(57)【要約】  後処理装置を省略又は簡略化した上で、先進国域での排出ガス規制で要求される基準値を下回るレベルまで、排出される有害物質を低減可能とする作業機械、動力ユニット及び作業機械のディーゼルエンジンを提供する。  定格回転数を含む高回転数領域ＮＨよりも低い低回転数領域ＮＬにおいて、最大出力トルクが定格回転数における最大出力馬力点Ｍ１のトルクよりも小さい中間トルクの特性Ｘａとなるよう最大出力トルクを制限するディーゼルエンジン（１）により油圧ポンプ（７）を駆動し、油圧ポンプ（７）から吐出される圧油によって油圧アクチュエータを駆動する。
2016129066.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルエンジンと、  前記ディーゼルエンジンにより駆動される少なくとも１つの油圧ポンプと、  前記油圧ポンプから吐出される圧油により駆動される少なくとも１つの油圧アクチュエータを備え、  前記ディーゼルエンジンは、定格回転数を含む第１回転数領域よりも低い第２回転数領域において、前記ディーゼルエンジンの最大出力トルクが前記定格回転数における最大出力馬力点のトルクよりも小さい中間トルクの特性となるよう前記最大出力トルクを制限するエンジンであることを特徴とする作業機械。
【請求項２】
請求項１記載の作業機械において、  前記第２回転数領域において制限された最大出力トルクは、前記ディーゼルエンジンの目標回転数を前記第２回転数領域内に設定し、その回転数で前記作業機械を駆動しようとしたときに前記油圧ポンプが出力すべき最大トルクよりも小さいことを特徴とする作業機械。
【請求項３】
請求項１記載の作業機械において、  前記第２回転数領域において制限された最大出力トルクは前記ディーゼルエンジンの最大出力トルク点のトルクの７５％以下であることを特徴とする作業機械。
【請求項４】
請求項１記載の作業機械において、  前記第１回転数領域は前記ディーゼルエンジンの最大出力トルク点の回転数を含みかつ前記最大出力トルク点の回転数は前記定格回転数の７５％を超える回転数であり、  前記第２回転数領域は前記ディーゼルエンジンの最大出力トルク点の回転数よりも低い回転数領域であることを特徴とする作業機械。
【請求項５】
請求項１記載の作業機械において、  前記ディーゼルエンジンは、燃料噴射装置と、この燃料噴射装置を制御する電子制御装置とを含み、前記電子制御装置が前記燃料噴射装置から供給される燃料噴射量を制限することにより前記最大出力トルクを制限することを特徴とする作業機械。
【請求項６】
請求項１記載の作業機械において、  前記ディーゼルエンジンは、前記第２回転数領域において予混合燃焼を行うように燃料噴射装置を制御することを特徴とする作業機械。
【請求項７】
請求項１又は６記載の作業機械において、  前記ディーゼルエンジンは、前記第１回転数領域において、低トルク側で予混合燃焼を行い、高トルク側で拡散燃焼を行うように燃料噴射装置を制御することを特徴とする作業機械。
【請求項８】
請求項１記載の作業機械において、  前記ディーゼルエンジンは実回転数を目標回転数に合わせる回転数制御により回転数とトルクを制御することを特徴とする作業機械。
【請求項９】
請求項１記載の作業機械において、  前記ディーゼルエンジンは、排出ガスに含まれる粒子状物質を除去するためのフィルタと触媒の少なくとも一方を装備することを特徴とする作業機械。
【請求項１０】
請求項１記載の作業機械において、  前記ディーゼルエンジンと併用して前記油圧ポンプを駆動する電動機を更に備えることを特徴とする作業機械。
【請求項１１】
請求項１記載の作業機械において、  前記ディーゼルエンジンの目標回転数を設定するための回転数指示装置と、  前記回転数指示装置によって設定された目標回転数が前記第２回転数領域にあり、前記油圧アクチュエータが駆動されないときは前記回転数指示装置によって設定された目標回転数を前記ディーゼルエンジンに指示し、前記回転数指示装置によって設定された目標回転数が前記第２回転数領域にあり、前記油圧アクチュエータが駆動されたときは、前記第１回転数領域内の回転数に目標回転数を上昇させ、この上昇した目標回転数を前記ディーゼルエンジンに指示する制御装置とを更に備えることを特徴とする作業機械。
【請求項１２】
請求項１１記載の作業機械において、  前記油圧ポンプが可変容量型の油圧ポンプであり、  前記制御装置は、前記油圧アクチュエータが駆動され目標回転数を前記第１回転数領域内の回転数に上昇させるとき、前記回転数指示装置によって設定された目標回転数における必要最大出力馬力を計算し、前記ディーゼルエンジンの回転数が前記第１回転数領域まで上昇したとき、前記油圧ポンプの吸収馬力が前記必要最大出力馬力を超えないよう前記油圧ポンプの最大トルクを制御することを特徴とする作業機械。
【請求項１３】
請求項１１又は１２記載の作業機械において、  前記油圧ポンプが可変容量型の油圧ポンプであり、  前記制御装置は、前記油圧アクチュエータが駆動され目標回転数を前記第１回転数領域内の回転数に上昇させるとき、前記ディーゼルエンジンの回転数が前記第２回転数領域内にある間は前記ディーゼルエンジンの出力トルクが前記制限された最大出力トルクを超えないよう前記油圧ポンプの最大トルクを制御することを特徴とする作業機械。
【請求項１４】
請求項１〜１０のいずれか１項記載のディーゼルエンジンと前記請求項１１に記載の電動機を一体化した動力ユニット。
【請求項１５】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の作業機械のディーゼルエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、油圧ショベル等の作業機械、この作業機械に用いられる動力ユニット及び作業機械のディーゼルエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】  油圧ショベル等の作業機械は原動機としてディーゼルエンジンを備え、このディーゼルエンジンにより少なくとも１つの油圧ポンプを駆動して、油圧ポンプから吐出される圧油によって１つ又は複数の油圧アクチュエータを駆動し、必要な作業を行っている。ディーゼルエンジンは燃料噴射装置を備え、この燃料噴射装置により燃料噴射量を制御し、エンジン回転数と出力トルクを制御する。この作業機械のディーゼルエンジンは、通常、多様な種類の作業を行えるように、エンジン回転数対出力トルク線図上において、燃料噴射量が最大となる全負荷特性を含む広範な領域で出力可能となるように出力が制御される（特許文献１）。【０００３】  ところで、ディーゼルエンジンにおいては、人体や環境への影響を配慮して、排気ガスに含まれる有害物質、例えば窒素酸化物（ＮＯｘ）や粒子状物質（ＰＭ）の排出に対する規制が厳しくなっている。これらの有害物質を低減する方法としては、以下の２種類が知られている。【０００４】  （１）燃焼を改善し、エンジンからの有害物質の排出そのものを低減する方法；  （２）エンジンからの排出ガスに対して後処理装置を設置して、これらを除去する方法。【０００５】  （１）については、例えば噴射時期を圧縮上死点後にまで遅延することなどによって着火遅れ期間を長期化し、ＥＧＲによる酸素濃度の低減及び燃焼室内のガス流動制御によってこの着火遅れ期間中に予混合気を形成し燃焼を改善する、いわゆる低温予混合燃焼技術が提案されている（特許文献２及び３）。しかし、この予混合燃焼には技術的な限界があり、その使用は低回転数で低エンジン負荷の領域に限定されている。この予混合燃焼が利用不可能な領域は拡散燃焼を用いざるを得ない。【０００６】  （２）については、フィルタを用いて粒子状物質を除去するものや（特許文献４）、尿素還元剤などを排気ガスに対して噴射して反応させ、窒素酸化物を除去するもの（特許文献５）などがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１７７７１９号公報
