(57)【要約】【課題】エンジンと油圧ポンプに連結されたアシスト電動機を備えた油圧作業機械において、エンジンの動作点が所定の経路を通過するようエンジンの回転速度とトルクを制御することで、エンジンの回転速度とトルクが変化する過渡状態におけるエンジンの燃焼状態を改善する。【解決手段】油圧ショベルの作業負荷の変化に応じて、エンジン７の回転速度とトルクが運転領域の所定の経路Ｆに沿って変化するようエンジン７の目標回転速度と目標トルクを設定し、またエンジン７の目標回転速度と目標トルクのそれぞれの変化率を制限し、その目標回転速度が得られるようエンジン７を制御するとともに、その目標トルクが得られるようアシスト電動機１０のトルクを制御する。【選択図】  図３
2014009525.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、
前記エンジンにより回転駆動される油圧ポンプと、
前記エンジンと前記油圧ポンプに連結されたアシスト電動機と、
前記油圧ポンプから吐出される圧油により駆動される複数のアクチュエータと、
操作部材を有し、この操作部材の操作に応じた操作信号を出力して前記複数のアクチュエータを動作させる複数の操作装置とを備えたハイブリッド駆動式の油圧作業機械において、
前記油圧作業機械の作業負荷の変化に応じて、前記エンジンの回転速度とトルクが、前記エンジンの回転速度とトルクとから決定される運転領域に定義した前記エンジンの燃焼状態を良好にする所定の経路に沿って変化するよう、前記エンジンの目標回転速度と目標トルクを設定するエンジン回転速度及びトルク設定装置と、
前記エンジン回転速度及びトルク設定装置で設定した前記目標回転速度が得られるよう前記エンジンを制御する第１制御装置と、
前記エンジン回転速度及びトルク設定装置で設定した前記目標トルクが得られるよう前記アシスト電動機のトルクを制御する第２制御装置とを備えることを特徴とするハイブリッド駆動式の油圧作業機械。
【請求項２】
請求項１記載のハイブリッド駆動式の油圧作業機械において、
前記エンジン回転速度及びトルク設定装置は、更に、
前記油圧作業機械の作業負荷が変化するとき、前記エンジンの目標回転数と目標トルクが前記油圧作業機械の作業負荷の変化に対応する前記油圧ポンプの出力の変化の速度よりも小さい速度で変化し、前記エンジンの回転速度とトルクのそれぞれの変化率が前記エンジンの燃焼状態を良好にする所定の範囲内に抑えられるよう、前記エンジンの目標回転速度と目標トルクのそれぞれの変化率を制限することを特徴とするハイブリッド駆動式の油圧作業機械。
【請求項３】
請求項１又は２記載のハイブリッド駆動式の油圧作業機械において、
前記エンジン回転速度及びトルク設定装置は、
前記油圧作業機械の作業負荷に応じて、前記エンジンの目標回転速度と目標トルクを前記エンジンの燃焼状態を良好にする所定の経路上の値として演算する第１演算部と、
前記油圧作業機械の作業負荷が変化するとき、前記エンジンの回転速度とトルクが前記所定の経路に沿って変化し、かつ前記エンジンの回転速度とトルクのそれぞれの変化率が前記エンジンの燃焼状態を良好にする所定の範囲内に抑えられるよう、前記エンジンの目標回転速度と目標トルクのそれぞれの変化率を制限する第２演算部とを有することを特徴とするハイブリッド駆動式の油圧作業機械。
【請求項４】
請求項３記載のハイブリッド駆動式の油圧作業機械において、
前記第１演算部は、
前記エンジンが要求する出力と前記エンジンの目標回転速度との関係と、前記エンジンが要求する出力と前記エンジンの目標トルクとの関係の少なくとも一方に前記エンジンの燃焼状態を良好にする所定の経路が関連付けて記述され、前記油圧作業機械の作業負荷に対応する要求エンジン出力を参照して前記エンジンの目標回転速度と目標トルクの少なくとも一方を演算する演算マップを有することを特徴とするハイブリッド駆動式の油圧作業機械。
【請求項５】
請求項３記載のハイブリッド駆動式の油圧作業機械において、
前記第２演算部は、
前記第１演算部で演算した前記エンジンの目標回転速度の変化率を所定の制限値以下に制限する第１レートリミッタと、
前記第１演算部で演算した前記エンジンの目標トルクの変化率を所定の制限値以下に制限する第２レートリミッタとを有し、
前記目標回転速度の変化率の前記所定の制限値と前記目標トルクの変化率の前記所定の制限値は、両者の比が、前記エンジンの回転速度とトルクが前記エンジンの燃焼状態を良好にする所定の経路に沿って変化するように設定されていることを特徴とするハイブリッド駆動式の油圧作業機械。
【請求項６】
請求項５記載のハイブリッド駆動式の油圧作業機械において、
前記目標回転速度の変化率の前記所定の制限値と前記目標トルクの変化率の前記所定の制限値は、更に、前記エンジンの回転速度とトルクのそれぞれの変化率が前記エンジンの燃焼状態を良好にする所定の範囲内に抑えられるように設定されていることを特徴とするハイブリッド駆動式の油圧作業機械。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項記載のハイブリッド駆動式の油圧作業機械において、
前記エンジンの燃焼状態を良好にする所定の経路は、前記エンジンの燃費特性に基づいて決められた経路と、前記エンジンの燃費特性を考慮しかつ前記エンジンの排出ガスに含まれる大気汚染物質の排出特性に基づいて決められた経路のいずれかであることを特徴とするハイブリッド駆動式の油圧作業機械。
【請求項８】
請求項５又は６記載のハイブリッド駆動式の油圧作業機械において、
前記目標回転速度の変化率の前記所定の制限値と前記目標トルクの変化率の前記所定の制限値は、それぞれ、前記エンジンの燃費特性に基づいて決められた値と、前記エンジンの燃費特性を考慮しかつ前記エンジンの排出ガスに含まれる大気汚染物質の排出特性に基づいて決められた値のいずれかであることを特徴とするハイブリッド駆動式の油圧作業機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は油圧ショベル等の油圧作業機械に係わり、特に、エンジンの他に蓄電装置により駆動されるアシスト電動機を備えたハイブリッド駆動式の油圧作業機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、油圧ショベル等の油圧作業機械の分野では、エンジンが排出する排気ガスの規制が年を追って厳しくなってきている。また、燃料費の高騰や不況の影響で、市場からは燃費向上の要求も強くなってきている。
【０００３】
排気規制に対応するためには、特に排気ガス中に含まれる粒子状物質PMと窒素酸化物ＮＯｘについて削減するための努力がエンジンメーカ等によりなされており、これまで燃焼制御の高度化技術が多数開発されてきた。一方、DPF（ディーゼルパティキュラーフィルタ）や尿素SCRシステム等の排気ガス後処理装置をエンジンとマフらの間に設置することにより、上記粒子状物質PMと窒素酸化物ＮＯｘの捕集及び浄化処理を行う技術も開発されており、燃焼制御の高度化技術と適宜組み合わせて一層厳しくなる排気ガス規制に対応している。
【０００４】
しかし、前記DPF（ディーゼルパティキュラーフィルタ）や尿素SCRシステム等の排気ガス後処理装置は複雑かつ高価な材料を用いているのが通常である。例えばDPFに用いられる触媒は白金を用いている。さらに尿素SCRシステムには尿素を貯蔵しておくタンクと尿素噴射装置を備える必要がある。このため排気ガス後処理装置を備えたエンジンシステムは単体のシステムに比べて相当なコスト高となる。したがって、後処理装置を除くあるいは簡略化するために、エンジン単体から、PMやNOxなど規制対象成分の排出を削減する方法の確立が望まれている。
【０００５】
