(57)【要約】【課題】エンジンが無負荷状態で目標エンジン回転数が低く変更された際のエンジンの騒音を抑制できるハイブリッド作業機械を提供する。【解決手段】ハイブリッド作業機械は、エンジン４１、油圧ポンプ５１、油圧アクチュエータ、エンジン４１に連結した発電電動機６１、発電電動機６１と電力を授受する蓄電装置６２、エンジン４１を目標エンジン回転数に基づき制御するエンジン制御部４２、発電電動機６１の動作を制御する動力制御装置６３、エンジン制御部４２と動力制御装置６３を制御する制御装置７２、目標エンジン回転数の変更を指示する目標エンジン回転数変更指示装置を備える。制御装置７２は、エンジン４１が無負荷状態のときに目標エンジン回転数が低く変更された場合、エンジン４１の実回転数が変更後の目標エンジン回転数に応じた回転数に低下するまでエンジン制御部４２及び動力制御装置６３を制御して発電電動機６１を発電機として動作させる。【選択図】  図２
2019044688.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駆動される油圧ポンプと、
前記油圧ポンプから吐出される圧油により駆動する油圧アクチュエータと、
前記エンジンに連結され、発電機及び電動機の両動作が可能な発電電動機と、
前記発電電動機との間で電力の授受を行う蓄電装置と、
前記エンジンを目標エンジン回転数に基づき制御するエンジン制御部と、
前記蓄電装置の充放電を制御することで前記発電電動機の動作を制御する動力制御装置と、
前記エンジン制御部及び前記動力制御装置を制御する制御装置と、
オペレータの操作に基づいて前記エンジン制御部で用いる前記目標エンジン回転数の変更を指示する目標エンジン回転数変更指示装置とを備えるハイブリッド作業機械であって、
前記制御装置は、前記エンジンが無負荷状態にあるときに前記目標エンジン回転数変更指示装置の指示により前記目標エンジン回転数が変更される前に設定された目標エンジン回転数に比べて低く変更された場合に、前記エンジンの実回転数が変更後の目標エンジン回転数に応じた回転数に低下するまで、前記エンジン制御部及び前記動力制御装置を制御して前記発電電動機を発電機として動作させる
ことを特徴とするハイブリッド作業機械。
【請求項２】
請求項１に記載のハイブリッド作業機械において、
前記制御装置は、前記エンジンが無負荷状態にあるときに前記目標エンジン回転数変更指示装置の指示により前記目標エンジン回転数が変更される前に設定された目標エンジン回転数に比べて低く変更された場合に、前記エンジン制御部及び前記動力制御装置を制御して前記エンジンの動作点が前記エンジンの無負荷状態でのトルク特性である引きずりトルク特性に所定量を増分したトルク特性上を移動するように前記エンジンの回転数を低下させる
ことを特徴とするハイブリッド作業機械。
【請求項３】
請求項１に記載のハイブリッド作業機械において、
前記目標エンジン回転数変更指示装置は、オペレータの操作に応じて前記エンジンの設定回転数を指示する操作ダイヤルであり、
前記制御装置は、前記操作ダイヤルが指示する前記設定回転数に基づいて前記目標エンジン回転数を演算し、
前記制御装置は、前記エンジンが無負荷状態にあるときに前記操作ダイヤルの指示する前記設定回転数が変更される前の設定回転数に比べて低く変更された場合に、前記エンジンの実回転数が変更後の設定回転数に基づいて演算される目標エンジン回転数に応じた回転数に低下するまで、前記エンジン制御部及び前記動力制御装置を制御して前記発電電動機を発電機として動作させる
ことを特徴とするハイブリッド作業機械。
【請求項４】
請求項１に記載のハイブリッド作業機械において、
前記目標エンジン回転数変更指示装置は、オペレータの操作に応じて前記エンジンの設定回転数を指示する操作ダイヤルと、前記操作ダイヤルの指示する設定回転数から予め設定されたアイドル回転数に目標エンジン回転数を変更するオートアイドル制御の有効と無効とをオペレータの操作により切り換えるオートアイドルスイッチとを含み、
前記制御装置は、前記エンジンの無負荷状態が所定時間継続し、前記オートアイドルスイッチが有効に切り換えられ、かつ、前記アイドル回転数が前記操作ダイヤルの指示する設定回転数よりも小さい場合に、前記エンジンの実回転数が前記アイドル回転数に応じた回転数に低下するまで、前記エンジン制御部及び前記動力制御装置を制御して前記発電電動機を発電機として動作させる
ことを特徴とするハイブリッド作業機械。
【請求項５】
請求項１に記載のハイブリッド作業機械において、
前記エンジン制御部は、目標エンジン回転数ごとに設定されたレギュレーション特性に基づいて前記エンジンの回転数と出力トルクを制御し、
前記レギュレーション特性は、前記エンジンの回転数が低下するにしたがって前記エンジンの出力トルクが所定の割合で増加するドループ特性を有し、
前記制御装置は、前記エンジンが無負荷状態にあるときに前記目標エンジン回転数変更指示装置の指示により前記目標エンジン回転数が変更される前に設定された目標エンジン回転数に比べて低く変更された場合に、変更前の目標エンジン回転数から変更後の目標エンジン回転数へ段階的に減少するように目標エンジン回転数を逐次演算して前記エンジン制御部へ出力すると共に、逐次演算された目標エンジン回転数ごとに前記エンジン制御部の前記レギュレーション特性と同じレギュレーション特性を逐次設定し、そのレギュレーション特性と予め定められた目標負荷トルク特性との交点の回転数を前記発電電動機の目標発電電動機回転数として前記動力制御装置へ出力し、
前記動力制御装置は、前記エンジンが無負荷状態にあるときに前記目標エンジン回転数変更指示装置の指示により前記目標エンジン回転数が変更される前に設定された目標エンジン回転数に比べて低く変更された場合に、前記発電電動機の実回転数が前記制御装置からの目標発電電動機回転数に一致するように前記発電電動機を制御する
ことを特徴とするハイブリッド作業機械。
【請求項６】
請求項５に記載のハイブリッド作業機械において、
前記目標負荷トルク特性は、前記エンジンの無負荷状態でのトルク特性である引きずりトルク特性に所定量を増分したトルク特性である
ことを特徴とするハイブリッド作業機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン及び発電電動機を搭載したハイブリッド作業機械に係り、ハイブリッド作業機械におけるエンジンの回転数制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
油圧ショベルやクレーン等の作業機械においては、エンジン及び発電電動機を搭載したハイブリッド式のものが知られている。作業機械に搭載されたエンジンの出力制御では、一般的に、ダイヤル等で構成されたエンジン回転数指示装置により指示される目標エンジン回転数を維持するように、エンジンにかかる負荷の大きさに応じてエンジン回転数と燃料噴射量（トルク）とが調整される。
【０００３】
このような制御の場合、作業機械が非動作時であっても、指示された目標エンジン回転数を維持するように燃料噴射量が調整されるので、燃費が悪く、また、騒音が大きいという問題があった。そこで、燃費や騒音の低減のために、作業機械の非動作時、例えば、全ての操作レバーが中立位置に戻された時に、エンジンの回転数を、エンジン回転数指示装置の指示する目標エンジン回転数でなく、それよりも低速の所定の回転数まで自動的に低下させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１５０３０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の技術のようにエンジンの目標回転数を低速に変更した場合、エンジンの実回転数を目標回転数に近づけるために、エンジンへの燃料噴射を一時的に停止するように制御することで、エンジンの実回転数を下げていくことが一般的である。その後、エンジンの実回転数が低速の目標回転数に近づくと、再びエンジンへの燃料噴射を開始し燃料噴射量を調整することで、エンジンの実回転数が低速の目標回転数に維持されるように制御する。
