JP5244214B2 - 作業機械のエンジン制御装置およびそのエンジン制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、油圧ショベル、ブルドーザ、ダンプトラック、ホイールローダなどの建設機械を含む作業機械のエンジン制御装置およびそのエンジン制御方法に関するものである。

作業機械に用いられるディーゼルエンジン（以下、エンジン）などのエンジン制御において、作業機械のオペレータが、運転室内に設けられた燃料調整ダイヤル（スロットルダイヤル）を任意に設定すると、エンジンコントローラは、燃料噴射システムに対し、設定に応じた燃料噴射量をエンジンに噴射するための制御信号を出力する。そして、エンジンコントローラは、燃料調整ダイヤル（スロットルダイヤル）で設定されたエンジン目標回転数が維持されるように、作業機械に取り付けられた作業機の負荷変動に対応した制御信号を燃料噴射システムに出力し、エンジン回転数を調整する。また、エンジンコントローラあるいはポンプコントローラは、エンジン目標回転数に応じた油圧ポンプの目標吸収トルクを算出する。この目標吸収トルクは、エンジンの出力馬力と油圧ポンプの吸収馬力とが釣り合うように設定される。

通常のエンジン制御について図２０を用いて説明する。エンジンは図２０に示すように、エンジンの最大出力トルク線Ｐ１とエンジン回転数が最大のエンジンドループ線Ｆｅとからなるエンジン出力トルク線ＴＬを超えないように制御される。そして、エンジンコントローラは、たとえば作業機械が油圧ショベルなどの場合、上部旋回体の旋回動作や作業機動作のために操作される操作レバーの操作量と作業機等の負荷とに応じてエンジン回転数を変化させるための制御信号を生成する。たとえば、エンジン目標回転数がＮ２に設定されている状態で土砂等の掘削操作が行われると、エンジンがアイドリング動作している時のエンジン回転数（アイドリング回転数Ｎ１）からエンジン目標回転数Ｎ２に移行する。この際、燃料噴射システムは、エンジンコントローラからの制御信号を受けて、この移行に応じて燃料をエンジンに噴射し、作業機動作等が行われて負荷が増加すると、エンジン回転数とエンジン出力トルクとが、可変容量型油圧ポンプ（典型的には斜板式油圧ポンプ）のポンプ吸収トルク線ＰＬとエンジン出力トルク線ＴＬの交点に相当する、マッチング点Ｍ１に到達するように、エンジン回転数が移行する。なお、定格点Ｐでは、エンジン出力は最大となる。

ここで、エンジンの燃費効率および油圧ポンプのポンプ効率を改善するため、図２１に示すように、燃料消費率の良い領域を通る目標エンジン運転線（目標マッチングルート）ＭＬを設け、この目標マッチングルートＭＬ上にエンジン出力とポンプ吸収トルクとのマッチング点を設けるようにするエンジン制御装置がある。図２１において、曲線Ｍは、エンジンの等燃費曲線を示し、曲線Ｍの中心（目玉（Ｍ１））の中心に行くほど燃料消費率に優れる。また、曲線Ｊは、油圧ポンプで吸収される馬力が等馬力になっている等馬力曲線を示している。したがって、同じ馬力を得る場合、エンジンドループ線Ｆｅ上のマッチング点ｐｔ１でマッチングさせるよりも、目標マッチングルートＭＬ上のマッチング点ｐｔ２でマッチングさせる方が、燃料消費率は優れる。また、油圧ポンプの流量Ｑは、エンジン回転数ｎとポンプ容量ｑとの積（Ｑ＝ｎ・ｑ）であり、同じ作動油流量を得るなら、エンジン回転数を低くしてポンプ容量を大きくする方がポンプ効率に優れることになる。

特開２００７−１２０４２６号公報 特開２００５−３０４２０６号公報

ところで、ハイブリッド油圧ショベルなどの建設機械で、上部旋回体を電動旋回モータで駆動するものがある。ハイブリッド油圧ショベルでは、この電動旋回モータへキャパシタなどの蓄電装置から電力を供給（放電）して上部旋回体を旋回加速させ、上部旋回体を旋回減速させる際に電動旋回モータの回生によりキャパシタへ電力を供給（充電）させて、従来の油圧ショベルに比べて低い消費燃料率を達成している。さらに、ハイブリッド油圧ショベルでは、作業機の負荷などに応答して、エンジンの駆動によって駆動する発電機を発電作用（発電オン）させて、発電機により発電された電力をキャパシタへ供給（充電）、あるいは、発電機により発電された電力を電動旋回モータの旋回加速のために供給したりする。また、発電機は、ハイブリッド油圧ショベルの負荷に応じてエンジンの出力を補うアシスト作用を行い、低い燃料消費率を達成している。この発電機は、通常の電動モータと同様に、小さなトルクで発電を行うと効率が悪い。このため、発電機は、発電を行う場合、予め設定した最小発電トルク以上で発電を行うようにしている。この結果、発電機が発電オフの状態から発電オンの状態に切り替わる場合、上述した発電機出力は不連続に変化する。この発電機出力の不連続な変化を含めたエンジン出力をもとにエンジン回転数制御を行うと、発電機出力は発電オフ（ゼロの出力）と最小発電トルク（発電オン）との間で発電オン／オフが頻繁に切り換わるとマッチング点でのエンジン回転数（マッチング回転数）が頻繁に変動してしまう。オペレータは、そのエンジン回転数の変動にともなうエンジン音の変化を違和感として感じるという問題点が考えられる。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、発電機の発電オン／オフによる発電機出力が不連続に変動してもエンジン回転数の変動を抑えることができる作業機械のエンジン制御装置およびそのエンジン制御方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明にかかる作業機械のエンジン制御装置は、発電機が用いられる作業機械の運転状態を検出する検出手段と、前記運転状態をもとに、発電機の発電がオフの場合に設定されるエンジン目標回転数とオンの場合に設定されるエンジン目標回転数とを同一とするエンジン目標回転数設定手段と、発電機の発電がオフの場合に最大限出力することができる発電オフ時のエンジン目標出力を演算し、発電機の発電がオンとなる場合に、前記エンジン目標出力に発電機による発電量相当の出力を加えたエンジン目標出力を演算するエンジン目標出力演算手段と、を備えたことを特徴とする。

また、この発明にかかる作業機械のエンジン制御装置は、上記の発明において、前記エンジン目標回転数設定手段は、発電オフから発電オンへの移行時には、所定の発電トルクに達するまでエンジン回転数が不変となるように制御することを特徴とする。

また、この発明にかかる作業機械のエンジン制御装置は、上記の発明において、前記所定の発電トルクは、予め設定された最小発電トルクであることを特徴とする。

また、この発明にかかる作業機械のエンジン制御装置は、上記の発明において、前記エンジンの回転数を用いて発電機の所定の発電出力を求める発電出力演算手段と、油圧ポンプの吸収馬力を設定するポンプ吸収馬力演算手段と、前記エンジンの駆動に連動して駆動する補機の馬力を求める補機馬力演算手段と、をさらに備え、前記エンジン目標回転数設定手段は、発電オフの場合に、設定されたポンプ吸収馬力と求められた補機馬力と前記発電機の所定の発電出力とを合算した出力に相当するエンジン目標出力、および少ない燃料消費率でエンジンが駆動するエンジン出力を示す目標マッチングルートから定められるエンジン目標回転数を設定し、発電オンの場合に設定されるエンジン回転数は前記エンジン目標回転数と同一となるように制御することを特徴とする。

また、この発明にかかる作業機械のエンジン制御方法は、発電機が用いられる作業機械の運転状態を検出する検出ステップと、前記運転状態をもとに、発電機の発電がオフの場合に設定されるエンジン目標回転数とオンの場合に設定されるエンジン目標回転数とを同一に設定するとともに、発電機の発電がオフの場合に、該発電機の発電機がオフの場合に最大限出力することができる発電オフ時のエンジン目標出力を演算して設定し、発電機の発電がオンとなる場合に、前記エンジン目標出力に発電機による発電量相当の出力を加えたエンジン目標出力を演算して設定する設定ステップと、を含むことを特徴とする。

