(57)【要約】【課題】要求負荷の増減に対して燃料消費率を更に向上することができるハイブリッド型建設機械を提供する。【解決手段】ハイブリッド型建設機械１は、エンジン１１と、電動発電機１２と、蓄電手段１２０と、エンジン１１の回転数及び電動発電機１２の回転トルクを制御するコントローラ３０Ａとを備える。コントローラ３０Ａは、必要負荷を推定し、エンジン１１の回転速度検出値に基づいてエンジン出力を算出し、回転速度検出値と、負荷に対応する回転速度目標値との偏差が所定の範囲に含まれる場合に、エンジン１１の回転速度を維持しつつ、現在の出力と負荷との差に応じて発電またはアシストを行うように電動発電機１２の回転トルクを制御し、偏差が所定の範囲から逸脱した場合に、エンジン１１の回転速度を増速（又は減速）させる為の正の（又は負の）回転トルクを電動発電機１２から出力させる。【選択図】図２
2015232268.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関発動機と、
前記内燃機関発動機の回転速度を検出する速度検出部と、
前記内燃機関発動機に連結され、前記内燃機関発動機の駆動力により発電を行い、自身の駆動力により前記内燃機関発動機の駆動力を補助する電動発電機と、
前記電動発電機と電気的に接続された蓄電池と、
前記内燃機関発動機の回転数及び前記電動発電機の回転トルクを制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
当該ハイブリッド型建設機械において必要とされる前記内燃機関発動機の負荷を算出し、
前記回転速度検出値と、前記内燃機関発動機の負荷に対応する回転速度目標値との偏差が所定の範囲に含まれる場合に、前記内燃機関発動機の回転速度を維持しつつ、前記内燃機関発動機の駆動力による発電または前記内燃機関発動機の駆動力の補助を行うように前記電動発電機の回転トルクを制御し、
前記偏差が前記所定の範囲を超えた場合に、前記内燃機関発動機の前記回転速度目標値に基づいて正の回転トルクを前記電動発電機から出力させ、
前記偏差が前記所定の範囲を下回った場合に、前記内燃機関発動機の前記回転速度目標値に基づいて負の回転トルクを前記電動発電機から出力させる
ことを特徴とする、ハイブリッド型建設機械。
【請求項２】
内燃機関発動機と、
前記内燃機関発動機の回転速度を検出する速度検出部と、
前記内燃機関発動機に連結され、前記内燃機関発動機の駆動力により発電を行うとともに、自身の駆動力により前記内燃機関発動機の駆動力を補助する電動発電機と、
前記電動発電機と電気的に接続された蓄電池と、
前記内燃機関発動機の回転数及び前記電動発電機の回転トルクを制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
当該ハイブリッド型建設機械において必要とされる前記内燃機関発動機の負荷を算出し、
前記内燃機関発動機の負荷から算出される必要トルクが所定のトルク範囲に含まれる場合に、前記内燃機関発動機の回転速度を維持しつつ、前記内燃機関発動機の駆動力による発電または前記内燃機関発動機の駆動力の補助を行うように前記電動発電機の回転トルクを制御し、
前記必要トルクが前記所定のトルク範囲を超えた場合に、前記内燃機関発動機の回転速度目標値に基づいて正の回転トルクを前記電動発電機から出力させ、
前記必要トルクが前記所定のトルク範囲を下回った場合に、前記内燃機関発動機の回転速度目標値に基づいて負の回転トルクを前記電動発電機から出力させる
ことを特徴とする、ハイブリッド型建設機械。
【請求項３】
前記制御部は、前記電動発電機を回転トルクの制御から、内燃機関発動機の回転速度目標値に基づく制御に切り替えるスイッチ部を有することを特徴とする、請求項１または２に記載のハイブリッド型建設機械。
【請求項４】
前記制御部は、
前記内燃機関発動機の負荷を判定する負荷判定部と、
前記負荷判定部による負荷判定結果に基づいて前記内燃機関発動機の前記回転速度目標値を生成する指令値演算部と
を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のハイブリッド型建設機械。
【請求項５】
前記制御部の前記指令値演算部は、前記負荷判定結果に基づいてポンプ馬力設定信号を更に生成することを特徴とする、請求項４に記載のハイブリッド型建設機械。
【請求項６】
内燃機関発動機と、
前記内燃機関発動機の回転速度を検出する速度検出部と、
前記内燃機関発動機に連結され、前記内燃機関発動機の駆動力により発電を行うとともに、自身の駆動力により前記内燃機関発動機の駆動力を補助する電動発電機と、
前記電動発電機と電気的に接続された蓄電池と、
前記内燃機関発動機の回転数及び前記電動発電機の回転トルクを制御する制御部と
を備え、
前記制御部は、
当該ハイブリッド型建設機械において必要とされる負荷を推定するとともに、前記速度検出部から提供される前記内燃機関発動機の回転速度検出値に基づいて前記内燃機関発動機の現在の出力を算出し、
前記負荷から算出される必要トルクが前記回転速度検出値に応じた所定のトルク範囲に含まれる場合に、前記内燃機関発動機の回転速度を維持しつつ、前記現在の出力と前記負荷との差に応じて前記内燃機関発動機の駆動力による発電または前記内燃機関発動機の駆動力の補助を行うように前記電動発電機の回転トルクを制御し、
前記必要トルクが前記所定のトルク範囲を超えた場合に、前記内燃機関発動機の回転速度を増速させる為の正の回転トルクを前記電動発電機から出力させ、
前記必要トルクが前記所定のトルク範囲を下回った場合に、前記内燃機関発動機の駆動力による発電を行うことにより、前記内燃機関発動機の回転速度を減速させる為の負の回転トルクを前記電動発電機から出力させる
ことを特徴とする、ハイブリッド型建設機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド型建設機械に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、駆動機構の一部を電動化した作業機械が提案されている。このような作業機械は、例えばブーム、アーム、及びバケットといった可動部を油圧駆動するための油圧ポンプを備えており、この油圧ポンプを駆動するためのエンジン（内燃機関発動機）に交流電動機（電動発電機）を連結し、該エンジンの駆動力を補助する動作と、発電により得られる電力を蓄電池に充電する動作とを各々必要に応じて行う。
【０００３】
一般的なハイブリット型作業機械では、エンジンの回転数が常に一定となるように制御される。例えば、アームやバケット等を揺動させるときはエンジンへの負荷が小さいので（低負荷モード）、エンジンの回転数を一定に維持しつつエンジンの余剰トルクによって電動発電機を駆動し、得られた電力をキャパシタに蓄える。また、エンジンへの負荷が当該回転数におけるエンジン出力を超えるような場合には（高負荷モード）、エンジンの回転数を一定に維持しつつ、キャパシタからの電力によって電動発電機を駆動し、エンジン出力に電動発電機の出力を加える。
【０００４】
なお、特許文献１に記載された建設機械は、低負荷モード時（エンジンの必要馬力の等馬力線とガバナ特性線との交点がこのエンジンの定格出力よりも小さいエンジントルクとなるモード時）にエンジントルクを上昇させて燃料消費率の向上を図り、その余剰トルクにより発電機を駆動してキャパシタを充電する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１００６２１号公報
