JP4806390B2

JP4806390B2 - 作業機械

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Publication number: JP4806390B2
Application number: JP2007313078A
Authority: JP
Inventors: 中山　　晃
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2007-12-04
Filing date: 2007-12-04
Publication date: 2011-11-02
Anticipated expiration: 2027-12-04
Also published as: JP2009138538A

Description

本発明は、排気ガスの浄化装置を備えた作業機械に関する。

排気ガス中に含まれる粒子状物資をフィルタで捕集する排気ガスの浄化装置が知られている。この浄化装置を搭載した車両では、粒子状物資を捕集するフィルタの前後の圧力差が所定値に達すると、フィルタに捕集された粒子状物資を除去するのに必要な温度まで排気ガス温度が上昇するようにエンジンを制御している（特許文献１参照）。

特開２００３−２６９１３５号公報

上記文献の車両では、エンジンの回転数を低下させると同時に出力トルクを増加させることで出力（仕事率）一定のまま排気温度を上昇させている。しかし、油圧ショベルのような作業機械の場合には、エンジンは設定された一定の回転数で稼働し、また、掘削負荷などの作業負荷を増加させることができないため、このようなエンジン制御を行えない。

（１）請求項１の発明による作業機械は、エンジンによって駆動されて圧油を吐出する油圧ポンプと、油圧ポンプが吐出する圧油によって駆動されるアクチュエータと、アクチュエータを操作する操作レバーと、操作レバーの操作量を検出する操作量検出手段と、エンジンの排気ガスの排出経路に設けられて、排気ガスに含まれる捕集対象物を捕集する捕集手段と、排出経路中の捕集手段前後の排気ガスの圧力差を検出する排ガス通過抵抗検出手段と、排ガス通過抵抗検出手段で検出した排気ガスの差圧が所定の差圧以上である場合には、エンジン出力を増加させるエンジン制御手段と、エンジン制御手段により増加させたエンジン出力を油圧ポンプからの圧油のエネルギーとして蓄圧する蓄圧手段と、アクチュエータからの戻り油によって蓄圧手段で蓄圧するように戻り油の流れを切り替える切替手段と、油圧ポンプから蓄圧手段へ流れる圧油を制御する蓄圧圧油制御手段と、操作量検出手段で検出した操作レバーの操作量が少ない場合には、油圧ポンプから蓄圧手段へ流れる圧油が多くなるように蓄圧圧油制御手段を制御し、操作量検出手段で検出した操作レバーの操作量が多い場合には、油圧ポンプから蓄圧手段へ流れる圧油が少なくなるように蓄圧圧油制御手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
（２）請求項２の発明は、請求項１に記載の作業機械において、蓄圧手段で蓄圧した圧油により油圧ポンプを駆動する油圧回路を有することを特徴とする。
（３）請求項３の発明は、請求項１に記載の作業機械において、エンジン制御手段は、エンジンの出力トルクを増加させることで、エンジン出力を増加させることを特徴とする。
（４）請求項４の発明による作業機械は、エンジンによって駆動されて圧油を吐出する油圧ポンプと、油圧ポンプが吐出する圧油によって駆動されるアクチュエータと、アクチュエータからの戻り油によって駆動される油圧モータと、エンジンおよび油圧モータによって駆動される発電機と、アクチュエータを操作する操作レバーと、操作レバーの操作量を検出する操作量検出手段と、エンジンの排気ガスの排出経路に設けられて、排気ガスに含まれる捕集対象物を捕集する捕集手段と、排出経路中の捕集手段前後の排気ガスの圧力差を検出する排ガス通過抵抗検出手段と、排ガス通過抵抗検出手段で検出した排気ガスの差圧が所定の差圧以上である場合には、エンジン出力を増加させるエンジン制御手段と、油圧モータへ流れる戻り油を制御する戻り油制御手段をと、エンジン制御手段により増加させたエンジン出力を発電機で発電された電気エネルギーとして、および、油圧モータに供給された戻り油のエネルギーを発電機で発電された電気エネルギーとして蓄電する蓄電手段と、操作量検出手段で検出した操作レバーの操作量が少ない場合には、油圧モータへ流れる戻り油が少なくなるように戻り油制御手段を制御し、操作量検出手段で検出した操作レバーの操作量が多い場合には、油圧モータへ流れる戻り油が多くなるように戻り油制御手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
（５）請求項５の発明は、請求項４に記載の作業機械において、蓄電手段で蓄電した電力により油圧ポンプを駆動するモータをさらに備えることを特徴とする。

本発明によれば、捕集手段で捕集された捕集対象物を捕集手段から除去できるように排気温度を上昇できる。

−−−第１の実施の形態−−−
図１〜４を参照して、本発明による作業機械の第１の実施の形態を説明する。図１は本発明による作業機械の一例としての油圧ショベルの外観を示す図である。この油圧ショベル１００は、無限軌道式の下部走行体１０１上に、旋回輪１１０を介して上部旋回体１０２が旋回自由に装架されている。上部旋回体１０２は、構造体をなす旋回フレーム１０３、旋回フレーム１０３の前部左側には運転室１０４が、旋回フレーム１０３の前部中央にはフロント作業腕１０５が、旋回フレーム１０３の後部側には、フロント作業腕１０５とのバランスをとるためのカウンタウエイト１０６が設置されている。

旋回フレーム１０３上の運転室１０４とカウンタウエイト１０６との間には、機械室を画成した建屋カバー１０７が設置されている。機械室にはエンジン１や、エンジン１によって駆動される油圧ポンプ（メインポンプ）７などが設置されている。

フロント作業腕１０５は、ブームシリンダ１１４により上下方向に揺動自在に上部旋回体１０２に取り付けられたブーム１１３と、ブーム１１３に連結されてアームシリンダ１１６により上下方向に揺動自在に取り付けられたアーム１１５と、アーム１１５の先端部分に連結されてバケットシリンダ１１８により上下方向に回動自在に取り付けられた作業具（バケット）１１７とを有する。

図２は、作業機械１００の油圧回路を示す図である。なお、図２では、ブームシリンダ１１４以外の各シリンダ１１６，１１８、および、各シリンダ１１６，１１８のコントロール弁や操作レバーの記載を省略している。この油圧回路には、メインポンプ７と、コントロール弁９と、メインリリーフ弁１１と、作動油タンク８と、動力吸収回路２００とが設けられている。また、この油圧回路には、コントロール弁９を制御するための不図示のパイロットポンプ、および、操作レバー３０と、動力吸収回路２００を制御する制御回路１３とが設けられている。

メインポンプ７を駆動するエンジン１に対して、マニホールド２と、排気管３と、Diesel Particulate Filter（以下ＤＰＦ）４とが直列に接続されている。排気管３には排気圧センサ５ａ，５ｂと、排気温度センサ６とが設けられている。

メインポンプ７は作業機械１００の各アクチュエータに圧油を供給する可変容量型のポンプであり、エンジン１により駆動されると作動油タンク８の作動油をコントロール弁９を介してブームシリンダ１１４に供給する。メインポンプ７から供給される圧油は、不図示の各コントロール弁を介してアームシリンダ１１６、バケットシリンダ１１８などにも供給される。メインリリーフ弁１１は、この油圧回路の最高圧力を規定する。

コントロール弁９は、ブームシリンダ１１４のボトム室またはロッド室への圧油の流れを制御する油圧パイロット式のコントロール弁であり、操作レバー３０の操作量に応じたパイロット圧油の圧力によってスプールの位置が制御される。操作レバー３０によって制御される、コントロール弁９に供給されるパイロット圧油の圧力は、圧力センサ３１，３２によって検出される。なお、圧力センサ３１は、ブーム１１３を下げるように操作レバー３０を操作した際のパイロット圧油の圧力を検出し、圧力センサ３２は、ブーム１１３を上げるように操作レバー３０を操作した際のパイロット圧油の圧力を検出する。

動力吸収回路２００には、蓄圧弁１２と、アキュムレータ１４と、油圧モータ１５と、アシスト弁１６と、回生弁１７と、逆止弁１８と、圧力センサ１９とが設けられている。蓄圧弁１２は、メインポンプ７とコントロール弁９とを接続する油路４１の途中に設けられた比例電磁弁である。蓄圧弁１２は、制御回路１３からの制御信号によってメインポンプ７からの圧油をコントロール弁９およびアキュムレータ１４に適宜供給（分配）する。

