(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関と、
前記内燃機関により駆動される作業機と、
前記作業機に対する作動指令を出力する作業機作動指令手段と、
前記内燃機関の燃料噴射量を調整する燃料噴射量制御手段と、
前記内燃機関の目標回転数を設定するための目標回転数信号を出力する目標回転数設定手段であって、操作されることによって前記目標回転数を増減する目標回転数設定手段と、
前記内燃機関の実回転数を検出する実回転数検出手段とを備え、
前記目標回転数設定手段からの前記目標回転数信号と前記実回転数検出手段からの実回転数信号との差信号である回転数偏差信号に基づいた第１燃料噴射量を前記燃料噴射量制御手段に指令する作業機械の内燃機関回転数制御装置において、
前記内燃機関に連結された電動発電機と、
前記電動発電機との間で電力伝達可能に接続された蓄電手段と、
前記電動発電機と前記蓄電手段との間に設置された電力変換手段と、
前記回転数偏差信号に基づいた第１燃料噴射量を前記燃料噴射量制御手段に指令するモードを第１モードとして設定し、これとは別に、前記内燃機関に接続された負荷の引摺り抵抗に概略見合った出力トルクを発生する第２燃料噴射量を前記燃料噴射量制御手段に指令する第２モードを設定し、前記作業機作動指令手段が操作されておらずかつ前記目標回転数設定手段が目標回転数増加方向に操作されたときは前記第２モードに切替えて前記燃料噴射量制御手段に前記第２燃料噴射量を指令するとともに、前記回転数偏差信号に基づいたトルク指令を前記電力変換手段に出力して前記蓄電手段からの電力により前記電動発電機を駆動する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記第２モードに切替えた後、前記目標回転数設定手段の目標回転数増加方向への操作が停止しかつ前記回転数偏差信号が予め定められた所定範囲に入ったときは、前記燃料噴射量制御手段に指令する燃料噴射量を前記第２燃料噴射量から徐々に増やすとともに、前記電力変換手段に対するトルク指令を徐々に減らし、最終的に前記燃料噴射量制御手段の制御モードを前記第１モードに移行して前記燃料噴射量制御手段に前記第１モードにおける前記第１燃料噴射量を指令し、かつ前記電力変換手段に対するトルク指令の出力を停止することを特徴とする内燃機関回転数制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の作業機械の内燃機関回転数制御装置において、
前記制御手段は、前記第２モードにおいて、前記回転数偏差信号の増大に応じてトルク指令が増大するよう設定したトルク特性からトルク指令を演算し、このトルク指令に基づいて前記電力変換手段に対するトルク指令を決定することを特徴とする内燃機関回転数制御装置。
【請求項３】
請求項２記載の作業機械の内燃機関回転数制御装置において、
前記トルク特性は、前記回転数偏差信号の増大に応じてトルク指令が増大する領域において、前記第１モードにおける前記第１燃料噴射量に対応する前記内燃機関のトルク特性に近似するよう設定されていることを特徴とする内燃機関回転数制御装置。
【請求項４】
請求項２記載の作業機械の内燃機関回転数制御装置において、
前記制御手段は、前記トルク特性から演算したトルク指令から、前記第２モードにおける前記第２燃料噴射量に対応する前記内燃機関の出力トルクを差引き、その値を前記回転数偏差信号に基づいたトルク指令として前記電力変換手段に出力することを特徴とする内燃機関回転数制御装置。
【請求項５】
請求項２記載の作業機械の内燃機関回転数制御装置において、
前記制御手段は、前記トルク特性から演算したトルク指令をそのまま前記回転数偏差信号に基づいたトルク指令として前記電力変換手段に出力することを特徴とする内燃機関回転数制御装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項記載の作業機械の内燃機関回転数制御装置において、
前記第２モードにおける前記第２燃料噴射量は、前記第１モードにおいて前記目標回転数信号がアイドリング回転数であるときの前記目標回転数信号に基づいた前記第１燃料噴射量に相当する燃料噴射量であることを特徴とする内燃機関回転数制御装置。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか１項記載の作業機械の内燃機関回転数制御装置において、
前記第２モードにおける前記第２燃料噴射量は、前記内燃機関の実回転数に応じた負荷の引摺りトルクを予め定めておき、この予め定められた引摺りトルク値からそのときの前記内燃機関の実回転数に対応する引摺りトルクを求め、この引摺りトルクに見合ったトルク値に基づいて定められた燃料噴射量であることを特徴とする内燃機関回転数制御装置。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれか１項記載の作業機械の内燃機関回転数制御装置において、
前記第２モードにおける前記第２燃料噴射量は、前記第１モードにおいて前記内燃機関の引摺り抵抗に見合った出力トルクを発生する一定値であることを特徴とする内燃機関回転数制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は作業機械の内燃機関回転数制御装置に係わり、特に、所謂オールスピード制御方式の内燃機関を搭載した建設機械等の作業機械におけるフリーアクセル操作時の排煙濃度の改善に寄与する作業機械の内燃機関回転数制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
油圧ショベル等の建設機械、大型ダンプトラック等の作業機械は、一般に、内燃機関としてディーゼルエンジン（以下、適宜エンジンという）を備え、このエンジンにより少なくとも１つの可変容量型の油圧ポンプを回転駆動し、油圧ポンプから吐出される圧油により油圧アクチュエータを駆動して必要な作業を行っている。このエンジンは、例えば特許文献１（特公昭６２−８６２０号公報）に記載のように、エンジンコントロールダイヤル等の目標回転数設定手段からの目標回転数信号と回転センサからの実回転数信号との回転数偏差信号に基づいて燃料噴射量が制御され、エンジン回転数とエンジン出力トルクが制御される。このように目標回転数信号と実回転数信号との回転数偏差信号に基づいて内燃機関の燃料噴射量を制御する方式をオールスピード制御方式と称している。近年、燃料噴射量制御手段としては燃料噴射量を電子的に制御する電子ガバナを用いることが多くなってきている。
【０００３】
また、ディーゼルエンジンには、内燃機関がほぼ無負荷の状態で急速に目標回転数を上げる所謂フリーアクセル操作時に、黒煙の発生量が増加する等の排煙濃度悪化の問題がある。従来、そのような排煙濃度の改善について各種の提案がなされており、その例として、特許文献２（特開平２−２０６３０２号公報）、特許文献３（特開２０００−３４５８８５号公報）、及び特許文献４（特開２００１−３５５４８９号公報）に開示されたものがある。
【０００４】
＜特許文献２（特開平２−２０６３０２号公報）＞
特許文献２に記載の装置は、内燃機関の回転速度及び当該内燃機関に固有の排出粒子濃度特性に基づいて排出粒子濃度を抑制するトルク指令パターンが記憶され、そのトルク指令パターンに内燃機関の回転速度を参照して対応するトルク指令値を求める一方、アクセルペダルの踏込み角度に応じた倍率の駆動トルク低減信号を求め、トルク指令値にその駆動トルク低減信号を乗じて当該内燃機関の低回転領域を含む全回転領域にわたって低排出粒子濃度となるような駆動トルク指令値を求める駆動トルク指令値演算手段を備え、その駆動トルク指令値が得られるよう内燃機関主軸に接続された電動機を駆動して駆動トルクをアシストすることにより、内燃機関がその自律的な噴射量制御に従って特に低速度領域において大きなトルクを発生することを抑制し、望ましい排煙濃度に収まるようにしたものである。
【０００５】
＜特許文献３（特開２０００−３４５８８５号公報）＞
