JP6158126B2

JP6158126B2 - ハイブリッド式駆動装置

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Publication number: JP6158126B2
Application number: JP2014059117A
Authority: JP
Inventors: 宏則山根; 真裕小浦; 誠治幸重
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2014-03-20
Filing date: 2014-03-20
Publication date: 2017-07-05
Anticipated expiration: 2034-03-20
Also published as: JP2015182511A

Description

本願発明は、電動機の動力とエンジンの動力とを併用して駆動の効率化を図ったハイブリッド式駆動装置に関するものである。

従来から、エンジンの動力と電動機の動力とを併用して駆動の効率化を図ったハイブリッド式エンジン装置の技術が知られており、ハイブリッド式エンジン装置を搭載した作業車両（油圧ショベルやホイルローダ等）もある。この種の作業車両に搭載されるハイブリッド式エンジン装置には、いわゆるパラレル型の駆動形態を採用したものがある（特許文献１参照）。パラレル型の駆動形態では、発電機及び電動機として機能するモータジェネレータと、油圧アクチュエータを駆動させる油圧ポンプとを、エンジンに動力伝達可能に連結している。油圧ポンプは、エンジン及びモータジェネレータのうち少なくとも一方の動力にて駆動する。エンジンだけで負荷を賄い切れない高負荷時は、モータジェネレータを電動機として駆動させて、動力の不足分を補填する（エンジンをアシストする）ことも行われている。

特開２００１−１２２７４号公報

ところで昨今は、エンジンに関する高次の排ガス規制が適用されるのに伴い、排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置を作業車両等に搭載することが要請されている。排気ガス浄化装置としては、ディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦという）が知られている。ＤＰＦにて捕集された粒子状物質（以下、ＰＭという）が所定量を超えると、ＤＰＦ内の流通抵抗が増大してエンジン出力の低下をもたらすため、エンジンの排気ガス温度を高温にしてＤＰＦに堆積したＰＭを除去し、ＤＰＦのＰＭ捕集能力を回復させる（ＤＰＦを再生させる）必要がある。

この点について従来は、例えばエンジンに吸気絞り装置や排気絞り装置を設け、これら絞り装置の作動で吸気量を少なくしたり排気圧を高めたりしてエンジン負荷を増大させ、エンジン回転速度安定化のために燃料噴射量を増大させることによって、エンジンの排気ガス温度を高温にしている。しかし、従来の技術では、ＤＰＦ再生のために燃料噴射量を増大させざるを得ず、ＤＰＦ再生頻度が高いほど燃費が悪化するという問題があった。

本願発明は、上記の問題を解消したハイブリッド式駆動装置を提供することを技術的課題としている。

本願発明は、発電機及び電動機として機能するモータジェネレータと、前記モータジェネレータに繋がるバッテリと、エンジンと、前記エンジンの排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置とを備えている駆動装置において、前記エンジンから突出した出力軸が、動力継断用の主クラッチを介して、前記モータジェネレータと駆動対象となるポンプとを貫通した主動軸と連結されており、前記ポンプの回転速度及びトルクに関する運転点が前記エンジンの単独駆動で前記排気ガス浄化装置を自己再生できない低トルク側にある場合は、前記主クラッチを動力遮断状態として、前記バッテリの電力による前記モータジェネレータの電動機作用によって、前記モータジェネレータ単独で前記駆動対象を駆動させ、前記運転点が前記エンジンの単独駆動で前記排気ガス浄化装置を自己再生できる高トルク側にある場合は、前記主クラッチを動力接続状態として、前記エンジンの駆動力によって、前記モータジェネレータを発電機駆動させて前記バッテリに充電すると共に前記駆動対象を駆動させるというものである。

本願発明によると、発電機及び電動機として機能するモータジェネレータと、前記モータジェネレータに繋がるバッテリと、エンジンと、前記エンジンの排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置とを備えている駆動装置において、駆動対象の回転速度及びトルクに関する運転点が前記エンジンの単独駆動で前記排気ガス浄化装置を自己再生できない低トルク側にある場合は、前記バッテリの電力による前記モータジェネレータの電動機作用によって、前記モータジェネレータ単独で前記駆動対象を駆動させるように構成しているから、前記駆動対象が低トルク駆動をする場合に、前記エンジンが駆動せず排気ガス自体が発生しない。従って、前記排気ガス浄化装置を再生させる必要がなく、燃費の悪化を確実に抑制できる。また、前記駆動対象の低トルク駆動時に前記エンジンを駆動させないから、前記駆動対象を低騒音で駆動できる。

本願発明によると、前記運転点が前記エンジンの単独駆動で前記排気ガス浄化装置を自己再生できる高トルク側にある場合は、前記エンジンの駆動力によって、前記駆動対象を駆動させると共に前記モータジェネレータを発電機として機能させて前記バッテリに充電するように構成しているから、前記駆動対象が高トルク駆動をする場合に、排気ガス温度が自ずと高くなる状態で前記エンジンを駆動させることになり、積極的に排気ガス温度を高めたりしなくても、前記エンジンを駆動させるだけで確実に前記排気ガス浄化装置を再生できる。その上、前記モータジェネレータの発電機作用によって、エンジン負荷の増大に寄与して排気ガス温度の低下を防止しながら積極的に前記バッテリに充電できる。

