(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関と、
該内燃機関と機械的に結合された電動機と、
該電動機に電力を供給する蓄電装置とを有し、
前記内燃機関と前記電動機により油圧発生機を駆動して作業を行う建設機械であって、
前記内燃機関のトルク目標に対して時間変化率が所定値よりも大きくならないように制限した第１のトルク指令を求める第１の制御手段と、
回転速度指令と前記電動機の回転速度の偏差に基づき前記電動機の回転速度が前記回転速度指令に一致するような第２のトルク指令を求める第２の制御手段とを
備え、
前記内燃機関の出力トルクが前記第１の制御手段により求めた第１のトルク指令になるように前記内燃機関を制御すると共に、前記電動機の出力トルクが前記第２の制御手段により求めた第２のトルク指令になるように前記電動機を制御する
ことを特徴とする建設機械。
【請求項２】
請求項１記載の建設機械において、
前記トルク目標は、前記回転速度指令と前記内燃機関の回転速度の偏差に基づき前記内燃機関の回転速度が前記回転速度指令に一致するように求められ、
さらに、前記第２のトルク指令の直流成分を含む低周波成分を除去するハイパスフィルタを備え、
該ハイパスフィルタの出力に基づき前記電動機を制御することを特徴とする建設機械。
【請求項３】
請求項１記載の建設機械において、
前記内燃機関のトルクが前記電動機のトルクより大きい場合の前記油圧発生器のトルクの時間変化率は、前記電動機のトルクが前記内燃機関のトルクより大きい場合の前記油圧発生器のトルクの時間変化率よりも小さい
ことを特徴とする建設機械。
【請求項４】
請求項１記載の建設機械において、
前記油圧発生機のトルクの時間変化率が前記所定値よりも小さい場合は、前記油圧発生機のトルクの時間変化率の変化に対して、前記内燃機関のトルク時間変化率の変化が大きく、
前記油圧発生機のトルクの時間変化率が前記所定値よりも大きい場合は、前記油圧発生機のトルクの時間変化率の変化に対して、前記内燃機関のトルク時間変化率の変化が小さい
ことを特徴とする建設機械。
【請求項５】
請求項１記載の建設機械において、
前記トルク目標は、前記蓄電装置の充電量に基づき求めることを特徴とする建設機械。
【請求項６】
内燃機関と、
該内燃機関と機械的に結合された電動機と、
該電動機に電力を供給する蓄電装置とを有し、
前記内燃機関と前記電動機により油圧発生機を駆動して作業を行う建設機械であって、
前記電動機は回転速度指令と前記電動機の回転速度の偏差に基づき速度制御されると共に、
前記内燃機関のトルクが前記電動機のトルクより大きい場合の前記油圧発生器のトルクの時間変化率は、前記電動機のトルクが前記内燃機関のトルクより大きい場合の前記油圧発生器のトルクの時間変化率よりも小さい
ことを特徴とする建設機械。
【請求項７】
内燃機関と、
該内燃機関と機械的に結合された電動機と、
該電動機に電力を供給する蓄電装置とを有し、
前記内燃機関と前記電動機により油圧発生機を駆動して作業を行う建設機械であって、
前記電動機は回転速度指令と前記電動機の回転速度の偏差に基づき速度制御されると共に、
前記油圧発生機のトルクの時間変化率が所定値よりも小さい場合は、前記油圧発生機のトルクの時間変化率の変化に対して、前記内燃機関のトルク時間変化率の変化が大きく、
前記油圧発生機のトルクの時間変化率が前記所定値よりも大きい場合は、前記油圧発生機のトルクの時間変化率の変化に対して、前記内燃機関のトルク時間変化率の変化が小さい
ことを特徴とする建設機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建設機械に係り、特に、内燃機関と電動機により油圧発生機を駆動し、油圧により作業を行う建設機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ハイブリッド建設機械において、できるだけ簡単な構成で、電動・発電機によりエンジンのアシスト作動や発電作動を行わせ、エンジンを目標とする運転状態に正確に制御するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。そのために、特許文献１では、コントローラにおいて、設定回転数の最適トルクに対応したエンジン回転数を目標回転数として求め、エンジンの負荷トルクが大きくエンジン回転数が目標回転数よりも低いときは、偏差に応じて電動・発電機を電動機として作動させトルクアシストを行い、エンジンの負荷トルクが小さくエンジン回転数が目標回転数よりも高いときは、偏差に応じて電動・発電機を発電機として作動させ、発電させてバッテリに蓄電を行うことにより、エンジンを最適運転状態に近づくように制御している。
