(57)【要約】【課題】  エンジンに設けられたスタータモータを用いずに、アイドリングストップ後にエンジンを最始動することを課題とする。【解決手段】  ハイブリッド型ショベルは、エンジン１１により駆動される油圧ポンプ１４と、エンジンをアシストする電動発電機１２と、電動発電機に電力を供給する蓄電装置１２０と、アシストモータの駆動を制御する制御部３０とを含む。制御部３０は、エンジンがアイドリング運転状態となると油圧ポンプ１４の駆動を停止し、アイドリング運転状態が解除されると、電動発電機１２に蓄電装置１２０から電力を供給して電動発電機を力行運転することにより、油圧ポンプ１４の駆動を再開することで、エンジン１１の駆動を再開する。【選択図】  図４
2013028962.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンにより駆動される油圧ポンプと、
該エンジンをアシストする電動発電機と、
該電動発電機に電力を供給する蓄電装置と、
前記アシストモータの駆動を制御する制御部と
を有し、
前記制御部は、前記エンジンがアイドリング運転状態となると前記油圧ポンプの駆動を停止し、アイドリング運転状態が解除されたことを検出すると、前記電動発電機に前記蓄電装置から電力を供給して前記電動発電機を力行運転することにより、前記油圧ポンプの駆動を再開することで、前記エンジンの駆動を再開することを特徴とするハイブリッド型ショベル。
【請求項２】
請求項１記載のハイブリッド型ショベルであって、
前記制御部は、アイドリング運転状態が解除されたことを検出すると、前記エンジンの回転数が所定の回転数となるまで前記電動発電機を駆動すると共に、前記油圧ポンプの傾転角を最小値に設定して前記油圧ポンプの負荷を低減することを特徴とするハイブリッド型ショベル。
【請求項３】
請求項１又は２記載のハイブリッド型ショベルであって、
前記制御部は、前記蓄電装置の蓄電量が所定値より小さい場合には、前記電動発電機の力行運転を禁止することを特徴とするハイブリッド型ショベル。
【請求項４】
請求項３記載のハイブリッド型ショベルであって、
前記制御部は、前記蓄電装置の蓄電量が所定値より小さい場合は、前記エンジンに設けられたスタータモータにより前記エンジンを始動させ、前記エンジンの出力で前記油圧ポンプを駆動することを特徴とするハイブリッド型ショベル。
【請求項５】
請求項１乃至４のうちいずれか一項記載のハイブリッド型ショベルであって、
油圧回路に操作油圧を送るためのパイロットポンプを更に有し、前記電動発電機の駆動力で前記パイロットポンプの回転を再開させることを特徴とするハイブリッド型ショベル。
【請求項６】
請求項１乃至５のうちいずれか一項記載のハイブリッド型ショベルであって、
前記制御部は、操作レバー装置からの操作信号に基づいてアイドリング運転状態が解除されたことを検出することを特徴とするハイブリッド型ショベル。
【請求項７】
請求項１乃至６のうちいずれか一項記載のハイブリッド型ショベルであって、
前記ハイブリッド型ショベルの運転を開始する際には、前記電動発電機とは別個に設けられたスタータモータを用いて前記エンジンを始動することを特徴とするハイブリッド型ショベル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動発電機でエンジンをアシストするハイブリッド型ショベルに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、ハイブリッド型ショベルは、ブーム、アーム、及びバケット等の作業要素を搭載した上部旋回体を備え、上部旋回体を旋回させながらブーム及びアームを駆動し、バケットを目的の作業位置まで移動する。ブーム、アーム、及びバケット等の作業要素は、油圧ポンプで発生した油圧で駆動される。油圧ポンプをエンジンで駆動して油圧を発生し、且つエンジンを電動発電機でアシストするハイブリッド型ショベルが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
一般的にハイブリッド型ショベルのエンジンには、自動車のエンジンなどと同様に、エンジン始動用としてスタータモータ（あるいは、セルモータ）が設けられている。このスタータモータに例えば２４Ｖのバッテリから電力を供給して駆動することでエンジンを始動する。スタータモータはエンジン始動のために専用に設けられた小さな電動モータであり、スタータモータ用のバッテリもエンジン始動のための専用のバッテリである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２１８００３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