【０００６】
このように、エンジンへの燃料噴射を停止した後に、短時間のうちに燃料噴射を再開する場合、エンジンの出力トルクの大きな変動が起こり、騒音が発生するという問題がある。
【０００７】
また、エンジンの負荷が無負荷状態において目標エンジン回転数の設定をエンジン回転数指示装置の操作により低速に変更する場合も、作業機械の非動作時に目標エンジン回転数を自動的に低下させる場合と同じ問題が懸念される。すわわち、エンジン回転数指示装置により変更された低速の目標エンジン回転数にエンジンの実回転数を低下させる際に、エンジンへの燃料噴射を一時的に停止した後、短時間のうちに燃料噴射を再開するように燃料噴射量が制御されることが考えられる。このような制御では、エンジン出力トルクの大きな変動による騒音の発生という問題が生じる。
【０００８】
本発明は、上記の事柄に基づいてなされたもので、その目的は、エンジンが無負荷状態でエンジンの目標回転数が低速の回転数へ変更された際のエンジンの騒音を抑制することができるハイブリッド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】
【０００９】
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、エンジンと、前記エンジンにより駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプから吐出される圧油により駆動する油圧アクチュエータと、前記エンジンに連結され、発電機及び電動機の両動作が可能な発電電動機と、前記発電電動機との間で電力の授受を行う蓄電装置と、前記エンジンを目標エンジン回転数に基づき制御するエンジン制御部と、前記蓄電装置の充放電を制御することで前記発電電動機の動作を制御する動力制御装置と、前記エンジン制御部及び前記動力制御装置を制御する制御装置と、オペレータの操作に基づいて前記エンジン制御部で用いる前記目標エンジン回転数の変更を指示する目標エンジン回転数変更指示装置とを備えるハイブリッド作業機械であって、前記制御装置は、前記エンジンが無負荷状態にあるときに前記目標エンジン回転数変更指示装置の指示により前記目標エンジン回転数が変更される前に設定された目標エンジン回転数に比べて低く変更された場合に、前記エンジンの実回転数が変更後の目標エンジン回転数に応じた回転数に低下するまで、前記エンジン制御部及び前記動力制御装置を制御して前記発電電動機を発電機として動作させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、エンジンが無負荷状態のときに目標エンジン回転数が変更される前に設定された目標エンジン回転数に比べて低く変更された場合、発電電動機を発電機として動作させることでエンジンに負荷を与えながらエンジンの実回転数を低下させるので、エンジンの減速の際に、エンジンへの燃料噴射が停止することはない。したがって、エンジンの出力トルクの大幅な変動が生じないので、エンジンが無負荷状態のときに目標エンジン回転数が低く変更された際のエンジンの騒音を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明のハイブリッド作業機械の第１の実施の形態を適用した油圧ショベルを示す側面図である。
【図２】図１に示す本発明のハイブリッド作業機械の第１の実施の形態におけるハイブリッド駆動システムの構成を示す概略図である。
【図３】本発明のハイブリッド作業機械の第１の実施の形態の一部を構成するエンジン制御部がドループ特性に基づいてエンジンを制御する場合におけるエンジン回転数に対するエンジン出力トルクを示す特性図である。
【図４】本発明のハイブリッド作業機械の第１の実施の形態の一部を構成するエンジン制御部がドループ特性に基づいてエンジンを制御する場合における燃料噴射量特性を示す特性図である。
【図５】本発明のハイブリッド作業機械の第１の実施の形態の一部を構成する車体コントローラの演算部における目標エンジン回転数及び目標発電電動機回転数の演算処理を示す説明図である。
【図６】本発明のハイブリッド作業機械の第１の実施の形態及び従来技術におけるエンジンの設定回転数が低く変更された場合のエンジンの動作点の移動を示す説明図である。
【図７】本発明のハイブリッド作業機械の第１の実施の形態の一部を構成する車体コントローラの制御手順の一例を示すフローチャートである。
【図８】本発明のハイブリッド作業機械の第２の実施の形態におけるハイブリッド駆動システムの構成を示す概略図である。
【図９】図８に示す本発明のハイブリッド作業機械の第２の実施の形態の一部を構成する車体コントローラの制御手順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】
【００１２】
以下、本発明のハイブリッド作業機械の実施の形態を図面を用いて説明する。本実施の形態においては、ハイブリッド作業機械の一例として油圧ショベルを例に挙げて説明する。
【００１３】
まず、本発明のハイブリッド作業機械の第１の実施の形態を適用した油圧ショベルの構成を図１を用いて説明する。図１は本発明のハイブリッド作業機械の第１の実施の形態を適用した油圧ショベルを示す側面図である。なお、運転席に着座したオペレータから見た方向を用いて説明する。
【００１４】
図１において、油圧ショベル１は、自走可能な下部走行体２と、下部走行体２上に旋回可能に搭載された上部旋回体３と、上部旋回体３の前端部における左右方向中央部に俯仰動可能に設けられたフロント作業機４とを備えている。
【００１５】
下部走行体２は、左右にクローラ式の走行装置１１を備えている。左右の走行装置１１はそれぞれ、油圧アクチュエータとしての走行油圧モータ１２により駆動する。
【００１６】
上部旋回体３は、例えば、油圧アクチュエータとしての旋回油圧モータ（図示せず）により下部走行体２に対して旋回駆動される。上部旋回体３は、支持構造体である旋回フレーム２１と、旋回フレーム２１上の前部左側に設置された運転室２２と、旋回フレーム２１上の後部側に配置された機械室２３と、旋回フレーム２１の後端部に取り付けられたカウンタウェイト２４とを含んで構成されている。運転室２２内には、後述のエンジンコントロールダイヤル７１（図２参照）や操作装置５４（図２参照）等のオペレータが油圧ショベル１を操作するための各種機器、及び、後述の車体コントローラ７２（図２参照）等が配置されている。機械室２３には、後述のエンジン４１（図２参照）や油圧ポンプ５１（図２参照）、発電電動機６１（図２参照）、蓄電装置６２（図２参照）等の各種装置が収容されている。カウンタウェイト２４は、フロント作業機４との重量バランスをとるためのものである。
【００１７】
フロント作業機４は、掘削作業等を行うための作動装置であり、ブーム３１、アーム３２、バケット３３を備えている。ブーム３１は、上部旋回体３の旋回フレーム２１の前端部における左右方向中央部に回動可能に連結されている。ブーム３１の先端部には、アーム３２の基端部が回動可能に連結されている。アーム３２の先端部には、バケット３３の基端部が回動可能に連結されている。ブーム３１、アーム３２、バケット３３は、それぞれブームシリンダ３５、アームシリンダ３６、バケットシリンダ３７によって回動される。ブームシリンダ３５、アームシリンダ３６、バケットシリンダ３７は、作動油の供給により伸縮可能な油圧アクチュエータである。
【００１８】