【特許文献２】特開２００９−４７０１４号公報
【特許文献３】特開２００９−０８５９７９号公報
【特許文献４】特開２０１１−１２６１２号公報
【特許文献５】特開２００９−１３８４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】  特許文献１に記載されているように、作業機械のディーゼルエンジンは、通常、多様な種類の作業を行えるように、エンジン回転数対出力トルク線図上の広範な領域で出力可能となるように出力が制御されている。その結果、有害物質を低減するため上記（１）の技術、すなわち特許文献２及び３に記載の低温予混合技術を採用する場合は、広範な出力領域全域に対して燃焼を最適化する必要が生じる。しかし、広範な出力領域全域に対して所定の動力性能を出しつつ燃焼を最適化することは極めて困難であり、結局、有害物質の低減効果に限界がある。【０００９】  一方、上記（２）の技術、すなわち特許文献４及び５に記載のような後処理装置を追加することは、システムが複雑になるため、余分なイニシャルコストやメンテナンス、ランニングコストが発生する。特に尿素還元剤を使った方法では、比較的小型の作業機械においては、尿素タンクなどの搭載場所の問題、尿素還元剤の補給の手間及び尿素還元剤の劣化を防止する保管技術の問題もある。【００１０】  本発明の目的は、後処理装置を省略又は簡略化した上で、先進国域での排出ガス規制で要求される基準値を下回るレベルまで、排出される有害物質を低減可能とする作業機械、動力ユニット及び作業機械のディーゼルエンジンを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】  上記目的を達成するために、本発明は、ディーゼルエンジンと、前記ディーゼルエンジンにより駆動される少なくとも１つの油圧ポンプと、前記油圧ポンプから吐出される圧油により駆動される少なくとも１つの油圧アクチュエータとを備え、前記ディーゼルエンジンは、定格回転数を含む第１回転数領域よりも低い第２回転数領域において、前記ディーゼルエンジンの最大出力トルクが前記定格回転数における最大出力馬力点のトルクよりも小さい中間トルクの特性となるよう前記最大出力トルクを制限するエンジンであるものとする。【００１２】  このように定格回転数を含む第１回転数領域よりも低い第２回転数領域において、ディーゼルエンジンの最大出力トルクが定格回転数における最大出力馬力点のトルクよりも小さい中間トルクの特性となるよう出力制限を行うことにより、エンジン回転数対出力トルク線図上のトルク出力領域が従来よりも狭まるため、燃焼最適化技術の適用が容易となり、排ガス中に含まれる有害物質の低減が容易となる。例えば、第２回転数領域における低トルクの出力領域では予混合燃焼のような燃焼改善策を適用し、常用される第１回転数領域におけるごく一部の高トルク領域では拡散燃焼でありながら、拡散燃焼条件に燃焼を最適化することができる。また、トルク出力領域が狭まり、予混合燃焼と拡散燃焼を行き来するルート（頻度）が減るため、２種の燃焼の切り替え条件も簡単になる。これらにより先進国域での排出ガス規制で要求される基準値を下回るレベルまで、排ガス中に含有される有害物質を低減することができる。【００１３】  ここで、本発明の好ましい特徴について述べれば以下のようである。【００１４】  前記第２回転数領域において制限された最大出力トルクは、前記ディーゼルエンジンの目標回転数を前記第２回転数領域内に設定し、その回転数で前記作業機械を駆動しようとしたときに前記油圧ポンプが出力すべき最大トルクよりも小さい。【００１５】  前記第２回転数領域において制限された最大出力トルクは前記ディーゼルエンジンの最大出力トルク点のトルクの７５％以下であってもよい。【００１６】  前記第１回転数領域は前記ディーゼルエンジンの最大出力トルク点の回転数を含みかつ前記最大出力トルク点の回転数は前記定格回転数の７５％を超える回転数であり、前記第２回転数領域は前記ディーゼルエンジンの最大出力トルク点の回転数よりも低い回転数領域である。【００１７】  前記ディーゼルエンジンは、燃料噴射装置と、この燃料噴射装置を制御する電子制御装置とを含み、前記電子制御装置が前記燃料噴射装置から供給される燃料噴射量の最大値を制限することにより前記最大出力トルクを制限する。【００１８】  前記ディーゼルエンジンは、前記第２回転数領域において予混合燃焼を行うように燃料噴射装置を制御する。【００１９】  前記ディーゼルエンジンは、前記第１回転数領域において、低トルク側で予混合燃焼を行い、高トルク側で拡散燃焼を行うように燃料噴射装置を制御する。【００２０】  前記ディーゼルエンジンは実回転数を目標回転数に合わせる回転数制御により回転数とトルクを制御する。【００２１】  前記ディーゼルエンジンは、排出ガスに含まれる粒子状物質を除去するための��ィルタと触媒の少なくとも一方を装備する。【００２２】  前記ディーゼルエンジンと併用して前記油圧ポンプを駆動する電動機を更に備える。【００２３】  また、本発明の作業機械は、前記ディーゼルエンジンの目標回転数を設定するための回転数指示装置と、前記回転数指示装置によって設定された目標回転数が前記第２回転数領域にあり、前記油圧アクチュエータが駆動されないときは前記回転数指示装置によって設定された目標回転数を前記ディーゼルエンジンに指示し、前記回転数指示装置によって設定された目標回転数が前記第２回転数領域にあり、前記油圧アクチュエータが駆動されたときは、前記第１回転数領域内の回転数に目標回転数を上昇させ、この上昇した目標回転数を前記ディーゼルエンジンに指示する制御装置とを更に備える。【００２４】  これにより上記のように定格回転数を含む第１回転数領域よりも低い第２回転数領域におけるディーゼルエンジンの最大出力トルクが中間トルクの特性に制限された場合でも、油圧アクチュエータが駆動され、それに応じてエンジンの負荷トルクが増加するとき、前記制御装置と回転数指示装置によって目標回転数を第１回転数領域内の回転数に上昇させるため、エンジンの出力トルクは第２回転数領域で制限された最大出力トルクよりも大きな必要最大トルクまで増加可能となり、作業機械として要求される出力トルクが得られ、操作性を確保することができる。【００２５】  前記油圧ポンプが可変容量型の油圧ポンプであり、前記制御装置は、前記油圧アクチュエータが駆動され目標回転数を前記第１回転数領域内の回転数に上昇させるとき、前記回転数指示装置によって設定された目標回転数における必要最大出力馬力を計算し、前記ディーゼルエンジンの回転数が前記第１回転数領域まで上昇したとき、前記油圧ポンプの吸収馬力が前記必要最大出力馬力を超えないよう前記油圧ポンプの最大トルクを制御する。【００２６】  また、前記制御装置は、前記油圧アクチュエータが駆動され目標回転数を前記第１回転数領域内の回転数に上昇させるとき、前記ディーゼルエンジンの回転数が前記第２回転数領域内にある間は前記ディーゼルエンジンの出力トルクが前記制限された最大出力トルクを超えないよう前記油圧ポンプの最大トルクを制御する。【００２７】  また、上記目的を達成するため、本発明は、上述したディーゼルエンジンと電動機を一体化した動力ユニットを提供する。【００２８】  更に、本発明は、上述した作業機械のディーゼルエンジンを提供する。
