JP6524019B2

JP6524019B2 - 建設機械

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Publication number: JP6524019B2
Application number: JP2016099529A
Authority: JP
Inventors: 真石島; 誠司石田; 絢太谷垣
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2016-05-18
Filing date: 2016-05-18
Publication date: 2019-06-05
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Description

本発明は、エンジン（内燃機関）と電動機とを備えた建設機械に関する。

一般に、油圧ショベルのような建設機械は、ガソリン、軽油等を燃料とするエンジンと、エンジンによって駆動する油圧ポンプと、油圧ポンプから吐出した圧油によって駆動する油圧モータ、油圧シリンダ等の油圧アクチュエータと、制御弁等を用いて油圧アクチュエータに対する圧油の流量と方向とを制御する操作レバー・ペダル等の操作装置とを備えている。

また、エンジンと発電電動機とを併用したハイブリッド式の油圧ショベルも知られている（例えば、特許文献１参照）。このようなハイブリッド式の油圧ショベルは、例えば、エンジンの出力軸に発電電動機と油圧ポンプとを取付けると共に、発電電動機には蓄電装置が電気的に接続して設けられている。発電電動機は、エンジンの駆動力によって発電した電力を蓄電装置に充電する発電機作用と、蓄電装置の電力を用いて力行することによってエンジンをアシストする電動機作用とを有している。

特開２００４−１５０３０５号公報

ところで、特許文献１に記載された建設機械は、例えば操作レバー等が中立位置に戻されて車両が操作されていないときには、エンジンの回転数を設定回転数まで低下させて、燃費性能を向上させつつ騒音を抑制している。しかしながら、電力変換器のスイッチングによって、電動機に振動や騒音が発生することがある。このとき、エンジン回転数を低下させると、エンジン音も低下するので、電動機からの高周波の騒音が知覚し易くなり、操作者等に不快感を与える虞がある。

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、本発明の目的は、車両の操作を行っていないときに、エンジン回転数を低下させると共に、電動機の騒音を抑制することができる建設機械を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明は、車両に搭載されたエンジンと、該エンジンに機械的に接続された電動機と、前記エンジンに機械的に接続された油圧ポンプと、前記車両の動作を操作する操作装置と、前記電動機に電気的に接続された蓄電装置と、該蓄電装置の電圧をスイッチングにより変換して前記電動機を駆動する電力変換器と、を備えた建設機械において、前記操作装置による無操作を検出したときに、前記エンジンの回転数を下げるローアイドル制御器と、該ローアイドル制御器が前記エンジンの回転数を下げているときには、前記電力変換器のスイッチングを停止させるスイッチング制御器と、を備える構成としたことにある。

本発明によれば、車両を操作していないときに、エンジン回転数を低下させると共に、電動機の騒音を抑制することができる。

本実施の形態による油圧ショベルを示す正面図である。油圧ショベル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。図２中のメインコントローラの構成を示すブロック図である。図３中のメインコントローラによるローアイドル制御処理を示す流れ図である。本実施の形態において、レバー操作、アイドル状態フラグ、回転速度指令、エンジン回転数、スイッチング状態の時間変化の一例を示す特性線図である。

以下、本発明に係る建設機械の実施の形態を、ハイブリッド式油圧ショベルを例に挙げ、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１ないし図５は本発明の実施の形態を示している。図１において、車両としてのハイブリッド式油圧ショベル１（以下、油圧ショベル１という）は、ハイブリッド式の建設機械の代表例として、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装置３と、旋回装置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とを含んで構成されている。

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，右両側で駆動輪２Ｂと前，後方向の反対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。一方、トラックフレーム２Ａの中央部の上側には、旋回装置３が取付けられている。

旋回装置３は、下部走行体２上に設けられ、減速機（図示せず）、旋回油圧モータ３Ａ等によって構成されている。この旋回装置３は、上部旋回体４を下部走行体２に対して旋回させるものである。

作業装置５は、上部旋回体４の旋回フレーム６の前側に俯仰動可能に取付けられたブーム５Ａと、該ブーム５Ａの先端部に俯仰動可能に取付けられたアーム５Ｂと、アーム５Ｂの先端部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、バケットシリンダ５Ｆとにより構成されている。