【０００３】
また、油圧負荷が急激に増大したときでも、内燃機関の運転条件を適正に維持しながら、油圧負荷の増大に応じて油圧発生機に供給される動力を増大させるように制御するものが知られている（例えば、特許文献２参照）。そのために、特許文献２では、内燃機関により油圧発生機を駆動して作業を行うとともに、内燃機関の出力の増加率を所定値に設定する。そして、増加率の所定値から求められる内燃機関の出力上限値と、油圧発生機に要求される油圧出力から求められた要求動力とを比較する。要求動力が出力上限値を超えたときに、内燃機関の出力が出力上限値以下になるように制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２８０７１号公報
【特許文献２】特開２００９−２１６０５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１記載のものでは、負荷トルクが急変した場合の過渡状態に関しては考慮されておらず、内燃機関であるエンジンの出力トルクの時間変化率が大きくなる状況が避けられないため、過剰な燃料噴射が必要になり、粒子状物質（ＰＭ）または窒素酸化物（ＮＯＸ）が多量に発生する場合がある。
【０００６】
また、特許文献２記載のものでは、油圧発生機の要求出力に基づき電動機を制御するため、油圧発生機の要求出力が必要となるが、建設機械の場合には作業機械にかかる負荷を特定することが難しいこと、作動油の流量を詳細に検出することが難しいなど、要求出力を正確に検出あるいは推定することが難しく、さらにエンジンの状態をフィードバックすることなく電動機を制御しているため、要求出力に対する誤差によりエンジンの出力トルクの時間変化率を正確に制御することは難しい。このため、特許文献１と同様、粒子状物質（ＰＭ）または窒素酸化物（ＮＯＸ）が多量に発生する場合がある。
【０００７】
本発明の目的は、建設機械に搭載される内燃機関から排出される粒子状物質（ＰＭ）または窒素酸化物（ＮＯＸ）を低減できる建設機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、内燃機関と、該内燃機関と機械的に結合された電動機と、該電動機に電力を供給する蓄電装置とを有し、前記内燃機関と前記電動機により油圧発生機を駆動して作業を行う建設機械であって、前記内燃機関のトルク目標に対して時間変化率が所定値よりも大きくならないように制限した第１のトルク指令を求める第１の制御手段と、回転速度指令と前記電動機の回転速度の偏差に基づき前記電動機の回転速度が前記回転速度指令に一致するような第２のトルク指令を求める第２の制御手段とを備え、前記内燃機関の出力トルクが前記第１の制御手段により求めた第１のトルク指令になるように前記内燃機関を制御すると共に、前記電動機の出力トルクが前記第２の制御手段により求めた第２のトルクになるように前記電動機を制御するようにしたものである。
【０００９】
また、本発明は、内燃機関と、該内燃機関と機械的に結合された電動機と、該電動機に電力を供給する蓄電装置とを有し、前記内燃機関と前記電動機により油圧発生機を駆動して作業を行う建設機械であって、前記電動機は回転速度指令と前記電動機の回転速度の偏差に基づき速度制御されると共に、前記内燃機関のトルクが前記電動機のトルクより大きい場合の前記油圧発生器のトルクの時間変化率は、前記電動機のトルクが前記内燃機関のトルクより大きい場合の前記油圧発生器のトルクの時間変化率よりも小さいものである。
【００１０】
さらに、本発明は、内燃機関と、該内燃機関と機械的に結合された電動機と、該電動機に電力を供給する蓄電装置とを有し、前記内燃機関と前記電動機により油圧発生機を駆動して作業を行う建設機械であって、前記電動機は回転速度指令と前記電動機の回転速度の偏差に基づき速度制御されると共に、前記油圧発生機のトルクの時間変化率が所定値よりも小さい場合は、前記油圧発生機のトルクの時間変化率の変化に対して、前記内燃機関のトルク時間変化率の変化が大きく、前記油圧発生機のトルクの時間変化率が前記所定値よりも大きい場合は、前記油圧発生機のトルクの時間変化率の変化に対して、前記内燃機関のトルク時間変化率の変化が小さいものである。
【００１１】
かかる構成により、建設機械に搭載される内燃機関から排出される粒子状物質（ＰＭ）または窒素酸化物（ＮＯＸ）を低減できるものとなる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、建設機械に搭載される内燃機関から排出される粒子状物質（ＰＭ）または窒素酸化物（ＮＯＸ）を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態による建設機械の全体構成を示す側面図である。
