(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、該エンジンにより駆動される油圧ポンプと、該油圧ポンプが吐出する圧油により駆動される掘削アタッチメントと、該エンジンの駆動をアシストする電動発電機とを有するショベルであって、
前記掘削アタッチメントの動作状態から掘削動作後半であるか否かを判定する動作状態検出部と、
前記掘削アタッチメントによる掘削動作の後半において前記電動発電機により前記エンジンをアシストさせるアシスト制御部、
を備えることを特徴とするショベル。
【請求項２】
前記動作状態検出部が掘削動作後半の動作が終わったと判定した場合、前記アシスト制御部は、前記電動発電機による前記エンジンのアシストを終了させる、
請求項１に記載のショベル。
【請求項３】
前記掘削アタッチメントに加わる負荷を検出する負荷圧センサを更に備え、
前記アシスト制御部は、掘削動作の後半において前記負荷圧センサの検出圧力が所定圧力を上回った場合に、前記電動発電機により前記エンジンをアシストさせる、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のショベル。
【請求項４】
前記負荷圧センサは、前記油圧ポンプの吐出圧を検出する吐出圧センサである、
ことを特徴とする請求項３に記載のショベル。
【請求項５】
前記負荷圧センサは、前記掘削アタッチメントを構成するアームのシリンダ圧センサである、
ことを特徴とする請求項３に記載のショベル。
【請求項６】
前記掘削アタッチメントを構成するアームの開閉状態を検出するアーム操作状態検出部を更に備え、
前記動作状態検出部は、前記アーム操作状態検出部の検出値に基づいて掘削動作後半であるか否かを判定する、
ことを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載のショベル。
【請求項７】
前記アーム操作状態検出部は、前記アームの開き角度を検出するアーム角度センサである、
ことを特徴とする請求項６に記載のショベル。
【請求項８】
前記掘削アタッチメントを操作する操作装置の操作内容を圧力の形で検出するパイロット圧センサを更に備え、
前記動作状態検出部は、前記アーム操作状態検出部の検出値と、前記パイロット圧センサの検出値とに基づいて掘削動作後半であるか否かを判定する、
ことを特徴とする請求項６又は７に記載のショベル。
【請求項９】
前記アシスト制御部は、前記掘削動作後半における前記掘削アタッチメントを構成するアームの掘削時の閉じ動作の際に前記エンジンを前記電動発電機によりアシストする、
ことを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載のショベル。
【請求項１０】
前記アシスト制御部は、前記掘削動作後半における前記掘削アタッチメントを構成するバケットの掘削時の閉じ動作の際に前記エンジンを前記電動発電機によりアシストする、
ことを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載のショベル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、掘削アタッチメントを備えたショベルに関し、特に、エンジンの駆動をアシストする電動発電機を備えたショベルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンと、エンジン駆動の油圧ポンプと、油圧ポンプが吐出する圧油により駆動される掘削アタッチメント用の油圧アクチュエータと、アシスト運転及び発電運転を実行可能な電動発電機とを有するハイブリッド型ショベルが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
このハイブリッド型ショベルは、油圧ポンプによるエンジン負荷の大きさに応じて現在のエンジン回転数とは異なる目標エンジン回転数を決定し、その目標エンジン回転数を実現するために電動発電機をアシスト運転又は発電運転で動作させるようにする。
【０００４】
このようにして、特許文献１のハイブリッド型ショベルは、油圧ポンプによるエンジン負荷が低い場合ばかりでなく、油圧ポンプによるエンジン負荷が高い場合であっても、燃料消費率を向上させるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第０９／１５７５１１号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のハイブリッド型ショベルは、油圧ポンプによるエンジン負荷が増大した結果として電動発電機をアシスト運転するため、掘削動作中の掘削アタッチメントの動きを一時的に鈍化させ、操作者にもたつき感を抱かせるおそれがある。
【０００７】
上述の点に鑑み、本発明は、掘削動作中の掘削アタッチメントの動きをより滑らかにするショベルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の目的を達成するために、本発明の実施例に係るショベルは、エンジンと、該エンジンにより駆動される油圧ポンプと、該油圧ポンプが吐出する圧油により駆動される掘削アタッチメントと、該エンジンの駆動をアシストする電動発電機とを有するショベルであって、前記掘削アタッチメントによる掘削動作の後半において前記電動発電機により前記エンジンをアシストさせるアシスト制御部を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