旋回フレーム６は、支持構造体として、上部旋回体４の一部を構成している。この旋回フレーム６は、旋回装置３を介して下部走行体２上に旋回可能に搭載されている。また、旋回フレーム６には、後述のキャブ７、エンジン８、アシスト発電モータ１０、油圧ポンプ１１、蓄電装置２０、インバータ２３等が設けられている。

キャブ７は、旋回フレーム６の左前側に設けられている。キャブ７内には、オペレータ（操作者）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、後述の操作装置１４、回転数指示装置２７等が配設されている。

エンジン８は、キャブ７の後側に位置して旋回フレーム６上に設けられている。このエンジン８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８の出力側には、アシスト発電モータ１０と油圧ポンプ１１が機械的に接続されている。

ここで、エンジン８の作動はエンジンコントロールユニット９（以下、ＥＣＵ９という）によって制御され、例えば、燃料の供給量が燃料噴射装置（図示せず）により可変に制御される。即ち、ＥＣＵ９は、後述のメインコントローラ２６から出力される制御信号（回転数制御器２６Ｂによる回転速度指令）に基づいてエンジン８のシリンダ（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８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、ＥＣＵ９は、キースイッチ（図示せず）の停止操作がされると、メインコントローラ２６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８を停止させる。

アシスト発電モータ１０は、電動機を構成し、エンジン８と油圧ポンプ１１とに機械的に接続されている。この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によって構成されている。アシスト発電モータ１０は、エンジン８によって回転駆動されることにより発電を行い、または電力が供給されることによりエンジン８の駆動を補助（アシスト）するものである。即ち、アシスト発電モータ１０は、エンジン８によって回転駆動されることにより発電を行う作用（発電機作用）と、後述のインバータ２３を介して電力供給されることにより電動機としてエンジン８の駆動を補助する作用（電動機作用）とを有するものである。

アシスト発電モータ１０の発電電力は、後述するインバータ２３に供給され、蓄電装置２０の充電（蓄電）が行われる。一方、エンジン８の駆動を補助するときは、アシスト発電モータ１０は、蓄電装置２０に充電された電力により駆動される。

油圧ポンプ１１は、アシスト発電モータ１０およびパイロットポンプ１２と一緒にエンジン８に機械的に接続されている。この油圧ポンプ１１は、パイロットポンプ１２、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、斜軸式またはラジアルピストン式等のような各種の油圧ポンプによって構成され、エンジン８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、旋回油圧モータ３Ａ、シリンダ５Ｄ〜５Ｆ等の油圧アクチュエータを駆動するための動力源となり、作動油タンク１３内の作動油を昇圧して後述のコントロールバルブ１６に向けて圧油を吐出する。

パイロットポンプ１２は、油圧ポンプ１１に連なって設けられている。このパイロットポンプ１２は、操作装置１４を操作したときに油圧信号としてコントロールバルブ１６に供給されるパイロット用の圧油（パイロット圧）を吐出するものである。

操作装置１４は、キャブ７内に位置して、流量制御弁１５に接続されている。操作装置１４は、走行用の操作レバー・ペダルや旋回用および作業用の操作レバー等（いずれも図示せず）により構成されている。この操作装置１４を用いて流量制御弁１５を操作することにより、パイロットポンプ１２から吐出する圧油の流量と方向を制御し、パイロット圧をコントロールバルブ１６に供給する。これにより、コントロールバルブ１６は、油圧モータ２Ｅ，２Ｆ，３Ａ、シリンダ５Ｄ〜５Ｆに対する圧油の方向が切り換え制御される。即ち、操作装置１４は、油圧モータ２Ｅ，２Ｆ，３Ａ、シリンダ５Ｄ〜５Ｆへの駆動指令としてコントロールバルブ１６に対するパイロット圧を出力する。これにより、操作装置１４は、油圧ショベル１の走行動作、旋回動作、掘削動作等を操作するものである。