【図２】本発明の一実施形態による建設機械を駆動する駆動システムの構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態による建設機械に用いる駆動システムの動作を示すタイミングチャートである。
【図４】本発明の一実施形態による建設機械に用いる駆動システムの動作を示すタイミングチャートである。
【図５】本発明の一実施形態による建設機械に用いる駆動システムの動作を示すタイミングチャートである。
【図６】本発明の一実施形態による建設機械に用いる駆動システムの動作を示すタイミングチャートである。
【図７】本発明の一実施形態による建設機械に用いる駆動システムの動作を示すタイミングチャートである。
【図８】本発明の一実施形態による建設機械に用いる駆動システムの動作を示すタイミングチャートである。
【図９】本発明の他の実施形態による建設機械を駆動する駆動システムの構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の他の実施形態による建設機械に用いる駆動システムの動作を示すタイミングチャートである。
【図１１】本発明の他の実施形態による建設機械に用いる駆動システムの動作を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図１〜図８を用いて、本発明の一実施形態による建設機械の構成及び動作について説明する。なお、ここでは、建設機械の代表として、油圧ショベルを用いて説明する。  
最初に、図１を用いて、本実施形態による建設機械の全体構成について説明する。  
図１は、本発明の一実施形態による建設機械の全体構成を示す側面図である。
【００１５】
油圧ショベル２００は、走行体２０１、及び旋回体２０２を有する。走行体２０１は、走行用油圧モータにより建設機械を走行させる機能を備える。走行体は、右走行体と、左走行体とから構成され、それぞれ独立した走行用油圧モータにより駆動される。旋回体２０２は、旋回機構１１３により走行体２０１に対して回転する。
【００１６】
旋回体２０２の前部他方の片側（たとえば前方を向いて右側）には、掘削作業を行うブーム２０３、アーム２０４、及びバケット２０５を備える。ブーム２０３、アーム２０４、及びバケット２０５は、それぞれ油圧シリンダ１０７、油圧シリンダ１０６、及び油圧シリンダ１０５により駆動される。
【００１７】
また、旋回体２０２はキャブ２０６を備え、キャブ２０６には、操作者が搭乗し、操作レバーにより、建設機械２００を操作する。
【００１８】
次に、図２を用いて、本実施形態による建設機械を駆動する駆動システムの構成について説明する。  
図２は、本発明の一実施形態による建設機械を駆動する駆動システムの構成を示すブロック図である。
【００１９】
内燃機関であるディーゼルエンジン１０１と第１の電動機１０２は機械的に結合され、油圧発生機である油圧ポンプ１０３を駆動する。ここで、例えば、ディーゼルエンジン１０１、第１の電動機１０２、及び油圧ポンプ１０３は、同じ回転数で機械的に結合されている。油圧ポンプ１０３から送出される作動油は、操作者による操作に基づきコントロールバルブ１０４で分配され、油圧シリンダ１０５，１０６，油圧シリンダ１０７、及び左走行用油圧モータ１０８、右走行用油圧モータ１０９に供給される。油圧シリンダ１０５は、図１に示したバケット２０５を駆動するものである。油圧シリンダ１０６は、図１に示したアーム２０４を駆動するものである。油圧シリンダ１０７は、図１に示したブーム２０３を駆動するものである。左走行用油圧モータ１０８及び右走行用油圧モータ１０９は、それぞれ、図１に示した走行体２０１の内、左走行体，右走行体を駆動する。
【００２０】
第１の電動機１０２及び、旋回機構１１３を駆動する第２の電動機１１２は、それぞれ、３相同期電動機であり、また、電動発電機でもある。電力変換器１１０は、蓄電装置１１１に蓄積された直流電力を３相交流電力に変換して、第１の電動機１０２や第２の電動機１１２に供給し、第１の電動機１０２及び第２の電動機１１２を駆動する。また、第１の電動機１０２を発電機として動作させ、電力変換器１１０を介して、蓄電装置１１１を充電する。第２の電動機１１２は、旋回体２０２が回転している状態から制動する際には、発電機として動作し、電力変換器１１０を介して、蓄電装置１１１を充電する。
【００２１】
蓄電装置１１１としては、容量が比較的小さなキャパシタを利用する。この場合、蓄電装置１１１の充電量を適切に制御する必要がある。
