JP6093904B2 - ハイブリッド作業機械の制御装置、ハイブリッド作業機械、及びハイブリッド作業機械の制御方法 - Google Patents

ハイブリッド作業機械の制御装置、ハイブリッド作業機械、及びハイブリッド作業機械の制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、ハイブリッド作業機械の制御装置、ハイブリッド作業機械、及びハイブリッド作業機械の制御方法に関する。
作業機械は、走行のための動力又は作業機を動作させるための動力を発生する動力源として、例えば、内燃機関を備える。近年は、例えば、特許文献1に記載されているように、内燃機関と発電電動機とを組み合わせて、内燃機関の発生した動力を作業機械の動力にするとともに、内燃機関で発電電動機を駆動することにより電力を発生させるハイブリッド作業機械がある。ハイブリッド作業機械は、例えば発電電動機が発電した電力を蓄電する蓄電装置を有する。このようなハイブリッド作業機械は、例えば内燃機関の回転速度を上昇させる際のアシスト動作等のように、作業機の作業要求に基づいて蓄電装置に蓄電された電力を発電電動機に供給して発電電動機を駆動することができる。
特開2012−241585号公報
上記のハイブリッド作業機械では、内燃機関から未処理の排ガスが排出されるような状態で動作を継続する様な場合等に、内燃機関の出力を制限する制御を行うようにしている。内燃機関の出力が制限される場合、蓄電装置に蓄電するための出力を確保しにくくなるため、蓄電装置の蓄電容量が低下して発電出力不足となる可能性がある。
本発明の態様は、内燃機関の出力が制限される場合において、蓄電装置が発電出力不足となることを抑制することが可能なハイブリッド作業機械の制御装置、ハイブリッド作業機械、及びハイブリッド作業機械の制御方法を提供することを目的とする。
本発明の第1の態様に従えば、作業機と、前記作業機に動力を供給する内燃機関と、前記内燃機関の出力軸に接続された発電電動機と、前記発電電動機が発電した電力を蓄電し、又は前記発電電動機に電力を供給する蓄電装置と、を有するハイブリッド作業機械を制御する制御装置において、前記内燃機関の出力が制限された出力制限時かの判定を行う判定部と、前記出力制限時には、作業時に前記作業機の作業要求に基づく前記内燃機関の出力を増加させる際に前記蓄電装置に蓄電された電力を前記発電電動機に供給するアシスト動作を制限するアシスト制御部と、前記アシスト制御部により前記アシスト動作が制限された状態で前記内燃機関及び前記発電電動機を制御する機関制御部とを備えるハイブリッド作業機械の制御装置が提供される。
本発明の第2の態様に従えば、第1の態様に係るハイブリッド作業機械の制御装置において、前記アシスト制御部は、前記出力制限時に、前記アシスト動作を停止するハイブリッド作業機械の制御装置が提供される。
本発明の第3の態様に従えば、第1の態様又は第2の態様に係るハイブリッド作業機械の制御装置において、前記判定部は、前記内燃機関及び当該内燃機関の周辺機器が異常状態である場合、及び、前記内燃機関に排ガス処理装置が設けられる場合において当該排ガス処理装置の浄化能力が低下する又は低下の可能性がある場合のうち、少なくとも一方の場合に前記出力制限時であると判定するハイブリッド作業機械の制御装置が提供される。
本発明の第4の態様に従えば、第3の態様に係るハイブリッド作業機械の制御装置において、前記周辺機器は、前記内燃機関の排ガスを処理する排ガス処理装置、前記内燃機関に燃料を噴射する噴射装置及び前記内燃機関を冷却する冷却装置を含むハイブリッド作業機械の制御装置が提供される。
本発明の第5の態様に従えば、第1の態様から第4の態様のいずれかに係るハイブリッド作業機械の制御装置において、前記機関制御部は、前記出力制限時に、作業時に前記作業機の作業要求に基づく前記内燃機関の回転速度を上昇させる制御より出力制限モードにおけるマッチング回転速度へ変更するハイブリッド作業機械の制御装置が提供される。
本発明の第6の態様に従えば、内燃機関と、前記内燃機関の出力軸に連結された発電電動機と、前記発電電動機が発電した電力を蓄電し、又は前記発電電動機に電力を供給する蓄電装置と、前記内燃機関、前記発電電動機及び前記蓄電装置を制御する、第1の態様から第5の態様のいずれかに係るハイブリッド作業機械の制御装置とを備えるハイブリッド作業機械が提供される。
本発明の第7の態様に従えば、第6の態様に係るハイブリッド作業機械において、前記作業機は、走行体と、前記走行体の上部に設けられ前記走行体に対して旋回可能な旋回体とを有し、前記発電電動機及び前記蓄電装置のうち少なくとも一方から電力が供給されるように設けられ、前記旋回体を駆動する電動機をさらに備えるハイブリッド作業機械が提供される。
本発明の第8の態様に従えば、作業機を駆動する内燃機関と、前記内燃機関に接続され蓄電装置と電力の授受を行う発電電動機とを備えるハイブリッド作業機械の制御方法において、前記内燃機関の出力が制限された出力制限時かの判定を行うことと、前記出力制限時には、作業時に前記作業機の作業要求に基づく前記内燃機関の出力を増加させる際に前記蓄電装置に蓄電された電力を前記発電電動機に供給するアシスト動作を制限することと、前記アシスト動作が制限された状態で前記内燃機関及び前記発電電動機を制御することとを含むハイブリッド作業機械の制御方法が提供される。
本発明の態様は、内燃機関の出力が制限される場合において、蓄電装置が発電出力不足となることを抑制することができる。
実施形態に係る作業機械である油圧ショベルを示す斜視図である。 実施形態に係る油圧ショベルの駆動システムを示す概略図である。 実施形態に係る排ガス処理装置を示す概略図である。 実施形態に係る機関の制御に用いられるトルク線図の一例を示す図である。 ハイブリッドコントローラの構成例を示す図である。 還元剤の残量と内燃機関の出力制限モードとの関係を示す表である。 判定部の制御ブロックの一例を示す図である。 機関制御部の制御ブロックの一例を示す図である。 機関制御部の制御ブロックの一例を示す図である。 アシスト制御部の制御ブロックの一例を示す図である。 実施形態に係るハイブリッド作業機械の制御方法の一例を示すフローチャートである。 出力制限モードにおけるトルク線図の比較例を示す図である。 出力制限モードにおけるトルク線図の一例を示す図である。 出力制限モードにおけるトルク線図の一例を示す図である。
本発明を実施するための形態(実施形態)につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。
<作業機械の全体構成>
図1は、実施形態に係る作業機械である油圧ショベル1を示す斜視図である。油圧ショベル1は、車両本体2と作業機3とを有する。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,4aを有する。各走行装置4a,4aは、それぞれ履帯4b、4bを有する。各走行装置4a,4aは、走行モータ21を有する。図2に示される走行モータ21は、左側の履帯4bを駆動する。図1には記載されていないが、油圧ショベル1は、右側の履帯4bを駆動する走行モータも有している。左側の履帯4bを駆動する走行モータを左走行モータ、右側の履帯4bを駆動する走行モータを右走行モータと称する。右走行モータと左走行モータとは、それぞれ履帯4b、4bを駆動することによって、油圧ショベル1を走行又は旋回させる。
