(57)【要約】  ハイブリッド作業機械の制御装置は、作業機と、前記作業機に動力を供給する内燃機関と、前記内燃機関の出力軸に接続された発電電動機と、前記発電電動機が発電した電力を蓄電し、又は前記発電電動機に電力を供給する蓄電装置と、を有するハイブリッド作業機械を制御する制御装置において、前記内燃機関の出力が制限された出力制限時かの判定を行う判定部と、前記出力制限時には、作業時に前記作業機の負荷に基づく前記内燃機関の回転速度を上昇させる際に前記蓄電装置に蓄電された電力を前記発電電動機に供給するアシスト動作を制限するアシスト制限部と、前記アシスト制限部により前記アシスト動作が制限された状態で前記内燃機関及び前記発電電動機を制御する機関制御部とを備える。
2016114406.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業機と、
前記作業機に動力を供給する内燃機関と、
前記内燃機関の出力軸に接続された発電電動機と、
前記発電電動機が発電した電力を蓄電し、又は前記発電電動機に電力を供給する蓄電装置と、を有するハイブリッド作業機械を制御する制御装置において、
前記内燃機関の出力が制限された出力制限時かの判定を行う判定部と、
前記出力制限時には、作業時に前記作業機の作業要求に基づく前記内燃機関の出力を増加させる際に前記蓄電装置に蓄電された電力を前記発電電動機に供給するアシスト動作を制限するアシスト制御部と、
前記アシスト制御部により前記アシスト動作が制限された状態で前記内燃機関及び前記発電電動機を制御する機関制御部と
を備えるハイブリッド作業機械の制御装置。
【請求項２】
前記アシスト制御部は、前記出力制限時に、前記アシスト動作を停止する
請求項１に記載のハイブリッド作業機械の制御装置。
【請求項３】
前記判定部は、前記内燃機関及び当該内燃機関の周辺機器が異常状態である場合、及び、前記内燃機関に排ガス処理装置が設けられる場合において当該排ガス処理装置の浄化能力が低下する又は低下の可能性がある場合のうち、少なくとも一方の場合に前記出力制限時であると判定する
請求項１又は請求項２に記載のハイブリッド作業機械の制御装置。
【請求項４】
前記周辺機器は、前記内燃機関の排ガスを処理する排ガス処理装置、前記内燃機関に燃料を噴射する噴射装置及び前記内燃機関を冷却する冷却装置を含む
請求項３に記載のハイブリッド作業機械の制御装置。
【請求項５】
前記機関制御部は、前記出力制限時に、作業時に前記作業機の作業要求に基づく前記内燃機関の回転速度を上昇させる制御より出力制限モードにおけるマッチング回転速度へ変更する
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のハイブリッド作業機械の制御装置。
【請求項６】
排ガス処理装置を有する内燃機関と、
前記内燃機関の出力軸に連結された発電電動機と、
前記発電電動機が発電した電力を蓄電し、又は前記発電電動機に電力を供給する蓄電装置と、
前記内燃機関、前記発電電動機及び前記蓄電装置を制御する、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のハイブリッド作業機械の制御装置と
を備えるハイブリッド作業機械。
【請求項７】
走行体と、前記走行体の上部に設けられ前記走行体に対して旋回可能な旋回体とを有する車両本体と、
前記発電電動機及び前記蓄電装置のうち少なくとも一方から電力が供給されるように設けられ、前記旋回体を駆動する電動機と、をさらに備える
請求項６に記載のハイブリッド作業機械。
【請求項８】
作業機を駆動する内燃機関と、前記内燃機関に接続され蓄電装置と電力の授受を行う発電電動機とを備えるハイブリッド作業機械の制御方法において、
前記内燃機関の出力が制限された出力制限時かの判定を行うことと、
前記出力制限時には、作業時に前記作業機の作業要求に基づく前記内燃機関の出力を増加させる際に前記蓄電装置に蓄電された電力を前記発電電動機に供給するアシスト動作を制限することと、
前記アシスト動作が制限された状態で前記内燃機関及び前記発電電動機を制御することと
を含むハイブリッド作業機械の制御方法。
【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の制御装置、ハイブリッド作業機械、及びハイブリッド作業機械の制御方法に関する。
【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ハイブリッド作業機械がある。ハイブリッド作業機械は、例えば発電電動機が発電した電力を蓄電する蓄電装置を有する。このようなハイブリッド作業機械は、例えば内燃機関の回転速度を上昇させる際のアシスト動作等のように、作業機の作業要求に基づいて蓄電装置に蓄電された電力を発電電動機に供給して発電電動機を駆動することができる。
【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】
上記のハイブリッド作業機械では、内燃機関から未処理の排ガスが排出されるような状態で動作を継続する様な場合等に、内燃機関の出力を制限する制御を行うようにしている。内燃機関の出力が制限される場合、蓄電装置に蓄電するための出力を確保しにくくなるため、蓄電装置の蓄電容量が低下して発電出力不足となる可能性がある。【０００５】
本発明の態様は、内燃機関の出力が制限される場合において、蓄電装置が発電出力不足となることを抑制することが可能なハイブリッド作業機械の制御装置、ハイブリッド作業機械、及びハイブリッド作業機械の制御方法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】
【０００６】
