建設機械の制御方法
【課題】本発明は、油圧負荷が急激に増大したときでも、内燃機関の運転条件を適正に維持しながら、油圧負荷の増大に応じて油圧発生機に供給される動力を増大させることができる建設機械の制御方法を提供することを課題とする。
【解決手段】内燃機関１０により油圧発生機１２を駆動して作業を行う建設機械の制御方法において、内燃機関１０の出力の増加率を所定値に設定する。増加率の所定値から求められる内燃機関１０の出力上限値と、油圧発生機１２に要求される油圧出力から求められた要求動力とを比較する。要求動力が出力上限値を超えたときに、内燃機関１０の出力が出力上限値以下になるように制御する。
【解決手段】内燃機関１０により油圧発生機１２を駆動して作業を行う建設機械の制御方法において、内燃機関１０の出力の増加率を所定値に設定する。増加率の所定値から求められる内燃機関１０の出力上限値と、油圧発生機１２に要求される油圧出力から求められた要求動力とを比較する。要求動力が出力上限値を超えたときに、内燃機関１０の出力が出力上限値以下になるように制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は建設機械に係り、特に内燃機関を動力源として油圧発生機を駆動して発生した油圧で作業を行う建設機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の動力と電動機の動力を併用して効率的に動作するハイブリッド式の建設機械が開発され用いられるようになっている。ハイブリッド式の建設機械として、いわゆるパラレル方式の駆動形態をとるものが知られている。
【０００３】
パラレル方式の駆動形態では、油圧ポンプと、発電機作用と電動機作用を行なう動力機とが、共通の動力源としての内燃機関（エンジン）にパラレルに接続される。油圧ポンプによって油圧アクチュエータが駆動されるとともに、動力機の発電機作用によって蓄電装置に充電が行われる。この蓄電装置からの電力により動力機を電動機として動作させてエンジンをアシストする。なお、動力機としては、一台で発電機作用と電動機作用の双方を行なう兼用機(発電機兼電動機)を用いる場合と、別々の発電機と電動機を併用する場合とがある。
【０００４】
上述のハイブリッド式建設機械において、油圧ポンプは例えばディーゼルエンジンやガソリンエンジンなどの内燃機関により駆動される。内燃機関の最大出力はそのときの内燃機関の回転数によって決まるため、内燃機関の出力には回転数に応じた上限値が設定される。したがって、油圧ポンプが内燃機関に要求する動力（油圧作動部分が必要とする油圧を発生させるための出力）が、そのときの内燃機関の回転数によって決まる上限値を越えている場合は、要求しただけの動力を出力することはできない。
【０００５】
そこで、油圧ポンプが内燃機関に要求する動力が上限値を越えた場合に、動力機を電動機として用いて内燃機関をアシストし、上限値を超えた部分の出力を動力機により補うことが行われる。しかし、蓄電装置からの電力により駆動される動力機にも出力の上限があり、上限値を超えた部分の出力を動力機により十分に補うことができないことがある。
【０００６】
そこで、動力機によって出力を十分に補うことができない場合に、内燃機関の回転数を上げて内燃機関の出力を増大させる制御を行うことが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特許第３７４０４２６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
内燃機関の回転数を一定にして出力を増大させるには、内燃機関に供給する燃料の量を増大させる。内燃機関の出力は供給される燃料の量に応じて変化（増大）するが、その応答は比較的鈍く、単位時間当たりの出力変化（出力増大率）には限度がある。すなわち、適正な燃焼効率を維持しながら出力を増大させるには、単位時間当たりの出力変化（出力増大率）を制限しなければならない。
【０００８】
ところが、油圧モータあるいは油圧ポンプ等の油圧発生機が要求する内燃機関の出力（すなわち、油圧作動部が必要とする油圧）は急激に増大することがあり、油圧発生機が要求する出力の増大率が内燃機関の出力増大率の限度を越えてしまう場合がある。すなわち、内燃機関の出力を急激に増大させようとし、内燃機関に過大な量の燃料が供給されてしまうことがある。
【０００９】
内燃機関に過大な量の燃料が急激に供給された場合、内燃機関での燃焼効率が低下し、内燃機関の回転数が一時的に低下して出力が低下し、内燃機関から黒煙が発生するおそれがある。あるいは、内燃機関の出力低下により、油圧作動部を操作する際の操作感が悪化するおそれがある。さらに、最悪の場合、内燃機関の回転数が低下し過ぎて停止（エンスト）してしまうおそれもある。
【００１０】
本発明は上述の問題に鑑みなされたものであり、油圧負荷が急激に増大したときでも、内燃機関の運転条件を適正に維持しながら、油圧負荷の増大に応じて油圧発生機に供給される動力を増大させることができる建設機械の制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によれば、内燃機関により油圧発生機を駆動して作業を行う建設機械の制御方法であって、該内燃機関の出力の増加率を所定値に設定し、該増加率の該所定値から求められる前記内燃機関の出力上限値と、前記油圧発生機に要求される油圧出力から求められた要求動力とを比較し、前記要求動力が前記出力上限値を超えたときに、前記内燃機関の出力が前記出力上限値以下になるように制御することを特徴とする建設機械の制御方法が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、油圧負荷が急激に増大したときでも、内燃機関の負荷を急激に増大することが無いように制御することができる。したがって、内燃機関の運転条件を適正な範囲に維持できるため、燃焼効率の低下、黒煙の発生、エンジン停止を回避できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１４】
まず、本発明の基本的な概念について図１を参照しながら説明する。図１は内燃機関（エンジン）の出力上限値を決定するための処理を行う制御部のブロック図である。
【００１５】
出力上限値を決定するための処理は、単位時間毎に繰り返し行われるものであり、現在の時点においてどのくらいまでエンジン出力を増大させてよいか、すなわちエンジンに供給する燃料の量をどのくらいまで増やしてよいかを決定するための処理である。
【００１６】
制御部には、エンジンの回転数に対する出力の上限値を示すテーブル情報あるいはマップ情報１が格納されている。制御部にエンジン実回転数Ｎａｃｔの現在の値が入力されると、制御部はマップ情報１を参照して現在のエンジン実回転数Ｎａｃｔにおける出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ１を求める。求められた出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ１は比較器２に入力される。
【００１７】
一方、制御部には、エンジン実出力Ｐｅｎｇａｃｔの前回の値が入力される。制御部は、エンジン実出力Ｐｅｎｇａｃｔの前回の値にエンジン出力の増加分リミットＰｅｎｇｉｎｃを加算して求めた出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ２を、比較器２に入力する。
【００１８】
ここで、増加分リミットＰｅｎｇｉｎｃは、エンジンの運転条件を適正な範囲に維持しながらエンジンの出力を増大させることのできる値に設定されている。すなわち、エンジンに要求される出力が急激に増大しても、単位時間当たりの出力の増大量を制限してエンジンに供給される燃料の量の増大を制限するための出力制限値である。
【００１９】
比較器２は、入力された出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ１と出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ２とを比較し、値の小さなほうをエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘとして出力する。エンジンの実際の出力がこのエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘを越えないようにエンジンの運転を制御することで、エンジンにかかる負荷の急激な増大を防止することができる。これにより、エンジンが停止してしまったり（いわゆるエンスト）、エンジンの排気に黒煙が発生したりすることを回避することができる。また、エンジンに急激な負荷がかかって回転数が急激に低下することを防止することができ、油圧作動部分の操作感の悪化を回避することができる。
【００２０】
次に、本発明の第１実施形態による建設機械の制御方法について説明する。
【００２１】
図２は本発明の第１実施形態による建設機械の制御方法が適用される建設機械のシステム構成図である。建設機械の一例として油圧ショベルを用いて説明する。
【００２２】
油圧ショベルは、内燃機関であるエンジン１０により油圧発生機である可変容量型油圧ポンプ１２を駆動して油圧を発生させ、発生した油圧を各油圧作動部に供給して作業を行う建設機械である。油圧ポンプ１２により発生した油圧は、コントロールバルブ１４により各油圧作動部に分配される。油圧ショベルの場合、油圧作動部として、走行用油圧モータ１６，バケット駆動用油圧シリンダ１８，アーム駆動用油圧シリンダ２０、ブーム駆動用油圧シリンダ２２、旋回用油圧モータ２４などがある。
【００２３】
