JP2012255248A - ショベル - Google Patents

Abstract

【課題】アタッチメントの動作のもたつきを操作者に感じさせないショベルを提供すること。
【解決手段】本発明に係るショベルは、エンジン１１と、エンジン１１により駆動される油圧ポンプ１４と、油圧ポンプ１４が吐出する圧油により駆動されるブーム４を含むアタッチメントと、エンジン１１の駆動をアシストする電動発電機１２と、電動発電機１２が発電した電力を蓄電する蓄電部１２０と、アタッチメントの動作状態を検出する動作状態検出部３００と、蓄電部１２０に蓄電された電力を用いた電動発電機１２によるアシストの実行を制御するアシスト制御部３０１とを有するショベルであって、アシスト制御部３０１は、掘削動作後のブーム上げ動作中に、電動発電機１２によりエンジン１１をアシストさせる。
【選択図】図３

Description

本発明は、エンジンの駆動をアシストする電動発電機を備えたショベルに関し、特に、ブーム上げ動作をアシストする電動発電機を備えたショベルに関する。

従来、エンジンと、エンジン駆動の油圧ポンプと、油圧ポンプが吐出する圧油により駆動される掘削アタッチメント用の油圧アクチュエータと、アシスト運転及び発電運転を実行可能な電動発電機とを有するハイブリッド型ショベルが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

このハイブリッド型ショベルは、油圧ポンプによるエンジン負荷の大きさに応じて現在のエンジン回転数とは異なる目標エンジン回転数を決定し、その目標エンジン回転数を実現するために電動発電機をアシスト運転又は発電運転で動作させるようにする。

このようにして、特許文献１のハイブリッド型ショベルは、油圧ポンプによるエンジン負荷が低い場合ばかりでなく、油圧ポンプによるエンジン負荷が高い場合であっても、燃料消費率を向上させるようにしている。

国際公開第０９／１５７５１１号パンフレット

しかしながら、特許文献１のハイブリッド型ショベルは、油圧ポンプによるエンジン負荷が増大した結果として電動発電機をアシスト運転させるため、掘削動作中の掘削アタッチメントの動きが一時的に鈍化するのを避けられず、操作者にもたつき感を抱かせてしまうおそれがある。

上述の点に鑑み、本発明は、アタッチメントの動作のもたつきを操作者に感じさせないショベルを提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明の実施例に係るショベルは、エンジンと、該エンジンにより駆動される油圧ポンプと、該油圧ポンプが吐出する圧油により駆動されるブームを含むアタッチメントと、該エンジンの駆動をアシストする電動発電機と、該電動発電機が発電した電力を蓄電する蓄電部と、該アタッチメントの動作状態を検出する動作状態検出部と、該蓄電部に蓄電された電力を用いた該電動発電機によるアシストの実行を制御するアシスト制御部とを有するショベルであって、前記アシスト制御部は、掘削動作後のブーム上げ動作中に、前記電動発電機により前記エンジンをアシストさせることを特徴とする。

上述の手段により、本発明は、アタッチメントの動作のもたつきを操作者に感じさせないショベルを提供することができる。

本発明の実施例に係るショベルの構成例を示す側面図である。 掘削アタッチメントの動作状態の推移を示す図である。 ショベルの駆動系の構成例を示すブロック図（その１）である。 アシスト開始判定処理の流れを示すフローチャートである。 掘削アタッチメントによる一連の動作が行われる際の各油圧アクチュエータの出力及び排出出力の推移を示す図である。 アシスト運転を開始させる際のブーム上げパイロット圧、ブーム角度、ブームシリンダのボトム圧、電動発電機のアシスト出力、及び、メインポンプの吐出量のそれぞれの時間的推移を示す図である。 ショベルの駆動系の構成例を示すブロック図（その２）である。

以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施例について説明する。

図１は、本発明の第一の実施例に係るショベルを示す側面図である。

ショベルは、クローラ式の下部走行体１の上に、旋回機構２を介して、上部旋回体３を旋回自在に搭載する。

上部旋回体３には、ブーム４が取り付けられている。ブーム４の先端にはアーム５が取り付けられ、アーム５の先端にはエンドアタッチメントとしてのバケット６が取り付けられている。ブーム４、アーム５及びバケット６によりアタッチメントの一例である掘削アタッチメントが構成される。また、ブーム４、アーム５、バケット６は、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９によりそれぞれ油圧駆動される。上部旋回体３には、キャビン１０が設けられ、且つエンジン等の動力源が搭載される。なお、図１ではエンドアタッチメントとしてのバケット６を示したが、バケット６は、リフティングマグネット、ブレーカ、フォーク等で置き換えられてもよい。

ブーム４は、上部旋回体３に対して上下に回動可能に支持されており、回動支持部（関節）にブーム動作状態検出部としてのブーム角度センサＳ１が取り付けられている。ブーム角度センサＳ１により、ブーム４の傾き角度であるブーム角度α（ブーム４を最も下降させた状態からの上昇角度）を検出することができる。