バックホウの側面図である。バックホウの油圧回路図である。エンジンの正面図である。エンジンの背面図である。エンジンの左側面図である。エンジンの右側面図である。エンジンの平面図である。エンジンの燃料系統説明図である。エンジン及び排気ガス浄化装置の関係を示す機能ブロック図である。出力特性マップの説明図である。駆動モード切換制御のフローチャートである。

以下に、本願発明を具体化した実施形態を、作業車両としてのバックホウに搭載されるハイブリッド式エンジン装置に適用した場合の図面に基づいて説明する。

（１）．バックホウの概要
図１を参照しながら、バックホウ１の概要について説明する。作業車両の一例であるバックホウ１は、左右一対の走行クローラ３（図１では左側のみ示す）を有するクローラ式の走行装置２と、走行装置２上に設けられた旋回台４（機体）とを備えている。旋回台４は、旋回モータ９（図２参照）にて、３６０°の全方位にわたって水平旋回可能に構成されている。走行装置２の前部には、昇降回動可能に装着された排土板５と、排土板５を昇降回動させる排土板シリンダ２６（図２参照）とを備えている。

旋回台４には、操縦部としてのキャビン６及びエンジン７等が搭載されている。旋回台４の前部には、掘削作業のためのブーム１１、アーム１２及びバケット１３を有する作業部１０が設けられている。図示は省略するが、キャビン６の内部には、オペレータが着座する操縦座席、エンジン７の出力回転速度を設定保持するスロットルレバー、旋回操作レバー、アーム操作レバー、バケット操作スイッチ及びブーム操作レバー等が配置されている。

作業部１０の構成要素であるブーム１１は、先端側を前向きに突き出して側面視く字状に屈曲した形状に形成されている。ブーム１１の基端部は、旋回台４の前部に取り付けられたブームブラケット１４に、横向きのブーム軸１５を回動中心として首振り回動可能に枢着されている。ブーム１１の内面（前面）側には、これを上下に首振り回動させるための片ロッド複動形のブームシリンダ１６が配置されている。ブームシリンダ１６のシリンダ側端部は、ブームブラケット１４の前端部に回動可能に枢支されている。ブームシリンダ１６のロッド側端部は、ブーム１１における屈曲部の前面側（凹み側）に固定された前ブラケット１７に回動可能に枢支されている。

ブーム１１の先端部には、長手角筒状のアーム１２の基端部が、横向きのアーム軸１９を回動中心として首振り回動可能に枢着されている。ブーム１１の上面前部側には、アーム１２を首振り回動させるための片ロッド複動形のアームシリンダ２０が配置されている。アームシリンダ２０のシリンダ側端部は、ブーム１１における屈曲部の背面側（突出側）に固定された後ブラケット１８に回動可能に枢支されている。アームシリンダ２０のロッド側端部は、アーム１２の基端側外面（前面）に固着されたアームブラケット２１に回動可能に枢支されている。

アーム１２の先端部には、掘削用アタッチメントとしてのバケット１３が、横向きのバケット軸２２を中心にして掬い込み回動可能に枢着されている。アーム１２の外面（前面）側には、バケット１３を掬い込み回動させるための片ロッド複動形のバケットシリンダ２３が配置されている。バケットシリンダ２３のシリンダ側端部は、アームブラケット２１に回動可能に枢支されている。バケットシリンダ２３のロッド側端部は、連結リンク２４及び中継ロッド２５を介してバケット１３に回動可能に枢支されている。

旋回台４とブームブラケット１４との間には、作業部１０を左右回動させるためのスイングシリンダ２７（図２参照）が設けられている。各走行クローラ３を周回駆動させる駆動スプロケット２８には、それぞれ走行油圧モータ２９が連動連結されている。このため、左右の走行クローラ３は、それぞれ独立して前進回転及び後進回転可能になっている。すなわち、一方の走行油圧モータ２９の回転速度を他方の走行油圧モータ２９の回転速度より速めることによって、バックホウ１は左又は右に旋回し、両走行油圧モータ２９を互いに逆向きに同じ回転速度で駆動させることによって、バックホウ１は信地旋回（スピンターン）することになる。

（２）．バックホウの油圧回路構造
次に、図２を参照しながら、バックホウ１の油圧回路構造について説明する。図２に示すバックホウ１の油圧回路４０においては、油圧アクチュエータを構成する排土板シリンダ２６、バケットシリンダ２３、アームシリンダ２０、旋回モータ９、両走行油圧モータ２９、並びにスイングシリンダ２７が、各々ロードセンシングバルブからなる動作切換弁４１，４２，４３，４４，４５，４６，４７を介して、可変容量形の第１油圧ポンプ４８に接続されている。第１油圧ポンプ４８の斜板４８ａに連結された第１調整シリンダ４９の伸縮動作にて、斜板４８ａの傾斜角度を変更することにより、第１油圧ポンプ４８からの作動油の吐出量を変更するように構成されている。第１調整シリンダ４９は、第１油圧ポンプ４８の吐出圧を検知して各油圧アクチュエータ９，２０，２３，２６，２７，２９に必要な作動油量に応じて伸縮作動するように構成されている。このため、各油圧アクチュエータ９，２０，２３，２６，２７，２９には必要な作動油量が適宜供給される。

