ハイブリッド型建設機械における制御システム
【課題】エンジンと蓄電装置とを動力源とするハイブリッド型建設機械において、エンジン効率を向上させる。
【解決手段】エンジンコントローラ２６及び発電機制御器１４に制御指令を出力する制御装置２７と、蓄電装置の充電量を測定する充電量センサ３８とを設けると共に、制御装置２７は、蓄電装置の充電量に応じてエンジン効率が最大になるエンジン目標回転数ωｓとエンジン目標出力Ｐｅｓとを設定し、エンジン回転数を前記エンジン目標回転数ωｓにするべくエンジンコントローラ２６に制御指令を出力する一方、エンジン出力をエンジン目標出力Ｐｅｓにするための発電機目標出力Ｐｇｓを演算し、発電機の出力を該発電機目標出力Ｐｇｓにするべく発電機制御器１４に制御指令を出力する構成にした。
【解決手段】エンジンコントローラ２６及び発電機制御器１４に制御指令を出力する制御装置２７と、蓄電装置の充電量を測定する充電量センサ３８とを設けると共に、制御装置２７は、蓄電装置の充電量に応じてエンジン効率が最大になるエンジン目標回転数ωｓとエンジン目標出力Ｐｅｓとを設定し、エンジン回転数を前記エンジン目標回転数ωｓにするべくエンジンコントローラ２６に制御指令を出力する一方、エンジン出力をエンジン目標出力Ｐｅｓにするための発電機目標出力Ｐｇｓを演算し、発電機の出力を該発電機目標出力Ｐｇｓにするべく発電機制御器１４に制御指令を出力する構成にした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動力源としてエンジンと蓄電装置とを併用するハイブリッド型建設機械における制御システムの技術分野に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、油圧ショベル等の建設機械においても、省エネルギー化、燃費の向上、排ガス低減等を達成するべく、動力源としてエンジンと蓄電装置とを併用するハイブリッド型建設機械が実用化されつつある。この様なハイブリッド型建設機械の制御システムとして、エンジンの動力を発電機の駆動専用に使用すると共に、該発電機から電力供給される電動機により走行装置や旋回装置、作業装置等の負荷を駆動させる所謂シリーズ方式の制御システムが知られている。また、エンジンと、作業装置等の油圧作動部の油圧供給源になる油圧ポンプと、発電電動機とを動力伝達機構を介して機械的にパラレル接続して、油圧ポンプの出力がエンジン出力よりも小さい場合には、発電電動機をエンジン動力により駆動する発電機として動作させる一方、油圧ポンプの出力がエンジン出力よりも大きい場合には、発電電動機を電動機として動作させてエンジンの動力をアシストするように構成した所謂パラレル方式の制御システムも知られている。これら何れの制御システムにおいても、発電機や発電電動機により発電される電力を蓄電し、該蓄電電力を電動機や発電電動機に供給する蓄電装置が設けられている。
ところで、前述したようなハイブリッド型建設機械では、動力源としてエンジンと蓄電装置とを併用することで燃費向上が図られているが、この場合に、更なる燃費向上のためには、エンジンを効率良く運転させることが必要になる。そこで、従来、シリーズ方式のものにおいて、動力制限レバーのレバー位置に応じて発電機の出力電力の上限値を切替えると共に、該発電機の出力電力の上限値に応じてエンジン回転数の設定値を切替えるようにした技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、パラレル方式のものでは、油圧ポンプの入力がエンジン出力よりも小さい時には、エンジンを所定の設定回転数とハイアイドル回転数との間で運転し、油圧ポンプの入力がエンジン出力よりも大きい時には、油圧ポンプの入力を低下させると共に、発電電動機を電動機動作させてエンジン出力を補いエンジンを設定回転数の近傍で運転するように構成した技術が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３２２６８１号公報
【特許文献２】特開２００１−１２２７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかるに、前記特許文献１のものでは、発電機の出力電力が前記上限値以下になるように制御されると共に、該発電機の出力電力の上限値に応じてエンジン回転数が設定されることになるが、この場合に、発電機の出力が作業負荷の変動を受けて前記上限値以下の範囲内で変動すると、これに伴いエンジンの出力が変動してエンジン効率が低下する場合がある。つまり、エンジン回転数は発電機の出力電力の上限値に対応して設定されるものであるから、発電機の出力電力の低下に伴いエンジン出力も低下すると、エンジン回転数に対してエンジン出力が低くなり、エンジン効率の悪い状態になる。一方、特許文献２のものでは、油圧ポンプの入力がエンジン出力よりも小さい時には、エンジンは所定の設定回転数とハイアイドル回転数（無負荷回転数）との間で運転されることになるが、この場合、エンジン効率は、エンジン回転数が設定回転数のときに最も良く、設定回転数よりもエンジン回転数が高くなる、つまりエンジンにかかる負荷が小さくなってエンジン回転数が高くなると、エンジン効率は低下する。而して、前記特許文献１、特許文献２のものでは、エンジンが効率の良くない状態で運転される場合があって、燃費向上の妨げになるという問題があり、ここに本発明の解決すべき課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項１の発明は、エンジンと、該エンジンにより駆動される発電機と、該発電機から電力供給される電動機と、エンジン及び電動機の少なくとも何れか一方により機械的に駆動される負荷と、前記発電機及び電動機に接続され、エンジンの出力と負荷の出力との過不足に応じて蓄放電する蓄電装置とを備えたハイブリッド型建設機械において、前記エンジンの回転数を制御するエンジン制御手段と、前記発電機の出力を制御する発電機制御手段と、これらエンジン制御手段、発電機制御手段に制御指令を出力する制御装置と、前記蓄電装置の充電量を測定する充電量測定手段とを設けると共に、前記制御装置は、蓄電装置の充電量に応じてエンジン目標回転数を設定するエンジン目標回転数設定手段と、該設定されたエンジン目標回転数に応じてエンジン効率が最大になるエンジン目標出力を設定するエンジン目標出力設定手段とを備え、エンジンの駆動時に、エンジン回転数を前記エンジン目標回転数にするべくエンジン制御手段に制御指令を出力する一方、エンジン出力を前記エンジン目標出力にするための発電機目標出力を演算し、発電機の出力を該発電機目標出力にするべく発電機制御手段に制御指令を出力することを特徴とするハイブリッド型建設機械における制御システムである。
請求項２の発明は、請求項１において、エンジン目標回転数設定手段は、蓄電装置の充電量の変化率に応じてエンジン目標回転数を補正すると共に、エンジン目標出力設定手段は、前記補正されたエンジン目標回転数に基づいてエンジン目標出力を設定することを特徴とするハイブリッド型建設機械における制御システムである。
請求項３の発明は、請求項１または２において、制御装置は、蓄電装置の充電量に応じてエンジンの駆動、停止の切替え制御を行なう駆動／停止切替え手段を備えることを特徴とするハイブリッド型建設機械における制御システムである。
【発明の効果】
【０００６】
請求項１の発明とすることにより、エンジンは、蓄電装置の充電量に応じてエンジン目標回転数が設定され、さらに該エンジン目標回転数に応じてエンジン効率が最大になるエンジン目標出力が設定されると共に、該エンジン目標回転数及びエンジン目標出力で運転されることになるが、蓄電装置は、エンジンの出力と負荷の出力との過不足に応じて蓄放電することで充電量が増減するため、該蓄電装置の充電量に応じてエンジン目標回転数を設定することによって、エンジン目標回転数及びエンジン目標出力は、エンジンの出力と負荷の出力との過不足がなくなるように、つまり、負荷の大きさに対応するように設定されることになる。而して、エンジンを、負荷の大きさに対応し、且つ、常にエンジン効率の良い状態で運転させることができることになって、燃費向上に大きく貢献できる。しかもこのものは、エンジン出力をエンジン目標出力にするための発電機目標出力を演算し、発電機の出力を該発電機目標出力にすることでエンジンの出力をエンジン目標出力にする構成であるから、負荷の過渡的変動の影響をエンジンが受けることなく、エンジンの出力を確実にエンジン目標出力になるように制御することができる。
請求項２の発明とすることにより、蓄電装置の充電量の増減変化を予測したエンジン目標回転数及びエンジン目標出力が設定されることになり、而して、蓄電装置の充電量の増減変化に素早く対応できるエンジン回転数制御、出力制御を行うことができる。
請求項３の発明とすることにより、蓄電装置の充電が不要の場合には、エンジンを停止させることで無駄な燃料消費を削減できる一方、エンジンの駆動時には、常にエンジン効率の良い状態で運転されることになる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】ハイブリッド型油圧ショベルの側面図である。
【図２】第一の実施の形態における制御システムの全体構成を示す図である。
【図３】第一の実施の形態におけるエンジン・発電機制御部の構成を示すブロック図である。
【図４】第一の実施の形態におけるエンジン・発電機制御部の制御手順を示すフローチャート図である。
【図５】（Ａ）は蓄電装置の充電量とエンジン目標回転数との対応を示すグラフ、（Ｂ）は蓄電装置の充電量の変化率に応じてエンジン目標回転数を補正する場合を示すグラフである。
【図６】エンジン目標回転数とエンジン目標出力との対応を示すグラフ図である。
【図７】エンジン出力と燃料消費率との関係を示す図である。
【図８】第二の実施の形態における制御システムの全体構成を示す図である。
【図９】第二の実施の形態におけるエンジン・発電電動機制御部の構成を示すブロック図である。
【図１０】第二の実施の形態におけるエンジン・発電電動機制御部の制御手順を示すフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
まず、第一の実施の形態について図１〜図７に基づいて説明すると、図１において、１は本発明のハイブリッド型建設機械の一例であるハイブリッド型油圧ショベルであって、該ハイブリッド型油圧ショベル１は、クローラ式の下部走行体２、該下部走行体２に旋回自在に支持される上部旋回体３、該上部旋回体３に装着されるフロント作業機４等から構成され、さらに該フロント作業機４は、ブーム５、アーム６、バケット７等を用いて構成されている。さらに、ハイブリッド型油圧ショベル１は、前記ブーム５、アーム６、バケット７をそれぞれ揺動せしめるブームシリンダ８、アームシリンダ９、バケットシリンダ１０、下部走行体２を走行せしめる左右の走行モータ１１Ｌ、１１Ｒ等の各種油圧アクチュエータを備えると共に、上部旋回体３には、動力源としてのエンジン１２及び蓄電装置３４が搭載されている。
【０００９】
次に、図２に基づいて、前記ハイブリッド型油圧ショベル１を運転せしめる制御システムの全体構成を説明すると、第一の実施の形態ではシリーズ方式の制御システムが採用されており、エンジン１２の動力により発電機１３が駆動されると共に、該発電機１３で発電された電力は、発電機制御器１４、母線１５、電動機制御器１６〜２０を介して、メインポンプ用、旋回用、パイロットポンプ用、冷却ファン用、サブポンプ用の各電動機２１〜２５に供給されるように構成されている。
【００１０】
前記エンジン１２は、エンジンコントローラ２６による燃料噴射量調整により回転数（回転速度）が制御されると共に、該エンジンコントローラ２６は、後述する制御装置２７から出力される制御指令に基づいて、エンジン回転数を制御する。尚、上記エンジンコントローラ２６は、本発明のエンジン制御手段に相当する。
【００１１】
また、前記発電機制御器１４は、発電機１３で発電された交流電力を直流に変換すると共に、後述する制御装置２７から出力される制御指令に基づいて、発電機１３の出力を制御する。尚、上記発電機制御器１４は、本発明の発電機制御手段に相当する。
【００１２】
さらに、前記電動機制御器１６〜２０は、直流を交流に変換すると共に、後述する制御装置２７から出力される制御指令に基づいて、メインポンプ用、旋回用、パイロットポンプ用、冷却ファン用、サブポンプ用の各電動機２１〜２５の出力或いは回転数或いはトルクをそれぞれ制御する。
【００１３】
前記メインポンプ用電動機２１は、前記ブームシリンダ８、アームシリンダ９、バケットシリンダ１０、左右の走行モータ１１Ｌ、１１Ｒの油圧供給源であるメインポンプ２８を駆動せしめる専用の電動機である。また、旋回用電動機２２は、旋回減速機２９を介して上部旋回体３の旋回機構３０を駆動せしめる専用の電動機である。パイロットポンプ用電動機２３は、パイロット圧の油圧供給源であるパイロットポンプ３１を駆動せしめる専用の電動機である。冷却ファン用電動機２４は、ラジエータやオイルクーラ等の熱交換器（図示せず）やエンジン１２に冷却風を供給する冷却ファン３２を駆動せしめる専用の電動機である。サブポンプ用電動機２５は、ハイブリッド型油圧ショベル１に設けられる他の油圧アクチュエータ（図示しないが、前記ブームシリンダ８、アームシリンダ９、バケットシリンダ１０、左右の走行モータ１１Ｌ、１１Ｒ以外の油圧アクチュエータ）の油圧供給源であるサブポンプ３３を駆動せしめる専用の電動機である。そして、これら電動機２１〜２５の出力或いは回転数或いはトルクの制御は、前述したように、制御装置２７から電動機制御器１６〜２０に出力される制御指令に基づいて行なわれるように構成されている。ここで、本実施の形態では、前記メインポンプ２８及びサブポンプ３３は、容量可変手段２８ａ、３３ａを備えた可変容量型ポンプが用いられていると共に、該容量可変手段２８ａ、３３ａは、制御装置２７から出力される制御指令に基づいてメインポンプ２８、サブポンプ３３の容量をそれぞれ制御するように構成されている。また、パイロットポンプ３１には定容量型ポンプが用いられている。尚、本実施の形態において、前記メインポンプ２８、旋回機構３０、パイロットポンプ３１、冷却ファン３２、サブポンプ３３は、本発明の電動機により機械的に駆動される負荷を構成する。
【００１４】
さらに、図２において、３４はバッテリやキャパシタ等の蓄放電機能を有した蓄電装置であって、該蓄電装置３４は、発電機制御器１４と電動機制御器１６〜２０との間の母線１５に接続され、エンジン１２の出力と負荷（メインポンプ２８、旋回機構３０、パイロットポンプ３１、冷却ファン３２、サブポンプ３３）の出力との過不足に応じて、電力を蓄放電するようになっている。該蓄電装置３４の蓄放電は、本実施の形態では、母線１５の電圧と蓄電装置３４の電圧との差により自動的に行われるようになっている。つまり、エンジン１２の出力が負荷の出力に対して余剰がある場合には、発電機１３から電動機２１〜２５への供給電力に余剰が生じて母線１５の電圧が蓄電装置３４の電圧よりも高くなり、これにより発電機１３の余剰電力が蓄電装置３４に蓄電される一方、エンジン１２の出力が負荷の出力に対して不足する場合には、発電機１３から電動機２１〜２５への供給電力が不足して母線１５の電圧が蓄電装置３４の電圧よりも低くなり、これにより蓄電装置３４から放電されて電動機２１〜２５に不足電力が供給されるようになっている。
【００１５】
一方、前記制御装置２７には、エンジン１２の特性（エンジン効率、エンジン出力、エンジン回転数、エンジン無負荷回転数等に関する特性）、発電機１３の特性（発電機効率、発電機出力、発電機回転数、励磁電流等に関する特性）、メインポンプ２８やサブポンプ３３の特性（ポンプ効率、ポンプ容積、ポンプ回転数等に関する特性）、電動機２１〜２５の特性（電動機効率、電動機出力、電動機回転数、電動機トルク等に関する特性）、パイロット設定圧（パイロットポンプ３１の吐出ラインの圧力として予め設定される圧力）、蓄電装置３４の特性（容量、効率等に関する特性）等の種々のデータや、後述する制御に用いるデータ等が保存されたメモリ３５が設けられている。そして制御装置２７は、蓄電装置３４の充電量を測定する充電量センサ（本発明の充電量測定手段に相当する）３８、母線１５の電圧を計測する電圧センサ３９、走行用、旋回用、ブーム用、アーム用、バケット用、他の油圧アクチュエータ用の各操作具（図示しないが、操作レバーや操作ペダル、操作スイッチ等）の操作をそれぞれ検出する操作検出手段（例えば、操作具の操作量を電気的に検出するポテンショメータや、操作具操作に基づいて出力されるパイロット圧の圧力を検出する圧力センサ等）４０等からの信号を入力し、これら入力信号と前記メモリ３５に収納されたデータとに基づいて、前記エンジンコントローラ２６、発電機制御器１４、電動機制御器１６〜２０、メインポンプ２８、サブポンプ３３の容量可変手段２８ａ、３３ａ等に制御指令を出力するように構成されている。
