JP6145076B2 - ハイブリッド作業機械 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、ホイールローダ、油圧ショベル等の作業機械に関し、特に、動力源としてエンジン（内燃機関）と電動機（電動モータ）とを併用したハイブリッド作業機械に関する。

一般に、油圧ショベル、ホイールローダ等の作業機械は、走行用、作業用の動力源として、内燃機関であるエンジンを備えている。この場合、例えばホイールローダであれば、エンジンの回転を変速機、プロペラシャフト等を介して車輪に伝達することにより走行する。これと共に、エンジンンにより油圧ポンプを駆動し、該油圧ポンプから吐出する圧油に基づいて作業用の油圧シリンダを伸縮することにより作業を行う。

一方、走行用、作業用の動力源として、エンジンと電動機とを併用したハイブリッド式のホイールローダも知られている。このようなハイブリッド式のホイールローダは、例えば、車体に搭載されたエンジンと、該エンジンにより駆動され発電を行う発電機と、該発電機により発電された電力によって駆動される走行用の電動機と、エンジンにより駆動され圧油を吐出する油圧ポンプとを含んで構成されている。

ここで、ハイブリッド式のホイールローダを含む各種の作業機械では、エンジンとして一般的にディーゼルエンジンが用いられている。このようなディーゼルエンジンから排出される排気ガス中には、例えば粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）、窒素酸化物（ＮＯｘ）等の有害物質が含まれることがある。このため、作業機械では、エンジンの排気ガス通路を形成する排気管に排気ガスを浄化するための排気ガス処理装置が設けられている。

排気ガス処理装置は、排気ガス中に含まれる一酸化窒素（ＮＯ）、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）等を酸化して除去する酸化触媒（例えば、Diesel Oxidation Catalyst、略してＤＯＣとも呼ばれている）、該酸化触媒の下流側に配置され排気ガス中の粒子状物質を捕集して除去する粒子状物質除去フィルタ（例えば、Diesel Particulate Filter、略してＤＰＦとも呼ばれている）等を含んで構成されている（特許文献１）。

ところで、粒子状物質除去フィルタは、粒子状物質が捕集されることに伴って当該フィルタに粒子状物質が堆積し、これによりフィルタが目詰まりする。このようなフィルタの目詰まりは、例えばエンジンの出力低下等に繋がる。このため、粒子状物質を一定量捕集した段階で、フィルタから粒子状物質を除去し、フィルタを再生する必要がある。

フィルタの再生は、フィルタに堆積した粒子状物質を燃焼（焼却）することにより行う。具体的には、例えば、フィルタの近傍にヒータ（加熱装置）を設け、該ヒータを用いてフィルタの温度を上昇させることにより、捕集した粒子状物質を燃焼する。または、例えば、ポスト噴射と呼ばれる再生用の燃料噴射を行い、排気ガスの温度を上昇させることにより、捕集した粒子状物質を燃焼する。

ここで、ポスト噴射によるフィルタの再生は、ヒータを設ける構成と比較して、既存のシステムを用いて実現することができる。このため、コストの抑制、機器構成の容易性の面から有利となる。一方、ポスト噴射によるフィルタの再生は、ポスト噴射に伴って燃料が消費されるため、燃費の低下（悪化）に繋がるおそれがある。そこで、例えば、特許文献２には、フィルタの再生を行うときに、一時的にエンジンの負荷を軽減し、排気ガス中の酸素濃度を増大させることにより、粒子状物質の燃料効率を高め、再生に伴う燃料消費量を低減する技術が記載されている。

一方、ポスト噴射によるフィルタの再生は、一般的に、粒子状物質の捕集量が閾値を超えていること、フィルタの温度が所定の範囲内であること、燃料残量が閾値以上であること等の所定の再生許可条件の全てが満たされている状態で行う必要がある。このため、捕集量が閾値を超えていても、他の条件が満たされない場合は、再生が行われずに運転が継続し、フィルタに粒子状物質が過剰に捕集されるおそれがある。そして、粒子状物質が過剰に捕集された状態（過捕集の状態）でフィルタの再生が行われると、排気ガスの温度が過度に高くなり（粒子状物質の燃焼温度が過度に高くなり）、フィルタが溶損（焼損）するおそれがある。

これに対し、特許文献３には、ディーゼルエンジンと発電機と蓄電装置と排気ガス処理装置を備えたハイブリッド式の車両に関し、粒子状物質の捕集量が閾値以上になると、エンジンから排出される粒子状物質の排出量を低減するための制御を行う技術が記載されている。具体的には、粒子状物質の捕集量が閾値以上になると、蓄電装置の充電量に余裕がある場合は、エンジンの出力を発電機によりアシストすることで、粒子状物質の排出量を低減する。

一方、蓄電装置の充電量に余裕がない場合は、蓄電装置の充電を行うためにエンジンに負荷を付与し、かつ、粒子状物質の排出量が低くなるＥＧＲ非作動領域（高トルク領域）、即ち、排気再循環装置（ＥＧＲ）を非作動にした状態でエンジンを運転することで、粒子状物質の排出量を低減する。この構成によれば、再生が行われずに運転が継続した場合に、粒子状物質の排出量を低減でき、再生条件が成立するまでの間にフィルタに粒子状物質が過剰に捕集されることを抑制できると考えられる。

特開２０１１−１７９３８１号公報 特許第３７１９３９３号公報（特開２００２−３０３１７５号公報） 特許第４０８０４５７号公報（特開２００５−３３７１７６号公報）

ところで、エンジンから排出される粒子状物質は、燃料の未燃焼成分（不完全燃焼成分）であるため、燃料に対する空気の割合である空燃比（＝空気／燃料）が低いとき（燃料と空気との混合気が理論空燃比よりも濃いリッチのとき）に、増大する傾向がある。換言すれば、例えば、標高の高い高地等、酸素濃度が低い環境で作業機械を運転すると、粒子状物質の排出量が増大する傾向となる。これに対し、従来技術によれば、高地等の酸素濃度が低く粒子状物質の排出量が増大し易い環境で運転すると、排出量が増大する分、捕集量が即座に閾値に達し、再生の頻度が増えるおそれがある。これにより、ポスト噴射による燃料消費量が増大し、燃費が低下するおそれがある。

より詳しく説明すると、特許文献１に記載された作業車両は、エンジンから排出される粒子状物質の排出量の算出を、作業車両が位置する標高に対応した補正マップを用いて行う。この構成によれば、作業車両が位置する標高に拘わらず（標高が高くても低くても）、排出量の算出精度を向上できると考えられる。しかし、粒子状物質の排出量が増大し易い環境、例えば高地で運転すると、排出量が増大する分、再生の頻度が増える。これにより、ポスト噴射による燃料消費量が増大し、燃費が低下するおそれがある。

特許文献２に記載されたハイブリッドシステムの制御装置は、フィルタの再生を行うときに、一時的にエンジンの負荷を軽減する制御を行う。これにより、フィルタの再生に要する燃料消費量を低減できると考えられる。しかし、粒子状物質の排出量が増大し易い環境、例えば高地で運転すると、排出量が増大する分、再生の頻度が増える。このため、再生１回当たりの燃料消費量を低減できたとしても、再生頻度が増えることによる燃料消費量の増大は避けられない。

特許文献３に記載されたディーゼルハイブリッド車両のフィルタ詰まり抑制制御方法は、蓄電装置の充電量に余裕がなければ、充電のためにエンジン負荷を増大させる。このため、燃料消費量が必然的に増大する。しかも、粒子状物質の排出量が増大し易い環境、例えば高地で運転すると、排出量が増大する分、再生の頻度が増える。このため、この面からも、燃料消費量が増大し、燃費が低下するおそれがある。

本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、粒子状物質の排出量が増大し易い環境で運転しても、再生頻度の増大に伴う燃費の低下を抑制することができるハイブリッド作業機械を提供することを目的としている。

