JP5303061B1 - エンジン制御装置及び建設機械 - Google Patents

Abstract

【課題】油圧ポンプをエンジンで駆動する場合、リリーフ時等の高負荷時において、エンジンの回転数のハンチングを抑制すること。
【解決手段】コントローラ６は、油圧ポンプ３が吐出する作動油の圧力が予め設定されたリリーフ圧力以上となって、油圧ポンプが吐出した作動油の一部が放出される状態にある場合、油圧ポンプが吐出する作動油の圧力に基づいて、油圧ポンプを駆動する動力であるポンプ駆動動力を制限するポンプ駆動動力制限部６１と、エンジンの目標とする回転数である目標回転数が、ポンプ駆動動力の制限が開始された時点の値以上になるようにエンジンの出力を制御するエンジン出力制御部６３と、を含む。
【選択図】図３

Description

本発明は、エンジンによって油圧ポンプを駆動する場合に用いられるエンジン制御装置及び建設機械に関する。

油圧ショベル、ブルドーザ、ダンプトラック、ホイールローダ等の建設機械は、作業機又はベッセル等を動作させるための油圧アクチュエータに作動油を供給するために、エンジンで駆動される油圧ポンプを備えている。例えば、特許文献１には、ディーゼルエンジンで油圧ポンプを駆動するにあたって、油圧ポンプがリリーフ状態になった場合に、ポンプ吸収トルクを制限するのではなく、エンジン回転数を下げる制御が記載されている。

特開２００９−７４４０７号公報

特許文献１に記載された技術は、ポンプ効率を下げず、エンジン効率も向上するという利点がある。しかし、特許文献１の技術は、例えば、リリーフ時等の高負荷時において、油圧ポンプの吐出圧に対してエンジンが目標とする回転数の変化が大きい場合には、吐出圧が変動したときにエンジンの回転数のハンチングを招く可能性がある。

本発明は、油圧ポンプをエンジンで駆動する場合、リリーフ時等の高負荷時において、エンジンの回転数のハンチングを抑制することを目的とする。

本発明は、作動油を吐出する油圧ポンプを駆動するエンジンを制御する装置であり、前記油圧ポンプが吐出する前記作動油の圧力が予め設定されたリリーフ圧力以上となって、前記油圧ポンプが吐出した前記作動油の一部が放出される状態にある場合、前記油圧ポンプが吐出する前記作動油の圧力に基づいて、前記油圧ポンプを駆動する動力であるポンプ駆動動力を制限するポンプ駆動動力制限部と、前記エンジンの目標とする回転数である目標回転数が、前記ポンプ駆動動力の制限が開始された時点の値以上になるように前記エンジンの出力を制御するエンジン出力制御部と、を含むことを特徴とするエンジン制御装置である。

前記ポンプ駆動動力制限部は、前記油圧ポンプが吐出する作動油の圧力が上昇するにしたがって、前記ポンプ駆動動力が低下するように前記ポンプ駆動動力の制限値としてのポンプ駆動動力制限値を求めることが好ましい。

前記エンジン出力制御部は、前記目標回転数が、前記油圧ポンプが吐出した前記作動油の一部が放出される状態になった後の最大値よりも増加する場合、前記ポンプ駆動動力制限部が求めた前記ポンプ駆動動力制限値に基づいて求められた前記エンジンの目標とする出力の等出力線と、前記エンジンの燃料消費効率に基づいて求められたマッチング線とから、前記目標回転数を求めることが好ましい。

本発明は、エンジンと、前記エンジンによって駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプが吐出する作動油の圧力が予め設定されたリリーフ圧以上になった場合に前記作動油をリリーフするリリーフ弁と、前記油圧ポンプから吐出された作動油が供給される油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータによって駆動される作業機と、上述したエンジン制御装置と、を含むことを特徴とする建設機械である。

本発明は、油圧ポンプをエンジンで駆動する場合、リリーフ時等の高負荷時において、エンジンの回転数のハンチングを抑制することができる。

図１は、本実施形態に係る建設機械１の全体構成を示すブロック図である。 図２は、本実施形態に係るエンジン制御の手順の一例を示すフローチャートである。 図３は、本実施形態に係るエンジン制御をコントローラが実行する際の制御ブロック図である。 図４は、図３に示したポンプ必要動力演算部の処理フローを示す図である。 図５は、本実施形態に係るエンジン制御が実行されたときにおけるエンジンの回転数の時間変化例を示す図である。 図６は、エンジンの回転数とトルクとの関係の一例を示す図である。 図７は、トルク線図である。

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。

図１は、本実施形態に係る建設機械１の全体構成を示すブロック図である。以下において、建設機械として油圧ショベルを例として説明する。本実施形態において、建設機械１は、油圧ポンプを駆動するエンジン及び油圧ポンプを備えていればよく、油圧ショベルに限定されるものではない。

＜建設機械＞
建設機械１は、上部旋回体と下部走行体とを備える。下部走行体は、左右の履帯を備える。上部旋回体は、ブーム、アーム及びバケットを含む作業機を備えている。ブームシリンダ３１が駆動することによりブームが作動し、アームシリンダ３２が駆動することによりアームが作動し、バケットシリンダ３３が駆動することによりバケットが作動する。走行モータ３６及び走行モータ３５がそれぞれ駆動することにより左履帯及び右履帯がそれぞれ回転する。旋回モータ３４が駆動することによりスイングマシナリが駆動し、スイングピニオン及びスイングサークル等を介して上部旋回体が旋回する。

エンジン２は、ディーゼルエンジンである。エンジン２の出力（馬力、単位はｋｗ）は、シリンダ内へ噴射する燃料量（燃料噴射量）を調整することで制御される。エンジン２は、例えば、コモンレール方式による電子制御が可能なエンジンである。エンジン２は、燃料量を適切にコントロールすることが可能であり、ある瞬間のエンジン回転数における出力可能なトルクを自由に設定することが可能である。

本実施形態に係るエンジン制御装置としてのコントローラ６は、エンジンコントローラ４に対して、エンジン回転数を目標回転数ｎ＿ｃｏｍにするための回転指令値を出力する。エンジンコントローラ４は、目標トルク線で目標回転数ｎ＿ｃｏｍが得られるように燃料噴射量を増減する。また、エンジンコントローラ４は、エンジン２のエンジン回転数及び燃料噴射量から推定されるエンジントルクを含むエンジンデータｅｎｇ＿ｄａｔａをコントローラ６に出力する。コントローラ６及びエンジンコントローラ４は、いずれもコンピュータである。本実施形態において、エンジン２の回転数というときには、単位時間あたりにおけるエンジン２の出力軸２Ｓの回転数、すなわち出力軸２Ｓの回転速度をいうものとする。

エンジン２の出力軸２Ｓは、ＰＴＯ（Power Take Off）軸１０を介して発電電動機１１の駆動軸に連結される。発電電動機１１は、発電作用と電動作用を行う。つまり、発電電動機１１は電動機（モータ）として作動し、また発電機としても作動する。発電電動機１１は、エンジン２の出力軸に直接接続する。発電電動機１１は、エンジン２と後述する油圧ポンプ３の出力軸との間に配置されてもよい。

発電電動機１１は、インバータ１３によってトルクが制御される。インバータ１３は、後述するように、コントローラ６から出力される発電電動機指令値ＧＥＮ_ｃｏｍに応じて発電電動機１１のトルクを制御する。インバータ１３は、直流電源線を介して蓄電器１２と電気的に接続されている。

蓄電器１２は、キャパシタ又は蓄電池等である。蓄電器１２は、発電電動機１１が発電作用した場合に発電した電力を蓄積（充電）する。また蓄電器１２は、自身に蓄電された電力をインバータ１３に供給する。なお、本明細書では静電気として電力を蓄積するキャパシタの他、鉛電池、ニッケル水素電池又はリチウムイオン電池等の二次電池も含めて蓄電器というものとする。本実施形態において、発電電動機１１、蓄電器１２及びインバータ１３は必ずしも必要ではない。

エンジン２の出力軸２Ｓには、ＰＴＯ軸１０を介して油圧ポンプ３の駆動軸が連結されている。油圧ポンプ３は、エンジン２の出力軸２Ｓが回転することにより駆動される。本実施形態において、油圧ポンプ３は、可変容量型の油圧ポンプであり、斜板の傾転角が変化することで容量ｑ（ｃｃ/ｒｅｖ）が変化する。油圧ポンプ３の吐出口側にはリリーフ弁１６が設けられている。リリーフ弁１６は、油圧ポンプ３が吐出する作動油の圧力が、予め設定されたリリーフ圧力ＰＲｒ以上となった場合に、油圧ポンプ３が吐出した作動油の一部を作動油タンク１７に放出する。