特許文献３に記載の装置は、エンジン回転速度とアクセル開度とに基づき基本燃料噴射量を決定する手段と、エンジン回転速度と吸気量とに基づき最大燃料噴射量を決定する手段と、これら基本燃料噴射量と最大燃料噴射量とを比較して何れか少ない方を目標燃料噴射量とする手段とを有したディーゼルエンジンの燃料噴射装置において、車速ゼロ且つアクセル開度がゼロでないという二条件が成立しているか否かを判定する判定手段と、その二条件成立時に上記最大燃料噴射量を減量補正して新たな最大燃料噴射量とし、これを上記基本燃料噴射量との比較の対象とする減量補正手段とを備え、空ぶかしに際してその減量補正した新たな最大燃料噴射量により燃料噴射量を規制することにより、空ぶかしによるエンジン回転急上昇時のスモーク発生を防止するものである。
【０００６】
＜特許文献４（特開２００１−３５５４８９号公報）＞
特許文献４に記載の装置は、車両の走行状態を検出する走行状態検出手段と、内燃機関の運転状態に応じた車両走行時の燃料噴射量を決定する車両走行時の噴射量制御特性を記憶する第１制御特性記憶手段と、内燃機関の運転状態に応じた車両停車時の燃料噴射量を決定する車両停車時の噴射量制御特性を記憶する第２制御特性記憶手段と、車両走行時から車両停車時へ移行したことを検出したときに、車両走行時の噴射量制御特性から車両停車時の噴射量制御特性に切替える噴射量制御特性切替手段とを備え、車両停車時の燃料噴射量を、車両走行時の燃料噴射量よりも少ない燃料噴射量となるように規定することにより、車両走行時の出力低下を招くことなく、内燃機関の無負荷状態の時にレーシング（空ぶかし）を行った際の黒煙の排出量を低減させるものである。
【０００７】
【特許文献１】特公昭６２−８６２０号公報
【特許文献２】特開平２−２０６３０２号公報
【特許文献３】特開２０００−３４５８８５号公報
【特許文献４】特開２００１−３５５４８９公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献２（特開平２−２０６３０２号公報）に記載の装置は、前述したように、内燃機関の回転速度及び当該内燃機関に固有の排出粒子濃度特性に基づいて予め定められた排出粒子濃度を抑制するトルク指令パターンからそのときの回転速度に対応するトルク指令値を求める一方、アクセルペダルの踏込み角度に応じたゼロから１までの倍率の駆動トルク低減信号を求め、それらを乗算して電動機の駆動トルク指令値を求め、その駆動トルク指令値が得られるよう電動機を駆動して駆動トルクをアシストしている。電動機によるアシスト駆動に際して、内燃機関に対しては排煙濃度を低減するための特別な制御は行わない。
【０００９】
ところで、特許文献２に記載のような通常の車両に搭載される内燃機関（ディーゼルエンジン）の燃料噴射量の制御は、アクセル開度と回転数に基づいて燃料噴射量を決定する所謂ミニマムマキシマムスピード制御方式の特性が採用されている。ミニマムマキシマムスピード制御方式では、アクセルペダルの踏込み角度に応じて最大出力トルクが変化するよう出力トルク特性が設定されるため、アクセルペダルの踏込み角度が最大でない中間領域の開度に操作した場合は、それに応じた出力トルク特性に沿って燃料噴射量が推移し、内燃機関に接続された負荷の引摺り抵抗との平衡点から新たな平衡点へと移動するが、この間、最大でもアクセルペダルの踏込み角度に対応した燃料噴射量に止まる結果、過度の噴射量となることはない。これにより特許文献２の装置では、内燃機関がほぼ無負荷の状態で急速に目標回転数を上げる所謂フリーアクセル時に、電動機を駆動して駆動トルクをアシストするだけで、内燃機関に対しては特別な制御を行わなくても、内燃機関がその自律的な噴射量制御に従って特に低速度領域において大きなトルクを発生することを抑制し、排煙濃度が悪化することが避けられる。
【００１０】
一方、建設機械等に通常使用される特許文献１（特公昭６２−８６２０号公報）に記載のような所謂オールスピード制御方式の内燃機関では、全回転数領域にわたって目標回転数と実回転数の差である回転数偏差に応じて燃料噴射量が定められるため、上記のようにアクセルを中間領域に操作した場合でも、コントロールダイヤルを普通の速度で操作すると、回転数偏差信号が急に増大し、その結果、燃料噴射量は最大の状態を経過してから新たな平衡点に到達する。従って低速回転数域から最大噴射量で運転されるため、排煙濃度が悪化し、かつ騒音・燃費も悪影響を受ける。
【００１１】
特許文献３（特開２０００−３４５８８５号公報）及び特許文献４（特開２００１−３５５４８９公報）に記載の装置も、内燃機関の燃料制御方式がアクセル開度と回転数に基づいて燃料噴射量を決定する所謂ミニマムマキシマムスピード制御方式であることを前提として、最大燃料噴射量を減量補正して新たな最大燃料噴射量としたり（特許文献３）、車両停車時の燃料噴射量を車両走行時の燃料噴射量よりも少ない燃料噴射量となるように規定する（特許文献４）ものであり、建設機械等に通常使用される特許文献１（特公昭６２−８６２０号公報）に記載のような所謂オールスピード制御方式の内燃機関には適用できない技術である。
【００１２】
また、特許文献３の技術そのものにおいても、最大燃料噴射量を減量補正するための補正係数が小さい場合には排煙濃度を小さく抑えることができる一方、所要のエンジン回転数に達するまでにかかる時間が長くなり、反対に補正係数を１に近い大きい値とすれば所要のエンジン回転数に達するまでの時間の増加を抑えることができるが、一方排煙濃度は悪化することになる。従って排煙濃度と所要のエンジン回転数に達するまでの時間との双方を満足することは困難である。
【００１３】
特許文献４の技術も、車両停車時の最大燃料噴射量を小さい値にすれば排煙濃度を小さく抑えることができる一方、所要のエンジン回転数に達するまでにかかる時間が長くなり、反対に車両停車時の最大燃料噴射量を大きい値にすれば所要のエンジン回転数に達するまでの時間の増加を抑えることができるが、一方排煙濃度は悪化することになる。結局、特許文献３の技術と同様に、排煙濃度と所要のエンジン回転数に達するまでの時間との双方を満足することは困難である。
【００１４】
更に、特許文献２に記載の技術と特許文献３及び特許文献４に記載の技術を組み合わせて特許文献１に記載のような所謂オールスピード制御方式の内燃機関に適用し、電動機によるアシスト駆動を行うとともに、内燃機関の燃料噴射量の制御をフリーアクセル状態と通常使用状態とで切替えるようにすることを考えた場合、電動機によるアシスト駆動を停止したときの平衡点は、内燃機関のみによる出力トルクと引摺り抵抗（外部負荷）との平衡点からずれているのが通常であるため、電動機によるアシスト駆動を停止した瞬間、内燃機関への燃料噴射量は電動機でアシスト駆動された状態での燃料噴射量からそのときの回転数偏差信号に応じた燃料噴射量に急激に変動する。このため内燃機関のみの出力トルクと引摺り抵抗とがバランスする新たな平衡点に到達するまで、黒煙濃度が悪化したり騒音が大きくなったりする弊害が避けられない。これを避けるため燃料噴射量の時間的変化に制限を設けることも可能であるが、内燃機関のみの出力トルクと引摺り抵抗とがバランスする新たな平衡点から離れている場合には、新たな平衡点に達するまで時間がかかる不具合がある。
【００１５】
本発明の第１の目的は、所謂オールスピード制御方式の内燃機関を搭載した建設機械において、内燃機関がほぼ無負荷の状態で急速に目標回転数を上げる所謂フリーアクセル操作時に、電動発電機のアシスト駆動により排煙濃度を改善しかつ騒音や燃費の増大を抑制することができる建設機械の内燃機関回転数制御装置を提供することである。
【００１６】
本発明の第２の目的は、所謂オールスピード制御方式の内燃機関を搭載した建設機械において、内燃機関がほぼ無負荷の状態で急速に目標回転数を上げる所謂フリーアクセル操作時に、電動発電機のアシスト駆動により排煙濃度を改善しかつ騒音や燃費の増大を抑制するとともに、内燃機関のみの駆動時の引摺り抵抗との平衡点に速やかに収束させることができる建設機械の内燃機関回転数制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