この発明によれば、発電機の発電がオフの場合に設定されるエンジン目標回転数とオンの場合に設定されるエンジン目標回転数とを同一とするエンジン目標回転数の設定を行うとともに、発電機の発電がオフの場合に、発電機の発電がオフの場合に最大限出力することができる発電オフ時のエンジン目標出力を演算し、発電機の発電がオンとなる場合に、前記エンジン目標出力に発電機による発電量相当の出力を加えたエンジン目標出力を演算してエンジン目標出力を設定するようにしているので、発電機の発電オン／オフによる発電機出力が不連続に変動してもエンジン回転数の変動を抑えることができる。

図１は、この発明の実施の形態にかかるハイブリッド油圧ショベルの全体構成を示す斜視図である。 図２は、図１に示したハイブリッド油圧ショベルの制御系の構成を示す模式図である。 図３は、コントローラによるエンジン制御内容を説明するトルク線図である。 図４は、コントローラによるエンジン制御内容を説明するトルク線図である。 図５は、コントローラによる全体制御フローを示す図である。 図６は、図５に示した無負荷最大回転数演算ブロックの詳細制御フローを示す図である。 図７は、図５に示したエンジン最小出力演算ブロックの詳細制御フローを示す図である。 図８は、図５に示したエンジン最大出力演算ブロックの詳細制御フローを示す図である。 図９は、図５に示したエンジン目標出力演算ブロックの詳細制御フローを示す図である。 図１０は、図５に示したマッチング最小回転数演算ブロックの詳細制御フローを示す図である。 図１１は、図５に示した目標マッチング回転数演算ブロックの詳細制御フローを示す図である。 図１２は、図５に示したエンジン回転数指令値演算ブロックの詳細制御フローを示す図である。 図１３は、図５に示したポンプ吸収トルク指令値演算ブロックの詳細制御フローを示す図である。 図１４は、コントローラによるエンジン制御内容を説明するトルク線図である。 図１５は、発電オン／オフ時の目標マッチング回転数の設定状態を示すトルク線図である。 図１６は、従来のエンジン制御における、ポンプばらつきによるエンジン出力ばらつきの状態を示すトルク線図である。 図１７は、この発明の実施の形態における、ポンプばらつきによるエンジン出力ばらつきの状態を示すトルク線図である。 図１８は、従来のエンジン制御における、過渡時のエンジン出力移行状態を示すトルク線図である。 図１９は、この発明の実施の形態における、過渡時のエンジン出力移行状態を示すトルク線図である。 図２０は、従来のエンジン制御を説明するトルク線図である。 図２１は、目標マッチングルートを用いた従来のエンジン制御を説明するトルク線図である。

以下、添付図面を参照してこの発明を実施するための形態について説明する。

［全体構成］
まず、図１および図２は、作業機械としての一例であるハイブリッド油圧ショベル１の全体構成を示している。このハイブリッド油圧ショベル１は、車両本体２と作業機３とを備えている。車両本体２は、下部走行体４と上部旋回体５とを有する。下部走行体４は、一対の走行装置４ａを有する。各走行装置４ａは、履帯４ｂを有する。各走行装置４ａは、右走行モータおよび左走行モータ（走行モータ２１）によって履帯４ｂを駆動することによってハイブリッド油圧ショベル１を走行あるいは旋回させる。

上部旋回体５は、下部走行体４上に旋回可能に設けられ、旋回モータ２４が駆動することによって旋回する。また、上部旋回体５には、運転室６が設けられる。上部旋回体５は、燃料タンク７と作動油タンク８とエンジン室９とカウンタウェイト１０とを有する。燃料タンク７は、エンジン１７を駆動するための燃料を貯留する。作動油タンク８は、油圧ポンプ１８からブームシリンダ１４などの油圧シリンダ、走行モータ２１などの油圧機器へ吐出される作動油を貯留する。エンジン室９は、エンジン１７や油圧ポンプ１８などの機器を収納する。カウンタウェイト１０は、エンジン室９の後方に配置される。

作業機３は、上部旋回体５の前部中央位置に取り付けられ、ブーム１１、アーム１２、バケット１３、ブームシリンダ１４、アームシリンダ１５、およびバケットシリンダ１６を有する。ブーム１１の基端部は、上部旋回体５に回転可能に連結される。また、ブーム１１の先端部は、アーム１２の基端部に回転可能に連結される。アーム１２の先端部は、バケット１３に回転可能に連結される。ブームシリンダ１４、アームシリンダ１５、およびバケットシリンダ１６は、油圧ポンプ１８から吐出された作動油によって駆動する油圧シリンダである。ブームシリンダ１４は、ブーム１１を動作させる。アームシリンダ１５は、アーム１２を動作させる。バケットシリンダ１６は、バケット１３を動作させる。

図２において、ハイブリッド油圧ショベル１は、駆動源としてのエンジン１７、油圧ポンプ１８、発電機１９を有する。エンジン１７としてディーゼルエンジンが用いられ、油圧ポンプ１８として可変容量型油圧ポンプ（例えば斜板式油圧ポンプ）が用いられる。エンジン１７の出力軸には、油圧ポンプ１８および発電機１９が機械的に結合されており、エンジン１７を駆動することで、油圧ポンプ１８および発電機１９が駆動する。なお、発電機１９はエンジン１７の出力軸に機械的に直結されていてもよいし、エンジン１７の出力軸にかけられたベルトやチェーンなどの伝動手段を介して回転駆動するものであってもよい。油圧駆動系としては、コントロールバルブ２０、ブームシリンダ１４、アームシリンダ１５、バケットシリンダ１６、走行モータ２１などを有し、油圧ポンプ１８が油圧源となってこれらを駆動する。

電動駆動系は、キャパシタ２２、インバータ２３、および旋回モータ２４を備える。発電機１９によって発電される電力あるいはキャパシタ２２から放電される電力が、電力ケーブルを介して旋回モータ２４に供給されて上部旋回体５を旋回させる。すなわち、旋回モータ２４は、発電機１９から供給（発電）される電気エネルギーまたはキャパシタ２２から供給（放電）される電気エネルギーで力行作用することで旋回駆動し、旋回減速する際に旋回モータ２４は回生作用することによって電気エネルギーをキャパシタ２２に供給（充電）する。この発電機１９としては、たとえばＳＲ（スイッチドリラクタンス）モータが用いられる。発電機１９は、エンジン１７の出力軸に機械的に結合されており、エンジン１７の駆動によって発電機１９のロータ軸を回転させることになる。キャパシタ２２は、たとえば、電気二重層キャパシタが用いられる。キャパシタ２２に代えて、ニッケル水素バッテリやリチウムイオンバッテリであってもよい。旋回モータ２４には、回転センサ２５が設けられ、旋回モータ２４の回転速度を検出し、電気信号に変換して、インバータ２３内に設けられたハイブリッドコントローラ２３ａに出力する。旋回モータ２４としては、例えば埋め込み磁石同期電動機が用いられる。回転センサ２５として、たとえばレゾルバやロータリーエンコーダなどが用いられる。なお、ハイブリッドコントローラ２３ａは、ＣＰＵ（数値演算プロセッサなどの演算装置）やメモリ（記憶装置）などで構成されている。ハイブリッドコントローラ２３ａは、発電機１９や旋回モータ２４、キャパシタ２２およびインバータ２３に備えられた、サーミスタや熱電対などの温度センサによる検出値の信号を受けて、キャパシタ２２などの各機器の過昇温を管理するとともに、キャパシタ２２の充放電制御や発電機１９による発電・エンジンのアシスト制御、旋回モータ２４の力行・回生制御を行う。