本発明のハイブリッド作業機械は、内燃機関であるエンジンと、該エンジンから排出される排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタを有し前記エンジンの排気側に設けられた排気ガス浄化装置と、該排気ガス浄化装置のフィルタに捕集された粒子状物質を燃焼させることにより該フィルタの再生を行う再生装置と、前記エンジンにより駆動され発電を行う発電機と、該発電機により発電された電力によって駆動される電動機と、前記エンジンにより駆動され圧油を吐出する油圧ポンプと、前記エンジン、再生装置、発電機、油圧ポンプを制御する制御装置とを備えてなる。

そして、上述した課題を解決するために、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、前記制御装置は、前記エンジンから排出される粒子状物質の排出量を外囲条件に基づいて予測する排出量予測手段と、該排出量予測手段によって予測された予測排出量を参照して、前記エンジンと発電機と油圧ポンプとのうちの少なくとも何れかの運転を制限する運転制限手段とを備え、前記運転制限手段は、前記排出量予測手段による予測排出量が予め定めた所定値を超えたとき、前記エンジンの最低回転数を高くする構成としたことにある。

一方、請求項２の発明が採用する構成の特徴は、前記制御装置は、前記エンジンから排出される粒子状物質の排出量を外囲条件に基づいて予測する排出量予測手段と、該排出量予測手段によって予測された予測排出量を参照して、前記エンジンと発電機と油圧ポンプとのうちの少なくとも何れかの運転を制限する運転制限手段とを備え、前記運転制限手段は、前記排出量予測手段による予測排出量が予め定めた所定値を超えたとき、前記エンジンの最低回転数を高くし、かつ、前記発電機と油圧ポンプとのうちの少なくとも一方の出力を小さくする構成としたことにある。

請求項１の発明によれば、排出量予測手段は、燃料の未燃焼成分である粒子状物質の排出量を、該排出量の増減に関連する外囲条件、例えば、空燃比、酸素量（酸素濃度、酸素密度）、気圧、温度、位置情報等に基づいて予測する。そして、運転制限手段は、排出量予測手段によって予測された予測排出量を参照して、即ち、予測排出量が大きくなる（多くなる）と、エンジンと発電機と油圧ポンプとのうちの少なくとも何れかの運転を制限する。これにより、エンジンから排出される粒子状物質の排出量を、制限前の状態で運転を継続する場合と比較して、低減することができる。このため、粒子状物質の排出量が増大し易い環境で運転しても、粒子状物質の排出量が増大することを抑制できる。換言すれば、粒子状物質の排出量が増大し易い環境で運転しているか否かに拘わらず（増大し易い環境であってもなくても）、再生の頻度を一定にすることができる。これにより、再生頻度の増大に伴う燃費の低下を抑制することができる。

しかも、運転制限手段は、予測排出量が予め定めた所定値を超えると、エンジンの最低回転数を高くする。即ち、粒子状物質の排出量が増大し易い環境では、エンジンを、吸入空気量が増大する高回転域で運転する。これにより、粒子状物質の排出量が増大し易い環境で運転しても、エンジンから排出される粒子状物質の排出量が増大することを抑制でき、再生頻度の増大に伴う燃費の低下を抑制することができる。この場合に、最低回転数を高くすることに伴う燃料消費量の変化は、エンジンの出力を一定として考えると、例えば、回転数を高くする分トルクを低くする（低回転高トルクから高回転低トルクで運転する）ことにより抑制できる（燃料消費量の増大を抑制できる）。

一方、請求項２の発明によれば、運転制限手段は、予測排出量が予め定めた所定値を超えると、エンジンの最低回転数を高くし、かつ、発電機と油圧ポンプとのうちの少なくとも一方の出力を小さくする。この場合は、発電機および／または油圧ポンプの出力を小さくすることと、エンジンの最低回転数を高くすることとの両面から、粒子状物質の排出量が増大することを抑制できる。これにより、粒子状物質の排出量が増大し易い環境で運転しても、発電機および／または油圧ポンプの出力を小さくする程度を抑制することができ、作業機械の性能、作業効率を確保することができる。

なお、排出量予測手段は、外囲条件のうち、エンジンの周囲（作業機械の周囲）の環境の状態量、具体的には、酸素量または該酸素量に関連する状態量に基づいて、粒子状物質の排出量を予測することが好ましい。この場合、酸素量としては、例えば、酸素濃度、酸素密度が挙げられる。酸素量に関連する状態量としては、例えば、酸素量と相関関係を有する気圧、温度、標高（位置情報）等が挙げられる。

即ち、エンジンから排出される粒子状物質は、燃料の未燃焼成分（不完全燃焼成分）であるため、燃料に対する空気の割合である空燃比（＝空気／燃料）が低いとき（リッチのとき）に、増大する傾向がある。このため、空燃比に基づいて、粒子状物質の排出量を予測することができる。ここで、空燃比は、例えば、エンジンの吸気系路に設けた空燃比計の検出値、吸気系路に設けたエアフロメータ（空気流量計）の検出値、燃料噴射量（燃料流量）等に基づいて、直接的に求める、ないし、算出することができる。ただし、このように直接的に求める（ないし算出する）空燃比は、作業機械の運転状況に応じて変化する場合がある。例えば、エンジンに対する負荷が大きい作業を行っているときは、エンジンの出力を確保する面から空燃比が低くなる場合があり、作業を行っていないとき、軽負荷作業のときは、燃費を向上する面から空燃比が高くなる場合がある。このため、空燃比に基づいて粒子状物質の排出量を予測すると、その予測した排出量は、そのときの運転状況に応じて頻繁に変化する可能性がある。

これに対し、外囲条件のうち、運転状況に応じて頻繁に変化する可能性が低い条件、即ち、エンジンの周囲の酸素量または該酸素量に関連する状態量に基づいて、粒子状物質の排出量を予測する。この場合、酸素量（酸素濃度、酸素密度）は、例えば、エンジンの吸気系路に設けたＯ２センサ（酸素センサ）の検出値を用いることができる。酸素量に関連する状態量は、例えば、気圧であれば気圧センサの検出値を用いることができ、温度であれば吸入空気の温度を検出する温度センサ（吸気温センサ）の検出値を用いることができ、標高（位置情報）であれば標高センサ（高度センサ）の検出値やＧＰＳ信号を用いることができる。何れの場合も、粒子状物質の排出量を、そのときの酸素量（気圧、温度、標高等）の環境で今後も運転を継続した場合の予測値として求めることができる。これにより、粒子状物質の排出量の予測を安定して行うことができる。

第１の実施の形態によるホイールローダを示す正面図である。 ホイールローダの電動システムと油圧システムの構成を示すブロック図である。 空燃比とＰＭ予測排出量との関係の一例を示す特性線図である。 気圧とＰＭ予測排出量との関係の一例を示す特性線図である。 吸気温度とＰＭ予測排出量との関係の一例を示す特性線図である。 図２中のハイブリッド制御装置による制御処理を示す流れ図である。 ＰＭ予測排出量とエンジン回転数指令値との関係の一例を示す特性線図である。 第２の実施の形態によるハイブリッド制御装置の制御処理を示す流れ図である。 ＰＭ予測排出量と発電機出力量および油圧ポンプ出力量との関係の一例を示す特性線図である。 ハイブリッド制御装置の制御内容を示す制御ブロック図である。 図１０のレートリミットによる出力制限が行われたときのトルクの時間変化の一例を示す特性線図である。 ハイブリッド制御装置の制御内容の別例を示す制御ブロック図である。 図１２のゲインによる出力制限が行われたときのトルクの時間変化の一例を示す特性線図である。 第３の実施の形態によるハイブリッド制御装置の制御処理を示す流れ図である。