上述の手段により、本発明は、掘削動作中の掘削アタッチメントの動きをより滑らかにするショベルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例に係るショベルの構成例を示す側面図である。
【図２】掘削アタッチメントの動作状態の推移を示す図である。
【図３】ショベルの駆動系の構成例を示すブロック図（その１）である。
【図４】アシスト開始判定処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】掘削アタッチメントによる一連の動作が行われる際の各油圧アクチュエータの出力又は排出出力の推移を示す図である。
【図６】アシスト運転を開始させる際のアーム角度、メインポンプの吐出圧及び吐出量、電動発電機の出力、並びに、アームシリンダの出力のそれぞれの時間的推移を示す図である。
【図７】ショベルの駆動系の構成例を示すブロック図（その２）である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施例について説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は、本発明の第一の実施例に係る油圧ショベルを示す側面図である。
【００１３】
油圧ショベルは、クローラ式の下部走行体１の上に、旋回機構２を介して、上部旋回体３を旋回自在に搭載する。
【００１４】
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の先端にはアーム５が取り付けられ、アーム５の先端にはエンドアタッチメントとしてのバケット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により掘削アタッチメントが構成される。また、ブーム４、アーム５、バケット６は、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、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】
ブーム４は、上部旋回体３に対して上下に回動可能に支持されており、回動支持部（関節）にブーム操作状態検出部としてのブーム角度センサＳ１が取り付けられている。ブーム角度センサＳ１により、ブーム４の傾き角度であるブーム角度α（ブーム４を最も下降させた状態からの上昇角度）を検出することができる。
【００１６】
アーム５は、ブーム４に対して回動可能に支持されており、回動支持部（関節）にアーム操作状態検出部としてのアーム角度センサＳ２が取り付けられている。アーム角度センサＳ２により、アーム４の傾き角度であるアーム角度β（アーム５を最も閉じた状態からの開き角度）を検出することができる。アーム５を最も開いた状態が、アーム角度βの最大値となる。
【００１７】
次に、図２を参照しながら掘削・積込み動作についてさらに詳しく説明する。まず、図２（Ａ）に示すように、上部旋回体３を旋回してバケット６が掘削位置の上方に位置し、アーム５が開き、かつ、バケット６も開いた状態で、オペレータはブーム４を下げ、バケット６の先端が掘削対象から所望の高さとなるようにバケット６を下降させる。通常、旋回及びブーム下げは、オペレータが操作し、目視でバケット６の位置を確認する。また、上部旋回体３の旋回と、ブーム４の下げは同時に行うことが一般的である。以上の動作をブーム下げ旋回動作と称し、この動作区間をブーム下げ旋回動作区間と称する。
【００１８】
バケット６の先端が所望の高さに到達したとオペレータが判断したら、次に、図２（Ｂ）に示すように前期掘削動作に移る。掘削動作の前半である前期掘削動作では、アーム５が地面に対して略垂直になるまでアーム５を閉じる。この前期掘削動作により、所定の深さの土が掘削され、アーム５が地表面に略垂直になるまで、バケット６でかき寄せられる。前期掘削動作が完了したら、次に、図２（Ｃ）に示すように、アーム５及びバケット６を更に閉じ、図２（Ｄ）に示すように、バケット６がアーム５に対して略垂直になるまでバケット６を閉じる。すなわち、バケット６の上縁が略水平となるまでバケット６を閉じ、かき集めた土をバケット６内に収容する。この掘削動作後半の動作を後期掘削動作と称し、この動作区間を後期掘削動作区間と称する。
【００１９】
オペレータは、バケット６がアーム５に対して略垂直になるまで閉じたと判断したら、次に、図２（Ｅ）に示すように、バケット６を閉じたままバケット６の底部が地面から所望の高さとなるまでブーム４を上げる。これに続いて、あるいは同時に、上部旋回体３を旋回して排土する位置まで矢印ＡＲ１で示すようにバケット６を旋回移動する。以上の動作をブーム上げ旋回動作と称し、この動作区間をブーム上げ旋回動作区間と称する。
【００２０】
なお、バケット６の底部が所望の高さとなるまでブーム４を上げるのは、例えば、ダンプカーの荷台に排土する際にはバケット６を荷台の高さより高く持ち上げないとバケット６が荷台にぶつかってしまうためである。
【００２１】
オペレータは、ブーム上げ旋回動作が完了したと判断したら、次に、図２（Ｆ）に示すようにアーム５及びバケット６を開いて、バケット６内の土を排出する。この動作をダンプ動作と称し、この動作区間をダンプ動作区間と称する。ダンプ動作では、バケット６のみを開いて排土してもよい。
【００２２】
オペレータは、ダンプ動作が完了したと判断したら、次に、図２（Ｇ）に示すように、上部旋回体３を矢印ＡＲ２で示すように旋回してバケット６を掘削位置の真上に移動させる。このとき、旋回と同時にブーム４を下げてバケット６を掘削対象から所望の高さのところまで下降させる。この動作は図２（Ａ）にて説明したブーム下げ旋回動作の一部である。オペレータは、図２（Ａ）に示すようにバケット６を所望の高さまで下降させ、再び図２（Ｂ）に示す前期掘削動作以降の動作を行うようにする。