【００２２】
減算器１２０は、充電量指令Ｑ＊と充電装置１１１の充電量Ｑの偏差を演算する。充電量指令Ｑ＊は、上位の制御装置から与えられるものであり、例えば、蓄電装置１１１の８０％充電量に相当する一定値とする。
【００２３】
充電量制御器１１４は、減算器１２０により求められた偏差が０となるように、すなわち、充電装置１１１の充電量Ｑが充電量指令Ｑ＊に一致するようにトルク目標を算出し、出力する。トルク制限器１１５は、充電量制御器１１４が出力するトルク目標に対して時間変化率を制限した第１のトルク指令Ｔ１＊を求めて、出力する。例えば、トルク目標値がステップ的に変化する場合には、トルク目標値が徐々に変化するトルク目標値とすることで、トルク目標の時間変化率が所定値よりも大きくならないように制限する。
【００２４】
エンジンコントローラ１１６は、ディーゼルエンジン１０１の出力トルクが第１のトルク指令Ｔ１＊になるようにディーゼルエンジン１０１を制御する。具体的には、エンジンコントローラ１１６は、ディーゼルエンジン１０１に備えられた燃料噴射弁からエンジンの燃焼室内に供給される燃料量を制御したり、ＥＧＲの還流量を制御したりする。
【００２５】
減算器１１７は、回転速度指令Ｎ＊と第１の電動機の回転速度Ｎの偏差を演算する。回転速度指令Ｎ＊は、上位の制御装置から与えられるものであり、例えば、一定値とする。
【００２６】
速度制御器１１８は、減算器１１７で演算された偏差に基づき、回転速度指令Ｎ＊と第１の電動機の回転速度Ｎが一致するように第２のトルク指令Ｔ２＊を求め、電力変換器１１０に出力する。電力変換器１１０は、第１の電動機１０２のトルクが第２のトルク指令Ｔ２＊になるように制御する。
【００２７】
旋回制御器１１９は、操作者が操作する旋回レバーの操作量に基づき、第２の電動機１１２を制御するため、第３のトルク指令Ｔ３＊を求め、電力変換器１１０に出力する。電力変換器１１０は、第２の電動機１１２のトルクが第３のトルク指令Ｔ３＊になるように制御する。
【００２８】
電力変換器１１０は、第１の電動機１０２を制御する第１の電力変換部と、第２の電動機１１２を制御する第２の電力変換部とを内蔵している。例えば、第１の電力変換部は、直流電力を３相交流電力に変換するための複数のスイッチング素子と、これらのスイッチング素子の開閉をＰＷＭ制御して、第１の電動機１０２に流れる電流が、前述の第２のトルク指令Ｔ２＊に対応する電流指令と一致するように制御する制御部とを有している。これにより、第１の電力変換部は、第１の電動機１０２のトルクが第２のトルク指令Ｔ２＊になるように制御する。また、第１の電動機１０２が発電機として動作しているときは、制御部はスイッチング素子を制御して、第１の電動機１０２の発電出力を直流電力に変換して、蓄電装置１１１に蓄電する。なお、第２の電力変換部も、第１の電力変換部と同様の構成動作であり、第２の電動機１１２のトルクが第３のトルク指令Ｔ３＊になるように制御する。また、第２の電動機１１２が発電機として動作しているときは、制御部はスイッチング素子を制御して、第２の電動機１１２の発電出力を直流電力に変換して、蓄電装置１１１に蓄電する。
【００２９】
次に、図３〜図８を用いて、本実施形態による建設機械に用いる駆動システムの動作について説明する。  
図３〜図８は、本発明の一実施形態による建設機械に用いる駆動システムの動作を示すタイミングチャートである。
【００３０】
最初に、図３を用いて、アーム等を駆動した場合の各部の動作について説明する。
【００３１】
図３の横軸は、経過時間を示している。図３（ａ）の縦軸は油圧ポンプ１０３のポンプトルクを示し、図３（ｂ）の縦軸は、第１の電動機１０２の回転数Ｎを示している。なお、ディーゼルエンジン１０１，第１の電動機１０２及び油圧ポンプ１０３は、同一の回転数で機械的に結合されているものとする。図３（ｃ）の縦軸は第１の電動機１０２のトルクを示し、図３（ｄ）の縦軸は蓄電装置１１１の放電電流を示している。図３（ｅ）の縦軸は蓄電装置１１１の充電量Ｑを示し、図３（ｆ）の縦軸はディーゼルエンジン１０１のトルクを示している。そして、時刻ｔ１において、操作者の操作により油圧ポンプ１０３のトルクが増加した場合を示している。操作者の操作により油圧ポンプ１０３のトルクが増加した場合とは、例えば、操作者が図１に示したバケット２０５を操作する操作レバーを操作し、その操作に応じて、油圧シリンダ１０５を駆動するため、油圧ポンプ１０３のトルクが増大する場合である。その他、ブーム２０３，アーム２０４や走行体２０１を駆動した場合も含まれる。
【００３２】