次に、図２を参照しながらショベルの動作の一例である掘削・積込み動作について説明する。まず、図２（Ａ）に示すように、操作者は、上部旋回体３を旋回させ、バケット６が掘削位置の上方に位置し、アーム５が開き、かつ、バケット６が開いた状態で、ブーム４を下降させ、バケット６の先端が掘削対象から所望の高さとなるようにバケット６を下降させる。通常、上部旋回体３を旋回させる際、及び、ブーム４を下降させる際、操作者は、目視でバケット６の位置を確認する。また、上部旋回体３の旋回、及び、ブーム４の下降は同時に行われることが一般的である。以上の動作をブーム下げ旋回動作と称し、この動作区間をブーム下げ旋回動作区間と称する。

操作者は、バケット６の先端が所望の高さに到達したと判断した場合、図２（Ｂ）に示すように、アーム５が地面に対して略垂直になるまでアーム５を閉じる。これにより、所定の深さの土が掘削され、アーム５が地表面に対して略垂直になるまで、バケット６でかき寄せられる。次に、操作者は、図２（Ｃ）に示すように、アーム５及びバケット６を更に閉じ、図２（Ｄ）に示すように、バケット６がアーム５に対して略垂直になるまでバケット６を閉じる。すなわち、バケット６の上縁が略水平となるまでバケット６を閉じ、かき集めた土をバケット６内に収容する。以上の動作を掘削動作と称し、この動作区間を掘削動作区間と称する。

次に、操作者は、バケット６がアーム５に対して略垂直になるまで閉じたと判断した場合、図２（Ｅ）に示すように、バケット６を閉じたままバケット６の底部が地面から所望の高さとなるまでブーム４を上げる。この動作をブーム上げ動作と称し、この動作区間をブーム上げ動作区間と称する。この動作に続いて、あるいは同時に、操作者は、上部旋回体３を旋回させ、矢印ＡＲ１で示すようにバケット６を排土位置まで旋回移動する。ブーム上げ動作を含むこの動作をブーム上げ旋回動作と称し、この動作区間をブーム上げ旋回動作区間と称する。

なお、バケット６の底部が所望の高さとなるまでブーム４を上げるのは、例えば、ダンプカーの荷台に排土する際にはバケット６を荷台の高さより高く持ち上げないとバケット６が荷台にぶつかってしまうためである。

次に、操作者は、ブーム上げ旋回動作が完了したと判断した場合、図２（Ｆ）に示すようにアーム５及びバケット６を開いて、バケット６内の土を排出する。この動作をダンプ動作と称し、この動作区間をダンプ動作区間と称する。ダンプ動作では、バケット６のみを開いて排土してもよい。

次に、操作者は、ダンプ動作が完了したと判断した場合、図２（Ｇ）に示すように、矢印ＡＲ２で示すように上部旋回体３を旋回させ、バケット６を掘削位置の真上に移動させる。このとき、旋回と同時にブーム４を下げてバケット６を掘削対象から所望の高さのところまで下降させる。この動作は図２（Ａ）にて説明したブーム下げ旋回動作の一部である。操作者は、図２（Ａ）に示すようにバケット６を所望の高さまで下降させ、再び掘削動作以降の動作を行うようにする。

操作者は、上述の「ブーム下げ旋回動作」、「掘削動作」、「ブーム上げ旋回動作」、及び「ダンプ動作」を一サイクルとしてこのサイクルを繰り返し行いながら掘削・積込みを進めていく。

図３は、ショベルの駆動系の構成例を示すブロック図であり、機械的動力系、高圧油圧ライン、パイロットライン、及び電気駆動・制御系をそれぞれ二重線、実線、破線、及び点線で示す。

ショベルの駆動系は、主に、エンジン１１、電動発電機１２、変速機１３、メインポンプ１４、レギュレータ１４Ａ、パイロットポンプ１５、コントロールバルブ１７、インバータ１８Ａ、蓄電系１２０、旋回用電動機構、操作装置２６、パイロット圧センサ２９、吐出圧センサ２９Ａ、ブームシリンダ圧センサ２９Ｂ、コントローラ３０で構成される。

エンジン１１は、ショベルの駆動源であり、例えば、所定の回転数を維持するように動作するエンジンであって、エンジン１１の出力軸が変速機１３を介してメインポンプ１４及びパイロットポンプ１５の入力軸に接続される。

電動発電機１２は、エンジン１１により駆動されて回転し発電を行う発電運転と、蓄電系１２０に蓄電された電力によって回転しエンジン出力をアシストするアシスト運転とを選択的に実行する装置である。

変速機１３は、二つの入力軸と一つの出力軸とを備えた変速機構であり、入力軸の一方がエンジン１１の出力軸に接続され、入力軸の他方が電動発電機１２の回転軸に接続され、出力軸がメインポンプ１４の回転軸に接続される。