次に、本発明のハイブリッド作業機械の第１の実施の形態におけるハイブリッド駆動システムの構成を図２を用いて説明する。図２は図１に示す本発明のハイブリッド作業機械の第１の実施の形態におけるハイブリッド駆動システムの構成を示す概略図である。なお、図２において、図１に示す符号と同符号のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
【００１９】
図２において、ハイブリッド駆動システムは、下部走行体２、上部旋回体３、フロント作業機４などを駆動するものであり、エンジン系４０と、油圧系５０と、発電電動系６０と、制御系７０とを備えている。
【００２０】
エンジン系４０は、エンジン４１と、エンジン４１の回転数及び出力トルクを制御するエンジン制御部４２とを備えている。
【００２１】
エンジン４１は、例えば、ディーゼルエンジンにより構成されており、エンジン４１の各気筒に噴射される燃料噴射量を制御するガバナ４１ａを有している。ガバナ４１ａは、エンジン制御部４２からの制御信号に応じた燃料噴射量を噴射するように燃料噴射弁（図示せず）を制御する。エンジン４１には、エンジン４１の実回転数を検出するエンジン回転数検出装置４３が設けられている。エンジン回転数検出装置４３は、例えば、角速度センサにより構成されており、実エンジン回転数の検出信号をエンジン制御部４２へ出力する。
【００２２】
エンジン制御部４２は、目標エンジン回転数に基づいてエンジン４１を制御するものである。具体的には、後述の車体コントローラ７２からの目標エンジン回転数の指令信号及びエンジン回転数検出装置４３からの実エンジン回転数の検出信号を入力し、それらの信号に基づき所定の演算処理を行い、ガバナ４１ａに目標燃料噴射量を指示する制御信号を出力する。エンジン制御部４２の制御内容の詳細は後述する。
【００２３】
油圧系５０は、エンジン４１により駆動される油圧ポンプ５１及び図示しないパイロットポンプと、油圧ポンプ５１から吐出された圧油により駆動される油圧アクチュエータ群５２と、油圧ポンプ５１から油圧アクチュエータ群５２に供給される圧油の流れ（流量と方向）を制御するコントロールバルブ装置５３と、コントロールバルブ装置５３を操作するための操作装置５４（代表して１つのみ図示）とを備えている。
【００２４】
油圧ポンプ５１は、例えば、可変容量型のポンプであり、押しのけ容積可変機構（例えば斜板）と、押しのけ容積可変機構の傾転位置を調整して油圧ポンプ５１の容量を制御するレギュレータ５１ａとを備えている。レギュレータ５１ａは、パイロットポンプ（図示せず）からの制御パイロット圧が導入されることで、押しのけ容積可変機構の傾転位置を調整する。油圧ポンプ５１の吐出側に接続された吐出管路には、油圧ポンプ５１の吐出圧力を検出する第１の圧力検出器５５が設けられている。第１の圧力検出器５５は、油圧ポンプ５１の吐出圧力の検出信号を後述の車体コントローラ７２へ出力する。また、レギュレータ５１ａに入力される制御パイロット圧（流量制御用圧力）を検出する第２の圧力検出器５６が設けられている。第２の圧力検出器５６は、レギュレータ５１ａへの制御パイロット圧の検出信号を後述の車体コントローラ７２へ出力する。
【００２５】
油圧アクチュエータ群５２は、図１に示すブームシリンダ３５、アームシリンダ３６、バケットシリンダ３７、左右の走行油圧モータ１２、旋回油圧モータ（図示せず）等を含んでいる。コントロールバルブ装置５３は、上記の複数の油圧アクチュエータ１２、３５、３６、３７の各々に対応する複数のメインスプールを内蔵している。これらのメインスプールは、操作装置５４からの操作パイロット圧により切換操作される。操作装置５４には、操作装置５４の操作パイロット圧を検出する第３の圧力検出器５７が設けられている。第３の圧力検出器５７は、操作装置５４の操作パイロット圧の検出信号（レバー操作信号）を後述の車体コントローラ７２へ出力する。第３の圧力検出器５７は、本実施の形態においては、エンジン４１にかかる負荷状態を検出するエンジン負荷状態検出装置として機能するものである。第３の圧力検出器５７の検出したレバー操作信号が所定の閾値以下の場合には、複数の油圧アクチュエータ１２、３５、３６、３７が操作されていない状態であり、エンジン４１の負荷が無負荷状態であると判定することが可能である。
【００２６】
発電電動系６０は、エンジン４１に連結された発電電動機６１と、発電電動機６１との間で電力の授受を行う蓄電装置６２と、蓄電装置６２の充放電を制御することで、発電電動機６１の動作を制御する動力制御装置（以下、ＰＣＵ（パワーコントロールユニット）という）６３とを備えている。
【００２７】
発電電動機６１は、発電機動作及び電動機動作の両動作が可能なものである。すなわち、エンジン４１によって回転駆動されることで発電する発電機動作と、エンジン４１及び油圧ポンプ５１の駆動を補助（アシスト）する電動機動作とを行うことが可能である。発電電動機６１が発生した発電電力は、ＰＣＵ６３を介して蓄電装置６２に蓄電される。一方、エンジン４１及び油圧ポンプ５１の駆動を補助するときには、ＰＣＵ６３を介して蓄電装置６２の電力の供給を受けて駆動する。発電電動機６１には、発電電動機６１の実回転数を検出する発電電動機回転数検出装置６４が設けられている。発電電動機回転数検出装置６４は、例えば、角速度センサにより構成されており、実発電電動機回転数の検出信号をＰＣＵ６３へ出力する。
【００２８】
蓄電装置６２は、例えば、電気二重層のキャパシタを用いて構成され、ＰＣＵ６３を介して発電電動機６１に電気的に接続されている。蓄電装置６２は、発電電動機６１の発電電力を充電し、又、充電された電力を発電電動機６１に放電するものである。蓄電装置６２として、キャパシタ以外に、例えばバッテリ等を用いることができる。
【００２９】
ＰＣＵ６３は、蓄電装置６２と発電電動機６１との間で直流と交流の変換、直流電力の降圧や昇圧等を行うものである。具体的には、発電電動機６１の発電時には、発電電動機６１からの交流の発電電力を直流電力に変換した後、直流電力を降圧して蓄電装置６２に供給する。一方、発電電動機６１を電動機として駆動させる場合には、蓄電装置６２からの直流電力を昇圧した後、直流電力を交流の駆動電力に変換して発電電動機６１に供給する。
【００３０】
また、ＰＣＵ６３は、発電電動機６１の実回転数が目標発電電動機回転数に一致するように、発電電動機６１のトルクを発生させる回転数制御を行う。具体的には、ＰＣＵ６３は、後述の車体コントローラ７２からの目標発電発電機回転数の指令信号及び発電電動機回転数検出装置６４からの実発電電動機回転数の検出信号を入力し、所定の演算処理により発電電動機６１のトルクを演算する。この演算結果に基づき、蓄電装置６２の充放電を制御して発電電動機６１の回転数を制御する。なお、ＰＣＵ６３は、発電電動機６１の出力トルクが目標トルクとなるように、発電電動機６１の出力トルクを制御するようにしてもよい。この場合、出力トルクの制御は、発電電動機６１を駆動するインバータ（図示せず）への指令電流を制御することにより行う。
【００３１】
制御系７０は、オペレータの操作に応じてエンジン４１の設定回転数を指示するエンジン回転数指示装置としてのエンジンコントロールダイヤル（以下、ＥＣダイヤルという）７１と、油圧ショベル１の全体の制御を行う制御装置としての車体コントローラ７２とを備えている。
【００３２】
ＥＣダイヤル７１は、例えば、オペレータによって操作される操作ダイヤルにより構成されている。ＥＣダイヤル７１は、オペレータの操作に応じた設定回転数の指示信号を車体コントローラ７２へ出力する。なお、ＥＣダイヤル７１は、アップダウンスイッチ又はエンジンレバー等により構成されてもよい。
【００３３】
