(57)【要約】【課題】エンジンを小型化し、燃焼効率のよいハイブリッド型の作業車を提供する。【解決手段】油圧シリンダや油圧モータ等の複数の油圧アクチュエータを有し、該アクチュエータに作動油を圧送する油圧ポンプ３１・１３１をエンジン１５で駆動する油圧作業機において、前記エンジン１５と、油圧ポンプ３１・１３１と、ジェネレータ８１と、電動機８６またはジェネレータ機能を有する電動機とを連動連結し、エンジンとジェネレータと電動機を制御装置７９と接続し、アクチュエータの負荷が軽負荷の場合はジェネレータを作動させてエンジン負荷を増加させてバッテリ８５に充電し、アクチュエータの負荷が過大な場合はバッテリから電力を供給して電動機を駆動してエンジンをアシストするように制御する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
油圧シリンダや油圧モータ等の複数の油圧アクチュエータを有し、
該アクチュエータに作動油を圧送する油圧ポンプをエンジンで駆動する油圧作業機において、
前記エンジンと、
前記油圧ポンプと、
ジェネレータと、
電動機またはジェネレータ機能を有する電動機とを連動連結し、
前記エンジンと前記ジェネレータと前記電動機を制御装置と接続し、
前記エンジンの負荷状態を検知する手段を設けてエンジン負荷を検知するとともに、
前記エンジンが軽負荷の場合は前記ジェネレータを作動させてバッテリを充電し、
前記エンジンが過大負荷の場合は前記バッテリから電力を供給して前記電動機を駆動して前記エンジンをアシストすること、
を特徴とするハイブリッド型油圧作業機。
【請求項２】
前記エンジンは作業時において、
前記軽負荷と前記過大な負荷との間の負荷領域で駆動すること、
を特徴とする請求項１に記載のハイブリッド型油圧作業機。
【請求項３】
前記バッテリの残量を検知する手段を設けてバッテリ残量を検知するとともに、
前記軽負荷の閾値と前記過大な負荷の閾値を、バッテリ残量に応じて変更すること、
を特徴とする請求項２に記載のハイブリッド型油圧作業機。
【請求項４】
前記エンジンの負荷状態を燃料噴射ポンプのガバナラック位置から検出すること、
を特徴とする請求項１に記載のハイブリッド型油圧作業機。
【請求項５】
前記複数の油圧アクチュエータのうち、
少なくとも一つのアクチュエータと油圧ポンプを閉回路で構成すること、
を特徴とする請求項１に記載のハイブリッド型油圧作業機。
【請求項６】
前記エンジンは始動時において、
電動機またはジェネレータ機能を有する電動機のいずれか、
または、両方の組み合わせによりエンジンを駆動して始動すること、
を特徴とする請求項１に記載のハイブリッド型油圧作業機。
【請求項７】
前記エンジンとジェネレータとを連動連結して第一仕組とし、
前記油圧ポンプと電動機とを連動連結して第二仕組とし、
該第一仕組と第二仕組の間にクラッチを介装して制御装置と接続し、
アクチュエータの負荷が軽負荷の場合は前記クラッチを「断」として電動機で油圧ポンプを駆動し、
アクチュエータの負荷が設定値より大きい場合は前記クラッチを「接」として、
エンジン、またはエンジンと電動機の両方で油圧ポンプを駆動するようにしたこと、
を特徴とする請求項１に記載のハイブリッド型油圧作業機。
【請求項８】
前記制御装置は、
前記ジェネレータから前記バッテリへの充電電流を制御する充電電流制御手段と、
前記バッテリから前記電動機への放電電流を制御する放電電流制御手段とを備え、
エンジン負荷が予め記憶された負荷第一設定値よりも小さい場合には、
前記エンジンの運転に加えて前記ジェネレータを作動させ、充電電流を充電電流制御手段により制御して前記バッテリを充電し、かつ、
エンジン負荷が予め記憶された負荷第二設定値よりも大きい場合には、
前記エンジンの運転に加えて、前記放電電流制御手段により放電電流を制御して、電動機を作動させること、
を特徴とする請求項１に記載のハイブリッド型油圧作業機。
【請求項９】
前記負荷第一設定値および前記負荷第二設定値を、
バッテリ残量に応じて補正すること、
を特徴とする請求項８に記載のハイブリッド型油圧作業機。
【請求項１０】
前記エンジン負荷が予め記憶された前記負荷第二設定値よりも大きい場合には、
エンジン負荷が前記負荷第二設定値となるように前記電動機を制御すること、
を特徴とする請求項８に記載のハイブリッド型油圧作業機。
【請求項１１】
前記放電電流制御手段が、
放電電流リミッタを備え、
該放電電流リミッタにより、
前記バッテリからの放電電流を制限して、
前記電動機を作動すること、
を特徴とする請求項８に記載のハイブリッド型油圧作業機。
【請求項１２】
前記放電電流制御手段が、
放電電流リミッタを備え、
該放電電流リミッタにより、
前記制御装置に予め記憶された電動機トルク特性に基づいて放電電流に制限を加えて、
前記電動機を作動すること、
を特徴とする請求項８に記載のハイブリッド型油圧作業機。
【請求項１３】
前記エンジン負荷が予め記憶された前記負荷第一設定値よりも小さい場合には、
エンジン負荷が前記負荷第一設定値となるように前記ジェネレータを制御すること、
を特徴とする請求項８に記載のハイブリッド型油圧作業機。
【請求項１４】
前記充電電流制御手段は充電電流リミッタを備え、
該充電電流リミッタにより、
前記ジェネレータから前記バッテリへの充電電流を制限すること、
を特徴とする請求項８に記載のハイブリッド型油圧作業機。
【請求項１５】
前記充電電流制御手段が、
充電電流リミッタを備え、
該充電電流リミッタにより、
前記制御装置に予め記憶されたジェネレータ出力特性に基づいて、
ジェネレータ出力を制限すること、
を特徴とする請求項８に記載のハイブリッド型油圧作業機。
【請求項１６】
前記ジェネレータに発電運転の指令が出ているときに、
バッテリ残量が予め記憶されたバッテリ残量第一設定値よりも大きい場合には、
前記ジェネレータによる発電を停止すること、
を特徴とする請求項８に記載のハイブリッド型油圧作業機。
【請求項１７】
前記電動機に運転の指令が出ているときに、
バッテリ残量が予め記憶されたバッテリ残量第二設定値よりも小さい場合には、
前記ジェネレータによる発電を促す警報を発すること、
を特徴とする請求項８に記載のハイブリッド型油圧作業機。
【請求項１８】
前記電動機に運転の指令が出ているときに、
バッテリ残量が予め記憶されたバッテリ残量第三設定値よりも小さい場合には、
電動機を停止し、かつ、
バッテリ残量が予め記憶されたバッテリ残量第四設定値よりも大きくなるまでは、
前記電動機の運転を許可しないこと、
を特徴とする請求項８に記載のハイブリッド型油圧作業機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の油圧アクチュエータを有する油圧作業機の油圧ポンプの駆動構成に関する。より詳細には、負荷に応じて油圧ポンプの駆動を、エンジンまたは電動機または両方により駆動可能とし、エンジンを効率の良い範囲の負荷で駆動させてトータルでエネルギー効率を向上させるハイブリッド形の油圧作業機に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、パワーショベルに備わる油圧アクチュエータとして、クローラ式走行装置を駆動する左右の走行油圧モータ、クローラ式走行装置上で旋回可能とする上部体を旋回させる旋回モータ、上部体の前部の作業機となるブーム、アーム、バケットを回動駆動する油圧シリンダがある。これら油圧アクチュエータは油圧ポンプから送油される圧油をコントロールバルブの切り換えにより、送油方向及び送油量が調節されて、回転または伸縮させるようにしている。
【０００３】
一方、エンジンの出力軸に電動機（モータ）兼用の発電機を連結して、該発電機には余剰電力を蓄えるバッテリを接続し、エンジンの出力と電動機の出力により油圧ポンプを駆動する技術がある。例えば、特許文献１に記載の技術である。
この技術は、ブームシリンダに圧油を送油する油圧ポンプは前記発電機またはバッテリからの電力によって回転駆動されるブーム用電動機によって駆動され、ブーム電動機の回生電力がバッテリに蓄電されて回収するようにし、更に、旋回は旋回用電動機によって回転される。そして、アーム用及びバケット用油圧ポンプはエンジンにより駆動されるとともに、切換制御手段により、該油圧ポンプの回転に必要なポンプ動力がエンジン出力よりも大きい時には前記発電機を電動機としてバッテリからの電力により駆動するように構成している。
【特許文献１】特開２００２−３２２６８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、前記技術では、ブーム駆動用電動機及び旋回駆動用電動機により、動力回生を行うことで無駄なエネルギーの消費を抑えることはできるが、ブームを駆動する油圧シリンダに圧油を送油する油圧ポンプを駆動するための電動機、及び、旋回させるための電動機は大きなトルクが必要なため、高価であるばかりでなく、重量も重く、配置スペースも大きくなっていた。
【０００５】
本発明は以上の如き問題に鑑み、軽負荷時はジェネレータを作動させてエンジン負荷を増加させて、油圧ポンプを駆動しながらバッテリに充電し、通常の負荷の場合はエンジンを最も効率よい回転数で駆動し、所定の負荷より大きい過大な負荷では、エンジンは過大な負荷となる閾値よりも小さな負荷で駆動しながら電動機を作動させてアシストする構成として作業負荷の平準化を図ることにより、エンジン及び電動機をできるだけ小型化して、効率良く運転できるハイブリッド式の油圧駆動装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
即ち、請求項１においては、油圧シリンダや油圧モータ等の複数の油圧アクチュエータを有し、該アクチュエータに作動油を圧送する油圧ポンプをエンジンで駆動する油圧作業機において、前記エンジンと、前記油圧ポンプと、ジェネレータと、電動機またはジェネレータ機能を有する電動機とを連動連結し、前記エンジンと前記ジェネレータと前記電動機を制御装置と接続し、前記エンジンの負荷状態を検知する手段を設けてエンジン負荷を検知するとともに、前記エンジンが軽負荷の場合は前記ジェネレータを作動させてバッテリを充電し、前記エンジンが過大負荷の場合は前記バッテリから電力を供給して前記電動機を駆動して前記エンジンをアシストするものである。
【０００７】
請求項２においては、前記エンジンは作業時において、前記軽負荷と前記過大な負荷との間の負荷領域で駆動するものである。
【０００８】