油圧駆動系および電動駆動系は、車両本体２に設けられた運転室６に設けられる作業機レバー、走行レバー、旋回レバーなどの操作レバー２６の操作に応じて駆動する。操作レバー２６の操作量は、レバー操作量検出部２７によって電気信号に変換される。レバー操作量検出部２７は、圧力センサによって構成される。操作レバーの操作に応じて発生するパイロット油圧を圧力センサが検知し、圧力センサが出力する電圧等をレバー操作量に換算することによってレバー操作量を求める。レバー操作量は、電気信号としてポンプコントローラ３３へ出力される。なお、操作レバー２６が電気式レバーである場合には、レバー操作量検出部２７は、ポテンショメータなどの電気的検出手段によって構成され、レバー操作量に応じて発生する電圧等をレバー操作量に換算してレバー操作量を求める。

運転室６内には、燃料調整ダイヤル（スロットルダイヤル）２８およびモード切替部２９が設けられる。燃料調整ダイヤル（スロットルダイヤル）２８は、エンジン１７への燃料供給量を設定するためのスイッチであり、燃料調整ダイヤル（スロットルダイヤル）２８の設定値は、電気信号に変換されてエンジンコントローラ３０に出力される。

エンジンコントローラ３０は、ＣＰＵ（数値演算プロセッサ）などの演算装置やメモリ（記憶装置）で構成される。エンジンコントローラ３０は、燃料調整ダイヤル（スロットルダイヤル）２８の設定値に基づいて、制御指令の信号を生成し、コモンレール制御部３２が制御信号を受信し、エンジン１７への燃料噴射量を調整する。すなわち、エンジン１７は、コモンレール式による電子制御が可能なエンジンであり、燃料噴射量を適切にコントロールすることで狙いとする出力を出すことが可能であり、ある瞬間のエンジン回転数における出力可能なトルクを自由に設定することが可能である。

モード切替部２９は、ハイブリッド油圧ショベル１の作業モードをパワーモードまたはエコノミーモードに設定する部分であり、たとえば運転室６中に設けられる操作ボタンやスイッチ、またはタッチパネルで構成され、ハイブリッド油圧ショベル１のオペレータがそれらの操作ボタンなどを操作することで作業モードを切り替えることができる。パワーモードとは、大きな作業量を維持しながら燃費を抑えたエンジン制御およびポンプ制御を行う作業モードであり、エコノミーモードとは、さらに燃費を抑えつつ軽負荷作業で作業機３の動作速度を確保するようにエンジン制御およびポンプ制御を行う作業モードである。このモード切替部２９による設定（作業モードの切り替え）では、電気信号がエンジンコントローラ３０、ポンプコントローラ３３に出力される。なお、パワーモードでは、エンジン１７の回転数および出力トルクが比較的高い領域でエンジン１７の出力トルクと油圧ポンプ１８の吸収トルクとをマッチングさせる。また、エコノミーモードでは、パワーモードの場合と比較して低いエンジン出力でマッチングさせる。

ポンプコントローラ３３は、エンジンコントローラ３０、モード切替部２９、レバー操作量検出部２７から送信された信号を受信して、油圧ポンプ１８の斜板角を傾倒制御して油圧ポンプ１８からの作動油の吐出量を調整するための制御指令の信号を生成する。なお、ポンプコントローラ３３には、油圧ポンプ１８の斜板角を検出する斜板角センサ１８ａからの信号が入力される。斜板角センサ１８ａが斜板角を検出することで、油圧ポンプ１８のポンプ容量を演算することができる。コントロールバルブ２０内には、油圧ポンプ１８のポンプ吐出圧力を検出するためのポンプ圧検出部２０ａが設けられている。検出されたポンプ吐出圧力は、電気信号に変換されてポンプコントローラ３３に入力される。なお、エンジンコントローラ３０とポンプコントローラ３３とは、相互に情報の授受が行われるようにＣＡＮ（Controller Area Network）のような車内ＬＡＮで接続されている。

［エンジン制御の概要］
まず、図３に示すトルク線図を参照してエンジン制御の概要について説明する。エンジンコントローラ３０は、レバー操作量、作業モード、旋回速度、燃料調整ダイヤル（スロットルダイヤル）２８の設定値などの情報（運転状態を示す信号）を取得し、エンジン出力指令値を求める。このエンジン出力指令値は、トルク線図上の等馬力曲線（エンジン出力指令値曲線）ＥＬとなり、エンジンの出力を制限する曲線である。

そして、作業機３に負荷がかかっている場合、エンジン出力をドループ線に拘束させず、エンジン出力指令値曲線ＥＬとポンプ吸収トルク線ＰＬとの交点（マッチング点）ＭＰ１でエンジン出力と油圧ポンプ出力とをマッチングさせて作業機３を動作させる。なお、このマッチング点ＭＰ１は、目標マッチングルートＭＬ上にもたせることが好ましい。この目標マッチング点ＭＰ１でのエンジン回転数は、目標マッチング回転数ｎｐ１であり、たとえば、図３では１０００ｒｐｍ近傍となる。これにより、作業機３は十分な出力を得ることができるとともに、エンジン１７は低回転数で駆動するため、燃料消費を低く抑えることができる。

一方、作業機３の負荷が抜けた場合であって、作業機３の油圧シリンダ１４，１５，１６への作動油流量が必要な場合、すなわち作業機３の動作速度の確保が必要な場合、エンジンコントローラ３０は、レバー操作量、上部旋回体５の旋回回転数、燃料調整ダイヤル（スロットルダイヤル）２８の設定値等の情報に対応した無負荷最大回転数ｎｐ２（たとえば図３では、２０５０ｒｐｍ近傍）を決定し、目標マッチング回転数ｎｐ１と無負荷最大回転数ｎｐ２との間のエンジン回転数範囲内でエンジンドループを制御してエンジン１７を駆動させる。このような制御を行うことによって、作業機３の負荷がかかった状態から負荷が抜けた状態に移行した場合、低回転側のマッチング点ＭＰ１から高回転側のマッチング点ＭＰ２に移行することから、油圧ポンプ１８から吐き出される作動油流量を十分に油圧シリンダ１４，１５，１６に供給することができ、作業機３の動作速度を確保することができる。また、エンジン出力指令値曲線ＥＬによってエンジン出力が制限されるため、無駄なエネルギーを消費しない。なお、無負荷最大回転数ｎｐ２は、エンジンが出力可能な最大回転数に限らない。

ここで、作業機３の負荷がさらに抜けた場合、そのままエンジン１７を高回転域で駆動させると燃料消費され燃費が悪化することとなる。したがって、負荷が抜けた場合であって、たとえばバケット１３のみの動作のように、油圧ポンプ１８からの作動油の吐出流量および吐出圧力を多く必要としない場合、すなわちポンプ容量に余裕がある場合、図４に示すように、高回転域のドループ線ＤＬを低回転域にシフトさせる制御を行う。上記のように、ポンプ容量は、斜板角センサ１８ａによって検出され、この検出値の大小によってドループ線をシフトする。たとえば、ポンプ容量が所定値よりも大きいと検出された場合には作動油流量を必要としているため、ドループ線ＤＬを高回転域にシフトさせてエンジン回転数を上げ、ポンプ容量が所定値よりも小さいと検出された場合には作動油流量を必要としていないため、ドループ線ＤＬを低回転域にシフトさせてエンジン回転数を下げる。このような制御を行うことによって、高回転域でのエンジン駆動による無駄な燃料消費を抑えることができる。

［エンジン制御の詳細］
図５は、エンジンコントローラ３０あるいはポンプコントローラ３３による全体制御フローを示している。エンジンコントローラ３０あるいはポンプコントローラ３３は、最終的にエンジン制御指令としてのエンジン回転数指令値とエンジン出力指令値を演算し、ポンプ制御指令としてポンプ吸収トルク指令値を演算する。