本発明の第１の態様に従えば、作業機と、前記作業機に動力を供給する内燃機関と、前記内燃機関の出力軸に接続された発電電動機と、前記発電電動機が発電した電力を蓄電し、又は前記発電電動機に電力を供給する蓄電装置と、を有するハイブリッド作業機械を制御する制御装置において、前記内燃機関の出力が制限された出力制限時かの判定を行う判定部と、前記出力制限時には、作業時に前記作業機の作業要求に基づく前記内燃機関の出力を増加させる際に前記蓄電装置に蓄電された電力を前記発電電動機に供給するアシスト動作を制限するアシスト制御部と、前記アシスト制御部により前記アシスト動作が制限された状態で前記内燃機関及び前記発電電動機を制御する機関制御部とを備えるハイブリッド作業機械の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制御装置において、前記アシスト制御部は、前記出力制限時に、前記アシスト動作を停止するハイブリッド作業機械の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１の態様又は第２の態様に係るハイブリッド作業機械の制御装置において、前記判定部は、前記内燃機関及び当該内燃機関の周辺機器が異常状態である場合、及び、前記内燃機関に排ガス処理装置が設けられる場合において当該排ガス処理装置の浄化能力が低下する又は低下の可能性がある場合のうち、少なくとも一方の場合に前記出力制限時であると判定するハイブリッド作業機械の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３の態様に係るハイブリッド作業機械の制御装置において、前記周辺機器は、前記内燃機関の排ガスを処理する排ガス処理装置、前記内燃機関に燃料を噴射する噴射装置及び前記内燃機関を冷却する冷却装置を含むハイブリッド作業機械の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の態様のいずれかに係るハイブリッド作業機械の制御装置において、前記機関制御部は、前記出力制限時に、作業時に前記作業機の作業要求に基づく前記内燃機関の回転速度を上昇させる制御より出力制限モードにおけるマッチング回転速度へ変更するハイブリッド作業機械の制御装置が提供される。【００１１】
本発明の第６の態様に従えば、内燃機関と、前記内燃機関の出力軸に連結された発電電動機と、前記発電電動機が発電した電力を蓄電し、又は前記発電電動機に電力を供給する蓄電装置と、前記内燃機関、前記発電電動機及び前記蓄電装置を制御する、第１の態様から第５の態様のいずれかに係るハイブリッド作業機械の制御装置とを備えるハイブリッド作業機械が提供される。【００１２】
本発明の第７の態様に従えば、第６の態様に係るハイブリッド作業機械において、前記作業機は、走行体と、前記走行体の上部に設けられ前記走行体に対して旋回可能な旋回体とを有し、前記発電電動機及び前記蓄電装置のうち少なくとも一方から電力が供給されるように設けられ、前記旋回体を駆動する電動機をさらに備える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、作業機を駆動する内燃機関と、前記内燃機関に接続され蓄電装置と電力の授受を行う発電電動機とを備えるハイブリッド作業機械の制御方法において、前記内燃機関の出力が制限された出力制限時かの判定を行うことと、前記出力制限時には、作業時に前記作業機の作業要求に基づく前記内燃機関の出力を増加させる際に前記蓄電装置に蓄電された電力を前記発電電動機に供給するアシスト動作を制限することと、前記アシスト動作が制限された状態で前記内燃機関及び前記発電電動機を制御することとを含むハイブリッド作業機械の制御方法が提供される。【００１４】
本発明の態様は、内燃機関の出力が制限される場合において、蓄電装置が発電出力不足となることを抑制することができる。
【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】実施形態に係る排ガス処理装置を示す概略図である。
【図４】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５】ハイブリッドコントローラの構成例を示す図である。
【図６】還元剤の残量と内燃機関の出力制限モードとの関係を示す表である。
【図７】判定部の制御ブロックの一例を示す図である。
【図８】機関制御部の制御ブロックの一例を示す図である。
【図９】機関制御部の制御ブロックの一例を示す図である。
【図１０】アシスト制御部の制御ブロックの一例を示す図である。
【図１１】実施形態に係るハイブリッド作業機械の制御方法の一例を示すフローチャートである。
【図１２】出力制限モードにおけるトルク線図の比較例を示す図である。
【図１３】出力制限モードにおけるトルク線図の一例を示す図である。
【図１４】出力制限モードにおけるトルク線図の一例を示す図である。
【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２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。
【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】
内燃機関１７は、周辺機器として、例えば排ガスを処理する排ガス処理装置４０と、燃料を噴射する噴射装置４５と、内燃機関１７を冷却する冷却水を循環させる冷却装置４６とを有している。排ガス処理装置４０については、後述する。
【００２７】
噴射装置４５は、例えば蓄圧室及びインジェクタを有する、いわゆるコモンレール方式の装置である。噴射装置４５は、エンジンコントローラ３０によって制御される。詳細には、エンジンコントローラ３０は、内燃機関１７の回転速度及び負荷等といった運転条件に応じて適切な量の燃料をインジェクタから噴射させる。本実施形態において、噴射装置４５は、コモンレール方式に限定されない。冷却装置４６は、冷却水を駆動するポンプ等の不図示の駆動源を有する。冷却装置４６は、冷却水の温度を検出してエンジンコントローラ３０の出力する不図示の温度センサを有している。
【００２８】
油圧ポンプ１８は、油圧機器に作動油を供給する。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。
【００２９】
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。蓄電装置２２に蓄電される目標電圧値は、例えば、油圧ショベル１の作業時においては、一定値となるように制御される。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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と内燃機関１７との間には、ＰＴＯ等が介在する。このため、ＰＴＯ等のギア比等によって、発電電動機１９の回転速度と内燃機関１７の回転速度とは、ある比率を有する。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。実施形態において、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。発電電動機１９と内燃機関１７とは、ＰＴＯ等を介さずに直結されてもよい。
【００３３】
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。
