JP6707065B2 - 建設機械 - Google Patents

Description

本発明は、建設機械に関する。

建設機械の燃費低減機能の一つとして、作業を行っていない状態においてエンジンを自動停止させるオートストップ制御がある。オートストップ制御は、オペレータの意思とは無関係にエンジン停止させるものであるため、電気・電子設備への電力供給については継続したままでエンジンが停止されていることをオペレータが認識していない事が多い。このため、長時間にわたる放電によって蓄電器が過放電状態（すなわち、バッテリ上がり状態）となり劣化してしまうおそれがある。

このようなオートストップ制御に係る蓄電器の劣化を抑制する技術としては、例えば、特許文献１に記載の技術がある。特許文献１には、エンジンスイッチの操作に基づいて始動／停止する動力源としてのエンジンと、予め設定されたオートストップ条件が成立したときに上記エンジンを自動停止させるオートストップ制御を行うエンジン制御手段と、上記エンジン制御手段を含む電気・電子設備の電源としての蓄電器と、上記蓄電器から上記電気・電子設備への電力供給／遮断を制御する電源制御手段と、上記エンジンスイッチとは別経路で上記エンジン制御手段にエンジン再始動の指令を送る再始動指令手段とを備え、上記オートストップ制御によるエンジンの自動停止後、予め設定された猶予時間内における上記エンジン制御手段に対する上記再始動指令手段からのエンジン再始動指令の有無を判定し、上記猶予時間内にエンジン再始動指令があるときに上記エンジン制御手段が上記エンジンを再始動させる一方、上記猶予時間内にエンジン再始動指令が無いときに上記電源制御手段が上記蓄電器から上記電気・電子設備への電力供給を自動停止させる電源遮断制御を行う技術が開示されている。

特許第５９７８６０６号公報

上記従来技術においては、エンジンの自動停止後に予め設定された再始動猶予時間を規定し、猶予時間経過後に蓄電器から電気・電子設備への電力供給を自動停止させる電源遮断制御を行っている。しかしながら、蓄電器はエンジンに接続された発電機によってエンジンの稼働中にのみ充電されるものであるため、エンジンの稼働状態によって変化する蓄電器の充電状態によっては、エンジンの自動停止におけるバッテリ上がり、すなわち、蓄電器の劣化を抑制できない可能性がある。また、電気・電子設備への電力供給を行う電源は、蓄電器として鉛バッテリが使用されることが多く、鉛バッテリはリチウムイオンバッテリのように電圧を監視することにより蓄電量を管理することが難しい。このため、鉛バッテリの電圧を管理しただけでは、エンジンの自動停止における鉛バッテリの劣化を抑制することが困難である。

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、エンジンのオートストップ制御における蓄電器の劣化をより確実に抑制することができる建設機械を提供することを目的とする。

本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、エンジンと、前記エンジンにより駆動される発電機と、前記発電機により発電された電力を蓄える蓄電器と、前記蓄電器から供給される電力により駆動又は制御される電気・電子設備と、予め定めた自動停止条件を満たした場合に前記エンジンを停止するオートストップ制御を行う制御装置とを備えた建設機械において、前記制御装置は、前記蓄電器から前記電気・電子設備に供給される電力を制御する電源制御処理部を有し、前記電源制御処理部は、前記エンジンの稼働中における前記発電機から前記蓄電器への充電量を推定する充電量推定処理部と、前記オートストップ制御による前記エンジンの停止中において前記蓄電器から前記電気・電子設備に供給される電力である放電量を推定する放電量推定処理部と、前記オートストップ制御による前記エンジンの停止中において、前記放電量が前記充電量を上回ると判断したときに、前記蓄電器から前記電気・電子設備への電力の供給を停止させる電力供給判定処理部とを有するものとする。

本発明によれば、エンジンのオートストップ制御における蓄電器の劣化をより確実に抑制することができる。

建設機械の一例であるハイブリッド式油圧ショベルの外観を模式的に示す側面図である。 電動駆動システム及び油圧駆動システムを関連構成とともに抜き出して模式的に示す図である。 メインコントローラの処理機能を概略的に示す機能ブロック図である。 アシスト発電モータ制御部によるアシスト発電モータ通常始動制御処理を示すフローチャートである。 アシスト発電モータエンジン自動停止再始動制御処理を示すフローチャートである。 初回稼働判定処理部による初回稼働判定処理を示すフローチャートである。 自動停止処理部によるエンジン自動停止処理を示すフローチャートである。 電気設備用電源制御処理部における電気設備用電源制御処理を示すフローチャートである。 充放電カウンタの時間変化の一例を車体ステータスを含む他の状態の時間変化とともに示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。なお、本実施の形態では、建設機械の一例としてハイブリッド式油圧ショベルを例示して説明するが、これに限られず、オートストップ制御におけるエンジン停止中に蓄電器から電気・電子設備に電力の供給を行うものであればハイブリッド式以外の建設機械にも本願発明の適用が可能である。

図１は本実施の形態に係る建設機械の一例であるハイブリッド式油圧ショベルの外観を模式的に示す側面図であり、図２は電動駆動システム及び油圧駆動システムを関連構成とともに抜き出して模式的に示す図である。また、図３は、メインコントローラの処理機能を概略的に示す機能ブロック図である。

図１及び図２において、ハイブリッド式油圧ショベル１（以下、単に油圧ショベルと称する）は、自走可能なクローラ式の下部走行体２と、下部走行体２上に設けられた旋回軸受装置３と、旋回軸受装置３を介して下部走行体２上に旋回可能に搭載され、下部走行体２と共に車体（基体）を構成する上部旋回体４と、上部旋回体４の前側に俯仰動可能に取付けられ、土砂の掘削作業等を行う作業装置５とを備えている。

