ハイブリッド式作業機械
【課題】ミニショベルのような小型の建設機械において、簡易なハイブリッド方式を採用することで燃費の向上、排ガス特性の改善及び騒音の低減を図り、かつ排出ガス規制をクリアできる安価なハイブリッド式作業機械を提供する。
【解決手段】エンジン出力馬力の制限値ＨＥＬｅが油圧ポンプ２１のＰＱ馬力特性Ｄにより近接した設定とし、エンジン１１をダウンサイジングする。走行高速時にバッテリ３３により発電・電動機３１を電動機として作動させて出力アシストを行う。バッテリ３３の充電時は、トルク制御電磁弁４４に制御信号を出力して減トルク制御を行い、エンジン１１の余剰トルクを強制的に作り出し、急速充電を行う。
【解決手段】エンジン出力馬力の制限値ＨＥＬｅが油圧ポンプ２１のＰＱ馬力特性Ｄにより近接した設定とし、エンジン１１をダウンサイジングする。走行高速時にバッテリ３３により発電・電動機３１を電動機として作動させて出力アシストを行う。バッテリ３３の充電時は、トルク制御電磁弁４４に制御信号を出力して減トルク制御を行い、エンジン１１の余剰トルクを強制的に作り出し、急速充電を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はハイブリット式作業機械に係わり、特に小型の油圧ショベル等のハイブリッド式作業機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、油圧ショベル等の作業機械においては、燃費の向上、排ガス特性の改善及び騒音の低減等の観点から、エンジン（ディーゼルエンジン）と電動機を併用するハイブリッド式作業機械が開発され、一部実用化されている。このようなハイブリッド式作業機械の従来技術として例えば特許文献１及び特許文献２に記載のものがある。これらは、エンジンにより駆動される油圧ポンプの補助動力源として電動機を設け、バッテリからの電力により電動機を駆動する一方、エンジンにより電動機を駆動して発電し、この発電した電力をバッテリに蓄電するものである。
【０００３】
また、特許文献２では、油圧ショベルの上部旋回体を下部走行体に対して旋回駆動する旋回モータに電動機を採用し、旋回動作の減速時に発生する慣性エネルギーを電気エネルギーに変換してバッテリに蓄電するエネルギー回生を行っている。
【０００４】
一方、自動車などのいわゆるオンロード車にあっては、ディーゼルエンジンから排出されるＰＭ（パティキュレート・マター），ＮＯｘ，ＣＯ，ＨＣ等の排出量に対する排出ガス規制が実施されており、この排出ガス規制をクリアするため、例えば、特許文献３に記載のような連続再生型パティキュレートフィルター装置などの排出ガス後処理装置を搭載するなどの排出ガス浄化対策が取られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１７３０２４号公報
【特許文献２】特開２００２−２７５９４５号公報
【特許文献３】特開２００５−２８２５４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２に記載のような従来のハイブリット式建設機械は、建設機械の中では中型及び大型の建設機械を対象としているため、例えば旋回減速時に発生する慣性エネルギーも大きく、その慣性エネルギーを電気エネルギーに変換することにより、有効に利用することが可能である。しかしながらミニショベルのような小型の建設機械では、旋回動作が行われる頻度が非常に少ないばかりでなく、旋回減速時に発生する慣性エネルギーが非常に小さいために、中型及び大型の建設機械で行われているようなエネルギー回生を行うことができない。また、一般的にミニショベルのような小型の建設機械では、中型及び大型な建設機械でみられるハイブリット方式を採用することが、レイアイト面、コスト面、技術面で非常に困難である。
【０００７】
また、油圧ショベル等の作業機械などのオフロード車においても、近年、オンロード車と同様に排出ガス規制が始まり、この排出ガス規制をクリアするため、特許文献３に記載されるような連続再生型パティキュレートフィルター装置などの排出ガス後処理装置を設置することが必要になってきている。しかし、建設機械に排出ガス後処理装置を設置することは非常にコスト高となり、売価高になる傾向がある。特に、特許文献１及び２に記載のようなハイブリッド式建設機械に排出ガス後処理装置を設置することは、排出ガス対策とハイブリッド化の両面からコスト高となり、機械全体の価格が非常に高価となる。ミニショベルのような小型の建設機械においては、売価高は極力避けなければならない。
【０００８】
本発明の目的は、ミニショベルのような小型の建設機械において、簡易なハイブリッド方式を採用することで燃費の向上、排ガス特性の改善及び騒音の低減を図り、かつ排出ガス規制をクリアできる安価なハイブリッド式作業機械を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、エンジンと、このエンジンによって駆動される油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出油によって駆動される走行用油圧モータを含む複数の油圧アクチュエータと、走行用操作装置と、走行速度切替スイッチと、前記エンジンに接続された発電・電動機と、蓄電装置とを有し、前記走行用油圧モータは、前記走行速度切換スイッチの指示に基づいて低速大容量モードと高速小容量モードとに切り換え可能であるハイブリッド式建投機械において、前記走行用油圧モータが高速小容量モードにありかつ前記走行操作装置が操作された運転状態である走行高速時に、前記蓄電装置からの電力により前記発電・電動機を駆動して電動機として作動させ、前記エンジンの出力トルク不足分を補うように制御する制御装置を設けたものとする。
【００１０】
このように走行高速時に発電・電動機を駆動して電動機として作動させエンジンの出力トルク不足分を補うことにより、エンジンの定格出力馬力を掘削作業等の油圧ポンプの必要油圧馬力が少ない状態で設定でき、エンジンの定絡出力馬力を下げることでエンジンをダウンサイジングすることが可能になり、燃費の向上、排ガス特性の改善及び騒音の低減が可能となる。また、排ガス特性が改善されるため、排出ガス後処理装置の小型化或いは簡略化が可能となり、場合によっては排出ガス後処理装置をなくすことも可能であり、これによりエンジンのダウンサイジング化によるコスト低減と相まってエンジンの製作コストを低減することができ、機械全体の価格を安くすることができる。更に、アクチュエータ側には発電機等の電気機器を装着しないため、簡易なハイブリッド方式となり、ハイブリッド化によるコストアップの影響を最小に留めることが可能であるとともに、簡易なハイブリッド方式であるためミニショベルのような小型の建設機械であってもレイアウト面の困難性を回避することができる。
【００１１】
（２）上記(１)において、好ましくは、前記制御装置は、前記蓄電装置の充電状態が不十分である場合は、前記油圧ポンプの吸収トルクを下げる減トルク制御を行って前記エンジンの余剰トルクを強制的に作り出す。
【００１２】
これにより蓄電装置の急速充電が可能となる。
【００１３】
（３）上記(２)において、好ましくは、前記制御装置は、前記走行速度切替スイッチが走行高速を指示しかつ前記走行操作装置が操作されたときに前記蓄電装置の充電状態が不十分である場合は、前記走行速度切替スイッチの走行高速の指示を無効にして、前記走行用油圧モータを低速大容量モードに制御する。
【００１４】
これにより蓄電装置の急速充電を確実に行うことができる。
【００１５】
（４）また、上記(１)において、好ましくは、前記制御装置は、前記走行高速時以外の運転状態では、前記油圧ポンプを前記エンジン出力トルクのみで駆動するとともに、前記エンジンに余剰トルクがあるときは、その余剰トルクによって前記発電・電動機を駆動して発電機として作動させ、その発電電力を前記蓄電装置に蓄電させる。
【００１６】
これにより走行高速時以外の運転状態で、エンジンに余剰トルクがある場合は、減トルク制御をすることなく、蓄電装置の充電を行うことができる。
【００１７】
（５）また、上記(１)〜(４)において、好ましくは、前記エンジンの出力馬力を、前記走行高速時に、前記油圧ポンプに必要とされる油圧馬力を賄うことができない大きさの設定とする。
【００１８】
これによりエンジンがダウンサイジング化され、燃費の向上、排ガス特性の改善及び騒音の低減を図り、かつ排出ガス規制をクリアできる安価なハイブリッド式作業機械を提供することができる。
【００１９】
（６）更に、上記(１)〜(４)において、好ましくは、前記エンジンの出力馬力を、前記走行高速時以外の運転状態では、前記油圧ポンプに必要とされる油圧馬力を賄うことができ、前記走行高速時には、前記油圧ポンプに必要とされる油圧馬力を賄うことができない大きさの設定とする。
【００２０】
これによりエンジンがダウンサイジング化され、燃費の向上、排ガス特性の改善及び騒音の低減を図り、かつ排出ガス規制をクリアできる安価なハイブリッド式作業機械を提供することができる。
【００２１】
（７）また、上記(１)〜(４)において、より好ましくは、前記エンジンの出力馬力を、排ガス規制対象のエンジン出力馬力より小さい設定とする。
【００２２】
これにより高価で複雑な排出ガス後処理装置を搭載する必要がなくなり、機械全体の価格を大きく下げることができる。
【００２３】
（８）また、本発明は、エンジンと、このエンジンによって駆動される油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出油によって駆動される走行用油圧モータを含む複数の油圧アクチュエータと、走行用操作装置と、走行速度切替スイッチと、前記エンジンに接続された発電・電動機と、蓄電装置とを有し、前記走行用油圧モータは、前記走行速度切換スイッチの指示に基づいて低速大容量モードと高速小容量モードとに切り換え可能であるハイブリッド式建投機械において、前記蓄電装置の充電状態が不十分である場合は、前記油圧ポンプの吸収トルクを下げる減トルク制御を行って前記エンジンの余剰トルクを強制的に作り出す制御装置を設け、前記制御装置は、前記走行速度切替スイッチが走行高速を指示しかつ前記走行操作装置が操作されたときに前記蓄電装置の充電状態が不十分である場合は、前記走行速度切替スイッチの走行高速の指示を無効にして、前記走行用油圧モータを低速大容量モードに制御するものとする。
【００２４】
これによりエンジンをダウンサイジングした場合でも、エンジンに過負荷を与えることなく或いは場合によっては過負荷によってエンジンをストールさせることなく、蓄電装置の急速充電を確実に行うことができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、走行高速時に発電・電動機を駆動して電動機として作動させエンジンの出力トルク不足分を補うため、エンジンの定格出力馬力を掘削作業等の油圧ポンプの必要油圧馬力が少ない状態で設定でき、エンジンの定絡出力馬力を下げることでエンジンをダウンサイジングすることが可能になり、燃費の向上、排ガス特性の改善及び騒音の低減が可能となる。また、排ガス特性が改善されるため、排出ガス後処理装置の小型化或いは簡略化が可能となり、場合によっては排出ガス後処理装置をなくすことも可能であり、これによりエンジンのダウンサイジング化によるコスト低減と相まってエンジンの製作コストを低減することができ、機械全体の価格を安くすることができる。更に、アクチュエータ側には発電機等の電気機器を装着しないため、簡易なハイブリッド方式となり、ハイブリッド化によるコストアップの影響を最小に留めることが可能であるとともに、簡易なハイブリッド方式であるためミニショベルのような小型の建設機械であってもレイアウト面の困難性を回避することができる。
【００２６】
また、油圧ポンプの減トルク制御を行うことにより蓄電装置の急速充電が可能となり、しかもその蓄電装置の急速充電を確実に行うことができる。
【００２７】
更に、走行高速時以外の運転状態で、エンジンに余剰トルクがある場合は、減トルク制御をすることなく、蓄電装置の充電を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施例に係わるハイブリッド式建投機械の駆動システムを示す図である。