コントロールバルブ１６は、旋回フレーム６に設けられ、油圧モータ２Ｅ，２Ｆ，３Ａ、シリンダ５Ｄ〜５Ｆを制御する複数個の方向制御弁を含んで構成されている。コントロールバルブ１６は、油圧ポンプ１１から供給される圧油の供給と排出を、操作装置１４の操作に基づく駆動指令（パイロット圧）に応じて切り換える（圧油の吐出量および吐出方向を制御する）。これにより、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，３Ａ、シリンダ５Ｄ〜５Ｆに適宜分配され、油圧モータ２Ｅ，２Ｆ，３Ａ、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、ロック装置を構成し、キャブ７内に位置して、パイロットカット弁１８に接続されている。このゲートロックレバー１７は、流量制御弁１５に付加されるパイロット圧を遮断することで操作装置１４による油圧モータ２Ｅ，２Ｆ，３Ａ、シリンダ５Ｄ〜５Ｆへの駆動指令の有効と無効とを切り換えるものである。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がパイロットポンプ１２から流量制御弁１５への圧油を遮断し、操作装置１４を介しての油圧モータ２Ｅ，２Ｆ，３Ａ、シリンダ５Ｄ〜５Ｆの操作が不能（無操作）となる。一方、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がパイロットポンプ１２からの圧油を連通し、操作装置１４による油圧モータ２Ｅ，２Ｆ，３Ａ、シリンダ５Ｄ〜５Ｆの操作が可能になる。なお、ロック装置は、上，下方向に回動するレバー式のゲートロックレバー１７に限らず、例えば各種のスイッチ、ペダル等によって構成してもよい。

パイロット圧センサ１９は、パイロットカット弁１８よりも下流側で、流量制御弁１５とコントロールバルブ１６との間に位置して設けられている。このパイロット圧センサ１９は、操作装置１４の操作の有無を検出する操作検出器で、パイロットポンプ１２から出力されるパイロット圧を検出する圧力センサにより構成されている。即ち、パイロット圧センサ１９は、パイロット圧が予め決められた圧力値よりも高いか、低いかにより、操作装置１４の操作の有無を検出し、検出結果をメインコントローラ２６に出力する。

蓄電装置２０は、旋回フレーム６上に設けられ、インバータ２３を介して、アシスト発電モータ１０に電気的に接続されている。蓄電装置２０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、ニッケル水素バッテリ等の二次電池を用いて構成されている。即ち、蓄電装置２０は、アシスト発電モータ１０による発電電力によって充電（蓄電）され、または、充電された電力をアシスト発電モータ１０に放電（給電）するものである。

ここで、蓄電装置２０には、バッテリコントロールユニット２１（以下、ＢＣＵ２１という）が設けられ、ＢＣＵ２１により充電動作や放電動作が制御される。また、ＢＣＵ２１は、電力残量検出器を構成し、蓄電装置２０の電力残量としての蓄電率（ＳＯＣ：State of Charge）を検出して、メインコントローラ２６に出力する。

また、蓄電装置２０には、温度センサ２２が設けられている。この温度センサ２２は、蓄電装置２０の温度を検出するもので、例えばサーミスタ等の温度検出器により構成されている。温度センサ２２は、メインコントローラ２６に接続され、温度センサ２２で検出した蓄電装置２０の温度は、検出信号（例えば、抵抗値の変化）としてメインコントローラ２６に出力される。この場合、温度センサ２２は、蓄電装置２０の暖機動作が必要か否かを検出するものである。

次に、ハイブリッド式油圧ショベル１の電動システムの構成について説明する。

図２に示すように、油圧ショベル１の電動システムは、上述したアシスト発電モータ１０、蓄電装置２０に加えて、後述するインバータ２３、ゲート制御器２４等によって構成されている。インバータ２３は、上部旋回体４に搭載され、ゲート制御器２４によってそのスイッチング動作が制御される。このインバータ２３は、蓄電装置２０からの電圧をスイッチングにより変換してアシスト発電モータ１０を駆動し、または、アシスト発電モータ１０からの電圧をスイッチングにより変換して蓄電装置２０を充電する。

インバータ２３は、電力変換器を構成し、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、インバータ２３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（例えば６個）のスイッチング素子を用いて構成され、一対の直流母線２５Ａ，２５Ｂに接続されている。インバータ２３のスイッチング素子は、その開・閉がゲート制御器２４から出力される三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）ＰＷＭ信号（ゲート電圧信号）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、インバータ２３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２５Ａ，２５Ｂ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、インバータ２３は、直流母線２５Ａ，２５Ｂの直流電力から三相の交流電力を生成し、アシスト発電モータ１０に供給する。