具体的には、蓄圧弁１２は、操作レバー３０の操作量が大きいときには圧油をコントロール弁９側へ多く供給し、操作レバー３０の操作量が小さい場合には圧油をアキュムレータ１４側へ多く供給するように圧油を分配する。基本的には、蓄圧弁１２は、圧油をコントロール弁９側へ優先して供給するように圧油を分配する。なお、複数の操作レバー３０が操作されたときには、コントロール弁９側での要求流量の合計分の圧油がコントロール弁９側へ供給されるように蓄圧弁１２は圧油を分配する。このとき、コントロール弁９側での要求流量の合計がメインポンプ７の最大流量であれば、アキュムレータ１４側への圧油の供給量はゼロとなる。

油路４１のうち、蓄圧弁１２の上流の油路を油路４１ａとし、蓄圧弁１２の下流の油路を油路４１ｂとする。アキュムレータ１４は、メインポンプ７からの圧油、および、ブームシリンダ１１４のボトム室からの戻り油を蓄圧する蓄圧手段であり、油路４３を介して蓄圧弁１２、および、後述する回生弁１７と接続されている。

油圧モータ１５は、可変容量型の油圧モータであり、その出力軸がメインポンプ７の入力軸と直結されている。油圧モータ１５は、後述するように、アキュムレータ１４に蓄圧された圧油によって駆動される。アシスト弁１６は、アキュムレータ１４と油圧モータ１５とを接続する油路４４に設けられた切替弁である。アシスト弁１６は、制御回路１３からの制御信号によってアキュムレータ１４に蓄積された圧油を油圧モータ１５に供給するか否かを切り替える。油路４４のうち、アシスト弁１６の上流の油路を油路４４ａとし、アシスト弁１６の下流の油路を油路４４ｂとする。圧力センサ１９は、油路４３の途中に設けられて、アキュムレータ１４に蓄圧される圧油の圧力を検出する。

回生弁１７は、ブームシリンダ１１４のボトム室とコントロール弁９とを接続する油路４２の途中に設けられた比例電磁弁である。回生弁１７は、制御回路１３からの制御信号によってブームシリンダ１１４のボトム室からの戻り油をコントロール弁９およびアキュムレータ１４に適宜分配する。なお、油路４２のうち、ブームシリンダ１１４のボトム室と回生弁１７との間の油路を油路４２ａとし、回生弁１７とコントロール弁９との間の油路を油路４２ｂとする。

逆止弁１８は、回生弁１７とアキュムレータ１４とを接続する油路４３の途中に設けられた逆止弁である。逆止弁１８は、アキュムレータ１４の圧油がブームシリンダ１１４側やコントロール弁９側へ戻ってしまうのを防止する。

制御回路１３は、蓄圧弁１２、アシスト弁１６および回生弁１７を制御する制御装置であり、圧力センサ１９，３１，３２と、排気圧センサ５ａ，５ｂと、排気温度センサ６とが接続されている。また、制御回路１３は、エンジン１を制御するエンジン制御回路１ａと接続されて、エンジン１についての情報を授受する。制御回路１３による蓄圧弁１２、アシスト弁１６および回生弁１７の制御については後に詳述する。

ＤＰＦ４は、エンジン１の排気ガス中に含まれる捕集対象物である、粒子状物質（ＰＭ）を捕集するフィルタであり、エンジン１の排気ガスの排出経路である排気管３の途中に設けられている。ＤＰＦ４には、排気ガスの温度が上昇すると捕集されたＰＭを燃焼させてＤＰＦ４から除去するように自己再生機能が備えられている。排気圧センサ５ａ，５ｂは、排気管３内の排気ガスの圧力を検出する圧力センサである。排気圧センサ５ａは、ＤＰＦ４の直前位置の排気管３に配設され、排気圧センサ５ｂは、ＤＰＦ４の直後位置の排気管３に配設されている。以下、排気圧センサ５ａで検出された圧力をＰ５ａと表し、排気圧センサ５ｂで検出された圧力をＰ５ｂと表す。排気温度センサ６は、排気管３内の排気ガスの温度を検出する温度センサであり、ＤＰＦ４の直前位置の排気管３に配設されている。

このように構成される作業機械１００では、各操作レバーが操作されると各油圧シリンダに対応する各コントロール弁のスプールが駆動され、各操作レバーの操作量に応じた速度で各油圧シリンダが駆動される。たとえば、ブームシリンダ１１４は、操作レバー３０が操作されると、不図示のパイロットポンプからのパイロット圧油が操作レバー３０の操作量に応じた圧力でコントロール弁９のスプールを駆動させる。その結果、ブームシリンダ１１４が操作レバー３０の操作量に応じた速度で駆動される。

ブームシリンダ１１４のボトム側油室に圧油が供給されると、ブーム１１３は上部旋回体１０２に対して上方向に揺動駆動され、ロッド側油室１４ｂに圧油が供給されると、ブーム１１３は上部旋回体１０２に対して下方向に揺動駆動される。アームシリンダ１１６の図示しないボトム側油室に圧油が供給されると、アーム１１５はブーム１１３に対して下方向に揺動駆動され、図示しないロッド側油室に圧油が供給されると、アーム１１５はブーム１１３に対して上方向に揺動駆動される。

バケットシリンダ１１８のボトム側油室に圧油が供給されると、バケット１１７はアーム１１５に対して下方向に揺動駆動され、ロッド側油室に圧油が供給されると、バケット１１７はアーム１１５に対して上方向に揺動駆動される。

−−−ＤＰＦ４の再生処理と動力吸収回路２００による動力の回収について−−−
エンジン始動直後には、動力吸収回路２００では、蓄圧弁１２は、油路４１ａと油路４１ｂとを連通し、油路４１ａと油路４３とを遮断する。したがって、メインポンプ７から吐出された圧油は、全量が油路４１ａから油路４１ｂへ供給される。アシスト弁１６は、油路４４ａと油路４４ｂとを遮断している。回生弁１７は、油路４２ａと油路４２ｂとを連通し、油路４２ａと油路４３とを遮断している。エンジン１が起動されると、排気ガスがマニホールド２から排気管３およびＤＰＦ４を経由して外界（大気中）に排出される。排気ガスに含まれるＰＭは、ＤＰＦ４で捕集される。

排気ガスの温度が高い状態であれば、ＤＰＦ４に捕集されたＰＭは、ＤＰＦ４の自己再生機能によって燃焼されるのでＤＰＦ４がＰＭで目詰まりすることはない。しかし、排気ガスの温度が低い状態が継続すると、ＤＰＦ４に捕集されたＰＭが燃焼されないので、ＤＰＦ４はＰＭで次第に目詰まりする。

そこで、本実施の形態の作業機械１００では、排気圧センサ５ａ，５ｂで各々検出した圧力値Ｐ５ａ，Ｐ５ｂより算出されたＤＰＦ４の前後差圧△Ｐｇ（＝Ｐ５ａ−Ｐ５ｂ）に基づいて、ＤＰＦ４の目詰まりを検出する。そして、前後差圧△Ｐｇが所定差圧△Ｐｈを超え、かつ、排気温度センサ６で検出した排気ガスの温度Ｔｇが所定温度Ｔｌｏｗ未満であれば、制御回路１３が次のように各部を制御することで、以下に述べるＤＰＦ４の再生処理を行う。なお、排気温度センサ６で検出した排気ガスの温度Ｔｇが所定温度Ｔｌｏｗ以上であれば、ＤＰＦ４に捕集されたＰＭがＤＰＦ４の自己再生機能によって燃焼されるので、次に述べるＤＰＦ４の再生処理を行う必要がない。

制御回路１３は、ＤＰＦ４の前後差圧△Ｐｇが所定差圧△Ｐｈを超え、かつ、排気温度センサ６で検出した排気ガスの温度Ｔｇが所定温度Ｔｌｏｗ未満であると判断すると、油路４１ａと油路４３とを連通するように蓄圧弁１２を制御する。これにより、メインポンプ７の圧油が、コントロール弁９（ブームシリンダ１１４）だけではなく、アキュムレータ１４にも供給されることになる。また、制御回路１３は、アキュムレータ１４に供給されることで、コントロール弁９側に供給される圧油が減らないよう、吐出量を増加させるようにメインポンプ７の傾転角度を制御する。

吐出量を増加させるようにメインポンプ７の傾転角度が制御されると、メインポンプ７の駆動負荷が増加する。そこで、制御回路１３は、増加した駆動負荷に見合うだけのエンジントルクを増大させるように、エンジン制御回路１ａに制御信号を出力する。エンジン制御回路１ａは、エンジン１に対する燃料噴射量を増量して、エンジン１の回転数を一定に保ったまま、出力トルクを増加させるようエンジン１を制御する。