【図２】ポンプレギュレータの構成の詳細を示す図である。
【図３】ポンプレギュレータのトルク制御部の機能を示すポンプトルク特性図である。
【図４】油圧系のコントロールバルブと複数の油圧アクチュエータのうち、左右の走行用油圧モータに係わる油圧回路部分を示す図である。
【図５】本実施の形態に係わる油圧ショベルの外観を示す図である。
【図６】図６（Ａ）は従来の一般的なミニショベルのエンジン出力馬力の制限値と油圧ポンプのＰＱ特性（馬力特性）と出力使用範囲との関係を示す図であり、図６（Ｂ）は同ミニショベルのエンジン出力馬力特性と出力使用範囲との関係を示す図である。
【図７】図７（Ａ）は本実施の形態のミニショベルのエンジン出力馬力と油圧ポンプのＰＱ特性（馬力特性）と出力使用範囲との関係を示す図であり、図７（Ｂ）は同ミニショベルのエンジン出力馬力特性と出力使用範囲との関係を示す図である。
【図８】本実施の形態のミニショベルにおける減トルク制御時のエンジン出力馬力と油圧ポンプのＰＱ特性との関係を示す図である。
【図９】電動機による出力アシスト制御の処理手順を示すフローチャートである。
【図１０】バッテリの充電制御の処理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】
【００２９】
図１は、本発明の一実施例に係わるハイブリッド式建投機械の駆動システムを示す図である。建設機械は小型の油圧ショベルである。
【００３０】
図1において、１はエンジン系であり、２は油圧系であり、３は発電電動系であり、４は制御系である。
【００３１】
エンジン系１は、ディーゼルエンジン１１と、エンジンコントロールダイヤル１２と、エンジンコントローラ１３と、電子ガバナ１４とを備えている。ディーゼルエンジン１１は、後述する如く、従来のものよりもダウンサイジングした（エンジン出力の小さい）エンジンである。
【００３２】
エンジンコントロールダイヤル１２はオペレータの操作によりエンジンの目標回転数を指示するものであり、エンジンコントローラ１３はエンジンコントロールダイヤル１２からの目標回転数信号を入力し、所定の演算処理を行って目標燃料噴射量を求め、電子ガバナ１４を制御することによりエンジンの各気筒に噴射される燃料噴射量を制御し、エンジン出力トルクと回転数を制御する。また、エンジンコントローラ１３はエンジン負荷率を演算し、エンジン負荷率情報を生成する。エンジン負荷率は、例えば、最大燃料噴射量に対する目標燃料噴射量の割合を演算することにより求められる。
【００３３】
エンジン１の出力軸は大径ギヤ６ａと小径ギヤ６ｂからなる動力分配機６を介して油圧系２と発電電動系３に接続されている。
【００３４】
油圧系２は、油圧ポンプ２１及びパイロットポンプ２２と、コントロールバルブ２３と、複数の油圧アクチュエータ２４ａ〜２４ｈと、複数の操作装置２５，２６とを備えている。
【００３５】
油圧ポンプ２１はエンジン１１の出力軸に動力分配機６を介して接続され、エンジン１１により駆動される。油圧ポンプ２１から吐出された圧油はコントロールバルブ２３を介して複数の油圧アクチュエータ２４ａ〜２４ｈに供給され、それぞれの被駆動体を駆動する。油圧ポンプ２１は可変容量型であり、押しのけ容積可変機構（例えば斜板）２１ａと、押しのけ容積可変機構２１ａの傾転位置を調整し、油圧ポンプの容量を制御するポンプレギュレータ２７を備えている。
【００３６】
複数の油圧アクチュエータ２４ａ〜２４ｈは、左右の走行用油圧モータと、それ以外の油圧アクチュエータを含み、それ以外の油圧アクチュエータは、例えば、ブーム用油圧シリンダ、アーム用油圧シリンダ、バケット用油圧シリンダ、スイング用油圧シリンダ、ブレード用油圧シリンダを含む。
【００３７】
コントロールバルブ２３は複数の油圧アクチュエータ２４ａ〜２４ｈに対応する複数のメインスプールを内蔵し、これらメインスプールは操作装置２５，２６から出力される油圧信号により切換操作される。操作装置２５は左右の走行用の操作装置を代表したものであり、操作装置２６は走行以外の操作装置を代表したものである。
【００３８】
発電電動系３は、発電・電動機３１と、インバータ３２と、バッテリ（蓄電装置）３３と、バッテリコントローラ３４と、操作パネル３５とを備えている。
【００３９】
発電・電動機３１はエンジン１１の出力軸に動力分配機６を介して接続され、エンジン１１に余剰トルクがあるときは、その余剰トルクによって駆動されて発電機として作動する。発電・電動機３１が発生した電気エネルギはインバータ３２を介してバッテリ３３に蓄電される。また、発電・電動機３１は、バッテリ３３の蓄電量が規定値以上でありかつ油圧ポンプ２１をアシスト駆動する必要があるときは、インバータ３２を介してバッテリ３３の電気エネルギが供給され、電動機として作動する。バッテリコントローラ３４はバッテリ３３の蓄電量を監視し、操作パネル３５はその蓄電量に係わる情報（蓄電情報）を表示する。
【００４０】
制御系４は、走行速度切換スイッチ４１と、走行の操作パイロット圧センサ４２と、走行以外の操作パイロット圧センサ４３と、トルク制御電磁弁４４と、走行速度切替電磁弁４５と、車体コントローラ４６とを備え、車体コントローラ４６は、走行速度切換スイッチ４１、操作パイロット圧センサ４２，４３、トルク制御電磁弁４４、走行速度切替電磁弁４５と電気的に接続されている。また、車体コントローラ４６はインバータ３２、バッテリコントローラ３４及びエンジンコントローラ１３とも電気的に接続されている。車体コントローラ４６は、走行速度切換スイッチ４１の指示信号、操作パイロット圧センサ４２，４３の検出信号、バッテリコントローラ３４の蓄電情報及びエンジンコントローラ１３のエンジン負荷率情報を入力し、所定の演算処理を行い、インバータ３２、トルク制御電磁弁４４及び走行速度切替電磁弁４５に制御信号を出力する。
【００４１】
図２はポンプレギュレータ２７の構成の詳細を示す図である。
【００４２】
ポンプレギュレータ２７は、複数の操作装置２５，２６の操作量に基づく要求流量に応じた流量を吐出するよう油圧ポンプ２１の押しのけ容積可変機構２１ａの傾転位置を制御する(したがって油圧ポンプの容量を制御する）ＬＳ制御部等の要求流量応答制御部と、油圧ポンプ２１の最大吸収トルクを予め定められた値を超えないように油圧ポンプ２１の押しのけ容積可変機構２１ａの最大傾転位置を制御する(したがって油圧ポンプの最大容量を制御する）トルク制御部とを有している。図２は、図示の簡略化のため、トルク制御部のみ図示している。また、動力分配機６は図示を省略している。
【００４３】
図２において、ポンプレギュレータ２７は、油圧ポンプ２１の押しのけ容積可変機構２１ａに作動的に連結された制御スプール２７ａと、この制御スプール２７ａに対して油圧ポンプ２１の容量増加方向に作用する第１及び第２の２つのバネ２７ｂ，２７ｃと、スプール２７ａに対して油圧ポンプ２１の容量減少方向に作用する第１及び第２の２つの受圧部２７ｄ，２７ｅとを有している。第１受圧部２７ｄには油圧ポンプ２１の吐出圧力がパイロットライン２７ｆを介して導入され、第２受圧部２７ｅにはトルク制御電磁弁４４からの制御圧力が制御油路２７ｇを介して導入される。第１及び第２バネ２７ｂ，２７ｃは油圧ポンプ２１の最大吸収トルクを設定するものであり、第２受圧部２７ｅはその最大吸収トルクを調整する（減トルク制御する）ものである。第１バネ２７ｂは第２バネ２７ｃよりも長く、制御スプール２７ａが図示の初期位置にあるときは第１バネ２７ｂのみが制御スプール２７ａに接触して、制御スプール２７ａを図示右方向に付勢する。制御スプール２７ａが図示左方向にある程度移動すると第２バネ２７ｃも制御スプール２７ａに接触して、第１及び第２バネ２７ｂ，２７ｃの両方が制御スプール２７ａを図示右方向に付勢する。
【００４４】
トルク制御電磁弁４４は、車体コントローラ４６から制御信号が出力されていないときは図示のＯＦＦ位置にあり、ポンプレギュレータ２７の第２受圧部２７ｅをタンクに連通させる。車体コントローラ４６から制御信号が出力されると、トルク制御電磁弁４４はＯＮ位置に切り換えられ、第２受圧部２７ｅに制御圧力としてパイロットポンプ２２の吐出圧力が導かれる。パイロットポンプ２２の吐出圧力はパイロットリリーフ弁２８により一定の値（例えば４Ｍｐａ）に保たれている。
【００４５】
図３はポンプレギュレータ２７のトルク制御部の機能を示すポンプトルク特性図であり、横軸は油圧ポンプ２１の吐出圧力を示し、縦軸は油圧ポンプ２１の容量を示している。
【００４６】
また、図３において、符号ＴＰ１及びＴＰ２で示される２つの直線（実線）からなる折れ曲がり線は第１及び第２の２つのバネ２７ｂ，２７ｃにより設定される最大吸収トルク特性であり、符号ＴＰ３及びＴＰ４で示される２つの直線（一点鎖線）からなる折れ曲がり線はトルク制御電磁弁４４からの制御圧力によって減トルク制御された最大吸収トルク特性である。符号ＴＥＬで示される曲線はエンジン１１の最大出力トルクＴＥmaxを基準として、それよりも所定の余裕分だけ小さくなるように設定されたエンジン１１の制限トルクである。
【００４７】
ポンプレギュレータ２７のトルク制御部は、油圧ポンプ２１の吐出圧力に応じて油圧ポンプ２１の押しのけ容積改変機構２１の最大傾転位置(したがって油圧ポンプ２１の最大容量）を制限することで油圧ポンプ２１の最大吸収トルクを制限するものである。トルク制御電磁弁４４が図２に示すＯＦＦ位置にあるとき、ポンプレギュレータ２７の第２受圧部２７ｅはタンクに連通し、最大吸収トルク特性は第１及び第２の２つのバネ２７ｂ，２７ｃによって実線の直線ＴＰ１，ＴＰ２からなる折れ曲げ線のように設定される。この場合、油圧ポンプ２１の吐出圧力の上昇時に吐出圧力が第１の値Ｐ１を超える前は、油圧ポンプ２１の吐出圧力が導かれる第１受圧部２７ｄの油圧力は第１バネ２７ｂの付勢力より小さく、油圧ポンプ２１の最大容量はｑｍａｘに維持される。すなわち、油圧ポンプ２１の容量は要求流量応答制御部の制御によりｑｍａｘまで上昇することができる。油圧ポンプ２１の吐出圧力が更に上昇して第１の値Ｐ１を超えると、油圧ポンプ２１の吐出圧力が導かれる第１受圧部２７ｄの油圧力は第１バネ２７ｂの付勢力より大きくなり、制御スプール２７ａは図示左方向に移動して、油圧ポンプ２１の最大容量は折れ曲げ線の直線ＴＰ１に沿って減少する。これにより要求流量応答制御部により制御される油圧ポンプ２１の容量は直線ＴＰ１が規定する最大容量以下に制限され、油圧ポンプ２１の吸収トルク（ポンプ吐出圧力と容量の積）はエンジン１１の制限トルクＴＥＬを超えないように制御される。
【００４８】
油圧ポンプ２１の吐出圧力が更に上昇して第２の値Ｐ２を超えると、制御スプール２７ａは第２バネ２７ｃにも接触して、油圧ポンプ２１の吐出圧力の上昇量に対する制御スプール２７ａの移動量の割合（油圧ポンプ２１の容量の減少割合）は減少し、油圧ポンプ２１の最大容量は直線ＴＰ１よりも傾きの小さい直線ＴＰ２に沿って減少する。この場合も、油圧ポンプ２１の吸収トルクはエンジン１１の制限トルクＴＥＬを超えないように制御される。油圧ポンプ２１の吐出圧力がメインリリーフ弁２９の設定圧力に達すると、それ以上油圧ポンプ２１の吐出圧力の上昇は阻止される。
【００４９】
トルク制御電磁弁４４がＯＮ位置に切り換わると、第２受圧部２７ｅに制御圧力が導かれ、制御スプール２７ａには第２受圧部２７ｅの油圧力が第１及び第２バネ２７ｂ，２７ｃの付勢力に対向して作用する。これにより第１及び第２バネ２７ｂ，２７ｃによる最大吸収トルクの設定は、第２受圧部２７ｅの油圧力の分だけ減少するよう調整され、最大吸収トルク特性は、実線の直線ＴＰ１，ＴＰ２からなる折れ曲げ線から一点鎖線の直線ＴＰ３，ＴＰ４からなる折れ曲げ線へとシフトする。その結果、油圧ポンプ２１の吐出圧力の上昇時、油圧ポンプ２１の最大容量は折れ曲げ線の一点鎖線の直線ＴＰ３，ＴＰ４に沿って減少する。このときの油圧ポンプ２１の最大吸収トルク（ポンプ吐出圧力と最大容量の積）は直線ＴＰ１，ＴＰ２の最大吸収トルクに比べて小さくなり、エンジン１１の余剰トルクが強制的に作り出される。本願明細書では、この制御を減トルク制御という。
【００５０】
図４は、油圧系のコントロールバルブと複数の油圧アクチュエータのうち、左右の走行用油圧モータに係わる油圧回路部分を示す図である。図中、左右の走行用のメインスプールを符号２３ａ，２３ｂで示し、左右の走行用油圧モータを符号２４ａ，２４ｂで示している。左右の油圧モータ２４ａ，２４ｂはメインスプール２３ａ，２３ｂを介して油圧ポンプ２１に接続されている。