無負荷最大回転数演算ブロック１１０は、図６に示した詳細制御フローによって、エンジン回転数指令値の上限値となる値である無負荷最大回転数Ｄ２１０（ｎｐ２）を演算する。油圧ポンプ１８のポンプ容量が最大の状態では、油圧ポンプ１８の流量（油圧ポンプ吐出流量）はエンジン回転数とポンプ容量との積であり、油圧ポンプ１８の流量（油圧ポンプ吐出流量）はエンジン回転数に比例するため、無負荷最大回転数Ｄ２１０と油圧ポンプ１８の流量（ポンプ最大吐出量）は比例関係にあることになる。このため、まず、無負荷最大回転数Ｄ２１０の候補値として、各レバー値信号Ｄ１００（レバー操作量）によって求めた回転数の総和を総和部２１２によって求める。各レバー値信号Ｄ１００（各レバー操作量を示す信号）としては、旋回レバー値、ブームレバー値、アームレバー値、バケットレバー値、走行右レバー値、走行左レバー値、サービスレバー値がある。このサービスレバー値は、新たな油圧アクチュエータを接続できる油圧回路を有する場合における、この油圧アクチュエータを操作するレバー操作量を示す値である。各レバー値信号は、図６に示すようなレバー値・無負荷回転数変換テーブル２１１で無負荷回転数に変換され、この変換された値を総和部２１２によって求めた総和の無負荷回転数が最小値選択部（ＭＩＮ選択）２１８に出力される。

一方、無負荷回転数リミット値選択ブロック２１０は、各操作レバー値信号Ｄ１００の操作量、油圧ポンプ１８の吐出圧力であるポンプ圧力Ｄ１０５，Ｄ１０６、およびモード切替部２９によって設定された作業モードＤ１０４の４つの情報を用いて、作業機械１のオペレータが、現在どのような操作パターン（作業パターン）を実行しているかを判定し、予め設定されている操作パターンに対する無負荷回転数リミット値を選択し決定する。この決定された無負荷回転数リミット値は、最小値選択部２１８に出力される。この操作パターン（作業パターン）の判定とは、たとえば、アームレバーが掘削方向に傾倒しており、ポンプ圧力も、ある設定値よりも高い場合、ハイブリッド油圧ショベル１は重掘削作業を実行しようとしていると判定し、旋回レバーが傾倒しているとともにブームレバーが上げ方向に傾倒しているような複合操作の場合、ハイブリッド油圧ショベル１はホイスト旋回作業を実行しようとしていると判定するものである。このように、操作パターン（作業パターン）の判定とは、そのときにオペレータが実行しようとしている操作を推定することである。なお、ホイスト旋回作業とは、バケット１３で掘削した土砂をブーム１１を上げながら上部旋回体５を旋回させ、所望の旋回停止の位置でバケット１３の土砂を排土するような作業である。

他方、燃料調整ダイヤル２８（スロットルダイヤルＤ１０３）の設定状態（設定値）からも無負荷最大回転数の候補値を決定する。すなわち、燃料調整ダイヤル２８（スロットルダイヤルＤ１０３）の設定値を示す信号を受けて、設定値はスロットルダイヤル・無負荷回転数変換テーブル２１３で、無負荷最大回転数の候補値に変換され、最小値選択部２１８に出力される。

ここで、電気駆動の旋回モータ２４を搭載したハイブリッド油圧ショベル１は、旋回の駆動源として油圧を必要としない。このため、油圧ポンプ１８から吐出される作動油のうち、旋回の駆動分の油圧ポンプ１８からの作動油吐出流量を減らしてもよい。したがって、燃料調整ダイヤル２８（スロットルダイヤルＤ１０３）の設定値からスロットルダイヤル・無負荷回転数変換テーブル２１３によって求められる無負荷回転数から、旋回モータ回転数Ｄ１０１から旋回モータ回転数・無負荷回転数削減量変換テーブル２１４によって求められる無負荷回転数削減量を減算部２１５によって減じ、得られた回転数を無負荷最大回転数Ｄ２１０の候補値としている。なお、最大値選択部（ＭＡＸ選択）２１７は、無負荷回転数削減量が燃料調整ダイヤル２８（スロットルダイヤルＤ１０３）の設定値から求められる無負荷最大回転数よりも大きく、最大値選択部２１７へ入力される値が負の値となって、無負荷回転数リミット値選択ブロック２１０が出力する無負荷回転数リミット値との比較を行うための最小値選択部（ＭＩＮ選択）２１８を通った結果、無負荷最大回転数が負の値にならないように、最大値選択部２１７でゼロ値２１６との最大値選択を行い、最小値選択部２１８へ負の値が与えられないようにしている。

最小値選択部２１８は、レバー値信号Ｄ１００から求めた無負荷回転数と、無負荷回転数リミット値選択ブロック２１０で求めた無負荷回転数リミット値と、旋回モータ回転数Ｄ１０１とから求めた無負荷回転数リミット値を考慮した、スロットルダイヤルＤ１０３の設定値から求めた無負荷回転数との３つの値のなかから最小値を選択し、無負荷最大回転数Ｄ２１０（ｎｐ２）を出力する。

図７はエンジン最小出力演算ブロック１２０の詳細制御フローである。図７に示すように、エンジン最小出力演算ブロック１２０は、エンジン出力指令値の下限となる値であるエンジン最小出力Ｄ２２０を演算する。レバー値・エンジン最小出力変換テーブル２２０は、無負荷最大回転数の演算と同様に、各レバー値信号Ｄ１００をエンジン最小出力に変換し、総和部２２１がこれらの総和を最小値選択部（ＭＩＮ選択）２２３に出力する。

一方、エンジン最小出力の最大値選択ブロック２２２は、モード切替部２９によって設定される作業モードＤ１０３に対応した上限値を最小値選択部２２３に出力する。最小値選択部２２３は、各レバー値信号Ｄ１００に対応したエンジン最小出力の総和と、作業モードＤ１０４に対応した上限値とを比較し、最小値を選択してエンジン最小出力Ｄ２２０として出力する。

図８はエンジン最大出力演算ブロック１３０の詳細制御フローである。図８に示すように、エンジン最大出力演算ブロック１３０は、エンジン出力指令値の上限となる値であるエンジン最大出力Ｄ２３０を演算する。ポンプ出力リミット値選択ブロック２３０は、無負荷最大回転数演算ブロック１１０による演算と同様に、各レバー値信号Ｄ１００の操作量とポンプ圧力Ｄ１０５，Ｄ１０６と作業モードＤ１０４の設定値の情報を用いて、現在の操作パターンを判定し、その操作パターン毎にポンプ出力リミット値を選択する。この選択されたポンプ出力リミット値に、図示しない回転数センサによって検出されたエンジン回転数Ｄ１０８からファン馬力演算ブロック２３４が演算したファン馬力が加算部２３８によって加算される。旋回モータ回転数Ｄ１０１および旋回モータトルクＤ１０２を入力パラメータとして用いて旋回馬力演算ブロック２３０が旋回馬力を演算し、エンジン回転数Ｄ１０８を用いてファン馬力演算ブロック２３４がファン馬力を演算する。旋回馬力とファン馬力は、それぞれ減算部２３５および加算部２３８を介して、ポンプ出力リミット値に加算される。また、発電機１９の発電機出力Ｄ１０９は、減算部２３７を介してポンプ出力リミット値に加算される。これら加算された値（以下、加算値）と、燃料調整ダイヤル２８（スロットルダイヤルＤ１０３）の設定値に応じてスロットルダイヤル・エンジン出力リミット変換テーブル２３５によって変換したエンジン出力リミット値とが、最小値選択部（ＭＩＮ選択）２３９に出力される。最小値選択部２３９は、加算値とエンジン出力リミット値のうちの最小値を選択し、エンジン最大出力Ｄ２３０として出力する。なお、ポンプ出力リミットはポンプ吸収馬力を意味する。発電機出力Ｄ１０９がゼロの時は、発電オフであり、結果的にエンジン目標出力演算ブロック１４０で求められるエンジン目標出力Ｄ２４０は、ファン馬力演算ブロック２３４で求められたファン馬力に演算器２３７から出力されるポンプ吸収馬力を加算したものとなる。