また、同じく油圧アクチュエータの一例であるブームシリンダ１６は、切換弁機構５０を介して、可変容量形の第２油圧ポンプ５１に接続されている。第２油圧ポンプ５１の斜板５１ａに連結された第２調整シリンダ５２の伸縮動作にて、斜板５１ａの傾斜角度を変更することにより、第２油圧ポンプ５１からの作動油の吐出量を変更するように構成されている。第２調整シリンダ５２は、切換弁機構５０の一次側及び二次側の圧力を検知して、ブームシリンダ１６に掛かる駆動負荷の大小に拘らず、第２油圧ポンプ５１から略一定の作動油量をブームシリンダ１６に供給保持するように伸縮作動する構成になっている。

第２油圧ポンプ５１の吐出側とブームシリンダ１６のロッド室側との間は、ロッド側配管５３にて連通接続されている。ブームシリンダ１６のボトム室側と、第２油圧ポンプ５１の吸入側との間は、ボトム側配管５４にて連通接続されている。すなわち、ブームシリンダ１６と第２油圧ポンプ５１とは、ロッド側配管５３及びボトム側配管５４にて閉ループ状に接続されている。ロッド側配管５３とボトム側配管５４との間には切換弁機構５０を介在させている。かかる構成によって、ブームシリンダ１６を縮小させた場合に、作動油の戻りを第１油圧ポンプ４８の吸入側に直接導入してブーム運動エネルギーの回生を行い、エネルギー損失をできるだけ小さいものにしている。

ロッド側配管５３及びボトム側配管５４において、ブームシリンダ１６と切換弁機構５０との間は、余剰油排出弁５５を介して作動油タンク５６に接続されている。余剰油排出弁５５は、方向切換弁５０は、ブームシリンダ１６における両油室の受圧面積差等に起因して、一方の油室から流出する作動油量が他方の油室に流入する作動油量より多い場合の余剰分を排出するためのものである。また、ブームシリンダ１６を伸長させる場合は、吸入すべき作動油量が不足するときがあるので、ボトム側配管５４のうち第２油圧ポンプ５１と切換弁機構５０との間に、チェック弁５７を介して作動油タンク５６を連通接続させ、第２油圧ポンプ５１の自吸力にて不足分の作動油を補給可能にしている。

エンジン７から突出した出力軸３１にはフライホイル３２（図４参照）を直結させており、フライホイル３２には動力継断用の主クラッチ３３を介して主動軸６０が連結されている（図９参照）。主動軸６０は、発電機及び電動機として機能するモータジェネレータ６４と、第１ポンプ４８及び第２油圧ポンプ５１とを貫通している。モータジェネレータ６４、第１ポンプ４８及び第２油圧ポンプ５１は、主動軸６０の回転にて駆動するように構成されている。すなわち、モータジェネレータ６４、第１ポンプ４８及び第２油圧ポンプ５１を駆動させる回転軸（主動軸６０）は共通する１本の軸からなっている。モータジェネレータ６４は、インバータコンバータ６５を介して、蓄電部材としてのバッテリ６６に電気的に接続されている。つまり、実施形態のバックホウ１は、発電機及び電動機として機能するモータジェネレータ６３と、油圧アクチュエータ９，１６，２０，２３，２６，２７，２９を駆動させる油圧ポンプ４８，５１とを、エンジン７に動力伝達可能に連結したハイブリッド式駆動装置を備えている。バッテリ６６には残量検出器６９を接続している。残量検出器６９は、バッテリ残量を経時的に検出しながら、検出結果を後述するＥＣＵ１０１に出力する。

（３）．エンジン及びその周辺の構造
次に、図３〜図９を参照しながら、エンジン及びその周辺の構造を説明する。エンジン７は４気筒型のディーゼルエンジンであり、上面にシリンダヘッド７２が締結されたシリンダブロック７５を備えている。シリンダヘッド７２の一側面には吸気マニホールド７３が接続されており、他側面には排気マニホールド７１が接続されている。すなわち、エンジン７において出力軸３１に沿う両側面に、吸気マニホールド７３と排気マニホールド７１とが振り分けて配置されている。シリンダヘッド７２の上面にヘッドカバー７８が配置されている。エンジン７において出力軸３１と交差する一側面、具体的にはシリンダブロック７５の一側面に冷却ファン７９が設けられている。

シリンダブロック７５の他側面には前述したフライホイル３２が設けられている。シリンダブロック７５の他側面にフライホイルハウジング３０が設けられている。フライホイルハウジング３０内にフライホイル３２が配置されている。出力軸３１にフライホイル３２を軸支している。作業車両の作動部に出力軸３１を介してエンジン７１の駆動力を取り出すように構成している。また、シリンダブロック７５の下面にはオイルパン１３２が配置されている。オイルパン１３２内の潤滑油は、シリンダブロック７５４の側面に配置されたオイルフィルタ１３３を介して、エンジン７の各潤滑部に供給される。

なお、フライホイルハウジング３０にエンジン始動用スタータ３４（図５参照）を設けている。エンジン始動用スタータ３４のピニオンギヤはフライホイル３２のリングギヤに噛み合っている。エンジン７を始動させる際は、エンジン始動用スタータ３４の回転力でフライホイル３２のリングギヤを回転させることによって、出力軸３１が回転開始する（いわゆるクランキングが実行される）。

シリンダブロック７５の側面のうち吸気マニホールド７３の下方には、エンジン７０の各気筒に燃料を供給するコモンレールシステム１１７が設けられている。吸気マニホールド７３の吸気上流側にＥＧＲ装置１４０（排気ガス再循環装置）を介してエアクリーナ（図示省略）が接続されている。

