(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
旋回体、前記旋回体に取り付けられた作業機、前記作業機を動作させる油圧アクチュエータ、前記油圧アクチュエータを動作させる油圧ポンプ及び前記油圧ポンプを駆動するとともに負荷に応じて回転速度が変動する内燃機関を有する作業機械の前記内燃機関を制御する制御装置において、
前記作業機による作業が不要である条件が成立したか否かを判定する判定部と、
前記条件が成立した場合、前記油圧ポンプが吐出する作動油がリリーフされる場合の前記油圧ポンプが吸収する馬力に基づいて前記内燃機関の目標とする目標回転速度を決定するリリーフ時制御を有効とし、前記条件が成立しない場合、前記リリーフ時制御を無効とする機関制御部と、
を含む、作業機械の機関制御装置。
【請求項２】
前記条件は、少なくとも前記作業機械を診断する場合である診断時及び前記作業機械が有する旋回体の旋回を固定する場合である旋回ロック時のいずれか一方である、請求項１に記載の作業機械の機関制御装置。
【請求項３】
前記油圧アクチュエータは、油圧シリンダである、請求項１又は請求項２に記載の作業機械の機関制御装置。
【請求項４】
前記作業機械は、前記内燃機関によって駆動される発電電動機と、
前記発電電動機が発生した電力を蓄電し、蓄電した電力を前記発電電動機に供給する蓄電装置と、
を含む、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の作業機械の機関制御装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の作業機械の機関制御装置を含む、作業機械。
【請求項６】
旋回体、前記旋回体に取り付けられた作業機、前記作業機を動作させる油圧アクチュエータ、前記油圧アクチュエータを動作させる油圧ポンプ及び前記油圧ポンプを駆動するとともに負荷に応じて回転速度が変動する内燃機関を有する作業機械の前記内燃機関を制御するにあたり、
前記作業機による作業が不要である条件が成立したか否かを判定することと、
前記条件が成立した場合、前記油圧ポンプが吐出する作動油がリリーフされる場合の前記油圧ポンプが吸収する馬力に基づいて前記内燃機関の目標とする目標回転速度を決定するリリーフ時制御を有効とし、前記条件が成立しない場合、前記リリーフ時制御を無効とすることと、
を含む、作業機械の機関制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作業機械に備えられて動力源となる機関を制御する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
作業機械は、走行のための動力又は作業機を動作させるための動力を発生する動力源として、例えば、内燃機関を備える。近年は、例えば、特許文献１に記載されているように、内燃機関と発電電動機とを組み合わせて、内燃機関の発生した動力を作業機械の動力にするとともに、内燃機関で発電電動機を駆動することにより電力を発生させる作業機械がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２４１５８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
作業機械のうち旋回体を備えるものは、旋回体の旋回中に、オペレータが意図しない作動油のリリーフが発生すると、内燃機関の回転速度が増加することがある。例えば、負荷に応じて内燃機関の回転速度が変動する作業機械において、作動油のリリーフを意図しない操作中に作動油のリリーフが発生すると、負荷変動により内燃機関の回転速度が上昇することがある。この回転速度の上昇を作業機械のオペレータが許容できない場合、オペレータは違和感を覚える可能性がある。【０００５】
本発明の態様は、旋回体を有する作業機械において、旋回体の旋回をともなう操作がされたときに、内燃機関の回転速度の上昇を抑制すること目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様に従えば、旋回体、前記旋回体に取り付けられた作業機、前記作業機を動作させる油圧アクチュエータ、前記油圧アクチュエータを動作させる油圧ポンプ及び前記油圧ポンプを駆動するとともに負荷に応じて回転速度が変動する内燃機関を有する作業機械の前記内燃機関を制御する制御装置において、前記作業機による作業が不要である条件が成立したか否かを判定する判定部と、前記条件が成立した場合、前記油圧ポンプが吐出する作動油がリリーフされる場合の前記油圧ポンプが吸収する馬力に基づいて前記内燃機関の目標とする目標回転速度を決定するリリーフ時制御を有効とし、前記条件が成立しない場合、前記リリーフ時制御を無効とする機関制御部と、を含む、作業機械の機関制御装置が提供される。【０００７】
本発明の第２の態様に従えば、第１の態様に係る作業機械の機関制御装置において、前記条件は、少なくとも前記作業機械を診断する場合である診断時及び前記作業機械が有する旋回体の旋回を固定する場合である旋回ロック時のいずれか一方である作業機械の機関制御装置が提供される。【０００８】
本発明の第３の態様に従えば、第１の態様又は第２の態様に係る作業機械の機関制御装置において、前記油圧アクチュエータは、油圧シリンダである作業機械の機関制御装置が提供される。【０００９】
本発明の第４の態様に従えば、第１の態様から第３の態様のいずれか１つに係る作業機械の機関制御装置において、前記作業機械は、前記内燃機関によって駆動される発電電動機と、前記発電電動機が発生した電力を蓄電し、蓄電した電力を前記発電電動機に供給する蓄電装置と、を含む作業機械の機関制御装置が提供される。【００１０】
本発明の第５の態様に従えば、第１の態様から第４の態様のいずれか１つに係る作業機械の機関制御装置を含む、作業機械が提供される。【００１１】
本発明の第６の態様に従えば、旋回体、前記旋回体に取り付けられた作業機、前記作業機を動作させる油圧アクチュエータ、前記油圧アクチュエータを動作させる油圧ポンプ及び前記油圧ポンプを駆動するとともに負荷に応じて回転速度が変動する内燃機関を有する作業機械の前記内燃機関を制御するにあたり、前記作業機による作業が不要である条件が成立したか否かを判定することと、前記条件が成立した場合、前記油圧ポンプが吐出する作動油がリリーフされる場合の前記油圧ポンプが吸収する馬力に基づいて前記内燃機関の目標とする目標回転速度を決定するリリーフ時制御を有効とし、前記条件が成立しない場合、前記リリーフ時制御を無効とすることと、を含む、作業機械の機関制御方法が提供される。【００１２】
本発明の態様は、旋回体を有する作業機械において、旋回体の旋回をともなう操作がされたときに、内燃機関の回転速度の上昇を抑制することを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態に係る作業機械である油圧ショベルを示す斜視図である。
【図２】実施形態に係る油圧ショベルの駆動システムを示す概略図である。
【図３】実施形態に係る機関の制御に用いられるトルク線図の一例を示す図である。
【図４】リリーフ時制御を説明するための図である。
【図５】作動油のリリーフ時にリリーフ時制御を実行するようにした場合における内燃機関の動作を説明するための図である。
【図６】エンジンコントローラの構成例を示す図である。
【図７】エンジンコントローラが有する判定部の制御ブロック図である。
【図８】エンジンコントローラが有する機関制御部の制御ブロック図である。
【図９】エンジンコントローラが有する目標出力演算部の制御ブロック図である。
【図１０】実施形態に係る作業機械の機関制御方法の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１５】
＜作業機械の全体構成＞
図１は、実施形態に係る作業機械である油圧ショベル１を示す斜視図である。油圧ショベル１は、車両本体２と作業機３とを有する。車両本体２は、下部走行体４と上部旋回体５とを有する。下部走行体４は、一対の走行装置４ａ，４ａを有する。各走行装置４ａ，４ａは、それぞれ履帯４ｂ、４ｂを有する。各走行装置４ａ，４ａは、走行モータ２１を有する。図１に示される走行モータ２１は、左側の履帯４ｂを駆動する。図１には記載されていないが、油圧ショベル１は、右側の履帯４ｂを駆動する走行モータも有している。左側の履帯４ｂを駆動する走行モータを左走行モータ、右側の履帯４ｂを駆動する走行モータを右走行モータと称する。右走行モータと左走行モータとは、それぞれ履帯４ｂ、４ｂを駆動することによって、油圧ショベル１を走行又は旋回させる。