【発明の効果】
【００２９】  本発明によれば、後処理装置を省略又は簡略化した上で、先進国域での排出ガス規制で要求される基準値を下回るレベルまで、排出される有害物質を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１の実施の形態である油圧ショベルの全体システムを示す図である。
【図２】本発明のシステムを搭載した作業機械の一例である油圧ショベルの構成を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態におけるエンジンの最大出力トルク線図（エンジン回転数対出力トルク線図）を示す図である。
【図４】油圧ポンプの最大トルク制御と目標回転数増加制御を実現する車体コントローラの制御処理を示す制御フローである。
【図５】エンジン回転数指示ダイヤルによって目標回転数が低回転数領域ＮＬの1400rpmに設定された場合のシステムの動作例を示す図である。
【図６】エンジン回転数指示ダイヤルによって目標回転数が最大に設定されている場合のシステムの動作例を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態である油圧ショベルの全体システムを示す図である。
【図８】動力ユニットのディーゼルエンジンと電動機を示す図である。
【図９】電動機によるトルクアシストを含めた動力ユニットの最大出力トルク線図の一例を示す図である。
【図１０】本発明のエンジンの最大出力トルク線図（エンジン回転数対出力トルク線図）の他の例を示す図である。
【図１１】本発明のエンジンの最大出力トルク線図（エンジン回転数対出力トルク線図）の他の更に例を示す図である。
【図１２】本発明のエンジンの最大出力トルク線図（エンジン回転数対出力トルク線図）の他の更に例を示す図である。
【図１３】本発明のエンジンの最大出力トルク線図（エンジン回転数対出力トルク線図）の他の更に例を示す図である。
【図１４】本発明のエンジンの最大出力トルク線図（エンジン回転数対出力トルク線図）の他の更に例を示す図である。
【図１５】本発明のエンジンの最大出力トルク線図（エンジン回転数対出力トルク線図）の他の更に例を示す図である。
【図１６】本発明のエンジンの最大出力トルク線図（エンジン回転数対出力トルク線図）の他の更に例を示す図である。
【図１７】本発明のエンジンの最大出力トルク線図（エンジン回転数対出力トルク線図）の他の更に例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】  以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
【００３２】  ＜第１の実施の形態＞〜全体システム〜  図１は、本発明の第１の実施の形態である油圧ショベルの全体システムを示す図である。
【００３３】  図１において、本実施の形態の油圧ショベルは、ディーゼルエンジン１と油圧ショベルシステム１４とを備えている。
【００３４】  ディーゼルエンジン１はエンジンコントローラ２と、燃料噴射装置３と、エンジン本体４と、パティキュレートフィルタ５と、触媒装置１５とを備えている。
【００３５】  油圧ショベルシステム１４は、車体コントローラ６と、少なくとも１つの油圧ポンプ７と、油圧ポンプ７のレギュレータ１７と、エアコン・補器類８と、コントロールバルブ９と、油圧モータ１０及び油圧シリンダ１１を含む複数のアクチュエータと、エンジン回転数指示ダイヤル１２と、操作レバー装置１３と、ゲートロックレバー（図示せず）の操作検出スイッチ１８とを有している。
【００３６】  ディーゼルエンジン１は原動機であり、エンジン本体４により油圧ポンプ７を駆動して、油圧ポンプ７から吐出される圧油によって、油圧モータ１０や油圧シリンダ１１等の油圧アクチュエータを駆動する。操作レバー装置１３の入力によって、コントロールバルブ９内のそれぞれのスプールバルブの切り換えを行い、油圧アクチュエータ１０，１１の動作を制御する。エンジン本体４は、油圧ポンプ７によって駆動される油圧動力系統以外にも、エアコンや、信号用の圧油を送出するギアポンプ（パイロットポンプ）、冷却ファン等の補機類８の駆動も同時に行っている。
【００３７】  燃料噴射装置３はエンジン本体４に備えられ、この燃料噴射装置３により燃料噴射量を制御し、エンジン回転数と出力トルクを制御する。燃料噴射装置３はエンジンコントローラ２により制御される。
【００３８】  燃料噴射装置３の制御方式としては、かつては、メカニカルガバナと呼ばれる機械制御方式の調速機であったが、先進国域における近年の厳しい排出ガス規制に対応したクリーンなディーゼルエンジンでは、エンジンコントローラ２の指令によって燃料噴射を行う電子燃料噴射装置を用いている。
【００３９】  エンジンコントローラ２は、電子燃料噴射装置３の制御、すなわち燃料の噴射量や噴射タイミングの制御に加え、図示されないターボチャージャやＥＧＲ等の制御も行っている。
【００４０】  ターボチャージャは、排気ガスを利用してタービンを高速回転させ、その回転力で遠心式圧縮機を駆動することにより圧縮した空気をエンジン内に送り込む。これにより、内燃機関本来の排気量を超える混合気を吸入・燃焼させる。これにより、エンジンの熱効率が高まり燃料消費が改善されると共に、排出ガス中の有害物質を減少させる。
【００４１】  ＥＧＲは、排気再循環（Exhaust Gas Recirculation）のことであり、エンジンの燃焼後の排気ガスの一部を取り出し、吸気側へ導き再度吸気させることにより、排出ガス中の窒素酸化物 (NOx) 低減や部分負荷時の燃費向上を実現する。
【００４２】  油圧ショベルシステム１４において、エンジン回転数指示ダイヤル１２はエンジン１１の目標回転数を設定するためのものであり、エンジン回転数指示ダイヤル１２の指示信号は車体コントローラ６に入力される。車体コントローラ６はその指示信号に基づいて後述する如く所定の演算処理を行い、エンジン１１の目標回転数を設定し、設定した目標回転数をエンジンコントローラ２に出力する。エンジンコントローラ２はその目標回転数に基づいて目標噴射量を演算し、燃料噴射装置３を制御する。また、車体コントローラ６は、後述する如く所定の演算処理を行い、レギュレータ１７にトルク信号を出力し、油圧ポンプ７の最大トルク制御を行う。〜作業機械〜  図２は、本発明のシステムを搭載した作業機械の一例である油圧ショベルの構成を示す図である。
【００４３】  図２において、油圧ショベルは下部走行体３０と上部旋回体４０とショベル機構５０とを備えている。下部走行体３０は、一対のクローラ３１ａ，３１ｂ（片側のみ図示）及びクローラフレーム３２ａ，３２ｂ（片側のみ図示）、各クローラを独立に駆動制御する一対の走行用油圧モータ３３ａ，３３ｂ（片側のみ図示）及びそれらの減速機構等（図示せず）で構成されている。