なお、旋回馬力は、次式、
旋回馬力（ｋＷ）＝２π÷６０×旋回モータ回転数×旋回モータトルク÷１０００×係数（設定値）
を演算することで求めることができる。また、ファンとは、エンジン１７を冷却するためのラジエータの近傍に設けられたファン（補機）であり、ラジエータに向かって空気を送風させるものであり、エンジン１７の駆動に連動して回転駆動するものである。ファン馬力に加えてエンジン1７の駆動に連動して回転駆動するエアコンディショナー（補機）のエアコンディショナー馬力（エアコン馬力）を加算して演算してもよい。なお、エアコンディショナーは、運転室６の内部の空調を行うための空調機である。なお、ファン馬力は、次式、
ファン馬力＝ファン定格馬力×（エンジン回転数／ファン定格時エンジン回転数）＾３
を用いて簡易的に演算することで求められる。なお、旋回馬力および発電機出力のポンプ出力リミット値への加算は、図８に示すように減算となっている。ハイブリッド油圧ショベル１は、エンジン１７という駆動源とは異なる電気という駆動源で電動駆動する旋回モータ２４を用いるので、旋回馬力を求めてポンプ出力リミット値から旋回分を減算することが必要である。発電機出力は、発電機１９が発電するときは、値の正負の符号を負と定義しており、、最小値選択部２３３で、ゼロ値２３２との比較が行われ、ポンプ出力リミット値に対して、負の値を減算するから実質的に加算となる。発電機１９がエンジン１７の出力アシストを行う場合は、発電機出力は、値の正負は正となる。発電機１９が発電する時は、発電機出力は、負の値であるため、ゼロ値２３２との最小値選択を行った後に、ポンプ出力リミットから負の発電機出力を減算し、実質的にポンプ出力リミットに発電機出力を加算することとなる。すなわち、発電機出力Ｄ１０９が負の値となったときのみに加算が行われる。発電機１９によるエンジン１７のアシストは、エンジン回転数を、ある所定の回転数から高い回転数に上昇させる必要があるときに作業機３の応答性を高めるために行われるが、このときのエンジン出力としてエンジン１７のアシスト分の出力を抜いてしまうと、作業機３の応答性の改善に繋がらないため、エンジン１７をアシストしたからといってエンジン最大出力を減じることは行わない。つまり、正の発電機出力が最小値選択部２３３に入力されても、ゼロ値２３２との最小値選択により、最小値選択部２３３からはゼロが出力され。ポンプ出力リミットから減算が行われることなく、エンジン最大出力Ｄ２３０が求められる。

図９はエンジン目標出力演算ブロック１４０の詳細制御フローである。図９に示すように、エンジン目標出力演算ブロック１４０は、エンジン目標出力Ｄ２４０を演算する。減算部２４３は、前回演算して求めた前回エンジン目標出力Ｄ２４０から固定値として設定されているエンジン出力加算用オフセット値２４１を減じる。減算部２４４は、この減算した値から、エンジン実出力演算ブロック２４２で演算したエンジン実出力を減算した偏差を求める。乗算部２４５は、この偏差に、あるゲイン（−Ｋｉ）を乗じた値を乗算し、積分部２４６がこの乗算値を積分する。加算部２４７は、この積分値に、エンジン最小出力演算ブロック１２０で演算して求められたエンジン最小出力Ｄ２２０を加算する。最小値選択部（ＭＩＮ選択）２４８は、この加算値と、エンジン最大出力演算ブロック１３０で演算して求められたエンジン最大出力Ｄ２３０とのうちの最小値をエンジン目標出力Ｄ２４０として出力する。エンジン目標出力Ｄ２４０は、図５に示すようにエンジン制御指令のエンジン出力指令値として用いられ、エンジン目標出力Ｄ２４０は、図３あるいは図４に示すエンジン出力指令値曲線ＥＬを意味する。なお、エンジン実出力演算ブロック２４２は、エンジンコントローラ３０が指令している燃料噴射量とエンジン回転数、大気温度などにより予測したエンジントルクＤ１０７と図示しない回転数センサによって検出されたエンジン回転数Ｄ１０８とをもとに、次式
エンジン実出力（ｋＷ）＝２π÷６０×エンジン回転数×エンジントルク÷１０００
を用いて演算しエンジン実出力を求める。

図１０はマッチング最小回転数演算ブロック１５０の詳細制御フローである。図１０に示すように、マッチング最小回転数演算ブロック１５０は、作業時に最低限上昇させなければならないエンジン回転数であるマッチング最小回転数Ｄ１５０を演算する。マッチング最小回転数Ｄ１５０は、各レバー値信号Ｄ１００を、レバー値・マッチング最小回転数変換テーブル２５１で変換した各値がマッチング最小回転数Ｄ１５０の候補値となり、それぞれ最大値選択部（ＭＡＸ選択）２５７に出力される。

一方、無負荷回転数・マッチング回転数変換テーブル２５２は、目標マッチング回転数ｎｐ１と同じように、無負荷最大回転数ｎｐ２で交わるドループ線ＤＬと目標マッチングルートＭＬとの交点におけるエンジン回転数をマッチング回転数ｎｐ２’として、無負荷最大回転数演算ブロック１１０で求められた無負荷最大回転数Ｄ２１０（ｎｐ２）を変換し出力する（図１４参照）。さらに、このマッチング回転数ｎｐ２’から低速オフセット回転数を減算し、その結果得られた値は、マッチング最小回転数Ｄ１５０の候補値として最大値選択部（ＭＡＸ選択）２５７に出力される。低速オフセット回転数を用いる意義とその値の大小については、後述する。

また、旋回モータ回転数・マッチング最小回転数変換テーブル２５０は、旋回モータ回転数Ｄ１０１をマッチング最小回転数Ｄ１５０の候補値として変換して最大値選択部２５７に出力する。旋回モータ回転数Ｄ１０１は、図２の旋回モータ２４の旋回モータ回転数（速度）をレゾルバやロータリーエンコーダなどの回転センサで検出した値である。なお、この旋回モータ回転数・マッチング最小回転数変換テーブル２５０は、図１０に示すように旋回モータ回転数Ｄ１０１がゼロのときマッチング最小回転数を大きくし、旋回モータ回転数Ｄ１０１が大きくなるにしたがってマッチング最小回転数を小さくするような特性で旋回モータ回転数Ｄ１０１の変換を行う。

ここで、発電機１９は、最大に出力できるトルクの限界値（発電機最大トルク）が設定されているため、ある程度大きな出力で発電を行うには、エンジン回転数を上昇させる必要がある。このため、随時に要求される発電機出力の大きさから、最低限上昇させなければならないエンジン回転数を、発電機出力・マッチング回転数変換テーブル２５６を用いて求め、この求められたエンジン回転数をマッチング最小回転数Ｄ１５０の候補値として最大値選択部（ＭＡＸ選択）２５７に出力する。なお、発電機出力Ｄ１０９の後段に配置されるゲート２５５は、発電機出力Ｄ１０９が負であるので、発電機出力Ｄ１０９を正の値に変換するために設けられている。

最大値選択部２５７は、これらのマッチング最小回転数のうちの最大値を選択してマッチング最小回転数Ｄ１５０として出力する。

ここで、この実施の形態では、負荷が抜けた場合、エンジン回転数は、最大で無負荷最大回転数ｎｐ２まで増加し、負荷が十分かかった場合、エンジン回転数は、目標マッチング回転数ｎｐ１まで下がる。この場合、負荷の大小によってエンジン回転数は大きく変動することになる。このエンジン回転数の大きな変動は、ハイブリッド油圧ショベル１のオペレータにとってハイブリッド油圧ショベル１の力が出ていないように感じるといった違和感（力不足感）として、オペレータがとらえるおそれがある。したがって、図１４に示すように、低速オフセット回転数を用い、この設定される低速オフセット回転数の大小によって、エンジン回転数の変動幅を変化させて違和感を除くことができる。すなわち、低速オフセット回転数を小さくすれば、エンジン回転数の変動幅は小さくなり、低速オフセット回転数を大きくすれば、エンジン回転数の変動幅は大きくなる。なお、上部旋回体２が旋回をしている状態や作業機３が掘削作業をしている状態などのハイブリッド油圧ショベル１の稼動状態によって、同じエンジン回転数の変動幅であってもオペレータの違和感の感じ方が異なる。上部旋回体２が旋回をしている状態では、作業機３が掘削作業をしている状態よりも多少エンジン回転数が下がってもオペレータは力不足とは感じにくいので、上部旋回体２が旋回している状態では、作業機３が掘削作業をしている状態よりもエンジン回転数がさらに下がるように設定しても問題はない。この場合、エンジン回転数が下がるため燃費は良くなる。なお、旋回に限らず、他のアクチュエータの動作に応じた、同様なエンジン回転数の変動幅設定は可能である。