【００２３】
以上の「前期掘削動作」、「後期掘削動作」、「ブーム下げ旋回動作」、「ブーム上げ旋回動作」、「ダンプ動作」、「ブーム下げ旋回動作」を一サイクルとしてこのサイクルを繰り返し行いながら、掘削・積込みを進めていく。
【００２４】
図３は、ショベルの駆動系の構成例を示すブロック図であり、機械的動力系、高圧油圧ライン、パイロットライン、及び電気駆動・制御系をそれぞれ二重線、実線、破線、及び点線で示す。
【００２５】
ショベルの駆動系は、主に、エンジン１１、電動発電機１２、変速機１３、メインポンプ１４、レギュレータ１４Ａ、パイロットポンプ１５、コントロールバルブ１７、インバータ１８Ａ、操作装置２６、圧力センサ２９、吐出圧センサ２９Ａ、コントローラ３０、及び蓄電系１２０で構成される。
【００２６】
エンジン１１は、ショベルの駆動源であり、例えば、所定の回転数を維持するように動作するエンジンであって、エンジン１１の出力軸が変速機１３を介してメインポンプ１４及びパイロットポンプ１５の入力軸に接続される。
【００２７】
電動発電機１２は、エンジン１１により駆動されて回転し発電を行う発電運転と、蓄電系１２０に蓄電された電力によって回転しエンジン出力をアシストするアシスト運転とを選択的に実行する装置である。
【００２８】
変速機１３は、二つの入力軸と一つの出力軸とを備えた変速機構であり、入力軸の一方がエンジン１１の出力軸に接続され、入力軸の他方が電動発電機１２の回転軸に接続され、出力軸がメインポンプ１４の回転軸に接続される。
【００２９】
メインポンプ１４は、高圧油圧ラインを介して圧油をコントロールバルブ１７に供給するための装置であり、例えば、斜板式可変容量型油圧ポンプである。
【００３０】
レギュレータ１４Ａは、メインポンプ１４の吐出量を制御するための装置であり、例えば、メインポンプ１４の吐出圧、コントローラ３０からの制御信号等に応じてメインポンプ１４の斜板傾転角を調節することによって、メインポンプ１４の吐出量を制御する。
【００３１】
パイロットポンプ１５は、パイロットラインを介して各種油圧制御機器に圧油を供給するための装置であり、例えば、固定容量型油圧ポンプである。
【００３２】
コントロールバルブ１７は、ショベルにおける油圧システムを制御する油圧制御装置である。コントロールバルブ１７は、例えば、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９、走行用油圧モータ１Ｂ（左用）、走行用油圧モータ１Ａ（右用）、及び旋回用油圧モータ４０のうちの一又は複数のものに対しメインポンプ１４から受け入れた圧油を選択的に供給する。なお、以下では、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９、走行用油圧モータ１Ｂ（左用）、走行用油圧モータ１Ａ（右用）、及び旋回用油圧モータ４０を集合的に「油圧アクチュエータ」と称するものとする。
【００３３】
インバータ１８Ａは、交流電力と直流電力とを相互に変換する装置であり、電動発電機１２が発電する交流電力を直流電力に変換して蓄電系１２０に蓄電し（充電動作）、蓄電系１２０に蓄電された直流電力を交流電力に変換して電動発電機１２に供給する（放電動作）。また、インバータ１８Ａは、コントローラ３０が出力する制御信号に応じて充放電動作の停止、切り替え、又は開始等を制御し、充放電動作に関する情報をコントローラ３０に対して出力する。
【００３４】
蓄電系１２０は、直流電力を蓄電するためのシステムであり、例えば、キャパシタ、昇降圧コンバータ、及びＤＣバス（何れも図示せず。）を含む。ＤＣバスは、キャパシタと電動発電機１２との間における電力の授受を制御する。キャパシタは、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（図示せず。）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（図示せず。）を備える。キャパシタ電圧検出部及びキャパシタ電流検出部はそれぞれ、キャパシタ電圧値及びキャパシタ電流値をコントローラ３０に対して出力する。なお、蓄電器としては、キャパシタだけでなく、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。
【００３５】
操作装置２６は、操作者が油圧アクチュエータの操作のために用いる装置であり、パイロットラインを介して、パイロットポンプ１５から受け入れた圧油を油圧アクチュエータのそれぞれに対応する流量制御弁のパイロットポートに供給する。なお、パイロットポートのそれぞれに供給される圧油の圧力（パイロット圧）は、油圧アクチュエータのそれぞれに対応する操作装置２６のレバー又はペダル（図示せず。）の操作方向及び操作量に応じた圧力とされる。
【００３６】
圧力センサ２９は、操作装置２６を用いた操作者の操作内容を検出するためのパイロット圧センサであり、例えば、油圧アクチュエータのそれぞれに対応する操作装置２６のレバー又はペダルの操作方向及び操作量を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。なお、操作装置２６の操作内容は、圧力センサ以外の他のセンサを用いて検出されてもよい。
【００３７】