通常、ショベルの運転中は、エンジンは常時回転している。ショベルの油圧作業要素を駆動していないときにはメインポンプ（油圧ポンプ）で油圧を発生させる必要がない。しかし、エンジンはアイドリング運転状態で回転し続けるため、エンジンに連結しているメインポンプも回転し続ける。したがって、エンジンのアイドリング運転中は、メインポンプで発生する油圧を出来る限り低くし、且つネガティブコントロール（ネガコン制御と称する）を行なうことでメインポンプから吐出される作動油をそのままタンクに戻している。
【０００６】
以上のように、エンジンをアイドリング運転状態にして回転し続けた場合、メインポンプの出力を抑制するが、それでもメインポンプを駆動するためのエネルギはゼロではなくショベルでの作業には使用されない油圧を発生させるために無駄なエネルギが消費される。また、ある程度の時間作業を中断している場合でもエンジンをアイドリング運転状態で駆動し続けることで、無駄な燃料を消費することとなる。
【０００７】
そこで、エンジンを長時間アイドリング運転する場合は、エンジンを停止する、いわゆるアイドリングストップを行なうことが好ましい。ところが、ショベルにおいてエンジンを始動する際には、エンジンとともにエンジンに連結しているメインポンプもスタータモータ（セルモータとも称される）で駆動しなければならず、エンジン始動時のスタータモータへの負荷が大きい。通常、エンジンを始動するためにスタータモータに供給する電力の供給源として例えば２４Ｖの蓄電池が用いられるが、比較的容量の小さな蓄電池である。ショベルにおいてアイドリングストップを行なうとエンジンを始動する回数が非常に多く、２４Ｖ蓄電池ではすぐに蓄積している電力が不足してしまうおそれがある。また、通常は、スタータモータとして短時間定格のモータを使用するため、頻繁にアイドリングストップが発生すると、スタータモータも頻繁に駆動されることとなり、スタータモータが過熱するおそれもある。
【０００８】
そこで、エンジンに設けられている通常のスタータモータを使用しながら、アイドリングストップを行なっても問題を生じないショベルの開発が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、エンジンにより駆動される油圧ポンプと、該エンジンをアシストする電動発電機と、該電動発電機に電力を供給する蓄電装置と、前記アシストモータの駆動を制御する制御部とを有し、前記制御部は、前記エンジンがアイドリング運転状態となると前記油圧ポンプの駆動を停止し、アイドリング運転状態が解除されたことを検出すると、前記電動発電機に前記蓄電装置から電力を供給して前記電動発電機を力行運転することにより、前記油圧ポンプの駆動を再開することで、前記エンジンの駆動を再開することを特徴とするハイブリッド型ショベルが提供される。
【００１０】
上述のハイブリッド型ショベルにおいて、前記制御部は、アイドリング運転状態が解除されたことを検出すると、前記エンジンの回転数が所定の回転数となるまで前記電動発電機を駆動すると共に、前記油圧ポンプの傾転角を最小値に設定して前記油圧ポンプの負荷を低減することが好ましい。また、前記制御部は、前記蓄電装置の蓄電量が所定値より小さい場合には、前記電動発電機の力行運転を禁止することとしてもよい。さらに、前記制御部は、前記蓄電装置の蓄電量が所定値より小さい場合は、前記エンジンに設けられたスタータモータにより前記エンジンを始動させ、前記エンジンの出力で前記油圧ポンプを駆動することとしてもよい。
【００１１】
また、上述のハイブリッド型ショベルにおいて、油圧回路に操作油圧を送るためのパイロットポンプを更に有し、前記電動発電機の駆動力で前記パイロットポンプの回転を再開させることとしてもよい。前記制御部は、操作レバー装置からの操作信号に基づいてアイドリング運転状態が解除されたことを検出することとしてもよい。前記ハイブリッド型ショベルの運転を開始する際には、前記電動発電機とは別個に設けられたスタータモータを用いて前記エンジンを始動することとしてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
上述の発明によれば、エンジンアシスト用の電動発電機を駆動して油圧ポンプを駆動することで、油圧ポンプと連動するエンジンを始動させることができる。これにより、エンジンに設けられたスタータモータを使用せずに、エンジンを始動することができので、アイドリングストップが頻繁に行なわれても、エンジンに設けられたスタータモータが過負荷になることは無い。また、アイドリングストップを行なうので、エンジンの燃料消費量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ハイブリッド型ショベルの側面図である。
【図２】一実施形態によるハイブリッド型ショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。