【００５１】
左右の油圧モータ２４ａ，２４ｂはそれぞれ可変容量型であり、押しのけ容積可変機構（斜板）２４ａ１，２４ｂ１と、押しのけ容積可変機構２４ａ１，２４ｂ１をそれぞれ駆動する制御ピストン２４ａ２，２４ｂ２とを備えている。制御ピストン２４ａ２，２４ｂ２の一側には受圧部２４ａ３，２４ｂ３が形成され、その反対側にはバネ２４ａ４，２４ｂ４が配置されている。
【００５２】
走行速度切替電磁弁４５が図示のＯＦＦ位置にあるとき、制御ピストン２４ａ２，２４ｂ２の受圧部２４ａ３，２４ｂ３はタンクに連通しており、制御ピストン２４ａ２，２４ｂ２はバネ２４ａ４，２４ｂ４の力で押されて図示の位置にあって、押しのけ容積可変機構２４ａ１，２４ｂ１は大傾転位置(大容量位置)に保持されている。走行速度切替電磁弁４５がＯＮ位置に切り換えられると、制御ピストン２４ａ２，２４ｂ２の受圧部２４ａ３，２４ｂ３に制御圧力としてパイロットポンプ２２の吐出圧力が導かれ、これにより制御ピストン２４ａ２，２４ｂ２が作動して、押しのけ容積可変機構２４ａ１，２４ｂ１は大傾転位置（大容量位置）から小傾転位置（小容量位置）へと切り換えられる。大傾転位置では油圧モータ２４ａ，２４ｂは低速回転が可能であり、走行低速に適した状態となり、小傾転位置では油圧モータ２４ａ，２４ｂは高速回転が可能であり、走行高速に適した状態となる。本明細書では、押しのけ容積可変機構２４ａ１，２４ｂ１が大傾転位置にあるときの状態を油圧モータ２４ａ，２４ｂの低速大容量モードといい、押しのけ容積可変機構２４ａ１，２４ｂ１が小傾転位置にあるときの状態を油圧モータ２４ａ，２４ｂの高速小容量モードという。
【００５３】
図５は本実施の形態に係わる油圧ショベルの外観を示す図である。
【００５４】
油圧ショベルは、下部走行体１０１と、この下部走行体１０１上に旋回可能に搭載された上部旋回体１０２と、この上部旋回体１０２の先端部分にスイングポスト１０３を介して上下及び左右方向に回動可能に連結されたフロント作業機１０４とを備えている。下部走行体１０１はクローラ方式であり、トラックフレーム１０５の前方側に上下動可能な排土用のブレード１０６が設けられている。上部旋回体１０２は基礎下部構造をなす旋回台１０７と、旋回台１０７上に設けられたキャビン（運転室）１０８とを備えている。フロント作業機１０４はブーム１１１と、アーム１１２と、バケット１１３とを備え、ブーム１１１の基端はスイングポスト１０３にピン結合され、ブーム１１１の先端はアーム１１２の基端にピン結合され、アーム１１２の先端はバケット１１３にピン結合されている。
【００５５】
上部旋回体１０２は下部走行体１０１に対して図示しない旋回モータにより旋回駆動され、スイングポスト１０３及びフロント作業機１０４は旋回台１０７に対してスイングシリンダ２４ｇにより左右に回動駆動され、ブーム１１１、アーム１１２、バケット１１３は、それぞれ、ブームシリンダ２４ｃ、アームシリンダ２４ｄ、バケットシリンダ２４ｅを伸縮することにより上下に回動駆動される。下部走行体１０１は左右の走行モータ２４ａ，２４ｂにより回転駆動され、ブレード１０６はブレードシリンダ２４ｈにより上下に駆動される。
【００５６】
次に、本発明の動作原理とエンジン１１の出力馬力の設定について説明する。
【００５７】
図６（Ａ）は従来の一般的なミニショベルのエンジン出力馬力の制限値と油圧ポンプのＰＱ特性（馬力特性）と出力使用範囲との関係を示す図であり、図６（Ｂ）は同ミニショベルのエンジン出力馬力特性と出力使用範囲との関係を示す図である。図６（Ａ）の横軸は油圧ポンプの吐出圧力を示し、縦軸は油圧ポンプの吐出流量を示している。図６（Ｂ）の横軸はエンジンの回転数を示し、縦軸はエンジンの出力馬力を示している。
【００５８】
まず、油圧ポンプのＰＱ特性について説明する。油圧ポンプのＰＱ特性とは、ある最大吸収トルク特性を持つ油圧ポンプをエンジンで駆動して回転させ、作業を行ったときに得られる油圧ポンプの出力馬力特性である。図６（Ａ）の油圧ポンプのＰＱ特性は、一例として、図３に示した最大吸収トルク特性を持つ油圧ポンプ２１の場合のものであり、かつエンジン回転数が定格最大回転数にある場合のものである。図６（Ａ）のエンジン出力馬力の制限値と図６（Ｂ）のエンジン出力馬力特性も、同様に、エンジン回転数が定格最大回転数にある場合のものである。
【００５９】
一般的なミニショベルの作業状態として、走行高速と走行低速と通常作業とを考える。図６（Ａ）及び図６（Ｂ）中、Ａは走行高速時の出力使用範囲、Ｂは走行低速時の出力使用範囲、Ｃは通常作業時の出力使用範囲を示している。走行高速とは、走行用の油圧モータ２４ａ，２４ｂが高速小容量モードにありかつ走行用の操作装置２５が操作されて走行している状態をいい、走行低速とは、走行用の油圧モータ２４ａ，２４ｂが低速大容量モードにありかつ走行用の操作装置２５が操作されて走行している状態をいう。通常作業とは、走行以外の操作装置２６（特にフロント作業機１０４に係わる油圧アクチュエータ１１１，１１２，１１３及び旋回モータのいずれかに係わる操作装置）が操作されて作業を行っている状態をいう。
【００６０】
図６（Ａ）のＨＥＬｃはエンジン出力馬力の制限値であり、ＨＥｍａｘｃはエンジンの最大出力馬力である。エンジン出力馬力の制限値ＨＥＬｃは、エンジンの最大出力馬力ＨＥｍａｘｃよりも所定の余裕分だけ小さくなるように設定されている。
【００６１】
走行高速時はスピード（流量）が必要なため、そのときの油圧ポンプ２１の出力は最も大きく、エンジン出力馬力の制限値ＨＥＬｃは、この走行高速時の油圧ポンプ２１の出力使用範囲Ａに対してある程度の余裕Ｘ１を持たせて設定されている。
【００６２】
一方、ポンプレギュレータ２７の最大吸収トルク特性（図３）は、第１及び第２の２つのバネ２７ｂ，２７ｃによって実線の直線ＴＰ１，ＴＰ２からなる折れ曲げ線のように設定されるため、油圧ポンプ２１のＰＱ特性も同様に符号Ｄで示すように折れ曲げ線形状となり、通常作業時ではエンジン出力馬力の制限値ＨＥＬｃに対して油圧ポンプ２１の出力使用範囲ＢがＸ２と大きく離れて、余裕がありすぎる状態となる。これは、エンジン出力馬力をフルに使用していないことを意味する。
【００６３】
図７（Ａ）は本実施の形態のミニショベルのエンジン出力馬力と油圧ポンプのＰＱ特性（馬力特性）と出力使用範囲との関係を示す図であり、図７（Ｂ）は同ミニショベルのエンジン出力馬力特性と出力使用範囲との関係を示す図である。
【００６４】
本実施の形態では、エンジン１１の最大出力馬力ＨＥｍａｘｅを図６（Ｂ）に示した従来のエンジン最大出力馬力ＨＥｍａｘｃよりも小さくし、エンジン出力馬力の制限値ＨＥＬｅが油圧ポンプ２１のＰＱ馬力特性Ｄにより近接した設定とする。更に言えば、本実施の形態では、エンジン１１の最大出力馬力ＨＥｍａｘｅを通常作業及び走行低速時である走行高速時以外の運転状態では、油圧ポンプ２１に必要とされる油圧馬力を賄うことができ、走行高速時に油圧ポンプ２１に必要とされる油圧馬力を賄うことができない大きさの設定とする。通常作業時の出力使用範囲Ｃは、油圧ポンプ２１のＰＱ特性Ｄの曲げ線形状の凹部により生じる余裕Ｘ３を利用して確保する。
【００６５】
そして、走行高速時にはバッテリ３３により発電・電動機３１を電動機として作動させて出力アシストを行う。図７（Ａ）の点線ＨＥＬｅ＋ＨＭは出力アシスト後のエンジン出力馬力ＨＥＬｅと電動機出力馬力ＨＭの合計の出力馬力である。
【００６６】
このようにエンジン１１の出力馬力を従来よりも小さくし、エンジン出力馬力の制限値ＨＥＬｅを油圧ポンプ２１のＰＱ馬力特性Ｄに近接させることにより、エンジン１１の出力馬力をフルに使用できるようになり、エンジン１１をダウンサイジング（小さいエンジン）することが可能となる。エンジン１１をダウンサイジングすることにより低燃費化、エンジン１１から排出される有害なガスの量の低減、及び騒音の低減が可能となる。また、排出ガス後処理装置の小型化或いは簡略化が可能となり、エンジン１１のダウンサイジング化によるコスト低減と相まってエンジンの製作コストを低減することができ、機械全体の価格を安くすることができる。更に、アクチュエータ側には発電機等の電気機器を装着しないため、簡易なハイブリッド方式となり、ハイブリッド化によるコストアップの影響を最小に留めることが可能であるとともに、簡易なハイブリッド方式であるためミニショベルのような小型の建設機械であってもレイアウト面の困難性を回避することができる。
【００６７】
更に、エンジン１１の出力帯によっては排出ガス後処理装置をなくすことが可能であり、機械全体の価格を更に安くすることができる。
【００６８】
すなわち、現在の作業機械（オフロード車）に対する排出ガス規制は、出力１９ｋＷ以上のエンジンを搭載した車両に対して適用され、出力１９ｋＷ未満のエンジンを搭載した車両は適用外となっている。本実施の形態では、エンジン１１を、好ましくは、排ガス規制適用外の出力である１９ｋＷ未満のエンジン、例えば出力１８ｋＷのエンジンとする。このようにエンジン出力を１９ｋＷ未満とすることで、高価で複雑な排出ガス後処理装置を搭載する必要がなくなり、機械全体の価格を大きく下げることができる。
【００６９】
図８は本実施の形態のミニショベルにおける減トルク制御時のエンジン出力馬力と油圧ポンプのＰＱ特性との関係を示す図である。
【００７０】
本実施の形態では、上述したように、走行高速時は、バッテリ３３により発電・電動機３１を電動機として作動させてエンジン出力をアシストする。このためバッテリ３３を充電するための仕組みを確保する必要がある。
【００７１】
ここで、バッテリ３３の充電は、通常作業時或いは走行低速時にエンジン出力の余裕分で行えることが好ましい。しかし、エンジンをダウンサイジングした場合、バッテリ３３の残量が著しく少ない状態では、充電時間が必要以上に掛かってしまう可能性がある。また、走行高速時には必要な充電状態が確保できなくなってしまう可能性がある。そこで、バッテリ３３の充電時は、トルク制御電磁弁４４に制御信号を出力して減トルク制御を行い、図３の最大吸収トルク特性を実線の直線ＴＰ１，ＴＰ２から一点鎖線の直線ＴＰ３，ＴＰ４にシフトすることで、図８のＰＱ特性をＤからＤｒにシフトする。そして、この減トルク制御により油圧ポンプ２１の出力を低下させてエンジン１１の余剰トルク乃至は余剰馬力を強制的に作り出し、急速充電を行う。
【００７２】
次に、図９及び図１０を用いて上述した本発明の動作原理を実現する車体コントローラ４６の制御機能について説明する。図９は電動機による出力アシスト制御の処理手順を示すフローチャートであり、図１０はバッテリの充電制御の処理手順を示すフローチャートである。
【００７３】
＜図９：電動機による出力アシスト制御＞
車体コントローラ４６は走行速度切換スイッチ４１の指示信号を入力し、走行速度切換スイッチ４１が走行高速を指示しているかどうかを判定する（ステップＳ１００）。走行速度切換スイッチ４１が走行高速を指示していなければ何もせず、この判定処理を繰り返す。走行速度切換スイッチ４１が走行高速を指示していれば、次に走行の操作パイロット圧センサ４２の検出信号を入力し、走行用の操作装置２５が操作されたかどうかを判定する（ステップＳ１１０）。走行用の操作装置２５が操作されていなければ何もせず、ステップＳ１００及びＳ１１０の処理を繰り返す。走行用の操作装置２５が操作されていれば、次にバッテリコントローラ３４から蓄電情報を入力し、バッテリ３３の蓄電状態が不十分であるかどうかを判定する（ステップＳ１２０）。この判定は、例えばバッテリ３３の充電率が３０％以下であるかどうかを判定することにより行う。そして、バッテリ３３の充電率が３０％以上であればバッテリ３３の電力を電動・発電機３１に供給して電動・発電機３１を電動機として作動させ、出力アシストを行う（ステップＳ１３０）。これにより図７（Ａ）に点線で示すように、エンジン出力馬力ＨＥＬｅに電動機出力馬力ＨＭを加算したＨＥＬｅ＋ＨＭの馬力が得られ、走行高速時の出力使用範囲Ａに対して余裕が確保される。また、走行速度切替電磁弁４５に制御信号を出力してＯＮ位置に切り換え、走行用の油圧モータ２４ａ，２４ｂの押しのけ容積可変機構２４ａ１，２４ｂ１を大傾転位置から小傾転位置へと切り換える（ステップＳ１４０）。これにより高速走行が可能となる。
【００７４】