油圧ポンプ３から吐出圧ＰＲｐ、流量Ｑ（ｃｃ/ｍｉｎ）で吐出された作動油は、ブーム用の操作バルブ２１、アーム用の操作バルブ２２、バケット用の操作バルブ２３、旋回用の操作バルブ２４、右走行用の操作バルブ２５及び左走行用の操作バルブ２６にそれぞれ供給される。吐出圧ＰＲｐは、油圧センサ７で検出される。油圧センサ７は、吐出圧ＰＲｐに対応した油圧検出信号をコントローラ６に入力する。以下において、ブーム用の操作バルブ２１、アーム用の操作バルブ２２、バケット用の操作バルブ２３、旋回用の操作バルブ２４、右走行用の操作バルブ２５及び左走行用の操作バルブ２６を総称して、適宜、操作バルブ２０と称する。

操作バルブ２１〜２６から出力された作動油は、それぞれ、ブームシリンダ３１、アームシリンダ３２、バケットシリンダ３３、旋回モータ３４、右走行用の走行モータ３５、及び左走行用の走行モータ３６に供給される。このようにすることで、ブームシリンダ３１、アームシリンダ３２、バケットシリンダ３３、旋回モータ３４、走行モータ３５及び走行モータ３６がそれぞれ駆動され、ブーム、アーム、バケット、上部旋回体、下部走行体の右履帯及び左履帯が作動する。以下において、ブームシリンダ３１、アームシリンダ３２、バケットシリンダ３３、旋回モータ３４、右走行用の走行モータ３５、及び左走行用の走行モータ３６を総称して、適宜、油圧アクチュエータ３０と称する。また、旋回モータ３４は、電動駆動式の旋回モータに置き換えることも可能である。電気駆動式の旋回モータは、蓄電器１２に蓄積された電力で駆動して、上部旋回体を旋回する。また、電気駆動式の旋回モータは、上部旋回体の旋回エネルギーを回生することで、蓄電器１２へ電力を蓄積することができる。

建設機械１に備えられた運転席の前方の右側と左側とには、それぞれ、前後方向の操作でブームの駆動を行い、前後方向の操作でバケットの駆動を行う右の操作レバー４１と、前後方向の操作でアームの駆動を行い、左右方向の操作で上部旋回体の旋回駆動を行う左の操作レバー４２とが設けられている。また、走行用右の操作レバー４３と、走行用左の操作レバー４４とが運転席の前方の右側と左側とに設けられている。

コントローラ６は、作業・旋回用右の操作レバー４１の操作方向に応じてブーム、バケットを作動させるとともに、操作量に応じた速度でブーム、バケットを作動させる。

操作レバー４１には、操作方向、操作量を検出する圧力センサ４５が設けられている。圧力センサ４５は、操作レバー４１の操作方向及び操作量に応じたパイロット油圧を検出し、自身が出力する電気信号をコントローラ６に入力する。操作レバー４１がブームを作動させる方向に操作された場合、圧力センサ４５は、操作レバー４１の中立位置に対する傾動方向及び傾動量に応じて、ブーム上げ操作量又はブーム下げ操作量を示すブームレバー信号Ｌｂｏをコントローラ６に入力する。また、操作レバー４１がバケットを作動させる方向に操作された場合、圧力センサ４５は、操作レバー４１の中立位置に対する傾動方向及び傾動量に応じて、バケット掘削操作量又はバケットダンプ操作量を示すバケットレバー信号Ｌｂｋをコントローラ６に入力する。

操作レバー４１がブームを作動させる方向に操作された場合、操作レバー４１の傾動量に応じたパイロット圧（ＰＰＣ圧）ＰＲｂｏが、ブーム用の操作バルブ２１が備える各パイロットポートのうちレバー傾動方向（ブーム上げ方向又はブーム下げ方向）に対応するパイロットポート２１ａに加えられる。

同様に、操作レバー４１がバケットを作動させる方向に操作された場合、操作レバー４１の傾動量に応じたパイロット圧（ＰＰＣ圧）ＰＲｂｋが、バケット用の操作バルブ２３が備える各パイロットポートのうちレバー傾動方向（バケット掘削方向又はバケットダンプ方向）に対応するパイロットポート２３ａに加えられる。

操作レバー４２は、アーム、上部旋回体を作動させるための操作レバーである。コントローラ６は、操作レバー４２の操作方向に応じて、アーム又は上部旋回体を作動させるとともに、操作量に応じた速度でアーム又は上部旋回体を作動させる。

操作レバー４２には、操作方向、操作量を検出する圧力センサ４６が設けられている。圧力センサ４６は、操作レバー４２の操作方向及び操作量に応じたパイロット油圧を検出し、自身が出力する電気信号をコントローラ６に入力する。操作レバー４２がアームを作動させる方向に操作された場合、圧力センサ４６は、操作レバー４２の中立位置に対する傾動方向及び傾動量に応じて、アーム掘削操作量又はアームダンプ操作量を示すアームレバー信号Ｌａｒをコントローラ６に入力する。また操作レバー４２が上部旋回体を作動させる方向に操作された場合、圧力センサ４６は、操作レバー４２の中立位置に対する傾動方向及び傾動量に応じて、右旋回操作量又は左旋回操作量を示す旋回レバー信号Ｌｓｗをコントローラ６に入力する。

操作レバー４２がアームを作動させる方向に操作された場合には、操作レバー４２の傾動量に応じたパイロット圧（ＰＰＣ圧）ＰＲａｒが、アーム用の操作バルブ２２が備える各パイロットポートのうちレバー傾動方向（アーム掘削方向又はアームダンプ方向）に対応するパイロットポート２２ａに加えられる。

同様に、操作レバー４２が上部旋回体を作動させる方向に操作された場合には、操作レバー４２の傾動量に応じたパイロット圧（ＰＰＣ圧）ＰＲｓｗが、旋回用の操作バルブ２４が備える各パイロットポートのうちレバー傾動方向（右旋回方向又は左旋回方向）に対応するパイロットポート２４ａに加えられる。

走行用右の操作レバー４３と走行用左の操作レバー４４とは、それぞれ右履帯、左履帯を作動させるための操作レバーであり、操作方向に応じて履帯を作動させるとともに、操作量に応じた速度で履帯を作動させる。

操作レバー４３の傾動量に応じたパイロット圧（ＰＰＣ圧）ＰＲｃｒが、右走行用の操作バルブ２５のパイロットポート２５ａに加えられる。パイロット圧ＰＲｃｒは、油圧センサ９で検出される。油圧センサ９は、右走行量を示す右走行パイロット圧ＰＲｃｒに対応した信号をコントローラ６に入力する。同様に、操作レバー４４の傾動量に応じたパイロット圧（ＰＰＣ圧）ＰＲｃｌが、左走行用の操作バルブ２６のパイロットポート２６ａに加えられる。パイロット圧ＰＲｃｌは、油圧センサ８で検出される。油圧センサ８は、左走行量を示す左走行パイロット圧ＰＲｃｌをコントローラ６に入力する。

各操作バルブ２１〜２６は、流量方向制御弁である。各操作バルブ２１〜２６は、対応する操作レバー４１〜４４の操作方向に応じた方向にそれぞれが備えるスプールを移動させるとともに、操作レバー４１〜４４の操作量に応じた開口面積だけ油路が開口するようにスプールを移動させる。

ポンプ制御バルブ５は、コントローラ６から出力される制御電流ｐｃ−ｅｐｃによって動作し、サーボピストンを介して油圧ポンプ３が備える斜板の傾転角を変化させる。ポンプ制御バルブ５は、油圧ポンプ３の吐出圧ＰＲｐ（ｋｇ/ｃｍ^２）と油圧ポンプ３の容量ｑ（ｃｃ/ｒｅｖ）との積が制御電流ｐｃ−ｅｐｃに対応するポンプ吸収トルクｔｐｃｏｍを超えないように、油圧ポンプ３が備える斜板の傾転角を制御する。この制御は、ＰＣ制御と呼ばれている。

発電電動機１１には、発電電動機１１の現在の実回転数ＧＥＮ＿ｓｐｄ（ｒｐｍ）、つまりエンジン２の実回転数ＧＥＮ＿ｓｐｄを検出する回転センサ１４が付設されている。回転センサ１４で検出される実回転数ＧＥＮ＿ｓｐｄを示す信号は、コントローラ６に入力される。

蓄電器１２には、蓄電器１２の電圧ＢＡＴＴ＿ｖｏｌｔを検出する電圧センサ１５が設けられている。電圧センサ１５で検出される電圧ＢＡＴＴ＿ｖｏｌｔを示す信号は、コントローラ６に入力される。