【００４４】  上部旋回体４０は、旋回フレーム４１を有し、旋回フレーム４１上には、上述したディーゼルエンジン１、ディーゼルエンジン１により駆動される油圧ポンプ７、コントロールバルブ９や、旋回油圧モータ４４、減速機４５等が搭載されている。下部走行体３０と上部旋回体４０の間には旋回リング等を含む旋回機構（図示せず）が設けられ、減速機４５は旋回油圧モータ４４の回転を減速して旋回機構に伝え、旋回油圧モータ４４の駆動力により上部旋回体４０を下部走行体３０に対して旋回駆動する。
【００４５】  ショベル機構５０は、上部旋回体４０に回転自在に軸支された起伏可能なブーム５１、ブーム５１を駆動するためのブームシリンダ５２、ブーム５１の先端部近傍に回転自在に軸支されたアーム５３、アーム５３を駆動するためのアームシリンダ５４、アーム５３の先端に回転可能に軸支されたバケット５５、バケット５５を駆動するためのバケットシリンダ５６を有している。各アクチュエータ（走行用油圧モータ３３ａ，３３ｂ，ブームシリンダ５２、アームシリンダ５４、バケットシリンダ５６及び旋回油圧モータ４４）は油圧ポンプ７から供給される圧油によって駆動され、その駆動方向と駆動速度はコントロールバルブ１９内のそれぞれのスプールバルブを操作することによって制御される。
【００４６】  図１に示した油圧モータ１０は左右の走行モータ３３ａ，３３ｂや旋回油圧モータ４４を代表し、油圧シリンダ１１はブームシリンダ５２，アームシリンダ５４，バケットシリンダ５６等を代表している。〜ディーゼルエンジン１の制御〜  図３は、エンジンコントローラ２の出力制限制御によって得られるエンジン１の最大出力トルク線図（エンジン回転数対出力トルク線図）の一例を示す図である。
【００４７】  エンジンコントローラ２は、エンジン１が運転される広範なトルク回転数条件、また、動的にも変化する負荷条件の中で、常に安定した運転、すなわち軸トルク出力を実現することは勿論、燃料消費や、排出ガス中の有害物質低減の観点からも最適な運転条件となるように、燃料噴射、ターボチャージャ、ＥＧＲ等の各種作動条件を細かく制御している。このようにエンジンコントローラ２においては、各種運転条件の中で、各種デバイスの膨大な数の制御対象のコントロールを担っているので、運転条件の中でこれらのトレードオフが生じる。したがって、まず、エンジンの運転条件を簡単化するということが、排出ガス中に含有される有害物質の低減のために有効となる。
【００４８】  また、燃料噴射において、通常のディーゼルエンジンは、圧縮上死点近傍で燃料を噴射し、その噴射した燃料を噴射途中で自着火により燃焼させるが、噴射時期を圧縮上死点後にまで遅延することなどによって着火遅れ期間を長期化し、ＥＧＲによる酸素濃度の低減および燃焼室内のガス流動制御によってこの着火遅れ期間中に予混合気を形成し燃焼を改善する、いわゆる低温予混合燃焼技術を使用することにより、低トルク、低回転数領域での有害物質の排出を低減できる。
【００４９】  ただし、高負荷側では燃料噴射量が大きくなり、また、高回転側では１ストロークの時間が短くなるため、予混合の効果が得られにくくなる。予混合燃焼が利用不可能な領域は拡散燃焼を用いざるを得ないが、窒素酸化物(NOx)と粒子状物質(PM)の低減のトレードオフとなり、両方の有害物質ともに規制要求値以下に下げることは困難である。また、拡散燃焼と予混合燃焼の切り替え時に排ガスが増大するという別の問題もある。
【００５０】  そこで、本実施の形態では、ディーゼルエンジン１の最大出力トルク線図（エンジン回転数対出力トルク線図）を、例えば、図３の実線のように設定する。
【００５１】  図３において、本実施の形態においては、これまで述べたディーゼルエンジンの特性、及び各種の排ガス低減技術を踏まえ、最大出力馬力点Ｍ１を持つ定格回転数付近の高回転数領域ＮＨ（第１回転数領域）のみ高トルクを出力するようにし、低回転数領域ＮＬ（第２回転数領域）では、ディーゼルエンジン１の最大出力トルクが定格回転数（2000rpm）における最大出力馬力点Ｍ１のトルクよりも小さい中間トルクの特性Ｘａとなるよう最大出力トルクを制限する。この制限された最大出力トルクは、従来技術の油圧ショベルにおいてディーゼルエンジン１の目標回転数を低回転数領域ＮＬ（第２回転数領域）内に設定したときに油圧ポンプ７に要求される最大トルク（図５のＴｒ）よりも小さく、例えば、最大出力馬力点Ｍ１のトルクに対して５０％のトルク値に設定されている。この最大出力トルクの制限はエンジンコントローラ２が燃料噴射装置３の燃料噴射量の最大値を制限することにより行う。
【００５２】  低回転数領域ＮＬの制限された特性Ｘａのトルク値は、排出ガスの低減効果の観点からは低い方が望ましいが、エアコンや補機８の負荷、アクチュエータ１０，１１に対して無負荷状態での油圧回路９の負荷（特に油の粘度の高い低温時）等を勘案して決定する必要があり、少なくとも非作業、すなわち油圧ポンプ７や油圧アクチュエータ１０，１１に特段の負荷がない状態でエンジンにかかる負荷トルク、すなわち油圧ポンプ７やエンジン本体４自身の引き摺りトルク、より大きい必要がある。また、十分な排ガス低減の効果を得るためには、少なくとも最大出力トルク（図５のＭ２）の７５％以下であることが望ましい。
【００５３】  ディーゼルエンジン１の排出ガス規制は、エンジンコントローラ２を含むディーゼルエンジン１単体の性能として評価される。このため上記のようにトルク出力制限は、油圧ショベル側の車体コントローラ６ではなく、エンジンコントローラ２による制限とし、あくまでディーゼルエンジン１単体として、図３の実線のような特性を持たせることが重要である。
【００５４】  さらに、エンジンコントローラ２は、図３に示すように、低回転数領域ＮＬの低トルク側で低温予混合燃焼、高回転数領域ＮＨの高トルク高回転の限られた領域では、拡散燃焼を行うように制御している。これにより、エンジンが出力する運転領域が狭くなるだけでなく、予混合燃焼を使える領域の割合が増加する。また、予混合燃焼と拡散燃焼を行き来するルート（頻度）が減る。これにより予混合燃焼と拡散燃焼の切り替え条件も簡単になり、先進国域での排出ガス規制で要求される基準値を下回るレベルまで、排ガス中に含有される有害物質を低減することができる。なお、このように予混合燃焼と拡散燃焼とを切り替えてエンジンを運転する方法が有効ではあるが、エンジンの仕様や、排出ガス低減の目標値によっては、予混合燃焼だけ、拡散燃焼だけ、といったケースもあり得る。
【００５５】  また、効果的に排出ガス中の有害物質を減らすためには、トルク出力が制限された低回転数領域ＮＬに中間回転数が含まれるよう低回転数領域ＮＬの上限を定格回転数の７５％よりも高く設定し、かつ、最大出力トルク点Ｍ２の回転数を定格回転数の７５％よりも高い回転数とすることが望ましい。これにより、有害物質の排出が多いトルク・回転数領域での使用を制限することができる。
【００５６】  このように高回転数領域ＮＨ（第１回転数領域）はディーゼルエンジン１の最大出力トルク点Ｍ２の回転数を含み、かつ最大出力トルク点Ｍ２の回転数は定格回転数の７５％を超える回転数であり、低回転数領域ＮＬ（第２回転数領域）はディーゼルエンジン１の最大出力トルク点Ｍ２の回転数よりも低く設定される。図３に示すエンジン特性の実施の形態では、これに合致するよう、定格回転数2000 rpmに対して、最大出力トルクの回転数を1700 rpm（８５％）、５０％トルク出力範囲（低回転数領域ＮＬ）の上限を1600 rpm (８０％)としている。