請求項３においては、前記バッテリの残量（蓄電量）を検知する手段を設けてバッテリ残量を検知するとともに、前記軽負荷の閾値と前記過大な負荷の閾値を、バッテリ残量に応じて変更するものである。
【０００９】
請求項４においては、前記エンジンの負荷状態を燃料噴射ポンプのガバナラック位置から検出するものである。
【００１０】
請求項５においては、前記複数の油圧アクチュエータのうち、少なくとも一つのアクチュエータと油圧ポンプを閉回路で構成するものである。
【００１１】
請求項６においては、前記エンジンは始動時において、電動機またはジェネレータ機能を有する電動機のいずれか、または、両方の組み合わせによりエンジンを駆動して始動するものである。
【００１２】
請求項７においては、前記エンジンとジェネレータとを連動連結して第一仕組とし、前記油圧ポンプと電動機とを連動連結して第二仕組とし、該第一仕組と第二仕組の間にクラッチを介装して制御装置と接続し、アクチュエータの負荷が軽負荷の場合は前記クラッチを「断」として電動機で油圧ポンプを駆動し、アクチュエータの負荷が設定値より大きい場合は前記クラッチを「接」として、エンジン、またはエンジンと電動機の両方で油圧ポンプを駆動するようにしたものである。
【００１３】
請求項８においては、前記制御装置は、前記ジェネレータから前記バッテリへの充電電流を制御する充電電流制御手段と、前記バッテリから前記電動機への放電電流を制御する放電電流制御手段とを備え、エンジン負荷が予め記憶された負荷第一設定値よりも小さい場合には、前記エンジンの運転に加えて前記ジェネレータを作動させ、充電電流を充電電流制御手段により制御して前記バッテリを充電し、かつ、エンジン負荷が予め記憶された負荷第二設定値よりも大きい場合には、前記エンジンの運転に加えて、前記放電電流制御手段により放電電流を制御して、電動機を作動させるものである。
【００１４】
請求項９においては、前記負荷第一設定値および前記負荷第二設定値を、バッテリ残量に応じて補正するものである。
【００１５】
請求項１０においては、前記エンジン負荷が予め記憶された前記負荷第二設定値よりも大きい場合には、エンジン負荷が前記負荷第二設定値となるように前記電動機を制御するものである。
【００１６】
請求項１１においては、前記放電電流制御手段が、放電電流リミッタを備え、該放電電流リミッタにより、前記バッテリからの放電電流を制限して、前記電動機を作動するものである。
【００１７】
請求項１２においては、前記放電電流制御手段が、放電電流リミッタを備え、該放電電流リミッタにより、前記制御装置に予め記憶された電動機トルク特性に基づいて放電電流に制限を加えて、前記電動機を作動するものである。
【００１８】
請求項１３においては、前記エンジン負荷が予め記憶された前記負荷第一設定値よりも小さい場合には、エンジン負荷が前記負荷第一設定値となるように前記ジェネレータを制御するものである。
【００１９】
請求項１４においては、前記充電電流制御手段は充電電流リミッタを備え、該充電電流リミッタにより、前記ジェネレータから前記バッテリへの充電電流を制限するものである。
【００２０】
請求項１５においては、前記充電電流制御手段が、充電電流リミッタを備え、該充電電流リミッタにより、前記制御装置に予め記憶されたジェネレータ出力特性に基づいて、ジェネレータ出力を制限するものである。
【００２１】
請求項１６においては、前記ジェネレータに発電運転の指令が出ているときに、バッテリ残量が予め記憶されたバッテリ残量第一設定値よりも大きい場合には、前記ジェネレータによる発電を停止するものである。
【００２２】
請求項１７においては、前記電動機に運転の指令が出ているときに、バッテリ残量が予め記憶されたバッテリ残量第二設定値よりも小さい場合には、前記ジェネレータによる発電を促す警報を発するものである。
【００２３】
請求項１８においては、前記電動機に運転の指令が出ているときに、バッテリ残量が予め記憶されたバッテリ残量第三設定値よりも小さい場合には、電動機を停止し、かつ、バッテリ残量が予め記憶されたバッテリ残量第四設定値よりも大きくなるまでは、前記電動機の運転を許可しないものである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
請求項１においては、軽負荷の場合、ジェネレータで充電するようにエンジンに負荷を与えて効率の良い状態で運転させることができる。また、負荷が過大となると、電動機を作動させてエンジンをアシストして、両方を駆動してアクチュエータを作動させるので、エンジンは過大な負荷となったときに無理して運転させる必要がなく、効率の良い範囲で運転することが可能となって無駄なエネルギーの消費を抑えることができる。そして、過大な負荷でも電動機のアシストを受けて駆動できる能力を備えるエンジンを使用すればよいので、エンジンの小型化が可能となり、また、電動機はアシストできる能力があればよいので、大きな能力は必要でなく、小型の電動機を利用できる。よって、全体として、従来のような大きな負荷でも運転できるエンジンが必要とするスペース内に、それよりも小型のエンジンと電動機を設置することができる。
また、エンジンの負荷状態を検知する手段を設けることで、前記の軽負荷の場合と過大負荷の場合を判別することができ、エンジンを効率の良い範囲で運転することが容易となる。
【００２５】
請求項２においては、エンジンは軽負荷と過大な負荷の間の最も効率の良い状態で運転できるようになり、燃費は従来よりも向上し、排気ガスに含まれるＣＯやＮＯｘ等の有害物質の排出も抑えることができるのである。
【００２６】
請求項３においては、バッテリの残量が多い場合には、軽負荷の閾値を下げて発電を減少して過充電を抑え、そして、過大な負荷の閾値を下げることで、電動機によるアシストの割合を増加して、負荷に対するエンジンの出力増加を抑えて燃料消費量を抑えることができるようになる。逆に、バッテリの残量が少ない場合には、軽負荷の閾値を上げて充電する割合を増加するようにしている。
【００２７】
請求項４においては、前記システムにおいて、エンジンの負荷状態を燃料噴射ポンプのガバナラック位置から検知することで、エンジンの出力トルクを計測したり、ポンプの作動油圧力を検出してエンジン負荷を検知する方法と比較して安価である。
【００２８】
請求項５においては、前記システムにおいて、油圧アクチュエータと油圧ポンプを閉回路で構成することで、アクチュエータ作動時に作動油を循環させてエネルギー回生が可能となり、例えば、ブームが自重で縮小する場合などでは、油圧ポンプを油圧モータとして作動させて駆動軸にエネルギーを回生するが、この時ジェネレータを作動すれば、バッテリを充電でき、電気エネルギーとして回生ができて、更にエネルギーを有効に利用することが可能となる。
【００２９】
請求項６においては、セルモータを廃止することができて、コスト低減化が図れ、ジェネレータまたは電動機を有効に利用することが可能となる。
【００３０】
請求項７においては、軽負荷の場合、クラッチを「断」として電動機のみにより油圧ポンプを駆動するので、蓄えた電力で油圧ポンプを駆動して、エンジンのみで駆動するよりも無駄な燃料の消費を抑えて、安価で効率良く運転することができ、騒音も低下することができる。そして、軽負荷でバッテリの残量が不足している場合には、必要に応じてエンジンでジェネレータを駆動することもできる。また、設定値を越えるとクラッチを「接」としてエンジンで油圧ポンプを駆動し、効率良く運転でき、更に、過大な負荷となった場合には、エンジンと電動機が駆動されるため、電動機がエンジンをアシストして、作業を確実に行えるとともに、エンジンは効率良く運転できるので、負荷の増加に対して燃焼効率の悪化を防止することが可能となる。そして、エンジンは効率の良い範囲内で駆動され、それを越える分については電動機がアシストするので、エンジンを小型化できて、燃費も向上できる。また、電動機だけで油圧ポンプを駆動する構成よりも電動機は小型化できる。
【００３１】
請求項８においては、エンジンにかかる負荷に応じて、負荷が小さい場合は充電電流を制御して充電し、負荷が大きい場合には放電電流を制御して電動機を駆動し、エネルギーを有効に利用し、エンジン負荷を所定値よりもできるだけ大きくならないように制御して運転することができる。
【００３２】
請求項９においては、バッテリ残量に応じてジェネレータ出力および電動機出力を調整することにより、過充放電を防止することができる。
【００３３】
請求項１０においては、作業過負荷時、燃費により決定される負荷閾値に従い、電動機によるエンジントルクアシストを行うことで負荷の軽減を行い、過負荷とならない程度の負荷でエンジンを作動させて、無駄な燃料消費を抑えて効率良く作業を行うことができる。
【００３４】
請求項１１においては、過放電を回避しながらトルクアシストを行い、電動機にも過電流を流すことなく作動させて電動機を傷めることがない。
【００３５】
請求項１２においては、電動機のオーバートルクを回避しながらトルクアシストを行うことができる。
【００３６】
請求項１３においては、エンジン負荷が軽い時、エンジン効率が良い最低負荷となる回転数まで上げてジェネレータにより発電し、この発電によりバッテリに電力を蓄え、トルクアシストが必要な場合、その蓄えた電力を使用して電動機によるエンジントルクアシストを行うことにより、負荷の軽減を行うことができる。
【００３７】
請求項１４においては、過充電を回避しながら発電を行うことができ、また、過電流を流してバッテリを傷めることがない。
【００３８】
請求項１５においては、ジェネレータのオーバートルクを回避しながら発電を行うことができ、過電流を流してバッテリを傷めることがない。
【００３９】
請求項１６においては、バッテリの過充電を防止することができる。
【００４０】
請求項１７においては、オペレータに充電運転を行うよう警告することにより、バッテリの過放電を防止することができ、バッテリ上がりを未然に防げる。
【００４１】
請求項１８においては、電動機を停止することで、過放電を防止することができ、バッテリ上がりも未然に防ぐことができる。また、電動機を効率の悪い範囲で無理に運転させることもない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下では、図１および図２を用いて本発明に係るハイブリッド型油圧作業機をパワーショベルに適用した実施例について説明する。但し、ハイブリッド型油圧作業機はパワーショベルに限定するものではなく、油圧シリンダや油圧モータ等、その他の油圧アクチュエータに広く適用可能であって、クレーンやローダー等の建設機械やトラクタやコンバイン等の農業機械等にも適用できる。
