(57)【要約】  ハイブリッド作業機械の機関制御装置は、油圧ポンプから供給される作動油によって動作する作業機を有するハイブリッド作業機械に搭載され、かつ発生した動力で発電電動機及び前記油圧ポンプを駆動する内燃機関を制御する制御装置において、前記内燃機関の運転中に前記発電電動機が電力を発生する場合、前記発電電動機に電力を発生させるために必要なトルクを、時間の経過とともに増加させ、かつ前記油圧ポンプが吸収する吸収トルクを低下させる。
2016108292.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
油圧ポンプから供給される作動油によって動作する作業機を有するハイブリッド作業機械に搭載され、かつ発生した動力で発電電動機及び前記油圧ポンプを駆動する内燃機関を制御する制御装置において、
前記内燃機関の運転中に前記発電電動機が電力を発生する場合、前記発電電動機に電力を発生させるために必要なトルクを時間の経過とともに増加させ、かつ前記油圧ポンプが吸収する吸収トルクを低下させる処理部を含む、
ハイブリッド作業機械の機関制御装置。
【請求項２】
前記処理部は、
前記発電電動機が発生した電力を蓄電する蓄電装置に蓄電されている電力量に基づいて、前記発電電動機に電力を発生させるために必要なトルクを時間の経過とともに増加させる割合を変更する、請求項１に記載のハイブリッド作業機械の機関制御装置。
【請求項３】
前記処理部は、
前記電力量が小さくなると前記割合を大きくする、請求項２に記載のハイブリッド作業機械の機関制御装置。
【請求項４】
前記発電電動機が発生した電力を蓄電する蓄電装置に蓄電されている電力量に基づいて、前記発電電動機が電力を発生するか否かを判定する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のハイブリッド作業機械の機関制御装置。
【請求項５】
前記ハイブリッド作業機械は前記作業機を備えた旋回体を有し、
前記処理部は、
前記旋回体を旋回させるために必要な旋回馬力に基づいて、前記発電電動機に電力を発生させるために必要なトルクを時間の経過とともに増加させる割合を変更する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のハイブリッド作業機械の機関制御装置。
【請求項６】
前記処理部は、
前記旋回馬力が大きくなると、前記割合を大きくする、請求項５に記載のハイブリッド作業機械の機関制御装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のハイブリッド作業機械の機関制御装置と、
前記内燃機関と、
前記内燃機関によって駆動される油圧ポンプと、
前記内燃機関によって駆動される前記発電電動機と、
前記発電電動機が発生した電力を蓄える蓄電装置と、
を含む、ハイブリッド作業機械。
【請求項８】
油圧ポンプによって動作する作業機を有するハイブリッド作業機械に搭載され、かつ発生した動力で発電電動機及び前記油圧ポンプを駆動する内燃機関を制御するにあたり、
前記内燃機関の運転中に前記発電電動機が電力を発生するか否かを判定することと、
前記内燃機関の運転中に前記発電電動機が電力を発生する場合、前記発電電動機に電力を発生させるために必要なトルクを時間の経過とともに増加させ、かつ前記油圧ポンプが吸収する吸収トルクを低下させることと、
を含む、ハイブリッド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、ハイブリッド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】
内燃機関及びこの内燃機関によって駆動される発電電動機を有するハイブリッド作業機械は、発電電動機が内燃機関によって駆動されて発電するときに、内燃機関の回転速度が低下した後に増加することがある。発電時に内燃機関の回転速度が低下した後、増加する回転速度の変動が許容できないことがある。【０００５】
本発明の態様は、内燃機関に駆動される発電電動機を有するハイブリッド作業機械において、発電電動機が発電する際に、内燃機関の回転速度の変動を抑制することを目的とする。
【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、油圧ポンプから供給される作動油によって動作する作業機を有するハイブリッド作業機械に搭載され、かつ発生した動力で発電電動機及び前記油圧ポンプを駆動する内燃機関を制御する制御装置において、前記内燃機関の運転中に前記発電電動機が電力を発生する場合、前記発電電動機に電力を発生させるために必要なトルクを時間の経過とともに増加させ、かつ前記油圧ポンプが吸収する吸収トルクを低下させる処理部を含む、ハイブリッド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の態様に係るハイブリッド作業機械の機関制御装置において、前記処理部は、前記発電電動機が発生した電力を蓄電する蓄電装置に蓄電されている電力量に基づいて、前記発電電動機に電力を発生させるために必要なトルクを時間の経過とともに増加させる割合を変更する、ハイブリッド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２の態様に係るハイブリッド作業機械の機関制御装置において、前記処理部は、前記電力量が小さくなると前記割合を大きくする、ハイブリッド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の態様のいずれか一つに係るハイブリッド作業機械の機関制御装置において、前記発電電動機が発生した電力を蓄電する蓄電装置に蓄電されている電力量に基づいて、前記発電電動機が電力を発生するか否かを判定するハイブリッド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の態様のいずれか一つに係るハイブリッド作業機械の機関制御装置において、前記ハイブリッド作業機械は前記作業機を備えた旋回体を有し、前記処理部は、前記旋回体を旋回させるために必要な旋回馬力に基づいて、前記発電電動機に電力を発生させるために必要なトルクを時間の経過とともに増加させる割合を変更するハイブリッド作業機械の機関制御装置が提供される。【００１１】
本発明の第６の態様に従えば、第５の態様に係るハイブリッド作業機械の機関制御装置において、前記処理部は、前記旋回馬力が大きくなると、前記割合を大きくするハイブリッド作業機械の機関制御装置が提供される。【００１２】
本発明の第７の態様に従えば、第１の態様から第６の態様のいずれか一つに係るハイブリッド作業機械の機関制御装置と、前記内燃機関と、前記内燃機関によって駆動される前記発電電動機と、前記発電電動機が発生した電力を蓄える蓄電装置と、を含む、ハイブリッド作業機械が提供される。【００１３】
本発明の第８の態様に従えば、油圧ポンプによって動作する作業機を有するハイブリッド作業機械に搭載され、かつ発生した動力で発電電動機及び前記油圧ポンプを駆動する内燃機関を制御するにあたり、前記内燃機関の運転中に前記発電電動機が電力を発生するか否かを判定することと、前記内燃機関の運転中に前記発電電動機が電力を発生する場合、前記発電電動機に電力を発生させるために必要なトルクを時間の経過とともに増加させ、かつ前記油圧ポンプが吸収する吸収トルクを低下させることと、を含む、ハイブリッド作業機械の機関制御方法が提供される。【００１４】
本発明の態様は、内燃機関に駆動される発電電動機を有するハイブリッド作業機械において、発電電動機が発電する際に、内燃機関の回転速度の変動を抑制することを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【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】発電電動機が内燃機関によって駆動されて発電する場合における内燃機関の運転状態を説明するための図である。
【図５】実施形態において、発電電動機が発電する場合の発電トルクの時間に対する変化の一例を示す図である。
【図６】発電電動機が内燃機関によって駆動されて発電する場合における内燃機関の運転状態を説明するための図である。
【図７】発電電動機が内燃機関によって駆動されて発電する場合における内燃機関の運転状態を説明するための図である。
