(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、
前記エンジンにより回転駆動される油圧ポンプと、
前記エンジンと前記油圧ポンプに連結されたアシスト電動機と、
前記油圧ポンプから吐出される圧油により駆動される複数のアクチュエータと、
操作部材を有し、この操作部材の操作に応じた操作信号を出力して前記複数のアクチュエータを動作させる複数の操作装置とを備えたハイブリッド駆動式の油圧作業機械において、
前記エンジンの排気ガスに含まれる大気汚染物質の排出量の低減に適した前記エンジンの特定の回転速度を記憶した記憶装置と、
前記記憶装置に記憶した前記特定の回転速度を前記エンジンの目標回転速度として設定するエンジン回転速度設定装置と、
前記エンジンの目標回転速度に基づいて前記エンジンの回転速度を制御するエンジン回転速度制御装置と、
前記油圧ポンプの吸収トルクと前記エンジンの目標出力トルクとの差分トルクを演算し、この差分トルクに応じて前記アシスト電動機を力行制御及び発電制御する電動機制御装置とを備えることを特徴とするハイブリッド駆動式の油圧作業機械。
【請求項２】
請求項１記載のハイブリッド駆動式の油圧作業機械において、
前記電動機制御装置は、
前記油圧ポンプの吸収トルクを取得するポンプ吸収トルク取得装置と、
前記ポンプ吸収トルク取得装置によって取得した前記油圧ポンプの吸収トルクを前記エンジンの目標トルクとしてのトレンド成分とその他の成分とに分離するフィルタ装置とを有し、
前記電動機制御装置は、前記フィルタ装置で分離した前記その他の成分を前記差分トルクとして用い、前記トレンド成分が前記エンジンの目標出力トルクとなるよう前記アシスト電動機を力行制御及び発電制御することを特徴とするハイブリッド駆動式の油圧作業機械。
【請求項３】
請求項２記載のハイブリッド駆動式の油圧作業機械において、
前記フィルタ装置は、前記ポンプ吸収トルク取得装置によって取得した前記油圧ポンプの吸収トルクから前記トレンド成分を除去するハイパスフィルタであることを特徴とするハイブリッド駆動式の油圧作業機械。
【請求項４】
請求項２記載のハイブリッド駆動式の油圧作業機械において、
前記記憶装置は、前記エンジンの排気ガスに含まれる大気汚染物質の排出量の低減に適した前記エンジンの特定の回転速度と特定の出力トルク範囲を記憶しており、
前記電動機制御装置は、前記エンジンの目標出力トルクが前記記憶装置に記憶した前記特定の出力トルク範囲を超えないよう前記アシスト電動機の目標トルクを補正するトルク配分補正装置を更に有し、
前記電動機制御装置は、前記トルク配分補正装置で補正した前記アシスト電動機の目標トルクに基づいて前記アシスト電動機を力行制御及び発電制御することを特徴とするハイブリッド駆動式の油圧作業機械。
【請求項５】
請求項１又は４記載のハイブリッド駆動式の油圧作業機械において、
前記記憶装置は、前記エンジンの排気ガスに含まれる粒子状物質ＰＭの排出量、窒素酸化物ＮＯｘ、粒子状物質ＰＭと窒素酸化物ＮＯｘのトータルの排出量、粒子状物質ＰＭの排出量と燃料消費量の組み合わせ、窒素酸化物ＮＯｘの排出量と燃料消費量の組み合わせ、粒子状物質ＰＭと窒素酸化物ＮＯｘのトータルの排出量と燃料消費量の組み合わせを含む複数のファクタのいずれかの低減に適した前記エンジンの特定の回転速度或いは前記エンジンの特定の回転速度と特定の出力トルク範囲を記憶していることを特徴とするハイブリッド駆動式の油圧作業機械。
【請求項６】
請求項４記載のハイブリッド駆動式の油圧作業機械において、
前記記憶装置は、前記エンジンの排気ガスに含まれる粒子状物質ＰＭの排出量、窒素酸化物ＮＯｘ、粒子状物質ＰＭと窒素酸化物ＮＯｘのトータルの排出量、粒子状物質ＰＭの排出量と燃料消費量の組み合わせ、窒素酸化物ＮＯｘの排出量と燃料消費量の組み合わせ、粒子状物質ＰＭと窒素酸化物ＮＯｘのトータルの排出量と燃料消費量の組み合わせを含む複数のファクタのうちの少なくとも２つのファクタのそれぞれの低減に適した前記エンジンの特定の回転速度と特定の出力トルク範囲の複数の組み合わせを記憶しており、
前記エンジンの特定の回転速度と特定の出力トルク範囲の複数の組み合わせのうちのいずれを用いるかを選択する切換装置を更に備え、
前記エンジン回転速度設定装置は、前記切換装置によって選択された組み合わせの前記特定の回転速度を前記エンジンの目標回転速度として設定し、
前記トルク配分補正装置は、前記切換装置によって選択された組み合わせの前記特定の出力トルク範囲を超えないよう前記アシスト電動機の目標トルクを補正することを特徴とするハイブリッド駆動式の油圧作業機械。
【請求項７】
請求項２記載のハイブリッド駆動式の油圧作業機械において、
前記ポンプ吸収トルク取得装置は、
前記油圧ポンプの吸収トルクを検出するトルク検出装置と、
前記トルク検出装置の検出値に基づいて前記油圧ポンプの吸収トルクを演算するトルク演算装置とを有することを特徴とするハイブリッド駆動式の油圧作業機械。
【請求項８】
請求項２記載のハイブリッド駆動式の油圧作業機械において、
前記ポンプ吸収トルク取得装置は、
前記エンジンの実回転速度を検出する回転検出装置と、
前記回転検出装置が検出する前記実回転速度と前記目標回転速度との偏差に基づいて前記油圧ポンプの吸収トルクを推定するトルク演算装置とを有することを特徴とするハイブリッド駆動式の油圧作業機械。
【請求項９】
請求項２記載のハイブリッド駆動式の油圧作業機械において、
前記ポンプ吸収トルク取得装置は、
前記複数の操作装置が出力する操作信号を検出する操作信号検出装置と、
前記操作信号検出装置が検出する前記操作信号に基づいて前記油圧ポンプの吸収トルクを予測するトルク演算装置とを有することを特徴とするハイブリッド駆動式の油圧作業機械。
【請求項１０】
エンジンと、
前記エンジンにより回転駆動される油圧ポンプと、
前記エンジンと前記油圧ポンプに連結されたアシスト電動機と、
前記油圧ポンプから吐出される圧油により駆動される複数のアクチュエータと、
操作部材を有し、この操作部材の操作に応じた操作信号を出力して前記複数のアクチュエータを動作させる複数の操作装置とを備えたハイブリッド駆動式の油圧作業機械において、
前記エンジンの排気ガスに含まれる大気汚染物質の排出量の低減に適した前記エンジンの特定の回転速度と特定の出力トルクを記憶した記憶装置と、
前記記憶装置に記憶した前記特定の回転速度を前記エンジンの目標回転速度として設定するエンジン回転速度設定装置と、
前記エンジンの目標回転速度に基づいて前記エンジンの回転速度を制御するエンジン回転速度制御装置と、
前記油圧ポンプの吸収トルクと前記記憶装置に記憶した前記特定の出力トルクとの偏差を演算し、この偏差に応じて前記アシスト電動機を力行制御及び発電制御する電動機制御装置とを備えることを特徴とするハイブリッド駆動式の油圧作業機械。
【請求項１１】
請求項１０記載のハイブリッド駆動式の油圧作業機械において、
前記記憶装置に記憶した前記エンジンの特定の回転速度と特定の出力トルクは、前記エンジンの排気ガスに含まれる粒子状物質ＰＭの排出量、窒素酸化物ＮＯｘ、粒子状物質ＰＭと窒素酸化物ＮＯｘのトータルの排出量、粒子状物質ＰＭの排出量と燃料消費量の組み合わせ、窒素酸化物ＮＯｘの排出量と燃料消費量の組み合わせ、粒子状物質ＰＭと窒素酸化物ＮＯｘのトータルの排出量と燃料消費量の組み合わせを含む複数のファクタのいずれかの低減に適した回転速度と出力トルクであることを特徴とするハイブリッド駆動式の油圧作業機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は油圧ショベルやホイールローダ、その他の油圧作業機械に係わり、特に、エンジンの他に蓄電装置により駆動されるアシスト電動機を備えたハイブリッド駆動式の油圧作業機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エンジンが排出する排気ガスの規制が進んでおり、この規制に対応するため、特に排気ガス中に含まれる粒子状物質ＰＭと窒素酸化物ＮＯｘについて削減するための努力がエンジンメーカ等によりなされており、これまで燃焼制御の高度化技術が多数開発されてきた。一方、ＤＰＦ（ディーゼルパティキュラーフィルタ）や尿素ＳＣＲシステム等の排気ガス後処理装置をエンジンとマフラの間に設置することにより、上記粒子状物質ＰＭと窒素酸化物ＮＯｘの捕集及び浄化処理を行う技術も開発されており、燃焼制御の高度化技術と適宜組み合わせて一層厳しくなる排気ガス規制に対応している。
【０００３】
しかし、前記ＤＰＦ（ディーゼルパティキュラーフィルタ）や尿素ＳＣＲシステム等の排気ガス後処理装置はこれまでエンジンシステムには付随していなかった装置であり、これらの排気ガス後処理装置は複雑かつ高価な材料を用いているのが通常である。例えばＤＰＦに用いられる触媒は白金を用いている。さらに尿素ＳＣＲシステムには尿素を貯蔵しておくタンクと尿素噴射装置を備える必要がある。このため排気ガス後処理装置を備えたエンジンシステムはエンジン単体のシステムに比べて相当なコスト高となる。
【０００４】
ところで、近年油圧ショベル等の油圧作業機械の分野でも、駆動源としてエンジンの他にバッテリ等の蓄電装置により駆動されるアシスト電動機を備えたハイブリッド駆動式の油圧作業機械が提案・開発されている。
【０００５】
例えば特許文献１に提案される建設機械（油圧作業機械）は、エンジンにより駆動される電動機を備えることにより、エンジン出力の余剰分を電気エネルギとして貯めて省エネルギを図り、エンジン出力不足時に、その貯めた電気エネルギを放出して電動機を駆動し必要なポンプ吸収トルクを維持するようにしたものである。特許文献１は、このような構成により建設機械が作業を行う際に必要な平均馬力相当の定格出力を有する小型エンジンの採用を可能とし、燃費の向上や排出ＣＯ２の削減が図れるとしている。
【０００６】
特許文献２の図６に提案されている作業機械は、エンジン及び電動機により油圧ポンプを駆動して油圧を発生させる構成とし、エンジンの出力の増加率を所定値に設定し、この増加率の所定値から求められるエンジンの出力上限値と、油圧ポンプに要求される油圧出力から求められた要求動力とを比較し、要求動力が出力上限値を超えたときに、超えた分の出力を電動機の出力で補うようにしたものである。特許文献２は、このような構成により油圧負荷が急激に増大したときでも、エンジンの負荷を急激に増大することがないように制御して、エンジンの運転条件を適正な範囲に維持できるため、燃焼効率の低下、黒煙の発生、エンジン停止を回避できるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４５１２２８３号公報
【特許文献２】特許第４６３３８１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
