JP6305869B2 - 建設機械用エンジン制御装置 - Google Patents

Description

本発明はエンジンで油圧ポンプを駆動する建設機械のエンジン制御装置に関する。

建設機械である油圧ショベルは、一般に、内燃機関であるエンジン（主にディーゼルエンジン）を駆動源とする油圧ポンプによって圧油を生成し、圧油によって走行モータや旋回モータ、油圧シリンダ等の油圧アクチュエータを駆動することで、油圧ショベルにおける所望の動作（走行動作、旋回動作、掘削動作など）を行う。

エンジンは油圧ショベルにおける油圧ポンプ駆動の原動力であるが、油圧ショベルのエンジンはその作業の性質上トラック等の車両のエンジンと比較して高負荷運転で利用され、しかも高負荷運転の頻度が高い。

例えば、特開２０１０−１２１３７３号公報には、油圧ショベルのエンジン負荷の低減を図った技術が開示されている。当該文献では、ポンプの動力源としてエンジンの他にアシストモータを追加し（所謂ハイブリッド動力構成とし）、要求される油圧ポンプ動力負荷を直流成分と交流成分に分離し、直流成分をエンジンに、交流成分をモータに負担させることで、エンジンへの急激な負荷変動を抑制し、エンジンへの負担を緩和するものである。

特開２０１０−１２１３７３号公報

油圧ショベルとトラック等の車両とでは、エンジンの利用形態が全く異なり、その結果、必然的にエンジンの設計思想も異なってくる。そのため、仮に上記文献の技術を適用したとしても、車両用のエンジンに特段の仕様変更を加えずに油圧ショベルのエンジンとして流用することは難しい。そこで、通常は、（１）油圧ショベル専用に高負荷運転を前提にしたエンジンを設計するか、または（２）車両用エンジンに高負荷運転に耐え得るような仕様変更を加えてエンジン各部を強化する必要がある。

そのため、油圧ショベルのエンジン製造に関して、上記（２）の方法を用いることなく、車両用のエンジンに特段の仕様変更を加えずに油圧ショベルのエンジンとして流用することが可能となれば、油圧ショベルをはじめとする建設機械の製造コストを大幅に削減する１つの手段たり得る。

この点に関連して、上記文献の方式では、過渡的なエンジン負荷は低減できるものの、定常的なエンジン負荷の低減については考慮されていない。つまり、当該文献の技術は、従来と同様に油圧ショベルにおける高負荷運転の継続（定常的なエンジン負荷）を許容するものであり、その頻度や継続時間を低減することに関しては考慮されていない。したがって、油圧ショベルのエンジンとして車両用のエンジンを流用可能にする程度まではエンジン負荷は低減できず、依然として上記（１）または（２）の方法で油圧ショベル用のエンジンを用意する必要がある。つまり、エンジン開発に多大な工数および費用が掛かるという問題は依然として解決できない。

本発明の目的は、建設機械のエンジンよりも低負荷で常用され、量産体制が確立された価格の低廉なエンジン（例えば、車両用エンジン）を、特段の仕様変更を加えることなく建設機械で利用可能にすることにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る建設機械用エンジン制御装置は、油圧ポンプを駆動するエンジンと、当該エンジンの負荷に関連するパラメータの時間変化の傾向を示すエンジン負荷指標値を演算する負荷指標演算部と、前記エンジンの出力を調整する出力調整部とを備え、前記エンジンの回転数および負荷によって規定される前記エンジンの運転領域には、無負荷から全負荷までの領域からなる第１運転領域と、当該第１運転領域内に含まれ当該第１運転領域より狭い第２運転領域とが設定されており、前記出力調整部は、前記エンジン負荷指標値が前記第２運転領域内に収まるように、前記エンジンの出力を調整することを特徴とする。

本発明によれば、エンジンが高負荷運転される頻度および時間を低減できるので、建設機械のエンジンよりも低負荷で常用されるエンジンを、特段の仕様変更を加えることなく建設機械で利用することが可能となり、建設機械の製造コストを削減できる。

油圧ショベルの外観を示す図（第１実施形態）。 油圧ショベルのシステム構成を示す図（第１実施形態）。 エンジン周辺のシステム構成を示す図（第１実施形態）。 エンジン負荷制御に関する基本な考え方を示す図（第１実施形態）。 エンジン負荷制御におけるエンジン負荷率基準値設定に関する考え方を示す図（第１実施形態）。 エンジン負荷制御非実施時のタイムチャートを示す図。 エンジン負荷制御実施時のタイムチャートを示す図（第１実施形態）。 エンジン周辺の制御ロジック構成を示す図（第１実施形態）。 エンジン負荷制御に関する制御フローチャートを示す図（第１実施形態）。 油圧ショベルのシステム構成を示す図（第１実施形態）。 エンジン周辺のシステム構成を示す図（第１実施形態）。 エンジン負荷制御非実施時のタイムチャートを示す図。 エンジン負荷制御実施時のタイムチャートを示す図（第１実施形態）。 エンジン周辺の制御ロジック構成を示す図（第１実施形態）。 エンジン負荷制御に関する制御フローチャートを示す図（第１実施形態）。 車両用エンジンと油圧ショベル用エンジンの負荷率分布の違いを示す図。

本発明の実施の形態を説明する前に、まず、本発明の実施の形態に係るエンジン制御装置および建設機械に含まれる主な特徴について説明する。

（１）後述する本実施の形態に係る建設機械用エンジン制御装置は、油圧ポンプを駆動するエンジンと、当該エンジンの負荷に関連するパラメータの時間変化の傾向を示すエンジン負荷指標値を演算する負荷指標演算部（例えば、後述のエンジン負荷率移動平均値演算部５０４）と、前記エンジンの出力を調整する出力調整部（例えば、後述のエンジンコントロールユニット１０３）とを備え、前記エンジンの回転数および負荷によって規定される前記エンジンの運転領域には、無負荷から全負荷までの領域からなる第１運転領域と、当該第１運転領域内に含まれ当該第１運転領域より狭い第２運転領域とが設定されており、前記出力調整部は、前記エンジン負荷指標値が前記第２運転領域内に収まるように、前記エンジンの出力を調整することを特徴とする。

建設機械に搭載されるエンジンの調達方法の１つには、建設機械以外の機械（例えば、トラックを含む車両）への搭載を前提としたエンジンであって、量産体制が確立されて価格の低廉なエンジンに対して、建設機械での頻繁な高負荷運転にも耐え得るような仕様変更（エンジン強化）を加えた後に建設機械に搭載する方法がある。この方法に利用されるエンジンとしては、例えば、トラック等の車両用のエンジンがあるが、この種の車両におけるエンジン負荷率（或る回転数（図１６中のＮ）での最大エンジントルク（全負荷）に対する実際のトルク（同図中のＴ）の割合）の分布は、図１６に示すように最大トルク（全負荷）から比較的離れた下方の領域に集中する。これに対して、油圧ショベル（建設機械）におけるエンジン負荷率の分布は、図１６に示すように最大トルクの近傍に集中する頻度が多く、車両で利用する場合と比較して高負荷頻度が高くエンジンに作用するストレスが大きい。そのため、上記方法のように車両用のエンジンをベースに油圧ショベルの開発を進める場合には、当該車両用エンジンに対して耐高負荷性能を付加する各種施策が必要であり、それ故に開発期間の長期化とコストの増加に繋がるという課題があった。

この種の課題に対して、上記のように、前記第１運転領域と前記第２運転領域を前記エンジンの運転領域として設定し、前記エンジンの負荷に関連するパラメータの時間変化の傾向を示す前記エンジン負荷指標値が前記第２運転領域内に収まるように前記エンジンの出力を調整する構成を建設機械用エンジン制御装置に採用すると、定常的なエンジン負荷は前記第１運転領域より狭い前記第２運転領域の輪郭線上およびその内側に制限されるので、全負荷に近い状態でエンジンが頻繁に利用される事態を回避できる。したがって、主として全負荷未満の所定の範囲の負荷での利用を前提に設計されたエンジンを建設機械に搭載しても、当該エンジンの運転領域を前記第２運転領域以内に限定することで、当該エンジンが当該所定の範囲を逸脱した高負荷で継続利用されることが回避されるので、当該エンジンの建設機械への流用が容易となり、建設機械用エンジンの製造コスト、ひいては建設機械の製造コストを大幅に削減できる。