【図８】比較例において、発電電動機が内燃機関によって駆動されて発電する場合における内燃機関の運転状態を説明するための図である。
【図９】比較例において、発電電動機が内燃機関によって駆動されて発電する場合における内燃機関の運転状態を説明するためのタイミングチャートである。
【図１０】ハイブリッドコントローラ、エンジンコントローラ及びポンプコントローラの構成例を示す図である。
【図１１】油圧ショベルの制御系を示す図である。
【図１２】実施形態に係るハイブリッド作業機械の機関制御方法を実行するハイブリッドコントローラの制御ブロック図である。
【図１３】実施形態に係るハイブリッド作業機械の機関制御方法を実行するハイブリッドコントローラの制御ブロック図である。
【図１４】実施形態に係るハイブリッド作業機械の機関制御方法を実行するハイブリッドコントローラの制御ブロック図である。
【図１５】入力値演算部の処理を示すフローチャートである。
【図１６】実施形態に係るハイブリッド作業機械の機関制御方法を実行するハイブリッドコントローラの制御ブロック図である。
【図１７】実施形態に係るハイブリッド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。
【図１８】実施形態に係る出力指示線の変形例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【００１７】
＜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。
【００１８】
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。
【００１９】
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等の油圧機器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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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１８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、作業機３は、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を介して油圧ポンプ１８から供給される作動油によって動作する。
【００２３】
＜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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
油圧ポンプ１８は、油圧機器に作動油を供給し、例えば作業機３を動作させる。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１９Ｒ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。
【００２７】
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。
【００２８】
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に供給（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。
【００２９】
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。
【００３０】
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が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の回転数を検出し、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。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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
操作レバー２６Ｒ、２６Ｌ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。また、操作レバー２６Ｒ，２６Ｌ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。また図示しない左右の走行レバーにより、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（Central  Processing  Unit）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の斜板傾転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、ハイブリッド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ハイブリッド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、ハイブリッドコントローラ２３が、機関制御装置の機能を実現する。
【００４５】
＜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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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が可能である。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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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】
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ＩＬｔ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ＩＬｔ上の値となるように制御される。
【００５６】
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、等スロットル線であってもよい。等スロットル線は、燃料調整ダイヤル、すなわち、スロットルダイヤル２８の設定値（スロットル開度）が等しい場合のトルクＴと回転速度ｎとの関係を示している。スロットルダイヤル２８の設定値とは、コモンレール制御部３２が内燃機関１７に噴射する燃料の噴射量を規定するための指令値である。出力指示線ＩＬが等スロットル線である例については後述する。
【００５７】
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。
【００５８】
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、すなわち出力Ｐｇａの分だけ、油圧ポンプ１８が吸収する内燃機関１７の出力は小さくなるように、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。このときのポンプ吸収馬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が吸収する出力Ｐｇａ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。
【００５９】
実施形態においては、マッチングルートＭＬａ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。
【００６０】
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、機関３６の発電電動機１９が内燃機関１７に駆動されて、発電電動機１９が電力を発生、すなわち発電する場合について説明する。
【００６１】
＜発電電動機１９が発電する場合＞