【図３】蓄電系の回路図である。
【図４】アイドリングストップ後のエンジン再起動時の制御要素の変化の一例を示すタイムチャートである。
【図５】アイドリングストップ後のエンジン再起動時の制御要素の変化の他の例を示すタイムチャートである。
【図６】油圧旋回式のショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１５】
図１は本発明が適用されるショベルの一例であるハイブリッド型ショベルの側面図である。
【００１６】
図１に示すハイブリッド型ショベルの下部走行体１には、旋回機構２を介して上部旋回体３が搭載されている。上部旋回体３には、ブーム４が取り付けられている。ブーム４の先端に、アーム５が取り付けられ、アーム５の先端にバケット６が取り付けられている。ブーム４，アーム５及びバケット６は、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９によりそれぞれ油圧駆動される。上部旋回体３には、キャビン１０が設けられ、且つエンジン等の動力源が搭載される。
【００１７】
図２は、図１に示すハイブリッド型ショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。図２において、機械的動力系は二重線、高圧油圧ラインは実線、パイロットラインは破線、電気駆動・制御系は実線でそれぞれ示されている。
【００１８】
機械式駆動部としてのエンジン１１と、アシスト駆動部としての電動発電機１２は、変速機１３の２つの入力軸にそれぞれ接続されている。変速機１３の出力軸には、油圧ポンプとしてメインポンプ１４及びパイロットポンプ１５が接続されている。メインポンプ１４には、高圧油圧ライン１６を介してコントロールバルブ１７が接続されている。油圧ポンプ１４は可変容量式油圧ポンプであり、斜板の角度（傾転角）を制御することでピストンのストローク長を調整し、吐出流量を制御することができる。
【００１９】
エンジン１１にはスタータモータ１１ａ及びスタータモータ始動用のバッテリ１１ｂが設けられている。バッテリ１１ｂは、一般的に自動車に使用される蓄電池であり、例えば２４Ｖの鉛蓄電池が用いられる。ショベルを起動するときには、バッテリ１１ｂからスタータモータ１１ａに電力を供給してスタータモータ１１ａを駆動し、この駆動力でエンジン１１を強制的に回転させて始動する。
【００２０】
コントロールバルブ１７は、ハイブリッド型ショベルにおける油圧系の制御を行う制御装置である。下部走行体１用の油圧モータ１Ａ（右用）及び１Ｂ（左用）、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９は、高圧油圧ラインを介してコントロールバルブ１７に接続される。
【００２１】
電動発電機１２には、インバータ１８Ａを介して、蓄電器を含む蓄電系１２０が接続される。また、パイロットポンプ１５には、パイロットライン２５を介して操作装置２６が接続される。操作装置２６は、レバー２６Ａ、レバー２６Ｂ、ペダル２６Ｃを含む。レバー２６Ａ、レバー２６Ｂ、及びペダル２６Ｃは、油圧ライン２７及び２８を介して、コントロールバルブ１７及び圧力センサ２９にそれぞれ接続される。圧力センサ２９は、電気系の駆動制御を行うコントローラ３０に接続されている。
【００２２】
図２に示すハイブリッド型ショベルは旋回機構を電動にしたもので、旋回機構２を駆動するために旋回用電動機２１が設けられている。電動作業要素としての旋回用電動機２１は、インバータ２０を介して蓄電系１２０に接続されている。旋回用電動機２１の回転軸２１Ａには、レゾルバ２２、メカニカルブレーキ２３、及び旋回変速機２４が接続される。旋回用電動機２１と、インバータ２０と、レゾルバ２２と、メカニカルブレーキ２３と、旋回変速機２４とで負荷駆動系が構成される。
【００２３】
コントローラ３０は、ハイブリッド型ショベルの駆動制御を行う主制御部としての制御装置である。コントローラ３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及び内部メモリを含む演算処理装置で構成され、ＣＰＵが内部メモリに格納された駆動制御用のプログラムを実行することにより実現される装置である。
【００２４】
コントローラ３０は、圧力センサ２９から供給される信号を速度指令に変換し、旋回用電動機２１の駆動制御を行う。圧力センサ２９から供給される信号は、旋回機構２を旋回させるために操作装置２６を操作した場合の操作量を表す信号に相当する。
【００２５】