コントローラ６は、インバータ１３に発電電動機指令値ＧＥＮ＿ｃｏｍを出力し、発電電動機１１を発電作用又は電動作用させる。コントローラ６が、インバータ１３に対して、発電電動機１１を発電機として作動させるための発電電動機指令値ＧＥＮ＿ｃｏｍを出力すると、エンジン２で発生した出力トルクの一部は、出力軸２Ｓを介して発電電動機１１の駆動軸に伝達される。発電電動機１１は、エンジン２のトルクを吸収して発電が行われる。そして、インバータ１３は、発電電動機１１で発生した交流電力を直流電力に変換し、直流電源線を介して蓄電器１２に電力を蓄積（充電）する。

コントローラ６からインバータ１３に対して、発電電動機１１を電動機として作動させるための発電電動機指令値ＧＥＮ＿ｃｏｍが出力されると、インバータ１３は発電電動機１１が電動機として作動するように制御する。すなわち、蓄電器１２から電力が出力され（放電され）、蓄電器１２に蓄積された直流電力がインバータ１３で交流電力に変換されて発電電動機１１に供給され、発電電動機１１の駆動軸を回転作動させる。その結果、発電電動機１１はトルクを発生する。このトルクは、発電電動機１１の駆動軸を介して出力軸２Ｓに伝達されて、エンジン２の出力トルクに加算される。すなわち、エンジン２の出力が発電電動機１１の出力によってアシストされる。油圧ポンプ３は、この加算された出力トルクを吸収する。

発電電動機１１の発電量（吸収トルク量）又は電動量（アシスト量、すなわち発生トルク量）は、発電電動機指令値ＧＥＮ＿ｃｏｍの内容に応じて変化する。コントローラ６は、エンジンコントローラ４に回転指令値を出力して、現在の油圧ポンプ３の負荷に応じた目標回転数が得られるように燃料噴射量を増減して、エンジン２のエンジン回転数（実回転数ＧＥＮ＿ｓｐｄに相当）ｎｅとトルクを調整する。次に、本実施形態に係るエンジン２の制御（エンジン制御）について説明する。本実施形態に係るエンジン制御は、コントローラ６が実現する。

＜エンジン制御＞
図２は、本実施形態に係るエンジン制御の手順の一例を示すフローチャートである。図３は、本実施形態に係るエンジン制御をコントローラが実行する際の制御ブロック図である。図４は、図３に示したポンプ必要動力演算部の処理フローを示す図である。

本実施形態に係るエンジン制御は、図１に示す油圧ポンプ３が吐出する作動油の圧力、すなわち吐出圧ＰＲｐが、予め設定されたリリーフ圧力ＰＲｒ以上となって、油圧ポンプ３が吐出した作動油の一部をリリーフ弁１６が作動油タンク１７に放出するリリーフ状態にある場合に実行される。本実施形態に係るエンジン制御を実行するコントローラ６は、ポンプ必要動力演算部６０、ポンプ駆動動力制限部６１、リリーフ判定部６２、エンジン出力制御部６３、最小選択部６４、加算部６５及び出力変換部６６を備えている。

コントローラ６は、本実施形態に係るエンジン制御をするにあたって、ステップＳ１０１において制御に用いる情報を求める。制御に用いる情報は、油圧ポンプ３を駆動するために必要な動力であるポンプ必要動力Ｐｐ＿ｒｑ、油圧ポンプ３を駆動する動力であるポンプ駆動動力の制限値としてのポンプ駆動動力制限値Ｐｐ＿ｌｉｍｉｔ及び油圧ポンプ３以外の負荷Ｐｌ＿ｅｐ等である。

ポンプ必要動力Ｐｐ＿ｒｑは、図３に示すポンプ必要動力演算部６０が求める。ポンプ駆動動力制限値Ｐｐ＿ｌｉｍｉｔは、ポンプ駆動動力制限部６１が求める。負荷Ｐｌ＿ｅｐは、例えば、エンジン２の冷却に用いる冷却ファンを駆動する際の負荷及び発電電動機１１をエンジン２が駆動して発電作用を行わせる際の負荷等である。次に、ポンプ必要動力演算部６０がポンプ必要動力Ｐｐ＿ｒｑを求める手順の一例を説明する。次の説明では、判断結果ＴＲＵＥをＴと略記するとともに、判断結果ＦＡＬＳＥをＦと略記する。

ポンプ必要動力演算部６０は、油圧アクチュエータ３０の作業パターンに応じて、油圧ポンプ３の駆動に必要な動力（馬力）、すなわち、ポンプ必要動力Ｐｐ＿ｒｑを演算する。このとき、ポンプ必要動力演算部６０は、図１に示す油圧センサ７から油圧ポンプ３の吐出圧ＰＲｐを取得し、操作レバー４１〜４４のレバー入力に関する情報を取得する。

油圧ポンプ３の必要動力値として、ポンプ必要動力演算部６０は、予めＰｐ＿ｒｑ＿１、Ｐｐ＿ｒｑ＿２、Ｐｐ＿ｒｑ＿３、Ｐｐ＿ｒｑ＿４、Ｐｐ＿ｒｑ＿５、Ｐｐ＿ｒｑ＿６を演算する。これらの大きさは、Ｐｐ＿ｒｑ＿１、Ｐｐ＿ｒｑ＿２、Ｐｐ＿ｒｑ＿３、Ｐｐ＿ｒｑ＿４、Ｐｐ＿ｒｑ＿５、Ｐｐ＿ｒｑ＿６の順番で順次小さくなるものとして設定されているものとする。

ステップＳ７１において、右走行パイロット圧ＰＲｃｒが所定の圧力Ｋｃよりも大きいか又は左走行パイロット圧ＰＲｃｌが所定の圧力Ｋｃよりも大きい場合（ステップＳ７１のＴ）、ポンプ必要動力演算部６０は、複数の油圧アクチュエータ３０の作業パターンは、「走行操作」という作業パターン（１）であると判断する。ポンプ必要動力演算部６０は、「走行操作」という作業パターンに適合するように、油圧ポンプ３のポンプ必要動力Ｐｐ＿ｒｑをＰｐ＿ｒｑ＿１に設定する。

同様にして、各ステップＳ７２〜ステップＳ７９では、次のような処理が行われる。すなわち、ステップＳ７２では、右旋回操作量Ｌｓｗｒが所定の操作量Ｋｓｗよりも大きいか否かによって、右方向の旋回量が所定値より大きいか否かが判断される。また、ステップＳ７２では、左旋回操作量Ｌｓｗｌが所定の操作量−Ｋｓｗよりも小さいか否かによって、左方向の旋回量が所定値より大きいか否かが判断される。

ステップＳ７３では、ブーム下げ操作量Ｌｂｏｄが所定の操作量−Ｋｂｏよりも小さいか否かによって、ブーム下げの操作量が所定値より小さいか否かが判断される。

ステップＳ７４では、ブーム上げ操作量Ｌｂｏｕが所定の操作量Ｋｂｏよりも大きいか否かによってブーム上げの操作量が所定値より大きいか否かが判断され、アーム掘削操作量Ｌａｒｕが所定の操作量Ｋａよりも大きいか否かによってアーム掘削の操作量が所定値より大きいか否かが判断され、アームダンプ操作量Ｌａｄが所定の操作量−Ｋａよりも小さいか否かによって、アームダンプの操作量が所定値より大きいか否かが判断される。
また、ステップＳ７４では、バケット掘削操作量Ｌｂｋｕが所定の操作量Ｋｂｋよりも大きいか否かによってバケット掘削の操作量が所定値より大きいか否かが判断され又はバケットダンプ操作量Ｌｂｋｄが所定の操作量−Ｋｂｋよりも小さいか否かによってバケットダンプの操作量が所定値より大きいか否かが判断される。