【００４３】
図１より全体構成から説明する。パワーショベル１は、主にクローラ式走行装置２、旋回フレーム３、キャビン４、作業機５等を具備している。
【００４４】
クローラ式走行装置２は、パワーショベル１の下部構造体を成す部材であり、左右一対のクローラ１１・１１（図１では機体左側のクローラ１１のみ図示）が設けられている。
また、本実施例のクローラ式走行装置２の前部には、排土板１２、および、該排土板１２を上下方向に回動させるための油圧シリンダである排土板シリンダ１３（図２に図示）、が設けられている。
【００４５】
旋回フレーム３は、パワーショベル１の上部構造体を成す部材であり、旋回ベアリング１４を介してクローラ式走行装置２の上部に旋回可能に取り付けられる。
旋回フレーム３には駆動源たるエンジン１５（図２に図示）、ジェネレータ８１、電動機８６やその他コントロールバルブや作動油タンク等の部材が収容されるとともに、キャビン４および作業機５が設けられる。
【００４６】
キャビン４は旋回フレーム３の上部に設けられる。キャビン４はパワーショベル１の操作を行う作業者を風雨や直射日光から保護するものであり、その内部には作業者が着座する座席や、パワーショベル１の種々の操作に係るレバー群（図示せず、図２における操作手段８９）が設けられる。
【００４７】
作業機５は、主にバケット１６、アーム１７、ブーム１８、ブームブラケット１９、バケットシリンダ２０、アームシリンダ２１、ブームシリンダ２２、スイングシリンダ２５（図２に図示）等を具備し、パワーショベル１の旋回フレーム３の前部に設けられる。
【００４８】
バケット１６は作業機５の先端部を成す掘削作業用のアタッチメントであり、その基部がアーム１７の先端部に回動可能に枢着される。アーム１７は作業機５の構造体を成す棒状の部材であり、その基部がブーム１８の先端部に回動可能に枢着される。ブーム１８は作業機５の構造体を成す部材であり、ブーム１８は中途部で機体前方に屈曲した形状を成し、その基部はブームブラケット１９に回動可能に枢着される。
【００４９】
ブームブラケット１９は作業機５の基部を成す部材であり、その後端部が旋回フレーム３の前端部に回動可能に枢着される。
また、図示せぬスイングシリンダのロッド端部がブームブラケット１９の右側部に回動可能に枢着され、シリンダ側端部が旋回フレーム３に回動可能に枢着される。該スイングシリンダは、作業機５を旋回フレーム３に対して左右に回動させるための油圧シリンダである。
【００５０】
バケットシリンダ２０は、バケット１６をアーム１７に対して回動させるための油圧シリンダである。バケットシリンダ２０のシリンダ端部は、アーム１７の基部に設けられたブラケット１７ａに回動可能に枢着される。また、バケットシリンダ２０のロッド端部は、リンク２３およびロッド２４を介してバケット１６に回動可能に枢着される。
【００５１】
アームシリンダ２１は、アーム１７をブーム１８に対して回動させるための油圧シリンダである。アームシリンダ２１のシリンダ端部は、ブーム１８の中途部かつキャビン４に対向する面に設けられたブラケット１８ａに回動可能に枢着される。また、アームシリンダ２１のロッド端部は、ブラケット１７ａに回動可能に枢着される。
【００５２】
ブームシリンダ２２は、ブーム１８を旋回フレーム３（より厳密には、ブームブラケット１９）に対して回動させるための油圧シリンダである。
ブームシリンダ２２のシリンダ端部は、ブームブラケット１９の前端部に回動可能に枢着される。また、ブームシリンダ２２のロッド端部は、ブーム１８の中途部かつ前記ブラケット１８ａが設けられた面の反対側の面等に設けられたブラケット１８ｂに回動可能に枢着される。
スイングシリンダ２５はブームブラケット１９と旋回フレーム３の間に介装され、作業機５を本機に対して左右に回動させるための油圧シリンダである。
【００５３】
また、前記旋回フレーム３の内部には旋回モータ６２が配置され、該旋回モータ６２の出力軸は上下方向に配置して、その出力軸上に駆動ギヤが固設され、該駆動ギヤはクローラ式走行装置２のトラックフレームの中央部に設けたリングギヤと噛合されている。こうして、旋回モータ６２を駆動することにより、クローラ式走行装置２に対して上部体となる旋回フレーム３を右または左に旋回させることができるようにしている。
【００５４】
前記クローラ式走行装置２の左右の駆動スプロケット６・６には、それぞれ走行油圧モータ６３・６４が設けられて、左右のクローラ１１・１１をそれぞれ独立して前進回転または後進回転可能としている。即ち、例えば、右側の走行油圧モータ６４の回転数を左側の走行油圧モータ６３の回転数よりも高くすることにより左旋回させることができ、左右の走行油圧モータ６３・６４を互いに逆方向に同じ回転数で回転させることにより芯地旋回を可能としている。
【００５５】
次に油圧回路構成について説明する。
図２に示すように、前記油圧アクチュエータとなる前記排土板シリンダ１３、バケットシリンダ２０、アームシリンダ２１、旋回モータ６２、左走行モータ６３、右走行モータ６４、スイングシリンダ２５には、それぞれロードセンシングバルブからなる動作切換弁２０１・２０２・２０３・２０４・２０５・２０６・２０７を介して油圧ポンプ１３１と接続されている。該油圧ポンプ１３１は可変容量型の油圧ポンプで構成され、斜板の角度を変更することにより吐出量を変更可能とし、該斜板に調整シリンダ１４２を連結して、該調整シリンダ１４２を伸縮させることにより、吐出量を変更可能としている。該調整シリンダは油圧ポンプ１３１の吐出圧を検知して油圧アクチュエータの作動油の必要量に応じて、吐出量を調節可能としている。こうして各油圧アクチュエータには作動に必要な流量だけが送油されることになるのである。
【００５６】
また、ブームシリンダ２２には動作切換弁３２を介して油圧ポンプ３１と接続されている。詳細には、油圧ポンプ３１は可変容量型の油圧ポンプで構成されて、斜板３１ｃの角度を変更することにより吐出量が調整され、該斜板３１ｃは調整シリンダ４２と接続され、該調整シリンダ４２は動作切換弁３２の一次側と二次側の圧力を検知して、負荷の大きさに関わらず一定の作動油をブームシリンダ２２に供給できるように流量を一定に保持するように制御されている。
【００５７】
そして、油圧ポンプ３１の吐出ポートと動作切換弁３２との間には配管３３が接続され、該動作切換弁３２の二次側のポートとブームシリンダ２２のボトム室側のシリンダポート２２ａとの間に配管３４が連通され、該動作切換弁３２の二次側のポートとロッド室側のシリンダポート２２ｂの間には配管３５が連通される。動作切換弁３２の一次側のタンクポートと油圧ポンプ３１の吸入側との間には回生配管３６が連通されている。こうして、本実施例では、ブームシリンダ２２のみ閉回路を構成しているが、他の油圧アクチュエータも閉回路で構成することも可能である。
このような構成において、ブームシリンダ２２を縮小させた時に、作動油の戻りを直接油圧ポンプ３１の吸入側に導入することにより、ブーム運動エネルギーの回生を行い、エネルギー損失ができるだけ小さくなるようにしている。
【００５８】
そして、前記配管３４と配管３５の間には余剰流排出弁５７が配設されて、ブームシリンダ２２を伸長させた時と縮小させた時に、ブームシリンダ２２のボトム室側の容量とロッド室側の容量との差が生じた時に余剰流を排出できるようにしている。また、油圧ポンプ３１を伸長させる場合には、吸入する作動油量が不足する場合があるので、回生配管３６にチェック弁４９を介して作動タンク４６と連通して、不足分を吸入できるようにしている。
【００５９】
一方、エンジン１５にはエンジンコントローラ７６が設けられて、温度や負荷等に応じて最適回転数となるように燃料噴射量や燃料噴射時期等を制御している。該エンジンコントローラ７６は制御装置７９と接続されている。制御装置７９はＣＰＵやＲＡＭやＲＯＭや入出力装置等より構成される。
【００６０】
前記エンジン１５の出力軸となる回転軸１５ａには発電機としても作動可能なジェネレータ８１と連結されている。該ジェネレータ８１は変換器（インバータ）８４を介してバッテリ８５と接続されている。該変換器８４は制御装置７９と接続されている。こうして、エンジン１５が作動されている時には、ジェネレータ８１で発電した電力を変換器８４を介してバッテリ８５に充電するようにしている。
【００６１】
更に、前記回転軸１５ａの先端にはポンプ軸８３と接続され、該ポンプ軸８３上に油圧ポンプ３１・１３１が設けられて、該ポンプ軸８３の他側には電動機８６の駆動軸と接続され、該電動機８６またはエンジン１５の作動により油圧ポンプ３１・１３１を駆動可能としている。
【００６２】
前記電動機８６は変換器（インバータ）８７を介してバッテリ８５と接続され、該変換器８７は制御回路７９と接続されている。こうして、軽負荷の作業時やエンジン１５が駆動されて作業しているときに負荷が設定値よりも大きくなった場合などでは、バッテリ８５より変換器８７を介して電力を電動機８６に供給して油圧ポンプ３１・１３１を駆動するようにしている。なお、前記「軽負荷」とはエンジンの定格出力の１／３〜１／４程度の負荷としており、油圧作業機の種類や作業の種類等によって軽負荷の値は異なるものである。また、エンジン１２の負荷状態は本実施例では燃料噴射ポンプのガバナラック位置から検出するようにしている。つまり、エンジン１５にラック位置を検知する手段を設けて、エンジンコントローラ７６と接続し、エンジン負荷を算出するようにしている。但し、本実施例ではエンジンはディーゼルエンジンとしているが、ガソリンエンジン等の内燃機関でも可能である。
【００６３】
また、バッテリ８５には蓄電量検知手段８８が接続されてバッテリ残量を検知できるようにしており、該蓄電量検知手段は制御装置７９と接続されている。また、検知仕様やオプション等によって、コンプレッサ１００を搭載され、該コンプレッサ１００を駆動するモータ１０１はバッテリ８５及び制御装置７９と接続されて、必要時にコンプレッサ１００を駆動するように構成することができる。また、エンジンなどの冷却ファン１０２をモータ１０３で駆動する構成とした場合には、該モータ１０３がバッテリ８５と接続され、該モータ１０３は制御装置７９と接続され、設定温度より高くなった場合に駆動するように構成することもできる。また、図５に示すように、前記バッテリ８５にはインバータ８８と接続して、外部に交流電力を供給することもできる。
【００６４】