図３（ａ）に示すように、時刻ｔ１において、油圧ポンプ１０３のトルクが増加すると、図３（ｂ）に示すように回転数Ｎが減少し、回転数指令Ｎ＊との偏差が増加するため第２のトルク指令Ｔ２＊が増加し、図３（ｃ）に示すように、第１の電動機１０２のトルクが増加する。これにより、回転数Ｎは増加をはじめ、図３（ｂ）に示すように、時刻ｔ２で回転数Ｎが回復する。すなわち、ポンプトルクが変動した場合においても、速度制御器１１８により第１の電動機１０２のトルクが制御され、回転数Ｎは一定に保たれる。
【００３３】
図３（ｃ）に示すように、時刻ｔ１で第１の電動機１０２のトルクが増加すると、電力を供給するため、図３（ｄ）に示すように、時刻ｔ１で蓄電装置１１１の放電電流が増加し、図３（ｅ）に示すように、充電量Ｑが減少する。これにより、減算器１２０で算出される充電量指令Ｑ＊との偏差が増加するため、充電量制御器１１４が出力するエンジントルク目標が増加する。このトルク目標は、トルク制限器１１５により時間変化率が制限され、第１のトルク指令Ｔ１＊として、エンジンコントローラ１１６に出力される。図３（ｆ）は、このようにして第１のトルク指令Ｔ１＊の時間変化率が制限された場合のディーゼルエンジンのトルクを示している。時刻ｔ１以降のトルク変化は、トルク制限器１１５により制限された時間変化率以下となっている。これにより、ディーゼルエンジン１０１は急激にトルクを変化させることがなくなり、粒子状物質が発生しやすい過剰な燃料噴射による等量比が高い状態での燃焼や窒素酸化物が発生しやすい過剰な燃焼温度での燃焼を避けることができる。
【００３４】
次に、時刻ｔ２〜時刻ｔ３において、図３（ｆ）に示すように、ディーゼルエンジン１０１のトルクが増加すると、図３（ｃ）に示すように、第１の電動機１０２のトルクがそれに合わせて減少する。これは、回転数Ｎを一定にするため、ディーゼルエンジン１０１のトルクと第１の電動機１０２のトルクの合計がポンプトルクとバランスするように、第１の電動機１０２のトルクが制御されるためである。
【００３５】
時刻ｔ２〜時刻ｔ３における制御について具体的に説明すると、時刻ｔ２において、蓄電装置１１１の充電量Ｑが減少するため、減算器１２０が出力する偏差が増加する。そのため、充電量制御器１１４が出力するトルク目標値が増加する。エンジンコントローラ１１６は、このトルク目標値に応じて、ディーゼルエンジン１０１の出力トルクを制御するため、図３（ｆ）に示すように、次第に増加する。一方、ディーゼルエンジン１０１の出力トルクが増加すると、ディーゼルエンジン１０１の回転数が増加し、ディーゼルエンジン１０１に結合された第１の電動機１０１の回転数も増加する。その結果、減算器１１７が出力する速度偏差が増加する。そのため、速度制御器１１８が出力する第２のトルク指令Ｔ＊が減少する。電力変換器１１０は、この第２のトルク指令Ｔ＊に応じて、第１の電動機１０１のトルクを制御するため、図３（ｃ）に示すように、次第に減少する。
【００３６】
時刻ｔ３において、ディーゼルエンジン１０１のトルクがポンプトルクを超えると、図３（ｃ）に示すように、第１の電動機１０２のトルクが負、すなわち第１の電動機１０２が発電動作となり、ディーゼルエンジン１０１は油圧ポンプ１０３を駆動すると共に、発電機動作する第１の電動機１０２も駆動することになる。また、第１の電動機１０２が発電した電力が蓄電装置１１１に供給されるため、図３（ｅ）に示すように、充電量が増加に転じ、充電量Ｑは充電量指令Ｑ＊に向かって増加する。
【００３７】
時刻ｔ４において、図３（ｅ）に示す充電量Ｑは充電量指令Ｑ＊にほぼ一致し、このとき図３（ｃ）に示すように、第１の電動機１０２のトルクは０であり、ディーゼルエンジン１０１のトルクは、ポンプトルクとバランスし、回転数Ｎは回転数指令Ｎ＊に制御されている。
【００３８】
次に、図４を用いて、旋回体２０２の旋回動作を行った場合の各部の動作について説明する。なお、図４（ａ）〜図４（ｆ）の縦軸は、図３（ａ）〜図３（ｆ）と同様である。図４（ｇ）は、第２の電動機１１２の出力を示している。図４では、時刻ｔ１において、操作者による旋回レバーの操作により第２の電動機１１２が回転を開始し、時刻ｔ２において、旋回レバーの操作により第２の電動機１１２が制動を開始し、時刻ｔ４で第２の電動機１１２が停止した場合を示している。
【００３９】
