ハイブリッド型建設機械における制御システム
【課題】ハイブリッド型建設機械において、蓄電装置と発電機とのロスをトータルで改善できる制御システムを構築する。
【解決手段】制御システムを構成する制御装置２７において、蓄電装置３４の充電量が満充電範囲ＳＯＣｆｕｌｌでないことの判断に基づいて、エンジン１２および発電機１３を駆動する構成とし、エンジン１２および発電機１３の駆動時では、発電機１３の出力が作業ダイヤル４３で設定された出力値となるよう発電機１３に制御指令を出力する一方、発電機１３が前記出力値を発電機効率の高い状態で出力する回転数となるようエンジン１２に制御指令を出力する構成とする。
【解決手段】制御システムを構成する制御装置２７において、蓄電装置３４の充電量が満充電範囲ＳＯＣｆｕｌｌでないことの判断に基づいて、エンジン１２および発電機１３を駆動する構成とし、エンジン１２および発電機１３の駆動時では、発電機１３の出力が作業ダイヤル４３で設定された出力値となるよう発電機１３に制御指令を出力する一方、発電機１３が前記出力値を発電機効率の高い状態で出力する回転数となるようエンジン１２に制御指令を出力する構成とする。
【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。このようなハイブリッド型建設機械の制御システムとしては、シリーズ式、または、パラレル式のものが一般的に知られており、これらのシステムでは、軽負荷作業時等にエンジン出力の余剰分を発電機を介して電気エネルギーに変換して蓄電装置に蓄え、中負荷、重負荷作業時に、エンジン出力の不足分を蓄電装置に蓄電（充電）された電気エネルギーで補って作業部を駆動するように構成されている。このため、エンジンが起動している状態において軽負荷作業が継続した場合では、蓄電装置への充電が継続されて充電量が上限値に達し、その後も軽負荷作業が継続すると余剰分の電気エネルギーが充電されず、燃料消費にロスが生じる。そこで、蓄電装置の充電量を検知する検知手段を設けて、蓄電装置の充電量が充電上限値に達し、かつ、軽負荷作業が継続する場合では、エンジン駆動を停止する制御システムが提唱されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３２２９２６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、前記従来のものは、蓄電装置の出力可能電力量の領域において第一設定値と第二設定値とを設け、出力可能電力量が第一設定値と第二設定値とのあいだにあって、かつ、作業が軽負荷作業である場合に、蓄電装置が単独で駆動源となって作業部に電力エネルギーを供給する運転状態となるように構成されている。
ところで、蓄電装置は一回の充放電のロスは小さいが、充放電が繰り返しなされるような運転状態になると大きなロスが発生するという問題がある。また、蓄電装置が電気二重層コンデンサ（ＥＤＬＣ）のように、抵抗損が主となる種類の電池において、蓄電装置が単独の駆動源となって作業する場合のように、蓄電装置の分担率が高くなり、しかも、充放電量に大きな変動があるような運転状態になると、大きなロスが発生するという問題がある。このため、前記従来のもののように、蓄電装置が単独で駆動源となり、その状態が比較的長く継続されるものでは、蓄電装置のロスが大きく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。
また、ハイブリッド型建設機械の制御システム全体の効率を考えたとき、蓄電装置と発電機とのトータルとしての効率を考慮した場合、発電機は出力変動に伴い発電機効率を低下することが知られており、発電機の出力変化を低減することが発電機効率の向上となるが、発電機効率を高めながら蓄電装置のロスを低減するシステムについて検討したものは見当たらず、ここにも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、該エンジンの動力を受けて作動する作業部と、エンジンと作業部との動力伝達経路に接続される発電機と、発電機と作業部との動力伝達経路に接続され、エンジンの動力と作業部の要求動力との差に基づいて蓄放電する蓄電装置とを設けてなるハイブリッド型建設機械において、エンジンを駆動制御するエンジン制御手段と、発電機を駆動制御する発電機制御手段と、作業部を駆動制御する作業部制御手段と、これらエンジン制御手段、発電機制御手段、作業部制御手段に制御指令を出力する制御装置とを設けるとともに、蓄電装置の充電量を検出する充電量検出手段と、充電量検出手段の検出値に基づいてエンジンおよび発電機の駆動／停止を切替える駆動／停止切替え手段と、発電機出力を任意の出力値に設定する発電機出力設定手段と、発電機が前記任意の出力値において発電機効率を高める回転数となるためのエンジン回転数を設定するエンジン回転数設定手段とを設けて、制御装置は、蓄電装置の充電量が満充電範囲でないことの判断に基づいてエンジンおよび発電機を駆動するものとし、エンジンおよび発電機の駆動時では、発電機出力設定手段により設定された制御指令を発電機に出力する一方、エンジン回転数設定手段により設定された制御指令をエンジンに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、発電機出力設定手段は、オペレータが発電機出力を任意に切替えるための発電機出力切替え手段により構成されるものとし、発電機出力切替え手段は、発電機出力切替え手段の操作値に応じて発電機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において、作業部が消費する動力を測定する負荷測定手段を設けるとともに、発電機出力設定手段は、負荷測定手段により測定される予め設定される基準時間毎の作業部の消費動力の平均値に応じて発電機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４の発明は、請求項３において、基準時間設定手段を設け、基準時間を充電量検出手段の検出値に基づいて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。
【発明の効果】
【０００６】
請求項１の発明とすることにより、蓄電装置のロスおよび発電機のロスをトータルで改善することができる。
請求項２の発明とすることにより、発電機の出力をオペレータが任意に、しかも、容易な操作で切替えることができる。
請求項３の発明とすることにより、蓄電装置の分担率が一層低下し、蓄電装置のロスおよび発電機のロスをトータルで改善することができる。
請求項４の発明とすることにより、蓄電装置が満充電範囲になりにくいうえ、発電機のロスの低減を図れる。
【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ハイブリッド型油圧ショベルに設けられ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である。
【図５】第一の実施の形態における駆動／停止判定部の制御手順を示すフローチャートである。
【図６】第二の実施の形態におけるハイブリッド型油圧ショベルに設けられる制御システムの全体構成を示す図である。
【図７】第二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８】第二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５に基づいて説明する。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、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。また、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ともに、上部旋回体３には、動力源としてのエンジン１２や、該エンジン１２により駆動される（エンジン１２に連結される）発電機１３、後述する蓄電装置３４等が搭載されている。
【０００９】
つぎに、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。本実施の形態の制御システムはシリーズ式となっており、エンジン１２の動力により発電機１３が駆動するとともに、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（本発明の作業部の構成部材）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）が制御されるとともに、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ように構成されている。尚、前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、エンジン１２と作業部との動力伝達経路に接続される発電機１３に設けられる発電器制御器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ともに、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の出力を制御するように構成されている。尚、前記発電機制御器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ともに、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の出力あるいは回転数あるいはトルクをそれぞれ制御するように構成されている。尚、前記電動機制御器１６〜２０は、本発明の作業部制御手段に相当する。
【００１３】
そして、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の出力あるいは回転数ある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およびサブポンプ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ともに、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、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、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とともに本発明の作業部を構成する。
【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電装置であって、該蓄電装置３４は、発電機１４と作業部との動力伝達経路であって、発電機制御器１４と電動機制御器１６〜２０とのあいだの母線１５に接続されており、発電機１３の出力と電動機２１〜２５の出力とのあいだの過不足に応じて電力を蓄放電（充放電）するように構成されている。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なわれるように構成されている。つまり、発電機１３の出力が電動機２１〜２５の出力に対して余剰がある場合には、母線１５の電圧が蓄電装置３４の電圧よりも高くなることより、発電機１３の余剰電力が蓄電装置３４に蓄電（充電）される一方、発電機１３の出力が電動機２１〜２５の出力に対して不足する場合には、母線１５の電圧が蓄電装置３４の電圧よりも低くなることにより、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構成されている。