そして、前記エンジン１５の最も効率良く仕事ができる出力と、電動機８６の定格出力を加えた値が、従来エンジン単体で作業機やその他のアクチュエータを駆動できるようにした出力（従来と同じ仕事ができる出力）と同じとなるようにしている。従って、エンジン１５の出力値は従来よりも小さくでき、小型のエンジンが搭載されることになり、コストを削減して、容積を低減できる。また、エンジン１５にはセルモータを設けずに軽量化とコスト削減が図られ、始動時には電動機８６またはジェネレータ８１が駆動されて始動する構成としている。または、電動機８６とジェネレータ８１の両方を駆動して始動するようにしている。
【００６５】
次に、作業時（または走行時）の制御装置７９による具体的な動作を、図３のフローチャート図、及び、図４（ａ）の負荷変動を示す図に従い説明する。
エンジン１５を作動させた作業状態において、蓄電量検知手段８８によりバッテリ残量を検知し（Ｓ１）、このバッテリ残量に応じて軽負荷の閾値Ｐ１と過大な負荷の閾値Ｐ２を設定する（Ｓ２）。この軽負荷の閾値Ｐ１と過大な負荷の閾値Ｐ２はバッテリ残量が多い程低く、バッテリ残量が少ない程高くなるように設定される。このバッテリ残量と軽負荷の閾値Ｐ１と過大な負荷の閾値Ｐ２の関係は、マップ等により得られるものであり、このマップは制御装置７９のメモリ（ＲＯＭ）に記憶されている。
【００６６】
次にエンジン負荷が入力（読み込み）される（Ｓ３）。この負荷はエンジンの設定回転数と実回転数とラック位置等により演算されるものである。
そして、前記負荷と第一設定値（軽負荷の閾値）Ｐ１が比較され（Ｓ４）、前記負荷が第一設定値Ｐ１よりも低い場合、つまり、軽負荷の場合、ジェネレータ８１駆動力を増加させてエンジン１５に第一設定値Ｐ１を越えるようになる負荷を与えて、エンジン１５を効率の良い状態で運転するとともに、バッテリ８５の充電量を増加する（Ｓ５）。つまり、作業中においては、ジェネレータ８１や油圧ポンプ３１・１３１を駆動しているが、図４（ａ）に示すように、常に負荷は変動しており、第一設定値Ｐ１よりも小さい軽負荷となっているＡの範囲では、更に充電する負荷を与えて、エンジン自体は第一設定値Ｐ１と第二設定値Ｐ２の間の最も効率のよい負荷で運転させるようにするのである。なお、図４（ａ）において、負荷が０よりも小さくなった領域は、エンジンからの駆動力が不要で閉回路によりエネルギー回生が行われているときの状態である。例えば、ブーム１８が自重で下降する場合などである。
【００６７】
また、前記ステップ４において、負荷が第一設定値Ｐ１よりも大きい場合には、負荷が第二設定値（過大な負荷の閾値）Ｐ２よりも大きいかを比較する（Ｓ６）。負荷が第二設定値Ｐ２よりも大きい場合、つまり、過大な負荷の場合には、電動機８６を駆動して（Ｓ７）、その第二設定値Ｐ２を越える負荷の大きさに応じてエンジン１５をアシストする。つまり、図４における過大な負荷となっているＢの範囲では、電動機８６を駆動してエンジン１５の負荷が軽負荷の閾値Ｐ１と過大な負荷の閾値Ｐ２の間に入るようにアシストする。
【００６８】
前記ステップ６において、負荷が第二設定値よりも小さい場合には、その駆動力を保持する（Ｓ８）。こうして、エンジンの負荷は図４（ｂ）に示すように、第一設定値Ｐ１と第二設定値Ｐ２の間で変動するように制御されるのである。
【００６９】
更に、図５に示すように、前記回転軸１５ａにクラッチ８２を介してポンプ軸８３と接続する構成として、軽微な負荷の時には、クラッチ８２を「断」としてエンジン１５を停止し、電動機８６で油圧ポンプ３１・１３１を駆動してアクチュエータを駆動する構成とすることもできる。
【００７０】
つまり、ポンプ軸８３上に直列に油圧ポンプ３１・１３１と電動機８６が配置され、回転軸１５ａに直列にエンジン１５とジェネレータ８１が配置され、該回転軸１５ａとポンプ軸８３の間にクラッチ８２が配置されている。言い換えれば、前記エンジン１５とジェネレータ８１とを連動連結して第一仕組とし、前記油圧ポンプ３１・１３１と電動機８６とを連動連結して第二仕組とし、該第一仕組と第二仕組の間にクラッチ８２を介装している。そして、クラッチ８２が「接」の場合には、エンジン１５とジェネレータ８１と電動機８６が同時に運転可能としている。但し、エンジン１５とジェネレータ８１、及び、油圧ポンプ３１・１３１と電動機８６を連動連結するための構成は同一軸上に配置する構成に限定するものではなく、ベルト伝動機構やチェーン式伝動機構や歯車式伝動機構等を介して連動連結する構成であってもよい。
【００７１】
そして、前記クラッチ８２は操作手段８９と接続され、作業者が作業状態を判断して断接操作するようにしている。但し、クラッチ８２を電磁クラッチとして制御装置７９と接続して、負荷が設定値よりも小さい軽負荷のとき電磁クラッチ８２を「断」とし、負荷が設定値よりも大きくなると電磁クラッチ８２を「接」とする構成も可能である。
このような構成において、制御装置７９による具体的な動作を、図６のフローチャート図に従って説明する。
【００７２】
軽負荷の作業を行う場合、作業者はキャビン４内の運転部等に配置した操作手段８９を操作してクラッチ８２を「断」（ＯＦＦ）としてエンジン１５からの動力を油圧ポンプ３１・１３１に伝えないようにするとともに、油圧ポンプ３１・１３１は電動機８６で駆動する（Ｓ１１）。次に、蓄電量検知手段８８によりバッテリ残量を検知し（Ｓ１２）、該バッテリ残量と第一設定値（バッテリだけの電力で電動機を駆動してアクチュエータを十分作動できる閾値）Ｖ１を比較し（Ｓ１３）、該バッテリ残量が第一設定値Ｖ１よりも大きい場合には、エンジン１５を停止する（Ｓ１４）。
【００７３】
ステップ１３において、バッテリ残量が第一設定値Ｖ１よりも小さい場合には、バッテリ残量は第二設定値（充電を必要とする閾値）Ｖ２と比較する（Ｓ１５）。ただし、バッテリだけの電力で電動機を駆動してアクチュエータを十分作動できる閾値Ｖ１は充電を必要とする閾値Ｖ２よりも大きい（Ｖ１＞Ｖ２）。バッテリ残量が第二設定値Ｖ２よりも低い場合にはエンジン１５を始動し（Ｓ１６）、ジェネレータ８１を駆動して（Ｓ１７）、バッテリ８５を充電しながら油圧ポンプ３１・１３１を駆動するのである。そして、バッテリ残量が第一設定値Ｖ１以上まで回復するとエンジン１５は再び停止する。つまり、軽負荷でバッテリ８５の容量が十分にあるときには、エンジン１５を駆動する必要がなく停止させて、バッテリ８５からの電力により電動機８６を駆動して油圧ポンプ３１・１３１を作動させてアクチュエータを駆動させて作業するようにしている。言い換えれば、蓄えた電力があり、軽負荷の作業が続く場合には、エンジン１５により油圧ポンプを駆動するよりも、バッテリ８５から電力を供給して電動機８６で油圧ポンプを駆動したほうが、無駄な燃料の消費を抑えることができる。本実施例では、例えば、走行のみ行う場合やバケット１６に土砂等を収容せず単にバケット１６やアーム１７を回動するような軽負荷の場合に、電動機８６のみ作動させて油圧ポンプ３１・１３１を駆動するのである。
【００７４】
こうして、電動機８６及びジェネレータ８１は負荷変動に対しても容易に対応してアシスト或いは発電でき、エンジン回転数は効率の良い回転数に維持することができる。
また、ブーム１８を昇降して作業している場合において、ブームシリンダ２２を伸長する場合には油圧ポンプ３１からの圧油の送油により伸長駆動されるが、ブームシリンダ２２を縮小させるときは、自重でブーム１８は下方へ回動するので、ブームシリンダ２２より戻る作動油は油圧ポンプ３１をモータとして回動し、この回生されるエネルギーはジェネレータ８１を作動させてバッテリ８５に充電することで、エネルギー回生も可能としている。
【００７５】
以上のように、作業時において、エンジン１５は最も効率のよい負荷で駆動させることができるようになり、この効率の良い範囲を越える負荷については電動機８６またはジェネレータ８１を作動させることによりアシストまたは充電させて、作業ができるようにしている。
【００７６】
次に、負荷平準化を実現する制御システムの構成について、図７を用いて説明をする。
図７に示す如く、負荷平準化を実現する制御システムは、エンジン１５、電動機８６および電動機用コントローラ９０、ジェネレータ８１およびジェネレータ用コントローラ９１、ＤＣ／ＤＣコンバータ９３、バッテリ８５、パワーマネジメントコントローラ９４およびエンジン１５を制御するエンジンコントローラ７６等が機械的に連結され、あるいは電気的にまたは通信手段を介して接続される構成としている。
また、前記パワーマネジメントコントローラ９４には、油圧アクチュエータを駆動操作する電磁比例弁９６（例えば、それぞれロードセンシングバルブからなる動作切換弁２０１・２０２・２０３・２０４・２０５・２０６・２０７等）と、油圧アクチュエータ等の作業負荷状況を検知する手段となる圧力スイッチ９７と、作業モードの切換等を手動で行うスイッチ９８等が接続されている。なお、本実施例において作業負荷は、前記油圧アクチュエータ等（例えば、前記排土板シリンダ１３、バケットシリンダ２０、アームシリンダ２１、旋回モータ６２、左走行モータ６３、右走行モータ６４、スイングシリンダ２５等）を駆動するための圧油を供給するための油圧ポンプの負荷としている。
【００７７】
エンジン１５の出力軸である回転軸１５ａは、ジェネレータ８１の駆動源側に突設された一次側ジェネレータ軸８１ａと機械的に連結され、エンジン１５を運転することにより、ジェネレータ８１による発電が可能とするように構成している。
また、前記一次側ジェネレータ軸８１ａは、ジェネレータ８１内を貫通して負荷側にも突設し、二次側ジェネレータ軸８１ｂを構成するようにしている。
【００７８】
一方、作業負荷への入力軸９５は、電動機８６の負荷側に突設された二次側電動機軸８６ｂと機械的に連結され、電動機８６に通電が成されて、二次側電動機軸８６ｂが回転することにより、作業負荷（前記実施例と同様な油圧ポンプ）を駆動するように構成している。
また、前記二次側電動機軸８６ｂは、電動機８６内を貫通して駆動源側にも突設し、一次側電動機軸８６ａを構成するようにしている。
そして、前記二次側ジェネレータ軸８１ｂと一次側電動機軸８６ａは、クラッチ８２を介して連結可能に構成され、クラッチ８２の「接」および「断」を切り換えることにより、エンジン１５の駆動力を電動機８６を介して作業負荷に伝達するか否かを切り換えることができるように構成している。
そして、クラッチ８２「接」として、エンジン１５の駆動力を電動機８６に伝達するとともに、電動機８６に通電して前記各軸８６ａ・８６ｂを駆動することにより、エンジン１５の負荷を電動機８６によりアシストすることが可能な構成としている。尚、電動機８６は通電していない場合はフリー回転するようにしている。
【００７９】