時刻ｔ１で第２の電動機１１２が回転を開始すると、回転速度の増加により、図４（ｇ）に示すように、第２の電動機１１２の出力が増加する。これに伴い、蓄電装置１１１の放電電流の増加による蓄電装置１１１の蓄電量Ｑの減少を抑制するため、充電量制御器１１４によるトルク目標が増加し、図４（ｆ）に示すように、ディーゼルエンジン１０１のトルクが増加する。一方、速度制御器１１８は、ディーゼルエンジン１０１のトルクの増加による回転速度Ｎの増加を抑制するために、第２のトルク指令Ｔ２＊を減少させる。これにより、図４（ｃ）に示すように、第１の電動機１０２のトルクは負となり、第１の電動機１０２は発電動作をおこなうことになり、蓄電装置１１１の放電電流の増加は抑制され、充電量Ｑの減少は抑制される。すなわち、第２の電動機１１２の出力に合わせて、ディーゼルエンジン１０１のトルクが増加するため、増加したトルクにより第１の電動機１０２は発電を行い、回転数Ｎ及び充電量Ｑはそれぞれ回転数指令Ｎ＊及び充電量指令Ｑ＊に一致するように制御される。なお、このときの第２の電動機１１２の出力の増加に伴うトルク目標の時間変化率は制限値以下であり、第１のトルク指令Ｔ１＊はトルク目標に一致する。
【００４０】
以上の制御により、時刻ｔ１〜ｔ２においては、図４（ｇ）に示す第２の電動機１１２の出力の増加に合わせて、図４（ｆ）に示すように、ディーゼルエンジン１０１のトルクが増加し、図４（ｃ）に示すように、第１の電動機１０２のトルクが減少（発電量が増加）する。
【００４１】
時刻ｔ２において、第２の電動機１１２の減速が開始されると、出力が力行から回生に急変する。図４（ｇ）に示すように、第２の電動機１１２の出力が正から負に急変する。これに伴い、蓄電装置１１１は第２の電動機１１２の回生電力及び第１の電動機１０２の発電電力を吸収するため、図４（ｄ）に示すように、蓄電装置１１１の放電電流の減少，すなわち、図４（ｅ）に示すように、蓄電装置１１１の充電を開始し、蓄電量Ｑが増加する。充電量Ｑが増加すると充電量制御器１１４によりトルク目標が減少する。このとき、第２の電動機１１２の出力変化が急峻であるため、トルク目標も急峻に変化しようとするが、トルク制限器１１５により第１のトルク指令Ｔ１＊は変化率が制限されるため、図４（ｆ）に示すように、ディーゼルエンジン１０１のトルクは、急峻に変化しない。
【００４２】
これにより、ディーゼルエンジン１０１は急激にトルクを変化させないため、粒子状物質が発生しやすい過剰な燃料噴射による等量比が高い状態での燃焼や窒素酸化物が発生しやすい過剰な燃焼温度での燃焼を避けることができる。
【００４３】
また、回転速度Ｎを一定に制御する第１の電動機１０２のトルクは、図４（ｃ）に示すように、ディーゼルエンジン１０１のトルクの減少に合わせて増加し、第１の電動機１０２の発電量はゆっくり減少することになる。このため、充電量Ｑはしばらく増加を続ける。
【００４４】
第１の電動機１０２のトルクが増加を続け、発電状態から力行状態になり、時刻ｔ３において、消費電力が第２の電動機１１２の回生電力を上回ると、図４（ｅ）に示すように、充電量Ｑが減少を始める。充電量Ｑが減少すると、充電量制御器１１４によりトルク目標が増加し、図４（ｆ）に示すように、ディーゼルエンジン１０１のトルクが増加する。速度制御器１１８は、ディーゼルエンジン１０１のトルク増加による回転数Ｎの増加を抑制するため、第１の電動機１０２のトルクを減少させ、図４（ｃ）に示すように、蓄電装置１１１の放電電流が減少する。
【００４５】
この結果、時刻ｔ５では、図４（ｃ）に示すように、第１の電動機１０２のトルクは０となり、図４（ｄ）に示すように、蓄電装置１１１の放電電流も０で、図４（ｅ）に示す充電量Ｑは充電量指令Ｑ＊に一致し、ディーゼルエンジン１０１のトルクは、ポンプトルクに一致する状態となる。
【００４６】
上述のように、旋回動作により、第２の電動機１１２が力行回生運転を行った場合においても、回転数Ｎは回転数指令Ｎ＊に一致するよう制御され、ディーゼルエンジン１０１のトルクの時間変化率も抑制でき、蓄電装置１１１の蓄電量Ｑも蓄電量指令Ｑ＊に一致するように制御される。
【００４７】
次に、図５〜図８を用いて、ポンプトルクの時間変化率を変えた場合の、ポンプトルク、回転数Ｎ、第１の電動機１０２のトルク、及びディーゼルエンジン１０１のトルクの時間変化について説明する。
【００４８】
図５〜図８では、それぞれ、ポンプトルクの時間変化率を条件１〜条件４として変えている。ここで、条件１と条件２は、ポンプトルクの時間変化率が小さい場合を示し、条件３と条件４はポンプトルクの時間変化率が大きい場合を示す。条件２及び条件４は、それぞれ条件１及び条件３に対してポンプトルクの時間変化率を２倍にした場合である。
【００４９】