図４は、発電電動機１９が内燃機関１７によって駆動されて発電し、発電出力がＰｇａ以上になった場合における内燃機関１７の運転状態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の出力指示線ＩＬｇは、発電電動機１９が内燃機関１７に駆動されて発電する場合の目標とする出力を示す出力指示線である。出力指示線ＩＬｅ及び出力指示線ＩＬｇは、後述する図６及び図７においても同様である。
【００６２】
図４において、発電電動機１９が発電していない状態の内燃機関１７に与えられる出力指令値は、出力指示線ＩＬｅで示される。発電電動機１９が発電している状態の内燃機関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、発電していない非発電時の出力指示線ＩＬｅよりも大きくなる。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。
【００６３】
図４において、発電電動機１９が発電していない状態の内燃機関１７は、マッチングルートＭＬと、出力指示線ＩＬｅと、ポンプ吸収トルク線ＰＬ０との交点であるマッチング点ＭＰ０で、出力と油圧ポンプ１８の負荷とがバランスしている。マッチング点ＭＰ０において、内燃機関１７の回転速度はｎｍ１となる。
【００６４】
図２に示されるハイブリッドコントローラ２３から発電電動機１９に発電指令が与えられて発電電動機１９が発電を開始すると、内燃機関１７は発電電動機１９を駆動する動力を発生する。発電時における内燃機関１７への出力指令値は、出力指示線ＩＬｇとなるので、マッチング点は、例えばＭＰ１になる。マッチング点ＭＰ１の回転速度は、マッチング点ＭＰ１の回転速度ｎｍよりも大きくなる。発電電動機１９が発電を停止すると、内燃機関１７は発電電動機１９を駆動する必要がなくなる。このため、発電停止時における内燃機関１７への出力指令値は、出力指示線ＩＬｇから出力指示線ＩＬｅになるので、マッチング点はＭＰ０に戻る。マッチング点ＭＰ０の回転速度ｎｍ１は、マッチング点ＭＰ１の回転速度よりも小さくなる。
【００６５】
発電電動機１９の発電にともなって、内燃機関１７の出力が急増する結果、内燃機関１７の回転速度ｎは急増する。その結果、油圧ショベル１のオペレータは、違和感を覚える可能性がある。例えば、油圧ショベル１による上部旋回体５の動作をともなわない作業であるスキトリ中又は掘削中に、蓄電装置２２の電圧が自然放電により発電を開始する電圧まで低下すると、発電電動機１９が発電を開始する。この場合、油圧ショベル１の操作レバー２６Ｌ，２６Ｒに対するオペレータの操作は変わらないが、オペレータは、内燃機関１７の回転速度ｎが変動したり、内燃機関１７の回転速度ｎが変動することによりポンプ流量が変動し、作業機３の飛び出し感につながる操作感が変動したり、内燃機関１７の音が変動したりすることに違和感を覚える可能性がある。
【００６６】
実施形態において、図２に示されるハイブリッドコントローラ２３は、内燃機関１７の運転中に発電電動機１９が電力を発生する場合、発電電動機１９に電力を発生させるために必要なトルクである発電トルクにモジュレーションをかける、すなわち発電トルクを、時間の経過とともに増加させる。このような制御により、発電時において、内燃機関１７の回転速度ｎ及びトルクＴは、時間の経過とともに徐々に増加するので、内燃機関１７の回転速度ｎの急増が抑制されて、前述した違和感が低減される。次に、発電時における発電電動機１９及び内燃機関１７の制御例について、より詳細に説明する。
【００６７】
＜発電電動機１９が発電する場合の制御例＞
図５は、実施形態において、発電電動機１９が発電する場合の発電トルクＴｇの時間ｔに対する変化の一例を示す図である。図６及び図７は、発電電動機１９が内燃機関１７によって駆動されて発電する場合における内燃機関１７の運転状態を説明するための図である。図６は、時間ｔ＝ｔ１のときの状態を示し、図７は、時間ｔ＝ｔ２のときの状態を示す。
【００６８】
実施形態において、発電電動機１９が発電する場合、発電トルクを負の値で表し、発電電動機１９が電動機として動作して内燃機関１７を補助する場合、発電電動機１９が発生するトルクである駆動トルクを正の値で表す。実施形態において、発電トルクＴｇ及び発電トルク指令値Ｔｇｃは、時間ｔの経過とともに小さくなる。これは、図５に示されるように、発電トルクＴｇ及び発電トルク指令値Ｔｇｃは、時間ｔの経過とともに絶対値が大きくなることを意味する。実施形態において、発電トルクＴｇ及び発電トルク指令値Ｔｇｃの絶対値は、時間ｔの一次関数に従って変化するが、発電トルクＴｇ及び発電トルク指令値Ｔｇｃの絶対値の変化はこれに限定されない。例えば、発電トルクＴｇ及び発電トルク指令値Ｔｇｃの絶対値は、時間ｔの二次関数、三次間数又は指数関数等に従って変化してもよい。
【００６９】
発電電動機１９が発電していない場合、図６に示されるように、内燃機関１７は、マッチング点ＭＰ０で動作する。マッチング点ＭＰ０は、マッチングルートＭＬと、出力指示線ＩＬｅと、ポンプ吸収トルク線ＰＬ０との交点である。マッチング点ＭＰ０において、内燃機関１７の回転速度はｎｍ０となる。
【００７０】
蓄電装置２２の蓄電量が少なくなった等により発電電動機１９が発電する場合、図２に示されるハイブリッドコントローラ２３は、発電電動機１９が発電する際に必要な馬力、すなわち出力である目標発電出力Ｐｇｔを求める。そして、ハイブリッドコントローラ２３は、得られた目標発電出力Ｐｇｔから、発電電動機１９が発電する際に必要な発電トルクである目標発電トルクＴｇｔを求める。目標発電出力Ｐｇｔ及び目標発電トルクＴｇｔは負の値である。
【００７１】
ハイブリッドコントローラ２３は、得られた目標発電出力Ｐｇｔ及び目標発電トルクＴｇｔの絶対値｜Ｐｇｔ｜及び｜Ｔｇｔ｜を、時間ｔの経過とともに増加させて、図２に示される発電電動機制御装置１９Ｉに出力する。ハイブリッドコントローラ２３が出力する発電出力Ｐｇ及び発電トルクＴｇを、以下においては適宜、発電出力Ｐｇｏｔ及び発電トルクＴｇｏｔと称する。
【００７２】
図２に示されるポンプコントローラ３３は、車内ＬＡＮ３５を介して、ハイブリッドコントローラ２３から発電出力Ｐｇｏｔを取得する。ポンプコントローラ３３が取得する発電出力は目標発電出力Ｐｇｔの絶対値｜Ｐｇｔ｜でもよい。ポンプコントローラ３３は、発電電動機１９が発電していないときに内燃機関１７に与えられる出力指令値である出力指示線ＩＬｅが示す出力に発電出力Ｐｇｏｔの絶対値｜Ｐｇｏｔ｜を加算して、発電時における出力指令値を求める。図６に示される例では、発電時における出力指令値は、出力指示線ＩＬｇ１である。
【００７３】
トルクＴｅは、発電電動機１９が発電していないときに内燃機関１７が発生するトルクに、発電トルクＴｇｏｔの絶対値｜Ｔｇｏｔ｜を加算した値である。トルクＴｅは、発電時における内燃機関１７の出力指令値である出力指示線ＩＬｇ１が示す出力とマッチングルートＭＬとの交点から求められるトルクに等しい。
【００７４】
発電電動機１９が発電を開始し、時間ｔ＝ｔ１が経過すると、図６に示されるように、内燃機関１７は、マッチング点ＭＰ１で動作する。マッチング点ＭＰ１は、マッチングルートＭＬと、出力指示線ＩＬｇ１との交点である。マッチング点ＭＰ１において、内燃機関１７の回転速度はｎｍ１となる。
【００７５】
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Ｐｇｏｔの絶対値｜Ｐｇｏｔ｜の分だけ、油圧ポンプ１８が吸収する内燃機関１７の出力は小さくなる。ポンプ吸収トルク線ＰＬ０は、点線で示されるポンプ吸収トルク線ＰＬ１に移動する。ポンプ吸収トルク線ＰＬ１は、発電電動機１９が発電していないときの出力指示線ＩＬｅと、マッチング点ＭＰ１における内燃機関１７の回転速度ｎｍ１との交点を通る。図２に示される油圧ポンプ１８が吸収するトルクはＴｐとなる。発電時においては、油圧ポンプ１８が吸収するトルクＴｐと発電トルクＴｇｏｔの絶対値｜Ｔｇｏｔ｜とを加算した値が、内燃機関１７のトルクＴｅとなる。
【００７６】
時間ｔが経過してｔ０からｔ２になると、発電出力Ｐｇｏｔ及び発電トルクＴｇｏｔは小さくなる。すなわち、発電出力Ｐｇｏｔ及び発電トルクＴｇｏｔの絶対値｜Ｐｇｏｔ｜及び｜Ｔｇｏｔ｜は大きくなる。時間ｔ＝ｔ２のとき、発電時における内燃機関１７の出力指令値は、出力指示線ＩＬｇ２になる。時間ｔ＝ｔ２における発電出力Ｐｇｏｔ及び発電トルクＴｇｏｔの絶対値｜Ｐｇｏｔ｜及び｜Ｔｇｏｔ｜は、時間ｔ＝ｔ１における値よりも大きくなる。このため、時間ｔ＝ｔ２における出力指令値である出力指示線ＩＬｇ２は、時間ｔ＝ｔ１における出力指令値である出力指示線ＩＬｇ１よりも大きくなる。