一方、ステップＳ１２０において、バッテリ３３の充電率が３０％以下である場合は、走行速度切換スイッチ４１が走行高速を指示しているにも係わらず、走行速度切替電磁弁４５をＯＦＦ位置に保持し、走行用の油圧モータ２４ａ，２４ｂを大傾転（大容量）位置のままとする。そして、このときは、以下に説明するバッテリ充電制御によりバッテリの充電が行われる。
＜図１０：バッテリの充電制御＞
車体コントローラ４６は、バッテリコントローラ３４から蓄電情報を入力し、バッテリ３３の蓄電状態が不十分であるかどうか、例えばバッテリ３３の充電率が３０％以下であるかどうかを判定する（ステップＳ２２０）。バッテリ３３の充電率が３０％以上であれば何もせず、この判定処理を繰り返す。バッテリ３３の充電率が３０％以下であれば、次に走行の操作パイロット圧センサ４２及び走行以外の操作パイロット圧センサ４３の検出信号を入力し、走行用の操作装置２５及びそれ以外の操作装置２６のいずれかが操作されているかどうか（すなわち、現在、オペレータが油圧ショベルを操作中であるかどうか）を判定し（ステップＳ２１０）、いずれの操作装置も操作されていない場合（すなわち、油圧ショベルが非操作中である場合）は、次に車体コントローラ４６はトルク制御電磁弁４４に制御信号を出力している状態であるかどうか（減トルク制御がＯＮであるかどうか）を判定し（ステップＳ２２０）、制御信号が出力されている場合は制御信号の出力を停止して（減トルク制御をＯＦＦにして）（ステップＳ２３０）、エンジン１１の出力トルク（出力馬力）によって充電を開始する（ステップＳ２４０）。すなわち、エンジン１１の出力トルク（出力馬力）によって発電・電動機３１を駆動して発電機として作動させ、その発電電力をバッテリ３３に蓄電する。車体コントローラ４６がトルク制御電磁弁４４に制御信号を出力していない場合は、直ちにエンジン１１の出力トルクによる充電を開始する（ステップＳ２４０）。次にバッテリ３３の蓄電状態が十分であるかどうか、例えばバッテリ３３の充電率が７０％を超えたかどうかを判定し（ステップＳ２５０）、バッテリ３３の充電率が７０％を超えていなければステップＳ２１０の処理に戻り、ステップＳ２１０〜Ｓ２５０の処理を繰り返す。バッテリ３３の充電率が７０％を超えれば、エンジン１１の出力トルクによる充電を終了する（ステップＳ３２０）。
【００７５】
一方、ステップＳ２１０において、いずれかの操作装置（走行用の操作装置及びそれ以外の操作装置のいずれか）が操作されている場合は、次に車体コントローラ４６はエンジンコントローラ１３から負荷率情報を入力し、エンジン１１の負荷率に基づいてエンジン１１に余剰トルクがあるかどうかを判定する（ステップＳ２６０）。この判定では、例えば、負荷率にしきい値（例えば７０％）を設定しておき、負荷率がしきい値以下であればエンジン１１に余剰トルクがあると判定する。そして、エンジン１１に余剰トルクがない場合は、トルク制御電磁弁４４に制御信号を出力して減トルク制御を行い（ステップＳ２７０）、図３の最大吸収トルク特性を実線の直線ＴＰ１，ＴＰ２から一点鎖線の直線ＴＰ３，ＴＰ４にシフトすることで、図８のＰＱ特性をＤからＤｒにシフトする。そして、この減トルク制御によりエンジン１１の余剰トルク及び余剰馬力を強制的に作り出し、充電を開始する（ステップＳ２０８）。エンジン１１に余剰トルクがある場合は、直ちにその余剰トルクによる充電を開始する（ステップＳ２８０）。
【００７６】
次にバッテリ３３の蓄電状態が不十分であるかどうか、例えばバッテリ３３の充電率が７０％を超えたかどうかを判定し（ステップＳ２９０）、バッテリ３３の充電率が７０％を超えていなければステップＳ２１０の処理に戻り、ステップＳ２１０，Ｓ２６０〜Ｓ２９０の処理を繰り返す。なお、この繰り返しの処理の間に、オペレータが操作装置を中立に戻していずれの操作装置も操作されていない状態になった場合は、ステップＳ２１０からステップＳ２２０に移行し、減トルク制御によらずに充電を継続する（ステップＳ２３０→Ｓ２４０）。
【００７７】
ステップＳ２９０において、バッテリ３３の充電率が７０％を超えれば、次に車体コントローラ４６がトルク制御電磁弁４４に制御信号を出力している状態であるかどうか（減トルク制御がＯＮであるかどうか）を判定し（ステップＳ３００）、制御信号が出力されている場合は制御信号の出力を停止して（減トルク制御をＯＦＦにして）（ステップＳ３１０）、エンジン１１の余剰トルクによる充電を終了する（ステップＳ３２０）。制御信号が出力されていない場合は、直ちにエンジン１１の余剰トルクによる充電を終了する（ステップＳ３２０）。
【００７８】
図９のフローチャートで、Ｓ１００で走行速度切換スイッチ４１が走行高速を指示しており、ステップＳ１１０で走行用の操作装置２５が操作されており、ステップＳ１２０でバッテリ３３の充電率が３０％以下であり、ステップＳ１５０で走行速度切替電磁弁４５をＯＦＦ位置に保持した場合は、図１０のフローチャートでは、ステップＳ２００→Ｓ２１０→ステップＳ２６０の処理を経由して直ちにステップＳ２７０にて減トルク制御が開始され、ステップＳ２８０にてバッテリ３３の充電が行われる。このように油圧ポンプの減トルク制御を行いかつ走行速度切替電磁弁４５をＯＦＦ位置に保持して走行用の油圧モータ２４ａ，２４ｂが低速大容量モードに保持することで、エンジン１１に過負荷を与えることなく或いは場合によっては過負荷によってエンジン１１をストールさせることなく、バッテリ３３の急速充電を確実に行うことができる。また、走行用の油圧モータ２４ａ，２４ｂが低速大容量モードに保持することで最低限の走行機能を確保することができる。
【００７９】
また、図１０のフローチャートでは、ステップＳ２６０でエンジン１１の余剰トルクの有無を判定し、エンジン１１に余剰トルクがあるときは、減トルク制御を行わず、エンジン１１の余剰トルクによって発電・電動機３１を駆動して発電機として作動させ、バッテリ３３を充電するようになっている。これにより走行高速時以外の運転状態で、エンジン１１に余剰トルクがある場合は、減トルク制御をすることなく、バッテリ３３の充電を行うことができる。
【００８０】
更に、図１０のフローチャートでは、ステップＳ２１０で、いずれの操作装置も操作されていない場合は、ステップＳ２２０の流れに移行して、減トルク制御を行わずにバッテリ３３を充電できるようになっている。これにより例えば一日の作業開始時や新しい作業現場での作業開始時にバッテリ３３の充電状態が不十分である場合は、車体の電源をＯＮして車体コントローラ４６を立ち上げるだけで、減トルク制御を行うことなく、自動的にエンジン１１の出力トルクによって発電・電動機３１を駆動して発電機として作動させ、バッテリ３３の充電を行うことができる。
【００８１】
なお、上記実施の形態では、作業機械としてクローラのあるミニショベルに本発明を適用した場合について説明したが、ホイールショベル等、その他の小型の作業機械にも同様に本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００８２】
１ エンジン系
２ 油圧系
３ 発電電動系
４ 制御系
６ 動力分配機
１１ エンジン
１２ エンジンコントロールダイヤル
１３ エンジンコントローラ
１４ 電子ガバナ
２１ 油圧ポンプ
２１ａ 押しのけ容積可変機構
２２ パイロットポンプ
２３ コントロールバルブ
２３ａ，２３ｂ 走行用のメインスプール
２４ａ，２４ｂ 走行用の油圧モータ
２４ｃ〜２４ｈ その他の油圧アクチュエータ
２４ａ１，２４ｂ１ 押しのけ容積可変機構（斜板）
２４ａ２，２４ｂ２ 制御ピストン
２４ａ３，２４ｂ３ 受圧部
２４ａ４，２４ｂ４ バネ
２５ 走行用の操作装置
２６ 走行以外の操作装置
２７ａ 制御スプール
２７ｂ，２７ｃ 第１バネ及び第２バネ
２７ｄ，２７ｅ 第１受圧部及び第２受圧部
２７ｆ パイロットライン
２７ｇ 制御油路
３１ 発電・電動機
３２ インバータ
３３ バッテリ(蓄電装置)
３４ バッテリコントローラ
３５ 操作パネル
４１ 走行速度切換スイッチ
４２ 走行の操作パイロット圧センサ
４３ 走行以外の操作パイロット圧センサ
４４ トルク制御電磁弁
４５ 走行速度切替電磁弁
４６ 車体コントローラ
２７ｂ，２７ｃ 第１バネ及び第２バネ
１０１ 下部走行体
１０２ 上部旋回体
１０３ スイングポスト
１０４ フロント作業機
１０５ トラックフレーム
１０６ 排土用のブレード
１０７ 旋回台
１０８ キャビン（運転室）
１１１ ブーム
１１２ アーム
１１３ バケット
【技術分野】
【０００１】
本発明はハイブリット式作業機械に係わり、特に小型の油圧ショベル等のハイブリッド式作業機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、油圧ショベル等の作業機械においては、燃費の向上、排ガス特性の改善及び騒音の低減等の観点から、エンジン（ディーゼルエンジン）と電動機を併用するハイブリッド式作業機械が開発され、一部実用化されている。このようなハイブリッド式作業機械の従来技術として例えば特許文献１及び特許文献２に記載のものがある。これらは、エンジンにより駆動される油圧ポンプの補助動力源として電動機を設け、バッテリからの電力により電動機を駆動する一方、エンジンにより電動機を駆動して発電し、この発電した電力をバッテリに蓄電するものである。
【０００３】
また、特許文献２では、油圧ショベルの上部旋回体を下部走行体に対して旋回駆動する旋回モータに電動機を採用し、旋回動作の減速時に発生する慣性エネルギーを電気エネルギーに変換してバッテリに蓄電するエネルギー回生を行っている。
【０００４】
一方、自動車などのいわゆるオンロード車にあっては、ディーゼルエンジンから排出されるＰＭ（パティキュレート・マター），ＮＯｘ，ＣＯ，ＨＣ等の排出量に対する排出ガス規制が実施されており、この排出ガス規制をクリアするため、例えば、特許文献３に記載のような連続再生型パティキュレートフィルター装置などの排出ガス後処理装置を搭載するなどの排出ガス浄化対策が取られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１７３０２４号公報
【特許文献２】特開２００２−２７５９４５号公報
【特許文献３】特開２００５−２８２５４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２に記載のような従来のハイブリット式建設機械は、建設機械の中では中型及び大型の建設機械を対象としているため、例えば旋回減速時に発生する慣性エネルギーも大きく、その慣性エネルギーを電気エネルギーに変換することにより、有効に利用することが可能である。しかしながらミニショベルのような小型の建設機械では、旋回動作が行われる頻度が非常に少ないばかりでなく、旋回減速時に発生する慣性エネルギーが非常に小さいために、中型及び大型の建設機械で行われているようなエネルギー回生を行うことができない。また、一般的にミニショベルのような小型の建設機械では、中型及び大型な建設機械でみられるハイブリット方式を採用することが、レイアイト面、コスト面、技術面で非常に困難である。
【０００７】
また、油圧ショベル等の作業機械などのオフロード車においても、近年、オンロード車と同様に排出ガス規制が始まり、この排出ガス規制をクリアするため、特許文献３に記載されるような連続再生型パティキュレートフィルター装置などの排出ガス後処理装置を設置することが必要になってきている。しかし、建設機械に排出ガス後処理装置を設置することは非常にコスト高となり、売価高になる傾向がある。特に、特許文献１及び２に記載のようなハイブリッド式建設機械に排出ガス後処理装置を設置することは、排出ガス対策とハイブリッド化の両面からコスト高となり、機械全体の価格が非常に高価となる。ミニショベルのような小型の建設機械においては、売価高は極力避けなければならない。
【０００８】