例えば、アームとブームを駆動しながら急旋回を行うような場合には、アーム駆動用油圧シリンダ２０とブーム駆動用油圧シリンダ２２と旋回用油圧モータ２４が同時に油圧を要求するため、油圧ポンプ１２は大きな油圧を発生させる必要が生じる。この場合、油圧ポンプ１２はエンジン１０からの動力を急激に増大するように要求する（すなわち、エンジン１０に対する負荷が急激に増大することとなる。）。要求されただけの動力をエンジン１０が出力することができればよいが、要求された動力に応じてエンジン１０に供給する燃料の量を急激に増大すると、エンストを起したり、排気に黒煙が混ざったりするおそれがある。
【００２４】
そこで、本実施形態では、エンジン１０の出力を増大させる際に、単位時間当たりの出力増加量を制限して、エンジン１０に供給される燃料の量が急激に増大されないように制御する。
【００２５】
図３は図２に示す油圧ショベルにおいて行われる制御処理のブロック図である。出力上限値を決定するための処理は、単位時間毎に繰り返し行われるものであり、現在の時点においてどのくらいまでエンジン１０の出力を増大させてよいかを決定するための処理である。
【００２６】
制御部には、エンジン１０の回転数に対する出力の上限値を示すテーブル情報あるいはマップ情報２６が格納されている。制御部にエンジン実回転数Ｎａｃｔの現在の値が入力されると、制御部はエンジン出力特性に基づくマップ情報２６を参照して現在のエンジン実回転数Ｎａｃｔに対応した出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ１を求める。求められた出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ１は比較器２８に入力される。
【００２７】
一方、制御部には、エンジン実出力Ｐｅｎｇａｃｔの前回の値が入力される。ここで、前回の値は、前回のエンジンの出力を回転数の検出値から算出した値を用いてもよく、また、前回の油圧負荷等の検出値を基に算出された算出値等を用いてもよい。制御部は、エンジン実出力Ｐｅｎｇａｃｔの前回の値にエンジン出力の増加分リミットＰｅｎｇｉｎｃを加算して求めた出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ２を、比較器２８に入力する。
【００２８】
ここで、増加分リミットＰｅｎｇｉｎｃは、エンジンの運転条件を適正な範囲に維持しながらエンジンの出力を増大させることのできる値に設定されている。すなわち、エンジン１０に要求される出力が急激に増大しても、単位時間当たりの出力の増加量を制限してエンジン１０に供給される燃料の量の増大を制限するための出力制限値である。
【００２９】
比較器２８は、入力された出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ１と出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ２とを比較し、値の小さなほうをエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘとして出力する最小値選択器である。エンジン１０の実際の出力がこのエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘを越えないように油圧ポンプの出力を制限することで、エンジンにかかる負荷の急激な増大を防止することができる。
【００３０】
具体的には、エンジン１０の負荷は、油圧ポンプ１２が出力すべき油圧の大きさにより決定される。油圧ポンプ１２が出力すべき油圧は、各油圧作動部が要求する油圧を加算したものに相当し、この出力値は油圧負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑとなる。
【００３１】
ここで、エンジン１０の負荷を急激に増大しても、エンジン１０の運転条件が適正な範囲内でエンジン１０の出力を増大することができるのであれば、油圧負荷である油圧作動部が要求している油圧負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑをそのまま出力するように、油圧負荷出力指令Ｐｈｙｄｏｕｔを油圧負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑに等しくすればよい。エンジン１０の運転条件が適正な範囲内でエンジン１０の出力を増大することができるのか否かは、上述のエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘと油圧負荷要求出力とを比較すれば判断することができる。この比較処理は、比較器３０により行われる。
【００３２】
すなわち、比較器３０は、油圧負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑがエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ以下であれば、油圧負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑをそのまま油圧負荷出力指令Ｐｈｙｄｏｕｔとして出力する。一方、比較器３０は、油圧負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑがエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘを越えていれば、エンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘを油圧負荷出力指令Ｐｈｙｄｏｕｔとして出力し、油圧負荷出力指令に従い油圧ポンプの出力を容量を減少させることで油圧ポンプの出力を制限する。これにより、エンジン１０に要求される出力は、油圧負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑとエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘのうちいずれか小さい方に設定される。
【００３３】
図４は上述の処理のフローチャートである。この処理は例えば０．１秒毎というように短い単位時間毎に行われる。また、図５は図４に示す処理を単位時間毎に繰り返し行った際のエンジン出力の推移の一例を示すグラフである。
【００３４】
まず、ステップＳ１−１において、エンジン実出力Ｐｅｎｇａｃｔの前回の値に増加分リミットＰｅｎｇｉｎｃを加えてエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ２が算出される。次に、ステップＳ１−２において、エンジン実回転数Ｎａｃｔから求めたエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ１がエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ２より大きいか否かが判定される。
【００３５】
エンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ１がエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ２以下の場合、処理はステップＳ１−３に進む。ステップＳ１−３では、Ｐｅｎｇｍａｘ１をＰｅｎｇｍａｘとして設定する処理が行われる。一方、 エンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ１がエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ２より大きい場合、処理はステップＳ１−４に進む。ステップＳ１−４では、Ｐｅｎｇｍａｘ２をＰｅｎｇｍａｘとして設定する処理が行われる。
【００３６】
ステップＳ１−３又はステップＳ１−４までの処理が、エンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘを決定する処理となる。このように決定されたエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘは、エンジンの回転数が一定の場合に、現在のエンジンの出力において単位時間後に許容されるエンジン出力に相当し、且つエンジン回転数によって得られるエンジン出力の最大値で制限された値となる。Ｐｅｎｇｍａｘ１はエンジンの回転数が一定であるからエンジンの回転数に対応して一定の値となり、図５において横軸に平行な直線となっている。Ｐｅｎｇｍａｘ２は、エンジン出力に増加分リミットＰｅｎｇｉｎｃを加算したものであるから、図５において△で示す曲線となる。したがって、エンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘは△で示す曲線で示されるＰｅｎｇｍａｘ２と横軸に平行な直線で示されるＰｅｎｇｍａｘ１のどちらか小さい値のほうとなる。図５において、△で示す曲線で示されるＰｅｎｇｍａｘ２は凸上の曲線であり、その頂上部分が横軸に平行な直線で示されるＰｅｎｇｍａｘ１で切り取られたものがエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘに相当する。
【００３７】
ステップＳ１−３又はステップＳ１−４の処理が終了してＰｅｎｇｍａｘが決定されたら、処理はステップＳ１−５に進む。ステップＳ１−５では、油圧負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑが上述のように決定したエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘより大きいか否かが判定される。