【００３４】
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、昇圧器２２ｃ、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、実施形態に係る制御方法を実行する。
【００３５】
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。
【００３６】
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へ供給する作動油の流量を調整し、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へ作動油を供給する。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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。スロットルダイヤル２８により、内燃機関１７の回転数が設定される。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
ポンプコントローラ３３には、油圧ポンプ１８の斜板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。
【００４４】
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。
【００４５】
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制御装置として機能する。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制御方法を実現して、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、これらをハイブリッド作業機械の制御装置と称することもある。実施形態においては、エンジンコントローラ３０が、ハイブリッド作業機械の制御装置の機能を実現する。
【００４６】
モニタ３８は、表示部３８Ｍと、操作部３８ＳＷとを有する。表示部３８Ｍは、油圧ショベル１の状態に関する情報、例えば内燃機関１７の回転速度、内燃機関１７の冷却水温度、油圧ポンプ１８が吐出する作動油の圧力及び蓄電装置２２の蓄電容量等を表示する。操作部３８ＳＷは、油圧ショベル１の運転モードを切り替えたり、各種のメニューを表示させて選択したりするための機構である。
【００４７】
油圧ショベル１の運転モードとしては、例えば、内燃機関１７の回転数をアイドリング状態にする省燃費モード等が挙げられる。本実施形態の油圧ショベル１では、オートデセル機能が設定されている。オートデセル機能とは、作業状態において所定条件が成立した場合に回転デセルモードに移行して燃費向上を図るものである。なお、オートデセル機能の設定は、油圧ショベル１のオペレータが適宜解除することが可能である。油圧ショベル１の運転モードは実施形態に例示したものに限定されず、この他にも各種の運転モードが存在する。油圧ショベル１の運転モードは、モニタ３８の操作部３８ＳＷ以外、例えば、図１に示される油圧ショベル１の運転室６内に設置された運転モード切替用スイッチによって切り替えられてもよい。
【００４８】
＜内燃機関１７及び排ガス処理装置４０＞  
図３は、内燃機関１７及び排ガス処理装置４０の一例を示す図である。図３に示すように、排ガス処理装置４０は、内燃機関１７から排気管４４に排出された排ガスを浄化する装置である。排ガス処理装置４０は、例えば排ガスに含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）を低減させる。排ガス処理装置４０は、内燃機関１７の排ガスを排ガス中のスス等の微粒子を除去する微粒子捕集フィルタ４１と、排ガス中のＮＯｘを還元する還元触媒４２と、排気管４４に還元剤Ｒを供給する還元剤供給部４３と、排気管４４に燃料を供給する燃料ドーザ４５とを有している。
【００４９】
微粒子捕集フィルタ４１は、ディーゼル酸化触媒４１ａと、粒子状物質除去フィルタ４１ｂと、温度センサ４１ｃと、差圧センサ４１ｄとを有している。ディーゼル酸化触媒４１ａ及び粒子状物質除去フィルタ４１ｂは、排気管４４の内部に設けられる。排気管４４の上流側にはディーゼル酸化触媒４１ａが配置され、下流側には粒子状物質除去フィルタ４１ｂが配置される。ディーゼル酸化触媒４１ａは、例えばＰｔ（白金）等によって実現され、排ガスに含まれるＣＯ（一酸化炭素）、ＨＣ（炭化水素）、粒子状物質に含まれるＳＯＦ（有機可溶成分）を酸化して除去する。
【００５０】
＜機関３６の制御＞  
図４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には、発電電動機１９のロータ１９Ｒが連結されている。このため、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の回転速度と同一回転にある。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。発電電動機１９が発電機として動作する場合の出力は電力であり、単位は仕事率である。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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は可能である。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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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（ポンプ吸収トルク指令値）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。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。
【００５７】
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。
【００５８】
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、等スロットル線の任意の線を設定してよい。
【００５９】