エンジン１の回転数が一定であっても、出力トルクが増加すれば排気ガスの温度Ｔｇが上昇する。そのため、ＤＰＦ４の自己再生機能によって、ＤＰＦ４に捕集されたＰＭの燃焼が促進されるので、ＤＰＦ４の目詰まりが解消する。エンジン出力の増加分のエネルギーは、アキュムレータ１４に圧油のエネルギーとして蓄積される。すなわち、排気ガスの温度Ｔｇを上昇させるために余分に出力されたエンジン１の動力は、動力吸収回路２００によって回収されることになる。

アキュムレータ１４の容量は、上述したようにエンジン１の出力トルクを増加させている間の余剰の圧油を蓄積できるように適宜設定されている。なお、ＤＰＦ４の目詰まりが進行すると再生に要する時間が長くなり、アキュムレータ１４に蓄積させる圧油量が増えてしまう。そこで、上述した再生動作をこまめに行うことで、アキュムレータ１４の容量を必要以上に多くならないように、所定差圧△Ｐｈをおよび所定温度Ｔｌｏｗが設定されている。上述した再生動作をこまめに行うことで、再生中のＤＰＦ４の温度が上がりすぎるのを防止できるので、ＤＰＦ４の寿命を延命化できる。後述するように、アキュムレータ１４に蓄積された圧油は、メインポンプ７の駆動に用いられるため、有効に利用できる。

ここで、制御回路１３は、蓄圧弁１２を次のように制御する。アキュムレータ１４への圧油の蓄積量が少ない場合、アキュムレータ１４の圧力が低く、油路４１ａと油路４３との圧力差が大きい。そこで、制御回路１３は、圧力センサ１９で検出されるアキュムレータ１４の圧力に基づいて、アキュムレータ１４への圧油の流入量が多くなりすぎないように、すなわち、ブームシリンダ１１４の動作に影響を与えないように、蓄圧弁１２のスプール位置を制御する。アキュムレータ１４へ圧油が蓄積されると、アキュムレータ１４の圧力が徐々に上昇するので、油路４１ａと油路４３との圧力差が小さくなる。したがって、蓄圧弁１２でアキュムレータ１４への圧油の流入を絞る必要性が少なくなる。そこで、アキュムレータ１４へ圧油が蓄積されると、アキュムレータ１４への圧油の流入量が減らないように、制御回路１３は、圧力センサ１９で検出されるアキュムレータ１４の圧力に基づいて、蓄圧弁１２のスプール位置を制御する。

また、制御回路１３は、圧力センサ３１，３２の圧力から操作レバー３０の操作量を検出し、ブームシリンダ１１４の動作に影響を与えないように、かつ、排気ガスの温度が上昇するように、蓄圧弁１２のスプール位置を制御する。すなわち、制御回路１３は、圧力センサ３１，３２の圧力から操作レバー３０の操作量が少ないと判断すると、アキュムレータ１４に流入する圧油が多くなるように蓄圧弁１２のスプール位置を制御する。また、制御回路１３は、圧力センサ３１，３２の圧力から操作レバー３０の操作量が多いと判断すると、アキュムレータ１４に流入する圧油が少なくなるように蓄圧弁１２のスプール位置を制御する。

このように蓄圧弁１２のスプール位置を制御することで、ブームシリンダ１１４の動作に影響を与えることなく、エンジン１のエンジン出力増加分のエネルギーをアキュムレータ１４に圧油として蓄積できる。なお、アキュムレータ１４への圧油の蓄積状態、すなわちアキュムレータ１４の圧力は、上述したように、圧力センサ１９で検出される。

上述したようにエンジン１の出力トルクを増加させて排気ガスの温度Ｔｇを上昇させると、ＤＰＦ４に捕集されたＰＭの燃焼が促進されてＤＰＦ４の目詰まりが解消し、ＤＰＦ４の前後差圧△Ｐｇが低下する。そこで、ＤＰＦ４の前後差圧△Ｐｇが所定値△Ｐｌ以下となると、制御回路１３は、ＤＰＦ４の再生処理を終了する。すなわち、制御回路１３は、ＤＰＦ４の前後差圧△Ｐｇが所定値△Ｐｌ以下となると、アキュムレータ１４への圧油の流入を禁止するように油路４１ａと油路４３とを遮断する。また、制御回路１３は、アキュムレータ１４に供給されなくなったことで、コントロール弁９側に供給される圧油が不必要に増えないよう、吐出量を減少させるようにメインポンプ７の傾転角度を制御する。

吐出量を減少させるようにメインポンプ７の傾転角度が制御されると、メインポンプ７の駆動負荷が軽減される。そこで、制御回路１３は、軽減された負荷に見合うだけのエンジントルクを減少させるように、エンジン制御回路１ａに制御信号を出力する。すなわち、制御回路１３は、上述したエンジン１の出力トルクの増加を中止するようエンジン制御回路１ａに制御信号を出力する。エンジン制御回路１ａは、エンジン１に対する燃料噴射量の増量を中止して、エンジン１の回転数を一定に保ったまま出力トルクを減少させるようにエンジン１を制御する。

なお、制御回路１３は、ＤＰＦ４の前後差圧△Ｐｇが所定値△Ｐｌ以下とならなくても、圧力センサ１９で検出されるアキュムレータ１４の圧力Ｐａｑが所定圧力Ｐａｑｈを超えると、アキュムレータ１４を保護するため、上述したようにＤＰＦ４の再生処理を終了する。

−−−ＤＰＦ４の前後差圧△Ｐｇが所定差圧△Ｐｈ以下である場合−−−
制御回路１３は、ＤＰＦ４の前後差圧△Ｐｇが所定差圧△Ｐｈ以下である場合には、回生弁１７によって油路４２ａと油路４３とを連通させて、ブーム１１３の自重による下方向への揺動を利用して、ブームシリンダ１１４のボトム室からの戻り油をアキュムレータ１４に回収する。すなわち、ブーム１１３の位置エネルギーをアキュムレータ１４に蓄積される圧油のエネルギーとして回収する。後述するように、アキュムレータ１４に蓄積された戻り油は、メインポンプ７の駆動に用いられるため、有効に利用できる。

ここで、制御回路１３は、回生弁１７を次のように制御する。アキュムレータ１４への圧油や戻り油の蓄積量が少ない場合、アキュムレータ１４の圧力が低く、油路４２ａと油路４３との圧力差が大きい。そこで、制御回路１３は、圧力センサ１９で検出されるアキュムレータ１４の圧力に基づいて、アキュムレータ１４への戻り油の流入量が多くなりすぎないように、すなわち、ブーム１１３の下方向への揺動速度に影響を与えないように、回生弁１７のスプール位置を制御する。アキュムレータ１４へ圧油や戻り油が蓄積されると、アキュムレータ１４の圧力が徐々に上昇するので、油路４２ａと油路４３との圧力差が小さくなる。したがって、回生弁１７でアキュムレータ１４への戻り油の流入を絞る必要性が少なくなる。そこで、アキュムレータ１４へ圧油や戻り油が蓄積されると、アキュムレータ１４への戻り油の流入量が減らないように、制御回路１３は、圧力センサ１９で検出されるアキュムレータ１４の圧力に基づいて、回生弁１７のスプール位置を制御する。

また、制御回路１３は、圧力センサ３１，３２の圧力からブーム１１３を下げるように操作する操作レバー３０の操作量（ブーム下げ操作量）を検出し、ブームシリンダ１１４の動作に影響を与えないように回生弁１７のスプール位置を制御する。すなわち、制御回路１３は、ブーム下げ操作量が少ないと判断すると、アキュムレータ１４に流入する圧油が少なくなるように回生弁１７のスプール位置を制御する。また、制御回路１３は、ブーム下げ操作量が多いと判断すると、アキュムレータ１４に流入する圧油が多くなるように回生弁１７のスプール位置を制御する。

このように回生弁１７のスプール位置を制御することで、ブーム１１３の下方向への揺動速度に影響を与えることなく、ブーム１１３の位置エネルギーをアキュムレータ１４に蓄積される圧油のエネルギーとして回収する。