本発明において、前記エンジンの負荷に関連するパラメータの時間変化の傾向を示す前記エンジン負荷指標値を制御に利用する主な趣旨は、エンジン負荷の瞬間的な変動（ミクロな変動）を捨象する一方で、エンジン負荷のマクロな変動に着目してエンジン負荷変化の傾向を把握するためである。このように前記パラメータの時間変化そのものではなく当該パラメータの時間変化の“傾向”を出力調整の判断基準にすると、エンジン負荷が瞬間的に前記第２運転領域の上限値を超えるような使い方は許容されるので、仕事量や操作性が顕著に低下することが抑制できる。

上記（１）における前記エンジン負荷指標値には、前記エンジンを無負荷から全負荷未満の所定の範囲で継続的に使用するために定めた前記第２運転領域の上限値である基準値（例えば、後述のエンジン負荷率基準値（トラック常用負荷率上限値））が設定されており、前記基準値は全負荷未満の値とすることが好ましい。これにより、主として全負荷未満の所定の範囲の負荷での利用（例えば前記第２運転領域での利用）を前提に設計されたエンジンを建設機械に搭載しても、当該エンジンの運転領域を前記第２運転領域以内に限定することで、当該エンジンが当該所定の範囲を逸脱した高負荷で継続利用されることが回避される。

上記（１）における前記エンジン負荷指標値の具体例としては、前記エンジンの負荷に関連するパラメータの時系列を累積した値を前記エンジン負荷指標値として利用するものがある。この場合の前記基準値としては、前記エンジンが前記所定の範囲における上限値で継続的に利用された場合の前記エンジン負荷指標値の累積値を参考にしつつ、時間増加に比例して増加する値（例えば当該値を時間増加とともに単調増加する時間の関数で定義する）となるように前記基準値を設定する方法がある。この場合、前記パラメータの時系列の累積値である前記エンジン負荷指標値が前記基準値以下に保持されるようにエンジン出力が調整される。

また、上記（１）における前記エンジン負荷指標値の他の具体例としては、前記エンジンの負荷に関連するパラメータの時系列に平滑化処理を施して得られる数値を前記エンジン負荷指標値として利用するものがある。この場合の前記基準値としては、前記エンジンが全負荷のときにおける前記パラメータの値未満の値を前記基準値として設定する方法がある。このように、平滑化処理を経て得られるエンジン負荷指標値が前記基準値以下に保持されるように前記エンジンの出力を調整する構成を建設機械用エンジン制御装置に採用すると、平滑化処理とエンジン出力調整の機能により、エンジン負荷が瞬間的に基準値を超えて増加することは許容されるものの、定常的なエンジン負荷は基準値以下（つまり全負荷の値未満）に制限されるので、全負荷に近い状態でエンジンが頻繁に利用される事態が発生することを回避できる（この場合については後述する各実施の形態で詳細に説明する）。

なお、平滑処理時に利用する時定数としては、エンジン負荷変動に伴うエンジン温度の応答性を考慮して、例えば、エンジン本体の熱時定数を利用することができる。また、平滑化処理の具体例としては、例えば、移動平均（例えば、単純移動平均、加重移動平均、累積移動平均）や、フィルタ処理（例えば、ローパスフィルタ処理）がある。

（２）上記（１）における「基準値」は、建設機械に搭載するエンジンの仕様に合わせて設定することが好ましく、当該エンジンが常用される負荷範囲（常用域）が概ね決まっている場合には当該負荷範囲の上限値に前記基準値を設定することが好ましい。このように前記基準値を設定すれば、常用される負荷範囲を逸脱してエンジンが利用されることが無くなるので、当該エンジンが建設機械での使用を前提としない思想の下で設計・製造されていたとしても、建設機械への流用が容易になる。なお、エンジンの常用域が概ね決まっているものとしては、トラック等をはじめとする車両がある。ただし、エンジンの常用域が決まっている場合でも、当該常用域の上限値未満の値であれば、その値を前記基準値として設定しても良い。

また、上記における「基準値」は、エンジン回転数に関わらず一定の値としても良いし、エンジン回転数ごとに変化させても良い。後者の場合の具体例としては、回転数ごとの最大エンジントルクを基準値設定の基準として、各回転数における最大エンジントルクの何割（例えば、７割）に対応するトルクを基準値として設定するものがある。図１６の上段のように最大トルクが「上に凸」の曲線を描くときには、基準値は、当該最大トルクが描く曲線の下方に位置する上に凸の曲線を描くことになる。

（３）上記（１）における「前記エンジンの負荷に関連するパラメータ」としては、例えば、エンジントルク、エンジン回転数、エンジン吸気圧、エンジン筒内圧、燃料噴射量、ターボチャージャーにおけるタービン回転数、または、前記油圧ポンプの要求トルク等を含む、エンジン状態を示す種々のパラメータ（エンジン状態パラメータ）がある。これらパラメータの２つ以上を前記パラメータとして利用しても良いし、エンジン負荷を直接的または間接的に判断可能なパラメータであれば、他のものでも構わない。

上記（１）における「前記エンジンの負荷に関連するパラメータ」の他の具体例としては、エンジン負荷またはエンジン負荷率も利用可能である。エンジン負荷は、上記のエンジン状態パラメータの少なくとも１つから推定が可能であり、例えば、エンジントルク、燃料噴射量および油圧ポンプの要求トルクの少なくとも１つから推定が可能である。なお、上記におけるエンジン負荷率とは、その回転数におけるエンジン最大トルクに対するエンジントルクの割合を示す。

なお、「前記エンジンの負荷に関連するパラメータ」の取得手段としては、建設機械に搭載した各種センサの出力値からの取得、建設機械に搭載されたコンピュータ（マイコンを含む）の算出値や記憶値からの取得など種々の手段が可能である。例えば、上記エンジン状態パラメータのうち、エンジン回転数、エンジン吸気圧、エンジン筒内圧、タービン回転数などはセンサからの出力値から取得でき、例えば燃料噴射量はエンジンコントロールユニットにおける算出値が利用可能である。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係わる油圧ショベル１（油圧建設機械、油圧作業機械）の外観図を示す。油圧ショベル１は、垂直方向にそれぞれ回動するブーム６、アーム７及びバケット８からなる多関節型のフロント作業装置（作業装置）２と、上部旋回体４及び下部走行体５からなる車体３とで構成され、フロント作業装置２のブーム６の基端（図中右端）は、上部旋回体４の前部に、垂直方向に対して回動可能に支持されている。

図２は、本発明の第１の実施の形態に係る油圧ショベル１の全体システム構成図である。なお、図２において、太い黒矢印は、油圧ポンプ２４から各アクチュエータ３１，４２，９，１０，１１までの圧油の流れを示し、太い白矢印は、各アクチュエータ３１，４２，９，１０，１１からタンク２６を経由してポンプ２４までの戻り油の流れを示している。また、図２中の細い黒矢印は動力または電力の供給方向を示している。

図２から明らかなように、本実施の形態の油圧ショベルは、油圧ポンプ２４の駆動源としてディーゼルエンジン２１とモータ２２を備えた所謂ハイブリッド型の油圧ショベルである。ディーゼルエンジン２１とアシストモータ２２と油圧ポンプ２４は機械的に接続されており、油圧ポンプ２４はエンジン２１とアシストモータ２２の軸出力を合算したもの（合計出力）によって駆動される。

また、アシストモータ２２はバッテリ２３に電気的に接続されており、モータ２２の力行時にはバッテリ２３から電力の供給を受けて油圧ポンプ２４を駆動する。なお、所定の条件を満たした場合には、アシストモータ２２は発電機として機能する。その際には、アシストモータ２２は、エンジン２１の軸出力によって駆動されて発電し、その発電時の電力をバッテリ（蓄電装置）２３に蓄電する。