【００１６】
扨、前記制御装置２７には、エンジン１２及び発電機１３の制御を行なうエンジン・発電機制御部３６が設けられているが、該エンジン・発電機制御部３６の構成について、図３のブロック図に基づいて説明すると、エンジン・発電機制御部３６は、入力側に前記メモリ３５、充電量センサ３８が接続され、出力側にエンジンコントローラ２６、発電機制御器１４が接続されると共に、駆動／停止基準値設定部４２、駆動／停止判定部４３、エンジン目標回転数設定部４４、エンジン目標出力設定部４５、指令値演算部４６、駆動／停止切替部４７を具備して構成されている。さらに、前記指令値演算部４６は、エンジン回転数指令値演算部４８と発電機出力指令値演算部４９とを具備している。尚、前記エンジン目標回転数設定部４４は、本発明のエンジン目標回転数設定手段を構成し、エンジン目標出力設定部４５は、本発明のエンジン目標出力設定手段を構成する。また、前記駆動／停止基準値設定部４２、駆動／停止判定部４３、駆動／停止切替部４７は、本発明の駆動／停止切替え手段を構成する。
【００１７】
さらに、前記エンジン・発電機制御部３６の行なうエンジン１２及び発電機１３の制御について、前記図３のブロック図、及び図４のフローチャート図に基づいて説明する。まず、ハイブリッド型油圧ショベル１が運転開始すると、エンジン・発電機制御部３６は、メモリ３５に収納されているデータを読込む（ステップＳ１）。
【００１８】
次いで、充電量センサ３８により測定される蓄電装置３４の充電量ＳＯＣを読込む（ステップＳ２）。
【００１９】
次いで、エンジン目標回転数設定部４４において、蓄電装置３４の充電量ＳＯＣに対応するエンジン目標回転数ωｓが示されたグラフ（図５（Ａ）に示す）を用いて、前記充電量センサ３８により測定された蓄電装置３４の充電量ＳＯＣに応じてエンジン目標回転数ωｓを設定する（ステップＳ３）。この場合、図５（Ａ）に示す如く、エンジン目標回転数ωｓは、充電量ＳＯＣが低充電状態（例えば、充電量０％〜２０％）のときに最も高く、充電量ＳＯＣが増加するほど低くなるように、つまり、充電量ＳＯＣの増減に伴いエンジン目標回転数ωｓが低高するように設定される。尚、前記蓄電装置３４の充電量ＳＯＣとエンジン目標回転数ωｓとの対応を示すグラフは、蓄電装置３４やエンジン１２の特性に基づいて作成されると共に、メモリ３５にデータとして収納されているが、設定されるエンジン目標回転数ωｓとしては、図５（Ａ）に実線で示す如く無段階にすることもでき、また、図５（Ａ）に点線で示す如く複数段階にすることもできる。
【００２０】
さらに、エンジン目標出力設定部４５において、エンジン目標回転数ωｓとエンジン目標出力Ｐｅｓとの対応を示すグラフ（図６に示す）を用いて、前記エンジン目標回転数設定部４４で設定されたエンジン目標回転数ωｓに対応するエンジン目標出力Ｐｅｓを設定する（ステップＳ４）。該エンジン目標出力Ｐｅｓは、エンジン１２の回転数がエンジン目標回転数ωｓのときにエンジン効率が最大になるエンジン出力であって、図６に示す如く、エンジン目標回転数ωｓが高くなるにつれてエンジン目標出力Ｐｅｓも大きくなる。前記エンジン目標回転数ωｓとエンジン目標出力Ｐｅｓとの対応を示すグラフは、メモリ３５にデータとして収納されている。
【００２１】
ここで、ハイブリッド式建設機械に搭載されるエンジン１２の特性の一例について、図７に基づいて説明する。図７に示す実線は、最大出力を出力可能な無負荷回転数に設定したときのエンジン出力と燃料消費率との関係を示すグラフであって、エンジン出力が極めて低い範囲（無負荷状態に近い状態）を除くと、最大出力となるポイントＡが燃料消費率が最小になる（エンジン効率が最大になる）。また、図７に示す点線Ｌ上のポイントＢは、前記最大出力を出力可能な無負荷回転数よりも無負荷回転数を低く設定した場合に、燃料消費率が最小になる（エンジン効率が最大になる）ポイントであって、これらポイントＢは、前記ポイントＡよりもエンジン出力は低いが、エンジン効率は高い。このようなエンジン特性の場合、上記ポイントＡになるエンジン回転数、エンジン出力が、充電量ＳＯＣが低充電状態のときのエンジン目標回転数ωｓ、エンジン目標出力Ｐｅｓとして設定される。また、点線Ｌ上のポイントＢになるエンジン回転数、エンジン出力が、充電量ＳＯＣが低充電状態よりも増加したときのエンジン目標回転数ωｓ、エンジン目標出力Ｐｅｓとして設定される。或いは、エンスト防止のために、前記ポイントＡ、ポイントＢよりも出力を少し下げたポイントを、エンジン目標出力Ｐｅｓとして設定する。この様にエンスト防止のために出力を少し下げたポイントでエンジン目標出力Ｐｅｓを設定した場合は、厳密にはエンジン効率は少し低くなるが、この場合は、エンストを防止できる範囲内でのエンジン効率が最大になるエンジン目標出力Ｐｅｓであって、本発明のエンジン効率が最大になるエンジン目標出力に含まれる。
【００２２】
さらに、前記ステップＳ３、Ｓ４におけるエンジン目標回転数ωｓ、エンジン目標出力Ｐｅｓの設定後、駆動／停止基準値設定部４２において、エンジン１２の駆動／停止を切替える基準値を設定する（ステップＳ５）。つまり、エンジン１２は、後述するように蓄電装置３４の充電量に応じて駆動／停止の切替え制御が行なわれるが、該エンジン１２を駆動させるときに用いる蓄電装置３４の充電量を駆動基準値ＳＯＣ１として設定し、また、エンジン１２を停止させるときに用いる蓄電装置３４の充電量を停止基準値ＳＯＣ２として設定する。尚、停止基準値ＳＯＣ２は、駆動基準値ＳＯＣ１よりも大きな値（ＳＯＣ１＜ＳＯＣ２）に設定される。
【００２３】
ここで、前記基準値を設定するにあたり、本実施の形態では、蓄電装置３４の充電量ＳＯＣが予め設定される満充電範囲より少ない状態ではエンジン１２を常に駆動させ、蓄電装置３４の充電量の上限値に達すればエンジン１２を停止させるように、駆動基準値ＳＯＣ１と停止基準値ＳＯＣ２とを設定する。例えば、蓄電装置３４の充電量ＳＯＣが９０％〜１００％（蓄電装置３４の充電量の下限値を０％、上限値を１００％としたときの百分率。以下同様）のときを満充電範囲としたとき、該満充電範囲の最小値（充電量９０％）を駆動基準値ＳＯＣ１として設定し、また、充電量の上限値（充電量１００％）を停止基準値ＳＯＣ２として設定する。
【００２４】
さらに、前記ステップＳ５における駆動基準値ＳＯＣ１及び停止基準値ＳＯＣ２の設定後、駆動／停止判定部４３において、充電量センサ３８により測定される蓄電装置３４の充電量ＳＯＣと、上記駆動基準値ＳＯＣ１、停止基準値ＳＯＣ２とを比較して、エンジン１２の駆動／停止を判定する（ステップＳ６）。この場合、駆動／停止判定部４３は、充電量センサ３８により測定される蓄電装置３４の充電量ＳＯＣが駆動基準値ＳＯＣ１よりも小さく（ＳＯＣ＜ＳＯＣ１）なると、エンジン１２を駆動させると判定し、また、充電量ＳＯＣが停止基準値ＳＯＣ２以上（ＳＯＣ≧ＳＯＣ２）になると、エンジン１２を停止させると判定する。さらに、充電量ＳＯＣが駆動基準値ＳＯＣ１以上で且つ停止基準値ＳＯＣ２未満（ＳＯＣ１≦ＳＯＣ＜ＳＯＣ２）の場合には、エンジン１２が駆動中であれば駆動を継続させると判定し、エンジン１２が停止中であれば停止を継続させると判定する。そして、後述するように上記判定に基づいてエンジン１２の駆動／停止を切替えることによって、エンジン１２は、蓄電装置３４の充電量ＳＯＣが満充電範囲よりも少ない状態では常に駆動し、上限値に達すれば停止するように制御される。尚、本実施の形態の制御システムはシリーズ方式であるため、発電機１３はエンジン１２の駆動、停止と同期して駆動、停止する。
【００２５】
さらに、前記ステップＳ３、Ｓ４で設定されたエンジン目標回転数ωｓ、エンジン目標出力Ｐｅｓに基づいて、エンジン回転数指令値演算部４８においてエンジンコントローラ２６に対するエンジン回転数指令値ωｃを演算し、また、発電機出力指令値演算部４９において発電機制御器１４に対する発電機出力指令値Ｐｇｃを演算する（ステップＳ７）。上記エンジン回転数指令値ωｃは、エンジン１２の回転数をエンジン目標回転数ωｓにするためにエンジンコントローラ２６に出力される指令値である。また、発電機出力指令値Ｐｇｃは、エンジン１２の出力をエンジン目標出力Ｐｅｓにするために、発電機１３の出力を制御するべく発電機制御器１４に出力される指令値である。つまり、発電機１３の出力制御によって発電機１３からエンジン１２にかかる負荷を制御し、これによってエンジン１２の出力をエンジン目標出力Ｐｅｓになるように制御する構成になっている。
【００２６】
前記エンジン回転数指令値演算部４８では、メモリ３５にデータとして保存されているエンジン目標回転数ωｓとエンジン回転数指令値ωｃとの関係を示す関数（ωｃ＝Ｆ（ωｓ））を用いて、エンジン出力がエンジン目標出力Ｐｅｓのときにエンジン回転数をエンジン目標回転数ωｓにするためのエンジン回転数指令値ωｃを演算する。
ここで、本実施の形態において、エンジンコントローラ２６は、エンジン１２の無負荷回転数の設定値を指令値としてエンジン１２の回転数制御を行なう構成になっており、而して、無負荷回転数の設定値がエンジン回転数指令値ωｃになるが、この場合には、下記の式（１）を用いてエンジン回転数指令値ωｃ（無負荷回転数の設定値）を演算することにより、エンジン出力がエンジン目標出力Ｐｅｓのときにエンジン回転数がエンジン目標回転数ωｓになるエンジン回転数指令値ωｃを求めることができる。
ωｃ＝Ａ×ωｓ＋Ｂ ・・・（１）
上記式（１）において、Ａ、Ｂはエンジン１２の特性により定まる定数である。
【００２７】
一方、発電機出力指令値演算部４９では、エンジン１２の出力をエンジン目標出力Ｐｅｓにするための発電機目標出力Ｐｇｓを、下記の式（２）を用いて演算する。尚、本実施の形態において、発電機制御器１４は、発電機目標出力Ｐｇｓを指令値として発電機１３の出力を制御する機能を有しており、而して、発電機目標出力Ｐｇｓがそのまま発電機出力指令値Ｐｇｃになる。
Ｐｇｃ＝Ｐｇｓ＝Ｐｅｓ×ηｇ ・・・（２）
上記式（２）において、ηｇはメモリ３５にデータとして保存されている発電機１３の効率である。尚、発電機効率ηｇは、発電機１３の出力や回転数により変化する。
【００２８】
さらに、前記ステップＳ７におけるエンジン回転数指令値ωｃ及び発電機出力指令値Ｐｇｃの演算後、駆動／停止切替部４７において、前記駆動／停止判定部４３の判定が、エンジン１２の駆動（駆動継続を含む）か停止（停止継続を含む）かを判断する（ステップＳ８）。
【００２９】
前記ステップＳ８の判断で、エンジン１２の駆動と判断された場合、駆動／停止切替部４７は、エンジンコントローラ２６に対してエンジン回転数指令値ωｃを出力すると共に、発電機制御器１４に対して発電機出力指令値Ｐｇｃを出力する（ステップＳ９）。これにより、発電機１３の出力は発電機目標出力Ｐｇｓになるように制御され、そして該発電機１３の出力が発電機目標出力Ｐｇｓになるように制御されることによって、エンジン１２の出力はエンジン目標出力Ｐｅｓになるように制御されると共に、エンジン１２の回転数はエンジン目標回転数ωｓになるように制御される。ステップＳ９の処理後は、前記ステップＳ２に戻る。
【００３０】
一方、ステップＳ８の判断で、エンジン１２の停止と判断された場合、駆動／停止切替部４７は、エンジンコントローラ２６に対してエンジン１２の停止指令（エンジン回転数指令値ωｃ＝０）を出力すると共に、発電機制御器１４に対して発電機１３の停止指令（発電機出力指令値Ｐｇｃ＝０）を出力する（ステップＳ１０）。これによりエンジン１２及び発電機１３は停止する。ステップＳ１０の処理後は、前記ステップＳ２に戻る。
【００３１】
而して、前記エンジン・発電機制御部３６の行なう制御によって、エンジン１２は、蓄電装置３４の充電量ＳＯＣが満充電範囲よりも少ない状態では常に駆動し、上限値に達すれば停止するように駆動／停止の切替え制御が行なわれると共に、該エンジン１２の駆動時において、エンジン１２の回転数は、蓄電装置３４の充電量ＳＯＣに応じて設定されたエンジン目標回転数ωｓになるように制御され、さらにエンジン１２の出力は、エンジン目標回転数ωｓのときにエンジン効率が最大になるエンジン目標出力Ｐｅｓになるように制御される構成になっている。
【００３２】
また、前記制御装置２７は、前述したように、電動機制御器１６〜２０、及びメインポンプ２８、サブポンプ３３の容量可変手段２８ａ、３３ａに対しても制御指令を出力するが、この場合、メインポンプ用電動機２１を制御する電動機制御器１６及びメインポンプ２８の容量可変手段２８ａに対しては、メインポンプ２８の吐出流量を、該メインポンプ２８を油圧源とする油圧アクチュエータ（本実施の形態では、ブームシリンダ８、アームシリンダ９、バケットシリンダ１０、左右の走行モータ１１Ｌ、１１Ｒ）用操作具の操作量に応じて要求される流量にするべく制御指令を出力する。また、旋回用電動機２２を制御する電動機制御器１７に対しては、旋回用操作具の操作量に応じた速度で旋回機構３０を駆動させるべく制御指令を出力する。また、パイロットポンプ用電動機２３を制御する電動機制御器１８に対しては、パイロットポンプ３１の吐出圧を予め設定されたパイロット設定圧にするべく制御指令を出力する。また、冷却ファン用電動機２４を制御する電動機制御器１９に対しては、冷却ファン３２が必要な冷却風を供給できる回転数にするべく制御指令を出力する。また、サブポンプ用電動機２５を制御する電動機制御器２０及びサブポンプ３３の容量可変手段３３ａに対しては、サブポンプ３３の吐出流量を、該サブポンプ３３を油圧源とする他の油圧アクチュエータ用操作具の操作量に応じて要求される流量にするべく制御指令を出力するようになっている。
【００３３】
叙述の如く構成された第一の実施の形態において、ハイブリッド型油圧ショベル１は、エンジン１２と、該エンジン１２により駆動される発電機１３と、該発電機１３から電力供給される電動機２１〜２５と、該電動機２１〜２５により機械的に駆動される負荷（本実施の形態では、メインポンプ２８、旋回機構３０、パイロットポンプ３１、冷却ファン３２、サブポンプ３３）と、前記発電機１３及び電動機２１〜２５に接続され、エンジン１２の出力と負荷の出力との過不足に応じて蓄放電する蓄電装置３４とを備えているが、さらにハイブリッド型油圧ショベル１には、前記エンジン１２の回転数を制御するエンジンコントローラ２６と、前記発電機１３の出力を制御する発電機制御器１４と、これらエンジンコントローラ２６、発電機制御器１４に制御指令を出力する制御装置２７と、前記蓄電装置３４の充電量を測定する充電量センサ３８とが設けられている。そして、前記制御装置２７は、蓄電装置３４の充電量ＳＯＣに応じてエンジン目標回転数ωｓを設定し、さらに、エンジン回転数が該エンジン目標回転数ωｓのときにエンジン効率が最大になるエンジン出力をエンジン目標出力Ｐｅｓとして設定すると共に、エンジン１２の駆動時に、エンジン回転数を前記エンジン目標回転数ωｓにするべくエンジンコントローラ２６に制御指令を出力する一方、エンジン出力を前記エンジン目標出力Ｐｅｓにするための発電機目標出力Ｐｇｓを演算し、該発電機目標出力Ｐｇｓにするべく発電機制御器１４に制御指令を出力することになる。
【００３４】