油圧ショベル等の油圧作業機械は、自動車などと異なり、エンジンにかかる負荷変動が非常に大きく、エンジン定格トルクのほぼ０〜１００％まで瞬時にして変動する。そのため、いかにエンジンの燃焼制御を高度化しても油圧作業機械の全ての作業条件に対して、安定して粒子状物質ＰＭと窒素酸化物ＮＯｘの排出量を所定量減らすには限界がある。通常は大きなエンジン負荷の変動及び回転数の変動が生じると、粒子状物質ＰＭと窒素酸化物ＮＯｘの排出量は定常状態より増加する傾向がある。このため、大気中に放出される排気ガス中に含まれる粒子状物質ＰＭと窒素酸化物ＮＯｘを減らすには、ＤＰＦの容量や尿素ＳＣＲシステムのタンクを大きくする、或いは、尿素ＳＣＲシステムにおいてエンジンの燃料噴射状況に応じたきめ細かい尿素噴射制御装置が必要となり、いずれもコスト高の原因となる。
【０００９】
特許文献１及び特許文献２の図６に提案の油圧作業機械においては、いずれも、油圧ポンプの要求トルク（ポンプ吸収トルク）がエンジンの出力トルクを超えたエンジン出力トルクの不足時に電動機を力行制御してトルクを補うことで、エンジン負荷トルクが急激に増大しないようにしている。しかし、エンジンの目標回転数や目標出力トルクと粒子状物質ＰＭや窒素酸化物ＮＯｘなどの大気汚染物質の排出量を低減する領域とを関連付けした制御を行っていないため、燃料消費量の低減には効果はあるものの、粒子状物質ＰＭや窒素酸化物ＮＯｘなどの大気汚染物質の排出量の低減を適切に行うことはできなかった。
【００１０】
本発明の目的は、エンジンと油圧ポンプに連結されたアシスト電動機を備えた油圧作業機械において、油圧ポンプの負荷トルクの変動に係わらず、エンジンの排気ガスに含まれる大気汚染物質の排出量を最小限に抑制することができるとともに、排気ガス後処理装置の設置によるコストアップを低減することができかつエンジンの信頼性を高めるハイブリッド駆動式の油圧作業機械を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（１）上記目的を達成するため、本発明は、エンジンと、前記エンジンにより回転駆動される油圧ポンプと、前記エンジンと前記油圧ポンプに連結されたアシスト電動機と、前記油圧ポンプから吐出される圧油により駆動される複数のアクチュエータと、操作部材を有し、この操作部材の操作に応じた操作信号を出力して前記複数のアクチュエータを動作させる複数の操作装置とを備えたハイブリッド駆動式の油圧作業機械において、前記エンジンの排気ガスに含まれる大気汚染物質の排出量の低減に適した前記エンジンの特定の回転速度を記憶した記憶装置と、前記記憶装置に記憶した前記特定の回転速度を前記エンジンの目標回転速度として設定するエンジン回転速度設定装置と、前記エンジンの目標回転速度に基づいて前記エンジンの回転速度を制御するエンジン回転速度制御装置と、前記油圧ポンプの吸収トルクと前記エンジンの目標出力トルクとの差分トルクを演算し、この差分トルクに応じて前記アシスト電動機を力行制御及び発電制御する電動機制御装置とを備えるものとする。
【００１２】
このようにエンジンの排気ガスに含まれる大気汚染物質の排出量の低減に適したエンジンの特定の回転速度をエンジンの目標回転速度として設定し、その目標回転速度に基づいて前記エンジンの回転速度を制御することにより、エンジン回転速度が大気汚染物質の排出量が低減する回転速度に維持されるよう制御されるため、大気汚染物質の排出量を低減することが可能となる。しかも、そのようなエンジン回転速度の制御を行いながら、エンジンに作用する負荷トルクとエンジンの目標出力トルクとの差分トルクに応じてアシスト電動機を力行制御及び発電制御することにより、油圧ポンプの負荷トルク（ポンプ吸収トルク）がエンジンの出力トルクを超える場合及び油圧ポンプの負荷トルク（ポンプ吸収トルク）がエンジンの出力トルクよりも低下する場合に、油圧ポンプの負荷トルクの急激な変動がエンジンにそのまま伝わることが抑制され、エンジンの出力トルクがエンジンの目標出力トルク相当のエンジンの出力トルクとなるよう制御される。その結果、排気ガスに含まれる大気汚染物質の排出量を最小限に抑制することができる。
【００１３】
また、エンジン回転速度制御とアシスト電動機の制御で大気汚染物質の排出量を低減するので、ＤＰＦや尿素ＳＣＲシステム等の排気ガス後処理装置を小型化、或いは不要にでき、排気ガス後処理装置の設置によるコストアップを低減することができる。
【００１４】
更に、アシスト電動機を力行制御及び発電制御することでエンジン７にかかる負荷変動が低減するため、エンジン７の寿命が延長され、エンジンの信頼性が高まるという効果もある。
（２）上記（１）において、好ましくは、
前記電動機制御装置は、前記油圧ポンプの吸収トルクを取得するポンプ吸収トルク取得装置と、前記ポンプ吸収トルク取得装置によって取得した前記油圧ポンプの吸収トルクを前記エンジンの目標トルクとしてのトレンド成分とその他の成分とに分離するフィルタ装置とを有し、前記電動機制御装置は、前記フィルタ装置で分離した前記その他の成分を前記差分トルクとして用い、前記トレンド成分が前記エンジンの目標出力トルクとなるよう前記アシスト電動機を力行制御及び発電制御する。
【００１５】
これにより上記（１）で説明したように、アシスト電動機の力行／発電制御によりエンジンの出力トルクがエンジンの目標出力トルク相当のエンジンの出力トルクとなるよう制御され、排気ガスに含まれる大気汚染物質の排出量を最小限に抑制することができるとともに、排気ガス後処理装置の設置によるコストアップを低減することができかつエンジンの信頼性を高めることができる。
（３）上記（２）において、好ましくは、前記フィルタ装置は、前記ポンプ吸収トルク取得装置によって取得した前記油圧ポンプの吸収トルクから前記トレンド成分を除去するハイパスフィルタである。
【００１６】
これによりポンプ吸収トルク取得装置によって取得した油圧ポンプの吸収トルクから差分トルクが求まり、上記（１）で説明したように、アシスト電動機の力行／発電制御によりエンジンの出力トルクがエンジンの目標出力トルク相当のエンジンの出力トルクとなるよう制御され、排気ガスに含まれる大気汚染物質の排出量を最小限に抑制することができるとともに、排気ガス後処理装置の設置によるコストアップを低減することができかつエンジンの信頼性を高めることができる。
（４）上記（２）において、また好ましくは、前記記憶装置は、前記エンジンの排気ガスに含まれる大気汚染物質の排出量の低減に適した前記エンジンの特定の回転速度と特定の出力トルク範囲を記憶しており、前記電動機制御装置は、前記エンジンの目標出力トルクが前記記憶装置に記憶した前記特定の出力トルク範囲を超えないよう前記電動機の目標トルクを補正するトルク配分補正装置を更に有し、前記電動機制御装置は、前記トルク配分補正装置で補正した前記電動機の目標トルクに基づいて前記アシスト電動機を力行制御及び発電制御する。
【００１７】
これにより上記（１）で説明したように、エンジン回転数制御とアシスト電動機の力行／発電制御により大気汚染物質の排出量を抑制することができるだけでなく、エンジンの出力トルクを大気汚染物質の排出量の低減に適した特定の出力トルク範囲となるように制御することによっても、大気汚染物質を低減することができる。
（５）上記（１）又は（４）において、好ましくは、前記記憶装置は、前記エンジンの排気ガスに含まれる粒子状物質ＰＭの排出量、窒素酸化物ＮＯｘ、粒子状物質ＰＭと窒素酸化物ＮＯｘのトータルの排出量、粒子状物質ＰＭの排出量と燃料消費量の組み合わせ、窒素酸化物ＮＯｘの排出量と燃料消費量の組み合わせ、粒子状物質ＰＭと窒素酸化物ＮＯｘのトータルの排出量と燃料消費量の組み合わせを含む複数のファクタのいずれかの低減に適した前記エンジンの特定の回転速度或いは前記エンジンの特定の回転速度と特定の出力トルク範囲を記憶している。
【００１８】
これにより上記（１）及び（４）において、アシスト電動機の力行／発電制御により大気汚染物質の排出量を抑制することができるだけでなく、エンジンの回転速度と出力トルクを記憶装置に記憶した特定の回転速度と特定の出力トルク範囲となるように制御することによって、粒子状物質ＰＭの排出量、窒素酸化物ＮＯｘ、粒子状物質ＰＭと窒素酸化物ＮＯｘのトータルの排出量、粒子状物質ＰＭの排出量と燃料消費量の組み合わせ、窒素酸化物ＮＯｘの排出量と燃料消費量の組み合わせ、粒子状物質ＰＭと窒素酸化物ＮＯｘのトータルの排出量と燃料消費量の組み合わせを含む複数のファクタのいずれかを低減することができる。
（６）上記（４）において、また好ましくは、前記記憶装置は、前記エンジンの排気ガスに含まれる粒子状物質ＰＭの排出量、窒素酸化物ＮＯｘ、粒子状物質ＰＭと窒素酸化物ＮＯｘのトータルの排出量、粒子状物質ＰＭの排出量と燃料消費量の組み合わせ、窒素酸化物ＮＯｘの排出量と燃料消費量の組み合わせ、粒子状物質ＰＭと窒素酸化物ＮＯｘのトータルの排出量と燃料消費量の組み合わせを含む複数のファクタのうちの少なくとも２つのファクタのそれぞれの低減に適した前記エンジンの特定の回転速度と特定の出力トルク範囲の複数の組み合わせを記憶しており、前記エンジンの特定の回転速度と特定の出力トルク範囲の複数の組み合わせのうちのいずれを用いるかを選択する切換装置を更に備え、
前記エンジン回転速度設定装置は、前記切換装置によって選択された組み合わせの前記特定の回転速度を前記エンジンの目標回転速度として設定し、前記トルク配分補正装置は、前記切換装置によって選択された組み合わせの前記特定の出力トルク範囲を超えないよう前記電動機の目標トルクを補正する。
【００１９】
これにより上記（４）で説明したように大気汚染物質を低減する制御を行うとき、作業環境や稼動エリアの規制に最適のファクタの低減に適したエンジンの特定の回転速度と特定の出力トルク範囲の組み合わせを選択できるため、作業環境や稼動エリアの規制に応じた最適なエンジン制御と電動機制御を行うことができる。
（７）上記（２）において、また好ましくは、前記ポンプ吸収トルク取得装置は、前記油圧ポンプの吸収トルクを検出するトルク検出装置と、前記トルク検出装置の検出値に基づいて前記油圧ポンプの吸収トルクを演算するトルク演算装置とを有する。
【００２０】
これにより正確なポンプ吸収トルクを取得することができ、精度の良い制御が可能となる。
（８）上記（２）において、また好ましくは、前記ポンプ吸収トルク取得装置は、前記エンジンの実回転速度を検出する回転検出装置と、前記回転検出装置が検出する前記実回転速度と前記目標回転速度との偏差に基づいて前記油圧ポンプの吸収トルクを推定するトルク演算装置とを有する。
【００２１】
これにより汎用性の高い回転数検出装置を用いてポンプ吸収トルクを取得することができるため、システムを安価に構成することができる。