下部走行体２は、トラックフレーム２Ａと、トラックフレーム２Ａの左右両側の前後方向の一端側に設けられた駆動輪２Ｂと、トラックフレーム２Ａの左右両側の前後方向の他端側に設けられた遊動輪２Ｃと、駆動輪２Ｂと遊動輪２Ｃに巻回された履帯２Ｄ（いずれも左側のみ図示）とにより構成されている。左右の駆動輪２Ｂは、油圧アクチュエータとしての左右の走行油圧モータ２Ｅ，２Ｆ（ 図２参照）によって回転駆動される。トラックフレーム２Ａの中央部の上側には、旋回軸受装置３が取付けられている。

上部旋回体４は、支持構造体をなす旋回フレーム６を有している。旋回フレーム６の下面側には、旋回軸受装置３が取付けられており、旋回軸受装置３を介して下部走行体２に対して旋回可能に搭載されている。旋回フレーム６上には、キャブ７、カウンタウエイト８、エンジン９、アシスト発電モータ１０、油圧ポンプ１１、駆動用バッテリ１９、旋回装置２０Ａなどが設けられている。

作業装置５は、旋回フレーム６の前側に基端を俯仰動可能に取付けられたブーム５Ａと、ブーム５Ａの基端とは反対側の一端に俯仰動可能に取付けられたアーム５Ｂと、アーム５Ｂの他端に回動可能に取付けられたバケット５Ｃと、これらを駆動する油圧シリンダ（油圧アクチュエータ）からなるブームシリンダ５Ｄ、アームシリンダ５Ｅ、及びバケットシリンダ５Ｆとにより構成されている。

キャブ７は、旋回フレーム６の左前側に設けられており、キャブ７内にはオペレータが着座する運転席（図示せず）が設けられている。運転席の周囲には、操作装置１４のほか、後述するメインコントローラ（制御装置）２８との間で信号の授受を行うキースイッチ２９、表示装置３０、再始動スイッチ６０などが配設されている。

カウンタウエイト８は、旋回フレーム６の後端側に取り付けられており、旋回フレーム６の前側に配置された作業装置５との重量バランスをとるように構成されている。

エンジン９は、旋回フレーム６上のキャブ７とカウンタウエイト８との間に配置されている。エンジン９は、例えばディーゼルエンジンを用いて構成され、ハイブリッド式油圧ショベル１の内燃機関として、上部旋回体４に左右方向に延在する横置き状態で搭載されている。エンジン９の出力側には、アシスト発電モータ１０および油圧ポンプ１１のほか、オルタネータ４１とスタータ４３とが機械的に接続されている。

エンジン９には、エンジン９の動作を制御するエンジンコントロールユニット９Ａ（以下、ＥＣＵ９Ａと称する）が設けられている。キースイッチ２９の位置（ＯＮ位置、或いは、ＯＦＦ位置）を示す位置信号がメインコントローラ２８に入力されており、メインコントローラ２８は、この位置信号に基づいてＥＣＵ９Ａに制御信号を出力する。ＥＣＵ９Ａは、キースイッチ２９が稼動位置（つまり、ＯＮ位置）にあってエンジン９が稼動中である場合、メインコントローラ２８から出力される制御信号に基づいてエンジン９の燃料噴射装置（図示せず）に供給される燃料の供給量を制御することにより、シリンダ（図示せず）内に噴射される燃料の噴射量（燃料噴射量）を可変に制御する。これにより、エンジン９は、オペレータの運転操作や車両の作動状態等に応じた回転数で作動する。また、ＥＣＵ９Ａは、キースイッチ２９の停止操作される（つまり、ＯＦＦ位置に操作される）と、メインコントローラ２８の指令により燃料噴射装置の燃料噴射を停止し、エンジン９を停止させる。

アシスト発電モータ１０は、エンジン９と油圧ポンプ１１との間に機械的に接続されている。アシスト発電モータ１０は、例えば、永久磁石式の同期電動機であり、エンジン９によって回転駆動されることにより発電を行い、また、電力が供給されることによりエンジン９の駆動を補助（アシスト）する。すなわち、アシスト発電モータ１０は、エンジン９によって回転駆動されることにより発電を行う機能（発電機機能）と、供給される電力によりエンジン９の駆動を補助する機能（電動機機能）とを有している。

オルタネータ４１は、例えば、永久磁石式の発電機であり、エンジン９によって駆動されることにより発電を行い、後述する電気・電子設備７０を駆動するための電力を蓄電および放電（給電）する蓄電器４０に蓄電する。

スタータ４３は、キースイッチ２９がＯＮ位置に操作された状態から、さらに、スタート位置に操作された場合に、エンジン９の出力軸を駆動して始動させる、例えば、永久磁石式の電動機である。スタータ４３は、キースイッチ２９からの制御信号に基づいて、蓄電器４０から供給される電力により駆動される。キースイッチ２９は、スタート位置についてはモーメンタリ動作を行うように構成されており、オペレータがスタート位置への操作を止めると自動的にＯＮ位置まで戻る。

油圧ポンプ１１は、アシスト発電モータ１０とパイロットポンプ１２との間に配置されており、アシスト発電モータ１０を介してエンジン９に機械的に接続されている。油圧ポンプ１１は、パイロットポンプ１２および作動油タンク１３と共に油圧源を構成している。油圧ポンプ１１は、例えば、斜板式、斜軸式、又はラジアルピストン式のような各種の油圧ポンプであり、エンジン９およびアシスト発電モータ１０により駆動されるものである。油圧ポンプ１１は、走行油圧モータ２Ｅ，２Ｆやシリンダ５Ｄ〜５Ｆ、旋回油圧モータ２１などを駆動するための動力源として、作動油タンク１３内の作動油を昇圧し、コントロールバルブ１６に吐出する。