旋回体の一例である上部旋回体5は、下部走行体4上に旋回可能に設けられている。油圧ショベル1は、上部旋回体5を旋回させるための旋回モータによって旋回する。旋回モータは、電力を回転力に変換する電動モータであってもよいし、作動油の圧力(油圧)を回転力に変換する油圧モータであってもよいし、油圧モータと電動モータとの組合せであってもよい。実施形態において、旋回モータは電動モータである。
上部旋回体5は、運転室6を有する。さらに、上部旋回体5は、燃料タンク7と作動油タンク8と機関室9とカウンタウェイト10とを有する。燃料タンク7は、エンジンを駆動するための燃料を貯める。作動油タンク8は、油圧ポンプからブームシリンダ14、アームシリンダ15及びバケットシリンダ16の油圧シリンダ、走行モータ21等の油圧機器へ吐出される作動油を貯める。機関室9は、油圧ショベルの動力源となる機関及び油圧機器に作動油を供給する油圧ポンプ等の機器を収納する。カウンタウェイト10は、機関室9の後方に配置される。上部旋回体5の上部には、手すり5Tが取り付けられている。
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る。作業機3は、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及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に対してピン結合される。このような構造により、ブーム11は、上部旋回体5に対して動作する。
ブーム11は、アーム12とピン結合される。より詳細には、ブーム11の先端部とアーム12の基端部とがピン結合される。アーム12の先端部とバケット13とは、ピン結合される。このような構造により、アーム12はブーム11に対して動作する。また、バケット13は、アーム12に対して動作する。
ブームシリンダ14、アームシリンダ15及びバケットシリンダ16は、油圧ポンプ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。
<油圧ショベル1の駆動システム1PS>
図2は、実施形態に係る油圧ショベル1の駆動システムを示す概略図である。実施形態において、油圧ショベル1は、内燃機関17と、内燃機関17によって駆動されて発電する発電電動機19と、電力を蓄える蓄電装置22と、発電電動機19が発電した電力又は蓄電装置22から放電される電力が供給されて駆動する電動機とが組み合わせられたハイブリッド作業機械である。より詳細には、油圧ショベル1は、上部旋回体5を電動機24(以下、適宜旋回モータ24と称する)で旋回させる。
油圧ショベル1は、内燃機関17、油圧ポンプ18、発電電動機19及び旋回モータ24を有する。内燃機関17は、油圧ショベル1の動力源である。実施形態において、内燃機関17はディーゼルエンジンである。発電電動機19は、内燃機関17の出力シャフト17Sに連結されている。このような構造により、発電電動機19は、内燃機関17によって駆動されて電力を発生する。また、発電電動機19は、内燃機関17の発生する動力が不足したとき、蓄電装置22から供給される電力によって駆動されて、内燃機関17を補助する。
実施形態において、内燃機関17はディーゼルエンジンであるが、これに限定されない。発電電動機19は、例えば、SR(スイッチドリラクタンス)モータであるが、これに限定されない。実施形態において、発電電動機19は、ロータ19Rが内燃機関17の出力シャフト17Sに直結されているが、このような構造に限定されない。例えば、発電電動機19は、ロータ19Rと内燃機関17の出力シャフト17SとがPTO(Power Take Off)を介して接続されてもよい。発電電動機19のロータ19Rは、内燃機関17の出力シャフト17Sに接続された減速機等の伝達手段に連結されて、内燃機関17によって駆動されてもよい。実施形態において、内燃機関17と発電電動機19との組合せが、油圧ショベル1の動力源となる。内燃機関17と発電電動機19との組合せを、適宜、機関36と称する。機関36は、内燃機関17と発電電動機19とが組み合わされて、作業機械である油圧ショベル1が必要とする動力を発生する、ハイブリッド方式の機関である。
内燃機関17は、周辺機器として、例えば排ガスを処理する排ガス処理装置40と、燃料を噴射する噴射装置45と、内燃機関17を冷却する冷却水を循環させる冷却装置46とを有している。排ガス処理装置40については、後述する。
噴射装置45は、例えば蓄圧室及びインジェクタを有する、いわゆるコモンレール方式の装置である。噴射装置45は、エンジンコントローラ30によって制御される。詳細には、エンジンコントローラ30は、内燃機関17の回転速度及び負荷等といった運転条件に応じて適切な量の燃料をインジェクタから噴射させる。本実施形態において、噴射装置45は、コモンレール方式に限定されない。冷却装置46は、冷却水を駆動するポンプ等の不図示の駆動源を有する。冷却装置46は、冷却水の温度を検出してエンジンコントローラ30の出力する不図示の温度センサを有している。
油圧ポンプ18は、油圧機器に作動油を供給する。本実施形態において、油圧ポンプ18は、例えば、斜板式油圧ポンプのような可変容量型油圧ポンプが用いられる。油圧ポンプ18の入力部18Iは、発電電動機19のロータに連結された動力伝達シャフト19Sに連結されている。このような構造により、油圧ポンプ18は、内燃機関17によって駆動される。
駆動システム1PSは、旋回モータ24を駆動させるための電動駆動システムとして、蓄電装置22及び旋回モータ制御装置24Iを有する。実施形態において、蓄電装置22はキャパシタ、より詳細には電気二重層キャパシタであるが、これに限定されず、例えば、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池及び鉛蓄電池のような二次電池であってもよい。旋回モータ制御装置24Iは、例えばインバータである。蓄電装置22に蓄電される目標電圧値は、例えば、油圧ショベル1の作業時においては、一定値となるように制御される。
発電電動機19が発電した電力又は蓄電装置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、図1に示す上部旋回体5を旋回させる。すなわち、旋回モータ24は、発電電動機19から供給(発電)される電力又は蓄電装置22から供給(放電)される電力で力行動作することで上部旋回体5を旋回させる。旋回モータ24は、上部旋回体5が減速する際に回生動作することによって電力を蓄電装置22に供給(充電)する。また、発電電動機19は、自身が発電した電力を蓄電装置22に供給(充電)する。すなわち、蓄電装置22は、発電電動機19が発電した電力を蓄えることもできる。
発電電動機19は、内燃機関17によって駆動されて電力を発生したり、蓄電装置22から供給される電力によって駆動されて内燃機関17を駆動したりする。ハイブリッドコントローラ23は、発電電動機制御装置19Iを介して発電電動機19を制御する。すなわち、ハイブリッドコントローラ23は、発電電動機19を駆動するための制御信号を生成して発電電動機制御装置19Iに与える。発電電動機制御装置19Iは、制御信号に基づいて発電電動機19に電力を発生させたり(回生)、発電電動機19に動力を発生させたり(力行)する。発電電動機制御装置19Iは、例えばインバータである。