図５、図６及び図８に示すように、エンジン７０における４気筒分の各インジェクタ１１５に、コモンレールシステム１１７及び燃料供給ポンプ１１６を介して、燃料タンク１１８が接続される。各インジェクタ１１５は電磁開閉制御型の燃料噴射バルブ１１９を備えている。コモンレールシステム１１７は円筒状のコモンレール１２０を備えている。燃料供給ポンプ１１６の吸入側には、燃料フィルタ１２１及び低圧管１２２を介して燃料タンク１１８が接続されている。燃料タンク１１８内の燃料が燃料フィルタ１２１及び低圧管１２２を介して燃料供給ポンプ１１６に吸い込まれる。実施形態の燃料供給ポンプ１１６は吸気マニホールド７３の近傍に配置されている。一方、燃料供給ポンプ１１６の吐出側には、高圧管１２３を介してコモンレール１２０が接続されている。また、コモンレール１２０には、４本の燃料噴射管１２６を介して４気筒分の各インジェクタ１１５がそれぞれ接続されている。

上記の構成において、燃料タンク１１８の燃料は燃料供給ポンプ１１６によってコモンレール１２０に圧送され、高圧の燃料がコモンレール１２０に蓄えられる。各燃料噴射バルブ１１９がそれぞれ開閉制御されることによって、コモンレール１２０内の高圧の燃料が各インジェクタ１１５からエンジン７の各気筒に噴射される。すなわち、各燃料噴射バルブ１１９を電子制御することによって、各インジェクタ１１５から供給される燃料の噴射圧力、噴射時期、噴射期間（噴射量）が高精度にコントロールされる。従って、エンジン７の窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減できると共に、エンジン７の騒音振動を低減できる。

なお、図８に示すように、燃料タンク１１８には、燃料戻り管１２９を介して燃料供給ポンプ１１６が接続されている。円筒状のコモンレール１２０の長手方向の端部に、コモンレール１２０内の燃料の圧力を制限する戻り管コネクタ１３０を介して、コモンレール戻り管１３１が接続されている。すなわち、燃料供給ポンプ１１６の余剰燃料とコモンレール１２０の余剰燃料とが、燃料戻り管１２９及びコモンレール戻り管１３１を介して、燃料タンク１１８に回収されることになる。

シリンダヘッド７５において冷却ファン７９のある方の側面には、冷却水ポンプ１３５が冷却ファン９のファン軸と同軸状に配置されている。エンジン７において吸気マニホールド７３のある方の側面には、エンジン７の駆動力で発電する発電機としてのオルタネータ１３７が設けられている。出力軸３１の回転によって、冷却ファン駆動用Ｖベルト１３６を介して、冷却ファン７９と共に冷却水ポンプ１３５及びオルタネータ１３７が駆動する。作業車両に搭載されるラジエータ（図示省略）内の冷却水が、冷却水ポンプ１３５の駆動によって、シリンダブロック７５及びシリンダヘッド７２に供給され、エンジン７を冷却する。オルタネータ１３７は、コンバータ６８を介してモータジェネレータ６４とは別にバッテリ６６に電気的に接続されている。バッテリ６６は、モータジェネレータ６４とオルタネータ１３７との両方から充電可能になっている。

図５〜図７に示すように、吸気マニホールド７３の入口部にＥＧＲ装置１４０（排気ガス再循環装置）を連結している。ＥＧＲ装置１４０は主としてエンジン７において吸気マニホールド７３のある側に配置されている。エアクリーナに吸い込まれた新気（外部空気）は除塵及び浄化されたのち、ＥＧＲ装置１４０を介して吸気マニホールド７３に送られ、エンジン７の各気筒に供給される。

ＥＧＲ装置１４０は、エンジン７の排気ガスの一部（ＥＧＲガス）と新気とを混合させて吸気マニホールド７３に供給するＥＧＲ本体ケース１４１と、ＥＧＲ本体ケース１４１をエアクリーナに連通させる吸気スロットル部材１４２と、排気マニホールド７５にＥＧＲクーラ１４３を介して接続される再循環排気ガス管１４４と、再循環排気ガス管１４４にＥＧＲ本体ケース１４１を連通させるＥＧＲバルブ部材１４５とを備えている。

すなわち、吸気マニホールド７３には、ＥＧＲ本体ケース１４１を介して吸気スロットル部材１４２が連結されている。ＥＧＲ本体ケース１４１には、再循環排気ガス管１４４の出口側を接続する。再循環排気ガス管１４４の入口側は、ＥＧＲクーラ１４３を介して排気マニホールド７１に接続する。ＥＧＲバルブ部材１４５内のＥＧＲ弁開度を調節することによって、ＥＧＲ本体ケース１４１へのＥＧＲガスの供給量が調節される。なお、ＥＧＲ本体ケース１４１は、吸気マニホールド７３に着脱可能にボルト締結される。

上記の構成において、エアクリーナから吸気スロットル部材１４２を介してＥＧＲ本体ケース１４１内に新気を供給する一方、排気マニホールド７１からＥＧＲ本体ケース１４１内にＥＧＲガスを供給する。エアクリーナからの新気と排気マニホールド７１からのＥＧＲガスとがＥＧＲ本体ケース１４１内で混合され、混合ガスとして吸気マニホールド７３に供給される。エンジン７から排気マニホールド７１に排出された排気ガスの一部を吸気マニホールド７３からエンジン７に還流することによって、高負荷運転時の最高燃焼温度が低下し、エンジン７からのＮＯｘ（窒素酸化物）の排出量が低減する。