吐出圧センサ２９Ａは、掘削アタッチメントに加わる負荷を検出する負荷圧センサであり、例えば、メインポンプ１４の吐出圧を検出するセンサであって、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。
【００３８】
コントローラ３０は、ショベルを制御するための制御装置であり、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ（Read Only Memory）等を備えたコンピュータで構成される。また、コントローラ３０は、動作状態検出部３００及びアシスト制御部３０１のそれぞれに対応するプログラムをＲＯＭから読み出してＲＡＭに展開しながら、それぞれに対応する処理をＣＰＵに実行させる。
【００３９】
具体的には、コントローラ３０は、ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２、インバータ１８Ａ、圧力センサ２９、吐出圧センサ２９Ａ、及び蓄電系１２０等が出力する検出値を受信する。そして、コントローラ３０は、それら検出値に基づいて動作状態検出部３００及びアシスト制御部３０１のそれぞれによる処理を実行する。その後、コントローラ３０は、動作状態検出部３００及びアシスト制御部３０１のそれぞれの処理結果に応じた制御信号を適宜にインバータ１８Ａに対して出力する。
【００４０】
動作状態検出部３００は、掘削アタッチメントの動作状態を検出するための機能要素であり、例えば、各種センサの出力に基づいて、掘削アタッチメントによる所定の動作が開始されようとしていることを検出する。
【００４１】
具体的には、動作状態検出部３００は、アーム角度センサＳ２と、吐出圧センサ２９Ａとの出力に基づいて、掘削アタッチメントによる後期掘削動作が開始されようとしていることを検出する。
【００４２】
より具体的には、動作状態検出部３００は、アーム角度βが掘削工程の前期と後期とを区別する閾値βＴＨを下回った後、メインポンプ１４の吐出圧Ｐが高負荷状態を判定する閾値ＰＴＨ以上となったときに、掘削アタッチメントによる後期掘削動作が開始されようとしていることを検出する。なお、閾値βＴＨは、例えば、アーム５と地面との間の角度が略垂直となるときのアーム角度であり、閾値ＰＴＨは、ショベルの機種毎に予め設定される圧力である。
【００４３】
また、動作状態検出部３００は、吐出圧センサ２９Ａの検出値の代わりに、アームシリンダ圧センサ（図示せず。）の検出値を用いるようにしてもよい。つまり、アームシリンダ圧センサが負荷圧センサとして機能する。この場合、動作状態検出部３００は、アーム角度βが閾値βＴＨを下回った後、アームシリンダ８のボトム側シリンダ内の圧力が所定圧以上となったときに、掘削アタッチメントによる後期掘削動作が開始されようとしていることを検出する。
【００４４】
また、動作状態検出部３００は、アーム角度センサＳ２の出力のみに基づいて、或いは、ブーム角度センサＳ１及びアーム角度センサＳ２の出力のみに基づいて、掘削アタッチメントによる後期掘削動作が開始されようとしていることを検出するようにしてもよい。
【００４５】
また、動作状態検出部３００は、圧力センサ２９の出力に基づいて、掘削アタッチメントによる後期掘削動作が開始されようとしていることを確認するようにしてもよい。
【００４６】
具体的には、動作状態検出部３００は、閾値βＴＨ以上となっているアーム角度βが閾値βＴＨを下回った後、アーム操作レバー（図示せず。）が所定操作量以上で操作されたことを検知したときに、掘削アタッチメントによる後期掘削動作が開始されようとしていることを検出する。アーム操作レバーが微操作されただけであるにもかかわらず、掘削アタッチメントによる後期掘削動作の開始を誤って検出してしまうのを回避するためである。
【００４７】
同様に、動作状態検出部３００は、各種センサの出力に基づいて、掘削アタッチメントによる所定の動作の開始又は完了を検出する。
【００４８】
具体的には、動作状態検出部３００は、後期掘削動作が開始されようとしていることを検出した後、アーム操作レバーの操作量が所定操作量を下回った場合に、掘削アタッチメントによる後期掘削動作が完了したことを検出する。
【００４９】
なお、上述の検出条件はほんの一例に過ぎず、動作状態検出部３００は、他の検出条件を用いて、掘削アタッチメントによる所定の動作が開始されたこと又は完了したことを検出するようにしてもよい。
【００５０】
また、動作状態検出部３００は、前期掘削動作区間、後期掘削動作区間だけでなく、ブーム上げ旋回動作区間、ダンプ動作区間、及びブーム下げ旋回動作区間以外の他の動作区間の開始又は完了を検出するようにしてもよい。
【００５１】
また、動作状態検出部３００は、掘削アタッチメントによる所定の動作の開始又は完了を検出した場合に、アシスト制御部３０１に対してその旨を表す制御信号を出力する。
【００５２】
アシスト制御部３０１は、電動発電機１２によるアシスト運転の実行を制御するための機能要素であり、例えば、動作状態検出部３００の検出結果に応じて電動発電機１２によるアシスト運転を開始させるか否かを決定する。
【００５３】
具体的には、アシスト制御部３０１は、掘削アタッチメントによる後期掘削動作が開始されようとしていることを動作状態検出部３００が検出した場合に、電動発電機１２によるアシスト運転を開始させる。
【００５４】
このようにして、アシスト制御部３０１は、後期掘削動作が開始される前に電動発電機１２によるアシスト運転を開始させるようにする。
【００５５】
また、アシスト制御部３０１は、アシスト運転を開始させた後、掘削アタッチメントによる後期掘削動作が完了したことを動作状態検出部３００が検出した場合に、電動発電機１２によるアシスト運転を終了させる。