また、図５〜図８において、横軸は時間を示している。図５（ａ）の縦軸は油圧ポンプ１０３のポンプトルクを示し、図５（ｂ）の縦軸は第１の電動機１０２の回転数Ｎを示している。なお、ディーゼルエンジン１０１，第１の電動機１０２及び油圧ポンプ１０３は、同一の回転数で機械的に結合されているものとする。図５（ｃ）の縦軸は第１の電動機１０２のトルクを示し、図５（ｆ）の縦軸はディーゼルエンジン１０１のトルクを示している。図５（ｆ）における太い点線は、トルク線の傾きを比較しやすくするための目安とする参考線である。また、図６〜図８の各（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｆ）の縦軸は、図５（ａ）〜図５（ｆ）の縦軸と同様である。
【００５０】
条件１（図５）と条件２（図６）の場合は、図５（ａ）や図６（ａ）に示すように、ポンプトルクの時間変化率が小さいため、図５（ｆ）や図６（ｆ）に示すように、ポンプトルクの増加にディーゼルエンジン１０１のトルクが追従できる。そのため、図５（ｃ）や図６（ｃ）に示すように、第１の電動機１０２のトルクを大きくする必要がなく、第１の電動機１０２のトルクのピーク時において、第１の電動機１０２のトルクはディーゼルエンジン１０１のトルクより小さい。
【００５１】
一方、条件３（図７）と条件４（図８）の場合は、図７（ａ）や図８（ａ）に示すように、ポンプトルクの時間変化率が大きいため、ポンプトルクの増加にディーゼルエンジン１０１のトルクが追従できない。ここで、回転数Ｎを保つためには、図７（ｃ）や図８（ｃ）に示すように、第１の電動機１０２のトルクを大きくする必要があり、第１の電動機１０２のトルクのピーク時において、第１の電動機１０２のトルクはディーゼルエンジン１０１のトルクより大きくなる。
【００５２】
また、ポンプトルクの時間変化率が小さい条件１，条件２の場合に、ポンプトルクの時間変化率が条件１から条件２に変化したときのディーゼルエンジン１０１のトルクの時間変化率を比較すると、条件２（図６）は条件１（図５）に対して大きく変化しているのに対して、ポンプトルクの時間変化率が小さい条件３，条件４の場合に、ポンプトルクの時間変化率が条件３から条件４に変化したときの条件４（図８）はトルク制限器１０５により制限されるため、条件３（図７）に対する変化が小さい。すなわち、ポンプトルクの時間変化率が小さい場合（条件１と条件２）は、ポンプトルクの時間変化率の増加に対するディーゼルエンジン１０１のトルクの時間変化率の増加が大きく、ポンプトルクの時間変化率が大きい場合（条件３と条件４）は、ポンプトルクの時間変化率の増加に対するディーゼルエンジン１０１のトルクの時間変化率の増加が小さい。
【００５３】
また、いずれの場合も速度制御器１１６の働きにより、回転数Ｎは回転数指令Ｎ＊に一致するよう制御される。すなわち、本実施例の建設機械によれば、ポンプトルクの時間変化率が小さい場合は、ディーゼルエンジン１０１のトルクはポンプトルクに応じて制御されるが、このときディーゼルエンジン１０１のトルクの時間変化率は小さいため、ディーゼルエンジン１０１は粒子状物質や窒素酸化物が発生しやすい状態にならない。
【００５４】
一方、ポンプトルクの時間変化率が大きい場合は、ディーゼルエンジン１０１のトルクの時間変化率は制限されてポンプトルクに応じて制御されない。よって、この場合もディーゼルエンジン１０１のトルクの時間変化率が制限されるため、ディーゼルエンジン１０１は粒子状物質や窒素酸化物が発生しやすい状態にならない。
【００５５】
以上説明したように、本実施形態によれば、建設機械に搭載される内燃機関から排出される粒子状物質（ＰＭ）または窒素酸化物（ＮＯＸ）を低減すると共に、電動機に電力を供給する蓄電装置の充電量を適正に制御することができる。
【００５６】
また、容量が小さいキャパシタなどを蓄電装置として利用する場合にも、充電量を適切に制御することができる。
【００５７】
次に、図９〜図１１を用いて、本発明の他の実施形態による建設機械の構成及び動作について説明する。なお、本実施形態による建設機械である油圧ショベルの全体構成は、図１に示したものと同様である。  
最初に、図９を用いて、本実施形態による建設機械を駆動する駆動システムの構成について説明する。  
図９は、本発明の他の実施形態による建設機械を駆動する駆動システムの構成を示すブロック図である。なお、図２と同一符号は、同一部分を示している。
【００５８】
第２の速度制御器１３１は、減算器１３０で求められた回転速度指令Ｎ＊とディーゼルエンジン１０１の回転速度Ｎ’の偏差に基づき、ディーゼルエンジン１０１の回転速度Ｎ’が回転速度指令Ｎ＊に一致する様なトルク目標を演算し、トルク制限器１１５に出力する。
【００５９】
一方、ハイパスフィルタ１３２は、速度制御器１１８の出力から直流成分を含む低周波成分を除いたものを出力する。減算器１３３は、速度制御器１１８の出力から直流成分を含む低周波成分を除いたハイパスフィルタ１３２の出力から充電量制御器１１４の出力を減算し、第２のトルク指令Ｔ２＊として出力する。