パイロットポンプ１２は、油圧ポンプ１１とともにアシスト発電モータ１０を介してエンジン９に機械的に接続されている。パイロットポンプ１２から吐出された圧油の油圧（パイロット圧）が操作装置１４に供給され、操作装置１４の操作によって操作信号が生成されて、コントロールバルブ１６に供給される。

操作装置１４は、キャブ７内に配置された走行用の操作レバーやペダル、作業用の操作レバーなど（いずれも図示せず）により構成されている。また、操作装置１４は流量制御弁１５を有している。流量制御弁１５は、パイロットポンプ１２から吐出されるパイロット圧から操作装置１４の操作量に応じて操作信号を生成し、コントロールバルブ１６に供給する。

コントロールバルブ１６は、旋回フレーム６上に設けられており、油圧ポンプ１１から油圧モータ２Ｅ，２Ｆ，２１、シリンダ５Ｄ〜５Ｆに供給される圧油の流量および方向を制御する複数の方向切換弁を含んで構成されている。コントロールバルブ１６の複数の方向切換弁は、それぞれ、操作装置１４からの操作信号（パイロット圧）により駆動される。油圧ポンプ１１からコントロールバルブ１６に供給された圧油は、それぞれの油圧モータ２Ｅ，２Ｆ，２１、シリンダ５Ｄ〜５Ｆに適宜分配され、油圧モータ２Ｅ，２Ｆ，２１、シリンダ５Ｄ〜５Ｆを駆動（回転、伸長、縮小）する。

ゲートロックレバー１７は、油圧ショベル１の動作の可否を設定するロック装置を構成しており、キャブ７内に配置されている。ゲートロックレバー１７は、パイロットカット弁１８を有している。パイロットカット弁１８は、パイロットポンプ１２から流量制御弁１５に供給されるパイロット圧の通流と遮断とを切り換えることにより、操作装置１４から油圧モータ２Ｅ，２Ｆ，２１、シリンダ５Ｄ〜５Ｆにそれぞれ対応するコントロールバルブ１６の方向切換弁に送られる操作信号の無効と無効とを切り換えるものである。例えば、ゲートロックレバー１７がロック位置（上げ位置）に移動されると、パイロットカット弁１８へのゲートロック信号によりパイロットポンプ１２から流量制御弁１５に供給される圧油が遮断され、操作装置１４による油圧モータ２Ｅ，２Ｆ，２１、シリンダ５Ｄ〜５Ｆの操作が不能となる。ゲートロックレバー１７がロック解除位置（下げ位置）に移動されると、パイロットカット弁１８へのゲートロック信号によりパイロットポンプ１２からの流量制御弁１５に供給される圧油を通流され、操作装置１４による油圧モータ２Ｅ，２Ｆ，２１、シリンダ５Ｄ〜５Ｆの操作が可能になる。また、ゲートロックレバー１７がロック解除位置に移動された場合は、スタータカットリレー（図示せず）が作動し、スタータ４３とともにスタータとして機能するアシスト発電モータ１０への電力供給が遮断され、エンジン９が始動されないように構成されている。ゲートロックレバー１７の位置を示すゲートロック信号は、後述するメインコントローラ２８にも入力されている。なお、ロック装置は、ゲートロックレバー１７のように上下方向に回動するレバー式に限られず、例えば各種のスイッチやペダルなどによって構成してもよい。

旋回装置２０Ａは、上部旋回体４の旋回フレーム６上に設けられ、減速機２０、旋回油圧モータ２１、旋回電動モータ２２などによって構成されている。旋回装置２０Ａは、旋回油圧モータ２１と旋回電動モータ２２とが協働して上部旋回体４を旋回駆動する、いわゆるハイブリッド型の旋回装置であり、旋回油圧モータ２１と旋回電動モータ２２の回転力を減速機２０を介して旋回軸受装置３に伝達することにより、上部旋回体４を下部走行体２に対して旋回させる。

旋回電動モータ２２は、旋回油圧モータ２１とともに減速機２０の上部側に取付けられている。旋回電動モータ２２は、例えば、永久磁石型同期電動機であり、電力が供給されることにより旋回油圧モータ２１による上部旋回体４の旋回駆動を補助（アシスト）する。また、旋回電動モータ２２は、上部旋回体４の旋回動作を減速するときに発生するエネルギを電気エネルギに変換（発電）する。すなわち、旋回電動モータ２２は、電力が供給されることにより旋回油圧モータ２１を補助（アシスト）して上部旋回体４を旋回させる電動機としての機能（旋回アシスト機能）と、上部旋回体４の旋回減速時の運動エネルギ（回転エネルギ）を電気エネルギに変換（回生発電）する発電機としての機能（旋回回生機能）とを有している。

以上のように構成した油圧ショベル１の電動システムは、アシスト発電モータ１０、駆動用バッテリ１９、旋回電動モータ２２に加えて、第１のインバータ２４、モータジェネレータコントロールユニット２４Ａ（以下、ＭＧＣＵ２４Ａと称する）、第２のインバータ２５、旋回電動モータコントロールユニット２５Ａ（以下、ＲＭＣＵ２５Ａと称する）、チョッパ２６、チョッパコントロールユニット２６Ａ（以下、ＣＣＵ２６Ａと称する）、駆動用バッテリ１９、及び、バッテリコントロールユニット１９Ａ（以下、ＢＣＵ１９Ａと称する）などによって構成されている。ここで、第１のインバータ２４、ＭＧＣＵ２４Ａ、第２のインバータ２５、ＲＭＣＵ２５Ａ、チョッパ２６、ＣＣＵ２６Ａ、駆動用バッテリ１９、及びＢＣＵ１９Ａは、電力変換装置（ＰＣＵ：パワーコントロールユニット）２３を構成している。電力変換装置２３は上部旋回体４に搭載されている。