油圧ポンプ２４では、作動油タンク２６から送り込まれる作動油を圧縮して圧油とし、コントロールバルブ２５に送り込む。コントロールバルブ２５は、オペレータからの操作レバー（図示せず）を介した操作指令を基に、走行動作に必要な走行油圧モータ４２への供給圧油、上部旋回体動作に必要な旋回油圧モータ３１への供給圧油、作業装置２の動作に必要な油圧シリンダ９，１０，１１への供給圧油を分配し、不要な圧油については作動油タンク２６に戻す機能を有する。

旋回油圧モータ３１は、コントロールバルブ２５から分配された圧油を動力源にし、旋回減速装置３２および旋回歯車３３を介して上部旋回体４を駆動する。走行油圧モータ４２は、センタージョイント４１を経由してコントロールバルブ２５から送られる圧油でもって駆動され、走行減速装置４３を介してクローラ４４を駆動する。また、作業装置２（ブーム６、アーム７、バケット８）については、コントロールバルブ２５から分配された圧油を基に、ブームシリンダ９、アームシリンダ１０、バケットシリンダ１１が駆動され、その結果ブーム６、アーム７およびバケット８のそれぞれがオペレータにより操作レバーを介して指示される所望の動作に従って制御される。

図３は、第１の実施の形態に係る油圧ショベル用のエンジンと、その周辺のシステム構成を示す図である。油圧ポンプ２４には、油圧ポンプ２４を駆動するための動力源として、出力シャフト３０５を介してディーゼルエンジン２１とアシストモータ２２が直結されており、アシストモータ２２にはバッテリ２３が電気的に接続されている。これらを制御するためのコントロールユニットとして、油圧ショベル１の中枢を司るコンピュータであるメインコントロールユニット１０１と、油圧ショベルの状態をオペレータに向けて表示する表示装置および当該表示装置への表示に係る処理を実行するコンピュータがユニット化されたモニターユニット１０２と、エンジン２１を制御するコンピュータであるエンジンコントロールユニット１０３と、アシストモータ２２を制御するコンピュータであるモータコントロールユニット１０４と、バッテリ２３の状態監視等を行うコンピュータであるバッテリコントロールユニット１０５などが存在し、これらのコントロールユニット（コンピュータ）１０２，１０３，１０４，１０５は、メインコントロールユニット１０１を中心に、情報ネットワークによって相互に接続されている。

メインコントロールユニット１０１への動力制御関係の入力としては、エンジン２１の始動や停止に関わるキースイッチ２０１と、オペレータがエンジン２１の回転数を指定するためのエンジンコントロールダイヤル２０２と、油圧ショベル１の状況に応じてアイドル回転数を最適化するオートアイドルスイッチ２０３と、オペレータがエンジン２１（エンジン１２およびモータ２２）の出力を調整するためのパワーモードスイッチ２０４と、走行動作、上部旋回体動作、作業装置動作を指示する操作レバーから出力される操作レバー信号２０５等がある。

また、周辺コントロールユニットからの情報として、エンジンコントロールユニット１０３からはエンジン２１の運転状況や異常有無、モータコントロールユニット１０４からはアシストモータ２２の運転状況や異常有無、バッテリコントロールユニット１０５からはバッテリ２３の蓄電量や異常有無等の情報がメインコントロールユニット１０１に入力される。

メインコントロールユニット１０１における動力系の機能としては、前記入力情報を基に油圧ポンプ２４の出力を制御する他、エンジン２１とアシストモータ２２の動力配分等の動力系上位マネジメントを実施し、この上位指令を受けて、エンジンコントロールユニット１０３とモータコントロールユニット１０４は、ディーゼルエンジン２１とアシストモータ２２をそれぞれ制御する。これによりメインコントロールユニット１０１とエンジンコントロールユニット１０３はディーゼルエンジン２１の制御装置（エンジン制御装置）として機能する。

エンジン２１は、エンジンコントロールユニット１０３からの目標燃料噴射量指令に基づいて燃料を噴射する燃料噴射装置３０１と、排気マニホールド３０２と、タービンを有するターボチャージャー３０３と、排気管３０４と、ＤＰＦ装置４０１を備えている。

エンジン２１の出力軸３０５には、エンジン回転数を検出するための回転センサ３０６が取り付けられており、回転センサ３０６は検出値をエンジンコントロールユニット１０３に出力している。過給圧センサ３０７はターボチャージャー（過給器）３０３の過給圧を検出し、エンジンコントロールユニット１０３に出力している。

ＤＰＦ装置４０１は、酸化触媒４０３と、ＰＭ捕集フィルタ４０３を備えている。酸化触媒４０３とＰＭ捕集フィルタ４０３の間には吸気温度センサ４０４が設置されており、ＰＭ捕集フィルタ４０３の前後差圧を検出するＤＰＦ差圧センサ４０５が設置されている。両センサ４０４，４０５の検出値は、エンジンコントロールユニット１０３に出力されている。

次に、本発明に係る油圧ショベル１で行われるエンジン負荷制御に関する基本的な考え方を図４に示す。図４では、エンジン２１の負荷を、その時のエンジン回転数ＮにおけるエンジントルクＴで示している。

本実施の形態では、エンジン２１として、走行をメインの作業とする乗用車、貨物車（例えば、トラック等）などの車両用エンジンのうちトラック用エンジンを利用している。トラック用エンジンを含め、車両用エンジンは、通常、建設機械でのエンジンの使用と比較して低負荷で常用され、量産体制が確立されているため価格が低廉である。エンジン２１は、油圧ポンプ２４の定格出力に対応したトラック用エンジンをベースとし、油圧ポンプ２４の負荷パターンの強弱に応じて動力制御の内容を切り換える。

本実施の形態で行うエンジン負荷制御の目的は、油圧ショベル運用時のエンジン負荷分布（図４ではエンジントルク分布）をトラック用エンジンの負荷分布に近づけることにあり、これによって安価なトラック用エンジンを、大きな仕様変更を行うこと無く、ショベル用エンジンとして搭載することが可能となる。

そこで、図４では、エンジン回転数とエンジントルクで規定される２次元のエンジン運転領域として第１運転領域Ｒ１および第２運転領域Ｒ２を設定した。第１運転領域Ｒ１は、無負荷（トルクゼロ）から全負荷（各回点数における最大エンジントルク）までの範囲に規定される油圧ショベルの通常の運転領域であり、各回転数における最大エンジントルク（全負荷）の集合によって描かれる線Ｔ１上の点および当該線Ｔ１より下方に位置する領域がこれに該当する。第２運転領域Ｒ２は、トラック用エンジンで常用される運転領域（常用域）を考慮して設定されており、第２運転領域Ｒ２は、無負荷から全負荷未満（Ｔ１未満）の所定の値（Ｔ２上の値）までの範囲に規定される運転領域であり、各回転数においてＴ１未満に設定された所定値の集合によって描かれる線Ｔ２上の点および当該線Ｔ２より下方に位置する領域がこれに該当する。これにより第２運転領域Ｒ２は第１運転領域Ｒ１に内包され、その面積は第１運転領域Ｒ１のものより狭くなっている。つまり、第２運転領域Ｒ２でエンジンを運転すれば、第１運転領域Ｒ１で運転した場合よりもエンジン負荷を継続的に低減できる。

トルク線Ｔ２は、各回転数におけるエンジン負荷基準値（詳細は後述）の集合であり、図４の例ではトラック常用域におけるエンジン負荷の上限値（トラック常用負荷上限値）に一致している。なお、トルク線Ｔ２は、トラック常用域に含まれるように設定すれば良く、図４の例のようにトラック常用負荷上限値と一致させる必要は必ずしも無い。さらに、図４の例におけるトルク線Ｔ２はトルク線Ｔ１を下方に概ね平行移動したような値に設定されているが、いずれの回転数においてもトルク線Ｔ２がトルク線Ｔ１の下方に位置すれば良く、図４の例だけに限らないものとする。以下に本実施の形態で行うエンジン負荷制御の具体的なロジックを示す。