【００１６】
旋回体の一例である上部旋回体５は、下部走行体４上に旋回可能に設けられている。油圧ショベル１は、上部旋回体５を旋回させるための旋回モータによって旋回する。旋回モータは、電力を回転力に変換する電動モータであってもよいし、作動油の圧力（油圧）を回転力に変換する油圧モータであってもよいし、油圧モータと電動モータとの組合せであってもよい。実施形態において、旋回モータは電動モータである。
【００１７】
上部旋回体５は、運転室６を有する。さらに、上部旋回体５は、燃料タンク７と作動油タンク８と機関室９とカウンタウェイト１０とを有する。燃料タンク７は、エンジンを駆動するための燃料を貯める。作動油タンク８は、油圧ポンプからブームシリンダ１４、アームシリンダ１５及びバケットシリンダ１６の油圧シリンダ、走行モータ２１等の油圧アクチュエータへ吐出される作動油を貯める。機関室９は、油圧ショベルの動力源となる機関及び油圧機器に作動油を供給する油圧ポンプ等の機器を収納する。カウンタウェイト１０は、機関室９の後方に配置される。上部旋回体５の上部には、手すり５Ｔが取り付けられている。
【００１８】
作業機３は、上部旋回体５の前部中央位置に取り付けられる。作業機３は、ブーム１１、アーム１２、バケット１３、ブームシリンダ１４、アームシリンダ１５及びバケットシリンダ１６を有する。ブーム１１の基端部は、上部旋回体５に対してピン結合される。このような構造により、ブーム１１は、上部旋回体５に対して動作する。
【００１９】
ブーム１１は、アーム１２とピン結合される。より詳細には、ブーム１１の先端部とアーム１２の基端部とがピン結合される。アーム１２の先端部とバケット１３とは、ピン結合される。このような構造により、アーム１２はブーム１１に対して動作する。また、バケット１３は、アーム１２に対して動作する。
【００２０】
ブームシリンダ１４、アームシリンダ１５及びバケットシリンダ１６は、油圧ポンプから吐出された作動油によって駆動する油圧シリンダである。ブームシリンダ１４は、ブーム１１を動作させる。アームシリンダ１５は、アーム１２を動作させる。バケットシリンダ１６は、バケット１３を動作させる。このように、油圧アクチュエータであるブームシリンダ１４、アームシリンダ１５及びバケットシリンダ１６は、作業機３を動作させる。
【００２１】
＜油圧ショベル１の駆動システム１ＰＳ＞
図２は、実施形態に係る油圧ショベル１の駆動システムを示す概略図である。実施形態において、油圧ショベル１は、内燃機関１７と、内燃機関１７によって駆動されて発電する発電電動機１９と、電力を蓄える蓄電装置２２と、発電電動機１９が発電した電力又は蓄電装置２２から放電される電力が供給されて駆動する電動機とが組み合わせられたハイブリッド作業機械である。より詳細には、油圧ショベル１は、上部旋回体５を電動機２４（以下、適宜旋回モータ２４と称する）で旋回させる。実施形態において、油圧ショベル１はハイブリッド作業機械以外、例えば発電電動機１９を有さない作業機械であってもよい。
【００２２】
油圧ショベル１は、内燃機関１７、油圧ポンプ１８、発電電動機１９及び旋回モータ２４を有する。内燃機関１７は、油圧ショベル１の動力源である。実施形態において、内燃機関１７はディーゼルエンジンである。発電電動機１９は、内燃機関１７の出力シャフト１７Ｓに連結されている。このような構造により、発電電動機１９は、内燃機関１７によって駆動されて電力を発生する。また、発電電動機１９は、内燃機関１７の発生する動力が不足したとき、蓄電装置２２から供給される電力によって駆動されて、内燃機関１７を補助する。
【００２３】
実施形態において、内燃機関１７はディーゼルエンジンであるが、これに限定されない。発電電動機１９は、例えば、ＳＲ（スイッチドリラクタンス）モータであるが、これに限定されない。実施形態において、発電電動機１９は、ロータ１９Ｒが内燃機関１７の出力シャフト１７Ｓに直結されているが、このような構造に限定されない。例えば、発電電動機１９は、ロータ１９Ｒと内燃機関１７の出力シャフト１７ＳとがＰＴＯ（Power  Take  Off）を介して接続されてもよい。発電電動機１９のロータ１９Ｒは、内燃機関１７の出力シャフト１７Ｓに接続された減速機等の伝達手段に連結されて、内燃機関１７によって駆動されてもよい。実施形態において、内燃機関１７と発電電動機１９との組合せが、油圧ショベル１の動力源となる。内燃機関１７と発電電動機１９との組合せを、適宜、機関３６と称する。機関３６は、内燃機関１７と発電電動機１９とが組み合わされて、作業機械である油圧ショベル１が必要とする動力を発生する、ハイブリッド方式の機関である。
【００２４】
油圧ポンプ１８は、油圧アクチュエータに作動油を供給して、動作させる。本実施形態において、油圧ポンプ１８は、例えば、斜板式油圧ポンプのような可変容量型油圧ポンプが用いられる。油圧ポンプ１８の入力部１８Ｉは、発電電動機１９のロータに連結された動力伝達シャフト１９Ｓに連結されている。このような構造により、油圧ポンプ１８は、内燃機関１７によって駆動される。
【００２５】
油圧ポンプ１８が作動油を吐出する吐出口に接続されている第１配管１８Ｔからは、リリーフ弁１８ｒに作動油を導く第２配管１８ＴＳが分岐している。第２配管１８ＴＳにはリリーフ弁１８ｒが取り付けられている。リリーフ弁１８ｒは、予め定められた圧力になると開いて作動油を放出する。リリーフ弁１８ｒは、油圧ショベル１の駆動システム１ＰＳが有する油圧系の圧力が過度に上昇することを抑制する。実施形態において、油圧系は、油圧ポンプ１８、ブームシリンダ１４、アームシリンダ１５、バケットシリンダ１６、走行モータ２１及びコントロールバルブ２０を含む。
【００２６】
駆動システム１ＰＳは、旋回モータ２４を駆動させるための電動駆動システムとして、蓄電装置２２及び旋回モータ制御装置２４Ｉを有する。実施形態において、蓄電装置２２はキャパシタ、より詳細には電気二重層キャパシタであるが、これに限定されず、例えば、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池及び鉛蓄電池のような二次電池であってもよい。旋回モータ制御装置２４Ｉは、例えばインバータである。
【００２７】
発電電動機１９が発電した電力又は蓄電装置２２から放電される電力が、電力ケーブルを介して旋回モータ２４に供給されて、図１に示す上部旋回体５を旋回させる。すなわち、旋回モータ２４は、発電電動機１９から供給（発電）される電力又は蓄電装置２２から供給（放電）される電力で力行動作することで上部旋回体５を旋回させる。旋回モータ２４は、上部旋回体５が減速する際に回生動作することによって電力を蓄電装置２２に供給（充電）する。また、発電電動機１９は、自身が発電した電力を蓄電装置２２供給（充電）する。すなわち、蓄電装置２２は、発電電動機１９が発電した電力を蓄えることもできる。
【００２８】
発電電動機１９は、内燃機関１７によって駆動されて電力を発生したり、蓄電装置２２から供給される電力によって駆動されて内燃機関１７を駆動したりする。ハイブリッドコントローラ２３は、発電電動機制御装置１９Ｉを介して発電電動機１９を制御する。すなわち、ハイブリッドコントローラ２３は、発電電動機１９を駆動するための制御信号を生成して発電電動機制御装置１９Ｉに与える。発電電動機制御装置１９Ｉは、制御信号に基づいて発電電動機１９に電力を発生させたり（回生）、発電電動機１９に動力を発生させたり（力行）する。発電電動機制御装置１９Ｉは、例えばインバータである。
【００２９】
発電電動機１９には、回転センサ２５ｍが設けられている。回転センサ２５ｍは、発電電動機１９の回転速度、すなわち、ロータ１９Ｒの単位時間あたりの回転数を検出する。回転センサ２５ｍは、検出した回転速度を電気信号に変換して、ハイブリッドコントローラ２３に出力する。ハイブリッドコントローラ２３は、回転センサ２５ｍ検出した発電電動機１９の回転速度を取得し、発電電動機１９及び内燃機関１７の運転状態の制御に用いる。回転センサ２５ｍは、例えば、レゾルバ又はロータリーエンコーダ等が用いられる。実施形態において、発電電動機１９の回転速度と内燃機関１７の回転速度とは、同一の回転速度となる。実施形態において、回転センサ２５ｍは、発電電動機１９のロータ１９Ｒ回転数を検出し、ハイブリッドコントローラ２３が回転数を回転速度に変換するものであってもよい。実施形態において、発電電動機１９の回転速度は、内燃機関１７の回転速度検出センサ１７ｎによって検出された値で代用できる。