（９）上記（２）において、また好ましくは、前記ポンプ吸収トルク取得装置は、前記複数の操作装置が出力する操作信号を検出する操作信号検出装置と、前記操作信号検出装置が検出する前記操作信号に基づいて前記油圧ポンプの吸収トルクを予測するトルク演算装置とを有する。
【００２２】
これにおり汎用性の高い操作信号検出装置を用いてポンプ吸収トルクを取得することができるため、システムを安価に構成することができる。
（１０）また，上記目的を達成するために、本発明は、エンジンと、前記エンジンにより回転駆動される油圧ポンプと、前記エンジンと前記油圧ポンプに連結されたアシスト電動機と、前記油圧ポンプから吐出される圧油により駆動される複数のアクチュエータと、操作部材を有し、この操作部材の操作に応じた操作信号を出力して前記複数のアクチュエータを動作させる複数の操作装置とを備えたハイブリッド駆動式の油圧作業機械において、前記エンジンの排気ガスに含まれる大気汚染物質の排出量の低減に適した前記エンジンの特定の回転速度と特定の出力トルクを記憶した記憶装置と、前記記憶装置に記憶した前記特定の回転速度を前記エンジンの目標回転速度として設定するエンジン回転速度設定装置と、前記エンジンの目標回転速度に基づいて前記エンジンの回転速度を制御するエンジン回転速度制御装置と、前記油圧ポンプの吸収トルクと前記記憶装置に記憶した前記特定の出力トルクとの偏差を演算し、この偏差に応じて前記アシスト電動機を力行制御及び発電制御する電動機制御装置とを備えるものとする。
【００２３】
このようにエンジンの目標出力トルクとして大気汚染物質の排出量の低減に適した特定の出力トルクを設定し、エンジン回転速度の制御を行うとともに、油圧ポンプの吸収トルクと大気汚染物質の排出量の低減に適した特定の出力トルクとの偏差に応じてアシスト電動機を力行制御及び発電制御することにより、大気汚染物質の排出量の低減に適した特定の出力トルクを目標出力トルクとしたエンジン出力トルクの制御が行われるため、排気ガスに含まれる大気汚染物質の排出量を最小限に抑制することができるとともに、排気ガス後処理装置の設置によるコストアップを低減することができかつエンジンの信頼性を高めることができる。
（１１）上記（１０）において、好ましくは、前記記憶装置に記憶した前記エンジンの特定の回転速度と特定の出力トルクは、前記エンジンの排気ガスに含まれる粒子状物質ＰＭの排出量、窒素酸化物ＮＯｘ、粒子状物質ＰＭと窒素酸化物ＮＯｘのトータルの排出量、粒子状物質ＰＭの排出量と燃料消費量の組み合わせ、窒素酸化物ＮＯｘの排出量と燃料消費量の組み合わせ、粒子状物質ＰＭと窒素酸化物ＮＯｘのトータルの排出量と燃料消費量の組み合わせを含む複数のファクタのいずれかの低減に適した回転速度と出力トルクである。
【００２４】
これにより上記（１０）で説明したエンジン回転速度制御とエンジン出力トルク制御において、粒子状物質ＰＭの排出量、窒素酸化物ＮＯｘ、粒子状物質ＰＭと窒素酸化物ＮＯｘのトータルの排出量、粒子状物質ＰＭの排出量と燃料消費量の組み合わせ、窒素酸化物ＮＯｘの排出量と燃料消費量の組み合わせ、粒子状物質ＰＭと窒素酸化物ＮＯｘのトータルの排出量と燃料消費量の組み合わせを含む複数のファクタのいずれかを低減することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、排気ガスに含まれる大気汚染物質の排出量を最小限に抑制することができる。
【００２６】
また、大気汚染物質の排出量を低減するので、ＤＰＦや尿素ＳＣＲシステム等の排気ガス後処理装置を小型化、或いは不要にでき、排気ガス後処理装置の設置によるコストアップを低減することができる。
【００２７】
更に、アシスト電動機の力行制御及び発電制御でエンジンにかかる負荷変動が低減するため、エンジンの寿命が延長され、エンジンの信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わる油圧ショベル（油圧作業機械）の外観図である。
【図２】油圧ショベルに搭載されるアクチュエータ駆動制御システムの構成図である。
【図３】アシスト電動機を備えず、エンジンのみで油圧ポンプを駆動する従来のアクチュエータ駆動制御システムにおける、油圧ポンプにかかる負荷トルク変動の一例を示す図である。
【図４】アシスト電動機により大きなポンプ吸収トルク変動を抑制する考えを示した説明図である。
【図５】車体コントローラが行う速度制御及びトルク変動抑制制御の処理内容を示す機能ブロック図である。
【図６】ハイパスフィルタ処理部の処理概念を示す図である。
【図７】目標アシストトルク変換処理部の処理概念を示す図である。
【図８】アシスト電動機力行／発電演算部の処理概念を示す図である。
【図９】目標アシストトルク演算部とアシスト電動機力行／発電演算部の処理概念をまとめて示す図である。
【図１０】エンジンの回転速度と出力トルクの相関で表した、エンジンの排気ガスに含まれる粒子状物質ＰＭと窒素酸化物ＮＯｘの排出量のそれぞれのマップを示す線図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態における車体コントローラが行う速度制御及びトルク変動抑制制御の処理内容を示す機能ブロック図である。
【図１２】エンジン出力トルク演算部の処理概念を示す図である。
【図１３】目標アシストトルク補正部の処理概念を示す図である。
【図１４】アシスト電動機力行／発電演算部の処理概念を示す図である。
【図１５】エンジンの回転速度と出力トルクの相関で表した、エンジンの排気ガスに含まれる粒子状物質ＰＭの排出量とエンジンの燃料消費量のそれぞれのマップを示す線図である。
【図１６】エンジンの回転速度と出力トルクの相関で表した、エンジンの排気ガスに含まれる窒素酸化物ＮＯｘの排出量とエンジンの燃料消費量のそれぞれのマップを示す線図である。
【図１７】エンジンの回転速度と出力トルクの相関で表した、エンジンの排気ガスに含まれる粒子状物質ＰＭ及び窒素酸化物ＮＯｘの排出量とエンジンの燃料消費量のそれぞれのマップを示す線図である。
【図１８】本発明の第３の実施の形態における車体コントローラが行う速度制御及びトルク変動抑制制御の処理内容を示す機能ブロック図である。
【図１９】本発明の第４の実施の形態における油圧ショベルに搭載されるアクチュエータ駆動制御システムの構成図である。
【図２０】車体コントローラが行う速度制御及びトルク変動抑制制御の処理内容を示す機能ブロック図である。
【図２１】エンジン回転数偏差演算部とポンプ吸収トルク推定部の処理概念を示す図である。
【図２２】本発明に第５の実施の形態におけるアクチュエータ駆動制御システムの構成図である。
【図２３】車体コントローラが行う速度制御及びトルク変動抑制制御の処理内容を示す機能ブロック図である。
【図２４】比例微分処理部とゲイン処理部の処理概念を示す図である。
【図２５】本発明の第６の実施の形態における油圧ショベルに搭載されるアクチュエータ駆動制御システムの構成図である。
【図２６】車体コントローラが行う速度制御及びトルク変動抑制制御の処理内容を示す機能ブロック図である。
【図２７】エンジンの回転速度と出力トルクの相関で表した、エンジンの排気ガスに含まれる粒子状物質ＰＭのマップを示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明の第１の実施の形態に係わる油圧ショベル（油圧作業機械）の外観図である。
【００３０】
油圧ショベルは、垂直方向にそれぞれ回動するブーム１ａ、アーム１ｂ及びバケット１ｃからなる多関節型のフロント装置１Ａと、上部旋回体１ｄ及び下部走行体１ｅからなる車体１Ｂとで構成され、フロント装置１Ａのブーム１ａの基端は上部旋回体１ｄの前部に垂直方向に回動可能に支持されている。ブーム１ａ、アーム１ｂ、バケット１ｃ、上部旋回体１ｄ及び下部走行体１ｅはそれぞれブームシリンダ３ａ、アームシリンダ３ｂ、バケットシリンダ３ｃ、旋回電動機１６(図２参照)及び左右の走行モータ３ｅ，３ｆによりそれぞれ駆動される。ブーム１ａ、アーム１ｂ、バケット１ｃ、上部旋回体１ｄの動作は操作レバー装置４ａ，４ｂ（図２参照）の油圧操作信号（制御パイロット圧力）により指示され、下部走行体１ｅの動作は図示しない走行用の操作ペダル装置の油圧操作信号（制御パイロット圧力）により指示される。
【００３１】
図２は、図１に示した油圧ショベルに搭載されるアクチュエータ駆動制御システムの構成図である。
【００３２】
図２において、本実施形態におけるアクチュエータ駆動制御システムは、操作レバー装置４ａ，４ｂ及び図示しない走行用の操作ペダル装置と、スプール型方向切換弁５ａ〜５ｃ，５ｅ，５ｆと、メインの油圧ポンプ６と、エンジン７と、メインのリリーフ弁８と、タンク９と、シャトル弁ブロック２５とを備えている。
【００３３】
操作レバー装置４ａ，４ｂ及び操作ペダル装置は、図示せぬパイロットポンプの吐出油により生成された１次圧を操作レバー装置４ａ，４ｂ及び操作ペダル装置に備えられる減圧弁（リモコン弁）の操作開度に応じて２次圧に減圧して制御パイロット圧力（油圧操作信号）を生成し、その制御パイロット圧力が方向切換弁５ａ〜５ｃ，５ｅ，５ｆの受圧部に送られ、方向切換弁５ａ〜５ｃ，５ｅ，５ｆを図示の中立位置から切り換え操作する。方向切換弁５ａ〜５ｃ，５ｅ，５ｆは、例えばセンタバイパスラインに配置されるオープンセンタタイプのスプール弁であり、制御パイロット圧力により切り換え操作されることにより、油圧ポンプ６が吐出する圧油の流れ（方向と流量）を制御し、油圧アクチュエータ３ａ〜３ｃ，３ｅ，３ｆの駆動を制御する。油圧ポンプ６はエンジン７により回転駆動される。油圧ポンプ６の吐出油が導かれる油圧配管内の圧力が過度に上昇した場合は、リリーフ弁８にて圧油をタンク９へ逃がし、油圧配管内の圧力の過度の上昇を防止する。
【００３４】
シャトル弁ブロック２５は、操作レバー装置４ａ，４ｂが生成する油圧操作信号（制御パイロット圧力）のうち旋回操作を指示する油圧操作信号以外の油圧操作信号と、図示しない操作ペダル装置が生成する油圧操作信号のうちの最も圧力の高い油圧操作信号を選択して出力する。
【００３５】
油圧ポンプ６は可変容量型のポンプであり、ポジティブ制御方式のレギュレータ６ａを有し、シャトル弁ブロック２５が出力する油圧操作信号はレギュレータ６ａに導かれる。ポジティブ制御方式のレギュレータ６ａは、公知の如く、操作レバー装置４ａ，４ｂ及び操作ペダル装置の操作部材である操作レバー及びペダルの操作量（要求流量）が増加し、油圧操作信号が上昇するにしたがって油圧ポンプ６の斜板傾転角（容量）を増加させ、油圧ポンプ６の吐出流量を増加させる。
【００３６】