本発明の目的は、ミニショベルのような小型の建設機械において、簡易なハイブリッド方式を採用することで燃費の向上、排ガス特性の改善及び騒音の低減を図り、かつ排出ガス規制をクリアできる安価なハイブリッド式作業機械を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、エンジンと、このエンジンによって駆動される油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出油によって駆動される走行用油圧モータを含む複数の油圧アクチュエータと、走行用操作装置と、走行速度切替スイッチと、前記エンジンに接続された発電・電動機と、蓄電装置とを有し、前記走行用油圧モータは、前記走行速度切換スイッチの指示に基づいて低速大容量モードと高速小容量モードとに切り換え可能であるハイブリッド式建投機械において、前記走行用油圧モータが高速小容量モードにありかつ前記走行操作装置が操作された運転状態である走行高速時に、前記蓄電装置からの電力により前記発電・電動機を駆動して電動機として作動させ、前記エンジンの出力トルク不足分を補うように制御する制御装置を設けたものとする。
【００１０】
このように走行高速時に発電・電動機を駆動して電動機として作動させエンジンの出力トルク不足分を補うことにより、エンジンの定格出力馬力を掘削作業等の油圧ポンプの必要油圧馬力が少ない状態で設定でき、エンジンの定絡出力馬力を下げることでエンジンをダウンサイジングすることが可能になり、燃費の向上、排ガス特性の改善及び騒音の低減が可能となる。また、排ガス特性が改善されるため、排出ガス後処理装置の小型化或いは簡略化が可能となり、場合によっては排出ガス後処理装置をなくすことも可能であり、これによりエンジンのダウンサイジング化によるコスト低減と相まってエンジンの製作コストを低減することができ、機械全体の価格を安くすることができる。更に、アクチュエータ側には発電機等の電気機器を装着しないため、簡易なハイブリッド方式となり、ハイブリッド化によるコストアップの影響を最小に留めることが可能であるとともに、簡易なハイブリッド方式であるためミニショベルのような小型の建設機械であってもレイアウト面の困難性を回避することができる。
【００１１】
（２）上記(１)において、好ましくは、前記制御装置は、前記蓄電装置の充電状態が不十分である場合は、前記油圧ポンプの吸収トルクを下げる減トルク制御を行って前記エンジンの余剰トルクを強制的に作り出す。
【００１２】
これにより蓄電装置の急速充電が可能となる。
【００１３】
（３）上記(２)において、好ましくは、前記制御装置は、前記走行速度切替スイッチが走行高速を指示しかつ前記走行操作装置が操作されたときに前記蓄電装置の充電状態が不十分である場合は、前記走行速度切替スイッチの走行高速の指示を無効にして、前記走行用油圧モータを低速大容量モードに制御する。
【００１４】
これにより蓄電装置の急速充電を確実に行うことができる。
【００１５】
（４）また、上記(１)において、好ましくは、前記制御装置は、前記走行高速時以外の運転状態では、前記油圧ポンプを前記エンジン出力トルクのみで駆動するとともに、前記エンジンに余剰トルクがあるときは、その余剰トルクによって前記発電・電動機を駆動して発電機として作動させ、その発電電力を前記蓄電装置に蓄電させる。
【００１６】
これにより走行高速時以外の運転状態で、エンジンに余剰トルクがある場合は、減トルク制御をすることなく、蓄電装置の充電を行うことができる。
【００１７】
（５）また、上記(１)〜(４)において、好ましくは、前記エンジンの出力馬力を、前記走行高速時に、前記油圧ポンプに必要とされる油圧馬力を賄うことができない大きさの設定とする。
【００１８】
これによりエンジンがダウンサイジング化され、燃費の向上、排ガス特性の改善及び騒音の低減を図り、かつ排出ガス規制をクリアできる安価なハイブリッド式作業機械を提供することができる。
【００１９】
（６）更に、上記(１)〜(４)において、好ましくは、前記エンジンの出力馬力を、前記走行高速時以外の運転状態では、前記油圧ポンプに必要とされる油圧馬力を賄うことができ、前記走行高速時には、前記油圧ポンプに必要とされる油圧馬力を賄うことができない大きさの設定とする。
【００２０】
これによりエンジンがダウンサイジング化され、燃費の向上、排ガス特性の改善及び騒音の低減を図り、かつ排出ガス規制をクリアできる安価なハイブリッド式作業機械を提供することができる。
【００２１】
（７）また、上記(１)〜(４)において、より好ましくは、前記エンジンの出力馬力を、排ガス規制対象のエンジン出力馬力より小さい設定とする。
【００２２】
これにより高価で複雑な排出ガス後処理装置を搭載する必要がなくなり、機械全体の価格を大きく下げることができる。
【００２３】
（８）また、本発明は、エンジンと、このエンジンによって駆動される油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出油によって駆動される走行用油圧モータを含む複数の油圧アクチュエータと、走行用操作装置と、走行速度切替スイッチと、前記エンジンに接続された発電・電動機と、蓄電装置とを有し、前記走行用油圧モータは、前記走行速度切換スイッチの指示に基づいて低速大容量モードと高速小容量モードとに切り換え可能であるハイブリッド式建投機械において、前記蓄電装置の充電状態が不十分である場合は、前記油圧ポンプの吸収トルクを下げる減トルク制御を行って前記エンジンの余剰トルクを強制的に作り出す制御装置を設け、前記制御装置は、前記走行速度切替スイッチが走行高速を指示しかつ前記走行操作装置が操作されたときに前記蓄電装置の充電状態が不十分である場合は、前記走行速度切替スイッチの走行高速の指示を無効にして、前記走行用油圧モータを低速大容量モードに制御するものとする。
【００２４】
これによりエンジンをダウンサイジングした場合でも、エンジンに過負荷を与えることなく或いは場合によっては過負荷によってエンジンをストールさせることなく、蓄電装置の急速充電を確実に行うことができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、走行高速時に発電・電動機を駆動して電動機として作動させエンジンの出力トルク不足分を補うため、エンジンの定格出力馬力を掘削作業等の油圧ポンプの必要油圧馬力が少ない状態で設定でき、エンジンの定絡出力馬力を下げることでエンジンをダウンサイジングすることが可能になり、燃費の向上、排ガス特性の改善及び騒音の低減が可能となる。また、排ガス特性が改善されるため、排出ガス後処理装置の小型化或いは簡略化が可能となり、場合によっては排出ガス後処理装置をなくすことも可能であり、これによりエンジンのダウンサイジング化によるコスト低減と相まってエンジンの製作コストを低減することができ、機械全体の価格を安くすることができる。更に、アクチュエータ側には発電機等の電気機器を装着しないため、簡易なハイブリッド方式となり、ハイブリッド化によるコストアップの影響を最小に留めることが可能であるとともに、簡易なハイブリッド方式であるためミニショベルのような小型の建設機械であってもレイアウト面の困難性を回避することができる。
【００２６】
また、油圧ポンプの減トルク制御を行うことにより蓄電装置の急速充電が可能となり、しかもその蓄電装置の急速充電を確実に行うことができる。
【００２７】
更に、走行高速時以外の運転状態で、エンジンに余剰トルクがある場合は、減トルク制御をすることなく、蓄電装置の充電を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施例に係わるハイブリッド式建投機械の駆動システムを示す図である。
【図２】ポンプレギュレータの構成の詳細を示す図である。
【図３】ポンプレギュレータのトルク制御部の機能を示すポンプトルク特性図である。
【図４】油圧系のコントロールバルブと複数の油圧アクチュエータのうち、左右の走行用油圧モータに係わる油圧回路部分を示す図である。
【図５】本実施の形態に係わる油圧ショベルの外観を示す図である。
【図６】図６（Ａ）は従来の一般的なミニショベルのエンジン出力馬力の制限値と油圧ポンプのＰＱ特性（馬力特性）と出力使用範囲との関係を示す図であり、図６（Ｂ）は同ミニショベルのエンジン出力馬力特性と出力使用範囲との関係を示す図である。
【図７】図７（Ａ）は本実施の形態のミニショベルのエンジン出力馬力と油圧ポンプのＰＱ特性（馬力特性）と出力使用範囲との関係を示す図であり、図７（Ｂ）は同ミニショベルのエンジン出力馬力特性と出力使用範囲との関係を示す図である。
【図８】本実施の形態のミニショベルにおける減トルク制御時のエンジン出力馬力と油圧ポンプのＰＱ特性との関係を示す図である。
【図９】電動機による出力アシスト制御の処理手順を示すフローチャートである。
【図１０】バッテリの充電制御の処理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】
【００２９】
図１は、本発明の一実施例に係わるハイブリッド式建投機械の駆動システムを示す図である。建設機械は小型の油圧ショベルである。
【００３０】
図1において、１はエンジン系であり、２は油圧系であり、３は発電電動系であり、４は制御系である。
【００３１】
エンジン系１は、ディーゼルエンジン１１と、エンジンコントロールダイヤル１２と、エンジンコントローラ１３と、電子ガバナ１４とを備えている。ディーゼルエンジン１１は、後述する如く、従来のものよりもダウンサイジングした（エンジン出力の小さい）エンジンである。
【００３２】
エンジンコントロールダイヤル１２はオペレータの操作によりエンジンの目標回転数を指示するものであり、エンジンコントローラ１３はエンジンコントロールダイヤル１２からの目標回転数信号を入力し、所定の演算処理を行って目標燃料噴射量を求め、電子ガバナ１４を制御することによりエンジンの各気筒に噴射される燃料噴射量を制御し、エンジン出力トルクと回転数を制御する。また、エンジンコントローラ１３はエンジン負荷率を演算し、エンジン負荷率情報を生成する。エンジン負荷率は、例えば、最大燃料噴射量に対する目標燃料噴射量の割合を演算することにより求められる。
【００３３】
エンジン１の出力軸は大径ギヤ６ａと小径ギヤ６ｂからなる動力分配機６を介して油圧系２と発電電動系３に接続されている。
【００３４】
油圧系２は、油圧ポンプ２１及びパイロットポンプ２２と、コントロールバルブ２３と、複数の油圧アクチュエータ２４ａ〜２４ｈと、複数の操作装置２５，２６とを備えている。
【００３５】
油圧ポンプ２１はエンジン１１の出力軸に動力分配機６を介して接続され、エンジン１１により駆動される。油圧ポンプ２１から吐出された圧油はコントロールバルブ２３を介して複数の油圧アクチュエータ２４ａ〜２４ｈに供給され、それぞれの被駆動体を駆動する。油圧ポンプ２１は可変容量型であり、押しのけ容積可変機構（例えば斜板）２１ａと、押しのけ容積可変機構２１ａの傾転位置を調整し、油圧ポンプの容量を制御するポンプレギュレータ２７を備えている。
【００３６】
複数の油圧アクチュエータ２４ａ〜２４ｈは、左右の走行用油圧モータと、それ以外の油圧アクチュエータを含み、それ以外の油圧アクチュエータは、例えば、ブーム用油圧シリンダ、アーム用油圧シリンダ、バケット用油圧シリンダ、スイング用油圧シリンダ、ブレード用油圧シリンダを含む。
【００３７】
コントロールバルブ２３は複数の油圧アクチュエータ２４ａ〜２４ｈに対応する複数のメインスプールを内蔵し、これらメインスプールは操作装置２５，２６から出力される油圧信号により切換操作される。操作装置２５は左右の走行用の操作装置を代表したものであり、操作装置２６は走行以外の操作装置を代表したものである。
【００３８】
発電電動系３は、発電・電動機３１と、インバータ３２と、バッテリ（蓄電装置）３３と、バッテリコントローラ３４と、操作パネル３５とを備えている。
【００３９】
発電・電動機３１はエンジン１１の出力軸に動力分配機６を介して接続され、エンジン１１に余剰トルクがあるときは、その余剰トルクによって駆動されて発電機として作動する。発電・電動機３１が発生した電気エネルギはインバータ３２を介してバッテリ３３に蓄電される。また、発電・電動機３１は、バッテリ３３の蓄電量が規定値以上でありかつ油圧ポンプ２１をアシスト駆動する必要があるときは、インバータ３２を介してバッテリ３３の電気エネルギが供給され、電動機として作動する。バッテリコントローラ３４はバッテリ３３の蓄電量を監視し、操作パネル３５はその蓄電量に係わる情報（蓄電情報）を表示する。
【００４０】