【００３８】
油圧負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑがエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ以下である場合、処理はステップ１−６に進む。ステップＳ１−６では、油圧負荷出力指令Ｐｈｙｄｏｕｔを油圧負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑに等しくする。すなわち、要求される出力が上限値を超えていないので、要求された出力が得られるようにエンジンの出力を設定してもよく、油圧負荷出力指令Ｐｈｙｄｏｕｔを油圧負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑに等しくしている。
【００３９】
一方、油圧負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑがエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘより大きい場合、処理はステップ１−７に進む。ステップＳ１−７では、油圧負荷出力指令Ｐｈｙｄｏｕｔをエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘに等しくする。すなわち、要求される出力が上限値を超えているので、エンジン出力が上限値を超えないように油圧負荷出力指令Ｐｈｙｄｏｕｔをエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘに等しくする。
【００４０】
ステップＳ１−５からステップＳ１−７までの処理が、油圧負荷出力指令Ｐｈｙｄｏｕｔを決定する処理に相当する。
【００４１】
図５において、油圧作動部が要求する出力である油圧負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑが○で示されている。時刻ｔ１から時刻ｔ５までの間は、油圧負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑはエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ（＝Ｐｅｎｇｍａｘ２）より小さいため、油圧負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑが油圧負荷出力指令Ｐｈｙｄｏｕｔとして設定されている。本実施形態では、エンジン１０は油圧ポンプ１２だけを駆動するため、油圧負荷出力指令Ｐｈｙｄｏｕｔはエンジン１０の実際の出力であるエンジン出力Ｐｅｎｇａｃｔに等しくなる。より具体的には、時刻ｔ１におけるエンジン実出力Ｐｅｎｇａｃｔに、増加分リミットＰｅｎｇｉｎｃを加算して時刻ｔ２におけるＰｅｎｇｍａｘを算出しているので、Ｐｅｎｇａｃｔが急激に変化しないｔ５時点までの間は、エンジン実出力Ｐｅｎｇａｃｔの曲線に平行して、増加分リミットＰｅｎｇｉｎｃを加えた曲線を形成する。ここで、時刻ｔ５までの間は、急激な要求出力の増加が無いため、油圧負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑに対してエンジンのエンジン実出力Ｐｅｎｇａｃｔとは重なった波形を示している。
【００４２】
時刻ｔ５からｔ６までの間に油圧負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑが急激に増大したため、時刻ｔ６において油圧負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑがエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ（＝Ｐｅｎｇｍａｘ２）を超えてしまっている。したがって、そこで、油圧負荷出力指令Ｐｈｙｄｏｕｔがエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ（＝Ｐｅｎｇｍａｘ２）より大きくならないように、油圧負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑはエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ（＝Ｐｅｎｇｍａｘ２）に制限されている。
【００４３】
時刻ｔ７においても時刻ｔ６と同様に、油圧負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑはエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ（＝Ｐｅｎｇｍａｘ２）に制限されている。時刻ｔ８では、エンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ１のほうがエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ２より小さいため、エンジン出力上限値ＰｅｎｇｍａｘはＰｅｎｇｍａｘ１となっている。したがって、油圧負荷出力指令Ｐｈｙｄｏｕｔがエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ（＝Ｐｅｎｇｍａｘ１）より大きくならないように、油圧負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑはエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ（＝Ｐｅｎｇｍａｘ１）に制限されている。
【００４４】
時刻ｔ７以降時刻ｔ１０までは、エンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ１のほうがエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ２より小さいため、エンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘは引き続きＰｅｎｇｍａｘ１となっている。したがって、油圧負荷出力指令Ｐｈｙｄｏｕｔがエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ（＝Ｐｅｎｇｍａｘ１）より大きくならないように、油圧負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑはエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ（＝Ｐｅｎｇｍａｘ１）に制限されている。
【００４５】
時刻ｔ１１から時刻ｔ１２までは、引き続きエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ１のほうがエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ２より小さいため、エンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘは引き続きＰｅｎｇｍａｘ１となっている。一方、油圧負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑはエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ（＝Ｐｅｎｇｍａｘ１）より小さくなっており、油圧負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑが油圧負荷出力指令Ｐｈｙｄｏｕｔとして設定されている。
【００４６】
時刻ｔ１３から時刻ｔ１４までは、エンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ２のほうがエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ１より小さいため、エンジン出力上限値ＰｅｎｇｍａｘはＰｅｎｇｍａｘ２となっている。油圧負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑは、引き続きエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ（＝Ｐｅｎｇｍａｘ２）より小さくなっており、油圧負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑが油圧負荷出力指令Ｐｈｙｄｏｕｔとして設定されている。
【００４７】
上述の説明でわかるように、図５において★を結ぶ曲線が油圧負荷出力指令Ｐｈｙｄｏｕｔに相当し、エンジン１０の実際出力を表している。また、斜線を施した部分は、エンジン出力制限値Ｐｅｎｇｍａｘにより油圧負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑが制限された部分であり、エンジン１０の運転条件を適正に維持するために、エンジン出力の急激な増大を抑制した部分となる。
【００４８】
次に、本発明の第２実施形態による建設機械の制御方法について説明する。
【００４９】
図６は本発明の第２実施形態による建設機械の制御方法が適用されるハイブリッド式建設機械のシステム構成図である。ハイブリッド式建設機械の一例としてハイブリッド式油圧ショベルを用いて説明する。なお、図６において、図２に示す構成部品と同等な部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００５０】