【００５６】
なお、アシスト制御部３０１は、アシスト運転を開始させた後、ブーム上げ旋回動作、ダンプ動作、及びブーム下げ旋回動作等の掘削アタッチメントによる他の動作の開始又は完了を検出した場合に、電動発電機１２によるアシスト運転を終了させるようにしてもよい。
【００５７】
ここで、図４を参照しながら、コントローラ３０が電動発電機１２によるアシスト運転を開始させるか否かを判定する処理（以下、「アシスト開始判定処理」とする。）の流れについて説明する。なお、図４は、アシスト開始判定処理の流れを示すフローチャートであり、アシスト開始判定処理は、掘削アタッチメントによる後期掘削動作が開始されるまで（例えば、アーム角度βが閾値βＴＨを下回るまで）、所定周期で繰り返し実行されるものとする。
【００５８】
最初に、コントローラ３０は、動作状態検出部３００により、アーム角度センサＳ２の検出値βと閾値βＴＨとを比較する（ステップＳＴ１）。
【００５９】
アーム角度βが閾値βＴＨ以上であると判定した場合（ステップＳＴ１のＮＯ）、コントローラ３０は、前期掘削動作区間であるとして、今回のアシスト開始判定処理を終了させる。
【００６０】
一方、アーム角度βが閾値βＴＨ未満であると判定した場合（ステップＳＴ１のＹＥＳ）、コントローラ３０は、動作状態検出部３００により、吐出圧センサ２９Ａの検出値Ｐと閾値ＰＴＨとを比較する（ステップＳＴ２）。
【００６１】
吐出圧Ｐが閾値ＰＴＨ未満であると判定した場合（ステップＳＴ２のＮＯ）、コントローラ３０は、負荷が小さく電動発電機２５によるアシストが不要であるとして、今回のアシスト開始判定処理を終了させる。
【００６２】
一方、吐出圧Ｐが閾値ＰＴＨ以上であると判定した場合（ステップＳＴ２のＹＥＳ）、コントローラ３０は、アシスト制御部３０１により、電動発電機１２によるアシスト運転を開始させる（ステップＳＴ３）。また、コントローラ３０は、アシスト制御部３０１により、レギュレータ１４Ａを調整してメインポンプ１４の馬力を増加させる。また、メインポンプ１４の吐出圧ではなく、アームシリンダ８のボトム圧を検出し、アームシリンダ８のボトム圧が閾値以上と判定した場合に、電動発電機１２によるアシスト運転を行うようにしてもよい。
【００６３】
電動発電機１２によるアシスト運転が開始されると、メインポンプ１４の入力軸に与えられるトルクが増大することとなる。
【００６４】
ここで、図５を参照しながら、後期掘削動作区間において、ポンプ馬力を増加させるための電動発電機２５によるアシスト運転が行われた場合の効果について説明する。
【００６５】
図５は、掘削アタッチメントによる一連の動作が行われる際の各油圧アクチュエータの出力及び排出出力の推移を示す図である。なお、「出力」は各油圧アクチュエータを動作させるために必要な出力を意味し、「排出出力」は各油圧アクチュエータが排出する他の油圧アクチュエータにより発生される出力を意味する。
【００６６】
図５（Ａ）は、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９、及び旋回用油圧モータ４０のそれぞれの出力、並びに、ブームシリンダ７及び旋回用油圧モータ４０による排出出力の推移を示す。なお、図５（Ａ）は、電動発電機１２によるアシスト運転が行われない場合の推移を示す。また、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）における各油圧アクチュエータの出力のそれぞれを合計したメインポンプ１４の出力（ポンプ馬力）の推移とアームシリンダ８の出力の推移とを示す図であり、電動発電機１２によるアシスト運転が行われない場合の推移を示す。また、図５（Ｃ）は、後期掘削動作区間において、ポンプ馬力を増加させるための電動発電機１２によるアシスト運転が行われる場合における、ポンプ馬力の推移とアームシリンダ８の出力の推移とを示す。
【００６７】
まず、後期掘削動作区間において、ポンプ馬力を増加させるための電動発電機１２のアシスト運転が行われない場合について説明する。図５（Ａ）及び図５（Ｂ）で示されるように、掘削アタッチメントによる掘削動作が行われる場合、ポンプ馬力は、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のそれぞれの出力によって構成される。
【００６８】
掘削・積込み動作が開始されると、前期掘削動作区間のポンプ馬力は、アームシリンダ８の出力を主要な構成要素としながら、掘削動作の進行と共に増大する。そして、後期掘削動作区間において、ポンプ馬力はエンジン出力の最大値に至ってしまう。このように、ポンプ馬力をエンジン出力の最大値よりも大きく上げることができない。このため、アームシリンダ８により大きな負荷が加わった場合、その負荷に対応することができなくなってしまう。したがって、後期掘削動作区間においては、アームシリンダ８の出力を上げることができず、アーム５の動きを鈍化させてしまい、操作者にもたつき感を抱かせてしまう。
【００６９】
掘削アタッチメントによるブーム上げ旋回動作が行われる場合、ポンプ馬力は、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９、及び旋回用油圧モータ４０のそれぞれの出力によって構成される。
【００７０】
また、アームシリンダ８及びバケットシリンダ９のそれぞれの出力は、ブーム上げ旋回動作の進行と共に減少・消失する。
【００７１】
ブームシリンダ７及び旋回用油圧モータ４０のそれぞれの出力は、ブーム上げ旋回動作の進行と共に増大した後、ブーム上げ旋回動作の完了に向かって減少・消失する。