【００１５】
一方、前記制御装置２７にはメモリ３５が設けられている。前記メモリ３５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、エンジン無負荷時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の特性（ポンプ効率、ポンプ用量、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ている。さらに、制御装置２７には、エンジン１２や発電機１３を制御するエンジン・発電機制御部３６や、電動機２１〜２５やメインポンプ２８、サブポンプ３３を制御する電動機・ポンプ制御部３７等が設けられている。
そして制御装置２７は、前記エンジン・発電機制御部３６や電動機・ポンプ制御部３７において、蓄電装置３４の充電量を検出する充電量センサ（本発明の充電量検出手段に相当する）３８、母線１５の電圧を計測する電圧センサ３９、発電機１３の発電電流を検出する発電機電流センサ４０、蓄電装置３４の蓄放電電流を検出する蓄電装置電流センサ４１、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）４２、後述するように発電機１３の出力を設定する作業ダイヤル４３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】
前記作業ダイヤル４３は、オペレータが作業に合わせて発電機１３の出力を任意に切替えるための操作具であって、本発明の発電機出力設定手段の構成部材である発電機出力切替え手段に相当している。尚、本実施の形態では、作業ダイヤル４３は「高」、「中」、「低」の三つのダイヤル値を備えて構成され、作業ダイヤル４３を「高」、「中」、「低」の何れかのダイヤル値に合せることにより、発電機１３は、予めメモリ３５にデータとして保存される「高出力値」、「中出力値」、「低出力値」の何れかの出力値で出力するように構成されている。尚、作業ダイヤル４３の各ダイヤル値は本発明の発電機出力切替え手段の操作値に相当する。
【００１７】
つぎに、前記エンジン・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、電圧センサ３９、発電機電流センサ４０、蓄電装置電流センサ４１、作業ダイヤル４３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が接続されている。さらに、エンジン・発電機制御部３６には、駆動／停止基準値設定部４４、駆動／停止判定部４５、負荷演算部４６、発電機出力指令値設定部４７、エンジン回転数指令値設定部４８、駆動／停止切替え部４９を具備して構成されている。尚、前記駆動／停止基準値設定部４４、駆動／停止判定部４５、駆動／停止切替え部４９は本発明の駆動／停止切替え手段を構成し、作業ダイヤル４３、発電機出力指令値設定部４７は本発明の発電機出力設定手段を構成する。
【００１８】
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および発電機１３の制御について、前記図３のブロック図、および図４、図５のフローチャート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、ステップ１において、メモリ３５に収納されているデータを読み込む。
【００１９】
続くステップＳ２では、駆動／停止基準値設定部４４において、エンジン１２および発電機１３の駆動／停止を切替える基準値である駆動／停止基準値を設定する。つまり、駆動／停止基準値設定部４４は、エンジン１２および発電機１３の駆動／停止を、蓄電装置３４の充電量ＳＯＣと、エンジン１２および発電機１３に対して負荷となる作業部（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、サブポンプ用電動機２１〜２５により駆動されるメインポンプ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）が消費する動力、即ち、負荷消費動力Ｐｆの大きさとにより判断するように構成されている。このため、本実施の形態では、前記駆動／停止基準値として、蓄電装置３４の充電量ＳＯＣに基づく充電基準値と、負荷部消費動力Ｐｆの大きさに基づく負荷基準値とが設定される。
前記蓄電装置３４の充電量ＳＯＣに基づく基準値としては、蓄電限界付近である満充電範囲ＳＯＣｆｕｌｌが設定され、蓄電装置３４の充電量ＳＯＣが満充電範囲ＳＯＣｆｕｌｌ以下となることにより、エンジン１２および発電機１３を駆動するように設定されている。このように、充電量ＳＯＣの基準値を満充電範囲ＳＯＣｆｕｌｌとするため、本実施の形態では、基準値として満充電範囲ＳＯＣｆｕｌｌにおける下限値である第一充電基準値ＳＯＣ1と、満充電範囲ＳＯＣｆｕｌｌにおける上限値（限界値）である第二充電基準値ＳＯＣ２とを設定する。尚、満充電範囲ＳＯＣｆｕｌｌの設定はサービスマンやオペレータが任意に設定できる基準値設定手段を設けてもよく、このようにすることで、充電量ＳＯＣに基づく駆動／停止基準値を使用状況に応じて適宜調整することができる。
また、負荷消費動力Ｐｆに基づく基準値としては、アイドリング時の消費動力（アイドリング時の消費動力）を負荷基準値Ｐｓとして設定する。尚、負荷消費動力Ｐｆに基づく基準値としては、サービスマンやオペレータが任意に設定できる基準値設定手段を設ける構成としてもよく、このようにすることで、負荷消費動力Ｐｆに基づく駆動／停止基準値を使用状況に応じて適宜調整することができる。
【００２０】
さらに、ステップＳ３では、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、電圧センサ３９により検出される母線１５の電圧と、発電機電流センサ４０により検出される発電機１３の発電電流と、蓄電装置電流センサ４１により検出される蓄電装置３４の蓄放電電流とを読み込む。
【００２１】
ステップＳ４では、負荷演算部４６において、前記各センサ３８、３９、４０、４１からの検出値に基づいて、作業部であるメインポンプ用、旋回用、パイロットポンプ用、冷却ファン用、サブポンプ用電動機２１〜２５により駆動されるメインポンプ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が消費する負荷消費動力Ｐｆ（各電動機２１〜２５に供給する負荷消費動力Ｐｆ）を演算する。この場合、本実施の形態では、発電機１３および蓄電装置３４から電動機２１〜２５への供給電力Ｐｍを負荷消費動力Ｐｆとして用い、該電動機２１〜２５への供給電力Ｐｍを、以下の式（１）に基づいて演算する。
Ｐｆ＝Ｐｍ＝（Ｉｇ×Ｖ）＋（Ｉｂ×Ｖ） ・・・（１）
前記式（１）において、Ｉｇは発電機電流センサ４０により検出される発電機１３の発電電流、Ｖは電圧センサ３９により検出される母線１５の電圧、Ｉｂは蓄電装置電流センサ４１により検出される蓄電装置３４の蓄放電電流である。前記蓄電装置３４の蓄放電電流は、蓄電装置３４の放電時にはプラス符号とし、蓄電装置３４の蓄電時にはマイナス符号とする。これによって、蓄電装置３４の放電時には、発電機１３の発電電力と蓄電装置３４の放電電力との合計電力が電動機２１〜２５への供給電力Ｐｍとして演算され、また、蓄電装置３４の蓄電時には、発電機１３の発電電力から蓄電装置３４の蓄電電力を減じた電力が電動機２１〜２５への供給電力Ｐｍとして演算される。尚、前起電圧センサ３９、発電機電流センサ４０、蓄電装置電流センサ４１は本発明の負荷測定手段を構成する。
【００２２】
つぎに、ステップＳ５において、作業ダイヤル４３のダイヤル値を読み込む。
【００２３】
続くステップＳ６では、発電機出力指令値設定部４７において、前記読み込まれた作業ダイヤル４３のダイヤル値（「高」、「中」、「低」）に応じて、発電機制御器１４に出力する発電機出力指令値Ｐｇｃを設定する。前述したように、作業ダイヤル４３の「高」、「中」、「低」に対応する発電機１３の出力値（「高出力値」、「中出力値」、「低出力値」）は、予めメモリ３５にデータとして保存されており、発電機出力指令値設定部４７では、前記データに基づいてダイヤル値に対応する出力値（「高出力値」、「中出力値」、「低出力値」）になるべく発電器制御器１４に出力する発電機出力指令値Ｐｇｃを設定する。
【００２４】
さらに、ステップＳ７では、エンジン回転数指令値設定部４８において、発電機１３が、前記発電機出力指令値Ｐｇｃの出力を発電機効率が高い状態で出力する回転数となるよう、エンジンコントローラ２６に出力するエンジン回転数指令値ωｃを設定する。ここで、前記メモリ３５には、予め発電機１３の出力値と回転数との対応表が記憶されており、該対応表から、発電機１３が、「高出力値」、「中出力値」、「低出力値」をそれぞれ発電機効率の高いポイントで出力するときの回転数となるためのエンジン１２の回転数として、エンジンコントローラ２６に出力するエンジン回転数指令値ωｃを設定する。これによって、発電機１３は、作業ダイヤル４３のダイヤル値に対応する「高出力値」、「中出力値」、「低出力値」の何れかの一定出力を、発電機効率の高い状態で出力するように制御される構成となっている。尚、エンジン回転数指令値設定部４８は、本発明のエンジン回転数設定手段を構成する。
【００２５】
つぎに、ステップＳ８では、駆動／停止判定部４５において、エンジン１２および発電機１３の駆動／停止を判定する。つまり、ステップＳ２において設定された第一、第二充電基準値ＳＯＣ1、ＳＯＣ２、負荷基準値Ｐｓと、充電量センサ３８の検出値に基づく充電量ＳＯＣ、さらには、ステップＳ４で演算された負荷消費動力Ｐｆに基づいて、エンジン１２および発電機１３の駆動／停止を判定する。
この場合に、本実施の形態の駆動／停止判定部４５は、図５のフローチャートに示すように、エンジン１２および発電機１３が駆動か停止かを判断し、駆動中である場合に、蓄電装置３４の充電量ＳＯＣが第二充電基準値ＳＯＣ２よりも小さいか否か、即ち、満充電範囲ＳＯＣｆｕｌｌの上限値（第二充電基準値ＳＯＣ２）に達しているか否かを判断する。そして、充電量ＳＯＣが第二充電基準値ＳＯＣ２より小さくない（満充電範囲ＳＯＣｆｕｌｌに達している）場合では、エンジン１２および発電機１３を停止すると判定し、充電量ＳＯＣが第二充電基準値ＳＯＣ２より小さい（満充電範囲ＳＯＣｆｕｌｌに達していない）場合では、続いて負荷消費動力Ｐｆが負荷基準値Ｐｓ以下であるか否か、即ち、アイドリング状態よりも小さい負荷であるか否かを判断し、負荷消費動力Ｐｆが負荷基準値Ｐｓ以下の（アイドリング状態より小さい）負荷である場合に、エンジン１２および発電機１３を停止すると判定するように設定されている。また、負荷消費動力Ｐｆと負荷基準値Ｐｓとの比較において、負荷消費動力Ｐｆが負荷基準値Ｐｓより大きい（アイドリング状態より大きい）負荷である場合では、エンジン１２および発電機１３の駆動を継続すると判定するように設定されている。
【００２６】
一方、エンジン１２および発電機１３が停止中である場合に、蓄電装置３４の充電量ＳＯＣが満充電範囲ＳＯＣｆｕｌｌの下限値（第一充電基準値ＳＯＣ１）より小さいか否か、即ち、満充電範囲ＳＯＣｆｕｌｌの下限値に達しているか否かを判断する。そして、充電量ＳＯＣが第一充電基準値ＳＯＣ１より小さい（満充電範囲ＳＯＣｆｕｌｌに達してない）場合では、エンジン１２および発電機１３を駆動すると判断し、充電量ＳＯＣが第一充電基準値ＳＯＣ１以上（満充電範囲ＳＯＣｆｕｌｌに達している）場合では、続いて負荷消費動力Ｐｆが負荷基準値Ｐｓ以下であるか否か、即ち、アイドリング状態よりも小さい負荷であるか否かを判断し、負荷消費動力Ｐｆが負荷基準値Ｐｓ以下の（アイドリング状態より小さい）負荷である場合に、エンジン１２および発電機１３の停止を継続すると判定するように設定されている。また、負荷消費動力Ｐｆと負荷基準値Ｐｓとの比較において、負荷消費動力Ｐｆが負荷基準値Ｐｓより大きい（アイドリング状態より大きい）負荷である場合では、エンジン１２および発電機１３を駆動すると判定するように設定されている。