一方、燃費を向上するためには、駆動源としてエンジンの他にバッテリ等の蓄電装置により駆動されるアシスト電動機を備えたハイブリッド駆動式の油圧作業機械が提案・開発されている。この構成のハイブリッドでは、ポンプで必要とされる出力をエンジンだけではなくアシスト電動機も含めて供給すればよい。従来、エンジンのトルクは油圧ポンプの出力に対応して決まっていたが、アシスト電動機を用いれば、エンジンのトルクを所望の値に設定することができる。したがって、回転速度とトルクで表現されるエンジンの動作点を燃費効率のよい点に設定可能である。
【０００６】
例えば特許文献１に提案される建設機械(油圧作業機械)は、エンジンにより駆動される電動機を備えることにより、エンジン出力の余剰分を電気エネルギとして貯めて省エネルギを図り、エンジン出力不足時に、その貯めた電気エネルギを放出して電動機を駆動し必要なポンプ吸収トルクを維持するようにしたものである。特許文献１は、このような構成により建設機械が作業を行う際に必要な平均馬力相当の定格出力を有する小型エンジンの採用を可能とし、燃費の向上や排出CO２の削減が図れるとしている。
【０００７】
特許文献２の図６に提案されている作業機械は、エンジン及び電動機により油圧ポンプを駆動して油圧を発生させる構成とし、エンジンの出力の増加率を所定値に設定し、この増加率の所定値から求められるエンジンの出力上限値と、油圧ポンプに要求される油圧出力から求められた要求出力とを比較し、要求出力が出力上限値を超えたときに、超えた分の出力を電動機の出力で補うようにしたものである。特許文献２は、このような構成により油圧負荷が急激に増大したときでも、エンジンの負荷を急激に増大することがないように制御して、エンジンの運転条件を適正な範囲に維持できるため、燃焼効率の低下、黒煙の発生、エンジン停止を回避できるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第４５１２２８３号
【特許文献２】特許第４６３３８１３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
油圧ショベル等の油圧作業機械は、掘削など作業時に油圧ポンプが要求する負荷の変動が急峻な上に非常に大きく、その結果、自動車などと異なり、エンジンにかかる負荷は、エンジン定格トルクのほぼ０〜１００%まで瞬時にして変動する。これは、エンジンの回転速度とトルクで表現されるエンジンの動作点は速く、大きな範囲で変化することに対応する。
【００１０】
一方、エンジンは、要求されるトルクに対応する量だけ燃料を噴射し、かつ、排気ガス中の大気汚染物質である粒子状物質PMと窒素酸化物NOxの排出量を減らすため、燃料噴射、吸入空気、排気ガスを吸気に還流させるEGRガスなどの量を制御する。このとき、回転速度とトルクが一定である定常運転では、上記の各制御量を安定して最適な値に維持することができるため、粒子状物質PMと窒素酸化物NOxの排出量を相当程度抑えることができ、燃費も向上する。逆に、エンジンの回転速度やトルクが変化する過渡状態では、上記の各制御量の応答を正確に予測して、変化中の各時刻で各制御量を最適な値に制御することは困難で、相当程度最適化された定常運転での燃焼とは性質が異なるため、粒子状物質PMと窒素酸化物NOxの排出量が増加し、燃費も悪化してしまう。
【００１１】
これらに対応するため、DPFの容量や尿素SCRシステムのタンクを大きくする、或いは、DPFにおいては燃料を余分に噴射し排気ガスの温度を上げることで堆積したPMを強制的に燃焼させる再生制御の起動間隔を短くする、尿素SCRシステムにおいてはエンジンの燃料噴射状況に応じたきめ細かい尿素噴射制御装置を行うなど、いずれもコスト高やさらなる燃費悪化の原因となる。
【００１２】
いずれにしても、エンジンにかかる負荷変動の変化は、急峻で大きいほど排気および燃費には不利になると考えられる。
【００１３】
エンジンとアシスト電動機によって油圧ポンプを駆動するハイブリッドの構成では、油圧ポンプが要求する急峻で大きな負荷変動をエンジンだけではなくアシスト電動機と協調して支える構成である。このため、エンジンにかかる負荷変動を比較的容易に軽減することが可能である。
【００１４】
特許文献１では油圧ポンプが要求するトルクがエンジンの所定のトルクより大きければアシスト電動機でエンジンを助勢し、小さければアシスト電動機を発電機として用いることでエンジンのトルクを平準化する方式が記述されている。この方式では平準化の結果、特許文献１の図２に示されるように、作業の負荷の大きさに関係なく、動作点は常に小型化したエンジンの定格出力点Pa付近に位置することになる。
【００１５】
しかし、建設機械が適用される多種多様な作業を考えると、定格出力点Paを一点に定めるのは容易ではない。例えば、負荷の大きい作業が続けば、アシスト電動機はエンジンを助勢するため蓄電装置に充電された電力を消費してしまい、最終的には、ポンプはその作業に必要な出力を出せなくなる恐れがある。また、負荷が小さい作業が続く場合は、発電した電力は蓄電装置に充電するが満充電になった後は、エンジンの定格出力点Paを維持することはできない。これらを解決するには大容量の蓄電装置が必要になる。また、あらゆる作業でエンジンの負荷を定格出力点Paに平準化するには、少なくても想定される最大の負荷の半分程度の出力のアシスト電動機が必要にある。いずれもコスト増加の要因になるため、実用化するには、大きな助勢や発電が連続して長時間必要になる事態を防ぐため、作業の負荷に応じてエンジンの動作点を適宜移動させることが必要である。
【００１６】
特許文献２では、エンジンの出力が所定の増加率を上回ることのないようにし、油圧ポンプから要求される出力が急激に増加した場合は、アシスト電動機で不足分の出力を補う方法が提案されている。この方法はエンジンの出力の増加率を抑えることができ排気ガスや燃費の観点から一定の効果があるが、回転速度とトルクの変化率を排気ガスや燃費の観点から望ましい値に設定し、また、回転速度とトルクで表現される動作点やその移動の際の経路を規定することはできない。また、特許文献２には、エンジンの出力が減少するときの対策は記述されておらず、排気ガスや燃費に対する効果は不十分である。
【００１７】
本発明の第１の目的は、エンジンと油圧ポンプに連結されたアシスト電動機を備えた油圧作業機械において、エンジンの動作点が所定の経路を通過するようエンジンの回転速度とトルクを制御することで、エンジンの回転速度とトルクが変化する過渡状態におけるエンジンの燃焼状態を改善することができるハイブリッド駆動式の油圧作業機械を提供することである。
【００１８】
本発明の第２の目的は、エンジンと油圧ポンプに連結されたアシスト電動機を備えた油圧作業機械において、エンジンの動作点が所定の経路を所定の動作速度で通過するようエンジンの回転速度とトルクを制御することで、エンジンの回転速度とトルクが変化する過渡状態におけるエンジンの燃焼状態を改善することができるハイブリッド駆動式の油圧作業機械を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
（１）上記第１の目的を達成するため、本発明は、エンジンと、前記エンジンにより回転駆動される油圧ポンプと、前記エンジンと前記油圧ポンプに連結されたアシスト電動機と、前記油圧ポンプから吐出される圧油により駆動される複数のアクチュエータと、操作部材を有し、この操作部材の操作に応じた操作信号を出力して前記複数のアクチュエータを動作させる複数の操作装置とを備えたハイブリッド駆動式の油圧作業機械において、前記油圧作業機械の作業負荷の変化に応じて、前記エンジンの回転速度とトルクが、前記エンジンの回転速度とトルクとから決定される運転領域に定義した前記エンジンの燃焼状態を良好にする所定の経路に沿って変化するよう、前記エンジンの目標回転速度と目標トルクを設定するエンジン回転速度及びトルク設定装置と、前記エンジン回転速度及びトルク設定装置で設定した前記目標回転速度が得られるよう前記エンジンを制御する第１制御装置と、前記エンジン回転速度及びトルク設定装置で設定した前記目標トルクが得られるよう前記アシスト電動機のトルクを制御する第２制御装置とを備えるものとする。