【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、エンジンの回転数が常に一定となるように制御されると、次の問題が生じる。多くの場合、当該回転数は、或る中程度の負荷に対して燃料消費が最も低くなる値に設定される。当該回転数を維持した状態で負荷が増すと、不足するエンジン出力を電動発電機により補助することができるが、このような高負荷が継続すると、キャパシタの充電量によっては補助できない場合が生じる。この場合、より大きなエンジントルクが必要となり燃料消費率が高くなってしまう。
【０００７】
一方、当該回転数を維持した状態で負荷が減ると、余剰エンジン出力を利用して電動発電機において発電することができるが、このような低負荷が継続すると、キャパシタの充電容量の制限のため発電ができない場合が生じる。この場合、より小さなエンジントルクで済むにも関わらず当該回転数を維持することとなり燃料消費率の向上を妨げてしまう。
【０００８】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、要求負荷の増減に対して燃料消費率を更に向上することができるハイブリッド型建設機械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】
【０００９】
上述した課題を解決するために、本発明による第１のハイブリッド型建設機械は、内燃機関発動機と、内燃機関発動機の回転速度を検出する速度検出部と、内燃機関発動機に連結され、内燃機関発動機の駆動力により発電を行い、自身の駆動力により内燃機関発動機の駆動力を補助する電動発電機と、電動発電機と電気的に接続された蓄電池と、内燃機関発動機の回転数及び電動発電機の回転トルクを制御する制御部とを備え、制御部は、当該ハイブリッド型建設機械において必要とされる内燃機関発動機の負荷を算出し、回転速度検出値と、内燃機関発動機の負荷に対応する回転速度目標値との偏差が所定の範囲に含まれる場合に、内燃機関発動機の回転速度を維持しつつ、内燃機関発動機の駆動力による発電または内燃機関発動機の駆動力の補助を行うように電動発電機の回転トルクを制御し、偏差が所定の範囲を超えた場合に、内燃機関発動機の回転速度目標値に基づいて正の回転トルクを電動発電機から出力させ、偏差が所定の範囲を下回った場合に、内燃機関発動機の回転速度目標値に基づいて負の回転トルクを電動発電機から出力させることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明による第２のハイブリッド型建設機械は、内燃機関発動機と、内燃機関発動機の回転速度を検出する速度検出部と、内燃機関発動機に連結され、内燃機関発動機の駆動力により発電を行うとともに、自身の駆動力により内燃機関発動機の駆動力を補助する電動発電機と、電動発電機と電気的に接続された蓄電池と、内燃機関発動機の回転数及び電動発電機の回転トルクを制御する制御部とを備え、制御部は、当該ハイブリッド型建設機械において必要とされる内燃機関発動機の負荷を算出し、内燃機関発動機の負荷から算出される必要トルクが所定のトルク範囲に含まれる場合に、内燃機関発動機の回転速度を維持しつつ、内燃機関発動機の駆動力による発電または内燃機関発動機の駆動力の補助を行うように電動発電機の回転トルクを制御し、必要トルクが所定のトルク範囲を超えた場合に、内燃機関発動機の回転速度目標値に基づいて正の回転トルクを電動発電機から出力させ、必要トルクが所定のトルク範囲を下回った場合に、内燃機関発動機の回転速度目標値に基づいて負の回転トルクを電動発電機から出力させることを特徴とする。
【００１１】
また、上記第１及び第２のハイブリッド型建設機械は、制御部が、電動発電機を回転トルクの制御から、内燃機関発動機の回転速度目標値に基づく制御に切り替えるスイッチ部を有することを特徴としてもよい。この場合、制御部は、内燃機関発動機の負荷を判定する負荷判定部と、負荷判定部による負荷判定結果に基づいて内燃機関発動機の回転速度目標値を生成する指令値演算部とを有することが好ましい。
【００１２】
また、上記第１及び第２のハイブリッド型建設機械は、制御部の指令値演算部が、負荷判定結果に基づいてポンプ馬力設定信号を更に生成することを特徴としてもよい。
【００１３】
また、本発明による第３のハイブリッド型建設機械は、内燃機関発動機と、内燃機関発動機の回転速度を検出する速度検出部と、内燃機関発動機に連結され、内燃機関発動機の駆動力により発電を行うとともに、自身の駆動力により内燃機関発動機の駆動力を補助する電動発電機と、電動発電機と電気的に接続された蓄電池と、内燃機関発動機の回転数及び電動発電機の回転トルクを制御する制御部とを備え、制御部が、当該ハイブリッド型建設機械において必要とされる負荷を推定するとともに、速度検出部から提供される内燃機関発動機の回転速度検出値に基づいて内燃機関発動機の現在の出力を算出し、負荷から算出される必要トルクが回転速度検出値に応じた所定のトルク範囲に含まれる場合に、内燃機関発動機の回転速度を維持しつつ、現在の出力と負荷との差に応じて内燃機関発動機の駆動力による発電または内燃機関発動機の駆動力の補助を行うように電動発電機の回転トルクを制御し、必要トルクが所定のトルク範囲を超えた場合に、内燃機関発動機の回転速度を増速させる為の正の回転トルクを電動発電機から出力させ、必要トルクが所定のトルク範囲を下回った場合に、内燃機関発動機の駆動力による発電を行うことにより、内燃機関発動機の回転速度を減速させる為の負の回転トルクを電動発電機から出力させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によるハイブリッド型建設機械によれば、要求負荷の増減に対して燃料消費率を更に向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係るハイブリッド型建設機械の外観を示す斜視図である。
【図２】ハイブリッド型建設機械の電気系統や油圧系統といった内部構成を示すブロック図である。
【図３】図２における蓄電手段の内部構成を示す図である。
【図４】コントローラの内部構成の一部を示すブロック図である。
【図５】ハイブリッド型建設機械の構成要素間における機能的な関わりを示す制御ブロック図である。
【図６】エンジンの等燃費率曲線を示すグラフである。
【図７】エンジンの回転数を基準トルク線に沿って変化させる際の動作を説明するための図であり、図６に示したグラフの一部を示している。
【図８】変形例に係るコントローラの内部構成の一部を示すブロック図である。
【図９】変形例における、ハイブリッド型建設機械の構成要素間の機能的な関わりを示す制御ブロック図である。
【図１０】ハイブリッド型建設機械の電気系統や油圧系統といった内部構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照しながら本発明によるハイブリッド型建設機械の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態に係るハイブリッド型建設機械の外観を示す斜視図である。本実施形態のハイブリッド型建設機械１は、いわゆるパワーショベルである。図１に示されるように、本実施形態のハイブリッド型建設機械１は、無限軌道を含む走行機構２と、走行機構２の上部に旋回機構３を介して回動自在に搭載された旋回体４とを備えている。旋回体４には、ブーム５と、ブーム５の先端にリンク接続されたアーム６と、アーム６の先端にリンク接続されたバケット７とが取り付けられている。ブーム５、アーム６、及びバケット７は、それぞれブームシリンダ８、アームシリンダ９、及びバケットシリンダ１０によって油圧駆動される。また、旋回体４には、バケット７の位置や角度を操作する操作者を収容するための運転室４ａや、油圧を発生するためのエンジン（内燃機関発動機）１１といった動力源が設けられている。エンジン１１は、例えばディーゼルエンジンで構成される。
【００１８】