図６に示すハイブリッド式油圧ショベルは、内燃機関であるエンジン１０及び電動機であるアシストモータ３２により油圧発生機である油圧ポンプ１２を駆動して油圧を発生させ、発生した油圧を各油圧作動部に供給して作業を行うハイブリッド式建設機械である。油圧ポンプ１２により発生した油圧は、コントロールバルブ１４により各油圧作動部に分配される。油圧ショベルの場合、油圧作動部として、走行用油圧モータ１６、バケット駆動用油圧シリンダ１８、アーム駆動用油圧シリンダ２０、ブーム駆動用油圧シリンダ２２、旋回用油圧モータ２４などがある。
【００５１】
アシストモータ３２は、例えばＩＰＭモータなどのようにインバータ制御可能な原動機である。アシストモータ３２は、エンジン１０の動力を油圧ポンプ１２に伝達するための動力分配器３４に接続され、アシストモータ３２の動力を油圧ポンプ１２に伝達してエンジン１０をアシストすることができる。
【００５２】
アシストモータ３２は蓄電装置３６からの電力により駆動される。蓄電装置３６は、例えば大電流を得ることができるキャパシタ蓄電器により構成され、コンバータ及びインバータを介してアシストモータ３２を駆動する。
【００５３】
図７は図６に示すハイブリッド式油圧ショベルで行われる制御処理のフローチャートである。図７において、ステップＳ２−１からステップＳ２−５までの処理は、図４に示すステップＳ１−１からステップＳ１−５までの処理と同じであり、その説明は省略する。
【００５４】
本実施形態では、ステップＳ２−５において油圧負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑがエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ以下である場合、処理はステップ２−６に進む。ステップＳ２−６では、油圧負荷出力指令Ｐｈｙｄｏｕｔを油圧負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑに等しくする。すなわち、要求される出力が上限値を超えていないので、要求された出力が得られるようにエンジンの出力を設定してもよく、油圧負荷出力指令Ｐｈｙｄｏｕｔを油圧負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑに等しくしている。したがって、アシストモータ３２によるアシストは必要ではなく、アシストモータ３２の出力指令Ｐａｓｍｒｅｆはゼロに設定される（Ｐａｓｍｒｅｆ＝０）。
【００５５】
一方、油圧負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑがエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘより大きい場合、処理はステップ２−７に進む。ステップＳ２−７では、アシストモータ３２の出力値を求める。すなわち、油圧負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑがエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘを越えた部分の出力を、アシストモータ３２の出力で補う。図５に示す斜線を施した部分を、上述の第１実施形態では削除しているが、本実施形態ではアシストモータ３２の出力をエンジン１０を介して油圧ポンプ１２に供給することで、エンジン１０をアシストする。したがって、ステップＳ２−７では、油圧負荷出力指令Ｐｈｙｄｏｕｔを油圧負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑに等しくし、且つアシストモータ３２の出力指令Ｐａｓｍｒｅｆを、負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑからエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘを引いた値に設定する（Ｐａｓｍｒｅｆ＝Ｐｈｙｄｒｅｑ−Ｐｅｎｇｍａｘ）。
【００５６】
なお、ステップＳ２−５からステップＳ２−７までの処理が、アシストモータ３２の出力指令Ｐａｓｍｒｅｆを決定する処理に相当する。
【００５７】
以上のように、エンジン１０の負荷の急激な増大になる部分のみをアシストモータ３２の出力で補うことで、エンジン１０の出力を上限値以下に維持してエンジン１０を適正な運転条件に維持しながら、油圧作動部が要求する油圧を低減せずに供給することができる。
【００５８】
次に、本発明の第３実施形態による建設機械の制御方法について説明する。
【００５９】
図８は本発明の第３実施形態による建設機械の制御方法が適用されるハイブリッド式建設機械のシステム構成図である。ハイブリッド式建設機械の一例としてハイブリッド式油圧ショベルを用いて説明する。なお、図８において、図６に示す構成部品と同等な部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００６０】
本実施形態では、図６における旋回用の油圧モータ２４が電動発電機３８に置き換えられている。電動発電機３８は、電動機（電動モータ）として機能する他に回生電力を発生させる発電機としても機能する。電動発電機３８は、インバータを介して蓄電装置３６用のインバータとコンバータの間に接続される。したがって、油圧ショベルの旋回動作において電動発電機３８により発生した回生電力をアシストモータ３２に供給することができる。本実施形態では、アシストモータ３２でエンジン１０をアシストするための電力として、電動発電機３８からの回生電力と蓄電装置３６からの電力を用いる
図９は図８に示すハイブリッド式油圧ショベルで行われる制御処理のフローチャートである。図８において、ステップＳ３−１からステップＳ３−７までの処理は、図７に示すステップＳ２−１からステップＳ２−７までの処理と同じであり、その説明は省略する。
【００６１】
ステップＳ３−６又はステップＳ３−７においてアシストモータ３２の出力指令Ｐａｓｍｒｅｆを決定したら、処理はステップＳ３−８に進む。ステップＳ３−８では、蓄電装置３６からアシストモータ３２に供給する電力量としてバッテリ出力Ｐｂａｔｏｕｔを算出する。バッテリ出力Ｐｂａｔｏｕｔは、アシストモータ３２の出力指令Ｐａｓｍｒｅｆｓから電動発電機３８の回生電力Ｐｅｌｃｇｅｎを引くことで求められる（Ｐｂａｔｏｕｔ＝Ｐａｓｍｒｅｆ−Ｐｅｌｅｃｇｅｎ）。
【００６２】
ステップＳ３−８の処理が、バッテリ出力Ｐｂａｔｏｕｔを決定する処理に相当する。
【００６３】
以上のように本実施形態によれば、エンジン１０の負荷の急激な増大になる部分のみをアシストモータ３２の出力で補うことで、エンジン１０の出力を上限値以下に維持してエンジン１０を適正な運転条件に維持しながら、油圧作動部が要求する油圧を低減せずに供給することができる。加えて、作動部分を駆動するための電動発電機からの回生電力をアシストモータ３２の電力として用いることができる。すなわち、回生電力をエンジン１０のアシスト用に用いることができ、効率的に電力を利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】エンジンの出力上限値を決定するための処理のブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態による建設機械の制御方法が適用される建設機械のシステム構成図である。
【図３】図２に示す油圧ショベルにおいて行われる制御処理のブロック図である。
【図４】図２に示す油圧ショベルにおいて行われる制御処理のフローチャートである。
【図５】図４に示す処理を単位時間毎に繰り返し行った際のエンジン出力の推移の一例を示すグラフである。
【図６】本発明の第２実施形態による建設機械の制御方法が適用されるハイブリッド式建設機械のシステム構成図である。
【図７】図６に示すハイブリッド式油圧ショベルで行われる制御処理のフローチャートである。
【図８】本発明の第３実施形態による建設機械の制御方法が適用されるハイブリッド式建設機械のシステム構成図である。
【図９】図８に示すハイブリッド式油圧ショベルで行われる制御処理のフローチャートである。
【符号の説明】
【００６５】
１ マップ情報
２ 比較器
１０ エンジン
１２ 油圧ポンプ
１４ コントロールバルブ
１６ 油圧モータ
１８，２０，２２ 油圧シリンダ
２４ 油圧モータ
２６ マップ情報
２８ 比較器
３０ 比較器
３２ アシストモータ
３４ 動力分配器
３６ 蓄電装置
３８ 電動発電機
【技術分野】
【０００１】
本発明は建設機械に係り、特に内燃機関を動力源として油圧発生機を駆動して発生した油圧で作業を行う建設機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の動力と電動機の動力を併用して効率的に動作するハイブリッド式の建設機械が開発され用いられるようになっている。ハイブリッド式の建設機械として、いわゆるパラレル方式の駆動形態をとるものが知られている。
【０００３】
パラレル方式の駆動形態では、油圧ポンプと、発電機作用と電動機作用を行なう動力機とが、共通の動力源としての内燃機関（エンジン）にパラレルに接続される。油圧ポンプによって油圧アクチュエータが駆動されるとともに、動力機の発電機作用によって蓄電装置に充電が行われる。この蓄電装置からの電力により動力機を電動機として動作させてエンジンをアシストする。なお、動力機としては、一台で発電機作用と電動機作用の双方を行なう兼用機(発電機兼電動機)を用いる場合と、別々の発電機と電動機を併用する場合とがある。
【０００４】