車体コントローラ７２は、エンジン制御部４２及びＰＣＵ６３と電気的に接続されており、エンジン制御部４２を介してエンジン４１の出力トルク及び回転数を制御すると共に、ＰＣＵ６３を介して発電電動機６１のトルク（吸収トルク又はアシストトルク）及び回転数を制御する。また、油圧ポンプ５１の吐出容量を制御する。本実施の形態においては、ＥＣダイヤル７１からの指示信号と第３の圧力検出器からの検出信号とに基づき、所定の比較判定や演算処理を行い、目標エンジン回転数を指示する指令信号をエンジン制御部４２へ出力してエンジン制御部４２を制御すると共に、目標発電電動機回転数を指示する指令信号をＰＣＵ６３へ出力してＰＣＵ６３を制御する。
【００３４】
本実施の形態に係る車体コントローラ７２は、機能ブロックとして、エンジン４１の負荷が無負荷状態か否かを判定する負荷状態判定部７５と、ＥＣダイヤル７１の指示する設定回転数が変更する前の設定回転数と比べて低く変更されたか否かを判定する設定回転数変更判定部７６と、目標エンジン回転数及び目標発電電動機回転数を演算する演算部７７と、各種の閾値及び各種の特性図を予め記憶している記憶部７８とを備えている。
【００３５】
負荷状態判定部７５は、例えば、第３の圧力検出器５７からの検出信号を記憶部７８に予め記憶されている所定の閾値と比較することで、エンジン４１の負荷が無負荷状態であるか否かを判定する。第３の圧力検出器５７の検出信号が閾値以下の場合には、複数の油圧アクチュエータ１２、３５、３６、３７が操作されていないので、エンジン４１の負荷が無負荷状態であると判定する。一方、第３の圧力検出器５７の検出信号が閾値よりも大きい場合には、複数の油圧アクチュエータ１２、３５、３６、３７のうち少なくとも１つが操作されているので、エンジン４１が負荷状態にあると判定する。
【００３６】
設定回転数変更判定部７６は、ＥＣダイヤル７１からの指示信号の前回の指示信号に対する差分の正負により、ＥＣダイヤル７１の指示する設定回転数が低く変更されたか否かを判定する。ＥＣダイヤル７１からの指示信号の前回の指示信号に対する差分が所定値以上の負の場合には、ＥＣダイヤル７１の指示する設定回転数が低く変更されたことを判定する。
【００３７】
演算部７７は、基本的には、ＥＣダイヤル７１の指示する設定回転数に基づき目標エンジン回転数を演算する。また、必要に応じて目標発電電動機回転数を演算する。エンジン４１の負荷が無負荷状態であると負荷状態判定部７５が判定し、かつ、ＥＣダイヤル７１の指示する設定回転数が変更される前の設定回転数に比べて低く変更されたことを設定回転数変更判定部７６が判定した場合には、エンジン４１の減速の際に、エンジン４１の出力トルクに大きな変動が起こらないような目標エンジン回転数及び目標発電電動機回転数を演算する。この場合の具体的な演算処理は後述する。
【００３８】
本実施の形態においては、ＥＣダイヤル７１が、オペレータの操作に基づいてエンジン制御部４２で用いる目標エンジン回転数の変更を指示する目標エンジン回転数変更指示装置を構成している。目標エンジン回転数変更指示装置の指示により目標エンジン回転数が変更される前に設定された目標エンジン回転数に比べて低く変更される場合とは、オペレータの操作によりＥＣダイヤル７１の指示する設定回転数が変更される前の設定回転数に比べて低く変更され、変更された設定回転数に基づいて車体コントローラ７２が目標エンジン回転数を演算する場合である。
【００３９】
次に、本発明のハイブリッド作業機械の第１の実施の形態を構成するエンジン制御部及び車体コントローラの演算部の実行する制御内容を図３乃至図５を用いて説明する。
【００４０】
まず、エンジン制御部の制御内容を図２乃至図４を用いて説明する。図３は本発明のハイブリッド作業機械の第１の実施の形態の一部を構成するエンジン制御部がドループ特性に基づいてエンジンを制御する場合におけるエンジン回転数に対するエンジン出力トルクを示す特性図、図４は本発明のハイブリッド作業機械の第１の実施の形態の一部を構成するエンジン制御部がドループ特性に基づいてエンジンを制御する場合における燃料噴射量特性を示す特性図である。図３中、横軸ＮＥはエンジン回転数であり、縦軸ＴＥはエンジン出力トルクである。太線Ｔｆはエンジンの仕様上の最大トルク特性であり、細線Ｔｒｘは目標回転数がＮＥｔｘのときのレギュレーション特性である。図４中、横軸ΔＮＥは、車体コントローラから入力された目標エンジン回転数とエンジン回転数検出装置により検出された実エンジン回転数との回転数偏差であり、縦軸Ｆはエンジンへの燃料噴射量である。
【００４１】
図２に示すエンジン制御部４２は、少なくとも、エンジン４１の負荷が無負荷状態であると車体コントローラ７２が判定し、かつ、ＥＣダイヤル７１の指示する設定回転数が変更される前の設定回転数に比べて低く変更されたことを車体コントローラ７２が判定した場合には、エンジン４１にかかる負荷の増加にしたがってエンジン回転数を所定の割合（傾き）をもって低下させつつ燃料噴射量を増加させ、エンジン４１にかかる負荷の減少にしたがってエンジン回転数を所定の割合（傾き）をもって上昇させつつ燃料噴射量を減少させるドループ特性に従うようにエンジン４１を制御する。すなわち、エンジン制御部４２は、エンジン４１の回転数が低下するにしたがってエンジン４１の出力トルクが所定の割合（傾き）で増加するドループ特性をもつレギュレーション特性に基づいてエンジン４１を制御する。レギュレーション特性は、目標エンジン回転数ごとに設定されている。
【００４２】
具体的には、エンジン制御部４２は、車体コントローラ７２からの目標エンジン回転数が例えばＮＥｔｘに設定されると、図３に示すように、最大トルク特性Ｔｆと目標エンジン回転数ＮＥｔｘとの交点を通る所定の傾き（右下がりの傾き）をもつレギュレーション特性Ｔｒｘ上をエンジン４１の動作点が移動するようにガバナ４１ａ（図２参照）を制御する。つまり、エンジン出力トルクＴＥとエンジン４１にかかる負荷トルクとが均衡したエンジン４１の動作点Ｂから、負荷トルクが大きくなりエンジン回転数ＮＥが低下すると、燃料噴射量を増やしてエンジン出力トルクＴＥを増大させる。一方、負荷トルクが減少してエンジン回転数ＮＥが上昇すると、燃料噴射量を減らしてエンジン出力トルクＴＥを減少させる。ここでは、目標エンジン回転数を、エンジン４１の最大トルク特性Ｔｆ上のエンジン回転数と定義しているが、エンジン４１に負荷が投入されていない場合のエンジン回転数として定義することもできる。
【００４３】
目標エンジン回転数がＮＥｔｘよりも低速のＮＥｔｘ１に設定された場合には、レギュレーション特性は、最大トルク特性Ｔｆと目標エンジン回転数ＮＥｔｘ１との交点を通る右下がりの傾きを持つ特性Ｔｒ１に変わる。つまり、目標エンジン回転数が低下するごとに、レギュレーション特性が、図３に示す特性図において、左側に移動するように設定される。
【００４４】
上記のレギュレーション特性に基づく制御を可能とするために、エンジン制御部４２では、例えば、図４に示す燃料噴射量特性が用いられる。この燃料噴射量特性は、車体コントローラ７２からの目標エンジン回転数ＮＥｔｘとエンジン回転数検出装置４３で検出されたエンジン４１の実回転数ＮＥｒとのエンジン回転数偏差ΔＮＥが増大するにしたがって、燃料噴射量Ｆを右下がりの直線の特性Ｆｘに沿って直線比例的に減少するよう設定されている。エンジン回転数偏差ΔＮＥが０であるとき、燃料噴射量Ｆは最大Ｆｍａｘであり、エンジン回転数偏差ΔＮＥが所定値ΔＮａに達すると、燃料噴射量Ｆは最小Ｆｍｉｎとなる。
【００４５】
上記のレギュレーション特性に基づく制御では、目標エンジン回転数毎に対応する燃料噴射量特性を予め記憶しておく。エンジン制御部４２は、車体コントローラ７２から目標エンジン回転数が入力されると、目標エンジン回転数に応じた燃料噴射量特性を選択する。選択した燃料噴射量特性を参照して、演算したエンジン回転数偏差ΔＮに対応する燃料噴射量を求め、演算結果の燃料噴射量を目標値としてガバナ４１ａに出力する。ガバナ４１ａは、エンジン制御部４２からの燃料噴射量の制御信号に基づき、エンジン４１に噴射する燃料噴射量を制御する。