コントローラ３０は、電動発電機１２の運転制御（電動（アシスト）運転又は発電運転の切り替え）を行うとともに、昇降圧制御部としての昇降圧コンバータ１００（図３参照）を駆動制御することによるキャパシタ１９の充放電制御を行う。コントローラ３０は、キャパシタ１９の充電状態、電動発電機１２の運転状態（電動（アシスト）運転又は発電運転）、及び旋回用電動機２１の運転状態（力行運転又は回生運転）に基づいて、昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切替制御を行い、これによりキャパシタ１９の充放電制御を行う。また、コントローラ３０は、蓄電器電圧検出部によって検出される蓄電器電圧値に基づいて、蓄電器（キャパシタ）の充電率ＳＯＣを算出する。
【００２６】
図３は、蓄電系１２０の回路図である。蓄電系１２０は、蓄電器としてのキャパシタ１９と、昇降圧コンバータとＤＣバス１１０とを含む。ＤＣバス１１０は、キャパシタ１９、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１の間での電力の授受を制御する。キャパシタ１９には、キャパシタ 電圧値を検出するためのキャパシタ電圧検出部１１２と、キャパシタ電流値を検出するためのキャパシタ電流検出部１１３が設けられている。キャパシタ電圧検出部１１２とキャパシタ電流検出部１１３によって検出されるキャパシタ電圧値とキャパシタ電流値は、コントローラ３０に供給される。
【００２７】
昇降圧コンバータ１００は、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１の運転状態に応じて、ＤＣバス電圧値を一定の範囲内に収まるように昇圧動作と降圧動作を切り替える制御を行う。ＤＣバス１１０は、インバータ１８Ａ、及び２０と昇降圧コンバータ１００との間に配設されており、キャパシタ１９、電動発電機１２、発電機３００、及び旋回用電動機２１の間での電力の授受を行う。
【００２８】
昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切替制御は、ＤＣバス電圧検出部１１１によって検出されるＤＣバス電圧値、キャパシタ電圧検出部１１２によって検出されるキャパシタ電圧値、及びキャパシタ電流検出部１１３によって検出されるキャパシタ電流値に基づいて行われる。
【００２９】
以上のような構成において、アシストモータである電動発電機１２が発電した電力は、インバータ１８Ａを介して蓄電系１２０のＤＣバス１１０に供給され、昇降圧コンバータ１００を介してキャパシタ１９に供給される。旋回用電動機２１が回生運転して生成した回生電力は、インバータ２０を介して蓄電系１２０のＤＣバス１１０に供給され、昇降圧コンバータ１００を介してキャパシタ１９に供給される。
【００３０】
昇降圧コンバータ１００は、リアクトル１０１、昇圧用ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）１０２Ａ、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂ、キャパシタ１９を接続するための電源接続端子１０４、インバータ１０５を接続するための出力端子１０６、及び、一対の出力端子１０６に並列に挿入される平滑用のコンデンサ１０７を備える。昇降圧コンバータ１００の出力端子１０６とインバータ１８Ａ，２０との間は、ＤＣバス１１０によって接続される。
【００３１】
リアクトル１０１の一端は昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂの中間点に接続され、他端は電源接続端子１０４に接続される。リアクトル１０１は、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａのオン／オフに伴って生じる誘導起電力をＤＣバス１１０に供給するために設けられている。
【００３２】
昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂは、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）をゲート部に組み込んだバイポーラトランジスタで構成され、大電力の高速スイッチングが可能な半導体素子（スイッチング素子）である。昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂは、コントローラ３０により、ゲート端子にＰＷＭ電圧が印加されることによって駆動される。昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂには、整流素子であるダイオード１０２ａ及び１０２ｂが並列接続される。
【００３３】
キャパシタ１９は、昇降圧コンバータ１００を介してＤＣバス１１０との間で電力の授受が行えるように、充放電可能な蓄電器であればよい。なお、図４には、蓄電器としてキャパシタ１９を示すが、キャパシタ１９の代わりに、リチウムイオン電池等の充放電可能な二次電池、リチウムイオンキャパシタ、又は、電力の授受が可能なその他の形態の電源を用いてもよい。