前記ジェネレータ８１は、ジェネレータ用コントローラ９１、ＤＣ／ＤＣコンバータ９３を介して電気的にバッテリ８５と接続されている。そして、エンジン１５を運転することによりジェネレータ８１で発電された電力（交流）が、ジェネレータ用コントローラ９１で直流化（ＤＣ２８８Ｖ）された後、ＤＣ／ＤＣコンバータ９３で所定の電圧（ＤＣ１４４Ｖ）に降圧されて、バッテリ８５に蓄電されるように構成している。但し、バッテリ８５の容量が設定値を越えているときには後述するように充電されず、電動機８６等に電力を供給するようにしている。
尚、本実施例においては、前記ジェネレータ用コントローラ９１としては、インバータを用いる構成としている。
【００８０】
一方、前記電動機８６は、電動機用コントローラ９０、ＤＣ／ＤＣコンバータ９３を介して電気的にバッテリ８５と接続されている。そして、バッテリ８５を放電させることにより供給される電力（ＤＣ１４４Ｖ）が、ＤＣ／ＤＣコンバータ９３で所定の電圧（ＤＣ２８８Ｖ）に昇圧された後、電動機用コントローラ９０で交流化されて電動機８６に供給され、電動機８６の軸８６ａ・８６ｂが回転駆動されるように構成している。
尚、前記ジェネレータ８１は、電動機８６と同様に、バッテリ８５からＤＣ／ＤＣコンバータ９３およびジェネレータ用コントローラ９１を介して電力（ＤＣ２８８Ｖ）を供給することにより、ジェネレータ８１の軸８１ａ・８１ｂを回転駆動させることが可能である。
尚、本実施例においては、前記電動機用コントローラ９０としては、インバータを用いる構成としている。
【００８１】
前記パワーマネジメントコントローラ９４は、ジェネレータ用コントローラ９１、電動機用コントローラ９０、ＤＣ／ＤＣコンバータ９３、バッテリ８５、エンジンコントローラ７６および前記電磁比例弁９６、圧力スイッチ９７およびスイッチ９８、警報装置１０５等と通信手段を介して接続されている。そして、パワーショベル１各部の運転情報が、パワーマネジメントコントローラ９４に入力されることにより、パワーショベル１の運転状態を逐次把握しつつ、パワーショベル１の運転状態が負荷平準化に最適となるように、エンジンコントローラ７６及びコントローラ９０・９１に逐次指令を発するように構成している。
以上が、負荷平準化を実現する制御システムの構成についての説明である。
【００８２】
次に、制御システムが備える動作モードについて、図８および図９を用いて説明をする。
図８および図９に示す如く、本実施例に示す制御システムは、
ａ）エンジン単独モード
ｂ）アシストモード
ｃ）シリーズモード
ｄ）発電充電モード
の、合計四種類の動作モードを有し、作業負荷に対して最も効率良く運転できるように選択して作動される。
【００８３】
前記ａ）エンジン単独モードは、従来からある制御動作と同様であり、エンジン１５が全ての作業負荷を負担するモードである。
図８（ａ）に示す如く、ａ）エンジン単独モードでは、クラッチ８２は「接」の状態であり、ジェネレータ８１では発電を行わず、エンジン１５による駆動力が、一次側ジェネレータ軸８１ａ、二次側ジェネレータ軸８１ｂ、クラッチ８２、一次側電動機軸８６ａおよび二次側電動機軸８６ｂおよび入力軸９５を介して、全て作業負荷に伝達されるようにしている。
【００８４】
前記ｂ）アシストモードは、バッテリ８５を放電して電動機８６を駆動し、エンジン１５をアシストして、エンジン負荷を低減させるモードである。
図８（ｂ）に示す如く、ｂ）アシストモードでは、クラッチ８２は「接」の状態であり、エンジン１５による駆動力が、一次側ジェネレータ軸８１ａ、二次側ジェネレータ軸８１ｂ、クラッチ８２、一次側電動機軸８６ａ、二次側電動機軸８６ｂおよび入力軸９５を介して、全て作業負荷に伝達されると同時に、バッテリ８５を放電させて電動機８６を起動することにより各軸８６ａ・８６ｂを駆動し、エンジン１５をアシストしてエンジン負荷を低減するようにしている。
【００８５】
前記ｃ）シリーズモードは、エンジン１５は発電のみを行い、バッテリ８５を充電する。そして、その充電されたバッテリ８５を放電して電動機８６を駆動し、エンジン１５に代わって作業負荷を負担することにより、エンジン負荷を低減させるモードである。
図９（ｃ）に示す如く、ｃ）シリーズモードでは、クラッチ８２は「断」の状態であり、エンジン１５による駆動力は、一次側ジェネレータ軸８１ａを介してジェネレータ８１のみを駆動する。そしてジェネレータ８１により発電してバッテリ８５を充電する。この充電されたバッテリ８５を放電させて、電動機８６を起動することにより各軸８６ａ・８６ｂを駆動し、作業負荷に駆動力を伝達するようにしている。つまり、エンジン１５に代わって電動機８６が作業負荷を負担するようにしてエンジン負荷を低減するようにしている。
【００８６】
前記ｄ）発電充電モードは、エンジン１５が作業負荷を負担するとともに、さらにエンジン１５により発電を行い、バッテリ８５を充電することにより、エンジン負荷を増加させて、エンジン１５を高効率で運転させるとともに、バッテリ８５を利用することによりエンジン負荷を低減する、軽負荷時での作動モードである。
図９（ｄ）に示す如く、ｄ）発電充電モードでは、クラッチ８２は「接」の状態であり、エンジン１５による駆動力が、一次側ジェネレータ軸８１ａ、二次側ジェネレータ軸８１ｂ、クラッチ８２、一次側電動機軸８６ａおよび二次側電動機軸８６ｂを介して、作業負荷に伝達される。それと同時に、エンジン１５により発電してバッテリ８５を充電するようにしている。作業負荷が小さくエンジン負荷も小さい場合には、エンジン１５の運転効率が低下し、燃費が悪化してしまう。そこで、敢えてエンジン１５によりジェネレータ８１を駆動してバッテリ８５を充電することにより、エンジン負荷を所定量増加させる。そのため、エンジン負荷の増加によりエンジン１５の運転効率が良い状態で運転することができるようになり、燃費を向上させることができる。また、充電されたバッテリ８５を、エンジン負荷が前記所定量増加させた負荷よりも高くなった時に放電して利用することにより、エンジン負荷を低減させることができる。
つまり、エンジン１５を常に高効率で運転するようにして低燃費を維持するとともに、余剰のエンジン負荷を発電に当ててバッテリ８５に蓄えておき、このバッテリ８５を後に放電して、この放電利用時のエンジン負荷を低減させることにより負荷平準化を図るようにしている。
以上が、制御装置７９の動作モードについての説明である。
【００８７】
次に、パワーマネジメントコントローラ９４による具体的な制御方法について、図７または図１０乃至図１２および図１４を用いて説明をする。
パワーマネジメントコントローラ９４には、
）負荷平準化制御
II）トルクアシスト制御
III）発電制御
IV）バッテリ充放電制御
の、合計４種類の制御方法が備えられている。
尚、）負荷平準化制御を基本制御フローとしており、基本制御フロー中の詳細な指令値の決定に、II）〜IV）の各制御方法を適用している。
つまり、）負荷平準化制御を実行する中で、作業機の状態に合わせて、自動的にII）〜IV）の制御方法を選択しつつ、前述した４種類の各動作モードを適宜切り換えながら、燃費を向上させて省エネルギーを実現するものである。
以下に、各制御モードについて、詳細な説明を行っていく。
【００８８】
まず、）負荷平準化制御のフローについて、図７、図１０および図１４を用いて説明をする。
）負荷平準化制御は、エンジンの燃費が最適となるように、エンジン負荷に応じて、ａ）エンジン単独モードと、ｂ）アシストモードと、ｄ）発電充電モードの切り換えを繰り返し実行して制御を行うものである。
【００８９】
図１０に示す如く、運転を開始すると、まずバッテリ８５の充電状態（以下、ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅと表記する）を検知する（Ｓ１０−１）。
次に、図７に示す如く、エンジンコントローラ７６が、該エンジンコントローラ７６に接続されたレバー（アクセルレバー）９９のレバー位置やエンジン１５のラック位置やエンジン回転数から負荷状態を検知し、そしてエンジンコントローラ７６からパワーマネジメントコントローラ９４にエンジン回転数とエンジン負荷率を出力する。
そして、パワーマネジメントコントローラ９４はその入力値をもとに、その回転数におけるエンジンの最大出力を検出する（Ｓ１０−２）。尚、エンジン回転数とエンジン最大出力の関係はマップとして予めＲＯＭ等に記憶させておく。
【００９０】
次に、パワーマネジメントコントローラ９４は、エンジン負荷率の入力値と、検出したエンジン最大出力からエンジン負荷Ｐを算出する（Ｓ１０−３）。
そして、ＳＯＣ検出値と、エンジン回転数の入力値およびエンジン負荷Ｐより、エンジン１５の燃費が最適となるように、ｂ）アシストモードおよびｄ）発電充電モードを切り換えるための条件（負荷閾値）となる設定値を決定する。
このとき設定値は、ａ）エンジン単独モードおよびｂ）アシストモードを切り換えるための設定値として負荷第一設定値Ｐ１と、ａ）エンジン単独モードおよびｄ）発電充電モードを切り換えるための設定値として負荷第二設定値Ｐ２を決定する（Ｓ１０−４）。
【００９１】
図１１に示す如く、エンジン回転数と出力トルクおよびエンジン出力の関係を等燃費曲線で表すことができる。つまり、図１１からはエンジン回転数に応じた最適燃費曲線を得ることができる。
但し、実際には最適燃費値はバッテリ残量収支によって変化するため、単一の曲線で示されるものではなく、各エンジン回転数ごとに上限値および下限値を設けて、バッテリ残量を考慮しながら、ある範囲内に運転状態を収めるように制御することにより、低燃費化を図ることができる。
そこで、図１２に示す如く、図１１の最適燃費曲線に基づいて、バッテリ残量収支を考慮して、各回転数ごとの最適燃費下限値を示す曲線（負荷第一設定値Ｐ１）と、最適燃費上限値を示す曲線（負荷第二設定値Ｐ２）とを表して、バッテリ残量を考慮しながら、エンジン負荷が、Ｐ１＜エンジン負荷＜Ｐ２となる運転状態を維持するようにして、最適燃費化を図るようにしている。
つまり、バッテリ残量に応じて、負荷第一設定値Ｐ１および負荷第二設定値Ｐ２を補正するようにしている。
そして、この負荷第一設定値Ｐ１および負荷第二設定値Ｐ２を示す曲線は、エンジン特性およびバッテリ特性等により決定されるので、予めマップ情報としてパワーマネジメントコントローラ９４のＲＯＭ等に記憶させておくようにしている。
【００９２】
また、負荷第一設定値Ｐ１および負荷第二設定値Ｐ２は、ＳＯＣ検出値に応じて、図１５に示す補正係数Ｋ１、Ｋ２をそれぞれに乗じて算出するようにしている。
