５）。

【0041】

《作用・効果》
図６は、第１の実施形態に係るエンジン制御システムの動作例を示す図である。
図６には、ある環境下における第１の実施形態に係るエンジン制御システム１４３の動作時におけるエンジン１２１の回転数Ｎｅ、慣性トルクＴ_{ｉｎｅｒｔ}、および燃料噴射量の推移が実線で示される。以下、図６を参照しながら、第１の実施形態に係るエンジン制御システム１４３の作用および効果について説明する。

【0042】

時刻ｔ_０において、作業機１３０の急負荷が発生すると、エンジン１２１の回転数Ｎｅが低下し始める。このとき、回転数の変化量ｄＮｅ／ｄｔが減少することで、式（２）により慣性トルクＴ_{ｉｎｅｒｔ}はゼロ近傍の値から減少しはじめる。エンジン１２１の回転数Ｎｅが低下すると、回転数の目標値との差が大きくなるため、ステップＳ４で決定するエンジントルクの目標値が増加し、これによりステップＳ１４で算出される燃料噴射量も増加する。一方で、時刻ｔ_０から時刻ｔ_１までの間、慣性トルクＴ_{ｉｎｅｒｔ}の値はステップＳ１２で比較される慣性トルク閾値に係るヒステリシスの下側閾値以上であることから、アシストトルクの値はゼロである。上述したように、慣性トルク閾値はヒステリシスを持っている。そのため、慣性トルクＴ_{ｉｎｅｒｔ}の値がヒステリシスの上側閾値より大きい値から減少する場合、エンジン制御システム１４３は、慣性トルクＴ_{ｉｎｅｒｔ}の値とヒステリシスの下側閾値とを比較する。他方、慣性トルクＴ_{ｉｎｅｒｔ}の値がヒステリシスの下側閾値より小さい値から増加する場合、エンジン制御システム１４３は、慣性トルクＴ_{ｉｎｅｒｔ}の値とヒステリシスの上側閾値とを比較する。

【0043】

時刻ｔ_１になると、慣性トルクＴ_{ｉｎｅｒｔ}の値が慣性トルク閾値に係るヒステリシスの下側閾値未満となる。これにより、エンジン制御システム１４３は、ステップＳ１３で慣性トルクＴ_{ｉｎｅｒｔ}の大きさに応じたアシストトルクを算出する。これにより、ステップＳ１４で算出される燃料噴射量は、大きく増加する。燃料噴射量が大きく増加することで、時刻ｔ_１以降、エンジン回転数の低下が抑制され、速やかに回転数の目標値に近づけることができる。ただし、アシストトルクを加算する場合にも、燃料噴射量は、エンジン１２１の回転数Ｎｅによって規定される最大噴射量によって規制される。図６において、最大噴射量の推移は一点鎖線で示される。
その後、時刻ｔ_２になると、慣性トルクＴ_{ｉｎｅｒｔ}の値が慣性トルク閾値に係るヒステリシスの上側閾値以上となる。これ以降、エンジン制御システム１４３によるアシストトルクがゼロとなる。

【0044】

なお、図６には、比較例として、アシストトルクを加算しない場合におけるエンジン１２１の回転数Ｎｅ、慣性トルクＴ_{ｉｎｅｒｔ}、および燃料噴射量の推移が破線で示される。
時刻ｔ_０から時刻ｔ_１までの間は、第１の実施形態に係るエンジン制御システム１４３による制御も、比較例に係る制御も、アシストトルクの値はゼロであるため、同じ推移をたどる。

【0045】

他方、時刻ｔ_１になり、慣性トルクＴ_{ｉｎｅｒｔ}の値が慣性トルクに係るヒステリシスの下側閾値未満となると、比較例に係る制御ではアシストトルクが加算されないため、燃料噴射量の増加量は第１の実施形態に係るエンジン制御システム１４３の制御と比較して緩慢となる。燃料噴射量の増加が緩慢となることで、時刻ｔ_１以降もエンジン回転数の低下を早期に抑制することができず、回転数の回復が遅れることとなる。

【0046】

このように、第１の実施形態に係るエンジン制御システム１４３は、エンジン１２１の回転に係る回転状態量である慣性トルクＴ_{ｉｎｅｒｔ}を特定し、慣性トルクＴ_{ｉｎｅｒｔ}に基づいて燃料噴射装置１２５による燃料噴射量を決定する。慣性トルクＴ_{ｉｎｅｒｔ}の絶対値は、作業機１３０に掛かる負荷に伴って増大する。そのため、慣性トルクＴ_{ｉｎｅｒｔ}に基づいて燃料噴射量を決定することで、エンジン制御システム１４３は、負荷によるエンジン１２１の回転数Ｎｅの減少を適切に打ち消すことができる。
なお、第１の実施形態に係るエンジン制御システム１４３は、慣性トルクＴ_{ｉｎｅｒｔ}に基づいて燃料噴射量を決定するが、他の実施形態においてはこれに限られず、慣性トルクＴ_{ｉｎｅｒｔ}に代えて他の回転状態量を用いて燃料噴射量を決定してもよい。例えば、上述の式（２）に示すように慣性トルクＴ_{ｉｎｅｒｔ}は、エンジン１２１と油圧ポンプ１２２とを含む質点系の慣性モーメントＩとエンジン１２１の回転数の変化量ｄＮｅ／ｄｔとによって求められる。このうち慣性モーメントＩは定数である。そのため、他の実施形態においては、慣性トルクＴ_{ｉｎｅｒｔ}に代えてエンジン１２１の回転数の変化量ｄＮｅ／ｄｔのみを用いて燃料噴射量を決定してもよい。エンジン１２１の回転数の変化量ｄＮｅ／ｄｔも、回転状態量の一例といえる。