メインポンプ１４は、高圧油圧ラインを介して圧油をコントロールバルブ１７に供給するための装置であり、例えば、斜板式可変容量型油圧ポンプである。

レギュレータ１４Ａは、メインポンプ１４の吐出量を制御するための装置であり、例えば、メインポンプ１４の吐出圧、コントローラ３０からの制御信号等に応じてメインポンプ１４の斜板傾転角を調節することによって、メインポンプ１４の吐出量を制御する。

パイロットポンプ１５は、パイロットラインを介して各種油圧制御機器に圧油を供給するための装置であり、例えば、固定容量型油圧ポンプである。

コントロールバルブ１７は、ショベルにおける油圧システムを制御する油圧制御装置である。コントロールバルブ１７は、例えば、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９、走行用油圧モータ１Ｂ（左用）、及び走行用油圧モータ１Ａ（右用）のうちの一又は複数のものに対しメインポンプ１４から受け入れた圧油を選択的に供給する。なお、以下では、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９、走行用油圧モータ１Ｂ（左用）及び走行用油圧モータ１Ａ（右用）を集合的に「油圧アクチュエータ」と称するものとする。

インバータ１８Ａは、交流電力と直流電力とを相互に変換する装置であり、電動発電機１２が発電する交流電力を直流電力に変換して蓄電系１２０に蓄電し（充電動作）、蓄電系１２０に蓄電された直流電力を交流電力に変換して電動発電機１２に供給する（放電動作）。また、インバータ１８Ａは、コントローラ３０が出力する制御信号に応じて充放電動作の停止、切り替え、又は開始等を制御し、充放電動作に関する情報をコントローラ３０に対して出力する。

蓄電系１２０は、直流電力を蓄電するためのシステムであり、例えば、蓄電部としてのキャパシタ、昇降圧コンバータ、及びＤＣバス（何れも図示せず。）を含む。ＤＣバスは、キャパシタと電動発電機１２との間における電力の授受を制御する。キャパシタは、キャパシタ電圧値を検出するためのキャパシタ電圧検出部（図示せず。）と、キャパシタ電流値を検出するためのキャパシタ電流検出部（図示せず。）を備える。キャパシタ電圧検出部及びキャパシタ電流検出部はそれぞれ、キャパシタ電圧値及びキャパシタ電流値をコントローラ３０に対して出力する。なお、蓄電部としては、キャパシタだけでなく、リチウムイオン電池等の充放電可能な二次電池、リチウムイオンキャパシタ、又は、電力の授受が可能なその他の形態の電源を用いてもよい。

旋回用電動機構は、主に、インバータ２０、旋回用電動発電機２１、レゾルバ２２、メカニカルブレーキ２３、及び旋回変速機２４で構成される。

インバータ２０は、交流電力と直流電力とを相互に変換する装置であり、旋回用電動発電機２１が発電する交流電力を直流電力に変換して蓄電系１２０に蓄電し（充電動作）、蓄電系１２０に蓄電された直流電力を交流電力に変換して旋回用電動発電機２１に供給する（放電動作）。また、インバータ２０は、コントローラ３０が出力する制御信号に応じて充放電動作の停止、切り替え、又は開始等を制御し、充放電動作に関する情報をコントローラ３０に対して出力する。

旋回用電動発電機２１は、蓄電系１２０に蓄電された電力によって回転し旋回機構２を旋回させる力行運転と、旋回する旋回機構２の運動エネルギを電気エネルギに変換する回生運転とを選択的に実行する装置である。

レゾルバ２２は、旋回機構２の旋回速度を検出するための装置であり、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。

メカニカルブレーキ２３は、旋回機構２を制動するための装置であり、コントローラ３０が出力する制御信号に応じて旋回機構２を機械的に旋回不能にする。

旋回変速機２４は、入力軸と出力軸とを備えた変速機構であり、入力軸が旋回用電動発電機２１の回転軸に接続され、出力軸が旋回機構２の回転軸に接続される。

操作装置２６は、操作者が油圧アクチュエータの操作のために用いる装置であり、パイロットラインを介して、パイロットポンプ１５から受け入れた圧油を油圧アクチュエータのそれぞれに対応する流量制御弁のパイロットポートに供給する。なお、パイロットポートのそれぞれに供給される圧油の圧力（パイロット圧）は、油圧アクチュエータのそれぞれに対応する操作装置２６のレバー又はペダル（図示せず。）の操作方向及び操作量に応じた圧力とされる。

パイロット圧センサ２９は、操作装置２６を用いた操作者の操作内容を検出するための操作状態検出部であり、例えば、油圧アクチュエータのそれぞれに対応する操作装置２６のレバー又はペダルの操作方向及び操作量を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。なお、操作装置２６の操作内容は、圧力センサ以外の他のセンサを用いて検出されてもよい。

吐出圧センサ２９Ａは、アタッチメントに加わる負荷を検出する負荷圧センサの一例であり、例えば、メインポンプ１４の吐出圧を検出するセンサであって、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。