上述のハイブリッド式建設機械において、油圧ポンプは例えばディーゼルエンジンやガソリンエンジンなどの内燃機関により駆動される。内燃機関の最大出力はそのときの内燃機関の回転数によって決まるため、内燃機関の出力には回転数に応じた上限値が設定される。したがって、油圧ポンプが内燃機関に要求する動力（油圧作動部分が必要とする油圧を発生させるための出力）が、そのときの内燃機関の回転数によって決まる上限値を越えている場合は、要求しただけの動力を出力することはできない。
【０００５】
そこで、油圧ポンプが内燃機関に要求する動力が上限値を越えた場合に、動力機を電動機として用いて内燃機関をアシストし、上限値を超えた部分の出力を動力機により補うことが行われる。しかし、蓄電装置からの電力により駆動される動力機にも出力の上限があり、上限値を超えた部分の出力を動力機により十分に補うことができないことがある。
【０００６】
そこで、動力機によって出力を十分に補うことができない場合に、内燃機関の回転数を上げて内燃機関の出力を増大させる制御を行うことが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特許第３７４０４２６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
内燃機関の回転数を一定にして出力を増大させるには、内燃機関に供給する燃料の量を増大させる。内燃機関の出力は供給される燃料の量に応じて変化（増大）するが、その応答は比較的鈍く、単位時間当たりの出力変化（出力増大率）には限度がある。すなわち、適正な燃焼効率を維持しながら出力を増大させるには、単位時間当たりの出力変化（出力増大率）を制限しなければならない。
【０００８】
ところが、油圧モータあるいは油圧ポンプ等の油圧発生機が要求する内燃機関の出力（すなわち、油圧作動部が必要とする油圧）は急激に増大することがあり、油圧発生機が要求する出力の増大率が内燃機関の出力増大率の限度を越えてしまう場合がある。すなわち、内燃機関の出力を急激に増大させようとし、内燃機関に過大な量の燃料が供給されてしまうことがある。
【０００９】
内燃機関に過大な量の燃料が急激に供給された場合、内燃機関での燃焼効率が低下し、内燃機関の回転数が一時的に低下して出力が低下し、内燃機関から黒煙が発生するおそれがある。あるいは、内燃機関の出力低下により、油圧作動部を操作する際の操作感が悪化するおそれがある。さらに、最悪の場合、内燃機関の回転数が低下し過ぎて停止（エンスト）してしまうおそれもある。
【００１０】
本発明は上述の問題に鑑みなされたものであり、油圧負荷が急激に増大したときでも、内燃機関の運転条件を適正に維持しながら、油圧負荷の増大に応じて油圧発生機に供給される動力を増大させることができる建設機械の制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によれば、内燃機関により油圧発生機を駆動して作業を行う建設機械の制御方法であって、該内燃機関の出力の増加率を所定値に設定し、該増加率の該所定値から求められる前記内燃機関の出力上限値と、前記油圧発生機に要求される油圧出力から求められた要求動力とを比較し、前記要求動力が前記出力上限値を超えたときに、前記内燃機関の出力が前記出力上限値以下になるように制御することを特徴とする建設機械の制御方法が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、油圧負荷が急激に増大したときでも、内燃機関の負荷を急激に増大することが無いように制御することができる。したがって、内燃機関の運転条件を適正な範囲に維持できるため、燃焼効率の低下、黒煙の発生、エンジン停止を回避できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１４】
まず、本発明の基本的な概念について図１を参照しながら説明する。図１は内燃機関（エンジン）の出力上限値を決定するための処理を行う制御部のブロック図である。
【００１５】
出力上限値を決定するための処理は、単位時間毎に繰り返し行われるものであり、現在の時点においてどのくらいまでエンジン出力を増大させてよいか、すなわちエンジンに供給する燃料の量をどのくらいまで増やしてよいかを決定するための処理である。
【００１６】
制御部には、エンジンの回転数に対する出力の上限値を示すテーブル情報あるいはマップ情報１が格納されている。制御部にエンジン実回転数Ｎａｃｔの現在の値が入力されると、制御部はマップ情報１を参照して現在のエンジン実回転数Ｎａｃｔにおける出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ１を求める。求められた出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ１は比較器２に入力される。
【００１７】
一方、制御部には、エンジン実出力Ｐｅｎｇａｃｔの前回の値が入力される。制御部は、エンジン実出力Ｐｅｎｇａｃｔの前回の値にエンジン出力の増加分リミットＰｅｎｇｉｎｃを加算して求めた出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ２を、比較器２に入力する。
【００１８】
ここで、増加分リミットＰｅｎｇｉｎｃは、エンジンの運転条件を適正な範囲に維持しながらエンジンの出力を増大させることのできる値に設定されている。すなわち、エンジンに要求される出力が急激に増大しても、単位時間当たりの出力の増大量を制限してエンジンに供給される燃料の量の増大を制限するための出力制限値である。
【００１９】
比較器２は、入力された出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ１と出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ２とを比較し、値の小さなほうをエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘとして出力する。エンジンの実際の出力がこのエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘを越えないようにエンジンの運転を制御することで、エンジンにかかる負荷の急激な増大を防止することができる。これにより、エンジンが停止してしまったり（いわゆるエンスト）、エンジンの排気に黒煙が発生したりすることを回避することができる。また、エンジンに急激な負荷がかかって回転数が急激に低下することを防止することができ、油圧作動部分の操作感の悪化を回避することができる。
【００２０】
次に、本発明の第１実施形態による建設機械の制御方法について説明する。
【００２１】
図２は本発明の第１実施形態による建設機械の制御方法が適用される建設機械のシステム構成図である。建設機械の一例として油圧ショベルを用いて説明する。
【００２２】
油圧ショベルは、内燃機関であるエンジン１０により油圧発生機である可変容量型油圧ポンプ１２を駆動して油圧を発生させ、発生した油圧を各油圧作動部に供給して作業を行う建設機械である。油圧ポンプ１２により発生した油圧は、コントロールバルブ１４により各油圧作動部に分配される。油圧ショベルの場合、油圧作動部として、走行用油圧モータ１６，バケット駆動用油圧シリンダ１８，アーム駆動用油圧シリンダ２０、ブーム駆動用油圧シリンダ２２、旋回用油圧モータ２４などがある。
【００２３】
例えば、アームとブームを駆動しながら急旋回を行うような場合には、アーム駆動用油圧シリンダ２０とブーム駆動用油圧シリンダ２２と旋回用油圧モータ２４が同時に油圧を要求するため、油圧ポンプ１２は大きな油圧を発生させる必要が生じる。この場合、油圧ポンプ１２はエンジン１０からの動力を急激に増大するように要求する（すなわち、エンジン１０に対する負荷が急激に増大することとなる。）。要求されただけの動力をエンジン１０が出力することができればよいが、要求された動力に応じてエンジン１０に供給する燃料の量を急激に増大すると、エンストを起したり、排気に黒煙が混ざったりするおそれがある。
【００２４】
そこで、本実施形態では、エンジン１０の出力を増大させる際に、単位時間当たりの出力増加量を制限して、エンジン１０に供給される燃料の量が急激に増大されないように制御する。
【００２５】
図３は図２に示す油圧ショベルにおいて行われる制御処理のブロック図である。出力上限値を決定するための処理は、単位時間毎に繰り返し行われるものであり、現在の時点においてどのくらいまでエンジン１０の出力を増大させてよいかを決定するための処理である。
【００２６】
制御部には、エンジン１０の回転数に対する出力の上限値を示すテーブル情報あるいはマップ情報２６が格納されている。制御部にエンジン実回転数Ｎａｃｔの現在の値が入力されると、制御部はエンジン出力特性に基づくマップ情報２６を参照して現在のエンジン実回転数Ｎａｃｔに対応した出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ１を求める。求められた出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ１は比較器２８に入力される。
【００２７】
一方、制御部には、エンジン実出力Ｐｅｎｇａｃｔの前回の値が入力される。ここで、前回の値は、前回のエンジンの出力を回転数の検出値から算出した値を用いてもよく、また、前回の油圧負荷等の検出値を基に算出された算出値等を用いてもよい。制御部は、エンジン実出力Ｐｅｎｇａｃｔの前回の値にエンジン出力の増加分リミットＰｅｎｇｉｎｃを加算して求めた出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ２を、比較器２８に入力する。
【００２８】