排気マニホールド７１の排気下流側に接続された排気管７７には、排気ガス浄化装置としてのディーゼルパティキュレートフィルタ１５０（以下、ＤＰＦという）が接続されている。各気筒から排気マニホールド７１に排出された排気ガスは、排気管７７及びＤＰＦ１５０を経由して浄化処理をされてから外部に放出される。

ＤＰＦ１５０は、排気ガス中の粒子状物質（以下、ＰＭという）等を捕集するためのものである。実施形態のＤＰＦ１５０は、耐熱金属材料製のケーシング１５１内にある略筒型のフィルタケース１５２に、例えば白金等のディーゼル酸化触媒１５３とスートフィルタ１５４とを直列に並べて収容したものである。実施形態では、フィルタケース１５２内のうち排気上流側にディーゼル酸化触媒１５３が配置され、排気下流側にスートフィルタ１５４が配置されている。スートフィルタ１５４は、多孔質な（ろ過可能な）隔壁にて区画された多数のセルを有するハニカム構造になっている。

ケーシング１５１の一側部には、排気管７７の排気下流側に連通する排気導入口１５５が設けられている。ケーシング１５１の一端部は第１底板１５６にて塞がれ、フィルタケース１５２のうち第１底板１５６に臨む一端部は第２底板１５７にて塞がれている。ケーシング１５１とフィルタケース１５２との間の環状隙間、並びに両底板１５６，１５７間の隙間には、ガラスウールのような断熱材１５８がディーゼル酸化触媒１５３及びスートフィルタ１５４の周囲を囲うように充填されている。ケーシング１５１の他側部は２枚の蓋板１５９，１６０にて塞がれていて、これら両蓋板１５９，１６０を略筒型の排気排出口１６１が貫通している。また、両蓋板１５９，１６０の間は、フィルタケース１５２内に複数の連通管１６２を介して連通する共鳴室１６３になっている。

ケーシング１５１の一側部に形成された排気導入口１５５には排気ガス導入管１６５が挿入されている。排気ガス導入管１６５の先端は、ケーシング１５１を横断して排気導入口１５５と反対側の側面に突出している。排気ガス導入管１６５の外周面には、フィルタケース１５２に向けて開口する複数の連通穴１６６が形成されている。排気ガス導入管１６５のうち排気導入口１５５と反対側の側面に突出する部分は、これに着脱可能に螺着された蓋体１６７にて塞がれている。

ＤＰＦ１５０には、詰まり推定部材の一例として、スートフィルタ１５４の詰まり状態を推定する差圧センサ１６８が設けられている。実施形態の差圧センサ１６８は、ＤＰＦ１５０内におけるスートフィルタ１５４を挟んだ上流側及び下流側間の圧力差を検出するものである。差圧センサ１６８で検出された圧力差ΔＰからＤＰＦ１５０内のＰＭ堆積量を推定し、推定結果が所定値（例えば８ｇ／ｌ）以上であれば、モータジェネレータ６４の発電機作用による負荷を利用してエンジン負荷を増大させ、ＤＰＦ１５０（スートフィルタ１５４）の再生制御を実行することが可能になっている。エンジン７の駆動状態（回転速度や負荷の状態）に拘らず、排気ガス温度を再生可能温度以上に上昇させてＰＭを酸化除去できる。ＤＰＦ１５０（スートフィルタ１５４）のＰＭ捕集能力を強制的に回復できる。実施形態では、排気ガス導入管１６５の蓋体１６７に、差圧センサ１６８を構成する上流側排気圧センサ１６８ａが装着され、スートフィルタ１５４と共鳴室１６３との間に、下流側排気圧センサ１６８ｂが装着されている。

なお、スートフィルタ１５４の詰まり状態を推定するのは、差圧センサ１６８に限らず、ＤＰＦ１５０内におけるスートフィルタ１５４上流側の圧力を検出する排気圧センサであってもよい。排気圧センサを採用した場合は、スートフィルタ１５４にスート（すす）が堆積していないとき（新品時）のスートフィルタ１５４上流側の圧力（基準圧力）と、排気圧センサにて検出された現在の圧力とを比較することによって、ＤＰＦ１５０（スートフィルタ１５４）の詰まり状態を推定することになる。

上記の構成において、エンジン７からの排気ガスは、排気導入口１５５を介して排気ガス導入管１６５に入り、排気ガス導入管１６５に形成された各連通穴１６６からフィルタケース１５２内に噴出し、フィルタケース１５２内の広い領域に分散したのち、ディーゼル酸化触媒１５３からスートフィルタ１５４の順に通過して浄化処理される。排気ガス中のＰＭは、この段階でスートフィルタ１５４における各セル間の多孔質な仕切り壁を通り抜けできずに捕集される。その後、ディーゼル酸化触媒１５３及びスートフィルタ１５４を通過した排気ガスが排気排出口１６１から放出される。