而して、蓄電装置３４の充電量ＳＯＣに応じてエンジン目標回転数ωｓが設定され、さらに該エンジン目標回転数ωｓに応じてエンジン効率が最大になるエンジン目標出力Ｐｅｓが設定されることになるが、この場合に、蓄電装置３４は、エンジン１２の出力と負荷の出力との過不足に応じて蓄放電することで充電量ＳＯＣが増減するため、該蓄電装置３４の充電量ＳＯＣに応じてエンジン目標回転数ωｓを設定する、つまり、前述したように蓄電装置３４の充電量ＳＯＣの増減に伴いエンジン目標回転数ωｓが低高するように設定することによって、エンジン目標回転数ωｓ及びエンジン目標出力Ｐｅｓは、エンジン１２の出力と負荷の出力との過不足がなくなるように、つまり、負荷の大きさに対応するように設定されることになる。この結果、負荷が大きい場合には、該大きな負荷に対応するエンジン目標回転数ωｓ、エンジン目標出力Ｐｅｓが設定されて、作業を効率良く行うことができる一方、負荷が小さい場合には、該小さな負荷に対応するエンジン目標回転数ωｓ、エンジン目標出力Ｐｅｓが設定されて、燃費向上に貢献できることになる。しかも、前記負荷の大きさに対応するエンジン目標回転数ωｓ、エンジン目標出力Ｐｅｓの設定は、蓄電装置３４の充電量ＳＯＣの測定だけで簡単に行なうことができると共に、負荷が急激に大きく変動しても蓄電装置３４の充電量ＳＯＣは負荷の変動よりも緩やかに増減するため、エンジン目標回転数ωｓ、エンジン目標出力Ｐｅｓが急に大きく変化して操作性が損なわれてしまうことを回避できる。
【００３５】
さらにこのものにおいて、エンジン目標出力Ｐｅｓは、エンジン回転数がエンジン目標回転数ωｓのときにエンジン効率が最大になるエンジン出力が設定されるから、エンジン１２を常に効率良く運転させることができることになって、燃費向上に大きく貢献できる。しかもこのものは、エンジン１２の出力をエンジン目標出力Ｐｅｓにするための発電機目標出力Ｐｇｓを演算し、発電機１３の出力を該発電機目標出力Ｐｇｓとなるように制御することで、エンジン１２の出力をエンジン目標出力Ｐｅｓにする構成であるから、負荷の過渡的変動の影響をエンジン１２が受けることなく、エンジン１２の出力を確実にエンジン目標出力Ｐｅｓになるように制御できることになる。
【００３６】
そのうえ、前記制御装置２７は、蓄電装置３４の充電量に応じてエンジン１２の駆動、停止の切替え制御を行なう駆動／停止切替え手段（駆動／停止基準値設定部４２、駆動／停止判定部４３、駆動／停止切替部４７）を備えている。而して、蓄電装置３４の充電が不要の場合には、エンジン１２を停止させることで無駄な燃料消費を削減できる一方、エンジン１２の駆動時には、負荷の大きさに対応し、且つ、常にエンジン効率の良い状態で運転されることになる。
【００３７】
次に、本発明の第二の実施の形態を図８〜図１０に基づいて説明する。尚、図１、図５、図６、図７については第一の実施の形態のものを共用する。また、第一の実施の形態と共通するもの（同一のもの）については同一の符号を附すと共に、その詳細については省略する。
まず、図８に第二の実施の形態の制御システムの全体構成を示すが、第二の実施の形態ではパラレル方式の制御システムが採用されており、エンジン１２は、動力伝達機構５１を介して油圧ポンプ５２及び発電電動機５３に機械的にパラレル接続されている。
【００３８】
前記エンジン１２は、第一の実施の形態のエンジン１２と同様に、エンジンコントローラ２６による燃料噴射量調整により回転数（回転速度）が制御されると共に、該エンジンコントローラ２６は、制御装置５４から出力される制御指令に基づいてエンジン回転数を制御する。
【００３９】
前記発電電動機５３は、エンジン１２の動力により駆動して発電する発電機としての機能と、油圧ポンプ５２を駆動せしめる電動機としての機能とを有している。そして、該発電電動機５３の発電機動作、電動機動作の切替えは、発電電動機制御器５６によって行なわれると共に、該発電電動機制御器５６は、制御装置５４からの制御指令に基づいて、前記発電機動作、電動機動作の切替え制御、発電機動作時における発電出力の制御、電動機動作時における出力或いは回転数或いはトルクの制御を行なう。尚、発電電動機５３は、本発明の発電機に相当するが、電動機として動作している場合には、本発明の電動機としても機能する。また、前記発電電動機制御器５６は、本発明の発電機制御手段に相当する。
【００４０】
また、前記油圧ポンプ５２は、ハイブリッド型油圧ショベル１に設けられる油圧アクチュエータＡ（本実施の形態では、ブームシリンダ８、アームシリンダ９、バケットシリンダ１０、左右の走行モータ１１Ｌ、１１Ｒ）の油圧供給源になる容量可変型ポンプであって、該油圧ポンプ５２と各油圧アクチュエータＡとの間には、各油圧アクチュエータＡ用操作具（図示せず）の操作に基づいて油圧アクチュエータＡへの油給排制御をそれぞれ行なうコントロールバルブ５５が配されている。また、５２ａは油圧ポンプ５２の容量可変手段であって、該容量可変手段５２ａは、油圧アクチュエータＡ用操作具の操作量や油圧ポンプ５２の吐出圧に基づいて、油圧ポンプ５２の吐出流量を制御するように構成されている。尚、前記油圧ポンプ５２は、本発明のエンジンにより機械的に駆動される負荷を構成するが、前記発電電動機５３が電動機として動作している場合には、エンジン及び電動機により機械的に駆動される負荷になる。
【００４１】
一方、前記動力伝達機構５１は、前述したようにエンジン１２と油圧ポンプ５２と発電電動機５３とを機械的にパラレル接続するものであるが、該動力伝達機構５１は、エンジン１２、油圧ポンプ５２、発電電動機５３を動力伝達機構５１に対してそれぞれ断続するクラッチ機構５１ａを備えている。そして、該クラッチ機構５１ａは、制御装置５４からの制御指令に基づいて、動力伝達機構５１とエンジン１２、油圧ポンプ５２、発電電動機５３とを断続する。
【００４２】
さらに、前記発電電動機５３は、前記発電電動機制御器５６、母線１５、電動機制御器１７〜２０を介して、旋回用、パイロットポンプ用、冷却ファン用、サブポンプ用の各電動機２２〜２５に接続されている。前記電動機制御器１７〜２０、及び旋回用、パイロットポンプ用、冷却ファン用、サブポンプ用の各電動機２２〜２５については、第一の実施の形態と共通するもの（同一のもの）であるため、説明は省略する。また、旋回減速機２９、旋回機構３０、パイロットポンプ３１、冷却ファン３２、サブポンプ３３、サブポンプ３３の容量可変手段３３ａについても、第一の実施の形態と共通するもの（同一のもの）であるため説明は省略する。尚、第二の実施の形態では、前記旋回機構３０、パイロットポンプ３１、冷却ファン３２、サブポンプ３３が本発明の電動機により機械的に駆動される負荷を構成する。
【００４３】
また、図８において、３４は第一の実施の形態と同様に蓄放電機能を有した蓄電装置であるが、該蓄電装置３４は、発電電動機制御器５６と電動機制御器１７〜２０との間の母線１５に接続されていて、蓄電装置３４と発電電動機５３と電動機２２〜２５の相互間で電力の授受を行うことができるようになっている。そして、該蓄電装置３４は、エンジン１２の出力と負荷（油圧ポンプ５２、旋回機構３０、パイロットポンプ３１、冷却ファン３２、サブポンプ３３）の出力との過不足に応じて、電力を蓄放電する。つまり、エンジン１２の出力が負荷の出力に対して余剰がある場合には、発電電動機５３は発電機として動作すると共に、該発電電動機５３から電動機２２〜２５への供給電力の余剰分が蓄電装置３４に蓄電される一方、エンジン１２の出力が負荷の出力に対して不足する場合には、発電電動機５３が発電機として動作しているときは該発電電動機５３から電動機２２〜２５への供給電力の不足分が蓄電装置３４から放電され、また、発電電動機５３が電動機として動作しているときは該発電電動機５３及び電動機２２〜２５に供給される総電力が蓄電装置３４から放電されるようになっている。該蓄電装置３４の蓄放電は、第一の実施の形態と同様に、母線１５の電圧と蓄電装置３４の電圧との差により自動的に行われるようになっている。
【００４４】
一方、第二の実施の形態の制御装置５４には、前記第一の実施の形態の制御装置２７と同様に、エンジン１２の特性、蓄電装置３４の特性、油圧ポンプ５２の特性、発電電動機５３の特性、電動機２２〜２５の特性、サブポンプ３３の特性、パイロット設定圧等の種々のデータや、後述する制御に用いるデータ等が保存されたメモリ５７が設けられている。そして制御装置５４は、蓄電装置３４の充電量を検出する充電量センサ３８、母線１５の電圧を計測する電圧センサ３９、旋回用操作具及び他の油圧アクチュエータ用操作具（図示しないが、操作レバーや操作ペダル、操作スイッチ等）の操作をそれぞれ検出する操作検出手段４０、油圧ポンプ５２の回転数を検出するポンプ回転数検出センサ５８、油圧ポンプ５２の容量を検出するポンプ容量検出センサ５９、油圧ポンプ５２の吐出圧を検出するポンプ吐出圧検出センサ６０等からの信号を入力し、これら入力信号と前記メモリ５７に収納されたデータとに基づいて、前記エンジンコントローラ２６、クラッチ機構５１ａ、発電電動機制御器５６、電動機制御器１７〜２０、サブポンプ３３の容量可変手段３３ａ等に制御指令を出力するように構成されている。
【００４５】
扨、第二の実施の形態の制御装置５４にも、第一の実施の形態と同様に、エンジン１２及び発電電動機５３の制御を行なうエンジン・発電電動機制御部６１が設けられているが、該エンジン・発電電動機制御部６１の構成について、図９のブロック図に基づいて説明すると、エンジン・発電電動機制御部６１は、入力側に前記メモリ５７、充電量センサ３８、ポンプ回転数検出センサ５８、ポンプ容量検出センサ５９、ポンプ吐出圧検出センサ６０が接続され、出力側に前記クラッチ機構５１ａ、エンジンコントローラ２６、発電電動機制御器５６が接続されると共に、駆動／停止基準値設定部４２、駆動／停止判定部４３、エンジン目標回転数設定部４４、エンジン目標出力設定部４５、ポンプ出力演算部６２、指令値演算部６３、駆動／停止切替部６４を具備して構成されている。さらに、前記指令値演算部６３は、エンジン回転数指令値演算部４８と発電電動機出力指令値演算部６６とエンジン停止時発電電動機出力指令値演算部６７を具備している。尚、前記駆動／停止基準値設定部４２、駆動／停止判定部４３、エンジン目標回転数設定部４４、エンジン目標出力設定部４５、エンジン回転数指令値演算部４８は、前記第一の実施の形態と同様の制御を行なう。また、ポンプ出力演算部６２、発電電動機出力指令値演算部６６、エンジン停止時発電電動機出力指令値演算部６７、駆動／停止切替部６４の制御については後述する。
【００４６】
さらに、前記エンジン・発電電動機制御部６１の行なうエンジン１２及び発電電動機５３の制御について、前記図９のブロック図、及び図１０のフローチャート図に基づいて説明する。まず、ハイブリッド型油圧ショベル１が運転開始すると、エンジン・発電電動機制御部６１は、メモリ５７に収納されているデータを読込む（ステップＳ１１）。
【００４７】
次いで、充電量センサ３８により検出される蓄電装置３４の充電量ＳＯＣと、ポンプ回転数検出センサ５８、ポンプ容量検出センサ５９、ポンプ吐出圧検出センサ６０によりそれぞれ検出される油圧ポンプ５２の回転数、容量、吐出圧とを読込む（ステップＳ１２）。
【００４８】
次いで、エンジン目標回転数設定部４４において、蓄電装置３４の充電量ＳＯＣに対応するエンジン目標回転数ωｓが示されたグラフ（前記図５（Ａ））を用いて、前記充電量センサ３８により測定された蓄電装置３４の充電量ＳＯＣに応じてエンジン目標回転数ωｓを設定する（ステップＳ１３）。この場合、蓄電装置３４の充電量ＳＯＣの増減に伴いエンジン目標回転数ωｓが低高するように設定されるが、該エンジン目標回転数設定部４４におけるエンジン目標回転数ωｓの設定は、前記第一の実施の形態におけるエンジン目標回転数ωｓの設定（ステップＳ３の制御）と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００４９】
さらに、エンジン目標出力設定部４５において、エンジン目標回転数ωｓとエンジン目標出力Ｐｅｓとの対応を示すグラフ（前記図６）を用いて、前記エンジン目標回転数設定部４４で設定されたエンジン目標回転数ωｓのときにエンジン効率が最大になるエンジン目標出力Ｐｅｓを設定する（ステップＳ１４）。該エンジン目標出力設定部４５におけるエンジン目標出力Ｐｅｓの設定は、前記第一の実施の形態におけるエンジン目標出力Ｐｅｓの設定（ステップＳ４の制御）と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００５０】
さらに、駆動／停止基準値設定部４２において、エンジン１２の駆動／停止を切替える基準値（駆動基準値ＳＯＣ１及び停止基準値ＳＯＣ２）を設定する（ステップＳ１５）。該駆動／停止基準値設定部４２における駆動基準値ＳＯＣ１及び停止基準値ＳＯＣ２の設定は、前記第一の実施の形態における駆動基準値ＳＯＣ１及び停止基準値ＳＯＣ２の設定（ステップＳ５の制御）と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００５１】
さらに、駆動／停止判定部４３において、充電量センサ３８により測定される蓄電装置３４の充電量ＳＯＣと、前記駆動基準値ＳＯＣ１、停止基準値ＳＯＣ２とを比較して、エンジン１２の駆動／停止を判定する（ステップＳ１６）。該駆動／停止判定部４３におけるエンジン１２の駆動／停止の判定は、前記第一の実施の形態におけるエンジン１２の駆動／停止の判定（ステップＳ６の制御）と同様であるため、詳細な説明は省略する。尚、第二の実施の形態の制御システムはパラレル方式であって、エンジン１２と発電電動機５３とはクラッチ機構５１ａを備えた動力伝達機構５１を介して接続されているため、エンジン１２の駆動、停止と発電電動機５３の駆動、停止とは別々に制御される。
【００５２】
さらに、ポンプ出力演算部６２において、油圧ポンプ５２の出力Ｐｐを演算する（ステップＳ１７）。該油圧ポンプ５２の出力Ｐｐの演算は、下記の式（３）を用いて行なう。
Ｐｐ＝ωｐ×ｖ×ｐｒ ・・・（３）
上記式（３）において、ωｐはポンプ回転数検出センサ５８により検出される油圧ポンプ５２の回転数、ｖはポンプ容量検出センサ５９により検出される油圧ポンプ５２の容量、ｐｒはポンプ吐出圧検出センサ６０により検出される油圧ポンプ５２の吐出圧である。
【００５３】
さらに、エンジン回転数指令値演算部４８、発電電動機出力指令値演算部６６、エンジン停止時発電電動機出力指令値演算部６７において、エンジン回転数指令値ωｃ、発電電動機出力指令値Ｐｇｃ、エンジン停止時発電電動機出力指令値Ｐｇｃｔをそれぞれ演算する（ステップＳ１８）。上記エンジン回転数指令値ωｃは、エンジン１２の回転数をエンジン目標回転数ωｓにするためにエンジンコントローラ２６に出力される指令値である。また、発電電動機出力指令値Ｐｇｃは、エンジン１２の出力をエンジン目標出力Ｐｅｓにするために、油圧ポンプ５２の出力に基づいて発電電動機５３の出力を制御するべく発電電動機制御器５６に出力される指令値である。つまり、油圧ポンプ５２の出力に基づいて発電電動機５３の出力を制御することによって、発電電動機５３及び油圧ポンプ５２からエンジン１２にかかる負荷が一定になるように制御し、これによりエンジン１２の出力をエンジン目標出力Ｐｅｓになるように制御する構成になっている。また、エンジン停止時発電電動機出力指令値Ｐｇｃｔは、エンジン１２の停止時に発電電動機５３のみの動力で油圧ポンプ５２を駆動するときに発電電動機制御器５６に出力される指令値である。
【００５４】
前記エンジン回転数指令値演算部４８では、メモリ５７にデータとして保存されているエンジン目標回転数ωｓとエンジン回転数指令値ωｃとの関係を示す関数（ωｃ＝Ｆ（ωｓ））を用いて、エンジン回転数指令値ωｃを演算する。該エンジン回転数指令値演算部４８におけるエンジン回転数指令値ωｃの演算は、前記第一の実施の形態におけるエンジン回転数指令値ωｃの演算と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００５５】
一方、発電電動機出力指令値演算部６６では、エンジン１２の出力をエンジン目標出力Ｐｅｓにするための発電電動機目標出力Ｐｇｓを、下記の式（４）を用いて演算する。尚、本実施の形態において、発電電動機制御器５６は、発電電動機目標出力Ｐｇｓを指令値として発電電動機５３の出力を制御する機能を有しており、而して、発電電動機目標出力Ｐｇｓがそのまま発電電動機出力指令値Ｐｇｃになる。
Ｐｇｃ＝Ｐｇｓ＝（Ｐｅｓ−Ｐｐ／ηｐ）×ηｇ ・・・（４）
上記式（４）において、Ｐｐは前記ポンプ出力演算部６２において演算された油圧ポンプ５２の出力、ηｐは油圧ポンプ５２の効率、ηｇは発電電動機５３の効率であって、これらの値はメモリ５７にデータとして保存されているが、これら油圧ポンプ効率ηｐ、発電電動機効率ηｇは、油圧ポンプ５２、発電電動機５３の出力や回転数により変化する。また、発電電動機出力指令値Ｐｇｃは、プラス（Ｐｇｃ≧０）の場合には発電電動機５３を発電機として動作させる指令になり、マイナス（Ｐｇｃ＜０）の場合には電動機として動作させる指令になる。尚、前記発電電動機目標出力Ｐｇｓは、本発明の発電機目標出力に相当する。