【００３０】
旋回モータ２４には、回転センサ２５ｍが設けられている。回転センサ２５ｍは、旋回モータ２４の回転速度を検出する。回転センサ２５ｍは、検出した回転速度を電気信号に変換して、ハイブリッドコントローラ２３に出力する。旋回モータ２４は、例えば、埋め込み磁石同期電動機が用いられる。回転センサ２５ｍは、例えば、レゾルバ又はロータリーエンコーダ等が用いられる。
【００３１】
ハイブリッドコントローラ２３は、発電電動機１９、旋回モータ２４、蓄電装置２２、旋回モータ制御装置２４Ｉ及び後述する発電電動機制御装置１９Ｉに備えられた、サーミスタ又は熱電対等の温度センサによる検出値の信号を取得する。ハイブリッドコントローラ２３は、取得した温度に基づいて、蓄電装置２２等の各機器の温度を管理するとともに、蓄電装置２２の充放電制御、発電電動機１９による発電制御／内燃機関１７の補助制御、及び旋回モータ２４の力行制御／回生制御を実行する。また、ハイブリッドコントローラ２３は、実施形態に係る機関制御方法を実行する。
【００３２】
蓄電装置２２は変圧器２２Ｃと接続されている。変圧器２２Ｃは、発電電動機制御装置１９Ｉ及び旋回モータ制御装置２４Ｉと接続されている。変圧器２２Ｃは、発電電動機制御装置１９Ｉ及び旋回モータ制御装置２４Ｉと直流電力を授受する。ハイブリッドコントローラ２３は、変圧器２２Ｃと発電電動機制御装置１９Ｉ及び旋回モータ制御装置２４Ｉとの間で直流電力を授受させ、また変圧器２２Ｃと蓄電装置２２との間で直流電力を授受させる。
【００３３】
駆動システム１ＰＳは、図１に示される車両本体２に設けられた運転室６内のオペレータ着座位置に対して左右の位置に設けられる操作レバー２６Ｒ，２６Ｌ及び走行用レバー３９Ｌ，３９Ｒを有する。操作レバー２６Ｒ，２６Ｌは、作業機３の操作及び油圧ショベル１の走行の操作を行う装置である。操作レバー２６Ｒ，２６Ｌは、それぞれの操作に応じて作業機３及び上部旋回体５を動作させる。走行用レバー３９Ｌ，３９Ｒは、それぞれの操作に応じて、走行装置４ａ，４ａが有する一対の走行モータ２１，２１の少なくとも一方を駆動する。
【００３４】
操作レバー２６Ｒ、２６Ｌ及び走行用レバー３９Ｌ，３９Ｒの操作量に基づいてパイロット油圧が生成される。パイロット油圧は、後述するコントロールバルブに供給される。コントロールバルブは、パイロット油圧に応じ作業機３のスプールを駆動する。スプールの移動にともなって、ブームシリンダ１４、アームシリンダ１５及びバケットシリンダ１６へ作動油が供給される。その結果、例えば、操作レバー２６Ｒの前後の操作に応じてブーム１１の下げ・上げ動作が行われ、操作レバー２６Ｒの左右の操作に応じてバケット１３の掘削・ダンプが行われる。また、例えば、操作レバー２６Ｌの前後操作により、アーム１２のダンプ・掘削操作が行われる。走行用レバー３９Ｌの前後操作により、左側の走行装置４ａの履帯が前進方向及び後進方向に回転し、走行用レバー３９Ｒの前後操作により、右側の走行装置４ａの履帯が前進方向及び後進方向に回転する。
【００３５】
また、操作レバー２６Ｒ，２６Ｌ及び走行用レバー３９Ｌ，３９Ｒの操作量は、レバー操作量検出部２７によって電気信号に変換される。レバー操作量検出部２７は、圧力センサ２７Ｓを備える。圧力センサ２７Ｓは、操作レバー２６Ｌ，２６Ｒの操作に応じて発生するパイロット油圧を検知する。圧力センサ２７Ｓは、検知したパイロット油圧に対応した電圧を出力する。レバー操作量検出部２７は、圧力センサ２７Ｓが出力した電圧を操作量に換算することによって、レバー操作量を求める。
【００３６】
レバー操作量検出部２７は、レバー操作量を電気信号としてポンプコントローラ３３及びハイブリッドコントローラ２３の少なくとも一方へ出力する。操作レバー２６Ｌ，２６Ｒ及び走行用レバー３９Ｌ，３９Ｒが電気式レバーである場合、レバー操作量検出部２７は、ポテンショメータ等の電気式の検出装置を備える。レバー操作量検出部２７は、レバー操作量に応じて電気式の検出装置が生成した電圧をレバー操作量に換算して、レバー操作量を求める。その結果、例えば、操作レバー２６Ｌの左右操作によって旋回モータ２４が左右の旋回方向に駆動される。また走行用レバー３９Ｌ，３９Ｒにより、走行モータ２１が駆動される。
【００３７】
燃料調整ダイヤル２８は、図１に示す運転室６内に設けられる。以下において、燃料調整ダイヤル２８は適宜、スロットルダイヤル２８と称される。スロットルダイヤル２８は、内燃機関１７への燃料供給量を設定する。スロットルダイヤル２８の設定値（指令値とも称される）は、電気信号に変換されて内燃機関の制御装置（以下、適宜エンジンコントローラと称される）３０に出力される。
【００３８】
エンジンコントローラ３０は、内燃機関１７の状態を検出するセンサ類１７Ｃから、内燃機関１７の回転速度及び水温等のセンサの出力値を取得する。そして、エンジンコントローラ３０は、取得したセンサ類１７Ｃの出力値から内燃機関１７の状態を把握し、内燃機関１７に対する燃料の噴射量を調整することで、内燃機関１７の出力を制御する。実施形態において、エンジンコントローラ３０は、ＣＰＵ等のプロセッサ及びメモリを有するコンピュータを含む。
【００３９】
エンジンコントローラ３０は、スロットルダイヤル２８の設定値に基づいて、内燃機関１７の動作を制御するための制御指令の信号を生成する。エンジンコントローラ３０は、生成した制御信号をコモンレール制御部３２に送信する。この制御信号を受信したコモンレール制御部３２は、内燃機関１７に対する燃料噴射量を調整する。すなわち、実施形態において、内燃機関１７は、コモンレール式による電子制御が可能なディーゼルエンジンである。エンジンコントローラ３０は、コモンレール制御部３２を介して内燃機関１７への燃料噴射量を制御することで、目標の出力を内燃機関１７に発生させることができる。また、エンジンコントローラ３０は、ある瞬間における内燃機関１７の回転速度において出力可能なトルクを自由に設定することもできる。ハイブリッドコントローラ２３及びポンプコントローラ３３は、エンジンコントローラ３０からスロットルダイヤル２８の設定値を受け取る。
【００４０】
内燃機関１７は、回転速度検出センサ１７ｎを備えている。回転速度検出センサ１７ｎは、内燃機関１７の出力シャフト１７Ｓの回転速度、すなわち、出力シャフト１７Ｓの単位時間あたりの回転数を検出する。エンジンコントローラ３０及びポンプコントローラ３３は、回転速度検出センサ１７ｎが検出した内燃機関１７の回転速度を取得し、内燃機関１７の運転状態の制御に用いる。実施形態において、回転速度検出センサ１７ｎは、内燃機関１７の回転数を検出し、エンジンコントローラ３０及びポンプコントローラ３３が回転数を回転速度に変換するものであってもよい。実施形態において、内燃機関１７の実回転速度は、発電電動機１９の回転センサ２５ｍによって検出された値で代用できる。
【００４１】
ポンプコントローラ３３は、油圧ポンプ１８から吐出される作動油の流量を制御する。実施形態において、ポンプコントローラ３３は、ＣＰＵ等のプロセッサ及びメモリを有するコンピュータを含む。ポンプコントローラ３３は、エンジンコントローラ３０及びレバー操作量検出部２７から送信された信号を受信する。そして、ポンプコントローラ３３は、油圧ポンプ１８から吐出される作動油の流量を調整するための制御指令の信号を生成する。ポンプコントローラ３３は、生成した制御信号を用いて油圧ポンプ１８の斜板角を変更することにより、油圧ポンプ１８から吐出される作動油の流量を変更する。
【００４２】
ポンプコントローラ３３には、油圧ポンプ１８の斜板角を検出する斜板角センサ１８ａからの信号が入力される。斜板角センサ１８ａが斜板角を検出することで、ポンプコントローラ３３は、油圧ポンプ１８のポンプ容量を演算することができる。コントロールバルブ２０内には、油圧ポンプ１８の吐出圧力（以下、適宜ポンプ吐出圧力という）を検出するためのポンプ圧検出部２０ａが設けられている。検出されたポンプ吐出圧力は、電気信号に変換されてポンプコントローラ３３に入力される。
【００４３】
エンジンコントローラ３０とポンプコントローラ３３とハイブリッドコントローラ２３とは、例えば、ＣＡＮ（Controller  Area  Network）のような車内ＬＡＮ（Local  Area  Network）３５で接続されている。このような構造により、エンジンコントローラ３０とポンプコントローラ３３とハイブリッドコントローラ２３とは、相互に情報をやり取りすることができる。