（１）上記第１及び第２の目的を達成するために、本発明は、内燃機関と、前記内燃機関により駆動される作業機と、前記作業機に対する作動指令を出力する作業機作動指令手段と、前記内燃機関の燃料噴射量を調整する燃料噴射量制御手段と、前記内燃機関の目標回転数を設定するための目標回転数信号を出力する目標回転数設定手段であって、操作されることによって前記目標回転数を増減する目標回転数設定手段と、前記内燃機関の実回転数を検出する実回転数検出手段とを備え、前記目標回転数設定手段からの前記目標回転数信号と前記実回転数検出手段からの実回転数信号との差信号である回転数偏差信号に基づいた第１燃料噴射量を前記燃料噴射量制御手段に指令する作業機械の内燃機関回転数制御装置において、前記内燃機関に連結された電動発電機と、前記電動発電機との間で電力伝達可能に接続された蓄電手段と、前記電動発電機と前記蓄電手段との間に設置された電力変換手段と、前記回転数偏差信号に基づいた第１燃料噴射量を前記燃料噴射量制御手段に指令するモードを第１モードとして設定し、これとは別に、前記内燃機関に接続された負荷の引摺り抵抗に概略見合った出力トルクを発生する第２燃料噴射量を前記燃料噴射量制御手段に指令する第２モードを設定し、前記作業機作動指令手段が操作されておらずかつ前記目標回転数設定手段が目標回転数増加方向に操作されたときは前記第２モードに切替えて前記燃料噴射量制御手段に前記第２燃料噴射量を指令するとともに、前記回転数偏差信号に基づいたトルク指令を前記電力変換手段に出力して前記蓄電手段からの電力により前記電動発電機を駆動する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記第２モードに切替えた後、前記目標回転数設定手段の目標回転数増加方向への操作が停止しかつ前記回転数偏差信号が予め定められた所定範囲に入ったときは、前記燃料噴射量制御手段に指令する燃料噴射量を前記第２燃料噴射量から徐々に増やすとともに、前記電力変換手段に対するトルク指令を徐々に減らし、最終的に前記燃料噴射量制御手段の制御モードを前記第１モードに移行して前記燃料噴射量制御手段に前記第１モードにおける前記第１燃料噴射量を指令し、かつ前記電力変換手段に対するトルク指令の出力を停止するものとする。
【００１８】
これにより作業機作動指令手段が操作されておらずかつ目標回転数設定手段が目標回転数増加方向に操作されたとき（フリーアクセル操作時）は、電動発電機によりアシスト駆動されるだけでなく、内燃機関の燃料噴射量制御は内燃機関に接続された負荷の引摺り抵抗に概略見合った出力トルクを発生する第２燃料噴射量を燃料噴射量制御手段に指令する第２モードに切替えられるので、内燃機関の燃料噴射量は引摺り抵抗に見合うだけの最少の燃料噴射量に抑えられ、排煙濃度の悪化や騒音及び燃費の増大が抑制される。また、このとき、回転数偏差信号に基づいたトルク指令に基づいて電動発電機を駆動し、電動発電機の電動機動作により内燃機関がアシスト駆動トルクを受けることになるので、内燃機関の回転数を速やかに目標回転数近傍まで上げることができる。
【００２０】
また、第１モードによる内燃機関のみの駆動に移行する際に燃料噴射量を徐々に増やしトルク指令を徐々に減らす処理（制御の収束処理）ことにより、内燃機関の回転数が目標回転数近傍に達してからスムーズに電動発電機によるアシスト駆動を停止し、通常の内燃機関のみによる回転数偏差信号に基づく運転状態に復帰するので、内燃機関のみの出力トルクと引摺り抵抗とがバランスする新たな平衡点へと速やかに収束し、かつそのときの排煙濃度の悪化や騒音の増大を抑制することができる。
【００２１】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記制御手段は、前記第２モードにおいて、前記回転数偏差信号の増大に応じてトルク指令が増大するよう設定したトルク特性からトルク指令を演算し、このトルク指令に基づいて前記電力変換手段に対するトルク指令を決定する。
【００２２】
これにより電動発電機の電動機動作によるアシスト駆動トルクが、内燃機関の出力トルクを規定する回転数偏差信号に対応して定められるので、電動発電機及び内燃機関のトルク特性を正確に合わせ込むことができ、精度の良い制御が実現できる。
【００２３】
（３）また、上記（２）において、好ましくは、前記トルク特性は、前記回転数偏差信号の増大に応じてトルク指令が増大する領域において、前記第１モードにおける前記第１燃料噴射量に対応する前記内燃機関のトルク特性に近似するよう設定されている。
【００２４】
このように両トルク特性を近似させることにより、電動発電機のアシスト駆動を停止し、回転数偏差信号に基づいた第１燃料噴射量をにより内燃機関を運転する第１モードに移行する際の作動点（平衡点）が内燃機関のみの出力トルクと引摺り抵抗との平衡点と近くなり、スムーズに内燃機関のみの運転に移行可能となる。
【００２５】
（４）更に、上記（２）において、前記制御手段は、前記トルク特性から演算したトルク指令から、前記第２モードにおける前記第２燃料噴射量に対応する前記内燃機関の出力トルクを差引き、その値を前記回転数偏差信号に基づいたトルク指令として前記電力変換手段に出力する。
【００２６】
これによっても電動発電機の出力トルクと内燃機関の出力トルクの合計出力トルクは、同一の回転数偏差信号に対する内燃機関の出力トルクの特性とほぼ類似の特性となるので、電動発電機のアシスト駆動停止の際の作動点（平衡点）が内燃機関のみの出力トルクと引摺り抵抗との平衡点と近くなり、スムーズに内燃機関のみの運転に移行可能となる。
【００２７】
（５）上記（２）において、前記制御手段は、前記トルク特性から演算したトルク指令をそのまま前記回転数偏差信号に基づいたトルク指令として前記電力変換手段に出力してもよい。
【００２８】
この場合も、内燃機関の回転数が目標回転数近傍に達したときに上記（１）で述べた制御の収束処理を行うことにより、スムーズに内燃機関のみの運転に移行可能となる。
【００２９】
（６）また、上記（１）〜（５）において、好ましくは、前記第２モードにおける前記第２燃料噴射量は、前記第１モードにおいて前記目標回転数信号がアイドリング回転数であるときの前記目標回転数信号に基づいた前記第１燃料噴射量に相当する燃料噴射量である。
【００３０】
これにより簡便な処理により内燃機関の引摺り抵抗に見合った出力トルクに近い特性を得ることができる。
【００３１】
（７）上記（１）〜（５）において、前記第２モードにおける前記第２燃料噴射量は、前記内燃機関の実回転数に応じた負荷の引摺りトルクを予め定めておき、この予め定められた引摺りトルク値からそのときの前記内燃機関の実回転数に対応する引摺りトルクを求め、この引摺りトルクに見合ったトルク値に基づいて定められた燃料噴射量であってもよい。
【００３２】
これにより引摺り抵抗が内燃機関の実回転数に応じて大幅に変動する場合であっても、その引摺り抵抗に対応する第２燃料噴射量を算出するため、引摺り抵抗の変動に追随して内燃機関の出力トルクを適切に制御することができる。
【００３３】
（８）また、上記（１）〜（５）において、前記第２モードにおける前記第２燃料噴射量は、前記第１モードにおいて前記内燃機関の引摺り抵抗に見合った出力トルクを発生する一定値であってもよい。
【００３４】
これにより摺り抵抗が内燃機関の回転数に対してあまり変化しない場合には、第２燃料噴射量を引摺り抵抗に概略見合った一定の燃料噴射量に設定することにより、制御構成を簡便にすることができる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、所謂オールスピード制御方式の内燃機関を搭載した建設機械において、内燃機関がほぼ無負荷の状態で急速に目標回転数を上げる所謂フリーアクセル操作時に、電動発電機のアシスト駆動により排煙濃度を改善しかつ騒音や燃費の増大を抑制することができる。また、回転数偏差信号に基づいたトルク指令に基づく電動発電機のアシスト駆動により内燃機関の回転数を速やかに目標回転数近傍まで上げることができる。
【００３６】