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４中に実線で示されるマッチングルートＭＬと、図４中に実線で示される出力指示線ＩＬｔ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ＩＬｔ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。
【００６０】
発電電動機１９が発電する場合、ポンプ吸収トルク線ＰＬは、発電電動機１９が吸収する馬力、すなわち発電出力Ｗｇａの分と、油圧ポンプ１８が吸収する内燃機関１７の出力とを加算した位置に配置される。なお、油圧ポンプ１８が吸収する内燃機関１７の出力に対応するポンプ吸収トルク線ＰＬは、点線で示される位置に配置される。点線で示されるポンプ吸収トルク線ＰＬの出力に対応するのが出力指示線ＩＬｇ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ＩＬｇと交差する。出力指示線ＩＬｇに発電電動機１９が吸収する発電出力Ｗｇａを加算したものが、マッチング点ＭＰａを通る出力指示線ＩＬｔである。
【００６１】
実施形態においては、マッチングルートＭＬａと、出力指示線ＩＬｔ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ＩＬｔ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。
【００６２】
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。
【００６３】
＜ハイブリッドコントローラ２３の構成例＞  
図５は、ハイブリッドコントローラ２３の構成例を示す図である。ハイブリッドコントローラ２３は、処理部２３Ｐと、記憶部２３Ｍと、入出力部２３ＩＯとを有する。処理部２３Ｐは、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、マイクロプロセッサ（microprocessor）、又はマイクロコンピュータ（microcomputer）等である。
【００６４】
処理部２３Ｐは、判定部２３Ｊと、機関制御部２３Ｃと、アシスト制御部２３Ａとを有している。処理部２３Ｐ、より詳細には判定部２３Ｊ、機関制御部２３Ｃ及びアシスト制御部２３Ａ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。判定部２３Ｊは、油圧ショベル１の運転モードが出力制限モードかを判定する。
【００６５】
機関制御部２３Ｃは、内燃機関１７及び発電電動機１９の動作を制御する。機関制御部２３Ｃは、例えば内燃機関１７が省燃費モードの状態から作業時モードに移行する場合には、作業に必要な出力を得るために回転速度及びトルクのうち少なくとも一方を上昇させる。また、機関制御部２３Ｃは、例えば無負荷時等において、作業を行わない状態を維持しつつ内燃機関１７の回転速度を上昇させることも可能である。以下、実施形態では、作業を行う場合に当該作業に必要な出力を得るために内燃機関１７の回転速度を上昇させる制御を回転速度上昇制御という。また、実施形態では、作業を行う場合に当該作業に必要な出力を得るために内燃機関１７のトルクを上昇させる制御をトルク上昇制御という。当該回転速度上昇制御及びトルク上昇制御では、トルク線図におけるマッチングルートＭＬ上で内燃機関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が、これに限定するものではなく、例えばマッチングルートＭＬから外れた位置で内燃機関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。
【００６６】
また、機関制御部２３Ｃは、例えば内燃機関１７、当該内燃機関１７の周辺機器（排ガス処理装置４０、噴射装置４５、冷却装置４６）が異常である場合、及び排ガス処理装置４０の浄化能力が低下した場合等には、内燃機関１７を出力制限モードにする。この出力制限モードは、例えば、内燃機関１７が発生するトルクを、トルク線図の最大トルク線ＴＬで決定されるトルクよりも小さい値に制限して、内燃機関１７の出力を制限するモードである。出力制限モードにおいて、機関制御部２３Ｃは、例えば、後述の図１２におけるトルク線図のトルク制限線ＴＬａを用いて内燃機関１７を制御する。
【００６７】
機関制御部２３Ｃは、排ガス処理装置４０については、例えば微粒子捕集フィルタ４１の入口における排気温度の異常、又は粒子状物質除去フィルタ４１ｂにおけるスス等の粒子状物質の堆積状態の異常等を検出した場合に、内燃機関１７を出力制限モードにする。
【００６８】
また、排ガス処理装置４０の浄化能力の低下については、還元剤タンク４３ａに貯留される還元剤Ｒの残量が低下した場合等が挙げられる。図６は、還元剤Ｒの残量と、内燃機関１７の出力制限モードとの関係を示す表である。
【００６９】
図６に示すように、例えば、機関制御部２３Ｃは、還元剤タンク４３ａの還元剤Ｒの残量が所定の割合（例えば、所定の基準量の数％）を下回った場合、内燃機関１７を第１段階の出力制限モード（マイルドインデュースメントモード）にする。マイルドインデュースメントモードにおいては、機関制御部２３Ｃは、例えば内燃機関１７の最大トルク線ＴＬを通常時の７０％程度の値とする。
【００７０】
また、還元剤タンク４３ａの還元剤Ｒの残量が０％になった場合には、機関制御部２３Ｃは、内燃機関１７を第２段階の出力制限モード（シビアインデュースメントモード）にする。シビアインデュースメントモードにおいては、例えば内燃機関１７の最大トルク線ＴＬを通常時の半分程度まで低下させ、内燃機関１７の回転速度の制限を行う。
【００７１】
また、還元剤タンク４３ａの還元剤Ｒの残量が０％になってから所定時間が経過した場合、内燃機関１７を第３段階の出力制限モード（ファイナルインデュースメントモード）にする。ファイナルインデュースメントモードにおいては、機関制御部２３Ｃは、シビアインデュースメントモードの状態からさらに内燃機関１７の回転速度をアイドリング時の値に制限する。
【００７２】
また、機関制御部２３Ｃは、還元剤Ｒの残量の他に、還元剤Ｒの品質に異常が生じた場合、還元剤Ｒを噴射する噴射部４３ｄに異常が生じた場合、排気の一部を吸気に循環させる循環システムを備える場合において当該循環システムに異常が生じた場合、及び還元触媒４２システムの異常が生じた場合においても、内燃機関１７を出力制限モードにしてもよい。また、これらの異常が発生してからの時間に応じて、内燃機関１７の出力を段階的に抑制してもよい。
【００７３】