−−−動力吸収回路２００によって回収された動力の利用について−−−
上述したように動力吸収回路２００で回収された動力、すなわち、アキュムレータ１４に蓄積された圧油や戻り油（以下、単に圧油と呼ぶ）は、油圧モータ１５の駆動に利用される。制御回路１３は、圧力センサ１９で検出したアキュムレータ１４の圧力Ｐａｑが所定値Ｐ１以上であり、かつ、上述したＤＰＦ４の再生処理およびブームシリンダ１１４の戻り油の回収処理が行われていないと判断すると、圧力センサ３１，３２の圧力から操作レバー３０の操作量を算出する。なお、ここで算出する操作レバー３０の操作量は、ブームシリンダ１１４の戻り油の回収処理が行われていない条件下で算出されるため、ブーム１１３を上げるように操作する操作レバー３０の操作量（ブーム上げ操作量）となる。制御回路１３は、算出した操作レバー３０が所定の操作量以上であると判断すると、算出した操作量に応じて、油圧モータ１５の傾転量を調整するとともに、油路４４ａと油路４４ｂとを連通するようにアシスト弁１６を制御する。

その結果、アキュムレータ１４に蓄積されていた圧油が油圧モータ１５を駆動する。上述したように油圧モータ１５の出力軸がメインポンプ７の入力軸と直結されているので、油圧モータ１５はエンジン１によるメインポンプ７の駆動を補助することになる。すなわち、動力吸収回路２００によって回収された動力がメインポンプ７の駆動力として利用される。なお、油圧モータ１５によってメインポンプ７の駆動が補助されると、エンジン１の負荷が少なくなる。これにより、エンジン１の燃料消費を低減できる。

メインポンプ７の駆動補助を開始した後、操作レバー３０の操作量が少なくなれば、メインポンプ７の駆動を補助する必要性は低くなる。そこで、制御回路１３は、圧力センサ３１，３２の圧力から操作レバー３０の操作量を算出して、操作レバー３０が所定の操作量未満であると判断すると、油路４４ａと油路４４ｂとを遮断するようにアシスト弁１６を制御する。

メインポンプ７の駆動補助を中止した後、操作レバー３０の操作量が多くなれば、メインポンプ７の駆動を補助する必要性が高くなる。そこで、制御回路１３は、圧力センサ３１，３２の圧力から操作レバー３０の操作量を算出して、操作レバー３０が所定の操作量以上であると判断すると、油路４４ａと油路４４ｂとを遮断するようにアシスト弁１６を制御する。

なお、制御回路１３は、圧力センサ１９で検出したアキュムレータ１４の圧力Ｐａｑが所定圧力Ｐ２以下となると、すなわち、アキュムレータ１４に蓄積されていた圧油が十分ではなくなると、油路４４ａと油路４４ｂとを遮断するようにアシスト弁１６を制御する。これにより、動力吸収回路２００によって回収された動力の利用が終了する。

−−−フローチャート−−−
図３は、上述したＤＰＦ４の再生処理および動力の回収処理に関する動作についての処理内容を示すフローチャートである。油圧ショベルの不図示のイグニッションスイッチがオンされると、この処理を行うプログラムが起動されて、制御回路１３で実行される。ステップＳ１において、排気圧センサ５ａ，５ｂで各々検出した圧力値Ｐ５ａ，Ｐ５ｂよりＤＰＦ４の前後差圧△Ｐｇを算出してステップＳ３へ進む。

ステップＳ３において、ステップＳ１で算出したＤＰＦ４の前後差圧△Ｐｇが所定差圧△Ｐｈを超えているか否かを判断する。ステップＳ３が肯定判断されるとステップＳ５へ進み、排気温度センサ６で検出した排気ガスの温度Ｔｇを読み込んでステップＳ７へ進む。ステップＳ７において、ステップＳ５で読み込んだ排気ガスの温度Ｔｇが所定温度Ｔｌｏｗ未満であるか否かを判断する。

ステップＳ７が肯定判断されるとステップＳ９へ進み、ＤＰＦ４の再生処理を開始するよう各部を制御する。すなわち、上述したように、油路４１ａと油路４３とを連通するように蓄圧弁１２を制御し、吐出量を増加させるようにメインポンプ７の傾転角度を制御し、エンジントルクを増大させるように、エンジン制御回路１ａに制御信号を出力する。

ＤＰＦ４の再生処理を開始するとステップＳ１１に進み、排気圧センサ５ａ，５ｂで各々検出した圧力値Ｐ５ａ，Ｐ５ｂよりＤＰＦ４の前後差圧△Ｐｇを算出してステップＳ１３へ進む。ステップＳ１３において、ステップＳ１１で算出したＤＰＦ４の前後差圧△Ｐｇが所定値△Ｐｌを超えているか否かを判断する。ステップＳ１３が肯定判断されるとステップＳ１５へ進み、圧力センサ１９で検出されるアキュムレータ１４の圧力Ｐａｑを読み込んでステップＳ１７へ進む。

ステップＳ１７において、ステップＳ１５で読み込んだアキュムレータ１４の圧力Ｐａｑが所定圧力Ｐａｑｈを超えているか否かを判断する。ステップＳ１７が肯定判断されるとステップＳ１９へ進み、ＤＰＦ４の再生処理を終了するよう各部を制御する。すなわち、上述したように、油路４１ａと油路４３とを遮断するよう蓄圧弁１２を制御し、吐出量を減少させるようにメインポンプ７の傾転角度を制御し、エンジントルクを減少させるように、エンジン制御回路１ａに制御信号を出力する。ＤＰＦ４の再生処理を終了するとリターンする。

ステップＳ１７が否定判断されるとステップＳ１１へ戻る。ステップＳ１３が否定判断されるとステップＳ１９へ進む。ステップＳ７が否定判断されるとステップＳ１へ戻る。

ステップＳ３が否定判断されるとステップＳ２１へ進み、圧力センサ３１の検出圧力Ｐｉｄを読み込んでステップＳ２３へ進む。ステップＳ２３において、ステップＳ２１で読み込んだ圧力センサ３１の検出圧力Ｐｉｄが０よりも大きいか否か、すなわち、ブーム１１３を下げるように操作レバー３０が操作されているか否かを判断する。ステップＳ２３が肯定判断されるとステップＳ２５へ進み、圧力センサ１９で検出されるアキュムレータ１４の圧力Ｐａｑを読み込んでステップＳ２７へ進む。

ステップＳ２７において、ステップＳ２５で読み込んだアキュムレータ１４の圧力Ｐａｑが所定圧力Ｐａｑｈを超えているか否かを判断する。ステップＳ２７が否定判断されるとステップＳ２８へ進み、上述したように、ブームシリンダ１１４のボトム室からの戻り油をアキュムレータ１４に回収するための回生弁１７の制御を開始して、ステップＳ１へ戻る。ステップＳ２３が否定判断されるか、ステップＳ２７が肯定判断されるとステップＳ２９へ進み、ブームシリンダ１１４のボトム室からの戻り油をアキュムレータ１４に回収するための回生弁１７の制御を終了して、すなわち、油路４２ａと油路４２ｂとを連通し、油路４２ａと油路４３とを遮断するよう回生弁１７を制御してステップＳ１へ戻る。

図４は、上述した動力吸収回路２００によって回収された動力の利用に関する動作についての処理内容を示すフローチャートである。油圧ショベルの不図示のイグニッションスイッチがオンされると、この処理を行うプログラムが起動されて、制御回路１３で実行される。ステップＳ３１において、圧力センサ１９で検出されるアキュムレータ１４の圧力Ｐａｑを読み込んでステップＳ３３へ進む。

ステップＳ３３において、ステップＳ３１で読み込んだアキュムレータ１４の圧力Ｐａｑが所定値Ｐ１以上になるまで待機する。ステップＳ３３が肯定判断されるとステップＳ３５へ進み、上述したＤＰＦ４の再生処理および戻り油回収処理が終了するまで待機する。ステップＳ３５が肯定判断されるとステップＳ３７へ進み、圧力センサ３１，３２の検出圧力を読み込んでステップＳ３９へ進む。ステップＳ３９において、ステップＳ３７で読み込んだ圧力センサ３１，３２の検出圧力に基づいて、操作レバー３０の操作量を算出してステップＳ４１へ進む。

ステップＳ４１において、ステップＳ３９で算出した操作レバー３０の操作量が所定の操作量以上であるか否かを判断する。ステップＳ４１が肯定判断されるとステップＳ４３へ進み、ステップＳ３９で算出した操作レバー３０の操作量に応じて、油圧モータ１５の傾転角度を調整してステップＳ４５へ進む。ステップＳ４５において、油路４４ａと油路４４ｂとを連通するようにアシスト弁１６を制御してステップＳ４７へ進む。