なお、油圧ポンプ６のレギュレータ６ａは、レギュレータ６ａに入力される信号圧力が低下するにしたがって油圧ポンプ６の傾転角（容量）を増大させるネガティブ制御方式であってもよい。この場合は、方向切換弁５ａ〜５ｃ，５ｅ，５ｆを通過し、タンク９に至るセンターバイパスラインの最下流部分に絞りを設け、その絞りの入側の圧力を信号圧力としてレギュレータ６ａに導く。センターバイパスラインの最下流部分に絞りを設けた場合、その絞りの入側の圧力は、操作レバー装置４ａ，４ｂ及び操作ペダル装置の操作部材である操作レバー及びペダルの操作量（要求流量）が増加し、方向切換弁５ａ〜５ｃ，５ｅ，５ｆのセンタバイパス絞りの通過流量が減少するにしたがって低下する。したがって、絞りの入側の圧力を信号圧力としてレギュレータ６ａに入力し、その信号圧力が低下するにしたがって油圧ポンプ６の傾転角（容量）を増大させることによって、操作部材の操作量が増加するにしたがって油圧ポンプ６の吐出流量を増加させることができる。
【００３７】
なお、方向切換弁５ａ〜５ｃ，５ｅ，５ｆをクローズタイプのスプール弁とし、レギュレータ６ａを、油圧ポンプ６の吐出圧力が最高負荷圧より所定圧力だけ高くなるよう制御するロードセンシング制御方式としても構わない。
【００３８】
また、レギュレータ６ａは、公知の如く、油圧ポンプ６の吐出圧力が高くなるにしたがって油圧ポンプ６の傾転角（容量）を減らして、油圧ポンプ６の吸収トルクを予め設定した最大トルクを越えないように制御するトルク制限制御機能を備えている。
【００３９】
本実施形態におけるアクチュエータ駆動制御システムは、また、アシスト電動機１０と、車体コントローラ１１と、インバータ１２，１３と、チョッパ１４と、バッテリ１５と、圧力センサ１７，１８と、トルクセンサ１９と、エンジンコントロールダイヤル２０と、エンジン７の回転速度を検出する回転センサ２３と、エンジンコントローラ２１とを備えている。
【００４０】
アシスト電動機１０は油圧ポンプ６とエンジン７の間に連結されている。このアシスト電動機１０は、エンジン７の動力を電気エネルギ(電力)に変換してインバータ１２に出力する発電機としての機能と、インバータ１２から供給される電気エネルギー(電力)により駆動され、油圧ポンプ６をアシスト駆動する電動機としての機能を有している。
【００４１】
インバータ１２は、アシスト電動機１０が発電機として機能するときは、アシスト電動機１０で生成した交流電力を直流電力に変換して出力し、アシスト電動機１０が電動機として機能するときは、バッテリ１５からの直流電力を交流電力に変換してアシスト電動機１０に供給する。
【００４２】
インバータ１３は、アシスト電動機１０が生成しインバータ１２が出力した直流電力を交流に電力に変換して旋回電動機１６に供給する。また、インバータ１３は、旋回制動時に旋回電動機１６が発電機として機能して回生した交流電力を直流電力に変換して出力する。
【００４３】
バッテリ１５は、チョッパ１４を介して電圧を調整し、インバータ１２，１３に電力を供給したり、アシスト電動機１０が発生した電気エネルギや旋回電動機１６からの電気エネルギを蓄えておく。
【００４４】
エンジンコントロールダイヤル２０は、オペレータにより操作され、オペレータの意図でエンジン７の基本回転速度を指令するものであり、車体コントローラ１１はエンジンコントロールダイヤル２０の指令信号を入力し、その指令信号に基づいて目標回転速度を演算し、エンジンコントローラ２１に出力する。エンジンコントローラ２１は、車体コントローラ１１からの目標回転速度と、回転センサ２３が検出するエンジン７の実回転速度の偏差を演算し、この回転速度偏差に基づいて目標燃料噴射量を演算し、対応する制御信号をエンジン７に備えられる電子ガバナ７ａに出力する。電子ガバナ７ａはその制御信号により作動して目標燃料噴射量相当の燃料を噴射しエンジン７に供給する。これによりエンジン７は目標回転速度が維持されるよう制御される。
【００４５】
車体コントローラ１１は制御演算回路を有しており、この制御演算回路においてアシスト電動機１０及び旋回電動機１６に係わる下記の制御を行う。
【００４６】
（１）旋回電動機１６の駆動制御
圧力センサ１７，１８は操作レバー装置４ｂが生成する油圧操作信号のうち左右方向の旋回操作を指示する油圧操作信号を導くパイロット油路に接続され、その油圧操作信号を検出する。車体コントローラ１１は、圧力センサ１７，１８の検出信号（電気信号）を入力し、検出した油圧操作信号に応じて旋回電動機１６の駆動制御を行う。具体的には、左方向の旋回操作を指示する油圧操作信号を検出したときは、その油圧操作信号に基づいてインバータ１２を制御してアシスト電動機１０を発電機として動作させる発電制御を行うとともに、インバータ１３を制御して旋回電動機１６を駆動する力行制御を行い、油圧操作信号に対応した速度で上部旋回体１ｄが左旋回するように旋回電動機１６を作動させる。右方向の旋回操作を指示する油圧操作信号を検出したときは、その油圧操作信号に基づいてインバータ１２を制御してアシスト電動機１０を発電機として動作させる発電制御を行うとともに、インバータ１３を制御して旋回電動機１６を駆動する力行制御を行い、油圧操作信号に対応した速度で上部旋回体１ｄが右旋回するように旋回電動機１６を作動させる。
【００４７】
（２）回収電力の蓄電制御
車体コントローラ１１は、旋回制動時にインバータ１３を制御して旋回電動機１６を発電機として動作させる発電制御を行い、旋回電動機１６から電気エネルギーを回収するとともに、回収した電気エネルギーをバッテリ１５に蓄える制御を行う。
【００４８】
（３）アシスト電動機１０の制御１（バッテリ１５の蓄電管理制御）
車体コントローラ１１は、油圧ポンプ６の油圧負荷（ポンプ吸収トルク）が軽くかつバッテリ１５の蓄電残量が少ないときは、インバータ１２を制御してアシスト電動機１０を発電機として動作させる発電制御を行い、余剰の電力を発生させるとともに、発生した余剰電力をバッテリ１５に蓄える制御を行う。逆に、油圧ポンプ６の油圧負荷（ポンプ吸収トルク）が重くかつバッテリ１５の蓄電残量が所定量以上あるときは、インバータ１２を制御してアシスト電動機１０にバッテリ１５の電力を供給してアシスト電動機１０を電動機として動作させる力行制御を行い、油圧ポンプ６をアシスト駆動する。なお、油圧ポンプ６の油圧負荷（ポンプ吸収トルク）が軽くかつバッテリ１５の蓄電残量が少ないときは、制御１を優先する。
【００４９】
（４）アシスト電動機１０の制御２（トルク変動抑制制御）
トルクセンサ１９は、油圧ショベルの油圧アクチュエータ３ａ〜３ｃ，３ｅ，３ｆにかかる負荷の変動によって変動する油圧ポンプ６の負荷トルク（ポンプ吸収トルク）を検出する。車体コントローラ１１は、トルクセンサ１９の検出信号（電気信号）を入力し、検出した油圧ポンプ６の負荷トルクに基づいて、アシスト電動機１０を電動機として動作させる力行制御とアシスト電動機１０を発電機として動作させる発電制御を選択的に行い、エンジン７の出力トルクを抑える制御を行う。これによりエンジン７の排気ガスに含まれる大気汚染物質（粒子状物質ＰＭ及び窒素酸化物ＮＯｘ）が低減する。
【００５０】
車体コントローラ１１が行うトルク変動抑制制御の機能の詳細を説明する。
【００５１】
図３は、アシスト電動機１０を備えず、エンジン７のみで油圧ポンプ６を駆動する従来のアクチュエータ駆動制御システムにおける、油圧ポンプ６にかかる負荷トルク変動の一例を示す図であり、図４は、アシスト電動機１０により大きなポンプ吸収トルク変動を抑制する考えを示した説明図である。ここで、エンジン７のみで油圧ポンプ６を駆動する従来のアクチュエータ駆動制御システムにおいては、油圧ポンプ６とエンジン７からなる回転体の回転軸は共通であり、図３に示す油圧ポンプ６にかかる負荷トルク変動はエンジン７の負荷トルク変動と等価である。
【００５２】
油圧ショベルなどの建設用作業機械は、自動車などと異なり、図３に示すように、アクチュエータにかかる負荷の変動によって生じる油圧ポンプの負荷トルク（ポンプ吸収トルク）の変動が非常に大きく、その結果、エンジンにかかる負荷変動も非常に大きくなり、例えば図３に示すようエンジン７の負荷トルクはほぼ０〜１００％まで瞬時にして変動する。エンジンはその基本特性として、一定回転速度／一定トルク条件下で動作している状態に対し、負荷トルクに大きな変動が生じるとエンジン回転速度も大きく変動し、排気ガス中に含まれる大気汚染物質である粒子状物質ＰＭと窒素酸化物ＮＯｘの排出量が増加する傾向がある。
【００５３】
そこで、本実施の形態では、エンジン７の回転速度を設定された回転速度に維持するよう制御しつつ、図４の下段右側に示される油圧ポンプ６にかかる大きな負荷トルク変動（ポンプ吸収トルクの変動）を、エンジン７に伝達する途中経路のアシスト電動機１０を制御することで緩やかな負荷トルク変動とし、回転速度／トルク変動に起因するＰＭ、ＮＯｘ排出量増加を抑制する。すなわち、予め設定されたエンジン回転速度を維持するようエンジン７が制御される間、油圧ポンプ６の負荷トルクを当該負荷トルクのトレンド成分（低周波成分）とそれ以外の成分である高周波成分（過渡成分）に分離し、後者の高周波成分を除去するようアシスト電動機１０に対して力行／発電の制御指令を与える。これによりエンジン７の出力トルクが所定の範囲（油圧ポンプ６の負荷トルク（ポンプ吸収トルク）のトレンド成分に対応するエンジン７の目標出力トルク）に維持されるよう制御され、排気ガスの大気汚染物質である粒子状物質ＰＭと窒素酸化物ＮＯｘの排出量を最小限に抑制することが可能となる。
【００５４】
図５は、車体コントローラ１１が行う速度制御及びトルク変動抑制制御の処理内容を示す機能ブロック図である。
【００５５】
車体コントローラ１１は、目標回転速度演算部１１ａと、ポンプ吸収トルク演算部１１ｂと、目標アシストトルク演算部１１ｃと、アシスト電動機力行／発電演算部１１ｄの各機能と、記憶装置１１ｆとを有している。
【００５６】
記憶装置１１ｆは、エンジン７の排気ガスに含まれる粒子状物質ＰＭと窒素酸化物ＮＯｘの排出量の低減に適した特定のエンジン回転速度として、エンジン回転速度Ｎea（図１０参照）を記憶している。
【００５７】
目標回転速度演算部１１ａは、記憶装置１１ｆに記憶したエンジン回転速度Ｎeaを読み出してエンジン７の目標回転速度として設定し、その値をエンジンコントローラ２１に出力する。エンジンコントローラ２１は、その目標回転速度と、回転センサ２３が検出するエンジン７の実回転速度との偏差を演算して、この偏差に応じた目標燃料噴射量を演算し、対応する制御信号を電子ガバナ７ａに出力し、エンジン７は目標回転速度が維持されるよう制御される。
【００５８】
なお、図示はしないが、車体コントローラ１１は、エンジンコントロールダイヤル２０からの指令信号を入力し、その指令信号に基づいて目標回転速度を演算する別の目標回転数演算部を更に備えていてもよく、この場合は、モードスイッチを設け、目標回転速度演算部１１ａがエンジンコントロールダイヤル２０からの指令信号に基づいて演算する目標回転速度と別の目標回転速度演算部が設定する目標回転速度の一方を選択できるようにしてもよい。