【００２０】
このようにエンジンの回転速度とトルクを変化させ、エンジンの動作点を移動させる場合、エンジンの回転速度とトルクが所定の経路に沿って変化するようエンジンの目標回転速度と目標トルクを設定することができるため、エンジンの動作点の移動中に燃費の悪い領域を通過することや、排気ガス中の大気汚染物質の排出が多い領域を通過することが防止され、エンジンの回転速度とトルクが変化する過渡状態におけるエンジンの燃焼状態を改善することができる。
【００２１】
（２）また、本発明は、上記第２の目的を達成するために、上記（１）のハイブリッド駆動式の油圧作業機械において、前記エンジン回転速度及びトルク設定装置は、更に、前記油圧作業機械の作業負荷が変化するとき、前記エンジンの目標回転数と目標トルクが前記油圧作業機械の作業負荷の変化に対応する前記油圧ポンプの出力の変化の速度よりも小さい速度で変化し、前記エンジンの回転速度とトルクのそれぞれの変化率が前記エンジンの燃焼状態を良好にする所定の範囲内に抑えられるよう、前記エンジンの目標回転速度と目標トルクのそれぞれの変化率を制限するものとする。
【００２２】
このようにエンジンの回転速度とトルクを変化させ、エンジンの動作点を移動させる場合、エンジンの回転速度とトルクが所定の経路に沿って変化するようエンジンの目標回転速度と目標トルクを設定するだけでなく、エンジンの目標回転速度と目標トルクのそれぞれの変化率が制限されるため、移動の速度が速すぎて燃費が悪化することや、大気汚染物質の排出が増加することが防止され、エンジンの回転速度とトルクが変化する過渡状態におけるエンジンの燃焼状態を改善することができる。
【００２３】
（３）上記（１）又は（２）のハイブリッド駆動式の油圧作業機械において、好ましくは、前記エンジン回転速度及びトルク設定装置は、前記油圧作業機械の作業負荷に応じて、前記エンジンの目標回転速度と目標トルクを前記所定の経路上の値として演算する第１演算部と、前記油圧作業機械の作業負荷が変化するとき、前記エンジンの回転速度とトルクが前記所定の経路に沿って変化するように前記エンジンの目標回転速度と目標トルクのそれぞれの変化率を制限する第２演算部とを有する。
【００２４】
（４）また、上記（３）のハイブリッド駆動式の油圧作業機械において、好ましくは、前記第１演算部は、前記エンジンが要求する出力と前記エンジンの目標回転速度との関係と、前記エンジンが要求する出力と前記エンジンの目標トルクとの関係の少なくとも一方に前記所定の経路が関連付けて記述され、前記油圧作業機械の作業負荷に対応する要求エンジン出力を参照して前記エンジンの目標回転速度と目標トルクの少なくとも一方を演算する演算マップを有する。
【００２５】
（５）更に、上記（３）又は（５）のハイブリッド駆動式の油圧作業機械において、好ましくは、前記第２演算部は、前記第１演算部で演算した前記エンジンの目標回転速度の変化率を所定の制限値以下に制限する第１レートリミッタと、前記第１演算部で演算した前記エンジンの目標トルクの変化率を所定の制限値以下に制限する第２レートリミッタとを有し、前記目標回転速度の変化率の前記所定の制限値と前記目標トルクの変化率の前記所定の制限値は、両者の比が、前記エンジンの回転速度とトルクが前記所定の経路に沿って変化するように設定されている。
【００２６】
（６）また、上記（５）のハイブリッド駆動式の油圧作業機械において、好ましくは、前記目標回転速度の変化率の前記所定の制限値と前記目標トルクの変化率の前記所定の制限値は、更に、前記エンジンの回転速度とトルクのそれぞれの変化率が前記エンジンの燃焼状態を良好にする所定の範囲内に抑えられるように設定されている。
【００２７】
（７）上記（１）〜（６）のいずれかのハイブリッド駆動式の油圧作業機械において、好ましくは、前記所定の経路は、前記エンジンの燃費特性に基づいて決められた経路と、前記エンジンの燃費特性を考慮しかつ前記エンジンの排出ガスに含まれる大気汚染物質の排出特性に基づいて決められた経路のいずれかである。
【００２８】
（８）また、上記（５）又は（６）のハイブリッド駆動式の油圧作業機械において、好ましくは、前記目標回転速度の変化率の前記所定の制限値と前記目標トルクの変化率の前記所定の制限値は、それぞれ、前記エンジンの燃費特性に基づいて決められた値と、前記エンジンの燃費特性を考慮しかつ前記エンジンの排出ガスに含まれる大気汚染物質の排出特性に基づいて決められた値のいずれかである。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、エンジンの回転速度とトルクを変化させ、エンジンの動作点を移動させる場合、エンジンの回転速度とトルクが所定の経路に沿って変化するようエンジンの目標回転速度と目標トルクを設定することができるため、エンジンの動作点の移動中に燃費の悪い領域を通過することや、排気ガス中の大気汚染物質の排出が多い領域を通過することが防止され、エンジンの回転速度とトルクが変化する過渡状態におけるエンジンの燃焼状態を改善することができる。
【００３０】
また、本発明によれば、エンジンの回転速度とトルクを変化させ、エンジンの動作点を移動させる場合、エンジンの回転速度とトルクが所定の経路に沿って変化するようエンジンの目標回転速度と目標トルクを設定するだけでなく、エンジンの目標回転速度と目標トルクのそれぞれの変化率が制限されるため、移動の速度が速すぎて燃費が悪化することや、大気汚染物質の排出が増加することが防止され、エンジンの回転速度とトルクが変化する過渡状態におけるエンジンの燃焼状態を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施の形態に係わる油圧ショベル(油圧作業機械)の外観図である。
【図２】油圧ショベルに搭載されるアクチュエータ駆動制御システムの構成図である。
【図３】車体コントローラが行うエンジンの回転速度とトルクの制御の処理内容を示す機能ブロック図である。
【図４】要求エンジン出力演算部が演算する内容を示したブロック図である。
【図５】アシスト電動機トルク制御部の一例を示すブロック図である。
【図６】回転速度とトルクに対するエンジンの燃費特性を示すマップであり、本発明の基本的な考え方を説明する概念図である。
【図７】図６の燃費が良い領域内の点Ａ１と点Ａ２の間の動作点の移動を表すタイムチャートである。
【図８Ａ】エンジン回転速度設定部とエンジントルク設定部の処理内容の詳細を示すブロック図である。
【図８Ｂ】エンジントルク設定部の他の例を示す図８Ａと同様な図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態におけるアクチュエータ駆動システムの車体コントローラが行うエンジンの回転速度とトルクの制御の処理内容を示す機能ブロック図である。
【図１０】回転速度とトルクに対するエンジンのPMの排出特性を示すマップであり、本発明の基本的な考え方を説明する概念図である。
【図１１】図１０の動作点の移動に関する動作を表すタイムチャートである。
【図１２】エンジン回転速度設定部とエンジントルク設定部の処理内容の詳細を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
＜第１の実施の形態＞
図１は、油圧作業機械の一例である油圧ショベルの外観図である。
【００３３】