また、本発明によれば、内燃機関のフリーアクセル操作時に、電動発電機のアシスト駆動により排煙濃度を改善しかつ騒音や燃費の増大を抑制することができるとともに、内燃機関のみの駆動時の引摺り抵抗との平衡点に速やかに収束させることができ、かつそのときの煙濃度の悪化や騒音及び燃費の増大を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下に本発明の建設機械の内燃機関回転数制御装置の実施の形態について説明する。
【００３８】
図１は、本発明の一実施の形態に係わる建設機械の内燃機関回転数制御装置の全体構成を示す図である。この実施の形態は、建設機械が油圧ショベルである場合に本発明を適用したものである。
【００３９】
図１において、１は油圧ショベルに備えられる内燃機関であり、この内燃機関１の出力軸には油圧ポンプ５，６，７の入力軸が接続され、油圧ポンプ５，６，７は内燃機関１により回転駆動される。油圧ポンプ５，６は可変容量型の主ポンプであり、油圧ポンプ７は固定容量型のパイロットポンプである。主ポンプ５，６から吐出された圧油はコントロールバルブ装置（切替弁手段）１４を介してブーム、アーム、バケット、旋回、右走行、左走行用の各油圧アクチュエータ８，９，１０，１１，１２，１３に供給される。油圧アクチュエータ８，９，１０，１１，１２，１３のそれぞれに対応して操作レバー装置（作業機作動指令手段）１９，２０，２１，２２，２３，２４が設けられ、操作レバー装置１９，２０，２１，２２，２３，２４を操作することによりコントロールバルブ装置１４が操作され、油圧アクチュエータ８，９，１０，１１，１２，１３が駆動される。また、操作レバー装置１９，２０，２１，２２，２３，２４は電気レバー装置であり、それらの作動指令はコントローラ２５に入力される。コントローラ２５はそれらの作動指令に基づいて所定の演算処理を行い、コントロールバルブ装置１４に対応する駆動信号を出力する。コントロールバルブ装置１４はそれらの駆動信号により作動し、主ポンプ５，６から吐出された圧油を対応する各油圧アクチュエータ８，９，１０，１１，１２，１３に配分する。油圧アクチュエータ８，９，１０，１１，１２，１３とこれらにより駆動されるブーム、アーム、バケット、旋回、右走行、左走行の各被駆動部材は内燃機関１により駆動される作業機を構成する。
【００４０】
内燃機関１はディーゼルエンジンであり、燃料噴射量を調整する電子ガバナ（燃料噴射量制御手段）２を備えている。内燃機関１の目標回転数信号はエンジンコントロールダイヤル（目標回転数設定手段）１８により設定され、電子ガバナ２はその目標回転数信号に基づいて作動する。
【００４１】
本実施の形態に係わる内燃機関回転数制御装置は上記のような建設機械（油圧ショベル）に備えられるものであり、内燃機関１の出力軸及び油圧ポンプ５，６，７の入力軸に動力伝達歯車を介して連結された電動発電機１５と、電動発電機１５との間で電力伝達可能に接続された蓄電装置（蓄電手段）１７と、電動発電機１５と蓄電装置１７との間に設置された電力変換装置（電力変換手段）１６と、内燃機関１の実回転数を検出する回転センサ（実回転数検出手段）４と、上記のコントローラ（制御手段）２５とを備えている。
【００４２】
コントローラ２５は、第１の機能として、上記のように操作レバー装置１９，２０，２１，２２，２３，２４からの作動指令に基づいて所定の演算処理を行い、コントロールバルブ装置１４に対応する駆動信号を出力する。
【００４３】
また、コントローラ２５は、第２の機能として、エンジンコントロールダイヤル１８からの目標回転数指令、電気式の操作レバー装置１９，２０，２１，２２，２３，２４からの作動指令、回転センサ４からの実回転数信号、蓄電装置１７に内蔵された電圧センサからの電圧信号を入力し、所定の演算処理を行い、電子ガバナ２と電力変換装置１６に制御信号を出力する。
【００４４】
コントローラ２５の第２の機能の詳細について説明する。
【００４５】
まず、内燃機関１におけるオールスピード制御方式の燃料噴射料制御について説明する。
【００４６】
オールスピード制御方式の燃料噴射料制御とは、エンジンコントロールダイヤル１８からの目標回転数信号Ｎｒと回転センサ４からの実回転数信号Ｎｅとからその差信号として回転数偏差信号ΔＮ＝Ｎｒ−Ｎｅを演算し、この回転数偏差信号ΔＮがゼロに近づくように電子ガバナ２に燃料噴射量を指令することにより、内燃機関１の回転数と出力トルクを制御するものである。
【００４７】
図２はオールスピード制御方式で使用される燃料噴射量特性Ｑ（ΔＮ）を示す図である。この燃料噴射量特性Ｑ（ΔＮ）は、回転数偏差信号ΔＮが増大するにしたがって燃料噴射量Ｑは斜めの直線Ｑ１の特性に沿って直線比例的に増大するよう設定されている。また、回転数偏差信号ΔＮがある所定の値ΔＮａに達すると、燃料噴射量Ｑは最大Ｑｍａｘとなり、それ以上回転数偏差信号ΔＮが増大したときは、燃料噴射量Ｑは最大Ｑｍａｘの一定値に保持される。通常のエンジン制御では、燃料噴射量特性Ｑ（ΔＮ）を記憶しておき、そのときの回転数偏差信号ΔＮを燃料噴射量特性Ｑ（ΔＮ）に参照して対応する燃料噴射量を求め、その燃料噴射量を目標値として電子ガバナ２に与え、燃料噴射量を制御する。
【００４８】
図３は、そのように燃料噴射量が制御されたときの内燃機関１の出力トルク特性ｆｅ（ΔＮ）を示す図である。この出力トルク特性ｆｅ（ΔＮ）は燃料噴射量特性Ｑ（ΔＮ）に対応しており、回転数偏差信号ΔＮが増大するにしたがって出力トルクｆｅは斜めの直線ｆｅ１の特性に沿って直線比例的に増大するように設定されている。また、回転数偏差信号ΔＮが所定の値ΔＮａに達すると、出力トルクｆｅは最大値ｆｅｍａｘに達し、それ以上回転数偏差信号ΔＮが増大しても、出力トルクｆｅは最大出力トルクｆｅｍａｘの一定値に保持される。
【００４９】
ここで、燃料噴射量Ｑ（ΔＮ）のゼロ点とトルク特性ｆｅ（ΔＮ）のゼロ点とが一致していないのは、内燃機関１の内部摩擦等によりΔＴ０に相当する損失が生じているためであり、内燃機関１の外部に出力するトルクがゼロを越えるのは回転数偏差信号がΔＮ３を越えてからである。また、内燃機関１のトルク特性ｆｅ（ΔＮ）は実回転数、吸気温度、吸気圧力等により若干変動するものである。
【００５０】
図２に示す燃料噴射量特性Ｑ（ΔＮ）は目標回転数信号Ｎｒ毎に設定され、そのときの目標回転数信号Ｎｒに応じて対応する燃料噴射量特性Ｑ（ΔＮ）が選択され、燃料噴射量Ｑが求められる。
【００５１】
図４は、図２に示すような燃料噴射量特性Ｑ（ΔＮ）により燃料噴射量が制御されたときの全回転数範囲にわたる内燃機関１の出力トルク特性Ｔｅ（Ｎ）を示す図である。図中、斜めの直線Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｎの特性は図３のトルク特性ｆｅ（ΔＮ）の斜めの直線ｆｅ１の特性に対応しており、燃料噴射量の制御領域（レギュレーション領域）である。すなわち、目標回転数信号Ｎｒ毎に図３のトルク特性ｆｅ（ΔＮ）の斜めの直線Ｆ１の特性に対応する直線Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｎのレギュレーション領域の特性が設定される。また、それらの特性（直線Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｎ）の上端のトルク値は、図３のトルク特性ｆｅ（ΔＮ）の直線Ｆ１の上端の最大出力トルクｆｅｍａｘに対応し、直線Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｎの上端を結んだ曲線は全負荷領域（燃料噴射量が最大となる領域）の特性である。直線Ｔｎは燃料噴射量ゼロに対応する内燃機関１のトルク特性を示したものであり、レギュレーション領域の直線Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｎと直線Ｔｎとの交点Ｐ１，Ｐ２，…，Ｐｎにおける回転数が、直線Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｎに対応する目標回転数信号Ｎｒの値（目標回転数）となる。