【００５９】
ポンプ吸収トルク演算部１１ｂは、トルクセンサ１９の検出信号（電気信号）を入力し油圧ポンプ６の負荷トルク（ポンプ吸収トルク）を算出する。
【００６０】
目標アシストトルク演算部１１ｃは、ハイパスフィルタ処理部１１ｃ１と目標アシストトルク変換処理部１１ｃ２を有している。図６はハイパスフィルタ処理部１１ｃ１の処理概念を示し、図７は目標アシストトルク変換処理部１１ｃ２の処理概念を示している。目標アシストトルク演算部１１ｃは、まず、ハイパスフィルタ処理部１１ｃ１において、図６に示すようにポンプ吸収トルク演算部１１ｂで算出した油圧ポンプ６の負荷トルクに対して予め設定した遮断周波数に基づくハイパスフィルタ処理を行い、油圧ポンプ６の変動する負荷トルクから遮断周波数以下の低周波成分を除去し、高周波成分のみを取り出す。
【００６１】
ここで、ハイパスフィルタ処理部１１ｃ１において油圧ポンプ６の負荷トルクから除去される油圧ポンプ６の負荷トルクの遮断周波数以下の低周波成分は油圧ポンプ６の負荷トルクの時系列の移動平均を表しており、これを本明細書では当該負荷トルクのトレンド成分をという。次いで、目標アシストトルク変換処理部１１ｃ２において、図７に示すように油圧ポンプ６の負荷トルクの高周波成分よりアシスト電動機１０の目標アシストトルクを算出する。
【００６２】
図８は、アシスト電動機力行／発電演算部１１ｄの処理概念を示す図である。アシスト電動機力行／発電演算部１１ｄは、図８に示すように、目標アシストトルク演算部１１ｃの目標アシストトルク変換処理部１１ｃ２で求めたアシスト電動機１０の目標アシストトルクの力行／発電の各値に応じて、アシスト電動機１０に指令する力行／発電電力を演算し、インバータ１２に制御信号を送り、アシスト電動機１０を力行／発電制御する。
【００６３】
図９は、目標アシストトルク演算部１１ｃとアシスト電動機力行／発電演算部１１ｄの処理概念をまとめて示す図である。
【００６４】
油圧ポンプ６の負荷トルク（ポンプ吸収トルク）が図９の左側実線のように変動するとき、アシスト電動機１０において、図９の右下側に示すように力行或いは発電を行う。すなわち、図９の左側点線で示す基準となる負荷トルクのトレンド成分よりも油圧ポンプ６の負荷トルクが大きい場合はアシスト電動機１０において力行を行い、油圧ポンプ６の負荷トルクの増加に対してカウンタ（逆方向のトルク）を与えることによって、油圧ポンプ６の大きな負荷トルク変動がエンジン７にそのまま伝わることを抑制する。反対に図９の左側点線で示す基準となる負荷トルクのトレンド成分よりも油圧ポンプ６の負荷トルクが小さい場合はアシスト電動機１０において発電を行い、油圧ポンプ６の負荷トルクの急激な低下に対して適当な負荷トルクをアシスト電動機１０によって与えることによって、油圧ポンプ６の負荷トルクが増加する場合と同様に、油圧ポンプ６の負荷トルクの急激な変動がエンジン７にそのまま伝わることを抑制する。このようにエンジン７に伝わる負荷トルク変動が抑制される結果、エンジン７の出力トルクは、図９の右上側に実線で示すように、図９の左側点線で示す基準となる負荷トルクのトレンド成分とほぼ等しくなるように制御される。すなわち、目標アシストトルク演算部１１ｃとアシスト電動機力行／発電演算部１１ｄは、図９の右側点線で示す油圧ポンプ６の負荷トルクのトレンド成分をエンジン７の目標出力トルクとし、この目標出力トルクが得られるようアシスト電動機１０を制御するものであるということができる。
【００６５】
図１０は、エンジン７の回転速度と出力トルクの相関で表した、エンジン７の排気ガスに含まれる粒子状物質ＰＭと窒素酸化物ＮＯｘの排出量のそれぞれのマップを示す線図である。この図１０を用いて、記憶装置１１ｆに記憶するエンジン回転速度Ｎeaと出力トルク範囲Ｔea〜Ｔebについて説明する。
【００６６】
排気ガス中に含まれる粒子状物質ＰＭと窒素酸化物ＮＯｘの排出量は、定常的には図１０に示されるようにエンジン回転速度とエンジン出力トルクの相関において、排出量が多い領域と少ない領域が存在する。エンジンが有する固有の特性によってこれら領域のプロファイルや絶対値は異なるものの、一般にＰＭとＮＯｘの排出量はトレードオフの関係にあり、排気温度が高くなる高回転速度かつ高トルク時にはＮＯｘが多くなるがＰＭは少ない。排気温度が低くなる低回転速度かつ低トルク時にはＮＯｘが少なくなるがＰＭは多くなる。しかし、ＰＭとＮＯｘのトータルの排出量で見ると、そのトータルの排出量が最も少なくなる領域が存在し、例えば図１０に楕円で示されるエンジン回転速度Ｎeaと出力トルク範囲Ｔea〜Ｔebの領域である。
【００６７】
本実施の形態では、記憶装置１１ｆにそのエンジン回転速度Ｎeaを記憶しておく。そして、目標回転速度演算部１１ａにおいて、エンジン回転速度Ｎeaをエンジン７の目標回転速度として設定し、エンジン回転速度をＰＭとＮＯｘのトータルの排出量が最も少なくなる領域の回転速度Ｎeaに維持する制御を行う。また、そのようなエンジン回転速度の制御を行いつつ、目標アシストトルク演算部１１ｃにおいて、油圧ポンプ６にかかる大きな負荷変動が緩やかな負荷トルク変動となるようにアシスト電動機１０を力行／発電制御し、トルク変動抑制制御を行い、エンジン７の出力トルクがＰＭとＮＯｘのトータルの排出量が最も少なくなる領域の出力トルク範囲Ｔea〜Ｔebの付近の値に維持されるように制御する。
【００６８】
以上のように構成した本実施の形態によれば、エンジン回転速度がＰＭとＮＯｘのトータルの排出量が最も少なくなる領域の回転速度Ｎeaに維持されるよう制御されるため、排気ガスに含まれる大気汚染物質であるＰＭとＮＯｘの排出量を低減することが可能となる。しかも、そのようなエンジン回転速度の制御を行いながら、油圧ポンプ６の負荷トルク（ポンプ吸収トルク）がエンジン７の出力トルクを超える場合及び油圧ポンプ６の負荷トルク（ポンプ吸収トルク）がエンジン７の出力トルクを下回る場合に、油圧ポンプ６の吸収トルクの急激な変動がエンジン７にそのまま伝わることが抑制され、エンジン７の出力トルクが所定の範囲の値、すなわちＰＭとＮＯｘのトータルの排出量が最も少なくなる領域の出力トルク範囲Ｔea〜Ｔebの付近の値に維持されるように制御される。その結果、排気ガスに含まれるＰＭとＮＯｘの排出量を最小限に抑制することが可能となる。
【００６９】
また、従来は、図２に一点鎖線で示すように、ＤＰＦ（ディーゼルパティキュラーフィルタ）や尿素ＳＣＲシステム等の排気ガス後処理装置をエンジン７と図示しないマフラの間の排気管に設置することにより、粒子状物質ＰＭと窒素酸化物ＮＯｘの捕集及び浄化処理がなされている。
【００７０】
本実施の形態では、上記のように油圧ポンプ６の負荷トルクとこの負荷トルクのトレンド成分（エンジンの目標出力トルク）との差分トルクである油圧ポンプ６の負荷トルクの高周波成分の正負に応じてアシスト電動機１０を力行制御及び発電制御することで、粒子状物質ＰＭと窒素酸化物ＮＯｘの排出量を抑制できるため、ＤＰＦの容量や尿素ＳＣＲシステムのタンクを小型化することができ、更には、状況に応じて排気ガス後処理装置を不要にすることができる。
【００７１】
更に、アシスト電動機１０を力行制御及び発電制御することでエンジン７にかかる負荷変動が低減するため、エンジン７の寿命が延長され、エンジンの信頼性が高まるという効果もある。
＜第２の実施の形態＞
本発明の第２の実施の形態を図１１〜図１４を用いて説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態と同様のトルク変動抑制制御を行うとともに、エンジン７の回転速度とエンジン出力トルク範囲を、エンジン７の排気ガスに含まれる大気汚染物質である粒子状物質ＰＭと窒素酸化物ＮＯｘの排出量の低減に適した領域に設定することによって、ＰＭ、ＮＯｘ排出量を更に効果的に抑制するようにしたものである。
【００７２】
図１１は、本実施の形態における車体コントローラ１１Ａが行う速度制御及びトルク変動抑制制御の処理内容を示す機能ブロック図である。
【００７３】
本実施の形態における車体コントローラ１１Ａは、目標回転速度演算部１１ａと、ポンプ吸収トルク演算部１１ｂと、目標アシストトルク演算部１１ｃと、トルク配分補正部１１ｅと、アシスト電動機力行／発電演算部１１ｄの各機能と、記憶装置１１ｆＡとを有している。
【００７４】
目標回転速度演算部１１ａ、ポンプ吸収トルク演算部１１ｂ及び目標アシストトルク演算部１１ｃの処理内容は第１の実施の形態のものと同じであるので、説明を省略する。
【００７５】
記憶装置１１ｆＡは、エンジン７の排気ガスに含まれる粒子状物質ＰＭと窒素酸化物ＮＯｘの排出量の低減に適した特定のエンジン回転速度と特定のエンジン出力トルク範囲として、図１０に示したエンジン回転速度Ｎeaと出力トルク範囲Ｔea〜Ｔebを記憶している。
【００７６】
トルク配分補正部１１ｅはエンジン出力トルク演算部１１ｅ１と目標アシストトルク補正部１１ｅ２を有している。図１２はエンジン出力トルク演算部１１ｅ１の処理概念を示し、図１３は目標アシストトルク補正部１１ｅ２の処理概念を示している。トルク配分補正部１１ｅは、まず、エンジン出力トルク演算部１１ｅ１において、図１２に示すようにポンプ吸収トルク演算部１１ｂで求めた油圧ポンプ６の負荷トルク（ポンプ吸収トルク）から目標アシストトルク演算部１１ｃで求めた目標アシストトルクを減算し、エンジン出力トルクを算出する。このエンジン出力トルクは図９等において点線で示した基準となる負荷トルクのトレンド成分に相当する値である。次いで、目標アシストトルク補正部１１ｅ２において、記憶装置１１ｆＡに記憶した図１０に示す出力トルク範囲Ｔea〜Ｔebを読み出し、図１３に示すようにエンジンの目標出力トルクが出力トルク範囲Ｔea〜Ｔebを逸脱するような値となってしまった場合、エンジンの目標出力トルクが出力トルク範囲Ｔea〜Ｔeb内に収まるようエンジンの目標出力トルクを補正し、補正前のエンジンの目標出力トルクの逸脱量を目標アシストトルク演算部１１ｃで求めた目標アシストトルクに追加する。
【００７７】
図１４は、アシスト電動機力行／発電演算部１１ｄの処理概念を示す図である。アシスト電動機力行／発電演算部１１ｄは、第１の実施の形態の場合と同様、図１４に示すように、トルク配分補正部１１ｅで求めた目標アシストトルクの力行／発電の各値に応じて、アシスト電動機１０に指令する力行／発電電力を演算し、インバータ１２に制御信号を送り、アシスト電動機１０を力行／発電制御する。トルク配分補正部１１ｅにおける目標アシストトルクの補正に合わせてアシスト電動機制御量も補正されている。
【００７８】