（１）軽負荷パターン時
まず、油圧ポンプ２４の負荷（油圧ポンプ吸収トルク）が小さく、エンジン２１の平均負荷（エンジン負荷指標値）がトルク線Ｔ２上の値以下となる場合（第２運転領域Ｒ２に含まれる場合）には、「軽負荷パターン時」と判断し、図４中の下段右下の図に示すように第１運転領域Ｒ１内での通常のエンジン負荷制御を行い、油圧ポンプ吸収トルクに応じてエンジン負荷を制御する。このとき、第２運転領域Ｒ２内でエンジン負荷が制御され、エンジン２１単独で油圧ポンプ吸収トルクの出力が可能であるため、モータ２２によるアシストは行われない。

（２）高負荷連続運転時
次に、油圧ポンプ負荷が大きく、エンジン２１の平均負荷（エンジン負荷指標値）がトルク線Ｔ２を超える場合には、「高負荷連続運転時」と判断し、図４中の下段上方に示すように、Ｔ２を超えるエンジン２１への要求トルクに対し、第２運転領域Ｒ２の上限値であるエンジン負荷基準値Ｔ２のトルクレベルまでエンジントルクを制限する（減少させる）。そして、エンジントルクＴ１とＴ２の差分を補填するために、アシストモータ２２にてトルクアシストを実施する。この場合、バッテリ２３の蓄電量が少ない等の理由でモータ２２が使用不可のときは、一時的（例えば、モータ２２が使用可能になるまでの間）にエンジン単体運転に切り換える。

図４ではエンジン２１の負荷をエンジントルクで示したが、図５以下の説明では、これに代えて、エンジン２１の負荷を、まず、その時のエンジン回転数におけるエンジン最大トルクに対するエンジントルクの割合である「エンジン負荷率」で示す。そして、当該エンジン負荷率の時系列の単純移動平均（エンジン平均負荷率）をエンジン負荷を示す指標値（エンジン負荷指標値）として採用する。さらに、図４のエンジン負荷基準値に代えて、図５以下の説明では「エンジン負荷率基準値」を利用し、以下では、エンジン負荷指標値がエンジン負荷率基準値以下に保持されるようにエンジン負荷の制御（エンジン負荷制御）を行う場合について説明する。

まず、「エンジン負荷率基準値」の設定に関する考え方を、図５を用いて説明する。図５は、一般路におけるトラック用エンジンの動作点（エンジン回転数とエンジン負荷率の組み合わせ）の分布を示すものである。図中の直線「定格トルク」上では、エンジンは全負荷であり、エンジン負荷率は１００％となる。

この図に示すように、トラックにおけるエンジンの負荷率分布は、ほぼ正規分布と見なすことができ、エンジン負荷率の平均値±２σの範囲内に、ほぼ集中して分布している。そこで、エンジン負荷率の平均値±２σの範囲をトラック用エンジンにおける常用域（負荷率常用域）と見なし、その上限値をエンジン負荷率基準値と設定する。前記エンジンの負荷率分布の上限値については、統計的にエンジン負荷率５０〜７０％の範囲で多く見られることから、エンジン負荷率７０％以下を目安に設定するのが好ましい。なお、これをエンジン負荷で換言すると、エンジン全負荷の７割以下の負荷にエンジン負荷率基準値を設定することが目安となる。

次に、エンジン負荷制御の具体的な制御内容について、図６および図７に示すタイムチャートを用いて説明する。図６および図７に係る油圧ショベルにおいては、後述するエンジン回転数フィードバック制御によって、油圧ポンプ吸収トルクとエンジン駆動トルクが等しい関係が常時保たれており、油圧ポンプ吸収トルクがステップ状に変化した際には、エンジン駆動トルクも同期して追従するように構成されている。また、図６および図７では、油圧ポンプ負荷率の時系列の移動平均である油圧ポンプ負荷率移動平均値と、エンジン負荷率の時系列の移動平均であるエンジン負荷率移動平均値を太線で示し、油圧用ショベル用エンジンのベースであるトラック用エンジンの負荷率分布を基に定めたエンジン負荷率基準値を破線で示す。油圧ポンプ吸収トルクとエンジン駆動トルクのステップ状の変化に対して、太線の油圧ポンプ負荷率移動平均値とエンジン負荷率移動平均値はフィードバック制御及び平滑化処理により緩やかに応答している。

図６は、本発明の第１の実施の形態（図７参照）の比較対象として、エンジン負荷制御を実施しない場合における油圧ポンプ負荷率（油圧ポンプ吸収トルクを負荷率に換算したもの）とエンジン負荷率（エンジン駆動トルクを負荷率に換算したもの）のタイムチャートを示している。図６においてエンジン負荷率移動平均値とエンジン負荷率基準値との大小関係に注目すると、時刻Ｔ１〜Ｔ３、およびＴ５〜Ｔ８の区間において、エンジン負荷率移動平均値がエンジン負荷率基準値を上回っており、ベースエンジン（トラック用エンジン）の素性に対して、エンジン負荷が高い区間となる。

一方、図７は、第１の実施の形態に係るエンジン負荷制御を実施した際における、油圧ポンプ負荷率とエンジン負荷率のタイムチャートを示している。図６のエンジン負荷制御の非実施時と同様に、時刻Ｔ１にてエンジン負荷率移動平均値がエンジン負荷率基準値に到達するが、ここでエンジン負荷制御が機能してエンジントルクに制限を掛けることで、エンジン負荷率をエンジン負荷率基準値レベルまで低下させる。このエンジン負荷制御の結果によりエンジントルク（エンジンのアウトプット（出力））が低下したことで、要求されるポンプ吸収トルクに対して動力不足が生じるのを防ぐために、当該不足相当分の動力についてはアシストモータ２２の出力で補填して（つまり、アシストモータ２２によるエンジンアシストを実行して）、エンジン２１とモータ２２の合計出力が要求ポンプ吸収トルクを満たす協調制御を実施することにより、仕事量の低下や操作性の悪化を回避する。

ところで、本実施の形態では、アシストモータ２２のエンジンアシストによりバッテリ２３の蓄電量（ＳＯＣ）が目標ＳＯＣを下回った場合に、油圧ポンプ負荷率およびエンジン負荷率がエンジン負荷率基準値を下回ったときには、アシストモータ２２を力行モードから発電モードに切り替えて、エンジン２１にてアシストモータ２２を駆動することでバッテリ蓄電量を回復させている。そこで、図７では、時刻Ｔ２にて油圧ポンプ負荷率が減少した際にも、エンジン負荷率基準値を上限とする範囲内でエンジンを継続して駆動し、アシストモータ２２にて発電を実施している（時刻Ｔ２〜Ｔ４）。具体的には、油圧ポンプ負荷率およびエンジン負荷率がエンジン負荷率基準値を下回る時刻Ｔ２で発電が開始され、油圧ポンプ負荷率およびエンジン負荷率がエンジン負荷率基準値を上回る時刻Ｔ４で発電が終了（中断）している。

その後、時刻Ｔ４からＴ７にかけて、負荷率の高い油圧ポンプ負荷が再度生じた際には、時刻Ｔ１からＴ２の処理と同様に、エンジン負荷率をエンジン負荷率基準値レベルまで低下させると共に、エンジントルクの不足分については、アシストモータ２２でアシストさせて、エンジン２１とモータ２２による協調制御を実施する。