【００５７】  以上のようにディーゼルエンジン１を、低回転数領域ＮＬ（第２回転数領域）において、ディーゼルエンジン１の最大出力トルクが定格回転数（2000rpm）における最大出力馬力点Ｍ１のトルクよりも小さい中間トルクの特性Ｘａとなるよう最大出力トルクを制限するエンジンとすることにより、エンジン回転数対出力トルク線図上のトルク出力領域が従来よりも狭まるため、エンジンコントローラ２における燃焼最適化技術の適用が容易となり、排出ガス中の有害物質を大幅に低減することが可能である。本発明の技術により有害物質を低減しても、なお規制値を超える場合には、有害ガスや粒子状物質（ＰＭ）を、比較的簡易な後処理装置であるパティキュレートフィルタ５や、触媒装置１５により除去すればよい。
【００５８】  図３の実線で示すような特性のディーゼルエンジン１は、回転数全域で高トルク出力可能な従来のディーゼルエンジンに対して、エンジンの利便性や汎用性が低下するが、後述する如く作業機械側のシステム１４をこの特性に合わせることで、ディーゼルエンジン１の必要な最大出力トルク自体は確保されるので、排出ガスを大幅に低減した上で、油圧ショベルを動作させることが可能である。また、そのために本実施の形態においては、ディーゼルエンジン１として、実回転数を目標回転数に合わせるよう燃料噴射量を制御する回転数制御（アイソクロナス回転数制御、ドループ回転数制御、逆ドループ回転数制御等）のエンジンを用いる。〜油圧ショベルシステム１４側の制御〜  〜〜考え方〜〜  次に、本発明によるディーゼルエンジン１を使った場合の油圧ショベルのシステム１４の制御について説明する。
【００５９】  図３で示したエンジン１のトルク特性で油圧ショベルを運転するためには、油圧ポンプ７として、可変容量型の油圧ポンプを用い、前述したようにディーゼルエンジン１としては、回転数制御（アイソクロナス回転数制御、ドループ回転数制御、逆ドループ回転数制御等）のエンジンを用いる。
【００６０】  また、油圧ショベルにおいては、ディーゼルエンジン１により回転駆動される油圧ポンプ７に対して、エンジン過負荷防止のためにポンプトルク制御を行っている。ポンプトルク制御は、油圧ポンプ７の負荷圧の上昇に応じて油圧ポンプ７の押しのけ容積を減少させ、油圧ポンプ７の最大トルクが、その回転数でのディーゼルエンジン１の最大出力トルクを超えないよう制御するものである。
【００６１】  本発明のディーゼルエンジン１は、図１に示したように、低回転数領域ＮＬ（第２回転数領域）での最大出力トルクが通常のディーゼルエンジンに比べて制限されている。よって、低回転数領域ＮＬでは、油圧ポンプ７の押しのけ容積を減少させ、油圧ポンプ７の最大トルクが、その回転数でのエンジン１の制限された最大出力トルクを超えないよう制御しなければならない。ただし、最大出力トルクが低いのでエンジン回転数が低速のままでは、本発明によるエンジン１との組み合わせでは、著しく低い出力になってしまう。
【００６２】  そこで、本実施の形態においては、車体コントローラ６からの信号でレギュレータ１７を制御することで、エンジン１の回転数が低回転数領域ＮＬ内にある間は油圧ポンプ７の吸収トルク（油圧負荷）がエンジン１の制限された特性Ｘａの最大出力トルクを超えないように油圧ポンプ７の最大トルクを制御する。油圧ポンプの最大トルクを制御する技術は公知であり、例えば特開２００７−１７７７１９号公報に記載されている。
【００６３】  また、車体コントローラ６は、エンジン回転数指示ダイヤル１２によって目標回転数が低回転数領域ＮＬに設定された場合に、エンジン１に作業負荷がかかると、通常のディーゼルエンジンでその設定された目標回転数（例えば1400 rpm）において出すべき出力馬力（例えば図５のＢ点）と同じ出力馬力が得られるよう、高トルク出力の高回転数領域ＮＨに目標回転数を上昇させ、この上昇した目標回転数をエンジン１１に指示する。また、上昇した目標回転数で同出力馬力の点（例えば図５のＣ１点）が最大出力馬力点になるように油圧ポンプ７を制御する。この制御は、設定された目標回転数において出すべき出力馬力（例えば図５のＢ点）と同じ出力馬力（必要最大出力馬力）を計算し、油圧ポンプ７の最大吸収馬力（油圧負荷）がその必要最大出力馬力を超えないように前記油圧ポンプ７の最大トルクを制御することで達成される。
【００６４】  〜〜制御フロー〜〜  図４は、そのような油圧ポンプ７の最大トルク制御と目標回転数増加制御を実現する車体コントローラ６の制御処理を示す制御フローである。図４において、Ni，Nec，t0はそれぞれ以下を意味する。
【００６５】    Ni：オートアイドル制御のための指定アイドル回転数（例えば図６のＡ２点の回転数）    Nec：エンジン回転数指示ダイヤル１２の設定回転数（例えば図５のＡ１点或いは図６のＣ２−Ｄ２の回転数）    t0：操作レバー装置１３の無操作時にエンジン回転数を低下させるための無操作入力継続時間の設定値  図４において、まず、車体コントローラ６は、ゲートロックレバー（図示せず）の操作検出スイッチ１８の信号を入力し、ゲートロックされているかどうかを判定する（ステップＳ１００）。
【００６６】  ここで、ゲートロックレバーは運転席の座席入側に設けられ、油圧ショベルの作業を休止或いは終了する場合に通路を開放するよう上げられ、作業を再開或いは開始する場合に通路を閉鎖するよう下げられるものである。ゲートロックレバーが上げられるとロック弁がロック位置に切り換えられ、操作レバー装置１３のパイロット弁の一次圧ポートをタンクに連通させる。これにより操作レバー装置１３を操作しても油圧回路９内のコントロールバルブは動作せず、油圧アクチュエータが操作不能となる。この状態をゲートロックと言う。
【００６７】  操作検出スイッチ１８はゲートロックレバーの上げ下げを検知し、車体コントローラ６は操作検出スイッチ１８の信号によりゲートロックレバーが上げられているか（ゲートロックされているか）どうかを判定する。
【００６８】  ゲートロックされている場合は、車体コントローラ６は更にエンジン回転数指示ダイヤル１２で設定された回転数 Necがオートアイドル制御用の指定アイドル回転数 Niより高いかどうかを判定し（ステップＳ１１０）、NecがNiより高い場合は指定アイドル回転数 Niを目標回転数として設定し（ステップＳ１１０→Ｓ１２０）、NecがNi以下である場合はエンジン回転数指示ダイヤル１２で設定された回転数 Necを目標回転数として設定する（ステップＳ１１０→Ｓ１３０）。
【００６９】  また、車体コントローラ６は、ゲートロックレバーが下げられゲートロックが解除されたと判断された場合であっても、操作レバー装置１３の無操作入力状態が所定時間t0継続されたかどうかを判定し（Ｓ１４０）、無操作入力状態が所定時間t0継続された場合は、同様にNec > Niかどうかを判定し、指定アイドル回転数 Ni或いはエンジン回転数指示ダイヤル１２で設定された回転数 Necを目標回転数として設定する（ステップＳ１４０或いはＳ２１０→Ｓ１１０→Ｓ１２或いはＳ１３０）。車体コントローラ６は操作レバー１３の操作パイロット圧の検出信号を入力し、その信号が閾値以下である場合は無操作入力状態であると判断する。