ステップＳ７５では、アーム掘削操作量Ｌａｒｕが所定の操作量Ｋａよりも大きいか否かが判断される。

ステップＳ７６では、バケット掘削操作量Ｌｂｋｕが所定の操作量Ｋｂｋよりも大きいか否かが判断される。

ステップＳ７７では、油圧ポンプ３の吐出圧ＰＲｐが所定の圧力Ｋｐ１よりも小さいか否かが判断される。

ステップＳ７８では、アームダンプ操作量Ｌａｄが所定の操作量−Ｋａよりも小さいか否かが判断される。

ステップＳ７９では、バケットダンプ操作量Ｌｂｋｄが所定の操作量−Ｋｂｋよりも小さいか否かが判断される。

ステップＳ８０では、油圧ポンプ３の吐出圧ＰＲｐが所定の圧力Ｋｐ２よりも大きいか否かが判断される。

ステップＳ８１では、油圧ポンプ３の吐出圧ＰＲｐが所定の圧力Ｋｐ３よりも大きいか否かが判断される。

ステップＳ７１の判断がＦでステップＳ７２の判断がＴでステップＳ７３の判断がＴである場合、ポンプ必要動力演算部６０は、油圧アクチュエータ３０の作業パターンが、「旋回操作及びブーム下げ操作」という作業パターン（２）であると判断する。ポンプ必要動力演算部６０は、「旋回操作及びブーム下げ操作」という作業パターンに適合するように、油圧ポンプ３のポンプ必要動力Ｐｐ＿ｒｑを、Ｐｐ＿ｒｑ＿６に設定する。

ステップＳ７１の判断がＦでステップＳ７２の判断がＴであり、ステップＳ７３の判断がＦであり、ステップＳ７４の判断がＴである場合、ポンプ必要動力演算部６０は、油圧アクチュエータ３０の作業パターンが、「旋回操作とブーム下げ以外の作業機操作」という作業パターン（３）であると判断する。ポンプ必要動力演算部６０は、「旋回操作とブーム下げ以外の作業機操作」という作業パターンに適合するように、油圧ポンプ３のポンプ必要動力Ｐｐ＿ｒｑを、Ｐｐ＿ｒｑ＿１に設定する。

ステップＳ７１の判断がＦでステップＳ７２の判断がＴであり、ステップＳ７３の判断がＦでステップＳ７４の判断がＦである場合、ポンプ必要動力演算部６０は、油圧アクチュエータ３０の作業パターンが、「旋回操作の単独操作」という作業パターン（４）であると判断する。ポンプ必要動力演算部６０は、「旋回操作の単独操作」という作業パターンに適合するように、油圧ポンプ３のポンプ必要動力Ｐｐ＿ｒｑが、Ｐｐ＿ｒｑ＿６に設定される。

ステップＳ７１の判断がＦでステップＳ７２の判断がＦであり、ステップＳ７５の判断がＴであり、ステップＳ７６の判断がＴであり、ステップＳ７７の判断がＴである場合、ポンプ必要動力演算部６０は、油圧アクチュエータ３０の作業パターンが、「アーム掘削操作とバケット掘削操作で負荷が小さいとき（例えば土砂を抱え込む作業）」という作業パターン（５）であると判断する。ポンプ必要動力演算部６０は、「アーム掘削操作とバケット掘削操作で負荷が小さいとき」という作業パターンに適合するように、油圧ポンプ３のポンプ必要動力Ｐｐ＿ｒｑを、Ｐｐ＿ｒｑ＿２に設定する。

ステップＳ７１の判断がＦであり、ステップＳ７２の判断がＦであり、ステップＳ７５の判断がＴでステップＳ７６の判断がＴであり、ステップＳ７７の判断がＦである場合、ポンプ必要動力演算部６０は、油圧アクチュエータ３０の作業パターンが、「アーム掘削操作とバケット掘削操作で負荷が大きいとき（例えばアームとバケットの同時操作による掘削作業）」という作業パターン（６）であると判断する。ポンプ必要動力演算部６０は、「アーム掘削操作とバケット掘削操作で負荷が大きいとき」という作業パターンに適合するように、油圧ポンプ３のポンプ必要動力Ｐｐ＿ｒｑを、Ｐｐ＿ｒｑ＿１に設定する。

ステップＳ７１の判断がＦであり、ステップＳ７２の判断がＦであり、ステップＳ７５の判断がＴでステップＳ７６の判断がＦである場合、ポンプ必要動力演算部６０は、油圧アクチュエータ３０の作業パターンが、「アーム掘削操作」という作業パターン（７）であると判断する。ポンプ必要動力演算部６０は、「アーム掘削操作」という作業パターンに適合するように、油圧ポンプ３のポンプ必要動力Ｐｐ＿ｒｑを、Ｐｐ＿ｒｑ＿１に設定する。

ステップＳ７１の判断がＦであり、ステップＳ７２の判断がＦであり、ステップＳ７５の判断がＦであり、ステップＳ７８の判断がＴでステップＳ７９の判断がＴであり、ステップＳ８０の判断がＴである場合、ポンプ必要動力演算部６０は、油圧アクチュエータ３０の作業パターンが、「アーム排土操作とバケット排土操作で負荷が大きいとき（例えばアームとバケットの同時排土操作による土砂押し作業）」という作業パターン（８）であると判断する。ポンプ必要動力演算部６０は、「アーム排土操作とバケット排土操作で負荷が大きいとき」という作業パターンに適合するように、油圧ポンプ３のポンプ必要動力Ｐｐ＿ｒｑを、Ｐｐ＿ｒｑ＿３に設定する。

ステップＳ７１の判断がＦであり、ステップＳ７２の判断がＦであり、ステップＳ７５の判断がＦでステップＳ７８の判断がＴであり、ステップＳ７９の判断がＴでステップＳ８０の判断がＦである場合、ポンプ必要動力演算部６０は、油圧アクチュエータ３０の作業パターンが、「アーム排土操作とバケット排土操作で負荷が小さいとき（例えば空中でアームとバケットを同時に返す作業）」という作業パターン（９）であると判断する。ポンプ必要動力演算部６０は、「アーム排土操作とバケット排土操作で負荷が小さいとき」という作業パターンに適合するように、油圧ポンプ３のポンプ必要動力Ｐｐ＿ｒｑを、Ｐｐ＿ｒｑ＿５に設定する。

ステップＳ７１の判断がＦであり、ステップＳ７２の判断がＦであり、ステップＳ７５の判断がＦであり、ステップＳ７８の判断がＴであり、ステップＳ７９の判断Ｆであり、ステップＳ８１の判断がＴである場合、ポンプ必要動力演算部６０は、油圧アクチュエータ３０の作業パターンが、「アーム単独排土操作で負荷が大きいとき（例えばアーム排土作業による土砂押し作業）」という作業パターン（１０）であると判断する。ポンプ必要動力演算部６０は、「アーム単独排土操作で負荷が大きいとき」に適合するように、油圧ポンプ３のポンプ必要動力Ｐｐ＿ｒｑを、Ｐｐ＿ｒｑ＿３に設定する。

ステップＳ７１の判断がＦであり、ステップＳ７２の判断がＦであり、ステップＳ７５の判断がＦでステップＳ７８の判断がＴであり、ステップＳ７９の判断Ｆであり、ステップＳ８１の判断がＦである場合、ポンプ必要動力演算部６０は、油圧アクチュエータ３０の作業パターンが、「アーム単独排土操作で負荷が小さいとき（例えば空中でアームを返す作業）」という作業パターン（１１）であると判断する。ポンプ必要動力演算部６０は、「アーム単独排土操作で負荷が小さいとき」という作業パターンに適合するように、油圧ポンプ３のポンプ必要動力Ｐｐ＿ｒｑを、Ｐｐ＿ｒｑ＿５に設定する。

ステップＳ７１の判断がＦであり、ステップＳ７２の判断がＦであり、ステップＳ７５の判断がＦでステップＳ７８の判断がＦである場合、ポンプ必要動力演算部６０は、油圧アクチュエータ３０の作業パターンが、「その他の作業」という作業パターン（１２）であると判断する。ポンプ必要動力演算部６０は、「その他の作業」という作業パターンに適合するように、油圧ポンプ３のポンプ必要動力Ｐｐ＿ｒｑを、Ｐｐ＿ｒｑ＿１に設定する。

次に、ポンプ駆動動力制限部６１が、ポンプ駆動動力制限値Ｐｐ＿ｌｉｍｉｔを求める手順を説明する。ポンプ駆動動力制限部６１は、図１に示す油圧センサ７から油圧ポンプ３の吐出圧ＰＲｐを取得する。そして、ポンプ駆動動力制限部６１は、取得した油圧ポンプ３の吐出圧ＰＲｐに対する油圧ポンプ３のポンプ駆動動力制限値Ｐｐ＿ｌｉｍｉｔを求める。ポンプ駆動動力制限値Ｐｐ＿ｌｉｍｉｔは、リリーフ時、すなわちリリーフ弁１６が油圧ポンプ３から吐出された作動油の一部を放出するときに、油圧ポンプ３を駆動する動力の急激な変動を抑制するように決定される。本実施形態では、ポンプ駆動動力制限値Ｐｐ＿ｌｉｍｉｔは、吐出圧ＰＲｐに対する関数６１Ｆｎに基づいて求められる。