図１４に示すトルク線図について補足説明する。図１４のグラフ中に示す、ＨＰ１〜ＨＰ５は図２１に示す等馬力線Ｊに相当し、ｐｓは馬力単位（ｐｓ）を示し、ＨＰ１〜ＨＰ５へといくにつれて馬力が大きくなり、５本の曲線は例示的に示したものである。求められるエンジン出力指令値によって、等馬力曲線（エンジン出力指令値曲線）ＥＬが求められ設定される。よって、この等馬力曲線（エンジン出力指令値曲線）ＥＬは、ＨＰ１〜ＨＰ５の５つに限らず無数存在し、その中から選択されるものである。図１４は、馬力がＨＰ３ｐｓとＨＰ４ｐｓの間の馬力となる等馬力曲線（エンジン出力指令値曲線）ＥＬが求められ設定されている場合を示している。

図１１は目標マッチング回転数演算ブロック１６０の詳細制御フローである。図１１に示すように、目標マッチング回転数演算ブロック１６０は、図３に示した、目標マッチング回転数ｎｐ１（Ｄ２６０）を演算する。目標マッチング回転数Ｄ２６０は、エンジン目標出力Ｄ２４０（エンジン出力指令値曲線ＥＬ）と目標マッチングルートＭＬとが交差するエンジン回転数である。目標マッチングルートＭＬは、あるエンジン出力でエンジン１７が動作する際に燃料消費率が良い点を通るように設定されているため、この目標マッチングルートＭＬ上のエンジン目標出力Ｄ２４０との交点で目標マッチング回転数Ｄ２６０を決定するのが好ましい。このため、エンジン目標出力・目標マッチング回転数変換テーブル２６７では、エンジン目標出力演算ブロック１４０で求められたエンジン目標出力Ｄ２４０（エンジン出力指令値曲線ＥＬ）の入力を受けて、エンジン目標出力Ｄ２４０（エンジン出力指令値曲線ＥＬ）と目標マッチングルートＭＬとの交点での目標マッチング回転数を求め、最大値選択部（ＭＡＸ選択）２６９に出力する。

しかし、図１０に示したマッチング最小回転数演算ブロック１５０で行われる演算によれば、エンジン回転数の変動幅を小さくする場合、マッチング最小回転数Ｄ１５０が、エンジン目標出力・目標マッチング回転数変換テーブル２６７にて求めたマッチング回転数よりも大きくなる。このため、最大値選択部（ＭＡＸ選択）２６９で、マッチング最小回転数Ｄ１５０とエンジン目標出力Ｄ２４０から求めたマッチング回転数とを比較し、最大値を選択し目標マッチング回転数Ｄ２６０の候補値とすることで、目標マッチング回転数の下限を制限している。図１４では、低速オフセット回転数を小とすれば、目標マッチングルートＭＬを外れるが、目標マッチング点は、ＭＰ１ではなくＭＰ１’となって、目標マッチング回転数Ｄ２６０は、ｎｐ１ではなくｎｐ１’となる。また、無負荷最大回転数演算ブロック１１０で求めた無負荷最大回転数Ｄ２１０と同様に、目標マッチング回転数Ｄ２６０は、燃料調整ダイヤル２８（スロットルダイヤルＤ１０３）の設定値によっても上限が制限される。すなわち、スロットルダイヤル・目標マッチング回転数変換テーブル２６８は、燃料調整ダイヤル２８（スロットルダイヤルＤ１０３）の設定値の入力を受けて、燃料調整ダイヤル２８（スロットルダイヤルＤ１０３）の設定値に対応するドループ線（トルク線図上で燃料調整ダイヤル２８（スロットルダイヤルＤ１０３）の設定値に対応するエンジン回転数から引くことができるドループ線）と目標マッチングルートＭＬとの交点のマッチング回転数に変換した目標マッチング回転数Ｄ２６０の候補値を出力し、この出力された目標マッチング回転数Ｄ２６０の候補値と、最大値選択部２６９で選択された目標マッチング回転数Ｄ２６０の候補値とが最小値選択部（ＭＩＮ選択）２７０で比較され、最小値が選択されて、最終的な目標マッチング回転数Ｄ２６０が出力される。

ここで、目標マッチング回転数Ｄ２６０は、基本的に、エンジン目標出力と目標マッチングルートＭＬとの交点における回転数であるが、エンジン最大出力Ｄ２３０は、図８に示すようにポンプ出力リミット値にファン馬力と発電機出力とを加算した値であり、このエンジン最大出力Ｄ２３０を用いて図９に示すようにエンジン目標出力Ｄ２４０が決定される。さらに、図１１に示すように目標マッチング回転数演算ブロック１６０にエンジン目標出力Ｄ２４０が入力されて、目標マッチング回転数Ｄ２６０が決定される。また、発電機１９が要求される発電機出力Ｄ１０９によって目標マッチング回転数Ｄ２６０の値は変化する。

ここで、発電機１９は、小さな発電トルクで発電を行うと効率が悪い。このため、発電機１９が、発電を行う場合、予め設定した最小発電トルク以上で発電を行うように制御する。この結果、発電機１９が発電しない状態（発電オフ）から発電する状態（発電オン）に切り替わる際に、発電のオンとオフが最小発電トルクを境として切り替わるため発電機出力は不連続に変化する。つまり、エンジン目標出力Ｄ２４０と目標マッチングルートＭＬとの交点でマッチング点を定めることから、この発電機出力Ｄ１０９の不連続な変化に応じて、発電オン／オフの切り替えで目標マッチング回転数Ｄ２６０が大きく変動してしまう。

このため、目標マッチング回転数演算ブロック１６０は、最小発電出力演算ブロック２６０がエンジン回転数Ｄ１０８を用いて、次式、
最小発電出力（ｋＷ）＝２π÷６０×エンジン回転数×最小発電トルク（値が負の設定値）÷１０００
を演算し最小発電出力を求めて、要求される発電機出力が求められた最小発電出力よりも小さい場合、最小発電出力に対して足りない出力分をエンジン目標出力に加算部２６６によって加算し、この加算したエンジン目標出力を用いて、エンジン目標出力・目標マッチング回転数変換テーブル２６７によって目標マッチング回転数の候補値として演算し、発電オン／オフに伴う回転数変動を防止する。なお、発電機出力Ｄ１０９の後段の最小値選択部（ＭＩＮ選択）２６２は、要求される発電機出力がない場合（エンジン１７の出力アシストを行う場合など）にゼロ出力を行うためにゼロ値２６１との比較を行う。したがって、エンジン目標出力Ｄ２４０に何も加算しないようになる。また、最大値選択部（ＭＡＸ選択）２６５は、要求される発電機出力が最小発電出力以上である場合に最小発電出力に不足はないことから、エンジン目標出力Ｄ２４０に加算は不要となる。よって、最大値選択部２６５に負の値が入力され、ゼロ値２６４との比較で最大値であるゼロが選択されて、最大値選択部２６５はゼロ出力する。上記の最小発電出力を求めるための計算式に示すように、最小発電出力は負の値を示す。なぜならば、最小発電トルクが負の値と設定されているからである。図１１に示すように、発電オフの場合は、最小発電出力が演算器２６３に入力されるが、最小発電出力は、負の値であり、演算器２６３においてマイナスとマイナスでプラスに転じる。そのプラスの最小発電出力は、エンジン目標出力Ｄ２４０と演算器２６６において加算される。そのようにして、目標マッチング回転数ｎｐａ´が求められる。発電オフ時は、図１５に示すように、エンジン１７はエンジン目標出力ＥＬａ上の目標マッチング回転数ｎｐａ´で駆動するが、発電オフであるから、エンジン目標出力ＥＬａは、ポンプ吸収馬力にファン馬力を加えたものとなる。しかし、上記のように、目標マッチング回転数ｎｐａ´でエンジン１７はマッチング点Ｍａ´で駆動するが、発電オン時は、要求される発電機出力Ｄ１０９が最小発電出力（Ｐｍ）に到達するまでは、その目標マッチング回転数ｎｐａ´のままでエンジン１７が駆動し、発電機１９は発電する。