【００４６】
なお、上記以外の通常の制御においては、車体コントローラ７２からの目標エンジン回転数に基づいて、ドループ特性をもつレギュレーション特性に基づきエンジン４１を制御しても、エンジンの負荷の増減にかかわらずエンジン回転数を一定に保つように燃料噴射量を調整するアイソクロナス特性をもつレギュレーション特性に基づきエンジン４１を制御してもよい。また、その他の特性をもつレギュレーション特性に基づきエンジン４１を制御してもよい。
【００４７】
次に、車体コントローラの演算部における目標エンジン回転数及び目標発電電動機回転数の演算処理を図５を用いて説明する。図５は本発明のハイブリッド作業機械の第１の実施の形態の一部を構成する車体コントローラの演算部における目標エンジン回転数及び目標発電電動機回転数の演算処理を示す説明図である。図５中、横軸ＮＥはエンジン回転数であり、縦軸ＴＥはエンジン出力トルクである。
【００４８】
車体コントローラ７２は、エンジン４１が負荷状態にあると判定した場合等では、ＥＣダイヤル７１の指示する設定回転数ＮＥｓに基づき車体状況（例えば、温度）に応じて目標エンジン回転数を演算し、その演算結果をエンジン制御部４２へ出力する。
【００４９】
一方、エンジン４１の負荷が無負荷状態であると判定し、かつ、ＥＣダイヤル７１の指示する設定回転数が変更される前の設定回転数に比べて低く変更されたことを判定した場合には、低速に変更された設定回転数に応じた回転数へエンジン４１の実回転数を低下させるために、以下の手順で目標エンジン回転数及び目標発電電動機回転数を演算する処理を行う。本演算処理は、基本的には、発電電動機６１を回転数制御して発電機として動作させることで、エンジン４１に負荷を与えながらエンジン４１の実回転数をＥＣダイヤル７１の指示する変更後の設定回転数、より具体的には、新たにＥＣダイヤル７１により指示された設定回転数ＮＥｓｌに基づき車体状況に応じて演算された目標回転数に対応する回転数に低下させるためのものであり、エンジン制御部４２のレギュレーション特性Ｔｒと同じレギュレーション特性を用いて発電電動機６１を制御するための目標発電電動機回転数を求めるものである。
【００５０】
発電電動機６１は目標発電電動機回転数に一致するように回転数制御されるので、エンジン４１も発電電動機６１と同じ目標発電電動機回転数で駆動されることになる。エンジン４１がドループ特性をもつレギュレーション特性上で動作するよう制御される場合、エンジン４１は、レギュレーション特性上の目標発電電動機回転数（エンジンの駆動回転数）に対応するエンジントルクを出力することになる。そこで、エンジン４１が減速する際にエンジンにかかるトルク特性として、大きなトルク変動が起きないような目標負荷トルク特性、すなわち、後述する引きずりトルクにΔＴ分増加させたトルク特性を定めておき、各レギュレーション特性上の目標負荷トルク特性に対するエンジン回転数を目標発電電動機回転数に設定する。このように、目標発電電動機回転数に設定すると、エンジン４１は、発電電動機６１と同じ回転数（目標発電電動機回転数）で駆動しつつ、目標負荷トルク特性と一致するエンジントルクを出力する。
【００５１】
すなわち、本実施の形態に係る車体コントローラ７２は、エンジン４１が無負荷状態にあるときに目標エンジン回転数変更指示装置としてのＥＣダイヤル７１の指示により目標エンジン回転数が変更される前に設定された目標エンジン回転数に比べて低く変更された場合に、エンジン制御部４２及び動力制御装置６３を制御して、発電電動機６１を発電機として動作させてエンジン４１の動作点が引きずりトルク特性に所定量を増分したトルク特性（目標負荷トルク特性）上を移動するようにエンジン４１の回転数を低下させるものである。
【００５２】
具体的には、車体コントローラ７２の記憶部７８（図２参照）に、エンジン制御部４２のレギュレーション特性（図３参照）と同じドループ特性をもつ目標エンジン回転数ごとのレギュレーション特性を予め記憶しておく。
【００５３】
演算部７７は、図５に示すように、ＥＣダイヤル７１の変更前の設定回転数ＮＥｓｆから変更後の設定回転数ＮＥｓｌへ段階的に減少させるように目標エンジン回転数を逐次演算する。例えば、目標エンジン回転数ＮＥｔｎを、以下の式（１）により演算する。式（１）において、ΔＮは、変更前の設定回転数ＮＥｓｆと変更後の設定回転数ＮＥｓｌとの差分をｍ等分した値を示している。ｎは、１からｍまでの自然数を示している。演算部７７は、ｎを演算毎に１ずつ増加させ、ｎがｍに到達すると演算を終了するよう構成されている。
【００５４】
ＮＥｔｎ  ＝  ＮＥｓｆ−ΔＮ×ｎ  …  （１）
すなわち、目標エンジン回転数ＮＥｔ１、ＮＥｔ２、ＮＥｔ３、…、ＮＥｔｍ（ＮＥｓｌ）は、変更前の設定回転数ＮＥｓｆからΔＮ分ずつ減少した数値となる。
【００５５】
また、演算部７７は、予め記憶部７８に記憶されているレギュレーション特性から、逐次演算された目標エンジン回転数ＮＥｔｎごとにレギュレーション特性Ｔｒｎを設定する。設定されたレギュレーション特性Ｔｒｎと、予め定められた目標負荷トルク特性ＴＬｔとの交点を求める。この交点の回転数を目標発電電動機回転数ＮＧｔｎとして演算する。目標負荷トルク特性ＴＬｔとして、例えば、試験等から得られているエンジン４１の無負荷状態でのトルク特性である引きずりトルク特性ＴＥｄ（油圧アクチュエータ１２、３５、３６、３７が非作動時でエンジン４１がアイドリング状態のときのエンジン出力トルク特性）にΔＴ増分したトルク特性を定める。なお、エンジン４１の無負荷状態での引きずりトルクは、実エンジン回転数に依存するものであり、エンジン回転数が低くなるほど小さくなる。
【００５６】
目標エンジン回転数ＮＥｔｎを、例えば、ＮＥｔ１、ＮＥｔ２、ＮＥｔ３、…、ＮＥｔｍ（ＮＥｓｌ）とΔＮ分ずつ減少させていくと、レギュレーション特性は、図５に示すにように、それに応じてそれぞれＴｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ３、…、Ｔｒｍと左側にずれていくように設定される。これらのレギュレーション特性Ｔｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ３、…、Ｔｒｍと目標負荷トルク特性ＴＬｔとの交点から、目標発電電動機回転数ＮＧｔｎがＮＧｔ１、ＮＧｔ２、ＮＧｔ３、…、ＮＧｔｍと段階的に減少するように求められる。
【００５７】
車体コントローラ７２は、演算部７７の演算した目標エンジン回転数ＮＥｔｎ及び目標発電電動機回転数ＮＧｔｎを演算毎にそれぞれエンジン制御部４２及びＰＣＵ６３へ出力する。すなわち、演算周期毎に、目標エンジン回転数として順次ＮＥｔ１、ＮＥｔ２、ＮＥｔ３、…、ＮＥｔｍをエンジン制御部４２へ逐次出力する共に、目標発電電動機回転数として、ＮＥｔ１、ＮＥｔ２、ＮＥｔ３、…、ＮＥｔｍに対応するＮＧｔ１、ＮＧｔ２、ＮＧｔ３、…、ＮＧｔｍを逐次ＰＣＵ６３へ出力する。エンジン制御部４２は、車体コントローラ７２から演算周期毎に出力された目標エンジン回転数ＮＥｔ１、ＮＥｔ２、ＮＥｔ３、…、ＮＥｔｍに基づきエンジン４１の回転数及びトルクを制御し、ＰＣＵ６３は、車体コントローラ７２から演算周期毎に出力された目標発電電動機回転数ＮＧｔ１、ＮＧｔ２、ＮＧｔ３、…、ＮＧｔｍに基づき発電電動機６１の回転数及びトルクを制御する。
【００５８】