【００３４】
電源接続端子１０４及び出力端子１０６は、キャパシタ１９及びインバータ１８Ａ，２０が接続可能な端子であればよい。一対の電源接続端子１０４の間には、キャパシタ電圧を検出するキャパシタ電圧検出部１１２が接続される。一対の出力端子１０６の間には、ＤＣバス電圧を検出するＤＣバス電圧検出部１１１が接続される。
【００３５】
キャパシタ電圧検出部１１２は、キャパシタ１９の電圧値Ｖｃａｐを検出する。ＤＣバス電圧検出部１１１は、ＤＣバス１１０の電圧値Ｖｄｃを検出する。平滑用のコンデンサ１０７は、出力端子１０６の正極端子と負極端子との間に挿入され、ＤＣバス電圧を平滑化するための蓄電素子である。この平滑用のコンデンサ１０７によって、ＤＣバス１１０の電圧は予め定められた電圧に維持されている。
【００３６】
キャパシタ電流検出部１１３は、キャパシタ１９の正極端子（Ｐ端子）側においてキャパシタ１９に流れる電流の値を検出する検出手段であり、電流検出用の抵抗器を含む。すなわち、キャパシタ電流検出部１１３は、キャパシタ１９の正極端子に流れる電流値Ｉ１を検出する。一方、キャパシタ電流検出部１１７は、キャパシタの負極端子（Ｎ端子）側においてキャパシタ１９に流れる電流の値を検出する検出手段であり、電流検出用の抵抗器を含む。すなわち、キャパシタ電流検出部１１７は、キャパシタ１９の負極端子に流れる電流値Ｉ２を検出する。
【００３７】
昇降圧コンバータ１００において、ＤＣバス１１０を昇圧する際には、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａのゲート端子にＰＷＭ電圧が印加され、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂに並列に接続されたダイオード１０２ｂを介して、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａのオン／オフに伴ってリアクトル１０１に発生する誘導起電力がＤＣバス１１０に供給される。これにより、ＤＣバス１１０が昇圧される。
【００３８】
ＤＣバス１１０を降圧する際には、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂのゲート端子にＰＷＭ電圧が印加され、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂ、インバータ１０５を介して供給される回生電力がＤＣバス１１０からキャパシタ １９に供給される。これにより、ＤＣバス１１０に蓄積された電力がキャパシタ１９に充電され、ＤＣバス１１０が降圧される。
【００３９】
本実施形態では、キャパシタ１９の正極端子を昇降圧コンバータ１００の電源接続端子１０４に接続する電源ライン１１４に、当該電源ライン１１４を遮断することのできる遮断器としてリレー１３０−１，１３０−２が設けられる。リレー１３０−１は、電源ライン１１４へのキャパシタ電圧検出部１１２の接続点１１５とキャパシタ１９の正極端子の間に配置されている。リレー１３０−１はコントローラ３０からの信号により作動し、キャパシタ１９からの電源ライン１１４を遮断することで、キャパシタ１９を昇降圧コンバータ１００から切り離すことができる。
【００４０】
また、キャパシタ１９の負極端子を昇降圧コンバータ１００の電源接続端子１０４に接続する電源ライン１１７に、当該電源ライン１１７を遮断することのできる遮断器としてリレー１３０−２が設けられる。リレー１３０−２は、電源ライン１１７へのキャパシタ電圧検出部１１２の接続点１１８とキャパシタ１９の負極端子の間に配置されている。リレー１３０−２はコントローラ３０からの信号により作動し、キャパシタ１９からの電源ライン１１７を遮断することで、キャパシタ１９を昇降圧コンバータ１００から切り離すことができる。なお、リレー１３０−１とリレー１３０−２を一つのリレーとして正極端子側の電源ライン１１４と負極端子側の電源ライン１１７の両方を同時に遮断してキャパシタを切り離すこととしてもよい。
【００４１】
なお、実際には、コントローラ３０と昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂとの間には、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂを駆動するＰＷＭ信号を生成する駆動部が存在するが、図３では省略する。このような駆動部は、電子回路又は演算処理装置のいずれでも実現することができる。
【００４２】