油圧ショベルは、垂直方向にそれぞれ回動するブーム１a、アーム１b及びバケット１cからなる多関節型のフロント装置１Aと、上部旋回体１d及び下部走行体１eからなる車体１Bとで構成され、フロント装置１Aのブーム１aの基端は上部旋回体１dの前部に垂直方向に回動可能に支持されている。ブーム１a、アーム１b、バケット１c、上部旋回体１d及び下部走行体１eはそれぞれブームシリンダ３a、アームシリンダ３b、バケットシリンダ３c、旋回電動機１６(図２参照)及び左右の走行モータ３e，３fによりそれぞれ駆動される。ブーム１a、アーム１b、バケット１c、上部旋回体１dの動作は操作レバー装置４a，４b(図２参照)の油圧操作信号(制御パイロット圧力)により指示され、下部走行体１eの動作は図示しない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。
【００３４】
図２は、図１に示した油圧ショベルに搭載される本発明の第１の実施形態のアクチュエータ駆動制御システムを示す図である。
【００３５】
図２において、本発明の第１の実施形態のアクチュエータ駆動制御システムは、操作レバー装置４a，４b及び図示しない走行用の操作ペダル装置と、スプール型方向切換弁５a〜５c，５e，５fと、メインの油圧ポンプ６と、エンジン７と、メインのリリーフ弁８と、タンク９と、シャトル弁ブロック２５とを備えている。
【００３６】
操作レバー装置４a，４b及び操作ペダル装置は、図示せぬパイロットポンプの吐出油により生成された１次圧を操作レバー装置４a，４b及び操作ペダル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５a〜５c，５e，５fの受圧部に送られ、方向切換弁５a〜５c，５e，５fを図示の中立位置から切り換え操作する。方向切換弁５a〜５c，５e，５f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タイプのスプール弁であり、制御パイロット圧力により切り換え操作されることにより、油圧ポンプ６が吐出する圧油の流れ(方向と流量)を制御し、油圧アクチュエータ３a〜３c，３e，３fの駆動を制御する。油圧ポンプ６はエンジン７により回転駆動される。油圧ポンプ６の吐出油が導かれる油圧配管内の圧力が過度に上昇した場合は、リリーフ弁８にて圧油をタンク９へ逃がし、油圧配管内の圧力の過度の上昇を防止する。
【００３７】
シャトル弁ブロック２５は、操作レバー装置４a，４bが生成する油圧操作信号(制御パイロット圧力)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、図示しない操作ペダル装置が生成する油圧操作信号のうちの最も圧力の高い油圧操作信号を選択して出力する。
【００３８】
油圧ポンプ６は可変容量型のポンプであり、ポジティブ制御方式のレギュレータ６aを有し、シャトル弁ブロック２５が出力する油圧操作信号はレギュレータ６aに導かれる。ポジティブ制御方式のレギュレータ６aは、公知の如く、操作レバー装置４a，４b及び操作ペダル装置の操作部材である操作レバー及びペダルの操作量(要求流量)が増加し、油圧操作信号が上昇するにしたがって油圧ポンプ６の斜板傾転角(容量)を増加させ、油圧ポンプ６の吐出流量を増加させる。
【００３９】
なお、レギュレータ６aは、レギュレータ６aに入力される信号圧力が低下するにしたがって油圧ポンプ６の傾転角(容量)を増大させるネガティブ制御方式であってもよい。この場合は、方向切換弁５a〜５c，５e，５fを通過し、タンクに至るセンターバイパスラインの最下流部分に絞りを設け、その絞りの入側の圧力を信号圧力としてレギュレータ６aに導く。センターバイパスラインの最下流部分に絞りを設けた場合、その絞りの入側の圧力は、操作レバー装置４a，４b及び操作ペダル装置の操作部材である操作レバー及びペダルの操作量(要求流量)が増加し、方向切換弁５a〜５c，５e，５fのセンタバイパス絞りの通過流量が減少するにしたがって低下する。したがって、絞りの入側の圧力を信号圧力としてレギュレータ６aに入力し、その信号圧力が低下するにしたがって油圧ポンプ６の傾転角(容量)を増大させることによって、操作部材の操作量が増加するにしたがって油圧ポンプの吐出流量を増加させることができる。
【００４０】
なお、方向切換弁５a〜５c，５e，５fをクローズタイプのスプール弁とし、レギュレータ６aを、油圧ポンプ６の吐出圧力が最高負荷圧より所定圧力だけ高くなるよう制御するロードセンシング制御方式としても構わない。
【００４１】
また、レギュレータ６aは、公知の如く、油圧ポンプ６の吐出圧力が高くなるにしたがって油圧ポンプ６の傾転角(容量)を減らして、油圧ポンプ６の吸収トルクを予め設定した最大トルクを越えないように制御するトルク制限制御機能を備えている。
【００４２】
エンジン７の排気系には、公知の如く、排ガス浄化装置であるＤＰＦ（ディーゼルパティーキュラーフィルタ）や尿素ＳＣＲが備えることができる。
【００４３】
本実施形態におけるアクチュエータ駆動制御システムは、また、アシスト電動機１０と、車体コントローラ１１と、インバータ１２，１３と、チョッパ１４と、バッテリ１５と、旋回油圧操作信号を検出する圧力センサ１７，１８と、シャトル弁ブロック２５が出力する油圧操作信号を検出する圧力センサ２６と、油圧ポンプ６の吐出圧を検出する圧力センサ１９と、エンジン７の回転速度を検出する回転センサ２３と、エンジンコントローラ２１とを備えている。
【００４４】
アシスト電動機１０は油圧ポンプ６とエンジン７の間に連結されている。このアシスト電動機１０は、エンジン７の出力を電気エネルギ(電力)に変換してインバータ１２に出力する発電機としての機能と、インバータ１２から供給される電気エネルギー(電力〉により駆動され、油圧ポンプ６をアシスト駆動する電動機としての機能を有している。
【００４５】
インバータ１２は、アシスト電動機１０が発電機として機能するときは、アシスト電動機１０で生成した交流電力を直流電力に変換して出力し、アシスト電動機１０が電動機として機能するときは、バッテリ１５からの直流電力を交流電力に変換してアシスト電動機１０に供給する。
【００４６】
インバータ１３は、アシスト電動機１０が生成しインバータ12が出力した直流電力を交流に電力に変換して旋回電動機１６に供給する。また、インバータ１３は、旋回制動時に旋回電動機１６が発電機として機能して回生した交流電力を直流電力に変換して出力する。
【００４７】
バッテリ１５は、チョッパ１４を介して電圧を調整し、インバータ１２，１３に電力を供給したり、アシスト電動機１０が発生した電気エネルギや旋回電動機１６からの電気エネルギを蓄えておく。
【００４８】
エンジンコントローラ２１は、車体コントローラ１１からの目標回転速度と、回転センサ２３が検出するエンジン７の実回転速度の偏差を演算し、この回転速度偏差に基づいて目標燃料噴射量を演算し、対応する制御信号をエンジン７に備えられる電子ガバナ７aに出力する。電子ガバナ７aはその制御信号により作動して目標燃料噴射量相当の燃料を噴射しエンジン７に供給する。これによりエンジン７は目標回転速度が維持されるよう制御される。
【００４９】
車体コントローラ１１は制御演算回路を有しており、この制御演算回路においてエンジン７、アシスト電動機１０及び旋回電動機１６に係わる下記の制御を行う。
【００５０】
(１)旋回電動機１６の駆動制御
圧力センサ１７，１８は操作レバー装置４b生成する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、その油圧操作信号を検出する。車体コントローラ１１は、圧力センサ１７，１８の検出信号(電気信号)を入力し、検出した油圧操作信号に応じて旋回電動機１６の駆動制御を行う。具体的には、左方向の旋回操作を指示する油圧操作信号を検出したときは、その油圧操作信号に基づいてインバータ１２を制御してアシスト電動機１０を発電機として動作させる発電制御を行うとともに、インバータ１３を制御して旋回電動機１６を駆動する力行制御を行い、油圧操作信号に対応した速度で上部旋回体１dが左旋回するように旋回電動機１６を作動させる。右方向の旋回操作を指示する油圧操作信号を検出したときは、その油圧操作信号に基づいてインバータ１２を制御してアシスト電動機１０を発電機として動作させる発電制御を行うとともに、インバータ１３を制御して旋回電動機１６を駆動する力行制御を行い、油圧操作信号に対応した速度で上部旋回体１dが右旋回するように旋回電動機１６を作動させる。