ゲート制御器２４は、スイッチング制御器として、上部旋回体４に搭載されている。このゲート制御器２４の入力側は後述のメインコントローラ２６に接続され、ゲート制御器２４の出力側はインバータ２３に接続されている。ゲート制御器２４は、メインコントローラ２６からの制御指令（出力指令）に基づいて、三相ＰＷＭ信号を生成する。これにより、ゲート制御器２４は、アシスト発電モータ１０の発電時の発電電力や力行時の駆動電力を制御する。

また、ゲート制御器２４には、メインコントローラ２６のローアイドル制御器２６Ａからアイドル状態フラグが入力される。ゲート制御器２４は、このアイドル状態フラグに基づいて、インバータ２３のスイッチングを行うか否かを制御する。即ち、アイドル状態フラグが「クリア」されている場合は、ゲート制御器２４は、インバータ２３がスイッチング動作を行う状態として、インバータ２３をＯＮ状態にする。このＯＮ状態では、ゲート制御器２４は三相ＰＷＭ信号を出力するから、インバータ２３は、三相ＰＷＭ信号に基づいて、スイッチング動作を行う。一方、アイドル状態フラグが「セット」されている場合は、ゲート制御器２４は、インバータ２３のスイッチング動作を停止する状態として、インバータ２３をＯＦＦ状態にする。このＯＦＦ状態では、ゲート制御器２４はスイッチング素子を停止する信号を出力するから、インバータ２３は、スイッチング素子が開（ＯＦＦ）に固定され、スイッチング動作を停止する。

インバータ２３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２５Ａ，２５Ｂを通じて蓄電装置２０に接続されている。直流母線２５Ａ，２５Ｂには、例えば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２５Ａ，２５Ｂには、例えば数百Ｖ程度の所定の直流電圧が印加される。

図３において、メインコントローラ２６は、例えばキャブ７内に設けられ、ＥＣＵ９、ＢＣＵ２１、ゲート制御器２４等に接続されている。このメインコントローラ２６は、例えばマイクロコンピュータ等により構成され、ローアイドル制御器２６Ａ、回転数制御器２６Ｂ、制御指令出力部２６Ｃ等を備えている。メインコントローラ２６は、ＥＣＵ９、ＢＣＵ２１、ゲート制御器２４等に対する制御指令を生成し、エンジン８のローアイドル制御、アシスト発電モータ１０の駆動制御、蓄電装置２０の温度監視、エネルギマネジメント等の制御を行う。

また、メインコントローラ２６は、図４に示すローアイドル制御処理のプログラム等を格納する記憶部（図示せず）を備えている。これにより、メインコントローラ２６は、操作装置１４の操作が無い（無操作）ときに、エンジン８の回転数を低下させるローアイドル制御を行うと共に、インバータ２３のスイッチングを停止する。

ローアイドル制御器２６Ａの入力側はパイロット圧センサ１９に接続され、ローアイドル制御器２６Ａの出力側は回転数制御器２６Ｂおよび制御指令出力部２６Ｃに接続されている。このローアイドル制御器２６Ａは、常時はアイドル状態フラグを「クリア」にしている。一方、ローアイドル制御器２６Ａは、操作装置１４の無操作を検出したときに、一定時間（時刻ｔ1と時刻ｔ2との間）をおいて、アイドル状態フラグを「セット」する。即ち、パイロット圧センサ１９がパイロット圧の上昇を検出しない場合は、操作装置１４が操作されていないので、ローアイドル制御器２６Ａはアイドル状態フラグを「セット」する。ローアイドル制御器２６Ａは、アイドル状態フラグを回転数制御器２６Ｂおよび制御指令出力部２６Ｃに出力する。