本実施形態では、上述のような構成のハイブリッド型ショベルにおいて、エンジン１１をアシストする電動発電機１２によりメインポンプ１４を駆動することで、変速機１３を介してメインポンプ１４に連結されたエンジン１１を強制的に回転させ、エンジン１１を始動する。なお、電動発電機１２によるエンジン始動はアイドリングストップ後のエンジン再起動時とし、ショベル全体の運転を開始する際のエンジン始動には、エンジン１１に設けられたスタータモータ１１ａを使用する。
【００４３】
エンジン１１がアイドリング運転状態であるか否かは、操作レバーの操作の有無を検出することで判定することができる。操作レバーの操作が無いとエンジン１１はアイドリング状態となるが、アイドリング状態となってから所定時間が経過すると、コントローラ３０はメインポンプ１４からの油圧を油圧負荷に供給する必要は無いと判断してエンジン１１の運転を停止してアイドリングストップ状態に設定する。
【００４４】
アイドリングストップ後のエンジン再起動時の動作について、図４を参照しながら説明する。図４はアイドリングストップ後のエンジン再起動時の制御要素の変化を示すタイムチャートである。図４（ａ）は操作装置２６の操作レバー２６Ａの操作量の変化を示すグラフであり、図４（ｂ）はエンジン回転数の変化を示すグラフであり、図４（ｃ）はメインポンプ１４のトルクの変化を示すグラフであり、メインポンプを駆動させるのに必要なトルクの変化を示している。図４（ｄ）は電動発電機１２の出力の変化を示すグラフである。
【００４５】
アイドリングストップ状態では、エンジン１１は停止状態であり、エンジン１１に連結されているメインポンプ１４も停止状態にある。通常、メインポンプ１４が停止状態にあるときには、メインポンプ１４の傾転角は大きな値に設定されている。このため、メインポンプ１４を回転させるために必要なトルクτは、大きな値τ２に設定されている。メインポンプ１４の停止時にはトルクを大きくしておくことで、メインポンプ１４が回転しづらくしている。
【００４６】
操作レバー２６の操作レバー２６Ａは、例えばブームを操作するための操作レバーであるが、アイドリングストップ状態を解除するための操作レバーとして予め決めておけば、他の操作レバーや操作ペダルであってもよい。操作レバー２６Ａには、操作されたことを検出するためのセンサが設けられる。このセンサとして、本実施形態では、操作レバー２６Ａの傾きを検出する傾きセンサを用いている。
【００４７】
アイドリングストップ状態では操作レバー２６Ａは操作されていないので、操作レバー２６Ａの傾きセンサからの出力である傾き角θはゼロである。ここで、アイドリングストップ状態からエンジン１１を始動してメインポンプを駆動するためには、運転者は操作レバー２６Ａを操作する。エンジン１１を始動してアイドリング運転状態にするだけであれば、操作レバー２６の操作量は少なくてよい。
【００４８】
アイドリングストップ状態における時刻ｔ１において、エンジン１１をアイドリング運転状態にするために運転者が操作レバー２６Ａを操作すると、時刻ｔ１において操作レバー２６Ａの傾きセンサからの出力（傾き角θ）は、ゼロからθｓに変化する。ここで、操作レバー２６Ａの傾きには「遊び」があり、傾きがゼロからすぐに操作信号が大きくなるわけではない。操作レバー２６Ａの傾きがθ２になるまでは、操作レバー２６Ａが傾いてもレバー操作信号は出力されない。すなわち、操作レバー２６Ａの傾きがゼロからθ２までの間は不感帯となる。
【００４９】
本実施形態では、不感帯以内で操作レバー２６Ａを操作することで、エンジン１１を始動させるように設定している。このため、不感帯の上限値である傾き角θ２より低い傾き角θ１を設定しておき、操作レバーの傾き角がθ１を超えたら、運転者がアイドリングストップ状態を解除する操作を行なったと判定する。
【００５０】
図４（ａ）に示すように、操作レバー２６Ａの傾き角が時刻ｔ１においてθ１を超えてθｓとなると、コントローラ３０は、電動発電機１２に蓄電系１２０から電力を供給して電動発電機１２を駆動する。これにより、図４（ｄ）に示すように、時刻ｔ１において電動発電機１２の出力がゼロから所定の値に上昇する。ここで、運転者はアイドリング運転を開始するために操作レバー２６Ａを操作しているので、操作レバー２６Ａの傾き角θｓは不感帯の範囲内である（θ１＜θｓ≦θ２）。
【００５１】
時刻ｔ１において電動発電機１２が駆動されると、変速機１３を介して電動発電機１２に連結されているメインポンプ１４とエンジン１１とが駆動される。従って、エンジン１１の回転数は時刻ｔ１から上昇し始める。このときメインポンプ１４の回転数も同様に上昇し始める。
【００５２】