本実施形態において、ポンプ駆動動力制限値Ｐｐ＿ｌｉｍｉｔは、吐出圧ＰＲｐ、すなわち油圧ポンプ３が吐出する作動油の圧力が上昇するにしたがって、油圧ポンプ３を駆動する動力が低下するように設定されている。より具体的には、吐出圧ＰＲｐがある程度小さい第１の範囲において、ポンプ駆動動力制限値Ｐｐ＿ｌｉｍｉｔは吐出圧ＰＲｐの大きさに関わらず一定である。吐出圧ＰＲｐが第１の範囲を超えて第２の範囲に入ると、吐出圧ＰＲｐが上昇するにしたがってポンプ駆動動力制限値Ｐｐ＿ｌｉｍｉｔは低下する。そして、吐出圧ＰＲｐが第２の範囲を超えて第３の範囲に入ると、ポンプ駆動動力制限値Ｐｐ＿ｌｉｍｉｔは吐出圧ＰＲｐの大きさに関わらず一定になる。関数６１Ｆｎは、このようなポンプ駆動動力制限値Ｐｐ＿ｌｉｍｉｔと吐出圧ＰＲｐとの関係を実現するように設定されて、コントローラ６の記憶装置に記憶される。

ステップＳ１０１でエンジン制御に用いる情報が求められたら、コントローラ６は処理をステップＳ１０２に進める。ステップＳ１０２において、コントローラ６は、油圧ポンプ３がリリーフ状態にあるか否かを判定する。この判定は、図３に示すリリーフ判定部６２が行う。具体的には、リリーフ判定部６２は、ポンプ必要動力Ｐｐ＿ｒｑがポンプ駆動動力制限値Ｐｐ＿ｌｉｍｉｔ以上である場合にＴ（リリーフ状態である）と判定し、ポンプ必要動力Ｐｐ＿ｒｑがポンプ駆動動力制限値Ｐｐ＿ｌｉｍｉｔよりも小さい場合にＦ（リリーフ状態でない）と判定する。リリーフ判定部６２は、判定結果フラグｄを出力する。リリーフ状態は、設定されるリリーフ圧を基に、ポンプ吐出圧ＰＲｐを用いて判断されてもよい。

リリーフ状態でない場合（ステップＳ１０２、Ｎｏ）、すなわち、リリーフ判定部６２が判定結果フラグｄとしてＦを出力した場合、コントローラ６は、ステップＳ１０１及びステップＳ１０２を繰り返す。リリーフ状態でない場合、エンジンコントローラ４は、後述するエンジン２の目標とする出力Ｐｅｒから求めたエンジン２のリリーフ時目標回転数ｎ＿ｃｏｍｒを目標回転数ｎ＿ｃｏｍとして、エンジン２を制御する。

リリーフ状態である場合（ステップＳ１０２、Ｙｅｓ）、すなわち、リリーフ判定部６２が判定結果フラグｄとしてＴを出力した場合、コントローラ６は、処理をステップＳ１０３に進める。ステップＳ１０３において、図３に示すエンジン出力制御部６３は、エンジン２の目標とする出力（エンジン目標出力）Ｐｅｒから求めたエンジン２の回転数（リリーフ時目標回転数）ｎ＿ｃｏｍｒと、リリーフ時目標回転数の最大値（リリーフ時最大目標回転数）ｎｒｍａｘとを比較する。リリーフ時最大目標回転数ｎｒｍａｘは、油圧ポンプ３がリリーフ状態となった後からステップＳ１０３の判定時までの間における、リリーフ時目標回転数ｎ＿ｃｏｍｒの最大値である。なお、本実施形態において、リリーフ時最大目標回転数ｎｒｍａｘの初期値は０である。リリーフ時目標回転数ｎ＿ｃｏｍｒは、エンジン目標出力Ｐｅｒに基づいて定められた、リリーフ時においてエンジン２が目標とする回転数である。リリーフ時目標回転数ｎ＿ｃｏｍｒは、エンジン出力制御部６３によって求められる。次に、リリーフ時目標回転数ｎ＿ｃｏｍｒを求める手順の一例を説明する。

リリーフ時目標回転数ｎ＿ｃｏｍｒを求めるにあたり、図３に示すコントローラ６の最小選択部６４は、ポンプ必要動力演算部６０が求めたポンプ必要動力Ｐｐ＿ｒｑと、ポンプ駆動動力制限部６１が求めたポンプ駆動動力制限値Ｐｐ＿ｌｉｍｉｔとのうち小さい方を、コントローラ６の加算部６５に出力する。加算部６５は、最小選択部６４の出力と、油圧ポンプ３以外のファン及び発電電動機１１等の補機駆動にともなうエンジン２の負荷Ｐｌ＿ｅｐとを加算して、加算した結果をエンジン目標出力Ｐｅｒとして出力する。

コントローラ６の出力変換部６６は、加算部６５から出力されたエンジン目標出力Ｐｅｒを取得し、テーブル６６Ｆｎを用いてリリーフ時目標回転数ｎ＿ｃｏｍｒに変換する。テーブル６６Ｆｎは、リリーフ時目標回転数ｎ＿ｃｏｍｒとエンジン目標出力Ｐｅｒとの関係を示したものであり、エンジン２の仕様及び特性によって定まる。テーブル６６Ｆｎは、コントローラ６の記憶装置に記憶される。

エンジン出力制御部６３は、このようにして求められたリリーフ時目標回転数ｎ＿ｃｏｍｒとリリーフ時最大目標回転数ｎｒｍａｘとを比較し、リリーフ時最大目標回転数ｎｒｍａｘがリリーフ時目標回転数ｎ＿ｃｏｍｒ以上である場合には（ステップＳ１０３、Ｙｅｓ）、処理をステップＳ１０４に進める。また、エンジン出力制御部６３は、リリーフ時最大目標回転数ｎｒｍａｘがリリーフ時目標回転数ｎ＿ｃｏｍｒよりも小さい場合には（ステップＳ１０３、Ｎｏ）、処理をステップＳ１０５に進める。

ステップＳ１０４において、エンジン出力制御部６３は、リリーフ時最大目標回転数ｎｒｍａｘを目標回転数ｎ＿ｃｏｍに設定する。すなわち、目標回転数ｎ＿ｃｏｍは、エンジン目標出力Ｐｅｒから求められたリリーフ時目標回転数ｎ＿ｃｏｍｒには更新されない。ステップＳ１０５において、エンジン出力制御部６３は、エンジン目標出力Ｐｅｒから求められたリリーフ時目標回転数ｎ＿ｃｏｍｒを目標回転数ｎ＿ｃｏｍに設定する。すなわち、目標回転数ｎ＿ｃｏｍは、エンジン目標出力Ｐｅｒから求められたリリーフ時目標回転数ｎ＿ｃｏｍｒに更新される。

コントローラ６は、エンジン出力制御部６３から出力されたリリーフ時目標回転数ｎ＿ｃｏｍｒを目標回転数ｎ＿ｃｏｍとして、図１に示すエンジンコントローラ４に出力する。エンジンコントローラ４は、加算部６５から出力されたエンジン目標出力Ｐｅｒが目標回転数ｎ＿ｃｏｍで得られるようにエンジン２の出力、より具体的にはトルクを制御する。ステップＳ１０１からステップＳ１０５が実行されることにより、本実施形態に係るエンジン制御が実現される。本実施形態に係るエンジン制御の一連の処理が終了したら、コントローラ６は、スタートに戻ってステップＳ１０１からの処理を繰り返す。次に、本実施形態に係るエンジン制御を実行した場合におけるエンジン２の回転数の変化を説明する。

図５は、本実施形態に係るエンジン制御が実行されたときにおけるエンジンの回転数の時間変化例を示す図である。図６は、エンジンの回転数とトルクとの関係の一例を示す図である。図７は、トルク線図である。図６中のＬｅｐ、Ｌｅｐ１、Ｌｅｐ２、Ｌｅｐ３は等出力（馬力）線であり、Ｌｍｒはマッチング線であり、Ｌｒｌはレギュレーション線である。図５中のＬｅｐ１〜Ｌｅｐ４は、図６に示す等出力（馬力）線Ｌｅｐ１〜Ｌｅｐ４に対応している。

本実施形態に係るエンジン制御が実行されることにより、油圧ポンプ３のリリーフ時において、エンジン２の目標回転数ｎ＿ｃｏｍは、ポンプ駆動動力の制限が開始された時点、すなわちリリーフが開始された時点の値以上になるように、コントローラ６のエンジン出力制御部６３によって制御される。