ブームシリンダ圧センサ２９Ｂは、アタッチメントに加わる負荷を検出する負荷圧センサの別の一例であり、例えば、ブームシリンダ７のボトム側チャンバにおける圧力を検出するためのセンサであって、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。

コントローラ３０は、ショベルを制御するための制御装置であり、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ（Read Only Memory）等を備えたコンピュータで構成される。また、コントローラ３０は、動作状態検出部３００及びアシスト制御部３０１のそれぞれに対応するプログラムをＲＯＭから読み出してＲＡＭに展開しながら、それぞれに対応する処理をＣＰＵに実行させる。

具体的には、コントローラ３０は、ブーム角度センサＳ１、インバータ１８Ａ、インバータ２０、レゾルバ２２、パイロット圧センサ２９、吐出圧センサ２９Ａ、ブームシリンダ圧センサ２９Ｂ、及び蓄電系１２０等が出力する検出値を受信する。そして、コントローラ３０は、それら検出値に基づいて動作状態検出部３００及びアシスト制御部３０１のそれぞれによる処理を実行する。その後、コントローラ３０は、動作状態検出部３００及びアシスト制御部３０１のそれぞれの処理結果に応じた制御信号を適宜にインバータ１８Ａ、インバータ２０に対して出力する。

動作状態検出部３００は、アタッチメントの動作状態を検出するための機能要素であり、例えば、各種センサの出力に基づいて、掘削アタッチメントによる所定の動作を検出する。

具体的には、動作状態検出部３００は、ブーム角度センサＳ１及びパイロット圧センサ２９の出力に基づいてブーム上げ動作であることを検出し、また、ブームシリンダ圧センサ２９Ｂの出力に基づいて掘削動作後の高負荷動作であることを検出する。このようにして、動作状態検出部３００は、ブーム上げ動作のうち、電動発電機１２によるアシストが必要であると推定されるブーム上げ動作（以下、「高負荷ブーム上げ動作」とする。）を検出する。

より具体的には、動作状態検出部３００は、ブーム操作レバー（図示せず。）の上げ方向のパイロット圧ＰＬ（以下、「ブーム上げパイロット圧ＰＬ」とする。）が所定圧力ＰＬ_ＴＨ以上となり、ブーム角度αが所定角度範囲（α１≦α≦α２）内となり、かつ、ブームシリンダ７のボトム圧ＰＣが所定圧力ＰＣ_ＴＨ以上となったときに、高負荷ブーム上げ動作の開始を検出する。なお、ＰＬ_ＴＨ、α１、α２及びＰＣ_ＴＨは、ショベルの機種毎に予め設定される値である。ここで、α１は、作業内容が深掘掘削であるか否か、或いは、掘削時にバケット６の先端が視界内にあるか否か等に基づいて予め設定される角度である。また、α２は作業内容が持上げ作業であるか否か、或いは、作業時にバケット６の先端が視界内にあるか否か等に基づいて予め設定される角度である。

また、動作状態検出部３００は、ブームシリンダ圧センサ２９Ｂの検出値の代わりに、負荷圧センサの検出値として、吐出圧センサ２９Ａの検出値を用いるようにしてもよい。この場合、動作状態検出部３００は、ブーム上げパイロット圧ＰＬが所定圧力ＰＬ_ＴＨ以上となり、ブーム角度αが所定角度範囲（α１≦α≦α２）内となり、かつ、メインポンプ１４の吐出圧Ｐが所定圧力Ｐ_ＴＨ以上となったときに、高負荷ブーム上げ動作の開始を検出する。

また、動作状態検出部３００は、操作装置２６が電気式の場合には、パイロット圧センサ２９から出力される電気信号の代わりに、操作装置２６から出力される電気信号を操作状態検出部の検出値として用いるようにしてもよい。

また、動作状態検出部３００は、ブーム角度センサＳ１の出力のみに基づいて、或いは、ブーム角度センサＳ１の出力と吐出圧センサ２９Ａ又はブームシリンダ圧センサ２９Ｂの出力とに基づいて、高負荷ブーム上げ動作の開始を検出するようにしてもよい。

また、動作状態検出部３００は、アーム角度センサ及びバケット角度センサ（何れも図示せず。）の出力のうちの少なくとも一つを追加的に考慮して、高負荷ブーム上げ動作の開始を検出するようにしてもよい。この場合、動作状態検出部３００は、ショベルの機体姿勢が所定状態にある場合に限り、高負荷ブーム上げ動作の開始を検出可能とすることができる。

また、動作状態検出部３００は、アームシリンダ圧センサ及びバケットシリンダ圧センサ（何れも図示せず。）の出力のうちの少なくとも一つを追加的に考慮して、高負荷ブーム上げ動作の開始を検出するようにしてもよい。この場合、動作状態検出部３００は、アタッチメントに所定の負荷が掛かっていることをより正確に確認した上で、高負荷ブーム上げ動作の開始を検出可能とすることができる。