ここで、増加分リミットＰｅｎｇｉｎｃは、エンジンの運転条件を適正な範囲に維持しながらエンジンの出力を増大させることのできる値に設定されている。すなわち、エンジン１０に要求される出力が急激に増大しても、単位時間当たりの出力の増加量を制限してエンジン１０に供給される燃料の量の増大を制限するための出力制限値である。
【００２９】
比較器２８は、入力された出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ１と出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ２とを比較し、値の小さなほうをエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘとして出力する最小値選択器である。エンジン１０の実際の出力がこのエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘを越えないように油圧ポンプの出力を制限することで、エンジンにかかる負荷の急激な増大を防止することができる。
【００３０】
具体的には、エンジン１０の負荷は、油圧ポンプ１２が出力すべき油圧の大きさにより決定される。油圧ポンプ１２が出力すべき油圧は、各油圧作動部が要求する油圧を加算したものに相当し、この出力値は油圧負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑとなる。
【００３１】
ここで、エンジン１０の負荷を急激に増大しても、エンジン１０の運転条件が適正な範囲内でエンジン１０の出力を増大することができるのであれば、油圧負荷である油圧作動部が要求している油圧負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑをそのまま出力するように、油圧負荷出力指令Ｐｈｙｄｏｕｔを油圧負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑに等しくすればよい。エンジン１０の運転条件が適正な範囲内でエンジン１０の出力を増大することができるのか否かは、上述のエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘと油圧負荷要求出力とを比較すれば判断することができる。この比較処理は、比較器３０により行われる。
【００３２】
すなわち、比較器３０は、油圧負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑがエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ以下であれば、油圧負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑをそのまま油圧負荷出力指令Ｐｈｙｄｏｕｔとして出力する。一方、比較器３０は、油圧負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑがエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘを越えていれば、エンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘを油圧負荷出力指令Ｐｈｙｄｏｕｔとして出力し、油圧負荷出力指令に従い油圧ポンプの出力を容量を減少させることで油圧ポンプの出力を制限する。これにより、エンジン１０に要求される出力は、油圧負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑとエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘのうちいずれか小さい方に設定される。
【００３３】
図４は上述の処理のフローチャートである。この処理は例えば０．１秒毎というように短い単位時間毎に行われる。また、図５は図４に示す処理を単位時間毎に繰り返し行った際のエンジン出力の推移の一例を示すグラフである。
【００３４】
まず、ステップＳ１−１において、エンジン実出力Ｐｅｎｇａｃｔの前回の値に増加分リミットＰｅｎｇｉｎｃを加えてエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ２が算出される。次に、ステップＳ１−２において、エンジン実回転数Ｎａｃｔから求めたエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ１がエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ２より大きいか否かが判定される。
【００３５】
エンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ１がエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ２以下の場合、処理はステップＳ１−３に進む。ステップＳ１−３では、Ｐｅｎｇｍａｘ１をＰｅｎｇｍａｘとして設定する処理が行われる。一方、 エンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ１がエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ２より大きい場合、処理はステップＳ１−４に進む。ステップＳ１−４では、Ｐｅｎｇｍａｘ２をＰｅｎｇｍａｘとして設定する処理が行われる。
【００３６】
ステップＳ１−３又はステップＳ１−４までの処理が、エンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘを決定する処理となる。このように決定されたエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘは、エンジンの回転数が一定の場合に、現在のエンジンの出力において単位時間後に許容されるエンジン出力に相当し、且つエンジン回転数によって得られるエンジン出力の最大値で制限された値となる。Ｐｅｎｇｍａｘ１はエンジンの回転数が一定であるからエンジンの回転数に対応して一定の値となり、図５において横軸に平行な直線となっている。Ｐｅｎｇｍａｘ２は、エンジン出力に増加分リミットＰｅｎｇｉｎｃを加算したものであるから、図５において△で示す曲線となる。したがって、エンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘは△で示す曲線で示されるＰｅｎｇｍａｘ２と横軸に平行な直線で示されるＰｅｎｇｍａｘ１のどちらか小さい値のほうとなる。図５において、△で示す曲線で示されるＰｅｎｇｍａｘ２は凸上の曲線であり、その頂上部分が横軸に平行な直線で示されるＰｅｎｇｍａｘ１で切り取られたものがエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘに相当する。
【００３７】
ステップＳ１−３又はステップＳ１−４の処理が終了してＰｅｎｇｍａｘが決定されたら、処理はステップＳ１−５に進む。ステップＳ１−５では、油圧負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑが上述のように決定したエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘより大きいか否かが判定される。
【００３８】
油圧負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑがエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ以下である場合、処理はステップ１−６に進む。ステップＳ１−６では、油圧負荷出力指令Ｐｈｙｄｏｕｔを油圧負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑに等しくする。すなわち、要求される出力が上限値を超えていないので、要求された出力が得られるようにエンジンの出力を設定してもよく、油圧負荷出力指令Ｐｈｙｄｏｕｔを油圧負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑに等しくしている。
【００３９】
一方、油圧負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑがエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘより大きい場合、処理はステップ１−７に進む。ステップＳ１−７では、油圧負荷出力指令Ｐｈｙｄｏｕｔをエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘに等しくする。すなわち、要求される出力が上限値を超えているので、エンジン出力が上限値を超えないように油圧負荷出力指令Ｐｈｙｄｏｕｔをエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘに等しくする。
【００４０】
ステップＳ１−５からステップＳ１−７までの処理が、油圧負荷出力指令Ｐｈｙｄｏｕｔを決定する処理に相当する。
【００４１】