発電電動機19には、回転センサ25mが設けられている。回転センサ25mは、発電電動機19の回転速度、すなわち、ロータ19Rの単位時間あたりの回転数を検出する。回転センサ25mは、検出した回転速度を電気信号に変換して、ハイブリッドコントローラ23に出力する。ハイブリッドコントローラ23は、回転センサ25m検出した発電電動機19の回転速度を取得し、発電電動機19及び内燃機関17の運転状態の制御に用いる。回転センサ25mは、例えば、レゾルバ又はロータリーエンコーダ等が用いられる。実施形態において、発電電動機19と内燃機関17との間には、PTO等が介在する。このため、PTO等のギア比等によって、発電電動機19の回転速度と内燃機関17の回転速度とは、ある比率を有する。実施形態において、回転センサ25mは、発電電動機19のロータ19Rの回転数を検出し、ハイブリッドコントローラ23が回転数を回転速度に変換するものであってもよい。実施形態において、発電電動機19の回転速度は、内燃機関17の回転速度検出センサ17nによって検出された値で代用できる。発電電動機19と内燃機関17とは、PTO等を介さずに直結されてもよい。
旋回モータ24には、回転センサ25mが設けられている。回転センサ25mは、旋回モータ24の回転速度を検出する。回転センサ25mは、検出した回転速度を電気信号に変換して、ハイブリッドコントローラ23に出力する。旋回モータ24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25mは、例えば、レゾルバ又はロータリーエンコーダ等が用いられる。
ハイブリッドコントローラ23は、発電電動機19、旋回モータ24、蓄電装置22、昇圧器22c、旋回モータ制御装置24I及び後述する発電電動機制御装置19Iに備えられた、サーミスタ又は熱電対等の温度センサによる検出値の信号を取得する。ハイブリッドコントローラ23は、取得した温度に基づいて、蓄電装置22等の各機器の温度を管理するとともに、蓄電装置22の充放電制御、発電電動機19による発電制御、内燃機関17の補助制御、及び旋回モータ24の力行制御、回生制御を実行する。また、ハイブリッドコントローラ23は、実施形態に係る制御方法を実行する。
駆動システム1PSは、図1に示される車両本体2に設けられた運転室6内のオペレータ着座位置に対して左右の位置に設けられる操作レバー26R,26Lを有する。操作レバー26R,26Lは、作業機3の操作及び油圧ショベル1の走行の操作を行う装置である。操作レバー26R,26Lは、それぞれの操作に応じて作業機3及び上部旋回体5を動作させる。
操作レバー26R、26Lの操作量に基づいてパイロット油圧が生成される。パイロット油圧は、後述するコントロールバルブに供給される。コントロールバルブは、パイロット油圧に応じ作業機3へ供給する作動油の流量を調整し、ブームシリンダ14、アームシリンダ15及びバケットシリンダ16へ作動油を供給する。その結果、例えば、操作レバー26Rの前後の操作に応じてブーム11の下げ・上げ動作が行われ、操作レバー26Rの左右の操作に応じてバケット13の掘削・ダンプが行われる。また、例えば、操作レバー26Lの前後操作により、アーム12のダンプ・掘削操作が行われる。また、操作レバー26R,26L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27Sを備える。圧力センサ27Sは、操作レバー26L,26Rの操作に応じて発生するパイロット油圧を検知する。圧力センサ27Sは、検知したパイロット油圧に対応した電圧を出力する。レバー操作量検出部27は、圧力センサ27Sが出力した電圧を操作量に換算することによって、レバー操作量を求める。
レバー操作量検出部27は、レバー操作量を電気信号としてポンプコントローラ33及びハイブリッドコントローラ23の少なくとも一方へ出力する。操作レバー26L,26Rが電気式レバーである場合、レバー操作量検出部27は、ポテンショメータ等の電気式の検出装置を備える。レバー操作量検出部27は、レバー操作量に応じて電気式の検出装置が生成した電圧をレバー操作量に換算して、レバー操作量を求める。その結果、例えば、操作レバー26Lの左右操作によって旋回モータ24が左右の旋回方向に駆動される。また図示しない左右の走行レバーにより、走行モータ21が駆動される。
燃料調整ダイヤル28は、図1に示す運転室6内に設けられる。以下において、燃料調整ダイヤル28は適宜、スロットルダイヤル28と称される。スロットルダイヤル28は、内燃機関17への燃料供給量を設定する。スロットルダイヤル28の設定値(指令値とも称される)は、電気信号に変換されて内燃機関の制御装置(以下、適宜エンジンコントローラと称される)30に出力される。スロットルダイヤル28により、内燃機関17の回転数が設定される。
エンジンコントローラ30は、内燃機関17の状態を検出するセンサ類17Cから、内燃機関17の回転速度及び水温等のセンサの出力値を取得する。そして、エンジンコントローラ30は、取得したセンサ類17Cの出力値から内燃機関17の状態を把握し、内燃機関17に対する燃料の噴射量を調整することで、内燃機関17の出力を制御する。実施形態において、エンジンコントローラ30は、CPU等のプロセッサ及びメモリを有するコンピュータを含む。
エンジンコントローラ30は、スロットルダイヤル28の設定値に基づいて、内燃機関17の動作を制御するための制御指令の信号を生成する。エンジンコントローラ30は、生成した制御信号をコモンレール制御部32に送信する。この制御信号を受信したコモンレール制御部32は、内燃機関17に対する燃料噴射量を調整する。すなわち、実施形態において、内燃機関17は、コモンレール式による電子制御が可能なディーゼルエンジンである。エンジンコントローラ30は、コモンレール制御部32を介して内燃機関17への燃料噴射量を制御することで、目標の出力を内燃機関17に発生させることができる。また、エンジンコントローラ30は、ある瞬間における内燃機関17の回転速度において出力可能なトルクを自由に設定することもできる。ハイブリッドコントローラ23及びポンプコントローラ33は、エンジンコントローラ30からスロットルダイヤル28の設定値を受け取る。
内燃機関17は、回転速度検出センサ17nを備えている。回転速度検出センサ17nは、内燃機関17の出力シャフト17Sの回転速度、すなわち、出力シャフト17Sの単位時間あたりの回転数を検出する。エンジンコントローラ30及びポンプコントローラ33は、回転速度検出センサ17nが検出した内燃機関17の回転速度を取得し、内燃機関17の運転状態の制御に用いる。実施形態において、回転速度検出センサ17nは、内燃機関17の回転数を検出し、エンジンコントローラ30及びポンプコントローラ33が回転数を回転速度に変換するものであってもよい。実施形態において、内燃機関17の実回転速度は、発電電動機19の回転センサ25mによって検出された値で代用できる。
ポンプコントローラ33は、油圧ポンプ18から吐出される作動油の流量を制御する。実施形態において、ポンプコントローラ33は、CPU等のプロセッサ及びメモリを有するコンピュータを含む。ポンプコントローラ33は、エンジンコントローラ30及びレバー操作量検出部27から送信された信号を受信する。そして、ポンプコントローラ33は、油圧ポンプ18から吐出される作動油の流量を調整するための制御指令の信号を生成する。ポンプコントローラ33は、生成した制御信号を用いて油圧ポンプ18の斜板角を変更することにより、油圧ポンプ18から吐出される作動油の流量を変更する。