また、動作状態検出部３００は、アーム用パイロット圧センサ、バケット用パイロット圧センサ及び旋回用パイロット圧センサ（何れも図示せず。）の出力のうちの少なくとも一つを追加的に考慮して、高負荷ブーム上げ動作の開始を検出するようにしてもよい。この場合、動作状態検出部３００は、ブーム４と、旋回機構２、アーム５及びバケット６の少なくとも一つとの複合動作が行われた場合に限り、高負荷ブーム上げ動作の開始を検出可能とすることができる。

また、動作状態検出部３００は、高負荷ブーム上げ動作の開始を検出した場合に、アシスト制御部３０１に対してその旨を表す制御信号を出力する。

アシスト制御部３０１は、電動発電機１２によるアシスト運転の実行を制御するための機能要素であり、例えば、動作状態検出部３００の検出結果に応じて電動発電機１２によるアシスト運転を開始させるか否か或いは終了させるか否かを決定する。

具体的には、アシスト制御部３０１は、動作状態検出部３００が高負荷ブーム上げ動作の開始を検出した場合に、電動発電機１２によるアシスト運転を開始させる。

このようにして、アシスト制御部３０１は、ブーム上げ動作中にブーム４の上昇速度が制限されてしまう前に、電動発電機１２によるアシスト運転を開始させるようにする。

また、アシスト制御部３０１は、動作状態検出部３００により、高負荷ブーム上げ動作の完了が検出された場合、即座に、或いは、検出から所定時間が経過した時点で、電動発電機１２によるアシスト運転を終了させる。

なお、アシスト制御部３０１は、アシスト運転を開始させた後、ブーム上げ旋回動作、ダンプ動作、及びブーム下げ旋回動作等の掘削アタッチメントによる他の動作の開始又は完了を検出した場合に、電動発電機１２によるアシスト運転を終了させるようにしてもよい。

ここで、図４を参照しながら、コントローラ３０が電動発電機１２によるアシスト運転が必要か否かを判定する処理（以下、「アシスト開始判定処理」とする。）の流れについて説明する。なお、図４は、アシスト開始判定処理の流れを示すフローチャートであり、アシスト開始判定処理は、ショベルの運転中、所定の制御周期で繰り返し実行されるものとする。

最初に、コントローラ３０は、動作状態検出部３００により、パイロット圧センサ２９の検出値であるブーム上げパイロット圧ＰＬと所定圧力ＰＬ_ＴＨとを比較する（ステップＳＴ１）。

ブーム上げパイロット圧ＰＬが所定圧力ＰＬ_ＴＨ未満であると判定した場合（ステップＳＴ１のＮＯ）、コントローラ３０は、電動発電機１２によるアシストが不要であるとして、今回のアシスト開始判定処理を終了させる。

ブーム上げパイロット圧ＰＬが所定圧力ＰＬ_ＴＨ以上であると判定した場合（ステップＳＴ１のＹＥＳ）、コントローラ３０は、動作状態検出部３００により、ブーム角度センサＳ１の検出値であるブーム角度αが所定角度範囲（α１≦α≦α２）内にあるか否かを判定する（ステップＳＴ２）。

ブーム角度αが所定角度範囲（α１≦α≦α２）内にないと判定した場合（ステップＳＴ２のＮＯ）、コントローラ３０は、電動発電機１２によるアシストが不要であるとして、今回のアシスト開始判定処理を終了させる。

ブーム角度αが所定角度範囲（α１≦α≦α２）内にあると判定した場合（ステップＳＴ２のＹＥＳ）、コントローラ３０は、動作状態検出部３００により、ブームシリンダ圧センサ２９Ｂの検出値であるボトム圧ＰＣと所定圧力ＰＣ_ＴＨとを比較する（ステップＳＴ３）。

ボトム圧ＰＣが所定圧力ＰＣ_ＴＨ未満であると判定した場合（ステップＳＴ３のＮＯ）、コントローラ３０は、負荷が小さく電動発電機１２によるアシストが不要であるとして、今回のアシスト開始判定処理を終了させる。

ボトム圧ＰＣが所定圧力ＰＣ_ＴＨ以上であると判定した場合（ステップＳＴ３のＹＥＳ）、コントローラ３０は、アシスト制御部３０１により、電動発電機１２によるアシスト運転を開始させ、レギュレータ１４Ａを調整してメインポンプ１４の馬力を増加させる（ステップＳＴ４）。なお、コントローラ３０は、ブームシリンダ７のボトム圧ＰＣの代わりにメインポンプ１４の吐出圧Ｐを検出し、吐出圧Ｐが所定圧力Ｐ_ＴＨ以上であると判定した場合に、電動発電機１２によるアシスト運転を開始させてもよい。