【００７０】  Ｓ１４０において、無操作入力状態が所定時間t0継続されない場合は、車体コントローラ６は、エンジン回転数指示ダイヤル１２で設定された回転数Necが低回転数領域ＮＬ（第２回転数領域）にあるかどうかを、例えばNecが1600rpmよりも低いかどうかにより判定し（ステップＳ１５０）、Nec<1600rpmであればNecよりNecにおける必要最大出力馬力（図５の等出力線Ｈｅ）を算出し（ステップＳ１６０）、この必要最大出力馬力に基づいて1600rpm以上の高回転数領域ＮＨ（第１回転数領域）における新たな目標回転数（例えば図５のＣ１−Ｄ１の回転数）と必要最大トルク（例えば図５のＣ１点のトルク）を決定する（ステップＳ１７０）。次いで、車体コントローラ６は、決定した目標回転数をエンジンコントローラ２に出力することで、エンジン回転数を上昇させる目標回転数上昇制御を行う（ステップＳ１８０）。同時に車体コントローラ６は油圧ポンプ７の最大トルク制御を行う。この最大トルク制御には、エンジン回転数が1600rpmよりも低い間に行われるエンジン回転数上昇時のエンスト防止制御と、エンジン回転数上昇後の必要最大出力馬力到達制御が含まれる。
【００７１】  すなわち、車体コントローラ６は、目標回転数上昇制御により上昇したエンジン回転数が1600rpmよりも低い間は（ディーゼルエンジン１の回転数が低回転数領域ＮＬ内にある間は）、エンジン１の出力トルクが制限された特性Ｘａの最大出力トルクを超えないよう油圧ポンプ７の最大トルクを制御し、ディーゼルエンジン１のストールを防止する。また、回転数が1600rpm以上に上昇したときは（すなわちディーゼルエンジン１の回転数が高回転数領域ＮＨまで上昇したときは）、ステップＳ１７０で決定した必要最大トルク（例えば図５のＣ１点のトルク）に相当するトルク信号を油圧ポンプ７のレギュレータ１７に出力し、油圧ポンプ７の吸収馬力（油圧負荷）がNecにおける必要最大出力馬力（図５の点線）を超えないように油圧ポンプ７の最大トルクを制御する（ステップＳ１８０）。
【００７２】  ステップＳ１５０において、Nec≧1600minであり、Necが高回転数領域ＮＨ（第１回転数領域）にある場合は、車体コントローラ６は、Necに対応した回転数（例えば図６のＣ２−Ｄ２）と最大出力トルク（例えば図６のＭ１点のトルク）を目標回転数及び必要最大トルクとして決定する（ステップＳ１９０）。次いで、車体コントローラ６は、決定した目標回転数をエンジンコントローラ２に出力することで、エンジン回転数を上昇させる目標回転数上昇制御を行う（ステップＳ２００）。同時に車体コントローラ６は、油圧ポンプ７の最大トルク制御を行う。この最大トルク制御には、ステップＳ１８０と同様、エンジン回転数が1600rpmよりも低い間に行われるエンジン回転数上昇時のエンスト防止制御と、エンジン回転数上昇後の必要最大出力馬力到達制御が含まれる。これらの制御の詳細は、上昇前の目標回転数がステップＳ１２０で設定されたオートアイドル制御の指定アイドル回転数Niである点を除いて、ステップＳ１８０において説明したのと実質的に同じである。
【００７３】  以上のように車体コントローラ６は、ステップＳ１８０又はＳ２００において、エンジン回転数指示ダイヤル１２によって設定された目標回転数が低回転数領域ＮＬ（第２回転数領域）にあり、油圧アクチュエータ１０，１１が駆動されないときはエンジン回転数指示ダイヤル１２によって設定された目標回転数をディーゼルエンジン１に指示し、エンジン回転数指示ダイヤル１２によって設定された目標回転数が低回転数領域ＮＬ（第２回転数領域）にあり、油圧アクチュエータ１０，１１が駆動されたときは、高回転数領域ＮＨ（第１回転数領域）内の回転数に目標回転数を上昇させ、この上昇した目標回転数をディーゼルエンジン１に指示する。
【００７４】  また、車体コントローラ６は、ステップＳ１６０〜Ｓ１８０において、油圧アクチュエータ１０，１１が駆動され目標回転数を高回転数領域ＮＨ（第１回転数領域）内の回転数に上昇させるとき、エンジン回転数指示ダイヤル１２によって設定された目標回転数における必要最大出力馬力を計算し、ディーゼルエンジン１の回転数が高回転数領域ＮＨまで上昇したとき、油圧ポンプ７の吸収馬力が必要最大出力馬力を超えないよう油圧ポンプ７の最大トルクを制御する。
【００７５】  更に、車体コントローラ６は、ステップＳ１８０，Ｓ２００において、油圧アクチュエータ１０，１１が駆動され目標回転数を高回転数領域ＮＨ（第１回転数領域）内の回転数に上昇させるとき、ディーゼルエンジン１の回転数が低回転数領域ＮＬ（第２回転数領域）内にある間はディーゼルエンジン１の出力トルクが制限された最大出力トルクを超えないよう油圧ポンプ７の最大トルクを制御する。〜動作例〜  次に、図４と図５及び図６を参照しつつシステムの動作例を説明する。
【００７６】  図５は、エンジン回転数指示ダイヤル１２によって目標回転数が低回転数領域ＮＬの1400rpmに設定された場合のシステムの動作例を示し、図６は、エンジン回転数指示ダイヤル１２によって目標回転数が最大に設定されている場合のシステムの動作例を示す。
【００７７】  まず、エンジン回転数指示ダイヤル１２によって目標回転数が1400rpmに設定された場合について説明する。
【００７８】  通常の油圧ショベルのディーゼルエンジンの回転数は、エンジン回転数指示ダイヤル１２によって設定される。図５に、従来機でエンジン回転数設定した場合に、その回転数でディーゼルエンジンにかかり得る最大トルク（必要最大トルク）のラインＴｒを一点鎖線で示した。このトルクは、ディーゼルエンジン１の目標回転数を低回転数領域ＮＬ内に設定したときに油圧ポンプ７に要求される最大トルクであり、点線で示した従来のディーゼルエンジンが出力し得る最大出力トルクに合わせてそれより小さい値である。本発明において、低速回転数領域ＮＬにおいて中間トルクの特性Ｘａに制限された最大出力トルクはその要求最大トルクよりも小さい。したがって、1000〜1600rpmの低回転数領域ＮＬにおいて本発明のエンジン１に従来機と同じ最大トルクを作用させた場合は、トルクが不足し、エンストしてしまう。
【００７９】  ここで、エンジン回転数の設定は、主に、アイドリング中のエンジン音を下げたいという目的と、最大出力馬力を制限したいという二つの目的で用いられる。そこで本発明では、例えば、エンジン回転数指示ダイヤル１２によってアイドル回転数が1400rpmに設定された場合に、作業負荷がかかると、車体コントローラ６は、通常のディーゼルエンジンで1400rpm時に出すべき出力馬力（Ｂ点）と同じ出力馬力が得られるよう、高トルク出力の高回転数領域ＮＨに目標回転数を上昇させ、この目標回転数をエンジンコントローラ２に出力するとともに、上昇した目標回転数で同出力馬力の点（Ｃ１点）が最大出力馬力点になるように動作させる（図４のステップＳ１００→Ｓ１４０→Ｓ１５０〜Ｓ１８０）。このとき、車体コントローラ６は、エンジンの回転数制御と連動して、可変容量油圧ポンプ7の押しのけ容積を同時に制御し、油圧負荷がエンジンのＸａで示される制限された最大出力トルクを超えないようにしながら（エンスト防止制御）、かつ、要求されるアクチュエータの応答性を確保しながら、最大負荷の場合で最大出力点のＣ１点まで導く（必要最大出力馬力到達制御）。