【００７２】
その結果、ブーム上げ旋回動作中のポンプ馬力は、エンジン出力の最大値から一旦減少するものの、再び増大してエンジン出力の最大値に至り、その後、ブーム上げ旋回動作の完了に向かって減少・消失する。
【００７３】
掘削アタッチメントによるダンプ動作が行われる場合、ポンプ馬力は、アームシリンダ８及びバケットシリンダ９のそれぞれの出力によって構成される。なお、掘削アタッチメントによるダンプ動作が行われる場合、ブームシリンダ７及び旋回用油圧モータ４０のそれぞれは、エンジン出力を吸収する代わりに、排出出力を発生させることとなる。ブーム４が自重で下降するためであり、また、上部旋回体３の旋回が減速・停止されるためである。
【００７４】
また、アームシリンダ８及びバケットシリンダ９のそれぞれの出力は、ダンプ動作の開始後に増大し、略一定の値で推移した後、ダンプ動作の完了に向かって減少・消失する。
【００７５】
その結果、ダンプ動作中のポンプ馬力は、エンジン出力の最大値に至ることなく推移し、ダンプ動作の完了に向かって減少・消失する。
【００７６】
掘削アタッチメントによるブーム下げ旋回動作が行われる場合、ポンプ馬力は、旋回用油圧モータ４０の出力に略等しい。
【００７７】
そのため、ブーム下げ旋回動作中のポンプ馬力、すなわち旋回用油圧モータ４０の出力は、上部旋回体３の旋回加速度の増大と共に増大し、上部旋回体３の旋回加速度の減少・消失と共に減少・消失する。
【００７８】
なお、旋回用油圧モータ４０は、出力を消失させた後、排出出力を発生させることとなる。旋回用油圧モータ４０が発生させる排出出力は、上部旋回体３の旋回減速度の増大と共に増大し、上部旋回体３の旋回減速度の減少・消失と共に減少・消失する。
【００７９】
また、掘削アタッチメントによるブーム下げ旋回動作が行われる場合、ブームシリンダ７は、エンジン出力を吸収する代わりに、排出出力を発生させることとなる。ブーム４が自重で下降するためである。
【００８０】
ここで、図５（Ｂ）と図５（Ｃ）とを対比しながら、後期掘削動作においてポンプ馬力を増加させるための電動発電機１２によるアシスト運転が行われた場合の効果について説明する。
【００８１】
なお、図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）の実線で示される推移は、ポンプ馬力の推移を示し、図５（Ｃ）の斜線ハッチング部分は、電動発電機１２のアシスト運転によるポンプ馬力の増大分を示す。また、図５（Ｃ）におけるポンプ馬力は、電動発電機１２によるアシスト運転が行われた場合の電動発電機１２の出力を含む値である。また、図５（Ｃ）の格子状ハッチング部分は、掘削動作中にアシスト運転を行わない場合におけるアームシリンダ８の出力に対するアームシリンダ８の出力の増大分を示す。
【００８２】
このように、ポンプ馬力は、電動発電機１２のアシスト運転によって、後期掘削動作中に増大することとなる。
【００８３】
その結果、コントローラ３０は、後期掘削動作中におけるアームシリンダ８の出力の増大を可能にし、アーム５の動作速度の鈍化を防止することができる。同様に、コントローラ３０は、後期掘削動作中におけるバケットシリンダ９の出力の増大を可能にし、バケット６の動作速度の鈍化を防止することができる。
【００８４】
具体的には、電動発電機１２によるアシスト運転が行われない場合、掘削動作中にポンプ馬力がエンジン出力の最大値に達すると、メインポンプ１４の吐出量は、メインポンプ１４の吐出圧が増大するにつれて減少することとなる。これは、掘削動作の進行と共にアームシリンダ８内の圧力が増大するにつれて、アームシリンダ８内に流入する圧油の量が減少することを意味する。アームシリンダ８内に流入する圧油の量が減少すると、アーム５の動作速度（閉じ速度）は鈍化することとなる。
【００８５】
これに対し、電動発電機１２によるアシスト運転が行われる場合には、ポンプ馬力が引き上げられることとなり、メインポンプ１４の吐出量は、メインポンプ１４の吐出圧が増大したとしてもエンジン出力の最大値以上の一定レベルで維持されることとなる。これは、掘削動作の進行と共にアームシリンダ８内の圧力が増大したとしても、アームシリンダ８内に流入する圧油の量が変化しないことを意味する。アームシリンダ８内に流入する圧油の量が不変であれば、アーム５の動作速度（閉じ速度）は一定レベルで維持されることとなる。バケット６の動作速度（閉じ速度）についても同様である。
【００８６】
次に、図６を参照しながら、コントローラ３０が電動発電機１２によるアシスト運転を開始させる際のアーム角度β（図６（Ａ）参照。）、メインポンプ１４の吐出圧Ｐ（図６（Ｂ）参照。）、メインポンプ１４の吐出量Ｑ（図６（Ｃ）参照。）、電動発電機１２の出力ＷＧ（図６（Ｄ）参照。）、及びアームシリンダ８の出力ＷＡ（図６（Ｅ）参照。）のそれぞれの時間的推移について説明する。なお、図６において、ショベルの操作者は、アーム５を閾値βＴＨ以上の角度で大きく開いた状態からアーム５を閉じる操作を行うものとする。また、図６（Ａ）〜図６（Ｅ）のそれぞれにおいて実線で表される推移は、ポンプ馬力を増加させるための電動発電機１２によるアシスト運転が実行される場合の効果を説明する。また、図６（Ａ）〜図６（Ｅ）のそれぞれにおいて破線で表される推移は、ポンプ馬力を増加させるための電動発電機１２によるアシスト運転が実行されない場合の効果を説明する。
【００８７】
図６（Ａ）で示されるように、アーム角度βは、閾値βＴＨより大きな角度から略一定の減少率で減少し、時刻ｔ１において閾値βＴＨに至り、その後も後期掘削動作の完了（時刻ｔ４）まで略一定の減少率で減少し続ける。