図２は、本実施形態のハイブリッド型建設機械１の電気系統や油圧系統といった内部構成を示すブロック図である。なお、図２では、機械的に動力を伝達する系統を二重線で、油圧系統を太い実線で、操縦系統を破線で、電気系統を細い実線でそれぞれ示している。また、図３は、図２における蓄電手段１２０の内部構成を示す図である。
【００１９】
図２に示すように、ハイブリッド型建設機械１は電動発電機１２および変速機１３を備えており、エンジン１１及び電動発電機１２の回転軸は、共に変速機１３の入力軸に接続されることにより互いに連結されている。エンジン１１の出力に対する負荷が大きいときには、電動発電機１２がこのエンジン１１を駆動することによりエンジン１１の駆動力を補助（アシスト）し、電動発電機１２の駆動力が変速機１３の出力軸を経てメインポンプ１４に伝達される。一方、エンジン１１の出力に対する負荷が小さいときには、エンジン１１の駆動力が変速機１３を経て電動発電機１２に伝達されることにより、電動発電機１２が発電を行う。電動発電機１２は、例えば、磁石がロータ内部に埋め込まれたＩＰＭ（Interior Permanent Magnetic）モータによって構成される。電動発電機１２の駆動と発電との切り替えは、ハイブリッド型建設機械１における電気系統の駆動制御を行うコントローラ３０Ａにより、エンジン１１の負荷等に応じて行われる。
【００２０】
変速機１３の出力軸には、メインポンプ１４が接続されている。メインポンプ１４は、エンジン１１の駆動力によって圧油を発生するための油圧ポンプであり、傾転角を制御するためのポンプ制御弁１４Ａを有する。このポンプ制御弁１４Ａは、ギアポンプに接続された電磁比例弁によって構成されており、この電磁比例弁がコントローラ３０Ａによって電気的に駆動されることにより、メインポンプ１４の傾転角の制御が行われる。メインポンプ１４から吐出される圧油は、図１に示した走行機構２を駆動するための走行用油圧モータ２ａ及び２ｂ、旋回用油圧モータ２ｃ、ブームシリンダ８、アームシリンダ９、並びにバケットシリンダ１０といった各油圧駆動部を駆動するために、高圧油圧ライン１６を介してコントロールバルブ１７へ供給される。
【００２１】
コントロールバルブ１７は、ハイブリッド型建設機械１における油圧系の制御を行う装置である。コントロールバルブ１７には、走行用油圧モータ２ａ及び２ｂ、旋回用油圧モータ２ｃ、ブームシリンダ８、アームシリンダ９、並びにバケットシリンダ１０が高圧油圧ラインを介して接続されており、コントロールバルブ１７は、これらに供給する油圧を運転者の操作入力に応じて制御する。
【００２２】
メインポンプ１４には、パイロットポンプ１５が接続されている。パイロットポンプ１５は、油圧操作系に必要なパイロット圧を発生するための油圧ポンプである。パイロットポンプ１５には、パイロットライン２５を介して操作装置２６が接続されている。操作装置２６は、走行機構２、ブーム５、アーム６、及びバケット７を操作するための操作装置であり、操作者によって操作される。操作装置２６には、油圧ライン２７を介してコントロールバルブ１７が接続される。操作装置２６は、パイロットライン２５を通じて供給される油圧（１次側の油圧）を操作者の操作量に応じた油圧（２次側の油圧）に変換して出力する。操作装置２６から出力される２次側の油圧は、油圧ライン２７を通じてコントロールバルブ１７に供給される。
【００２３】
電動発電機１２の電気的な端子には、インバータ回路１８の出力端が接続されている。インバータ回路１８の入力端には、蓄電手段１２０が接続されている。蓄電手段１２０は、図３に示すように、直流母線であるＤＣバス１１０、昇降圧コンバータ１００及びキャパシタ１９を備えている。すなわち、インバータ回路１８の入力端は、ＤＣバス１１０を介して昇降圧コンバータ１００の入力端に接続されることとなる。昇降圧コンバータ１００の出力端には、蓄電装置としてのキャパシタ１９が接続されている。また、ＤＣバス１１０は、コンデンサ１１０ａを含む。ここで、蓄電装置としてキャパシタ１９の代わりに、リチウムイオン電池等の充放電可能な二次電池、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良い。
【００２４】
インバータ回路１８は、コントローラ３０Ａからの指令に基づき、電動発電機１２の運転制御を行う。すなわち、インバータ回路１８が電動発電機１２を力行運転させる際には、必要な電力をキャパシタ１９と昇降圧コンバータ１００からＤＣバス１１０を介して電動発電機１２に供給する。また、電動発電機１２を回生運転させる際には、電動発電機１２により発電された電力をＤＣバス１１０及び昇降圧コンバータ１００を介してキャパシタ１９に充電する。なお、昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切替制御は、ＤＣバス電圧値、キャパシタ電圧値、及びキャパシタ電流値に基づき、コントローラ３０Ａによって行われる。これにより、ＤＣバス１１０を、予め定められた一定電圧値に蓄電された状態に維持することができる。
【００２５】
なお、本実施形態の昇降圧コンバータ１００はスイッチング制御方式を備えており、図３に示すように、互いに直列に接続されたトランジスタ１００ａ及び１００ｂと、これらの接続点とキャパシタ１９の正側端子との間に接続されたリアクトル１０１と、トランジスタ１００ａに対し逆方向に並列接続されたダイオード１００ｃと、トランジスタ１００ｂに対し逆方向に並列接続されたダイオード１００ｄとを有する。トランジスタ１００ａ及び１００ｂは、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）によって構成される。直流電力をキャパシタ１９からＤＣバス１１０へ供給する際には、コントローラ３０Ａからの指令によってトランジスタ１００ａのゲートにＰＷＭ（Pulse Width Modulation）電圧が印加される。そして、トランジスタ１００ａのオン／オフに伴ってリアクトル１０１に発生する誘導起電力がダイオード１００ｄを介して伝達され、この電力がＤＣバス１１０のコンデンサ１１０ａにより平滑化される。また、直流電力をＤＣバス１１０からキャパシタ１９へ供給する際には、コントローラ３０Ａからの指令によってトランジスタ１００ｂのゲートにＰＷＭ電圧が印加されるとともに、トランジスタ１００ｂから出力される電流がリアクトル１０１により平滑化される。
【００２６】
コントローラ３０Ａは、本実施形態における制御部を構成する。コントローラ３０Ａは、ＣＰＵ及び内部メモリを含む演算処理装置によって構成され、内部メモリに格納された駆動制御用のプログラムをＣＰＵが実行することにより実現される。また、コントローラ３０Ａの電源は、キャパシタ１９とは別のバッテリ（例えば２４Ｖ車載バッテリ）である。コントローラ３０Ａは、電動発電機１２の運転制御（アシスト運転及び発電運転の切り替え）、及び、昇降圧コンバータ１００を駆動制御することによるキャパシタ１９の充放電制御を行う。
【００２７】
図４は、コントローラ３０Ａの内部構成の一部を示すブロック図である。図４に示されるように、コントローラ３０Ａは、負荷推定部３１と、トルク偏差算出部３２と、負荷判定部３３と、指令値演算部３４とを含む。
【００２８】
負荷推定部３１は、当該ハイブリッド型建設機械１において必要とされる負荷、すなわちエンジン１１に掛かる負荷を推定するための部分である。負荷推定部３１は、メインポンプ１４における油圧負荷の大きさを示す油圧負荷信号Ｓｇ１と、電動発電機１２における電気負荷の大きさを示す電気負荷信号Ｓｇ２とを入力する。なお、図４において、電気負荷信号Ｓｇ２の符号は、アシスト時には正であり、発電時には負である。負荷推定部３１は、油圧負荷信号Ｓｇ１と電気負荷信号Ｓｇ２との差を算出することにより、エンジン１１に掛かる負荷を示すエンジン負荷信号Ｓｇ３を生成する。なお、図４に示すように、負荷推定部３１は、電気負荷信号Ｓｇ２に電動発電機１２の駆動効率を乗算する効率乗算部３１ａを含んでも良い。