【００５６】
また、エンジン停止時発電電動機出力指令値演算部６７では、エンジン１２の停止時における発電電動機５３の目標出力Ｐｇｓｔ（以下、エンジン停止時発電電動機目標出力Ｐｇｓｔと称するが、該エンジン停止時発電電動機目標出力Ｐｇｓｔは、本発明の発電機目標出力に含まれない）を、下記の式（５）を用いて演算する。尚、エンジン停止時発電電動機目標出力Ｐｇｓｔは、そのままエンジン停止時発電電動機出力指令値Ｐｇｃｔとして用いられる。
Ｐｇｃｔ＝Ｐｇｓｔ＝（−Ｐｐ／ηｐ）×ηｇ ・・・（５）
上記式（５）において、Ｐｐは前記ポンプ出力演算部６２において演算された油圧ポンプ５２の出力、ηｐは油圧ポンプ５２の効率、ηｇは発電電動機５３の効率である。また、エンジン停止時発電電動機出力指令値Ｐｇｃｔはマイナス（Ｐｇｃｔ＜０）であり、発電電動機５３を電動機として動作させる指令になる。
【００５７】
さらに、前記ステップＳ１８におけるエンジン回転数指令値ωｃ、発電電動機出力指令値Ｐｇｃ、エンジン停止時発電電動機出力指令値Ｐｇｃｔの演算後、駆動／停止切替部６４において、前記駆動／停止判定部４３の判定が、エンジン１２の駆動（駆動継続を含む）か停止（停止継続を含む）かを判断する（ステップＳ１９）。
【００５８】
前記ステップＳ１９の判断で、エンジン１２の駆動と判断された場合、駆動／停止切替部６４は、動力伝達機構５１のクラッチ機構５１ａに対してエンジン１２と油圧ポンプ５２と発電電動機５３とを接続するように制御指令を出力し、さらに、エンジンコントローラ２６に対してエンジン回転数指令値ωｃを出力すると共に、発電電動機制御器５６に対して発電電動機出力指令値Ｐｇｃを出力する（ステップＳ２０）。これにより、発電電動機５３の出力は発電電動機目標出力Ｐｇｓになるように制御されるが、この場合、前述したように、発電電動機出力指令値Ｐｇｃがプラス（Ｐｇｃ≧０）のときには、発電電動機５３を発電機として動作させる制御指令が出力され、発電電動機出力指令値Ｐｇｃがマイナス（Ｐｇｃ＜０）の場合には、電動機として動作させる制御指令が出力される。そして、発電電動機５３が発電機として動作している場合には、該発電電動機５３及び油圧ポンプ５２の出力をエンジン１２が負担し、また、発電電動機５３が電動機として動作している場合には、油圧ポンプ５２の出力をエンジン１２と発電電動機５３とで負担することになるが、何れの場合でも、発電電動機５３の出力を油圧ポンプ５２の出力に基づいて発電電動機目標出力Ｐｇｓになるように制御することによって、エンジン１２の出力はエンジン目標出力Ｐｅｓになるように制御されると共に、エンジン１２の回転数は、エンジン目標回転数ωｓになるように制御される。ステップＳ２０の処理後は、前記ステップＳ１２に戻る。
【００５９】
一方、ステップＳ１９の判断で、エンジン１２の停止と判断された場合、駆動／停止切替部６４は、動力伝達機構５１のクラッチ機構５１ａに対してエンジン１２を油圧ポンプ５２及び発電電動機５３から断ち、且つ、油圧ポンプ５２と発電電動機５３とを接続するように制御指令を出力し、さらに、エンジンコントローラ２６に対してエンジン１２の停止指令（エンジン回転数指令値ωｃ＝０）を出力すると共に、発電電動機制御器５６に対してエンジン停止時発電電動機出力指令値Ｐｇｃｔを出力する（ステップＳ２１）。これによりエンジン１２が停止すると共に、発電電動機５３の出力はエンジン停止時発電電動機出力指令値Ｐｇｃｔとなるように制御されるが、該エンジン停止時発電電動機出力指令値Ｐｇｃｔは前述したように発電電動機５３を電動機として動作させる指令であり、該電動機として動作する発電電動機５３により油圧ポンプ５２が駆動される。ステップＳ２１の処理後は、前記ステップＳ２に戻る。
【００６０】
而して、第二の実施の形態のものにおいても、前記第一の実施の形態と同様に、エンジン・発電電動機制御部６１の行なう制御によって、エンジン１２は、蓄電装置３４の充電量ＳＯＣが満充電範囲よりも少ない状態では常に駆動し、上限値に達すれば停止するように駆動／停止の切替え制御が行なわれると共に、該エンジン１２の駆動時において、エンジン１２の回転数は、蓄電装置３４の充電量ＳＯＣに応じて設定されたエンジン目標回転数ωｓになるように制御され、さらにエンジン１２の出力は、エンジン目標回転数ωｓのときにエンジン効率が最大になるエンジン目標出力Ｐｅｓになるように制御される構成になっている。
【００６１】
つまり、第二の実施の形態のものでは、エンジン１２と、油圧ポンプ５２と、発電機及び電動機として機能する発電電動機５３とが動力伝達機構５１を介してパラレル接続されたパラレル方式の制御システムが採用されているが、該パラレル方式の制御システムが採用された第二の実施の形態のものにおいても、前記シリーズ方式の制御システムが採用されている第一の実施の形態のものと同様に、エンジン１２の回転数は、蓄電装置３４の充電量ＳＯＣに応じて設定されたエンジン目標回転数ωｓになるように制御され、さらにエンジン１２の出力は、エンジン目標回転数ωｓのときにエンジン効率が最大になるエンジン目標出力Ｐｅｓになるように制御されることになる。そして、蓄電装置３４の充電量ＳＯＣに応じてエンジン目標回転数ωｓを設定する、つまり、蓄電装置３４の充電量ＳＯＣの増減に伴いエンジン目標回転数ωｓが低高するように設定することによって、エンジン目標回転数ωｓ及びエンジン目標出力Ｐｅｓは、エンジン１２の出力と負荷（第二の実施の形態では、油圧ポンプ５２、旋回機構３０、パイロットポンプ３１、冷却ファン３２、サブポンプ３３）の出力との過不足がなくなるように、つまり、負荷の大きさに対応するように設定されることになる。
【００６２】
この結果、第二の実施の形態のものにおいても、エンジン１２は、負荷の大きさに対応し、且つ、常にエンジン効率の良い状態で運転されることになって、前述した第一の実施の形態のものと同様の効果を奏することになり、作業性の向上、操作性の向上、燃費向上に大きく貢献できる。
【００６３】
尚、本発明は上記第一、第二の実施の形態に限定されないことは勿論であって、例えば、エンジン目標回転数設定部４４において蓄電装置３４の充電量ＳＯＣに応じてエンジン目標回転数ωｓを設定するにあたり、充電量ＳＯＣの変化率Ｒｓｏｃ（＝ΔＳＯＣ／ｓｅｃ（単位時間当たりの充電量ＳＯＣの変化量））に応じて、エンジン目標回転数ωｓの値を補正するように構成することもできる。この場合に、エンジン目標回転数設定部４４は、蓄電装置３４の充電量ＳＯＣの変化率Ｒｓｏｃを演算し、該変化率Ｒｓｏｃの絶対値が予め設定される設定値Ｓより小さい（｜Ｒｓｏｃ｜＜Ｓ）場合には、前述した第一、第二の実施の形態の場合と同様に、図５（Ｂ）に実線で示すグラフ（図５（Ａ）に実線で示すグラフと同じもの）を用いて蓄電装置３４の充電量ＳＯＣに対応するエンジン目標回転数ωｓを設定する一方、充電量ＳＯＣの変化率Ｒｓｏｃの絶対値が設定値Ｓ以上（｜Ｒｓｏｃ｜≧Ｓ）の場合には、充電量ＳＯＣの減少時（変化率Ｒｓｏｃ＜０）には、図５（Ｂ）に一点鎖線で示す如く、エンジン目標回転数ωｓを補正値αだけ高くするように補正し、また、充電量ＳＯＣの増加時（変化率Ｒｓｏｃ＞０）には、図５（Ｂ）に二点鎖線で示す如く、エンジン目標回転数ωｓを補正値αだけ低くするように補正する。この場合の補正値αは、予め設定された一定の値でも良いが、変化率Ｒｓｏｃの大きさに応じて増減変化させることもでき、また、充電量ＳＯＣの増加時と減少時とで異なる値にすることもできる。さらに、エンジン目標出力設定部４５は、前記補正されたエンジン目標回転数ωｓに基づいてエンジン目標出力Ｐｅｓを設定する。この様に、充電量ＳＯＣの変化率Ｒｓｏｃ（＝ΔＳＯＣ／ｓｅｃ）に応じてエンジン目標回転数ωｓの値を補正すると共に、該補正されたエンジン目標回転数ωｓに基づいてエンジン目標出力Ｐｅｓを設定することにより、蓄電装置３４の充電量ＳＯＣの増減変化を予測したエンジン目標回転数ωｓ及びエンジン目標出力Ｐｅｓが設定されることになって、蓄電装置３４の充電量ＳＯＣの増減変化に素早く対応できるエンジン回転数制御、出力制御を行うことができる。尚、図５（Ｂ）では、蓄電装置３４の充電量ＳＯＣに対してエンジン目標回転数ωｓを無段階に設定した場合を図示したが、エンジン目標回転数ωｓを段階的に設定した場合においても同様に補正できることは勿論である。
【００６４】
また、前記第二の実施の形態において、油圧ポンプ５２の出力に基づいてエンジン１２の出力をエンジン目標出力Ｐｅｓにするための発電電動機目標出力Ｐｇｓを演算するにあたり、エンジン目標回転数ωｓとエンジン実回転数ωａとの偏差（ωｓ−ωａ）を求め、該偏差がなくなるように（「０」になるように）発電電動機目標出力Ｐｇｓを増減させる構成にすることもできる。この場合の制御方法はＰＩ制御とし、下記の式（６）を用いて発電電動機目標出力Ｐｇｓを演算する。
Ｐｇｓ＝（Ｐｅｓ−Ｐｐ／ηｐ）×ηｇ＋（Ｋｐ＋Ｋｉ／ｓ）（ωｓ−ωａ） ・・・（６）
上記式（６）において、Ｐｐはポンプ出力演算部６２において演算された油圧ポンプ５２の出力、ηｐは油圧ポンプ５２の効率、ηｇは発電電動機５３の効率、Ｋｐは比例定数、Ｋｉは積分定数、ｓはラプラス演算子である。
そして、この様にエンジン目標回転数ωｓとエンジン実回転数ωａとの偏差（ωｓ−ωａ）がなくなるように発電電動機目標出力Ｐｇｓを増減させることにより、油圧ポンプ５２の出力の測定や効率の算定に誤差が生じても（一般に、建設機械の作業中における負荷変動は大きく、このため、油圧ポンプ５２の出力の測定誤差や効率の算定誤差が大きくなってしまう惧れがある）、該誤差分を発電電動機５３の出力で補償できることになって、エンジン１２の出力を確実にエンジン目標出力Ｐｅｓにすることができる。尚、上記エンジン実回転数ωａは、エンジン回転数検出センサにより検出されるエンジン１２の実際の回転数である。
【００６５】
また、第二の実施の形態では、油圧ポンプの出力を測定するためのポンプ出力測定手段として、油圧ポンプの回転数、容量、吐出圧をそれぞれ検出するポンプ回転数検出センサ、ポンプ容量検出センサ、ポンプ吐出圧検出センサを設けたが、これに限定されることなく、例えば、ポンプ回転数検出センサ及びポンプ容量検出センサに替えて、油圧ポンプの流量を検出するポンプ流量検出センサを設けても良い。また、油圧ポンプの容量を、制御装置からの制御指令に基づいて可変できるように構成することもできるが、この場合には、ポンプ容量検出センサを設けることなく、制御装置から出力されるポンプ容量指令値に基づいて油圧ポンプの容量を求めるように構成することができる。
【００６６】
さらに、本発明は、発電機から電力供給される電動機として、電動機としての機能に加えて発電機の機能も有した発電電動機を用いることもできる。例えば、旋回機構を駆動せしめる電動機を発電電動機を用いて構成することができ、この場合、発電電動機は旋回機構の制動時に発電機として動作することになる。尚、この様に電動機として発電電動機を用いた場合、該発電電動機で発電された電力は、他の電動機や発電電動機に供給される、或いは蓄電装置に蓄電される。
【００６７】
さらに、本発明は、蓄電装置の充電量に応じてエンジン目標回転数を設定し、該設定されたエンジン目標回転数に応じてエンジン効率が最大になるエンジン目標出力を設定する構成であるが、これらエンジン目標回転数とエンジン目標出力とは、前記図６に示す如く、１対１で対応するものであるから、まずエンジン目標出力を設定し、該設定されたエンジン目標出力に応じてエンジン効率が最大になるエンジン目標回転数を設定する構成にしても、同等の制御システムを提供することができる。この場合には、蓄電装置の充電量に応じてエンジン目標出力を設定し、該設定されたエンジン目標出力に応じてエンジン目標回転数が設定されることになる。
【００６８】
また、充電装置の充電量に応じてエンジンの駆動、停止の切替え制御を行なうにあたり、上記第一、第二の実施の形態では、エンジンは、蓄電装置の充電量が予め設定される満充電範囲よりも少ない状態では常に駆動し、上限値に達すれば停止するように制御されるが、これに限定されることなく、例えば、蓄電装置の充電量が予め設定される高効率範囲の最小値になればエンジンを駆動させる一方、高効率範囲の最大値になればエンジンを停止させる構成（例えば、充電量４０％〜６０％を高効率範囲として設定すると共に、駆動基準値を充電量４０％、停止基準値を充電量６０％に設定する）にしたり、或いは、蓄電装置の充電量が上限値になるまではエンジンの駆動を継続する一方、上限値になった以降は予め設定される空充電範囲になるまでエンジンを停止させる構成（例えば、充電量１０％以下の範囲を空充電範囲として設定すると共に、駆動基準値を充電量１０％、停止基準値を充電量１００％に設定する）にすることもできる。さらに、前記エンジンの駆動、停止を切替えるための蓄電装置の充電量の基準値（駆動基準値及び停止基準値）の設定を、サービスマンやオペレータが任意に行なうことができる基準値設定手段を設けることもできる。
【００６９】
また、蓄電装置の蓄放電は、上記第一、第二実施の形態では、母線の電圧と蓄電装置の電圧との差により自動的に行なわれる構成になっているが、これに限定されることなく、制御装置からの制御指令に基づいて蓄電装置の蓄放電を行なう構成にすることもできる。この場合には、制御装置からの制御指令に基づいて蓄電装置の蓄放電を制御する蓄放電制御手段が必要になる。
【００７０】
さらに、本発明は、ハイブリッド型油圧ショベルに限らず、種々のハイブリッド型建設機械に実施できることは勿論であると共に、エンジン及び電動機の少なくとも何れか一方により機械的に駆動される負荷も、ハイブリッド型建設機械の種類やサイズ、或いはハイブリッド型建設機械の行なう作業内容等に応じて適宜設けられることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明は、動力源としてエンジンと蓄電装置とを併用するハイブリッド型建設機械において、エンジン効率の向上を図る場合に利用できる。
【符号の説明】
【００７２】
１ ハイブリッド型油圧ショベル
１２ エンジン
１３ 発電機
１４ 発電機制御器
２１ メインポンプ用電動機
２２ 旋回用電動機
２３ パイロットポンプ用電動機
２４ 冷却ファン用電動機
２５ サブポンプ用電動機
２６ エンジンコントローラ
２７、５４ 制御装置
３４ 蓄電装置
３６ エンジン・発電機制御部
３８ 充電量センサ
４２ 駆動／停止基準値設定部
４３ 駆動／停止判定部
４４ エンジン目標回転数設定部
４５ エンジン目標出力設定部
４７、６４ 駆動／停止切替部
４９ 発電機出力指令値演算部
５２ 油圧ポンプ
５３ 発電電動機
５６ 発電電動機制御器
６１ エンジン・発電電動機制御部
６６ 発電電動機出力指令値演算部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動力源としてエンジンと蓄電装置とを併用するハイブリッド型建設機械における制御システムの技術分野に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、油圧ショベル等の建設機械においても、省エネルギー化、燃費の向上、排ガス低減等を達成するべく、動力源としてエンジンと蓄電装置とを併用するハイブリッド型建設機械が実用化されつつある。この様なハイブリッド型建設機械の制御システムとして、エンジンの動力を発電機の駆動専用に使用すると共に、該発電機から電力供給される電動機により走行装置や旋回装置、作業装置等の負荷を駆動させる所謂シリーズ方式の制御システムが知られている。また、エンジンと、作業装置等の油圧作動部の油圧供給源になる油圧ポンプと、発電電動機とを動力伝達機構を介して機械的にパラレル接続して、油圧ポンプの出力がエンジン出力よりも小さい場合には、発電電動機をエンジン動力により駆動する発電機として動作させる一方、油圧ポンプの出力がエンジン出力よりも大きい場合には、発電電動機を電動機として動作させてエンジンの動力をアシストするように構成した所謂パラレル方式の制御システムも知られている。これら何れの制御システムにおいても、発電機や発電電動機により発電される電力を蓄電し、該蓄電電力を電動機や発電電動機に供給する蓄電装置が設けられている。