本実施の形態においては、記憶装置１１ｆＡに図１０に示したエンジン回転速度Ｎeaと出力トルク範囲Ｔea〜Ｔebを記憶しておく。そして、目標回転速度演算部１１ａにおいて、エンジン回転速度Ｎeaをエンジン７の目標回転速度として設定し、エンジン回転速度をＰＭとＮＯｘのトータルの排出量が最も少なくなる領域の回転速度Ｎeaに維持する制御を行う。また、そのようなエンジン回転速度の制御を行いつつ、第１の実施の形態と同様に、目標アシストトルク演算部１１ｃ及びアシスト電動機力行／発電演算部１１ｄにおいて、油圧ポンプ６にかかる大きな負荷変動が緩やかな負荷トルク変動となるようにアシスト電動機１０を力行／発電制御し、トルク変動抑制制御を行う。更に本実施の形態では、トルク配分補正部１１ｅにおいて、トルク変動抑制制御によるエンジン７の出力トルクが出力トルク範囲Ｔea〜Ｔebを逸脱する場合の目標エンジン出力トルクの補正を行い、エンジン７の出力トルクがＰＭとＮＯｘのトータルの排出量が最も少なくなる領域の出力トルク範囲Ｔea〜Ｔebに収まるように制御する。
【００７９】
このように本実施の形態では、エンジン７の排気ガスに含まれる大気汚染物質である粒子状物質ＰＭと窒素酸化物ＮＯｘの排出量の低減に適した特定のエンジン回転速度Ｎeaと特定のエンジン出力トルク範囲Ｔea〜Ｔebを予め定めておき、その特定のエンジン回転速度Ｎeaを目標エンジン回転速度として制御しながら、特定のエンジン出力トルク範囲Ｔea〜Ｔebをエンジン７の目標出力トルクの上下限値として制御するものであり、これによりエンジン７の回転速度と出力トルクは図１０に示すＰＭとＮＯｘのトータルの排出量が最も少なくなる領域に収まるように制御され、ＰＭ及びＮＯｘの排出量を更に抑制することができる。
＜第２の実施の形態のバリエーション＞
上述した第２の実施の形態では、エンジン７の目標回転速度と出力トルク範囲をＰＭとＮＯｘのトータルの排出量が最も少なくなる領域に設定した。しかし、ＰＭとＮＯｘのトータルの排出量以外のファクタに基づいて、或いはそれ以外のファクタを追加してエンジン７の目標回転速度と出力トルク範囲を設定してもよい。そのようなファクタとしては、例えば、ＰＭの排出量とエンジン７の燃料消費量の組み合わせ、ＮＯｘの排出量と燃料消費量の組み合わせ、ＰＭとＮＯｘのトータルの排出量と燃料消費量の組み合わせ、ＰＭの排出量の排出量のみ、ＮＯｘの排出量のみなどがある。
【００８０】
まず、ＰＭの排出量と燃料消費量の組み合わせをエンジン７の目標回転速度と出力トルク範囲の設定に用いる場合について説明する。
【００８１】
図１５は、エンジン７の回転速度と出力トルクの相関で表した、エンジン７の排気ガスに含まれる粒子状物質ＰＭの排出量のマップ（右側）とエンジン７の燃料消費量のマップ（左側）を示す線図である。図１５の右側のＰＭの排出量のマップそのものは図１０（右側）に示したものと同じである。エンジン７の燃料消費量は、図１５の左側に示すように、回転速度と出力トルクの相関において、燃料消費量が多い領域と少ない領域が存在する。ＰＭの排出量と燃料消費量の関係を比較すると、両者の組み合わせでＰＭの排出量と燃料消費量が最も少なくなる領域が存在し、例えば図１５に楕円で示されるエンジン回転速度Ｎecと出力トルク範囲Ｔee〜Ｔefの領域である。
【００８２】
そこで、図１１に示した車体コントローラ１１Ａの記憶装置１１ｆＡにそのエンジン回転速度Ｎecと出力トルク範囲Ｔee〜Ｔefを記憶しておく。目標回転速度演算部１１ａでは、エンジン回転速度Ｎecをエンジン７の目標回転速度として設定する。トルク配分補正部１１ｅの目標アシストトルク補正部１１ｅ２では、エンジン７の目標出力トルクが出力トルク範囲Ｔee〜Ｔefを逸脱する場合、エンジンの目標出力トルクが出力トルク範囲Ｔee〜Ｔef内に収まるようエンジンの目標出力トルクを補正し、補正前のエンジンの目標出力トルクの逸脱量を目標アシストトルク演算部１１ｃで求めた目標アシストトルクに追加する。これによりエンジン回転速度がＰＭの排出量と燃料消費量の最も少ない領域の回転速度Ｎecに維持され、エンジン出力トルクがＰＭの排出量と燃料消費量の最も少ない領域の出力トルク範囲Ｔee〜Ｔefに収まるように制御される。
【００８３】
これによりアシスト電動機１０の力行／発電制御によりＰＭ及びＮＯｘの排出量を抑制することができるだけでなく、エンジン７の目標回転速度と出力トルク範囲の適切な設定によりＰＭ排出量を更に抑制しかつ燃料消費量も少なくすることができる。
【００８４】
ＮＯｘの排出量と燃料消費量の組み合わせをエンジン７の目標回転速度と出力トルク範囲の設定に用いる場合について説明する。
【００８５】
図１６は、エンジン７の回転速度と出力トルクの相関で表した、エンジン７の排気ガスに含まれる窒素酸化物ＮＯｘの排出量のマップ（右側）とエンジン７の燃料消費量のマップ（左側）を示す線図である。ＮＯｘの排出量と燃料消費量のマップそのものは図１０（左側）及び図１５（左側）に示したものと同じである。ＮＯｘの排出量と燃料消費量の関係を比較すると、両者の組み合わせでＮＯｘの排出量と燃料消費量が最も少なくなる領域が存在し、例えば図１６に楕円で示されるエンジン回転速度Ｎedと出力トルク範囲Ｔeg〜Ｔehの領域である。
【００８６】
そこで、図１１に示した車体コントローラ１１Ａの記憶装置１１ｆＡにそのエンジン回転速度Ｎedと出力トルク範囲Ｔeg〜Ｔehを記憶しておく。目標回転速度演算部１１ａでは、エンジン回転速度Ｎedをエンジン７の目標回転速度として設定する。トルク配分補正部１１ｅの目標アシストトルク補正部１１ｅ２では、エンジン７の目標出力トルクが出力トルク範囲Ｔeg〜Ｔehを逸脱する場合、エンジンの目標出力トルクが出力トルク範囲Ｔeg〜Ｔeh内に収まるようエンジンの目標出力トルクを補正し、補正前のエンジンの目標出力トルクの逸脱量を目標アシストトルク演算部１１ｃで求めた目標アシストトルクに追加する。これによりエンジン回転速度がＮＯｘの排出量と燃料消費量の最も少ない領域の回転速度Ｎedに維持され、エンジン出力トルクがＮＯｘの排出量と燃料消費量の最も少ない領域の出力トルク範囲Ｔeg〜Ｔehに収まるように制御される。
【００８７】
これによりアシスト電動機１０の力行／発電制御によりＰＭ及びＮＯｘの排出量を抑制することができるだけでなく、エンジン７の目標回転速度と出力トルク範囲の適切な設定によりＮＯｘ排出量を更に抑制しかつ燃料消費量も少なくすることができる。
【００８８】
ＰＭとＮＯｘのトータルの排出量と燃料消費量の組み合わせをエンジン７の目標回転速度と出力トルク範囲の設定に用いる場合について説明する。
【００８９】
図１７は、エンジン７の回転速度と出力トルクの相関で表した、エンジン７の排気ガスに含まれる粒子状物質ＰＭのマップ（中央）及び窒素酸化物ＮＯｘの排出量のマップ（右側）とエンジン７の燃料消費量のマップ（左側）を示す線図である。ＰＭとＮＯｘの排出量と燃料消費量のマップそのものは図１０及び図１５（左側）に示したものと同じである。ＰＭ及びＭＯｘの排出量と燃料消費量の関係を比較すると、ＰＭ及びＭＯｘのトータルの排出量と燃料消費量との組み合わせにおいて、それらの値が最も少なくなる領域が存在し、例えば図１７に楕円で示されるエンジン回転速度Ｎeeと出力トルク範囲Ｔei〜Ｔejの領域である。
【００９０】
そこで、図１１に示した車体コントローラ１１Ａの記憶装置１１ｆＡにそのエンジン回転速度Ｎeeと出力トルク範囲Ｔei〜Ｔejを記憶しておく。目標回転速度演算部１１ａでは、エンジン回転速度Ｎeeをエンジン７の目標回転速度として設定する。トルク配分補正部１１ｅの目標アシストトルク補正部１１ｅ２では、エンジン７の目標出力トルクが出力トルク範囲Ｔei〜Ｔejを逸脱する場合、エンジンの目標出力トルクが出力トルク範囲Ｔei〜Ｔej内に収まるようエンジンの目標出力トルクを補正し、補正前のエンジンの目標出力トルクの逸脱量を目標アシストトルク演算部１１ｃで求めた目標アシストトルクに追加する。これによりエンジン回転速度がＰＭ及びＭＯｘのトータルの排出量と燃料消費量の最も少ない領域の回転速度Ｎeeに維持され、エンジン出力トルクがＰＭ及びＭＯｘのトータルの排出量と燃料消費量の最も少ない領域の出力トルク範囲Ｔei〜Ｔejに収まるように制御される。
【００９１】
これによりアシスト電動機１０の力行／発電制御によりＰＭ及びＮＯｘの排出量を抑制することができるだけでなく、エンジン７の目標回転速度と出力トルク範囲の適切な設定によりＰＭとＮＯｘの排出量を更に抑制しかつ／又は燃料消費量をも少なくすることができる。
【００９２】
ＰＭの排出量のみ、ＮＯｘの排出量のみをエンジン７の目標回転速度と出力トルク範囲の設定に用いる場合については、詳細は省略するが、上記のファクタの場合と同様に、ＰＭ、或いはＮＯｘの排出量が最も少なくなる特定のエンジン回転速度Ｎef或いはＮegと特定のエンジン出力トルク範囲Ｔek〜Ｔel或いはＴem〜Ｔenを決めて記憶装置１１ｆＡに記憶し、エンジン回転速度とエンジン出力トルクを制御することができる。
【００９３】
以上は、第２の実施の形態のバリエーションとして、図１１に示した車体コントローラ１１Ａの記憶装置１１ｆＡに第２の実施の形態と異なる特定の回転速度と特定の出力トルクを記憶し、エンジンの回転速度制御を電動機のアシストトルク制御を行った場合を説明したが、第１の実施の形態のバリエーションとして、図５に示した車体コントローラ１１の記憶装置１１ｆに同様の回転速度を記憶し、エンジン回転速度の制御と電動機のアシストトルク制御を行ってもよい。
＜第３の実施の形態＞
本発明の第３の実施の形態を図１８を用いて説明する。第２の実施の形態及びそのバリエーションでは、ＰＭとＮＯｘのトータルの排出量、ＰＭの排出量と燃料消費量の組み合わせ、ＮＯｘの排出量と燃料消費量の組み合わせ、ＰＭとＮＯｘのトータルの排出量と燃料消費量の組み合わせ、ＰＭの排出量のみ、ＮＯｘの排出量のみのいずれかを最も少なくするエンジン回転速度と出力トルク範囲を記憶装置１１ｆＡに記憶してエンジンの回転速度制御と電動機のアシストトルク制御を行った。本実施の形態は、それらの全てのエンジン回転速度と出力トルク範囲を記憶装置１１ｆＢに記憶し、それらのいずれかを選択できるようにしたものである。
【００９４】
図１８は、本実施の形態における車体コントローラ１１Ｂが行う速度制御及びトルク変動抑制制御の処理内容を示す機能ブロック図である。
【００９５】