【００２９】
トルク偏差算出部３２は、負荷から算出される必要トルクと基準トルクとの偏差を算出する部分である。トルク偏差算出部３２は、負荷推定部３１からエンジン負荷信号Ｓｇ３を入力する。また、トルク偏差算出部３２は、エンジン１１の回転速度を検出する回転速度センサ（速度検出部）から提供される、エンジン１１の回転速度（エンジン回転数）の検出値を示す速度信号Ｓｇ４を入力する。トルク偏差算出部３２は、これらの信号Ｓｇ３及びＳｇ４と、エンジン１１の基準トルクとに基づいて、次の数式（１）よりトルク偏差Δｔを算出する。但し、数式（１）において、Ｄｕｔｙはエンジン１１に掛かる負荷であり、Ｒｅはエンジン１１の回転速度検出値であり、Ｔｒは基準トルクである。トルク偏差算出部３２は、トルク偏差Δｔを示す偏差信号Ｓｇ５を生成する。
【数１】
2015232268.tif 000003
【００３０】
負荷判定部３３は、トルク偏差算出部３２から偏差信号Ｓｇ５を入力し、トルク偏差Δｔが正の所定の閾値を超えているか否か、並びにトルク偏差Δｔが負の所定の閾値を下回っているか否かを判定する。換言すれば、負荷判定部３３は、負荷から算出される必要トルクが回転速度検出値に応じた所定のトルク範囲に含まれるか否かを判定する。ここで、所定のトルク範囲は、図７に示されるエンジン１１の等燃費率曲線において、低燃費領域を通る基準トルク線ＴＳを含むように設定される。例えば、所定のトルク範囲とは、図７に示される上限トルク線Ｔｍａｘと下限トルク線Ｔｍｉｎとによって規定される範囲である。
【００３１】
そして、必要トルクが所定のトルク範囲に含まれる場合、負荷判定部３３は、中負荷を示す判定信号Ｓｇ６を生成する。また、必要トルクが所定のトルク範囲を超えている場合、負荷判定部３３は、高負荷を示す判定信号Ｓｇ６を生成する。また、必要トルクが所定のトルク範囲を下回っている場合、負荷判定部３３は、低負荷を示す判定信号Ｓｇ６を生成する。負荷判定部３３は、判定信号Ｓｇ６を指令値演算部３４に提供する。
【００３２】
指令値演算部３４は、負荷判定部３３から提供された判定信号Ｓｇ６に基づいて、以下の各指令値を演算する。指令値演算部３４は、エンジン１１の回転速度（回転数）に関する指令値を演算し、この指令値に関するエンジン回転数指令信号Ｓｇ７をＥＣＵに提供する。また、指令値演算部３４は、メインポンプ１４の油圧に関する指令値を演算し、この指令値に関するポンプ馬力設定信号Ｓｇ８をポンプ制御弁１４Ａ（図２参照）に提供する。
【００３３】
本実施形態では、指令値演算部３４は、図７の点Ａにおいて高負荷であると判定した場合には、基準トルク線Ｔｒに基づいて、エンジン回転数をＲ１からＲ２へ上昇させるように、エンジン回転数指令信号Ｓｇ７を生成する。また、指令値演算部３４は、これと同時に、図７に示されるエンジン出力Ｐ５の値を算出する。また、点Ｃにおいて低負荷であると判定した場合には、基準トルク線Ｔｒに基づいて、エンジン回転数をＲ３からＲ２へ低下させるように、エンジン回転数指令信号Ｓｇ７を生成する。指令値演算部３４は、これと同時にエンジン出力Ｐ５の値を算出する。更に、指令値演算部３４は、算出したエンジン出力Ｐ５と、油圧負荷信号Ｓｇ１とを基に、ポンプ馬力設定信号Ｓｇ８を求める。また、指令値演算部３４は、油圧負荷信号Ｓｇ１とエンジン出力Ｐ５とに基づいて、アシストモータ出力Ｐａを算出する（Ｐａ＝Ｓｇ１−Ｐ５）。そして、求められたアシストモータ出力Ｐａを速度信号Ｓｇ１０で除算することにより、後述するアシストモータトルク指令信号Ｓｇ９が算出される。
【００３４】
図５は、ハイブリッド型建設機械１の構成要素間における機能的な関わりを示す制御ブロック図である。図５には、コントローラ３０Ａの内部構成の一部と、エンジン１１と、電動発電機１２と、変速機１３と、エンジン１１を制御するエンジンコントローラユニット（ＥＣＵ）４０と、回転速度センサ４１，４２とが示されている。回転速度センサ４１は、エンジン１１の回転速度を検出する回転速度検出部であり、上述した速度信号Ｓｇ４を生成する。回転速度センサ４２は、電動発電機１２の回転速度を検出するセンサである。
【００３５】
図５に示されるように、電動発電機１２の回転トルクＴｍは、変速機１３によってＮ倍され、エンジン１１に入力される。ここで、Ｎは、変速機１３の減速比である。エンジン１１では、このＮ倍されたトルクＴｍと、エンジン１１自身が生み出したトルクＴｅとの和が入力され、回転速度（回転数）Ｒが出力される。エンジン１１の回転速度（回転数）Ｒｅは、回転速度センサ４１によって検出され、回転速度Ｒｅに関する速度信号Ｓｇ４がＥＣＵ４０へ送られる。また、電動発電機１２の回転速度Ｒｍは、回転速度ＲｅをＮ倍した数値として表され、回転速度センサ４２によって検出される。回転速度センサ４２は、回転速度Ｒｍに関する速度信号Ｓｇ１０をコントローラ３０Ａに提供する。
【００３６】
ＥＣＵ４０は、コントローラ３０Ａにおいて生成されたエンジン回転数指令信号Ｓｇ７と、現在のエンジン１１の回転速度Ｒｅに関する速度信号Ｓｇ４との差を演算する。この差に基づいて、ＥＣＵ４０の速度制御部４０ａが噴射量を算出する。噴射量の算出には、例えばＰＩＤ制御が用いられる。ＥＣＵ４０の噴射量制限部４０ｂは、この噴射量に基づいて、燃料流量を決定し、この燃料流量を指令するための燃料指令信号Ｓｇ１１を生成する。なお、この噴射量が許容上限値を超えた場合には、燃料流量は許容上限値を超えないように制限される。こうして生成された燃料指令信号Ｓｇ１１に基づいて、エンジン１１が制御される。
【００３７】
図５に示されるように、コントローラ３０Ａは、トルク算出部３５、速度制御部３６、スイッチ部３７、トルク制御部３８、及び制御方法判定部３９Ａを更に含む。トルク算出部３５には、アシストモータトルク指令信号Ｓｇ９と、回転速度センサ４２から提供された速度信号Ｓｇ１０とが入力される。トルク算出部３５は、これらの信号Ｓｇ９及びＳｇ１０に基づいて、電動発電機１２へのトルク指令値Ｔａ１を算出する。
【００３８】
また、速度制御部３６には、エンジン回転数指令信号Ｓｇ７により示される回転速度指令値を減速比（Ｎ）倍した値と、速度信号Ｓｇ１０により示される電動発電機１２の回転速度Ｒｍとの偏差が入力される。速度制御部３６は、この偏差に基づいて、電動発電機１２へのトルク指令値Ｔａ２を算出する。
【００３９】
スイッチ部３７は、トルク指令値Ｔａ１及びトルク指令値Ｔａ２のいずれか一方を選択し、その選択した値をトルク制御部３８に入力する。スイッチ部３７の選択は、制御方法判定部３９Ａによって制御される。制御方法判定部３９Ａは、エンジン回転数指令信号Ｓｇ７と、速度信号Ｓｇ４と、燃料指令信号Ｓｇ１１とを入力し、これらの信号に基づいてスイッチ部３７を制御する。トルク制御部３８は、電動発電機１２の出力トルクがスイッチ部３７により選択された値に近づくように、電動発電機１２を制御するための信号をインバータ回路１８（図２参照）へ出力する。
【００４０】
ここで、制御方法判定部３９Ａによるスイッチ部３７の制御方法について更に説明する。まず、制御方法判定部３９Ａは、速度信号Ｓｇ４に示されるエンジン１１の回転速度Ｒｅに基づいて、エンジン１１の現在の出力（パワー）を算出する。続いて、制御方法判定部３９Ａは、エンジン１１の回転速度Ｒｅと、エンジン回転数指令信号Ｓｇ７に示された、エンジン１１への負荷に対応する回転速度目標値との偏差を算出する。そして、制御方法判定部３９Ａは、この偏差が所定の範囲に含まれる場合に、現在のエンジン出力と負荷との差に応じた制御を行う為に、トルク指令値Ｔａ１を選択するようにスイッチ部３７を制御する（トルク制御モード）。また、このとき、コントローラ３０Ａは、現在のエンジン１１の回転速度Ｒｅを維持する為に、エンジン回転数指令信号Ｓｇ７を一定に維持する。