【００２７】
そして、ステップＳ９では、駆動／停止切替え部４９において、前記駆動／停止判定部４３の判定に基づいて、エンジン１２および発電機１３を駆動（駆動継続を含む）、停止（停止継続を含む）の何れかに切替える。
このように、エンジン１２および発電機１３は、ステップＳ８による判定に基づいてステップＳ９において駆動／停止が切替えられるが、これによって、蓄電装置３４の蓄電量が満充電範囲ＳＯＣｆｕｌｌよりも少ない状態では、エンジン１２および発電機１３を駆動状態とするエンジン優先制御がなされて、蓄電装置３４が単独で駆動することが少なくなって、蓄電装置３４のロスを低減することができるように構成されている。そのうえ、作業部による作業中にエンジン１２および発電機１３が駆動停止した状態では、蓄電装置３４の蓄電量が満充電範囲ＳＯＣｆｕｌｌに保持されるため、作業部による負荷の大きな過渡変動があったような場合であっても、蓄電装置３４からの放電により円滑、かつ、迅速に作業を継続することができるように構成されている。
また、負荷消費動力Ｐｆが負荷基準値Ｐｓより小さいアイドリング状態では、充電量が第一充電基準値ＳＯＣ１を下回らないことを条件に、エンジン１２および発電機１３を停止する制御がなされて、エンストを防止できるように構成されている。尚、前記構成は必ずしも設ける必要はなく、その場合では、制御システムに負荷演算部４６、および、負荷演算部４６に入力される各種センサ３９、４０、４１を設ける必要はない。
【００２８】
前記ステップＳ９の判断において、エンジン１２および発電機１３を駆動と判断された場合、ステップＳ１０において、駆動／停止切替え部４９は発電機制御器１４に対して発電機出力指令値Ｐｇｃを出力するとともに、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。これによって、発電機１３は、作業ダイヤル４３のダイヤル値に応じた出力を、発電機効率の高い状態で出力するように制御される。そして、ステップＳ１０の処理後は、前記ステップＳ３に戻る。
【００２９】
一方、ステップＳ９の判断において、エンジン１２および発電機１３を停止と判断された場合、ステップＳ１１において、駆動／停止切替え部４９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）を出力するとともに、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。これによって、エンジン１２および発電機１３は停止する。そして、ステップＳ１１の処理後は、前記ステップＳ３に戻る。
【００３０】
このように、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および発電機１３は、アイドリング状態ではなく、かつ、蓄電装置３４の充電量ＳＯＣが満充電範囲ＳＯＣｆｕｌｌ以外であれば駆動するように駆動／停止の切替え制御が行なわれるとともに、エンジン１２および発電機１３が駆動する場合では、オペレータが作業に合わせて設定する作業ダイヤル４３のダイヤル値（「高」、「中」、「低」）に応じて、発電機１３が一定の出力値で、しかも、発電機効率の高い状態で運転されるように構成されている。
【００３１】
尚、前記電動機・ポンプ制御部３７は、前記メモリ３５、操作検出手段４２からの信号を入力し、これら入力信号に基づいて、前記電動機制御器１６〜２０、および、メインポンプ２８、サブポンプ３３の容量可変手段２８ａ、３３ａに制御指令を出力する。この場合に、メインポンプ用電動機２１を制御する電動機制御器１６およびメインポンプ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およびサブポンプ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、該左部ポンプ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。
【００３２】
さらに、電動機・ポンプ制御部３７は、メインポンプ用電動機２１を制御する電動機制御器１６およびメインポンプ２８の容量可変手段２８ａに対して、メインポンプ２８の吐出流量を油圧アクチュエータ用操作具の操作量に応じた流量にするべく制御指令を出力するが、このとき、メインポンプ用電動機２１およびメインポンプ２８のトータルでの効率が最大になるように、メインポンプ用電動機２１の回転数とメインポンプ２８の容量とを制御するように構成されている。
また、電動機・ポンプ制御部３７は、サブポンプ３３の吐出流量制御を行なう場合にも、前記メインポンプ２８の場合と同様に、サブポンプ用電動機２５およびサブポンプ３３のトータルでの効率が最大になるよう、サブポンプ用電動機２５の回転数とサブポンプ３３の容量とを制御するように構成されている。
これによって、メインポンプ用電動機２１およびメインポンプ２８、サブポンプ用電動機２５およびサブポンプ３３は、それぞれトータルでの効率が最大になる状態で運転されるように構成されている。
【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と作業部との動力伝達経路に接続される発電機１３と、該発電機１３から電力供給されるメインポンプ用、旋回用、パイロットポンプ用、冷却ファン用、サブポンプ用の電動機２１〜２５（作業部）と、前記発電機１３とこれら電動機２１〜２５とのあいだに接続され、これら電動機２１〜２５の出力に対して発電機１３の出力に余剰がある場合には余剰電力を蓄電し、不足する場合には該不足電力を電動機２１〜２５に放電する蓄電装置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、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、発電機の出力を制御する発電機制御器１４と、電動機２１〜２５の出力あるいは回転数あるいはトルクをそれぞれ制御する電動機制御器１６〜２０と、これらエンジンコントローラ２６、発電制御器１４、電動機制御器１６〜２０に制御指令を出力する制御装置２７と、蓄電装置３４の充電量を検出する充電量センサ３８が設けられており、充電量センサ３８により検出された蓄電装置３４の充電量ＳＯＣが満充電範囲ＳＯＣｆｕｌｌに達していないと判断された場合は、エンジン１２および発電機１３を駆動するように構成される。さらに、ハイブリッド型油圧ショベル１には、オペレータが発電機１３の出力を任意に切替える作業ダイヤル４３が設けられており、制御装置２７は、エンジン１２および発電機１３を駆動する場合に、作業ダイヤル４３のダイヤル値応じた出力値になるよう発電機１３に制御指令を出力するとともに、発電機１３が前記出力値を発電機効率の高い状態で出力する回転数となるようエンジン１２に制御指令を出力する。
【００３４】
この結果、蓄電装置３４の蓄電量が満充電範囲ＳＯＣｆｕｌｌよりも少ない状態ではエンジン１２および発電機１３が駆動状態となるエンジン優先制御がなされ、蓄電装置３４が単独で駆動することが低減されて分担率が低下し、もって、蓄電装置３４のロスを低減できる。そのうえ、作業中にエンジン１２および発電機１３が停止する場合では、蓄電装置３４の蓄電量が満充電範囲ＳＯＣｆｕｌｌに保持されて、大きな過渡変動があったような場合であっても、蓄電装置３４からの放電により円滑に作業を継続することができる。
さらに、エンジン１２および発電機１３が駆動する場合において、発電機１３は、オペレータが作業に合わせて設定した作業ダイヤル４３のダイヤル値に応じた一定の出力値で、しかも、発電機効率のよい状態で運転されることになるので、作業部の負荷変動により発電機１３の出力が変動することがなく、発電機１３が発電機出力指令値Ｐｇｃに確実に保持されて、発電機１３のロスを低減することができ、もって、蓄電装置３４と発電機１３とのロスをトータルで改善することができる。
【００３５】
さらに、発電機１３の出力は、オペレータが自由に切替えることができる作業ダイヤル４３のダイヤル値に応じて「高出力値」、「中出力値」、「低出力値」に切替えることができ、発電機１３の出力を切替える操作を容易に行なうことができる。
【００３６】
つぎに、本発明の第二の実施の形態を図６〜８の図面に基づいて説明する。尚、図１については第一の実施の形態のものを共用する。
まず、図６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、該図６において、５０は第二の実施の形態の制御装置２７に設けられるエンジン・発電機制御部であり、５１は第二の実施の形態の制御装置２７に設けられるメモリである。前記メモリ５１には、第一の実施の形態と同様に、エンジン１２、発電機１３の特性、パイロット設定圧、蓄電装置３４の特性等の種々のデータや、後述する制御に用いられるデータであって、例えば、運転開始時の発電機１３の出力値等のデータが保存されている。また、図６において、エンジン１２、エンジンコントローラ２６、発電機１３、発電制御器１４、母線１５、電動機制御器１６〜２０、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、メインポンプ２８、メインポンプ２８の容量可変手段２８ａ、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、サブポンプの容量可変手段３３ａ、蓄電装置３４、充電量センサ３８、電圧センサ３９、発電機電流センサ４０、蓄電装置電流センサ４１、操作検出手段４２については、前記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。さらに、制御装置２７に設けられる電動機・ポンプ制御部３７についても、前記第一の実施の形態と同様の制御を行なうため、説明は省略する。尚、第二の実施の形態には、前記第一の実施の形態の作業ダイヤル４３のようにオペレータが任意に操作する発電機出力切替え手段は設けられていない。
【００３７】
図７は、第二の実施の形態のエンジン・発電機制御部５０の構成を説明するブロック図であって、該エンジン・発電機制御部５０は、入力側についてはメモリ５１、充電量センサ３８、電圧センサ３９、発電機電流センサ４０、蓄電装置電流センサ４１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が接続されている。そして、エンジン・発電機制御部５０は、本発明の基準時間設定手段に相当する基準時間設定部５２、駆動／停止基準値設定部４４、駆動／停止判定部４５、負荷演算部４６、発電機出力指令値設定部５３、エンジン回転数指令値設定部４８、駆動／停止切替え部４９を具備して構成されている。
尚、前記基準時間設定部５２、発電機出力指令値設定部５３の制御構成については後述するが、駆動／停止基準値設定部４４、駆動／停止判定部４５、負荷演算部４６、エンジン回転数指令値設定部４８、駆動／停止切替え部４９は前記第一の実施の形態と同様の制御を行なうように構成されている。
【００３８】
つぎに、エンジン１２および発電機１３の制御について、前記図７のブロック図、図８のフローチャートに基づいて説明する。
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５３は、ステップＳ１２において、メモリ５１に保存されているデータを読み込むが、前記データのなかには、運転開始時において発電機制御器１４に出力する初期発電機出力指令値Ｐｇ０を含むデータを読み込む。