【００４４】
実施形態において、少なくともエンジンコントローラ３０が内燃機関１７の運転状態を制御する。この場合、エンジンコントローラ３０は、ポンプコントローラ３３及びハイブリッドコントローラ２３のうち少なくとも一方が生成した情報も用いて内燃機関１７の運転状態を制御する。このように、実施形態においては、エンジンコントローラ３０、ポンプコントローラ３３及びハイブリッドコントローラ２３のうち少なくとも１つが、作業機械の機関制御装置（以下、適宜機関制御装置と称する）として機能する。すなわち、これらのうち少なくとも１つが実施形態に係る作業機械の機関制御方法（以下、適宜機関制御方法と称する）を実現して、機関３６の運転状態を制御する。以下において、エンジンコントローラ３０、ポンプコントローラ３３及びハイブリッドコントローラ２３を区別しない場合、これらを機関制御装置と称することもある。実施形態においては、エンジンコントローラ３０が、機関制御装置の機能を実現する。
【００４５】
ハイブリッドコントローラ２３には旋回ロックスイッチ３７が接続されている。旋回ロックスイッチ３７は、旋回ブレーキを動作させるためのスイッチである。旋回ブレーキは、上部旋回体５を固定して上部旋回体５が旋回しないようにするための機械式のブレーキである。旋回ロックスイッチ３７をＯＮにすると、ハイブリッドコントローラ２３は旋回ブレーキの作動を指令する。旋回ブレーキが作動すると、旋回ブレーキが上部旋回体５を固定し、旋回ロックスイッチ３７をＯＦＦにすると、ハイブリッドコントローラ２３は旋回ブレーキの解除を指令すると、旋回ブレーキは上部旋回体５の固定を解除する。
【００４６】
実施形態において、車内ＬＡＮ３５にはモニタ３８が接続されている。モニタ３８は、表示部３８Ｍと、操作部３８ＳＷとを有し、油圧ショベル１の状態に関する情報、例えば内燃機関１７の回転速度、内燃機関１７の冷却水温度、油圧ポンプ１８が吐出する作動油の温度及び蓄電装置２２の温度等を表示する。操作部３８ＳＷは、油圧ショベル１の運転モードを切り替えたり、各種のメニューを表示させて選択したりするための機構である。油圧ショベル１の運転モードとしては、例えば、油圧ショベル１の状態を診断する診断モードが挙げられる。診断モードは、例えば、油圧ショベル１が有する機関３６及び油圧ポンプ１８の状態を診断して、これらが正常であるか否かを診断するモードである。油圧ショベル１の運転モードは実施形態に例示したものに限定されず、この他にも各種の運転モードが存在する。油圧ショベル１の運転モードは、モニタ３８の操作部３８ＳＷ以外、例えば、図１に示される油圧ショベル１の運転室６内に設置された運転モード切替用スイッチによって切り替えられてもよい。
【００４７】
＜機関３６の制御＞
図３は、実施形態に係る機関３６の制御に用いられるトルク線図の一例を示す図である。トルク線図は、機関３６、より詳細には内燃機関１７の制御に用いられる。トルク線図は、内燃機関１７の出力シャフト１７ＳのトルクＴ（Ｎ×ｍ）と、出力シャフト１７Ｓの回転速度ｎ（ｒｐｍ：ｒｅｖ／ｍｉｎ）との関係を示している。実施形態において、内燃機関１７の出力シャフト１７Ｓに発電電動機１９のロータ１９Ｒが連結されているので、内燃機関１７の出力シャフト１７Ｓの回転速度ｎは、発電電動機１９のロータ１９Ｒの回転速度に等しい。以下において、回転速度ｎというときには、内燃機関１７の出力シャフト１７Ｓの回転速度及び発電電動機１９のロータ１９Ｒの回転速度のうち、少なくとも一方をいうものとする。実施形態において、内燃機関１７の出力、発電電動機１９が電動機として動作する場合の出力は馬力であり、単位は仕事率である。発電電動機１９が発電機として動作する場合の出力は電力であり、単位は仕事率である。
【００４８】
トルク線図は、最大トルク線ＴＬと、制限線ＶＬと、ポンプ吸収トルク線ＰＬと、マッチングルートＭＬと、出力指示線ＩＬとを含む。最大トルク線ＴＬは、図１に示される油圧ショベル１の運転中、内燃機関１７が発生可能な最大の出力を示している。最大トルク線ＴＬは、内燃機関１７の回転速度ｎと、各回転速度ｎにおいて内燃機関１７が発生可能なトルクＴとの関係を示す。
【００４９】
トルク線図は、内燃機関１７の制御に用いられる。実施形態において、エンジンコントローラ３０は、トルク線図を記憶部に記憶しており、内燃機関１７の制御に用いる。ハイブリッドコントローラ２３及びポンプコントローラ３３の少なくとも一方も、記憶部にトルク線図を記憶していてもよい。
【００５０】
最大トルク線ＴＬで示される内燃機関１７のトルクＴは、内燃機関１７の耐久性及び排気煙限界等を考慮して決定されている。このため、内燃機関１７は、最大トルク線ＴＬに対応したトルクＴよりも大きいトルクを発生することは可能である。実際には、機関制御装置、例えばエンジンコントローラ３０は、内燃機関１７のトルクＴが最大トルク線ＴＬを超えないように内燃機関１７を制御する。
【００５１】
制限線ＶＬと最大トルク線ＴＬとの交点Ｐｃｎｔにおいて、内燃機関１７が発生する出力、すなわち馬力は、最大となる。交点Ｐｃｎｔを定格点という。定格点Ｐｃｎｔにおける内燃機関１７の出力を定格出力という。最大トルク線ＴＬは、前述したように排気煙限界から定められる。制限線ＶＬは、最高回転速度に基づいて定められる。したがって、定格出力は、内燃機関１７の排気煙限界と最高回転速度とに基づいて定められた、内燃機関１７の最大出力である。
【００５２】
制限線ＶＬは、内燃機関１７の回転速度ｎを制限する。すなわち、内燃機関１７の回転速度ｎは、制限線ＶＬを超えないように、機関制御装置、例えばエンジンコントローラ３０によって制御される。制限線ＶＬは、内燃機関１７の最大の回転速度を規定する。すなわち、機関制御装置、例えばエンジンコントローラ３０は、内燃機関１７の最大の回転速度が、制限線ＶＬによって規定される回転速度を超えて過回転とならないように制御する。
【００５３】
ポンプ吸収トルク線ＰＬは、内燃機関１７の回転速度ｎに対して、図２に示される油圧ポンプ１８が吸収可能な最大トルクを示している。実施形態において、内燃機関１７は、内燃機関１７の出力と油圧ポンプ１８の負荷とをマッチングルートＭＬ上でバランスさせる。図３には、マッチングルートＭＬａと、マッチングルートＭＬｂとが示されている。マッチングルートＭＬｂの方が、マッチングルートＭＬａよりも最大トルク線ＴＬに近くなっている。
【００５４】
マッチングルートＭＬｂは、所定の出力で内燃機関１７が動作する際に、例えば、同じ出力であれば、マッチングルートＭＬａよりも回転速度ｎが低くなるように設定されている。このようにすることで、内燃機関１７が同じトルクＴを発生する場合、マッチングルートＭＬｂの方がより低い回転速度ｎで内燃機関１７を運転できるので、内燃機関１７の内部摩擦による損失を低減できる。マッチングルートＭＬは、燃料消費率が良い点を通るように設定されてもよい。マッチングルートＭＬｂは、内燃機関１７が最大のトルクＴを発生するまでの範囲において、最大トルク線ＴＬで定まるトルクＴの８０％以上９５％以下になるように設定される。
【００５５】
マッチングルートＭＬは、内燃機関１７の回転速度ｎが増加すると、トルクＴも増加する。制限線ＴＬで規定される最大トルク点Ｐｍａｘのときの回転速度ｎｔｍａｘと、定格出力点Ｐｃｎｔのときの回転速度ｎｃｎｔとの間の領域で、マッチングルートＭＬと制限線ＴＬとが交差する。最大トルク点Ｐｍａｘにおいて、内燃機関１が発生するトルクＴは最大となる。
【００５６】
出力指示線ＩＬは、内燃機関１７の回転速度ｎ及びトルクＴの目標を示す。すなわち、内燃機関１７は出力指示線ＩＬから得られる回転速度ｎ及びトルクＴとなるように制御される。このように、出力指示線ＩＬは、内燃機関１７が発生する動力の大きさを規定するために用いられる、内燃機関１７のトルクＴと回転速度ｎとの関係を示す第２の関係に相当する。出力指示線ＩＬは、内燃機関１７に発生させる馬力、すなわち出力の指令値（以下、適宜出力指令値と称する）となる。すなわち、機関制御装置、例えばエンジンコントローラ３０は、出力指令値に対応する出力指示線ＩＬ上のトルクＴ及び回転速度ｎとなるように、内燃機関１７のトルクＴ及び回転速度ｎを制御する。例えば、出力指令値に出力指示線ＩＬｅが対応する場合、内燃機関１７のトルクＴ及び回転速度ｎは、出力指示線ＩＬｅ上の値となるように制御される。