制御系４は、走行速度切換スイッチ４１と、走行の操作パイロット圧センサ４２と、走行以外の操作パイロット圧センサ４３と、トルク制御電磁弁４４と、走行速度切替電磁弁４５と、車体コントローラ４６とを備え、車体コントローラ４６は、走行速度切換スイッチ４１、操作パイロット圧センサ４２，４３、トルク制御電磁弁４４、走行速度切替電磁弁４５と電気的に接続されている。また、車体コントローラ４６はインバータ３２、バッテリコントローラ３４及びエンジンコントローラ１３とも電気的に接続されている。車体コントローラ４６は、走行速度切換スイッチ４１の指示信号、操作パイロット圧センサ４２，４３の検出信号、バッテリコントローラ３４の蓄電情報及びエンジンコントローラ１３のエンジン負荷率情報を入力し、所定の演算処理を行い、インバータ３２、トルク制御電磁弁４４及び走行速度切替電磁弁４５に制御信号を出力する。
【００４１】
図２はポンプレギュレータ２７の構成の詳細を示す図である。
【００４２】
ポンプレギュレータ２７は、複数の操作装置２５，２６の操作量に基づく要求流量に応じた流量を吐出するよう油圧ポンプ２１の押しのけ容積可変機構２１ａの傾転位置を制御する(したがって油圧ポンプの容量を制御する）ＬＳ制御部等の要求流量応答制御部と、油圧ポンプ２１の最大吸収トルクを予め定められた値を超えないように油圧ポンプ２１の押しのけ容積可変機構２１ａの最大傾転位置を制御する(したがって油圧ポンプの最大容量を制御する）トルク制御部とを有している。図２は、図示の簡略化のため、トルク制御部のみ図示している。また、動力分配機６は図示を省略している。
【００４３】
図２において、ポンプレギュレータ２７は、油圧ポンプ２１の押しのけ容積可変機構２１ａに作動的に連結された制御スプール２７ａと、この制御スプール２７ａに対して油圧ポンプ２１の容量増加方向に作用する第１及び第２の２つのバネ２７ｂ，２７ｃと、スプール２７ａに対して油圧ポンプ２１の容量減少方向に作用する第１及び第２の２つの受圧部２７ｄ，２７ｅとを有している。第１受圧部２７ｄには油圧ポンプ２１の吐出圧力がパイロットライン２７ｆを介して導入され、第２受圧部２７ｅにはトルク制御電磁弁４４からの制御圧力が制御油路２７ｇを介して導入される。第１及び第２バネ２７ｂ，２７ｃは油圧ポンプ２１の最大吸収トルクを設定するものであり、第２受圧部２７ｅはその最大吸収トルクを調整する（減トルク制御する）ものである。第１バネ２７ｂは第２バネ２７ｃよりも長く、制御スプール２７ａが図示の初期位置にあるときは第１バネ２７ｂのみが制御スプール２７ａに接触して、制御スプール２７ａを図示右方向に付勢する。制御スプール２７ａが図示左方向にある程度移動すると第２バネ２７ｃも制御スプール２７ａに接触して、第１及び第２バネ２７ｂ，２７ｃの両方が制御スプール２７ａを図示右方向に付勢する。
【００４４】
トルク制御電磁弁４４は、車体コントローラ４６から制御信号が出力されていないときは図示のＯＦＦ位置にあり、ポンプレギュレータ２７の第２受圧部２７ｅをタンクに連通させる。車体コントローラ４６から制御信号が出力されると、トルク制御電磁弁４４はＯＮ位置に切り換えられ、第２受圧部２７ｅに制御圧力としてパイロットポンプ２２の吐出圧力が導かれる。パイロットポンプ２２の吐出圧力はパイロットリリーフ弁２８により一定の値（例えば４Ｍｐａ）に保たれている。
【００４５】
図３はポンプレギュレータ２７のトルク制御部の機能を示すポンプトルク特性図であり、横軸は油圧ポンプ２１の吐出圧力を示し、縦軸は油圧ポンプ２１の容量を示している。
【００４６】
また、図３において、符号ＴＰ１及びＴＰ２で示される２つの直線（実線）からなる折れ曲がり線は第１及び第２の２つのバネ２７ｂ，２７ｃにより設定される最大吸収トルク特性であり、符号ＴＰ３及びＴＰ４で示される２つの直線（一点鎖線）からなる折れ曲がり線はトルク制御電磁弁４４からの制御圧力によって減トルク制御された最大吸収トルク特性である。符号ＴＥＬで示される曲線はエンジン１１の最大出力トルクＴＥmaxを基準として、それよりも所定の余裕分だけ小さくなるように設定されたエンジン１１の制限トルクである。
【００４７】
ポンプレギュレータ２７のトルク制御部は、油圧ポンプ２１の吐出圧力に応じて油圧ポンプ２１の押しのけ容積改変機構２１の最大傾転位置(したがって油圧ポンプ２１の最大容量）を制限することで油圧ポンプ２１の最大吸収トルクを制限するものである。トルク制御電磁弁４４が図２に示すＯＦＦ位置にあるとき、ポンプレギュレータ２７の第２受圧部２７ｅはタンクに連通し、最大吸収トルク特性は第１及び第２の２つのバネ２７ｂ，２７ｃによって実線の直線ＴＰ１，ＴＰ２からなる折れ曲げ線のように設定される。この場合、油圧ポンプ２１の吐出圧力の上昇時に吐出圧力が第１の値Ｐ１を超える前は、油圧ポンプ２１の吐出圧力が導かれる第１受圧部２７ｄの油圧力は第１バネ２７ｂの付勢力より小さく、油圧ポンプ２１の最大容量はｑｍａｘに維持される。すなわち、油圧ポンプ２１の容量は要求流量応答制御部の制御によりｑｍａｘまで上昇することができる。油圧ポンプ２１の吐出圧力が更に上昇して第１の値Ｐ１を超えると、油圧ポンプ２１の吐出圧力が導かれる第１受圧部２７ｄの油圧力は第１バネ２７ｂの付勢力より大きくなり、制御スプール２７ａは図示左方向に移動して、油圧ポンプ２１の最大容量は折れ曲げ線の直線ＴＰ１に沿って減少する。これにより要求流量応答制御部により制御される油圧ポンプ２１の容量は直線ＴＰ１が規定する最大容量以下に制限され、油圧ポンプ２１の吸収トルク（ポンプ吐出圧力と容量の積）はエンジン１１の制限トルクＴＥＬを超えないように制御される。
【００４８】
油圧ポンプ２１の吐出圧力が更に上昇して第２の値Ｐ２を超えると、制御スプール２７ａは第２バネ２７ｃにも接触して、油圧ポンプ２１の吐出圧力の上昇量に対する制御スプール２７ａの移動量の割合（油圧ポンプ２１の容量の減少割合）は減少し、油圧ポンプ２１の最大容量は直線ＴＰ１よりも傾きの小さい直線ＴＰ２に沿って減少する。この場合も、油圧ポンプ２１の吸収トルクはエンジン１１の制限トルクＴＥＬを超えないように制御される。油圧ポンプ２１の吐出圧力がメインリリーフ弁２９の設定圧力に達すると、それ以上油圧ポンプ２１の吐出圧力の上昇は阻止される。
【００４９】
トルク制御電磁弁４４がＯＮ位置に切り換わると、第２受圧部２７ｅに制御圧力が導かれ、制御スプール２７ａには第２受圧部２７ｅの油圧力が第１及び第２バネ２７ｂ，２７ｃの付勢力に対向して作用する。これにより第１及び第２バネ２７ｂ，２７ｃによる最大吸収トルクの設定は、第２受圧部２７ｅの油圧力の分だけ減少するよう調整され、最大吸収トルク特性は、実線の直線ＴＰ１，ＴＰ２からなる折れ曲げ線から一点鎖線の直線ＴＰ３，ＴＰ４からなる折れ曲げ線へとシフトする。その結果、油圧ポンプ２１の吐出圧力の上昇時、油圧ポンプ２１の最大容量は折れ曲げ線の一点鎖線の直線ＴＰ３，ＴＰ４に沿って減少する。このときの油圧ポンプ２１の最大吸収トルク（ポンプ吐出圧力と最大容量の積）は直線ＴＰ１，ＴＰ２の最大吸収トルクに比べて小さくなり、エンジン１１の余剰トルクが強制的に作り出される。本願明細書では、この制御を減トルク制御という。
【００５０】
図４は、油圧系のコントロールバルブと複数の油圧アクチュエータのうち、左右の走行用油圧モータに係わる油圧回路部分を示す図である。図中、左右の走行用のメインスプールを符号２３ａ，２３ｂで示し、左右の走行用油圧モータを符号２４ａ，２４ｂで示している。左右の油圧モータ２４ａ，２４ｂはメインスプール２３ａ，２３ｂを介して油圧ポンプ２１に接続されている。
【００５１】
左右の油圧モータ２４ａ，２４ｂはそれぞれ可変容量型であり、押しのけ容積可変機構（斜板）２４ａ１，２４ｂ１と、押しのけ容積可変機構２４ａ１，２４ｂ１をそれぞれ駆動する制御ピストン２４ａ２，２４ｂ２とを備えている。制御ピストン２４ａ２，２４ｂ２の一側には受圧部２４ａ３，２４ｂ３が形成され、その反対側にはバネ２４ａ４，２４ｂ４が配置されている。
【００５２】
走行速度切替電磁弁４５が図示のＯＦＦ位置にあるとき、制御ピストン２４ａ２，２４ｂ２の受圧部２４ａ３，２４ｂ３はタンクに連通しており、制御ピストン２４ａ２，２４ｂ２はバネ２４ａ４，２４ｂ４の力で押されて図示の位置にあって、押しのけ容積可変機構２４ａ１，２４ｂ１は大傾転位置(大容量位置)に保持されている。走行速度切替電磁弁４５がＯＮ位置に切り換えられると、制御ピストン２４ａ２，２４ｂ２の受圧部２４ａ３，２４ｂ３に制御圧力としてパイロットポンプ２２の吐出圧力が導かれ、これにより制御ピストン２４ａ２，２４ｂ２が作動して、押しのけ容積可変機構２４ａ１，２４ｂ１は大傾転位置（大容量位置）から小傾転位置（小容量位置）へと切り換えられる。大傾転位置では油圧モータ２４ａ，２４ｂは低速回転が可能であり、走行低速に適した状態となり、小傾転位置では油圧モータ２４ａ，２４ｂは高速回転が可能であり、走行高速に適した状態となる。本明細書では、押しのけ容積可変機構２４ａ１，２４ｂ１が大傾転位置にあるときの状態を油圧モータ２４ａ，２４ｂの低速大容量モードといい、押しのけ容積可変機構２４ａ１，２４ｂ１が小傾転位置にあるときの状態を油圧モータ２４ａ，２４ｂの高速小容量モードという。
【００５３】
図５は本実施の形態に係わる油圧ショベルの外観を示す図である。
【００５４】
油圧ショベルは、下部走行体１０１と、この下部走行体１０１上に旋回可能に搭載された上部旋回体１０２と、この上部旋回体１０２の先端部分にスイングポスト１０３を介して上下及び左右方向に回動可能に連結されたフロント作業機１０４とを備えている。下部走行体１０１はクローラ方式であり、トラックフレーム１０５の前方側に上下動可能な排土用のブレード１０６が設けられている。上部旋回体１０２は基礎下部構造をなす旋回台１０７と、旋回台１０７上に設けられたキャビン（運転室）１０８とを備えている。フロント作業機１０４はブーム１１１と、アーム１１２と、バケット１１３とを備え、ブーム１１１の基端はスイングポスト１０３にピン結合され、ブーム１１１の先端はアーム１１２の基端にピン結合され、アーム１１２の先端はバケット１１３にピン結合されている。
【００５５】
上部旋回体１０２は下部走行体１０１に対して図示しない旋回モータにより旋回駆動され、スイングポスト１０３及びフロント作業機１０４は旋回台１０７に対してスイングシリンダ２４ｇにより左右に回動駆動され、ブーム１１１、アーム１１２、バケット１１３は、それぞれ、ブームシリンダ２４ｃ、アームシリンダ２４ｄ、バケットシリンダ２４ｅを伸縮することにより上下に回動駆動される。下部走行体１０１は左右の走行モータ２４ａ，２４ｂにより回転駆動され、ブレード１０６はブレードシリンダ２４ｈにより上下に駆動される。
【００５６】
次に、本発明の動作原理とエンジン１１の出力馬力の設定について説明する。
【００５７】
図６（Ａ）は従来の一般的なミニショベルのエンジン出力馬力の制限値と油圧ポンプのＰＱ特性（馬力特性）と出力使用範囲との関係を示す図であり、図６（Ｂ）は同ミニショベルのエンジン出力馬力特性と出力使用範囲との関係を示す図である。図６（Ａ）の横軸は油圧ポンプの吐出圧力を示し、縦軸は油圧ポンプの吐出流量を示している。図６（Ｂ）の横軸はエンジンの回転数を示し、縦軸はエンジンの出力馬力を示している。
【００５８】
まず、油圧ポンプのＰＱ特性について説明する。油圧ポンプのＰＱ特性とは、ある最大吸収トルク特性を持つ油圧ポンプをエンジンで駆動して回転させ、作業を行ったときに得られる油圧ポンプの出力馬力特性である。図６（Ａ）の油圧ポンプのＰＱ特性は、一例として、図３に示した最大吸収トルク特性を持つ油圧ポンプ２１の場合のものであり、かつエンジン回転数が定格最大回転数にある場合のものである。図６（Ａ）のエンジン出力馬力の制限値と図６（Ｂ）のエンジン出力馬力特性も、同様に、エンジン回転数が定格最大回転数にある場合のものである。
【００５９】
一般的なミニショベルの作業状態として、走行高速と走行低速と通常作業とを考える。図６（Ａ）及び図６（Ｂ）中、Ａは走行高速時の出力使用範囲、Ｂは走行低速時の出力使用範囲、Ｃは通常作業時の出力使用範囲を示している。走行高速とは、走行用の油圧モータ２４ａ，２４ｂが高速小容量モードにありかつ走行用の操作装置２５が操作されて走行している状態をいい、走行低速とは、走行用の油圧モータ２４ａ，２４ｂが低速大容量モードにありかつ走行用の操作装置２５が操作されて走行している状態をいう。通常作業とは、走行以外の操作装置２６（特にフロント作業機１０４に係わる油圧アクチュエータ１１１，１１２，１１３及び旋回モータのいずれかに係わる操作装置）が操作されて作業を行っている状態をいう。