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、ポンプコントローラ33は、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の吐出圧力(以下、適宜ポンプ吐出圧力という)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。
エンジンコントローラ30とポンプコントローラ33とハイブリッドコントローラ23とは、例えば、CAN(Controller Area Network)のような車内LAN(Local Area Network)35で接続されている。このような構造により、エンジンコントローラ30とポンプコントローラ33とハイブリッドコントローラ23とは、相互に情報をやり取りすることができる。
実施形態において、少なくともエンジンコントローラ30が内燃機関17の運転状態を制御する。この場合、エンジンコントローラ30は、ポンプコントローラ33及びハイブリッドコントローラ23のうち少なくとも一方が生成した情報も用いて内燃機関17の運転状態を制御する。このように、実施形態においては、エンジンコントローラ30、ポンプコントローラ33及びハイブリッドコントローラ23のうち少なくとも1つが、ハイブリッド作業機械の制御装置として機能する。すなわち、これらのうち少なくとも1つが実施形態に係るハイブリッド作業機械の制御方法を実現して、機関36の運転状態を制御する。以下において、エンジンコントローラ30、ポンプコントローラ33及びハイブリッドコントローラ23を区別しない場合、これらをハイブリッド作業機械の制御装置と称することもある。実施形態においては、エンジンコントローラ30が、ハイブリッド作業機械の制御装置の機能を実現する。
モニタ38は、表示部38Mと、操作部38SWとを有する。表示部38Mは、油圧ショベル1の状態に関する情報、例えば内燃機関17の回転速度、内燃機関17の冷却水温度、油圧ポンプ18が吐出する作動油の圧力及び蓄電装置22の蓄電容量等を表示する。操作部38SWは、油圧ショベル1の運転モードを切り替えたり、各種のメニューを表示させて選択したりするための機構である。
油圧ショベル1の運転モードとしては、例えば、内燃機関17の回転数をアイドリング状態にする省燃費モード等が挙げられる。本実施形態の油圧ショベル1では、オートデセル機能が設定されている。オートデセル機能とは、作業状態において所定条件が成立した場合に回転デセルモードに移行して燃費向上を図るものである。なお、オートデセル機能の設定は、油圧ショベル1のオペレータが適宜解除することが可能である。油圧ショベル1の運転モードは実施形態に例示したものに限定されず、この他にも各種の運転モードが存在する。油圧ショベル1の運転モードは、モニタ38の操作部38SW以外、例えば、図1に示される油圧ショベル1の運転室6内に設置された運転モード切替用スイッチによって切り替えられてもよい。
<内燃機関17及び排ガス処理装置40>
図3は、内燃機関17及び排ガス処理装置40の一例を示す図である。図3に示すように、排ガス処理装置40は、内燃機関17から排気管44に排出された排ガスを浄化する装置である。排ガス処理装置40は、例えば排ガスに含まれるNOx(窒素酸化物)を低減させる。排ガス処理装置40は、内燃機関17の排ガスを排ガス中のスス等の微粒子を除去する微粒子捕集フィルタ41と、排ガス中のNOxを還元する還元触媒42と、排気管44に還元剤Rを供給する還元剤供給部43と、排気管44に燃料を供給する燃料ドーザ45とを有している。
微粒子捕集フィルタ41は、ディーゼル酸化触媒41aと、粒子状物質除去フィルタ41bと、温度センサ41cと、差圧センサ41dとを有している。ディーゼル酸化触媒41a及び粒子状物質除去フィルタ41bは、排気管44の内部に設けられる。排気管44の上流側にはディーゼル酸化触媒41aが配置され、下流側には粒子状物質除去フィルタ41bが配置される。ディーゼル酸化触媒41aは、例えばPt(白金)等によって実現され、排ガスに含まれるCO(一酸化炭素)、HC(炭化水素)、粒子状物質に含まれるSOF(有機可溶成分)を酸化して除去する。
<機関36の制御>
図4は、実施形態に係る機関36の制御に用いられるトルク線図の一例を示す図である。トルク線図は、機関36、より詳細には内燃機関17の制御に用いられる。トルク線図は、内燃機関17の出力シャフト17SのトルクT(N×m)と、出力シャフト17Sの回転速度n(rpm:rev/min)との関係を示している。実施形態において、内燃機関17の出力シャフト17Sには、発電電動機19のロータ19Rが連結されている。このため、内燃機関17の出力シャフト17Sの回転速度nは、発電電動機19のロータ19Rの回転速度と同一回転にある。以下において、回転速度nというときには、内燃機関17の出力シャフト17Sの回転速度及び発電電動機19のロータ19Rの回転速度のうち、少なくとも一方をいうものとする。実施形態において、内燃機関17の出力、発電電動機19が電動機として動作する場合の出力は馬力であり、単位は仕事率である。発電電動機19が発電機として動作する場合の出力は電力であり、単位は仕事率である。
トルク線図は、最大トルク線TLと、制限線VLと、ポンプ吸収トルク線PLと、マッチングルートMLと、出力指示線ILとを含む。最大トルク線TLは、図1に示される油圧ショベル1の運転中、内燃機関17が発生可能な最大の出力を示している。最大トルク線TLは、内燃機関17の回転速度nと、各回転速度nにおいて内燃機関17が発生可能なトルクTとの関係を示す。
トルク線図は、内燃機関17の制御に用いられる。実施形態において、エンジンコントローラ30は、トルク線図を記憶部に記憶しており、内燃機関17の制御に用いる。ハイブリッドコントローラ23及びポンプコントローラ33の少なくとも一方も、記憶部にトルク線図を記憶していてもよい。
最大トルク線TLで示される内燃機関17のトルクTは、内燃機関17の耐久性及び排気煙限界等を考慮して決定されている。このため、内燃機関17は、最大トルク線TLに対応したトルクTよりも大きいトルクを発生することは可能である。実際には、機関制御装置、例えばエンジンコントローラ30は、内燃機関17のトルクTが最大トルク線TLを超えないように内燃機関17を制御する。
制限線VLと最大トルク線TLとの交点Pcntにおいて、内燃機関17が発生する出力、すなわち馬力は、最大となる。交点Pcntを定格点という。定格点Pcntにおける内燃機関17の出力を定格出力という。最大トルク線TLは、前述したように排気煙限界から定められる。制限線VLは、最高回転速度に基づいて定められる。したがって、定格出力は、内燃機関17の排気煙限界と最高回転速度とに基づいて定められた、内燃機関17の最大出力である。
制限線VLは、内燃機関17の回転速度nを制限する。すなわち、内燃機関17の回転速度nは、制限線VLを超えないように、機関制御装置、例えばエンジンコントローラ30によって制御される。制限線VLは、内燃機関17の最大の回転速度を規定する。すなわち、機関制御装置、例えばエンジンコントローラ30は、内燃機関17の最大の回転速度が、制限線VLによって規定される回転速度を超えて過回転とならないように制御する。