図１２はエンジン回転数指令値演算ブロック１７０の詳細制御フローである。以下、図４に示すトルク線図を参照しながら説明する。図１２に示すように、エンジン回転数指令値演算ブロック１７０は、２つの油圧ポンプ１８の斜板角センサ１８ａが検出した斜板角をもとに求められたポンプ容量Ｄ１１０，Ｄ１１１をもとに、平均部２７１がポンプ容量Ｄ１１０，Ｄ１１１を平均した平均ポンプ容量を算出し、この平均ポンプ容量の大きさに応じて、エンジン回転数指令選択ブロック２７３が、エンジン回転数指令値Ｄ２７０（無負荷最大回転数ｎｐ２）を求める。すなわち、エンジン回転数指令選択ブロック２７３は、平均ポンプ容量が、ある設定値（閾値）よりも大きな場合は、エンジン回転数指令値Ｄ２７０を無負荷最大回転数ｎｐ２（Ｄ２１０）に近づけるようにする。つまり、エンジン回転数を増大させる。一方、平均ポンプ容量が、ある設定値よりも小さな場合は、後述するエンジン回転数ｎｍ１に近づけるよう、つまりエンジン回転数を減少させる。目標マッチング回転数ｎｐ１（Ｄ２６０）と目標マッチング点ＭＰ１上のトルクとの交点からドループ線に沿って、エンジントルクをゼロのほうへ下ろした位置に相当するエンジン回転数を無負荷回転数ｎｐ１ａとして、その無負荷回転数ｎｐ１ａに下限回転数オフセット値Δｎｍを加えた値としてエンジン回転数ｎｍ１を求める。なお、目標マッチング回転数Ｄ２６０に対応する無負荷回転数への変換は、マッチング回転数・無負荷回転数変換テーブル２７２によって変換される。したがって、エンジン回転数指令値Ｄ２７０は、ポンプ容量の状態によって、無負荷最小回転数ｎｍ１と無負荷最大回転数ｎｐ２との間で決まる。下限回転数オフセット値Δｎｍは、あらかじめ設定した値であって、エンジンコントローラ３０のメモリに記憶されている。

具体的に説明すると、平均ポンプ容量が、ある設定値q_com1より大きな場合には、エンジン回転数指令値Ｄ２７０を無負荷最大回転数ｎｐ２に近づけるようにし、平均ポンプ容量が、ある設定値q_com1よりも小さい場合には、次式、
エンジン回転数指令値Ｄ２７０＝目標マッチング回転数ｎｐ１を無負荷回転数に変換した回転数ｎｐ１ａ＋下限回転数オフセット値Δｎｍ
を用いて求める値に近づけるようにする。このようにして求められたエンジン回転数指令値Ｄ２７０によってドループ線を制御することができ、ポンプ容量に余裕がある場合（平均ポンプ容量がある設定値より小の場合）には、図４に示すように、エンジン回転数を下げる（エンジン回転数をｎｍ１（無負荷最小回転数）にする）ことが可能になり、燃料消費を抑えて燃費向上が可能になる。設定値q_com1は、あらかじめ設定した値であって、ポンプコントローラ３３のメモリに記憶されている。なお、設定値q_com1は、エンジン回転数増加側とエンジン回転数減少側とに分けて２つの異なる設定値を設け、エンジン回転数が変化しない範囲を設けるようにしてもよい。

図１３はポンプ吸収トルク指令値演算ブロック１８０の詳細制御フローである。図１３に示すように、ポンプ吸収トルク指令値演算ブロック１８０は、現在のエンジン回転数Ｄ１０８とエンジン目標出力Ｄ２４０と目標マッチング回転数Ｄ２６０とを用いてポンプ吸収トルク指令値Ｄ２８０を求める。ファン馬力演算ブロック２８０は、エンジン回転数Ｄ１０８を用いてファン馬力を演算する。なお、ファン馬力は先に述べた計算式を用いて求められるものである。減算部２８３は、エンジン目標出力演算ブロック１４０で求められたエンジン目標出力Ｄ２４０から、この求めたファン馬力を減算した出力（ポンプ目標吸収馬力）を、ポンプ目標マッチング回転数およびトルク演算ブロック２８４に入力する。ここで、エンジン目標出力Ｄ２４０からファン馬力のみでなく、発電機出力Ｄ１０９を減算した出力（ポンプ目標吸収馬力）を、ポンプ目標マッチング回転数およびトルク演算ブロック２８４に出力する。なお、要求される発電機出力の値の正負は、負であるから、最小値選択部（ＭＩＮ選択）２８２でゼロ値２８１との比較で最小値が選択されて、選択された値が演算部２８３によってエンジン目標出力Ｄ２４０に加算されるということは、実質、エンジン目標出力Ｄ２４０から発電機出力Ｄ２４０を減算することになる。

この目標マッチング回転数およびトルク演算ブロック２８４には、さらに、目標マッチング回転数演算ブロック１６０で求められた目標マッチング回転数Ｄ２６０が入力される。目標マッチング回転数Ｄ２６０は、油圧ポンプ１８の目標マッチング回転数（ポンプ目標マッチング回転数）とされる。そして、ポンプ目標マッチング回転数およびトルク演算ブロック２８４では、次式に示すように、
ポンプ目標マッチングトルク
＝（６０×１０００×（エンジン目標出力−ファン馬力））
／（２π×目標マッチング回転数）
が演算される。求められたポンプ目標マッチングトルクは、ポンプ吸収トルク演算ブロック２８５に出力される。

ポンプ吸収トルク演算ブロック２８５は、ポンプ目標マッチング回転数およびトルク演算ブロック２８４から出力されたポンプ目標マッチングトルクと、回転センサにて検出されたエンジン回転数Ｄ１０８と、目標マッチング回転数Ｄ２６０とが入力される。ポンプ吸収トルク演算ブロック２８５では、次式に示すように
ポンプ吸収トルク＝ポンプ目標マッチングトルク
−Ｋｐ×（目標マッチング回転数−エンジン回転数）
が演算され、演算結果であるポンプ吸収トルク値Ｄ２８０が出力される。ここで、Ｋｐは、制御ゲインである。

このような制御フローが実行されることにより、実際のエンジン回転数Ｄ１０８が目標マッチング回転数Ｄ２６０に比して大きい場合には、上記の式からわかるようにポンプ吸収トルク指令値Ｄ２８０は増加し、逆に、実際のエンジン回転数Ｄ１０８が目標マッチング回転数Ｄ２６０に比して小さい場合には、ポンプ吸収トルク指令値Ｄ２８０は減少することになる。一方、エンジンの出力は、エンジン目標出力Ｄ２４０が上限となるように制御しているため、結果的にエンジン回転数は、目標マッチング回転数Ｄ２６０近傍の回転数で安定しエンジン１７が駆動することになる。

ここで、上述した目標マッチング回転数演算ブロック１６０によって演算される目標マッチング回転数Ｄ２６０は、図１５に示すように、発電オフの場合は、発電オフの場合におけるエンジン目標出力Ｄ２４０を示すエンジン出力指令値曲線ＥＬａと目標マッチングルートＭＬとの交点が目標マッチング点Ｍａとなり、そのとき目標マッチング回転数ｎｐａとなる。また、最小発電出力Ｐｍの発電が行われる場合は、最小発電出力Ｐｍを満たすためのエンジン目標出力Ｄ２４０を示すエンジン出力指令値曲線ＥＬｂとなり、エンジン出力指令値曲線ＥＬｂと目標マッチングルートＭＬとの交点が目標マッチング点Ｍｂとなり、そのとき目標マッチング回転数ｎｐａ’となる。