【００５２】
以上のようなオールスピード制御方式のエンジンにおいては、例えば、エンジンコントロールダイヤル１８により目標回転数をアイドリング回転数に設定して内燃機関１を始動させるとき、図４の直線Ｒ１の特性が得られる。アイドル回転数では、通常、操作レバー装置１９，２０，２１，２２，２３，２４は操作されず、内燃機関１に接続されている負荷の引摺り抵抗Ｔｗと内燃機関１の出力トルクとが平衡する直線Ｒ１上の点Ａにおいて内燃機関１が運転される。
【００５３】
また、エンジンコントロールダイヤル１８により目標回転数を直線Ｒｍに相当する回転数に設定した場合は、直線Ｒｍの特性が得られる。この場合、操作レバー装置１９，２０，２１，２２，２３，２４が操作されていない非作業時は、アイドリング回転数を設定した場合と同様、負荷の引摺り抵抗Ｔｗと内燃機関１の出力トルクとが平衡する直線Ｒｍ上の点Ｄにおいて内燃機関１が運転される。
【００５４】
この状態で操作レバー装置１９，２０，２１，２２，２３，２４の任意のものを操作すると、油圧ポンプ５，６からの圧油がコントロールバルブ装置１４を介して油圧アクチュエータ８，９，１０，１１，１２，１３の対応するものに供給され、所要の作業が行われる。このとき、各油圧アクチュエータの負荷変動に応じて目標回転数信号Ｎｒと実回転数信号Ｎｅと差信号である回転数偏差信号ΔＮが変化するため、この回転数偏差信号ΔＮの変化に応じて燃料噴射量が変化し、内燃機関１は主として図４の直線Ｒｍ上の点Ｄ−点Ｃ間で運転される。
【００５５】
本実施の形態において、コントローラ２５の第２の機能は、内燃機関１の燃料噴射量の制御モードとして図２に示す燃料噴射量特性Ｑ（ΔＮ）を用いたオールスピード制御方式によるもの（回転数偏差信号ΔNに基づいた第１燃料噴射量を燃料噴射量制御手段である電子ガバナ２に指令するモード）を第１モードとして設定し、これとは別に、内燃機関１に接続された負荷の引摺り抵抗に概略見合った出力トルクを発生する第２燃料噴射量（以下単に負荷の引摺り抵抗に概略見合った第２燃料噴射という）を燃料噴射量制御手段である電子ガバナ２に指令する第２モードを設定し、操作レバー装置１９，２０，２１，２２，２３，２４（作業機作動指令手段）が操作されておらずかつエンジンコントロールダイヤル（目標回転数設定手段）１８が目標回転数増加方向に操作されたときは第２モードに切替えて電子ガバナ２に第２燃料噴射量を指令するとともに、回転数偏差信号ΔNに基づいたトルク指令を電力変換装置１６に出力して蓄電装置１７からの電力により電動発電機１５を駆動し、電動発電機１５によるアシスト駆動を行うものである。また、第２モードに切替えた後、エンジンコントロールダイヤル１８の目標回転数増加方向への操作が停止しかつ回転数偏差信号ΔＮが予め定められた所定範囲に入ると、電子ガバナ２に指令する燃料噴射量を第２モードの第２燃料噴射量から徐々に増やすとともに、電力変換装置１６に対するトルク指令を徐々に減らし、最終的に燃料噴射量の制御モードを第１モードに移行して電子ガバナ２に第１モードにおける第１燃料噴射量を指令させ、かつ電力変換装置１６に対するトルク指令を停止させるものである。
【００５６】
このような制御を行うため、コントローラ２５の記憶装置には、図２に示した燃料噴射量特性Ｑ（ΔＮ）及び図３に示した内燃機関１の出力トルク特性ｆｅ（ΔＮ）と、図５に示す電動発電機１５の出力トルク特性ｆｍ（ΔＮ）が記憶されている。
【００５７】
図５の出力トルク特性ｆｍ（ΔＮ）は回転数偏差信号ΔNに基づいたトルク指令を演算するのに用いるものである。図５には、比較のため、燃料噴射量特性Ｑ（ΔＮ）及び出力トルク特性ｆｅ（ΔＮ）を合わせて示している。図５において、トルク特性ｆｍ（ΔＮ）は、回転数偏差信号ΔＮが増大するにしたがって出力トルクｆｍは斜めの直線ｆｍ１の特性に沿って直線比例的に増大するよう設定されている。また、回転数偏差信号ΔＮが所定の値ΔＮｂに達すると、出力トルクｆｍは最大値ｆｍｍａｘに達し、それ以上回転数偏差信号ΔＮが増大しても、出力トルクｆｍは最大出力トルクｆｍｍａｘの一定値に保持される。トルク特性ｆｍ（ΔＮ）における回転数偏差信号ΔＮの増大に応じてトルク指令ｆｍが直線比例的に増大する直線ｆｍ１の領域の特性は、内燃機関１の出力トルク特性ｆｅ（ΔＮ）の直線ｆｅ１の特性に近似する（傾きが同じになる）ように設定されている。
【００５８】
以下に、コントローラ２５の第２の機能が行う処理内容を図６に示すフローチャートに従って説明する。図６のフローチャートに示す処理は所定の時間間隔（例えば１０ｍｓ）で開始されるものである。
【００５９】
まず、ステップ１０１でコントローラ２５に入力される各種入力を読み込む。入力は、回転センサ４からの実回転数信号、蓄電装置１７からの蓄電電圧信号・蓄電手段の温度信号等、エンジンコントロールダイヤル１８からの目標回転数信号、操作レバー装置１９，２０，２１，２２，２３，２４からの作業機作動指令信号である。また、目標回転数信号Ｎｒと実回転数信号Ｎｅの差を演算して、回転数偏差信号ΔＮを得る。
【００６０】
次にステップ１０２で、作業機作動指令信号に基づいて作業機作動指令がされているかどうか（操作レバー装置１９，２０，２１，２２，２３，２４の少なくとも１つが操作されているかどうか）を判別し、作業機作動指令がされていれば（Ｙｅｓの場合）、ステップ１１０に進む。作業機作動指令がされていなければ（Ｎｏの場合）、ステップ１０３へ進む。
【００６１】
ステップ１１０では、内燃機関１の燃料噴射量の制御モードとして、図２に示した燃料噴射量特性Ｑ（ΔＮ）を用いる第１モードを選択し、燃料噴射量特性Ｑ（ΔＮ）にそのときの回転数偏差信号ΔＮを参照して対応する燃料噴射量Ｑを演算し、この燃料噴射量Ｑを回転数偏差信号ΔNに基づいた第１燃料噴射量として電子ガバナ２に出力する。また、電力変換装置１６には出力停止を指令し、電動発電機１５からの出力トルクをゼロにする。そして「戻る」に進み、次回の処理を待つ。
【００６２】
ステップ１０３では、目標回転数信号Ｎｒに基づいてエンジンコントロールダイヤル１８が目標回転数増加方向に操作されているかどうかを判定する。エンジンコントロールダイヤル１８が目標回転数増加方向に操作されていれば（Ｙｅｓの場合）、内燃機関１はフリーアクセルの状態にあると判定してステップ１０４に進む。エンジンコントロールダイヤル１８が目標回転数増加方向に操作されていなければステップ１０５に進む。
【００６３】
ステップ１０４では、内燃機関１の燃料噴射量の制御モードを上記の第１モードから第２モードに切替え、電子ガバナ２に内燃機関１に接続された負荷の引摺り抵抗Ｔｗに概略見合った第２燃料噴射量を指令するとともに、回転数偏差信号ΔNに基づいたトルク指令を電力変換装置１６に出力して蓄電装置１７からの電力により電動発電機１５を駆動し、電動発電機１５によるアシスト駆動を行う。
【００６４】
ステップ１０４の処理内容の詳細を説明する。
【００６５】
＜第２モードの第２燃料噴射量の演算＞
ステップ１０４における第２モードの第２燃料噴射量（内燃機関１に接続された負荷の引摺り抵抗Ｔｗに概略見合った第２燃料噴射量）の演算は、例えば、内燃機関１に接続された負荷の引摺り抵抗Ｔｗに概略見合った第２燃料噴射量を演算するための値として、所定の回転数偏差信号ΔＮ２を予め定めてコントローラ２５に記憶しておき、図２に示した燃料噴射量特性Ｑ（ΔＮ）にその所定の回転数偏差信号ΔＮ２を参照して対応する燃料噴射量Ｑ（ΔＮ２）を算出することにより行う。
【００６６】
ここで、所定の回転数偏差信号ΔＮ２の決め方について説明する。
【００６７】
所定の回転数偏差信号ΔＮ２は内燃機関１に接続された負荷の引摺り抵抗Ｔｗに概略見合った第２燃料噴射量を演算するための値である。内燃機関１の引摺り抵抗Ｔｗは油圧ポンプ５〜７、油圧アクチュエータ８〜１３を含む油圧系統の作動油温度、或いは追加の油圧ポンプの有無等によって変化するため、例えば図４の直線Ｒｍ上の点Ｄのような最終的平衡点を事前に正確に予測することは困難である。そこで、次善の策として、最終的平衡点Ｄの回転数偏差信号ΔＮｄより小さく、それに近い値をΔＮ２として決める。ただし、最終的な平衡点Ｄに相当するΔＮｄより小さく、それに近い値として、本実施の形態では、内燃機関１の加速指令が発せられた点である図４の直線Ｒ１上の点Ａ（目標回転数がアイドリング回転数である場合のレギュレータ領域の直線Ｒ１上の平衡点）の回転数偏差ΔＮｇに着目し、その回転数偏差ΔＮｇを所定の回転数偏差信号ΔＮ２として設定する。