排気ガスがＤＰＦ１５０を通過する際に、排気ガス温度が再生可能温度（例えば約３００℃）を超えていれば、ディーゼル酸化触媒１５３の作用にて、排気ガス中のＮＯ（一酸化窒素）が不安定なＮＯ２（二酸化窒素）に酸化する。そして、ＮＯ２がＮＯに戻る際に放出するＯ（酸素）にて、スートフィルタ１５４に堆積したＰＭが酸化除去されることにより、スートフィルタ１５４のＰＭ捕集能力が回復（スートフィルタ１５４が再生）することになる。

図８に示す如く、エンジン７における各気筒の燃料噴射バルブ１１９を作動させるＥＣＵ１０１を備えている。詳細は図示しないが、ＥＣＵ１０１は、各種演算処理や制御を実行するＣＰＵの他、制御プログラムやデータを記憶させるＥＥＰＲＯＭやフラッシュメモリといった記憶手段、制御プログラムやデータを一時的に記憶させるＲＡＭ、入出力インターフェイス等を備えており、エンジン７０又はその近傍に配置されている。ＥＣＵ１０１は電源印加用のキースイッチ３５を介してバッテリ６６に接続されている。キースイッチ３５はエンジン始動用スタータ３４にも接続されている。

ＥＣＵ１０１の入力側には、少なくともコモンレール１２０内の燃料圧力を検出するレール圧センサ１０２と、燃料供給ポンプ１１６を回転又は停止させる電磁クラッチ１０３と、主動軸６０のカムシャフト位置を検出する主動軸回転速度センサ１０４と、インジェクタ１１５の燃料噴射回数（１行程の燃料噴射期間中の燃料噴射回数）を検出及び設定する噴射設定器１０５と、スロットルレバー又はアクセルペダルといったアクセル操作具（図示省略）の操作位置を検出するスロットル位置センサ１０６と、吸気マニホールド７３の吸気温度を検出する吸気温度センサ１０８と、エンジン７の冷却水温度を検出する冷却水温度センサ１０９と、上流側排気圧センサ１６８ａ及び下流側排気圧センサ１６８ｂからなる差圧センサ１６８と、残量検出器６９とが接続されている。ＥＣＵ１０１の入力側には、各油圧アクチュエータ９，１６，２０，２３，２６，２７，２９の駆動負荷を検出する駆動負荷検出部材としての油圧センサ１６９，１７０も接続されている。なお、この場合の駆動負荷は、各油圧アクチュエータ９，１６，２０，２３，２６，２７，２９に作動油を供給する第１及び第２油圧ポンプ４８，５１の負荷としている。第１油圧センサ１６９は第１油圧ポンプ４８からの作動油圧を検出し、第２油圧センサ１７０は第２油圧ポンプ５１からの作動油圧を検出する。

ＥＣＵ１０１の出力側には、少なくとも４気筒分の各燃料噴射バルブ１１９の電磁ソレノイドがそれぞれ接続されている。すなわち、ＥＣＵ１０１からの指令に基づき、コモンレール１２０に蓄えた高圧燃料が燃料噴射圧力、噴射時期及び噴射期間等を制御しながら、１行程中に複数回に分けて燃料噴射バルブ１１９から噴射されることによって、窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生を抑えると共に、スートや二酸化炭素等の発生も低減した完全燃焼を実行し、燃費を向上させるように構成されている。ＥＣＵ１０１の出力側には、切換クラッチ機構６３のクラッチシリンダ６７（図９参照）に作動油を供給するための切換クラッチ電磁弁１１０、インバータコンバータ６５及びコンバータ６８も接続されている。

ＥＣＵ１０１の記憶手段には、駆動対象である第１及び第２油圧ポンプ４８，５１に対する主動軸６０の回転速度ＮとトルクＴ（負荷）との関係を示す出力特性マップＰＭ（図１０参照）を予め記憶させている。出力特性マップＰＭは実験等で求められる。図１０に示す出力特性マップＰＭでは、回転速度Ｎを横軸に、トルクＴを縦軸に採っている。出力特性マップＰＭは、上向き凸に描かれた実線Ｔｍｘで囲まれた領域である。実線Ｔｍｘは、各回転速度Ｎに対する最大トルクを表した最大トルク線である。

図１０に示すように、出力特性マップＰＭは、排気ガス温度が再生境界温度（約３００℃程度）の場合での回転速度ＮとトルクＴとの関係を表した境界ラインＢＬによって上下に分断される。境界ラインＢＬを挟んで上側の領域は、ＤＰＦ１５０（スートフィルタ１５４）に堆積したＰＭを酸化除去できる（酸化触媒５３の酸化作用が働く）再生可能領域であり、下側の領域は、ＰＭが酸化除去されずにＤＰＦ１５０に堆積する再生不能領域Ｉｍである。

再生可能領域Ｒｅは、エンジン７を単独駆動させた場合に、ＤＰＦ１５０内でのＰＭ酸化量がＰＭ捕集量を上回る程度に排気ガス温度が高くなり、ＤＰＦ１５０を自己再生できる領域を意味している。再生不能領域Ｉｍは、仮にエンジンを単独駆動させた場合に、ＤＰＦ１５０内でのＰＭ酸化量がＰＭ捕集量を下回るほど排気ガス温度が低くなり、ＤＰＦ１５０を自己再生できない領域を意味している。

図１０の出力特性マップＰＭでは、境界ラインＢＬを挟んで下側の領域、すなわち再生不能領域Ｉｍがモータジェネレータ６４を電動機として機能させるモータ単独モードの領域になっていて、境界ラインＢＬを挟んで上側の領域、すなわち再生可能領域Ｒｅがエンジンを駆動させると共にモータジェネレータ６４を発電機として機能させるエンジン駆動兼充電モードの領域になっている。