次に、本発明のハイブリッド作業機械の第１の実施の形態の動作を従来技術と比較しつつ図２、図５、図６及び図７を用いて説明する。図６は本発明のハイブリッド作業機械の第１の実施の形態及び従来技術におけるエンジンの設定回転数が低く変更された場合のエンジンの動作点の移動を示す説明図、図７は本発明のハイブリッド作業機械の第１の実施の形態の一部を構成する車体コントローラの制御手順の一例を示すフローチャートである。図６中、横軸ＮＥはエンジン回転数であり、縦軸ＴＥはエンジン出力トルクである。
【００５９】
作業機械では、エンジン４１の負荷が無負荷状態において、オペレータの操作によりＥＣダイヤル７１の指示する設定回転数が変更される前の設定回転数に比べて低く変更された場合、変更された低速の設定回転数に対応する回転数になるようにエンジン４１の実回転数を低下させる制御が行われる。
【００６０】
従来技術の作業機械では、エンジンへの燃料噴射を一時的に停止することでエンジンの出力トルクを０にして、エンジンの実回転数を変更前の設定回転数ＮＥｓｆから低下させ、図６に示す破線の白抜き矢印のように、エンジンの動作点が移動していた。その後、エンジンの実回転数が変更後の低速の設定回転数ＮＥｓｌに近づくと、燃料噴射を再開してエンジントルクを出力し、燃料噴射量を制御することでエンジン回転数が変更後の低速の設定回転数ＮＥｓｌに対応する回転数（レギュレーション特性Ｔｒ上のエンジン無負荷状態での回転数）に維持されていた。この制御では、エンジンの出力トルクが大きく変動するので、騒音が発生していた。
【００６１】
それに対して、本実施の形態は、以下の制御手順によりエンジン４１の実回転数を低下させる際のエンジン出力トルクの変動を抑制するものである。
【００６２】
図７において、図２に示す車体コントローラ７２は、先ず、エンジン４１の負荷が無負荷状態であるか否かを判定する（ステップＳ１０）。具体的には、第３の圧力検出器５７の検出した操作パイロット圧が所定の閾値以下の場合には、エンジン４１の負荷が無負荷状態である（ＹＥＳ）と判定する。それ以外の場合には、エンジン４１が負荷状態にある（ＮＯ）と判定する。
【００６３】
ステップＳ１０において、エンジン４１が負荷状態にある（ＮＯ）と判定した場合には、ステップＳ４０に進む。ステップＳ４０では、車体コントローラ７２は、ＥＣダイヤル７１の指示する設定回転数ＮＥｓに基づき車体状況に応じて目標エンジン回転数を演算し、その演算結果をエンジン制御部４２に出力する。これにより、エンジン制御部４２は、設定回転数ＮＥｓを用いて演算された目標エンジン回転数に基づき、ドループ特性、アイソクロナス特性、又は、その他の特性をもつレギュレーション特性に従うようにエンジン４１の回転数及びトルクを制御する。
【００６４】
なお、ステップＳ４０において、車体コントローラ７２は、必要に応じて目標発電電動機回転数を演算し、その演算結果をＰＣＵ６３に出力する。ＰＣＵ６３は、車体コントローラ７２からの目標発電電動機回転数と発電電動機回転数検出装置６４からの実発電電動機回転数とに基づき、発電電動機６１の実回転数が目標発電電動機回転数と一致するように発電機又は電動機として作動させる。
【００６５】
一方、ステップＳ１０において、エンジン４１の負荷が無負荷状態である（ＹＥＳ）と判定した場合には、ステップＳ２０に進む。ステップＳ２０では、車体コントローラ７２は、ＥＣダイヤル７１の指示する設定回転数が変更される前の設定回転数に比べて低く変更されたか否かを判定する。具体的には、ＥＣダイヤル７１からの指示信号の前回の指示信号に対する差分の正負により判定する。指示信号の差分が所定値以下の負の場合には、ＥＣダイヤル７１の指示する設定回転数が低く変更された（ＹＥＳ）と判定する。それ以外の場合には、ＮＯと判定する。
【００６６】
ステップＳ２０において、ＮＯと判定した場合には、ステップＳ４０に進み、車体コントローラ７２は、上述した演算を行い、演算結果をエンジン制御部４２及びＰＣＵ６３に出力する。
【００６７】
一方、ステップＳ２０において、ＥＣダイヤル７１の指示する設定回転数が低く変更された（ＹＥＳ）と判定した場合には、ステップＳ３０に進む。ステップＳ３０では、車体コントローラ７２は、図５に示したように、ＥＣダイヤル７１の指示する変更前の設定回転数ＮＥｓｆから変更後の設定回転数ＮＥｓｌへ段階的に減少させるように目標エンジン回転数ＮＥｔｎを逐次演算する。また、図５に示すように、演算された目標エンジン回転数ＮＥｔｎに基づき設定された、エンジン制御部４２のレギュレーション特性Ｔｒｎと同じレギュレーション特性と、予め定めておいた目標負荷トルク特性ＴＬｔとを参照して目標発電電動機回転数ＮＧｔｎを逐次演算する。逐次演算される目標発電電動機回転数ＮＧｔｎは、目標エンジン回転数ＮＥｔｎが段階的に減少していくので、それに応じて段階的に減少したものとなる。演算結果の目標エンジン回転数ＮＥｔｎ及び目標発電電動機回転数ＮＧｔｎを演算ごとにそれぞれエンジン制御部４２及びＰＣＵ６３へ出力する。
【００６８】
ＰＣＵ６３は、発電電動機６１の実回転数が車体コントローラ７２からの目標発電電動機回転数ＮＧｔｎに一致するように発電電動機６１を回転数制御する。その結果、エンジン４１は、その実回転数が目標発電電動機回転数ＮＧｔｎと略同じとなるように駆動される。このとき、エンジン制御部４２は、車体コントローラ７２の演算した目標エンジン回転数ＮＥｔｎにより一意に定まるドループ特性をもつレギュレーション特性Ｔｒｎに基づいてエンジン４１を制御する。したがって、エンジン４１は、当該レギュレーション特性Ｔｒｎ上の目標発電電動機回転数ＮＧｔｎに応じたエンジントルクを出力する。目標発電電動機回転数ＮＧｔｎは、図５に示すように、目標エンジン回転数ＮＥｔｎ毎に設定されるエンジン制御部４２のレギュレーション特性Ｔｒｎと同じレギュレーション特性と、目標負荷トルク特性ＴＬｔ（引きずりトルク特性ＴＥｄにΔＴ分増加させたトルク特性）との交点から求めたものである。したがって、同じレギュレーション特性を用いたエンジン制御では、目標発電電動機回転ＮＧｔｎと同一の回転数で駆動されるエンジン４１は、エンジン４１が無負荷状態での引きずりトルクにΔＴ増分したトルクを出力する。この増分ΔＴは、発電電動機６１のトルクに相当する。つまり、本実施の形態では、車体コントローラ７２は、発電電動機６１を発電機として動作させてエンジン４１に発電トルク（負荷）をかけるようにエンジン４１及び発電電動機６１を制御している。
【００６９】
演算ごとの目標エンジン回転数ＮＥｔｎ及び目標発電電動機回転数ＮＧｔｎに基づいたエンジン制御部４２及びＰＣＵ６３の制御によるエンジン４１の動作点をプロットしていくと、その動作点は、図６に示す白抜き矢印のように、目標負荷トルク特性ＴＥｄ上を移動していく。つまり、発電電動機６１を発電機として作動させエンジン４１に負荷をかけながらエンジン４１の実回転数を低下させていくので、エンジン４１の減速の際に、エンジン出力トルクが大きく変動することがない。
【００７０】
上述したように、本発明のハイブリッド作業機械の第１の実施の形態によれば、エンジン４１が無負荷状態にあるときにＥＣダイヤル７１の指示する設定回転数が変更される前の設定回転数に比べて低く変更された場合に、発電電動機６１を発電機として作動させることでエンジン４１に負荷を与えながらエンジン４１の実回転数を低下させるので、エンジン４１の減速の際に、エンジン４１への燃料噴射が停止することはない。したがって、エンジン出力トルクの大幅な変動が生じないので、エンジン４１が無負荷状態にあるときにエンジン４１の目標回転数が低く変更された際のエンジン４１の騒音を抑制することができる。
【００７１】
また、本実施の形態によれば、ＥＣダイヤル７１の指示する変更前の設定回転数から変更後の設定回転数へ段階的に減少するように目標エンジン回転数を逐次演算してエンジン制御部４２へ出力すると共に、逐次演算された目標エンジン回転数に基づきエンジン制御部４２のレギュレーション特性Ｔｒｎと同じレギュレーション特性を逐次設定し、そのレギュレーション特性Ｔｒｎと予め定めたエンジン４１の減速の際の目標負荷トルク特性ＴＬｔとの交点の回転数を発電電動機６１の目標発電電動機回転数としてＰＣＵ６３へ出力するように、車体コントローラ７２を構成したので、エンジン出力トルクの大幅な変動が生じることなく、エンジン４１の実回転数をＥＣダイヤル７１の指示する変更後の設定回転数まで低下させることができる。