電力変換装置２３は、アシスト発電モータ１０及び旋回電動モータ２２に供給される電力、及び、アシスト発電モータ１０及び旋回電動モータ２２により発電される電力を制御するものである。アシスト発電モータ１０及び旋回電動モータ２２は、電力変換装置２３から供給される電力により電動機として機能し、また、発電機として機能して電力変換装置２３に電力を供給する。

また、電力変換装置２３は、メインコントローラ２８、エンジン９、ＥＣＵ９Ａ、電気設備用電源制御装置４２、及び、電気的負荷４４とともに、電気・電子設備７０を構成している。電気・電子設備７０において、メインコントローラ２８、ＥＣＵ９Ａ、ＢＣＵ２９Ａ、ＭＧＣＵ２４Ａ、ＲＭＣＵ２５Ａ、ＣＣＵ２６Ａ、及び、電気的負荷４４は、電気設備用電源制御装置４２を介して蓄電器４０から供給される電力により動作する。電気設備用電源制御装置４２は、メインコントローラ２８からの制御指令に基づいて、蓄電器４０から電気・電子設備７０の各構成に供給される電力の供給・停止（遮断）を制御する。なお、電気的負荷４４は、蓄電器４０から供給される電力により動作する（すなわち、電力を消費する）その他の構成をまとめて示したものであり、例えば、エアコンのコンプレッサや室内灯などが考えられる。

第１のインバータ２４は、アシスト発電モータ１０に電気的に接続され、アシスト発電モータ１０の駆動を制御するものである。具体的には、第１のインバータ２４は、例えば、トランジスタや絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）などからなる複数（例えば６個）のスイッチング素子を用いて構成されており、一対の直流母線２７Ａ，２７Ｂに接続されている。第１のインバータ２４のスイッチング素子の開閉動作は、ＭＧＣＵ２４Ａから出力される三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）ＰＷＭ信号によって制御される。アシスト発電モータ１０の発電時には、第１のインバータ２４はアシスト発電モータ１０による発電電力を直流電力に変換して直流母線２７Ａ，２７Ｂに供給する。一方、アシスト発電モータ１０のモータ駆動時には、第１のインバータ２４は直流母線２７Ａ，２７Ｂの直流電力から三相の交流電力を生成してアシスト発電モータ１０に供給する。

第２のインバータ２５は、旋回電動モータ２２に電気的に接続され、旋回電動モータ２２の駆動を制御するものである。具体的には、第２のインバータ２５は、第１のインバータ２４と同様に、複数（例えば６個）のスイッチング素子を用いて構成されており、一対の直流母線２７Ａ，２７Ｂに接続されている。第２のインバータ２５のスイッチング素子の開閉動作は、ＲＭＣＵ２５Ａから出力される三相ＰＷＭ信号によって制御される。旋回電動モータ２２の旋回駆動時には、第２のインバータ２５は直流母線２７Ａ，２７Ｂの直流電力から三相の交流電力を生成して旋回電動モータ２２に供給する。一方、旋回電動モータ２２の旋回減速時（回生時）には、第２のインバータ２５は旋回電動モータ２２による回生電力を直流電力に変換して直流母線２７Ａ，２７Ｂに供給する。

チョッパ２６は、駆動用バッテリ１９と直流母線２７Ａ，２７Ｂとを接続して配置されている。すなわち、チョッパ２６と第１および第２のインバータ２４，２５は、一対の直流母線２７Ａ，２７Ｂを介して互いに電気的に接続されている。チョッパ２６は、例えば、ＩＧＢＴ等からなる複数（例えば２個）のスイッチング素子とリアクトルとを備えて構成されている。チョッパ２６は、ＣＣＵ２６Ａによってスイッチング素子の開閉動作が制御される。チョッパ２６は、駆動用バッテリ１９の充電時には降圧回路（降圧チョッパ）として機能し、直流母線２７Ａ，２７Ｂから供給される直流電圧を降圧して駆動用バッテリ１９に供給する。一方、チョッパ２６は、駆動用バッテリ１９の放電時には昇圧回路（昇圧チョッパ）として機能し、駆動用バッテリ１９から供給される直流電圧を昇圧して直流母線２７Ａ，２７Ｂに供給する。

第１及び第２のインバータ２４，２５とチョッパ２６とは、正極側（プラス側）と負極側（マイナス側）で一対の直流母線２７Ａ，２７Ｂを通じて相互に接続されている。直流母線２７Ａ，２７Ｂには、直流母線２７Ａ，２７Ｂの電圧を安定させるための平滑用のコンデンサ（図示せず）が接続されている。直流母線２７Ａ，２７Ｂには、例えば、数百Ｖ程度の所定の直流電圧が印加される。

アシスト発電モータ１０が発電機として機能している場合の発電電力は、第１のインバータ２４を介して、第２のインバータ２５およびチョッパ２６に供給され、旋回電動モータ２２の駆動や駆動用バッテリ１９の充電（蓄電）に用いられる。また、アシスト発電モータ１０がエンジン９の駆動を補助する電動機として機能している場合には、駆動用バッテリ１９に充電された電力、又は、旋回電動モータ２２の回生電力によってアシスト発電モータ１０が駆動される。

旋回電動モータ２２が発電機として機能している場合の発電電力（回生電力）は、第２のインバータ２５および直流母線２７Ａ，２７Ｂを介して、第１のインバータ２４及びチョッパ２６に供給され、アシスト発電モータ１０の駆動や駆動用バッテリ１９の充電（蓄電）に用いられる。また、旋回電動モータ２２が旋回油圧モータ２１の駆動を補助する電動機として機能している場合には、アシスト発電モータ１０で発電される発電電力、又は、駆動用バッテリ１９から供給される電力によって旋回電動モータ２２が駆動される。