【００７７】
時間ｔ＝ｔ２になると、図７に示されるように、内燃機関１７は、マッチング点ＭＰ２で動作する。マッチング点ＭＰ２は、マッチングルートＭＬと、出力指示線ＩＬｇ２との交点である。マッチング点ＭＰ２において、内燃機関１７の回転速度はｎｍ２となる。時間ｔ＝ｔ２において、発電していないときのポンプ吸収トルク線ＰＬ０は、実線で示されるポンプ吸収トルク線ＰＬ２に移動する。ポンプ吸収トルク線ＰＬ２は、発電電動機１９が発電していないときの出力指示線ＩＬｅと、マッチング点ＭＰ２における内燃機関１７の回転速度ｎｍ２との交点を通る。
【００７８】
発電電動機１９が発電する場合、発電電動機１９が発電できるように、図２に示されるポンプコントローラ３３は、ポンプ吸収トルクをトルクＴｅからトルクＴｐに低下させる。トルクＴｅとトルクＴｐとの差分が、発電時に発電電動機１９が吸収するトルクになる。図２に示されるポンプコントローラ３３は、油圧ポンプ１８によって吸収されるトルクがＴｅからＴｐになるように、ポンプ吸収トルク線ＰＬの指令値をポンプ吸収トルク線ＰＬ０からポンプ吸収トルク線ＰＬ２へ変更して油圧ポンプ１８に出力する。すなわち、ポンプコントローラ３３は、油圧ポンプ１８が吸収するトルクである吸収トルクを低下させる。その結果、図６及び図７に示されるように、ポンプ吸収トルク線は、ＰＬ０、ＰＬ１、ＰＬ２の順に変化する。
【００７９】
油圧ポンプ１８の動作には応答遅れが存在するため、ポンプ吸収トルクを低下させる指令値が出力された後、実際のポンプ吸収トルクは徐々に低下する。これに対して発電電動機１９の動作は、ほぼ時間遅れなく応答する。このため、ハイブリッドコントローラ２３から目標発電トルクＴｇｔが発電電動機制御装置１９Ｉに与えられると、発電電動機１９が吸収するトルク、すなわち内燃機関１７が発電電動機１９を駆動するトルクの増加の方が、ポンプ吸収トルクの低下よりも速くなる。その結果、過大な負荷が内燃機関１７に作用することによって内燃機関１７の回転速度ｎが急激に低下し、その後、ポンプ吸収トルクが目標値まで低下すると再び内燃機関１７の回転速度ｎが増加する現象が発生する可能性がある。
【００８０】
実施形態において、発電出力Ｐｇｏｔ及び発電トルクＴｇｏｔの絶対値｜Ｐｇｏｔ｜及び｜Ｔｇｏｔ｜は時間ｔの経過とともに大きくなる。このため、内燃機関１７の出力指令値も時間ｔの経過とともに大きくなるので、内燃機関１７のトルクＴｅも時間の経過とともに大きくなる。内燃機関１７の出力指令値及びトルクＴｅが時間ｔの経過とともに大きくなることにより、マッチング点ＭＰは、図７の矢印ｔｒｇで示されるように、発電電動機１９が発電していないときのマッチング点ＭＰ０から、マッチングルートＭＬに沿ってマッチング点ＭＰ２に移動する。このため、発電電動機１９が発電開始から、内燃機関１７により目標発電出力Ｐｇｔ及び目標発電トルクＴｇｔで駆動されるまでの間に、内燃機関１７のトルクＴｅが最大トルク線ＴＬを超えることが抑制される。その結果、内燃機関１７の回転速度ｎが急激に低下した後、再び増加する現象が抑制される。すなわち、実施形態は、発電出力Ｐｇｏｔ及び発電トルクＴｇｏｔの絶対値｜Ｐｇｏｔ｜及び｜Ｔｇｏｔ｜を時間ｔの経過とともに大きくすることにより、ポンプ吸収トルクが目標値まで低下するまでの時間を確保することで、内燃機関１７の回転速度ｎの低下及び増加を抑制する。
【００８１】
発電電動機１９が発電開始から、内燃機関１７により目標発電出力Ｐｇｔ及び目標発電トルクＴｇｔで駆動されるまでの時間は、発電トルクＴｇの絶対値｜Ｔｇ｜の単位時間あたりにおける増加量、すなわち発電トルク増加率によって変更される。発電トルク増加率が小さいと、発電出力Ｐｇｏｔ及び発電トルクＴｇｏｔの絶対値｜Ｐｇｏｔ｜及び｜Ｔｇｏｔ｜の増加速度は相対的に遅くなる。発電トルク増加率が大きいと、発電出力Ｐｇｏｔ及び発電トルクＴｇｏｔの絶対値｜Ｐｇｏｔ｜及び｜Ｔｇｏｔ｜の増加速度は相対的に速くなる。
【００８２】
実施形態において、発電トルク増加率の単位は、Ｎ・ｍ／秒である。発電トルク増加率は、予め定められた一定の値でもよいし、油圧ショベル１の運転条件又は油圧ショベル１の状態によって変更されてもよい。
【００８３】
実施形態において、ハイブリッドコントローラ２３は、発電トルクＴｇｏｔの絶対値｜Ｔｇｏｔ｜を、第１の値の絶対値から第２の値の絶対値まで、時間ｔの経過に従って増加させる。第１の値は、例えば０［Ｎ／ｍ］であり、第２の値は、例えば最低発電トルクである。最低発電トルクは、発電電動機１９が最低発電トルク未満では、効率的に発電できないため、発電しても蓄電装置２２の電力量が増加しにくい。実施形態において、ハイブリッドコントローラ２３は、目標発電トルクＴｇｔの絶対値｜Ｔｇｔ｜が最低発電トルク以上となったら、発電電動機１９に発電を開始させる。最低発電トルク及びそのときの内燃機関１７の回転速度ｎで定まる出力を、最低発電出力と称する。
【００８４】
実施形態において、第２の値の絶対値を最低発電トルクとし、ハイブリッドコントローラ２３は、発電トルクＴｇｏｔの絶対値｜Ｔｇｏｔ｜が、第１の値から第２の値まで、時間ｔの経過に従って増加させる。このような処理により、発電トルクＴｇｏｔの絶対値｜Ｔｇｏｔ｜は、第２の値になると遅れなく目標発電トルクＴｇｔの絶対値｜Ｔｇｔ｜になるので、発電の応答遅れが抑制される。また、発電トルクＴｇｏｔの絶対値｜Ｔｇｏｔ｜は、第１の値から第２の値まで、時間ｔの経過に従って増加するので、発電開始時に内燃機関１７の回転速度ｎが急激に増加することによる違和感が抑制される。
【００８５】
＜発電トルク増加率を変更する例＞
実施形態において、発電トルク増加率は、上部旋回体５を旋回させるために必要な旋回馬力に基づいて変更されてもよい。旋回馬力は、図２に示される旋回モータ２４が上部旋回体５を旋回させるために必要な馬力である。
【００８６】
発電電動機１９が発電するか否かは、蓄電装置２２に蓄電されている電力量、実施形態では蓄電装置２２の端子間電圧に基づいて決定される。蓄電装置２２の端子間電圧に基づいて発電トルク増加率を変更、例えば、端子間電圧が低くなるに従って発電トルク増加率を大きくすることもできる。上部旋回体５が加速する場合、旋回馬力が増加するため、旋回モータ２４を駆動するために発電電動機１９が発生する電力も増加する。このため、蓄電装置２２の端子間電圧に基づいて発電トルク増加率を変更しても、旋回馬力の増加分を補うことができないため、発電電動機１９の発電量が不足する可能性がある。
【００８７】
実施形態において、ハイブリッドコントローラ２３は、旋回馬力が大きくなるに従って発電トルク増加率を大きくする。この場合、ハイブリッドコントローラ２３は、旋回馬力が０から所定の大きさまでは発電トルク増加率を一定の値とし、旋回馬力が所定の大きさ以上の範囲で、旋回馬力が大きくなるに従って発電トルク増加率を大きくすることができる。旋回馬力が大きくなるに従って発電トルク増加率を大きくする場合、例えば、旋回馬力の一次関数、二次関数又は指数関数等に従って発電トルク増加率を大きくすることができる。ハイブリッドコントローラ２３は、トルク増加率を大きくするだけでなく、指令トルクをＴｅ０からＴｅｐへ変更してもよい。
【００８８】
旋回馬力が大きくなるに従って発電トルク増加率が大きくされることにより、発電電動機１９が効率的に発電できる発電トルクを内燃機関１９が発生するまでの応答時間が短くなるので、上部旋回体５の旋回に必要な電力を確保しやすくなる。発電トルク増加率が大きくなると、内燃機関１７の回転速度ｎの増加速度も増加するが、上部旋回体５の旋回中は、作業機３の正確な操作は行われない。このため、上部旋回体５の旋回中に発電トルク増加率を大きくしても、油圧ショベル１のオペレータに与える影響はほとんどない。このため、内燃機関１７の回転速度ｎの増加速度の増加は許容される。
【００８９】
発電電動機１９が電動機として動作することにより、内燃機関１７を補助することができる。発電電動機１９が電動機として動作する場合、発電電動機１９は蓄電装置２２に蓄えられた電力を使用する。発電電動機１９による内燃機関１７の補助が頻発すると、蓄電装置２２に蓄えられた電力が減少し、端子間電圧が大きく低下する。発電電動機１９が発電する場合、発電トルクＴｇを時間ｔの経過とともに増加させると発電量が不足し、蓄電装置２２の端子間電圧が異常低下する可能性がある。