ところで、アシストモータ２２によるエンジンアシストの実施可否は、バッテリ２３の蓄電量を加味して判断される。本実施の形態では、アシストモータ２２によるエンジンアシストによりバッテリ２３蓄電量（ＳＯＣ）が下限値まで低下した場合には（時刻Ｔ６）、アシストモータ２２の駆動が不可となるため、時刻Ｔ６の時点でアシストモータ２２の駆動を停止し、エンジン単独運転に切り替えている（時刻Ｔ６〜Ｔ７）。その後、時刻Ｔ２〜Ｔ４と同様に、バッテリ蓄電量を目標値に回復させる目的で、エンジン負荷率基準値を上限とする範囲内でエンジンを継続して駆動し、発電を実施する（時刻Ｔ７〜Ｔ９）。なお、ここでは、アシストモータ２２によるエンジンアシストの実施の可否を決定するバッテリ充電量を「下限値」としたが、その他のＳＯＣの値を基準にしてエンジンアシストの実施／不実施を決定しても良い。

次に、第１の実施の形態に係るエンジン負荷制御を実現するための制御ブロック概要を、図８を用いて説明する。本実施の形態に係る油圧ショベル１は、エンジン負荷制御に関わるコントロールユニットやアクチュエータとして、メインコントロールユニット１０１、モニターユニット１０２、エンジンコントロールユニット１０３、バッテリコントロールユニット１０５、モータコントロールユニット１０４、油圧ポンプ２４等を備えている。

ここで、メインコントロールユニット１０１およびその周辺の演算ブロックについて説明する。メインコントロールユニット１０１は、目標エンジン回転数演算部５０１と、エンジン負荷率基準値演算部５０２と、エンジン負荷率演算部５０３と、エンジン負荷率移動平均値演算部５０４と、発電時モータ駆動トルク要求値演算部５０５と、油圧ポンプ吸収トルク要求値演算部５０６と、エンジントルク制限値演算部５０７と、モータアシストトルク基本値演算部５０８と、油圧ポンプ吸収トルク目標知演算部５０９を備えている。

目標エンジン回転数演算部５０１では、前述の図３で示したエンジンコントロールダイヤル２０２等の入力を基に目標エンジン回転数を演算し、演算結果をエンジンコントロールユニット１０３およびモータコントロールユニット１０４に対して送信する。また、エンジンコントロールユニット１０３は、受信した目標エンジン回転数と実際のエンジン回転数の差分を基に、エンジン回転数に関するフィードバック制御を実施し、エンジン回転数を目標値に保つ。また、モータコントロールユニット１０４においては、エンジントルクに制限が掛けられている場合等、上記エンジン回転数フィードバック制御のみではエンジン回転数が目標値に収束しない場合に、目標エンジン回転数と実際のエンジン回転数の差分を入力として決定したモータトルクによるフィードバック制御をアシストモータ２２に対して並行して実施し、エンジン回転数の目標値への収束をアシストする。

エンジン負荷率基準値演算部５０２では、エンジンコントロールユニット１０３から入力されるエンジン状態を示す各種パラメータを基にエンジン負荷率基準値を演算する。例えば、エンジン負荷率基準値がエンジン回転数に応じて変化する値の場合には、その時刻におけるエンジン回転数を基にエンジン負荷率基準値を算出する。また、エンジン負荷率基準値が一定値の場合には一定の値をエンジントルク制限値演算部５０７に出力する。

エンジン負荷率演算部５０３では、エンジンコントロールユニット１０３から入力されるエンジン負荷に関連するパラメータ情報（例えば燃料噴射量等）を基にエンジン負荷率を演算する。例えば、燃料噴射量を入力してエンジントルクを推定し、エンジン回転数を入力して当該回転数における最大エンジントルクを算出し、当該最大エンジントルクに対する当該エンジントルクの割合がエンジン負荷率となる。

エンジン負荷率移動平均値演算部５０４では、エンジン負荷率演算部５０３で算出されるエンジン負荷率の時系列データに対して移動平均処理を行い、エンジン負荷率移動平均値（エンジン負荷指標値）を算出する。移動平均をとることによりエンジン負荷率の瞬間的な変動が捨象され、エンジン負荷率の変動傾向の把握が容易になる。

発電時モータ駆動トルク要求値演算部５０５では、バッテリコントロールユニット１０５から入力されるバッテリ２３蓄電量（ＳＯＣ）に関する情報等を基に、所望の蓄電量を目標にモータ発電を実施するにあたって必要なモータ駆動トルクを算出する。また、油圧ポンプ吸収トルク要求値演算部５０６では、図３に示した操作レバー信号情報２０５等を基に、油圧ポンプ２４が所望の圧油を生成するのに必要な油圧ポンプ吸収トルク（油圧ポンプの要求トルク）を演算する。

エンジントルク制限値演算部５０７では、演算部５０２から入力されるエンジン負荷率基準値と演算部５０４から入力されるエンジン負荷率移動平均値の大小関係や、演算部５０５から入力される発電時モータ駆動トルク要求値、演算部５０６から入力される油圧ポンプ吸収トルク要求値などの情報を考慮してエンジントルク制限値を算出し、これをエンジンコントロールユニット１０３、モニターユニット１０２、モータアシストトルク基本値演算手段５０８に向けて送信する。なお、本実施の形態のエンジントルク制限値演算部５０７で実行される処理の具体的内容については図９を用いて詳述する。

エンジンコントロールユニット１０３は、エンジン２１のアウトプット（出力）を調整する出力調整部として機能しており、フィードバック制御部１０３ａと、トルク制限部１０３ｂを備えている。エンジン２１のアウトプットは、例えば、エンジントルクとエンジン回転数の積に比例するエンジン出力や、エンジントルクで定量化できる。

本実施の形態のフィードバック制御部１０３ａは、目標エンジン回転数と実際のエンジン回転数の差分が減少するようにフィードバック制御によりエンジントルクの目標値を決定する。そして、トルク制限部１０３ｂは、フィードバック制御部１０３ａから入力されたエンジントルクの目標値がエンジントルク制限値演算部５０７から入力されたエンジントルク制限値以下であれば、当該エンジントルク目標値を目標燃料噴射量に換算してエンジン２１に指令値を出力する。つまり、エンジン２１のトルクはフィードバック制御部１０３ａで決定された目標値に制御される。一方、フィードバック制御部１０３ａからエンジントルク目標値がエンジントルク制限値を超える場合には、エンジントルク制限値を目標燃料噴射量に換算してエンジン２１に指令値を出力する。つまり、この場合、エンジン２１のトルクはエンジントルク制限値にまで低減して制御され、当初の目標値より小さい値となる。

モータアシストトルク基本値演算部５０８では、エンジントルク制限値と油圧ポンプ吸収トルク要求値との差分を基に、モータアシストトルク基本値を算出し、モータコントロールユニット１０４に向けて送信する。また、油圧ポンプ吸収トルク目標値演算部５０９では、演算部５０６からの油圧ポンプ吸収トルク要求値を基に油圧ポンプ吸収トルク目標値を算出し、油圧ポンプ２４に向けて指令値を送信する。

次に、第１の実施の形態に係る油圧ショベルにより実行されるエンジン負荷制御ロジックの演算フローチャートについて、図９を用いて説明する。

演算ステップＳ６０１にて演算を開始後、演算ステップＳ６０２にて、エンジン負荷率基準値演算部５０２はエンジン負荷率基準値Ａ（下記式１参照）を演算する。本実施の形態におけるエンジン負荷率基準値は１未満の値とし、例えば０．７とする。
Ａ ＝ ＥＮＧＬＤ＿ＲＡＴＩＯ＿ＲＥＦ ・・・・・（１）

次に、演算ステップＳ６０３にて、エンジントルクＢ（下記式２参照）をエンジンコントロールユニット１０３より入手する。
Ｂ ＝ ＥＮＧＴＲＱ ・・・・・（２）

次に、演算ステップＳ６０４にて、最大エンジントルクＣ（下記式３参照）をエンジンコントロールユニット１０３より入手する。
Ｃ ＝ ＥＮＧＴＲＱ＿ＭＡＸ ・・・・・（３）

次に、演算ステップＳ６０５にて、エンジン負荷率演算部５０３は、エンジントルクＢと最大エンジントルクＣからエンジン負荷率Ｄ（下記式４参照）を演算する。
Ｄ ＝ ＥＮＧＬＤ＿ＲＡＴＩＯ ＝ Ｂ／Ｃ ・・・・・（４）