【００４１】
他方、制御方法判定部３９Ａは、上記偏差が所定の範囲から逸脱した場合に、トルク指令値Ｔａ２を選択するようにスイッチ部３７を制御する（速度制御モード）。上記偏差が所定の範囲を超えた場合、速度制御部３６は、エンジン１１の回転速度Ｒｅが増速するようにトルク指令値Ｔａ２を生成する。これにより、コントローラ３０Ａは、回転速度Ｒｅを増速させる為の正の回転トルクを電動発電機１２から出力させることとなる。また、上記偏差が所定の範囲を下回った場合、速度制御部３６は、エンジン１１の回転速度Ｒｅが減速するようにトルク指令値Ｔａ２を生成する。具体的には、速度制御部３６は、エンジン１１の駆動力によって電動発電機１２が発電を行うようにトルク指令値Ｔａ２を生成する。これにより、コントローラ３０Ａは、回転速度Ｒｅを減速させる為の負の回転トルクを電動発電機１２から出力させることとなる。ここで、トルク制御モードから速度制御モードへ切り替わる際に、トルクの急激な変化を防止する必要がある。このために、速度制御モードの間にトルク制御部３８から出力される制御信号は、トルク制御モードで最後に用いたトルク指令値Ｔａ１に対し、速度制御モードで生成したトルク指令値Ｔａ２を加算、若しくは、減算して出力される。
【００４２】
上述した所定の範囲について更に説明する。図６は、エンジン１１の等燃費率曲線を示すグラフである。このグラフにおいて、エンジン１１の回転数の下限値は回転数Ｌとして示され、上限値は回転数Ｈとして示されている。エンジン１１の回転数は、回転数Ｌと回転数Ｈとの間に含まれるように制御される。図６の縦軸はエンジントルク（Ｎｍ）を示しており、横軸はエンジン回転数（ｒｐｍ）を示している。図６において、エンジン１１の等出力線が点線で示され、等燃費線が太い実線で示され、基準トルク線ＴＳが太い一点鎖線で示されている。
【００４３】
基準トルク線ＴＳは、エンジン１１の回転トルクが最大値に近く、且つ燃料消費率が少ない点を結んだ連続線である。この基準トルク線ＴＳは、エンジン１１の回転数が変化した際に、その回転数での回転トルクの最大値に近い領域において燃料消費率が低くなる点を結んだ線であり、エンジン１１に固有の等燃費率曲線に基づいて予め設定される。
【００４４】
エンジン１１の回転トルクが基準トルク線ＴＳの最小値より小さいときには、エンジン１１の回転数は下限値である回転数Ｌに設定される。このとき、エンジン１１に要求される回転トルクが増加しても、エンジン回転数は一定（回転数Ｌ）に維持される。すなわち、エンジン１１の運転状態は図６の矢印Ａ１に沿って変化する。エンジン１１に要求される回転トルクが増加して基準トルク線ＴＳの最小値に達すると、エンジン１１の回転数を可変にしてエンジン１１の回転トルクが制御される。すなわち、エンジン１１の運転状態は基準トルク線ＴＳに沿って図６の矢印Ａ２の方向に変化する。
【００４５】
図７は、エンジン１１の回転数を基準トルク線ＴＳに沿って変化させる際の動作を説明するための図であり、図６に示したグラフの一部を示している。基準トルク線ＴＳを中心として回転トルクが大きい側に上限トルク線Ｔｍａｘが設定され、小さい側に下限トルク線Ｔｍｉｎが設定される。
【００４６】
いま、エンジン１１が、基準トルク線ＴＳ上の回転数及び回転トルクを出力しているとする（図７の点Ａ）。現在の回転トルクより大きな回転トルクが要求されると（すなわちエンジン負荷が増大すると）、制御方法判定部３９Ａは、エンジン１１の回転速度Ｒｅと、エンジン回転数指令信号Ｓｇ７に示された、エンジン１１への負荷に対応する回転速度目標値との偏差に基づいてこの要求を知る。そして、制御方法判定部３９Ａは、この偏差が所定の範囲に含まれる場合、すなわち要求される回転トルクが上限トルク線Ｔｍａｘより小さい場合に、現在のエンジン出力と負荷との差に応じた制御を行う為に、トルク指令値Ｔａ１を選択するようにスイッチ部３７を制御する（トルク制御モード）。このとき、コントローラ３０Ａはエンジン回転数指令信号Ｓｇ７を一定に維持するので、図７に示されるように、エンジン１１の運転状態は、回転数が一定でトルクが上昇する方向、すなわち点Ａから矢印ａの方向に変化する。
【００４７】
エンジン１１に要求される回転トルクが基準トルク線ＴＳからΔｔ１だけ増大して上限トルク線Ｔｍａｘに達すると（図７の点Ｂ）、エンジン１１の回転速度Ｒｅと、エンジン回転数指令信号Ｓｇ７に示された、エンジン１１への負荷に対応する回転速度目標値との偏差が、上記した所定の範囲を超えることとなる。このとき、速度制御部３６は、エンジン１１の回転数が増大するようにトルク指令値Ｔａ２を生成する。また、制御方法判定部３９Ａは、トルク指令値Ｔａ２を選択するようにスイッチ部３７を制御する（速度制御モード）。これにより、電動発電機１２は、エンジン１１の回転数を増大させる為の正の回転トルクを出力する。このとき、エンジン１１の回転数は、所定の回転数Δｒ１だけ増大する。この回転数の増大は、図７において矢印ｂで示される。
【００４８】
エンジン１１の回転数をΔｒ１だけ増大させると、それに伴い出力も増大し、エンジン１１の動作は点Ｃに移る。ここで、エンジン１１に現在要求されている回転トルクは、点Ｂにおける回転トルクである。従って、点Ｃから矢印ｃで示される方向にエンジン１１の動作状態を移すことにより、エンジン１１の回転トルクをΔｔ２だけ小さくする。その結果、エンジン１１の動作は点Ｃから点Ｄに移る。点Ｂと点Ｄはエンジン出力が互いに等しく、点Ｄは、点Ｂから等出力線に沿って移動した点となる。すなわち、点Ｄは、点Ｂを通る等出力線と基準トルク線ＴＳとの交点である。
【００４９】
以上のように、エンジン１１に高負荷が掛かって回転トルクを増大する際には、基準トルク線ＴＳからのトルク偏差Δｔ１に相当するエンジン回転数の増大分Δｒ１を求め、エンジン１１の目標回転数を現在の回転数ＲｅにΔｒ１を加えた値（Ｒｅ＋Δｒ１）に更新する。そして、エンジン１１の回転数が更新した目標回転数（Ｒｅ＋Δｒ１）に近づくように、電動発電機１２のインバータ回路１８に力行運転指令を送る。これにより、エンジン１１の回転数を増大させて出力を増大させながら、基準トルク線ＴＳに沿った燃料消費率を達成することができる。
【００５０】
また、エンジン１１が、基準トルク線ＴＳ上の回転数及び回転トルクを出力しているとする（図７の点Ｅ）。現在の回転トルクより小さな回転トルクが要求されると（すなわちエンジン負荷が減少すると）、制御方法判定部３９Ａは、エンジン１１の回転速度Ｒｅと、エンジン回転数指令信号Ｓｇ７に示された、エンジン１１への負荷に対応する回転速度目標値との偏差に基づいてこの要求を知る。そして、制御方法判定部３９Ａは、この偏差が所定の範囲に含まれる場合、すなわち要求される回転トルクが下限トルク線Ｔｍｉｎより小さい場合に、現在のエンジン出力と負荷との差に応じた制御を行う為に、トルク指令値Ｔａ１を選択するようにスイッチ部３７を制御する（トルク制御モード）。このとき、コントローラ３０Ａはエンジン回転数指令信号Ｓｇ７を一定に維持するので、図７に示されるように、エンジン１１の運転状態は、回転数が一定でトルクが減少する方向、すなわち点Ｅから矢印ｅの方向に変化する。
【００５１】
エンジン１１に要求される回転トルクが基準トルク線ＴＳからΔｔ３だけ減少して下限トルク線Ｔｍｉｎに達すると（図７の点Ｆ）、エンジン１１の回転速度Ｒｅと、エンジン回転数指令信号Ｓｇ７に示された、エンジン１１への負荷に対応する回転速度目標値との偏差が、上記した所定の範囲を下回ることとなる。このとき、速度制御部３６は、エンジン１１の回転数が低下するようにトルク指令値Ｔａ２を生成する。また、制御方法判定部３９Ａは、トルク指令値Ｔａ２を選択するようにスイッチ部３７を制御する（速度制御モード）。これにより、電動発電機１２は、エンジン１１の回転数を低下させる為の負の回転トルクを出力する。すなわち、電動発電機１２は、エンジン１１の駆動力を利用して発電を行う。このとき、エンジン１１の回転数は、所定の回転数Δｒ２だけ低下する。この回転数の低下は、図７において矢印ｆで示される。