図５は、油圧ポンプ３のリリーフ時における、リリーフ時最大目標回転数ｎｒｍａｘ、目標回転数ｎ＿ｃｏｍ及びリリーフ時目標回転数ｎ＿ｃｏｍｒの時間ｔｉの経過による変化を示している。時間ｔｉｓで、図１に示すリリーフ弁１６がリリーフを開始し、時間ｔｉｅでリリーフが終了したことを示している。リリーフ時は、図３に示すリリーフ判定部６２が出力する判定結果フラグｄがＦからＴに変化し、リリーフ時以外には判定結果フラグｄがＦになっている。

図５に示すように、本実施形態に係るエンジン制御が実行されると、リリーフ時以外はリリーフ時最大目標回転数ｎｒｍａｘ及び目標回転数ｎ＿ｃｏｍが同一になり、エンジン回転数ｎｅも目標回転数ｎ＿ｃｏｍに追従して変化する。時間ｔｉｓでリリーフが開始されると、図５に示す例ではリリーフ時目標回転数ｎ＿ｃｏｍｒが時間ｔｉの経過とともに低下する。時間ｔｉｓにおいて、エンジン２は、等出力線Ｌｅｐ１に対応する出力で運転されている。時間ｔｉｓが経過すると、エンジン２は、等出力線Ｌｅｐ１に対応する出力よりも低い出力になっていく。

図３に示すエンジン出力制御部６３は、ｎｒｍａｘ≧ｎ＿ｃｏｍｒである場合、目標回転数ｎ＿ｃｏｍをリリーフ時最大目標回転数ｎｒｍａｘとする。このため、目標回転数ｎ＿ｃｏｍは、リリーフ開始時である時間ｔｉｓからの最大値であるリリーフ時最大目標回転数ｎｒｍａｘの値に維持される。なお、本実施形態において、リリーフ時最大目標回転数ｎｒｍａｘの初期値は０なので、リリーフ開始時である時間ｔｉｓにおけるリリーフ時最大目標回転数ｎｒｍａｘは０である。したがって、リリーフ開始時においてはｎｒｍａｘ＜ｎ＿ｃｏｍｒとなる結果、リリーフ開始時における目標回転数ｎ＿ｃｏｍはリリーフ時目標回転数ｎ＿ｃｏｍｒ（この例では回転数ｎｅ１）に更新される。目標回転数ｎ＿ｃｏｍが最初に更新されてから次に更新されるまでの間は、この目標回転数ｎ＿ｃｏｍがリリーフ時最大目標回転数ｎｒｍａｘとなる。

リリーフ時において、リリーフ時目標回転数ｎ＿ｃｏｍｒが変化するのは、次の理由による。すなわち、リリーフ時目標回転数ｎ＿ｃｏｍｒは、エンジン目標出力Ｐｅｒに基づいて定められるが、エンジン２の補機類の負荷変動によってエンジン目標出力Ｐｅｒは変動するからである。

リリーフ時目標回転数ｎ＿ｃｏｍｒは時間ｔｉ１まで低下し続けるため、リリーフの開始から時間ｔｉ１が経過するまでは、目標回転数ｎ＿ｃｏｍは一定に維持される。時間ｔｉ１以降において、エンジン２は、等出力線Ｌｅｐ２に対応する出力で運転されている。リリーフ時目標回転数ｎ＿ｃｏｍｒは時間ｔｉ２で上昇に転ずるが、ｎｒｍａｘ≧ｎ＿ｃｏｍｒである場合、エンジン出力制御部６３は、目標回転数ｎ＿ｃｏｍをリリーフ時最大目標回転数ｎｒｍａｘとする。このため、リリーフ時目標回転数ｎ＿ｃｏｍｒがリリーフ時最大目標回転数ｎｒｍａｘと等しくなる時間ｔｉ３までは、目標回転数ｎ＿ｃｏｍがリリーフ時最大目標回転数ｎｒｍａｘに維持される。

時間ｔｉ２以降、リリーフ時目標回転数ｎ＿ｃｏｍｒは時間ｔｉの経過とともに上昇し、時間ｔｉ３以降は、ｎｒｍａｘ＜ｎ＿ｃｏｍｒとなる。この場合、エンジン出力制御部６３は、目標回転数ｎ＿ｃｏｍをリリーフ時目標回転数ｎ＿ｃｏｍｒに更新する。したがって、時間ｔｉ３以降において、エンジン出力制御部６３は、目標回転数ｎ＿ｃｏｍを常にリリーフ時目標回転数ｎ＿ｃｏｍｒに更新する。このため、リリーフ時最大目標回転数ｎｒｍａｘも時間ｔｉの経過とともに上昇する。時間ｔｉ２を経過すると、エンジン２の出力は、等出力線Ｌｅｐ２に対応する出力よりも高い出力に上昇し、時間ｔｉ４で等出力線Ｌｅｐ３に対応する出力となる。

図５に示す例では、時間ｔｉ４以降において、リリーフ時目標回転数ｎ＿ｃｏｍｒは、時間ｔｉ４の値のまま一定値となった後、時間ｔｉ５で下降に転じる。そして、リリーフ時目標回転数ｎ＿ｃｏｍｒは、時間ｔｉ６で下降が終了して一定の値になる。時間ｔｉ５から時間ｔｉ６までに、エンジン２の出力は、等出力線Ｌｅｐ３に対応する出力よりも低い出力になっていく。そして、時間ｔｉ６で、等出力線Ｌｅｐ４に対応する出力となる。

その後、リリーフ時目標回転数ｎ＿ｃｏｍｒは、リリーフが終了する時間ｔｉｅまで、リリーフ時最大目標回転数ｎｒｍａｘの値（時間ｔｉ４における値）を超えることはない。したがって、時間ｔｉ４からｔｉｅまでの間において、目標回転数ｎ＿ｃｏｍは、時間ｔｉ４におけるリリーフ時最大目標回転数ｎｒｍａｘの値（本例では回転数ｎｅ２）に維持される。このように、エンジン出力制御部６３は、本実施形態に係るエンジン制御を実行することにより、リリーフ期間中におけるエンジン回転数ｎｅは、目標回転数ｎ＿ｃｏｍをリリーフが開始された時点におけるエンジン２の回転数、すなわち、時間ｔｉｓにおける目標回転数ｎ＿ｃｏｍ以上になるように制御される。

図５に示す時間ｔｉｓからｔｉ３までの間及び時間ｔｉ５から時間ｔｉｅまでの間は、リリーフ時目標回転数ｎ＿ｃｏｍｒがリリーフ開始時の時間ｔｉｓにおけるエンジン回転数ｎｅよりも低くなっている。このため、時間ｔｉｓからｔｉ３までの間におけるエンジン２の出力は、リリーフ開始時の時間ｔｉｓにおけるエンジン２の出力よりも小さくなる。また、時間ｔｉ５から時間ｔｉｅまでの間におけるエンジン２の出力は、時間ｔｉ５におけるエンジン２の出力よりも小さくなる。したがって、エンジン出力制御部６３は、時間ｔｉｓからｔｉ３までの間及び時間ｔｉ５から時間ｔｉｅまでの間において、エンジン２のトルクを低下させることにより、エンジン回転数ｎｅをリリーフ開始時における値又は時間ｔｉ５における値に維持しつつ、エンジン２の出力を低下させる。

図６に示すマッチング線Ｌｍｒは、図１に示す油圧ポンプ３の負荷（図６の縦軸のトルクｔｅに相当）が増加するとともにエンジン回転数ｎｅが増加するように、かつそのときのエンジン２の出力に対する燃料消費率が最も小さくなる燃費最小点付近の領域、好ましくは燃費最小点を通過するように設定される。また、燃費最小点から離れるにしたがって燃料消費率は大きくなるので、マッチング線Ｌｍｒは、燃費最小点から極力離れない範囲に設定される。マッチング線Ｌｍｒにしたがってエンジン２を運転し、油圧ポンプ３を駆動することにより、油圧ポンプ３の効率が高い領域で使用でき、かつエンジン２が消費する燃料の量を抑制することができる。レギュレーション線Ｌｒｌは、マッチング点に基づいて設定される。なお、燃料消費率（以下、適宜燃費という）とは、１時間かつ出力１ｋＷ当たりにエンジン２が消費する燃料の量をいい、エンジン２の効率の一指標である。