本実施の形態における車体コントローラ１１Ｂは、目標回転速度演算部１１ａＢと、ポンプ吸収トルク演算部１１ｂと、目標アシストトルク演算部１１ｃと、トルク配分補正部１１ｅＢと、アシスト電動機力行／発電演算部１１ｄの各機能と、記憶装置１１ｆＢとを有している。また、本実施の形態における油圧ショベルは、第１〜第６モードのいずれを選択するかを切り換えるモード切換スイッチ２２を備えている。第１モードはＰＭとＮＯｘのトータルの排出量を最も少なくするモード、第２モードはＰＭの排出量と燃料消費量の組み合わせでそれぞれを最も少なくするモード、第３モードはＮＯｘの排出量と燃料消費量の組み合わせでそれぞれを最も少なくするモード、第４モードはＰＭとＮＯｘのトータルの排出量と燃料消費量の組み合わせでそれぞれを最も少なくするモード、第５モードはＰＭの排出量のみを最も少なくするモード、第６モードはＮＯｘの排出量のみを最も少なくするモードである。モード切換スイッチ２２は作業機械の製造者或いは管理者が操作できる箇所に設置されている。モード切換スイッチ２２の指令信号は目標回転速度演算部１１ａＢ及びトルク配分補正部１１ｅＢの目標アシストトルク補正部１１ｅ２Ｂに入力される。
【００９６】
記憶装置１１ｆＢは、第１〜第６モードのエンジン回転速度と出力トルク範囲として、上述したエンジン回転速度Ｎea，Ｎec，Ｎed，Ｎee，Ｎef，Ｎeg及び出力トルク範囲Ｔea〜Ｔeb，Ｔee〜Ｔef，Ｔeg〜Ｔeh，Ｔei〜Ｔej，Ｔek〜Ｔel，Ｔem〜Ｔenの全てを記憶している。
【００９７】
目標回転速度演算部１１ａＢは、モード切換スイッチ２２からの指令信号を入力し、記憶装置１１ｆＢに記憶したエンジン回転速度Ｎea，Ｎec，Ｎed，Ｎee，Ｎef，Ｎegの対応するものを読み出してエンジン７の目標回転速度として設定し、その値をエンジンコントローラ２１に出力する。
【００９８】
ポンプ吸収トルク演算部１１ｂ及び目標アシストトルク演算部１１ｃの処理内容及びトルク配分補正部１１ｅＢのエンジン出力トルク演算部１１ｅ１の処理内容は第１及び第２の実施の形態のものと同じであるので、説明を省略する。
【００９９】
トルク配分補正部１１ｅＢの目標アシストトルク補正部１１ｅ２Ｂは、モード切換スイッチ２２からの指令信号を入力し、記憶装置１１ｆＢに記憶したＴea〜Ｔeb，Ｔee〜Ｔef，Ｔeg〜Ｔeh，Ｔei〜Ｔej，Ｔek〜Ｔel，Ｔem〜Ｔenの対応するものを読み出して設定し、図１３に示した場合と同様に、エンジンの目標出力トルクが設定した出力トルク範囲出力トルク範囲Ｔea〜Ｔeb又はＴee〜Ｔef又はＴeg〜Ｔeh又はＴei〜Ｔej又はＴek〜Ｔel又は，Ｔem〜Ｔenを逸脱するような値となってしまった場合、エンジンの目標出力トルクが設定した出力トルク範囲内に収まるようエンジンの目標出力トルクを補正し、補正前のエンジンの目標出力トルクの逸脱量を目標アシストトルク演算部１１ｃで求めた目標アシストトルクに追加する。
【０１００】
本実施の形態によれば、モード切換スイッチ２２により第１〜第６モードの任意の１つを選択できるようにしたので、油圧ショベルの作業環境や稼動エリアの規制に応じて、ＰＭとＮＯｘのトータルの排出量、ＰＭの排出量と燃料消費量の組み合わせ、ＮＯｘの排出量と燃料消費量の組み合わせ、ＰＭとＮＯｘのトータルの排出量と燃料消費量の組み合わせ、ＰＭの排出量のみ、ＮＯｘの排出量のみのうちの最適のファクタを選択し、作業環境や稼動エリアの規制に応じた最適なエンジンの回転速度制御と電動機のアシストトルク制御を行うことができる。
【０１０１】
なお、第３の実施の形態では、第２の実施の形態のようにトルク配分補正部１１ｅＢを備える車体コントローラ１１Ｂにモード切換スイッチ２２を設け、エンジン回転速度と出力トルク範囲を選択できるようにしたが、図５に示した第１の実施の形態のようにトルク配分補正部を備えない車体コントローラ１１にモード切換スイッチ２２を設け、エンジン回転速度を選択できるようにしてもよい。このようにした場合も、油圧ショベルの作業環境や稼動エリアの規制に応じて最適のファクタを選択し、作業環境や稼動エリアの規制に応じた最適なエンジンの回転速度制御を行うことができるとともに、ポンプ吸収トルクのハイパスフィルタ処理による電動機のアシストトルク制御を行うことができる。
＜第４の実施の形態＞
本発明の第４の実施の形態を図１９〜図２１を用いて説明する。本実施の形態は、ポンプ吸収トルクの他の演算方法を示すものである。
【０１０２】
図１９は、本実施の形態におけるアクチュエータ駆動制御システムの構成図である。図１９において、本実施形態におけるアクチュエータ駆動制御システムは、トルクセンサ１９を備えておらず、トルクセンサ１９の検出信号に代え、回転センサ２３の検出信号が車体コントローラ１１Ｃに入力される。
【０１０３】
図２０は、本実施の形態における車体コントローラ１１Ｃが行う速度制御及びトルク変動抑制制御の処理内容を示す機能ブロック図である。
【０１０４】
本実施の形態における車体コントローラ１１Ｃは、目標回転速度演算部１１ａと、ポンプ吸収トルク演算部１１ｂＣと、目標アシストトルク演算部１１ｃと、トルク配分補正部１１ｅと、アシスト電動機力行／発電演算部１１ｄの各機能と、記憶装置１１ｆＡとを有している。
【０１０５】
ポンプ吸収トルク演算部１１ｂＣ以外の要素の処理内容及び構成は第１及び第２の実施の形態のものと同じであるので、説明を省略する。
【０１０６】
ポンプ吸収トルク演算部１１ｂＣはエンジン回転速度偏差演算部１１ｂＣ１とポンプ吸収トルク推定部１１ｂＣ２を有している。回転センサ２３の検出信号はエンジン回転速度偏差演算部１１ｂＣ１に入力される。
【０１０７】
図２１は、エンジン回転速度偏差演算部１１ｂＣ１とポンプ吸収トルク推定部１１ｂＣ２の処理概念を示す図である。
【０１０８】
まず、エンジン回転速度偏差演算部１１ｂＣ１は、目標エンジン回転速度と実エンジン回転速度との差であるエンジン回転速度偏差を演算する。目標エンジン回転速度は目標エンジン回転速度演算部１１ａから入力する。実エンジン回転速度は回転センサ２３の検出値である。
【０１０９】
エンジン回転速度偏差演算部１１ｂＣ１で演算されたエンジン回転速度偏差はエンジンコントローラ２１に入力される。エンジンコントローラ２１は、エンジン回転速度偏差が少なくなるように目標燃料噴射量を演算し、対応する制御信号をエンジン７に備えられた電子ガバナ７ａに出力する。電子ガバナ７ａはその制御信号により作動して目標燃料噴射量相当の燃料を噴射する。これによりエンジンは目標回転速度が維持されるよう制御され、エンジン７の出力トルクも調節される。
【０１１０】
エンジン７、アシスト電動機１０、油圧ポンプ６からなる回転体には、エンジン７の出力トルクＴｅに加えて、油圧ポンプ６の負荷トルク（ポンプ吸収トルク）Ｔｐとインバータ１２によって制御されるアシスト電動機１０の力行或いは回生トルクＴｍが作用し、回転体を加減速する。エンジン７、アシスト電動機１０、油圧ポンプ６からなる回転体の回転軸は共通であり、回転体の回転速度ωが実エンジン回転速度である。この実エンジン回転速度はエンジン回転速度偏差としてエンジンコントローラ２１へフィードバックされる。図２１では回転体の加速方向のトルクを正と定義しているので、ポンプ吸収トルクＴｐは負であり、アシスト電動機１０のトルクＴｍは力行時は正、回生時は負である。
【０１１１】
まず、ポンプ吸収トルクＴｐとアシスト電動機１０の力行或いは回生トルクＴｍが０の場合を考える。回転体を慣性Ｊで近似すると、エンジントルクＴｅを加えたときの回転体の速度ωは、微分をｓとして、ω＝（１／Ｊｓ）×Ｔｅで表すことができる。逆に、回転体の速度から、印加したエンジントルクＴｅの推定値Ｔｅ’を、Ｔｅ’＝Ｊｓ×ωと表すことができ、推定値Ｔｅ’は実際のエンジントルクＴｅに近い値になる。
【０１１２】
Ｔｐ及びＴｍが０でない場合は、速度ωがこれらの影響を受けるので、Ｔｅ’はＴｐ及びＴｍを含んだ値になり、Ｔｅとの乖離が生じる。すなわち、実際のエンジントルクＴｅと、速度から推定したエンジントルクＴｅ’との差がＴｐ及びＴｍとなる。これらの関係をポンプ吸収トルクに関してまとめ、ポンプ吸収トルクを、Ｔｐ’＝Ｊｓ×ω−Ｔｅ−Ｔｍと表すことができる。ただし、微分はノイズなどを考慮して、差分或いはローパスフィルタ付きの差分で近似する。
【０１１３】
ここで、エンジントルクＴｅは、次のように求まる。エンジンコントローラ２１はエンジン７の目標燃料噴射量を演算し、電子ガバナ７ａの燃料噴射量を増減させることでエンジン７の出力トルクを調節している。燃料噴射量は出力トルクにほぼ比例する。よって、エンジンコントローラ２１が演算する目標燃料噴射量からエンジントルクＴｅが求まる。また、アシスト電動機１０の力行或いは回生トルクＴｍは車体コントローラ１１Ｃがインバータ１２の制御で演算する値である。回転体の速度ωは実エンジン回転速度に等しく、回転センサ２３により検出された値である。回転体の慣性Ｊは既知である。
【０１１４】
ポンプ吸収トルク推定部１１ｂＣ２は、エンジンコントローラ２１が演算する目標燃料噴射量からエンジントルクＴｅを求め、車体コントローラ１１Ｃの内部演算値であるアシスト電動機１０の力行或いは回生トルクＴｍ、回転センサ２３の検出値である実エンジン回転速度ω、既知の値である回転体の慣性Ｊを用いてＴｐ’＝Ｊｓ×ω−Ｔｅ−Ｔｍの演算を行い、ポンプ吸収トルクＴｐ’を推定する。
【０１１５】
本実施の形態によれば、トルクセンサに代え、既存の回転センサを用いてポンプ吸収トルクを演算するため、システムを安価に構成することができる。
＜第５の実施の形態＞
本発明の第５の実施の形態を図２２〜図２４を用いて説明する。本実施の形態は、ポンプ吸収トルクの更に他の演算方法を示すものである。
【０１１６】
図２２は、本実施の形態におけるアクチュエータ駆動制御システムの構成図である。図２２において、本実施形態におけるアクチュエータ駆動制御システムは、トルクセンサ１９に代え、シャトル弁ブロック２５と圧力センサ２６とを備え、圧力センサ２６の検出信号が車体コントローラ１１Ｄに入力される。
【０１１７】
図２３は、本実施の形態における車体コントローラ１１Ｄが行う速度制御及びトルク変動抑制制御の処理内容を示す機能ブロック図である。
【０１１８】
本実施の形態における車体コントローラ１１Ｄは、目標回転速度演算部１１ａと、ポンプ吸収トルク予測部１１ｂＤと、目標アシストトルク演算部１１ｃと、トルク配分補正部１１ｅと、アシスト電動機力行／発電演算部１１ｄの各機能と、記憶装置１１ｆＡとを有している。
【０１１９】
ポンプ吸収トルク予測部１１ｂＤ以外の要素の処理内容及び構成は第１及び第２の実施の形態のものと同じであるので、説明を省略する。
【０１２０】
ポンプ吸収トルク演算部１１ｂＤは比例微分処理部１１ｂＤ１とゲイン処理部１１ｂＤ２を有している。圧力センサ２６の検出信号は比例微分処理部１１ｂＤ１に入力される。
【０１２１】
図２４は、比例微分処理部１１ｂＤ１とゲイン処理部１１ｂＤ２の処理概念を示す図である。
【０１２２】