【００５２】
エンジン１１の回転数をΔｒ２だけ低下させると、それに伴い出力も低下し、エンジン１１の動作は点Ｇに移る。エンジン１１に現在要求されている回転トルクは点Ｆにおける回転トルクなので、点Ｇから矢印ｇで示される方向にエンジン１１の動作状態を移すことにより、エンジン１１の回転トルクをΔｔ４だけ大きくする。その結果、エンジン１１の動作は点Ｇから点Ｄに移る。点Ｆと点Ｄはエンジン出力が互いに等しく、点Ｄは、点Ｆから等出力線に沿って移動した点となる。すなわち、点Ｄは、点Ｆを通る等出力線と基準トルク線ＴＳとの交点である。
【００５３】
以上のように、エンジン１１の負荷が減少して回転トルクを低下させる際には、基準トルク線ＴＳからのトルク偏差Δｔ３に相当するエンジン回転数の増大分Δｒ２を求め、エンジン１１の目標回転数を現在の回転数ＲｅからΔｒ２を減じた値（Ｒｅ−Δｒ２）に更新する。そして、エンジン１１の回転数が更新した目標回転数（Ｒｅ−Δｒ２）に近づくように、電動発電機１２のインバータ回路１８に発電指令を送る。これにより、エンジン１１の回転数を低下させて出力を減少させながら、基準トルク線ＴＳに沿った燃料消費率を達成することができる。
【００５４】
以上に説明したハイブリッド型建設機械１においては、エンジン１１の回転数を所定の範囲内で基準トルク線ＴＳに沿って任意の回転数に制御しながら、燃料消費率が低くなる条件でエンジン１１を動作させる。また、回転トルクが基準トルク線ＴＳを中心にした所定の範囲を越えた（或いは下回った）場合にエンジン回転数を可変制御することにより、燃料消費率が低くなる条件でエンジン１１を動作させる。従って、本実施形態のハイブリッド型建設機械１によれば、要求負荷の増減に対して燃料消費率を更に向上することができる。
【００５５】
（第１の変形例）
続いて、上記実施形態の一変形例について説明する。なお、本変形例に係るハイブリッド型建設機械の構成のうち、コントローラ以外の構成については上述したハイブリッド型建設機械１と同様なので、詳細な説明を省略する。
【００５６】
図８は、本変形例に係るコントローラ３０Ｂの内部構成の一部を示すブロック図である。図８に示されるように、コントローラ３０Ｂは、負荷推定部３１と、トルク偏差算出部３２と、負荷判定部３３と、指令値演算部３４とを含む。なお、負荷推定部３１、トルク偏差算出部３２の構成および機能は、上述した実施形態と同様である。
【００５７】
負荷判定部３３は、トルク偏差算出部３２から偏差信号Ｓｇ５を入力し、トルク偏差Δｔが正の所定の閾値を超えているか否か、並びにトルク偏差Δｔが負の所定の閾値を下回っているか否かを判定する。換言すれば、負荷判定部３３は、負荷から算出される必要トルクが回転速度検出値に応じた所定のトルク範囲に含まれるか否かを判定する。ここで、所定のトルク範囲は、図７に示したエンジン１１の等燃費率曲線において、低燃費領域を通る基準トルク線ＴＳを含むように設定される。例えば、所定のトルク範囲とは、図７に示した上限トルク線Ｔｍａｘと下限トルク線Ｔｍｉｎとによって規定される範囲である。
【００５８】
そして、必要トルクが所定のトルク範囲に含まれる場合、負荷判定部３３は、中負荷を示す判定信号Ｓｇ６を生成する。また、必要トルクが所定のトルク範囲を超えている場合、負荷判定部３３は、高負荷を示す判定信号Ｓｇ６を生成する。また、必要トルクが所定のトルク範囲を下回っている場合、負荷判定部３３は、低負荷を示す判定信号Ｓｇ６を生成する。負荷判定部３３は、判定信号Ｓｇ６を指令値演算部３４に提供する。
【００５９】
指令値演算部３４は、負荷判定部３３から提供された判定信号Ｓｇ６に基づいて、以下の各指令値を演算する。指令値演算部３４は、エンジン１１の回転速度（回転数）に関する指令値を演算し、この指令値に関するエンジン回転数指令信号Ｓｇ７をＥＣＵに提供する。また、指令値演算部３４は、メインポンプ１４の油圧に関する指令値を演算し、この指令値に関するポンプ馬力設定信号Ｓｇ８をポンプ制御弁１４Ａ（図２参照）に提供する。
【００６０】
本実施形態では、指令値演算部３４は、図７の点Ａにおいて高負荷であると判定した場合には、基準トルク線Ｔｒに基づいて、エンジン回転数をＲ１からＲ２へ上昇させるように、エンジン回転数指令信号Ｓｇ７を生成する。また、指令値演算部３４は、これと同時に、図７に示されるエンジン出力Ｐ５の値を算出する。また、点Ｃにおいて低負荷であると判定した場合には、基準トルク線Ｔｒに基づいて、エンジン回転数をＲ３からＲ２へ低下させるように、エンジン回転数指令信号Ｓｇ７を生成する。指令値演算部３４は、これと同時にエンジン出力Ｐ５の値を算出する。更に、指令値演算部３４は、算出したエンジン出力Ｐ５と、油圧負荷信号Ｓｇ１とを基に、ポンプ馬力設定信号Ｓｇ８を求める。また、指令値演算部３４は、油圧負荷信号Ｓｇ１とエンジン出力Ｐ５とに基づいて、アシストモータ出力Ｐａを算出する（Ｐａ＝Ｓｇ１−Ｐ５）。そして、求められたアシストモータ出力Ｐａを速度信号Ｓｇ１０で除算することにより、後述するアシストモータトルク指令信号Ｓｇ９が算出される。
【００６１】
図９は、本変形例における、ハイブリッド型建設機械の構成要素間の機能的な関わりを示す制御ブロック図である。図９には、コントローラ３０Ｂの内部構成の一部と、エンジン１１と、電動発電機１２と、変速機１３と、エンジン１１を制御するＥＣＵ４０と、回転速度センサ４１，４２とが示されている。なお、これらの構成要素のうち、コントローラ３０Ｂを除く他の構成は上記実施形態と同様である。
【００６２】
コントローラ３０Ｂは、トルク算出部３５、速度制御部３６、スイッチ部３７、トルク制御部３８、及び制御方法判定部３９Ｂを更に含む。トルク算出部３５には、アシストモータトルク指令信号Ｓｇ９と、回転速度センサ４２から提供された速度信号Ｓｇ１０とが入力される。トルク算出部３５は、これらの信号Ｓｇ９及びＳｇ１０に基づいて、電動発電機１２へのトルク指令値Ｔａ１を算出する。
【００６３】
また、速度制御部３６には、エンジン回転数指令信号Ｓｇ７により示される回転速度指令値を減速比（Ｎ）倍した値と、速度信号Ｓｇ１０により示される電動発電機１２の回転速度Ｒｍとの偏差が入力される。速度制御部３６は、この偏差に基づいて、電動発電機１２へのトルク指令値Ｔａ２を算出する。
【００６４】
スイッチ部３７は、トルク指令値Ｔａ１及びトルク指令値Ｔａ２のいずれか一方を選択し、その選択した値をトルク制御部３８に入力する。スイッチ部３７の選択は、制御方法判定部３９Ｂによって制御される。制御方法判定部３９Ｂは、負荷判定部３３（図８参照）からの判定信号Ｓｇ６を入力し、この判定信号Ｓｇ６に基づいてスイッチ部３７を制御する。トルク制御部３８は、電動発電機１２の出力トルクがスイッチ部３７により選択された値に近づくように、電動発電機１２を制御するための信号をインバータ回路１８（図２参照）へ出力する。
【００６５】
ここで、制御方法判定部３９Ｂによるスイッチ部３７の制御方法について更に説明する。制御方法判定部３９Ｂは、判定信号Ｓｇ６が中負荷を示す場合、すなわち負荷から算出される必要トルクが回転速度検出値に応じた所定のトルク範囲に含まれる場合には、現在のエンジン出力と負荷との差に応じた制御を行う為に、トルク指令値Ｔｂ１を選択するようにスイッチ部３７を制御する（トルク制御モード）。また、このとき、コントローラ３０Ｂは、現在のエンジン１１の回転速度Ｒｅを維持する為に、エンジン回転数指令信号Ｓｇ７を一定に維持する。