次に、図７を用いてマッチング線Ｌｍｒについてより詳細に説明する。図７は、エンジン２のトルク線図であり、横軸にエンジン回転数ｎｅ（ｒｐｍ：ｒｅｖ／ｍｉｎ）をとり、縦軸にトルクｔｅ（Ｎ×ｍ）をとっている。図７において、最大トルク線Ｒで規定される領域は、エンジン２が発生し得る性能を示す。ガバナの機能を有するエンジンコントローラ４は、トルクｔｅが最大トルク線Ｒを超えて排気煙限界とならないように、またエンジン回転数ｎｅがハイアイドル回転数ｎｅＨを超えて過回転とならないように、エンジン２を制御する。最大トルク線Ｒ上の定格点Ｖでエンジン２の出力（馬力）Ｐが最大になる。Ｊは、油圧ポンプ３が吸収するトルクが等しくなる、等出力曲線を示している。

エンジン２の最大目標回転数が設定されると、コントローラ４は定格点Ｖとハイアイドル点ｎｅＨとを結ぶ最高速レギュレーション線Ｌｒｌｍａｘに沿って調速を行う。

油圧ポンプ３の負荷が大きくなるにしたがって、エンジン２の出力とポンプ吸収トルクとが釣り合うマッチング点は、最高速レギュレーション線Ｌｒｌｍａｘ上を定格点Ｖ側に移動する。マッチング点が定格点Ｖ側に移動すると、エンジン回転数ｎｅは徐々に低下し、定格点Ｖではエンジン回転数ｎｅは定格回転数になる。

このように、エンジン回転数ｎｅをほぼ一定の回転数に固定して作業を行うと、燃費が大きく（悪く）、ポンプ効率が低いという問題がある。ポンプ効率とは、容積効率及びトルク効率で規定される油圧ポンプ３の効率のことである。

図７において、Ｍは等燃費曲線を示している。等燃費曲線Ｍの谷となるＭ１で燃費が最小となる。Ｍ１を燃費最小点という。燃費最小点Ｍ１から外側に向かうにしたがって燃費は大きく、すなわち悪くなる。

図７からも明らかなように、レギュレーション線Ｌｒｌは、等燃費曲線Ｍ上で燃費が比較的大きい領域に相当する。このため、従来の制御方法によれば燃費が大きく（悪く）、エンジン効率上望ましくない。

一方、可変容量型の油圧ポンプ３の場合、一般的に、同じ吐出圧ＰＲｐであれば容量ｑ（斜板傾転角度）が大きいほど容積効率及びトルク効率が高く、ポンプ効率が高いということが知られている。

また下記（１）式からも明らかなように、油圧ポンプ３から吐出される圧油の流量Ｑが同一であれば、エンジン回転数ｎｅを低くすればするほど容量ｑを大きくすることができる。このためエンジン２を低速化すればポンプ効率を高くすることができる。
Ｑ＝ｎｅ×ｑ・・・（１）
したがって油圧ポンプ３のポンプ効率を高めるためには、エンジン回転数ｎｅが低い低速領域でエンジン２を稼動させればよい。

マッチング線Ｌｍｒは、エンジン２の燃料消費効率に基づいて求められた、エンジン回転数ｎｅとトルクｔｅとの関係を示す線である。具体的には、マッチング線Ｌｍｒは、燃費最小点Ｍ１を通るように設定された、エンジン回転数ｎｅとトルクｔｅとの関係を示す線である。マッチング線Ｌｍｒは、燃費最小点Ｍ１を通過することが好ましいが、種々の制約により、必ずしも燃費最小点Ｍ１を通過するように設定できるとは限らない。このため、マッチング線Ｌｍｒは、燃費最小点Ｍ１を通るように設定されることが困難である場合、燃費最小点Ｍ１の近傍を通過するように設定される。この場合、マッチング線Ｌｍｒは、極力燃費最小点Ｍ１の近傍を通過するように設定される。極力燃費最小点Ｍ１の近傍とは、例えば、燃費最小点Ｍ１における燃料消費率に対して１０５％から１１０％程度の燃料消費率となる等燃費曲線Ｍで囲まれる範囲とすることができる。

上述したように、燃費最小点Ｍ１よりも外側の等燃費曲線Ｍほど燃費は大きく、すなわち悪くなるので、マッチング線Ｌｍｒは、燃費最小点Ｍ１から極力外側に離れないように設定される。また、燃費最小点Ｍ１から外側に離れる過程において、マッチング線Ｌｍｒが交差する等燃費曲線Ｍの数が多いほど、燃費の大きい領域でエンジン２が運転される可能性は高くなる。したがって、マッチング線Ｌｍｒは、燃費最小点Ｍ１から外側に離れる過程において、マッチング線Ｌｍｒと交差する等燃費曲線Ｍの数が極力少なくなるように設定される。

このようにして求められたマッチング線Ｌｍｒに沿ってエンジン回転数ｎｅを制御すると、燃費、エンジン効率及びポンプ効率が向上する。これは、エンジン２に同じ馬力を出力させ、油圧ポンプ３から同じ要求流量を得るという条件において、レギュレーション線Ｌｒｌ（本例では最高速レギュレーション線Ｌｒｌｍａｘ）上の点ｐｔ１でマッチングさせるよりも、同じ等出力線Ｊ上の点であってマッチング線Ｌｍｒ上の点ｐｔ２でマッチングさせた方が、エンジン２の状態は高回転かつ低トルクから低回転かつ高トルクに移行して、ポンプ容量ｑが大となり、等燃費曲線Ｍ上の燃費最小点Ｍ１に近い点で運転されるからである。また低回転領域でエンジン２が稼動することにより騒音が低減し、かつエンジンフリクション及びポンプアンロードロス等は減少する。

リリーフ開始前において、エンジン２は、図６に示す位置Ａの条件で運転されているとする。本実施形態に係るエンジン制御が実行されると、エンジン２の出力は、リリーフが開始された時間ｔｉｓから時間ｔｉ３までの間の値が、リリーフが開始された時間ｔｉｓにおける値よりも小さくなる。すなわち、図６における位置Ａから位置Ｂに移動し、エンジン２は、等出力線Ｌｅｐ１よりも小さい出力の等出力線（例えば、時間ｔｉ１〜時間ｔｉ２ではＬｅｐ２）にしたがって運転される。

リリーフが開始された時間ｔｉｓ（図５参照）におけるエンジン回転数ｎｅが回転数ｎｅ１であり、時間ｔｉ１においてエンジン２は上述したように等出力線Ｌｅｐ２にしたがって運転されると、エンジン回転数ｎｅは、時間ｔｉｓにおける回転数ｎｅ１に維持される。したがって、エンジン２は、等出力線Ｌｅｐ２とエンジン回転数ｎｅ１とが交差する位置Ｂの条件で運転される。その後、時間ｔｉ２から時間ｔｉ３の間でエンジン２の出力が増加するにともなって、エンジン回転数ｎｅ１を維持したまま等出力線Ｌｅｐ２からＬｅｐ１へ移動する。これは、図６の位置Ｂから位置Ａへの移動に相当する。次に時間ｔｉ３以降を説明する。図５に示すように、時間ｔｉ３以降は目標回転数ｎ＿ｃｏｍ及びエンジン２の出力が上昇し、時間ｔｉ４から時間ｔｉ５の間において、エンジン２は等出力線Ｌｅｐ３にしたがって運転されるとする。この場合、エンジン回転数ｎｅは、等出力線Ｌｅｐ３上、かつｎｅ１以上であればよい。

本実施形態において、エンジン２は、図６の位置Ａから、等出力線Ｌｅｐ３とマッチング線Ｌｍｒとの交点である位置Ｃにおける回転数ｎｅ２で運転される。このようにすることで、エンジン２の燃料消費を抑えることができ、かつ油圧ポンプ３を効率のよい条件で運転することができる。また、等出力線Ｌｅｐ３にしたがってエンジン回転数ｎｅが定められるので、エンジン回転数ｎｅを変更しても、図１に示す建設機械１が備える作業機の動作速度の変化が抑制される。さらに、ポンプ駆動動力制限部６１が有する関数６１Ｆｎ等の調整をすることなく、リリーフ時におけるエンジン回転数ｎｅのハンチングを抑制できるので、建設機械１のオペレータの操作感等に違和感を与える可能性を低減できる。

図５に示すように、時間ｔｉ５から時間ｔｉｅの間は、リリーフ時目標回転数ｎ＿ｃｏｍｒが低下するが目標回転数ｎ＿ｃｏｍは時間ｔｉ５の値となっている。時間ｔｉ５から時間ｔｉｅの間において、エンジン回転数ｎｅは、回転数ｎｅ２の値が維持される。したがって、エンジン２の運転条件は、回転数ｎｅ２が維持されるので、回転数ｎｅ２と等出力線Ｌｅｐ３との交点になる図６における位置Ｃの運転条件から、回転数ｎｅ２と等出力線Ｌｅｐ４との交点である図６の位置Ｄの運転条件に変化する。この変化に応じて、エンジン２は、位置Ｄの運転条件で運転される。エンジン２が位置Ｄの運転条件で運転される期間は、時間ｔｉ６から時間ｔｉｅの前にエンジン２の出力が増加に転じるタイミングまでの期間である。等出力線Ｌｅｐ４は、時間ｔｉ５から時間ｔｉｅの間におけるリリーフ時目標回転数ｎ＿ｃｏｍｒに対応するエンジン目標出力Ｐｅｒを示すものである。なお、等出力線Ｌｅｐ４に対応する出力は、等出力線Ｌｅｐ３に対応する出力よりも小さい。