このようにして、コントローラ３０は、電動発電機１２によるアシスト運転を開始させ、メインポンプ１４の入力軸に与えられるトルクを増大させるようにし、レギュレータ１４Ａを調整してメインポンプ１４の吐出量を増加させ、メインポンプ１４の馬力を増加させる。また、コントローラ３０は、今回のアシスト開始判定処理を終了させた後、次の制御周期において再びアシスト開始判定処理を実行する。

なお、ブーム上げパイロット圧ＰＬが所定圧力ＰＬ_ＴＨ以上であるか否かの判定、ブーム角度αが所定角度範囲内であるか否かの判定、及び、ボトム圧ＰＣが所定圧力ＰＣ_ＴＨ以上であるか否かの判定の順番は不同であり、三つの判定が同時に行われてもよい。

ここで、図５を参照しながら、ブーム上げ旋回動作区間において電動発電機１２によるアシスト運転が行われた場合の効果について説明する。

図５は、掘削アタッチメントによる一連の動作が行われる際の各油圧アクチュエータの出力及び排出出力の推移を示す図である。なお、「出力」は各油圧アクチュエータを動作させるために必要な出力を意味し、「排出出力」は各油圧アクチュエータが発生させる出力を意味する。

図５（Ａ）は、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９のそれぞれの出力、並びに、ブームシリンダ７による排出出力の推移を示す。なお、図５（Ａ）は、電動発電機１２によるアシスト運転が行われない場合の推移を示す。また、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）における各油圧アクチュエータの出力のそれぞれを合計した合計出力を負担するメインポンプ１４の必要最小限の出力（ポンプ馬力）の推移（実線）を示す図であり、電動発電機１２によるアシスト運転が行われた場合のメインポンプ１４の出力の推移を点線で追加的に示す。また、図５（Ｃ）は、ブーム上げ旋回動作区間において電動発電機１２によるアシスト運転が行われた場合のポンプ馬力の推移とブームシリンダ７の出力及び排出出力の推移とを示す。

ここで、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）を参照しながら、電動発電機１２によるアシスト運転が行われない場合について説明する。

図５（Ａ）及び図５（Ｂ）で示すように、掘削動作が開始されると、ポンプ馬力は、アームシリンダ８の出力を主要な負担対象としながら、掘削動作の進行とともに増加し、エンジン出力の最大値に至る。

時刻ｔ０においてブーム上げ旋回動作が開始されると、アームシリンダ８の出力が低下するため、ポンプ馬力は一旦低下する。その後、時刻ｔ１においてブームシリンダ７の出力がポンプ馬力の主要な負担対象になると、ポンプ馬力は、ブーム上げ旋回動作の進行とともに再び増加する。そして、時刻ｔ２において、ポンプ馬力は、エンジン出力の最大値に至る。この場合、ポンプ馬力をエンジン出力の最大値よりも大きくすることができないため、ブームシリンダ７の出力が制限される。したがって、ブーム４の上昇速度が制限される。その後、ダンプ動作を行うために十分な高さにまでブームが持ち上げられると、ブームシリンダ７の出力は低下する。このため、ポンプ馬力もブームシリンダ７の出力低下に伴い低下する。なお、ブーム上げ旋回中には、アーム操作レバー、及び、バケット操作レバーは操作されない。そのため、アームシリンダ８及びバケットシリンダ９のそれぞれの出力は、ブーム上げ旋回動作の開始とともに低下する。

次に、オペレータが、アーム操作レバーとバケット操作レバーに対しアーム開き操作及びバケット開き操作を行うと、ダンプ動作が開始される。この際、オペレータはブーム操作レバーに対しブーム下げ操作を行う。ブーム４の下げ動作によってブームシリンダ７に対し自重が加わるため、ブームシリンダ７は排出出力を発生する。そのため、ポンプ馬力は、アームシリンダ８及びバケットシリンダ９のそれぞれの出力を主に負担する。アームシリンダ８及びバケットシリンダ９のそれぞれの出力は、ダンプ動作の開始後に増加し、略一定の値で推移した後で低下する。ダンプ動作中のポンプ馬力は、エンジン出力の最大値に至ることなく推移し、ダンプ動作の完了に向かって低下する。

ダンプ動作が終わると、オペレータは掘削位置に向かって、ブーム操作レバーと旋回用レバーに対して、ブーム下げ動作と旋回動作の操作を行う。これにより、オペレータは、ブーム下げ旋回動作を開始する。

ここで、図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）を参照しながら、ブーム上げ旋回動作区間の一部において、エンジン出力の最大値を超えてポンプ馬力を増加させるために、電動発電機１２によるアシスト運転が行われる場合について説明する。

なお、図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）の実線で示される推移は、ポンプ馬力の推移を示し、図５（Ｂ）の斜線ハッチング部分は、電動発電機１２のアシスト運転によるポンプ馬力の増分を示す。また、図５（Ｃ）におけるポンプ馬力は、電動発電機１２の出力を含む値である。また、図５（Ｃ）の格子状ハッチング部分は、ブーム上げ旋回動作中にアシスト運転を行わない場合におけるブームシリンダ７の出力に対するブームシリンダ７の出力の増分を示す。