回転数制御器２６Ｂの入力側はローアイドル制御器２６Ａおよび回転数指示装置２７に接続され、回転数制御器２６Ｂの出力側はエンジン８のＥＣＵ９に接続されている。この回転数制御器２６Ｂは、ローアイドル制御器２６Ａのアイドル状態フラグおよび回転数指示装置２７の設定回転数に基づいて、エンジン８の回転速度指令を出力する。この場合、回転数制御器２６Ｂは、アイドル状態フラグが「クリア」されているときには、回転速度指令として、回転数指示装置２７が設定した設定回転数を出力する。これにより、ＥＣＵ９は、エンジン回転数が設定回転数に一致するように、エンジン８を制御する。一方、回転数制御器２６Ｂは、アイドル状態フラグが「セット」されているときには、回転速度指令として、車両が各種の動作を行うときのエンジン回転数（設定回転数）に比べて低いローアイドル回転数を出力する。これにより、ＥＣＵ９は、エンジン回転数がローアイドル回転数に一致するように、エンジン８を制御する。

制御指令出力部２６Ｃの入力側はローアイドル制御器２６Ａ、ＢＣＵ２１および温度センサ２２に接続され、制御指令出力部２６Ｃの出力側はゲート制御器２４に接続されている。この制御指令出力部２６Ｃは、ローアイドル制御器２６Ａからのアイドル状態フラグ、ＢＣＵ２１からの蓄電装置２０のＳＯＣ、および、温度センサ２２からの蓄電装置２０の温度に基づいて、ゲート制御器２４に制御指令を出力する。アイドル状態フラグが「クリア」されているときには、制御指令出力部２６Ｃは、例えば操作装置１４の操作量等に応じて、アシスト発電モータ１０に要求される発電電力またはモータ出力トルク等を演算し、この演算結果に応じた制御指令を出力する。一方、アイドル状態フラグが「セット」されているときには、制御指令出力部２６Ｃは、蓄電装置２０のＳＯＣおよび温度に基づいて、暖機運転動作または充電動作が必要か否かを判定する。暖機運転動作と充電動作のうちいずれかの動作が必要と判定したときには、制御指令出力部２６Ｃは、必要な動作に応じた制御指令を出力する。暖機運転動作と充電動作の両方が不要と判定したときには、制御指令出力部２６Ｃは、インバータ２３のスイッチングを停止させるための制御指令を出力する。

回転数指示装置２７は、油圧ショベル１のキャブ７内に設けられ、オペレータによって操作される操作ダイヤル、アップダウンスイッチまたはエンジンレバー（いずれも図示せず）等により構成されている。この回転数指示装置２７は、エンジン８の設定回転数を指示し、オペレータの操作に従った設定回転数の指示信号をメインコントローラ２６の回転数制御器２６Ｂに出力するものである。

本実施の形態による油圧ショベル１は、上述の如き構成を有するもので、次に、その動作について説明する。

まず、オペレータは、キャブ７に搭乗して運転席に着座し、ゲートロックレバー１７をロック位置に固定した状態で、図示しないキースイッチをＳＴＡＲＴ位置に回動させる。これにより、エンジン８に燃料が供給され、エンジン８を始動する。そして、エンジン回転数が所定の回転数（例えば、アイドル回転数）以上となり、エンジン始動完了状態になったら、オペレータは、ゲートロックレバー１７をロック位置からロック解除位置に切り換える。この状態で、オペレータが操作装置１４の走行用操作レバー・ペダルを操作すると、コントロールバルブ１６を通じて油圧ポンプ１１からの圧油が下部走行体２の走行油圧モータ２Ｅ，２Ｆに供給され、油圧ショベル１は前進、後退等のような走行動作を行う。また、オペレータが操作装置１４の作業用操作レバーを操作すると、コントロールバルブ１６を通じて油圧ポンプ１１からの圧油が旋回油圧モータ３Ａやシリンダ５Ｄ〜５Ｆに供給され、油圧ショベル１は旋回動作や作業装置５の俯仰動による掘削動作等を行う。

次に、図４および図５を用いて、メインコントローラ２６により実行されるローアイドル制御処理について説明する。なお、ローアイドル制御処理は、メインコントローラ２６が駆動している間、所定の制御周期で繰り返し実行される。

まず、ステップ１では、操作装置１４による操作があるか否かを判定する。この場合、パイロット圧センサ１９を用いて、パイロット圧が予め決められた圧力値よりも高いか、低いかにより、操作装置１４の操作の有無を検出する。具体的には、メインコントローラ２６のローアイドル制御器２６Ａは、操作装置１４の無操作が一定の時間（例えば、１秒程度）継続する場合に、操作装置１４の操作がないと判定する。ここで、ステップ１は操作判定要素を構成している。