ステップＳ４７において、圧力センサ１９で検出されるアキュムレータ１４の圧力Ｐａｑを読み込んでステップＳ４９へ進む。ステップＳ４９において、ステップＳ４７で読み込んだアキュムレータ１４の圧力Ｐａｑが所定値Ｐ２以下であるか否かを判断する。ステップＳ４９が肯定判断されるとステップＳ５１へ進み、油路４４ａと油路４４ｂとを遮断するようにアシスト弁１６を制御してリターンする。

ステップＳ４１が否定判断されるとステップＳ５３へ進み、油路４４ａと油路４４ｂとを遮断するようにアシスト弁１６を制御してステップＳ３５へ戻る。

ステップＳ４９が否定判断されるとステップＳ３５へ戻る。

上述した第１の実施の形態の作業機械１００では、次の作用効果を奏する。
（１）ＤＰＦ４の前後差圧△Ｐｇが所定差圧△Ｐｈを超えた際に、エンジン１の出力を増加させて排気温度を上昇させることでＤＰＦ４の再生処理を行うように構成した。また、ＤＰＦ４の再生処理中に増加させたエンジン出力を圧油のエネルギーとして、アキュムレータ１４で蓄圧するように構成した。これにより、ＤＰＦ４で捕集されたＰＭをＤＰＦ４から除去できる。また、ＰＭ除去のために増加させたエンジン出力を、油圧で各部が駆動される作業機械にとって後に有効に利用しやすい形態で回収できるので、回収したエネルギーの利用のための機器構成が簡略化でき、コスト増を低減できる。

（２）ブーム１１３の自重による下方向への揺動を利用して、ブームシリンダ１１４のボトム室からの戻り油をアキュムレータ１４に回収するように構成した。すなわち、ブーム１１３の位置エネルギーをアキュムレータ１４に蓄積される圧油のエネルギーとして回収するように構成した。したがって、通常の掘削作業などで上方に揺動させたブーム１１３および、ブーム１１３の先端に取り付けられているアーム１１５やバケット１１７の位置エネルギーを回収して再利用できる。これにより、燃料消費量を低減できる。

（３）ＰＭ除去のために増加させたエンジン出力の回収や、ブームシリンダ１１４のボトム室からの戻り油の回収にアキュムレータ１４を用いるように構成した。これにより、簡単な油圧回路の構成で、ＰＭ除去のために増加させたエンジン出力やブーム１１３などの位置エネルギーを回収できるので、エネルギー回収のための機器構成が簡略化できる。したがって、コスト増を低減できるとともに、故障を少なくでき、信頼性が高い。

（４）アキュムレータ１４で蓄圧した圧油によって油圧モータ１５を駆動することで、エンジン１によるメインポンプ７の駆動を補助するように構成した。これにより、ＤＰＦ４の再生のために増加させたエンジン出力を一時的に蓄積しておいて、後にメインポンプ７の駆動力として有効利用できるので、ＤＰＦ４の再生に伴う燃費の悪化を抑制できる。

（５）エンジン回転数を略一定に保ち、出力トルクを増やすことでエンジン出力を増加させて、排気ガスの温度を上昇させるように構成した。これにより、メインポンプ７の回転数が変化しないので、傾転角度の変更のみでメインポンプ７からの圧油の吐出量を制御でき、ブームシリンダ１１４に対する圧油の供給量を制御しやすい。すなわち、操作レバー３０の操作量に対するブームシリンダ１１４の駆動速度を、ＤＰＦ４の再生処理の開始前後で、変動が少なくなるように制御しやすくなる。

−−−第２の実施の形態−−−
図５〜７を参照して、本発明による作業機械の第２の実施の形態を説明する。以下の説明では、第１の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第１の実施の形態と同じである。本実施の形態では、ＰＭ除去のために増加させたエンジン出力やブーム１１３などの位置エネルギーを圧油のエネルギーとして回収する代わりに、電気エネルギーとして回収する点で、第１の実施の形態と異なる。

図５は、本実施の形態の作業機械１００の油圧回路を示す図である。この油圧回路には、第１の実施の形態における動力吸収回路２００の代わりに動力吸収装置３００が設けられている。

動力吸収装置３００には、回生弁１７と、逆止弁３３と、電磁クラッチ１４０，１４４と、発電機／電動機１４１と、インバータ／コンバータ１４２と、バッテリ１４３と、油圧モータ１４５とが設けられている。回生弁１７は、第１の実施の形態と同様に、ブームシリンダ１１４のボトム室とコントロール弁９とを接続する油路４２の途中に設けられた比例電磁弁である。回生弁１７は、制御回路１３からの制御信号によってブームシリンダ１１４のボトム室からの戻り油をコントロール弁９および後述する油圧モータ１４５に適宜分配する。なお、回生弁１７と油圧モータ１４５とは、油路４５によって接続されている。

逆止弁３３は、作動油タンク８への戻り管路と油路４５との間に設けられて、戻り管路から油路４５への作動油の流れを許可し、油路４５から戻り管路への作動油の流れを禁止する逆止弁である。なお、逆止弁３３は、油圧モータ１４５が空転したときにキャビテーションが発生するのを防止するために、戻り管路から油路４５への作動油の流れを許可する。

電磁クラッチ１４０は、入力軸でもあり出力軸でもある発電機／電動機１４１の回転軸と、メインポンプ７の入力軸とを接続または切断する電磁クラッチである。電磁クラッチ１４４は、発電機／電動機１４１の入力軸と、油圧モータ１４５の出力軸とを接続または切断する電磁クラッチである。電磁クラッチ１４０，１４４は、制御回路１３からの制御信号によってその断続が制御される。発電機／電動機１４１は、交流発電機としても機能し、交流電動機としても機能する。発電機／電動機１４１は、インバータ／コンバータ１４２に接続されている。

インバータ／コンバータ１４２は、発電機／電動機１４１で発電された交流電力を所定電圧の直流電力に変換してバッテリ１４３に供給する。また、インバータ／コンバータ１４２は、バッテリ１４３に蓄電された直流電力を所定電圧、所定周波数の交流電力に変換して発電機／電動機１４１に供給する。インバータ／コンバータ１４２は、制御回路１３によって制御される。バッテリ１４３は、たとえば鉛蓄電池や、リチウムイオンバッテリのように、直流電力を蓄電する２次電池である。油圧モータ１４５は、発電機／電動機１４１を駆動する油圧モータであり、回生弁１７から油路４５を介して供給されるブームシリンダ１１４のボトム室からの戻り油によって駆動される。

−−−ＤＰＦ４の再生処理と動力吸収装置３００による動力の回収について−−−
エンジン始動直後には、動力吸収装置３００では、電磁クラッチ１４０は、発電機／電動機１４１の回転軸と、メインポンプ７の入力軸とを切断している。電磁クラッチ１４４は、発電機／電動機１４１の入力軸と、油圧モータ１４５の出力軸とを切断している。エンジン１が起動されると、排気ガスがマニホールド２から排気管３およびＤＰＦ４を経由して外界（大気中）に排出される。排気ガスに含まれるＰＭは、ＤＰＦ４で捕集される。

作業機械１００では、上述したようにＤＰＦ４の前後差圧△Ｐｇに基づいて、ＤＰＦ４の目詰まりを検出する。そして、ＤＰＦ４の前後差圧△Ｐｇが所定差圧△Ｐｈを超え、かつ、排気温度センサ６で検出した排気ガスの温度Ｔｇが所定温度Ｔｌｏｗ未満であれば、制御回路１３が次のように各部を制御することで、以下に述べるＤＰＦ４の再生処理を行う。

制御回路１３は、ＤＰＦ４の前後差圧△Ｐｇが所定差圧△Ｐｈを超え、かつ、排気温度センサ６で検出した排気ガスの温度Ｔｇが所定温度Ｔｌｏｗ未満であると判断すると、発電機／電動機１４１の回転軸と、メインポンプ７の入力軸とを接続するように電磁クラッチ１４０を制御する。これにより、エンジン１の動力が、発電機／電動機１４１にも伝達されることになる。発電機／電動機１４１はエンジン１によって駆動されることで発電する。制御回路１３は、発電機／電動機１４１で発電された電力をバッテリ１４３に供給するようインバータ／コンバータ１４２を制御する。