つまり、図１５に示す如く、ＳＯＣが例えば４０（％）未満の場合には、Ｋ１、Ｋ２共に１以上の補正係数として、各設定値Ｐ１、Ｐ２を高めに設定するようにしている。これにより、ＳＯＣが低い（つまり、バッテリ８５の充電率が低い）場合には、ｂ）アシストモードに移行しにくくしてバッテリ８５の利用を抑えて、かつ、ｄ）発電充電モードには移行しやすくしバッテリ８５の充電が促進されるようにしている。
また、ＳＯＣが例えば６０（％）以上の場合には、Ｋ１、Ｋ２共に１未満の補正係数として、各設定値Ｐ１、Ｐ２を低めに設定するようにしている。これにより、ＳＯＣが高い（つまり、バッテリ８５の充電率が高い）場合には、ｂ）アシストモードに移行しやすくして積極的にバッテリ８５を利用して、かつｄ）発電充電モードには移行しにくくして、エンジン１５を高効率領域で運転するようにしている。
【００９３】
そして、図１０に示す如く、エンジン負荷Ｐの検出値と負荷第一設定値Ｐ１とを比較する（Ｓ１０−５）。
このとき、Ｐ＞Ｐ１で無い場合、つまり、エンジン負荷Ｐが負荷第一設定値Ｐ１よりも小さい低負荷である場合には、ＳＯＣ検出値を確認し（Ｓ１０−６）、しかも、ＳＯＣ＞８０（％）である場合は、発電してバッテリ８５を充電することが不要であると判定して、ａ）エンジン単独モードに移行するようにしている（Ｓ１０−１３）。
また、ＳＯＣ＞８０（％）でない場合には、発電してバッテリ８５を充電することが有効であると判定して、ｄ）発電充電モードに移行するようにしている（Ｓ１０−７）。
そして、後述するIII）発電制御に基づいてジェネレータ８１の充電量を決定し、充電電流の指令値を検出する。
そして、前記交流電流の指令値が、指令値＜０となるか（Ｓ１０−８）、または前記ＳＯＣ＞８０（％）となる（Ｓ１０−６）までは、ｄ）発電充電モードが維持される。
【００９４】
また、Ｐ＞Ｐ１である場合、つまり、エンジン負荷Ｐが負荷第一設定値Ｐ１よりも大きい場合には、エンジン負荷Ｐの検出値と負荷第二設定値Ｐ２とを比較する（Ｓ１０−９）。
このとき、Ｐ＜Ｐ２である場合、つまり、エンジン負荷Ｐが負荷第二設定値Ｐ２よりも小さい場合には、エンジン１５は高効率領域で運転ができる。つまり、電動機８６によるアシストは不要であると判定して、ａ）エンジン単独モードに移行するようにしている（Ｓ１０−１３）。
また、Ｐ＜Ｐ２で無い場合、つまり、エンジン負荷Ｐが負荷第二設定値Ｐ２よりも大きい場合には、ＳＯＣ検出値を確認し（Ｓ１０−１０）、しかも、ＳＯＣ＜２０（％）である場合は、バッテリ８５を利用して電動機８６によりアシストすることが不可能であると判定して、ａ）エンジン単独モードに移行するようにしている（Ｓ１０−１３）。
また、ＳＯＣ＜２０（％）でない場合には、バッテリ８５を利用して電動機８６によりアシストすることが可能であると判定して、ｂ）アシストモードに移行するようにしている（Ｓ１０−１１）。
そして、後述するII）トルクアシスト制御に基づいて電動機８６によるアシスト量を決定し、電動機８６への指令値を検出する。
そして、前記電動機８６への指令値が、指令値＜０となるか（Ｓ１０−１２）、または前記ＳＯＣ＜２０（％）となる（Ｓ１０−１０）までは、ｂ）アシストモードが維持される。
【００９５】
そして、ｄ）発電充電モードにおいて交流電流の指令値が、指令値＜０となるか（Ｓ１０−８）、またはＳＯＣ＞８０（％）となった場合（Ｓ１０−６）や、または、ｂ）アシストモードにおいて電動機８６への指令値が、指令値＜０となるか（Ｓ１０−１２）、またはＳＯＣ＜２０（％）となった場合（Ｓ１０−１０）には、ａ）エンジン単独モードへ移行する（Ｓ１０−１３）。
そして、ＳＯＣを検知するステップ（Ｓ１０−１）へ戻り、一連の負荷平準化制御フローが繰り返されるようにしている。
以上が、）負荷平準化制御のフローについての説明である。
【００９６】
次に、II）トルクアシスト制御の制御フローについて、図１０、図１３、図１４、図１６および図１９を用いて説明をする。
II）トルクアシスト制御は、作業負荷がエンジン１５の設定値での運転（例えば定格運転）に対して過負荷である場合に、燃費およびＳＯＣ検出値により決定される閾値に従い、電動機８６によるエンジン１５のトルクアシスト量を制御することによって、エンジン負荷の軽減（高出力化）を図るものである。
図１０に示す如く、）負荷平準化制御において、ｂ）アシストモードに移行した場合には、エンジンアシスト制御のために電動機８６への指令値を決定する必要がある（Ｓ１０−１１）。
そこで、この指令値を算出するために、II）トルクアシスト制御を適用するようにしている。
【００９７】
図１３に示す如く、電動機８６への指令値要求が成されると（Ｓ１３−１）、まず、主回路バス電圧Ｖｍを検知し（Ｓ１３−２）、次に、バッテリ８５のその時の放電可能電流量Ａｎ１を検知（演算）する（Ｓ１３−３）。
そして、改めて、その時のＳＯＣを検知し（Ｓ１３−４）、エンジンコントローラ７６からパワーマネジメントコントローラ９４にエンジン回転数Ｒｎとエンジン負荷率Ｐｎを出力し、パワーマネジメントコントローラ９４はその入力値をもとに、その回転数におけるエンジンの最大出力を検出（演算）する（Ｓ１３−５）。
次に、パワーマネジメントコントローラ９４は、エンジン負荷率の入力値Ｐｎと、検出したエンジン最大出力から、改めて現時点におけるエンジン負荷Ｐｎ１を算出する（Ｓ１３−６）。
ＳＯＣ検出値と、エンジン回転数の入力値Ｒｎおよびエンジン負荷Ｐｎ１より、エンジン１５の燃費が最適となるように、ｂ）アシストモードを切り換えるための条件（負荷閾値）となる設定値を決定する。
つまり、現時点における負荷第二設定値Ｐ２を改めて決定するようにしている（Ｓ１３−７）。
【００９８】
次に、図１９に示す如く、アシスト指令値出力の流れは、図１４に示す補正係数Ｋ２を考慮した補正後の負荷第二設定値（Ｋ２×Ｐ２）を算出し、かつ、現時点のエンジン負荷Ｐｎ１に対して、燃費の最適値を規定したトルク・負荷マップから算出される目標エンジン回転数を考慮して、変換後のエンジン負荷Ｐａを算出する。
そして、変換後のエンジン負荷Ｐａから補正後の負荷第二設定値（Ｋ２×Ｐ２）を差し引いて偏差を算出し、この偏差を打ち消すように（つまり、Ｐａ＝Ｋ２×Ｐ２として偏差を「０」とするように）ＰＩコントローラ（即ち、電動機用コントローラ９０）で制御値を演算して、その値を、電動機８６への電流指令値Ａ１（アシスト量）として出力するようにしている。
【００９９】
但し、図１６に示す如く、電動機８６のアシスト可能量（即ち、発生可能トルク）は、電動機特性によりエンジン回転数に応じた上限値がある。このため、制御装置７９（もしくは、電動機用コントローラ９０やパワーマネジメントコントローラ９４）には、エンジン回転数に応じた上限値がマップ情報として記憶されている。そして、電動機用コントローラ９０には、このマップ情報に基づいて、エンジン回転数に応じて充電電流量を制限する充電電流リミッタ９１ａを備えるようにしている。そして、前記電流指令値Ａ１は、放電電流リミッタ９０ａによる制限を考慮して出力するようにしている（Ｓ１３−８）。
【０１００】
ここで、電動機８６への電流指令値Ａ１と回路抵抗から算出されるその時の電圧値（主回路バス電圧指令値）Ｖｎ１が、主回路バス電圧（実値）Ｖｍ以上となっているか否かを判定し（Ｓ１３−９）、その時の電圧値Ｖｎ１が主回路バス電圧Ｖｍ以上である（つまり、Ｖｎ１≧Ｖｍ）場合には、主回路バス電圧（実値）Ｖｍを上限としてリミットを掛けるようにしている。（Ｓ１３−１１）。
また、前記主回路バス電圧指令値Ｖｎ１が前記主回路バス電圧Ｖｍ未満となっている場合であっても、モータ出力電力がバッテリ８５のその時の放電可能電力量以上であるか否かを判定し（Ｓ１３−１０）、モータ出力電力が、その時の放電可能電力量以上である場合には、放電可能電力量および回路抵抗から求められるその時の放電可能電流値を上限としてリミットを掛けるようにしている。（Ｓ１３−１１）。
【０１０１】
次に、モータ出力電力がバッテリ８５のその時の放電可能電力量未満である場合には（Ｓ１３−１０）、バッテリ８５から出力されるバッテリーバス電圧（実値）Ｖｂが、その下限設定値である１２０（Ｖ）以上であるか否かを判定し（Ｓ１３−１２）、Ｖｂ≧１２０（Ｖ）であれば、さらにバッテリーバス電圧（実値）Ｖｂが上限設定値である１８０（Ｖ）以下であるかを否かを判定する（Ｓ１３−１４）。
そして、Ｖｂ≦１８０（Ｖ）であれば、ＰＩコントローラから出力された電動機８６への電流指令値Ａ１（アシスト量）をそのまま出力値として採用するようにしている（Ｓ１３−１６）。
【０１０２】
また、バッテリーバス電圧Ｖｂが、下限設定値の１２０（Ｖ）未満である場合には（Ｓ１３−１２）、ＳＯＣ検出値による判定を行い（Ｓ１３−１３）、しかも、ＳＯＣ＜２０（％）である場合には、バッテリ８５を利用してエンジン１５をアシストすることはできないと判定し、ａ）エンジン単独モードに移行するようにしている（Ｓ１３−１７）。
また、ＳＯＣ検出値による判定を行い（Ｓ１３−１３）、ＳＯＣ＜２０（％）でない場合には、バッテリ８５を利用してエンジン１５をアシストすることは可能であると判定し、前記ステップ（Ｓ１３−１４）に合流させるようにしている。
【０１０３】
バッテリーバス電圧Ｖｂが、上限設定値の１８０（Ｖ）を越えている場合には（Ｓ１３−１４）、ＳＯＣ検出値による判定を行い（Ｓ１３−１５）、しかも、ＳＯＣ＞８０（％）でない場合には、過充電のためバッテリ８５を積極的に放電させて利用することが望ましいと判定し、ＰＩコントローラから出力された電動機８６への電流指令値Ａ１（アシスト量）をそのまま出力値として採用するようにしている（Ｓ１３−１６）。
また、ＳＯＣ検出値による判定を行い（Ｓ１３−１５）、ＳＯＣ＞８０（％）であれば、電圧異常が認められバッテリ８５を利用してエンジン１５をアシストすることは適当でないと判定し、ａ）エンジン単独モードに移行するようにしている（Ｓ１３−１７）。
以上が、II）トルクアシスト制御の制御フローについての説明である。
【０１０４】
次に、III）発電制御の制御フローについて、図１０、図１４乃至図１６および図２０を用いて説明をする。
III）発電制御は、作業負荷がエンジン負荷に対して軽負荷である場合に、発電量を制御することによりエンジン１５を高効率の運転領域で運転可能とし、かつバッテリ８５に電力を蓄えて、トルクアシストが必要な場合に、その蓄えた電力を消費し、負荷平準化を図るものである。
図１０に示す如く、）負荷平準化制御において、ｄ）発電充電モードに移行した場合には、発電制御のためにジェネレータ８１への指令値を決定する必要がある。
そこで、この指令値を算出するために、III）発電制御を適用するようにしている。
【０１０５】