ステップ１で「ＮＯ」と判定した場合は、操作装置１４の操作があるので、ステップ８に進む。ステップ８では、メインコントローラ２６は、エンジン回転数を回転数指示装置２７による設定回転数にする通常制御を行う。即ち、パイロット圧センサ１９から操作装置１４が操作中である旨の信号を入力されたローアイドル制御器２６Ａは、アイドル状態フラグを「クリア」する。これにより、回転数制御器２６Ｂは、アイドル状態フラグに応じて、回転速度指令を回転数指示装置２７による設定回転数に設定する。この結果、ＥＣＵ９は、エンジン回転数が設定回転数に一致するように、エンジン８を制御する。

また、通常制御では、ゲート制御器２４は、インバータ２３をＯＮ状態にすると共に、メインコントローラ２６の制御指令出力部２６Ｃからの制御指令に応じた三相ＰＷＭ信号を出力する。これにより、インバータ２３は、三相ＰＷＭ信号に基づいて、スイッチング動作を行う。ステップ８が終了すると、リターンする。ここで、ステップ８は通常制御要素を構成している。

一方、ステップ１で「ＹＥＳ」と判定した場合は、図５中の時刻ｔ1から時刻ｔ2までの時間経過を待って、ステップ２に進む。ステップ２では、メインコントローラ２６は、エンジン回転数を下げるローアイドル制御を行う。即ち、パイロット圧センサ１９から操作装置１４が無操作である旨の信号を入力されたローアイドル制御器２６Ａは、アイドル状態フラグを「セット」する。これにより、回転数制御器２６Ｂは、アイドル状態フラグに応じて、回転速度指令をローアイドル回転数に設定する。この結果、ＥＣＵ９は、エンジン回転数がローアイドル回転数に一致するように、エンジン８を制御する。ここで、ステップ２はローアイドル制御要素を構成している。

続くステップ３では、制御指令出力部２６Ｃは、蓄電装置２０の温度が予め設定した閾値以上であるか否かを判定する。ここで、蓄電装置２０には、電気的性能の低下や耐久性等の観点から、使用に適した所定の温度範囲が存在する。そこで、制御指令出力部２６Ｃは、温度センサ２２によって検出した温度が蓄電装置２０の所定の温度範囲の下限値（閾値）よりも低下しているか否かを判定する。即ち、このステップ３は温度判定要素を構成している。

ステップ３で「ＮＯ」と判定した場合は、蓄電装置２０の温度が閾値未満であるので、ステップ４に進む。ステップ４では、蓄電装置２０の温度が閾値よりも低いので、制御指令出力部２６Ｃは、蓄電装置２０の暖機動作を行うための制御指令を出力する。このとき、ゲート制御器２４は、インバータ２３のスイッチングを行い、蓄電装置２０の放電と充電を交互に行う。これにより、蓄電装置２０に内部損失を発生させて蓄電装置２０自身を発熱させることができ、蓄電装置２０の温度を上昇させることができる。この場合、蓄電装置２０の暖機動作が開始した後は、リターンする。ここで、ステップ４は、暖機動作要素を構成している。

一方、ステップ３で「ＹＥＳ」と判定した場合は、蓄電装置２０の温度が閾値以上であるので、ステップ５に進む。ステップ５では、制御指令出力部２６Ｃは、ＢＣＵ２１によって検出される蓄電装置２０のＳＯＣが、例えば６０％程度の適正値（アイドリング時に必要なＳＯＣ範囲の下限値とする。以下省略。）以上か否かを判定する。ここで、蓄電装置２０には、電気的性能の低下や耐久性等の観点から、使用に適したＳＯＣの適正な充放電範囲（例えばＳＯＣ＝３０〜７０％程度）が存在する。ＳＯＣの充放電範囲は、例示した値に限らず、蓄電装置２０の仕様等に応じて適宜設定される。そこで、制御指令出力部２６Ｃは、ＢＣＵ２１によって検出された蓄電装置２０のＳＯＣが、蓄電装置２０の充放電範囲の適正値よりも低下しているか否かを判定する。なお、蓄電装置２０の適正値は、ＳＯＣの適正な充放電範囲の下限値である必要はなく、異なる値でもよい。適正値は、例えば車両の使用等に応じて適宜設定されるものである。ここで、ステップ５はＳＯＣ判定要素を構成している。