ポンプ吸収トルク線PLは、内燃機関17の回転速度nに対して、図2に示される油圧ポンプ18が吸収可能な最大トルク(ポンプ吸収トルク指令値)を示している。実施形態において、内燃機関17は、内燃機関17の出力と油圧ポンプ18の負荷とをマッチングルートML上でバランスさせる。マッチングルートMLは、燃料消費率が良い点を通るように設定されてもよい。
出力指示線ILは、内燃機関17の回転速度n及びトルクTの目標を示す。すなわち、内燃機関17は出力指示線ILから得られる回転速度n及びトルクTとなるように制御される。このように、出力指示線ILは、内燃機関17が発生する動力の大きさを規定するために用いられる、内燃機関17のトルクTと回転速度nとの関係を示す第2の関係に相当する。出力指示線ILは、内燃機関17に発生させる馬力、すなわち出力の指令値(以下、適宜出力指令値と称する)となる。すなわち、機関制御装置、例えばエンジンコントローラ30は、出力指令値に対応する出力指示線IL上のトルクT及び回転速度nとなるように、内燃機関17のトルクT及び回転速度nを制御する。例えば、出力指令値に出力指示線ILtが対応する場合、内燃機関17のトルクT及び回転速度nは、出力指示線ILt上の値となるように制御される。
トルク線図は、複数の出力指示線ILを含む。隣接する出力指示線ILの間の値は、例えば補間によって求められる。実施形態において、出力指示線ILは、等馬力線である。等馬力線は、内燃機関17の出力が一定となるように、トルクTと回転速度nとの関係が定められたものである。実施形態において、出力指示線ILは、等馬力線に限定されるものではなく、等スロットル線の任意の線を設定してよい。
実施形態において、内燃機関17は、マッチング点MPのトルクT及び回転速度nmとなるように制御される。マッチング点MPは、図4中に実線で示されるマッチングルートMLと、図4中に実線で示される出力指示線ILtと、実線で示されるポンプ吸収トルク線PLとの交点である。マッチング点MPは、内燃機関17の出力と油圧ポンプ18の負荷とがバランスする点である。実線で示される出力指示線ILtは、マッチング点MPで油圧ポンプ18が吸収する内燃機関17の出力の目標及び内燃機関17の目標とする出力に対応する。
発電電動機19が発電する場合、ポンプ吸収トルク線PLは、発電電動機19が吸収する馬力、すなわち発電出力Wgaの分と、油圧ポンプ18が吸収する内燃機関17の出力とを加算した位置に配置される。なお、油圧ポンプ18が吸収する内燃機関17の出力に対応するポンプ吸収トルク線PLは、点線で示される位置に配置される。点線で示されるポンプ吸収トルク線PLの出力に対応するのが出力指示線ILgである。ポンプ吸収トルク線PLは、マッチング点MPaのときの回転速度nmで、出力指示線ILgと交差する。出力指示線ILgに発電電動機19が吸収する発電出力Wgaを加算したものが、マッチング点MPaを通る出力指示線ILtである。
実施形態においては、マッチングルートMLaと、出力指示線ILtと、ポンプ吸収トルク線PLとの交点であるマッチング点MPaで内燃機関17の出力と油圧ポンプ18の負荷とをバランスさせる例を示している。この例に限定されるものではなく、マッチングルートMLbと、出力指示線ILtとの交点であるマッチング点MPbで内燃機関17の出力と油圧ポンプ18の負荷とをバランスさせてもよい。
このように、機関36、すなわち内燃機関17及び発電電動機19は、トルク線図に含まれる最大トルク線TLと、制限線VLと、ポンプ吸収トルク線PLと、マッチングルートMLと、出力指示線ILとに基づいて制御される。
<ハイブリッドコントローラ23の構成例>
図5は、ハイブリッドコントローラ23の構成例を示す図である。ハイブリッドコントローラ23は、処理部23Pと、記憶部23Mと、入出力部23IOとを有する。処理部23Pは、CPU(Central Processing Unit)、マイクロプロセッサ(microprocessor)、又はマイクロコンピュータ(microcomputer)等である。
処理部23Pは、判定部23Jと、機関制御部23Cと、アシスト制御部23Aとを有している。処理部23P、より詳細には判定部23J、機関制御部23C及びアシスト制御部23Aは、実施形態に係るハイブリッド作業機械の制御方法を実行する。判定部23Jは、油圧ショベル1の運転モードが出力制限モードかを判定する。
機関制御部23Cは、内燃機関17及び発電電動機19の動作を制御する。機関制御部23Cは、例えば内燃機関17が省燃費モードの状態から作業時モードに移行する場合には、作業に必要な出力を得るために回転速度及びトルクのうち少なくとも一方を上昇させる。また、機関制御部23Cは、例えば無負荷時等において、作業を行わない状態を維持しつつ内燃機関17の回転速度を上昇させることも可能である。以下、実施形態では、作業を行う場合に当該作業に必要な出力を得るために内燃機関17の回転速度を上昇させる制御を回転速度上昇制御という。また、実施形態では、作業を行う場合に当該作業に必要な出力を得るために内燃機関17のトルクを上昇させる制御をトルク上昇制御という。当該回転速度上昇制御及びトルク上昇制御では、トルク線図におけるマッチングルートML上で内燃機関17の出力と油圧ポンプ18の負荷とをバランスさせてもよいが、これに限定するものではなく、例えばマッチングルートMLから外れた位置で内燃機関17の出力と油圧ポンプ18の負荷とをバランスさせてもよい。
また、機関制御部23Cは、例えば内燃機関17、当該内燃機関17の周辺機器(排ガス処理装置40、噴射装置45、冷却装置46)が異常である場合、及び排ガス処理装置40の浄化能力が低下した場合等には、内燃機関17を出力制限モードにする。この出力制限モードは、例えば、内燃機関17が発生するトルクを、トルク線図の最大トルク線TLで決定されるトルクよりも小さい値に制限して、内燃機関17の出力を制限するモードである。出力制限モードにおいて、機関制御部23Cは、例えば、後述の図12におけるトルク線図のトルク制限線TLaを用いて内燃機関17を制御する。
機関制御部23Cは、排ガス処理装置40については、例えば微粒子捕集フィルタ41の入口における排気温度の異常、又は粒子状物質除去フィルタ41bにおけるスス等の粒子状物質の堆積状態の異常等を検出した場合に、内燃機関17を出力制限モードにする。
また、排ガス処理装置40の浄化能力の低下については、還元剤タンク43aに貯留される還元剤Rの残量が低下した場合等が挙げられる。図6は、還元剤Rの残量と、内燃機関17の出力制限モードとの関係を示す表である。
図6に示すように、例えば、機関制御部23Cは、還元剤タンク43aの還元剤Rの残量が所定の割合(例えば、所定の基準量の数%)を下回った場合、内燃機関17を第1段階の出力制限モード(マイルドインデュースメントモード)にする。マイルドインデュースメントモードにおいては、機関制御部23Cは、例えば内燃機関17の最大トルク線TLを通常時の70%程度の値とする。
また、還元剤タンク43aの還元剤Rの残量が0%になった場合には、機関制御部23Cは、内燃機関17を第2段階の出力制限モード(シビアインデュースメントモード)にする。シビアインデュースメントモードにおいては、例えば内燃機関17の最大トルク線TLを通常時の半分程度まで低下させ、内燃機関17の回転速度の制限を行う。