【００８８】
また、図６（Ｂ）で示されるように、吐出圧Ｐは、閾値ＰＴＨより小さい値から略一定の増大率で増大し、時刻ｔ２において閾値ＰＴＨに至る。その後、吐出圧Ｐは、ポンプ馬力が負荷の最大値に達する時点（時刻ｔ３）まで略一定の増大率で増大し続け、その後、後期掘削動作の完了（時刻ｔ４）まで略一定レベルで推移する。
【００８９】
また、図６（Ｃ）で示されるように、吐出量Ｑは、前記掘削動作の開始から後期掘削動作の完了まで、所定の流量Ｑ１で推移する。
【００９０】
また、図６（Ｄ）で示されるように、電動発電機１２の出力ＷＧは、時刻ｔ２において、値ゼロから値ＷＧ１までの引き上げが開始され、値ＷＧ１に達した後は後期掘削動作の完了（時刻ｔ４）まで値ＷＧ１のレベルに維持される。
【００９１】
また、図６（Ｅ）で示されるように、アームシリンダ８の出力ＷＡは、電動発電機１２によるアシスト運転が行われない場合のエンジン出力の最大値によって決まる上限値ＷＡ１よりも低い値から略一定の増大率で増大し、時刻ｔ２を過ぎたところで上限値ＷＡ１に達する。その後、アームシリンダ８の出力ＷＡは、ポンプ馬力が負荷の最大値に達する時点（時刻ｔ３）まで略一定の増大率で増大し続け上限値ＷＡ２に達し、その後、掘削動作の完了（時刻ｔ４）まで上限値ＷＡ２で推移する。電動発電機１２によるアシスト運転によって、上限値ＷＡ１が上限値ＷＡ２に引き上げられたためである。なお、上限値ＷＡ２は、電動発電機１２によるアシスト運転が行われる場合のポンプ馬力（電動発電機１２の出力を含む。）によって決まる値であり、アームシリンダ８の出力ＷＡは、電動発電機１２によるアシスト運転が行われる場合であっても、上限値ＷＡ２以下に制限されることとなる。このように、後期掘削動作において、電動発電機１２の出力ＷＧのほとんど全てが、アームシリンダ８の出力ＷＡとして利用される場合には、アームシリンダ８の出力ＷＡの上限値ＷＡ２は、上限値ＷＡ１に、電動発電機１２の出力である値ＷＧ１を加えた値に相当する。
【００９２】
ここで、コントローラ３０が電動発電機１２によるアシスト運転を開始させる際のアーム角度β、メインポンプ１４の吐出圧Ｐ、メインポンプ１４の吐出量Ｑ、電動発電機１２の出力ＷＧ、及びアームシリンダ８の出力ＷＡの関係について説明する。
【００９３】
時刻０から時刻ｔ１において、オペレータはアーム操作レバーをアーム５が閉じる方向に傾けているので、アーム角度βは時間が進むにつれて減少し、時刻ｔ１において閾値βＴＨを下回る。一方、メインポンプ１４の吐出圧Ｐ及びアームシリンダ８の出力ＷＡは、掘削反力が増大するため、時間が進むにつれて増加する。なお、ポンプ馬力が当初の最大値に達していないため、メインポンプ１４の吐出量Ｑは所定の流量Ｑ１のまま推移し、電動発電機１２の出力ＷＧはゼロのまま推移する。
【００９４】
そして、時刻ｔ２において、吐出圧Ｐが閾値ＰＴＨ以上になると、アシスト制御部３０１からの制御信号によりレギュレータ１４Ａが調整されてメインポンプ１４の馬力が増大するとともに、電動発電機１２によるアシスト運転が開始され、電動発電機１２の出力ＷＧが増加し始める。電動発電機１２の出力ＷＧが増加するため、ポンプ馬力は当初の最大値を超えてアシスト時の最大値まで増大し、アームシリンダ８の出力ＷＡも当初の上限値ＷＡ１を超えてアシスト時の上限値ＷＡ２まで増大する。したがって、吐出圧Ｐが増大する場合であっても、吐出量Ｑが所定の流量Ｑ１で維持され、アームシリンダ８内の圧力が増大する場合であっても、アームシリンダ８内に流入する圧油の量が所定の流量で維持される。その結果、アーム角度βは時刻０からｔ２の間の角速度を時刻ｔ２以降も維持できることとなる。すなわち、アーム５の動作速度を維持できることとなる。
【００９５】
なお、時刻ｔ３において、電動発電機１２の出力ＷＧが値ＷＧ１に達すると、ポンプ馬力もアシスト時の最大値に達し、アームシリンダ８の出力ＷＡは上限値ＷＡ２で制限されることとなる。
【００９６】
一方で、電動発電機１２によるアシスト運転を開始させない場合には、時刻ｔ２において吐出圧Ｐが閾値ＰＴＨ以上になった後も電動発電機１２の出力ＷＧが値ゼロのままで維持され、ポンプ馬力も当初の最大値のままで維持される。そのため、アームシリンダ８の出力ＷＡは時刻ｔ２を過ぎたところで上限値ＷＡ１に達し、その後は上限値ＷＡ１で推移することとなる。したがって、電動発電機１２によるアシスト運転を開始させない場合には、時刻ｔ２において吐出圧Ｐが閾値ＰＴＨ以上になると、メインポンプ１４の吐出量Ｑが減少し始める。その結果、アーム角度βは時刻０からｔ２の間の角速度より小さい角速度で減少することとなる。すなわち、アーム５の動作速度を低下させることとなる。
【００９７】
以上の構成により、第一の実施例に係るショベルは、後期掘削動作において電動発電機１２によるアシスト運転を開始させることによって、後期掘削動作中の掘削アタッチメントの動きをより滑らかにすることができる。
【００９８】
また、第一の実施例に係るショベルは、後期掘削動作中の掘削アタッチメントの動作速度が鈍化するのを防止することによって、操作者にもたつき感を抱かせないようにすることができる。その結果、操作者は、後期掘削動作中の掘削アタッチメントの動作速度が鈍化しないよう、アーム５に対する掘削反力を減らすべくブーム４を上昇させるといった不要な操作を行わないで済むようになる。このようにして、第一の実施例に係るショベルは、作業効率の低下を防止することができる。
【００９９】
また、第一の実施例に係るショベルは、掘削アタッチメントによる後期掘削動作が開始されようとしていることを検出した上で電動発電機１２によるアシスト運転を開始させるので、不要なアシスト運転が行われるのを防止することができる。