発電機／電動機１４１で発電を開始すると、発電機／電動機１４１がエンジン１の負荷となる。そこで、制御回路１３は、発電機／電動機１４１の負荷に見合うだけエンジントルクを増大させるように、エンジン制御回路１ａに制御信号を出力する。エンジン制御回路１ａは、エンジン１に対する燃料噴射量を増量して、エンジン１の回転数を一定に保ったまま、出力トルクを増加させるようエンジン１を制御する。

エンジン１の回転数が一定であっても、出力トルクが増加すれば排気ガスの温度Ｔｇが上昇する。そのため、ＤＰＦ４の自己再生機能によって、ＤＰＦ４に捕集されたＰＭの燃焼が促進されるので、ＤＰＦ４の目詰まりが解消する。エンジン出力の増加分のエネルギーは、バッテリ１４３に電気エネルギーとして蓄積される。すなわち、排気ガスの温度Ｔｇを上昇させるために余分に出力されたエンジン１の動力は、動力吸収装置３００によって回収されることになる。

上述したようにエンジン１の出力トルクを増加させて排気ガスの温度Ｔｇを上昇させると、ＤＰＦ４に捕集されたＰＭの燃焼が促進されてＤＰＦ４の目詰まりが解消し、ＤＰＦ４の前後差圧△Ｐｇが低下する。そこで、ＤＰＦ４の前後差圧△Ｐｇが所定値△Ｐｌ以下となると、制御回路１３は、ＤＰＦ４の再生処理を終了する。すなわち、制御回路１３は、ＤＰＦ４の前後差圧△Ｐｇが所定値△Ｐｌ以下となると、発電機／電動機１４１の回転軸と、メインポンプ７の入力軸とを切断するように電磁クラッチ１４０を制御する。

さらに、制御回路１３は、発電機／電動機１４１で発電しなくなったことで減少した負荷に見合うだけエンジントルクを減少させるように、エンジン制御回路１ａに制御信号を出力する。すなわち、制御回路１３は、上述したエンジン１の出力トルクの増加を中止するようエンジン制御回路１ａに制御信号を出力する。エンジン制御回路１ａは、エンジン１に対する燃料噴射量の増量を中止して、エンジン１の回転数を一定に保ったまま出力トルクを減少させるようにエンジン１を制御する。

なお、制御回路１３は、ＤＰＦ４の前後差圧△Ｐｇが所定値△Ｐｌ以下とならなくても、バッテリ１４３の電圧Ｖｂが所定電圧Ｖｂｈを超えると、バッテリ１４３を過充電から保護するため、上述したようにＤＰＦ４の再生処理を終了する。

−−−ＤＰＦ４の前後差圧△Ｐｇが所定差圧△Ｐｈ以下である場合−−−
制御回路１３は、ＤＰＦ４の前後差圧△Ｐｇが所定差圧△Ｐｈ以下である場合には、ブームシリンダ１１４のボトム室からの戻り油を利用して油圧モータ１４５を駆動して、発電機／電動機１４１で発電する。そして、発電機／電動機１４１で発電された電力をバッテリ１４３に蓄電する。すなわち、ブーム１１３の位置エネルギーをバッテリ１４３に蓄電される電気エネルギーとして回収する。後述するように、バッテリ１４３に蓄電された電気エネルギーは、メインポンプ７の駆動に用いられるため、有効に利用できる。

制御回路１３は、圧力センサ３１，３２の圧力から操作する操作レバー３０の操作量を検出して、ブーム１１３を下げるように操作レバー３０が操作されていると判断すると、すなわち、圧力センサ３１の検出圧力Ｐｉｄが０よりも大きいと判断すると、発電機／電動機１４１の入力軸と、油圧モータ１４５の出力軸とを接続するように電磁クラッチ１４４を制御する。そして制御回路１３は、圧力センサ３１の検出圧力Ｐｉｄからブーム１１３を下げるように操作する操作レバー３０の操作量（ブーム下げ操作量）を検出して、ブームシリンダ１１４の動作に影響を与えないように回生弁１７のスプール位置を制御する。すなわち、制御回路１３は、ブーム下げ操作量が少ないと判断すると、油圧モータ１４５に供給される戻り油が少なくなるように回生弁１７のスプール位置を制御する。また、制御回路１３は、ブーム下げ操作量が多いと判断すると、油圧モータ１４５に供給される戻り油が多くなるように回生弁１７のスプール位置を制御する。

なお、制御回路１３は、ブーム１１３を下げるように操作レバー３０が操作されていないと判断すると、すなわち、圧力センサ３１の検出圧力Ｐｉｄが略ゼロであると判断すると、発電機／電動機１４１の入力軸と、油圧モータ１４５の出力軸とを切断するように電磁クラッチ１４４を制御する。そして、制御回路１３は、ブームシリンダ１１４のボトム室からの戻り油を油圧モータ１４５に供給するための回生弁１７の制御を終了する。すなわち、制御回路１３は、油路４２ａと油路４２ｂとを連通し、油路４２ａと油路４５とを遮断するよう回生弁１７を制御する。

このように回生弁１７のスプール位置を制御することで、ブーム１１３の下方向への揺動速度に影響を与えることなく、ブーム１１３の位置エネルギーをバッテリ１４３に蓄電される電気エネルギーとして回収する。

−−−動力吸収装置３００によって回収された動力の利用について−−−
上述したように動力吸収装置３００で回収された動力、すなわち、バッテリ１４３に蓄電された電力は、発電機／電動機１４１の駆動に利用される。制御回路１３は、バッテリ１４３の電圧Ｖｂが所定電圧Ｖ１以上であり、かつ、上述したＤＰＦ４の再生処理および戻り油による油圧モータ１４５の駆動処理が行われていないと判断すると、圧力センサ３１，３２の圧力から操作レバー３０の操作量を算出する。なお、ここで算出する操作レバー３０の操作量は、ブームシリンダ１１４の戻り油による動力回収処理が行われていない条件下で算出されるため、ブーム１１３を上げるように操作する操作レバー３０の操作量（ブーム上げ操作量）となる。制御回路１３は、算出した操作レバー３０が所定の操作量以上であると判断すると、算出した操作量に応じて発電機／電動機１４１を駆動するように、インバータ／コンバータ１４２を制御する。すなわち、制御回路１３は、算出した操作量に応じて、発電機／電動機１４１に印加する電圧や周波数などを変更するようにインバータ／コンバータ１４２を制御する。また、制御回路１３は、発電機／電動機１４１の回転軸と、メインポンプ７の入力軸とを接続するように電磁クラッチ１４０を制御する。

その結果、バッテリ１４３に蓄電されていた電力が発電機／電動機１４１を駆動する。また、発電機／電動機１４１の回転軸がメインポンプ７の入力軸と電磁クラッチ１４０で接続されるので、発電機／電動機１４１はエンジン１によるメインポンプ７の駆動を補助することになる。すなわち、動力吸収装置３００によって回収された動力がメインポンプ７の駆動力として利用される。なお、発電機／電動機１４１によってメインポンプ７の駆動が補助されると、エンジン１の負荷が少なくなる。エンジン１の回転数は、制御回路１３からの指令によって発電機／電動機１４１による補助の前後で略一定に保たれる。

メインポンプ７の駆動補助を開始した後、操作レバー３０の操作量が少なくなれば、メインポンプ７の駆動を補助する必要性は低くなる。そこで、制御回路１３は、圧力センサ３１，３２の圧力から操作レバー３０の操作量を算出して、操作レバー３０が所定の操作量未満であると判断すると、発電機／電動機１４１の回転軸と、メインポンプ７の入力軸とを切断するように電磁クラッチ１４０を制御する。また、制御回路１３は、発電機／電動機１４１に対するバッテリ１４３からの電力供給を中止するよう、インバータ／コンバータ１４２を制御する。

メインポンプ７の駆動の補助を中止した後、操作レバー３０の操作量が多くなれば、メインポンプ７の駆動を補助する必要性が高くなる。そこで、制御回路１３は、圧力センサ３１，３２の圧力から操作レバー３０の操作量を算出して、操作レバー３０が所定の操作量以上であると判断すると、上述した発電機／電動機１４１によるメインポンプ７の駆動の補助を再開する。

なお、制御回路１３は、バッテリ１４３の電圧Ｖｂが所定電圧Ｖ２以下となると、すなわち、バッテリ１４３の残量が少なくなると、バッテリ１４３の過放電を防止するために、発電機／電動機１４１に対するバッテリ１４３からの電力供給を中止するよう、インバータ／コンバータ１４２を制御する。また、制御回路１３は、発電機／電動機１４１の回転軸と、メインポンプ７の入力軸とを切断するように電磁クラッチ１４０を制御する。これにより、動力吸収装置３００によって回収された動力の利用が終了する。