ところで、前述したようなハイブリッド型建設機械では、動力源としてエンジンと蓄電装置とを併用することで燃費向上が図られているが、この場合に、更なる燃費向上のためには、エンジンを効率良く運転させることが必要になる。そこで、従来、シリーズ方式のものにおいて、動力制限レバーのレバー位置に応じて発電機の出力電力の上限値を切替えると共に、該発電機の出力電力の上限値に応じてエンジン回転数の設定値を切替えるようにした技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、パラレル方式のものでは、油圧ポンプの入力がエンジン出力よりも小さい時には、エンジンを所定の設定回転数とハイアイドル回転数との間で運転し、油圧ポンプの入力がエンジン出力よりも大きい時には、油圧ポンプの入力を低下させると共に、発電電動機を電動機動作させてエンジン出力を補いエンジンを設定回転数の近傍で運転するように構成した技術が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３２２６８１号公報
【特許文献２】特開２００１−１２２７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかるに、前記特許文献１のものでは、発電機の出力電力が前記上限値以下になるように制御されると共に、該発電機の出力電力の上限値に応じてエンジン回転数が設定されることになるが、この場合に、発電機の出力が作業負荷の変動を受けて前記上限値以下の範囲内で変動すると、これに伴いエンジンの出力が変動してエンジン効率が低下する場合がある。つまり、エンジン回転数は発電機の出力電力の上限値に対応して設定されるものであるから、発電機の出力電力の低下に伴いエンジン出力も低下すると、エンジン回転数に対してエンジン出力が低くなり、エンジン効率の悪い状態になる。一方、特許文献２のものでは、油圧ポンプの入力がエンジン出力よりも小さい時には、エンジンは所定の設定回転数とハイアイドル回転数（無負荷回転数）との間で運転されることになるが、この場合、エンジン効率は、エンジン回転数が設定回転数のときに最も良く、設定回転数よりもエンジン回転数が高くなる、つまりエンジンにかかる負荷が小さくなってエンジン回転数が高くなると、エンジン効率は低下する。而して、前記特許文献１、特許文献２のものでは、エンジンが効率の良くない状態で運転される場合があって、燃費向上の妨げになるという問題があり、ここに本発明の解決すべき課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項１の発明は、エンジンと、該エンジンにより駆動される発電機と、該発電機から電力供給される電動機と、エンジン及び電動機の少なくとも何れか一方により機械的に駆動される負荷と、前記発電機及び電動機に接続され、エンジンの出力と負荷の出力との過不足に応じて蓄放電する蓄電装置とを備えたハイブリッド型建設機械において、前記エンジンの回転数を制御するエンジン制御手段と、前記発電機の出力を制御する発電機制御手段と、これらエンジン制御手段、発電機制御手段に制御指令を出力する制御装置と、前記蓄電装置の充電量を測定する充電量測定手段とを設けると共に、前記制御装置は、蓄電装置の充電量に応じてエンジン目標回転数を設定するエンジン目標回転数設定手段と、該設定されたエンジン目標回転数に応じてエンジン効率が最大になるエンジン目標出力を設定するエンジン目標出力設定手段とを備え、エンジンの駆動時に、エンジン回転数を前記エンジン目標回転数にするべくエンジン制御手段に制御指令を出力する一方、エンジン出力を前記エンジン目標出力にするための発電機目標出力を演算し、発電機の出力を該発電機目標出力にするべく発電機制御手段に制御指令を出力することを特徴とするハイブリッド型建設機械における制御システムである。
請求項２の発明は、請求項１において、エンジン目標回転数設定手段は、蓄電装置の充電量の変化率に応じてエンジン目標回転数を補正すると共に、エンジン目標出力設定手段は、前記補正されたエンジン目標回転数に基づいてエンジン目標出力を設定することを特徴とするハイブリッド型建設機械における制御システムである。
請求項３の発明は、請求項１または２において、制御装置は、蓄電装置の充電量に応じてエンジンの駆動、停止の切替え制御を行なう駆動／停止切替え手段を備えることを特徴とするハイブリッド型建設機械における制御システムである。
【発明の効果】
【０００６】
請求項１の発明とすることにより、エンジンは、蓄電装置の充電量に応じてエンジン目標回転数が設定され、さらに該エンジン目標回転数に応じてエンジン効率が最大になるエンジン目標出力が設定されると共に、該エンジン目標回転数及びエンジン目標出力で運転されることになるが、蓄電装置は、エンジンの出力と負荷の出力との過不足に応じて蓄放電することで充電量が増減するため、該蓄電装置の充電量に応じてエンジン目標回転数を設定することによって、エンジン目標回転数及びエンジン目標出力は、エンジンの出力と負荷の出力との過不足がなくなるように、つまり、負荷の大きさに対応するように設定されることになる。而して、エンジンを、負荷の大きさに対応し、且つ、常にエンジン効率の良い状態で運転させることができることになって、燃費向上に大きく貢献できる。しかもこのものは、エンジン出力をエンジン目標出力にするための発電機目標出力を演算し、発電機の出力を該発電機目標出力にすることでエンジンの出力をエンジン目標出力にする構成であるから、負荷の過渡的変動の影響をエンジンが受けることなく、エンジンの出力を確実にエンジン目標出力になるように制御することができる。
請求項２の発明とすることにより、蓄電装置の充電量の増減変化を予測したエンジン目標回転数及びエンジン目標出力が設定されることになり、而して、蓄電装置の充電量の増減変化に素早く対応できるエンジン回転数制御、出力制御を行うことができる。
請求項３の発明とすることにより、蓄電装置の充電が不要の場合には、エンジンを停止させることで無駄な燃料消費を削減できる一方、エンジンの駆動時には、常にエンジン効率の良い状態で運転されることになる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】ハイブリッド型油圧ショベルの側面図である。
【図２】第一の実施の形態における制御システムの全体構成を示す図である。
【図３】第一の実施の形態におけるエンジン・発電機制御部の構成を示すブロック図である。
【図４】第一の実施の形態におけるエンジン・発電機制御部の制御手順を示すフローチャート図である。
【図５】（Ａ）は蓄電装置の充電量とエンジン目標回転数との対応を示すグラフ、（Ｂ）は蓄電装置の充電量の変化率に応じてエンジン目標回転数を補正する場合を示すグラフである。
【図６】エンジン目標回転数とエンジン目標出力との対応を示すグラフ図である。
【図７】エンジン出力と燃料消費率との関係を示す図である。
【図８】第二の実施の形態における制御システムの全体構成を示す図である。
【図９】第二の実施の形態におけるエンジン・発電電動機制御部の構成を示すブロック図である。
【図１０】第二の実施の形態におけるエンジン・発電電動機制御部の制御手順を示すフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
まず、第一の実施の形態について図１〜図７に基づいて説明すると、図１において、１は本発明のハイブリッド型建設機械の一例であるハイブリッド型油圧ショベルであって、該ハイブリッド型油圧ショベル１は、クローラ式の下部走行体２、該下部走行体２に旋回自在に支持される上部旋回体３、該上部旋回体３に装着されるフロント作業機４等から構成され、さらに該フロント作業機４は、ブーム５、アーム６、バケット７等を用いて構成されている。さらに、ハイブリッド型油圧ショベル１は、前記ブーム５、アーム６、バケット７をそれぞれ揺動せしめるブームシリンダ８、アームシリンダ９、バケットシリンダ１０、下部走行体２を走行せしめる左右の走行モータ１１Ｌ、１１Ｒ等の各種油圧アクチュエータを備えると共に、上部旋回体３には、動力源としてのエンジン１２及び蓄電装置３４が搭載されている。
【０００９】
次に、図２に基づいて、前記ハイブリッド型油圧ショベル１を運転せしめる制御システムの全体構成を説明すると、第一の実施の形態ではシリーズ方式の制御システムが採用されており、エンジン１２の動力により発電機１３が駆動されると共に、該発電機１３で発電された電力は、発電機制御器１４、母線１５、電動機制御器１６〜２０を介して、メインポンプ用、旋回用、パイロットポンプ用、冷却ファン用、サブポンプ用の各電動機２１〜２５に供給されるように構成されている。
【００１０】
前記エンジン１２は、エンジンコントローラ２６による燃料噴射量調整により回転数（回転速度）が制御されると共に、該エンジンコントローラ２６は、後述する制御装置２７から出力される制御指令に基づいて、エンジン回転数を制御する。尚、上記エンジンコントローラ２６は、本発明のエンジン制御手段に相当する。
【００１１】
また、前記発電機制御器１４は、発電機１３で発電された交流電力を直流に変換すると共に、後述する制御装置２７から出力される制御指令に基づいて、発電機１３の出力を制御する。尚、上記発電機制御器１４は、本発明の発電機制御手段に相当する。
【００１２】
さらに、前記電動機制御器１６〜２０は、直流を交流に変換すると共に、後述する制御装置２７から出力される制御指令に基づいて、メインポンプ用、旋回用、パイロットポンプ用、冷却ファン用、サブポンプ用の各電動機２１〜２５の出力或いは回転数或いはトルクをそれぞれ制御する。
【００１３】
前記メインポンプ用電動機２１は、前記ブームシリンダ８、アームシリンダ９、バケットシリンダ１０、左右の走行モータ１１Ｌ、１１Ｒの油圧供給源であるメインポンプ２８を駆動せしめる専用の電動機である。また、旋回用電動機２２は、旋回減速機２９を介して上部旋回体３の旋回機構３０を駆動せしめる専用の電動機である。パイロットポンプ用電動機２３は、パイロット圧の油圧供給源であるパイロットポンプ３１を駆動せしめる専用の電動機である。冷却ファン用電動機２４は、ラジエータやオイルクーラ等の熱交換器（図示せず）やエンジン１２に冷却風を供給する冷却ファン３２を駆動せしめる専用の電動機である。サブポンプ用電動機２５は、ハイブリッド型油圧ショベル１に設けられる他の油圧アクチュエータ（図示しないが、前記ブームシリンダ８、アームシリンダ９、バケットシリンダ１０、左右の走行モータ１１Ｌ、１１Ｒ以外の油圧アクチュエータ）の油圧供給源であるサブポンプ３３を駆動せしめる専用の電動機である。そして、これら電動機２１〜２５の出力或いは回転数或いはトルクの制御は、前述したように、制御装置２７から電動機制御器１６〜２０に出力される制御指令に基づいて行なわれるように構成されている。ここで、本実施の形態では、前記メインポンプ２８及びサブポンプ３３は、容量可変手段２８ａ、３３ａを備えた可変容量型ポンプが用いられていると共に、該容量可変手段２８ａ、３３ａは、制御装置２７から出力される制御指令に基づいてメインポンプ２８、サブポンプ３３の容量をそれぞれ制御するように構成されている。また、パイロットポンプ３１には定容量型ポンプが用いられている。尚、本実施の形態において、前記メインポンプ２８、旋回機構３０、パイロットポンプ３１、冷却ファン３２、サブポンプ３３は、本発明の電動機により機械的に駆動される負荷を構成する。
【００１４】
さらに、図２において、３４はバッテリやキャパシタ等の蓄放電機能を有した蓄電装置であって、該蓄電装置３４は、発電機制御器１４と電動機制御器１６〜２０との間の母線１５に接続され、エンジン１２の出力と負荷（メインポンプ２８、旋回機構３０、パイロットポンプ３１、冷却ファン３２、サブポンプ３３）の出力との過不足に応じて、電力を蓄放電するようになっている。該蓄電装置３４の蓄放電は、本実施の形態では、母線１５の電圧と蓄電装置３４の電圧との差により自動的に行われるようになっている。つまり、エンジン１２の出力が負荷の出力に対して余剰がある場合には、発電機１３から電動機２１〜２５への供給電力に余剰が生じて母線１５の電圧が蓄電装置３４の電圧よりも高くなり、これにより発電機１３の余剰電力が蓄電装置３４に蓄電される一方、エンジン１２の出力が負荷の出力に対して不足する場合には、発電機１３から電動機２１〜２５への供給電力が不足して母線１５の電圧が蓄電装置３４の電圧よりも低くなり、これにより蓄電装置３４から放電されて電動機２１〜２５に不足電力が供給されるようになっている。
【００１５】
一方、前記制御装置２７には、エンジン１２の特性（エンジン効率、エンジン出力、エンジン回転数、エンジン無負荷回転数等に関する特性）、発電機１３の特性（発電機効率、発電機出力、発電機回転数、励磁電流等に関する特性）、メインポンプ２８やサブポンプ３３の特性（ポンプ効率、ポンプ容積、ポンプ回転数等に関する特性）、電動機２１〜２５の特性（電動機効率、電動機出力、電動機回転数、電動機トルク等に関する特性）、パイロット設定圧（パイロットポンプ３１の吐出ラインの圧力として予め設定される圧力）、蓄電装置３４の特性（容量、効率等に関する特性）等の種々のデータや、後述する制御に用いるデータ等が保存されたメモリ３５が設けられている。そして制御装置２７は、蓄電装置３４の充電量を測定する充電量センサ（本発明の充電量測定手段に相当する）３８、母線１５の電圧を計測する電圧センサ３９、走行用、旋回用、ブーム用、アーム用、バケット用、他の油圧アクチュエータ用の各操作具（図示しないが、操作レバーや操作ペダル、操作スイッチ等）の操作をそれぞれ検出する操作検出手段（例えば、操作具の操作量を電気的に検出するポテンショメータや、操作具操作に基づいて出力されるパイロット圧の圧力を検出する圧力センサ等）４０等からの信号を入力し、これら入力信号と前記メモリ３５に収納されたデータとに基づいて、前記エンジンコントローラ２６、発電機制御器１４、電動機制御器１６〜２０、メインポンプ２８、サブポンプ３３の容量可変手段２８ａ、３３ａ等に制御指令を出力するように構成されている。
【００１６】
扨、前記制御装置２７には、エンジン１２及び発電機１３の制御を行なうエンジン・発電機制御部３６が設けられているが、該エンジン・発電機制御部３６の構成について、図３のブロック図に基づいて説明すると、エンジン・発電機制御部３６は、入力側に前記メモリ３５、充電量センサ３８が接続され、出力側にエンジンコントローラ２６、発電機制御器１４が接続されると共に、駆動／停止基準値設定部４２、駆動／停止判定部４３、エンジン目標回転数設定部４４、エンジン目標出力設定部４５、指令値演算部４６、駆動／停止切替部４７を具備して構成されている。さらに、前記指令値演算部４６は、エンジン回転数指令値演算部４８と発電機出力指令値演算部４９とを具備している。尚、前記エンジン目標回転数設定部４４は、本発明のエンジン目標回転数設定手段を構成し、エンジン目標出力設定部４５は、本発明のエンジン目標出力設定手段を構成する。また、前記駆動／停止基準値設定部４２、駆動／停止判定部４３、駆動／停止切替部４７は、本発明の駆動／停止切替え手段を構成する。
【００１７】
さらに、前記エンジン・発電機制御部３６の行なうエンジン１２及び発電機１３の制御について、前記図３のブロック図、及び図４のフローチャート図に基づいて説明する。まず、ハイブリッド型油圧ショベル１が運転開始すると、エンジン・発電機制御部３６は、メモリ３５に収納されているデータを読込む（ステップＳ１）。
【００１８】
次いで、充電量センサ３８により測定される蓄電装置３４の充電量ＳＯＣを読込む（ステップＳ２）。
【００１９】
次いで、エンジン目標回転数設定部４４において、蓄電装置３４の充電量ＳＯＣに対応するエンジン目標回転数ωｓが示されたグラフ（図５（Ａ）に示す）を用いて、前記充電量センサ３８により測定された蓄電装置３４の充電量ＳＯＣに応じてエンジン目標回転数ωｓを設定する（ステップＳ３）。この場合、図５（Ａ）に示す如く、エンジン目標回転数ωｓは、充電量ＳＯＣが低充電状態（例えば、充電量０％〜２０％）のときに最も高く、充電量ＳＯＣが増加するほど低くなるように、つまり、充電量ＳＯＣの増減に伴いエンジン目標回転数ωｓが低高するように設定される。尚、前記蓄電装置３４の充電量ＳＯＣとエンジン目標回転数ωｓとの対応を示すグラフは、蓄電装置３４やエンジン１２の特性に基づいて作成されると共に、メモリ３５にデータとして収納されているが、設定されるエンジン目標回転数ωｓとしては、図５（Ａ）に実線で示す如く無段階にすることもでき、また、図５（Ａ）に点線で示す如く複数段階にすることもできる。