ステップ５で「ＮＯ」と判定した場合は、ＳＯＣが適正値未満であるので、ステップ６に進む。ステップ６では、蓄電装置２０のＳＯＣが適正値を下回っているので、制御指令出力部２６Ｃは、蓄電装置２０の充電動作を行うための制御指令を出力する。このとき、ゲート制御器２４はインバータ２３のスイッチングを行い、エンジン８によってアシスト発電モータ１０を発電動作させる。これにより、アシスト発電モータ１０の発電電力によって蓄電装置２０の充電を行い、ＳＯＣを上昇させることができる。この場合、蓄電装置２０の充電動作が開始した後は、リターンする。ここで、ステップ６は充電動作要素を構成している。

一方、ステップ５で「ＹＥＳ」と判定した場合は、ＳＯＣが適正値以上であるので、ステップ７に進む。ステップ７では、制御指令出力部２６Ｃは、インバータ２３のスイッチングを停止させるための制御指令をゲート制御器２４に向けて出力する。これにより、ゲート制御器２４は、インバータ２３のスイッチング素子を全てＯＦＦ状態に固定し、インバータ２３のスイッチングを停止させる。ステップ７の処理が終了すると、リターンする。ここで、ステップ７はスイッチング停止要素を構成している。

次に、図５に示す特性線図を用いて、レバー操作、アイドル状態フラグ、回転速度指令、エンジン回転数、スイッチング状態の時間変化について説明する。

まず、操作装置１４の操作がある場合は、レバー操作は「操作あり」となり、ローアイドル制御器２６Ａはアイドル状態フラグを「クリア」にする。この場合、回転数制御器２６Ｂは、回転速度指令を回転数指示装置２７が設定した設定回転数にする。そして、ゲート制御器２４は、インバータ２３のスイッチング状態を「ＯＮ」にし、メインコントローラ２６からの制御指令に応じてアシスト発電モータ１０を駆動させる。

次に、時刻ｔ1でオペレータが操作装置１４の操作を止めた場合、レバー操作は「操作なし」になる。そして、一定時間が経過した時刻ｔ2では、ローアイドル制御器２６Ａは、アイドル状態フラグを「クリア」から「セット」に切り換える。これにより、回転数制御器２６Ｂは、回転速度指令を設定回転数からローアイドル回転数に切り換えて、エンジン回転数をローアイドル回転数まで低下させる。この場合、ゲート制御器２４は、インバータ２３のスイッチング状態を「ＯＮ」から「ＯＦＦ」にする。

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時刻ｔ3でオペレータが操作装置１４の操作を再開した場合、レバー操作は「操作あり」になり、ローアイドル制御器２６Ａはアイドル状態フラグを「セット」から「クリア」に切り換える。また、回転数制御器２６Ｂは、回転速度指令をローアイドル回転数から設定回転数に切り換えて、エンジン回転数を回転数指示装置２７による設定回転数まで上昇させる。これにより、ゲート制御器２４は、インバータ２３のスイッチング状態を「ＯＮ」に戻し、メインコントローラ２６からの制御指令に応じてアシスト発電モータ１０を駆動させる。これにより、油圧ショベル１の動作に支障なく、アシスト発電モータ１０を駆動させることができる。

かくして、本実施の形態では、油圧ショベル１は、操作装置１４による無操作を検出したときに、エンジン８の回転数を下げるローアイドル制御器２６Ａと、ローアイドル制御器２６Ａがエンジン８の回転数を下げているときには、インバータ２３のスイッチングを停止させるゲート制御器２４と、を備えている。これにより、操作装置１４が無操作状態であるときに、エンジン回転数を低回転数にまで低下させると共に、インバータ２３のスイッチングに伴うアシスト発電モータ１０の振動を抑えることができる。この結果、エンジン８の回転数が低下するローアイドル制御の実行中は、アシスト発電モータ１０からの高周波の騒音を抑制することができる。