【００５７】
トルク線図は、複数の出力指示線ＩＬを含む。隣接する出力指示線ＩＬの間の値は、例えば補間によって求められる。実施形態において、出力指示線ＩＬは、等馬力線である。等馬力線は、内燃機関１７の出力が一定となるように、トルクＴと回転速度ｎとの関係が定められたものである。実施形態において、出力指示線ＩＬは、等馬力線に限定されるものではなく、スロットルダイヤル２８で設定されるスロットル線等で規定される任意の線であってもよい。
【００５８】
実施形態において、内燃機関１７は、マッチング点ＭＰのトルクＴ及び回転速度ｎｍとなるように制御される。マッチング点ＭＰは、図３中に実線で示されるマッチングルートＭＬと、図３中に実線で示される出力指示線ＩＬｅと、実線で示されるポンプ吸収トルク線ＰＬとの交点である。マッチング点ＭＰは、内燃機関１７の出力と油圧ポンプ１８の負荷とがバランスする点である。実線で示される出力指示線ＩＬｅは、マッチング点ＭＰで油圧ポンプ１８が吸収する内燃機関１７の出力の目標及び内燃機関１７の目標とする出力に対応する。
【００５９】
発電電動機１９が発電する場合、発電電動機１９が吸収する馬力、すなわち発電出力Ｗｇａの分だけ、油圧ポンプ１８が吸収する内燃機関１７の出力が小さくなるように、ポンプコントローラ３３及びハイブリッドコントローラ２３へ指令が与えられる。ポンプ吸収トルク線ＰＬは、点線で示される位置に移動する。このときの出力に対応するのが出力指示線ＩＬｐである。ポンプ吸収トルク線ＰＬは、マッチング点ＭＰａのときの回転速度ｎｍで、出力指示線ＩＬｐと交差する。出力指示線ＩＬｐに発電電動機１９が吸収する発電出力Ｗｇａを加算したものが、マッチング点ＭＰａを通る出力指示線ＩＬｅである。
【００６０】
実施形態においては、マッチングルートＭＬ１と、出力指示線ＩＬｅと、ポンプ吸収トルク線ＰＬとの交点であるマッチング点ＭＰａで内燃機関１７の出力と油圧ポンプ１８の負荷とをバランスさせる例を示している。この例に限定されるものではなく、マッチングルートＭＬｂと、出力指示線ＩＬｅと、ポンプ吸収トルク線ＰＬとの交点であるマッチング点ＭＰｂで内燃機関１７の出力と油圧ポンプ１８の負荷とをバランスさせてもよい。
【００６１】
このように、機関３６、すなわち内燃機関１７及び発電電動機１９は、トルク線図に含まれる最大トルク線ＴＬと、制限線ＶＬと、ポンプ吸収トルク線ＰＬと、マッチングルートＭＬと、出力指示線ＩＬとに基づいて制御される。次に、作動油のリリーフ時、すなわち油圧ポンプ１８が吐出した作動油がリリーフ弁１８ｒからリリーフされる場合における機関３６、より詳細には内燃機関１７の制御について説明する。
【００６２】
＜作動油のリリーフ時における内燃機関１７の制御＞
油圧ショベル１が工場から出荷される前の性能確認時、及びサービスマン等による故障診断時等は、診断モードを用いて内燃機関１７及び油圧ポンプ１８に異常が発生しているか否か判定される。より詳細には、診断モードは、診断モードに入ってから作業機リリーフ操作を行って内燃機関１７の回転速度ｎを増速させるとともに油圧ポンプ１８の吸収トルク及び吐出流量を増加させる。診断モードでは、この状態で、作動油のリリーフ中における内燃機関１７の回転速度ｎが判定値内で安定するか否かによって、内燃機関１７及び油圧ポンプ１８に異常が発生しているか否かが判定される。このため、通常時、すなわち異常がない場合は、作動油のリリーフ時における内燃機関１７の回転速度ｎが一定になる必要がある。作業機リリーフ操作とは、作業機３のブームシリンダ１４、アームシリンダ１５及びバケットシリンダ１６のうち少なくとも１つがストロークエンドにある状態で、さらに同じ方向に操作レバー２６Ｒ，２６Ｌの少なくとも一方を動かす操作である。この操作により、作動油が流れる配管内における作動油の圧力が上昇し、作動油がリリーフする状態となる。作動油の圧力は、図２に示されるポンプ圧検出部２０ａが検出する。
【００６３】
作業機リリーフ操作中に発電電動機１９が電力を発生、すなわち発電を開始することで、発電電動機１９を駆動する出力分、出力指令値が上昇する。出力指令値の上昇にともなって、内燃機関１７の目標とする目標回転速度ｎｍｔが上昇する。目標回転速度ｎｍｔとは、油圧ポンプ１８が吸収するトルクであるポンプ吸収トルクと発電出力Ｗｇａとの合計である内燃機関１７の出力指令値と、マッチングルートＭＬとの交点から定まる回転速度である。
【００６４】
作業機リリーフ操作中における回転速度ｎの上昇を抑制するため、実施形態においては、作動油のリリーフ時において、目標回転速度ｎｍｔを、発電電動機１９が最大発電電力Ｗｇｍａｘを発生する場合に内燃機関１７が目標とする回転速度ｎｍｒに固定する。この制御を、以下においては適宜、リリーフ時制御と称する。リリーフ時制御中、目標回転速度ｎｍｔは、発電電動機１９が最大の電力を発生する場合に必要な馬力と、油圧ポンプ１８が吐出する作動油がリリーフされる場合に油圧ポンプ１８が吸収する馬力とに基づいて決定される。
【００６５】
図４は、リリーフ時制御を説明するための図である。図４の出力指示線ＩＬｅは、内燃機関１７が単独で運転されている場合の出力指示線である。図４において、発電電動機１９が発電していない状態で内燃機関１７が油圧ポンプ１８を駆動する場合に、内燃機関１７に与えられる出力指令値は、出力指示線ＩＬｅで示される。出力指示線ＩＬｅによって定まる馬力Ｗｐは、油圧ポンプ１８が吸収する馬力である。
【００６６】
発電電動機１９が発電している状態で内燃機関１７が油圧ポンプ１８を駆動する場合の内燃機関１７に与えられる出力指令値は、出力指示線ＩＬｇで示される。発電電動機１９が発電している場合、発電のためのエネルギが必要になるので、発電時における出力指示線ＩＬｇの方が非発電時の出力指示線ＩＬｅよりも発電出力Ｗｇａ分大きくなる。すなわち、内燃機関１７は、発電時の方が非発電時よりも大きな出力を発生することになる。
【００６７】
リリーフ時制御中、エンジンコントローラ３０が内燃機関１７に与える出力指令値は、出力指示線ＩＬｒで示される。出力指示線ＩＬｒは、発電電動機１９が最大の電力、すなわち最大発電出力Ｗｇｍａｘを発生している状態で内燃機関１７が油圧ポンプ１８を駆動する場合に、内燃機関１７へ与えられる出力指令値である。出力指示線ＩＬｒによって定まる馬力は、油圧ポンプ１８が吸収する馬力Ｗｐに、最大発電出力Ｗｇｍａｘに相当する馬力、すなわち最大発電出力Ｗｇｍａｘと仕事率が同一の馬力を加算した値になる。実施形態において、最大発電出力Ｗｇｍａｘは固定値であり、エンジンコントローラ３０の記憶部に記憶されている。
【００６８】
実施形態において、油圧ポンプ１８が吸収する馬力Ｗｐは、油圧ポンプ１８の駆動条件によって定まる値が用いられる。この場合、油圧ポンプ１８が吸収する馬力Ｗｐは固定値ではなく、油圧ポンプ１８の駆動条件によって変化する。油圧ポンプ１８が吸収する馬力Ｗｐとして、油圧ポンプ１８が吸収可能な最大馬力、すなわち最大吸収馬力Ｗｐｍａｘが用いられてもよい。最大吸収馬力Ｗｐｍａｘは一意に定まり、固定値となる。リリーフ時制御に最大吸収馬力Ｗｐｍａｘが用いられる場合、最大吸収馬力Ｗｐｍａｘはエンジンコントローラ３０の記憶部に記憶される。
【００６９】
内燃機関１７が発電電動機１９を駆動する場合のリリーフ時制御において、エンジンコントローラ３０は、発電電動機１９が最大の電力を発生する場合に必要な馬力、すなわち最大発電出力Ｗｇｍａｘに相当する馬力と、油圧ポンプ１８が吸収する馬力Ｗｐと、に基づいて目標回転速度ｎｍｒを決定する。より詳細には、エンジンコントローラ３０は、油圧ポンプ１８が吸収する馬力Ｗｐと最大発電出力Ｗｇｍａｘとを加算して出力指令値に対応する出力指示線ＩＬｒを求め、出力指示線ＩＬｒとマッチングルートＭＬとの交点における回転速度を目標回転速度ｎｍｒとする。実施形態において、マッチングルートＭＬは、内燃機関１７が最大のトルクＴを発生する回転速度ｎよりも大きい範囲において、最大トルク線ＴＬに一致する。
【００７０】
内燃機関１７の回転速度ｎは、出力指令値と内燃機関１の出力、すなわち目標ポンプ吸収馬力と発電出力Ｗｇａとの和が釣り合う回転速度である目標回転速度ｎｍｔでマッチングする。内燃機関１７の回転速度ｎが目標回転速度ｎｍｔ以上になると、ポンプ吸収馬力がポンプ吸収トルク線ＰＬに沿って上昇し、内燃機関１７に対する出力指令値よりも内燃機関１７に要求される出力が大きくなる。内燃機関１７は、要求される出力に足りない分、回転エネルギを消費するので、回転速度ｎが低下する。内燃機関１７の回転速度ｎが低下すると、ポンプ吸収馬力がポンプ吸収トルク線ＰＬに沿って低下し、内燃機関１７に対する出力指令値よりも内燃機関１７に要求される出力が小さくなる。すると、内燃機関１７は、余剰の出力、すなわち内燃機関１７に対する出力指令値と内燃機関１７に要求される出力との差分が回転速度ｎを上昇させるエネルギとなるので、回転速度ｎが上昇する。