【００８０】  ショベルの作業中には、エンジンは定速制御（アイソクロナス制御）され、油圧負荷変動により、Ｃ１〜Ｄ１点で動作する。作業を中断して操作レバーを中立に戻した後、負荷がかからない状態（Ｄ１点）が一定時間継続すると、車体コントローラ６はエンジン回転を低下させ、元の回転数（Ａ１点）に戻す（図４のステップＳ２１０→Ｓ１１０→Ｓ１２０）。なお、Ｃ１点、Ｄ１点は、図５では、1700rpmにあるが、1600〜2000rpmの間であればそれ以外の回転数でもよい。
【００８１】  次に、エンジン回転数指示ダイヤル１２によって目標回転数が最大の2000rpmに設定されている場合について説明する。
【００８２】  図６において、エンジン回転数指示ダイヤル１２によって目標回転数が最大に設定されている場合は、車体コントローラ６はその目標回転数をエンジンコントローラ２に出力し、エンジン１は最大出力を出せる定格回転数の2000rpm（Ｃ２点〜Ｄ２点）付近で動作する（図４のステップＳ１５０→Ｓ１９０→Ｓ２００）。ダイヤル１２を最大に設定したときでも、省エネや騒音低下のため、車体コントローラ６はオートアイドル機能により、レバー中立が継続すると、オートアイドル回転数（Ａ２点）までエンジン回転数を低下させるように制御する（図４のステップＳ２１０→Ｓ１１０１２０）。オートアイドル回転数の際、操作レバー装置１３が入力され、もし、最大作業負荷がかかると、図５の1400rpm設定のときと同様、車体コントローラ６は、最大出力馬力点近傍の点（Ｃ２点）にエンジン回転数を上げて動作させる（ステップＳ１００→Ｓ１４０→Ｓ１５０→Ｓ１９０→Ｓ２００）。このとき、車体コントローラ６は、ディーゼルエンジン１の回転数制御と連動して、可変容量油圧ポンプ7の押しのけ容積を同時に制御し、油圧負荷がエンジンのＸａで示される制限された最大出力トルクを超えないようにしながら（エンスト防止制御）、かつ、要求されるアクチュエータの応答性を確保しながら、最大負荷の場合で最大出力点のＣ２点まで導く（必要最大出力馬力到達制御）。
【００８３】  なお、本発明による作業機械の運転は、定速制御（アイソクロナス制御）に限らず、例えば、逆ドループ特性を持たせるか、その他の方法を用いることにより、エンジン回転数を可変してもよい（Ｃ３〜Ｄ３点）。
【００８４】  以上のように本実施の形態においては、ディーゼルエンジン１を、低回転数領域ＮＬ（第２回転数領域）において、ディーゼルエンジン１の最大出力トルクが定格回転数（2000rpm）における最大出力馬力点Ｍ１のトルクよりも小さい中間トルクの特性Ｘａとなるよう最大出力トルクを制限するエンジンとすることにより、エンジン回転数対出力トルク線図上のトルク出力領域が従来よりも狭まるため、エンジンコントローラ２における燃焼最適化技術の適用が容易となり、排ガス中に含まれる有害物質の低減が容易となる。例えば、低回転数領域ＮＬにおける制限された最大出力トルク（中間トルク）以下の低トルクの出力領域では予混合燃焼のような燃焼改善策を適用し、常用される高回転数領域ＮＨにおけるごく一部の高トルク領域では拡散燃焼でありながら、拡散燃焼条件に燃焼を最適化することができる。また、トルク出力領域が狭まり、予混合燃焼と拡散燃焼を行き来するルート（頻度）が減るため、２種の燃焼の切り替え条件も簡単になる。これらにより先進国域での排出ガス規制で要求される基準値を下回るレベルまで、排ガス中に含有される有害物質を低減することができる。
【００８５】  また、上記のように低回転数領域ＮＬにおけるディーゼルエンジンの最大出力トルクが中間のトルク値に制限された場合でも、油圧アクチュエータが駆動され、それに応じてエンジン１の負荷トルクが増加するとき、目標回転数が高回転数領域ＮＨ内の回転数に上昇するため、エンジン１の出力トルクは制限された最大出力トルク（中間のトルク値）よりも大きな必要最大トルクまで増加可能となり、作業機械として要求される出力トルクが得られ、操作性を確保することができる。
【００８６】  ＜第２の実施の形態＞  次に、本発明による第２の実施の形態である作業機械のシステムを、図７を用いて説明する。
【００８７】  図７において、本実施の形態の作業機械のシステムはディーゼルエンジン1と電動機２４とインバータ２６と蓄電装置２７とを備えている。ディーゼルエンジン１と電動機２４は動力ユニット２５を構成し、電動機２４の出力軸はエンジン本体４の出力軸に結合され、両者で油圧ポンプ7を駆動するようになっている。電動機２４は、インバータ２８によって制御され、蓄電装置２７に電気的に接続されている。
【００８８】  図８は動力ユニット２５のディーゼルエンジン１と電動機２４を示す図である。電動機２４は、図８に示すように、エンジン本体４の動力軸に、フライホイールの代わりとして電動機２４のロータ部（図示されない）を直結することにより、一体の動力ユニット２５として構成されており、ハードウェア的には、ディーゼルエンジン１と同等に取り扱うことができる。
【００８９】  図９は、電動機２４によるトルクアシストを含めた動力ユニット２５の最大出力トルク線図の一例を示す図である。
【００９０】  電動機２４をエンジン本体４と組み合わせることにより、図９に示すように、電動機２４の出力トルクをディーゼルエンジン１に加えて、一点鎖線で示される必要な出力トルクを確保することができる。
【００９１】  このようにエンジン１と電動機２４の組み合わせを動力ユニット２５として取り扱えば、油圧システム側で特段の制御を行わなくても、標準的なディーゼルエンジン同様に、油圧ショベルを動作させることができる。さらに、電動機２４の出力トルクを大きくすれば、ディーゼルエンジン１の出力に対して、より大きい負荷出力の機械を運転することができる。
【００９２】  ただし、蓄電装置２７の持つ電気エネルギは有限なので、油圧負荷の小さいときに電動機２４にマイナストルクを印加して発電動作させて蓄電装置２７を充電するか、図示されない別の電力回生手段等から充電する等して、蓄電装置２７のもつ電気エネルギを適切な範囲に保つ制御を別途行う必要がある。
【００９３】  ＜その他＞  図１０〜図１７に本発明に基づく様々なエンジンの最大出力トルク特性Ｘｂ〜Ｘｉの例を示す。これらは全て本発明の概念に含まれる。
【００９４】  以上のように、本発明の骨子は、図３あるいは図１０〜１７に示したような、最大出力トルクを制限したディーゼルエンジン１を用い、作業機械側システムによるエンジン回転数制御、可変容量油圧ポンプ7の押しのけ容量制御、あるいは電動機制御を組み合わせて、作業機械を動作させることである。
【００９５】  なお、実施の形態においては、作業機械として油圧ショベルを例に示したが、本発明は、ホイールローダ、フォークリフト、クレーン等、油圧ポンプによって駆動される油圧アクチュエータを備えた、あらゆる作業機械に対して適用可能である。また、作業機械の場合、油圧ポンプによって駆動される油圧アクチュエータは複数であることが多いが、単一の油圧アクチュエータであってもよい（例えばフォークリフトなど）。
【符号の説明】
【００９６】１  ディーゼルエンジン２  ンジンコントローラ３  燃料噴射装置４  エンジン本体５  パティキュレートフィルタ６  車体コントローラ７  油圧ポンプ８  エアコン・補機類９  コントロールバルブ１０  油圧モータ１１  油圧シリンダ１２  エンジン回転数指示ダイヤル（回転数指示装置）１３  操作レバー装置１４  油圧ショベルシステム１５  触媒装置２４  電動機２５  動力ユニット２６  インバータ２７  蓄電装置