【０１００】
また、第一の実施例では、動作状態検出部３００が、アーム角度センサＳ２の検出値に基づいて掘削動作後半であるか否かを判定する事例を示したが、アーム角度センサＳ２の検出値とパイロット圧センサ２９の検出値とに基づいて掘削動作後半であるか否かを判定するようにしてもよい。
【０１０１】
また、第一の実施例では、アーム５の掘削時の閉じ動作をアシストする事例を示したが、メインポンプ１４の馬力の増加により、バケット６の掘削時の閉じ動作をアシストすることもできる。
【０１０２】
また、第一の実施例では、アシスト制御部３０１により、電動発電機１２によるアシスト動作が開始される事例を示したが、前期掘削動作区間において既にアシスト動作を行っている場合には、後期掘削動作区間において電動発電機１２によるアシスト出力を更に増加させる。これにより、メインポンプ１４の馬力を増加させて後期掘削動作中の掘削アタッチメントの動きを鈍化させないようにすることができる。
【実施例２】
【０１０３】
次に、図７を参照しながら、第二の実施例に係るショベルの駆動系の構成例について説明する。
【０１０４】
図７は、第二の実施例に係るショベルの駆動系の構成例を示すブロック図であり、図３と同様に、機械的動力系、高圧油圧ライン、パイロットライン、及び電気駆動・制御系をそれぞれ二重線、実線、破線、及び点線で示す。
【０１０５】
図７の駆動系は、旋回用油圧モータ４０の代わりに旋回用電動機構を備える点で図３の駆動系と異なるが、その他の点で共通する。そのため、共通点の説明を省略しながら、相違点を詳細に説明するものとする。
【０１０６】
旋回用電動機構は、主に、インバータ２０、旋回用電動発電機２１、レゾルバ２２、メカニカルブレーキ２３、及び旋回変速機２４で構成される。
【０１０７】
インバータ２０は、交流電力と直流電力とを相互に変換する装置であり、旋回用電動発電機２１が発電する交流電力を直流電力に変換して蓄電系１２０に蓄電し（充電動作）、蓄電系１２０に蓄電された直流電力を交流電力に変換して旋回用電動発電機２１に供給する（放電動作）。また、インバータ２０は、コントローラ３０が出力する制御信号に応じて充放電動作の停止、切り替え、又は開始等を制御し、充放電動作に関する情報をコントローラ３０に対して出力する。
【０１０８】
旋回用電動発電機２１は、蓄電系１２０に蓄電された電力によって回転し旋回機構２を旋回させる力行運転と、旋回する旋回機構２の運動エネルギを電気エネルギに変換する回生運転とを選択的に実行する装置である。
【０１０９】
レゾルバ２２は、旋回機構２の旋回速度を検出するための装置であり、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。
【０１１０】
メカニカルブレーキ２３は、旋回機構２を制動するための装置であり、コントローラ３０が出力する制御信号に応じて旋回機構２を機械的に旋回不能にする。
【０１１１】
旋回変速機２４は、入力軸と出力軸とを備えた変速機構であり、入力軸が旋回用電動発電機２１の回転軸に接続され、出力軸が旋回機構２の回転軸に接続される。
【０１１２】
コントローラ３０は、ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２、インバータ１８Ａ、インバータ２０、レゾルバ２２、圧力センサ２９、吐出圧センサ２９Ａ、蓄電系１２０等が出力する検出値を受信する。そして、コントローラ３０は、それら検出値に基づいて動作状態検出部３００及びアシスト制御部３０１のそれぞれによる処理を実行する。その後、コントローラ３０は、動作状態検出部３００及びアシスト制御部３０１のそれぞれの処理結果に応じた制御信号を適宜にインバータ１８Ａ、インバータ２０に対して出力する。
【０１１３】
以上の構成により、第二の実施例に係るショベルは、第一の実施例に係るショベルと同様の効果を実現させることができる。
【０１１４】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなしに上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【符号の説明】
【０１１５】
１・・・下部走行体  １Ｂ、１Ａ・・・走行用油圧モータ  ２・・・旋回機構  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  １２・・・電動発電機  １３・・・変速機  １４・・・メインポンプ  １４Ａ・・・レギュレータ  １５・・・パイロットポンプ  １７・・・コントロールバルブ  １８Ａ・・・インバータ  ２０・・・インバータ  ２１・・・旋回用電動発電機  ２２・・・レゾルバ  ２３・・・メカニカルブレーキ  ２４・・・旋回変速機  ２６・・・操作装置  ２９・・・圧力センサ  ２９Ａ・・・吐出圧センサ  ３０・・・コントローラ  ４０・・・旋回用油圧モータ  １２０・・・駆動系  ３００・・・動作状態検出部  ３０１・・・アシスト制御部  Ｓ１・・・ブーム角度センサ  Ｓ２・・・アーム角度センサ
【図１】
0005562893.tif 000002
【図２】
0005562893.tif 000003
【図３】
0005562893.tif 000004
【図４】
0005562893.tif 000005
【図５】
0005562893.tif 000006
【図６】
0005562893.tif 000007
【図７】
0005562893.tif 000008