【００９０】
例えば、内燃機関１７の補助には回転数アシストがある。回転数アシストはレバー中立状態で内燃機関１７の回転速度ｎを低くしている状態から操作レバー２６Ｒ，２６Ｌを操作し回転速度ｎを増加させる。回転数アシストによって回転速度ｎが増加した後は、アシストから発電に切り替わるが、その時の内燃機関１７の回転速度ｎの変動を抑制したいという要請がある。
【００９１】
実施形態において、図２に示されるハイブリッドコントローラ２３は、蓄電装置２２に蓄電されている電力量に基づいて発電トルク増加率を変更することができる。例えば、ハイブリッドコントローラ２３は、蓄電装置２２に蓄電されている電力量が少なくなる、すなわち蓄電装置２２の端子間電圧が低下すると発電トルク増加率を大きくすることができる。
【００９２】
実施形態において、ハイブリッドコントローラ２３は、蓄電装置２２の目標とする端子間電圧と、現在の端子間電圧との偏差である電圧偏差から決定される目標発電出力に基づいて、発電トルク増加率を変更する。より詳細には、目標発電出力が大きくなる、すなわち電圧偏差が大きくなると、発電トルク増加率が大きくなる。電圧偏差は、蓄電装置２２に蓄電されている電力量が少なくなると大きくなるので、蓄電装置２２に蓄電されている電力量が少なくなると発電トルク増加率を大きくすることになる。発電電動機１９の動作がアシスト状態から発電状態に移るときに、内燃機関１７の回転速度ｎの変動を抑制しつつ、発電電動機１９の発電量を確保したいという要請がある。
【００９３】
目標発電出力に基づいて発電トルク増加率を変更する場合、ハイブリッドコントローラ２３は、目標発電出力の絶対値が０から所定の大きさまでは発電トルク増加率を一定の値とし、目標発電出力の絶対値が所定の大きさ以上の範囲で、目標発電出力の絶対値が大きくなるに従って発電トルク増加率を大きくすることができる。目標発電出力の絶対値としているのは、目標発電出力は負の値であるからである。
【００９４】
このような処理により、発電電動機１９による内燃機関１７の補助が頻発しても、蓄電装置２２の端子間電圧が異常低下する可能性を低減できる。発電電動機１９による内燃機関１７の補助が頻発するような状況は、内燃機関１７の回転速度ｎが変動している状態である。このため、発電トルク増加率を大きくすることにより内燃機関１７の回転速度ｎが急激に増加したとしても許容される。
【００９５】
＜実施形態及び比較例＞
図８は、比較例において、発電電動機１９が内燃機関１７によって駆動されて発電する場合における内燃機関１７の運転状態を説明するための図である。図９は、比較例において、発電電動機が内燃機関によって駆動されて発電する場合における内燃機関の運転状態を説明するためのタイミングチャートである。図９の縦軸は、発電出力Ｐｇ、油圧ポンプ１８の吸収トルクＴＰ及び内燃機関１７の回転速度ｎである。図９の横軸はいずれも時間ｔであり、時間ｔ０で発電電動機１９による発電が開始される。図９の実線は実施形態を示し、破線は比較例を示す。比較例は、マッチングルートＭＬと、出力指示線ＩＬｅと、ポンプ吸収トルク線ＰＬ０との交点であるマッチング点ＭＰ０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。そして、発電電動機１９が発電する場合、ハイブリッドコントローラ２３は、目標発電トルクＴｇｔを時間とともに変化させずに発電電動機制御装置１９Ｉに与える。
【００９６】
比較例は、時間ｔ０で発電電動機１９による発電が開始されると、図９に示されるように発電出力Ｐｇが０から目標発電出力Ｐｇｔに変化する。内燃機関１７に対する出力指令値は、目標発電出力Ｐｇｔを出力指示線ＩＬｅに加算した出力指示線ＩＬｇ２となる。出力指示線ＩＬｅとマッチングルートＭＬとの交点を通るポンプ吸収トルク線ＰＬ０は、ポンプ吸収トルク線ＰＬ２に変更される。ポンプ吸収トルク線ＰＬ２は、出力指示線ＩＬｇ２、マッチングルートＭＬとの交点の回転速度ｎｍ２、及び回転速度ｎｍ２に対応した出力指示線ＩＬｅにおけるトルクＴｅ２ｐで定まる座標を通る。
【００９７】
出力指示線ＩＬｅとマッチングルートＭＬとの交点において、内燃機関１７のトルクはＴｅ０であり、回転速度はｎｍ０である。出力指示線ＩＬｇ２とマッチングルートＭＬとの交点において、内燃機関１７のトルクはＴｅ２であり、回転速度はｎｍ２である。ポンプ吸収トルク線ＰＬ２と出力指示線ＩＬｇ２との交点において、内燃機関１７のトルクはＴｅ２ｐであり、回転速度はｎｍ２である。
【００９８】
発電電動機１９が発電する場合、ポンプ吸収トルクは、Ｔｅ０からＴｅ２ｐになる。図２に示されるポンプコントローラ３３は、油圧ポンプ１８によって吸収されるトルクがＴｅ０からＴｅ２ｐになるように、ポンプ吸収トルクの指令値を生成して油圧ポンプ１８に出力する。その結果、ポンプ吸収トルク線は、ＰＬ０からＰＬ２に遷移するので、ポンプ吸収トルクも、ポンプ吸収トルク線ＰＬ０に対応するトルクＴｅ０からポンプ吸収トルク線ＰＬ２に対応するトルクＴｅ２ｐに変化する。油圧ポンプ１８の動作には応答遅れが存在するため、変更後のポンプ吸収トルクの指令値が出力された後、実際のポンプ吸収トルクは徐々に低下する。
【００９９】
発電電動機１９の動作は、指令が与えられるとほぼ遅れなく応答する。このため、比較例において、発電電動機１９は、図９の破線に示されるように時間ｔ０から目標発電出力Ｐｇｔに対応する電力を発生する。ハイブリッドコントローラ２３から目標発電トルクＴｇｔが発電電動機制御装置１９Ｉに与えられると、内燃機関１７に対する出力指令値は、時間ｔ０において出力指示線ＩＬｅから出力指示線ＩＬｇ２に変化する。その結果、内燃機関１７には出力指示線ＩＬｇ２とマッチングルートＭＬとの交点におけるトルクＴｅ２が作用する。
【０１００】
発電が開始すると、発電電動機１９の発電開始前においてトルクＴｅ０で動作していた内燃機関１７には、内燃機関１７の回転速度ｎが回転速度ｎｍ２においてポンプ吸収トルクがＴｅ２ｐになる前に、内燃機関１７の回転速度ｎが回転速度ｎｍ０において発電トルクＴｇｔを加算したトルクＴｅ２が作用する。その結果、内燃機関１７には最大トルク線ＴＬを超えるトルクが作用するため、図９の時間ｔ０から時間ｔ２の間の破線で示されるように、内燃機関１７の回転速度ｎが低下する。その後、ポンプ吸収トルクがＴｅ２ｐに近づくにしたがって、内燃機関１７の回転速度ｎが増加する。内燃機関１７の回転速度ｎが回転速度ｎｍ２になると、マッチングルートＭＬと、出力指示線ＩＬｇ２との交点であるマッチング点ＭＰ２で内燃機関１７が動作する。
【０１０１】
比較例は、発電電動機１９が発電する場合、マッチングルートＭＬと出力指示線ＩＬｇとの交点における回転速度ｎｍ２を、目標とする回転速度として、時間ｔの経過とともに内燃機関１７の回転速度ｎを目標とする回転速度ｎｍ２まで増加させることもできる。しかし、内燃機関１７の回転速度ｎを時間ｔの経過とともに増加させても、内燃機関１７の回転速度ｎが回転速度ｎ２において、ポンプ吸収トルクがＴｅ２ｐになる前に、内燃機関１７の回転速度ｎが回転速度ｎ０においてトルクＴｅ２が内燃機関１７に作用することは回避できない。その結果、内燃機関１７には最大トルク線ＴＬを超えるトルクが作用するため、内燃機関１７の回転速度ｎが低下し、その後に増加する現象が発生する可能性がある。特に、マッチングルートＭＬが、図３に示されるマッチングルートＭＬｂのように最大トルク線ＴＬに近くなると、内燃機関１７がマッチングルートＭＬで定まるトルクＴよりも大きいトルクＴを発生できる余裕が少なくなる。このため、比較例は、マッチングルートＭＬが最大トルク線ＴＬに近くなる程、発電電動機１９の発電時に、内燃機関１７の回転速度ｎが低下する現象が発生しやすくなる。
【０１０２】
実施形態は、発電電動機１９が発電する場合、内燃機関１７の回転速度ｎではなく、発電トルクＰｇを時間ｔの経過とともに大きくする。このような処理により、実施形態は、出力指令値に対応する出力指令線ＩＬが徐々に増加し、図９に示されるように、ポンプ吸収トルク線は、ＰＬ０からＰＬ２まで徐々に低下する。その結果、実施形態は、発電電動機１９の発電時において、内燃機関１７の回転速度ｎを時間ｔの経過とともに徐々に増加させることができるので、回転速度ｎの急激な増加を抑制することができる。
【０１０３】