駆動用バッテリ１９は、旋回フレーム６上に配置されており、チョッパ２６及び第１のインバータ２４を介してアシスト発電モータ１０に電気的に接続されるとともに、チョッパ２６及び第２のインバータ２５を介して旋回電動モータ２２に電気的に接続されている。駆動用バッテリ１９は電力を蓄えるものであり、例えば、リチウムイオンバッテリやニッケル水素バッテリなどの二次電池、或いは、電気二重層のキャパシタを用いて構成されている。駆動用バッテリ１９は、アシスト発電モータ１０による発電電力、及び、旋回電動モータ２２による旋回減速時の発電電力（回生電力）によって充電（蓄電）され、また、充電された電力をアシスト発電モータ１０、及び、旋回電動モータ２２に放電（給電）する。

駆動用バッテリ１９は、メインコントローラ２８からの指令に基づいて駆動用バッテリ１９の充電動作や放電動作を制御するＢＣＵ１９Ａを有している。ＢＣＵ１９Ａは、電力残量検出手段を構成しており、駆動用バッテリ１９の電力残量としての蓄電率（ＳＯＣ）を検出してメインコントローラ２８に出力する。

メインコントローラ２８は、例えば、キャブ７内に配置されており、ＥＣＵ９Ａ、ＢＣＵ１９Ａ、ＭＧＣＵ２４Ａ、ＲＭＣＵ２５Ａ、ＣＣＵ２６Ａに接続されて、それらからの情報を取得するとともに動作を制御することにより、エンジン９、駆動用バッテリ１９、チョッパ２６、第１のインバータ２４、第２のインバータ２５の動作を制御する。メインコントローラ２８は、例えば、ＥＣＵ９Ａからはエンジン回転数、ＢＣＵ１９Ａからは駆動用バッテリ１９の蓄電率（ＳＯＣ）などの情報を取得している。メインコントローラ２８は、例えば、マイクロコンピュータ等により構成されている。

図３に示すように、メインコントローラ２８は、電動制御処理部２８１と、エンジン制御処理部２８２と、電気設備用電源制御処理部（電源制御処理部）２８３とを備えている。

電動制御処理部２８１は、ＢＣＵ１９ＡやＭＧＣＵ２４Ａ、ＲＭＣＵ２５Ａ、ＣＣＵ２６Ａなどに対する制御指令を生成してアシスト発電モータ１０や旋回電動モータ２２の駆動制御を行うものであり、アシスト発電モータ１０の駆動制御を行うアシスト発電モータ制御部２８１ａと、旋回電動モータ２２の駆動制御を行う旋回電動モータ制御部２８１ｂとを有している。

図４はアシスト発電モータ制御部によるアシスト発電モータ通常始動制御処理を示すフローチャートであり、図５はアシスト発電モータエンジン自動停止再始動制御処理を示すフローチャートである。

図４において、アシスト発電モータ制御部２８１ａは、キー信号がＯＮになったかどうか、すなわち、キースイッチ２９がＯＮ位置に設定されたかどうかを判定し（ステップＳ４００）、判定結果がＹＥＳの場合には、エンジン回転数がＮ１以上であるかと、エンジン回転数がＮ２以下であるかどうかとを判定する（ステップＳ４１０，Ｓ４２０）。ステップＳ４００〜Ｓ４２０の判定結果が全てＹＥＳの場合には、アシスト発電モータ駆動制御を行って（ステップＳ４３０）、処理を終了し、それ以外の場合（すなわち、ステップＳ４００〜Ｓ４２０の判定結果の少なくとも１つがＮＯの場合）には、アシスト発電モータ停止制御を行って（ステップＳ４３１）、処理を終了する。

ここで、エンジン回転数Ｎ１とは、エンジン９が停止しているかどうかを規定するための基準値であり、エンジン回転数がＮ１未満の場合には、エンジン９が停止状態であるとする。また、エンジン回転数Ｎ２とは、エンジン９が稼働状態であるかどうかを規定するための基準値であり、エンジン回転数がＮ２よりも大きい場合には、エンジン９が稼働状態であるとする。また、エンジン回転数がＮ１以上、かつ、Ｎ２以下である場合には、エンジン９が停止状態と稼働状態の中間的な状態であるとすることができる。アシスト発電モータ駆動制御（Ｓ４３０）は、アシスト発電モータ１０によりエンジン９を始動する（又は、始動を補助する）制御であり、アシスト発電モータ停止制御（Ｓ４３１）は、アシスト発電モータ１０によりエンジン９の始動を補助する制御である。すなわち、アシスト発電モータ通常始動制御処理では、エンジン９の初期始動時にスタータ４３の動作をアシスト発電モータ１０で補助している。

図５において、アシスト発電モータ制御部２８１ａは、再始動スイッチ６０がＯＮ操作（押下）されたかどうかを判定し（ステップＳ５００）、判定結果がＹＥＳの場合には、エンジン回転数がＮ２以下であるかどうか、すなわち、エンジン９が稼働状態ではないかどうかを判定する（ステップＳ５１０）。ステップＳ５００，Ｓ５１０の判定結果がともにＹＥＳの場合、すなわち、再始動スイッチ６０が操作され、かつ、エンジン９が稼働状態ではない場合には、アシスト発電モータ駆動制御を行って（ステップＳ５２０）、処理を終了し、それ以外の場合（すなわち、ステップＳ５００，Ｓ５１０の判定結果の少なくとも一方がＮＯの場合）には、アシスト発電モータ停止制御を行って（ステップＳ５２１）、処理を終了する。すなわち、アシスト発電モータエンジン自動停止再始動制御処理では、エンジン９の再始動をアシスト発電モータ１０で行っている。