【００３９】
続くステップＳ１３において、充電量センサ３８の検出値を読み込む。
【００４０】
そして、ステップＳ１４では、基準時間設定部５２において、発電機１３の出力を設定するための基準時間ｔｓを設定する。本実施の形態において、前記基準時間ｔｓは、充電量センサ３８により検出された充電量ＳＯＣに基づいて設定されている。つまり、予めメモリ５１に保存されている蓄電装置３４の特性から、蓄電装置３４が蓄電される場合の最大蓄電時において、前記検出された充電量ＳＯＣから満充電範囲（例えば、第一基準値ＳＯＣ1または第二基準値ＳＯＣ２）に達するのに要する時間ｔを算出し、前記算出した時間ｔより少し小さい値を基準時間ｔｓ（ｔｓ＜ｔ）として設定する。尚、基準時間ｔｓは、必ずしも充電量ＳＯＣに基づいて設定する必要はなく、予め複数の基準時間を設定してメモリ５１に保存し、作業状態にあわせて設定する構成としてもよく、その場合に、複数の基準時間を保存して、基準時間設定手段により任意の基準時間を選択する構成としてもよい。
【００４１】
つぎのステップＳ１５では、駆動／停止基準値設定部４４において、前記第一の実施の形態と同様に、エンジン１２および発電機１３の駆動／停止を切替える基準値である駆動／停止基準値（第一、第二充電基準値ＳＯＣ1、ＳＯＣ２、負荷基準値Ｐｓ）を設定する。
【００４２】
続いて、ステップＳ１６において、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、電圧センサ３９により検出される母線１５の電圧と、発電機電流センサ４０により検出される発電機１３の発電電流と、蓄電装置電流センサ４１により検出される蓄電装置３４の蓄放電電流とを読み込む。
【００４３】
そして、ステップＳ１７では、負荷演算部４６において、前記各センサ３８、３９、４０、４１からの検出値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、サブポンプ用電動機２１〜２５により駆動されるメインポンプ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が消費する負荷消費動力Ｐｆを、前記第一の実施の形態と同様にして演算する。
【００４４】
ステップＳ１８では、発電機出力指令設定部５３において、ステップ１７で演算された負荷消費動力ＰｆとステップＳ１４で算出された基準時間ｔｓとを用いて、基準時間ｔｓが経過する毎に、負荷消費動力Ｐｆの平均値を平均負荷消費動力Ｐａｖを算出する。
【００４５】
続いて、ステップＳ１９では、発電機出力指令設定部５３において、基準時間ｔｓが経過する毎に算出される平均負荷消費動力Ｐａｖと発電機１３の出力が等しくなるよう、発電器制御器１４に出力する発電機出力指令値Ｐｇｃ（Ｐｇｃ＝Ｐａｖ）を基準時間ｔｓ毎に設定する。これによって、発電機出力指令設定部５３は、つぎの平均負荷消費動力Ｐａｖが算出されるまでのあいだ同じ発電機出力指令値Ｐｇｃを設定する。
尚、運転初期状態、あるいは、蓄電装置３４の充電量ＳＯＣが満充電範囲ＳＯＣｆｕｌｌ内にあって、基準時間ｔｓが０に設定される場合では、メモリ５１に予め設定されている初期発電機出力指令値Ｐｇ０を発電機出力指令値Ｐｇｃとして設定する。
【００４６】
そして、ステップＳ２０では、エンジン回転数指令値設定部４８において、発電機１３が前記発電機出力指令値Ｐｇｃの出力を、発電機効率の高いポイントで出力するべく、エンジンコントローラ２６に出力するエンジン回転数指令値ωｃを設定する。ここで、前記エンジン回転数指令値ωｃは、予めメモリ５１に保存されている発電機１３の回転数と出力値との対応表に基づいて設定され、これによって、発電機１３は、平均負荷消費動力Ｐａｖに応じた発電機出力指令値Ｐｇｃを、発電機効率の高い状態で出力するように制御される構成となっている。
【００４７】
そして、ステップＳ１９、Ｓ２０において発電機出力指令値Ｐｇｃとエンジン回転数指令値ωｃとを設定した後は、ステップＳ２１〜Ｓ２４の制御を行なうが、該ステップＳ２１〜Ｓ２４の制御は、前述した第一の実施の形態におけるステップＳ８〜Ｓ１１の制御と同様であるため説明を省略する。そして、ステップＳ２３、Ｓ２４の処理後は、ステップＳ１６に戻る。
これによって、前記エンジン・発電機制御部５０は、アイドリング状態ではなく、かつ、蓄電装置３４の充電量ＳＯＣが満充電範囲ＳＯＣｆｕｌｌでなければ、エンジン１２および発電機１３を駆動するように駆動／停止の切替え制御を行うとともに、エンジン１２および発電機１３を駆動する場合に、発電機１３が平均負荷消費動力Ｐｖｃに応じた一定の出力値（発電機出力指令値Ｐｇｃ）を、発電機効率の高い状態で基準時間ｔｓのあいだ出力する制御を行うように構成されている。
【００４８】
叙述の如く構成された第二の実施の形態において、エンジン１２および発電機１３は、蓄電装置３４の蓄電量が満充電範囲ＳＯＣｆｕｌｌよりも少ない状態では駆動状態となるエンジン優先制御がなされて、蓄電装置３４が単独で駆動することが少なくなって分担率を低下することができる。そのうえ、このものでは、発電機１３が作業部の基準時間ｔｓ毎の負荷の平均値（平均負荷消費動力Ｐｖｃ）と等しい一定の出力値（発電機出力指令値Ｐｇｃ）で運転されるので、蓄電装置３４の分担率を一層低下することができるうえ、運転状態にかかわらず蓄電装置３４が満充電範囲ＳＯＣｆｕｌｌになりにくくすることができ、しかして蓄電装置３４のロスを低減できる。そのうえ、作業中にエンジン１２および発電機１３が停止する場合では、蓄電装置３４の蓄電量が満充電範囲ＳＯＣｆｕｌｌに保持されて、大きな過渡変動があったような場合であっても、蓄電装置３４からの放電により円滑に作業を継続することができる。
さらに、エンジン１２および発電機１３が駆動する場合において、発電機１３は、発電機効率よく基準時間ｔｓのあいだ一定出力となるので、発電機１３出力の変動を低減することができるうえ、発電機効率の高い状態で運転することができて、発電機１３のロスが低減され、蓄電装置３４のロス、発電機１３のロスをトータルで改善できる。
【００４９】
しかも、このものにおいて、発電機１３が一定の出力値となる基準時間ｔｓを、蓄電装置３４が最大蓄電状態で満充電になるまでの時間ｔよりも少し少ない時間である基準時間ｔｓに設定したので、蓄電装置３４の充電量が満充電範囲ＳＯＣｆｕｌｌになりにくく、しかも、発電機１３の出力が一定となる時間をできるだけ長くすることができて、蓄電装置３４のロス、発電機１３のロスのトータルでの改善を一層向上させることができる。
【００５０】
さらに、本発明は、発電機および蓄電装置から電力供給される電動機として、電動機と発電機との両者の機能を備え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御時に発電機として機能することになる。尚、このような発電電動機を用いた場合、該発電電動機の消費動力の演算は、電動機として機能している場合と発電機として機能している場合とでプラス、マイナスの符号を異ならしめることで対応できる。
【００５１】
さらに、蓄電装置は、電動機の出力に対して発電機の出力に余剰がある場合には該余剰電力を蓄電し不足する場合には該不足電力を電動機に供給するとともに、該蓄電装置の蓄放電は、前記第一、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われる構成になっているが、これに限定されることはなく、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とともに、制御装置は、発電機の出力と電動機の出力との差を演算し、該差に基づいて蓄放電制御手段に制御指令を出力する。
【００５２】
また、本発明は、エンジンと作業部との動力伝達経路に発電機が設けられる構成であればよく、エンジンが動力伝導機構を介して油圧ポンプおよび発電電動機に機械的に接続されるパラレル式の制御システムに実施する場合では、発電電動機が発電機として機能する場合に、本発明を実施することができる。
【００５３】
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ともに、電動機により駆動される負荷も、ハイブリッド型建設機械の種類やサイズ、ある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】
【００５４】
本発明は、エンジンにより発電機を駆動させ、該発電機と蓄電装置とから電力供給される電動機により作業部を駆動させるハイブリッド型建設機械において、蓄電装置と発電機との効率をトータルで向上させる場合に利用することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１ ハイブリッド型油圧ショベル
１２ エンジン
１３ 発電機
１４ 発電器制御器
１６〜２０ 電動機制御器
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 制御装置
３４ 蓄電装置
３６、５０ エンジン・発電機制御部
３８ 充電量センサ
３９ 電圧センサ
４０ 発電機電流センサ
４１ 蓄電装置電流センサ
４３ 作業ダイヤル
４４ 駆動／停止基準値設定部
４５ 駆動／停止判定部
４６ 負荷演算部
４７、５３ 発電機出力指令値設定部
４８ エンジン回転数知れ位置設定部
４９ 駆動／停止切替え部
５２ 基準時間設定部
【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。このようなハイブリッド型建設機械の制御システムとしては、シリーズ式、または、パラレル式のものが一般的に知られており、これらのシステムでは、軽負荷作業時等にエンジン出力の余剰分を発電機を介して電気エネルギーに変換して蓄電装置に蓄え、中負荷、重負荷作業時に、エンジン出力の不足分を蓄電装置に蓄電（充電）された電気エネルギーで補って作業部を駆動するように構成されている。このため、エンジンが起動している状態において軽負荷作業が継続した場合では、蓄電装置への充電が継続されて充電量が上限値に達し、その後も軽負荷作業が継続すると余剰分の電気エネルギーが充電されず、燃料消費にロスが生じる。そこで、蓄電装置の充電量を検知する検知手段を設けて、蓄電装置の充電量が充電上限値に達し、かつ、軽負荷作業が継続する場合では、エンジン駆動を停止する制御システムが提唱されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３２２９２６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、前記従来のものは、蓄電装置の出力可能電力量の領域において第一設定値と第二設定値とを設け、出力可能電力量が第一設定値と第二設定値とのあいだにあって、かつ、作業が軽負荷作業である場合に、蓄電装置が単独で駆動源となって作業部に電力エネルギーを供給する運転状態となるように構成されている。
ところで、蓄電装置は一回の充放電のロスは小さいが、充放電が繰り返しなされるような運転状態になると大きなロスが発生するという問題がある。また、蓄電装置が電気二重層コンデンサ（ＥＤＬＣ）のように、抵抗損が主となる種類の電池において、蓄電装置が単独の駆動源となって作業する場合のように、蓄電装置の分担率が高くなり、しかも、充放電量に大きな変動があるような運転状態になると、大きなロスが発生するという問題がある。このため、前記従来のもののように、蓄電装置が単独で駆動源となり、その状態が比較的長く継続されるものでは、蓄電装置のロスが大きく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。