ＥＣＵ１０１は、エンジン７を駆動させる際に、主動軸回転速度センサ１０４で検出される回転速度Ｎと各インジェクタ１１５の噴射圧・噴射期間とからトルクＴを求めて、トルクＴと出力特性マップＰＭとを用いて目標燃料噴射量を演算し、演算結果に基づきコモンレールシステム１１７を作動させるという燃料噴射制御を実行する。ここで、燃料噴射量は、各燃料噴射バルブ１１９の開弁期間を調節して、各インジェクタ１１５への噴射期間を変更することによって調節される。

また、ＥＣＵ１０１は、駆動対象である第１及び第２油圧ポンプ４８，５１の回転速度Ｎ及びトルクＴに関する運転点Ｑが自己再生不能な低トルク側（再生不能領域Ｉｍ側）にある場合、バッテリ６６の電力によるモータジェネレータ６４の電動機作用によって、モータジェネレータ６４単独で第１及び第２油圧ポンプ４８，５１を駆動させるモータ単独モードを選択し、運転点Ｑが自己再生可能な高トルク側（再生可能領域Ｒｅ側）にある場合、エンジン７の駆動力によって、モータジェネレータ６４を発電機として機能させてバッテリ６６に充電するエンジン駆動兼充電モードを選択するという駆動モード切換制御を実行する。

運転点Ｑが再生不能領域Ｉｍ側にあれば主クラッチ３３を動力遮断状態にする。そうすると、仮にエンジン７が駆動していたとしても、出力軸３１の回転動力は主動軸６０に伝達されない。このような状態で、バッテリ６６の電力を利用してモータジェネレータ６４を電動機として単独駆動させることによって主動軸６０が回転駆動し、第１及び第２油圧ポンプ４８，５１が駆動する。つまり、運転点Ｑが再生不能領域Ｉｍ側にあれば、エンジン７が駆動せず排気ガス自体が発生しない。従って、ＤＰＦ１５０を再生させる必要がなく、燃費の悪化を確実に抑制できる。また、第１及び第２油圧ポンプ４８，５１の低トルク駆動時（運転点Ｑが再生不能領域Ｉｍ側にある場合）にエンジン７を駆動させないから、第１及び第２油圧ポンプ４８，５１を低騒音で駆動できる。

運転点Ｑが再生可能領域Ｒｅにあれば主クラッチ３３を動力接続状態にする。そうすると、エンジンの駆動力は、出力軸３１、主クラッチ３３及び主動軸６０を介して、モータジェネレータ６４、第１油圧ポンプ４８並びに第２油圧ポンプ５１に伝達される。主動軸６０の回転動力によってモータジェネレータ６４が発電機として機能し、インバータコンバータ６５経由でバッテリ６６が充電される。エンジン７を端緒とする主動軸６０の回転動力によって、第１及び第２油圧ポンプ４８，５１が駆動する。この場合、エンジン７には、第１及び第２油圧ポンプ４８，５１を駆動させる負荷と、モータジェネレータ６４の発電機作用でバッテリ６６を充電する負荷とがかかる。

運転点Ｑが再生可能領域Ｒｅにあれば、排気ガス温度が自ずと高くなる状態でエンジン７を駆動させることになる。この場合、排気ガスがディーゼル酸化触媒１５３及びスートフィルタ１５４を通過する際に、排気ガス温度が再生可能温度を超えているから、ディーゼル酸化触媒１５３の作用で排気ガス中のＮＯが不安定なＮＯ２に酸化して、ＮＯ２がＮＯに戻る際に放出するＯ（酸素）でスートフィルタ１５４に堆積したＰＭが酸化除去され、ＤＰＦ１５０（スートフィルタ１５４）のＰＭ捕集能力が回復する（ＤＰＦ１５０が自己再生する）。すなわち、積極的に排気ガス温度を高めたりしなくても、エンジン７を駆動させるだけで確実にＤＰＦ１５０を再生できる。

その上、モータジェネレータ６４の発電機作用に基づく負荷がダミー負荷として作用し、これに伴いエンジン負荷が増大する。そして、第１及び第２油圧ポンプ４８，５１の駆動維持のためにエンジン出力（燃料噴射量）が増大して、排気ガス温度が上昇する。従って、モータジェネレータ６４の発電機作用によって、エンジン負荷の増大に寄与して排気ガス温度の低下を防止しながら積極的にバッテリ６６に充電できる。なお、実施形態では、境界ラインＢＬ上を再生不能領域Ｉｍ側に含ませている。逆に境界ラインＢＬ上を再生可能領域Ｒｅ側に含ませてもよい。エンジン７が駆動している間は、オルタネータ１３７の発電機作用によってコンバータ６８経由で常時バッテリ６６が充電される。

（４）．ハイブリッド式駆動装置での駆動モード切換制御の態様
次に、図１０及び図１１のフローチャートを参照しながら、ハイブリッド式駆動装置での駆動モード切換制御の態様について説明する。ＥＣＵ１０１は前述の通り、第１及び第２油圧ポンプ４８，５１の回転速度Ｎ及びトルクＴに関する運転点Ｑが再生不能領域Ｉｍ側にある場合にモータ単独モードを選択し、運転点Ｑが再生可能領域Ｒｅ側にある場合にエンジン駆動兼充電モードを選択するという駆動モード切換制御を実行する。なお、駆動モード切換制御では、キースイッチ３５がオフであれば主クラッチ３３も動力遮断状態になっている。