エンジン制御処理部２８２は、ＥＣＵ９Ａなどに対する制御指令を生成してエンジン９の駆動制御を行うものであり、予め定めた自動停止条件を満たした場合にエンジン９を停止する、いわゆるオートストップ制御を行う自動停止処理部２８２ｂと、エンジン９が始動された場合に初期始動であるのか再始動であるのかを判定する初回稼働判定処理部２８２ａとを有している。ここで、エンジン９の初期始動とは、キースイッチ２９がＯＦＦ位置に設定された状態（すなわち、エンジン９が停止中、かつ、蓄電器４０からの電気・電子設備７０への電力の供給が停止されている状態）からのエンジン９の始動である。また、エンジン９の再始動とは、オートストップ制御によるエンジン９の停止状態において、再始動スイッチ６０の操作（押下）に基づいてアシスト発電モータ１０によりエンジン９を始動することである。

図６は初回稼働判定処理部による初回稼働判定処理を示すフローチャートであり、図７は自動停止処理部によるエンジン自動停止処理を示すフローチャートである。

図６において、初回稼働判定処理部２８２ａは、エンジン回転数がＮ２よりも大きいかどうかを判定し（ステップＳ６００）、判定結果がＹＥＳの場合には、初回稼働フラグがＯＦＦであるかどうかを判定する（ステップＳ６１０）。ステップＳ６００，Ｓ６１０での判定結果がＹＥＳの場合には、エンジン稼働カウンタが予め定めた閾値Ｔ１以下であるかどうかを判定し（ステップＳ６２０）、それ以外の場合（すなわち、ステップＳ６００，Ｓ６１０の判定結果の少なくとも一方がＮＯの場合）には、処理を終了する。ステップＳ６２０での判定結果がＹＥＳの場合には、エンジン稼働カウンタをインクリメント（すなわち、１を加算）して（ステップＳ６３０）、処理を終了し、判定結果がＮＯの場合には、初回稼動フラグをＯＮにして（ステップＳ６３１）、処理を終了する。初回稼動判定処理は、エンジン９の初期始動から一定時間（ここでは、エンジン稼動カウンタがＴ１になるまでの時間）が経過するまでは初回稼動フラグをＯＦＦとし、エンジン稼動カウンタがＴ１になると初回稼動フラグをＯＮにする処理である。初回稼動判定処理は、例えば、メインコントローラ２８で用いられるクロック信号に基づいて繰り返し実行される。

図７において、自動停止処理部２８２ｂは、エンジン回転数がＮ２よりも大きいかどうかを判定し（ステップＳ７００）、判定結果がＮＯの場合、すなわち、エンジン９が稼動状態では無い場合には処理を終了する。また、ステップＳ７００での判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、エンジン９が稼動状態であると判定した場合には、ゲートロックレバー１７がロック状態であるかどうかを判定し（ステップＳ７１０）、判定結果がＹＥＳの場合には、自動停止カウンタをインクリメント（すなわち、１を加算）し（ステップＳＳ７２０）、続いて、初回稼動フラグがＯＮであるかどうかと、自動停止カウンタが予め定めた閾値Ｔ２以上であるかどうかとを判定する（ステップＳ７３０，Ｓ７４０）。ステップＳ７３０，Ｓ７４０の判定結果がいずれもＹＥＳの場合には、エンジン９における燃料噴射を停止させてエンジン９を停止させるＥＣＵ９Ａへの指令である燃料噴射停止指令を生成して（ステップＳ７５０）、処理を終了し、それ以外の場合（すなわち、ステップＳ７３０，Ｓ７４０の判定結果の少なくとも一方がＮＯの場合）には、処理を終了する。また、ステップＳ７１０での判定結果がＮＯの場合、すなわち、ゲートロックレバー１７が解除状態であると判定した場合には、自動停止カウンタをクリアし（ステップＳ７２１）、処理を終了する。

エンジン自動停止処理は、初回稼動フラグがＯＮの場合、すなわち、エンジン９の初期始動からエンジン稼動カウンタがＴ１になるまでの時間が経過している状態において、エンジン９の始動（初期始動、又は、再始動）から一定時間（ここでは、自動停止カウンタがＴ２になるまでの時間）が経過するとエンジン９を停止する、いわゆる、オートストップ制御を行う処理である。エンジン自動停止処理は、例えば、メインコントローラ２８で用いられるクロック信号に基づいて繰り返し実行される。すなわち、エンジン自動停止処理では、エンジン９の初期始動から閾値Ｔ１で設定される十分な時間が経過するまではエンジン９の自動停止を行わない。なお、自動停止条件は、初期始動からエンジン稼動カウンタがＴ１になるまでの時間（第１の連続稼動時間条件）と、再始動から自動停止カウンタがＴ２になるまでの時間（第２の連続稼動時間条件）とを含んでおり、第１の連続稼動時間条件は第２の連続稼動時間条件よりも長く設定されている。

電気設備用電源制御処理部（電源制御処理部）２８３は、電気設備用電源制御装置４２を制御して、蓄電器４０から電気・電子設備７０の各構成に供給される電力の供給と停止（遮断）とを制御するものであり、エンジン９の稼働中におけるオルタネータ（発電機）４１から蓄電器４０への充電量を推定する充電量推定処理部２８３ａと、オートストップ制御によるエンジン９の停止中において蓄電器４０から電気・電子設備７０に供給される電力である放電量を推定する放電量推定処理部２８３ｂと、オートストップ制御によるエンジン９の停止中において、放電量が充電量以上となった場合（すなわち、放電量が充電量を上回ると判断したとき）に、蓄電器４０から電気・電子設備７０への電力の供給を停止させる電力供給判定処理部２８３ｃとを有している。

図８は、電気設備用電源制御処理部における電気設備用電源制御処理を示すフローチャートである。

図８において、電気設備用電源制御処理部２８３は、エンジン９の回転数がＮ２よりも大きいかどうか、すなわち、エンジン９が稼働中かどうかを判定する（ステップＳ８００）。