【００６６】
他方、制御方法判定部３９Ｂは、必要トルクが所定のトルク範囲から逸脱した場合に、トルク指令値Ｔｂ２を選択するようにスイッチ部３７を制御する（速度制御モード）。必要トルクが所定のトルク範囲を超えた場合、速度制御部３６は、エンジン１１の回転速度Ｒｅが増速するようにトルク指令値Ｔｂ２を生成する。これにより、コントローラ３０Ｂは、回転速度Ｒｅを増速させる為の正の回転トルクを電動発電機１２から出力させることとなる。また、必要トルクが所定のトルク範囲を下回った場合、速度制御部３６は、エンジン１１の回転速度Ｒｅが減速するようにトルク指令値Ｔｂ２を生成する。具体的には、速度制御部３６は、エンジン１１の駆動力によって電動発電機１２が発電を行うようにトルク指令値Ｔｂ２を生成する。これにより、コントローラ３０Ｂは、回転速度Ｒｅを減速させる為の負の回転トルクを電動発電機１２から出力させることとなる。ここで、トルク制御モードから速度制御モードへ切り替わる際に、トルクの急激な変化を防止する必要がある。このために、速度制御モードの間にトルク制御部３８から出力される制御信号は、トルク制御モードで最後に用いたトルク指令値Ｔｂ１に対し、速度制御モードで生成したトルク指令値Ｔｂ２を加算、若しくは、減算して出力される。
【００６７】
図６及び図７を再び参照して、本変形例における所定のトルク範囲について更に説明する。本変形例においても、エンジン１１の回転数は、回転数Ｌと回転数Ｈとの間に含まれるように制御される。そして、エンジン１１の回転トルクが基準トルク線ＴＳの最小値より小さいときには、エンジン１１の回転数は下限値である回転数Ｌに設定される。このとき、エンジン１１に要求される回転トルクが増加しても、エンジン回転数は一定（回転数Ｌ）に維持される。すなわち、エンジン１１の運転状態は図６の矢印Ａ１に沿って変化する。エンジン１１に要求される回転トルクが増加して基準トルク線ＴＳの最小値に達すると、エンジン１１の回転数を可変にしてエンジン１１の回転トルクが制御される。すなわち、エンジン１１の運転状態は基準トルク線ＴＳに沿って図６の矢印Ａ２の方向に変化する。
【００６８】
いま、エンジン１１が、基準トルク線ＴＳ上の回転数及び回転トルクを出力しているとする（図７の点Ａ）。現在の回転トルクより大きな回転トルクが要求された場合（すなわちエンジン負荷が増大した場合）、判定信号Ｓｇ６が中負荷を示していれば、制御方法判定部３９Ｂは、要求トルクが所定の範囲に含まれる（すなわち要求される回転トルクが上限トルク線Ｔｍａｘより小さい）と判断する。このとき、制御方法判定部３９Ｂは、現在のエンジン出力と負荷との差に応じた制御を行う為に、トルク指令値Ｔａ１を選択するようにスイッチ部３７を制御する（トルク制御モード）。このとき、コントローラ３０Ｂはエンジン回転数指令信号Ｓｇ７を一定に維持するので、図７に示されるように、エンジン１１の運転状態は、回転数が一定でトルクが上昇する方向、すなわち点Ａから矢印ａの方向に変化する。
【００６９】
エンジン１１に要求される回転トルクが基準トルク線ＴＳからΔｔ１だけ増大して上限トルク線Ｔｍａｘに達すると（図７の点Ｂ）、判定信号Ｓｇ６が高負荷を示す。すなわち、要求トルクが所定の範囲を超えたこととなる。このとき、速度制御部３６は、エンジン１１の回転数が増大するようにトルク指令値Ｔａ２を生成する。また、制御方法判定部３９Ｂは、トルク指令値Ｔａ２を選択するようにスイッチ部３７を制御する（速度制御モード）。これにより、電動発電機１２は、エンジン１１の回転数を増大させる為の正の回転トルクを出力する。このとき、エンジン１１の回転数は、所定の回転数Δｒ１だけ増大する。この回転数の増大は、図７において矢印ｂで示される。
【００７０】
エンジン１１の回転数をΔｒ１だけ増大させると、それに伴い出力も増大し、エンジン１１の動作は点Ｃに移る。ここで、エンジン１１に現在要求されている回転トルクは、点Ｂにおける回転トルクである。従って、点Ｃから矢印ｃで示される方向にエンジン１１の動作状態を移すことにより、エンジン１１の回転トルクをΔｔ２だけ小さくする。その結果、エンジン１１の動作は点Ｃから点Ｄに移る。点Ｄは、点Ｂを通る等出力線と基準トルク線ＴＳとの交点である。
【００７１】
以上のように、エンジン１１に高負荷が掛かって回転トルクを増大する際には、基準トルク線ＴＳからのトルク偏差Δｔ１に相当するエンジン回転数の増大分Δｒ１を求め、エンジン１１の目標回転数を現在の回転数ＲｅにΔｒ１を加えた値（Ｒｅ＋Δｒ１）に更新する。そして、エンジン１１の回転数が更新した目標回転数（Ｒｅ＋Δｒ１）に近づくように、電動発電機１２のインバータ回路１８に力行運転指令を送る。これにより、エンジン１１の回転数を増大させて出力を増大させながら、基準トルク線ＴＳに沿った燃料消費率を達成することができる。
【００７２】
また、エンジン１１が、基準トルク線ＴＳ上の回転数及び回転トルクを出力しているとする（図７の点Ｅ）。現在の回転トルクより小さな回転トルクが要求された場合（すなわちエンジン負荷が増大した場合）、判定信号Ｓｇ６が中負荷を示していれば、制御方法判定部３９Ｂは、要求トルクが所定の範囲に含まれる（すなわち要求される回転トルクが下限トルク線Ｔｍｉｎより大きい）と判断する。このとき、制御方法判定部３９Ｂは、現在のエンジン出力と負荷との差に応じた制御を行う為に、トルク指令値Ｔａ１を選択するようにスイッチ部３７を制御する（トルク制御モード）。このとき、コントローラ３０Ｂはエンジン回転数指令信号Ｓｇ７を一定に維持するので、図７に示されるように、エンジン１１の運転状態は、回転数が一定でトルクが減少する方向、すなわち点Ｅから矢印ｅの方向に変化する。
【００７３】
エンジン１１に要求される回転トルクが基準トルク線ＴＳからΔｔ３だけ減少して下限トルク線Ｔｍｉｎに達すると（図７の点Ｆ）、判定信号Ｓｇ６が低負荷を示す。すなわち、要求トルクが所定の範囲を下回ったこととなる。このとき、速度制御部３６は、エンジン１１の回転数が低下するようにトルク指令値Ｔａ２を生成する。また、制御方法判定部３９Ｂは、トルク指令値Ｔａ２を選択するようにスイッチ部３７を制御する（速度制御モード）。これにより、電動発電機１２は、エンジン１１の回転数を低下させる為の負の回転トルクを出力する。すなわち、電動発電機１２は、エンジン１１の駆動力を利用して発電を行う。このとき、エンジン１１の回転数は、所定の回転数Δｒ２だけ低下する。この回転数の低下は、図７において矢印ｆで示される。
【００７４】
エンジン１１の回転数をΔｒ２だけ低下させると、それに伴い出力も低下し、エンジン１１の動作は点Ｇに移る。エンジン１１に現在要求されている回転トルクは点Ｆにおける回転トルクなので、点Ｇから矢印ｇで示される方向にエンジン１１の動作状態を移すことにより、エンジン１１の回転トルクをΔｔ４だけ大きくする。その結果、エンジン１１の動作は点Ｇから点Ｄに移る。点Ｄは、点Ｆを通る等出力線と基準トルク線ＴＳとの交点である。
【００７５】
以上のように、エンジン１１の負荷が減少して回転トルクを低下させる際には、基準トルク線ＴＳからのトルク偏差Δｔ３に相当するエンジン回転数の増大分Δｒ２を求め、エンジン１１の目標回転数を現在の回転数ＲｅからΔｒ２を減じた値（Ｒｅ−Δｒ２）に更新する。そして、エンジン１１の回転数が更新した目標回転数（Ｒｅ−Δｒ２）に近づくように、電動発電機１２のインバータ回路１８に発電指令を送る。これにより、エンジン１１の回転数を低下させて出力を減少させながら、基準トルク線ＴＳに沿った燃料消費率を達成することができる。
【００７６】