時刻ｔ１を過ぎてメインポンプ１４が回転を始めると、図４（ｃ）に示すように、メインポンプ１４のトルク値がτ２から最小値τ１まで低減される。アイドリングストップ状態では、トルク値は大きなトルク値τ２に設定されており、メインポンプ１４の負荷を大きい状態である。そこで、メインポンプ１４の負荷を小さくして電動発電機１２により駆動し易くするために、コントローラ３０はトルク値が最小値τ１になるようにメインポンプ１４を制御する。具体的には、ネガコン圧やパイロットポンプ圧を用いてメインポンプ１４の傾転角を最小にすることにより、回転させるために必要なトルクを最小値τ１にする。この制御により、図４（ｃ）に示すように、時刻ｔ１を過ぎてからメインポンプ１４のトルク値はτ２からτ１に減少する。
【００５３】
時刻ｔ１の直後はトルク値はτ２であるが、この状態でメインポンプ１４が駆動されて油圧が発生すると、メインポンプ１４の傾転角を変更することができるようになる。すなわち、時刻ｔ１を過ぎてメインポンプ１４が回転を始めてある程度の油圧が発生しないと、メインポンプ１４の傾斜板を操作して傾転角を小さくすることができない。このため、時刻ｔ１を過ぎてからトルク値がτ２からτ１に減少していくこととなる。トルク値が最小値τ１に低減されることでメインポンプ１４による負荷が低減し、電動発電機１２の出力でエンジン１１の回転数をアイドリング回転数（例えば、１０００ｒｐｍ）まで引き上げることができるようになる。
【００５４】
時刻ｔ２においてエンジン１１の回転数がアイドリング回転数となると、コントローラ３０は電動発電機１２の駆動を停止する。すなわち、操作レバー２６Ａの操作量が不感帯以内の場合は、エンジン１１がアイドリング運転状態となったところでエンジン１１の再始動処理は終了される。
【００５５】
以上のように、操作レバー２６Ａの操作量が不感帯以内の場合は、アイドリングストップ状態からエンジン１１を始動する際に、電動発電機１２を力行運転することでエンジン１１を強制的に回転させ、エンジン１１がアイドリング回転数となったところで電動発電機１２の力行運転を停止する。すなわち、アイドリング回転数となるとエンジン１１は自発的に回転を維持できるようになり、電動発電機１２による駆動は必要なくなるので、エンジン１１の回転数がアイドリング回転数となるまで電動発電機１２でエンジン１１を駆動すればよい。
【００５６】
なお、本実施形態では、アイドリングストップ状態からのエンジン１１の始動を、電動発電機１２を力行運転することで行なっているが、蓄電系１２０のキャパシタ１９の充電率がシステム下限値より低くて放電する余裕が無い場合には、電動発電機１２ではなく、通常のスタータモータ１１による始動に切替えることが好ましい。すなわち、キャパシタ１９の充電率が所定の値より低い場合、コントローラ３０は電動発電機１２の力行運転を禁止し、その代わりにエンジン１１に備えられたスタータモータ１１ａによる始動に切替える。これにより、キャパシタ１９を過放電から保護することができる。
【００５７】
次に、アイドリングストップ状態から油圧作業要素を直ちに駆動するときのエンジン再起動時の動作について、図５を参照しながら説明する。図５はアイドリングストップ後のエンジン再起動時の制御要素の変化を示すタイムチャートである。図５（ａ）は操作装置２６の操作レバー２６Ａの操作量の変化を示すグラフであり、図５（ｂ）はエンジン回転数の変化を示すグラフであり、図５（ｃ）はメインポンプ１４のトルクの変化を示すグラフであり、メインポンプを駆動させるのに必要なトルクの変化を示している。図５（ｄ）は電動発電機１２の出力の変化を示すグラフである。
【００５８】
アイドリングストップ状態では、エンジン１１は停止状態であり、エンジン１１に連結されているメインポンプ１４も停止状態にある。図４に示す例と同様に、メインポンプ１４の傾転角は大きな値に設定され、メインポンプ１４のトルクτは、大きな値τ２に設定されている。
【００５９】
操作レバー２６の操作レバー２６Ａは、例えばブームを操作するための操作レバーであり、ここでは、アイドリングストップ状態を解除して直ちにブームを操作するものとする。アイドリングストップ状態を解除するための操作レバーとして予め決めておけば、他の操作レバーや操作ペダルであってもよい。この場合、例えば、運転者はアイドリングストップ状態を解除するための操作レバー２６Ａと同時に当該他の操作レバーや操作ペダルを操作することとなる。
【００６０】
アイドリングストップ状態では操作レバー２６Ａは操作されていないので、操作レバー２６Ａの傾きセンサからの出力である傾き角θはゼロである。ここで、アイドリングストップ状態からエンジン１１を始動してメインポンプ１４を駆動するためには、運転者は操作レバー２６Ａを操作する。エンジン１１を始動してアイドリング運転状態にするだけであれば操作レバー２６の操作量は少なくてよいが、図５に示す例では、直ちにブームを操作するために、運転者は操作レバー２６Ａのレバー操作量を最大とする。したがって、図５（ａ）に示すように、時刻ｔ１において、操作レバー２６Ａの傾き角は最大角θｍａｘとされる。