【００２０】
さらに、エンジン目標出力設定部４５において、エンジン目標回転数ωｓとエンジン目標出力Ｐｅｓとの対応を示すグラフ（図６に示す）を用いて、前記エンジン目標回転数設定部４４で設定されたエンジン目標回転数ωｓに対応するエンジン目標出力Ｐｅｓを設定する（ステップＳ４）。該エンジン目標出力Ｐｅｓは、エンジン１２の回転数がエンジン目標回転数ωｓのときにエンジン効率が最大になるエンジン出力であって、図６に示す如く、エンジン目標回転数ωｓが高くなるにつれてエンジン目標出力Ｐｅｓも大きくなる。前記エンジン目標回転数ωｓとエンジン目標出力Ｐｅｓとの対応を示すグラフは、メモリ３５にデータとして収納されている。
【００２１】
ここで、ハイブリッド式建設機械に搭載されるエンジン１２の特性の一例について、図７に基づいて説明する。図７に示す実線は、最大出力を出力可能な無負荷回転数に設定したときのエンジン出力と燃料消費率との関係を示すグラフであって、エンジン出力が極めて低い範囲（無負荷状態に近い状態）を除くと、最大出力となるポイントＡが燃料消費率が最小になる（エンジン効率が最大になる）。また、図７に示す点線Ｌ上のポイントＢは、前記最大出力を出力可能な無負荷回転数よりも無負荷回転数を低く設定した場合に、燃料消費率が最小になる（エンジン効率が最大になる）ポイントであって、これらポイントＢは、前記ポイントＡよりもエンジン出力は低いが、エンジン効率は高い。このようなエンジン特性の場合、上記ポイントＡになるエンジン回転数、エンジン出力が、充電量ＳＯＣが低充電状態のときのエンジン目標回転数ωｓ、エンジン目標出力Ｐｅｓとして設定される。また、点線Ｌ上のポイントＢになるエンジン回転数、エンジン出力が、充電量ＳＯＣが低充電状態よりも増加したときのエンジン目標回転数ωｓ、エンジン目標出力Ｐｅｓとして設定される。或いは、エンスト防止のために、前記ポイントＡ、ポイントＢよりも出力を少し下げたポイントを、エンジン目標出力Ｐｅｓとして設定する。この様にエンスト防止のために出力を少し下げたポイントでエンジン目標出力Ｐｅｓを設定した場合は、厳密にはエンジン効率は少し低くなるが、この場合は、エンストを防止できる範囲内でのエンジン効率が最大になるエンジン目標出力Ｐｅｓであって、本発明のエンジン効率が最大になるエンジン目標出力に含まれる。
【００２２】
さらに、前記ステップＳ３、Ｓ４におけるエンジン目標回転数ωｓ、エンジン目標出力Ｐｅｓの設定後、駆動／停止基準値設定部４２において、エンジン１２の駆動／停止を切替える基準値を設定する（ステップＳ５）。つまり、エンジン１２は、後述するように蓄電装置３４の充電量に応じて駆動／停止の切替え制御が行なわれるが、該エンジン１２を駆動させるときに用いる蓄電装置３４の充電量を駆動基準値ＳＯＣ１として設定し、また、エンジン１２を停止させるときに用いる蓄電装置３４の充電量を停止基準値ＳＯＣ２として設定する。尚、停止基準値ＳＯＣ２は、駆動基準値ＳＯＣ１よりも大きな値（ＳＯＣ１＜ＳＯＣ２）に設定される。
【００２３】
ここで、前記基準値を設定するにあたり、本実施の形態では、蓄電装置３４の充電量ＳＯＣが予め設定される満充電範囲より少ない状態ではエンジン１２を常に駆動させ、蓄電装置３４の充電量の上限値に達すればエンジン１２を停止させるように、駆動基準値ＳＯＣ１と停止基準値ＳＯＣ２とを設定する。例えば、蓄電装置３４の充電量ＳＯＣが９０％〜１００％（蓄電装置３４の充電量の下限値を０％、上限値を１００％としたときの百分率。以下同様）のときを満充電範囲としたとき、該満充電範囲の最小値（充電量９０％）を駆動基準値ＳＯＣ１として設定し、また、充電量の上限値（充電量１００％）を停止基準値ＳＯＣ２として設定する。
【００２４】
さらに、前記ステップＳ５における駆動基準値ＳＯＣ１及び停止基準値ＳＯＣ２の設定後、駆動／停止判定部４３において、充電量センサ３８により測定される蓄電装置３４の充電量ＳＯＣと、上記駆動基準値ＳＯＣ１、停止基準値ＳＯＣ２とを比較して、エンジン１２の駆動／停止を判定する（ステップＳ６）。この場合、駆動／停止判定部４３は、充電量センサ３８により測定される蓄電装置３４の充電量ＳＯＣが駆動基準値ＳＯＣ１よりも小さく（ＳＯＣ＜ＳＯＣ１）なると、エンジン１２を駆動させると判定し、また、充電量ＳＯＣが停止基準値ＳＯＣ２以上（ＳＯＣ≧ＳＯＣ２）になると、エンジン１２を停止させると判定する。さらに、充電量ＳＯＣが駆動基準値ＳＯＣ１以上で且つ停止基準値ＳＯＣ２未満（ＳＯＣ１≦ＳＯＣ＜ＳＯＣ２）の場合には、エンジン１２が駆動中であれば駆動を継続させると判定し、エンジン１２が停止中であれば停止を継続させると判定する。そして、後述するように上記判定に基づいてエンジン１２の駆動／停止を切替えることによって、エンジン１２は、蓄電装置３４の充電量ＳＯＣが満充電範囲よりも少ない状態では常に駆動し、上限値に達すれば停止するように制御される。尚、本実施の形態の制御システムはシリーズ方式であるため、発電機１３はエンジン１２の駆動、停止と同期して駆動、停止する。
【００２５】
さらに、前記ステップＳ３、Ｓ４で設定されたエンジン目標回転数ωｓ、エンジン目標出力Ｐｅｓに基づいて、エンジン回転数指令値演算部４８においてエンジンコントローラ２６に対するエンジン回転数指令値ωｃを演算し、また、発電機出力指令値演算部４９において発電機制御器１４に対する発電機出力指令値Ｐｇｃを演算する（ステップＳ７）。上記エンジン回転数指令値ωｃは、エンジン１２の回転数をエンジン目標回転数ωｓにするためにエンジンコントローラ２６に出力される指令値である。また、発電機出力指令値Ｐｇｃは、エンジン１２の出力をエンジン目標出力Ｐｅｓにするために、発電機１３の出力を制御するべく発電機制御器１４に出力される指令値である。つまり、発電機１３の出力制御によって発電機１３からエンジン１２にかかる負荷を制御し、これによってエンジン１２の出力をエンジン目標出力Ｐｅｓになるように制御する構成になっている。
【００２６】
前記エンジン回転数指令値演算部４８では、メモリ３５にデータとして保存されているエンジン目標回転数ωｓとエンジン回転数指令値ωｃとの関係を示す関数（ωｃ＝Ｆ（ωｓ））を用いて、エンジン出力がエンジン目標出力Ｐｅｓのときにエンジン回転数をエンジン目標回転数ωｓにするためのエンジン回転数指令値ωｃを演算する。
ここで、本実施の形態において、エンジンコントローラ２６は、エンジン１２の無負荷回転数の設定値を指令値としてエンジン１２の回転数制御を行なう構成になっており、而して、無負荷回転数の設定値がエンジン回転数指令値ωｃになるが、この場合には、下記の式（１）を用いてエンジン回転数指令値ωｃ（無負荷回転数の設定値）を演算することにより、エンジン出力がエンジン目標出力Ｐｅｓのときにエンジン回転数がエンジン目標回転数ωｓになるエンジン回転数指令値ωｃを求めることができる。
ωｃ＝Ａ×ωｓ＋Ｂ ・・・（１）
上記式（１）において、Ａ、Ｂはエンジン１２の特性により定まる定数である。
【００２７】
一方、発電機出力指令値演算部４９では、エンジン１２の出力をエンジン目標出力Ｐｅｓにするための発電機目標出力Ｐｇｓを、下記の式（２）を用いて演算する。尚、本実施の形態において、発電機制御器１４は、発電機目標出力Ｐｇｓを指令値として発電機１３の出力を制御する機能を有しており、而して、発電機目標出力Ｐｇｓがそのまま発電機出力指令値Ｐｇｃになる。
Ｐｇｃ＝Ｐｇｓ＝Ｐｅｓ×ηｇ ・・・（２）
上記式（２）において、ηｇはメモリ３５にデータとして保存されている発電機１３の効率である。尚、発電機効率ηｇは、発電機１３の出力や回転数により変化する。
【００２８】
さらに、前記ステップＳ７におけるエンジン回転数指令値ωｃ及び発電機出力指令値Ｐｇｃの演算後、駆動／停止切替部４７において、前記駆動／停止判定部４３の判定が、エンジン１２の駆動（駆動継続を含む）か停止（停止継続を含む）かを判断する（ステップＳ８）。
【００２９】
前記ステップＳ８の判断で、エンジン１２の駆動と判断された場合、駆動／停止切替部４７は、エンジンコントローラ２６に対してエンジン回転数指令値ωｃを出力すると共に、発電機制御器１４に対して発電機出力指令値Ｐｇｃを出力する（ステップＳ９）。これにより、発電機１３の出力は発電機目標出力Ｐｇｓになるように制御され、そして該発電機１３の出力が発電機目標出力Ｐｇｓになるように制御されることによって、エンジン１２の出力はエンジン目標出力Ｐｅｓになるように制御されると共に、エンジン１２の回転数はエンジン目標回転数ωｓになるように制御される。ステップＳ９の処理後は、前記ステップＳ２に戻る。
【００３０】
一方、ステップＳ８の判断で、エンジン１２の停止と判断された場合、駆動／停止切替部４７は、エンジンコントローラ２６に対してエンジン１２の停止指令（エンジン回転数指令値ωｃ＝０）を出力すると共に、発電機制御器１４に対して発電機１３の停止指令（発電機出力指令値Ｐｇｃ＝０）を出力する（ステップＳ１０）。これによりエンジン１２及び発電機１３は停止する。ステップＳ１０の処理後は、前記ステップＳ２に戻る。
【００３１】
而して、前記エンジン・発電機制御部３６の行なう制御によって、エンジン１２は、蓄電装置３４の充電量ＳＯＣが満充電範囲よりも少ない状態では常に駆動し、上限値に達すれば停止するように駆動／停止の切替え制御が行なわれると共に、該エンジン１２の駆動時において、エンジン１２の回転数は、蓄電装置３４の充電量ＳＯＣに応じて設定されたエンジン目標回転数ωｓになるように制御され、さらにエンジン１２の出力は、エンジン目標回転数ωｓのときにエンジン効率が最大になるエンジン目標出力Ｐｅｓになるように制御される構成になっている。
【００３２】
また、前記制御装置２７は、前述したように、電動機制御器１６〜２０、及びメインポンプ２８、サブポンプ３３の容量可変手段２８ａ、３３ａに対しても制御指令を出力するが、この場合、メインポンプ用電動機２１を制御する電動機制御器１６及びメインポンプ２８の容量可変手段２８ａに対しては、メインポンプ２８の吐出流量を、該メインポンプ２８を油圧源とする油圧アクチュエータ（本実施の形態では、ブームシリンダ８、アームシリンダ９、バケットシリンダ１０、左右の走行モータ１１Ｌ、１１Ｒ）用操作具の操作量に応じて要求される流量にするべく制御指令を出力する。また、旋回用電動機２２を制御する電動機制御器１７に対しては、旋回用操作具の操作量に応じた速度で旋回機構３０を駆動させるべく制御指令を出力する。また、パイロットポンプ用電動機２３を制御する電動機制御器１８に対しては、パイロットポンプ３１の吐出圧を予め設定されたパイロット設定圧にするべく制御指令を出力する。また、冷却ファン用電動機２４を制御する電動機制御器１９に対しては、冷却ファン３２が必要な冷却風を供給できる回転数にするべく制御指令を出力する。また、サブポンプ用電動機２５を制御する電動機制御器２０及びサブポンプ３３の容量可変手段３３ａに対しては、サブポンプ３３の吐出流量を、該サブポンプ３３を油圧源とする他の油圧アクチュエータ用操作具の操作量に応じて要求される流量にするべく制御指令を出力するようになっている。
【００３３】
叙述の如く構成された第一の実施の形態において、ハイブリッド型油圧ショベル１は、エンジン１２と、該エンジン１２により駆動される発電機１３と、該発電機１３から電力供給される電動機２１〜２５と、該電動機２１〜２５により機械的に駆動される負荷（本実施の形態では、メインポンプ２８、旋回機構３０、パイロットポンプ３１、冷却ファン３２、サブポンプ３３）と、前記発電機１３及び電動機２１〜２５に接続され、エンジン１２の出力と負荷の出力との過不足に応じて蓄放電する蓄電装置３４とを備えているが、さらにハイブリッド型油圧ショベル１には、前記エンジン１２の回転数を制御するエンジンコントローラ２６と、前記発電機１３の出力を制御する発電機制御器１４と、これらエンジンコントローラ２６、発電機制御器１４に制御指令を出力する制御装置２７と、前記蓄電装置３４の充電量を測定する充電量センサ３８とが設けられている。そして、前記制御装置２７は、蓄電装置３４の充電量ＳＯＣに応じてエンジン目標回転数ωｓを設定し、さらに、エンジン回転数が該エンジン目標回転数ωｓのときにエンジン効率が最大になるエンジン出力をエンジン目標出力Ｐｅｓとして設定すると共に、エンジン１２の駆動時に、エンジン回転数を前記エンジン目標回転数ωｓにするべくエンジンコントローラ２６に制御指令を出力する一方、エンジン出力を前記エンジン目標出力Ｐｅｓにするための発電機目標出力Ｐｇｓを演算し、該発電機目標出力Ｐｇｓにするべく発電機制御器１４に制御指令を出力することになる。
【００３４】
而して、蓄電装置３４の充電量ＳＯＣに応じてエンジン目標回転数ωｓが設定され、さらに該エンジン目標回転数ωｓに応じてエンジン効率が最大になるエンジン目標出力Ｐｅｓが設定されることになるが、この場合に、蓄電装置３４は、エンジン１２の出力と負荷の出力との過不足に応じて蓄放電することで充電量ＳＯＣが増減するため、該蓄電装置３４の充電量ＳＯＣに応じてエンジン目標回転数ωｓを設定する、つまり、前述したように蓄電装置３４の充電量ＳＯＣの増減に伴いエンジン目標回転数ωｓが低高するように設定することによって、エンジン目標回転数ωｓ及びエンジン目標出力Ｐｅｓは、エンジン１２の出力と負荷の出力との過不足がなくなるように、つまり、負荷の大きさに対応するように設定されることになる。この結果、負荷が大きい場合には、該大きな負荷に対応するエンジン目標回転数ωｓ、エンジン目標出力Ｐｅｓが設定されて、作業を効率良く行うことができる一方、負荷が小さい場合には、該小さな負荷に対応するエンジン目標回転数ωｓ、エンジン目標出力Ｐｅｓが設定されて、燃費向上に貢献できることになる。しかも、前記負荷の大きさに対応するエンジン目標回転数ωｓ、エンジン目標出力Ｐｅｓの設定は、蓄電装置３４の充電量ＳＯＣの測定だけで簡単に行なうことができると共に、負荷が急激に大きく変動しても蓄電装置３４の充電量ＳＯＣは負荷の変動よりも緩やかに増減するため、エンジン目標回転数ωｓ、エンジン目標出力Ｐｅｓが急に大きく変化して操作性が損なわれてしまうことを回避できる。
【００３５】
さらにこのものにおいて、エンジン目標出力Ｐｅｓは、エンジン回転数がエンジン目標回転数ωｓのときにエンジン効率が最大になるエンジン出力が設定されるから、エンジン１２を常に効率良く運転させることができることになって、燃費向上に大きく貢献できる。しかもこのものは、エンジン１２の出力をエンジン目標出力Ｐｅｓにするための発電機目標出力Ｐｇｓを演算し、発電機１３の出力を該発電機目標出力Ｐｇｓとなるように制御することで、エンジン１２の出力をエンジン目標出力Ｐｅｓにする構成であるから、負荷の過渡的変動の影響をエンジン１２が受けることなく、エンジン１２の出力を確実にエンジン目標出力Ｐｅｓになるように制御できることになる。
【００３６】
そのうえ、前記制御装置２７は、蓄電装置３４の充電量に応じてエンジン１２の駆動、停止の切替え制御を行なう駆動／停止切替え手段（駆動／停止基準値設定部４２、駆動／停止判定部４３、駆動／停止切替部４７）を備えている。而して、蓄電装置３４の充電が不要の場合には、エンジン１２を停止させることで無駄な燃料消費を削減できる一方、エンジン１２の駆動時には、負荷の大きさに対応し、且つ、常にエンジン効率の良い状態で運転されることになる。
【００３７】
次に、本発明の第二の実施の形態を図８〜図１０に基づいて説明する。尚、図１、図５、図６、図７については第一の実施の形態のものを共用する。また、第一の実施の形態と共通するもの（同一のもの）については同一の符号を附すと共に、その詳細については省略する。
まず、図８に第二の実施の形態の制御システムの全体構成を示すが、第二の実施の形態ではパラレル方式の制御システムが採用されており、エンジン１２は、動力伝達機構５１を介して油圧ポンプ５２及び発電電動機５３に機械的にパラレル接続されている。
【００３８】
前記エンジン１２は、第一の実施の形態のエンジン１２と同様に、エンジンコントローラ２６による燃料噴射量調整により回転数（回転速度）が制御されると共に、該エンジンコントローラ２６は、制御装置５４から出力される制御指令に基づいてエンジン回転数を制御する。
【００３９】