比例微分処理部１１ｂＤ１は、圧力センサ２６の検出値であるシャトルブロック２５の出力圧力（最も圧力の高い油圧操作信号）に微分成分を足し込んで補正することにより、アクチュエータ駆動制御システムの被駆動体の慣性による誤差分を補正する。ゲイン処理部１１ｂＤ２は、その油圧操作信号の比例微分処理値に所定のゲインＫを乗じてポンプ吸収トルクの予測値を求める。
【０１２３】
油圧ポンプ６の制御装置であるレギュレータ６ａにポジティブ制御方式或いはネガティブ制御方式を用いている場合、操作レバー装置４ａ，４ｂ或いは操作ペダル装置の操作部材の操作量が増加すると油圧ポンプ６の吐出流量が増加し、そのときの被駆動部材の負荷（フロント装置１Ａの負荷或いは下部走行体１ｅの負荷）に応じて油圧ポンプ６の負荷トルクであるポンプ吸収トルクが増加する。その被駆動部材の負荷の大きさは被駆動部材の慣性の影響を受ける。したがって、操作レバー装置４ａ，４ｂ或いは操作ペダル装置が生成する油圧操作信号に微分成分を足し込んで補正することにより、概ね、ポンプ吸収トルクに比例した値を予測することができる。
【０１２４】
本実施の形態によれば、トルクセンサに代え、汎用的に入手可能な圧力センサを用いてポンプ吸収トルクを予測するため、システムを安価に構成することができる。
＜第６の実施の形態＞
本発明の第６の実施の形態を図２５〜図２７を用いて説明する。本実施の形態は、エンジンに作用する負荷トルクに代えてエンジンの出力トルクを用い、かつその出力トルクがエンジンの目標出力トルクとなるように制御するものである。
【０１２５】
図２５は、本実施の形態におけるアクチュエータ駆動制御システムの構成図である。図２５において、本実施形態におけるアクチュエータ駆動制御システムは、トルクセンサ１９を備えておらず、トルクセンサ１９の検出信号に代え、回転センサ２３の検出信号が車体コントローラ１１Ｅに入力される。また、エンジンコントローラ２１からその内部演算値である目標燃料噴射量の信号が車体コントローラ１１Ｅに入力される。
【０１２６】
図２６は、本実施の形態における車体コントローラ１１Ｅが行う速度制御及びトルク変動抑制制御の処理内容を示す機能ブロック図である。
【０１２７】
本実施の形態における車体コントローラ１１Ｅは、目標回転速度演算部１１ａと、エンジントルク演算部１１ｇと、目標アシストトルク演算部１１ｈと、アシスト電動機力行／発電演算部１１ｄの各機能と、記憶装置１１ｆＥとを有している。
【０１２８】
記憶装置１１ｆＥは、例えばエンジン７の排気ガスに含まれる粒子状物質ＰＭの排出量の低減に適した特定のエンジン回転速度と特定のエンジン出力トルクとして、エンジン回転速度Ｎepと出力トルクＴepを記憶している。
【０１２９】
図２７は、エンジン７の回転速度と出力トルクの相関で表した、エンジン７の排気ガスに含まれる粒子状物質ＰＭのマップを示す線図である。この図２７に示すように、記憶装置１１ｆＥに記憶したエンジン回転速度Ｎepと出力トルクＴepはＰＭ排出量の最も少ない円形の領域に設定されている。
【０１３０】
目標回転速度演算部１１ａは、記憶装置１１ｆＥに記憶したエンジン回転速度Ｎepを読み出してエンジン７の目標回転速度として設定し、その値をエンジンコントローラ２１に出力する。前述したように、エンジンコントローラ２１は、その目標回転速度と、回転センサ２３が検出するエンジン７の実回転速度との偏差を演算して、この偏差に応じた目標燃料噴射量を演算し、対応する制御信号を電子ガバナ７ａに出力し、エンジン７は目標回転速度が維持されるよう制御される
エンジントルク演算部１１ｇは、エンジンコントローラ２１の内部演算値である目標燃料噴射量の信号を入力し、この目標燃料噴射量に基づいてエンジン７の出力トルクを演算する。
【０１３１】
目標アシストトルク演算部１１ｈはトルク偏差演算部１１ｈ１と目標アシストトルク変換処理部１１ｈ２を有している。トルク偏差演算部１１ｈ１は、記憶装置１１ｆＥに記憶したエンジン出力トルクＴepをエンジン７の目標出力トルクとして読み出し、この目標出力トルクＴepからエンジントルク演算部１１ｇで演算したエンジン出力トルクを差し引いてトルク偏差を演算する。目標アシストトルク変換処理部１１ｈ２は、トルク偏差演算部１１ｈ１で演算したトルク偏差よりアシスト電動機１０の目標アシストトルクを算出する。
アシスト電動機力行／発電演算部１１ｄは、目標アシストトルク演算部１１ｈの目標アシストトルク変換処理部１１ｈ２で求めたアシスト電動機１０の目標アシストトルクの力行／発電の各値に応じて、アシスト電動機１０に指令する力行／発電電力を演算し、インバータ１２に制御信号を送り、アシスト電動機１０を力行／発電制御する。
【０１３２】
このように構成した本実施の形態においても、エンジン７の排気ガスに含まれる大気汚染物質である粒子状物質ＰＭの排出量の低減に適した特定のエンジン回転速度Ｎepと特定のエンジン出力トルクＴepを予め定めておき、その特定のエンジン回転速度Ｎep
と特定のエンジン出力トルクＴepがそれぞれ目標エンジン回転速度及び目標エンジン出力トルクとなるように制御することで、エンジン７の回転速度と出力トルクが図２７に示すＰＭの排出量が最も少なくなるように制御され、ＰＭの排出量を抑制することができる。
【０１３３】
なお、第６の実施の形態では、エンジン７の目標回転速度と出力トルクをＰＭ排出量の最も少ない領域にあるエンジン回転速度Ｎepと出力トルクＴepに設定したが、前述した第２の実施の形態のバリエーションのように、ＰＭとＮＯｘのトータルの排出量、ＰＭの排出量とエンジン７の燃料消費量の組み合わせ、ＮＯｘの排出量と燃料消費量の組み合わせ、ＰＭとＮＯｘのトータルの排出量と燃料消費量の組み合わせ、ＮＯｘの排出量のいずれかを最も少なくする領域のエンジン回転速度と出力トルクを設定してもよい。また，前述した第３の実施の形態のように、それらのエンジン回転速度と出力トルクの全てを記憶装置に記憶しかつモード切換スイッチを設け、最適のエンジン回転速度と出力トルク範囲を適宜選択できるようにしてもよい。
＜その他＞
なお、本発明は上記実施例１〜６に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、車体の旋回体を駆動するアクチュエータについては電動機による旋回システムとしたが、油圧による通常の旋回モータを用いたシステムでもよい。目標のエンジン回転速度は１つに設定したが、油圧作業機械の作業内容や作業条件、ユーザ設定等により目標のエンジン回転速度を複数設定し、適宜目標を切り替えて制御する構成としてもよい。操作レバー装置は油圧操作信号を出力するものとしたが、電気信号を出力するものであってもよい。電動機はエンジンと油圧ポンプの中間に直列に連結される方式としたが、歯車機構を介してエンジンに対して油圧ポンプと電動機を並列に連結してもよい。油圧ポンプの負荷トルク（ポンプ吸収トルク）に対してハイパスフィルタ処理を行ったが、ローパスフィルタ処理を行い、フィルタ処理後の値（トレンド成分）をポンプ吸収トルクから差し引くことで高周波成分を求めてもよい。油圧ポンプの負荷トルクのトレンド成分や高周波成分を演算する際、演算周期の何サイクルか前の演算値に対して微分等の処理を行うことにより、今後の値を予測してフィードフォワード制御を組み合わせてもよい。更に、本発明は油圧ショベルに限らず、ホイールローダ、走行クレーン、ブルドーザ等その他の油圧作業機械にも同様に適用可能である。
【符号の説明】
【０１３４】
３ａ  ブームシリンダ
３ｂ  アームシリンダ
３ｃ  バケットシリンダ
３ｅ，３ｆ  左右の走行モータ
４ａ，４ｂ  操作レバー装置
５ａ〜５ｃ，５ｅ，５ｆ  方向切換弁
６  油圧ポンプ
６ａ  レギュレータ
７  エンジン
７ａ  電子ガバナ
８  リリーフ弁
９  タンク
１０  アシスト電動機
１１  車体コントローラ
１１ａ  目標回転速度演算部
１１ｂ  ポンプ吸収トルク演算部
１１ｃ  目標アシストトルク演算部
１１ｃ１  ハイパスフィルタ処理部
１１ｃ２  目標アシストトルク変換処理部
１１ｄ  アシスト電動機力行／発電演算部
１１ｆ  記憶装置
１１Ａ  車体コントローラ
１１ｅ  トルク配分補正部
１１ｅ１  エンジン出力トルク演算部
１１ｅ２  目標アシストトルク補正部
１１ｆＡ  記憶装置
１１Ｂ  車体コントローラ
１１ａＢ  目標回転速度演算部
１１ｆＢ  記憶装置
１１ｅＢ  トルク配分補正部
１１ｅ２Ｂ  目標アシストトルク補正部
１１Ｃ  車体コントローラ
１１ｂＣ  ポンプ吸収トルク演算部
１１ｂＣ１  エンジン回転速度偏差演算部
１１ｂＣ２  ポンプ吸収トルク推定部
１１Ｄ  車体コントローラ
１１ｂＤ  ポンプ吸収トルク予測部
１１ｂＤ１  比例微分処理部
１１ｂＤ２  ゲイン処理部
１１Ｅ  車体コントローラ
１１ｆＥ  記憶装置
１１ｇ  エンジントルク演算部
１１ｈ  目標アシストトルク演算部
１１ｈ１  トルク偏差演算部
１１ｈ２  目標アシストトルク変換処理部
１２，１３  インバータ
１４  チョッパ
１５  バッテリ
１６  旋回電動機
１７，１８  圧力センサ
１９  トルクセンサ
２０  エンジンコントロールダイヤル
２１  エンジンコントローラ
２２  モード切換スイッチ
２３  回転センサ
２６  圧力センサ
【図１】
0005341134.tif 000002
【図２】
0005341134.tif 000003
【図３】
0005341134.tif 000004
【図４】
0005341134.tif 000005
【図５】
0005341134.tif 000006
【図６】
0005341134.tif 000007
【図７】
0005341134.tif 000008
【図８】
0005341134.tif 000009
【図９】
0005341134.tif 000010
【図１０】
0005341134.tif 000011
【図１１】
0005341134.tif 000012
【図１２】
0005341134.tif 000013
【図１３】
0005341134.tif 000014
【図１４】
0005341134.tif 000015
【図１５】
0005341134.tif 000016
【図１６】
0005341134.tif 000017
【図１７】
0005341134.tif 000018
【図１８】
0005341134.tif 000019
【図１９】
0005341134.tif 000020
【図２０】
0005341134.tif 000021
【図２１】
0005341134.tif 000022
【図２２】
0005341134.tif 000023
【図２３】
0005341134.tif 000024
【図２４】
0005341134.tif 000025
【図２５】
0005341134.tif 000026
【図２６】
0005341134.tif 000027
【図２７】
0005341134.tif 000028