【００６１】
操作レバー２６Ａの傾き角が時刻ｔ１においてθ１を超えてθｍａｘとなると、コントローラ３０は、電動発電機１２に蓄電系１２０から電力を供給して電動発電機１２を駆動する。これにより、図５（ｄ）に示すように、時刻ｔ１において電動発電機１２の出力がゼロから所定の値に上昇する。ここで、運転者は直ちにブームを操作するために操作レバー２６Ａを操作しているので、操作レバー２６Ａの傾きは不感帯を超えて最大値θｍａｘまで引き上げられている（θ１＜θ２＜θｍａｘ）。
【００６２】
時刻ｔ１において電動発電機１２が駆動されると、変速機１３を介して電動発電機１２に連結されているメインポンプ１４とエンジン１１とが駆動される。従って、エンジン１１の回転数は時刻ｔ１から上昇し始める。このときメインポンプ１４の回転数も同様に上昇し始める。
【００６３】
時刻ｔ１を過ぎてメインポンプ１４が回転を始めると、図５（ｃ）に示すように、メインポンプ１４のトルク値がτ２から最小値τ１まで低減される。時刻ｔ２においてエンジン１１の回転数がアイドリング回転数となっても、電動発電機１２の駆動は継続される。これにより、エンジン１１の回転数はアイドリング回転数を超えてなおも上昇し続ける。エンジン１１の回転数がアイドリング回転数以上となると、エンジン１１の出力でメインポンプ１４を駆動することができるようになる。そこで、コントローラ３０はメインポンプ１４のトルク値が増大するように制御を行い、図５（ｃ）に示すように、時刻ｔ２を過ぎてからトルク値は最小値τ１から上昇し始め、ブーム４等を動かすための作業負荷が大きくなるにしたがって時刻ｔ３において最大値τ２まで上昇する。
【００６４】
時刻ｔ３においてトルク値がτ２となると、コントローラ３０は電動発電機１２の力行運転を停止する。これにより、図５（ｄ）に示すように電動発電機１２の出力はゼロになる。すなわち、エンジン１１の回転数が上昇してメインポンプ１４を最大トルクτ２で駆動できるようになると、電動発電機１２でのアシストは必要無くなるので、時刻ｔ３において電動発電機１２の駆動は停止される。このように、エンジン１１の回転数がアイドリング回転数を超えても電動発電機１２を駆動し続けることで、電動発電機１２でエンジン１１をアシストし、エンジン１１の回転数の上昇を促進する。
【００６５】
これにより、エンジン１１の回転数は時刻ｔ２以降も速やかに上昇し、時刻ｔ３を過ぎて時刻ｔ４において通常回転数（例えば、１８００ｒｐｍ）まで到達する。したがって、エンジン１１がアイドリング運転状態となると同時にメインポンプ１４からの油圧をブームシリンダ７に供給することができ、直ちにブームを操作できるようになる。
【００６６】
上述の実施形態では旋回機構２が電動式であったが、旋回機構２が電動ではなく油圧駆動の場合がある。図６は図２に示すハイブリッド型ショベルの旋回機構を油圧駆動式とした場合の駆動系の構成を示すブロック図である。図６に示すハイブリッド型ショベルでは、旋回用電動機２１の代わりに、旋回油圧モータ２Ａがコントロールバルブ１７に接続され、旋回機構２は旋回油圧モータ２Ａにより駆動される。このような、ハイブリッド型ショベルであっても、上述の実施形態のようにして、エンジン１１の暖機運転中のエンジン出力で電動発電機１２を発電運転し、得られた電力をキャパシタ１９に蓄積しておくことができる。
【符号の説明】
【００６７】
１  下部走行体
１Ａ、１Ｂ  油圧モータ
２  旋回機構
２Ａ  旋回油圧モータ
３  上部旋回体
４  ブーム
５  アーム
６  バケット
７  ブームシリンダ
７Ａ  油圧配管
８  アームシリンダ
９  バケットシリンダ
１０  キャビン
１１  エンジン
１１ａ  スタータモータ
１１ｂ  バッテリ
１２  電動発電機
１３  変速機
１４  メインポンプ
１５  パイロットポンプ
１６  高圧油圧ライン
１７  コントロールバルブ
１８Ａ，２０  インバータ
１９  キャパシタ 
２１  旋回用電動機
２２  レゾルバ
２３  メカニカルブレーキ
２４  旋回変速機
２５  パイロットライン
２６  操作装置
２６Ａ、２６Ｂ  レバー
２６Ｃ  ペダル
２６Ｄ  ボタンスイッチ
２７  油圧ライン
２８  油圧ライン
２９  圧力センサ
３０  コントローラ
１００  昇降圧コンバータ
１１０  ＤＣバス
１１１  ＤＣバス電圧検出部
１１２  キャパシタ電圧検出部
１１３，１１６  キャパシタ電流検出部
１１４，１１７  電源ライン
１１５，１１８  接続点
１２０  蓄電系
１２０Ａ  コンバータ
１３０−１，１３０−２  リレー
【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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