図５において、油圧作動部が要求する出力である油圧負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑが○で示されている。時刻ｔ１から時刻ｔ５までの間は、油圧負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑはエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ（＝Ｐｅｎｇｍａｘ２）より小さいため、油圧負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑが油圧負荷出力指令Ｐｈｙｄｏｕｔとして設定されている。本実施形態では、エンジン１０は油圧ポンプ１２だけを駆動するため、油圧負荷出力指令Ｐｈｙｄｏｕｔはエンジン１０の実際の出力であるエンジン出力Ｐｅｎｇａｃｔに等しくなる。より具体的には、時刻ｔ１におけるエンジン実出力Ｐｅｎｇａｃｔに、増加分リミットＰｅｎｇｉｎｃを加算して時刻ｔ２におけるＰｅｎｇｍａｘを算出しているので、Ｐｅｎｇａｃｔが急激に変化しないｔ５時点までの間は、エンジン実出力Ｐｅｎｇａｃｔの曲線に平行して、増加分リミットＰｅｎｇｉｎｃを加えた曲線を形成する。ここで、時刻ｔ５までの間は、急激な要求出力の増加が無いため、油圧負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑに対してエンジンのエンジン実出力Ｐｅｎｇａｃｔとは重なった波形を示している。
【００４２】
時刻ｔ５からｔ６までの間に油圧負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑが急激に増大したため、時刻ｔ６において油圧負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑがエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ（＝Ｐｅｎｇｍａｘ２）を超えてしまっている。したがって、そこで、油圧負荷出力指令Ｐｈｙｄｏｕｔがエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ（＝Ｐｅｎｇｍａｘ２）より大きくならないように、油圧負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑはエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ（＝Ｐｅｎｇｍａｘ２）に制限されている。
【００４３】
時刻ｔ７においても時刻ｔ６と同様に、油圧負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑはエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ（＝Ｐｅｎｇｍａｘ２）に制限されている。時刻ｔ８では、エンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ１のほうがエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ２より小さいため、エンジン出力上限値ＰｅｎｇｍａｘはＰｅｎｇｍａｘ１となっている。したがって、油圧負荷出力指令Ｐｈｙｄｏｕｔがエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ（＝Ｐｅｎｇｍａｘ１）より大きくならないように、油圧負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑはエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ（＝Ｐｅｎｇｍａｘ１）に制限されている。
【００４４】
時刻ｔ７以降時刻ｔ１０までは、エンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ１のほうがエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ２より小さいため、エンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘは引き続きＰｅｎｇｍａｘ１となっている。したがって、油圧負荷出力指令Ｐｈｙｄｏｕｔがエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ（＝Ｐｅｎｇｍａｘ１）より大きくならないように、油圧負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑはエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ（＝Ｐｅｎｇｍａｘ１）に制限されている。
【００４５】
時刻ｔ１１から時刻ｔ１２までは、引き続きエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ１のほうがエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ２より小さいため、エンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘは引き続きＰｅｎｇｍａｘ１となっている。一方、油圧負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑはエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ（＝Ｐｅｎｇｍａｘ１）より小さくなっており、油圧負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑが油圧負荷出力指令Ｐｈｙｄｏｕｔとして設定されている。
【００４６】
時刻ｔ１３から時刻ｔ１４までは、エンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ２のほうがエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ１より小さいため、エンジン出力上限値ＰｅｎｇｍａｘはＰｅｎｇｍａｘ２となっている。油圧負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑは、引き続きエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ（＝Ｐｅｎｇｍａｘ２）より小さくなっており、油圧負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑが油圧負荷出力指令Ｐｈｙｄｏｕｔとして設定されている。
【００４７】
上述の説明でわかるように、図５において★を結ぶ曲線が油圧負荷出力指令Ｐｈｙｄｏｕｔに相当し、エンジン１０の実際出力を表している。また、斜線を施した部分は、エンジン出力制限値Ｐｅｎｇｍａｘにより油圧負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑが制限された部分であり、エンジン１０の運転条件を適正に維持するために、エンジン出力の急激な増大を抑制した部分となる。
【００４８】
次に、本発明の第２実施形態による建設機械の制御方法について説明する。
【００４９】
図６は本発明の第２実施形態による建設機械の制御方法が適用されるハイブリッド式建設機械のシステム構成図である。ハイブリッド式建設機械の一例としてハイブリッド式油圧ショベルを用いて説明する。なお、図６において、図２に示す構成部品と同等な部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００５０】
図６に示すハイブリッド式油圧ショベルは、内燃機関であるエンジン１０及び電動機であるアシストモータ３２により油圧発生機である油圧ポンプ１２を駆動して油圧を発生させ、発生した油圧を各油圧作動部に供給して作業を行うハイブリッド式建設機械である。油圧ポンプ１２により発生した油圧は、コントロールバルブ１４により各油圧作動部に分配される。油圧ショベルの場合、油圧作動部として、走行用油圧モータ１６、バケット駆動用油圧シリンダ１８、アーム駆動用油圧シリンダ２０、ブーム駆動用油圧シリンダ２２、旋回用油圧モータ２４などがある。
【００５１】
アシストモータ３２は、例えばＩＰＭモータなどのようにインバータ制御可能な原動機である。アシストモータ３２は、エンジン１０の動力を油圧ポンプ１２に伝達するための動力分配器３４に接続され、アシストモータ３２の動力を油圧ポンプ１２に伝達してエンジン１０をアシストすることができる。
【００５２】
アシストモータ３２は蓄電装置３６からの電力により駆動される。蓄電装置３６は、例えば大電流を得ることができるキャパシタ蓄電器により構成され、コンバータ及びインバータを介してアシストモータ３２を駆動する。
【００５３】
図７は図６に示すハイブリッド式油圧ショベルで行われる制御処理のフローチャートである。図７において、ステップＳ２−１からステップＳ２−５までの処理は、図４に示すステップＳ１−１からステップＳ１−５までの処理と同じであり、その説明は省略する。
【００５４】
本実施形態では、ステップＳ２−５において油圧負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑがエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘ以下である場合、処理はステップ２−６に進む。ステップＳ２−６では、油圧負荷出力指令Ｐｈｙｄｏｕｔを油圧負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑに等しくする。すなわち、要求される出力が上限値を超えていないので、要求された出力が得られるようにエンジンの出力を設定してもよく、油圧負荷出力指令Ｐｈｙｄｏｕｔを油圧負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑに等しくしている。したがって、アシストモータ３２によるアシストは必要ではなく、アシストモータ３２の出力指令Ｐａｓｍｒｅｆはゼロに設定される（Ｐａｓｍｒｅｆ＝０）。