【００７２】
さらに、本実施の形態によれば、車体コントローラ７２を、エンジン４１が無負荷状態にあるときに目標エンジン回転数変更指示装置としてのＥＣダイヤル７１の指示により目標エンジン回転数が変更される前に設定された目標エンジン回転数に比べて低く変更された場合に、エンジン制御部４２及び動力制御装置６３を制御してエンジン４１の動作点がエンジンの無負荷状態でのトルク特性である引きずりトルク特性に所定量を増分したトルク特性上を移動するようにエンジン４１の回転数を低下させる構成としたので、エンジン４１の減速の際のエンジン４１の燃料噴射量を抑制することができる。
【００７３】
また、本実施の形態によれば、目標発電電動機回転数の演算に用いる目標負荷トルク特性ＴＬｔとして、エンジン４１の無負荷状態でのトルク特性である引きずりトルク特性ＴＥｄに所定量を増分したトルク特性を採用したので、エンジン４１の減速の際の動作点が引きずりトルク特性ＴＥｄの近傍を移動するように制御することができる。したがって、エンジン４１の燃料噴射量を抑制しつつ、エンジン４１に発電電動機６１の発電トルクをかけることができる。
【００７４】
次に、本発明のハイブリッド作業機械の第２の実施の形態の構成を図８を用いて説明する。図８は本発明のハイブリッド作業機械の第２の実施の形態におけるハイブリッド駆動システムの構成を示す概略図である。なお、図８おいて、図１乃至図７に示す符号と同符号のものは、同様な部分であるので、その詳細な説明は省略する。
【００７５】
図８に示す本発明のハイブリッド作業機械の第２の実施の形態におけるハイブリッド駆動システムは、第１の実施の形態の構成に加えて、エンジン４１の無負荷状態が所定時間継続した場合に、ＥＣダイヤル７１の指示する設定回転数に基づく回転数から予め設定されたアイドル回転数（例えば、１２００ｒｐｍ）へ目標エンジン回転数を自動的に変更するオートアイドル制御を実行するように構成されたものである。これにより、エンジン４１が無負荷状態での燃料消費量を抑制することができる
具体的には、第２の実施の形態のハイブリッド駆動システムは、オートアイドル制御の有効と無効を切り換えるオートアイドルスイッチ７３を更に備えている。オートアイドルスイッチ７３は、油圧ショベル１の運転室２２（図１参照）内に設けられ、オペレータによりオン・オフ操作されるものである。オートアイドルスイッチ７３は、有効・無効の切換え指示信号を車体コントローラ７２Ａへ出力する。
【００７６】
車体コントローラ７２Ａは、機能ブロックとして、オートアイドル制御の条件が成立したか否かを判定するオートアイドル判定部８０を更に備えている。オートアイドル制御の成立条件は、エンジン４１の無負荷状態が所定時間継続すること、オートアイドルスイッチ７３が有効側に切り換えられること、かつ、アイドル回転数がＥＣダイヤル７１の指示する設定回転数よりも小さいことである。オートアイドル判定部８０は、負荷状態判定部７５がエンジン４１の負荷が無負荷状態であると判定した場合に、その状態が所定時間経過したか否かを判定する。また、オートアイドル判定部８０は、オートアイドルスイッチ７３の有効・無効の切換え指示信号に基づき、オートアイドルスイッチ７３が有効であるか否かを判定する。さらに、オートアイドル判定部８０は、予め設定されたアイドル回転数をＥＣダイヤル７１から入力された設定回転数と比較することで判定する。
【００７７】
車体コントローラ７２Ａの演算部７７Ａは、オートアイドル判定部８０がオートアイドル制御の条件が成立したと判定した場合には、目標エンジン回転数を、ＥＣダイヤル７１の指示する設定回転数から予め設定されたアイドル回転数へ変更する。この場合、車体コントローラ７２Ａは、目標エンジン回転数としてアイドル回転数をエンジン制御部４２に出力する。エンジン制御部４２は、目標エンジン回転数としてのアイドル回転数に基づいてエンジン４１の回転数及びトルクを制御する。
【００７８】
本実施の形態においては、ＥＣダイヤル７１と、オートアイドル制御の有効と無効とをオペレータの操作により切り換えるオートアイドルスイッチ７３とが、オペレータの操作に基づいてエンジン制御部４２で用いる目標エンジン回転数の変更を指示する目標エンジン回転数変更指示装置を構成している。目標エンジン回転数変更指示装置の指示により目標エンジン回転数が変更される前に設定された目標エンジン回転数に比べて低く変更される場合とは、オートアイドル制御の条件が成立し、ＥＣダイヤル７１の指示する設定回転数から低速のアイドル回転数へ目標エンジン回転数を変更する場合である。
【００７９】
このように、オートアイドル制御が実行される場合、目標エンジン回転数をＥＣダイヤル７１の指示する設定回転数から低速のアイドル回転数へ変更する。これは、ＥＣダイヤル７１の指示する設定回転数を変更される前の設定回転数に比べて低く変更した場合と同様な状況を生み出す。すなわち、従来技術の作業機械では、エンジン４１の実回転数（ＥＣダイヤル７１の指示する設定回転数）をアイドル回転数に減速させるために、エンジン４１への燃料噴射を一時的に停止するように制御することで、エンジン４１の実回転数を下げていく。その後、エンジン４１の実回転数がアイドル回転数に近づくと、再びエンジン４１への燃料噴射を開始し燃料噴射量を調整することで、エンジン４１の実回転数がアイドル回転数に維持されるように制御する。このとき、エンジン４１の出力トルクの大きな変動が起こり、騒音が発生する。
【００８０】
そこで、本実施の形態においては、第１の実施の形態と同様に、発電電動機６１を発電機として作動させてエンジン４１に負荷を与えながらエンジン４１の実回転数を低下させる制御を実行することで、この問題を回避する。
【００８１】
具体的には、車体コントローラ７２Ａは、オートアイドル制御の条件が成立したと判定した場合には、第１の実施の形態の場合と同様な方法で、目標エンジン回転数及び目標発電電動機回転数の演算処理を行う。本演算処理の第１の実施の形態の演算処理に対する変更点は、エンジン４１の実回転数を低下させる最終的な回転数をＥＣダイヤル７１の変更後の設定回転数ＮＥｓｌからアイドル回転数ＮＥｉに置換することである。例えば、図５に示す左端に位置する変更後の設定回転数ＮＥｓｌをアイドル回転数ＮＥｉに変更する。アイドル回転数ＮＥｉへの変更に伴いレギュレーション特性がＴｒｉに変更される。アイドル回転数ＮＥｉに対応するレギュレーション特性Ｔｒｉと予め定めた目標負荷トルク特性ＴＬｔとの交点である目標発電電動機回転数もレギュレーション特性Ｔｒｉへの変更に伴いＮＧｔｉに変更される。
【００８２】
次に、本発明のハイブリッド作業機械の第２の実施の形態の動作を図５、図６、図８、及び図９を用いて説明する。図９は図８に示す本発明のハイブリッド作業機械の第２の実施の形態の一部を構成する車体コントローラの制御手順の一例を示すフローチャートである。なお、図９おいて、図１乃至図８に示す符号と同符号のものは、同様な部分であるので、その詳細な説明は省略する。
【００８３】
図９において、図８に示す車体コントローラ７２Ａは、オートアイドルスイッチ７３が有効（オン状態）であるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。ステップＳ１１０において、オートアイドルスイッチ７３が無効（オフ状態）である（ＮＯ）と判定した場合には、ステップＳ１０に進み、第１の実施の形態と同じ制御フロー（ステップＳ１０〜Ｓ４０）を実行する。