ステップＳ８００での判定結果がＹＥＳの場合には、充電量推定処理部２８３ａは、充放電カウンタが予め定めたカウントＭＡＸ（よりも小さいかどうかを判定し（ステップＳ８１０）、判定結果がＹＥＳの場合には、充電量積算処理として、蓄電器４０の蓄電量の推定値である充放電カウンタＣＮＴにＣＮＴ＋ｋ１を入力し（ステップＳ８２０）、処理を終了する。また、ステップＳ８１０での判定結果がＮＯの場合にも処理を終了する。

また、ステップＳ８００での判定結果がＮＯの場合には、エンジン回転数がＮ１よりも小さいかどうか、すなわち、エンジン９が停止しているかどうかを判定し（ステップＳ８３０）、判定結果がＹＥＳの場合には、放電量積算処理として、充放電カウンタＣＮＴにＣＮＴ−ｋ２を入力する（ステップＳ８４０）。続いて、電力供給判定処理部２８３ｃは、充放電カウンタが０（ゼロ）以下であるかどうかを判定し（ステップＳ８５０）、判定結果がＹＳＥの場合には、蓄電器４０から電気・電子設備７０への電力の供給を電気設備用電源制御装置４２に停止させる電力供給停止指令を生成し（ステップＳ８６０）、処理を終了する。また、ステップＳ８３０、又は、ステップＳ８５０での判定結果がＮＯの場合には、処理を終了する。

ここで、充放電カウンタＣＮＴについて説明する。充放電カウンタＣＮＴは、蓄電器４０の蓄電量の推定値であり、カウンタＭＡＸは、蓄電器４０の最大蓄電量を示している。また、充放電カウンタＣＮＴは、蓄電器４０の蓄電量の最低値として蓄電器４０の劣化が十分に少ない蓄電量を基準（すなわち、充放電カウンタ＝０）に設定している。また、定数ｋ１は、エンジン９の稼動時におけるオルタネータ４１の単位時間（この場合は、電気設備用電源制御処理の１サイクル）における発電量の推定値を示しており、例えば、オルタネータ４１の定格発電量や実験的に求めた発電量を設定する。また、定数ｋ２は、オートストップ制御によるエンジン９の停止中における単位時間（この場合も電気設備用電源制御処理の１サイクル）における電気・電子設備７０の消費電力量（言い換えると、蓄電器４０の放電量）の推定値を示しており、例えば、電気・電子設備７０の各構成の仕様から求めた放電量や実験的に求めた放電量を設定する。なお、図８のフローチャートでは、例えば、ステップＳ８３０における判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、エンジン９が停止している場合は、オートストップ制御によるエンジン９の停止中を示している。例えば、キースイッチ２９をＯＦＦ位置に設定した場合のエンジン９の停止では、電気・電子設備７０への電力供給が行われないため、電気設備用電源制御処理がそもそも実行されない。

以上のように構成した本実施の形態の動作を図９を参照しつつ説明する。

図９は、充放電カウンタの時間変化の一例を車体ステータスを含む他の状態の時間変化とともに示す図である。

図９においては、説明の簡単のため、エンジン稼動カウンタがＴ１になるまでの時間、及び、自動停止カウンタがＴ２になるまでの時間を、それぞれ、時間Ｔ１，Ｔ２として説明する。図９において、まず、エンジン９の初期始動を行うと、車体ステータスが停車状態（ａ区間）からエンジン稼働状態（ｂ区間）へ遷移する。エンジン稼働状態において、ゲートロックレバー１７を操作してゲートロック信号を解除状態からロック状態に切り換え（ｃ区間）、Ｔ２時間が経過するとエンジン停止条件が成立するが、初回起動であるため、エンジン９は自動停止しない。また、初回起動からＴ１時間が経過して（ｄ区間）、初めてエンジン９がオートストップ制御による停止状態となる。エンジン９が稼働中であるｂ区間、ｃ区間、および、ｄ区間においては、充放電カウンタＣＮＴは充電量積算処理により傾きｋ１で増加する。ｅ区間においてはエンジン９が自動停止して待機状態となり、充放電カウンタＣＮＴは放電量積算処理により傾きｋ２で減少する。エンジン９のオートストップ制御における自動停止中において、再始動スイッチ６０をＯＮ操作（押下）すると、エンジン９が再始動し、車体ステータスがエンジン稼働状態（ｆ区間）へ遷移する。エンジン再始動後、ゲートロックレバー１７を操作してゲートロック信号を解除状態からロック状態に切り換えると、Ｔ２時間経過（ｇ区間）すると、再びエンジン９がオートストップ制御による自動停止状態に遷移する（h区間）。その後、再度エンジンを再始動し、ゲートロック信号をロック状態としたままＴ２時間経過（i区間）すると、オートストップ制御による自動停止状態に遷移する（ｊ区間）。このｊ区間において、充放電カウンタが０に達するまで再始動スイッチ６０が操作（押下）が押されない場合には、蓄電器４０から電気・電子設備７０への電力供給が停止（遮断）され、車体ステータスは電源ＯＦＦとなる。

次に上記の各実施の形態の特徴について説明する。

（１）上記の実施の形態では、エンジン９と、前記エンジンにより駆動される発電機（例えば、オルタネータ４１）と、前記発電機により発電された電力を蓄える蓄電器４０と、前記蓄電器から供給される電力により駆動又は制御される電気・電子設備７０と、予め定めた自動停止条件を満たした場合に前記エンジンを停止するオートストップ制御を行う制御装置（例えば、メインコントローラ２８）とを備えた建設機械において、前記制御装置は、前記蓄電器から前記電気・電子設備に供給される電力を制御する電源制御処理部２８３を有し、前記電源制御処理部は、前記エンジンの稼働中における前記発電機から前記蓄電器への充電量を推定する充電量推定処理部２８３ａと、前記オートストップ制御による前記エンジンの停止中において前記蓄電器から前記電気・電子設備に供給される電力である放電量を推定する放電量推定処理部２８３ｂと、前記オートストップ制御による前記エンジンの停止中において、前記放電量が前記充電量を上回ると判断したときに、前記蓄電器から前記電気・電子設備への電力の供給を停止させる電力供給判定処理部２８３ｃとを有するものとした。