次に、演算ステップＳ６０６にて、エンジン負荷率移動平均値演算部５０４は、エンジ
ン負荷率Ｄの時系列に移動平均処理を行うことで、エンジン負荷率移動平均値Ｅ（下記式５参照）を演算する。
Ｅ ＝ ＥＮＧＬＤ＿ＲＡＴＩＯ＿ＡＶＥ ＝ ａｖｅｒａｇｅ（Ｄ） ・・・・・（５）

次に、演算ステップＳ６０７にて、発電時モータ駆動トルク要求値演算部５０５は、バッテリコントロールユニット１０５から入手したバッテリＳＯＣ等を基に、発電時モータ駆動トルク要求値Ｆ（下記式６参照）を演算する。
Ｆ ＝ ＲＥＱ＿ＧＥＮ＿ＥＮＧＴＲＱ ・・・・・（６）

次に、演算ステップＳ６０８にて、油圧ポンプ吸収トルク要求値演算部５０６は、操作レバー信号等を基に、油圧ポンプ吸収トルク要求値Ｇ（下記式７参照）を演算する。
Ｇ ＝ ＲＥＱ＿ＧＥＮ＿ＰＭＰＴＲＱ ・・・・・（７）

次に、演算ステップＳ６０９にて、エンジントルク制限値演算部５０７は、発電時モータ駆動トルク要求値Ｆ、油圧ポンプ吸収トルク要求値Ｇ、および最大エンジントルクＣから、エンジン負荷率要求値Ｈ（下記式８参照）を演算する。
Ｈ ＝ （Ｆ＋Ｇ）／Ｃ ・・・・・（８）

次に、演算ステップＳ６１１にて、本発明の特徴であるエンジン負荷制御の実行の必要性の有無を判定する。具体的には、エンジントルク制限値演算部５０７は、エンジン負荷率移動平均値Ｅおよびエンジン負荷率要求値Ｈが、それぞれエンジン負荷率基準値Ａより高いか否かを判定し、エンジン負荷制御の実行の有無を判断する。
Ｅ ≧ Ａ ・・・・・（９）
Ｈ ≧ Ａ ・・・・・（１０）

ここで、演算ステップＳ６１１にて、上記式（９）かつ（１０）が非成立の場合（Ｎｏの場合）は演算ステップＳ６３１に移行する。一方、上記式（９）かつ（１０）が成立の場合（Ｙｅｓの場合）は、演算ステップＳ６１２に移行する。

演算ステップＳ６１２では、その時刻におけるバッテリＳＯＣ（Ｉ（下記式１１参照））と、バッテリＳＯＣ下限しきい値（Ｊ（下記式１２参照））をバッテリコントロールユニット１０５より入手する。
Ｉ ＝ ＢＡＴ＿ＳＯＣ ・・・・・（１１）
Ｊ ＝ ＢＡＴ＿ＳＯＣ＿ＳＬ ・・・・・（１２）

次に、演算ステップＳ６１３にて、バッテリＳＯＣ（Ｉ）がバッテリＳＯＣ下限しきい値（Ｊ）よりも高いか否かを判定する。すなわち、アシストモータ２２によるエンジンアシストが可能であるか否かを判定する。
Ｉ ≧ Ｊ ・・・・・（１３）

ここで、演算ステップＳ６１３にて、演算式（１３）が非成立の場合（Ｎｏの場合）は演算ステップＳ６３１に移行する。演算式（１３）が成立の場合（Ｙｅｓの場合）は、演算ステップＳ６１４に移行する。

演算ステップＳ６１４では、エンジントルク制限値演算部５０７は、エンジントルク制限値Ｋ（下記式１４参照）を演算する。
Ｋ ＝ Ｃ×Ａ ・・・・・（１４）

次に、演算ステップＳ６１５にて、モータアシストトルク基本値演算部５０８は、モータアシストトルク基本値Ｌ（下記式１５参照）を演算する。つまり、油圧ポンプ吸収トルク要求値Ｇからエンジントルク制限値Ｋを減じた値をモータアシストトルク基本値Ｌとする。
Ｌ ＝ Ｇ−Ｋ ・・・・・（１５）

次に、演算ステップＳ６１６にて、油圧ポンプ吸収トルク目標値演算部５０９は、油圧ポンプ吸収トルク要求値Ｇを基に油圧ポンプ吸収トルク目標値Ｍ（下記式１６参照）を演算する。
Ｍ ＝ Ｇ ・・・・・（１６）

次に、演算ステップＳ６１７にて、エンジンコントロールユニット１０３はエンジントルク制限値Ｋでエンジントルクを制御し、モータコントロールユニット１０４はモータアシストトルク基本値Ｌでモータトルクを制御し、これによりエンジントルク制限とモータアシストの協調制御が実施される。

次に、演算ステップＳ６１８にて、エンジントルク制限制御が実施されたことをモニターユニット１０２に送信し、モニターにその旨（例えば警告）を表示する。その後、演算ステップＳ６３１に移行し、当該制御周期に係るエンジン負荷制御を終了し、演算ステップＳ６０１に戻る。

なお、図９の例では、演算ステップＳ６１８においてエンジントルク制限が実行された旨を油圧ショベル１の運転室内のモニターに表示したが、これに合わせて又はこれに代えて、油圧ショベル１の外部に設置されたコンピュータに送信しても良い。当該コンピュータが、例えば油圧ショベル１のオーナーや管理会社に所有管理されている場合には、当該コンピュータ内にエンジントルク制限制御が実行された時間を記録することができるので、例えばオーナーや管理会社が当該油圧ショベルのメンテナンス時期の決定する際の指標等に活用できる。

以上説明したように、第１の実施の形態におけるエンジン負荷制御の内容としては、エンジン負荷率の移動平均値を常時演算し、そのエンジン負荷率移動平均値がエンジン負荷率基準値を超過した際には、エンジントルクを下げて、エンジン負荷率移動平均値をエンジン負荷率基準値レベルまで低下させると共に、要求される油圧ポンプ吸収トルクに対しての不足分については、アシストモータ２２を駆動させ、エンジンとモータの協調制御を実施する。

これによって、ショベル運用時のエンジン負荷率がトラック用エンジン相当のエンジン負荷率に近づきエンジンへの負担が低減されるので、トラック用エンジンの流用が容易になる。さらに、油圧ショベルでのエンジン負荷率を、車両用エンジンと同等のレベルにまで低減してコントロールできれば、安価な汎用の車両用エンジンを大きな仕様変更を行うこと無く油圧ショベル用エンジンとして搭載することが可能となり、油圧ショベルの製造コストを大幅に削減できる。また、エンジントルク低下分をアシストモータ２２のモータトルクで補うことによって、仕事量の低下や操作性の悪化を回避することが可能となる。

なお、エンジン２１の負荷に関するパラメータは、上記で利用したエンジン負荷率に限らず、代替パラメータとして、エンジントルク、エンジン回転数、エンジン吸気圧、エンジン筒内圧、燃料噴射量、およびターボチャージャーにおけるタービン回転数等のエンジン状態を示す種々のパラメータ（エンジン状態パラメータ）のうち少なくとも１つのパラメータを利用しても良く、さらに、これらのパラメータの少なくとも１つから算出されるエンジン負荷に関連する計算値を利用しても良い。

また、エンジン負荷率の時系列に施した平滑化処理は、上記で利用した単純移動平均処理のみならず、累積移動平均を含む他の移動平均処理やローパスフィルタ処理を含むフィルタ処理などを使用しても良い。なお、その平滑化処理の際に時定数を利用する場合には、エンジン本体の熱時定数等を基に時定数を決定しても良い。

また、第１の実施の形態においては、トラック用エンジン負荷率常用域の上限値をエンジン負荷率基準値と設定したが、本値を基準にエンジンの健全性などに応じて可変としても良い。例えば、エンジン故障や燃料性状に関する異常が認められる際には、エンジン負荷率基準値をデフォルト値（上記説明の基準値）よりも下げるなどの対応をしても良い。