【0047】

なお、第１の実施形態に係るエンジン制御システム１４３は、慣性トルクＴ_{ｉｎｅｒｔ}が負数である慣性トルクに係るヒステリシスの下側閾値以上である場合にアシストトルクをゼロとし、慣性トルクＴ_{ｉｎｅｒｔ}が慣性トルク閾値に係るヒステリシスの下側未満である場合に、慣性トルクＴ_{ｉｎｅｒｔ}に所定の係数を乗算することでアシストトルクを演算する。エンジン制御システム１４３は、これにより、慣性トルクＴ_{ｉｎｅｒｔ}が大きいほど、すなわち作業機１３０に掛かる負荷が大きいほど、アシストトルクを大きくすることができる。他方、他の実施形態においてはこれに限られず、慣性トルクＴ_{ｉｎｅｒｔ}が慣性トルクに係るヒステリシスの下側閾値未満である場合のアシストトルクを正の定数としてもよい。

【0048】

また、第１の実施形態に係るエンジン制御システム１４３は、油圧ポンプ１２２における吸収トルクＴｅを特定し、吸収トルクＴｅと慣性トルクＴ_{ｉｎｅｒｔ}とに基づいて燃料噴射量を決定する。ポンプの吸収トルクＴｅは、作業機１３０に負荷が掛かっているときに増大する。そのため、第１の実施形態によれば、エンジン１２１の故障や外乱など、慣性トルクＴ_{ｉｎｅｒｔ}の増大が急負荷の発生によらない場合に、燃料噴射量を増加させることを防ぐことができる。
なお、他の実施形態においては、吸収トルクＴｅを用いずに燃料噴射量を決定してもよい。このとき、エンジン制御システム１４３は、例えば操作装置１４２の操作量に基づいて作業機１３０が駆動しているか否かを判定することでも、慣性トルクＴ_{ｉｎｅｒｔ}の増大が急負荷の発生によらない場合に、燃料噴射量を増加させることを防ぐことができる。

【0049】

また、第１の実施形態に係るエンジン制御システム１４３は、操作装置１４２の燃料噴射量調整装置１４２７の操作量に応じてエンジントルクの目標値を決定し、慣性トルクＴ_{ｉｎｅｒｔ}が慣性トルク閾値未満である場合に、エンジントルクの目標値に所定のアシストトルクを加算する。これにより、エンジン制御システム１４３は、通常のエンジン制御によって定まる燃料噴射量に、さらに回転数Ｎｅの低下を抑止するための燃料噴射量を上乗せすることができる。

【0050】

《他の実施形態》
以上、図面を参照して一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、様々な設計変更等をすることが可能である。すなわち、他の実施形態においては、上述の処理の順序が適宜変更されてもよい。また、一部の処理が並列に実行されてもよい。

【0051】

上述した実施形態に係るエンジン制御システム１４３は、単独のコンピュータによって構成されるものであってもよいし、エンジン制御システム１４３の構成を複数のコンピュータに分けて配置し、複数のコンピュータが互いに協働することでエンジン制御システム１４３として機能するものであってもよい。

【0052】

上述した実施形態に係るエンジン制御システム１４３は、油圧ポンプ１２２が出力する作動油の圧力および容量に基づいて式（１）によって慣性トルクＴ_{ｉｎｅｒｔ}を推定する。他方、油圧ポンプ１２２は、走行モータ１１２や旋回モータ１２４を含む複数のアクチュエータへ作動油を供給する。そのため、他の実施形態においては、各アクチュエータに流量センサを設け、エンジン制御システム１４３がこの計測値に基づいて、油圧ポンプ１２２の出力のうち作業機１３０の駆動に用いられている割合を特定し、当該割合に鑑みて慣性トルクＴ_{ｉｎｅｒｔ}を推定してもよい。同様に、他のエンジン制御システム１４３は、上記割合に鑑みて油圧ポンプ１２２の吸収トルクＴｅを推定してもよい。

【0053】

上述した実施形態に係る慣性トルク閾値はヒステリシスをもつが、他の実施形態に係る、慣性トルク閾値は、ヒステリシスをもたなくてもよい。

【0054】

上述した実施形態では、エンジン制御システム１４３が油圧ショベル１００に備えられる場合について説明したが、他の実施形態に係るエンジン制御システム１４３は、ホイールローダ、モータグレーダ、ブルドーザなどの、他の作業機械に備えられてもよい。

【符号の説明】

【0055】

１００…油圧ショベル １１０…走行体 １１１…無限軌道 １１２…走行モータ １２０…旋回体 １２１…エンジン １２１１…回転数センサ １２２…油圧ポンプ １２２１…圧力センサ １２２２…容量センサ １２３…コントロールバルブ １２４…旋回モータ １２５…燃料噴射装置 １３０…作業機 １３１…ブーム １３２…アーム １３３…バケット １３４…ブームシリンダ １３５…アームシリンダ １３６…バケットシリンダ １４０…運転室 １４１…運転席 １４２…操作装置 １４２１…左操作レバー １４２２…右操作レバー １４２３…左フットペダル １４２４…右フットペダル １４２５…左走行レバー １４２６…右走行レバー １４３…エンジン制御システム ２１０…プロセッサ ２１１…計測値取得部 ２１２…操作量取得部 ２１３…回転数決定部 ２１４…目標トルク決定部 ２１５…トルク推定部 ２１６…アシスト判定部 ２１７…噴射量決定部 ２１８…指示出力部 ２３０…メインメモリ ２５０…ストレージ ２７０…インタフェース

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】