【００６０】
図６（Ａ）のＨＥＬｃはエンジン出力馬力の制限値であり、ＨＥｍａｘｃはエンジンの最大出力馬力である。エンジン出力馬力の制限値ＨＥＬｃは、エンジンの最大出力馬力ＨＥｍａｘｃよりも所定の余裕分だけ小さくなるように設定されている。
【００６１】
走行高速時はスピード（流量）が必要なため、そのときの油圧ポンプ２１の出力は最も大きく、エンジン出力馬力の制限値ＨＥＬｃは、この走行高速時の油圧ポンプ２１の出力使用範囲Ａに対してある程度の余裕Ｘ１を持たせて設定されている。
【００６２】
一方、ポンプレギュレータ２７の最大吸収トルク特性（図３）は、第１及び第２の２つのバネ２７ｂ，２７ｃによって実線の直線ＴＰ１，ＴＰ２からなる折れ曲げ線のように設定されるため、油圧ポンプ２１のＰＱ特性も同様に符号Ｄで示すように折れ曲げ線形状となり、通常作業時ではエンジン出力馬力の制限値ＨＥＬｃに対して油圧ポンプ２１の出力使用範囲ＢがＸ２と大きく離れて、余裕がありすぎる状態となる。これは、エンジン出力馬力をフルに使用していないことを意味する。
【００６３】
図７（Ａ）は本実施の形態のミニショベルのエンジン出力馬力と油圧ポンプのＰＱ特性（馬力特性）と出力使用範囲との関係を示す図であり、図７（Ｂ）は同ミニショベルのエンジン出力馬力特性と出力使用範囲との関係を示す図である。
【００６４】
本実施の形態では、エンジン１１の最大出力馬力ＨＥｍａｘｅを図６（Ｂ）に示した従来のエンジン最大出力馬力ＨＥｍａｘｃよりも小さくし、エンジン出力馬力の制限値ＨＥＬｅが油圧ポンプ２１のＰＱ馬力特性Ｄにより近接した設定とする。更に言えば、本実施の形態では、エンジン１１の最大出力馬力ＨＥｍａｘｅを通常作業及び走行低速時である走行高速時以外の運転状態では、油圧ポンプ２１に必要とされる油圧馬力を賄うことができ、走行高速時に油圧ポンプ２１に必要とされる油圧馬力を賄うことができない大きさの設定とする。通常作業時の出力使用範囲Ｃは、油圧ポンプ２１のＰＱ特性Ｄの曲げ線形状の凹部により生じる余裕Ｘ３を利用して確保する。
【００６５】
そして、走行高速時にはバッテリ３３により発電・電動機３１を電動機として作動させて出力アシストを行う。図７（Ａ）の点線ＨＥＬｅ＋ＨＭは出力アシスト後のエンジン出力馬力ＨＥＬｅと電動機出力馬力ＨＭの合計の出力馬力である。
【００６６】
このようにエンジン１１の出力馬力を従来よりも小さくし、エンジン出力馬力の制限値ＨＥＬｅを油圧ポンプ２１のＰＱ馬力特性Ｄに近接させることにより、エンジン１１の出力馬力をフルに使用できるようになり、エンジン１１をダウンサイジング（小さいエンジン）することが可能となる。エンジン１１をダウンサイジングすることにより低燃費化、エンジン１１から排出される有害なガスの量の低減、及び騒音の低減が可能となる。また、排出ガス後処理装置の小型化或いは簡略化が可能となり、エンジン１１のダウンサイジング化によるコスト低減と相まってエンジンの製作コストを低減することができ、機械全体の価格を安くすることができる。更に、アクチュエータ側には発電機等の電気機器を装着しないため、簡易なハイブリッド方式となり、ハイブリッド化によるコストアップの影響を最小に留めることが可能であるとともに、簡易なハイブリッド方式であるためミニショベルのような小型の建設機械であってもレイアウト面の困難性を回避することができる。
【００６７】
更に、エンジン１１の出力帯によっては排出ガス後処理装置をなくすことが可能であり、機械全体の価格を更に安くすることができる。
【００６８】
すなわち、現在の作業機械（オフロード車）に対する排出ガス規制は、出力１９ｋＷ以上のエンジンを搭載した車両に対して適用され、出力１９ｋＷ未満のエンジンを搭載した車両は適用外となっている。本実施の形態では、エンジン１１を、好ましくは、排ガス規制適用外の出力である１９ｋＷ未満のエンジン、例えば出力１８ｋＷのエンジンとする。このようにエンジン出力を１９ｋＷ未満とすることで、高価で複雑な排出ガス後処理装置を搭載する必要がなくなり、機械全体の価格を大きく下げることができる。
【００６９】
図８は本実施の形態のミニショベルにおける減トルク制御時のエンジン出力馬力と油圧ポンプのＰＱ特性との関係を示す図である。
【００７０】
本実施の形態では、上述したように、走行高速時は、バッテリ３３により発電・電動機３１を電動機として作動させてエンジン出力をアシストする。このためバッテリ３３を充電するための仕組みを確保する必要がある。
【００７１】
ここで、バッテリ３３の充電は、通常作業時或いは走行低速時にエンジン出力の余裕分で行えることが好ましい。しかし、エンジンをダウンサイジングした場合、バッテリ３３の残量が著しく少ない状態では、充電時間が必要以上に掛かってしまう可能性がある。また、走行高速時には必要な充電状態が確保できなくなってしまう可能性がある。そこで、バッテリ３３の充電時は、トルク制御電磁弁４４に制御信号を出力して減トルク制御を行い、図３の最大吸収トルク特性を実線の直線ＴＰ１，ＴＰ２から一点鎖線の直線ＴＰ３，ＴＰ４にシフトすることで、図８のＰＱ特性をＤからＤｒにシフトする。そして、この減トルク制御により油圧ポンプ２１の出力を低下させてエンジン１１の余剰トルク乃至は余剰馬力を強制的に作り出し、急速充電を行う。
【００７２】
次に、図９及び図１０を用いて上述した本発明の動作原理を実現する車体コントローラ４６の制御機能について説明する。図９は電動機による出力アシスト制御の処理手順を示すフローチャートであり、図１０はバッテリの充電制御の処理手順を示すフローチャートである。
【００７３】
＜図９：電動機による出力アシスト制御＞
車体コントローラ４６は走行速度切換スイッチ４１の指示信号を入力し、走行速度切換スイッチ４１が走行高速を指示しているかどうかを判定する（ステップＳ１００）。走行速度切換スイッチ４１が走行高速を指示していなければ何もせず、この判定処理を繰り返す。走行速度切換スイッチ４１が走行高速を指示していれば、次に走行の操作パイロット圧センサ４２の検出信号を入力し、走行用の操作装置２５が操作されたかどうかを判定する（ステップＳ１１０）。走行用の操作装置２５が操作されていなければ何もせず、ステップＳ１００及びＳ１１０の処理を繰り返す。走行用の操作装置２５が操作されていれば、次にバッテリコントローラ３４から蓄電情報を入力し、バッテリ３３の蓄電状態が不十分であるかどうかを判定する（ステップＳ１２０）。この判定は、例えばバッテリ３３の充電率が３０％以下であるかどうかを判定することにより行う。そして、バッテリ３３の充電率が３０％以上であればバッテリ３３の電力を電動・発電機３１に供給して電動・発電機３１を電動機として作動させ、出力アシストを行う（ステップＳ１３０）。これにより図７（Ａ）に点線で示すように、エンジン出力馬力ＨＥＬｅに電動機出力馬力ＨＭを加算したＨＥＬｅ＋ＨＭの馬力が得られ、走行高速時の出力使用範囲Ａに対して余裕が確保される。また、走行速度切替電磁弁４５に制御信号を出力してＯＮ位置に切り換え、走行用の油圧モータ２４ａ，２４ｂの押しのけ容積可変機構２４ａ１，２４ｂ１を大傾転位置から小傾転位置へと切り換える（ステップＳ１４０）。これにより高速走行が可能となる。
【００７４】
一方、ステップＳ１２０において、バッテリ３３の充電率が３０％以下である場合は、走行速度切換スイッチ４１が走行高速を指示しているにも係わらず、走行速度切替電磁弁４５をＯＦＦ位置に保持し、走行用の油圧モータ２４ａ，２４ｂを大傾転（大容量）位置のままとする。そして、このときは、以下に説明するバッテリ充電制御によりバッテリの充電が行われる。
＜図１０：バッテリの充電制御＞
車体コントローラ４６は、バッテリコントローラ３４から蓄電情報を入力し、バッテリ３３の蓄電状態が不十分であるかどうか、例えばバッテリ３３の充電率が３０％以下であるかどうかを判定する（ステップＳ２２０）。バッテリ３３の充電率が３０％以上であれば何もせず、この判定処理を繰り返す。バッテリ３３の充電率が３０％以下であれば、次に走行の操作パイロット圧センサ４２及び走行以外の操作パイロット圧センサ４３の検出信号を入力し、走行用の操作装置２５及びそれ以外の操作装置２６のいずれかが操作されているかどうか（すなわち、現在、オペレータが油圧ショベルを操作中であるかどうか）を判定し（ステップＳ２１０）、いずれの操作装置も操作されていない場合（すなわち、油圧ショベルが非操作中である場合）は、次に車体コントローラ４６はトルク制御電磁弁４４に制御信号を出力している状態であるかどうか（減トルク制御がＯＮであるかどうか）を判定し（ステップＳ２２０）、制御信号が出力されている場合は制御信号の出力を停止して（減トルク制御をＯＦＦにして）（ステップＳ２３０）、エンジン１１の出力トルク（出力馬力）によって充電を開始する（ステップＳ２４０）。すなわち、エンジン１１の出力トルク（出力馬力）によって発電・電動機３１を駆動して発電機として作動させ、その発電電力をバッテリ３３に蓄電する。車体コントローラ４６がトルク制御電磁弁４４に制御信号を出力していない場合は、直ちにエンジン１１の出力トルクによる充電を開始する（ステップＳ２４０）。次にバッテリ３３の蓄電状態が十分であるかどうか、例えばバッテリ３３の充電率が７０％を超えたかどうかを判定し（ステップＳ２５０）、バッテリ３３の充電率が７０％を超えていなければステップＳ２１０の処理に戻り、ステップＳ２１０〜Ｓ２５０の処理を繰り返す。バッテリ３３の充電率が７０％を超えれば、エンジン１１の出力トルクによる充電を終了する（ステップＳ３２０）。
【００７５】
一方、ステップＳ２１０において、いずれかの操作装置（走行用の操作装置及びそれ以外の操作装置のいずれか）が操作されている場合は、次に車体コントローラ４６はエンジンコントローラ１３から負荷率情報を入力し、エンジン１１の負荷率に基づいてエンジン１１に余剰トルクがあるかどうかを判定する（ステップＳ２６０）。この判定では、例えば、負荷率にしきい値（例えば７０％）を設定しておき、負荷率がしきい値以下であればエンジン１１に余剰トルクがあると判定する。そして、エンジン１１に余剰トルクがない場合は、トルク制御電磁弁４４に制御信号を出力して減トルク制御を行い（ステップＳ２７０）、図３の最大吸収トルク特性を実線の直線ＴＰ１，ＴＰ２から一点鎖線の直線ＴＰ３，ＴＰ４にシフトすることで、図８のＰＱ特性をＤからＤｒにシフトする。そして、この減トルク制御によりエンジン１１の余剰トルク及び余剰馬力を強制的に作り出し、充電を開始する（ステップＳ２０８）。エンジン１１に余剰トルクがある場合は、直ちにその余剰トルクによる充電を開始する（ステップＳ２８０）。
【００７６】
次にバッテリ３３の蓄電状態が不十分であるかどうか、例えばバッテリ３３の充電率が７０％を超えたかどうかを判定し（ステップＳ２９０）、バッテリ３３の充電率が７０％を超えていなければステップＳ２１０の処理に戻り、ステップＳ２１０，Ｓ２６０〜Ｓ２９０の処理を繰り返す。なお、この繰り返しの処理の間に、オペレータが操作装置を中立に戻していずれの操作装置も操作されていない状態になった場合は、ステップＳ２１０からステップＳ２２０に移行し、減トルク制御によらずに充電を継続する（ステップＳ２３０→Ｓ２４０）。
【００７７】
ステップＳ２９０において、バッテリ３３の充電率が７０％を超えれば、次に車体コントローラ４６がトルク制御電磁弁４４に制御信号を出力している状態であるかどうか（減トルク制御がＯＮであるかどうか）を判定し（ステップＳ３００）、制御信号が出力されている場合は制御信号の出力を停止して（減トルク制御をＯＦＦにして）（ステップＳ３１０）、エンジン１１の余剰トルクによる充電を終了する（ステップＳ３２０）。制御信号が出力されていない場合は、直ちにエンジン１１の余剰トルクによる充電を終了する（ステップＳ３２０）。
【００７８】