図１５に示す如く、ジェネレータ８１への指令値要求が成されると（Ｓ１５−１）、まず、主回路バス電圧Ｖｍおよびバッテリバス電圧Ｖｂを検知する（Ｓ１５−２）。
次に、その時のエンジン回転数Ｒｎおよびその時のエンジン負荷Ｐｎより、ジェネレータ８１による発電可能電流量Ａｎ２を検知し（Ｓ１５−３）、バッテリ８５のその時の充電可能電流量Ａｃを検知する（Ｓ１５−４）。
そして、改めて、その時のＳＯＣを検知し（Ｓ１５−５）、エンジンコントローラ７６からパワーマネジメントコントローラ９４にエンジン回転数Ｒｎとエンジン負荷率Ｐｎを出力し、パワーマネジメントコントローラ９４はその入力値をもとに、その回転数におけるエンジンの最大出力を検出する（Ｓ１５−６）。
次に、パワーマネジメントコントローラ９４は、エンジン負荷率の入力値と、検出したエンジン最大出力から、改めて現時点におけるエンジン負荷Ｐｎ２を算出する（Ｓ１５−７）。
ＳＯＣ検出値と、エンジン回転数の入力値Ｒｎおよびエンジン負荷Ｐｎ２より、エンジン１５の燃費が最適となるように、ｄ）発電充電モードを切り換えるための条件（負荷閾値）となる設定値を決定する。
つまり、現時点における負荷第一設定値Ｐ１を改めて決定するようにしている（Ｓ１５−８）。
【０１０６】
次に、図２０に示す如く、発電量指令値出力の流れは、図１４に示す補正係数Ｋ１を考慮した補正後の負荷第一設定値（Ｋ１×Ｐ１）を算出し、かつ、エンジン負荷Ｐｎ２に対して、燃費の最適値を規定したトルク・負荷マップから算出される目標エンジン回転数を考慮して、変換後のエンジン負荷Ｐｂを算出する。
そして、変換後のエンジン負荷Ｐｂから補正後の負荷第一設定値（Ｋ１×Ｐ１）を差し引いて偏差を算出し、この偏差を打ち消すように（つまり、Ｐｂ＝Ｋ１×Ｐ１として偏差を「０」とするように）ＰＩコントローラに入力して得られる値を、ジェネレータ８１への発電電流指令値Ａ２（発電量）として出力するようにしている（Ｓ１５−９）。
尚、発電電流指令値Ａ２の算出方法としては、第三の閾値（負荷第三設定値Ｐ３）を設け、エンジン負荷が負荷第三設定値Ｐ３を下回った場合には、ＳＯＣが設定値を越えるまで（例えばＳＯＣ＞８０％となるまで）は常時定電流で充電を行うようにし、設定値を越えれば充電電流指令値を低減させるようにすることもできる。
【０１０７】
但し、図１６に示す如く、ジェネレータ８１の発電可能量は、ジェネレータ特性によりエンジン回転数に応じた上限値がある。このため、制御装置７９（もしくは、ジェネレータ用コントローラ９１やパワーマネジメントコントローラ９４）には、エンジン回転数に応じた上限値がマップ情報として記憶されている。そして、ジェネレータ用コントローラ９１には、このマップ情報に基づいて、エンジン回転数に応じて充電電流量を制限する充電電流リミッタ９１ａを備えるようにしている。そして、前記発電電流指令値Ａ２は、充電電流リミッタ９１ａによる制限を考慮して出力するようにしている（Ｓ１５−９）。
【０１０８】
ここで、ジェネレータ８１への発電電流指令値Ａ２と回路抵抗から算出されるその時の電圧値Ｖｎ２が、主回路バス電圧Ｖｍ以下となっているか否かを判定し（Ｓ１５−１０）、その時の電圧値Ｖｎ２が主回路バス電圧Ｖｍ以下である（つまり、Ｖｎ２≦Ｖｍ）場合には、主回路バス電圧Ｖｍを上限としてリミットを掛けるようにしている。そして、このリミット電圧値および回路抵抗から算出される電流値をジェネレータ８１への発電電流指令値Ａ２として出力するようにしている（Ｓ１５−１２）。
また、前記電圧値Ｖｎ２が、主回路バス電圧Ｖｍを越えている場合（つまり、Ｖｎ２＞Ｖｍ）であっても、ジェネレータ８１への発電電流指令値Ａ２がバッテリ８５のその時の充電可能電流値Ａｎ２以上であるか否かを判定し（Ｓ１５−１１）、発電電流指令値Ａ２が充電可能電流値Ａｎ２以上である（つまり、Ａ２≧Ａｎ２）場合には、バッテリ８５のその時の充電可能電流値Ａｎ２を上限としてリミットを掛けるようにしている。そして、このリミット発電可能電流値（つまりＡｎ２）をジェネレータ８１への発電電流指令値Ａ２として出力するようにしている（Ｓ１５−１２）。
【０１０９】
次に、電流指令値Ａ２がバッテリ８５のその時の充電可能電流値Ａｎ２未満である（つまり、Ａ２＜Ａｎ２）場合には（Ｓ１５−１１）、バッテリ８５のその時の放電可能電流値Ａｎ１と回路抵抗から算出されるバッテリーバス電圧Ｖｂが、下限設定値である１２０（Ｖ）以上であるか否かを判定し（Ｓ１５−１３）、Ｖｂ≧１２０（Ｖ）であれば、さらにバッテリーバス電圧Ｖｂが上限設定値である１８０（Ｖ）以下であるかを判定する（Ｓ１５−１５）。
そして、Ｖｂ≦１８０（Ｖ）であれば、ＰＩコントローラから出力されたジェネレータ８１への発電電流指令値Ａ２（アシスト量）をそのまま出力値として採用するようにしている（Ｓ１５−１７）。
【０１１０】
バッテリーバス電圧Ｖｂが、下限設定値の１２０（Ｖ）未満である場合には（Ｓ１５−１３）、ＳＯＣ検出値による判定を行い（Ｓ１５−１４）、しかも、ＳＯＣ＜２０（％）であれば、バッテリ８５を利用してエンジン１５をアシストすることはできないと判定し、ａ）エンジン単独モードに移行するようにしている（Ｓ１５−１８）。
また、ＳＯＣ検出値による判定を行い（Ｓ１５−１４）、ＳＯＣ＜２０（％）でなければ、バッテリ８５を利用してエンジン１５をアシストすることは可能であると判定し、前記ステップ（Ｓ１５−１５）に合流させるようにしている。
【０１１１】
バッテリーバス電圧Ｖｂが、上限設定値の１８０（Ｖ）を越えている場合には（Ｓ１５−１５）、ＳＯＣ検出値による判定を行い（Ｓ１５−１６）、しかも、ＳＯＣ＞８０（％）であれば、過充電を回避するため発電を行うことは適当でないと判定し、ａ）エンジン単独モードに移行するようにしている（Ｓ１５−１８）。
また、ＳＯＣ検出値による判定を行い（Ｓ１５−１６）、ＳＯＣ＞８０（％）でなければ、ジェネレータ８１を利用してバッテリ８５の充電を行うことが可能であると判定し、ＰＩコントローラから出力されたジェネレータ８１への発電電流指令値Ａ２（アシスト量）をそのまま出力値として採用するようにしている（Ｓ１５−１７）。
以上が、III）発電制御の制御フローについての説明である。
【０１１２】
次に、IV）バッテリ充放電制御の制御フローについて、図１０、図１７および図１８を用いて説明をする。
IV）バッテリ充放電制御は、II）エンジンアシスト制御やIII）発電制御において、ジェネレータ８１による発電電力をバッテリ８５に蓄えて、エンジンアシストや電動機駆動の際に、その蓄えた電力を消費して電動機８６を駆動させるが、その際に、充電量や放電量を制御することにより、バッテリ８５が劣化しにくい充放電方式の実現を図るものである。また、過充放電を防止するために、ＳＯＣ検出値に従って、負荷閾値（Ｐ１およびＰ２）を変更したり、また電動機８６およびジェネレータ８１の充放電電気量を制御して、パワーマネジメントの実現を図るものである。
図１７に示す如く、パワーマネジメントを考慮した制御フローでは、電動機８６およびジェネレータ８１への電流指令値と回路抵抗から算出されるその時の電圧値Ｖｎ３が、充放電可能量（主回路バス電圧Ｖｍ）以上となっているか否かを判定し（Ｓ１７−１）、その時の電圧値Ｖｎ３が充放電可能量（主回路バス電圧Ｖｍ）以上である（つまり、Ｖｎ３≧Ｖｍ）場合には、充放電可能量（主回路バス電圧Ｖｍ）を上限としてリミットを掛けるようにしている。そして、このリミット電圧値および回路抵抗から算出される電流値を電動機８６およびジェネレータ８１への電流指令値Ａ３として出力するようにしている（Ｓ１７−３）。
【０１１３】
次に、前記電圧値Ｖｎ３が、充放電可能量（主回路バス電圧Ｖｍ）未満である場合には（Ｓ１７−１）、バッテリ８５のその時の充放電可能電流値Ａｎ３と回路抵抗から算出されるバッテリーバス電圧Ｖｂが、下限設定値である１２０（Ｖ）以上であるか否かを判定し（Ｓ１７−２）、Ｖｂ≧１２０（Ｖ）であれば、さらにバッテリーバス電圧Ｖｂが上限設定値である１８０（Ｖ）以下であるか否かを判定する（Ｓ１７−５）。
そして、Ｖｂ≦１８０（Ｖ）であれば、ＰＩコントローラから出力された電動機８６およびジェネレータ８１への電流指令値Ａ３をそのまま出力値として採用するようにしている（Ｓ１７−７）。
【０１１４】
バッテリーバス電圧Ｖｂが、下限設定値の１２０（Ｖ）未満である場合には（Ｓ１７−２）、ＳＯＣ検出値による判定を行い（Ｓ１７−４）、しかも、ＳＯＣ＜２０（％）であれば、バッテリ８５を充放電させることはできないと判定し、ａ）エンジン単独モードに移行するようにしている（Ｓ１７−８）。
また、ＳＯＣ検出値による判定を行い（Ｓ１７−４）、ＳＯＣ＜２０（％）でなければ、バッテリ８５を充放電させることは可能であると判定し、前記ステップ（Ｓ１７−５）に合流させるようにしている。
【０１１５】
バッテリーバス電圧Ｖｂが、上限設定値の１８０（Ｖ）を越えている場合には（Ｓ１７−５）、ＳＯＣ検出値による判定を行い（Ｓ１７−６）、しかも、ＳＯＣ＞８０（％）であれば、バッテリ８５を充放電させることはできないと判定し、ａ）エンジン単独モードに移行するようにしている（Ｓ１７−８）。
また、ＳＯＣ検出値による判定を行い（Ｓ１７−６）、ＳＯＣ＞８０（％）でなければ、バッテリ８５の充放電させることは可能であると判定し、ＰＩコントローラから出力された電動機８６およびジェネレータ８１への電流指令値Ａ３をそのまま出力値として採用するようにしている（Ｓ１７−７）。
尚、前述した通り、II）エンジンアシスト制御やIII）発電制御では、このパワーマネジメントを考慮して制御を行うようにしている。
【０１１６】
また、図１８に示す如く、過充放電防止制御を考慮した制御フローでは、まず、バッテリ８５用のコントローラ８５ａにおいて、ＳＯＣを算出・検知を行い（Ｓ１８−１）、次に電動機用コントローラ９０およびジェネレータ用コントローラ９１において、電動機８６の使用負荷量Ｐｍとジェネレータ８１の発電負荷量Ｐｇと、ＤＣ／ＤＣコンバータ９３の運転指令状態を検知する（Ｓ１８−２）。
次に、電動機８６の使用負荷量Ｐｍとジェネレータ８１の発電負荷量Ｐｇを比較して（Ｓ１８−３）、Ｐｇ＞Ｐｍの場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ９３の運転指令が「充電」指令であるか否かを確認する（Ｓ１８−４）。ここで、ＤＣ／ＤＣコンバータの運転指令が「充電」指令である場合には、ＳＯＣ検出値による判定を行い（Ｓ１８−５）、ＳＯＣ≧９０（％）である場合には、ｄ）発電充電モードを停止し、かつ、「充電」指令もＯＦＦ状態として、現状の制御状態を維持するようにしている（Ｓ１８−１５）。