電動発電機１２は、時刻ｔ１においてアシスト運転を開始する。これに伴い、コントローラ３０は、レギュレータ１４Ａの調整を行い、ポンプ馬力を増加させる。ブーム角度αは、時刻ｔ３において、所定角度α２を上回る。ポンプ馬力は、時刻ｔ３以降、メインポンプ１４のレギュレータの調整により吐出量Ｑが徐々に下げられることによって、徐々に下げられる。そして、電動発電機２１は、時刻ｔ３から所定の時間が経過した時点でアシスト運転を終了させる。

このように、ポンプ馬力は、電動発電機１２のアシスト運転によって、ブーム上げ旋回動作中にエンジン出力の最大値を超えて増加する。

その結果、コントローラ３０は、ブーム上げ旋回動作中におけるブームシリンダ７の出力がエンジン出力の最大値を超えて増加するのを可能にし、ブーム４の上昇速度がエンジン出力の最大値で決まる速度によって制限されるのを防止することができる。

次に、図６を参照しながら、コントローラ３０が電動発電機１２によるアシスト運転を開始させる際のブーム上げパイロット圧ＰＬ（図６（Ａ）参照。）、ブーム角度α（図６（Ｂ）参照。）、ブームシリンダ７のボトム圧ＰＣ（図６（Ｃ）参照。）、電動発電機１２のアシスト出力Ｗ_Ａ（図６（Ｄ）参照。）、及びメインポンプ１４の吐出量Ｑ（図６（Ｅ）参照。）のそれぞれの時間的推移について説明する。なお、図６の時刻ｔ０〜ｔ４は、図５（Ｂ）の時刻ｔ０〜ｔ４に対応するものとする。また、図６（Ａ）〜図６（Ｅ）のそれぞれにおいて実線で表される推移は、電動発電機１２によるアシスト運転が実行される場合の効果を説明する。また、図６（Ｂ）及び図６（Ｅ）のそれぞれにおいて破線で表される推移は、電動発電機１２によるアシスト運転が実行されない場合の効果を説明する。

時刻ｔ０においてブーム操作レバーが上げ方向に操作されると、ブーム上げパイロット圧ＰＬは所定圧力ＰＬ_ＴＨより大きな圧力となり、ブーム角度α、ボトム圧ＰＣ、及び吐出量Ｑは上昇を開始する。なお、アーム角度αは、既に所定角度範囲（α１≦α≦α２）内にある。

時刻ｔ１においてアシスト運転が開始されない場合、吐出量Ｑは、図６（Ｅ）の破線で示すように、ポンプ馬力がエンジン出力の最大値に達するまでは（時刻ｔ２までは）、レギュレータ１４Ａの調整により、アシスト運転が開始されるときの増加率に比べて低い増加率でＱ１まで増加する。但し、ポンプ馬力がエンジン出力の最大値に達した後は（時刻ｔ２以降は）Ｑ１で制限される。その結果、ブーム角度αは、図６（Ｂ）の破線で示すように、時刻ｔ１を超えたあたりで増加率が制限され、ブーム操作レバーが中立位置の方向に操作される時刻ｔ４に至るまで緩やかに増加する。

本実施例では、時刻ｔ１において、ボトム圧ＰＣが所定圧力ＰＣ_ＴＨ以上となると、電動発電機１２によるアシスト運転が開始され、アシスト出力Ｗ_Ａが所定値Ｗ１となる。

アシスト運転が開始された場合、メインポンプ１４の吐出量Ｑは、時刻ｔ１から時刻ｔ３においても、時刻ｔ０から時刻ｔ１までと同様の増加率で増加する。エンジン出力の最大値を超えてポンプ馬力を増加させることができるからである。その結果、ブーム角度α及びボトム圧ＰＣは何れも、時刻ｔ１から時刻ｔ３にかけて増加する。

アシスト運転が開始された後、時刻ｔ３においてブーム角度αが所定角度α２に達すると、メインポンプ１４の吐出量Ｑはレギュレータ１４Ａの調整により減少してＱ１に至り、アシスト運転は時刻ｔ３から所定時間が経過した後に中止される。その結果、ブーム角度αは、時刻ｔ３以前と比べて低い増加率で緩やかに増加し、ボトム圧ＰＣは、時刻ｔ３における圧力で推移する。また、ポンプ馬力は、吐出量Ｑの減少とともに、エンジン出力の最大値に相当するレベルまで低下する（図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）参照。）。

その後、時刻ｔ４において、ブーム操作レバーが中立位置の方向に操作されると、ブーム上げパイロット圧ＰＬは所定圧力ＰＬ_ＴＨより小さい圧力となる。また、ブーム角度αは時刻ｔ４における角度で維持され、ボトム圧ＰＣはブーム操作レバーを上げ方向に操作する前のレベルに戻り、吐出量ＱはＱ１未満の流量（例えば、油圧アクチュエータが作動していないときに採用される最小流量である。）まで減少する。