機関制御部２３Ｃは、噴射装置４５については、例えば噴射動作の異常、及び制御回路における異常等を検出した場合に、内燃機関１７を出力制限モードにする。また、機関制御部２３Ｃは、冷却装置４６については、例えば冷却水の温度が所定の閾値よりも高くなったことを検出した場合に、内燃機関１７を出力制限モードにする。このように内燃機関１７の出力を制限することにより、排出ガス浄化能力低下への対応、内燃機関１７及び周辺機器の機能保全を図ることとしている。
【００７４】
判定部２３Ｊは、上記のような内燃機関１７及び周辺機器に異常が生じた場合、及び排ガス処理装置４０の浄化能力が低下した場合には、当該異常及び浄化能力の低下を検出する。判定部２３Ｊは、上記のいずれかを検出したときには、内燃機関１７が出力制限モードであると判定する。
【００７５】
図７は、判定部２３Ｊの制御ブロックの一例を示す図である。判定部２３Ｊは、選択部５７を有する。選択部５７には、出力制限モードの有効フラグと無効フラグとが入力される。選択部５７は、内燃機関１７のインデュースメントレベルが上記のマイルドインデュースメント、シビアインデュースメント又はファイナルインデュースメントである場合に、出力制限モードの有効フラグを出力する。また、選択部５７は、内燃機関１７にインデュースメントレベルが設定されていない場合、出力制限モードの無効フラグを出力する。
【００７６】
図８は、ハイブリッドコントローラ２３が有する機関制御部２３Ｃの制御ブロック２３Ｑの一例を示す図である。制御ブロック２３Ｑは、内燃機関１７の回転速度の指令値を算出して出力する。制御ブロック２３Ｑは、第１変換テーブル５１と、選択部５２と、第２変換テーブル５３とを有している。第１変換テーブル５１には、操作レバー２６Ｒ，２６Ｌの操作量又は油圧ポンプ１８の圧力によって決まる作業機３の作業要求に基づく内燃機関１７の目標出力値が入力される。第１変換テーブル５１は、既知のデータテーブル等に基づいて、目標出力値をマッチング回転速度に変換して出力する。
【００７７】
選択部５２には、第１変換テーブル５１の出力値と、上記の出力制限モードにおける所定のマッチング回転速度の値とが入力される。なお、当該所定のマッチング回転速度は、例えばスロットルで設定される値が用いられてもよい。選択部５２は、出力制限モード有効フラグが無効の場合（ＦＡＬＳＥ）には、第１変換テーブル５１の出力値を出力する。また、選択部５２は、出力制限モード有効フラグが無効の場合には、作業機３の作業要求に基づきマッチング回転速度を低くすることができる。また、選択部５２は、出力制限モード有効フラグが有効の場合（ＴＲＵＥ）には、所定のマッチング回転速度の値を出力する。また、選択部５２は、出力制限モード有効フラグが有効の場合には、作業機３の作業要求が必要ないときに、マッチング回転速度を低くするロジックを無効にすることができる。
【００７８】
第２変換テーブル５３には、選択部５２の出力値、つまり、内燃機関１７の目標出力に応じたマッチング回転速度及び所定のマッチング回転速度のうち一方が入力される。第２変換テーブル５３は、既知のデータテーブル等に基づいて、入力されたマッチング回転速度を無負荷回転速度の値に変換して出力する。第２変換テーブル５３の出力値は、内燃機関１７の無負荷回転速度の指令値となる。
【００７９】
図９は、ハイブリッドコントローラ２３が有する機関制御部２３Ｃの制御ブロック２３Ｒの一例を示す図である。制御ブロック２３Ｒは、発電電動機１９の発電トルクの指令値を算出して出力する。制御ブロック２３Ｒは、選択部５８と、最大値選択部５９とを有している。選択部５８には、最大発電トルクの値と、最小発電トルクの値とが入力される。最大発電トルクは、発電電動機１９に設定された発電トルクの範囲のうち絶対値が最大となる値である。最低発電トルクは、発電電動機１９に設定された発電トルクの範囲のうち絶対値が最小となる値である。なお、最大発電トルク及び最低発電トルクは、それぞれ負の値である。発電電動機１９は、発電効率の低下を抑制するため、発電トルクが最低発電トルク以上、最大発電トルク以下では発電が行われるように制御される。選択部５８は、内燃機関１７のインデュースメントレベルが上記のマイルドインデュースメント、シビアインデュースメント又はファイナルインデュースメントである場合には、最低発電トルクを出力する。また、選択部５８は、内燃機関１７にインデュースメントレベルが設定されていない場合、最大発電トルクを出力する。
【００８０】
最大値選択部５９には、発電電動機１９における目標発電トルクと、選択部５８の出力値とが入力される。なお、目標発電トルクは、負の値である。したがって、最大値選択部５９は、入力された値のうち絶対値が小さい方の値を発電トルク指令値として出力する。このため、内燃機関１７のインデュースメントレベルが上記のマイルドインデュースメント、シビアインデュースメント又はファイナルインデュースメントである場合には、最低発電トルクが出力される。また、内燃機関１７にインデュースメントレベルが設定されていない場合には、目標発電トルクが出力される。
【００８１】
ハイブリッドコントローラ２３は、作業時に作業要求に基づく内燃機関１７の出力を増加させる際、例えば機関制御部２３Ｃによって作業時における回転速度上昇制御又はトルク上昇制御を行う際に、蓄電装置２２及び発電電動機１９に対してアシスト動作を行わせることができる。アシスト動作とは、蓄電装置２２に蓄電された電力を発電電動機１９に供給し、当該電力によって発電電動機１９を駆動する制御である。アシスト動作を行う場合、内燃機関１７の回転速度又はトルクをより短時間で上昇可能であるが、発電電動機１９が電力を消費するため、蓄電装置２２に蓄電される電力は減少する。
【００８２】
アシスト制御部２３Ａは、油圧ショベル１の運転モードが出力制限モードである場合、作業時における回転速度上昇制御を行う際に、アシスト動作を制限する。図１０は、アシスト制御部２３Ａの制御ブロックの一例を示す図である。アシスト制御部２３Ａは、第１演算部５４と、第２演算部５５と、選択部５６とを有している。
【００８３】
第１演算部５４には、実際の発電電動機１９の回転速度と、予め設定された回転速度の目標値（目標アシスト回転速度）とが入力される。第１演算部５４は、目標アシスト回転速度と実際の発電電動機１９の回転速度との差を求めて出力する。第２演算部５５には、第１演算部５４の出力値が入力される。第２演算部５５は、第１演算部５４の出力値、つまり目標アシスト回転速度と実際の発電電動機１９の回転速度との差が所定値よりも大きい場合にはアシスト状態である旨の信号を出力する。また、第２演算部５５は、目標アシスト回転速度と実際の発電電動機１９の回転速度との差が所定値よりも以下の場合には、アシスト状態ではない旨の信号を出力する。