また、ハイブリッド型建設機械の制御システム全体の効率を考えたとき、蓄電装置と発電機とのトータルとしての効率を考慮した場合、発電機は出力変動に伴い発電機効率を低下することが知られており、発電機の出力変化を低減することが発電機効率の向上となるが、発電機効率を高めながら蓄電装置のロスを低減するシステムについて検討したものは見当たらず、ここにも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、該エンジンの動力を受けて作動する作業部と、エンジンと作業部との動力伝達経路に接続される発電機と、発電機と作業部との動力伝達経路に接続され、エンジンの動力と作業部の要求動力との差に基づいて蓄放電する蓄電装置とを設けてなるハイブリッド型建設機械において、エンジンを駆動制御するエンジン制御手段と、発電機を駆動制御する発電機制御手段と、作業部を駆動制御する作業部制御手段と、これらエンジン制御手段、発電機制御手段、作業部制御手段に制御指令を出力する制御装置とを設けるとともに、蓄電装置の充電量を検出する充電量検出手段と、充電量検出手段の検出値に基づいてエンジンおよび発電機の駆動／停止を切替える駆動／停止切替え手段と、発電機出力を任意の出力値に設定する発電機出力設定手段と、発電機が前記任意の出力値において発電機効率を高める回転数となるためのエンジン回転数を設定するエンジン回転数設定手段とを設けて、制御装置は、蓄電装置の充電量が満充電範囲でないことの判断に基づいてエンジンおよび発電機を駆動するものとし、エンジンおよび発電機の駆動時では、発電機出力設定手段により設定された制御指令を発電機に出力する一方、エンジン回転数設定手段により設定された制御指令をエンジンに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、発電機出力設定手段は、オペレータが発電機出力を任意に切替えるための発電機出力切替え手段により構成されるものとし、発電機出力切替え手段は、発電機出力切替え手段の操作値に応じて発電機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において、作業部が消費する動力を測定する負荷測定手段を設けるとともに、発電機出力設定手段は、負荷測定手段により測定される予め設定される基準時間毎の作業部の消費動力の平均値に応じて発電機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４の発明は、請求項３において、基準時間設定手段を設け、基準時間を充電量検出手段の検出値に基づいて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。
【発明の効果】
【０００６】
請求項１の発明とすることにより、蓄電装置のロスおよび発電機のロスをトータルで改善することができる。
請求項２の発明とすることにより、発電機の出力をオペレータが任意に、しかも、容易な操作で切替えることができる。
請求項３の発明とすることにより、蓄電装置の分担率が一層低下し、蓄電装置のロスおよび発電機のロスをトータルで改善することができる。
請求項４の発明とすることにより、蓄電装置が満充電範囲になりにくいうえ、発電機のロスの低減を図れる。
【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ハイブリッド型油圧ショベルに設けられ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である。
【図５】第一の実施の形態における駆動／停止判定部の制御手順を示すフローチャートである。
【図６】第二の実施の形態におけるハイブリッド型油圧ショベルに設けられる制御システムの全体構成を示す図である。
【図７】第二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８】第二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５に基づいて説明する。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、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。また、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ともに、上部旋回体３には、動力源としてのエンジン１２や、該エンジン１２により駆動される（エンジン１２に連結される）発電機１３、後述する蓄電装置３４等が搭載されている。
【０００９】
つぎに、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。本実施の形態の制御システムはシリーズ式となっており、エンジン１２の動力により発電機１３が駆動するとともに、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（本発明の作業部の構成部材）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）が制御されるとともに、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ように構成されている。尚、前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、エンジン１２と作業部との動力伝達経路に接続される発電機１３に設けられる発電器制御器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ともに、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の出力を制御するように構成されている。尚、前記発電機制御器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ともに、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の出力あるいは回転数あるいはトルクをそれぞれ制御するように構成されている。尚、前記電動機制御器１６〜２０は、本発明の作業部制御手段に相当する。
【００１３】
そして、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の出力あるいは回転数ある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およびサブポンプ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ともに、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、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、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とともに本発明の作業部を構成する。
【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電装置であって、該蓄電装置３４は、発電機１４と作業部との動力伝達経路であって、発電機制御器１４と電動機制御器１６〜２０とのあいだの母線１５に接続されており、発電機１３の出力と電動機２１〜２５の出力とのあいだの過不足に応じて電力を蓄放電（充放電）するように構成されている。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なわれるように構成されている。つまり、発電機１３の出力が電動機２１〜２５の出力に対して余剰がある場合には、母線１５の電圧が蓄電装置３４の電圧よりも高くなることより、発電機１３の余剰電力が蓄電装置３４に蓄電（充電）される一方、発電機１３の出力が電動機２１〜２５の出力に対して不足する場合には、母線１５の電圧が蓄電装置３４の電圧よりも低くなることにより、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構成されている。
【００１５】
一方、前記制御装置２７にはメモリ３５が設けられている。前記メモリ３５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、エンジン無負荷時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の特性（ポンプ効率、ポンプ用量、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ている。さらに、制御装置２７には、エンジン１２や発電機１３を制御するエンジン・発電機制御部３６や、電動機２１〜２５やメインポンプ２８、サブポンプ３３を制御する電動機・ポンプ制御部３７等が設けられている。
そして制御装置２７は、前記エンジン・発電機制御部３６や電動機・ポンプ制御部３７において、蓄電装置３４の充電量を検出する充電量センサ（本発明の充電量検出手段に相当する）３８、母線１５の電圧を計測する電圧センサ３９、発電機１３の発電電流を検出する発電機電流センサ４０、蓄電装置３４の蓄放電電流を検出する蓄電装置電流センサ４１、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）４２、後述するように発電機１３の出力を設定する作業ダイヤル４３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】
前記作業ダイヤル４３は、オペレータが作業に合わせて発電機１３の出力を任意に切替えるための操作具であって、本発明の発電機出力設定手段の構成部材である発電機出力切替え手段に相当している。尚、本実施の形態では、作業ダイヤル４３は「高」、「中」、「低」の三つのダイヤル値を備えて構成され、作業ダイヤル４３を「高」、「中」、「低」の何れかのダイヤル値に合せることにより、発電機１３は、予めメモリ３５にデータとして保存される「高出力値」、「中出力値」、「低出力値」の何れかの出力値で出力するように構成されている。尚、作業ダイヤル４３の各ダイヤル値は本発明の発電機出力切替え手段の操作値に相当する。
【００１７】
つぎに、前記エンジン・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、電圧センサ３９、発電機電流センサ４０、蓄電装置電流センサ４１、作業ダイヤル４３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が接続されている。さらに、エンジン・発電機制御部３６には、駆動／停止基準値設定部４４、駆動／停止判定部４５、負荷演算部４６、発電機出力指令値設定部４７、エンジン回転数指令値設定部４８、駆動／停止切替え部４９を具備して構成されている。尚、前記駆動／停止基準値設定部４４、駆動／停止判定部４５、駆動／停止切替え部４９は本発明の駆動／停止切替え手段を構成し、作業ダイヤル４３、発電機出力指令値設定部４７は本発明の発電機出力設定手段を構成する。
【００１８】
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および発電機１３の制御について、前記図３のブロック図、および図４、図５のフローチャート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、ステップ１において、メモリ３５に収納されているデータを読み込む。