【００８４】
一方、ステップＳ１１０において、オートアイドルスイッチ７３が有効（オン状態）である（ＹＥＳ）と判定した場合には、ステップＳ１２０に進み、車体コントローラ７２Ａは、エンジン４１の無負荷状態が所定時間継続しているか否かを判定する。具体的には、第３の圧力検出器５７の検出した操作パイロット圧が所定の閾値以下の状態が所定時間継続した場合には、ＹＥＳと判定する。それ以外の場合には、ＮＯと判定する。
【００８５】
ステップＳ１２０において、エンジン４１の無負荷状態が所定時間継続していない（ＮＯ）と判定した場合には、車体コントローラ７２Ａは、ステップＳ４０に進み、第１の実施の形態における動作の説明で述べたように、ＥＣダイヤル７１の指示する設定回転数に基づき車体状況に応じて演算した目標エンジン回転数をエンジン制御部４２へ出力する。エンジン制御部４２は、ＥＣダイヤル７１の指示する設定回転数から演算された目標エンジン回転数に基づきエンジン４１を制御する。一方、ステップＳ１２０において、エンジン４１の無負荷状態が所定時間継続している（ＹＥＳ）と判定した場合には、ステップＳ１３０に進み、車体コントローラ７２Ａは、オートアイドル回転数がＥＣダイヤル７１の指示する設定回転数よりも低いか否かを判定する。
【００８６】
ステップＳ１３０において、オートアイドル回転数がＥＣダイヤル７１の指示する設定回転数以上である（ＮＯ）と判定した場合には、車体コントローラ７２Ａは、ステップＳ４０に進み、同じ手順を実行する。一方、ステップＳ１３０において、オートアイドル回転数がＥＣダイヤル７１の指示する設定回転数よりも低い（ＹＥＳ）と判定した場合には、ステップＳ１４０に進む。
【００８７】
ステップＳ１４０において、車体コントローラ７２Ａは、第１の実施の形態における制御フローのステップＳ３０と同様な演算処理を行う。すなわち、前述の車体コントローラ７２Ａの演算処理の説明で述べたように、ＥＣダイヤル７１の指示する設定回転数ＮＥｓとアイドル回転数ＮＥｉとに基づき目標エンジン回転数ＮＥｔｎを段階的に減算し、その演算結果の目標エンジン回転数ＮＥｔｎの基づき設定されるエンジン制御部４２のレギュレーション特性Ｔｒｎと同じレギュレーション特性と予め定めた目標負荷トルク特性ＴＬｔとを参照して目標発電電動機回転数ＮＧｔｎを演算する（図５参照）。演算結果の目標エンジン回転数ＮＥｔｎ及び目標発電電動機回転数ＮＧｔｎを演算ごとにそれぞれエンジン制御部４２及びＰＣＵ６３に出力する。
【００８８】
ＰＣＵ６３は、車体コントローラ７２Ａからの目標発電電動機回転数ＮＧｔｎに基づき発電電動機６１を回転数制御し、エンジン制御部４２は、車体コントローラ７２Ａからの目標エンジン回転数ＮＥｔｎに基づき設定するドループ特性をもつレギュレーション特性に基づいてエンジン４１を制御する。したがって、エンジン４１の動作点は、第１の実施の形態の場合と同様に図６に示す白抜き矢印のように、目標負荷トルク特性ＴＥｄ上を移動していく。つまり、発電電動機６１を発電機として作動させエンジン４１に負荷をかけながらエンジン４１の実回転数を低下させていくので、エンジン４１の減速の際に、エンジン出力トルクが大きく変動することがない。
【００８９】
上述したように、本発明のハイブリッド作業機械の第２の実施の形態によれば、オートアイドル制御の条件が成立する場合も、前述した第１の実施の形態と同様に、エンジン４１が無負荷状態にあるときにＥＣダイヤル７１の指示する設定回転数からアイドル回転数へ目標エンジン回転数が低く変更された際のエンジン４１の騒音を抑制することができる。
【００９０】
なお、上述した第１及び第２の実施の形態においては、本発明のハイブリッド作業機械を油圧ショベル１に適用した例を示したが、本発明は、油圧クレーンやホイールローダ等のエンジン及び発電電動機を備えたハイブリッド作業機械に広く適用することができる。
【００９１】
また、本発明は本実施の形態に限られるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記した実施形態は本発明をわかり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。ある実施形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。
【００９２】
例えば、上述した実施の形態においては、負荷状態判定部７５が、第３の圧力検出器５７からの検出信号に基づき、エンジン４１の負荷が無負荷状態か否かを判定する構成の例を示した。しかし、負荷状態判定部７５は、第１の圧力検出器５５からの検出信号、すなわち、油圧ポンプ５１の吐出圧に基づき、エンジン４１の負荷が無負荷状態か否かを判定する構成も可能である。また、第２の圧力検出器５６からの検出信号、すなわち、油圧ポンプ５１のレギュレータ５１ａに入力される制御パイロット圧に基づき、エンジン４１の負荷が無負荷状態か否かを判定する構成も可能である。
【００９３】
また、上述した実施の形態においては、演算部７７、７７Ａが目標発電電動機回転数の演算するために用いる目標負荷トルク特性ＴＬｔとして、エンジン４１の無負荷状態での引きずりトルク特性ＴＥｄにΔＴ増分したトルク特性を例として示した。しかし、目標負荷トルク特性ＴＬｔとして、エンジン４１の無負荷状態での引きずりトルク以上のエンジントルクを常に示すトルク特性を設定すればよい。この場合、発電電動機６１を発電機として作動させてエンジン４１に負荷をかけながらエンジン４１の回転数を低下させることができる。このような目標負荷トルク特性ＴＬｔの一例として、エンジン出力トルクがＥＣダイヤル７１の指示する変更前の設定回転数におけるエンジン出力トルクと同じトルクを示すトルク特性が挙げられる。
【００９４】
また、上述した実施の形態においては、車体コントローラ７２、７２Ａが演算した目標エンジン回転数ＮＥｔｎ及び目標発電電動機回転数ＮＧｔｎをエンジン制御部４２及びＰＣＵ６３へ出力した後、エンジン４１及び発電電動機６１の実回転数が目標発電電動機回転数に略一致しているか否かを判定せずに、目標エンジン回転数ＮＥｔｎ及び目標発電電動機回転数ＮＧｔｎの再演算を開始する例を示した。しかし、車体コントローラ７２の演算した目標発電電動機回転数ＮＧｔｎにエンジン４１及び発電電動機６１の実回転数が一致したと判定した後、目標エンジン回転数ＮＥｔｎ及び目標発電電動機回転数ＮＧｔｎの再演算を開始するように構成することもできる。
【００９５】
また、上述した実施の形態においては、エンジン回転数検出装置４３によりエンジン４１の実回転数を検出すると共に、発電電動機回転数検出装置６４により発電電動機６１の実回転数を検出する構成の例を示した。しかしエンジン４１と発電電動機６１は連結されて同じ回転数で駆動するので、エンジン回転数検出装置４３及び発電電動機回転数検出装置６４のいずれか一方を設ける構成も可能である。
【符号の説明】
【００９６】
１…油圧ショベル（ハイブリッド作業機械）、  １２…走行油圧モータ（油圧アクチュエータ）、  ３５…ブームシリンダ（油圧アクチュエータ）、  ３６…アームシリンダ（油圧アクチュエータ）、  ３７…バケットシリンダ（油圧アクチュエータ）、  ４１…エンジン、  ４２…エンジン制御部、  ５１…油圧ポンプ、  ６１…発電電動機、  ６２…蓄電装置、  ６３…動力制御装置、  ７１…エンジンコントロールダイヤル（目標エンジン回転数変更指示装置）、  ７２…車体コントローラ（制御装置）、  ７３…オートアイドルスイッチ（目標エンジン回転数変更指示装置）
【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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