また、還元剤タンク43aの還元剤Rの残量が0%になってから所定時間が経過した場合、内燃機関17を第3段階の出力制限モード(ファイナルインデュースメントモード)にする。ファイナルインデュースメントモードにおいては、機関制御部23Cは、シビアインデュースメントモードの状態からさらに内燃機関17の回転速度をアイドリング時の値に制限する。
また、機関制御部23Cは、還元剤Rの残量の他に、還元剤Rの品質に異常が生じた場合、還元剤Rを噴射する噴射部43dに異常が生じた場合、排気の一部を吸気に循環させる循環システムを備える場合において当該循環システムに異常が生じた場合、及び還元触媒42システムの異常が生じた場合においても、内燃機関17を出力制限モードにしてもよい。また、これらの異常が発生してからの時間に応じて、内燃機関17の出力を段階的に抑制してもよい。
機関制御部23Cは、噴射装置45については、例えば噴射動作の異常、及び制御回路における異常等を検出した場合に、内燃機関17を出力制限モードにする。また、機関制御部23Cは、冷却装置46については、例えば冷却水の温度が所定の閾値よりも高くなったことを検出した場合に、内燃機関17を出力制限モードにする。このように内燃機関17の出力を制限することにより、排出ガス浄化能力低下への対応、内燃機関17及び周辺機器の機能保全を図ることとしている。
判定部23Jは、上記のような内燃機関17及び周辺機器に異常が生じた場合、及び排ガス処理装置40の浄化能力が低下した場合には、当該異常及び浄化能力の低下を検出する。判定部23Jは、上記のいずれかを検出したときには、内燃機関17が出力制限モードであると判定する。
図7は、判定部23Jの制御ブロックの一例を示す図である。判定部23Jは、選択部57を有する。選択部57には、出力制限モードの有効フラグと無効フラグとが入力される。選択部57は、内燃機関17のインデュースメントレベルが上記のマイルドインデュースメント、シビアインデュースメント又はファイナルインデュースメントである場合に、出力制限モードの有効フラグを出力する。また、選択部57は、内燃機関17にインデュースメントレベルが設定されていない場合、出力制限モードの無効フラグを出力する。
図8は、ハイブリッドコントローラ23が有する機関制御部23Cの制御ブロック23Qの一例を示す図である。制御ブロック23Qは、内燃機関17の回転速度の指令値を算出して出力する。制御ブロック23Qは、第1変換テーブル51と、選択部52と、第2変換テーブル53とを有している。第1変換テーブル51には、操作レバー26R,26Lの操作量又は油圧ポンプ18の圧力によって決まる作業機3の作業要求に基づく内燃機関17の目標出力値が入力される。第1変換テーブル51は、既知のデータテーブル等に基づいて、目標出力値をマッチング回転速度に変換して出力する。
選択部52には、第1変換テーブル51の出力値と、上記の出力制限モードにおける所定のマッチング回転速度の値とが入力される。なお、当該所定のマッチング回転速度は、例えばスロットルで設定される値が用いられてもよい。選択部52は、出力制限モード有効フラグが無効の場合(FALSE)には、第1変換テーブル51の出力値を出力する。また、選択部52は、出力制限モード有効フラグが無効の場合には、作業機3の作業要求に基づきマッチング回転速度を低くすることができる。また、選択部52は、出力制限モード有効フラグが有効の場合(TRUE)には、所定のマッチング回転速度の値を出力する。また、選択部52は、出力制限モード有効フラグが有効の場合には、作業機3の作業要求が必要ないときに、マッチング回転速度を低くするロジックを無効にすることができる。
第2変換テーブル53には、選択部52の出力値、つまり、内燃機関17の目標出力に応じたマッチング回転速度及び所定のマッチング回転速度のうち一方が入力される。第2変換テーブル53は、既知のデータテーブル等に基づいて、入力されたマッチング回転速度を無負荷回転速度の値に変換して出力する。第2変換テーブル53の出力値は、内燃機関17の無負荷回転速度の指令値となる。
図9は、ハイブリッドコントローラ23が有する機関制御部23Cの制御ブロック23Rの一例を示す図である。制御ブロック23Rは、発電電動機19の発電トルクの指令値を算出して出力する。制御ブロック23Rは、選択部58と、最大値選択部59とを有している。選択部58には、最大発電トルクの値と、最小発電トルクの値とが入力される。最大発電トルクは、発電電動機19に設定された発電トルクの範囲のうち絶対値が最大となる値である。最低発電トルクは、発電電動機19に設定された発電トルクの範囲のうち絶対値が最小となる値である。なお、最大発電トルク及び最低発電トルクは、それぞれ負の値である。発電電動機19は、発電効率の低下を抑制するため、発電トルクが最低発電トルク以上、最大発電トルク以下では発電が行われるように制御される。選択部58は、内燃機関17のインデュースメントレベルが上記のマイルドインデュースメント、シビアインデュースメント又はファイナルインデュースメントである場合には、最低発電トルクを出力する。また、選択部58は、内燃機関17にインデュースメントレベルが設定されていない場合、最大発電トルクを出力する。
最大値選択部59には、発電電動機19における目標発電トルクと、選択部58の出力値とが入力される。なお、目標発電トルクは、負の値である。したがって、最大値選択部59は、入力された値のうち絶対値が小さい方の値を発電トルク指令値として出力する。このため、内燃機関17のインデュースメントレベルが上記のマイルドインデュースメント、シビアインデュースメント又はファイナルインデュースメントである場合には、最低発電トルクが出力される。また、内燃機関17にインデュースメントレベルが設定されていない場合には、目標発電トルクが出力される。
ハイブリッドコントローラ23は、作業時に作業要求に基づく内燃機関17の出力を増加させる際、例えば機関制御部23Cによって作業時における回転速度上昇制御又はトルク上昇制御を行う際に、蓄電装置22及び発電電動機19に対してアシスト動作を行わせることができる。アシスト動作とは、蓄電装置22に蓄電された電力を発電電動機19に供給し、当該電力によって発電電動機19を駆動する制御である。アシスト動作を行う場合、内燃機関17の回転速度又はトルクをより短時間で上昇可能であるが、発電電動機19が電力を消費するため、蓄電装置22に蓄電される電力は減少する。
アシスト制御部23Aは、油圧ショベル1の運転モードが出力制限モードである場合、作業時における回転速度上昇制御を行う際に、アシスト動作を制限する。図10は、アシスト制御部23Aの制御ブロックの一例を示す図である。アシスト制御部23Aは、第1演算部54と、第2演算部55と、選択部56とを有している。
第1演算部54には、実際の発電電動機19の回転速度と、予め設定された回転速度の目標値(目標アシスト回転速度)とが入力される。第1演算部54は、目標アシスト回転速度と実際の発電電動機19の回転速度との差を求めて出力する。第2演算部55には、第1演算部54の出力値が入力される。第2演算部55は、第1演算部54の出力値、つまり目標アシスト回転速度と実際の発電電動機19の回転速度との差が所定値よりも大きい場合にはアシスト状態である旨の信号を出力する。また、第2演算部55は、目標アシスト回転速度と実際の発電電動機19の回転速度との差が所定値よりも以下の場合には、アシスト状態ではない旨の信号を出力する。
選択部56には、第2演算部55の出力値と、アシスト状態ではない旨の信号とが入力される。選択部56は、上記の出力制限モード有効フラグが有効である場合、アシスト状態ではない旨の信号を出力する。また、選択部56は、出力制限モード有効フラグが無効である場合、第2演算部55の出力値を出力する。