つまり、ジェネレータ８１に発電運転の指令が出ているときに、バッテリ残量（ＳＯＣ）が予め記憶された設定値（この設定値をバッテリ残量第一設定値とし、本実施例ではＳＯＣ＝９０％としている。）よりも大きい場合には、ジェネレータ８１による発電を停止するようにしている。
【０１１７】
また、電動機８６の使用負荷量Ｐｍとジェネレータ８１の発電負荷量Ｐｇを比較して（Ｓ１８−３）、Ｐｇ＞Ｐｍではない場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ９３の運転指令が「放電」指令であるか否かを確認する（Ｓ１８−７）。ここで、ＤＣ／ＤＣコンバータの運転指令が「放電」指令である場合には、ＳＯＣ検出値による判定を行い（Ｓ１８−８）、ＳＯＣ＜１０（％）である場合には、強制充電モードに移行する旨の通知を行い（Ｓ１８−９）、ｂ）アシストモードを停止して、ｄ）発電充電モードに移行し、かつ、「充電」指令もＯＮ状態とする（Ｓ１８−１１）。
そして、充電電流指令値を決定した後（Ｓ１８−１３）、ＳＯＣ検出値による判定を行い（Ｓ１８−１４）、ＳＯＣ≧５０（％）でない場合には、強制充電モードを継続し、ＳＯＣ≧５０（％）となった場合には、現状の制御状態を維持するか、もしくは負荷平準モードに切り換えるようにしている（Ｓ１８−１５）。
つまり、電動機８６に運転の指令が出ているときに、バッテリ残量（ＳＯＣ）が予め記憶された設定値（この設定値をバッテリ残量第三設定値とし、本実施例ではＳＯＣ＝１０％としている。）に満たない場合には、電動機８６を停止し、かつ、バッテリ残量（ＳＯＣ）が予め記憶された設定値（この設定値をバッテリ残量第四設定値とし、本実施例ではＳＯＣ＝５０％としている。）以上となるまでは、電動機８６の運転を許可しないようにしている。
【０１１８】
また、ＳＯＣ検出値による判定を行い（Ｓ１８−８）、ＳＯＣ＜１０（％）でない場合には、さらにＳＯＣ検出値による判定を行い（Ｓ１８−１０）、しかも、ＳＯＣ＜２０（％）である場合には、パワーショベル１のオペレータに充電の実施を促すように警報を発するようにしている（Ｓ１８−１２）。尚、この場合、警報を発すると同時に強制充電モードに移行させるようにすることも可能である。
また、ＳＯＣ検出値による判定を行い（Ｓ１８−１０）、ＳＯＣ＜２０（％）でない場合には、現状の制御状態を維持するか、もしくは負荷平準化モードに切り換えるようにしている（Ｓ１８−１５）。
つまり、電動機８６に運転の指令が出ているときに、バッテリ残量（ＳＯＣ）が予め記憶された設定値（この設定値をバッテリ残量第二設定値とし、本実施例ではＳＯＣ＝２０％としている。）に満たない場合には、ジェネレータ８１による発電を促す警報（充電警告）を発するようにしている。
以上が、IV）バッテリ充放電制御の制御フローについての説明である。
【０１１９】
以上の説明に示す如く、制御装置７９は、ジェネレータ８１からバッテリ８５への充電電流を制御するジェネレータ用コントローラ９１と、バッテリ８５から電動機８６への放電電流を制御する電動機用コントローラ９１とを備え、エンジン負荷が予め記憶された負荷第一設定値（Ｐ１）よりも小さい場合には、エンジン１５の運転に加えてジェネレータ８１を作動させ、充電電流をジェネレータ用コントローラ９１により制御してバッテリ８５を充電し、かつ、エンジン負荷が予め記憶された負荷第二設定値（Ｐ２）よりも大きい場合には、エンジン１５の運転に加えて、電動機用コントローラ９１により放電電流を制御して、電動機８６を作動させるようにしている。
これにより、充放電電流を用いて制御することにより、エンジン負荷を正確に制御することができるのである。
【０１２０】
また、負荷第一設定値（Ｐ１）、負荷第二設定値（Ｐ２）を、バッテリ残量（ＳＯＣ）に応じて補正するようにしている。
これにより、バッテリ残量（ＳＯＣ）に応じてジェネレータ出力および電動機出力を調整することにより、過充放電を防止することができるのである。
【０１２１】
また、エンジン負荷が予め記憶された負荷第二設定値（Ｐ２）よりも大きい場合には、エンジン負荷が負荷第二設定値（Ｐ２）となるように電動機８６を制御するようにしている。
これにより、作業過負荷時、燃費により決定される負荷閾値に従い、電動機によるエンジントルクアシストを行うことで負荷の軽減を行い、過負荷とならない程度の負荷でエンジンを作動させて、無駄な燃料消費を抑えて効率良く作業を行うことができるのである。
【０１２２】
また、電動機用コントローラ９０が、放電電流リミッタ９０ａを備え、放電電流リミッタ９０ａにより、バッテリ８５からの放電電流を制限して、電動機８６を作動するようにしている。
これにより、過放電を回避しながらトルクアシストを行い、電動機にも過電流を流すことなく作動させて電動機を傷めることがないのである。
【０１２３】
また、電動機用コントローラ９０が、放電電流リミッタ９０ａを備え、放電電流リミッタ９０ａにより、制御装置７９（あるいはパワーマネジメントコントローラ９４）に予め記憶された電動機トルク特性に基づいて放電電流に制限を加えて、電動機８６を作動するものである。
これにより、電動機８６のオーバートルクを回避しながらトルクアシストを行うことができるのである。
【０１２４】
また、エンジン負荷が予め記憶された負荷第一設定値（Ｐ１）よりも小さい場合には、エンジン負荷が負荷第一設定値（Ｐ１）となるようにジェネレータ８１を制御するようにしている。
これにより、エンジン負荷が軽い時、エンジン効率が良い最低負荷となる回転数まで上げてジェネレータにより発電し、この発電によりバッテリに電力を蓄え、トルクアシストが必要な場合、その蓄えた電力を使用して電動機によるエンジントルクアシストを行うことにより、負荷の軽減を行うことができるのである。
【０１２５】
また、ジェネレータ用コントローラ９１は充電電流リミッタ９１ａを備え、充電電流リミッタ９１ａにより、ジェネレータ８１からバッテリ８５への充電電流を制限するようにしている。
これにより、過充電を回避しながら発電を行うことができ、また、過電流を流してバッテリを傷めることがないのである。
【０１２６】
また、ジェネレータ用コントローラ９１が、充電電流リミッタ９１ａを備え、充電電流リミッタ９１ａにより、制御装置７９（あるいはパワーマネジメントコントローラ９４）に予め記憶されたジェネレータ出力特性に基づいて、ジェネレータ出力を制限するようにしている。
これにより、ジェネレータのオーバートルクを回避しながら発電を行うことができ、過電流を流してバッテリを傷めることがないのである。
【０１２７】
また、ジェネレータ８１に発電運転の指令が出ているときに、バッテリ残量（ＳＯＣ）が予め記憶されたバッテリ残量第一設定値よりも大きい場合には、ジェネレータ８１による発電を停止するようにしている。
これにより、バッテリ８５の過充電を防止することができるのである。
【０１２８】
また、電動機８６に運転の指令が出ているときに、バッテリ残量（ＳＯＣ）が予め記憶されたバッテリ残量第二設定値よりも小さい場合には、ジェネレータ８１による発電を促す警報を発するようにしている。
これにより、オペレータに充電運転を行うよう警告することにより、バッテリの過放電を防止することができ、バッテリ上がりを未然に防げるのである。
【０１２９】
また、電動機８６に運転の指令が出ているときに、バッテリ残量（ＳＯＣ）が予め記憶されたバッテリ残量第三設定値よりも小さい場合には、電動機８６を停止し、かつ、バッテリ残量が予め記憶されたバッテリ残量第四設定値よりも大きくなるまでは、電動機８６の運転を許可しないようにしている。
これにより、電動機を停止することで、過放電を防止することができ、バッテリ上がりも未然に防ぐことができるのである。
また、電動機を効率の悪い範囲で無理に運転させることもないのである。
【図面の簡単な説明】
【０１３０】
【図１】本発明に係る駆動装置を具備するパワーショベルの左側面図。
【図２】本発明に係る油圧回路及び制御ブロックを示す図。
【図３】フローチャートを示す図。
【図４】（ａ）は通常の作業時の負荷の状態を示す図、（ｂ）は本発明の制御での作業時の負荷の状態を示す図。
【図５】他の実施例の油圧回路及び制御ブロックを示す図。
【図６】クラッチＯＦＦ時の制御を示すフローチャートを示す図。
【図７】本発明に係る制御システムの構成を示す図。
【図８】（ａ）はエンジン単独モード時の制御状態を示す図。（ｂ）はアシストモード時の制御状態を示す図。
【図９】（ｃ）はシリーズモード時の制御状態を示す図。（ｄ）は発電充電モード時の制御状態を示す図。
【図１０】本発明に係る負荷平準化制御のフローチャートを示す図。
【図１１】エンジン回転数に応じた最適燃費曲線を示す図。
【図１２】バッテリ残量収支を考慮したエンジン回転数に応じた最適燃費曲線を示す図。
【図１３】本発明に係るトルクアシスト制御のフローチャートを示す図。
【図１４】本発明に係るバッテリ残量に応じ負荷第一および第二設定値に乗じる係数を示す図。
【図１５】本発明に係る発電制御のフローチャートを示す図。
【図１６】本発明に係るエンジン回転数に応じたジェネレータの発電量上限値および電動機の発生トルク上限値を示す図。
【図１７】本発明に係るパワーマネジメント制御のフローチャートを示す図。
【図１８】本発明に係る過充放電防止制御のフローチャートを示す図。
【図１９】本発明に係るアシスト量算出時のフローチャートを示す図。
【図２０】本発明に係る充電電流量算出時のフローチャートを示す図。
【符号の説明】
【０１３１】
１５    エンジン（駆動源）
１５ａ  回転軸
２１    アームシリンダ
２２    ブームシリンダ（油圧シリンダ）
３１・１３１    油圧ポンプ
３２    動作切換弁
７６    エンジンコントローラ
７９    制御装置
８１    ジェネレータ
８２    クラッチ
８３    ポンプ軸
８５    バッテリ
８６    電動機
【図１】
2007071197.tif 000003
【図２】
2007071197.tif 000004
【図３】
2007071197.tif 000005
【図４】
2007071197.tif 000006
【図５】
2007071197.tif 000007
【図６】
2007071197.tif 000008
【図７】
2007071197.tif 000009
【図８】
2007071197.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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