【００７１】
リリーフ時制御において、内燃機関１７は目標回転速度ｎｍｒで動作する。発電電動機１９が発電を開始した場合、内燃機関１７には出力指示線ＩＬｇで示される出力指令値が与えられる。この場合も、エンジンコントローラ３０は、目標回転速度ｎｍｒで内燃機関１７を動作させるので、作動油のリリーフ時に発電電動機１９が発電を開始しても、内燃機関１７の回転速度ｎは変化しない。このため、サービスマン等は、油圧ショベル１の診断、より詳細には内燃機関１７及び油圧ポンプ１８を、確実かつ正確に診断できる。
【００７２】
図５は、作動油のリリーフ時にリリーフ時制御を実行するようにした場合における内燃機関１７の動作を説明するための図である。マッチングルートＭＬａと出力指示線ＩＬｅとの交点であるマッチング点ＭＰａで内燃機関１７が動作している場合、作動油のリリーフによってリリーフ時制御が開始されると、マッチング点ＭＰｒで内燃機関１７が動作する。マッチング点ＭＰｒは、リリーフ時制御で用いられる出力指示線ＩＬｒとマッチングルートＭＬとの交点における目標回転速度ｎｍｒと、目標回転速度ｎｍｒで出力指示線ＩＬｅから得られるトルクＴとで定まる。
【００７３】
マッチング点ＭＰａで動作していた内燃機関１７は、リリーフ時制御が開始されるとマッチング点ＭＰｒで動作する。このため、内燃機関１７は、リリーフ時制御が開始されると、目標回転速度がｎｍａからｎｍｒに上昇する。
【００７４】
一方、マッチングルートＭＬｂは、マッチングルートＭＬａよりも最大トルク線ＴＬに近い。マッチング点ＭＰｂで動作していた内燃機関１７は、リリーフ時制御が開始されるとマッチング点ＭＰｒで動作する。このため、内燃機関１７は、リリーフ時制御が開始されると、目標回転速度がｎｍｂからｎｍｒに上昇する。
【００７５】
マッチングルートＭＬｂと出力指示線ＩＬｅとの交点であるマッチング点ＭＰｂで内燃機関１７が動作している場合、目標回転速度ｎｍｂは、マッチング点ＭＰａにおける目標回転速度ｎｍａよりも低い。このため、マッチングルートＭＬｂによって内燃機関１７が制御される場合、リリーフ時制御が開始されたときにおける内燃機関１７の回転速度ｎが上昇する大きさは、マッチングルートＭＬａによって内燃機関１７が制御される場合よりも大きくなる。結果として、マッチングルートＭＬｂによって内燃機関１７が制御される場合にリリーフ時制御が開始されると、内燃機関１７の回転速度ｎの上昇が大きく、油圧ショベル１のオペレータに違和感を与える。
【００７６】
油圧ショベル１が上部旋回体５を旋回させながら作業機３のブーム１１を下げていく、ダウン旋回と呼ばれる動作から掘削に移行する場合、作動油のリリーフが発生しやすくなる。このため、マッチングルートＭＬｂによって内燃機関１７が制御される場合、ダウン旋回から掘削に移行するときにリリーフ時制御が開始される結果、内燃機関１７の回転速度ｎの上昇が油圧ショベル１のオペレータに違和感を与える可能性がある。
【００７７】
ダウン旋回から掘削に移行するときに発生する内燃機関１７の回転速度ｎの上昇を抑制するため、エンジンコントローラ３０は、上部旋回体５の旋回を含む作業時にリリーフ時制御を無効とする。より詳細には、図２に示される旋回ロックスイッチ３７がＯＦＦの場合は上部旋回体５が旋回する可能性があるので、エンジンコントローラ３０は、旋回ロックスイッチ３７がＯＮの場合に上部旋回体５の旋回を固定する場合である旋回ロック時であるとして、リリーフ時制御を有効にする。そして、エンジンコントローラ３０は、旋回ロックスイッチ３７がＯＦＦの場合に上部旋回体５が旋回する可能性があるとして、リリーフ時制御を無効にする。
【００７８】
このようにすることで、ダウン旋回から掘削に移行するときに内燃機関１７の回転速度ｎが上昇することが抑制される。すなわち、リリーフ時制御が無効にされると、内燃機関１７がマッチング点ＭＰｂで動作している場合に、例えばダウン旋回から掘削に移行して作動油がリリーフしても、内燃機関１７はマッチング点ＭＰｂで動作する。このため、マッチング点ＭＰｂにおける内燃機関１７の目標回転速度ｎｍｂは変化しない。その結果、上部旋回体５の旋回をともなう作業時に、内燃機関１７の回転速度ｎが上昇する現象が抑制される。
【００７９】
また、エンジンコントローラ３０は、油圧ショベル１を診断する場合である診断時にも、リリーフ時制御を有効にする。このようにすることで、油圧ショベル１を診断する場合にリリーフ時制御を実行する意図と、上部旋回体５の旋回をともなう作業時における内燃機関１７の回転速度ｎの上昇を抑制することと、を両立させることができる。
【００８０】
リリーフ時制御は、油圧ショベル１において、内燃機関１７の回転速度ｎを一定の値とする条件が成立した場合、例えば作業機による作業が不要である条件が成立した場合に実行される。内燃機関１７の回転速度ｎを一定の値とする条件を、以下においては、適宜、定速条件と称する。作業機による作業が不要である条件も、定速条件に含まれる。作業機による作業が不要である条件を、以下においては適宜、作業不要条件と称する。リリーフ時制御は、定速条件が成立した場合、例えば作業不要条件が成立し、内燃機関１７の回転速度ｎを一定の値に保持して運転したい場合に実行される。
【００８１】
油圧ショベル１が発電電動機１９及び蓄電装置２２を有するハイブリッド作業機械である場合、作業機リリーフ操作中に発電電動機１９が発電を開始することによる内燃機関１７の回転速度ｎが上昇することにより、内燃機関１７の回転速度ｎを一定の値に保持できない可能性がある。また、内燃機関１７の回転速度ｎが一定の値に保持されないことにより、オペレータが違和感を覚える。これは、油圧ショベル１がハイブリッド作業機械である場合に特有の問題である。
【００８２】
さらに、油圧ショベル１がハイブリッド作業機械である場合において、マッチングルートＭＬｂによって内燃機関１７が制御されると、ダウン旋回から掘削に移行するときにリリーフ時制御が開始される結果、内燃機関１７の回転速度ｎの上昇がオペレータに違和感を与える可能性もある。
【００８３】
エンジンコントローラ３０は、作業不要条件、本実施形態では旋回ロックスイッチ３７がＯＮの条件及び油圧ショベル１が診断される条件が成立した場合、すなわち内燃機関１７の回転速度ｎを一定の値に保持したい要請がある場合に、リリーフ時制御を有効にする。このようにすることで、（１）油圧ショベル１がハイブリッド作業機械である場合に診断時のリリーフ時制御が必要になるときに診断を円滑に行うことが可能になること、及び（２）上部旋回体５の旋回をともなう作業時における内燃機関１７の回転速度ｎの上昇を抑制すること、の（１）及び（２）を両立させることができる。すなわち、実施形態の制御は、ハイブリッド作業機械に特有の問題を解決できる、という利点がある。また、旋回を行うような状況において油圧ポンプ１８の診断を行う場面もあるため、少なくとも油圧ショベル１が診断される条件が成立していればリリーフ時制御を有効とする等、油圧ポンプ１８の診断の内容に合わせて、旋回ロックスイッチ３７がＯＮの条件及び油圧ショベル１が診断される条件いずれか一方の条件が成立することをリリーフ時制御の条件としてもよい。
【００８４】
＜エンジンコントローラ３０の構成例＞
図６は、エンジンコントローラ３０の構成例を示す図である。エンジンコントローラ３０は、処理部３０Ｐと、記憶部３０Ｍと、入出力部３０ＩＯとを有する。処理部３０Ｐは、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、マイクロプロセッサ（microprocessor）、マイクロコンピュータ（microcomputer）等である。
【００８５】