本発明は、以下に説明する複数の発明を包含する発明群に属する発明であり、以下に、その発明群の実施の形態として、第１ないし第３の実施の形態について説明するが、そのうち、第１および第３の実施の形態が、本出願人が特許請求の範囲に記載した発明に対応するものである。具体的には、第１の実施形態が請求項１に係る発明に対応し、第３の実施の形態が請求項２に係る発明に対応し、第２の実施形態は参考例となる。
以下、本発明の実施の形態に係るハイブリッド作業機械として、ハイブリッド式のホイールローダを例に挙げ、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１ないし図７は、本発明の第１の実施の形態を示している。図１において、ハイブリッド作業機械の代表例としてのホイールローダ１は、左，右の前車輪２が設けられた前部車体３と、左，右の後車輪４が設けられた後部車体５とを有している。前部車体３と後部車体５は、連結機構６を介して左，右方向に屈曲可能に連結されている。

前部車体３と後部車体５との間にはステアリングシリンダ７が設けられ、このステアリングシリンダ７を伸縮させることにより、前部車体３と後部車体５とが連結機構６を中心として屈曲する。このように、ホイールローダ１は、前部車体３と後部車体５とが連結機構６を中心として左，右方向に屈曲することにより、走行時の舵取りを行うアーティキュレート式の作業機械として構成されている。

前部車体３には、左，右方向に延びる前車軸８が設けられ、前車軸８の両端側には前車輪２が取付けられている。前車軸８の中間部にはデファレンシャル機構８Ａが設けられ、該デファレンシャル機構８Ａは、プロペラ軸９を介して後述の走行電動機３９に接続されている。

一方、後部車体５には、左，右方向に延びる後車軸１０が設けられ、後車軸１０の両端側には後車輪４が取付けられている。後車軸１０の中間部にはデファレンシャル機構１０Ａが設けられ、該デファレンシャル機構１０Ａは、プロペラ軸９を介して後述の走行電動機３９に接続されている。

従って、走行電動機３９によってプロペラ軸９が回転すると、プロペラ軸９の回転が、デファレンシャル機構８Ａを介して前車軸８に伝達されると共に、デファレンシャル機構１０Ａを介して後車軸１０に伝達される。これにより、左，右の前車輪２と左，右の後車輪４とが同時に回転駆動され、ホイールローダ１は４輪駆動の状態で走行動作を行う。

作業装置１１は、前部車体３に設けられている。作業装置１１は、前部車体３に俯仰動可能に取付けられた左，右のアーム１２と、該各アーム１２の先端側に回動可能に取付けられたローダバケット１３と、前部車体３に対してアーム１２を俯仰動させるアームシリンダ１４と、アーム１２に対してローダバケット１３を回動させるバケットシリンダ１５とにより大略構成されている。作業装置１１は、アームシリンダ１４によってアーム１２を俯仰動させると共に、バケットシリンダ１５によってローダバケット１３を回動させることにより、ローダバケット１３によって掬った土砂等をダンプトラックの荷台等に排出する土木作業を行うものである。

キャブ１６は、後部車体５に設けられている。キャブ１６は、ホイールローダ１を運転するオペレータの運転室を画成するものである。キャブ１６内には、オペレータが着席する運転席、オペレータによって操作されるステアリングホイール、アクセルペダル、ブレーキペダル、作業用の操作レバー等（いずれも図示せず）が設けられている。

ここで、ハイブリッド式のホイールローダ１は、前部車体３および後部車体５の走行動作を制御する電動システムと、作業装置１１の動作を制御する油圧システムとを搭載しており、以下、ホイールローダ１のシステム構成について図２を参照して説明する。

エンジン２１は、後部車体５に搭載され、例えばディーゼルエンジン等の内燃機関により構成される。エンジン２１の出力側には、後述の油圧ポンプ３１と発電機３５が取付けられ、これら油圧ポンプ３１と発電機３５は、エンジン２１によって駆動される。エンジン２１には、外気を吸込む吸気管２２と、排気ガスを排出する排気ガス通路の一部をなす排気管２３とが設けられている。吸気管２２は、エンジン２１に向けて外気（空気）が流入するもので、その先端側には、外気を清浄化するエアクリーナ２４が接続されている。吸気管２２には、エンジンに吸入される空気の温度（吸気温度）を検出する温度センサ（吸気温センサ）２５が設けられている。温度センサ２５は、エンジン制御装置２６に接続されている。また、エンジン制御装置２６には、ホイールローダ１の周囲の気圧（大気圧）、即ち、ホイールローダ１の作業現場の気圧を検出する気圧センサ２７も接続されている。一方、排気管２３には、後述の排気ガス浄化装置２９が接続して設けられている。

ここで、エンジン２１は、電子制御式エンジンにより構成され、エンジン制御装置２６によって制御される。具体的には、エンジン２１は、シリンダ（燃焼室）内への燃料の供給量、即ち、シリンダ内に燃料を噴射する燃料噴射装置（電子制御噴射弁）２８の噴射量が、エンジン制御装置２６により可変に制御される。この場合、エンジン制御装置２６は、後述するハイブリッド制御装置４５からの指令信号に基づいて、燃料噴射装置２８によるシリンダ内への燃料噴射量を可変に制御し、エンジン２１の回転速度を制御する。

さらに、燃料噴射装置２８は、後述する排気ガス浄化装置２９の粒子状物質除去フィルタ２９Ａの再生を行う再生装置を構成するものである。即ち、燃料噴射装置２８は、例えばポスト噴射と呼ばれる再生処理用の燃料噴射（燃焼工程後の追加噴射）を行う。これにより、排気ガスの温度を上昇させ、排気ガス浄化装置２９の粒子状物質除去フィルタ２９Ａに捕集された（堆積した）粒子状物質を燃焼し除去する。

排気ガス浄化装置２９は、エンジン２１の排気側に設けられている。排気ガス浄化装置２９は、排気管２３と共に排気ガス通路を構成し、上流側から下流側に排気ガスが流通する間に、この排気ガスに含まれる有害物質を除去するものである。このために、排気ガス浄化装置２９の内部には、排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集して除去する粒子状物質除去フィルタ（以下、フィルタ２９Ａという）が収容されている。

フィルタ２９Ａは、ＤＰＦとも呼ばれ、エンジン２１から排出される排気ガス中の粒子状物質を捕集すると共に、捕集した粒子状物質を燃焼して除去することにより排気ガスの浄化を行うものである。このために、フィルタ２９Ａは、例えばセラミックス材料からなる多孔質な部材に軸方向に多数の小孔（図示せず）を設けたセル状筒体により構成されている。これにより、フィルタ２９Ａは、多数の小孔を介して粒子状物質を捕集し、捕集した粒子状物質は、再生装置の再生処理、即ち、燃料噴射装置２８によるポスト噴射によって燃焼して除去される。この結果、フィルタ２９Ａは再生される。

油圧ポンプ３１は、エンジン２１によって駆動されるものである。油圧ポンプ３１は、タンク３２内に貯溜された作動油を加圧し、ステアリングシリンダ７、作業装置１１のアームシリンダ１４、バケットシリンダ１５等に圧油として吐出する。ここで、油圧ポンプ３１の作動は油圧ポンプ制御装置３３によって制御され、油圧ポンプ制御装置３３は、ハイブリッド制御装置４５からの指令信号に基づいて、油圧ポンプ３１の出力トルクを制御する。即ち、油圧ポンプ３１は、例えば可変容量型の斜板式油圧ポンプ等により構成され、そのポンプ容量を調整するための容量可変部が、油圧ポンプ制御装置３３により可変に制御される構成となっている。

油圧ポンプ３１およびタンク３２と各シリンダ７，１４，１５との間を接続する主管路の途中には、コントロールバルブ３４が設けられている。コントロールバルブ３４は、例えば、キャブ１６内に配置された作業用の操作レバーに対する操作に応じて、油圧ポンプ３１から吐出した圧油をアームシリンダ１４、バケットシリンダ１５に選択的に給排（供給または排出）するものである。