図１１のフローチャートに示すように、キースイッチ３５をオンにすると（Ｓ０１：ＹＥＳ）、バッテリ６６の電力によってモータジェネレータ６４が電動機として始動し（Ｓ０２）、駆動モード切換制御を開始する（Ｓ０３）。次いで、主動軸回転速度センサ１０４の検出値である回転速度Ｎ１と、各油圧センサ１６９，１７０の検出値から得られるトルクＴ１とを読み込み（Ｓ０４）、回転速度Ｎ１とトルクＴ１と出力特性マップＰＭとから運転点Ｑ１を算出する（Ｓ０５）。

それから、運転点Ｑ１が再生不能領域Ｉｍと再生可能領域Ｒｅとのどちらにあるかを判別する（Ｓ０６）。運転点Ｑ１が再生不能領域Ｉｍ側にあれば（Ｓ０６：不能）、主クラッチ３３を動力遮断状態にし、バッテリ６６の電力でモータジェネレータ６４を電動機駆動させる（Ｓ０７）。運転点Ｑ１が再生可能領域Ｒｅ側にあれば（Ｓ０６：可能）、モータジェネレータ６４への給電を停止し（Ｓ０８）、エンジン始動用スタータ３４の作動によってエンジン７を始動させる（Ｓ０９）。そして、主クラッチ３３を動力接続状態にして（Ｓ１０）、エンジン７の駆動力によって、モータジェネレータ６４を発電機駆動させると共に、第１及び第２油圧ポンプ４８，５１を駆動させる。

ステップＳ０７又はＳ１０の実行後は、キースイッチ３５がオン状態であれば（Ｓ１１：ＹＥＳ）、ステップＳ０４に戻って駆動モード切換制御を継続する。キースイッチ３５がオフになれば（Ｓ１１：ＮＯ）、駆動モード切換制御を終了し、モータジェネレータ６４やエンジン７の駆動を停止させる。

以上のように制御すると、第１及び第２油圧ポンプ４８，５１が低トルク駆動をする場合（運転点Ｑが再生不能領域Ｉｍ側にある場合）は、モータジェネレータ６４が単独で電動機駆動しエンジン７が駆動しないから、排気ガス自体が発生しない。従って、ＤＰＦ１５０を再生させる必要がなく、燃費の悪化を確実に抑制できる。また、第１及び第２油圧ポンプ４８，５１の低トルク駆動時にエンジン７を駆動させないから、第１及び第２油圧ポンプ４８，５１を低騒音で駆動できる。

また、第１及び第２油圧ポンプ４８，５１が高トルク駆動をする場合（運転点Ｑが再生可能領域Ｒｅ側にある場合）は、エンジン７の駆動力によって、第１及び第２油圧ポンプ４８，５１を駆動させると共にモータジェネレータ６４を発電機として機能させてバッテリ６６に充電するから、排気ガス温度が自ずと高くなる状態でエンジン７を駆動させることになり、積極的に排気ガス温度を高めたりしなくても、エンジン７を駆動させるだけで確実にＤＰＦ１５０を再生できる。その上、モータジェネレータ６４の発電機作用によって、エンジン負荷の増大に寄与して排気ガス温度の低下を防止しながら積極的にバッテリ６６に充電できる。

（５）．その他
本願発明は、前述の実施形態に限らず、様々な態様に具体化できる。例えば本願発明を適用するエンジンはディーゼル式のものに限らず、ガスエンジンやガソリンエンジンでもよい。また、バックホウ１に搭載されるエンジンに限らず、農作業機、土木建設等の特殊作業用車両、自動車又は発電機等に搭載されるハイブリッド式駆動装置にも本願発明を適用できる。その他、各部の構成は図示の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能である。

１作業車両としてのバックホウ
２走行装置
７エンジン
１０作業部
４０油圧回路
４８第１油圧ポンプ
５１第２油圧ポンプ
６０主動軸
６４モータジェネレータ
６６バッテリ
１０１ＥＣＵ
１５０ＤＰＦ（排気ガス浄化装置）
１６９第１油圧センサ
１７０第２油圧センサ

Claims

発電機及び電動機として機能するモータジェネレータと、前記モータジェネレータに繋がるバッテリと、エンジンと、前記エンジンの排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置とを備えている駆動装置において、
前記エンジンから突出した出力軸が、動力継断用の主クラッチを介して、前記モータジェネレータと駆動対象となるポンプとを貫通した主動軸と連結されており、
前記ポンプの回転速度及びトルクに関する運転点が前記エンジンの単独駆動で前記排気ガス浄化装置を自己再生できない低トルク側にある場合は、前記主クラッチを動力遮断状態として、前記バッテリの電力による前記モータジェネレータの電動機作用によって、前記モータジェネレータ単独で前記駆動対象を駆動させ、
前記運転点が前記エンジンの単独駆動で前記排気ガス浄化装置を自己再生できる高トルク側にある場合は、前記主クラッチを動力接続状態として、前記エンジンの駆動力によって、前記モータジェネレータを発電機駆動させて前記バッテリに充電すると共に前記駆動対象を駆動させる、
ハイブリッド式駆動装置。