【００１９】
続くステップＳ２では、駆動／停止基準値設定部４４において、エンジン１２および発電機１３の駆動／停止を切替える基準値である駆動／停止基準値を設定する。つまり、駆動／停止基準値設定部４４は、エンジン１２および発電機１３の駆動／停止を、蓄電装置３４の充電量ＳＯＣと、エンジン１２および発電機１３に対して負荷となる作業部（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、サブポンプ用電動機２１〜２５により駆動されるメインポンプ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）が消費する動力、即ち、負荷消費動力Ｐｆの大きさとにより判断するように構成されている。このため、本実施の形態では、前記駆動／停止基準値として、蓄電装置３４の充電量ＳＯＣに基づく充電基準値と、負荷部消費動力Ｐｆの大きさに基づく負荷基準値とが設定される。
前記蓄電装置３４の充電量ＳＯＣに基づく基準値としては、蓄電限界付近である満充電範囲ＳＯＣｆｕｌｌが設定され、蓄電装置３４の充電量ＳＯＣが満充電範囲ＳＯＣｆｕｌｌ以下となることにより、エンジン１２および発電機１３を駆動するように設定されている。このように、充電量ＳＯＣの基準値を満充電範囲ＳＯＣｆｕｌｌとするため、本実施の形態では、基準値として満充電範囲ＳＯＣｆｕｌｌにおける下限値である第一充電基準値ＳＯＣ1と、満充電範囲ＳＯＣｆｕｌｌにおける上限値（限界値）である第二充電基準値ＳＯＣ２とを設定する。尚、満充電範囲ＳＯＣｆｕｌｌの設定はサービスマンやオペレータが任意に設定できる基準値設定手段を設けてもよく、このようにすることで、充電量ＳＯＣに基づく駆動／停止基準値を使用状況に応じて適宜調整することができる。
また、負荷消費動力Ｐｆに基づく基準値としては、アイドリング時の消費動力（アイドリング時の消費動力）を負荷基準値Ｐｓとして設定する。尚、負荷消費動力Ｐｆに基づく基準値としては、サービスマンやオペレータが任意に設定できる基準値設定手段を設ける構成としてもよく、このようにすることで、負荷消費動力Ｐｆに基づく駆動／停止基準値を使用状況に応じて適宜調整することができる。
【００２０】
さらに、ステップＳ３では、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、電圧センサ３９により検出される母線１５の電圧と、発電機電流センサ４０により検出される発電機１３の発電電流と、蓄電装置電流センサ４１により検出される蓄電装置３４の蓄放電電流とを読み込む。
【００２１】
ステップＳ４では、負荷演算部４６において、前記各センサ３８、３９、４０、４１からの検出値に基づいて、作業部であるメインポンプ用、旋回用、パイロットポンプ用、冷却ファン用、サブポンプ用電動機２１〜２５により駆動されるメインポンプ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が消費する負荷消費動力Ｐｆ（各電動機２１〜２５に供給する負荷消費動力Ｐｆ）を演算する。この場合、本実施の形態では、発電機１３および蓄電装置３４から電動機２１〜２５への供給電力Ｐｍを負荷消費動力Ｐｆとして用い、該電動機２１〜２５への供給電力Ｐｍを、以下の式（１）に基づいて演算する。
Ｐｆ＝Ｐｍ＝（Ｉｇ×Ｖ）＋（Ｉｂ×Ｖ） ・・・（１）
前記式（１）において、Ｉｇは発電機電流センサ４０により検出される発電機１３の発電電流、Ｖは電圧センサ３９により検出される母線１５の電圧、Ｉｂは蓄電装置電流センサ４１により検出される蓄電装置３４の蓄放電電流である。前記蓄電装置３４の蓄放電電流は、蓄電装置３４の放電時にはプラス符号とし、蓄電装置３４の蓄電時にはマイナス符号とする。これによって、蓄電装置３４の放電時には、発電機１３の発電電力と蓄電装置３４の放電電力との合計電力が電動機２１〜２５への供給電力Ｐｍとして演算され、また、蓄電装置３４の蓄電時には、発電機１３の発電電力から蓄電装置３４の蓄電電力を減じた電力が電動機２１〜２５への供給電力Ｐｍとして演算される。尚、前起電圧センサ３９、発電機電流センサ４０、蓄電装置電流センサ４１は本発明の負荷測定手段を構成する。
【００２２】
つぎに、ステップＳ５において、作業ダイヤル４３のダイヤル値を読み込む。
【００２３】
続くステップＳ６では、発電機出力指令値設定部４７において、前記読み込まれた作業ダイヤル４３のダイヤル値（「高」、「中」、「低」）に応じて、発電機制御器１４に出力する発電機出力指令値Ｐｇｃを設定する。前述したように、作業ダイヤル４３の「高」、「中」、「低」に対応する発電機１３の出力値（「高出力値」、「中出力値」、「低出力値」）は、予めメモリ３５にデータとして保存されており、発電機出力指令値設定部４７では、前記データに基づいてダイヤル値に対応する出力値（「高出力値」、「中出力値」、「低出力値」）になるべく発電器制御器１４に出力する発電機出力指令値Ｐｇｃを設定する。
【００２４】
さらに、ステップＳ７では、エンジン回転数指令値設定部４８において、発電機１３が、前記発電機出力指令値Ｐｇｃの出力を発電機効率が高い状態で出力する回転数となるよう、エンジンコントローラ２６に出力するエンジン回転数指令値ωｃを設定する。ここで、前記メモリ３５には、予め発電機１３の出力値と回転数との対応表が記憶されており、該対応表から、発電機１３が、「高出力値」、「中出力値」、「低出力値」をそれぞれ発電機効率の高いポイントで出力するときの回転数となるためのエンジン１２の回転数として、エンジンコントローラ２６に出力するエンジン回転数指令値ωｃを設定する。これによって、発電機１３は、作業ダイヤル４３のダイヤル値に対応する「高出力値」、「中出力値」、「低出力値」の何れかの一定出力を、発電機効率の高い状態で出力するように制御される構成となっている。尚、エンジン回転数指令値設定部４８は、本発明のエンジン回転数設定手段を構成する。
【００２５】
つぎに、ステップＳ８では、駆動／停止判定部４５において、エンジン１２および発電機１３の駆動／停止を判定する。つまり、ステップＳ２において設定された第一、第二充電基準値ＳＯＣ1、ＳＯＣ２、負荷基準値Ｐｓと、充電量センサ３８の検出値に基づく充電量ＳＯＣ、さらには、ステップＳ４で演算された負荷消費動力Ｐｆに基づいて、エンジン１２および発電機１３の駆動／停止を判定する。
この場合に、本実施の形態の駆動／停止判定部４５は、図５のフローチャートに示すように、エンジン１２および発電機１３が駆動か停止かを判断し、駆動中である場合に、蓄電装置３４の充電量ＳＯＣが第二充電基準値ＳＯＣ２よりも小さいか否か、即ち、満充電範囲ＳＯＣｆｕｌｌの上限値（第二充電基準値ＳＯＣ２）に達しているか否かを判断する。そして、充電量ＳＯＣが第二充電基準値ＳＯＣ２より小さくない（満充電範囲ＳＯＣｆｕｌｌに達している）場合では、エンジン１２および発電機１３を停止すると判定し、充電量ＳＯＣが第二充電基準値ＳＯＣ２より小さい（満充電範囲ＳＯＣｆｕｌｌに達していない）場合では、続いて負荷消費動力Ｐｆが負荷基準値Ｐｓ以下であるか否か、即ち、アイドリング状態よりも小さい負荷であるか否かを判断し、負荷消費動力Ｐｆが負荷基準値Ｐｓ以下の（アイドリング状態より小さい）負荷である場合に、エンジン１２および発電機１３を停止すると判定するように設定されている。また、負荷消費動力Ｐｆと負荷基準値Ｐｓとの比較において、負荷消費動力Ｐｆが負荷基準値Ｐｓより大きい（アイドリング状態より大きい）負荷である場合では、エンジン１２および発電機１３の駆動を継続すると判定するように設定されている。
【００２６】
一方、エンジン１２および発電機１３が停止中である場合に、蓄電装置３４の充電量ＳＯＣが満充電範囲ＳＯＣｆｕｌｌの下限値（第一充電基準値ＳＯＣ１）より小さいか否か、即ち、満充電範囲ＳＯＣｆｕｌｌの下限値に達しているか否かを判断する。そして、充電量ＳＯＣが第一充電基準値ＳＯＣ１より小さい（満充電範囲ＳＯＣｆｕｌｌに達してない）場合では、エンジン１２および発電機１３を駆動すると判断し、充電量ＳＯＣが第一充電基準値ＳＯＣ１以上（満充電範囲ＳＯＣｆｕｌｌに達している）場合では、続いて負荷消費動力Ｐｆが負荷基準値Ｐｓ以下であるか否か、即ち、アイドリング状態よりも小さい負荷であるか否かを判断し、負荷消費動力Ｐｆが負荷基準値Ｐｓ以下の（アイドリング状態より小さい）負荷である場合に、エンジン１２および発電機１３の停止を継続すると判定するように設定されている。また、負荷消費動力Ｐｆと負荷基準値Ｐｓとの比較において、負荷消費動力Ｐｆが負荷基準値Ｐｓより大きい（アイドリング状態より大きい）負荷である場合では、エンジン１２および発電機１３を駆動すると判定するように設定されている。
【００２７】
そして、ステップＳ９では、駆動／停止切替え部４９において、前記駆動／停止判定部４３の判定に基づいて、エンジン１２および発電機１３を駆動（駆動継続を含む）、停止（停止継続を含む）の何れかに切替える。
このように、エンジン１２および発電機１３は、ステップＳ８による判定に基づいてステップＳ９において駆動／停止が切替えられるが、これによって、蓄電装置３４の蓄電量が満充電範囲ＳＯＣｆｕｌｌよりも少ない状態では、エンジン１２および発電機１３を駆動状態とするエンジン優先制御がなされて、蓄電装置３４が単独で駆動することが少なくなって、蓄電装置３４のロスを低減することができるように構成されている。そのうえ、作業部による作業中にエンジン１２および発電機１３が駆動停止した状態では、蓄電装置３４の蓄電量が満充電範囲ＳＯＣｆｕｌｌに保持されるため、作業部による負荷の大きな過渡変動があったような場合であっても、蓄電装置３４からの放電により円滑、かつ、迅速に作業を継続することができるように構成されている。
また、負荷消費動力Ｐｆが負荷基準値Ｐｓより小さいアイドリング状態では、充電量が第一充電基準値ＳＯＣ１を下回らないことを条件に、エンジン１２および発電機１３を停止する制御がなされて、エンストを防止できるように構成されている。尚、前記構成は必ずしも設ける必要はなく、その場合では、制御システムに負荷演算部４６、および、負荷演算部４６に入力される各種センサ３９、４０、４１を設ける必要はない。
【００２８】
前記ステップＳ９の判断において、エンジン１２および発電機１３を駆動と判断された場合、ステップＳ１０において、駆動／停止切替え部４９は発電機制御器１４に対して発電機出力指令値Ｐｇｃを出力するとともに、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。これによって、発電機１３は、作業ダイヤル４３のダイヤル値に応じた出力を、発電機効率の高い状態で出力するように制御される。そして、ステップＳ１０の処理後は、前記ステップＳ３に戻る。
【００２９】
一方、ステップＳ９の判断において、エンジン１２および発電機１３を停止と判断された場合、ステップＳ１１において、駆動／停止切替え部４９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）を出力するとともに、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。これによって、エンジン１２および発電機１３は停止する。そして、ステップＳ１１の処理後は、前記ステップＳ３に戻る。
【００３０】
このように、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および発電機１３は、アイドリング状態ではなく、かつ、蓄電装置３４の充電量ＳＯＣが満充電範囲ＳＯＣｆｕｌｌ以外であれば駆動するように駆動／停止の切替え制御が行なわれるとともに、エンジン１２および発電機１３が駆動する場合では、オペレータが作業に合わせて設定する作業ダイヤル４３のダイヤル値（「高」、「中」、「低」）に応じて、発電機１３が一定の出力値で、しかも、発電機効率の高い状態で運転されるように構成されている。