発電機３５は、エンジン２１によって駆動され、発電を行うものである。発電機３５は、後述する第１のインバータ３６を介して一対の直流母線３７Ａ，３７Ｂに接続されている。発電機３５は、例えば、同期電動機、三相誘導電動機等の電動モータにより構成されている。発電機３５は、エンジン２１によって回転駆動されることにより発電し、発電した電力を直流母線３７Ａ，３７Ｂを介して後述の走行電動機３９および／または蓄電装置４２に供給するものである。また、発電機３５は、蓄電装置４２および／または走行電動機３９からの電力によって駆動されることにより、エンジン２１の駆動を補助（アシスト）する。これにより、エンジン２１の負荷を平滑化する。

第１のインバータ３６は、発電機３５に電気的に接続されている。第１のインバータ３６は、例えばトランジスタ、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）等からなる複数のスイッチング素子を用いて構成され、一対の直流母線３７Ａ，３７Ｂに接続されている。これら一対の直流母線３７Ａ，３７Ｂは、正極側と負極側とで対をなし、例えば数百Ｖ程度の直流電圧が印加されている。

発電機３５の発電時には、第１のインバータ３６は、発電機３５からの発電電力となる交流電力を直流電力に変換して直流母線３７Ａ，３７Ｂに供給する。一方、発電機３５を補助電動機として用いるときには、第１のインバータ３６は、直流母線３７Ａ，３７Ｂの直流電力から三相交流電力を生成し、この三相交流電力を発電機３５に供給する。このとき、発電機３５の制御装置となる発電機制御装置３８は、ハイブリッド制御装置４５からの指令信号に基づいて、第１のインバータ３６の各スイッチング素子のオン（閉）／オフ（開）を制御（スイッチング制御）することにより、発電機３５の出力を制御する。

走行電動機３９は、発電機３５により発電された電力によって駆動される電動機となるものである。走行電動機３９は、後述する第２のインバータ４０を介して直流母線３７Ａ，３７Ｂに接続されている。走行電動機３９は、例えば、三相誘導電動機、同期電動機等の電動モータにより構成されている。走行電動機３９は、発電機３５および／または蓄電装置４２から電力が供給されることにより駆動され、プロペラ軸９を回転駆動することにより、ホイールローダ１を走行させるものである。一方、走行電動機３９は、ホイールローダ１の制動時等に、プロペラ軸９によって回転駆動されることにより回生電力を発電し、回生電力を直流母線３７Ａ，３７Ｂを介して蓄電装置４２および／または発電機３５に供給する。

第２のインバータ４０は、走行電動機３９に電気的に接続されている。第２のインバータ４０も、第１のインバータ３６と同様に、複数のスイッチング素子を用いて構成され、一対の直流母線３７Ａ，３７Ｂに接続されている。

走行電動機３９の駆動時（力行時）には、第２のインバータ４０は、直流母線３７Ａ，３７Ｂの直流電力から三相交流電力を生成し、この三相交流電力を走行電動機３９に供給する。一方、走行電動機３９の発電時（回生時）には、第２のインバータ４０は、走行電動機３９からの交流電力を直流電力に変換して直流母線３７Ａ，３７Ｂに供給する。このとき、走行電動機３９の制御装置となる走行電動機制御装置４１は、ハイブリッド制御装置４５からの指令信号に基づいて、第２のインバータ４０の各スイッチング素子のオン（閉）／オフ（開）を制御（スイッチング制御）することにより、走行電動機３９の出力を制御する。

蓄電装置４２は、発電機３５および走行電動機３９との間で電力の充放電を行うものである。蓄電装置４２は、例えばキャパシタによって構成され、後述のコンバータ４３を介して直流母線３７Ａ，３７Ｂに接続されている。ここで、蓄電装置４２は、発電機３５の発電時には発電機３５から供給される電力を充電し、発電機３５のアシスト駆動時には発電機３５に向けて駆動電力を供給する。また、蓄電装置４２は、走行電動機３９の回生時には走行電動機３９から供給される回生電力を充電し、走行電動機３９の力行時には走行電動機３９に向けて駆動電力を供給する。

このように、蓄電装置４２は、発電機３５によって発電された電力を蓄電することに加え、ホイールローダ１の制動時に走行電動機３９が発生した回生電力を吸収し、直流母線３７Ａ，３７Ｂの電圧を一定に保つ。これにより、蓄電装置４２は、ホイールローダ１の走行時における急発進や急停止によって走行電動機３９が急峻な電力変動を生じたときに、この電力変動を吸収することにより、走行電動機３９に一定の電圧を供給する機能を有している。なお、蓄電装置４２は、リチウムイオン電池等の充電池によって構成してもよい。

コンバータ（チョッパ）４３は、ＩＧＢＴ等からなる複数のスイッチング素子とリアクトルを用いて構成され、各スイッチング素子のオン（閉）／オフ（開）は、蓄電装置制御装置４４によって制御される。コンバータ４３は、蓄電装置４２の充電時には、直流母線３７Ａ，３７Ｂ間の直流電圧を降圧して蓄電装置４２に供給する。また、コンバータ４３は、蓄電装置４２を用いて発電機３５、走行電動機３９を駆動するときには、蓄電装置４２から出力される直流電圧を昇圧して第１，第２のインバータ３６，４０に供給する。蓄電装置４２の作動は蓄電装置制御装置４４によって制御され、蓄電装置制御装置４４は、ハイブリッド制御装置４５からの指令信号に基づいて、蓄電装置４２の出力（充放電）を制御する。

ハイブリッド制御装置４５は、例えばマイクロコンピュータによって構成され、エンジン制御装置２６、油圧ポンプ制御装置３３、発電機制御装置３８、走行電動機制御装置４１、蓄電装置制御装置４４と接続されている。ハイブリッド制御装置４５は、これらの制御装置２６，３３，３８，４１，４４を統括的に制御するものである。この場合、ハイブリッド制御装置４５は、例えばＣＡＮ（Control Area Network）通信等を用いて各制御装置２６，３３，３８，４１，４４と接続されている。

ハイブリッド制御装置４５は、例えばアクセルペダル、ブレーキペダル（いずれも図示せず）に対する操作等に応じて各制御装置２６，３３，３８，４１，４４に対する指令信号を出力し、システム全体が最高の性能を発揮するように、エンジン２１、油圧ポンプ３１、発電機３５、走行電動機３９、蓄電装置４２の駆動制御、異常監視、エネルギ管理を行う構成となっている。

即ち、エンジン２１と発電機３５および油圧ポンプ３１は、その構成上、エンジン２１がパワー供給源、発電機３５および油圧ポンプ３１がパワー消費源とみなすことができる。エンジン２１は、発電機３５および油圧ポンプ３１の要求を満たす必要最低限のパワーで動作することで、パワーの無駄を省いた高効率のシステムを実現する。具体的には、本システムを統括的に制御するハイブリッド制御装置４５が、オペレータのアクセルやレバー操作を基に発電機３５および油圧ポンプ３１で必要とするパワーを演算すると共に、それを賄うために必要なエンジン２１のパワーをも演算する。演算された各パワーは、駆動指令として、それぞれ実際にエンジン２１を制御しているエンジン制御装置２６、発電機３５を制御している発電機制御装置３８、油圧ポンプ３１を制御している油圧ポンプ制御装置３３に送られる。このようにハイブリッド制御装置４５は、ステム全体のパワー収支を管理する構成となっている。