【００５１】
(２)回収電力の蓄電制御
車体コントローラ１１は、旋回制動時にインバータ１３を制御して旋回電動機１６を発電機として動作させる発電制御を行い、旋回電動機１６から電気エネルギーを回収するとともに、回収した電気エネルギーをバッテリ１５に蓄える制御を行う。
【００５２】
(３)アシスト電動機１０の制御１(バッテリ１５の蓄電管理制御)
車体コントローラ１１は、油圧ポンプ６の油圧負荷(ポンプ吸収トルク)が軽くかつバッテリ１５の蓄電残量が少ないときは、インバータ１２を制御してアシスト電動機１０を発電機として動作させる発電制御を行い、余剰の電力を発生させるとともに、発生した余剰電力をバッテリ１５に蓄える制御を行う。逆に、油圧ポンプ６の油圧負荷(ポンプ吸収トルク)が重くかつバッテリ１５の蓄電残量が所定量以上あるときは、インバータ１２を制御してアシスト電動機１０にバッテリ１５の電力を供給してアシスト電動機１０を電動機として動作させる力行制御を行い、油圧ポンプ６をアシスト駆動する。
【００５３】
(４)エンジン回転速度及びトルクの制御（本発明の特徴）
車体コントローラ１１は、油圧ポンプ６に作用する油圧負荷（油圧ショベルの作業負荷）に応じて、エンジン７の目標回転速度と目標トルクを演算し、エンジンコントローラ２１とインバータ１２に制御信号を出力する。油圧ポンプ６の油圧負荷は、圧力センサ１９により検出した吐出圧と、圧力センサ２６により検出した油圧圧力信号から演算される流量とを乗じて演算されるポンプ出力である。車体コントローラ１１は、ポンプ出力が小さいときは目標回転速度と目標トルクを減少させ、燃費を向上あるいは大気汚染物質の排出を抑制する。ポンプ出力が大きいときは目標回転速度と目標トルクを増加させ、十分なエンジン出力を取り出せるようにする。
【００５４】
図３は、車体コントローラ１１が行う上記（４）の制御の処理内容を示す機能ブロック図である。
【００５５】
車体コントローラ１１は、要求エンジン出力演算部１１aと、エンジン回転速度設定部１１bと、エンジントルク設定部１１cと、エンジントルク制御部１１dとを備えている。要求エンジン出力演算部１１aは、回転センサ２３により測定されるエンジン７の回転速度と、圧力センサ２６により検出される油圧操作信号と、圧力センサ１９により検出される油圧ポンプ６の吐出圧とから、エンジン７に要求される出力を推定するものである。エンジン回転速度設定部１１bはエンジン７に要求される出力から目標回転速度を演算するものであり、これをエンジンコントローラ２１に出力する。エンジンコントローラ２１は、エンジン７が目標回転速度で回転するように目標燃料噴射量を演算し、対応する制御信号を電子ガバナ７ａに出力する。エンジントルク設定部１１cは、目標回転速度とエンジン７に要求される出力からエンジン７の目標トルクを演算する。エンジントルク制御部１１dは、エンジンコントローラ２１が出力するエンジン７のトルクと、エンジン７の目標トルクとから、両者を一致させるためにアシスト電動機１０が発生すべきトルクを演算し、これに基づいてインバータ１２を駆動する。
【００５６】
また、要求エンジン出力演算部１１aと、エンジン回転速度設定部１１bと、エンジントルク設定部１１cは、油圧ショベル（油圧作業機械）の作業負荷の変化に応じて、エンジン７の回転速度とトルクが、エンジン７の回転速度とトルクとから決定される運転領域に定義したエンジン７の燃焼状態を良好にする所定の経路Ｆに沿って変化するよう、エンジン７の目標回転速度と目標トルクを設定するエンジン回転速度及びトルク設定装置を構成し、エンジンコントローラ２１は、エンジン回転速度及びトルク設定装置で設定した目標回転速度が得られるようエンジン７を制御する第１制御装置を構成し、エンジントルク制御部１１dは、エンジン回転速度及びトルク設定装置で設定した目標トルクが得られるようアシスト電動機１０のトルクを制御する第２制御装置を構成する。
【００５７】
また、エンジン回転速度設定部１１b（エンジン回転速度及びトルク設定装置）は、油圧ショベル（油圧作業機械）の作業負荷が変化するとき、エンジン７の目標回転数と目標トルクが油圧ショベルの作業負荷の変化に対応する油圧ポンプ６の出力の変化の速度よりも小さい速度で変化し、エンジン７の回転速度とトルクのそれぞれの変化率がエンジン７の燃焼状態を良好にする所定の範囲内に抑えられるよう、エンジン７の目標回転速度と目標トルクのそれぞれの変化率を制限する。
【００５８】
本実施の形態は、エンジン７の燃焼状態を良好にする所定の経路Ｆをエンジン７の燃費特性に基づいて決めることで、燃費の良い経路（図６の領域Ｒ１内の点Ａ１と点Ａ２の間の点線の経路Ｆ）を設定したものである。また、本実施の形態は、エンジン７の目標回転速度の変化率の所定の制限値と目標トルクの変化率の所定の制限値を、それぞれ、エンジン７の燃費特性に基づいて決めることで、エンジン７の回転速度とトルクのそれぞれの変化率を燃費の良い範囲に抑えられるよう制限するものである。
【００５９】
以下に、要求エンジン出力演算部１１aと、エンジン回転速度設定部１１bと、エンジントルク設定部１１cと、エンジントルク制御部１１dの詳細を説明する。
【００６０】
図４は、要求エンジン出力演算部１１aが演算する内容を示したブロック図である。要求エンジン出力演算部１１aは油圧操作信号と吐出圧とからエンジン７に要求される出力を演算するものである。要求エンジン出力演算部１１aは、油圧ポンプ６の油圧操作信号と油圧ポンプ６の容量（傾転量）との関係を記述したマップ１１a１を用いて、油圧操作信号から油圧ポンプ６の容量を推定する。油圧ポンプ６は前記のようにトルク制限機能を備えており、要求エンジン出力演算部１１aは、マップ１１a２に記述したそのトルク制限機能の特性にしたがって、吐出圧から油圧ポンプ６の最大容量を演算する。要求エンジン出力演算部１１aは、更にマップ１１a１とマップ１１a２の演算結果の小さい方を最小値選択部１１a３において選択し、油圧ポンプ６の推定容量を得る。この推定容量に乗算部１１a４にてエンジン７の回転数を乗じることで油圧ポンプ６が吐出する流量を計算し、この流量に乗算部１１a５にて吐出圧を乗じることで油圧ポンプ６が発生する出力（動力或いは馬力）を推定する。さらに、その出力を除算部１１a６にてポンプ効率で除したものをエンジン７に要求する出力とする。このとき、マップ１１a７を用いてエンジン７に要求する出力が、エンジン７の最大出力を超えないようにする。
【００６１】
図５は、アシスト電動機１０トルク制御部１１dの一例を示すブロック図である。アシスト電動機１０トルク制御部１１dは、エンジン７のトルクを目標トルクに一致させるように、減算部１１ｃd３にてエンジン目標トルクに対する実際のエンジントルクの偏差を取り、ＰＩ制御部１１d２にて積分を含むＰＩ制御演算を行う。また、アシスト電動機１０トルク制御部１１dは、トルクの応答性を確保するため、Ｐ制御１１d１にてＰ制御演算を行い、Ｉ制御演算とＰ制御演算の演算結果を加算部１１d４にて組み合わせ、その演算の結果得られるPWM信号をインバータ１２に出力し、アシスト電動機１０を力行制御あるいは発電制御する。
【００６２】
次ぎに、エンジン回転速度設定部１１bとエンジントルク設定部１１cの詳細を説明する。
【００６３】
図６は、回転速度とトルクに対するエンジン７の燃費特性を示すマップであり、本発明の基本的な考え方を説明する概念図である。
【００６４】
図６において、Ｍはエンジン７の最大トルク線であり、最大トルク線Ｍの内側がエンジン７の回転速度とトルクとから決定される運転領域である。また、運転領域内に描かれた複数の曲線は等燃費線であり、符号Ｒ１の付された等燃費線の内側が燃費の良い領域であり、その中心部分の最も燃費が良い領域を通る点Ａ１と点Ａ２の間の点線が最も燃費の良い経路Ｆである。図６には、また、エンジン７に要求される出力を示す等馬力曲線Ｐ１，Ｐ２が示されている。エンジン７の出力（馬力）はエンジン回転数とエンジントルクの積で表され、等馬力曲線Ｐ１，Ｐ２は双曲線である。