【図１】
2016129066.tif 000003
【図２】
2016129066.tif 000004
【図３】
2016129066.tif 000005
【図４】
2016129066.tif 000006
【図５】
2016129066.tif 000007
【図６】
2016129066.tif 000008
【図７】
2016129066.tif 000009
【図８】
2016129066.tif 000010
【図９】
2016129066.tif 000011
【図１０】
2016129066.tif 000012
【図１１】
2016129066.tif 000013
【図１２】
2016129066.tif 000014
【図１３】
2016129066.tif 000015
【図１４】
2016129066.tif 000016
【図１５】
2016129066.tif 000017
【図１６】
2016129066.tif 000018
【図１７】
2016129066.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成28年6月8日(2016.6.8)
【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】
ディーゼルエンジンと、
前記ディーゼル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される油圧アクチュエータを備えた作業機械において、
前記ディーゼルエンジンは、最大出力馬力点を持つ定格回転数を含む第１回転数領域と、前記第１回転数領域よりも回転数が低い第２回転数領域とを有し、前記第２回転数領域における前記ディーゼルエンジンの最大出力トルクは、前記第１回転数領域における前記最大出力馬力点のトルクよりも小さい中間トルクの特性となるようにエンジンコントローラにより燃料噴射量が制御され、出力が制限されることを特徴とする作業機械。
【請求項２】
請求項１記載の作業機械において、
前記第２回転数領域において制限された最大出力トルクは、前記ディーゼルエンジンの目標回転数を前記第２回転数領域内に設定し、その回転数で前記作業機械を駆動しようとしたときに前記油圧ポンプが出力すべき最大トルクよりも小さいことを特徴とする作業機械。
【請求項３】
請求項１記載の作業機械において、
前記第２回転数領域において制限された最大出力トルクは前記ディーゼルエンジンの最大出力トルク点のトルクの７５％以下であることを特徴とする作業機械。
【請求項４】
請求項１記載の作業機械において、
前記第１回転数領域は前記ディーゼルエンジンの最大出力トルク点の回転数を含みかつ前記最大出力トルク点の回転数は前記定格回転数の７５％を超える回転数であり、
前記第２回転数領域は前記ディーゼルエンジンの最大出力トルク点の回転数よりも低い回転数領域であることを特徴とする作業機械。
【請求項５】
請求項１記載の作業機械において、
前記ディーゼルエンジンは、燃料噴射装置と、この燃料噴射装置を制御する電子制御装置とを含み、前記電子制御装置が前記燃料噴射装置から供給される燃料噴射量を制限することにより前記最大出力トルクを制限することを特徴とする作業機械。
【請求項６】
請求項１記載の作業機械において、
前記ディーゼルエンジンは、前記第２回転数領域において予混合燃焼を行うように燃料噴射装置を制御することを特徴とする作業機械。
【請求項７】
請求項１又は６記載の作業機械において、
前記ディーゼルエンジンは、前記第１回転数領域において、低トルク側で予混合燃焼を行い、高トルク側で拡散燃焼を行うように燃料噴射装置を制御することを特徴とする作業機械。
【請求項８】
請求項１記載の作業機械において、
前記ディーゼルエンジンは実回転数を目標回転数に合わせる回転数制御により回転数とトルクを制御することを特徴とする作業機械。
【請求項９】
請求項１記載の作業機械において、
前記ディーゼルエンジンは、排出ガスに含まれる粒子状物質を除去するためのフィルタと触媒の少なくとも一方を装備することを特徴とする作業機械。
【請求項１０】
請求項１記載の作業機械において、
前記ディーゼルエンジンと併用して前記油圧ポンプを駆動する電動機を更に備えることを特徴とする作業機械。
【請求項１１】
請求項１記載の作業機械において、
前記ディーゼルエンジンの目標回転数を設定するための回転数指示装置と、
前記回転数指示装置によって設定された目標回転数が前記第２回転数領域にあり、前記油圧アクチュエータが駆動されないときは前記回転数指示装置によって設定された目標回転数を前記ディーゼルエンジンに指示し、前記回転数指示装置によって設定された目標回転数が前記第２回転数領域にあり、前記油圧アクチュエータが駆動されたときは、前記第１回転数領域内の回転数に目標回転数を上昇させ、この上昇した目標回転数を前記ディーゼルエンジンに指示する制御装置とを更に備えることを特徴とする作業機械。
【請求項１２】
請求項１１記載の作業機械において、
前記油圧ポンプが可変容量型の油圧ポンプであり、
前記制御装置は、前記油圧アクチュエータが駆動され目標回転数を前記第１回転数領域内の回転数に上昇させるとき、前記回転数指示装置によって設定された目標回転数における必要最大出力馬力を計算し、前記ディーゼルエンジンの回転数が前記第１回転数領域まで上昇したとき、前記油圧ポンプの吸収馬力が前記必要最大出力馬力を超えないよう前記油圧ポンプの最大トルクを制御することを特徴とする作業機械。
【請求項１３】
請求項１１又は１２記載の作業機械において、
前記油圧ポンプが可変容量型の油圧ポンプであり、
前記制御装置は、前記油圧アクチュエータが駆動され目標回転数を前記第１回転数領域内の回転数に上昇させるとき、前記ディーゼルエンジンの回転数が前記第２回転数領域内にある間は前記ディーゼルエンジンの出力トルクが前記制限された最大出力トルクを超えないよう前記油圧ポンプの最大トルクを制御することを特徴とする作業機械。
【請求項１４】
最大出力馬力点を持つ定格回転数を含む第１回転数領域、および前記第１回転数領域よりも回転数が低い第２回転数領域を有し、前記第２回転数領域における最大出力トルクが、前記第１回転数領域における前記最大出力馬力点のトルクよりも小さい中間トルクの特性となるようにエンジンコントローラにより燃料噴射量が制御され、出力が制限されるディーゼルエンジンと、
前記ディーゼルエンジンと併用して油圧ポンプを駆動する電動機とを一体化したことを特徴とする動力ユニット。
【請求項１５】
作業機械に備えられ、
最大出力馬力点を持つ定格回転数を含む第１回転数領域、および前記第１回転数領域よりも回転数が低い第２回転数領域を有し、前記第２回転数領域における最大出力トルクが、前記第１回転数領域における前記最大出力馬力点のトルクよりも小さい中間トルクの特性となるようにエンジンコントローラにより燃料噴射量が制御され、出力が制限されることを特徴とする作業機械のディーゼルエンジン。
【国際調査報告】
2016129066.tif 000020
2016129066.tif 000021
2016129066.tif 000022
2016129066.tif 000023