また、ハイブリッド制御装置４５は、排気ガス浄化装置２９のフィルタ２９Ａに粒子状物質が一定量捕集されると、該フィルタ２９Ａを再生すべく、エンジン制御装置２６にポスト噴射を行う旨の指令を出力する。これにより、排気ガスの温度を上昇させ、フィルタ２９Ａに捕集された粒子状物質を燃焼し除去する。この場合、フィルタ２９Ａに粒子状物質が一定量捕集されたか否かは、例えば、フィルタ２９Ａの差圧に基づいて判定することができる。即ち、排気ガスが流入する側となるフィルタ２９Ａの前側と流出側となるフィルタ２９Ａの後側の排気ガスの圧力を圧力センサで検出し、該圧力センサにより検出される圧力ないしその差圧から、現在の捕集量を算出することができる。また、粒子状物質の捕集量を、エンジン２１の回転数、燃料噴射量、排気ガスの温度等に基づいて算出することもできる。いずれの場合も、算出された捕集量から再生が必要か否か（所定量以上捕集されたか否か）を判定することができる。

ところで、エンジン２１から排出される粒子状物質（以下、ＰＭという）は、燃料の未燃焼成分（不完全燃焼成分）であるため、燃料に対する空気の割合である空燃比（＝空気／燃料）が低いとき（燃料と空気との混合気が理論空燃比よりも濃いリッチのとき）に、増大する傾向がある。換言すれば、例えば、標高の高い高地等、酸素濃度が低い環境でホイールローダ１を運転すると、ＰＭ排出量が増大する傾向となる。このため、高地等の酸素濃度が低くＰＭ排出量が増大し易い環境で運転すると、その増大分、再生の頻度が増える。これにより、ポスト噴射による燃料消費量が増大し、燃費が低下するおそれがある。

そこで、第１の実施の形態では、ハイブリッド制御装置４５は、エンジン２１から排出されるＰＭ排出量を外囲条件に基づいて予測（予想）する排出量予測手段（後述する図６のステップ２の処理）と、該排出量予測手段によって予測された予測排出量を参照して、そのまま作業（運転）を継続するとＰＭ排出量が増大すると判定される場合に、エンジン２１の運転を制限する運転制限手段（図６のステップ４の処理）とを備えている。このために、ハイブリッド制御装置４５は、フラッシュメモリ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ等からなる記憶部（図示せず）を有し、該記憶部には、後述の図３ないし図５に示すＰＭ排出量予測マップ、図６に示す処理プログラム、図７に示すエンジン回転数指令マップ等が格納（記憶）されている。

ここで、排出量予測手段は、標準環境（予め設定した基準環境）で運転を継続した場合のＰＭ排出量と比較して、現在の環境（現在の外囲条件）で運転を継続した場合のＰＭ排出量の増大の程度を予測するものである。具体的には、排出量予測手段は、空燃比の低下を検知することが必要であり、図３ないし図５に示すＰＭ排出量予測マップに基づいて排出量を予測することができる。即ち、ＰＭ排出量は、空燃比の低下に伴って増大する。そこで、図３に示すような空燃比とＰＭ予測排出量との関係に基づいて、ＰＭ排出量を予測することができる。この場合、空燃比は、例えば、エンジン２１の吸気系路に設けた空燃比計の検出値、吸気系路に設けたエアフロメータ（空気流量計）の検出値、燃料噴射装置２８の燃料噴射量（燃料流量）等に基づいて、直接的に求める、ないし、算出することができる。

ただし、このように直接的に求める（ないし算出する）空燃比は、ホイールローダ１の運転状況、作業状況に応じて変化する場合がある。例えば、エンジン２１に対する負荷が大きい作業を行っているときは、エンジン２１の出力を確保する面から空燃比が低くなる場合があり、作業を行っていないとき、軽負荷作業のときは、燃費を向上する面から空燃比が高くなる場合がある。このため、空燃比に基づいてＰＭ排出量を予測すると、その予測した排出量は、そのときの運転状況に応じて頻繁に変化する可能性がある。

そこで、第１の実施の形態では、エンジン２１の外囲条件のうち、運転状況に応じて頻繁に変化する可能性が低い条件、即ち、エンジン２１の周囲の酸素量または該酸素量に関連する状態量に基づいて、ＰＭ排出量を予測する。より具体的には、ハイブリッド制御装置４５は、ホイールローダ１が作業を行う作業現場の気圧と温度に基づいてＰＭ排出量を予測する。

即ち、ＰＭ排出量の増大を、吸入空気密度の低下（に基づく酸素量の低下）と考えると、気圧（大気圧）の低下に起因するものと捉えることができる。そこで、図４に示すような気圧とＰＭ予測排出量との関係（相関マップ）に基づいて、ＰＭ排出量を予測することができる。この場合、気圧は、ホイールローダ１に設けた気圧センサ２７により検出することができる。また、吸入空気密度の低下（に基づく酸素量の低下）を、吸入空気の温度の増大に起因するものと捉えることもできる。そこで、図５に示すような吸入空気温度（吸気温度）とＰＭ予測排出量との関係（相関マップ）に基づいて、ＰＭ排出量を予測することができる。この場合、吸気温度は、エンジン２１の吸気管２２に設けた温度センサ２５により検出することができる。

第１の実施の形態では、ハイブリッド制御装置４５は、気圧センサ２７により検出される気圧、および、温度センサ２５により検出される吸気温度から、図４および図５のＰＭ排出量予測マップに基づいて、ＰＭ排出量を予測する。これに加えて、ハイブリッド制御装置４５は、予測された排出量であるＰＭ予測排出量を参照して、エンジン２１の回転数を制御する。即ち、ハイブリッド制御装置４５は、エンジン２１を仕様範囲内で運転するために、エンジン回転数の上限値および下限値を、エンジン制御装置２６に対して指令している。そこで、ハイブリッド制御装置４５は、エンジン制御装置２６に対する指令値を、ＰＭ予測排出量に基づいて回転数を制限する制御を行う。具体的には、図７に示すＰＭ予測排出量とエンジン回転速度指令値との関係（指令マップ）に基づいて、エンジン２１を制御する。これにより、ハイブリッド制御装置４５は、ＰＭ予測排出量が予め定めた所定値を超えたとき、即ち、図７に示す排出量閾値よりもＰＭ予測排出量が大きくなると、エンジン２１の最低回転数（アイドル回転数）を高くする。

例えば、ＰＭ予測排出量がＰＭ１の場合は、エンジン回転数の上限値としてＮ１、下限値としてＮ２が選択され、エンジン２１は、この指令値の範囲内（Ｎ２以上Ｎ１以下）で動作（運転）することになる。一方、ＰＭ予測排出量が排出量閾値よりも大きくなると、例えば、ＰＭ予測排出量がＰＭ２に増大した場合は、エンジン回転数の下限値がＮ２よりも高回転側のＮ３に変更され、エンジン２１の最低回転数が高くなる。即ち、エンジン２１は、指令値Ｎ３以上Ｎ１以下の範囲で動作（運転）することになる。これにより、エンジン２１を吸入空気量の確保が見込める高回転域で動作させることが可能になり、そのまま運転する場合、即ち、指令値Ｎ２以上Ｎ１以下の範囲で運転を継続する場合と比較して、エンジン２１から排出されるＰＭの排出量の低減を図ることができる。

換言すれば、ＰＭ排出量が増大し易い環境で運転しても、ＰＭ排出量が増大することを抑制することができ、運転環境に拘わらず再生の頻度（ポスト噴射の頻度）を一定にすることができる。この結果、再生頻度の増大に伴う燃費の低下を抑制することができる。なお、ハイブリッド制御装置４５で行われるエンジン回転数の制限の制御処理に関しては、後で詳しく述べる。