【００６５】
図６によると燃費は、中間的な回転速度で比較的高いトルクの領域で良く、それ以外の領域では徐々に悪化する特性となっている。旋回など比較的負荷の軽い作業のとき、エンジン７に要求される出力はＰ１で、掘削など負荷の大きな作業ではＰ２の出力がエンジン７で要求される。エンジン７を常にＮ２の回転速度で運転すれば、エンジン７に要求される出力がＰ１でもＰ２でも問題なく対応可能である。この場合、Ｐ２が要求されているときは、エンジン７の燃費が良い領域Ｒ１の内側の最も燃費が良い領域で運転できるが、Ｐ１が要求されているときは燃費がかなり悪化してしまう。そこで、作業の負荷の大小にかかわらずなるべく燃費の良い領域Ｒ１で運転できるように、Ｐ１が要求されるときは目標回転速度をＮ１，Ｐ２が要求されるときは目標回転速度をＮ２とする。このとき、エンジン７のトルクはそれぞれＴ１，Ｔ２となり、エンジン７の回転速度とトルクで表現されるエンジン７の動作点が作業負荷の変化に応じて点Ａ１と点Ａ２とを移動する。この移動中もエンジン７の動作点が燃費が良い領域Ｒ１から外れないようにエンジン回転数とエンジントルクが燃費が良い領域Ｒ１内の点Ａ１と点Ａ２の間の点線の経路Ｆに沿って変化し、また、エンジン７の動作点の移動速度が燃費が良い範囲に抑えられるように（すなわち、エンジン回転数とエンジントルクの変化率が燃費の良い範囲内に抑えられるように）、過渡応答時の回転速度とトルクを管理する。これが本発明の基本的な考え方である。
【００６６】
なお、本発明の方式を使わずに、単にエンジンコントローラ２１に与える目標回転速度をＮ１からＮ２に増加させると、エンジンコントローラ２１の回転速度フィードバック制御の影響で、エンジン７の動作点は最大トルク線に沿って、Ｂ１からＢ２を通り、燃費が悪化する。また、目標回転速度をＮ２からＮ１に減少させると、回転速度が目標回転速度を超えるので燃料カットをし、C２からＣ１を通る。燃料カットをしているときは当然、燃費の悪化はないが、燃料カットが終了した後は急激に油圧ポンプが要求している出力を発生するため、トルクが急増し、燃費の悪化要因になる。
【００６７】
図７は、図６の燃費がよい領域Ｒ１内の点Ａ１と点Ａ２の間の動作点の移動を表すタイムチャートである。まず、エンジン７に要求される出力がＰ１からＰ２にステップ的に増加したとする。これは掘削など油圧ショベルが行う作業では一般的である。このとき、エンジン７に要求される出力が増加するのに対応して、目標回転速度はＮ１からＮ２に増加し、エンジン７の目標トルクはＴ１からＴ２に増加する。これらの増加の変化率は点Ａ１から点Ａ２への経路Ｆが、燃費の良い領域Ｒ１内の点Ａ１と点Ａ２の間の点線を通過し（エンジン回転数とエンジントルクが燃費が良い点Ａ１と点Ａ２の間の点線の経路Ｆに沿って領域Ｒ１内で変化し）、かつ変化の速度（変化率）は燃費が良い範囲内に抑えるように決める。このとき、図３及び図５のアシスト電動機１０トルク制御部１１dの制御を用いてアシスト電動機１０を動かすと、出力Ｐ１の定常運転ではアシスト電動機１０はトルクを発生しないが、エンジン７に要求される出力の立ち上がりとほぼ同時にアシスト電動機１０を力行制御し、エンジン７を助勢する。エンジン７の出力が増加するにしたがって、アシスト電動機１０のトルクは減少し、出力Ｐ２の定常運転ではアシスト電動機１０のトルクは０に戻る。タイムチャートの後半はエンジン７に要求される出力がＰ２からＰ１に減少する場合を示している。この場合も、点Ａ２から点Ａ１に至る経路Ｆが燃費の良い点Ａ１と点Ａ２の間の点線を通り、急激なトルクの変化が発生しないようにエンジン７の目標回転速度と目標トルクはそれぞれ、Ｎ２からＮ１，Ｔ２からＴ１1まで所定の変化率で変化させる。
【００６８】
図８Ａは、エンジン回転速度設定部１１bとエンジントルク設定部１１cの処理内容の詳細を示すブロック図である。
【００６９】
エンジン回転速度設定部１１ｂは目標回転速度マップ１１ｂ１とレートリミッタ１１b２とを備え、エンジントルク設定部１１cは除算部１１c１とレートリミッタ１１c２とを備えている。
【００７０】
まず、エンジン回転速度設定部１１bとエンジントルク設定部１１cの構成要素の機能を概括的に説明する。
【００７１】
目標回転速度マップ１１ｂ１と除算部１１c１は、油圧ショベル（油圧作業機械）の作業負荷に応じて、エンジン７の目標回転速度と目標トルクをエンジンの燃焼状態を良好にする所定の経路Ｆ（燃費の良い点Ａ１と点Ａ２の間の点線の経路Ｆ）上の値として演算する第１演算部を構成し、レートリミッタ１１b２とレートリミッタ１１c２は、油圧ショベル（油圧作業機械）の作業負荷が変化するとき、エンジン７の回転速度とトルクが前記所定の経路Ｆ（燃費の良い点Ａ１と点Ａ２の間の点線の経路Ｆ）に沿って変化するようにエンジン７の目標回転速度と目標トルクのそれぞれの変化率を制限する第２演算部を構成する。
【００７２】
以下に、目標回転速度マップ１１ｂ１と、レートリミッタ１１b２と、除算部１１c１と、レートリミッタ１１c２の詳細を説明する。
【００７３】
目標回転速度マップ１１ｂ１は、エンジン７の目標回転速度Ｎと目標トルクＴが、図６の燃費特性のマップで定義した燃費の良い点Ａ１と点Ａ２の間の点線の経路Ｆ上に設定されるように要求エンジン出力とエンジン７の目標回転速度との関係を記述したものであり、エンジン７が要求される出力に応じて、最も燃費が良い目標回転速度を出力する。
【００７４】
目標トルクは、除算部１１c１にて、エンジン７が要求される出力を目標回転速度マップ１１ｂ１で求めた目標回転速度で除することで求めることができる。
【００７５】
レートリミッタ１１b２，１１c２は、エンジン７が要求される出力が急激に変化したときに目標回転速度及び目標トルクの変化率をそれぞれ所定の制限値以下に制限し、目標回転速度及び目標トルクを出力するものである。
【００７６】
レートリミッタ１１b２とレートリミッタ１１c２が変化率を制限する所定の制限値は、それぞれ、エンジン７の回転速度とトルクで表される動作点が、図６の燃費特性のマップで定義した燃費の良い点Ａ１と点Ａ２の間の点線の経路Ｆ上を、燃費が悪化しない速度で移動するように決められている。
【００７７】
ここで、エンジン７の動作点の経路Ｆは目標回転速度の変化率と目標トルクの変化率の比で決まるため、レートリミッタ１１b２及びレートリミッタ１１c２においては、エンジン７の動作点が図６の燃費の良い点Ａ１と点Ａ２の間の点線の経路Ｆ上を移動するように（すなわち、エンジン回転数とエンジントルクが燃費が良い点Ａ１と点Ａ２の間の点線の経路Ｆに沿って変化するように）、目標回転速度の変化率の制限値と目標トルクの変化率の制限値の比が決められている。また、エンジン７の動作点の移動速度（回転速度及びトルクの変化速度）と燃費の関係を予め求めておき、その関係に基づいて燃費が悪化しない移動速度となるよう（すなわち、エンジン回転数とエンジントルクの変化率が燃費の良い範囲内に抑えられるよう）目標回転速度の変化率の制限値と目標トルクの変化率の制限値が決められている。レートリミッタ１１b２及びレートリミッタ１１c２にはそのような制限値が設定されている。
【００７８】
図８Ｂは、エンジントルク設定部１１cの他の例を示す図８Ａと同様な図である。この例では、エンジントルク設定部１１cは目標トルクマップ１１c１Ａとレートリミッタ１１c２とを備えている。目標トルクマップ１１c１Ａは、エンジン７の目標回転速度Ｎと目標トルクＴが図６の燃費特性のマップで定義した燃費の良い点Ａ１と点Ａ２の間の点線の経路Ｆ上に設定されるように要求エンジン出力とエンジン７の目標トルクとの関係を記述したものであり、エンジン７が要求される出力に応じて、最も燃費が良い目標トルクを出力する。