【００３１】
尚、前記電動機・ポンプ制御部３７は、前記メモリ３５、操作検出手段４２からの信号を入力し、これら入力信号に基づいて、前記電動機制御器１６〜２０、および、メインポンプ２８、サブポンプ３３の容量可変手段２８ａ、３３ａに制御指令を出力する。この場合に、メインポンプ用電動機２１を制御する電動機制御器１６およびメインポンプ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およびサブポンプ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、該左部ポンプ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。
【００３２】
さらに、電動機・ポンプ制御部３７は、メインポンプ用電動機２１を制御する電動機制御器１６およびメインポンプ２８の容量可変手段２８ａに対して、メインポンプ２８の吐出流量を油圧アクチュエータ用操作具の操作量に応じた流量にするべく制御指令を出力するが、このとき、メインポンプ用電動機２１およびメインポンプ２８のトータルでの効率が最大になるように、メインポンプ用電動機２１の回転数とメインポンプ２８の容量とを制御するように構成されている。
また、電動機・ポンプ制御部３７は、サブポンプ３３の吐出流量制御を行なう場合にも、前記メインポンプ２８の場合と同様に、サブポンプ用電動機２５およびサブポンプ３３のトータルでの効率が最大になるよう、サブポンプ用電動機２５の回転数とサブポンプ３３の容量とを制御するように構成されている。
これによって、メインポンプ用電動機２１およびメインポンプ２８、サブポンプ用電動機２５およびサブポンプ３３は、それぞれトータルでの効率が最大になる状態で運転されるように構成されている。
【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と作業部との動力伝達経路に接続される発電機１３と、該発電機１３から電力供給されるメインポンプ用、旋回用、パイロットポンプ用、冷却ファン用、サブポンプ用の電動機２１〜２５（作業部）と、前記発電機１３とこれら電動機２１〜２５とのあいだに接続され、これら電動機２１〜２５の出力に対して発電機１３の出力に余剰がある場合には余剰電力を蓄電し、不足する場合には該不足電力を電動機２１〜２５に放電する蓄電装置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、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、発電機の出力を制御する発電機制御器１４と、電動機２１〜２５の出力あるいは回転数あるいはトルクをそれぞれ制御する電動機制御器１６〜２０と、これらエンジンコントローラ２６、発電制御器１４、電動機制御器１６〜２０に制御指令を出力する制御装置２７と、蓄電装置３４の充電量を検出する充電量センサ３８が設けられており、充電量センサ３８により検出された蓄電装置３４の充電量ＳＯＣが満充電範囲ＳＯＣｆｕｌｌに達していないと判断された場合は、エンジン１２および発電機１３を駆動するように構成される。さらに、ハイブリッド型油圧ショベル１には、オペレータが発電機１３の出力を任意に切替える作業ダイヤル４３が設けられており、制御装置２７は、エンジン１２および発電機１３を駆動する場合に、作業ダイヤル４３のダイヤル値応じた出力値になるよう発電機１３に制御指令を出力するとともに、発電機１３が前記出力値を発電機効率の高い状態で出力する回転数となるようエンジン１２に制御指令を出力する。
【００３４】
この結果、蓄電装置３４の蓄電量が満充電範囲ＳＯＣｆｕｌｌよりも少ない状態ではエンジン１２および発電機１３が駆動状態となるエンジン優先制御がなされ、蓄電装置３４が単独で駆動することが低減されて分担率が低下し、もって、蓄電装置３４のロスを低減できる。そのうえ、作業中にエンジン１２および発電機１３が停止する場合では、蓄電装置３４の蓄電量が満充電範囲ＳＯＣｆｕｌｌに保持されて、大きな過渡変動があったような場合であっても、蓄電装置３４からの放電により円滑に作業を継続することができる。
さらに、エンジン１２および発電機１３が駆動する場合において、発電機１３は、オペレータが作業に合わせて設定した作業ダイヤル４３のダイヤル値に応じた一定の出力値で、しかも、発電機効率のよい状態で運転されることになるので、作業部の負荷変動により発電機１３の出力が変動することがなく、発電機１３が発電機出力指令値Ｐｇｃに確実に保持されて、発電機１３のロスを低減することができ、もって、蓄電装置３４と発電機１３とのロスをトータルで改善することができる。
【００３５】
さらに、発電機１３の出力は、オペレータが自由に切替えることができる作業ダイヤル４３のダイヤル値に応じて「高出力値」、「中出力値」、「低出力値」に切替えることができ、発電機１３の出力を切替える操作を容易に行なうことができる。
【００３６】
つぎに、本発明の第二の実施の形態を図６〜８の図面に基づいて説明する。尚、図１については第一の実施の形態のものを共用する。
まず、図６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、該図６において、５０は第二の実施の形態の制御装置２７に設けられるエンジン・発電機制御部であり、５１は第二の実施の形態の制御装置２７に設けられるメモリである。前記メモリ５１には、第一の実施の形態と同様に、エンジン１２、発電機１３の特性、パイロット設定圧、蓄電装置３４の特性等の種々のデータや、後述する制御に用いられるデータであって、例えば、運転開始時の発電機１３の出力値等のデータが保存されている。また、図６において、エンジン１２、エンジンコントローラ２６、発電機１３、発電制御器１４、母線１５、電動機制御器１６〜２０、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、メインポンプ２８、メインポンプ２８の容量可変手段２８ａ、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、サブポンプの容量可変手段３３ａ、蓄電装置３４、充電量センサ３８、電圧センサ３９、発電機電流センサ４０、蓄電装置電流センサ４１、操作検出手段４２については、前記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。さらに、制御装置２７に設けられる電動機・ポンプ制御部３７についても、前記第一の実施の形態と同様の制御を行なうため、説明は省略する。尚、第二の実施の形態には、前記第一の実施の形態の作業ダイヤル４３のようにオペレータが任意に操作する発電機出力切替え手段は設けられていない。
【００３７】
図７は、第二の実施の形態のエンジン・発電機制御部５０の構成を説明するブロック図であって、該エンジン・発電機制御部５０は、入力側についてはメモリ５１、充電量センサ３８、電圧センサ３９、発電機電流センサ４０、蓄電装置電流センサ４１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が接続されている。そして、エンジン・発電機制御部５０は、本発明の基準時間設定手段に相当する基準時間設定部５２、駆動／停止基準値設定部４４、駆動／停止判定部４５、負荷演算部４６、発電機出力指令値設定部５３、エンジン回転数指令値設定部４８、駆動／停止切替え部４９を具備して構成されている。
尚、前記基準時間設定部５２、発電機出力指令値設定部５３の制御構成については後述するが、駆動／停止基準値設定部４４、駆動／停止判定部４５、負荷演算部４６、エンジン回転数指令値設定部４８、駆動／停止切替え部４９は前記第一の実施の形態と同様の制御を行なうように構成されている。
【００３８】
つぎに、エンジン１２および発電機１３の制御について、前記図７のブロック図、図８のフローチャートに基づいて説明する。
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５３は、ステップＳ１２において、メモリ５１に保存されているデータを読み込むが、前記データのなかには、運転開始時において発電機制御器１４に出力する初期発電機出力指令値Ｐｇ０を含むデータを読み込む。
【００３９】
続くステップＳ１３において、充電量センサ３８の検出値を読み込む。
【００４０】
そして、ステップＳ１４では、基準時間設定部５２において、発電機１３の出力を設定するための基準時間ｔｓを設定する。本実施の形態において、前記基準時間ｔｓは、充電量センサ３８により検出された充電量ＳＯＣに基づいて設定されている。つまり、予めメモリ５１に保存されている蓄電装置３４の特性から、蓄電装置３４が蓄電される場合の最大蓄電時において、前記検出された充電量ＳＯＣから満充電範囲（例えば、第一基準値ＳＯＣ1または第二基準値ＳＯＣ２）に達するのに要する時間ｔを算出し、前記算出した時間ｔより少し小さい値を基準時間ｔｓ（ｔｓ＜ｔ）として設定する。尚、基準時間ｔｓは、必ずしも充電量ＳＯＣに基づいて設定する必要はなく、予め複数の基準時間を設定してメモリ５１に保存し、作業状態にあわせて設定する構成としてもよく、その場合に、複数の基準時間を保存して、基準時間設定手段により任意の基準時間を選択する構成としてもよい。
【００４１】
つぎのステップＳ１５では、駆動／停止基準値設定部４４において、前記第一の実施の形態と同様に、エンジン１２および発電機１３の駆動／停止を切替える基準値である駆動／停止基準値（第一、第二充電基準値ＳＯＣ1、ＳＯＣ２、負荷基準値Ｐｓ）を設定する。
【００４２】
続いて、ステップＳ１６において、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、電圧センサ３９により検出される母線１５の電圧と、発電機電流センサ４０により検出される発電機１３の発電電流と、蓄電装置電流センサ４１により検出される蓄電装置３４の蓄放電電流とを読み込む。
【００４３】
そして、ステップＳ１７では、負荷演算部４６において、前記各センサ３８、３９、４０、４１からの検出値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、サブポンプ用電動機２１〜２５により駆動されるメインポンプ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が消費する負荷消費動力Ｐｆを、前記第一の実施の形態と同様にして演算する。
【００４４】
ステップＳ１８では、発電機出力指令設定部５３において、ステップ１７で演算された負荷消費動力ＰｆとステップＳ１４で算出された基準時間ｔｓとを用いて、基準時間ｔｓが経過する毎に、負荷消費動力Ｐｆの平均値を平均負荷消費動力Ｐａｖを算出する。
【００４５】
続いて、ステップＳ１９では、発電機出力指令設定部５３において、基準時間ｔｓが経過する毎に算出される平均負荷消費動力Ｐａｖと発電機１３の出力が等しくなるよう、発電器制御器１４に出力する発電機出力指令値Ｐｇｃ（Ｐｇｃ＝Ｐａｖ）を基準時間ｔｓ毎に設定する。これによって、発電機出力指令設定部５３は、つぎの平均負荷消費動力Ｐａｖが算出されるまでのあいだ同じ発電機出力指令値Ｐｇｃを設定する。
尚、運転初期状態、あるいは、蓄電装置３４の充電量ＳＯＣが満充電範囲ＳＯＣｆｕｌｌ内にあって、基準時間ｔｓが０に設定される場合では、メモリ５１に予め設定されている初期発電機出力指令値Ｐｇ０を発電機出力指令値Ｐｇｃとして設定する。