以上の構成により、第一の実施例に係るショベルは、高負荷ブーム上げ動作の開始が検出された場合に電動発電機１２によるアシスト運転を開始させることによって、ブーム上げ動作中のアタッチメントの動きをより滑らかにすることができ、作業効率の低下を防止することができる。

また、第一の実施例に係るショベルは、電動発電機１２によるアシスト運転を開始させることによって、高負荷ブーム上げ動作中のブーム４の上昇速度が制限されるのを防止することができ、操作者にもたつき感を抱かせないようにすることができる。

また、第一の実施例に係るショベルは、高負荷ブーム上げ動作の開始を検出した上で電動発電機１２によるアシスト運転を開始させるので、不要なアシスト運転（負荷が小さい場合のアシスト運転等である。）が行われるのを防止することができる。

また、第一の実施例では、高負荷ブーム上げ動作の開始を検出した場合に電動発電機１２によるアシスト動作を開始する事例を示したが、高負荷ブーム上げ動作の開始前に既にアシスト動作が行われている場合には、高負荷ブーム上げ動作の開始を検出した場合に電動発電機１２によるアシスト出力を更に増加させるようにしてもよい。これにより、メインポンプ１４の馬力を更に増加させ、ブーム上げ動作中のアタッチメントの動きを更に制限されにくいものとすることができる。

次に、図７を参照しながら、第二の実施例に係るショベルの駆動系の構成例について説明する。

図７は、第二の実施例に係るショベルの駆動系の構成例を示すブロック図であり、図３と同様に、機械的動力系、高圧油圧ライン、パイロットライン、及び電気駆動・制御系をそれぞれ二重線、実線、破線、及び点線で示す。

図７の駆動系は、旋回用電動機構の代わりに旋回用油圧モータ４０を備える点で図３の駆動系と異なるが、その他の点で共通する。この構成により、第二の実施例に係るショベルは、第一の実施例に係るショベルと同様の効果を実現させることができる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなしに上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

１・・・下部走行体 １Ｂ、１Ａ・・・走行用油圧モータ ２・・・旋回機構 ３・・・上部旋回体 ４・・・ブーム ５・・・アーム ６・・・バケット ７・・・ブームシリンダ ８・・・アームシリンダ ９・・・バケットシリンダ １０・・・キャビン １１・・・エンジン １２・・・電動発電機 １３・・・変速機 １４・・・メインポンプ １４Ａ・・・レギュレータ １５・・・パイロットポンプ １７・・・コントロールバルブ １８Ａ・・・インバータ ２０・・・インバータ ２１・・・旋回用電動発電機 ２２・・・レゾルバ ２３・・・メカニカルブレーキ ２４・・・旋回変速機 ２６・・・操作装置 ２９・・・パイロット圧センサ ２９Ａ・・・ブームシリンダ圧センサ ３０・・・コントローラ ４０・・・旋回用油圧モータ １２０・・・駆動系 ３００・・・動作状態検出部 ３０１・・・アシスト制御部 Ｓ１・・・ブーム角度センサ

Claims (5)

1. エンジンと、該エンジンにより駆動される油圧ポンプと、該油圧ポンプが吐出する圧油により駆動されるブームを含むアタッチメントと、該エンジンの駆動をアシストする電動発電機と、該電動発電機が発電した電力を蓄電する蓄電部と、該アタッチメントの動作状態を検出する動作状態検出部と、該蓄電部に蓄電された電力を用いた該電動発電機によるアシストの実行を制御するアシスト制御部とを有するショベルであって、
   前記アシスト制御部は、掘削動作後のブーム上げ動作中に、前記電動発電機により前記エンジンをアシストさせる、
   ことを特徴とするショベル。
2. 前記ブームに加わる負荷を検出する負荷圧センサを更に備え、
   前記アシスト制御部は、前記負荷圧センサによる負荷圧の検出値が所定圧力を超えた場合に、前記電動発電機により前記エンジンをアシストさせる、
   ことを特徴とする請求項１に記載のショベル。
3. 前記ブームの動作状態を検出するブーム動作状態検出部を更に備え、
   前記アシスト制御部は、前記ブーム動作状態検出部の検出値に基づいて前記動作状態検出部が前記ブーム上げ動作を検出した場合に、前記電動発電機により前記エンジンをアシストさせる、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のショベル。
4. 前記アタッチメントを操作する操作装置の操作内容を検出する操作状態検出部を更に備え、
   前記アシスト制御部は、前記操作状態検出部の検出値に基づいて前記動作状態検出部が前記ブーム上げ動作を検出した場合に、前記電動発電機により前記エンジンをアシストさせる、
   ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のショベル。
5. 前記アシスト制御部は、ブーム上げ旋回動作において、前記電動発電機により前記エンジンをアシストさせる、
   ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載のショベル。

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