【００７９】
図８Ａにおいて、目標回転速度マップ１１b１と除算部１１c１を用いて目標トルクを求めることは、図８Ｂのように目標トルクマップ１１c１Ａを用意し、その目標トルクマップ１１c１Ａを用いてエンジン７が要求される出力に応じて、最も燃費が良い目標トルクを出力することと等価である。なお、目標トルクマップ１１c１Ａと除算部１１c１を設け、エンジン７が要求される出力を目標トルクで除することで目標回転速度を求めてもよい。
【００８０】
言い換えれば、図８Ａの目標回転速度マップ１１b１と図８Ｂの目標回転速度マップ１１b１及び目標トルクマップ１１c１Ａは、エンジン７が要求する出力とエンジン７の目標回転速度との関係と、エンジン７が要求する出力とエンジン７の目標トルクとの関係の少なくとも一方に上記所定の経路Ｆ（燃費の良い点Ａ１と点Ａ２の間の点線の経路Ｆ）が関連付けて記述され、油圧ショベル（油圧作業機械）の作業負荷に対応する要求エンジン出力を参照してエンジン７の目標回転速度と目標トルクの少なくとも一方を演算する演算マップである。
【００８１】
以上のように構成した本実施の形態によれば、エンジン７の回転速度とトルクを変化させ、エンジン７の動作点を移動させる場合、動作点の移動の経路として、燃費の良い点Ａ１と点Ａ２の間の点線の経路Ｆを設定し、かつ動作点の移動の速度として、燃費が悪化しない移動速度を設定することができるため、移動中に燃費の悪い領域Ｒ１を通過することや、移動の速度が速すぎて燃費が悪化することを防ぎ、エンジン７の回転速度とトルクが変化する過渡状態におけるエンジン７の燃焼状態を改善することができる。
＜第２の実施の形態＞
図９は、本発明の第２の実施の形態におけるアクチュエータ駆動システムの車体コントローラ１１（図２参照）が行うエンジン７の回転速度とトルクの制御の処理内容を示す機能ブロック図である。車体コントローラ１１は、要求エンジン出力演算部１１aと、エンジン回転速度設定部１１Ａbと、エンジントルク設定部１１Ａcと、エンジントルク制御部１１dとを備えている。要求エンジン出力演算部１１aとエンジントルク制御部１１dは図３を用いて第１の実施の形態で説明したものと同じである。エンジン回転速度設定部１１Ａbはエンジン７の回転速度とエンジン７に要求される出力から、目標回転速度を演算する。エンジントルク設定部１１Ａcはエンジン７に要求される出力とエンジン７の回転速度とから、エンジン７の目標トルクを演算する。
【００８２】
また、本実施の形態においても、要求エンジン出力演算部１１aと、エンジン回転速度設定部１１Ａbと、エンジントルク設定部１１Ａcは、油圧ショベル（油圧作業機械）の作業負荷の変化に応じて、エンジン７の回転速度とトルクが、エンジン７の回転速度とトルクとから決定される運転領域に定義したエンジン７の燃焼状態を良好にする所定の経路Ｇ１，Ｇ２に沿って変化するよう、エンジン７の目標回転速度と目標トルクを設定するエンジン回転速度及びトルク設定装置を構成し、エンジンコントローラ２１は、エンジン回転速度及びトルク設定装置で設定した目標回転速度が得られるようエンジン７を制御する第１制御装置を構成し、エンジントルク制御部１１dは、エンジン回転速度及びトルク設定装置で設定した目標トルクが得られるようアシスト電動機１０のトルクを制御する第２制御装置を構成する。
【００８３】
また、エンジン回転速度設定部１１Ａb（エンジン回転速度及びトルク設定装置）は、油圧ショベル（油圧作業機械）の作業負荷が変化するとき、エンジン７の目標回転数と目標トルクが油圧ショベルの作業負荷の変化に対応する油圧ポンプ６の出力の変化の速度よりも小さい速度で変化し、エンジン７の回転速度とトルクのそれぞれの変化率がエンジン７の燃焼状態を良好にする所定の範囲内に抑えられるよう、エンジン７の目標回転速度と目標トルクのそれぞれの変化率を制限する。
【００８４】
本実施の形態は、エンジン７の燃焼状態を良好にする所定の経路Ｇ１，Ｇ２をエンジン７の燃費特性を考慮しかつエンジン７の排出ガスに含まれる大気汚染物質の排出特性に基づいて決めることで、燃費の悪化が抑えられかつ排気ガス中の大気汚染物質（例えばPM）の排出量を減らす経路（図１０の点Ａ１と点Ａａと点Ａ２の間の点線の経路Ｇ１，Ｇ２）を設定したものである。また、本実施の形態は、エンジン７の目標回転速度の変化率の所定の制限値と目標トルクの変化率の所定の制限値を、それぞれ、エンジン７の燃費特性を考慮しかつエンジン７の排出ガスに含まれる大気汚染物質の排出特性に基づいて決めらることで、エンジン７の回転速度とトルクのそれぞれの変化率を燃費の悪化が抑えられか排気ガス中の大気汚染物質（例えばPM）の排出量が増加しない範囲に抑えられるよう制限するものである。
【００８５】
以下に、エンジン回転速度設定部１１Ａbとエンジントルク設定部１１Ａcの詳細を図１０〜図１２を用いて説明する。
【００８６】
図１０は、回転速度とトルクに対するエンジン７のPM（粒子状物質）の排出特性を示すマップであり、本発明の基本的な考え方を説明する概念図である。
【００８７】
図１０において、最大トルク線Ｍの内側の運転領域内に描かれた複数の曲線はエンジン７のPM（粒子状物質）の排出特性線であり、符号Ｒ２の付されたPM排出特性線の内側がPMの排出量が特に多い領域であり、領域Ｒ２を避けた点Ａ１と点Ａａと点Ａ２の間の点線の経路Ｇ１，Ｇ２が、燃費の悪化が抑えられかつ排気ガス中の大気汚染物質の排出量を減らす経路である。この経路Ｇ１，Ｇ２は、エンジン７の燃費特性を考慮しかつエンジン７の排出ガスに含まれる大気汚染物質の排出特性に基づいて決められている。
【００８８】
ディーゼルエンジン７ではPMは最大トルク付近で大量に排出される。図６に示した燃費特性マップと同じように、旋回など比較的負荷の軽い作業のとき、エンジン７に要求される出力はＰ１で、掘削など負荷の大きな作業ではＰ２の出力がエンジン７に要求される。図６を用いて説明したように、出力Ｐ１が必要な作業ではＡ１，出力Ｐ２が必要な作業ではＡ２の動作点で運転するのが燃費の観点から望ましい。しかし、Ａ１からＡ２までの動作点の移動を上記のように燃費重視で直線的な経路Ｆに設定すると、PMを大量に排出する領域Ｒ２を通過してしまう。そこで、定常運転では燃費を重視し、少なくとも過渡運転(動作点の移動中)では、燃費を考慮しつつ、PMの排出が多い領域Ｒ２を避けるように、エンジン７の目標回転速度と目標トルクを設定する。そのためには動作点の回転速度とトルクをＡ１からＡ２まで直線的に変化させるのではなく、出力がＰ１とＰ２の間のＰａで、PMの排出が多くはない動作点Ａａを経由させる。すなわち、回転速度をＮ１，Ｎａ，Ｎ２と増加させ、トルクはＴ１，Ｔａ，Ｔ２と一旦低下させてから増加させるようにする。
【００８９】
図１１は、図１０の動作点の移動に関する動作を表すタイムチャートである。まず、エンジン７に要求される出力がＰ１からＰ２にステップ的に増加したとする。動作点をＡ１からＡａに移動し、さらにＡａからＡ２に移動するため、エンジン７の目標回転速度をＮ１からＮａに増加させるとともにエンジン７の目標トルクをＴ１からＴａに減少させる。回転速度がＮａになったら、エンジン７の目標回転速度をＮａからＮ２に増加させ、同時にエンジン７の目標トルクをＴａからＴ２に増加させる。回転速度とトルクが目標値の通りに変化すれば、エンジン７の出力は単調に増加するので、アシスト電動機１０のトルクは、時間とともに減少し、動作点がＡ２に到達すれば０になる。タイムチャートの後半はエンジン７に要求される出力がＰ２からＰ１に減少する場合を示している。この場合、動作点をＡ２からＡａに移動し、さらにＡａからＡ１に移動するため、エンジン７の目標回転速度をＮ２からＮａに減少させるとともにエンジン７の目標トルクをＴ２からＴａまで大きく減少させる。回転速度がＮａになったら、エンジン７の目標回転速度をＮａからＮ１に減少させ、同時にエンジン７の目標トルクをＴａからＴ１に増加させる。.