【００６８】
＜回転数偏差信号ΔNに基づいたトルク指令の演算＞
ステップ１０４における回転数偏差信号ΔＮに基づいたトルク指令の演算は、図５に示したトルク特性ｆｍ（ΔＮ）を用いて例えば下記の方法１及び２のいずれかにより行う。
【００６９】
１．トルク特性ｆｍ（ΔＮ）から演算したトルク指令から、上記第２モードにおける第２燃料噴射量に対応する内燃機関１の出力トルクを差引き、その値を回転数偏差信号に基づいたトルク指令とする。
【００７０】
２．トルク特性ｆｍ（ΔＮ）から演算したトルク指令をそのまま回転数偏差信号に基づいたトルク指令とする。
【００７１】
上記方法１及び２の相違を図７を用いて説明する。図７は、方法１で電力変換装置１６に対するトルク指令を演算した場合と方法２で電力変換装置１６に対するトルク指令を演算した場合のフリーアクセル操作時における平衡点（図７中Ｆ点）近傍におけるそれぞれのトルク指令と合計出力トルク（電動発電機１５の出力トルクと内燃機関１の出力トルクの合計）の変化を示す図である。なお、図７でＴｅは回転数偏差ΔＮを一定値ΔＮ２（図４の直線Ｒ１上の点Ａの回転数偏差ΔＮｆ）に保持した場合の内燃機関１の出力トルクｆｅ（ΔＮ２）を示し、Ｔｎは前述したように燃料噴射量ゼロに対応する内燃機関１のトルク特性を示したものである。
【００７２】
方法２のようにトルク特性ｆｍ（ΔＮ）から求めたトルクｆｍをそのまま電動発電機１５の出力トルクとして指令すると、電動発電機１５の出力トルクと内燃機関１の出力トルクとを加算した合計出力トルク（全体トルク）はｆｍ（ΔＮ）＋ｆｅ（ΔＮ２）になるため、内燃機関１に接続された引摺り抵抗Ｔｗとの平衡点は図７のｆｍ（ΔＮ）＋ｆｅ（ΔＮ２）の線図上の点Ｅとなる。この平衡点Ｅを目標にしても、その点Ｅは内燃機関１のみの出力トルクと引摺りトルクＴｗとの平衡点である図７のｆｅ（ΔＮ）の線図上の点Ｆの比較的近傍であり、ほぼ所要の目的を達成する。しかし、更に収束を早めるためには、方法１のように電動発電機１５の出力トルクをｆｍ（ΔＮ）−ｆｅ（ΔＮ２）とすることが好ましい。このようにすることにより、内燃機関１の出力トルクｆｅ（ΔＮ２）と電動発電機１５の出力トルクｆｍ（ΔＮ）−ｆｅ（ΔＮ２）とを加算した合計出力トルクはｆｍ（ΔＮ）となり、その特性は、図７のｆｍ（ΔＮ）の線図に示すように内燃機関１の第１モードでのトルク特性ｆｅ（ΔＮ）に近似することができる。従って、この場合、内燃機関１に接続された引摺り抵抗Ｔｗとの平衡点は図７のｆｅ（ΔＮ）の線図上の点Ｆの極近傍となり、内燃機関１のみの出力トルクと引摺りトルクＴｗとの平衡点Ｆとほぼ一致させることができる。
【００７３】
以上の理由により、本実施の形態では方法２を採用し、ｆｍ（ΔＮ）−ｆｅ（ΔＮ２）をトルク指令として電力変換装置１６に出力する。電力変換装置１６はこのトルク指令に対応して蓄電装置１７からの電力を変換し、電動発電機１５に出力して所望の出力トルクｆｍ（ΔＮ）−ｆｅ（ΔＮ２）を得る。
【００７４】
ステップ１０４の処理が終了すると、「戻る」に進み、次回の処理を待つ。
【００７５】
ステップ１０３の判定結果がＮｏであった場合、ステップ１０５では、前回の処理が第１モードの処理であったかどうかを判別し、前回の処理が第１モードの処理である場合（Ｙｅｓの場合）には、ステップ１１０へ進む。前回の処理が第１モードの処理でない場合（Ｎｏの場合）には、エンジンコントロールダイヤル１８の操作は終了しているが、まだ内燃機関１の実回転数が目標回転数近傍に到達していない状態であると判定して、ステップ１０６に進む。
【００７６】
ステップ１０６以下の処理は、燃料噴射量の制御モードを第２モードに切替えた後、エンジンコントロールダイヤル１８の目標回転数増加方向への操作が停止しかつ回転数偏差信号ΔＮが予め定められた所定範囲に入ると、電子ガバナ２に指令する燃料噴射量を第２モードの第２燃料噴射量から徐々に増やして第１モードの第１燃料噴射量に近づけるとともに、電力変換装置１６に対するトルク指令を徐々に減らし、最終的に燃料噴射量の制御モードを第１モードに移行して電子ガバナ２に第１燃料噴射量を指令させ、かつ電力変換装置１６に対するトルク指令を停止させるものである。
【００７７】
すなわち、まずステップ１０６では、内燃機関１の回転数が目標回転数近傍に到達したかどうかを判定するための値として、所定の回転数偏差信号ΔＮ１（図７参照）を予め定めてコントローラ２５に記憶しておき、回転数偏差信号ΔＮとその所定の回転数偏差信号ΔＮ１とを比較する。回転数偏差信号ΔＮがΔＮ１より大きければ（Ｎｏの場合）、まだ内燃機関１の回転数が目標回転数近傍に到達していない状態であると判定してステップ１０４へ進む。回転数偏差信号ΔＮの絶対値がΔＮ１以下であれば（Ｙｅｓの場合）、内燃機関１の回転数が目標回転数近傍に到達したと判定して、ステップ１０７に進み、燃料噴射量の制御モードを第２モードから第１モードへ移行する（切替える）処理を開始する。
【００７８】
所定の回転数偏差信号ΔＮ１としては、図５に示す内燃機関１の出力トルク特性ｆｅ（ΔＮ）の最大出力トルクｆｅｍａｘに対応する回転数偏差ΔＮａを越えることはなく、図７の平衡点Ｆ（ｆｅ（ΔＮ）とＴwとの交点）近傍の回転数偏差信号ΔＮｆに近い値が望ましい。例えば、通常では出力トルク特性ｆｅ（ΔＮ）のトルク値が最大になる回転数偏差信号ΔＮは１００〜２００min-1程度であるので、所定の回転数偏差信号ΔＮ１としては好ましくは５０min-1程度以下、より好ましくは２０min-1程度である。
【００７９】
ステップ１０７では、内燃機関１の出力トルクを段階的に増やして燃料噴射量の制御モードを第２モードから第１モードへ円滑に移行することを目的として、所定の回転数偏差信号ΔＮ２に予め定められた増分δＮ２を加算し、これを新たな回転数偏差信号ΔＮ２としてステップ１０８に進む。
【００８０】
ここで、ステップ１０４において、その新たな回転数偏差信号ΔＮ２に基づいて燃料噴射量制御を行うと、燃料噴射量は燃料噴射量特性Ｑ（ΔＮ）を用いてＱ（ΔＮ２）として演算され、電力変換装置１６に対するトルク指令はｆｍ（ΔＮ）−ｆｅ（ΔＮ２）として演算されるため、電子ガバナ２の燃料噴射量が増加して内燃機関１の出力トルクが増加するとともに、その増加分だけ電動発電機１５の出力トルクが減少する。その結果、ステップ１０４において回転数偏差信号ΔＮ２に増分δＮ２を加算する処理を繰り返すことにより、内燃機関１の出力トルクｆｅ（ΔＮ２）と電動発電機１５の出力トルクｆｍ（ΔＮ）−ｆｅ（ΔＮ２）は、それらの合計出力トルクをｆｍ（ΔＮ）に保ったまま、それぞれ、図７のＧ点からＦ点（内燃機関出力トルク）及びＨ点からＭ点（電動発電機出力トルク）へと破線矢印のように移行する。
【００８１】
ステップ１０８では、燃料噴射量の制御モードを第１モードに切り換えるに十分な程度まで合計出力トルクｆｍ（ΔＮ）が最終的な平衡点Ｆに近づいたかどうかを判定するため、合計出力トルクｆｍ（ΔＮ）と内燃機関１の出力トルクｆｅ（ΔＮ２）との差（例えば図７の点Ｊと点Ｌとのトルクの差）、ｆｍ（ΔＮ）−ｆｅ（ΔＮ２）を算定し、その絶対値｜ｆｍ（ΔＮ）−ｆｅ（ΔＮ２）｜が予め定められた許容値ε以下になったかどうか判定する。｜ｆｍ（ΔＮ）−ｆｅ（ΔＮ２）｜≦εでなければ、処理を継続するためステップ１０４に進む。｜ｆｍ（ΔＮ）−ｆｅ（ΔＮ２）｜≦εであれば、合計出力トルクｆｍ（ΔＮ）が目標の平衡点Ｆの近傍に到達したと判定してステップ１０９へ進む。
【００８２】
なお、ステップ１０８の処理内容として、合計出力トルクｆｍ（ΔＮ）と内燃機関１の出力トルクｆｅ（ΔＮ２）との差の絶対値｜ｆｍ（ΔＮ）−ｆｅ（ΔＮ２）｜が予め定められた許容値ε以下になったかどうか判定すると説明したが、その演算値ｆｍ（ΔＮ）−ｆｅ（ΔＮ２）は結果として電力変換装置１６に対するトルク指令はｆｍ（ΔＮ）−ｆｅ（ΔＮ２）に等しいので、その判定を行うことは、電力変換装置１６に対するトルク指令はｆｍ（ΔＮ）−ｆｅ（ΔＮ２）であるＫ点の値が許容値ε以下になったかどうか（０に近づいたかどうか）を判定することと等価である。