【００８４】
選択部５６には、第２演算部５５の出力値と、アシスト状態ではない旨の信号とが入力される。選択部５６は、上記の出力制限モード有効フラグが有効である場合、アシスト状態ではない旨の信号を出力する。また、選択部５６は、出力制限モード有効フラグが無効である場合、第２演算部５５の出力値を出力する。
【００８５】
機関制御部２３Ｃは、アシスト制御部２３Ａからアシスト状態である旨の信号が出力された場合、アシスト動作を行わせる。また、ハイブリッドコントローラ２３は、機関制御部２３Ｃにおいて、アシスト制御部２３Ａからアシスト状態ではない旨の信号が出力された場合、アシスト動作を制限する。これにより、発電電動機１９の回転速度が目標アシスト回転速度に到達するまでアシスト動作が行われることになる。
【００８６】
アシスト制御部２３Ａは、アシスト動作を制限する例として、アシスト動作自体を行わないようにすることができる。この場合、蓄電装置２２に蓄電された電力が消費されないため、蓄電装置２２に電力が確保される。アシスト動作を制限する他の例として、アシスト制御部２３Ａは、アシスト動作において発電電動機１９に供給する電力を、出力制限モードではない場合に比べて少なくすることができる。また、アシスト制御部２３Ａは、アシスト動作において発電電動機１９に供給する電力を一定値にすることができる。このように、蓄電装置２２は、アシスト動作の制限時においても、電力を発電電動機１９に供給することができる。アシスト制御部２３Ａは、アシスト動作の制限時に蓄電装置２２の電力を発電電動機１９に供給する場合には、蓄電装置２２において電圧不足とならないように、蓄電装置２２に蓄電された電力に応じて供給電力を設定することができる。
【００８７】
処理部２３Ｐ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）、ＡＳＩＣ（Application  Specific  Integrated  Circuit）より１つ若しくは組み合わせたものが処理部２３Ｐに該当する。
【００８８】
記憶部２３Ｍ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より少なくとも１つが用いられる。記憶部２３Ｍは、実施形態に係るハイブリッド作業機械の制御を処理部２３Ｐ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２３Ｐが実施形態に係る制御を実行する際に使用される情報を記憶する。処理部２３Ｐは、記憶部２３Ｍ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、実施形態に係る制御を実現する。
【００８９】
入出力部２３ＩＯは、エンジンコントローラ３０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。入出力部２３ＩＯには、図２に示される燃料調整ダイヤル２８、回転速度検出センサ１７ｎ、コモンレール制御部３２、排ガス処理装置４０、噴射装置４５及び冷却装置４６の各部及び各種センサ等が接続される。また、入出力部２３ＩＯには、図３に示される、温度センサ４１ｃ、差圧センサ４１ｄ、温度センサ４２ａ、アンモニアセンサ４２ｂ、ＮＯｘ検出センサ４４ａ、圧力センサ４４ｂ等の各種センサが接続される。実施形態では、エンジンコントローラ３０の構成例を説明したが、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もエンジンコントローラ３０と同様の構成である。
【００９０】
＜ハイブリッド作業機械の制御方法＞  
図１１は、実施形態に係るハイブリッド作業機械の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、エンジンコントローラ３０の判定部２３Ｊは、出力制限モードであるか否かを判定する。出力制限モードである場合（ステップＳ１０１のＹｅｓ）、ステップＳ１０２において、アシスト制御部２３Ａは、発電電動機１９及び蓄電装置２２によるアシスト動作を制限する。そして、機関制御部２３Ｃは、アシスト制御部２３Ａで制限されたアシスト動作の制限内容に応じて、内燃機関１７及び発電電動機１９の動作を制御する。一方、出力制限モードでない場合（ステップＳ１０１のＮｏ）、アシスト制御部２３Ａは、アシスト動作を制限しない。つまり、機関制御部２３Ｃが作業時に回転速度上昇制御を行う場合、アシスト制御部２３Ａは、蓄電装置２２及び発電電動機１９にアシスト動作を行わせる。
【００９１】
図１２は、出力制限モードにおけるトルク線図の比較例を示す図である。図１２に示すように、出力制限モードでは、内燃機関１７が発生可能な最大の出力を表す最大トルク線ＴＬａが、通常時の最大トルク線ＴＬに対して下方、すなわちトルクが小さくなる方向に移動した位置に設定される。したがって、内燃機関１７が発生可能な出力及びトルクが通常時よりも低く制限される。
【００９２】
このような出力制限モードにおいて、油圧ショベル１の作業等を行わない場合には、機関制御部２３Ｃは、例えば出力指示線ＩＬａに対応した馬力、かつアイドリング状態の回転速度ｎｃで、内燃機関１７を動作させることができる。このとき、機関制御部２３Ｃは、例えば出力指示線ＩＬａ上のうち回転速度がｎｃの位置に内燃機関１７のマッチングポイントＭＰｃを設定する。
【００９３】
この状態から、上部旋回体５の旋回動作及び土砂等の掘削操作等の作業を行う場合、機関制御部２３Ｃは、油圧ポンプ１８の負荷等に応じてマッチングポイントが設定される。機関制御部２３Ｃは、例えば、最大トルク線ＴＬａとポンプ吸収トルク線ＰＬａの交点にマッチングポイントＭＰｄを設定する。なお、内燃機関１７の回転速度ｎｄは、アイドリング状態における回転速度ｎｃよりも大きい値となる。
【００９４】
機関制御部２３Ｃは、マッチングポイントＭＰｃからマッチングポイントＭＰｄに移行するように内燃機関１７の回転速度及びトルクを制御することで、回転速度上昇制御を行う。アシスト動作の制限が無い場合、アシスト制御部２３Ａは、回転速度上昇制御を行う際にアシスト動作を行わせる。アシスト動作を行うと、蓄電装置２２の電力が消費されてしまい、蓄電装置２２において電力不足が発生する。また、内燃機関１７がマッチングポイントＭＰｄに移行する前、つまり、マッチングポイントＭＰｃで動作している場合、内燃機関１７の回転速度ｎｃがアイドリング時の値であるため、発電出力を確保しにくくなる。
【００９５】