第１の実施の形態によるハイブリッド式のホイールローダ１は、上述の如き構成を有するもので、以下、その動作について説明する。

まず、オペレータは、キャブ１６に搭乗して運転席に着座する。オペレータがアクセルペダル等（いずれも図示せず）を操作することにより、エンジン２１によって油圧ポンプ３１と発電機３５とが駆動される。これにより、発電機３５からの電力が直流母線３７Ａ，３７Ｂを介して走行電動機３９に供給され、走行電動機３９はプロペラ軸９を回転駆動する。プロペラ軸９の回転は、デファレンシャル機構８Ａを介して前車軸８に伝達されると共に、デファレンシャル機構１０Ａを介して後車軸１０に伝達され、ホイールローダ１は、左，右の前車輪２と左，右の後車輪４とが同時に回転する４輪駆動の状態で走行動作を行う。

ホイールローダ１の加速走行時には、走行電動機３９の動作状態が力行動作となり、走行電動機３９は、発電機３５からの電力によって回転駆動する電動機として作動する。一方、ホイールローダ１の制動時には、走行電動機３９の動作状態が回生動作となり、走行電動機３９はプロペラ軸９によって被回転駆動される発電機として作動し、走行電動機３９が発電した電力（回生電力）は、直流母線３７Ａ，３７Ｂを通じて蓄電装置４２に充電される。

このような走行時、エンジン２１の運転に伴って、排気管２３から有害物質であるＰＭが排出される。このときに排気ガス浄化装置２９は、フィルタ２９Ａによって排気ガス中に含まれるＰＭを捕集する。これにより、浄化した排気ガスを排気ガス浄化装置２９から外部に排出することができる。さらに、フィルタ２９ＡにＰＭが一定量捕集されると、再生装置の再生処理、即ち、燃料噴射装置２８によるポスト噴射によって燃焼し除去され、フィルタ２９Ａは再生される。

次に、ハイブリッド制御装置４５によるＰＭ予測排出量に基づくエンジン回転数の制限の制御処理について、図６の流れ図を用いて説明する。なお、図６の処理は、ハイブリッド制御装置４５に通電している間、即ち、ホイールローダ１を稼働している間、所定時間毎に（所定の制御周期で）繰り返し実行される。または、オペレータによるエンジンの始動操作、ゲートロックレバーの解除操作、パーキング装置（パーキングブレーキ）の解除操作の少なくともいずれかを条件に、即ち、これらの操作の少なくともいずれかをトリガーとして、短時間（例えば、１制御周期、ないし、運転環境の検出および判定を精度よく行うために必要な制御周期分）実行し、そのときのエンジン回転数制限を次の操作があるまで継続する構成としてもよい。

アクセサリＯＮ、または、エンジン２１の始動（イグニッションＯＮ）等により、図６の処理動作がスタートすると、ステップ１では、気圧および吸気温度を読み込む。この場合、気圧センサ２７により気圧を検出し、温度センサ２５により吸気温度を検出する。

続くステップ２では、気圧および吸気温度に基づいて、ＰＭ排出量を予測する。即ち、図４および図５に示すＰＭ排出量予測マップに基づいて、そのときの気圧および吸気温度に対応するＰＭ予測排出量を求める。

続くステップ３では、ＰＭ予測排出量が排出量閾値よりも大きいか否かを判定する。即ち、ＰＭ予測排出量が図７に示す排出量閾値よりも大きいか否かを判定する。ステップ３で、「ＮＯ」、即ち、ＰＭ予測排出量が排出量閾値以下であると判定された場合は、リターンを介してスタートに戻り、ステップ１以降の処理を繰り返す。この場合は、ハイブリッド制御装置４５は、エンジン制御装置２６に対し、図７のエンジン回転数指令マップに基づいて、回転数の範囲がＮ２以上Ｎ１以下で運転する旨の指令を出力する。即ち、最低回転数（アイドル回転数）を高くする制限制御は行わない。

一方、ステップ３で、「ＹＥＳ」、即ち、ＰＭ予測排出量が排出量閾値を超えたと判定された場合は、ステップ４に進み、図７のエンジン回転数指令マップに基づいて最低回転数（アイドル回転数）を高くする制限制御を行う。例えば、ＰＭ予測排出量が図７のＰＭ２であれば、ハイブリッド制御装置４５は、エンジン制御装置２６に対し、図７のエンジン回転数指令マップに基づいて、回転数の範囲がＮ３以上Ｎ１以下で運転する旨の指令を出力する。そして、リターンを介してスタートに戻り、ステップ１以降の処理を繰り返す。これにより、エンジン２１を吸入空気量の確保が見込める高回転域で運転することができ、ＰＭ排出量が増大し易い低圧の環境、高温の環境で運転しても、再生の頻度（ポスト噴射の頻度）を通常の環境（基準環境、例えば、標準気圧：１気圧、標準温度：２５℃）で運転を継続した場合と同程度にすることができる。

かくして、第１の実施の形態によれば、ハイブリッド制御装置４５は、ステップ２の処理により、燃料の未燃焼成分であるＰＭ排出量の予測を、該排出量の増減に関連する外囲条件、具体的には、吸入空気の酸素量に関連する気圧と温度とに基づいて行う。そして、予測排出量が大きくなる（多くなる）と、ステップ４の処理により、エンジン２１の運転を制限する。具体的には、エンジン２１の最低回転数（アイドル回転数）を高くすることにより、吸入空気量が増大する高回転域で運転し、エンジン２１から排出されるＰＭ排出量を低減する。

これにより、ＰＭ排出量が増大し易い環境で運転しても、ＰＭ排出量が増大することを抑制できる。換言すれば、ＰＭ排出量が増大し易い環境で運転しているか否かに拘わらず（増大し易い環境であってもなくても）、再生の頻度を一定にすることができる。これにより、再生頻度の増大に伴う燃費の低下を抑制することができる。この場合に、最低回転数を高くすることに伴う燃料消費量の変化は、エンジン２１の出力を一定として考えると、例えば、回転数を高くする分トルクを低くする（低回転高トルクから高回転低トルクで運転する）ことにより抑制できる（燃料消費量の増大を抑制できる）。

第１の実施の形態によれば、ＰＭ排出量の予測を、外囲条件のうち、エンジン２１の周囲（ホイールローダ１の周囲）の環境の状態量、具体的には、酸素量に関連する状態量である気圧と温度に基づいて行う。これら気圧と温度は、例えば空燃比と比較して、そのときの運転状況に応じて頻繁に変化する可能性が低い条件（状態量）となる。このため、ＰＭ排出量を、そのときの気圧と温度の環境で今後も運転を継続した場合の予測値として求めることができる。これにより、ＰＭ排出量の予測を安定して行うことができる。

なお、上述した第１の実施の形態では、図６のステップ２の処理が本発明の構成要件である排出量予測手段の具体例を示し、図６のステップ４の処理が、本発明の構成要件である運転制限手段の具体例を示している。

次に、図８ないし図１１は本発明の第２の実施の形態を示している。第２の実施の形態の特徴は、排出量予測手段による予測排出量が予め定めた所定値を超えたとき、発電機の出力および油圧ポンプの出力を小さくする構成としたことにある。なお、第２の実施の形態では、上述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一符号を付し、その説明を省略するものとする。

第２の実施の形態のハイブリッド制御装置４５は、予測されたＰＭ排出量であるＰＭ予測排出量を参照して、発電機３５の出力および油圧ポンプ３１の出力を制限する制御を行う。具体的には、図９に示すＰＭ予測排出量と発電機３５および油圧ポンプ３１の出力量との関係（指令マップ）に基づいて、発電機３５および油圧ポンプ３１を制御する。これにより、ハイブリッド制御装置４５は、ＰＭ予測排出量が予め定めた所定値を超えたとき、即ち、図９に示す排出量閾値よりもＰＭ予測排出量が大きくなると、発電機３５の出力および油圧ポンプ３１の出力を小さくする。