前記発電電動機５３は、エンジン１２の動力により駆動して発電する発電機としての機能と、油圧ポンプ５２を駆動せしめる電動機としての機能とを有している。そして、該発電電動機５３の発電機動作、電動機動作の切替えは、発電電動機制御器５６によって行なわれると共に、該発電電動機制御器５６は、制御装置５４からの制御指令に基づいて、前記発電機動作、電動機動作の切替え制御、発電機動作時における発電出力の制御、電動機動作時における出力或いは回転数或いはトルクの制御を行なう。尚、発電電動機５３は、本発明の発電機に相当するが、電動機として動作している場合には、本発明の電動機としても機能する。また、前記発電電動機制御器５６は、本発明の発電機制御手段に相当する。
【００４０】
また、前記油圧ポンプ５２は、ハイブリッド型油圧ショベル１に設けられる油圧アクチュエータＡ（本実施の形態では、ブームシリンダ８、アームシリンダ９、バケットシリンダ１０、左右の走行モータ１１Ｌ、１１Ｒ）の油圧供給源になる容量可変型ポンプであって、該油圧ポンプ５２と各油圧アクチュエータＡとの間には、各油圧アクチュエータＡ用操作具（図示せず）の操作に基づいて油圧アクチュエータＡへの油給排制御をそれぞれ行なうコントロールバルブ５５が配されている。また、５２ａは油圧ポンプ５２の容量可変手段であって、該容量可変手段５２ａは、油圧アクチュエータＡ用操作具の操作量や油圧ポンプ５２の吐出圧に基づいて、油圧ポンプ５２の吐出流量を制御するように構成されている。尚、前記油圧ポンプ５２は、本発明のエンジンにより機械的に駆動される負荷を構成するが、前記発電電動機５３が電動機として動作している場合には、エンジン及び電動機により機械的に駆動される負荷になる。
【００４１】
一方、前記動力伝達機構５１は、前述したようにエンジン１２と油圧ポンプ５２と発電電動機５３とを機械的にパラレル接続するものであるが、該動力伝達機構５１は、エンジン１２、油圧ポンプ５２、発電電動機５３を動力伝達機構５１に対してそれぞれ断続するクラッチ機構５１ａを備えている。そして、該クラッチ機構５１ａは、制御装置５４からの制御指令に基づいて、動力伝達機構５１とエンジン１２、油圧ポンプ５２、発電電動機５３とを断続する。
【００４２】
さらに、前記発電電動機５３は、前記発電電動機制御器５６、母線１５、電動機制御器１７〜２０を介して、旋回用、パイロットポンプ用、冷却ファン用、サブポンプ用の各電動機２２〜２５に接続されている。前記電動機制御器１７〜２０、及び旋回用、パイロットポンプ用、冷却ファン用、サブポンプ用の各電動機２２〜２５については、第一の実施の形態と共通するもの（同一のもの）であるため、説明は省略する。また、旋回減速機２９、旋回機構３０、パイロットポンプ３１、冷却ファン３２、サブポンプ３３、サブポンプ３３の容量可変手段３３ａについても、第一の実施の形態と共通するもの（同一のもの）であるため説明は省略する。尚、第二の実施の形態では、前記旋回機構３０、パイロットポンプ３１、冷却ファン３２、サブポンプ３３が本発明の電動機により機械的に駆動される負荷を構成する。
【００４３】
また、図８において、３４は第一の実施の形態と同様に蓄放電機能を有した蓄電装置であるが、該蓄電装置３４は、発電電動機制御器５６と電動機制御器１７〜２０との間の母線１５に接続されていて、蓄電装置３４と発電電動機５３と電動機２２〜２５の相互間で電力の授受を行うことができるようになっている。そして、該蓄電装置３４は、エンジン１２の出力と負荷（油圧ポンプ５２、旋回機構３０、パイロットポンプ３１、冷却ファン３２、サブポンプ３３）の出力との過不足に応じて、電力を蓄放電する。つまり、エンジン１２の出力が負荷の出力に対して余剰がある場合には、発電電動機５３は発電機として動作すると共に、該発電電動機５３から電動機２２〜２５への供給電力の余剰分が蓄電装置３４に蓄電される一方、エンジン１２の出力が負荷の出力に対して不足する場合には、発電電動機５３が発電機として動作しているときは該発電電動機５３から電動機２２〜２５への供給電力の不足分が蓄電装置３４から放電され、また、発電電動機５３が電動機として動作しているときは該発電電動機５３及び電動機２２〜２５に供給される総電力が蓄電装置３４から放電されるようになっている。該蓄電装置３４の蓄放電は、第一の実施の形態と同様に、母線１５の電圧と蓄電装置３４の電圧との差により自動的に行われるようになっている。
【００４４】
一方、第二の実施の形態の制御装置５４には、前記第一の実施の形態の制御装置２７と同様に、エンジン１２の特性、蓄電装置３４の特性、油圧ポンプ５２の特性、発電電動機５３の特性、電動機２２〜２５の特性、サブポンプ３３の特性、パイロット設定圧等の種々のデータや、後述する制御に用いるデータ等が保存されたメモリ５７が設けられている。そして制御装置５４は、蓄電装置３４の充電量を検出する充電量センサ３８、母線１５の電圧を計測する電圧センサ３９、旋回用操作具及び他の油圧アクチュエータ用操作具（図示しないが、操作レバーや操作ペダル、操作スイッチ等）の操作をそれぞれ検出する操作検出手段４０、油圧ポンプ５２の回転数を検出するポンプ回転数検出センサ５８、油圧ポンプ５２の容量を検出するポンプ容量検出センサ５９、油圧ポンプ５２の吐出圧を検出するポンプ吐出圧検出センサ６０等からの信号を入力し、これら入力信号と前記メモリ５７に収納されたデータとに基づいて、前記エンジンコントローラ２６、クラッチ機構５１ａ、発電電動機制御器５６、電動機制御器１７〜２０、サブポンプ３３の容量可変手段３３ａ等に制御指令を出力するように構成されている。
【００４５】
扨、第二の実施の形態の制御装置５４にも、第一の実施の形態と同様に、エンジン１２及び発電電動機５３の制御を行なうエンジン・発電電動機制御部６１が設けられているが、該エンジン・発電電動機制御部６１の構成について、図９のブロック図に基づいて説明すると、エンジン・発電電動機制御部６１は、入力側に前記メモリ５７、充電量センサ３８、ポンプ回転数検出センサ５８、ポンプ容量検出センサ５９、ポンプ吐出圧検出センサ６０が接続され、出力側に前記クラッチ機構５１ａ、エンジンコントローラ２６、発電電動機制御器５６が接続されると共に、駆動／停止基準値設定部４２、駆動／停止判定部４３、エンジン目標回転数設定部４４、エンジン目標出力設定部４５、ポンプ出力演算部６２、指令値演算部６３、駆動／停止切替部６４を具備して構成されている。さらに、前記指令値演算部６３は、エンジン回転数指令値演算部４８と発電電動機出力指令値演算部６６とエンジン停止時発電電動機出力指令値演算部６７を具備している。尚、前記駆動／停止基準値設定部４２、駆動／停止判定部４３、エンジン目標回転数設定部４４、エンジン目標出力設定部４５、エンジン回転数指令値演算部４８は、前記第一の実施の形態と同様の制御を行なう。また、ポンプ出力演算部６２、発電電動機出力指令値演算部６６、エンジン停止時発電電動機出力指令値演算部６７、駆動／停止切替部６４の制御については後述する。
【００４６】
さらに、前記エンジン・発電電動機制御部６１の行なうエンジン１２及び発電電動機５３の制御について、前記図９のブロック図、及び図１０のフローチャート図に基づいて説明する。まず、ハイブリッド型油圧ショベル１が運転開始すると、エンジン・発電電動機制御部６１は、メモリ５７に収納されているデータを読込む（ステップＳ１１）。
【００４７】
次いで、充電量センサ３８により検出される蓄電装置３４の充電量ＳＯＣと、ポンプ回転数検出センサ５８、ポンプ容量検出センサ５９、ポンプ吐出圧検出センサ６０によりそれぞれ検出される油圧ポンプ５２の回転数、容量、吐出圧とを読込む（ステップＳ１２）。
【００４８】
次いで、エンジン目標回転数設定部４４において、蓄電装置３４の充電量ＳＯＣに対応するエンジン目標回転数ωｓが示されたグラフ（前記図５（Ａ））を用いて、前記充電量センサ３８により測定された蓄電装置３４の充電量ＳＯＣに応じてエンジン目標回転数ωｓを設定する（ステップＳ１３）。この場合、蓄電装置３４の充電量ＳＯＣの増減に伴いエンジン目標回転数ωｓが低高するように設定されるが、該エンジン目標回転数設定部４４におけるエンジン目標回転数ωｓの設定は、前記第一の実施の形態におけるエンジン目標回転数ωｓの設定（ステップＳ３の制御）と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００４９】
さらに、エンジン目標出力設定部４５において、エンジン目標回転数ωｓとエンジン目標出力Ｐｅｓとの対応を示すグラフ（前記図６）を用いて、前記エンジン目標回転数設定部４４で設定されたエンジン目標回転数ωｓのときにエンジン効率が最大になるエンジン目標出力Ｐｅｓを設定する（ステップＳ１４）。該エンジン目標出力設定部４５におけるエンジン目標出力Ｐｅｓの設定は、前記第一の実施の形態におけるエンジン目標出力Ｐｅｓの設定（ステップＳ４の制御）と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００５０】
さらに、駆動／停止基準値設定部４２において、エンジン１２の駆動／停止を切替える基準値（駆動基準値ＳＯＣ１及び停止基準値ＳＯＣ２）を設定する（ステップＳ１５）。該駆動／停止基準値設定部４２における駆動基準値ＳＯＣ１及び停止基準値ＳＯＣ２の設定は、前記第一の実施の形態における駆動基準値ＳＯＣ１及び停止基準値ＳＯＣ２の設定（ステップＳ５の制御）と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００５１】
さらに、駆動／停止判定部４３において、充電量センサ３８により測定される蓄電装置３４の充電量ＳＯＣと、前記駆動基準値ＳＯＣ１、停止基準値ＳＯＣ２とを比較して、エンジン１２の駆動／停止を判定する（ステップＳ１６）。該駆動／停止判定部４３におけるエンジン１２の駆動／停止の判定は、前記第一の実施の形態におけるエンジン１２の駆動／停止の判定（ステップＳ６の制御）と同様であるため、詳細な説明は省略する。尚、第二の実施の形態の制御システムはパラレル方式であって、エンジン１２と発電電動機５３とはクラッチ機構５１ａを備えた動力伝達機構５１を介して接続されているため、エンジン１２の駆動、停止と発電電動機５３の駆動、停止とは別々に制御される。
【００５２】
さらに、ポンプ出力演算部６２において、油圧ポンプ５２の出力Ｐｐを演算する（ステップＳ１７）。該油圧ポンプ５２の出力Ｐｐの演算は、下記の式（３）を用いて行なう。
Ｐｐ＝ωｐ×ｖ×ｐｒ ・・・（３）
上記式（３）において、ωｐはポンプ回転数検出センサ５８により検出される油圧ポンプ５２の回転数、ｖはポンプ容量検出センサ５９により検出される油圧ポンプ５２の容量、ｐｒはポンプ吐出圧検出センサ６０により検出される油圧ポンプ５２の吐出圧である。
【００５３】
さらに、エンジン回転数指令値演算部４８、発電電動機出力指令値演算部６６、エンジン停止時発電電動機出力指令値演算部６７において、エンジン回転数指令値ωｃ、発電電動機出力指令値Ｐｇｃ、エンジン停止時発電電動機出力指令値Ｐｇｃｔをそれぞれ演算する（ステップＳ１８）。上記エンジン回転数指令値ωｃは、エンジン１２の回転数をエンジン目標回転数ωｓにするためにエンジンコントローラ２６に出力される指令値である。また、発電電動機出力指令値Ｐｇｃは、エンジン１２の出力をエンジン目標出力Ｐｅｓにするために、油圧ポンプ５２の出力に基づいて発電電動機５３の出力を制御するべく発電電動機制御器５６に出力される指令値である。つまり、油圧ポンプ５２の出力に基づいて発電電動機５３の出力を制御することによって、発電電動機５３及び油圧ポンプ５２からエンジン１２にかかる負荷が一定になるように制御し、これによりエンジン１２の出力をエンジン目標出力Ｐｅｓになるように制御する構成になっている。また、エンジン停止時発電電動機出力指令値Ｐｇｃｔは、エンジン１２の停止時に発電電動機５３のみの動力で油圧ポンプ５２を駆動するときに発電電動機制御器５６に出力される指令値である。
【００５４】
前記エンジン回転数指令値演算部４８では、メモリ５７にデータとして保存されているエンジン目標回転数ωｓとエンジン回転数指令値ωｃとの関係を示す関数（ωｃ＝Ｆ（ωｓ））を用いて、エンジン回転数指令値ωｃを演算する。該エンジン回転数指令値演算部４８におけるエンジン回転数指令値ωｃの演算は、前記第一の実施の形態におけるエンジン回転数指令値ωｃの演算と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００５５】
一方、発電電動機出力指令値演算部６６では、エンジン１２の出力をエンジン目標出力Ｐｅｓにするための発電電動機目標出力Ｐｇｓを、下記の式（４）を用いて演算する。尚、本実施の形態において、発電電動機制御器５６は、発電電動機目標出力Ｐｇｓを指令値として発電電動機５３の出力を制御する機能を有しており、而して、発電電動機目標出力Ｐｇｓがそのまま発電電動機出力指令値Ｐｇｃになる。
Ｐｇｃ＝Ｐｇｓ＝（Ｐｅｓ−Ｐｐ／ηｐ）×ηｇ ・・・（４）
上記式（４）において、Ｐｐは前記ポンプ出力演算部６２において演算された油圧ポンプ５２の出力、ηｐは油圧ポンプ５２の効率、ηｇは発電電動機５３の効率であって、これらの値はメモリ５７にデータとして保存されているが、これら油圧ポンプ効率ηｐ、発電電動機効率ηｇは、油圧ポンプ５２、発電電動機５３の出力や回転数により変化する。また、発電電動機出力指令値Ｐｇｃは、プラス（Ｐｇｃ≧０）の場合には発電電動機５３を発電機として動作させる指令になり、マイナス（Ｐｇｃ＜０）の場合には電動機として動作させる指令になる。尚、前記発電電動機目標出力Ｐｇｓは、本発明の発電機目標出力に相当する。
【００５６】
また、エンジン停止時発電電動機出力指令値演算部６７では、エンジン１２の停止時における発電電動機５３の目標出力Ｐｇｓｔ（以下、エンジン停止時発電電動機目標出力Ｐｇｓｔと称するが、該エンジン停止時発電電動機目標出力Ｐｇｓｔは、本発明の発電機目標出力に含まれない）を、下記の式（５）を用いて演算する。尚、エンジン停止時発電電動機目標出力Ｐｇｓｔは、そのままエンジン停止時発電電動機出力指令値Ｐｇｃｔとして用いられる。
Ｐｇｃｔ＝Ｐｇｓｔ＝（−Ｐｐ／ηｐ）×ηｇ ・・・（５）
上記式（５）において、Ｐｐは前記ポンプ出力演算部６２において演算された油圧ポンプ５２の出力、ηｐは油圧ポンプ５２の効率、ηｇは発電電動機５３の効率である。また、エンジン停止時発電電動機出力指令値Ｐｇｃｔはマイナス（Ｐｇｃｔ＜０）であり、発電電動機５３を電動機として動作させる指令になる。
【００５７】
さらに、前記ステップＳ１８におけるエンジン回転数指令値ωｃ、発電電動機出力指令値Ｐｇｃ、エンジン停止時発電電動機出力指令値Ｐｇｃｔの演算後、駆動／停止切替部６４において、前記駆動／停止判定部４３の判定が、エンジン１２の駆動（駆動継続を含む）か停止（停止継続を含む）かを判断する（ステップＳ１９）。
【００５８】
前記ステップＳ１９の判断で、エンジン１２の駆動と判断された場合、駆動／停止切替部６４は、動力伝達機構５１のクラッチ機構５１ａに対してエンジン１２と油圧ポンプ５２と発電電動機５３とを接続するように制御指令を出力し、さらに、エンジンコントローラ２６に対してエンジン回転数指令値ωｃを出力すると共に、発電電動機制御器５６に対して発電電動機出力指令値Ｐｇｃを出力する（ステップＳ２０）。これにより、発電電動機５３の出力は発電電動機目標出力Ｐｇｓになるように制御されるが、この場合、前述したように、発電電動機出力指令値Ｐｇｃがプラス（Ｐｇｃ≧０）のときには、発電電動機５３を発電機として動作させる制御指令が出力され、発電電動機出力指令値Ｐｇｃがマイナス（Ｐｇｃ＜０）の場合には、電動機として動作させる制御指令が出力される。そして、発電電動機５３が発電機として動作している場合には、該発電電動機５３及び油圧ポンプ５２の出力をエンジン１２が負担し、また、発電電動機５３が電動機として動作している場合には、油圧ポンプ５２の出力をエンジン１２と発電電動機５３とで負担することになるが、何れの場合でも、発電電動機５３の出力を油圧ポンプ５２の出力に基づいて発電電動機目標出力Ｐｇｓになるように制御することによって、エンジン１２の出力はエンジン目標出力Ｐｅｓになるように制御されると共に、エンジン１２の回転数は、エンジン目標回転数ωｓになるように制御される。ステップＳ２０の処理後は、前記ステップＳ１２に戻る。
【００５９】