以上に説明した変形例においては、エンジン１１の回転数を所定のトルク範囲内で基準トルク線ＴＳに沿って任意の回転数に制御しながら、燃料消費率が低くなる条件でエンジン１１を動作させる。また、回転トルクが基準トルク線ＴＳを中心にした所定のトルク範囲を越えた（或いは下回った）場合にエンジン回転数を可変制御することにより、燃料消費率が低くなる条件でエンジン１１を動作させる。従って、本変形例のハイブリッド型建設機械によれば、要求負荷の増減に対して燃料消費率を更に向上することができる。
【００７７】
（第２の変形例）
図１０は、別の変形例に係るハイブリッド型建設機械の構成を示すブロック図である。本変形例と上記実施形態との相違点は、旋回用油圧モータ２ｃに代えて旋回用電動機２１を設けた点である。
【００７８】
本変形例の蓄電手段１２０には、インバータ回路２０が接続されている。インバータ回路２０の一端には旋回用電動機２１が接続されており、インバータ回路２０の他端は蓄電手段１２０のＤＣバス１１０に接続されている。旋回用電動機２１は、旋回体４を旋回させる旋回機構３の動力源である。旋回用電動機２１の回転軸２１Ａには、レゾルバ２２、メカニカルブレーキ２３、及び旋回減速機２４が接続される。
【００７９】
旋回用電動機２１が力行運転を行う際には、旋回用電動機２１の回転駆動力の回転力が旋回減速機２４にて増幅され、旋回体４が加減速制御され回転運動を行う。また、旋回体４の慣性回転により、旋回減速機２４にて回転数が増加されて旋回用電動機２１に伝達され、回生電力を発生させる。旋回用電動機２１は、ＰＷＭ制御信号によりインバータ回路２０によって交流駆動される。旋回用電動機２１としては、例えば、磁石埋込型のＩＰＭモータが好適である。
【００８０】
レゾルバ２２は、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａの回転位置及び回転角度を検出するセンサであり、旋回用電動機２１と機械的に連結することで回転軸２１Ａの回転角度及び回転方向を検出する。レゾルバ２２が回転軸２１Ａの回転角度を検出することにより、旋回機構３の回転角度及び回転方向が導出される。メカニカルブレーキ２３は、機械的な制動力を発生させる制動装置であり、コントローラ３０Ａからの指令によって、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａを機械的に停止させる。旋回減速機２４は、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａの回転速度を減速して旋回機構３に機械的に伝達する減速機である。
【００８１】
なお、ＤＣバス１１０には、インバータ回路１８及び２０を介して、電動発電機１２及び旋回用電動機２１が接続されているので、電動発電機１２で発電された電力が旋回用電動機２１に直接的に供給される場合もあり、旋回用電動機２１で回生された電力が電動発電機１２に供給される場合もある。
【００８２】
操作装置２６には、油圧ライン２８を介して圧力センサ２９が接続される。操作装置２６から出力される２次側の油圧は、圧力センサ２９によって検出される。圧力センサ２９は、操作装置２６に対して旋回機構３を旋回させるための操作が入力されると、この操作量を油圧ライン２８内の油圧の変化として検出する。圧力センサ２９は、油圧ライン２８内の油圧を表す電気信号を出力する。この電気信号は、コントローラ３０Ａ（３０Ｂ）に入力され、旋回用電動機２１の駆動制御に用いられる。
【００８３】
コントローラ３０Ａ（３０Ｂ）は、圧力センサ２９から入力される信号のうち、旋回機構３を旋回させるための操作量を表す信号を速度指令に変換し、旋回用電動機２１の駆動制御を行う。
【００８４】
たとえば本変形例のような構成のハイブリッド型建設機械であっても、上記実施形態による作用効果を好適に得ることができる。
【符号の説明】
【００８５】
１…ハイブリッド型建設機械、２…走行機構、２ａ，２ｂ…油圧モータ、３…旋回機構、４…旋回体、５…ブーム、６…アーム、７…バケット、８…ブームシリンダ、９…アームシリンダ、１０…バケットシリンダ、１１…エンジン、１２…電動発電機、１３…変速機、１４…メインポンプ、１５…パイロットポンプ、１６…高圧油圧ライン、１７…コントロールバルブ、１８…インバータ回路、１９…キャパシタ、２６…操作装置、３０Ａ，３０Ｂ…コントローラ、３１…負荷推定部、３２…トルク偏差算出部、３３…負荷判定部、３４…指令値演算部、３５…トルク算出部、３６…速度制御部、３７…スイッチ部、３８…トルク制御部、３９Ａ，３９Ｂ…制御方法判定部、４０…ＥＣＵ、４１，４２…回転速度センサ、１００…昇降圧コンバータ、１０１…リアクトル、１１０…ＤＣバス、１２０…蓄電手段。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成27年9月28日(2015.9.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関発動機と、
前記内燃機関発動機の回転速度を検出する速度検出部と、
前記内燃機関発動機の出力を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
選択した回転速度目標値に基づいて前記内燃機関発動機の回転速度を制御し、選択した前記回転速度目標値に対応して定められるトルクの上下限範囲に維持されるように前記内燃機関発動機のトルクを制御するものであって、
前記内燃機関発動機に要求されている出力が、選択した前記回転速度目標値に対応して決まる上下限トルクの範囲では達成できないとき、前記回転速度目標値を変化させる、建設機械。
【請求項２】
前記制御部は、前記内燃機関発動機における、要求されている出力に対して現在の出力が不足している場合は、不足分に相当する出力を増加させるためにトルクのみ増加させるか、前記回転速度目標値を増加させるか、を判断する、請求項１に記載の建設機械。
【請求項３】
前記制御部は、前記内燃機関発動機における、要求されている出力に対して現在の出力が過剰の場合は、過剰分に相当する出力を減少させるためにトルクのみ減少させるか、前記回転速度目標値を減少させるか、を判断する、請求項１又は２に記載の建設機械。
【請求項４】
前記制御部は、前記内燃機関発動機において要求されている要求出力に対応する前記回転速度目標値を記憶しており、前記速度検出部によって検出された前記内燃機関発動機における回転速度検出値と、前記要求出力に対応する前記回転速度目標値と、の偏差が所定の範囲内の場合に、前記内燃機関発動機の選択した前記回転速度目標値を維持しつつ前記内燃機関発動機のトルクを変化させ、前記偏差が前記所定の範囲外の場合には、選択した前記回転速度目標値を異なる回転速度目標値に変化させる請求項１〜３の何れか一項に記載の建設機械。
【請求項５】
前記制御部は、前記内燃機関発動機において要求されている要求出力、及び前記速度検出部によって検出された前記内燃機関発動機における回転速度検出値から、前記内燃機関発動機が出力すべきトルクを算出し、前記出力すべきトルクが選択した前記回転速度目標値に対応して定められたトルク上下限範囲を逸脱している場合は、選択した前記回転速度目標値を異なる回転速度目標値に変化させる、請求項１〜３の何れか一項に記載の建設機械。
【請求項６】
前記内燃機関発動機に連結され、前記内燃機関発動機の駆動力により発電を行うとともに、自身の駆動力により前記内燃機関発動機の駆動力を補助する電動発電機を更に備え、
前記制御部は、前記内燃機関発動機の前記回転速度目標値を変化させると判断した場合は、複数の回転速度目標値から選択して前記内燃機関発動機の前記回転速度目標値を変化させ、前記内燃機関発動機の前記変化させた目標回転速度値と、前記速度検出部によって検出された回転速度検出値との偏差が減少するように、前記電動発電機を回転速度制御し、前記内燃機関発動機の前記回転速度目標値を変化させない場合は、前記電動発電機をトルク制御させる、請求項１〜５の何れか一項に記載の建設機械。