例えば、ＰＭ予測排出量がＰＭ３の場合は、出力量は１００％となり、発電機３５および油圧ポンプ３１は出力制限を受けない。一方、ＰＭ予測排出量が排出量閾値よりも大きくなると、例えば、ＰＭ予測排出量がＰＭ４に増大した場合は、発電機３５および油圧ポンプ３１の出力は、５０％に制限される。これにより、エンジン２１の負荷を小さく（低減）することができ、そのまま運転する場合、即ち、１００％の出力で運転を継続する場合と比較して、エンジン２１から排出されるＰＭの排出量の低減を図ることができる。

この場合、図１０および図１１に示すように、ハイブリッド制御装置４５は、発電機３５（および油圧ポンプ３１）の出力の制限を、発電機トルク指令値（および油圧ポンプトルク指令値）の変化率を制限することにより行う。なお、図１０では、発電機３５の制御のみを示しているが、油圧ポンプ３１についても同様である。

ハイブリッド制御装置４５は、各種センサから検出される状態量、オペレータの操作量等に基づいて、発電機トルク指令演算部（油圧ポンプトルク指令演算部）４５Ａにより、発電機制御装置３８（油圧ポンプ制御装置３３）に対する発電機トルク指令値（油圧ポンプ指令値）を算出する。レートリミット部４５Ｂは、ＰＭ予測排出量が予め定めた所定値を超えると、図９に示す出力量の割合に基づいて、算出された発電機トルク指令値（油圧ポンプ指令値）の変化率を制限する。

具体的には、図１１に示すように、二点鎖線で示す特性線５１を発電機トルク指令演算部（油圧ポンプトルク指令演算部）４５Ａで算出された発電機トルク指令値（油圧ポンプ指令値）とした場合に、レートリミット部４５Ｂでは、実線で示す特性線５２のように、発電機トルク指令値（油圧ポンプ指令値）の変化率を小さくする（変化を穏やかにする）。これにより、ハイブリッド制御装置４５からは、発電機制御装置３８（油圧ポンプ制御装置３３）に対し、変化率が制限された発電機トルク指令値（油圧ポンプ指令値）が出力され、発電機３５（および油圧ポンプ３１）の出力が制限される。

次に、ハイブリッド制御装置４５によるＰＭ予測排出量に基づく発電機出力制限およびポンプ出力制限の制御処理について、図８の流れ図を用いて説明する。

図８の処理動作がスタートすると、ステップ１１では、上述した第１の実施の形態の図６のステップ１と同様に、気圧および吸気温度を読み込む。続くステップ１２では、上述した第１の実施の形態の図６のステップ２と同様に、気圧および吸気温度に基づいて、ＰＭ排出量を予測する。

続くステップ１３では、ＰＭ予測排出量が図９に示す排出量閾値よりも大きいか否かを判定する。ステップ１３で、「ＮＯ」、即ち、ＰＭ予測排出量が排出量閾値以下であると判定された場合は、リターンを介してスタートに戻り、ステップ１１以降の処理を繰り返す。この場合は、ハイブリッド制御装置４５は、発電機制御装置３８および油圧ポンプ制御装置３３に対し、図９の出力指令マップに基づいて、１００％の出力で運転する旨の指令を出力する。即ち、ハイブリッド制御装置４５は、発電機３５の出力および油圧ポンプ３１の出力を制限する制御を行わない。

一方、ステップ１３で、「ＹＥＳ」、即ち、ＰＭ予測排出量が排出量閾値を超えたと判定された場合は、ステップ１４に進み、図９の出力指令マップに基づいて、発電機３５および油圧ポンプ３１の出力を小さくする制限制御を行う。例えば、ＰＭ予測排出量が図９のＰＭ４であれば、ハイブリッド制御装置４５は、発電機制御装置３８および油圧ポンプ制御装置３３に対し、図９の出力指令マップに基づいて、５０％の出力で運転する旨の指令を出力する。この場合、図１０および図１１に示すように、ハイブリッド制御装置４５は、レートリミット部４５Ｂの処理により、特性線５１と比較して変化率が小さくなった特性線５２の発電機トルク指令値（油圧ポンプ指令値）を出力する。そして、リターンを介してスタートに戻り、ステップ１１以降の処理を繰り返す。なお、ステップ１４の処理により発電機３５および油圧ポンプ３１の出力を制限している（小さくしている）ときは、例えば、その旨を、モニタに表示する、注意ランプを点灯する、アラームを発する等によりオペレータに知らせる。

第２の実施の形態は、上述の如きステップ１４により、発電機３５および油圧ポンプ３１の出力を小さくするもので、その基本的作用については、上述した第１の実施の形態によるものと格別差異はない。特に、第２の実施の形態によれば、ＰＭ排出量が増大し易い環境では、発電機３５および油圧ポンプ３１の出力を小さくし、エンジン２１に対する負荷を小さく（軽減）する。これにより、ＰＭ排出量が増大し易い環境で運転しても、エンジン２１から排出されるＰＭ排出量が増大することを抑制でき、再生頻度の増大に伴う燃費の低下を抑制することができる。

なお、上述した第２の実施の形態では、図８のステップ１２の処理が本発明の構成要件である排出量予測手段の具体例を示し、図８のステップ１４の処理が、本発明の構成要件である運転制限手段の具体例を示している。

また、上述した第２の実施の形態では、ハイブリッド制御装置４５は、発電機３５（および油圧ポンプ３１）の出力の制限を、発電機トルク指令値（および油圧ポンプトルク指令値）の変化率を制限することにより行う構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、図１２および図１３に示すように、発電機３５（および油圧ポンプ３１）の出力の制限を、発電機トルク指令値（および油圧ポンプトルク指令値）の範囲（最大値）を制限することにより行う構成としてもよい。

即ち、図１２に示すように、発電機トルク指令値（油圧ポンプ指令値）に対し、乗算器（乗算部）４５Ｃによって、図９に示す出力量の割合に応じたゲイン（０〜１）を乗じる。例えば、出力量が５０％であればゲイン０．５を乗じる。これにより、発電機３５（および油圧ポンプ３１）の出力を制限する。この場合には、図１３に示すように、二点鎖線で示す特性線６１を発電機トルク指令演算部（油圧ポンプトルク指令演算部）４５Ａから出力された発電機トルク指令値（油圧ポンプ指令値）とした場合に、そのときの出力量の割合に応じたゲインが乗算器４５Ｃで乗じられることにより、実線で示す特性線６１のように、発電機トルク指令値（油圧ポンプ指令値）を小さくすることができる。

次に、図１４は本発明の第３の実施の形態を示している。第３の実施の形態の特徴は、排出量予測手段による予測排出量が予め定めた所定値を超えたとき、エンジンの最低回転数を高くし、かつ、発電機の出力および油圧ポンプの出力を小さくする構成としたことにある。なお、第２の実施の形態では、上述した第１の実施の形態および第２の実施の形態と同一の構成要素に同一符号を付し、その説明を省略するものとする。

図１４の処理動作がスタートすると、ステップ２１からステップ２４は、上述した第１の実施の形態の図６のステップ１からステップ４と同様の処理を行う。この場合、ステップ２４では、第１の実施の形態の図６のステップ４と同様に、エンジン２１の最低回転数（アイドル回転数）を高くする制限制御を行う。さらに、第３の実施の形態では、ステップ２４に続くステップ２５で、上述した第２の実施の形態の図８のステップ１４と同様に、発電機３５および油圧ポンプ３１の出力を小さくする制限制御を行う。

第３の実施の形態は、上述の如きステップ２４およびステップ２５により、エンジン２１と発電機３５と油圧ポンプ３１との運転を制限するもので、その基本的作用については、上述した第１の実施の形態および第２の実施の形態によるものと格別差異はない。特に、第３の実施の形態によれば、発電機３５および油圧ポンプ３１の出力を小さくすることと、エンジン２１の最低回転数を高くすることとの両面から、ＰＭ排出量が増大することを抑制できる。これにより、ＰＭ排出量が増大し易い環境で運転しても、発電機３５および油圧ポンプ３１の出力を小さくする程度を抑制することができ、ホイールローダ１の性能、作業効率を確保することができる。