【００６０】
なお、ディーゼルエンジン１０１と第１の電動機１０２は機械的に結合されているため、回転速度は同一であり、以下の説明では回転速度Ｎを代表して使用する。
【００６１】
次に、本実施形態の駆動システムの動作について説明する。
【００６２】
油圧ポンプ１０３のトルクが変化した場合、第２の速度制御器１３１により回転数Ｎの変動を抑制するが、トルク制限器１０５によりディーゼルエンジン１０１のトルクの変化率は制限されるため、ディーゼルエンジン１０１は粒子状物質や窒素酸化物が発生しやすい状態にならない。一方、ディーゼルエンジン１０１のトルクの変化率が制限されるため、第２の速度制御器１３１だけでは、回転速度Ｎの変動を十分抑制することが難しい。このため、過渡的には速度制御器１１８により回転速度Ｎの変動を抑制する。また、定常的には、ハイパスフィルタ１３２により低周波成分が除去されるため、充電量制御器１１４による充電量Ｑの制御が行われる。
【００６３】
次に、図１０〜図１１を用いて、本実施形態による建設機械に用いる駆動システムの動作について説明する。  
図１０〜図１１は、本発明の他の実施形態による建設機械に用いる駆動システムの動作を示すタイミングチャートである。
【００６４】
最初に、図１０は、アーム等を駆動して、ポンプトルクが変化した場合の各部の動作を示しており、その動作は、図３にて説明したものと同様である。
【００６５】
この場合、回転数Ｎは回転数指令Ｎ＊に一致するよう制御され、ディーゼルエンジン１０１のトルクの時間変化率が抑制され、蓄電装置１１１の蓄電量Ｑも蓄電量指令Ｑ＊に一致するように制御される。
【００６６】
次に、図１１は、第２の電動機１１２が動作した場合の各部の動作を示しており、その動作は、図４にて説明したものと同様である。
【００６７】
この場合、回転数Ｎは回転数指令Ｎ＊に一致するよう制御され、ディーゼルエンジン１０１のトルクの時間変化率が抑制され、蓄電装置１１１の蓄電量Ｑも蓄電量指令Ｑ＊に一致するように制御される。
【００６８】
以上説明したように、本実施形態によっても、建設機械に搭載される内燃機関から排出される粒子状物質（ＰＭ）または窒素酸化物（ＮＯＸ）を低減すると共に、電動機に電力を供給する蓄電装置の充電量を適正に制御することができる。
【００６９】
また、容量が小さいキャパシタなどを蓄電装置として利用する場合にも、充電量を適切に制御することができる。
【００７０】
なお、上述の説明では、回転速度指令Ｎ＊は一定値を与えているが、油圧ポンプ負荷が軽い場合は回転速度指令Ｎ＊を下げ、油圧ポンプ負荷が重い場合は回転速度指令Ｎ＊を上げるなど、回転速度指令Ｎ＊を変化させても、偏差に基づき制御されているため、回転速度Ｎは追従することができる。
【００７１】
また、トルク制限器１０５の時間変化率は一定としているが、ディーゼルエンジン１０１の動作状態に応じて粒子状物質や窒素酸化物が所定量より増加しない範囲で変化させることも可能である。また，トルク制限器１０５は，粒子状物質や窒素酸化物が所定量より増加しない範囲でトルク制限器１０５の入力と出力を一致させ，入力と出力を一致させると粒子状物質や窒素酸化物が所定量より増加する場合には，出力の時間変化率を制限する構成とすることも可能である。
【００７２】
さらに、ディーゼルエンジン１０１、第１の電動機１０２、及び油圧ポンプ１０３は同じ回転数で機械的に結合されているが、変速機を介して結合することも可能であり、この場合には回転速度指令Ｎ＊、回転速度Ｎ’、及び回転速度Ｎは変速比を考慮して換算する必要がある。
【符号の説明】
【００７３】
１０１…ディーゼルエンジン（内燃機関）
１０２…第１の電動機
１０３…油圧ポンプ（油圧発生機）
１０４…コントロールバルブ
１０５，１０６，１０７…油圧シリンダ
１０８，１０９…油圧モータ
１１０…電力変換器
１１１…蓄電装置
１１２…第２の電動機
１１３…旋回機構
１１４…充電量制御器
１１５…トルク制限器（第１の制御手段）
１１６…エンジンコントローラ
１１８…速度制御器（第２の制御手段）
１１９…旋回制御器
１３１…第２の速度制御器
１３２…ハイパスフィルタ
２００…油圧ショベル（建設機械の代表例）
【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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【図１１】
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