【００８３】
ステップ１０９では、ステップ１０７において処理の中で繰り返し増加させた回転数偏差信号ΔＮ２を元に戻すために、その初期値として予め定められたΔＮ２０を新たなΔＮ２として、ステップ１１０に進む。
【００８４】
ステップ１１０では、前述したように、内燃機関１の燃料噴射量の制御モードとして、図２に示した燃料噴射量特性Ｑ（ΔＮ）を用いる第１モードを選択し、燃料噴射量特性Ｑ（ΔＮ）にそのときの回転数偏差信号ΔＮを参照して対応する燃料噴射量Ｑを演算し、この燃料噴射量Ｑを回転数偏差信号ΔNに基づいた第１燃料噴射量として電子ガバナ２に出力する。また、電力変換装置１６には出力停止を指令し、電動発電機１５からの出力トルクをゼロにする。そして「戻る」に進み、次回の処理を待つ。
【００８５】
以上のように構成した本実施の形態の動作を説明する。
【００８６】
まず、エンジンコントロールダイヤル１８により目標回転数をアイドリング回転数に設定して内燃機関１を始動させるときについて説明する。目標回転数をアイドリング回転数に設定した内燃機関１の始動時は、操作レバー装置１９，２０，２１，２２，２３，２４は操作されておらずかつエンジンコントロールダイヤル１８は目標回転数増加方向に操作されていないので、コントローラ２５は、エンジンコントロールダイヤル１８からの目標回転数信号Ｎｒと回転センサ４からの実回転数信号Ｎｅとからその差信号として回転数偏差信号ΔＮ＝Ｎｒ−Ｎｅを演算し（ステップＳ１０１）、その後、内燃機関１の燃料噴射量の制御モードとして、図２に示した燃料噴射量特性Ｑ（ΔＮ）を用いる第１モードを選択する（ステップ１０１→１０２→１０３→１０５→１１０）。この第１モードでは、燃料噴射量特性Ｑ（ΔＮ）にそのときの回転数偏差信号ΔＮを参照して対応する燃料噴射量Ｑを演算し、この燃料噴射量Ｑを回転数偏差信号ΔNに基づいた第１燃料噴射量として電子ガバナ２に出力するとともに、電力変換装置１６には出力停止を指令し、電動発電機１５からの出力トルクをゼロにする。これにより図４の直線Ｒ１の特性が得られ、図４の直線Ｒ１の特性線上において、回転数偏差信号ΔＮがゼロに近づくように燃料噴射量が制御され、内燃機関１に接続されている負荷の引摺り抵抗Ｔｗと内燃機関１の出力トルクとが平衡する直線Ｒ１上の点Ａにおいて内燃機関１が運転される。
【００８７】
次に、内燃機関１がほぼ無負荷の状態にあるときにエンジンコントロールダイヤル１８を急速に操作して内燃機関１の目標回転数を図４の直線Ｒｍに相当する値まで上げる所謂フリーアクセル操作時について説明する。このフリーアクセル操作時は、作業機作動指令がされておらず、エンジンコントロールダイヤル１８は目標回転数増加方向に操作されているので、コントローラ２５は、内燃機関１の燃料噴射量の制御モードを第１モードから第２モードに切替えて、電子ガバナ２に内燃機関１に接続された負荷の引摺り抵抗Ｔｗに概略見合った第２燃料噴射量（Ｑ（ΔＮ２））を指令するとともに、回転数偏差信号ΔNに基づいたトルク指令（ｆｍ（ΔＮ）−ｆｅ（ΔＮ２））を電力変換装置１６に出力して蓄電装置１７からの電力により電動発電機１５を駆動し、電動発電機１５によるアシスト駆動を行う（ステップ１０１→１０２→１０３→１０４）。燃料噴射量の制御モードを第２モードに切替えた後、エンジンコントロールダイヤル１８の目標回転数増加方向への操作が停止しかつ回転数偏差信号ΔＮが所定の回転数偏差信号ΔＮ１より小さくなって予め定められた所定範囲に入るまで上記の制御が継続される（ステップ１０１→１０２→１０３→１０５→１０６→１０４）。
【００８８】
これにより内燃機関１は電動発電機１５によりアシスト駆動されるだけでなく、内燃機関１の燃料噴射量は引摺り抵抗に見合うだけの最少の燃料噴射量に抑えられるため、排煙濃度を改善しかつ騒音や燃費の増大を抑制することができる。
【００８９】
また、このとき、回転数偏差信号に基づいたトルク指令に基づいて電動発電機１５を駆動し、電動発電機１５の電動機動作により内燃機関１がアシスト駆動トルクを受けることになるので、内燃機関１の回転数を速やかに目標回転数近傍まで上げることができる。
【００９０】
その後、回転数偏差信号ΔＮが所定の回転数偏差信号ΔＮ１より小さくなると（すなわち、所定の範囲に入ると）、内燃機関１の回転数が目標回転数近傍に達したと判断して、所定の回転数偏差信号ΔＮ２に予め定められた増分δＮ２を加算することにより、電子ガバナ２に指令する燃料噴射量を第２モードの第２燃料噴射量から徐々に増やして第１モードの第１燃料噴射量に近づける（図７のＧ点→Ｊ点）とともに、電力変換装置１６に対するトルク指令を徐々に減らし（図７のＨ点→Ｋ点）（ステップ１０１→１０２→１０３→１０５→１０６→１０７→１０８→１０４）、最終的に燃料噴射量の制御モードを第１モードに移行して電子ガバナ２に第１燃料噴射量を指令させ、かつ電力変換装置１６に対するトルク指令を停止させる（図７のＦ点）（ステップ１０１→１０２→１０３→１０５→１０６→１０７→１０８→１０９→１１０）。
【００９１】
これにより内燃機関１の回転数が目標回転数近傍に達してからスムーズに電動発電機１５によるアシスト駆動を停止し、通常の内燃機関１のみによる回転数偏差信号に基づく運転状態に復帰するので、内燃機関１のみの出力トルクと引摺り抵抗とがバランスする新たな平衡点Ｆへと速やかに収束し、かつそのときの排煙濃度の悪化や騒音の増大を抑制することができる。
【００９２】
本実施の形態の効果を従来技術と比較してより詳細に説明する。
【００９３】
特許文献２（特開平２−２０６３０２号公報）に記載の装置は、前述したように、内燃機関の回転速度及び当該内燃機関に固有の排出粒子濃度特性に基づいて予め定められた排出粒子濃度を抑制するトルク指令パターンからそのときの回転速度に対応するトルク指令値を求める一方、アクセルペダルの踏込み角度に応じたゼロから１までの倍率の駆動トルク低減信号を求め、それらを乗算して電動機の駆動トルク指令値を求め、その駆動トルク指令値が得られるよう電動機を駆動して駆動トルクをアシストしている。電動機によるアシスト駆動に際して、内燃機関に対しては排煙濃度を低減するための特別な制御は行わない。
【００９４】
ここで、特許文献２に記載のような通常の車両に搭載される内燃機関（ディーゼルエンジン）の燃料噴射量の制御は、アクセル開度と回転数に基づいて燃料噴射量を決定する所謂ミニマムマキシマムスピード制御方式の特性が採用されている。図８にミニマムマキシマムスピード制御方式の特性により燃料噴射量が制御されるときの全回転数範囲にわたる内燃機関の出力トルク特性を示す。ミニマムマキシマムスピード制御方式では、図８に示すように、アクセルペダルの踏込み角度に応じて最大出力トルクが変化するよう出力トルク特性Ｓ１〜Ｓｎが設定されている。このためアクセルペダルの踏込み角度が最大でない中間領域の開度に操作し、例えば出力トルク特性Ｓ２が設定される場合は、アクセルペダルの踏み込み角度の増加に応じて燃料噴射量は増大し、内燃機関の出力トルクは図８のその出力トルク特性Ｓ２に沿って点Ａ１→Ｂ１→Ｄ１のように推移して、内燃機関に接続された負荷の引摺り抵抗Ｔｗとの平衡点Ａから新たな平衡点Ｄ１へと移動する。この間、最大でもアクセルペダルの踏込み角度に対応した噴射量に止まる結果、過度の噴射量となることはない。これにより特許文献２の装置では、内燃機関がほぼ無負荷の状態で急速に目標回転数を上げる所謂フリーアクセル時に、電動機を駆動して駆動トルクをアシストするだけで、内燃機関に対しては特別な制御を行わなくても、内燃機関がその自律的な噴射量制御に従って特に低速度領域において大きなトルクを発生することを抑制し、排煙濃度が悪化することが避けられる。
【００９５】