【００５５】
一方、油圧負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑがエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘより大きい場合、処理はステップ２−７に進む。ステップＳ２−７では、アシストモータ３２の出力値を求める。すなわち、油圧負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑがエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘを越えた部分の出力を、アシストモータ３２の出力で補う。図５に示す斜線を施した部分を、上述の第１実施形態では削除しているが、本実施形態ではアシストモータ３２の出力をエンジン１０を介して油圧ポンプ１２に供給することで、エンジン１０をアシストする。したがって、ステップＳ２−７では、油圧負荷出力指令Ｐｈｙｄｏｕｔを油圧負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑに等しくし、且つアシストモータ３２の出力指令Ｐａｓｍｒｅｆを、負荷要求出力Ｐｈｙｄｒｅｑからエンジン出力上限値Ｐｅｎｇｍａｘを引いた値に設定する（Ｐａｓｍｒｅｆ＝Ｐｈｙｄｒｅｑ−Ｐｅｎｇｍａｘ）。
【００５６】
なお、ステップＳ２−５からステップＳ２−７までの処理が、アシストモータ３２の出力指令Ｐａｓｍｒｅｆを決定する処理に相当する。
【００５７】
以上のように、エンジン１０の負荷の急激な増大になる部分のみをアシストモータ３２の出力で補うことで、エンジン１０の出力を上限値以下に維持してエンジン１０を適正な運転条件に維持しながら、油圧作動部が要求する油圧を低減せずに供給することができる。
【００５８】
次に、本発明の第３実施形態による建設機械の制御方法について説明する。
【００５９】
図８は本発明の第３実施形態による建設機械の制御方法が適用されるハイブリッド式建設機械のシステム構成図である。ハイブリッド式建設機械の一例としてハイブリッド式油圧ショベルを用いて説明する。なお、図８において、図６に示す構成部品と同等な部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００６０】
本実施形態では、図６における旋回用の油圧モータ２４が電動発電機３８に置き換えられている。電動発電機３８は、電動機（電動モータ）として機能する他に回生電力を発生させる発電機としても機能する。電動発電機３８は、インバータを介して蓄電装置３６用のインバータとコンバータの間に接続される。したがって、油圧ショベルの旋回動作において電動発電機３８により発生した回生電力をアシストモータ３２に供給することができる。本実施形態では、アシストモータ３２でエンジン１０をアシストするための電力として、電動発電機３８からの回生電力と蓄電装置３６からの電力を用いる
図９は図８に示すハイブリッド式油圧ショベルで行われる制御処理のフローチャートである。図８において、ステップＳ３−１からステップＳ３−７までの処理は、図７に示すステップＳ２−１からステップＳ２−７までの処理と同じであり、その説明は省略する。
【００６１】
ステップＳ３−６又はステップＳ３−７においてアシストモータ３２の出力指令Ｐａｓｍｒｅｆを決定したら、処理はステップＳ３−８に進む。ステップＳ３−８では、蓄電装置３６からアシストモータ３２に供給する電力量としてバッテリ出力Ｐｂａｔｏｕｔを算出する。バッテリ出力Ｐｂａｔｏｕｔは、アシストモータ３２の出力指令Ｐａｓｍｒｅｆｓから電動発電機３８の回生電力Ｐｅｌｃｇｅｎを引くことで求められる（Ｐｂａｔｏｕｔ＝Ｐａｓｍｒｅｆ−Ｐｅｌｅｃｇｅｎ）。
【００６２】
ステップＳ３−８の処理が、バッテリ出力Ｐｂａｔｏｕｔを決定する処理に相当する。
【００６３】
以上のように本実施形態によれば、エンジン１０の負荷の急激な増大になる部分のみをアシストモータ３２の出力で補うことで、エンジン１０の出力を上限値以下に維持してエンジン１０を適正な運転条件に維持しながら、油圧作動部が要求する油圧を低減せずに供給することができる。加えて、作動部分を駆動するための電動発電機からの回生電力をアシストモータ３２の電力として用いることができる。すなわち、回生電力をエンジン１０のアシスト用に用いることができ、効率的に電力を利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】エンジンの出力上限値を決定するための処理のブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態による建設機械の制御方法が適用される建設機械のシステム構成図である。
【図３】図２に示す油圧ショベルにおいて行われる制御処理のブロック図である。
【図４】図２に示す油圧ショベルにおいて行われる制御処理のフローチャートである。
【図５】図４に示す処理を単位時間毎に繰り返し行った際のエンジン出力の推移の一例を示すグラフである。
【図６】本発明の第２実施形態による建設機械の制御方法が適用されるハイブリッド式建設機械のシステム構成図である。
【図７】図６に示すハイブリッド式油圧ショベルで行われる制御処理のフローチャートである。
【図８】本発明の第３実施形態による建設機械の制御方法が適用されるハイブリッド式建設機械のシステム構成図である。
【図９】図８に示すハイブリッド式油圧ショベルで行われる制御処理のフローチャートである。
【符号の説明】
【００６５】
１ マップ情報
２ 比較器
１０ エンジン
１２ 油圧ポンプ
１４ コントロールバルブ
１６ 油圧モータ
１８，２０，２２ 油圧シリンダ
２４ 油圧モータ
２６ マップ情報
２８ 比較器
３０ 比較器
３２ アシストモータ
３４ 動力分配器
３６ 蓄電装置
３８ 電動発電機
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関により油圧発生機を駆動して作業を行う建設機械の制御方法であって、
該内燃機関の出力の増加率を所定値に設定し、
該増加率の該所定値から求められる前記内燃機関の出力上限値と、前記油圧発生機に要求される油圧出力から求められた要求動力とを比較し、
前記要求動力が前記出力上限値を超えたときに、前記内燃機関の出力が前記出力上限値以下になるように制御する
ことを特徴とする建設機械の制御方法。
【請求項２】
請求項１記載の建設機械の制御方法であって、
前記要求動力が前記出力上限値を越えたとき、越えた部分の出力を電動機の出力で補うことを特徴とする建設機械の制御方法。
【請求項３】
請求項２記載の建設機械の制御方法であって、
前記電動機を蓄電装置からの電力と作業用の電動発電機からの回生電力とにより駆動することを特徴とする建設機械の制御方法。
【請求項４】
請求項１記載の建設機械の制御方法であって、
前記内燃機関の出力制御を所定の時間毎に行い、
前記内燃機関の出力上限値を、前回の内燃機関の出力に所定の割合の値を加えて算出することと特徴とする建設機械の制御方法。
【請求項５】
請求項４記載の建設機械の制御方法であって、
前記出力上限値を求める際に、さらに前記内燃機関の回転数も考慮することを特徴とする建設機械の制御方法。
【請求項１】
内燃機関により油圧発生機を駆動して作業を行う建設機械の制御方法であって、
該内燃機関の出力の増加率を所定値に設定し、
該増加率の該所定値から求められる前記内燃機関の出力上限値と、前記油圧発生機に要求される油圧出力から求められた要求動力とを比較し、
前記要求動力が前記出力上限値を超えたときに、前記内燃機関の出力が前記出力上限値以下になるように制御する
ことを特徴とする建設機械の制御方法。
【請求項２】
請求項１記載の建設機械の制御方法であって、
前記要求動力が前記出力上限値を越えたとき、越えた部分の出力を電動機の出力で補うことを特徴とする建設機械の制御方法。
【請求項３】
請求項２記載の建設機械の制御方法であって、
前記電動機を蓄電装置からの電力と作業用の電動発電機からの回生電力とにより駆動することを特徴とする建設機械の制御方法。
【請求項４】
請求項１記載の建設機械の制御方法であって、
前記内燃機関の出力制御を所定の時間毎に行い、
前記内燃機関の出力上限値を、前回の内燃機関の出力に所定の割合の値を加えて算出することと特徴とする建設機械の制御方法。
【請求項５】
請求項４記載の建設機械の制御方法であって、
前記出力上限値を求める際に、さらに前記内燃機関の回転数も考慮することを特徴とする建設機械の制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−２１６０５８（Ｐ２００９−２１６０５８Ａ）
【公開日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−６３０７０（Ｐ２００８−６３０７０）
【出願日】平成２０年３月１２日（２００８．３．１２）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【出願人】（５０１１３２８０４）住友建機製造株式会社 (271)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月１２日（２００８．３．１２）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【出願人】（５０１１３２８０４）住友建機製造株式会社 (271)
【Ｆターム（参考）】
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