実施形態は、発電トルクＴｇを時間ｔの経過とともに大きくするので、発電電動機１９が内燃機関１７により目標発電トルクＴｇｔで駆動されるまでの間に、内燃機関１７のトルクＴｅが最大トルク線ＴＬを超えることが抑制される。その結果、内燃機関１７に過大な負荷が加わることによって内燃機関１７の回転速度ｎが急激に落ち込む現象が抑制される。実施形態は、燃費効率の良好な低回転速度側で内燃機関１７を運転するためにマッチングルートＭＬを最大トルク線ＴＬに近くした場合でも、発電電動機１９の発電時に内燃機関１７の回転速度ｎが低下する現象を抑制できる。このように、実施形態は、発電電動機１９の発電時に、内燃機関１７の回転速度ｎの増減を抑制できる。
【０１０４】
＜ハイブリッドコントローラ２３の構成例＞
図１０は、ハイブリッドコントローラ２３、エンジンコントローラ３０及びポンプコントローラ３３の構成例を示す図である。ハイブリッドコントローラ２３、エンジンコントローラ３０及びポンプコントローラ３３は、処理部１００Ｐと、記憶部１００Ｍと、入出力部１００ＩＯとを有する。処理部１００Ｐは、ＣＰＵ、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。処理部１００Ｐは、実施形態に係るハイブリッド作業機械の機関制御方法を実行する。
【０１０５】
処理部１００Ｐ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１００Ｐに該当する。
【０１０６】
記憶部１００Ｍ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１００Ｍは、実施形態に係る機関制御を処理部１００Ｐ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１００Ｐ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１００Ｐは、記憶部１００Ｍ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。
【０１０７】
入出力部１００ＩＯは、ハイブリッドコントローラ２３、エンジンコントローラ３０又はポンプコントローラ３３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。
【０１０８】
＜油圧ショベルの制御系＞
図１１は、油圧ショベル１の制御系１ＣＴを示す図である。ハイブリッドコントローラ２３には、蓄電装置２２の端子間電圧Ｅｃ、発電電動機１９の回転速度ｎｇ、旋回モータ２４の回転速度ｎｒｍ及び旋回モータ２４のトルクＴｒｍが入力される。ハイブリッドコントローラ２３は、これらの入力を用いて、発電電動機１９が発電する場合の発電トルクＴｇの指令値である発電トルク指令値Ｔｇｃを生成する。
【０１０９】
発電トルク指令値Ｔｇｃは、発電電動機制御装置１９Ｉに発電トルク指令値Ｔｇｃを送信して、発電電動機１９に発電させる。エンジンコントローラ３０は、車内ＬＡＮ３５を介してハイブリッドコントローラ２３から発電トルク指令値Ｔｇｃを取得し、内燃機関１７の制御に用いる。ポンプコントローラ３３は、車内ＬＡＮ３５を介してハイブリッドコントローラ２３から発電トルク指令値Ｔｇｃを取得し、油圧ポンプ１８の制御に用いる。油圧ポンプ１８は、斜板１８ＳＰの角度が変更されることにより、吐出する作動油の流量が制御される。
【０１１０】
＜ハイブリッドコントローラ２３の制御ブロック＞
図１２から図１４は、実施形態に係るハイブリッド作業機械の機関制御方法を実行するハイブリッドコントローラ２３の制御ブロック図である。図１５は、入力値演算部の処理を示すフローチャートである。図１６は、実施形態に係るハイブリッド作業機械の機関制御方法を実行するハイブリッドコントローラ２３の制御ブロック図である。
【０１１１】
図１２に示されるように、ハイブリッドコントローラ２３は、目標発電出力演算部５０と、旋回馬力演算部５１と、目標発電トルク演算部５２と、発電トルクモジュレーション演算部５３と、ポンプ指令値演算部５７とを含む。これらは、実施形態に係るハイブリッド作業機械の制御方法を実行する。これらの機能は、ハイブリッドコントローラ２３の処理部１００Ｐが実現する。処理部１００Ｐは、例えば、実施形態に係るハイブリッド作業機械の制御方法を実行するコンピュータプログラムを記憶部１００Ｍから読み出して実行することにより、目標発電出力演算部５０、旋回馬力演算部５１、目標発電トルク演算部５２及び発電トルクモジュレーション演算部５３の機能を実現する。
【０１１２】
目標発電出力演算部５０は、蓄電装置２２の端子間電圧Ｅｃを用いて、目標発電出力Ｐｇｔを求める。目標発電出力Ｐｇｔは、蓄電装置２２の目標とする端子間電圧Ｅｃｔと、現在の端子間電圧Ｅｃとの偏差である電圧偏差ΔＥｃに、負の値であるゲインＧを乗ずることにより求められる。前述したように、実施形態では、発電トルクＴｇ及び発電出力Ｐｇを負の値として表すからである。目標発電出力演算部５０は、求めた目標発電出力Ｐｇｔを目標発電トルク演算部５２に出力する。実施形態において、目標とする端子間電圧Ｅｃｔは固定値であり、ハイブリッドコントローラ２３の記憶部１００Ｍに記憶されている。
【０１１３】
旋回馬力演算部５１は、旋回モータ２４の回転速度ｎｒｍ及び旋回モータ２４のトルクＴｒｍを用いて旋回馬力Ｐｒを求め、発電トルクモジュレーション演算部５３に出力する。旋回馬力Ｐｒは、式（１）で求めることができる。式（１）中のＨは係数である。実施形態において、係数Ｈは固定値であり、ハイブリッドコントローラ２３の記憶部１００Ｍに記憶されている。
Ｐｒ＝２×π／６０×ｎｒｍ×Ｔｒｍ／１０００×Ｈ・・・（１）
【０１１４】
目標発電トルク演算部５２は、目標発電出力Ｐｇｔを用いて目標発電トルクＴｇｔを求め発電トルクモジュレーション演算部５３に出力する。発電トルクモジュレーション演算部５３は、目標発電出力Ｐｇｔ、目標発電トルクＴｇｔ及び旋回馬力Ｐｒを用いて発電トルク指令値Ｔｇｃを生成し、出力する。
【０１１５】
ポンプ指令値演算部５７は、内燃機関１７の回転速度に、発電トルク指令値Ｔｇｃで定まるトルクを乗算して、油圧ポンプ１８の吸収馬力を求める。この例では、発電電動機１９は内燃機関１７によって駆動されるため、内燃機関１７の回転速度として発電電動機１９の回転速度ｎｇを用いている。ポンプ指令値演算部５７は、求めた油圧ポンプ１８の吸収馬力から、油圧ポンプ１８に与えられる指令値ＰＬｃを求める。指令値ＰＬｃは、油圧ポンプ１８の斜板１８ＳＰの傾転角を、油圧ポンプ１８が吸収馬力を吸収するために必要な大きさとするための命令である。ポンプ指令値演算部５７は、油圧ポンプ１８の吸収馬力を変更することにより、油圧ポンプ１８の吸収トルクを増加させたり低下させたりすることができる。
【０１１６】
発電トルクモジュレーション演算部５３は、図１３に示されるように、発電トルク増加率変更部５４と、入力値演算部５５と、モジュレーション処理部５６とを含む。発電トルク増加率変更部５４は、旋回馬力Ｐｒと目標発電出力Ｐｇｔとから、発電トルク増加率の最大値を決定する第１の値Ｔｇｍｍａｘと、発電トルク増加率の最小値を決定する第２の値Ｔｇｍｍｉｎとを求めてモジュレーション処理部５６に出力する。
【０１１７】
入力値演算部５５は、目標発電トルクＴｇｔと、前回値Ｔｇｔｍｂと、最低発電トルクＴｇｍｉｎとを用いて、無効フラグＦｍｉと、発電トルク入力値ＩＮｍとを求めてモジュレーション処理部５６に出力する。モジュレーション処理部５６は、第１の値Ｔｇｍｍａｘと、第２の値Ｔｇｍｍｉｎと、無効フラグＦｍｉと、発電トルク入力値ＩＮｍとを用いて、発電トルク指令値Ｔｇｃを生成し、出力する。前回値Ｔｇｔｍｂは、ハイブリッドコントローラ２３の制御周期の１周期前に、モジュレーション処理部５６が出力した発電トルク指令値Ｔｇｃである。
【０１１８】
図１４に示されるように、発電トルク増加率変更部５４は、第１変換部５４Ａと、第２変換部５４Ｂと、最大値選択部５４Ｃと、反転部５４Ｄとを含む。第１変換部５４Ａは、旋回馬力Ｐｒを用いて、発電トルク増加率を変更するための第１パラメータＴｇｍｆを求め、出力する。第２変換部５４Ｂは、目標発電出力Ｐｇｔを用いて、発電トルク増加率を変更するための第２パラメータＴｇｍｓを求め、出力する。
【０１１９】