また、油圧ショベル１は、蓄電装置２０のＳＯＣを検出するＢＣＵ２１を備えている。これにより、ＢＣＵ２１により検出されるＳＯＣが蓄電装置２０の充放電範囲の適正値を下回るときは、操作装置１４が無操作状態である場合でも、インバータ２３のスイッチングを行うことができる。この結果、ローアイドル制御の実行中でも、アシスト発電モータ１０を発電動作させることができ、蓄電装置２０のＳＯＣを上昇させて、必要なＳＯＣを確保することができる。

また、蓄電装置２０は、蓄電装置２０の温度を検出する温度センサ２２を備えている。これにより、蓄電装置２０の温度が予め設定した閾値よりも低いときは、操作装置１４が無操作状態である場合でも、インバータ２３のスイッチングを行うことができる。この結果、ローアイドル制御の実行中でも、蓄電装置２０の充電と放電を繰り返す暖機運転を行うことができ、蓄電装置２０の温度を所定の温度範囲まで上昇させることができる。

なお、本実施の形態では、パイロット圧センサ１９を用いて、操作装置１４による操作があるか否かを判定する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えばゲートロックレバーがロック位置（上げ位置）に移動された場合に、操作装置による操作がないと判定する構成としてもよい。

また、本実施の形態では、蓄電装置２０を二次電池によって構成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、蓄電装置を電気二重層のキャパシタを用いて構成してもよい。

また、本実施の形態では、電力変換器をインバータ２３によって構成した場合を例に挙げて説明した。本発明はこれに限らず、インバータと、直流電圧を昇降圧するチョッパとによって、電力変換器を構成してもよい。

また、本実施の形態では、ゲート制御器２４とメインコントローラ２６とは別に設ける構成とした。しかし、本発明はこれに限るものではなく、メインコントローラはゲート制御器を備える構成としてもよい。また、スイッチング制御器としてインバータ２３のスイッチング素子のゲート電圧を制御するゲート制御器２４を例に挙げて説明した。本発明はこれに限らず、例えばスイッチング素子をバイポーラトランジスタで構成する場合には、ベース電流を制御する電流制御器によってスイッチング制御器を構成してもよい。即ち、スイッチング素子のオンとオフの動作が制御できるものであれば、スイッチング制御器は任意の構成を採用することができる。

また、本実施の形態では、建設機械として、自走可能なクローラ式の油圧ショベル１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、自走可能なホイール式油圧ショベル、移動式クレーン、さらには、走行しない基体上に旋回可能に旋回体が搭載された設置式のショベル、クレーン等に適用してもよい。また、建設機械として、例えばホイールローダ、フォークリフト等のように、旋回体を備えない各種の作業車両、作業機械等にも広く適用することができるものである。

１油圧ショベル（車両）
８エンジン
１０アシスト発電モータ（電動機）
１１油圧ポンプ
１４操作装置
２０蓄電装置
２１ＢＣＵ（電力残量検出器）
２３インバータ（電力変換器）
２４ゲート制御器（スイッチング制御器）
２６Ａローアイドル制御器

Claims

車両に搭載されたエンジンと、
該エンジンに機械的に接続された電動機と、
前記エンジンに機械的に接続された油圧ポンプと、
前記車両の動作を操作する操作装置と、
前記電動機に電気的に接続された蓄電装置と、
該蓄電装置の電圧をスイッチングにより変換して前記電動機を駆動する電力変換器と、を備えた建設機械において、
前記操作装置による無操作を検出したときに、前記エンジンの回転数を下げるローアイドル制御器と、
該ローアイドル制御器が前記エンジンの回転数を下げているときには、前記電力変換器のスイッチングを停止させるスイッチング制御器と、を備えることを特徴とする建設機械。
前記建設機械は、前記蓄電装置の電力残量を検出する電力残量検出器をさらに備え、
前記スイッチング制御器は、前記電力残量検出器により検出される電力残量が前記蓄電装置の充放電範囲の適正値を下回るときは、前記電力変換器のスイッチングを行うことを特徴とする請求項１に記載の建設機械。
前記スイッチング制御器は、前記蓄電装置の温度が予め設定した閾値よりも低いときは、前記電力変換器のスイッチングを行うことを特徴とする請求項１に記載の建設機械。