−−−フローチャート−−−
図６は、上述したＤＰＦ４の再生処理および動力の回収処理に関する動作についての処理内容を示すフローチャートである。油圧ショベルの不図示のイグニッションスイッチがオンされると、この処理を行うプログラムが起動されて、制御回路１３で実行される。ステップＳ１からステップＳ７までの処理は、第１の実施の形態と同じであるので、説明を省略する。

ステップＳ７が肯定判断されるとステップＳ１０９へ進み、ＤＰＦ４の再生処理を開始するよう各部を制御する。すなわち、上述したように、発電機／電動機１４１の回転軸と、メインポンプ７の入力軸とを接続するように電磁クラッチ１４０を制御し、発電機／電動機１４１で発電された電力をバッテリ１４３に供給するようインバータ／コンバータ１４２を制御し、エンジントルクを増大させるように、エンジン制御回路１ａに制御信号を出力する。

ＤＰＦ４の再生処理を開始するとステップＳ１１に進む。ステップＳ１１，Ｓ１３における処理は、第１の実施の形態と同じであるので、説明を省略する。ステップＳ１３が肯定判断されるとステップＳ１１５へ進み、バッテリ１４３の電圧Ｖｂを読み込んでステップＳ１１７へ進む。

ステップＳ１１７において、ステップＳ１１５で読み込んだバッテリ１４３の電圧Ｖｂが所定電圧Ｖｂｈを超えているか否かを判断する。ステップＳ１１７が肯定判断されるとステップＳ１１９へ進み、ＤＰＦ４の再生処理を終了するよう各部を制御する。すなわち、上述したように、発電機／電動機１４１の回転軸と、メインポンプ７の入力軸とを切断するように電磁クラッチ１４０を制御し、エンジントルクを減少させるように、エンジン制御回路１ａに制御信号を出力する。ＤＰＦ４の再生処理を終了するとリターンする。

ステップＳ１１７が否定判断されるとステップＳ１１へ戻る。ステップＳ１３が否定判断されるとステップＳ１１９へ進む。

ステップＳ３が否定判断されるとステップＳ２１へ進む。ステップＳ２１およびステップＳ２３における処理は、第１の実施の形態と同じであるので説明を省略する。ステップＳ２３が肯定判断されるとステップＳ１２４に進み、発電機／電動機１４１の入力軸と、油圧モータ１４５の出力軸とを接続するように電磁クラッチ１４４を制御してステップＳ２５へ進む。ステップＳ２５およびステップＳ２７における処理は、第１の実施の形態と同じであるので説明を省略する。

ステップＳ２７が否定判断されるとステップＳ１２８へ進み、上述したように、ブームシリンダ１１４のボトム室からの戻り油で油圧モータ１４５を駆動するための回生弁１７の制御を開始して、ステップＳ１へ戻る。ステップＳ２３が否定判断されるか、ステップＳ２７が肯定判断されるとステップＳ１２６に進み、発電機／電動機１４１の入力軸と、油圧モータ１４５の出力軸とを切断するように電磁クラッチ１４４を制御してステップＳ１２９へ進む。ステップＳ１２９において、ブームシリンダ１１４のボトム室からの戻り油で油圧モータ１４５を駆動するための回生弁１７の制御を終了して、すなわち、油路４２ａと油路４２ｂとを連通し、油路４２ａと油路４５とを遮断するよう回生弁１７を制御してステップＳ１へ戻る。

図７は、上述した動力吸収装置３００によって回収された動力の利用に関する動作についての処理内容を示すフローチャートである。油圧ショベルの不図示のイグニッションスイッチがオンされると、この処理を行うプログラムが起動されて、制御回路１３で実行される。ステップＳ１３１において、バッテリ１４３の電圧Ｖｂを読み込んでステップＳ１３３へ進む。

ステップＳ１３３において、ステップＳ１３１で読み込んだバッテリ１４３の電圧Ｖｂが所定電圧Ｖ１以上になるまで待機する。ステップＳ１３３が肯定判断されるとステップＳ１３５へ進み、上述したＤＰＦ４の再生処理および戻り油による油圧モータ１４５の駆動処理が終了するまで待機する。ステップＳ１３５が肯定判断されるとステップＳ３７へ進む。ステップＳ３７からステップＳ４１までの処理は、第１の実施の形態と同じであるので、説明を省略する。

ステップＳ４１が肯定判断されるとステップＳ１４３へ進み、発電機／電動機１４１の回転軸と、メインポンプ７の入力軸とを接続するように電磁クラッチ１４０を制御してステップＳ１４５へ進む。ステップＳ１４５において、ステップＳ３９で算出した操作レバー３０の操作量に応じて、発電機／電動機１４１に印加する電圧や周波数などを変更するようにインバータ／コンバータ１４２を制御してステップＳ１４７へ進む。

ステップＳ１４７において、バッテリ１４３の電圧Ｖｂを読み込んでステップＳ４９へ進む。ステップＳ１４９において、ステップＳ１４７で読み込んだバッテリ１４３の電圧Ｖｂが所定電圧Ｖ２以下であるか否かを判断する。ステップＳ１４９が肯定判断されるとステップＳ１５１へ進み、発電機／電動機１４１に対するバッテリ１４３からの電力供給を中止するよう、すなわち、発電機／電動機１４１の駆動を中止するようインバータ／コンバータ１４２を制御してステップＳ１５３へ進む。ステップＳ１５３において、発電機／電動機１４１の回転軸と、メインポンプ７の入力軸とを切断するように電磁クラッチ１４０を制御してリターンする。

ステップＳ４１が否定判断されるとステップＳ１５５へ進み、発電機／電動機１４１に対するバッテリ１４３からの電力供給を中止するよう、インバータ／コンバータ１４２を制御してステップＳ１５７へ進む。ステップＳ１５７において、発電機／電動機１４１の回転軸と、メインポンプ７の入力軸とを切断するように電磁クラッチ１４０を制御してステップＳ１３５へ戻る。

ステップＳ１４９が否定判断されるとステップＳ１３５へ戻る。

上述した第２の実施の形態の作業機械１００では、第１の実施の形態の次の作用効果を奏する。
（１）ＤＰＦ４の再生処理中に増加させたエンジン出力を電気エネルギーとして、バッテリ１４３で蓄電するように構成した。これにより、ＰＭ除去のために増加させたエンジン出力を、簡単な構成で蓄積できるので、機器構成が簡略化でき、コスト増を低減できる。

（２）ブームシリンダ１１４のボトム室からの戻り油を利用して油圧モータ１４５を駆動して、発電機／電動機１４１で発電するように構成した。そして、発電機／電動機１４１で発電された電力をバッテリ１４３に蓄電するように構成した。すなわち、ブーム１１３の位置エネルギーをバッテリ１４３に蓄電される電気エネルギーとして回収するように構成した。したがって、通常の掘削作業などで上方に揺動させたブーム１１３および、ブーム１１３の先端に取り付けられているアーム１１５やバケット１１７の位置エネルギーを回収して再利用できる。これにより、燃料消費量を低減できる。

（３）バッテリ１４３で蓄電した電力によって発電機／電動機１４１を駆動することで、エンジン１によるメインポンプ７の駆動を補助するように構成した。これにより、ＤＰＦ４の再生のために増加させたエンジン出力を一時的に貯蔵しておいて、後にメインポンプ７の駆動力として有効利用できるので、ＤＰＦ４の再生に伴う燃費の悪化を抑制できる。また、ＤＰＦ４の再生処理中に増加させたエンジン出力の電気エネルギーへの変換、ブーム１１３などの位置エネルギーの電気エネルギーへの変換、および、バッテリ１４３で蓄電した電力の動力への変換を発電機／電動機１４１で、または、発電機／電動機１４１および油圧モータ１４５で行うように構成したので、構成機器数を減らすことができ、コスト増を抑制できる。

−−−変形例−−−
（１）上述の説明では、図３，５に示す油圧回路において、ブームシリンダ１１４を図示して説明しているが、動力吸収回路２００や動力吸収装置３００による動力の回収、および動力吸収回路２００や動力吸収装置３００によって回収された動力の利用に関して、ブームシリンダ１１４以外の各シリンダ１１６，１１８との動作の連係を排除するものではない。