次に、本発明による第２の実施の形態を図１０〜１５を用いて説明する。第２の実施の形態の油圧ショベルは第１の実施の形態のハイブリッド型のものとは異なり、油圧ポンプの駆動源がエンジンのみの標準型油圧ショベルである。以下では、第１の実施の形態のハイブリッド型油圧ショベルとの相違点を中心にシステム構成を説明する。

図１０は、第２の実施の形態における、油圧ショベル１の全体システム構成を示す図である。全体システム構成は第１の実施の形態とほぼ同じであるが、標準型油圧ショベルのため、図２に示す第１の実施の形態の構成図からアシストモータ２２およびバッテリ２３が除かれた構成となっている。

また、図１１は、第２の実施の形態に係る油圧ショベル用エンジンと、その周辺のシステム構成を示す図である。こちらも図３に示す第１の実施の形態の構成図とほぼ同じ構成であるが、標準型油圧ショベルのため、ハイブリッド関連のデバイス（アシストモータ２２、バッテリ２３）およびコントロールユニット（モータコントロールユニット１０４、バッテリコントロールユニット１０５）が除かれている。

次に、第２の実施の形態における、エンジン負荷制御の具体的な制御内容について、図１２および図１３に示すタイムチャートを用いて説明する。図１２は、本発明の第２の実施の形態（図１３参照）の比較対象として、エンジン負荷制御を実施しない場合における油圧ポンプ負荷率とエンジン負荷率のタイムチャートを示している。エンジン負荷制御を実施しない場合には、時刻Ｔ１〜Ｔ３において、エンジン負荷率移動平均値がエンジン負荷率基準値を上回っており、エンジンへの負担が大きな区間となる。

一方、図１３は、第２の実施の形態に係るエンジン負荷制御を実施した際における、油圧ポンプ負荷率とエンジン負荷率のタイムチャートを示している。第２の実施の形態では、エンジン負荷率移動平均値がエンジン負荷率基準値に到達する時刻Ｔ１からＴ２に掛けてエンジントルクに制限を掛けることで、エンジン負荷率をエンジン負荷率基準値レベルまで低下させるとともに、当該エンジントルクの制限と同期して油圧ポンプ吸収トルク（油圧ポンプ負荷率）をエンジン負荷率と同程度まで減少させる。

本制御によって、一時的に仕事量の低下が生じるが、エンジン負荷率移動平均値を所望の範囲内に収めることができると共に、油圧ポンプ吸収トルクがエンジントルクに対して過大な場合に発生するエンジンストールが回避されるので、最低限の操作性は確保できる。

次に、第２の実施の形態におけるメインコントロールユニット１０１及びその周辺の演算ブロックについて、図１４を用いて説明する。図８に示した第１の実施の形態の演算ブロックとの相違点としては、外部コントロールユニットとして、モータコントロールユニット１０４、バッテリコントロールユニット１０５、およびモータアシストトルク基本値演算部５０８が除かれている。

油圧ポンプ吸収トルク目標値演算部５０９では、油圧ポンプ吸収トルク要求値演算部５０６から出力された油圧ポンプ吸収トルク要求値と、エンジントルク制限値演算部５０７から出力されたエンジントルク制限値を基に、エンジントルク制限に同期した油圧ポンプ吸収トルク制限における油圧ポンプ吸収トルク目標値を算出する。

次に、第２の実施の形態に係る油圧ショベルにより実行されるエンジン負荷制御ロジックの演算フローチャートについて、図１５を用いて説明する。

演算ステップＳ６０１にて演算を開始後、演算ステップＳ６０２にて、エンジン負荷率基準値Ａ（下記式２１参照）を演算する。本実施の形態におけるエンジン負荷率基準値は１未満の値とし、例えば０．７とする。
Ａ ＝ ＥＮＧＬＤ＿ＲＡＴＩＯ＿ＲＥＦ ・・・・・（２１）

次に、演算ステップＳ６０３にて、エンジントルクＢ（下記式２２参照）をエンジンコントロールユニット１０３より入手する。
Ｂ ＝ ＥＮＧＴＲＱ ・・・・・（２２）

次に、演算ステップＳ６０４にて、最大エンジントルクＣ（下記式２３参照）をエンジンコントロールユニット１０３より入手する。
Ｃ ＝ ＥＮＧＴＲＱ＿ＭＡＸ ・・・・・（２３）

次に、演算ステップＳ６０５にて、エンジン負荷率演算部５０３は、エンジントルクＢと最大エンジントルクＣからエンジン負荷率Ｄ（下記式２４参照）を演算する。
Ｄ ＝ ＥＮＧＬＤ＿ＲＡＴＩＯ ＝ Ｂ／Ｃ ・・・・・（２４）

次に、演算ステップＳ６０６にて、エンジン負荷率移動平均値演算部５０４は、エンジン負荷率Ｄの時系列に移動平均処理を行うことで、エンジン負荷率移動平均値Ｅ（下記式２５参照）を演算する。
Ｅ ＝ ＥＮＧＬＤ＿ＲＡＴＩＯ＿ＡＶＥ ＝ ａｖｅｒａｇｅ（Ｄ） ・・・・・（２５）

次に、演算ステップＳ６０８にて、油圧ポンプ吸収トルク要求値演算部５０６は、操作レバー信号等を基に、油圧ポンプ吸収トルク要求値Ｇ（下記式２６参照）を演算する。
Ｇ ＝ ＲＥＱ＿ＧＥＮ＿ＰＭＰＴＲＱ ・・・・・（２６）

次に、演算ステップＳ６０９にて、エンジントルク制限値演算部５０７は、油圧ポンプ吸収トルク要求値Ｇ、および最大エンジントルクＣから、エンジン負荷率要求値Ｈ（下記式２７参照）を演算する。
Ｈ ＝ Ｇ／Ｃ ・・・・・（２７）

次に、演算ステップＳ６１１にて、本発明の特徴であるエンジン負荷制御の実行の必要性の有無を判定する。具体的には、エンジントルク制限値演算部５０７は、エンジン負荷率移動平均値Ｅおよびエンジン負荷率要求値Ｈが、それぞれエンジン負荷率基準値Ａより高いか否かを判定し、エンジン負荷制御の実行の有無を判断する。
Ｅ ≧ Ａ ・・・・・（２８）
Ｈ ≧ Ａ ・・・・・（２９）

ここで、演算ステップＳ６１１にて、上記式（２８）かつ（２９）が非成立の場合（Ｎｏの場合）は演算ステップＳ６３１に移行する。一方、上記式（２８）かつ（２９）が成立の場合（Ｙｅｓの場合）は、演算ステップＳ６２１に移行する。

演算ステップＳ６２１にて、エンジントルク制限値演算部５０７は、エンジントルク制限値Ｋを演算する。具体的には、油圧ポンプ吸収トルクをトルク値Ｇから時間経過とともにエンジン負荷率基準値Ｃ×Ａ相当の値まで除々に低減させた値とし、さらに具体的には下記式（３０）にて算出する。
Ｋ ＝ ｍａｘ（Ｇ×減少係数、Ｃ×Ａ） ・・・・・（３０）

次に、演算ステップＳ６２２にて、油圧ポンプ吸収トルク目標値演算部５０９は、エンジントルク制限値Ｋを基に、油圧ポンプ吸収トルク目標値Ｍ（下記式３１参照）を演算する。
Ｍ ＝ Ｋ ・・・・・（３１）

次に、演算ステップＳ６２３にて、エンジンコントロールユニット１０３はエンジントルク制限値Ｋでエンジントルクを制御し、油圧ポンプ吸収トルク目標値演算部５０９は油圧ポンプ吸収トルク目標値Ｍで油圧ポンプ２４を制御し、これによりエンジントルク制限と油圧ポンプ２４の出力制限が実施される。

次に、演算ステップＳ６２４にて、エンジントルク制限制御が実施されたことをモニターユニット１０２に送信し、モニターにその旨（例えば警告）を表示する。その後、演算ステップＳ６３１に移行し、当該制御周期に係るエンジン負荷制御を終了し、演算ステップＳ６０１に戻る。