機関制御部23Cは、アシスト制御部23Aからアシスト状態である旨の信号が出力された場合、アシスト動作を行わせる。また、ハイブリッドコントローラ23は、機関制御部23Cにおいて、アシスト制御部23Aからアシスト状態ではない旨の信号が出力された場合、アシスト動作を制限する。これにより、発電電動機19の回転速度が目標アシスト回転速度に到達するまでアシスト動作が行われることになる。
アシスト制御部23Aは、アシスト動作を制限する例として、アシスト動作自体を行わないようにすることができる。この場合、蓄電装置22に蓄電された電力が消費されないため、蓄電装置22に電力が確保される。アシスト動作を制限する他の例として、アシスト制御部23Aは、アシスト動作において発電電動機19に供給する電力を、出力制限モードではない場合に比べて少なくすることができる。また、アシスト制御部23Aは、アシスト動作において発電電動機19に供給する電力を一定値にすることができる。このように、蓄電装置22は、アシスト動作の制限時においても、電力を発電電動機19に供給することができる。アシスト制御部23Aは、アシスト動作の制限時に蓄電装置22の電力を発電電動機19に供給する場合には、蓄電装置22において電圧不足とならないように、蓄電装置22に蓄電された電力に応じて供給電力を設定することができる。
処理部23Pが専用のハードウェアである場合、例えば、各種回路、プログラム化したプロセッサ(Processor)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)より1つ若しくは組み合わせたものが処理部23Pに該当する。
記憶部23Mは、例えば、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)等の不揮発性又は揮発性の各種メモリ、磁気ディスク等の各種ディスクより少なくとも1つが用いられる。記憶部23Mは、実施形態に係るハイブリッド作業機械の制御を処理部23Pに実行させるためのコンピュータプログラム、及び処理部23Pが実施形態に係る制御を実行する際に使用される情報を記憶する。処理部23Pは、記憶部23Mから前述したコンピュータプログラムを読み込んで実行することにより、実施形態に係る制御を実現する。
入出力部23IOは、エンジンコントローラ30と、機器類とを接続するためのインターフェース回路である。入出力部23IOには、図2に示される燃料調整ダイヤル28、回転速度検出センサ17n、コモンレール制御部32、排ガス処理装置40、噴射装置45及び冷却装置46の各部及び各種センサ等が接続される。また、入出力部23IOには、図3に示される、温度センサ41c、差圧センサ41d、温度センサ42a、アンモニアセンサ42b、NOx検出センサ44a、圧力センサ44b等の各種センサが接続される。実施形態では、エンジンコントローラ30の構成例を説明したが、ハイブリッドコントローラ23及びポンプコントローラ33もエンジンコントローラ30と同様の構成である。
<ハイブリッド作業機械の制御方法>
図11は、実施形態に係るハイブリッド作業機械の制御方法の一例を示すフローチャートである。ステップS101において、エンジンコントローラ30の判定部23Jは、出力制限モードであるか否かを判定する。出力制限モードである場合(ステップS101のYes)、ステップS102において、アシスト制御部23Aは、発電電動機19及び蓄電装置22によるアシスト動作を制限する。そして、機関制御部23Cは、アシスト制御部23Aで制限されたアシスト動作の制限内容に応じて、内燃機関17及び発電電動機19の動作を制御する。一方、出力制限モードでない場合(ステップS101のNo)、アシスト制御部23Aは、アシスト動作を制限しない。つまり、機関制御部23Cが作業時に回転速度上昇制御を行う場合、アシスト制御部23Aは、蓄電装置22及び発電電動機19にアシスト動作を行わせる。
図12は、出力制限モードにおけるトルク線図の比較例を示す図である。図12に示すように、出力制限モードでは、内燃機関17が発生可能な最大の出力を表す最大トルク線TLaが、通常時の最大トルク線TLに対して下方、すなわちトルクが小さくなる方向に移動した位置に設定される。したがって、内燃機関17が発生可能な出力及びトルクが通常時よりも低く制限される。
このような出力制限モードにおいて、油圧ショベル1の作業等を行わない場合には、機関制御部23Cは、例えば出力指示線ILaに対応した馬力、かつアイドリング状態の回転速度ncで、内燃機関17を動作させることができる。このとき、機関制御部23Cは、例えば出力指示線ILa上のうち回転速度がncの位置に内燃機関17のマッチングポイントMPcを設定する。
この状態から、上部旋回体5の旋回動作及び土砂等の掘削操作等の作業を行う場合、機関制御部23Cは、油圧ポンプ18の負荷等に応じてマッチングポイントが設定される。機関制御部23Cは、例えば、最大トルク線TLaとポンプ吸収トルク線PLaの交点にマッチングポイントMPdを設定する。なお、内燃機関17の回転速度ndは、アイドリング状態における回転速度ncよりも大きい値となる。
機関制御部23Cは、マッチングポイントMPcからマッチングポイントMPdに移行するように内燃機関17の回転速度及びトルクを制御することで、回転速度上昇制御を行う。アシスト動作の制限が無い場合、アシスト制御部23Aは、回転速度上昇制御を行う際にアシスト動作を行わせる。アシスト動作を行うと、蓄電装置22の電力が消費されてしまい、蓄電装置22において電力不足が発生する。また、内燃機関17がマッチングポイントMPdに移行する前、つまり、マッチングポイントMPcで動作している場合、内燃機関17の回転速度ncがアイドリング時の値であるため、発電出力を確保しにくくなる。
このため、アシスト制御部23Aは、蓄電装置22によるアシスト動作を制限する。例えば、アシスト制御部23Aは、アシスト動作を行わないこと、又はアシスト動作において発電電動機19に供給する電力を、出力制限モードではない場合に比べて少なくすることができる。
以上のように、本実施形態に係る油圧ショベル1は、出力制限時には、作業時に作業機3の作業要求に基づく内燃機関17の出力を増加させる際に、蓄電装置22に蓄電された電力を発電電動機19に供給するアシスト動作を制限することができるため、蓄電装置22における電力の消費が抑制される。これにより、出力制限時において蓄電装置22の蓄電容量の低下を抑制することが可能となる。したがって、蓄電装置22が発電出力不足となることを抑制することが可能となる。