図１２は、エンジン回転速度設定部１１Ａbとエンジントルク設定部１１Ａcの詳細を示すブロック図である。
【００９０】
エンジン回転速度設定部１１Ａbは目標回転速度マップ１１b３と中間値保持部１１b４とレートリミッタ１１b５とを備え、エンジントルク設定部１１Ａcは目標トルクマップ１１c３と中間値保持部１１b４とレートリミッタ１１c５とを備えている。
【００９１】
目標回転速度マップ１１ｂ３は、エンジン７の目標回転速度Ｎと目標トルクＴが、燃費を考慮しかつ図１０のPM排出特性のマップで定義したPMの排出が多い領域Ｒ２を避けた点Ａ１と点Ａａと点Ａ２の間の点線の経路Ｇ１，Ｇ２上に設定されるように、要求エンジン出力とエンジン７の目標回転速度との関係を記述したものであり、エンジン７が要求される出力に応じて、燃費が良好でありかつPM排出量の少ない回転速度を出力する。目標トルクマップ１１ｃ３は、同様に、エンジン７の目標回転速度Ｎと目標トルクＴが、燃費を考慮しかつ図１０のPM排出特性のマップで定義したPMの排出が多い領域Ｒ２を避けた点Ａ１と点Ａａと点Ａ２の間の点線の経路Ｇ１，Ｇ２上に設定されるように、要求エンジン出力とエンジン７の目標トルクとの関係を記述したものであり、エンジン７が要求される出力に応じて、燃費が良好でありかつPM排出量の少ないトルクを出力する。
【００９２】
中間値保持部１１b４及び１１c４は、エンジン７に要求される出力がＰ１とＰ２の間で短時間に変化するとき、実際の回転速度がＮａになるまで、目標回転速度と目標トルクをＮａとＴａに保持し、動作点が必ず点Ａａを通るようにするものである。例えば、中間値保持部１１b４及び１１c４は、図１１のようにエンジン７に要求される出力がＰ１からＰ２まで短時間で変化（増減）するとき、実際の回転速度がＮａになるまでは、目標回転速度としてＮａ、目標トルクとしてＴａを出力し、実際の回転速度がＮａになるとＮａ，Ｎｂの保持制御を解除し、目標回転速度としてＮ２、目標トルクとしてＴ２を出力する。
【００９３】
レートリミッタ１１b５とレートリミッタ１１c５は、第１の実施の形態におけるレートリミッタ１１b２，１１c２と同様、エンジン７が要求される出力が急激に変化したときに目標回転速度及び目標トルクの変化率を制限し、目標回転速度及び目標トルクを出力するものである。
【００９４】
すなわち、レートリミッタ１１b５は、目標回転速度が急激に変化するとき、目標回転速度の変化率を所定の制限値以下に抑制し、エンジンコントローラ２１に出力する。レートリミッタ１１c５は、レートリミッタ１１b４と協調して目標トルクの変化率を所定の制限値以下に抑制し、エンジンコントローラ２１に出力する。
【００９５】
レートリミッタ１１b２とレートリミッタ１１c２が変化率を制限する制限値は、それぞれ、エンジン７の回転速度とトルクで表される動作点（以下単にエンジン７の動作点という）が、図１０で定義した点Ａ１と点Ａａと点Ａ２の間の点線の経路Ｇ１，Ｇ２を燃費の悪化が抑えられかつPMの排出が増加しない速度で移動するように決められている。
【００９６】
すなわち、エンジン７の動作点の経路は目標回転速度の変化率と目標トルクの変化率の比で決まるため、レートリミッタ１１b２とレートリミッタ１１c２においては、エンジン７の動作点が、燃費を考慮しかつ図１０のPM排出特性のマップで定義したPMの排出が多い領域Ｒ２を避けた点Ａ１と点Ａａと点Ａ２の間の点線の経路Ｇ１，Ｇ２を移動するように、目標回転速度の変化率の制限値と目標トルクの変化率の制限値の比が決められている。また、エンジン７の動作点の移動速度（回転速度及びトルクの変化速度）と燃費とPMの排出量との関係を予め求めておき、その関係に基づいて燃費の悪化が抑えられかつPMの排出が増加しない移動速度となるよう目標回転速度の変化率の制限値と目標トルクの変化率の制限値が決められている。レートリミッタ１１b２及びレートリミッタ１１c２にはそのような制限値が設定されている。これによりエンジン７の動作点は図１０で定義した燃費の悪化が抑えられかつ排気ガス中の大気汚染物質の排出量を減らす点Ａ１と点Ａａと点Ａ２の間の点線の経路Ｇ１，Ｇ２から外れずに、燃費の悪化が抑えられかつPMの排出が増加しない速度で移動するようになる。
【００９７】
以上のように構成した本実施の形態によれば、エンジン７の回転速度とトルクを変化させ、エンジン７の動作点を移動させる場合、動作点の移動の経路として、燃費の悪化が抑えられかつ排気ガス中の大気汚染物質の排出量を減らす経路Ｇ１，Ｇ２を設定し、かつ動作点の移動の速度として、燃費の悪化が抑えられかつPMの排出が増加しない速度を設定することができるため、移動中に燃費の悪化が抑えながら、PMの排出が多い領域Ｒ２を通過することや、移動の速度が速すぎてPMの排出が増加することを防ぎ、エンジン７の回転速度とトルクが変化する過渡状態におけるエンジン７の燃焼状態を改善することができる。
【００９８】
なお、以上において、本発明を油圧ショベルに適用した場合の実施の形態を説明したが、エンジンと油圧ポンプに連結されたアシスト電動機を備えた油圧作業機械であれば、油圧ショベル以外建設機械（例えば油圧クレーン、ホイール式ショベル、ホイールローダ等）に本発明を適用し、同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００９９】
３a  ブームシリンダ
３b  アームシリンダ
３c  バケットシリンダ
３e，３f  左右の走行モータ
４a，４b  操作レバー装置
５a〜５c，５e，５f  方向切換弁
６  油圧ポンプ
６a  レギュレータ
７  エンジン７
７a  電子ガバナ
８  リリーフ弁
９  タンク
１０  アシスト電動機１０
１１  車体コントローラ
１１a  要求エンジン出力演算部
１１b，１１Ａb  エンジン回転速度設定部
１１c，１１Ａc  エンジントルク設定部
１１d  エンジントルク制御部
１１a１，１１a２，１１a７  マップ
１１a３  最小値選択部
１１a４，１１a５  乗算部
１１a６  除算部
１１d１  Ｐ制御部
１１d２  ＰＩ制御部
１１d３  減算部
１１d４  加算部
１１b１  マップ
１１c１  除算部
１１c１Ａ  マップ
１１b２，１１c２  レートリミッタ
１１b３，１１c３  マップ
１１b４，１１c４  中間値保持部
１１b５，１１c５  レートリミッタ
１２，１３  インバータ
１４  チョッパ
１５  バッテリ
１６  旋回電動機
１７，１８  圧力センサ
１９  圧力センサ
２１  エンジンコントローラ
２３  回転センサ
２５  シャトル弁ブロック
２６  圧力センサ
Ｒ１  燃費の良い領域
Ｒ２  PM排出量が特に多い領域
Ｆ１  燃費の良い経路
Ｇ１，Ｇ２  燃費の悪化が抑えられかつ排気ガス中の大気汚染物質の排出量を減らす経路
Ｒ３
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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