第１変換部５４Ａは、第１変換テーブルＭＰＡを用いて第１パラメータＴｇｍｆを求める。第１変換テーブルＭＰＡは、旋回馬力Ｐｒと第１パラメータＴｇｍｆとの関係が記述されている。第１変換テーブルＭＰＡは、旋回馬力Ｐｒが所定の値Ｐｒ１までは第１パラメータＴｇｍｆが一定値Ｔｇｍｆ１であり、旋回馬力Ｐｒが所定の値Ｐｒ１以上になると旋回馬力Ｐｒの増加とともに第１パラメータＴｇｍｆが大きくなっている。
【０１２０】
第２変換部５４Ｂは、第２変換テーブルＭＰＢを用いて第２パラメータＴｇｍｓを求める。第２変換テーブルＭＰＢは、目標発電出力Ｐｇｔと第２パラメータＴｇｍｓとの関係が記述されている。第２変換テーブルＭＰＢは、目標発電出力Ｐｇｔの絶対値が所定の値Ｐｇｔ１までは第２パラメータＴｇｍｓが一定値Ｔｇｍｓ１であり、目標発電出力Ｐｇｔの絶対値が所定の値Ｐｆｔ１以上になると目標発電出力Ｐｇｔの増加とともに第２パラメータＴｇｍｓが大きくなっている。
【０１２１】
実施形態において、第１パラメータＴｇｍｆ及び第２パラメータＴｇｍｓは、いずれもトルクであり、単位はＮ・ｍである。第１パラメータＴｇｍｆ及び第２パラメータＴｇｍｓは、ハイブリッドコントローラ２３の制御周期毎に求められるので、１制御周期あたりの第１パラメータＴｇｍｆ及び第２パラメータＴｇｍｓは、発電トルク増加率となる。
【０１２２】
最大値選択部５４Ｃは、第１パラメータＴｇｍｆと第２パラメータＴｇｍｓとのうち大きい方を選択して出力する。最大値選択部５４Ｃが出力した値は、第１の値Ｔｇｍｍａｘとなる。最大値選択部５４Ｃが出力した値は反転部５４Ｄを通過する。反転部５４Ｄは、最大値選択部５４Ｃが出力した値に負の符号を付して出力する。反転部５４Ｄが出力した値は、第２の値Ｔｇｍｍｉｎとなる。第１の値Ｔｇｍｍａｘの絶対値と第２の値Ｔｇｍｍｉｎの絶対値とは等しくなる。
【０１２３】
図１５を用いて入力値演算部５５の処理を説明する。入力値演算部５５は、ステップＳ１において、前回値Ｔｇｔｍｂと最低発電トルクＴｇｍｉｎとを比較する。前回値Ｔｇｔｍｂが最低発電トルクＴｇｍｉｎよりも小さい場合（ステップＳ１，Ｙｅｓ）、ステップＳ２において、入力値演算部５５は、目標発電トルクＴｇｔと最低発電トルクＴｇｍｉｎとを比較する。
【０１２４】
目標発電トルクＴｇｔが最低発電トルクＴｇｍｉｎよりも小さい場合（ステップＳ２，Ｙｅｓ）、ステップＳ３において、入力値演算部５５は、無効フラグＦｍｉをＴＲＵＥとし、ステップＳ４において発電トルク入力値ＩＮｍを目標発電トルクＴｇｔとする。
【０１２５】
前回値Ｔｇｔｍｂが最低発電トルクＴｇｍｉｎ以上である場合（ステップＳ１，Ｎｏ）、ステップＳ５において、入力値演算部５５は、無効フラグＦｍｉをＦＡＬＳＥとし、ステップＳ６において発電トルク入力値ＩＮｍを目標発電トルクＴｇｔとする。
【０１２６】
目標発電トルクＴｇｔが最低発電トルクＴｇｍｉｎ以上である場合（ステップＳ２，Ｎｏ）、ステップＳ７において、入力値演算部５５は、無効フラグＦｍｉをＴＲＵＥとし、ステップＳ８において発電トルク入力値ＩＮｍを最低発電トルクＴｇｍｉｎとする。
【０１２７】
このような処理により、入力値演算部５５は、発電トルクＴｇが０から最低発電トルクＴｇｍｉｎの間だけ、発電トルクＴｇを時間ｔの経過とともに増加させることができる。そして、入力値演算部５５は、発電トルクＴｇが最低発電トルクＴｇｍｉｎ以上になったら、発電トルクＴｇを目標発電トルクＴｇｔとすることができる。
【０１２８】
モジュレーション処理部５６は、図１６に示されるように、第１加減算器５６Ａと、最小値選択部５６Ｂと、最大値選択部５６Ｃと、第２加減算器５６Ｄと、選択部５６Ｅと、無効フラグ出力部５６Ｆと、前回値記憶部５６Ｇとを含む。第１加減算器５６Ａは、入力値演算部５５から出力された発電トルク入力値ＩＮｍから前回値Ｔｇｔｍｂを減算して最小値選択部５６Ｂに出力する。
【０１２９】
最小値選択部５６Ｂは、第１加減算器５６Ａからの出力値と、発電トルク増加率変更部５４によって求められた第１の値Ｔｇｍｍａｘとのうち小さい方を選択して、最大値選択部５６Ｃに出力する。最大値選択部５６Ｃは、最小値選択部５６Ｂから出力された値と、発電トルク増加率変更部５４によって求められた第２の値Ｔｇｍｍｉｎとのうち大きい方を選択して、第２加減算器５６Ｄに出力する。
【０１３０】
第２加減算器５６Ｄは、最大値選択部５６Ｃから出力された値と、前回値Ｔｇｔｍｂとを加算して、選択部５６Ｅに出力する。選択部５６Ｅは、無効フラグ出力部５６Ｆから選択部５６Ｅに出力された無効フラグＦｍｉの値に応じて、入力を選択して出力する。無効フラグＦｍｉがＦＡＬＳＥの場合、ハイブリッドコントローラ２３は、発電トルクＴｇを時間の経過とともに増加させる。このため、選択部５６Ｅは第２加減算器５６Ｄが演算した結果を今回値Ｔｇｔｍとして出力する。今回値Ｔｇｔｍは、発電トルク指令値Ｔｇｃである。
【０１３１】
無効フラグＦｍｉがＴＲＵＥの場合、ハイブリッドコントローラ２３は、発電トルクＴｇを時間の経過とともに増加させず、発電トルク入力値ＩＮｍをそのまま出力する。このため、選択部５６Ｅは、モジュレーション処理部５６に入力された発電トルク入力値ＩＮｍを今回値Ｔｇｔｍ、すなわち発電トルク指令値Ｔｇｃとして出力する。前回値記憶部５６Ｇは、モジュレーション処理部５６の前回値Ｔｇｔｍｂがハイブリッドコントローラ２３の記憶部１００Ｍに記憶されることを意味する。
【０１３２】
発電トルク入力値ＩＮｍが、第１加減算器５６Ａ、最小値選択部５６Ｂ、最大値選択部５６Ｃ及び第２加減算器５６Ｄのそれぞれで処理されることにより、選択部５６Ｅの出力にはモジュレーションがかけられる。その結果、発電トルク指令値Ｔｇｃは、時間ｔの経過とともに増加する。その結果、発電電動機１９が発電する際に内燃機関１７の回転速度ｎが急激に増加することが抑制される。
【０１３３】
実施形態において、ハイブリッドコントローラ２３は、モジュレーション処理部５６が出力した発電トルク指令値Ｔｇｃの前回値と、発電トルク増加率を決定するための第１の値Ｔｇｍｍａｘ及び第２の値Ｔｇｍｍｉｎとを用いて、時間ｔの経過とともに発電トルク指令値Ｔｇｃを増加させる。時間ｔの経過とともに発電トルク指令値Ｔｇｃを増加させる方法は実施形態のものに限定されない。例えば、モジュレーション処理部５６は、発電トルク入力値ＩＮｍに対する発電トルク指令値Ｔｇｃを、一次遅れに従って変化させてもよい。この場合、発電トルク指令値Ｔｇｃと発電トルク入力値ＩＮｍとの関係は、例えば、式（２）で表される。Δｔｃはハイブリッドコントローラ２３の制御周期、τは時定数である。
Ｔｇｃ＝ＩＮｍ×Δｔｃ／（Δｔｃ＋τ）＋Ｔｇｔｍｂ×τ／（Δｔｃ＋τ）・・・（２）
【０１３４】
＜実施形態に係る機関制御方法＞
図１７は、実施形態に係るハイブリッド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、図２に示されるハイブリッドコントローラ２３は、蓄電装置２２に蓄電されている電力量に基づいて、発電電動機１９が発電するか否かを判定する。例えば、ハイブリッドコントローラ２３は、蓄電装置２２の目標とする端子間電圧と、現在の端子間電圧との偏差である電圧偏差が閾値以下になった場合に、発電電動機１９が発電すると判定する。
【０１３５】
発電電動機１９が発電する場合（ステップＳ１０１，Ｙｅｓ）、ハイブリッドコントローラ２３は、発電トルクＴｇにモジュレーションをかけて出力する（ステップＳ１０２）。すなわち、ハイブリッドコントローラ２３は、発電トルクＴｇを時間の経過とともに増加させて出力し、かつ油圧ポンプ１８が吸収する吸収トルクを低下させる。その結果、内燃機関１７のトルクＴも時間ｔの経過とともに増加するので、発電電動機１９が発電する際に内燃機関１７の回転速度ｎが急激に増加することが抑制される。
【０１３６】
発電電動機１９が発電しない場合（ステップＳ１０１，Ｎｏ）、ハイブリッドコントローラ２３は、発電トルクＴｇにモジュレーションをかけないで出力する。
【０１３７】
＜出力指示線の変形例＞
図１８は、実施形態に係る出力指示線の変形例を説明するための図である。前述したように、図４、図６及び図７に示される出力指示線ＩＬは等馬力線であったが、変形例に係る出力指示線は、等スロットル線である。図１８に示されるトルク線図は、等スロットル線ＥＬ１、ＥＬ２、ＥＬ３と、等馬力線ＥＰ０、ＥＰと、制限線ＶＬと、内燃機関１７の最大トルク線ＴＬと、マッチングルートＭＬとが示されている。
【０１３８】