このため、アシスト制御部２３Ａは、蓄電装置２２によるアシスト動作を制限する。例えば、アシスト制御部２３Ａは、アシスト動作を行わないこと、又はアシスト動作において発電電動機１９に供給する電力を、出力制限モードではない場合に比べて少なくすることができる。
【００９６】
以上のように、本実施形態に係る油圧ショベル１は、出力制限時には、作業時に作業機３の作業要求に基づく内燃機関１７の出力を増加させる際に、蓄電装置２２に蓄電された電力を発電電動機１９に供給するアシスト動作を制限することができるため、蓄電装置２２における電力の消費が抑制される。これにより、出力制限時において蓄電装置２２の蓄電容量の低下を抑制することが可能となる。したがって、蓄電装置２２が発電出力不足となることを抑制することが可能となる。
【００９７】
図１３は、出力制限モードにおけるトルク線図の一例を示す図であり、作業時に作業機３の作業要求に基づく内燃機関１７の回転速度を上昇させる制御を行わないようにする場合の一例を示す。図１３に示すように、出力制限モードにおいて、機関制御部２３Ｃは、内燃機関１７の無負荷時のマッチングポイントＭＰｅを、例えば出力指示線ＩＬａと制限線ＶＬとの交点（回転速度ｎｅ）に設定してもよい。この構成により、無負荷時の回転速度が高回転側に設定されるため、蓄電装置２２の充電のための出力が確保される。また、機関制御部２３Ｃは、例えば作業時に図１２に示す比較例と同位置にマッチングポイントＭＰｄが設定される場合、内燃機関１７の回転速度を上昇させることなく、マッチングポイントをＭＰｅからＭＰｄに移行させることができる。このように、油圧ショベル１は、出力制限時には、作業時に作業機３の作業要求に基づく内燃機関１７の回転速度を上昇させる制御が行われないように無負荷時の回転速度を高回転側に設定する。このため、内燃機関１７の出力が制限され、発電電動機１９の発電出力が制限される場合であっても、蓄電装置２２の充電のための出力を確保することができる。これにより、蓄電装置２２が発電出力不足となることを抑制することが可能となる。なお、無負荷時に設定されるマッチングポイント（回転速度）は、蓄電装置２２の充電のための出力が確保される値であればよく、上記マッチングポイントＭＰｅ（回転速度ｎｅ）に限定するものではない。また、作業時に作業機３の作業要求に基づく内燃機関１７の回転速度を上昇させる制御を行わないようにする上記制御は、アシスト動作を制限する上記実施形態の制御に対して独立して行うことができる。つまり、油圧ショベル１は、出力制限時には、アシスト動作を制限する制御に加えて、又はアシスト動作を制限する制御に代えて、作業時に作業機３の作業要求に基づく内燃機関１７の回転速度を上昇させる制御が行われないように無負荷時の回転速度を高回転側に設定する制御を行ってもよい。
【００９８】
図１４は、出力制限モードにおけるトルク線図の他の例を示す図であり、出力制限モードではない場合に比べて発電電動機１９への供給電力が少なくなるようにアシスト動作を行う場合の一例を示す。図１４に示すように、出力制限モードにおいて、機関制御部２３Ｃは、内燃機関１７の無負荷時のマッチングポイントＭＰｆを、例えば出力指示線ＩＬａ上のうちマッチングポイントＭＰｃよりも高い回転速度ｎｆとなる位置に設定してもよい。これにより、例えば作業時において図１２の比較例と同位置にマッチングポイントＭＰｄが設定される場合、マッチングポイントをＭＰｃに設定する場合に比べて、内燃機関１７の回転速度の上昇量が小さくなる。このため、アシスト動作に必要な供給電力を少なくすることができる。したがって、蓄電装置２２における電力の消費が抑制される。
【００９９】
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、ブルドーザ等であってもよい。作業機械が搭載するエンジンの種類も限定されない。
【０１００】
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】
【０１０１】
１  油圧ショベル
５  上部旋回体
１７  内燃機関
１８  油圧ポンプ
１９  発電電動機
２２  蓄電装置
２３  ハイブリッドコントローラ
２６Ｌ，２６Ｒ  操作レバー
３０  エンジンコントローラ
２３Ａ  アシスト制御部
２３Ｃ  機関制御部
２３Ｍ  記憶部
２３Ｐ  処理部
２３ＩＯ  入出力部
２３Ｊ  判定部
３３  ポンプコントローラ
３６  機関
４０  排ガス処理装置
４１  微粒子捕集フィルタ
４２  還元触媒
４５  噴射装置
４６  冷却装置
【図１】
2016114406.tif 000003
【図２】
2016114406.tif 000004
【図３】
2016114406.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2016114406.tif 000009
【図８】
2016114406.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2016114406.tif 000012
【図１１】
2016114406.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2016114406.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成28年8月26日(2016.8.26)
【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】
作業機と、
前記作業機に動力を供給する内燃機関と、
前記内燃機関の出力軸に接続された発電電動機と、
前記発電電動機が発電した電力を蓄電し、又は前記発電電動機に電力を供給する蓄電装置と、を有するハイブリッド作業機械を制御する制御装置において、
前記内燃機関の出力が制限された出力制限時かの判定を行い、少なくとも前記内燃機関に排ガス処理装置が設けられる場合において当該排ガス処理装置の浄化能力が低下する又は低下の可能性がある場合に前記出力制限時であると判定する判定部と、
前記出力制限時には、作業時に前記作業機の作業要求に基づく前記内燃機関の出力を増加させる際に前記蓄電装置に蓄電された電力を前記発電電動機に供給するアシスト動作を制限するアシスト制御部と、
前記アシスト制御部により前記アシスト動作が制限された状態で前記内燃機関及び前記発電電動機を制御する機関制御部と
を備えるハイブリッド作業機械の制御装置。
【請求項２】
前記アシスト制御部は、前記出力制限時に、前記アシスト動作を停止する
請求項１に記載のハイブリッド作業機械の制御装置。
【請求項３】