以上説明したように、第２の実施の形態におけるエンジン負荷制御の内容としては、エンジン負荷率の移動平均値を常時演算し、そのエンジン負荷率移動平均値がエンジン負荷率基準値を超過した際には、エンジントルクを下げて、エンジン負荷率移動平均値をエンジン負荷率基準値レベルまで低下させると共に、エンジントルクの制限と同期して油圧ポンプ吸収トルクを減少させる。

したがって、本実施の形態においても、操作性の悪化を回避しつつ、ショベル運用時のエンジン負荷率をトラック用エンジン相当のエンジン負荷率に近づけることができ、安価な汎用の車両用エンジンを、大きな仕様変更を行うこと無くショベル用エンジンとして搭載することが可能となる。

なお、上記の説明では、図９および図１５の演算ステップＳ６１１において、エンジン負荷率移動平均値Ｅ（すなわち、エンジン負荷率の実値）およびエンジン負荷率要求値Ｈが、それぞれエンジン負荷率基準値Ａより高いか否かを判定し、エンジン負荷制御の実行の有無を判断したが、エンジン負荷率の実値であるエンジン負荷率移動平均値Ｅのみがエンジン負荷率基準値Ａより高いか否かを判定してエンジン負荷制御の実行の有無を判断しても本発明の効果は発揮される。ただし、上記の説明のように実値Ｅと要求値Ｈの双方が基準値Ａより高いか否かを判定してエンジン負荷制御の実行の有無を判断すると、エンジン負荷（例えば、エンジントルク）にハンチングが発生することを防止できるというメリットがある。

また、上記の説明では、建設機械として油圧ショベルを例に挙げて説明したが、エンジンにより油圧ポンプを駆動して各種油圧アクチュエータを駆動するホイールローダを含む他の建設機械にも本発明は適用可能である。

また、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例が含まれる。例えば、本発明は、上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。また、ある実施の形態に係る構成の一部を、他の実施の形態に係る構成に追加又は置換することが可能である。

また、上記のコンピュータに係る各構成や当該各構成の機能及び実行処理等は、それらの一部又は全部をハードウェア（例えば各機能を実行するロジックを集積回路で設計する等）で実現しても良い。また、上記のコンピュータに係る構成は、演算処理装置（例えばＣＰＵ）によって読み出し・実行されることで当該コンピュータの構成に係る各機能が実現されるプログラム（ソフトウェア）としてもよい。当該プログラムに係る情報は、例えば、半導体メモリ（フラッシュメモリ、ＳＳＤ等）、磁気記憶装置（ハードディスクドライブ等）及び記録媒体（磁気ディスク、光ディスク等）等に記憶することができる。

また、上記の各実施の形態の説明では、制御線や情報線は、当該実施の形態の説明に必要であると解されるものを示したが、必ずしも製品に係る全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えて良い。

１…油圧ショベル、２…作業装置、３…車体、４…上部旋回体、５…下部走行体、６…ブーム、７…アーム、８…バケット、９…ブームシリンダ、１０…アームシリンダ、１１…バケットシリンダ、２１…ディーゼルエンジン、２２…アシストモータ、２３…バッテリ、２４…油圧ポンプ、２５…コントロールバルブ、２６…作動油タンク、３１…旋回油圧モータ、３２…旋回減速装置、３３…旋回歯車、４１…センタージョイント、４２…走行油圧モータ、４３…走行減速装置、４４…クローラ、１０１…メインコントロールユニット、１０２…モニターユニット、１０３…エンジンコントロールユニット、１０４…モータコントロールユニット、１０５…バッテリコントロールユニット、２０１…キースイッチ、２０２…エンジンコンロトールダイヤル、２０３…オートアイドルスイッチ、２０４…パワーモードスイッチ、２０５…操作レバー信号、３０１…燃料噴射装置、３０２…排気マニホールド、３０３…ターボチャージャー、３０４…排気管、３０５…出力シャフト、３０６…回転センサ、３０７…過給圧センサ、４０１…ＤＰＦ装置、４０２…酸化触媒、４０３…ＰＭ捕集フィルタ、４０４…排気温度センサ、４０５…ＤＰＦ差圧センサ、５０１…目標エンジン回転数演算部、５０２…エンジン負荷率基準値演算部、５０３…エンジン負荷率演算部、５０４…エンジン負荷率移動平均値演算部、５０５…発電時モータ駆動トルク要求値演算部、５０６…油圧ポンプ吸収トルク要求値演算部、５０７…エンジントルク制限値演算部、５０８…モータアシストトルク基本値演算部、５０９…油圧ポンプ吸収トルク目標値演算部

Claims (8)

1. 油圧ポンプを駆動するエンジンと、
   当該エンジンの負荷に関連するパラメータの時間変化の傾向を示すエンジン負荷指標値を演算する負荷指標演算部と、
   前記エンジンの出力を調整する出力調整部とを備え、
   前記エンジンの回転数および負荷によって規定される前記エンジンの運転領域には、無負荷から全負荷までの領域からなる第１運転領域と、当該第１運転領域内に含まれ当該第１運転領域より狭い第２運転領域とが設定されており、
   前記エンジン負荷指標値は、前記エンジンの負荷に関連するパラメータの時系列に平滑化処理を施して得られるエンジン負荷率移動平均値であり、
   前記第２運転領域の上限値として、前記エンジンを全負荷未満の所定の範囲で継続的に使用するために定めたエンジン負荷率基準値が設定されており、
   前記エンジン負荷率基準値は、前記エンジンが全負荷のときにおける前記パラメータの値未満の値に設定されており、
   前記出力調整部は、前記エンジン負荷率移動平均値が前記エンジン負荷率基準値を超過した場合に、前記エンジンの負荷を前記エンジン負荷率基準値まで低下させるエンジン負荷制御を実行することを特徴とする建設機械用エンジン制御装置。
2. 請求項１に記載の建設機械用エンジン制御装置において、
   前記エンジンは、車両用に設計された車両用エンジンであり、
   前記エンジン負荷率基準値は、前記車両用エンジンの常用域における前記エンジン負荷指標値の上限値に設定されていることを特徴とする建設機械用エンジン制御装置。
3. 請求項２に記載の建設機械用エンジン制御装置において、
   前記エンジン負荷率基準値は、前記エンジンの負荷が全負荷の７割以下のときの値に設定されていることを特徴とする建設機械用エンジン制御装置。
4. 請求項３に記載の建設機械用エンジン制御装置において、
   前記エンジンの負荷に関連する前記パラメータは、エンジントルク、エンジン回転数、エンジン吸気圧、エンジン筒内圧、燃料噴射量、ターボチャージャーにおけるタービン回転数、前記油圧ポンプの要求トルク、エンジン負荷、およびエンジン負荷率のいずれかであることを特徴とする建設機械用エンジン制御装置。
5. 請求項３に記載の建設機械用エンジン制御装置において、
   前記平滑化処理は、移動平均またはフィルタ処理によって算出されることを特徴とする建設機械用エンジン制御装置。
6. 請求項１に記載の建設機械用エンジン制御装置において、
   前記エンジンをアシストするモータをさらに備え、
   当該モータは、前記出力調整部による前記エンジン負荷制御によりエンジン出力が低下した場合に、当該エンジン出力低下分を補填することを特徴とする建設機械用エンジン制御装置。
7. 請求項１に記載の建設機械用エンジン制御装置において、
   前記油圧ポンプは、前記出力調整部による前記エンジン負荷制御によりエンジン出力が低下した場合に、当該エンジン出力低下分に合わせて出力を低減することを特徴とする建設機械用エンジン制御装置。
8. 請求項６に記載の建設機械用エンジン制御装置において、
   前記モータへ供給される電力が蓄積される蓄電装置と、
   前記モータによる前記エンジンのアシストの実施可否は、前記蓄電装置の蓄電量を加味して判断されることを特徴とする建設機械用エンジン制御装置。

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