なお、上述した第３の実施の形態では、図１４のステップ２２の処理が本発明の構成要件である排出量予測手段の具体例を示し、図１４のステップ２４およびステップ２５の処理が、本発明の構成要件である運転制限手段の具体例を示している。

上述した各実施の形態では、温度センサ２５と気圧センサ２７とをエンジン制御装置２６に接続した場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えば、温度センサおよび／または気圧センサを、例えば、ハイブリッド制御装置、油圧ポンプ制御装置、発電機制御装置、走行電動機制御装置、蓄電装置制御装置等、エンジン制御装置以外の制御装置に接続する構成としてもよい。

上述した各実施の形態では、ＰＭ排出量の予測、エンジン２１、発電機３５、油圧ポンプ３１の運転制限を行うか否かの判定、運転制限指令の出力等を、ハイブリッド制御装置４５で行う構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、ＰＭ排出量の予測、運転制限を行うか否かの判定、指令の出力等を、例えば、エンジン制御装置、油圧ポンプ制御装置、発電機制御装置、走行電動機制御装置、蓄電装置制御装置等、ハイブリッド制御装置以外の制御装置で行う構成としてもよい。

上述した各実施の形態では、気圧と温度とに基づいてＰＭ排出量の予測を行う構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えば、気圧と温度とのうちのいずれか一方に基づいてＰＭ排出量の予測を行う構成としてもよい。また、気圧、温度に限らず、例えば、酸素量（酸素濃度、酸素密度）に基づいてＰＭ排出量の予測を行う構成としてもよい。この場合、酸素量は、例えば、エンジンの吸気系路に設けたＯ_２センサ（酸素センサ）の検出値を用いることができる。

また、酸素量に関連する状態量として、気圧、温度の他、例えば、標高（位置情報）に基づいて、ＰＭ排出量の予測を行う構成としてもよい。この場合、標高（位置情報）は、標高センサ（高度センサ）の検出値やＧＰＳ信号を用いることができる。さらに、空燃比に基づいてＰＭ排出量の予測を行う構成としてもよい。この場合、空燃比は、エンジンの吸気系路に設けた空燃比計の検出値、吸気系路に設けたエアフロメータ（空気流量計）の検出値、燃料噴射量（燃料流量）を用いることができる。いずれにしても、ＰＭ排出量の予測は、標準環境（予め設定した基準環境）で運転しているときと比較してＰＭ排出量の増大を検知できる各種の状態量（の１または複数）を用いることができる。

上述した第２の実施の形態、第３の実施の形態では、出力の制限として、発電機３５と油圧ポンプ３１の両方の出力を制限する構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えば、発電機と油圧ポンプのうちのいずれか一方の出力を制限する構成としてもよい。

上述した各実施の形態では、図６、図８、図１４に示す制御処理を、ハイブリッド制御装置４５に通電している間、即ち、ホイールローダ１を稼働している間、所定時間毎に（所定の制御周期で）繰り返し実行する構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えば、オペレータによるエンジンの始動操作、ゲートロックレバーの解除操作、パーキング装置（パーキングブレーキ）の解除操作の少なくともいずれかを条件に、即ち、これらの操作の少なくともいずれかをトリガーとして、短時間（例えば、１制御周期、ないし、運転環境の検出および判定を精度よく行うために必要な制御周期分）実行し、そのときの運転制限を次の操作があるまで継続する構成としてもよい。

上述した各実施の形態では、左，右の前車輪２と左，右の後車輪４に動力を伝達するプロペラ軸９を駆動するため、１個の走行電動機３９を備えた場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えば、前車輪を駆動する１個の走行電動機と、後車輪を駆動する他の１個の走行電動機との合計２個の走行電動機を備える構成としてもよい。さらに、左，右の前車輪をそれぞれ独立に駆動する２個の走行電動機と、左，右の後車輪をそれぞれ独立に駆動する他の２個との合計４個の走行電動機を備える構成としてもよい。

上述した各実施の形態では、排気ガス浄化装置２９を、フィルタ２９Ａを有する構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えば、酸化触媒とフィルタとを有する構成、酸化触媒とフィルタと尿素噴射弁と選択還元触媒装置とを有する構成等、フィルタに加えて、酸化触媒、尿素噴射弁、選択還元触媒装置等を組合せて用いる構成としてもよい。

上述した実施の形態では、電動機として車輪を駆動するための走行用電動機３９を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えば、旋回体を駆動するための旋回用の電動機等、走行以外の用途に用いる電動機に適用してもよい。

上述した実施の形態では、ホイールローダを例に挙げて説明したが、本発明はこれに限るものではなく、例えば油圧ショベル、フォークリフト、ダンプトラック等、ホイールローダ以外の他のハイブリッド作業機械にも広く適用することができるものである。

１ ホイールローダ（ハイブリッド作業機械）
３ 前部車体（車体）
５ 後部車体（車体）
２１ エンジン
２５ 温度センサ
２６ エンジン制御装置（制御装置）
２７ 気圧センサ
２８ 燃料噴射装置（再生装置）
２９ 排気ガス浄化装置
２９Ａ フィルタ
３１ 油圧ポンプ
３３ 油圧ポンプ制御装置（制御装置）
３５ 発電機
３８ 発電機制御装置（制御装置）
３９ 走行電動機（電動機）
４１ 走行電動機制御装置（制御装置）
４２ 蓄電装置
４４ 蓄電装置制御装置（制御装置）
４５ ハイブリッド制御装置（制御装置）

Claims (2)

1. 内燃機関であるエンジンと、該エンジンから排出される排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタを有し前記エンジンの排気側に設けられた排気ガス浄化装置と、該排気ガス浄化装置のフィルタに捕集された粒子状物質を燃焼させることにより該フィルタの再生を行う再生装置と、前記エンジンにより駆動され発電を行う発電機と、該発電機により発電された電力によって駆動される電動機と、前記エンジンにより駆動され圧油を吐出する油圧ポンプと、前記エンジン、再生装置、発電機、油圧ポンプを制御する制御装置とを備えてなるハイブリッド作業機械において、
   前記制御装置は、前記エンジンから排出される粒子状物質の排出量を外囲条件に基づいて予測する排出量予測手段と、
   該排出量予測手段によって予測された予測排出量を参照して、前記エンジンと発電機と油圧ポンプとのうちの少なくとも何れかの運転を制限する運転制限手段とを備え、
   前記運転制限手段は、前記排出量予測手段による予測排出量が予め定めた所定値を超えたとき、前記エンジンの最低回転数を高くする構成としたことを特徴とするハイブリッド作業機械。
2. 内燃機関であるエンジンと、該エンジンから排出される排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタを有し前記エンジンの排気側に設けられた排気ガス浄化装置と、該排気ガス浄化装置のフィルタに捕集された粒子状物質を燃焼させることにより該フィルタの再生を行う再生装置と、前記エンジンにより駆動され発電を行う発電機と、該発電機により発電された電力によって駆動される電動機と、前記エンジンにより駆動され圧油を吐出する油圧ポンプと、前記エンジン、再生装置、発電機、油圧ポンプを制御する制御装置とを備えてなるハイブリッド作業機械において、
   前記制御装置は、前記エンジンから排出される粒子状物質の排出量を外囲条件に基づいて予測する排出量予測手段と、
   該排出量予測手段によって予測された予測排出量を参照して、前記エンジンと発電機と油圧ポンプとのうちの少なくとも何れかの運転を制限する運転制限手段とを備え、
   前記運転制限手段は、前記排出量予測手段による予測排出量が予め定めた所定値を超えたとき、前記エンジンの最低回転数を高くし、かつ、前記発電機と油圧ポンプとのうちの少なくとも一方の出力を小さくする構成としたことを特徴とするハイブリッド作業機械。

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