前記判定部は、前記内燃機関及び当該内燃機関の周辺機器が異常状態である場合に前記出力制限時であると判定する
請求項１又は請求項２に記載のハイブリッド作業機械の制御装置。
【請求項４】
前記周辺機器は、前記内燃機関の排ガスを処理する排ガス処理装置、前記内燃機関に燃料を噴射する噴射装置及び前記内燃機関を冷却する冷却装置を含む
請求項３に記載のハイブリッド作業機械の制御装置。
【請求項５】
前記機関制御部は、前記出力制限時に、作業時に前記作業機の作業要求に基づく前記内燃機関の回転速度を上昇させる制御より出力制限モードにおけるマッチング回転速度へ変更する
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のハイブリッド作業機械の制御装置。
【請求項６】
排ガス処理装置を有する内燃機関と、
前記内燃機関の出力軸に連結された発電電動機と、
前記発電電動機が発電した電力を蓄電し、又は前記発電電動機に電力を供給する蓄電装置と、
前記内燃機関、前記発電電動機及び前記蓄電装置を制御する、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のハイブリッド作業機械の制御装置と
を備えるハイブリッド作業機械。
【請求項７】
走行体と、前記走行体の上部に設けられ前記走行体に対して旋回可能な旋回体とを有する車両本体と、
前記発電電動機及び前記蓄電装置のうち少なくとも一方から電力が供給されるように設けられ、前記旋回体を駆動する電動機と、をさらに備える
請求項６に記載のハイブリッド作業機械。
【請求項８】
作業機を駆動する内燃機関と、前記内燃機関に接続され蓄電装置と電力の授受を行う発電電動機とを備えるハイブリッド作業機械の制御方法において、
前記内燃機関の出力が制限された出力制限時かの判定を行い、少なくとも前記内燃機関に排ガス処理装置が設けられる場合において当該排ガス処理装置の浄化能力が低下する又は低下の可能性がある場合に前記出力制限時であると判定することと、
前記出力制限時には、作業時に前記作業機の作業要求に基づく前記内燃機関の出力を増加させる際に前記蓄電装置に蓄電された電力を前記発電電動機に供給するアシスト動作を制限することと、
前記アシスト動作が制限された状態で前記内燃機関及び前記発電電動機を制御することと
を含むハイブリッド作業機械の制御方法。
【手続補正書】
【提出日】平成28年12月22日(2016.12.22)
【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】
作業機と、
前記作業機に動力を供給する内燃機関と、
前記内燃機関の出力軸に接続された発電電動機と、
前記発電電動機が発電した電力を蓄電し、又は前記発電電動機に電力を供給する蓄電装置と、を有するハイブリッド作業機械を制御する制御装置において、
前記内燃機関には排ガス処理装置が設けられ、当該排ガス処理装置の浄化能力が低下又は低下の可能性がある場合には前記内燃機関の出力が制限され、
前記内燃機関の出力が制限されている場合には、作業時に前記作業機の作業要求に基づく前記内燃機関の出力を増加させる際に前記蓄電装置に蓄電された電力を前記発電電動機に供給するアシスト動作を制限するアシスト制御部と、
前記アシスト制御部により前記アシスト動作が制限された状態で前記内燃機関及び前記発電電動機を制御する機関制御部と、を備え、
前記機関制御部は、前記アシスト動作が制限されていない状態における前記作業機が作業を行わない無負荷時の前記内燃機関の回転速度よりも、前記アシスト動作が制限された状態における前記無負荷時の前記内燃機関の回転速度を高く設定する、
ハイブリッド作業機械の制御装置。
【請求項２】
前記アシスト制御部は、前記出力制限時に、前記アシスト動作を停止する
請求項１に記載のハイブリッド作業機械の制御装置。
【請求項３】
前記内燃機関は、前記内燃機関及び当該内燃機関の周辺機器が異常状態である場合に出力が制限される
請求項１又は請求項２に記載のハイブリッド作業機械の制御装置。
【請求項４】
前記周辺機器は、前記内燃機関の排ガスを処理する排ガス処理装置、前記内燃機関に燃料を噴射する噴射装置及び前記内燃機関を冷却する冷却装置を含む
請求項３に記載のハイブリッド作業機械の制御装置。
【請求項５】
前記機関制御部は、前記出力制限時に、作業時に前記作業機の作業要求に基づく前記内燃機関の回転速度を上昇させる制御より出力制限モードにおけるマッチング回転速度へ変更する
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のハイブリッド作業機械の制御装置。
【請求項６】
排ガス処理装置を有する内燃機関と、
前記内燃機関の出力軸に連結された発電電動機と、
前記発電電動機が発電した電力を蓄電し、又は前記発電電動機に電力を供給する蓄電装置と、
前記内燃機関、前記発電電動機及び前記蓄電装置を制御する、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のハイブリッド作業機械の制御装置と
を備えるハイブリッド作業機械。
【請求項７】
走行体と、前記走行体の上部に設けられ前記走行体に対して旋回可能な旋回体とを有する車両本体と、
前記発電電動機及び前記蓄電装置のうち少なくとも一方から電力が供給されるように設けられ、前記旋回体を駆動する電動機と、をさらに備える
請求項６に記載のハイブリッド作業機械。
【請求項８】
作業機を駆動する内燃機関と、前記内燃機関に接続され蓄電装置と電力の授受を行う発電電動機とを備えるハイブリッド作業機械の制御方法において、
前記内燃機関には排ガス処理装置が設けられ、当該排ガス処理装置の浄化能力が低下又は低下の可能性がある場合には前記内燃機関の出力が制限され、
前記内燃機関の出力が制限されている場合には、作業時に前記作業機の作業要求に基づく前記内燃機関の出力を増加させる際に前記蓄電装置に蓄電された電力を前記発電電動機に供給するアシスト動作を制限することと、
前記アシスト動作が制限された状態で前記内燃機関及び前記発電電動機を制御することと、を含み、
前記アシスト動作が制限された状態で前記内燃機関を制御する場合、前記アシスト動作が制限されていない状態における前記作業機が作業を行わない無負荷時の前記内燃機関の回転速度よりも、前記アシスト動作が制限された状態における前記無負荷時の前記内燃機関の回転速度を高く設定する、
ハイブリッド作業機械の制御方法。
【国際調査報告】
2016114406.tif 000017
2016114406.tif 000018
2016114406.tif 000019
2016114406.tif 000020