等スロットル線ＥＬ１、ＥＬ２、ＥＬ３は、燃料調整ダイヤル、すなわち、図２に示されるスロットルダイヤル２８の設定値（スロットル開度）が等しい場合のトルクＴと回転速度ｎとの関係を示している。スロットルダイヤル２８の設定値とは、コモンレール制御部３２が内燃機関１７に噴射する燃料の噴射量を規定するための指令値である。
【０１３９】
等スロットル線ＥＬ１は、スロットルダイヤル２８の設定値が１００％、すなわち、内燃機関１７に対する燃料噴射量が最大となる場合に対応する。等スロットル線ＥＬ２は、スロットルダイヤル２８の設定値が０％となる場合に対応する。等スロットル線ＥＬ３は、この順に、スロットルダイヤル２８の設定値が大きい値に対応する複数の線である。等スロットル線ＥＬ３は、燃料噴射量が最大値と最小値との間の値となる。
【０１４０】
第１等スロットル線ＥＬ１は、内燃機関１７に対する燃料噴射量が最大になる場合に対応した、トルクＴと回転速度ｎとの関係を表している。以下において、第１等スロットル線ＥＬ１は、内燃機関１７の定格出力となる回転速度での出力が、定格出力以上に設定されている。
【０１４１】
第２等スロットル線ＥＬ２は、内燃機関１７に対する燃料噴射量が０になる場合に対応した、トルクＴと回転速度ｎとの関係を表している。等スロットル線ＥＬ２は、内燃機関１７のトルクＴが０、かつ回転速度ｎが０を起点として、内燃機関１７の回転速度ｎが増加するにしたがって、内燃機関１７のトルクＴが低下するように定められている。トルクＴが低下する割合は、内燃機関１７の内部摩擦によって発生する摩擦トルクＴｆに基づいて定められる。
【０１４２】
第３等スロットル線ＥＬ３は、第１等スロットル線ＥＬ１と第２等スロットル線ＥＬ２との間に複数存在する。第３等スロットル線ＥＬ３は、第１等スロットル線ＥＬ１と第２等スロットル線ＥＬ２との値を補間することにより得られる。
【０１４３】
第１等スロットル線ＥＬ１、第２等スロットル線ＥＬ２及び第３等スロットル線ＥＬ３は、いずれも、内燃機関１７の回転速度ｎ及びトルクＴの目標を示している。特にこの中で、内燃機関１７は、第３等スロットル線ＥＬ３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。等馬力線ＥＰ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ている。第３スロットル線ＥＬ３と任意の等馬力線ＥＰとが交差するある一点は、例えばマッチングルート上ＭＬで交差するように定められてもよい。
【０１４４】
制御装置、例えば図２に示され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、第３等スロットル線ＥＬ３とを用いて、実施形態と同様に内燃機関１７の運転状態を制御する。
【０１４５】
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。
【０１４６】
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】
【０１４７】
１  油圧ショベル
２  車両本体
３  作業機
５  上部旋回体
１７  内燃機関
１８  油圧ポンプ
１９  発電電動機
１９Ｉ  発電電動機制御装置
２２  蓄電装置
２３  ハイブリッドコントローラ
２４  旋回モータ（電動機）
２４Ｉ  旋回モータ制御装置
３０  エンジンコントローラ
３６  機関
５０  目標発電出力演算部
５１  旋回馬力演算部
５２  目標発電トルク演算部
５３  発電トルクモジュレーション演算部
５４  発電トルク増加率変更部
５４Ａ  第１変換部
５４Ｂ  第２変換部
５４Ｃ  最大値選択部
５４Ｄ  反転部
５５  入力値演算部
５６  モジュレーション処理部
５６Ａ  第１加減算器
５６Ｂ  最小値選択部
５６Ｃ  最大値選択部
５６Ｄ  第２加減算器
５６Ｅ  選択部
５６Ｇ  前回値記憶部
５６Ｆ  無効フラグ出力部
５７  ポンプ指令値演算部
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年12月2日(2016.12.2)
【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】
油圧ポンプから供給される作動油によって動作する作業機を有するハイブリッド作業機械に搭載され、かつ発生した動力で発電電動機及び前記油圧ポンプを駆動する内燃機関を制御する制御装置において、
前記内燃機関の運転中に前記発電電動機が電力を発生する場合、前記発電電動機に電力を発生させるために必要なトルクを時間の経過とともに増加させ、かつ前記油圧ポンプが吸収する吸収トルクを低下させる処理部を含み、
前記処理部は、前記発電電動機が発生した電力を蓄電する蓄電装置に蓄電されている電力量に基づいて、前記発電電動機に電力を発生させるために必要なトルクを時間の経過とともに増加させる割合を変更する、
ハイブリッド作業機械の機関制御装置。
【請求項２】
油圧ポンプから供給される作動油によって動作する作業機を有するハイブリッド作業機械に搭載され、かつ発生した動力で発電電動機及び前記油圧ポンプを駆動する内燃機関を制御する制御装置において、
前記内燃機関の運転中に前記発電電動機が電力を発生する場合、前記発電電動機に電力を発生させるために必要なトルクを時間の経過とともに増加させ、かつ前記油圧ポンプが吸収する吸収トルクを低下させる処理部を含み、
前記ハイブリッド作業機械は前記作業機を備えた旋回体を有し、
前記処理部は、前記旋回体を旋回させるために必要な旋回馬力に基づいて、前記発電電動機に電力を発生させるために必要なトルクを時間の経過とともに増加させる割合を変更する、
ハイブリッド作業機械の機関制御装置。
【請求項３】
前記処理部は、
前記旋回馬力が大きくなると、前記割合を大きくする、請求項２に記載のハイブリッド作業機械の機関制御装置。
【請求項４】
前記処理部は、
前記電力量が小さくなると前記割合を大きくする、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のハイブリッド作業機械の機関制御装置。
【請求項５】
前記発電電動機が発生した電力を蓄電する蓄電装置に蓄電されている電力量に基づいて、前記発電電動機が電力を発生するか否かを判定する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のハイブリッド作業機械の機関制御装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のハイブリッド作業機械の機関制御装置と、
前記内燃機関と、
前記内燃機関によって駆動される油圧ポンプと、
前記内燃機関によって駆動される前記発電電動機と、
前記発電電動機が発生した電力を蓄える蓄電装置と、
を含む、ハイブリッド作業機械。
【請求項７】
油圧ポンプによって動作する作業機を有するハイブリッド作業機械に搭載され、かつ発生した動力で発電電動機及び前記油圧ポンプを駆動する内燃機関を制御するにあたり、
前記内燃機関の運転中に前記発電電動機が電力を発生するか否かを判定することと、
前記内燃機関の運転中に前記発電電動機が電力を発生する場合、前記発電電動機に電力を発生させるために必要なトルクを時間の経過とともに増加させ、かつ前記油圧ポンプが吸収する吸収トルクを低下させることと、
前記発電電動機が発生した電力を蓄電する蓄電装置に蓄電されている電力量に基づいて、前記発電電動機に電力を発生させるために必要なトルクを時間の経過とともに増加させる割合を変更することと、
を含む、ハイブリッド作業機械の機関制御方法。
【請求項８】
油圧ポンプによって動作する作業機と、前記作業機を備えた旋回体とを有するハイブリッド作業機械に搭載され、かつ発生した動力で発電電動機及び前記油圧ポンプを駆動する内燃機関を制御するにあたり、
前記内燃機関の運転中に前記発電電動機が電力を発生するか否かを判定することと、
前記内燃機関の運転中に前記発電電動機が電力を発生する場合、前記発電電動機に電力を発生させるために必要なトルクを時間の経過とともに増加させ、かつ前記油圧ポンプが吸収する吸収トルクを低下させることと、
前記旋回体を旋回させるために必要な旋回馬力に基づいて、前記発電電動機に電力を発生させるために必要なトルクを時間の経過とともに増加させる割合を変更することと、
を含む、ハイブリッド作業機械の機関制御方法。
【国際調査報告】
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