これにより、エンジンのオートストップ制御における蓄電器の劣化をより確実に抑制することができる。

（２）また、上記の実施の形態では、（１）の建設機械において、前記充電量推定処理部は、前記エンジンの稼働時間と前記蓄電器の充電量との関係を予め定めた定数ｋ１に基づいて前記発電機から前記蓄電器への充電量を推定し、前記放電量推定処理部は、前記オートストップ制御による前記エンジンの停止時間と前記電気・電子設備の放電量の関係を予め定めた定数ｋ２に基づいて前記蓄電器から前記電気・電子設備に供給される電力である放電量を推定するものとした。

これにより、結果として、エンジン９が自動停止されてから再始動スイッチ６０による操作が行われない場合の電源がＯＦＦされるまでの時間は、蓄電器４０から電気・電子設備７０に供給される電力、すなわち、推定される放電量に応じて変動することになる。

（３）また、上記の実施の形態では、（１）の建設機械において、前記オートストップ制御の前記自動停止条件は、少なくとも、前記エンジンの始動から稼動した時間である第１及び第２の連続稼働時間条件を含み、前記エンジンが停止中、かつ、前記蓄電器から前記電気・電子設備への電力の供給が停止されている状態からの前記エンジンの始動である初期始動における前記第１の連続稼働時間条件は、前記オートストップ制御による前記エンジンの停止状態からの始動である再始動における前記第２の連続稼働時間条件よりも長く設定されたものとした。

＜付記＞
なお、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や組み合わせが含まれる。また、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、上記の各構成、機能等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。

１…油圧ショベル、２…下部走行体、２Ａ…トラックフレーム、２Ｂ…駆動輪、２Ｃ…遊動輪、２Ｄ…履帯、２Ｅ，２Ｆ…走行油圧モータ、３…旋回軸受装置、４…上部旋回体、５…作業装置、５Ａ…ブーム、５Ｂ…アーム、５Ｃ…バケット、５Ｄ…ブームシリンダ、５Ｅ…アームシリンダ、５Ｆ…バケットシリンダ、６…旋回フレーム、７…キャブ、８…カウンタウエイト、９…エンジン、９Ａ…エンジンコントロールユニット、１０…アシスト発電モータ、１１…油圧ポンプ、１２…パイロットポンプ、１３…作動油タンク、１４…操作装置、１５…流量制御弁、１６…コントロールバルブ、１７…ゲートロックレバー、１８…パイロットカット弁、１９…駆動用バッテリ、１９Ａ…バッテリコントロールユニット、２０…減速機、２０Ａ…旋回装置、２１…旋回油圧モータ、２２…旋回電動モータ、２３…電力変換装置、２４…第１のインバータ、２４Ａ…モータジェネレータコントロールユニット、２５…第２のインバータ、２５Ａ…旋回電動モータコントロールユニット、２６…チョッパ、２６Ａ…チョッパコントロールユニット、２７Ａ…直流母線、２７Ｂ…直流母線、２８…メインコントローラ、２９…キースイッチ、３０…表示装置、４０…蓄電器、４１…オルタネータ、４２…電気設備用電源制御装置、４３…スタータ、４４…電気的負荷、６０…再始動スイッチ、２８１…電動制御処理部、２８１ａ…アシスト発電モータ制御部、２８１ｂ…旋回電動モータ制御部、２８２…エンジン制御処理部、２８２ａ…初回稼働判定処理部、２８２ｂ…自動停止処理部、２８３…電気設備用電源制御処理部、２８３ａ…充電量推定処理部、２８３ｂ…放電量推定処理部、２８３ｃ…電力供給判定処理部

Claims (3)

1. エンジンと、
   前記エンジンにより駆動される発電機と、
   前記発電機により発電された電力を蓄える蓄電器と、
   前記蓄電器から供給される電力により駆動又は制御される電気・電子設備と、
   予め定めた自動停止条件を満たした場合に前記エンジンを停止するオートストップ制御を行う制御装置とを備えた建設機械において、
   前記制御装置は、前記蓄電器から前記電気・電子設備に供給される電力を制御する電源制御処理部を有し、
   前記電源制御処理部は、
   前記エンジンの稼働中における前記発電機から前記蓄電器への充電量を推定する充電量推定処理部と、
   前記オートストップ制御による前記エンジンの停止中において前記蓄電器から前記電気・電子設備に供給される電力である放電量を推定する放電量推定処理部と、
   前記オートストップ制御による前記エンジンの停止中において、前記放電量が前記充電量を上回ると判断したときに、前記蓄電器から前記電気・電子設備への電力の供給を停止させる電力供給判定処理部とを有することを特徴とする建設機械。
2. 請求項１記載の建設機械において、
   前記充電量推定処理部は、前記エンジンの稼働時間と前記蓄電器の充電量との関係を予め定めた定数に基づいて前記発電機から前記蓄電器への充電量を推定し、
   前記放電量推定処理部は、前記オートストップ制御による前記エンジンの停止時間と前記電気・電子設備の放電量の関係を予め定めた定数に基づいて前記蓄電器から前記電気・電子設備に供給される電力である放電量を推定することを特徴とする建設機械。
3. 請求項１記載の建設機械において、
   前記オートストップ制御の前記自動停止条件は、少なくとも、前記エンジンの始動から稼動した時間である第１及び第２の連続稼働時間条件を含み、
   前記エンジンが停止中、かつ、前記蓄電器から前記電気・電子設備への電力の供給が停止されている状態からの前記エンジンの始動である初期始動における前記第１の連続稼働時間条件は、前記オートストップ制御による前記エンジンの停止状態からの始動である再始動における前記第２の連続稼働時間条件よりも長く設定されたことを特徴とする建設機械。

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