一方、建設機械等に通常使用される、図４に示すような出力トルク特性を持つ所謂オールスピード制御方式の従来の内燃機関１の回転数制御装置では、全回転数領域にわたって目標回転数と実回転数の差である回転数偏差ΔＮに応じて燃料噴射量が定められるため、上記のようにアクセルを中間領域の開度に操作した場合でも、コントロールダイヤル１８を普通の速度で操作すると、回転数偏差信号ΔＮが急に増大し、その結果、図２の燃料噴射量特性Ｑ（ΔＮ）により回転数偏差信号ΔＮに見合った大きな燃料噴射量が演算され、電子ガバナ２に指令される。その場合、回転数偏差信号ΔＮが最大燃料噴射量Ｑｍａｘに対応する値ΔＮａを超えている場合は、その最大燃料噴射量Ｑｍａｘに制限される（点Ｂ）。そして、最大燃料噴射量Ｑｍａｘに対応する出力トルクで内燃機関１が加速され（点Ｂ−点Ｃ）、目標回転数に近づくに従って回転数偏差信号が小さくなるので、燃料噴射量は少なくなっていき、最終的には引摺り抵抗Ｔｗとの新たな平衡点Ｄで出力トルクが平衡して、内燃機関１は点Ｄの実回転数及び出力トルクで運転を持続することになる。この過程で内燃機関１は低速領域から大きな燃料噴射量を受けて運転されるため、排煙濃度が悪化し、騒音・燃費も悪影響を受けることになる。
【００９６】
このような従来技術に対し、本実施の形態では、操作レバー装置１９，２０，２１，２２，２３，２４（作業機作動指令手段）が操作されていない状態である、内燃機関１が無負荷状態で、エンジンコントロールダイヤル１（目標回転数設定手段）が目標回転数増加方向に操作された所謂フリーアクセル操作時は、内燃機関１の燃料噴射量は内燃機関１に接続された負荷の引摺り抵抗Ｔｗに概略見合った第２燃料噴射量に切り替えられるので、内燃機関１の燃料噴射量は引摺り抵抗Ｔｗに対抗するだけの最小限の燃料噴射量に抑えられ、排煙濃度の悪化は抑制される。また、このとき、電動発電機１５の電動機動作により内燃機関１がアシスト駆動トルクを受けることになるので、それにより内燃機関１の回転数を速やかに目標回転数近傍まで上げることができる。更に、内燃機関１の回転数が目標回転数近傍に達してからスムーズに電動発電機１５によるアシストを停止し、通常の内燃機関１のみによる回転数偏差信号に基づく運転状態に復帰する。これにより内燃機関１のみの出力トルクと引摺り抵抗とがバランスする新たな平衡点Ｆへと速やかに収束し、かつそのときの排煙濃度の悪化や騒音の増大を抑制することができる。
【００９７】
以上に本発明の一実施の形態を説明したが、本実施の形態は本発明の精神の範囲内で種々の変形が可能である。例えば、図６に示すフローチャートのステップ１０４では、内燃機関１の燃料噴射量制御の第２モードにおいて、内燃機関１に接続された負荷の引摺り抵抗Ｔｗに概略見合った第２燃料噴射量を、所定の回転数偏差信号ΔＮ２を用いて図２に示した燃料噴射量特性Ｑ（ΔＮ）により演算した燃料噴射量Ｑ（ΔＮ２）としたが、内燃機関１の引摺り抵抗が実回転数Ｎｅに対して大幅に変動する場合は、第２モードにおける第２燃料噴射量は、現実の引摺り抵抗に合わせて実回転数に対して設定したトルク特性により求めた燃料噴射量としてもよい。この場合は、例えばステップ１０４で、Ｑ＝Ｑ（ΔＮ２）により燃料噴射量（第２燃料噴射量）を求める代わりに、図４の引摺り抵抗Ｔｗに近似して予め定められた、内燃機関１の実回転数に対して想定される引摺りトルク値からその時点での実回転数に対応するトルク値を求め、図３及び図５に示す内燃機関１のトルク特性ｆｅ（ΔＮ）からそのトルク値に対応する回転数偏差ΔＮ３を求め、更に、その回転数偏差ΔＮ３を図２及び図５に示す燃料噴射量特性Ｑ（ΔＮ）に参照して対応する燃料噴射量（第２燃料噴射量）を求め、この燃料噴射量を電子ガバナ２に指令する。また、このときの回転数偏差ΔＮ３に対応するトルク指令を、例えば、トルク指令＝ｆｍ（ΔＮ）−ｆｅ（ΔＮ３）により演算し、電力変換装置１６に出力する。その後、図６のフローチャートのステップ１０７に最初に進んだときは、図３のトルク特性ｆｅ（ΔＮ）からそのときの内燃機関１の出力トルクに対応した回転数偏差ΔＮを求め、これをそのときの所定の回転数偏差ΔＮ２として増分δＮ２を加算して新たな回転数偏差信号ΔＮ２を求め、以降の処理を行えばよい。
【００９８】
低温環境で内燃機関の循環油粘度が高くなった場合や、内燃機関に例えば大容量の固定容量油圧ポンプを装着した場合などは、内燃機関１の引摺り抵抗が実回転数Ｎｅに対して大幅に変動する。このように引摺り抵抗が内燃機関の実回転数に応じて大幅に変動する場合であっても、上記のように構成することにより、その引摺り抵抗に対応する第２燃料噴射量を算出するため、引摺り抵抗の変動に追随して内燃機関１の出力トルク適切に制御することができる。
【００９９】
また、引摺り抵抗が内燃機関１の回転数に対してあまり変化しない場合には、図６に示すフローチャートのステップ１０４において、第２モードで用いる第２燃料噴射量を引摺り抵抗に概略見合った所定の一定値としてもよい。この場合、例えばＱ＝Ｑ（ΔＮ２）により燃料噴射量（第２燃料噴射量）を求めるの代わりに、常時一定の出力トルク値を使用して図３及び図５に示す内燃機関１のトルク特性ｆｅ（ΔＮ）からそのトルク値に対応する回転数偏差ΔＮ４（一定値）を求め、更に、その回転数偏差ΔＮ４を図２及び図５に示す燃料噴射量特性Ｑ（ΔＮ）に参照して対応する燃料噴射量（一定値；第２燃料噴射量）を求め、この燃料噴射量を電子ガバナ２に指令する。また、このときの回転数偏差ΔＮ３に対応するトルク指令を、例えば、トルク指令＝ｆｍ（ΔＮ）−ｆｅ（ΔＮ４）により演算し、電力変換装置１６に出力する。最初にステップ１０７に進んだときは、上記と同様、図３のトルク特性ｆｅ（ΔＮ）からそのときの内燃機関１の出力トルクに対応した回転数偏差ΔＮを求め、これをそのときの所定の回転数偏差ΔＮ２とすればよい。
【０１００】
これにより第２燃料噴射量及び電動発電機１５に対するトルク指令がそれぞれ一定値であることから、制御構成を簡便にすることができる。
【０１０１】
また、以上の説明では、蓄電装置１７からの電力で電動発電機１５を駆動する場合のみを説明したが、公知の手段により内燃機関１の余剰の動力を活用して電力変換装置１６からの指令により電動発電機１５に発電機作動を行わせて、蓄電装置１７に電力を蓄積することを行い、電動機作動時の動力消費を補充してもよい。また、動力回収手段を備えて、回収動力で電動発電機１５を駆動して電力に変換し蓄電装置１６に蓄えることも好適である。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明の一実施の形態に係わる建設機械の内燃機関回転数制御装置の全体構成を示す図である。
【図２】オールスピード制御方式で使用される燃料噴射量特性Ｑ（ΔＮ）を示す図である。
【図３】オールスピード制御方式で燃料噴射量が制御されたときの内燃機関の出力トルク特性ｆｅ（ΔＮ）を示す図である。
【図４】オールスピード制御方式で燃料噴射量が制御されたときの全回転数範囲にわたる内燃機関１の出力トルク特性Ｔｅ（Ｎ）を示す図である。
【図５】回転数偏差信号ΔNに基づいたトルク指令を演算するのに用いる電動発電機の出力トルク特性ｆｍ（ΔＮ）を示す図である。
【図６】コントローラの第２の機能が行う処理内容を示すフローチャートである。
【図７】フリーアクセル操作時における平衡点（図７中Ｆ点）近傍における電力変換装置に対するトルク指令と合計出力トルクの変化を示す説明図である。
【図８】内燃機関の噴射量の制御がミニマムマキシマムスピード制御方式の特性を持つ場合の内燃機関の出力特性を示す図である。
【符号の説明】
【０１０３】
１  内燃機関
２  電子ガバナ（燃料噴射量制御装置）
４  回転センサ（実回転数検出手段）
５，６，７  油圧ポンプ
８，９，１０，１１，１２，１３  油圧アクチュエータ
１４  コントロールバルブ装置
１５  電動発電機
１６  電力変換装置
１７  蓄電装置
１８  エンジンコントロールダイヤル（目標回転数設定手段）
１９，２０，２１，２２，２３，２４  操作レバー装置
２５  コントローラ
【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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