実施形態において、処理部３０Ｐは、判定部３０Ｊと機関制御部３０Ｃと目標出力演算部３０Ｅとを有する。処理部３０Ｐ、より詳細には判定部３０Ｊ、機関制御部３０Ｃ及び目標出力演算部３０Ｅは、実施形態に係る作業機械の機関制御方法を実行する。判定部３０Ｊは、作業不要条件が成立したか否か、実施形態では油圧ショベル１を診断する場合である診断時か、上部旋回体５の旋回を固定する場合である旋回ロック時かを判定する。機関制御部３０Ｃは、作業不要条件が成立した場合、実施形態では診断時及び旋回ロック時の少なくとも一方が成立したら、リリーフ時制御を有効にする。リリーフ時制御は、前述したように、油圧ポンプ１８が吐出する作動油がリリーフ弁１８ｒからリリーフされたときに、発電電動機１９が最大の電力を発生する場合に必要な馬力と油圧ポンプ１８が吸収する馬力とに基づいて内燃機関１７の目標とする目標回転速度ｎｍｔを決定する制御である。機関制御部３０Ｃは、作業不要条件が成立しない場合、実施形態では診断時及び旋回ロック時の両方が成立しない場合に、リリーフ時制御を無効にする。目標出力演算部３０Ｅは、内燃機関１７の目標出力（目標馬力）及び油圧ポンプ１８が吸収する馬力を求める。
【００８６】
処理部３０Ｐが専用のハードウェアである場合、例えば、各種回路、プログラム化したプロセッサ（Processor）、及びＡＳＩＣ（Application  Specific  Integrated  Circuit）から１つ又は組み合わせたものが処理部３０Ｐに該当する。
【００８７】
記憶部３０Ｍは、例えば、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）等の不揮発性又は揮発性の各種メモリ、磁気ディスク等の各種ディスクのうち少なくとも１つが用いられる。記憶部３０Ｍは、実施形態に係る機関制御を処理部３０Ｐに実行させるためのコンピュータプログラム、及び処理部３０Ｐが実施形態に係る機関制御を実行する際に使用される情報を記憶する。処理部３０Ｐは、記憶部３０Ｍから前述したコンピュータプログラムを読み込んで実行することにより、実施形態に係る機関制御を実現する。
【００８８】
入出力部３０ＩＯは、エンジンコントローラ３０と、機器類とを接続するためのインターフェース回路である。入出力部３０ＩＯには、図２に示される燃料調整ダイヤル２８、回転速度検出センサ１７ｎ及びコモンレール制御部３２が接続される。実施形態では、エンジンコントローラ３０の構成例を説明したが、ハイブリッドコントローラ２３及びポンプコントローラ３３もエンジンコントローラ３０と同様の構成である。
【００８９】
＜エンジンコントローラ３０の制御ブロック＞
図７は、エンジンコントローラ３０が有する判定部３０Ｊの制御ブロック図である。判定部３０Ｊは、旋回状態出力部５０と、運転モード出力部５１と、論理和演算部５２と、論理積演算部５３と、最大値選択部５４と、リリーフ判定部５５と、を含む。
【００９０】
旋回状態出力部５０は、図２に示される旋回ロックスイッチ３７の出力Ｓｒｓを取得する。旋回状態出力部５０は、出力ＳｒｓがＯＮ、すなわち旋回ロックスイッチ３７がＯＮである場合にはＴＲＵＥを論理和演算部５２に出力し、出力ＳｒｓがＯＦＦ、すなわち旋回ロックスイッチ３７がＯＦＦである場合にはＦＡＬＳＥを論理和演算部５２に出力する。
【００９１】
運転モード出力部５１は、図２に示されるモニタ３８から出力される診断モード実行出力Ｓｃｅを取得する。運転モード出力部５１は、診断モード実行出力ＳｃｅがＯＮ、すなわち診断が行われる場合にはＴＲＵＥを論理和演算部５２に出力し、診断モード実行出力ＳｃｅがＯＦＦ、すなわち診断が行われない場合にはＦＡＬＳＥを論理和演算部５２に出力する。
【００９２】
論理和演算部５２は、旋回状態出力部５０の出力値と、運転モード出力部５１の出力値との論理和を演算して、演算結果を論理積演算部５３に出力する。論理和演算部５２は、旋回状態出力部５０の出力値及び運転モード出力部５１の出力値がいずれもＦＡＬＳＥである場合にはＦＡＬＳＥを出力し、これ以外はＴＲＵＥを出力する。
【００９３】
最大値選択部５４には、図２に示されるポンプ圧検出部２０ａによって検出された一方の油圧ポンプ１８が吐出する作動油の圧力Ｐｆと、他方の油圧ポンプ１８が吐出する作動油の圧力Ｐｓとが入力される。最大値選択部５４は、入力された圧力Ｐｆと圧力Ｐｓとを比較し、大きい方を判定用圧力Ｐｊとしてリリーフ判定部５５に出力する。
【００９４】
実施形態において、油圧ショベル１は２個の油圧ポンプ１８，１８を有するが、油圧ポンプ１８が３個以上の場合、それぞれの油圧ポンプ１８が吐出する作動油の圧力が最大値選択部５４に入力される。油圧ショベル１が有する油圧ポンプ１８の数が１個である場合、最大値選択部５４は不要である。この場合、１個の油圧ポンプ１８が吐出する作動油の圧力が、判定用圧力Ｐｊとしてリリーフ判定部５５に入力される。
【００９５】
リリーフ判定部５５は、第１閾値Ｐｃ１と第１閾値Ｐｃ１よりも大きい第２閾値Ｐｃ２とを用いて、リリーフ状態であるか否かを判定する。リリーフ判定部５５は、判定用圧力Ｐｊが第２閾値Ｐｃ２以上になったら論理積演算部５３にＴＲＵＥを出力し、ＴＲＵＥを出力している状態で判定用圧力Ｐｊが第１閾値Ｐｃ１以下になったら論理積演算部５３にＦＡＬＳＥを出力する。このように、リリーフ状態の判定にヒステリシスを持たせることで、リリーフ状態の判定時にハンチングが発生することが抑制される。
【００９６】
論理積演算部５３は、リリーフ時制御有効フラグＦｒｅを出力する。論理積演算部５３は、論理和演算部５２の出力とリリーフ判定部５５の出力との論理積を演算する。論理積演算部５３は、論理和演算部５２の出力値及びリリーフ判定部５５の出力の出力値がいずれもＴＲＵＥである場合にはリリーフ時制御有効フラグＦｒｅをＴＲＵＥとし、これ以外はリリーフ時制御有効フラグＦｒｅをＦＡＬＳＥとする。リリーフ時制御有効フラグＦｒｅがＴＲＵＥである場合、リリーフ時制御は有効になり、リリーフ時制御有効フラグＦｒｅがＦＡＬＳＥである場合、リリーフ時制御は無効になる。
【００９７】
図８は、エンジンコントローラ３０が有する機関制御部３０Ｃの制御ブロック図である。機関制御部３０Ｃは、加減算部５６と、選択部５７と、最大値選択部５８と、目標回転速度演算部５９と、を含む。加減算部５６には、油圧ポンプ１８が吸収する馬力であるポンプ吸収馬力Ｗｐと、最大発電出力Ｗｇｍａｘとが入力される。実施形態において、発電電動機１９が発電する場合に発電電動機１９を駆動するために必要な馬力は負の値で表されるので、最大発電出力Ｗｇｍａｘは負の値である。ポンプ吸収馬力Ｗｐは、油圧ポンプ１８の駆動条件によって定まる値であり、実施形態においては図６に示される目標出力演算部３０Ｅが求める。
【００９８】
加減算部５６は、ポンプ吸収馬力Ｗｐから最大発電出力Ｗｇｍａｘを減算し、結果を選択部５７に出力する。前述したように、最大発電出力Ｗｇｍａｘは負の値なので、加減算部５６の出力は、ポンプ吸収馬力Ｗｐの絶対値に最大発電出力Ｗｇｍａｘの絶対値が加算された値になる。この値は、図４及び図５に示される出力指示線ＩＬｒに対応した馬力であり、リリーフ時制御に用いられる馬力である。以下において、ポンプ吸収馬力Ｗｐの絶対値と最大発電出力Ｗｇｍａｘの絶対値とが加算された値を適宜、リリーフ時制御馬力Ｗｒと称する。選択部５７には、加減算部５６からの値と、最小出力（最小馬力）Ｗｍｉｎとが入力される。最小出力Ｗｍｉｎは、実施形態においては０[ｋＷ]である。
【００９９】
選択部５７は、入力された２つの値のうちいずれか一方を、リリーフ時制御有効フラグＦｒｅの値に基づいて最大値選択部５８に出力する。詳細には、選択部５７は、リリーフ時制御有効フラグＦｒｅがＴＲＵＥである場合、加減算部５６からの出力を選択して、最大値選択部５８に出力する。また、選択部５７は、リリーフ時制御有効フラグＦｒｅがＦＡＬＳＥである場合、最小出力Ｗｍｉｎを選択して、最大値選択部５８に出力する。
【０１００】
最大値選択部５８には、内燃機関１７の目標出力（目標馬力）Ｗｅｔと、選択部５７が出力した値とが入力される。最大値選択部５８は、内燃機関１７の目標出力Ｗｅｔと、選択部５７が出力した値とのうち大きい方を選択して、内燃機関制御馬力Ｗｅとして目標回転速度演算部５９に出力する。目標回転速度演算部５９は、内燃機関制御馬力Ｗｅから、目標回転速度ｎｍｔを求めて出力する。目標回転速度ｎｍｔは、内燃機関制御馬力Ｗｅに対応した出力指示線ＩＬと、マッチングルートＭＬとの交点における回転速度である。内燃機関制御馬力Ｗｅがリリーフ時制御馬力Ｗｒである場合、目標回転速度演算部５９が求める目標回転速度ｎｍｔは、リリーフ時制御に用いられる目標回転速度ｎｍｒとなる。
【０１０１】