図１１に示したエンジン制御を行わなければ、最小発電出力Ｐｍ未満の発電では実際の発電出力が小さいため、発電のオン／オフによって目標マッチング点Ｍａ，Ｍｂ間を頻繁に移行し、その際、目標マッチング回転数も頻繁に変化する。この実施の形態では、最小発電出力Ｐｍ未満の発電である場合、発電オフの際は予め目標マッチング回転数をｎｐａ’にしているため、発電のオン／オフによって目標マッチング回転数が変動することがない。そして、発電オフ時の目標マッチング点は、エンジン出力指令値曲線ＥＬａと目標マッチング回転数ｎｐａ’との交点Ｍａ’となる。したがって、図１１に示したエンジン制御を行わなければ、発電機出力の増大とともに、マッチング点がＭａ→Ｍｂ→Ｍｃのように移行していたが、この実施の形態では、発電機出力の増大とともに、マッチング点はＭａ’→Ｍｂ→Ｍｃのように移行し、発電のオンオフが切り替わる程度の発電機出力の場合（発電オンオフの移行時）に目標マッチング回転数の変動はなく、ハイブリッド油圧ショベル１のオペレータが違和感を感じることがなくなる。

また、エンジン回転数指令値演算ブロック１７０では、エンジン回転数指令値Ｄ２７０の最小値は、上述したように、
エンジン回転数指令値＝目標マッチング回転数ｎｐ１を無負荷回転数に変換した回転数ｎｐ１ａ＋下限回転数オフセット値Δｎｍ
の演算によって求められる値となり、目標マッチング回転数に対してエンジンのドループ線は、最低でも下限回転数オフセット値Δｎｍが加味された高い回転数のところで設定される。このため、本実施の形態によれば、油圧ポンプ１８の実際の吸収トルク（ポンプ実吸収トルク）がポンプ吸収トルク指令に対して多少ばらついた場合でも、ドループ線にはかからない範囲でマッチングすることになり、エンジン１７のマッチング回転数が多少変動してもエンジン出力をエンジン出力指令値曲線ＥＬ上で制限しエンジン目標出力を一定に制御しているため、実際の吸収トルク（ポンプ実吸収トルク）がポンプ吸収トルク指令に対してばらつきを生じてもエンジン出力の変動を小さくすることが可能となる。この結果、燃費のばらつきも小さく抑えることができ、ハイブリッド油圧ショベル１の燃費に対する仕様を満たすことができる。燃費に対する仕様とは、例えば、従来のハイブリッド油圧ショベルに比べて、燃費を１０％低減可能といった仕様である。

すなわち、図１６に示すように、従来は、ポンプ吸収トルク線ＰＬと目標マッチング回転数との交点を目標マッチング点ＭＰ１としていたため、油圧ポンプの逐次の性能のばらつきが大きい場合、それに伴ってドループ線ＤＬ上でエンジン出力のばらつきも大きくなる。この結果、燃費のばらつきが大きく、ハイブリッド油圧ショベル１の燃費に対する仕様を満たすことが難しい場合があった。これに対し、本実施の形態によれば、図１７に示すように、ポンプ吸収トルク線ＰＬと、等馬力曲線であってエンジン出力の上限を示すエンジン出力指令値曲線ＥＬとの交点を目標マッチング点ＭＰ１としており、油圧ポンプの逐次の性能のばらつきが大きい場合でも目標マッチング点ＭＰ１は、エンジン出力指令値曲線ＥＬに沿ってばらつくこととなる。このため、エンジン出力のばらつきがほとんど無くなり、結果として、燃費のばらつきもほとんど無くなる。

なお、従来のエンジン制御では、図１８に示すように、エンジン１７がアイドリング回転を行っている状態からエンジン回転数を上昇させて目標マッチング点ＭＰ１にエンジン出力が移動する過渡時は、エンジン出力は最大出力トルク線ＴＬ、および目標マッチング点ＭＰ１を通るドループ線ＤＬを経由していたため、過渡時のエンジン出力は、図１７中の囲み部Ａで示すように目標エンジン出力よりも過剰に大きなものとなり、燃費が悪化していた。これに対し、本実施の形態によれば、図１９に示すように、ポンプ吸収トルク線ＰＬとエンジン出力指令値曲線ＥＬとの交点を目標マッチング点ＭＰ１としているため、過渡時は、図１９中の囲み部Ａ´で示すように、エンジン出力はエンジン出力指令値曲線ＥＬに沿って目標マッチング点ＭＰ１に移行する。このため、過渡時であっても目標エンジン出力と同じエンジン出力が得られるため、燃費が向上する。

１ ハイブリッド油圧ショベル
２ 車両本体
３ 作業機
４ 下部走行体
５ 上部旋回体
１１ ブーム
１２ アーム
１３ バケット
１４ ブームシリンダ
１５ アームシリンダ
１６ バケットシリンダ
１７ エンジン
１８ 油圧ポンプ
１８ａ 斜板角センサ
１９ 発電機
２０ コントロールバルブ
２０ａ ポンプ圧検出部
２１ 走行モータ
２２ キャパシタ
２３ インバータ
２３ａ ハイブリッドコントローラ
２４ 旋回モータ
２５ 回転センサ
２６ 操作レバー
２７ レバー操作量検出部
２８ 燃料調整ダイヤル
２９ モード切替部
３０ エンジンコントローラ
３２ コモンレール制御部
３３ ポンプコントローラ

Claims (6)

1. 発電機が用いられる作業機械の運転状態を検出する検出手段と、
   発電機の発電がオフの場合に最大限出力することができる発電オフ時のエンジン目標出力を演算し、発電機の発電がオンとなる場合に、前記エンジン目標出力に発電機による発電量相当の出力を加えたエンジン目標出力を演算するエンジン目標出力演算手段と、
   前記運転状態をもとに、発電オン時および発電オフ時のエンジン目標出力にかかわらず、発電機の発電がオフの場合に設定されるエンジン目標回転数とオンの場合に設定されるエンジン目標回転数とを同一とするエンジン目標回転数設定手段と、
   を備えたことを特徴とする作業機械のエンジン制御装置。
2. 前記エンジン目標回転数設定手段は、発電オフから発電オンへの移行時には、所定の発電トルクに達するまでエンジン回転数が不変となるように制御することを特徴とする請求項１に記載の作業機械のエンジン制御装置。
3. 前記所定の発電トルクは、予め設定された最小発電トルクであることを特徴とする請求項２に記載の作業機械のエンジン制御装置。
4. エンジンの回転数を用いて発電機の所定の発電出力を求める発電出力演算手段と、
   油圧ポンプの吸収馬力を設定するポンプ吸収馬力演算手段と、
   前記エンジンの駆動に連動して駆動する補機の馬力を求める補機馬力演算手段と、
   をさらに備え、
   前記エンジン目標回転数設定手段は、発電オフの場合に、設定されたポンプ吸収馬力と求められた補機馬力と前記発電機の所定の発電出力とを合算した出力に相当するエンジン目標出力、および少ない燃料消費率でエンジンが駆動するエンジン出力を示す目標マッチングルートから定められるエンジン目標回転数を設定し、発電オンの場合に設定されるエンジン回転数は前記エンジン目標回転数と同一となるように制御することを特徴とする請求項１または２に記載の作業機械のエンジン制御装置。
5. 前記所定の発電出力は、最小発電出力であることを特徴とする請求項４に記載のエンジン制御装置。
6. 発電機が用いられる作業機械の運転状態を検出する検出ステップと、
   発電機の発電がオフの場合に、該発電機の発電機がオフの場合に最大限出力することができる発電オフ時のエンジン目標出力を演算し、発電機の発電がオンとなる場合に、前記エンジン目標出力に発電機による発電量相当の出力を加えたエンジン目標出力を演算し、前記運転状態をもとに、発電オン時および発電オフ時のエンジン目標出力にかかわらず、発電機の発電がオフの場合に設定されるエンジン目標回転数とオンの場合に設定されるエンジン目標回転数とを同一に設定する設定ステップと、
   を含むことを特徴とする作業機械のエンジン制御方法。

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