図９のフローチャートで、Ｓ１００で走行速度切換スイッチ４１が走行高速を指示しており、ステップＳ１１０で走行用の操作装置２５が操作されており、ステップＳ１２０でバッテリ３３の充電率が３０％以下であり、ステップＳ１５０で走行速度切替電磁弁４５をＯＦＦ位置に保持した場合は、図１０のフローチャートでは、ステップＳ２００→Ｓ２１０→ステップＳ２６０の処理を経由して直ちにステップＳ２７０にて減トルク制御が開始され、ステップＳ２８０にてバッテリ３３の充電が行われる。このように油圧ポンプの減トルク制御を行いかつ走行速度切替電磁弁４５をＯＦＦ位置に保持して走行用の油圧モータ２４ａ，２４ｂが低速大容量モードに保持することで、エンジン１１に過負荷を与えることなく或いは場合によっては過負荷によってエンジン１１をストールさせることなく、バッテリ３３の急速充電を確実に行うことができる。また、走行用の油圧モータ２４ａ，２４ｂが低速大容量モードに保持することで最低限の走行機能を確保することができる。
【００７９】
また、図１０のフローチャートでは、ステップＳ２６０でエンジン１１の余剰トルクの有無を判定し、エンジン１１に余剰トルクがあるときは、減トルク制御を行わず、エンジン１１の余剰トルクによって発電・電動機３１を駆動して発電機として作動させ、バッテリ３３を充電するようになっている。これにより走行高速時以外の運転状態で、エンジン１１に余剰トルクがある場合は、減トルク制御をすることなく、バッテリ３３の充電を行うことができる。
【００８０】
更に、図１０のフローチャートでは、ステップＳ２１０で、いずれの操作装置も操作されていない場合は、ステップＳ２２０の流れに移行して、減トルク制御を行わずにバッテリ３３を充電できるようになっている。これにより例えば一日の作業開始時や新しい作業現場での作業開始時にバッテリ３３の充電状態が不十分である場合は、車体の電源をＯＮして車体コントローラ４６を立ち上げるだけで、減トルク制御を行うことなく、自動的にエンジン１１の出力トルクによって発電・電動機３１を駆動して発電機として作動させ、バッテリ３３の充電を行うことができる。
【００８１】
なお、上記実施の形態では、作業機械としてクローラのあるミニショベルに本発明を適用した場合について説明したが、ホイールショベル等、その他の小型の作業機械にも同様に本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００８２】
１ エンジン系
２ 油圧系
３ 発電電動系
４ 制御系
６ 動力分配機
１１ エンジン
１２ エンジンコントロールダイヤル
１３ エンジンコントローラ
１４ 電子ガバナ
２１ 油圧ポンプ
２１ａ 押しのけ容積可変機構
２２ パイロットポンプ
２３ コントロールバルブ
２３ａ，２３ｂ 走行用のメインスプール
２４ａ，２４ｂ 走行用の油圧モータ
２４ｃ〜２４ｈ その他の油圧アクチュエータ
２４ａ１，２４ｂ１ 押しのけ容積可変機構（斜板）
２４ａ２，２４ｂ２ 制御ピストン
２４ａ３，２４ｂ３ 受圧部
２４ａ４，２４ｂ４ バネ
２５ 走行用の操作装置
２６ 走行以外の操作装置
２７ａ 制御スプール
２７ｂ，２７ｃ 第１バネ及び第２バネ
２７ｄ，２７ｅ 第１受圧部及び第２受圧部
２７ｆ パイロットライン
２７ｇ 制御油路
３１ 発電・電動機
３２ インバータ
３３ バッテリ(蓄電装置)
３４ バッテリコントローラ
３５ 操作パネル
４１ 走行速度切換スイッチ
４２ 走行の操作パイロット圧センサ
４３ 走行以外の操作パイロット圧センサ
４４ トルク制御電磁弁
４５ 走行速度切替電磁弁
４６ 車体コントローラ
２７ｂ，２７ｃ 第１バネ及び第２バネ
１０１ 下部走行体
１０２ 上部旋回体
１０３ スイングポスト
１０４ フロント作業機
１０５ トラックフレーム
１０６ 排土用のブレード
１０７ 旋回台
１０８ キャビン（運転室）
１１１ ブーム
１１２ アーム
１１３ バケット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、
このエンジンによって駆動される油圧ポンプと、
この油圧ポンプから吐出油によって駆動される走行用油圧モータを含む複数の油圧アクチュエータと、
走行用操作装置と、
走行速度切替スイッチと、
前記エンジンに接続された発電・電動機と、
蓄電装置とを有し、
前記走行用油圧モータは、前記走行速度切換スイッチの指示に基づいて低速大容量モードと高速小容量モードとに切り換え可能であるハイブリッド式建投機械において、
前記走行用油圧モータが高速小容量モードにありかつ前記走行操作装置が操作された運転状態である走行高速時に、前記蓄電装置からの電力により前記発電・電動機を駆動して電動機として作動させ、前記エンジンの出力トルク不足分を補うように制御する制御装置を設けたことを特徴とするハイブリッド式作業機械。
【請求項２】
請求項１記載のハイブリッド式作業機械において、
前記制御装置は、
前記蓄電装置の充電状態が不十分である場合は、前記油圧ポンプの吸収トルクを下げる減トルク制御を行って前記エンジンの余剰トルクを強制的に作り出すことを特徴とするハイブリッド式作業機械。
【請求項３】
請求項２記載のハイブリッド式作業機械において、
前記制御装置は、
前記走行速度切替スイッチが走行高速を指示しかつ前記走行操作装置が操作されたときに前記蓄電装置の充電状態が不十分である場合は、前記走行速度切替スイッチの走行高速の指示を無効にして、前記走行用油圧モータを低速大容量モードに制御することを特徴とするハイブリッド式作業機械。
【請求項４】
請求項１記載のハイブリッド式作業機械において、
前記制御装置は、
前記走行高速時以外の運転状態では、前記油圧ポンプを前記エンジン出力トルクのみで駆動するとともに、前記エンジンに余剰トルクがあるときは、その余剰トルクによって前記発電・電動機を駆動して発電機として作動させ、その発電電力を前記蓄電装置に蓄電させることを特徴とするハイブリッド式作業機械。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項記載のハイブリッド式作業機械において、
前記エンジンの出力馬力を、前記走行高速時に、前記油圧ポンプに必要とされる油圧馬力を賄うことができない大きさの設定としたことを特徴とするハイブリッド式作業機械。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか１項記載のハイブリッド式作業機械において、
前記エンジンの出力馬力を、前記走行高速時以外の運転状態では、前記油圧ポンプに必要とされる油圧馬力を賄うことができ、前記走行高速時には、前記油圧ポンプに必要とされる油圧馬力を賄うことができない大きさの設定としたことを特徴とするハイブリッド式作業機械。
【請求項７】
請求項１〜４のいずれか１項記載のハイブリッド式作業機械において、
前記エンジンの出力馬力を、排ガス規制対象のエンジン出力馬力より小さい設定としたことを特徴とするハイブリッド式作業機械。
【請求項８】
エンジンと、
このエンジンによって駆動される油圧ポンプと、
この油圧ポンプから吐出油によって駆動される走行用油圧モータを含む複数の油圧アクチュエータと、
走行用操作装置と、
走行速度切替スイッチと、
前記エンジンに接続された発電・電動機と、
蓄電装置とを有し、
前記走行用油圧モータは、前記走行速度切換スイッチの指示に基づいて低速大容量モードと高速小容量モードとに切り換え可能であるハイブリッド式建投機械において、
前記蓄電装置の充電状態が不十分である場合は、前記油圧ポンプの吸収トルクを下げる減トルク制御を行って前記エンジンの余剰トルクを強制的に作り出す制御装置を設け、
前記制御装置は、
前記走行速度切替スイッチが走行高速を指示しかつ前記走行操作装置が操作されたときに前記蓄電装置の充電状態が不十分である場合は、前記走行速度切替スイッチの走行高速の指示を無効にして、前記走行用油圧モータを低速大容量モードに制御することを特徴とするハイブリッド式作業機械。
【請求項１】
エンジンと、
このエンジンによって駆動される油圧ポンプと、
この油圧ポンプから吐出油によって駆動される走行用油圧モータを含む複数の油圧アクチュエータと、
走行用操作装置と、
走行速度切替スイッチと、
前記エンジンに接続された発電・電動機と、
蓄電装置とを有し、
前記走行用油圧モータは、前記走行速度切換スイッチの指示に基づいて低速大容量モードと高速小容量モードとに切り換え可能であるハイブリッド式建投機械において、
前記走行用油圧モータが高速小容量モードにありかつ前記走行操作装置が操作された運転状態である走行高速時に、前記蓄電装置からの電力により前記発電・電動機を駆動して電動機として作動させ、前記エンジンの出力トルク不足分を補うように制御する制御装置を設けたことを特徴とするハイブリッド式作業機械。
【請求項２】
請求項１記載のハイブリッド式作業機械において、
前記制御装置は、
前記蓄電装置の充電状態が不十分である場合は、前記油圧ポンプの吸収トルクを下げる減トルク制御を行って前記エンジンの余剰トルクを強制的に作り出すことを特徴とするハイブリッド式作業機械。
【請求項３】
請求項２記載のハイブリッド式作業機械において、
前記制御装置は、
前記走行速度切替スイッチが走行高速を指示しかつ前記走行操作装置が操作されたときに前記蓄電装置の充電状態が不十分である場合は、前記走行速度切替スイッチの走行高速の指示を無効にして、前記走行用油圧モータを低速大容量モードに制御することを特徴とするハイブリッド式作業機械。
【請求項４】
請求項１記載のハイブリッド式作業機械において、
前記制御装置は、
前記走行高速時以外の運転状態では、前記油圧ポンプを前記エンジン出力トルクのみで駆動するとともに、前記エンジンに余剰トルクがあるときは、その余剰トルクによって前記発電・電動機を駆動して発電機として作動させ、その発電電力を前記蓄電装置に蓄電させることを特徴とするハイブリッド式作業機械。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項記載のハイブリッド式作業機械において、
前記エンジンの出力馬力を、前記走行高速時に、前記油圧ポンプに必要とされる油圧馬力を賄うことができない大きさの設定としたことを特徴とするハイブリッド式作業機械。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか１項記載のハイブリッド式作業機械において、
前記エンジンの出力馬力を、前記走行高速時以外の運転状態では、前記油圧ポンプに必要とされる油圧馬力を賄うことができ、前記走行高速時には、前記油圧ポンプに必要とされる油圧馬力を賄うことができない大きさの設定としたことを特徴とするハイブリッド式作業機械。
【請求項７】
請求項１〜４のいずれか１項記載のハイブリッド式作業機械において、
前記エンジンの出力馬力を、排ガス規制対象のエンジン出力馬力より小さい設定としたことを特徴とするハイブリッド式作業機械。
【請求項８】
エンジンと、
このエンジンによって駆動される油圧ポンプと、
この油圧ポンプから吐出油によって駆動される走行用油圧モータを含む複数の油圧アクチュエータと、
走行用操作装置と、
走行速度切替スイッチと、
前記エンジンに接続された発電・電動機と、
蓄電装置とを有し、
前記走行用油圧モータは、前記走行速度切換スイッチの指示に基づいて低速大容量モードと高速小容量モードとに切り換え可能であるハイブリッド式建投機械において、
前記蓄電装置の充電状態が不十分である場合は、前記油圧ポンプの吸収トルクを下げる減トルク制御を行って前記エンジンの余剰トルクを強制的に作り出す制御装置を設け、
前記制御装置は、
前記走行速度切替スイッチが走行高速を指示しかつ前記走行操作装置が操作されたときに前記蓄電装置の充電状態が不十分である場合は、前記走行速度切替スイッチの走行高速の指示を無効にして、前記走行用油圧モータを低速大容量モードに制御することを特徴とするハイブリッド式作業機械。
【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２０１１−１４９２２６（Ｐ２０１１−１４９２２６Ａ）
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２３０４（Ｐ２０１０−１２３０４）
【出願日】平成２２年１月２２日（２０１０．１．２２）
【出願人】（０００００５５２２）日立建機株式会社 (2,611)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２２日（２０１０．１．２２）
【出願人】（０００００５５２２）日立建機株式会社 (2,611)
【Ｆターム（参考）】
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