【００４６】
そして、ステップＳ２０では、エンジン回転数指令値設定部４８において、発電機１３が前記発電機出力指令値Ｐｇｃの出力を、発電機効率の高いポイントで出力するべく、エンジンコントローラ２６に出力するエンジン回転数指令値ωｃを設定する。ここで、前記エンジン回転数指令値ωｃは、予めメモリ５１に保存されている発電機１３の回転数と出力値との対応表に基づいて設定され、これによって、発電機１３は、平均負荷消費動力Ｐａｖに応じた発電機出力指令値Ｐｇｃを、発電機効率の高い状態で出力するように制御される構成となっている。
【００４７】
そして、ステップＳ１９、Ｓ２０において発電機出力指令値Ｐｇｃとエンジン回転数指令値ωｃとを設定した後は、ステップＳ２１〜Ｓ２４の制御を行なうが、該ステップＳ２１〜Ｓ２４の制御は、前述した第一の実施の形態におけるステップＳ８〜Ｓ１１の制御と同様であるため説明を省略する。そして、ステップＳ２３、Ｓ２４の処理後は、ステップＳ１６に戻る。
これによって、前記エンジン・発電機制御部５０は、アイドリング状態ではなく、かつ、蓄電装置３４の充電量ＳＯＣが満充電範囲ＳＯＣｆｕｌｌでなければ、エンジン１２および発電機１３を駆動するように駆動／停止の切替え制御を行うとともに、エンジン１２および発電機１３を駆動する場合に、発電機１３が平均負荷消費動力Ｐｖｃに応じた一定の出力値（発電機出力指令値Ｐｇｃ）を、発電機効率の高い状態で基準時間ｔｓのあいだ出力する制御を行うように構成されている。
【００４８】
叙述の如く構成された第二の実施の形態において、エンジン１２および発電機１３は、蓄電装置３４の蓄電量が満充電範囲ＳＯＣｆｕｌｌよりも少ない状態では駆動状態となるエンジン優先制御がなされて、蓄電装置３４が単独で駆動することが少なくなって分担率を低下することができる。そのうえ、このものでは、発電機１３が作業部の基準時間ｔｓ毎の負荷の平均値（平均負荷消費動力Ｐｖｃ）と等しい一定の出力値（発電機出力指令値Ｐｇｃ）で運転されるので、蓄電装置３４の分担率を一層低下することができるうえ、運転状態にかかわらず蓄電装置３４が満充電範囲ＳＯＣｆｕｌｌになりにくくすることができ、しかして蓄電装置３４のロスを低減できる。そのうえ、作業中にエンジン１２および発電機１３が停止する場合では、蓄電装置３４の蓄電量が満充電範囲ＳＯＣｆｕｌｌに保持されて、大きな過渡変動があったような場合であっても、蓄電装置３４からの放電により円滑に作業を継続することができる。
さらに、エンジン１２および発電機１３が駆動する場合において、発電機１３は、発電機効率よく基準時間ｔｓのあいだ一定出力となるので、発電機１３出力の変動を低減することができるうえ、発電機効率の高い状態で運転することができて、発電機１３のロスが低減され、蓄電装置３４のロス、発電機１３のロスをトータルで改善できる。
【００４９】
しかも、このものにおいて、発電機１３が一定の出力値となる基準時間ｔｓを、蓄電装置３４が最大蓄電状態で満充電になるまでの時間ｔよりも少し少ない時間である基準時間ｔｓに設定したので、蓄電装置３４の充電量が満充電範囲ＳＯＣｆｕｌｌになりにくく、しかも、発電機１３の出力が一定となる時間をできるだけ長くすることができて、蓄電装置３４のロス、発電機１３のロスのトータルでの改善を一層向上させることができる。
【００５０】
さらに、本発明は、発電機および蓄電装置から電力供給される電動機として、電動機と発電機との両者の機能を備え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御時に発電機として機能することになる。尚、このような発電電動機を用いた場合、該発電電動機の消費動力の演算は、電動機として機能している場合と発電機として機能している場合とでプラス、マイナスの符号を異ならしめることで対応できる。
【００５１】
さらに、蓄電装置は、電動機の出力に対して発電機の出力に余剰がある場合には該余剰電力を蓄電し不足する場合には該不足電力を電動機に供給するとともに、該蓄電装置の蓄放電は、前記第一、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われる構成になっているが、これに限定されることはなく、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とともに、制御装置は、発電機の出力と電動機の出力との差を演算し、該差に基づいて蓄放電制御手段に制御指令を出力する。
【００５２】
また、本発明は、エンジンと作業部との動力伝達経路に発電機が設けられる構成であればよく、エンジンが動力伝導機構を介して油圧ポンプおよび発電電動機に機械的に接続されるパラレル式の制御システムに実施する場合では、発電電動機が発電機として機能する場合に、本発明を実施することができる。
【００５３】
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ともに、電動機により駆動される負荷も、ハイブリッド型建設機械の種類やサイズ、ある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】
【００５４】
本発明は、エンジンにより発電機を駆動させ、該発電機と蓄電装置とから電力供給される電動機により作業部を駆動させるハイブリッド型建設機械において、蓄電装置と発電機との効率をトータルで向上させる場合に利用することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１ ハイブリッド型油圧ショベル
１２ エンジン
１３ 発電機
１４ 発電器制御器
１６〜２０ 電動機制御器
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 制御装置
３４ 蓄電装置
３６、５０ エンジン・発電機制御部
３８ 充電量センサ
３９ 電圧センサ
４０ 発電機電流センサ
４１ 蓄電装置電流センサ
４３ 作業ダイヤル
４４ 駆動／停止基準値設定部
４５ 駆動／停止判定部
４６ 負荷演算部
４７、５３ 発電機出力指令値設定部
４８ エンジン回転数知れ位置設定部
４９ 駆動／停止切替え部
５２ 基準時間設定部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、該エンジンの動力を受けて作動する作業部と、エンジンと作業部との動力伝達経路に接続される発電機と、発電機と作業部との動力伝達経路に接続され、エンジンの動力と作業部の要求動力との差に基づいて蓄放電する蓄電装置とを設けてなるハイブリッド型建設機械において、エンジンを駆動制御するエンジン制御手段と、発電機を駆動制御する発電機制御手段と、作業部を駆動制御する作業部制御手段と、これらエンジン制御手段、発電機制御手段、作業部制御手段に制御指令を出力する制御装置とを設けるとともに、蓄電装置の充電量を検出する充電量検出手段と、充電量検出手段の検出値に基づいてエンジンおよび発電機の駆動／停止を切替える駆動／停止切替え手段と、発電機出力を任意の出力値に設定する発電機出力設定手段と、発電機が前記任意の出力値において発電機効率を高める回転数となるためのエンジン回転数を設定するエンジン回転数設定手段とを設けて、制御装置は、蓄電装置の充電量が満充電範囲でないことの判断に基づいてエンジンおよび発電機を駆動するものとし、エンジンおよび発電機の駆動時では、発電機出力設定手段により設定された制御指令を発電機に出力する一方、エンジン回転数設定手段により設定された制御指令をエンジンに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、発電機出力設定手段は、オペレータが発電機出力を任意に切替えるための発電機出力切替え手段により構成されるものとし、発電機出力切替え手段は、発電機出力切替え手段の操作値に応じて発電機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において、作業部が消費する動力を測定する負荷測定手段を設けるとともに、発電機出力設定手段は、負荷測定手段により測定される予め設定される基準時間毎の作業部の消費動力の平均値に応じて発電機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４】
請求項３において、基準時間設定手段を設け、基準時間を充電量検出手段の検出値に基づいて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１】
エンジンと、該エンジンの動力を受けて作動する作業部と、エンジンと作業部との動力伝達経路に接続される発電機と、発電機と作業部との動力伝達経路に接続され、エンジンの動力と作業部の要求動力との差に基づいて蓄放電する蓄電装置とを設けてなるハイブリッド型建設機械において、エンジンを駆動制御するエンジン制御手段と、発電機を駆動制御する発電機制御手段と、作業部を駆動制御する作業部制御手段と、これらエンジン制御手段、発電機制御手段、作業部制御手段に制御指令を出力する制御装置とを設けるとともに、蓄電装置の充電量を検出する充電量検出手段と、充電量検出手段の検出値に基づいてエンジンおよび発電機の駆動／停止を切替える駆動／停止切替え手段と、発電機出力を任意の出力値に設定する発電機出力設定手段と、発電機が前記任意の出力値において発電機効率を高める回転数となるためのエンジン回転数を設定するエンジン回転数設定手段とを設けて、制御装置は、蓄電装置の充電量が満充電範囲でないことの判断に基づいてエンジンおよび発電機を駆動するものとし、エンジンおよび発電機の駆動時では、発電機出力設定手段により設定された制御指令を発電機に出力する一方、エンジン回転数設定手段により設定された制御指令をエンジンに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、発電機出力設定手段は、オペレータが発電機出力を任意に切替えるための発電機出力切替え手段により構成されるものとし、発電機出力切替え手段は、発電機出力切替え手段の操作値に応じて発電機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において、作業部が消費する動力を測定する負荷測定手段を設けるとともに、発電機出力設定手段は、負荷測定手段により測定される予め設定される基準時間毎の作業部の消費動力の平均値に応じて発電機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４】
請求項３において、基準時間設定手段を設け、基準時間を充電量検出手段の検出値に基づいて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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−７３３６（Ｐ２０１２−７３３６Ａ）
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４２７４６（Ｐ２０１０−１４２７４６）
【出願日】平成２２年６月２３日（２０１０．６．２３）
【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１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月２３日（２０１０．６．２３）
【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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