図13は、出力制限モードにおけるトルク線図の一例を示す図であり、作業時に作業機3の作業要求に基づく内燃機関17の回転速度を上昇させる制御を行わないようにする場合の一例を示す。図13に示すように、出力制限モードにおいて、機関制御部23Cは、内燃機関17の無負荷時のマッチングポイントMPeを、例えば出力指示線ILaと制限線VLとの交点(回転速度ne)に設定してもよい。この構成により、無負荷時の回転速度が高回転側に設定されるため、蓄電装置22の充電のための出力が確保される。また、機関制御部23Cは、例えば作業時に図12に示す比較例と同位置にマッチングポイントMPdが設定される場合、内燃機関17の回転速度を上昇させることなく、マッチングポイントをMPeからMPdに移行させることができる。このように、油圧ショベル1は、出力制限時には、作業時に作業機3の作業要求に基づく内燃機関17の回転速度を上昇させる制御が行われないように無負荷時の回転速度を高回転側に設定する。このため、内燃機関17の出力が制限され、発電電動機19の発電出力が制限される場合であっても、蓄電装置22の充電のための出力を確保することができる。これにより、蓄電装置22が発電出力不足となることを抑制することが可能となる。なお、無負荷時に設定されるマッチングポイント(回転速度)は、蓄電装置22の充電のための出力が確保される値であればよく、上記マッチングポイントMPe(回転速度ne)に限定するものではない。また、作業時に作業機3の作業要求に基づく内燃機関17の回転速度を上昇させる制御を行わないようにする上記制御は、アシスト動作を制限する上記実施形態の制御に対して独立して行うことができる。つまり、油圧ショベル1は、出力制限時には、アシスト動作を制限する制御に加えて、又はアシスト動作を制限する制御に代えて、作業時に作業機3の作業要求に基づく内燃機関17の回転速度を上昇させる制御が行われないように無負荷時の回転速度を高回転側に設定する制御を行ってもよい。
図14は、出力制限モードにおけるトルク線図の他の例を示す図であり、出力制限モードではない場合に比べて発電電動機19への供給電力が少なくなるようにアシスト動作を行う場合の一例を示す。図14に示すように、出力制限モードにおいて、機関制御部23Cは、内燃機関17の無負荷時のマッチングポイントMPfを、例えば出力指示線ILa上のうちマッチングポイントMPcよりも高い回転速度nfとなる位置に設定してもよい。これにより、例えば作業時において図12の比較例と同位置にマッチングポイントMPdが設定される場合、マッチングポイントをMPcに設定する場合に比べて、内燃機関17の回転速度の上昇量が小さくなる。このため、アシスト動作に必要な供給電力を少なくすることができる。したがって、蓄電装置22における電力の消費が抑制される。
実施形態においては、内燃機関17を備えた油圧ショベル1を作業機械の例としたが、実施形態が適用できる作業機械はこれに限定されない。例えば、作業機械は、ブルドーザ等であってもよい。作業機械が搭載するエンジンの種類も限定されない。
以上、実施形態を説明したが、前述した内容により実施形態が限定されるものではない。また、前述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、前述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。さらに、実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。
1 油圧ショベル
5 上部旋回体
17 内燃機関
18 油圧ポンプ
19 発電電動機
22 蓄電装置
23 ハイブリッドコントローラ
26L,26R 操作レバー
30 エンジンコントローラ
23A アシスト制御部
23C 機関制御部
23M 記憶部
23P 処理部
23IO 入出力部
23J 判定部
33 ポンプコントローラ
36 機関
40 排ガス処理装置
41 微粒子捕集フィルタ
42 還元触媒
45 噴射装置
46 冷却装置

Claims (8)

  1. 作業機と、
    前記作業機に動力を供給する内燃機関と、
    前記内燃機関の出力軸に接続された発電電動機と、
    前記発電電動機が発電した電力を蓄電し、又は前記発電電動機に電力を供給する蓄電装置と、を有するハイブリッド作業機械を制御する制御装置において、
    前記内燃機関には排ガス処理装置が設けられ、当該排ガス処理装置の浄化能力が低下又は低下の可能性がある場合に前記内燃機関の出力制限され
    前記内燃機関の出力制限されている場合には、作業時に前記作業機の作業要求に基づく前記内燃機関の出力を増加させる際に前記蓄電装置に蓄電された電力を前記発電電動機に供給するアシスト動作を制限するアシスト制御部と、
    前記アシスト制御部により前記アシスト動作が制限された状態で前記内燃機関及び前記発電電動機を制御する機関制御部と、を備え、
    前記機関制御部は、前記アシスト動作が制限されていない状態における前記作業機が作業を行わない無負荷時の前記内燃機関の回転速度よりも、前記アシスト動作が制限された状態における前記無負荷時の前記内燃機関の回転速度を高く設定する、
    ハイブリッド作業機械の制御装置。
  2. 前記アシスト制御部は、前記出力制限時に、前記アシスト動作を停止する
    請求項1に記載のハイブリッド作業機械の制御装置。
  3. 前記内燃機関は、前記内燃機関及び当該内燃機関の周辺機器が異常状態である場合に出制限され
    請求項1又は請求項2に記載のハイブリッド作業機械の制御装置。
  4. 前記周辺機器は、前記内燃機関の排ガスを処理する排ガス処理装置、前記内燃機関に燃料を噴射する噴射装置及び前記内燃機関を冷却する冷却装置を含む
    請求項3に記載のハイブリッド作業機械の制御装置。
  5. 前記機関制御部は、前記出力制限時に、作業時に前記作業機の作業要求に基づく前記内燃機関の回転速度を上昇させる制御より出力制限モードにおけるマッチング回転速度へ変更する
    請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のハイブリッド作業機械の制御装置。
  6. 排ガス処理装置を有する内燃機関と、
    前記内燃機関の出力軸に連結された発電電動機と、
    前記発電電動機が発電した電力を蓄電し、又は前記発電電動機に電力を供給する蓄電装置と、
    前記内燃機関、前記発電電動機及び前記蓄電装置を制御する、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のハイブリッド作業機械の制御装置と
    を備えるハイブリッド作業機械。
  7. 走行体と、前記走行体の上部に設けられ前記走行体に対して旋回可能な旋回体とを有する車両本体と、
    前記発電電動機及び前記蓄電装置のうち少なくとも一方から電力が供給されるように設けられ、前記旋回体を駆動する電動機と、をさらに備える
    請求項6に記載のハイブリッド作業機械。
  8. 作業機を駆動する内燃機関と、前記内燃機関に接続され蓄電装置と電力の授受を行う発電電動機とを備えるハイブリッド作業機械の制御方法において、
    前記内燃機関には排ガス処理装置が設けられ、当該排ガス処理装置の浄化能力が低下又は低下の可能性がある場合に前記内燃機関の出力制限され
    前記内燃機関の出力制限されている場合には、作業時に前記作業機の作業要求に基づく前記内燃機関の出力を増加させる際に前記蓄電装置に蓄電された電力を前記発電電動機に供給するアシスト動作を制限することと、
    前記アシスト動作が制限された状態で前記内燃機関及び前記発電電動機を制御することと、を含み、
    前記アシスト動作が制限された状態で前記内燃機関を制御する場合、前記アシスト動作が制限されていない状態における前記作業機が作業を行わない無負荷時の前記内燃機関の回転速度よりも、前記アシスト動作が制限された状態における前記無負荷時の前記内燃機関の回転速度を高く設定する、
    ハイブリッド作業機械の制御方法。
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