前述したように、エンジンコントローラ３０は、リリーフ時制御有効フラグＦｒｅがＴＲＵＥである場合、リリーフ時制御馬力Ｗｒに基づいて求められた、リリーフ時制御に用いられる目標回転速度ｎｍｒを用いて内燃機関１７を制御する。すなわち、エンジンコントローラ３０は、リリーフ時制御有効フラグＦｒｅがＴＲＵＥである場合、リリーフ時制御を有効にする。エンジンコントローラ３０は、リリーフ時制御有効フラグＦｒｅがＦＡＬＳＥである場合、リリーフ時制御馬力Ｗｒを用いず、内燃機関１７の目標出力Ｗｅｔを用いて求められた目標回転速度ｎｍｂを用いて内燃機関１７を制御する。すなわち、エンジンコントローラ３０は、リリーフ時制御有効フラグＦｒｅがＦＡＬＳＥである場合、リリーフ時制御を無効にする。
【０１０２】
図９は、エンジンコントローラ３０が有する目標出力演算部３０Ｅの制御ブロック図である。目標出力演算部３０Ｅは、内燃機関１７の目標出力Ｗｅｔ及びポンプ吸収馬力Ｗｐを求める。目標出力演算部３０Ｅは、ポンプ出力演算部６０と、最小値選択部６１と、加減算部６２とを有する。ポンプ出力演算部６０は、レバー操作量Ｌｉｐｔ、油圧ポンプ１８が吐出する作動油の圧力Ｐｆ，Ｐｓが入力される。レバー操作量Ｌｉｐｔは、図２に示される操作レバー２６Ｒ，２６Ｌ及び走行用レバー３９Ｌ，３９Ｒの操作状態に応じた値である。ポンプ出力演算部６０は、操作レバー２６Ｒ，２６Ｌ及び走行用レバー３９Ｌ，３９Ｒの操作状態及び圧力Ｐｆ，Ｐｓによって現在の操作パターンを判定し、判定された操作パターン毎にポンプ吸収馬力Ｗｐを求める。ポンプ出力演算部６０は、求めたポンプ吸収馬力Ｗｐを加減算部６２に出力する。
【０１０３】
最小値選択部６１は、図２に示される発電電動機１９の発電出力Ｗｇａと、０［ｋＷ］とを比較し、小さい方を加減算部６２に出力する。実施形態において、発電電動機１９が発電する場合に発電電動機１９を駆動するために必要な馬力は負の値で表されるので、発電出力Ｗｇａは負の値である。このため、発電電動機１９が発電する場合、最小値選択部６１は、発電出力Ｗｇａを加減算部６２に出力することになる。
【０１０４】
加減算部６２は、ポンプ吸収馬力Ｗｐから発電出力Ｗｇａを減算した値を内燃機関１７の目標出力Ｗｅｔとして出力する。前述したように発電出力Ｗｇａは負の値なので、加減算部６２はポンプ吸収馬力Ｗｐの絶対値｜Ｗｐ｜と発電出力Ｗｇａの絶対値｜Ｗｇａ｜とを加算した値を内燃機関１７の目標出力Ｗｅｔとして出力する。
【０１０５】
上部旋回体５を旋回させる旋回操作等によって蓄電装置２２の端子間電圧が低下するために発電出力Ｗｇａが変化する。この変化に応じて内燃機関１７の目標出力Ｗｅｔも変化する。内燃機関１７の目標出力Ｗｅｔは、油圧ポンプ１８を駆動する内燃機関１７の負荷に相当するので、発電出力Ｗｇａによって内燃機関１７の負荷も変化する。図８に示されるように、内燃機関１７の目標回転速度ｎｍｔは、リリーフ時制御でない場合は内燃機関１７の目標出力Ｗｅｔによって決定される。すなわち、内燃機関１７の目標回転速度ｎｍｔは、蓄電装置２２の端子間電圧に応じて変化する発電出力Ｗｇａに応じて変動する。内燃機関１７の運転中、内燃機関１７の回転速度ｎは、目標回転速度ｎｍｔとなるように制御されるので、内燃機関１７の回転速度ｎは、発電出力Ｗｇａに応じて変動する。リリーフ時制御の実行時において、内燃機関１７の目標回転速度ｎｍｔは、最大発電出力Ｗｇｍａｘによって固定値となる。目標回転速度ｎｍｔは発電出力Ｗｇａによって変動しないため内燃機関１７の回転速度ｎも変動しない。
【０１０６】
＜実施形態に係る作業機械の機関制御方法＞
図１０は、実施形態に係る作業機械の機関制御方法の一例を示すフローチャートである。ステップＳ１０１において、エンジンコントローラ３０の判定部３０Ｊは、診断モードであるか否かを判定する。診断モードである場合（ステップＳ１０１，Ｙｅｓ）、リリーフ時制御有効フラグＦｒｅをＴＲＵＥとする。ステップＳ１０３において、機関制御部３０Ｃは、リリーフ時制御有効フラグＦｒｅがＴＲＵＥであることを受けて、リリーフ時制御を有効にする。診断モードでない場合（ステップＳ１０１，Ｎｏ）、ステップＳ１０２において、判定部３０Ｊは旋回ロック時であるか否かを判定する。旋回ロック時である場合（ステップＳ１０２，Ｙｅｓ）、判定部３０Ｊは、リリーフ時制御有効フラグＦｒｅをＴＲＵＥとする。ステップＳ１０３において、機関制御部３０Ｃは、リリーフ時制御有効フラグＦｒｅがＴＲＵＥであることを受けて、リリーフ時制御を有効にする。
【０１０７】
診断モードでない場合（ステップＳ１０１，Ｎｏ）、及び旋回ロック時でない場合（ステップＳ１０２，Ｎｏ）、判定部３０Ｊは、リリーフ時制御有効フラグＦｒｅをＦＡＬＳＥとする。ステップＳ１０４において、機関制御部３０Ｃは、リリーフ時制御有効フラグＦｒｅがＦＡＬＳＥであることを受けて、リリーフ時制御を無効にする。
【０１０８】
実施形態においては、内燃機関１７によって発電電動機１９が駆動されるハイブリッド作業機械を例とし、リリーフ時制御において、発電電動機１９が最大の電力を発生する場合に必要な馬力と油圧ポンプ１８が吸収する馬力とに基づいて目標回転速度が決定されるとした。実施形態において、発電電動機１９は必須ではない。すなわち、図２に示される機関３６が発電電動機１９を有さなくてもよい。この場合、リリーフ時制御において、エンジンコントローラ３０は、油圧ポンプ１８が吐出する作動油がリリーフされる場合に油圧ポンプ１８が吸収する馬力Ｗｐに基づいて目標回転速度ｎｍｔを決定する。より詳細には、エンジンコントローラ３０は、油圧ポンプ１８が吸収する馬力Ｗｐから出力指令値である出力指示線ＩＬｒを求め、出力指示線ＩＬｒとマッチングルートＭＬとの交点における回転速度を目標回転速度ｎｍｒとする。
【０１０９】
実施形態においては、内燃機関１７を備えた油圧ショベル１を作業機械の例としたが、実施形態が適用できる作業機械はこれに限定されない。例えば、作業機械は、ホイールローダ、ブルドーザ及びダンプトラック等であってもよい。作業機械が搭載するエンジンの種類も限定されない。
【０１１０】
以上、実施形態を説明したが、前述した内容により実施形態が限定されるものではない。また、前述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、前述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。さらに、実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。
【符号の説明】
【０１１１】
１  油圧ショベル
５  上部旋回体
１７  内燃機関
１８  油圧ポンプ
１８ｒ  リリーフ弁
１９  発電電動機
２０  コントロールバルブ
２０ａ  ポンプ圧検出部
２２  蓄電装置
２３  ハイブリッドコントローラ
２６Ｌ，２６Ｒ  操作レバー
３０  エンジンコントローラ
３０Ｃ  機関制御部
３０Ｅ  目標出力演算部
３０Ｍ  記憶部
３０Ｐ  処理部
３０ＩＯ  入出力部
３０Ｊ  判定部
３３  ポンプコントローラ
３６  機関
３７  旋回ロックスイッチ
３８  モニタ
５０  旋回状態出力部
５１  運転モード出力部
５２  論理和演算部
５３  論理積演算部
５４  最大値選択部
５５  リリーフ判定部
５６  加減算部
５７  選択部
５８  最大値選択部
５９  目標回転速度演算部
【要約】
作業機械の機関制御装置は、旋回体、前記旋回体に取り付けられた作業機、前記作業機を動作させる油圧アクチュエータ、前記油圧アクチュエータを動作させる油圧ポンプ及び前記油圧ポンプを駆動するとともに負荷に応じて回転速度が変動する内燃機関を有する作業機械の前記内燃機関を制御する。作業機械の機関制御装置は、前記作業機による作業が不要である条件が成立したか否かを判定する判定部と、前記条件が成立した場合、前記油圧ポンプが吐出する作動油がリリーフされる場合の前記油圧ポンプが吸収する馬力に基づいて前記内燃機関の目標とする目標回転速度を決定するリリーフ時制御を有効とし、前記条件が成立しない場合、前記リリーフ時制御を無効とする機関制御部と、を含む。【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８】
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【図９】
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【図１０】
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