一方、ステップＳ１９の判断で、エンジン１２の停止と判断された場合、駆動／停止切替部６４は、動力伝達機構５１のクラッチ機構５１ａに対してエンジン１２を油圧ポンプ５２及び発電電動機５３から断ち、且つ、油圧ポンプ５２と発電電動機５３とを接続するように制御指令を出力し、さらに、エンジンコントローラ２６に対してエンジン１２の停止指令（エンジン回転数指令値ωｃ＝０）を出力すると共に、発電電動機制御器５６に対してエンジン停止時発電電動機出力指令値Ｐｇｃｔを出力する（ステップＳ２１）。これによりエンジン１２が停止すると共に、発電電動機５３の出力はエンジン停止時発電電動機出力指令値Ｐｇｃｔとなるように制御されるが、該エンジン停止時発電電動機出力指令値Ｐｇｃｔは前述したように発電電動機５３を電動機として動作させる指令であり、該電動機として動作する発電電動機５３により油圧ポンプ５２が駆動される。ステップＳ２１の処理後は、前記ステップＳ２に戻る。
【００６０】
而して、第二の実施の形態のものにおいても、前記第一の実施の形態と同様に、エンジン・発電電動機制御部６１の行なう制御によって、エンジン１２は、蓄電装置３４の充電量ＳＯＣが満充電範囲よりも少ない状態では常に駆動し、上限値に達すれば停止するように駆動／停止の切替え制御が行なわれると共に、該エンジン１２の駆動時において、エンジン１２の回転数は、蓄電装置３４の充電量ＳＯＣに応じて設定されたエンジン目標回転数ωｓになるように制御され、さらにエンジン１２の出力は、エンジン目標回転数ωｓのときにエンジン効率が最大になるエンジン目標出力Ｐｅｓになるように制御される構成になっている。
【００６１】
つまり、第二の実施の形態のものでは、エンジン１２と、油圧ポンプ５２と、発電機及び電動機として機能する発電電動機５３とが動力伝達機構５１を介してパラレル接続されたパラレル方式の制御システムが採用されているが、該パラレル方式の制御システムが採用された第二の実施の形態のものにおいても、前記シリーズ方式の制御システムが採用されている第一の実施の形態のものと同様に、エンジン１２の回転数は、蓄電装置３４の充電量ＳＯＣに応じて設定されたエンジン目標回転数ωｓになるように制御され、さらにエンジン１２の出力は、エンジン目標回転数ωｓのときにエンジン効率が最大になるエンジン目標出力Ｐｅｓになるように制御されることになる。そして、蓄電装置３４の充電量ＳＯＣに応じてエンジン目標回転数ωｓを設定する、つまり、蓄電装置３４の充電量ＳＯＣの増減に伴いエンジン目標回転数ωｓが低高するように設定することによって、エンジン目標回転数ωｓ及びエンジン目標出力Ｐｅｓは、エンジン１２の出力と負荷（第二の実施の形態では、油圧ポンプ５２、旋回機構３０、パイロットポンプ３１、冷却ファン３２、サブポンプ３３）の出力との過不足がなくなるように、つまり、負荷の大きさに対応するように設定されることになる。
【００６２】
この結果、第二の実施の形態のものにおいても、エンジン１２は、負荷の大きさに対応し、且つ、常にエンジン効率の良い状態で運転されることになって、前述した第一の実施の形態のものと同様の効果を奏することになり、作業性の向上、操作性の向上、燃費向上に大きく貢献できる。
【００６３】
尚、本発明は上記第一、第二の実施の形態に限定されないことは勿論であって、例えば、エンジン目標回転数設定部４４において蓄電装置３４の充電量ＳＯＣに応じてエンジン目標回転数ωｓを設定するにあたり、充電量ＳＯＣの変化率Ｒｓｏｃ（＝ΔＳＯＣ／ｓｅｃ（単位時間当たりの充電量ＳＯＣの変化量））に応じて、エンジン目標回転数ωｓの値を補正するように構成することもできる。この場合に、エンジン目標回転数設定部４４は、蓄電装置３４の充電量ＳＯＣの変化率Ｒｓｏｃを演算し、該変化率Ｒｓｏｃの絶対値が予め設定される設定値Ｓより小さい（｜Ｒｓｏｃ｜＜Ｓ）場合には、前述した第一、第二の実施の形態の場合と同様に、図５（Ｂ）に実線で示すグラフ（図５（Ａ）に実線で示すグラフと同じもの）を用いて蓄電装置３４の充電量ＳＯＣに対応するエンジン目標回転数ωｓを設定する一方、充電量ＳＯＣの変化率Ｒｓｏｃの絶対値が設定値Ｓ以上（｜Ｒｓｏｃ｜≧Ｓ）の場合には、充電量ＳＯＣの減少時（変化率Ｒｓｏｃ＜０）には、図５（Ｂ）に一点鎖線で示す如く、エンジン目標回転数ωｓを補正値αだけ高くするように補正し、また、充電量ＳＯＣの増加時（変化率Ｒｓｏｃ＞０）には、図５（Ｂ）に二点鎖線で示す如く、エンジン目標回転数ωｓを補正値αだけ低くするように補正する。この場合の補正値αは、予め設定された一定の値でも良いが、変化率Ｒｓｏｃの大きさに応じて増減変化させることもでき、また、充電量ＳＯＣの増加時と減少時とで異なる値にすることもできる。さらに、エンジン目標出力設定部４５は、前記補正されたエンジン目標回転数ωｓに基づいてエンジン目標出力Ｐｅｓを設定する。この様に、充電量ＳＯＣの変化率Ｒｓｏｃ（＝ΔＳＯＣ／ｓｅｃ）に応じてエンジン目標回転数ωｓの値を補正すると共に、該補正されたエンジン目標回転数ωｓに基づいてエンジン目標出力Ｐｅｓを設定することにより、蓄電装置３４の充電量ＳＯＣの増減変化を予測したエンジン目標回転数ωｓ及びエンジン目標出力Ｐｅｓが設定されることになって、蓄電装置３４の充電量ＳＯＣの増減変化に素早く対応できるエンジン回転数制御、出力制御を行うことができる。尚、図５（Ｂ）では、蓄電装置３４の充電量ＳＯＣに対してエンジン目標回転数ωｓを無段階に設定した場合を図示したが、エンジン目標回転数ωｓを段階的に設定した場合においても同様に補正できることは勿論である。
【００６４】
また、前記第二の実施の形態において、油圧ポンプ５２の出力に基づいてエンジン１２の出力をエンジン目標出力Ｐｅｓにするための発電電動機目標出力Ｐｇｓを演算するにあたり、エンジン目標回転数ωｓとエンジン実回転数ωａとの偏差（ωｓ−ωａ）を求め、該偏差がなくなるように（「０」になるように）発電電動機目標出力Ｐｇｓを増減させる構成にすることもできる。この場合の制御方法はＰＩ制御とし、下記の式（６）を用いて発電電動機目標出力Ｐｇｓを演算する。
Ｐｇｓ＝（Ｐｅｓ−Ｐｐ／ηｐ）×ηｇ＋（Ｋｐ＋Ｋｉ／ｓ）（ωｓ−ωａ） ・・・（６）
上記式（６）において、Ｐｐはポンプ出力演算部６２において演算された油圧ポンプ５２の出力、ηｐは油圧ポンプ５２の効率、ηｇは発電電動機５３の効率、Ｋｐは比例定数、Ｋｉは積分定数、ｓはラプラス演算子である。
そして、この様にエンジン目標回転数ωｓとエンジン実回転数ωａとの偏差（ωｓ−ωａ）がなくなるように発電電動機目標出力Ｐｇｓを増減させることにより、油圧ポンプ５２の出力の測定や効率の算定に誤差が生じても（一般に、建設機械の作業中における負荷変動は大きく、このため、油圧ポンプ５２の出力の測定誤差や効率の算定誤差が大きくなってしまう惧れがある）、該誤差分を発電電動機５３の出力で補償できることになって、エンジン１２の出力を確実にエンジン目標出力Ｐｅｓにすることができる。尚、上記エンジン実回転数ωａは、エンジン回転数検出センサにより検出されるエンジン１２の実際の回転数である。
【００６５】
また、第二の実施の形態では、油圧ポンプの出力を測定するためのポンプ出力測定手段として、油圧ポンプの回転数、容量、吐出圧をそれぞれ検出するポンプ回転数検出センサ、ポンプ容量検出センサ、ポンプ吐出圧検出センサを設けたが、これに限定されることなく、例えば、ポンプ回転数検出センサ及びポンプ容量検出センサに替えて、油圧ポンプの流量を検出するポンプ流量検出センサを設けても良い。また、油圧ポンプの容量を、制御装置からの制御指令に基づいて可変できるように構成することもできるが、この場合には、ポンプ容量検出センサを設けることなく、制御装置から出力されるポンプ容量指令値に基づいて油圧ポンプの容量を求めるように構成することができる。
【００６６】
さらに、本発明は、発電機から電力供給される電動機として、電動機としての機能に加えて発電機の機能も有した発電電動機を用いることもできる。例えば、旋回機構を駆動せしめる電動機を発電電動機を用いて構成することができ、この場合、発電電動機は旋回機構の制動時に発電機として動作することになる。尚、この様に電動機として発電電動機を用いた場合、該発電電動機で発電された電力は、他の電動機や発電電動機に供給される、或いは蓄電装置に蓄電される。
【００６７】
さらに、本発明は、蓄電装置の充電量に応じてエンジン目標回転数を設定し、該設定されたエンジン目標回転数に応じてエンジン効率が最大になるエンジン目標出力を設定する構成であるが、これらエンジン目標回転数とエンジン目標出力とは、前記図６に示す如く、１対１で対応するものであるから、まずエンジン目標出力を設定し、該設定されたエンジン目標出力に応じてエンジン効率が最大になるエンジン目標回転数を設定する構成にしても、同等の制御システムを提供することができる。この場合には、蓄電装置の充電量に応じてエンジン目標出力を設定し、該設定されたエンジン目標出力に応じてエンジン目標回転数が設定されることになる。
【００６８】
また、充電装置の充電量に応じてエンジンの駆動、停止の切替え制御を行なうにあたり、上記第一、第二の実施の形態では、エンジンは、蓄電装置の充電量が予め設定される満充電範囲よりも少ない状態では常に駆動し、上限値に達すれば停止するように制御されるが、これに限定されることなく、例えば、蓄電装置の充電量が予め設定される高効率範囲の最小値になればエンジンを駆動させる一方、高効率範囲の最大値になればエンジンを停止させる構成（例えば、充電量４０％〜６０％を高効率範囲として設定すると共に、駆動基準値を充電量４０％、停止基準値を充電量６０％に設定する）にしたり、或いは、蓄電装置の充電量が上限値になるまではエンジンの駆動を継続する一方、上限値になった以降は予め設定される空充電範囲になるまでエンジンを停止させる構成（例えば、充電量１０％以下の範囲を空充電範囲として設定すると共に、駆動基準値を充電量１０％、停止基準値を充電量１００％に設定する）にすることもできる。さらに、前記エンジンの駆動、停止を切替えるための蓄電装置の充電量の基準値（駆動基準値及び停止基準値）の設定を、サービスマンやオペレータが任意に行なうことができる基準値設定手段を設けることもできる。
【００６９】
また、蓄電装置の蓄放電は、上記第一、第二実施の形態では、母線の電圧と蓄電装置の電圧との差により自動的に行なわれる構成になっているが、これに限定されることなく、制御装置からの制御指令に基づいて蓄電装置の蓄放電を行なう構成にすることもできる。この場合には、制御装置からの制御指令に基づいて蓄電装置の蓄放電を制御する蓄放電制御手段が必要になる。
【００７０】
さらに、本発明は、ハイブリッド型油圧ショベルに限らず、種々のハイブリッド型建設機械に実施できることは勿論であると共に、エンジン及び電動機の少なくとも何れか一方により機械的に駆動される負荷も、ハイブリッド型建設機械の種類やサイズ、或いはハイブリッド型建設機械の行なう作業内容等に応じて適宜設けられることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明は、動力源としてエンジンと蓄電装置とを併用するハイブリッド型建設機械において、エンジン効率の向上を図る場合に利用できる。
【符号の説明】
【００７２】
１ ハイブリッド型油圧ショベル
１２ エンジン
１３ 発電機
１４ 発電機制御器
２１ メインポンプ用電動機
２２ 旋回用電動機
２３ パイロットポンプ用電動機
２４ 冷却ファン用電動機
２５ サブポンプ用電動機
２６ エンジンコントローラ
２７、５４ 制御装置
３４ 蓄電装置
３６ エンジン・発電機制御部
３８ 充電量センサ
４２ 駆動／停止基準値設定部
４３ 駆動／停止判定部
４４ エンジン目標回転数設定部
４５ エンジン目標出力設定部
４７、６４ 駆動／停止切替部
４９ 発電機出力指令値演算部
５２ 油圧ポンプ
５３ 発電電動機
５６ 発電電動機制御器
６１ エンジン・発電電動機制御部
６６ 発電電動機出力指令値演算部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、該エンジンにより駆動される発電機と、該発電機から電力供給される電動機と、エンジン及び電動機の少なくとも何れか一方により機械的に駆動される負荷と、前記発電機及び電動機に接続され、エンジンの出力と負荷の出力との過不足に応じて蓄放電する蓄電装置とを備えたハイブリッド型建設機械において、前記エンジンの回転数を制御するエンジン制御手段と、前記発電機の出力を制御する発電機制御手段と、これらエンジン制御手段、発電機制御手段に制御指令を出力する制御装置と、前記蓄電装置の充電量を測定する充電量測定手段とを設けると共に、前記制御装置は、蓄電装置の充電量に応じてエンジン目標回転数を設定するエンジン目標回転数設定手段と、該設定されたエンジン目標回転数に応じてエンジン効率が最大になるエンジン目標出力を設定するエンジン目標出力設定手段とを備え、エンジンの駆動時に、エンジン回転数を前記エンジン目標回転数にするべくエンジン制御手段に制御指令を出力する一方、エンジン出力を前記エンジン目標出力にするための発電機目標出力を演算し、発電機の出力を該発電機目標出力にするべく発電機制御手段に制御指令を出力することを特徴とするハイブリッド型建設機械における制御システム。
【請求項２】
請求項１において、エンジン目標回転数設定手段は、蓄電装置の充電量の変化率に応じてエンジン目標回転数を補正すると共に、エンジン目標出力設定手段は、前記補正されたエンジン目標回転数に基づいてエンジン目標出力を設定することを特徴とするハイブリッド型建設機械における制御システム。
【請求項３】
請求項１または２において、制御装置は、蓄電装置の充電量に応じてエンジンの駆動、停止の切替え制御を行なう駆動／停止切替え手段を備えることを特徴とするハイブリッド型建設機械における制御システム。
【請求項１】
エンジンと、該エンジンにより駆動される発電機と、該発電機から電力供給される電動機と、エンジン及び電動機の少なくとも何れか一方により機械的に駆動される負荷と、前記発電機及び電動機に接続され、エンジンの出力と負荷の出力との過不足に応じて蓄放電する蓄電装置とを備えたハイブリッド型建設機械において、前記エンジンの回転数を制御するエンジン制御手段と、前記発電機の出力を制御する発電機制御手段と、これらエンジン制御手段、発電機制御手段に制御指令を出力する制御装置と、前記蓄電装置の充電量を測定する充電量測定手段とを設けると共に、前記制御装置は、蓄電装置の充電量に応じてエンジン目標回転数を設定するエンジン目標回転数設定手段と、該設定されたエンジン目標回転数に応じてエンジン効率が最大になるエンジン目標出力を設定するエンジン目標出力設定手段とを備え、エンジンの駆動時に、エンジン回転数を前記エンジン目標回転数にするべくエンジン制御手段に制御指令を出力する一方、エンジン出力を前記エンジン目標出力にするための発電機目標出力を演算し、発電機の出力を該発電機目標出力にするべく発電機制御手段に制御指令を出力することを特徴とするハイブリッド型建設機械における制御システム。
【請求項２】
請求項１において、エンジン目標回転数設定手段は、蓄電装置の充電量の変化率に応じてエンジン目標回転数を補正すると共に、エンジン目標出力設定手段は、前記補正されたエンジン目標回転数に基づいてエンジン目標出力を設定することを特徴とするハイブリッド型建設機械における制御システム。
【請求項３】
請求項１または２において、制御装置は、蓄電装置の充電量に応じてエンジンの駆動、停止の切替え制御を行なう駆動／停止切替え手段を備えることを特徴とするハイブリッド型建設機械における制御システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１７６７６（Ｐ２０１２−１７６７６Ａ）
【公開日】平成２４年１月２６日（２０１２．１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５４８３８（Ｐ２０１０−１５４８３８）
【出願日】平成２２年７月７日（２０１０．７．７）
【出願人】（５０５２３６４６９）キャタピラー エス エー アール エル (144)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月２６日（２０１２．１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月７日（２０１０．７．７）
【出願人】（５０５２３６４６９）キャタピラー エス エー アール エル (144)
【Ｆターム（参考）】
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