本実施形態に係るエンジン制御は、リリーフ時において、リリーフ時目標回転数ｎ＿ｃｏｍｒがリリーフ時最大目標回転数ｎｒｍａｘ以上にならないと目標回転数ｎ＿ｃｏｍはリリーフ時目標回転数ｎ＿ｃｏｍｒに更新されない。したがって、図５に示す例では、時間ｔｉ５以降のエンジン回転数ｎｅは、回転数ｎｅ２に維持される。しかし、このような制御に限定されるものではなく、エンジン出力制御部６３は、エンジン回転数ｎｅをｎｅ２より小さくしてもよい。この場合、例えば、エンジン出力制御部６３は、リリーフが開始された時点（時間ｔｉｓ）におけるエンジン回転数ｎｅ＝ｎｅ１（＜ｎｅ２）でエンジン２を運転してもよい。このようにすることで、マッチング線Ｌｍｒにより近い条件でエンジン２を運転することができるので、油圧ポンプ３の効率低下を抑制し、かつエンジン２の燃料消費も抑えることができる。

リリーフ時においては、マッチング線Ｌｍｒに沿ってエンジン回転数ｎｅを低下させる制御も考えられる（例えば、図６の位置Ｅにおける回転数ｎｅ３）。このようにすると、油圧ポンプ３の吐出圧ＰＲｐに対する目標回転数ｎ＿ｃｏｍの変化が大きい場合には、吐出圧ＰＲｐが変動したときにおいて次に示す（ａ）、（ｂ）の状況を繰り返し、エンジン回転数ｎｅのハンチングを招く可能性がある。
（ａ）吐出圧ＰＲｐの変動に合わせ、目標回転数ｎ＿ｃｏｍが変動する。
（ｂ）目標回転数ｎ＿ｃｏｍの変動により実際のエンジン回転数ｎｅが変動するため、油圧ポンプ３から吐出される作動油の流量が変動して、吐出圧ＰＲｐが変動する。

例えば、リリーフ時において、バケットリリーフとともにブーム上げを行うことで、図１に示すリリーフ弁１６を通過する作動油の流量が変わる。このため、吐出圧ＰＲｐが変動する。また、吐出圧ＰＲｐが変動することにより、リリーフ弁１６からの作動油の放出と停止とが繰り返される。これらに起因して、エンジン目標出力Ｐｅｒが変化する結果、マッチング線Ｌｍｒとエンジン目標出力Ｐｅｒとから決定されるエンジン２の目標とする回転数が変化してしまい、エンジン回転数ｎｅのハンチングが発生することがある。

本実施形態に係るエンジン制御は、リリーフ時におけるエンジン回転数ｎｅが、回転数ｎｅ１以上に制御される。このため、リリーフ開始時において、エンジン回転数ｎｅは、リリーフ開始時における回転数ｎｅ１よりも小さくならない。リリーフ時には、エンジン回転数ｎｅがリリーフ開始時における回転数ｎｅ１以上であれば、油圧ポンプ３から吐出された作動油はリリーフ弁１６から吐出されるので吐出圧ＰＲｐはリリーフ圧力からほとんど変動しない。その結果、エンジン回転数ｎｅのハンチングが抑制される。

また、リリーフ時においては、レギュレーション線Ｌｒｌに沿ってエンジン回転数ｎｅを増加させる制御も考えられる。このようにすると、エンジン２の燃料消費が増加してしまう。本実施形態に係るエンジン制御は、リリーフ時目標回転数ｎ＿ｃｏｍｒがリリーフ時最大目標回転数ｎｒｍａｘ以上にならない限り、目標回転数ｎ＿ｃｏｍは上昇しない。また、目標回転数ｎ＿ｃｏｍが上昇する場合も、マッチング線Ｌｍｒに基づいてエンジン回転数ｎｅが定められる。その結果、本実施形態に係るエンジン制御は、レギュレーション線Ｌｒｌに沿ってエンジン回転数ｎｅを増加させる制御と比較して燃料消費を抑制できる。

以上、本実施形態を説明したが、上述した内容により本実施形態が限定されるものではない。また、上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、上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、本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 建設機械
２ エンジン
２Ｓ 出力軸
３ 油圧ポンプ
４ エンジンコントローラ
５ ポンプ制御バルブ
６ コントローラ
７、８、９ 油圧センサ
１０ ＰＴＯ軸
１１ 発電電動機
１２ 蓄電器
１３ インバータ
１４ 回転センサ
１５ 電圧センサ
１６ リリーフ弁
１７ 作動油タンク
２０〜２６ 操作バルブ
２１ａ〜２６ａ パイロットポート
３０ 油圧アクチュエータ
３１ ブームシリンダ
３２ アームシリンダ
３３ バケットシリンダ
３４ 旋回モータ
３５、３６ 走行モータ
４１、４２、４３、４４ 操作レバー
４５、４６ センサ
６０ ポンプ必要動力演算部
６１ ポンプ駆動動力制限部
６１Ｆｎ 関数
６６Ｆｎ テーブル
６２ リリーフ判定部
６３ エンジン出力制御部
６４ 最小選択部
６５ 加算部
６６ 出力変換部
Ｌｅｐ、Ｌｅｐ１〜Ｌｅｐ４ 等出力線
Ｌｍｒ マッチング線
Ｌｒｌ レギュレーション線
ｎ＿ｃｏｍ 目標回転数
ｎ＿ｃｏｍｒ リリーフ時目標回転数
ｎｒｍａｘ リリーフ時最大目標回転数
Ｐｅｒ エンジン目標出力
Ｐｌ＿ｅｐ 負荷
Ｐｐ＿ｌｉｍｉｔ ポンプ駆動動力制限値
Ｐｐ＿ｒｑ ポンプ必要動力
ＰＲｐ 吐出圧
ＰＲｒ リリーフ圧力

Claims (3)

1. 作動油を吐出する油圧ポンプを駆動するエンジンを制御する装置であり、
   前記油圧ポンプが吐出する前記作動油の圧力が予め設定されたリリーフ圧力以上となって、前記油圧ポンプが吐出した前記作動油の一部が放出される状態にある場合、前記油圧ポンプが吐出する前記作動油の圧力に基づいて、前記油圧ポンプを駆動する動力であるポンプ駆動動力を制限するポンプ駆動動力制限部と、
   前記エンジンの目標とする回転数である目標回転数が、前記ポンプ駆動動力の制限が開始された時点の値以上になるように前記エンジンの出力を制御するエンジン出力制御部と、
   を含み、
   前記ポンプ駆動動力制限部は、
   前記油圧ポンプが吐出する作動油の吐出圧が所定値よりも小さい第１の範囲において、ポンプ駆動動力制限値を前記吐出圧の大きさに関わらず一定とし、前記吐出圧が前記第１の範囲を超えて第２の範囲に入ると、前記吐出圧が上昇するにしたがって前記ポンプ駆動動力制限値を低下させ、前記吐出圧が前記第２の範囲を超えて第３の範囲に入ると、前記ポンプ駆動動力制限値を前記吐出圧の大きさに関わらず一定とすることを特徴とするエンジン制御装置。
2. 前記エンジン出力制御部は、
   前記目標回転数が、前記油圧ポンプが吐出した前記作動油の一部が放出される状態になった後の最大値よりも増加する場合、前記ポンプ駆動動力制限部が求めた前記ポンプ駆動動力制限値に基づいて求められた前記エンジンの目標とする出力の等出力線と、前記エンジンの燃料消費効率に基づいて求められたマッチング線とから、前記目標回転数を求める、請求項１に記載のエンジン制御装置。
3. エンジンと、
   前記エンジンによって駆動される油圧ポンプと、
   前記油圧ポンプが吐出する作動油の圧力が予め設定されたリリーフ圧以上になった場合に前記作動油をリリーフするリリーフ弁と、
   前記油圧ポンプから吐出された作動油が供給される油圧アクチュエータと、
   前記油圧アクチュエータによって駆動される作業機と、
   請求項１又は２に記載のエンジン制御装置と、
   を含むことを特徴とする建設機械。
   
   

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