（２）上述の説明では、エンジン回転数を略一定に保ち、出力トルクを増大させることでエンジン出力を増やして排気ガスの温度Ｔｇを上昇させているが、本発明はこれに限定されない。エンジン１の回転数を上げることでエンジン出力を増やしてもよく、エンジン１の回転数および出力トルクの双方を変更することでエンジン出力を増加させてもよい。

（３）上述の説明では、ＤＰＦ４の目詰まりの状況、すなわちＤＰＦ４の再生の要否をＤＰＦ４の前後差圧△Ｐｇで判断するように構成しているが、ＤＰＦ４の直前の排気ガスの圧力（すなわち排気圧センサ５ａで検出した圧力Ｐ５ａ）で判断するようにしてもよい。

（４）上述した第１の実施の形態では、油圧モータ１５は、その出力軸がメインポンプ７の入力軸と直結されているが、第２の実施の形態と同様に、電磁クラッチによって、油圧モータ１５の出力軸と、メインポンプ７の入力軸とを断続可能にしてもよい。

（５）上述の説明では、コントロール弁９はパイロット圧油によってスプールが駆動される油圧パイロット式のコントロール弁であったが、本発明はこれに限定されない。たとえば、コントロール弁９に、電気信号によってスプールが駆動される電磁パイロット式のコントロール弁を用いてもよい。

（６）上述の説明では、ブームシリンダ１１４の動作に影響を与えないように回生弁１７のスプール位置を制御するように構成しているが、本発明はこれに限定されない。たとえば、コントロール弁９に電磁パイロット式のコントロール弁を用いた場合には、ブームシリンダ１１４の動作に影響を与えないように制御回路１３が回生弁１７のスプール位置およびコントロール弁９のスプール位置を協調的に制御するように構成してもよい。

（７）上述した第１の実施の形態では、ブーム上げ操作量が所定の操作量以上である場合にのみ、アキュムレータ１４に蓄積された圧油を油圧モータ１５の駆動に利用するように構成しているが、本発明はこれに限定されない。たとえば、ブームシリンダ１１４が駆動されない場合であっても、油圧モータ１５の駆動には動力が必要であるので、ブームシリンダ１１４が駆動されない場合であってもアキュムレータ１４に蓄積された圧油を油圧モータ１５の駆動に利用するように構成してもよい。すなわち、アキュムレータ１４に圧油が蓄積されたら、ブーム上げ操作が行われるのを待たずに、すぐにアキュムレータ１４に蓄積された圧油を油圧モータ１５の駆動に利用してもよい。

なお、第２の実施に形態についても同様である。すなわち、上述した第２の実施の形態では、ブーム上げ操作量が所定の操作量以上である場合にのみ、バッテリ１４３に蓄電された電力を発電機／電動機１４１の駆動に利用するように構成しているが、本発明はこれに限定されない。たとえばブームシリンダ１１４が駆動されない場合であってもバッテリ１４３に蓄電された電力を発電機／電動機１４１の駆動に利用するように構成してもよい。
（８）上述した各実施の形態および変形例は、それぞれ組み合わせてもよい。

上述の実施の形態およびその変形例において、たとえば、油圧ポンプはメインポンプ７に、アクチュエータは各シリンダ１１４，１１６，１１８に、捕集手段はＤＰＦ４に、排ガス通過抵抗検出手段は排気圧センサ５ａ，５ｂに、蓄圧手段はアキュムレータ１４に、切替手段は回生弁１７に、発電機およびモータは発電機／電動機１４１に、蓄電手段はバッテリ１４３にそれぞれ対応する。エンジン制御手段は、制御回路１３と、エンジン制御回路１ａと制御回路１３およびエンジン制御回路１ａで実行される制御プログラムとによって実現される。なお、以上の説明はあくまで一例であり、発明を解釈する際、上記の実施形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項の対応関係になんら限定も拘束もされない。

本発明による作業機械の一例としての油圧ショベルの外観を示す図である。第１の実施の形態の作業機械１００の油圧回路を示す図である。第１の実施の形態のＤＰＦ４の再生処理および動力の回収処理に関する動作について、処理内容を示すフローチャートである。動力吸収回路２００によって回収された動力の利用に関する動作についての処理内容を示すフローチャートである。第２の実施の形態の作業機械１００の油圧回路を示す図である。第２の実施の形態のＤＰＦ４の再生処理および動力の回収処理に関する動作について、処理内容を示すフローチャートである。動力吸収装置３００によって回収された動力の利用に関する動作についての処理内容を示すフローチャートである。

符号の説明

１エンジン１ａエンジン制御回路
４ＤＰＦ５排気圧センサ
６排気温度センサ７油圧ポンプ（メインポンプ）
９コントロール弁１２蓄圧弁
１３制御回路１４アキュムレータ
１５，１４５油圧モータ１６アシスト弁
１７回生弁１８，３３逆止弁
３０操作レバー１００作業機械
１１４ブームシリンダ１４０，１４４電磁クラッチ
１４１発電機／電動機１４２インバータ／コンバータ
１４３バッテリ２００動力吸収回路
３００動力吸収装置

Claims

エンジンによって駆動されて圧油を吐出する油圧ポンプと、
前記油圧ポンプが吐出する圧油によって駆動されるアクチュエータと、
前記アクチュエータを操作する操作レバーと、
前記操作レバーの操作量を検出する操作量検出手段と、
前記エンジンの排気ガスの排出経路に設けられて、前記排気ガスに含まれる捕集対象物を捕集する捕集手段と、
前記排出経路中の前記捕集手段前後の前記排気ガスの圧力差を検出する排ガス通過抵抗検出手段と、
前記排ガス通過抵抗検出手段で検出した前記排気ガスの差圧が所定の差圧以上である場合には、エンジン出力を増加させるエンジン制御手段と、
前記エンジン制御手段により増加させたエンジン出力を前記油圧ポンプからの圧油のエネルギーとして蓄圧する蓄圧手段と、
前記アクチュエータからの戻り油によって前記蓄圧手段で蓄圧するように前記戻り油の流れを切り替える切替手段と、
前記油圧ポンプから前記蓄圧手段へ流れる圧油を制御する蓄圧圧油制御手段と、
前記操作量検出手段で検出した前記操作レバーの操作量が少ない場合には、前記油圧ポンプから前記蓄圧手段へ流れる圧油が多くなるように前記蓄圧圧油制御手段を制御し、前記操作量検出手段で検出した前記操作レバーの操作量が多い場合には、前記油圧ポンプから前記蓄圧手段へ流れる圧油が少なくなるように前記蓄圧圧油制御手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする作業機械。
請求項１に記載の作業機械において、
前記蓄圧手段で蓄圧した圧油により前記油圧ポンプを駆動する油圧回路を有することを特徴とする作業機械。
請求項１に記載の作業機械において、
前記エンジン制御手段は、前記エンジンの出力トルクを増加させることで、前記エンジン出力を増加させることを特徴とする作業機械。
エンジンによって駆動されて圧油を吐出する油圧ポンプと、
前記油圧ポンプが吐出する圧油によって駆動されるアクチュエータと、
前記アクチュエータからの戻り油によって駆動される油圧モータと、
前記エンジンおよび前記油圧モータによって駆動される発電機と、
前記アクチュエータを操作する操作レバーと、
前記操作レバーの操作量を検出する操作量検出手段と、
前記エンジンの排気ガスの排出経路に設けられて、前記排気ガスに含まれる捕集対象物を捕集する捕集手段と、
前記排出経路中の前記捕集手段前後の前記排気ガスの圧力差を検出する排ガス通過抵抗検出手段と、
前記排ガス通過抵抗検出手段で検出した前記排気ガスの差圧が所定の差圧以上である場合には、エンジン出力を増加させるエンジン制御手段と、
前記油圧モータへ流れる前記戻り油を制御する戻り油制御手段をと、
前記エンジン制御手段により増加させたエンジン出力を前記発電機で発電された電気エネルギーとして、および、前記油圧モータに供給された前記戻り油のエネルギーを前記発電機で発電された電気エネルギーとして蓄電する蓄電手段と、
前記操作量検出手段で検出した前記操作レバーの操作量が少ない場合には、前記油圧モータへ流れる前記戻り油が少なくなるように前記戻り油制御手段を制御し、前記操作量検出手段で検出した前記操作レバーの操作量が多い場合には、前記油圧モータへ流れる前記戻り油が多くなるように前記戻り油制御手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする作業機械。
請求項４に記載の作業機械において、
前記蓄電手段で蓄電した電力により前記油圧ポンプを駆動するモータをさらに備えることを特徴とする作業機械。