JP5285655B2 - 作業車両 - Google Patents

Description

本発明は、作業車両、特にエンジンと発電電動機と蓄電装置とを備えるハイブリット型の作業車両、及び、作業車両の発電電動機の劣化状態判定方法に関する。

近年、油圧ショベルなどの作業車両の分野においてハイブリッド型の車両が開発されている。ハイブリッド型の作業車両は、エンジンと発電電動機と蓄電装置とを備えている。蓄電装置は、例えばキャパシタ或いはバッテリーであり、発電電動機が発電作用した場合に、発電された電力を蓄積する。また、蓄電装置は、蓄電装置に蓄積された電力を発電電動機あるいは作業機を駆動するための電動機に供給する。

蓄電装置は、長期間使用されたり、過充電あるいは過放電を繰り返したりすると、劣化が進行する。特に作業車両は、過酷な環境下で使用されるため、作業車両に搭載される蓄電装置は劣化が進み易い。このため、蓄電装置の劣化状態を事前に判定し、劣化が限度まで進行している場合には、蓄電装置を交換するなどのメンテナンスを施す必要がある。ここで、蓄電装置の劣化状態を判定する技術が特許文献１に示されている。ここでは、発電電動機の回転数およびトルクと、蓄電装置の充電開始電圧値および充電終了電圧値と、充電時間とに基づいて、蓄電装置の容量が算出される。充電時間は、蓄電装置が充電開始電圧値から充電終了電圧値に達するまでに要した時間である。そして、算出した蓄電装置の容量と、基準となる容量とを比較することによって、蓄電装置の劣化状態が判定される。

特開２００９−２２７０４４号公報

上記の技術では、蓄電装置の劣化状態を判定することができる。しかし、蓄電装置だけではなく発電電動機も、使用によって劣化が進行する。従って、蓄電装置の劣化状態のみが把握されて適切にメンテナンスが施されても発電電動機が劣化していては、充電や放電に要する時間が長くなる。一方、発電電動機の劣化状態を判定する方法として、発電電動機に所定の回転数及び所定のトルクの入力を与えて、発電電動機の出力の回転数及びトルクを計測することが知られている。しかし、作業車両に搭載された発電電動機に対して、このような方法を適用しようとすると、発電電動機を作業車両から取り外す必要がある。この場合、膨大な工数及びコストを必要としてしまう。本発明の課題は、作業車両において発電電動機の劣化状態を簡易に判定することにある。

本発明の第１の態様に係る作業車両は、エンジンと、発電電動機と、蓄電装置と、劣化状態判定部とを備える。発電電動機は、エンジンの出力軸に連結される駆動軸を有し、発電作用と電動作用とを行う。蓄電装置は、発電電動機が発電作用を行うことによって電力が蓄積され、発電電動機が電動作業を行なうときに発電電動機に電力を供給する。劣化状態判定部は、発電電動機の劣化状態を判定するための劣化状態判定制御モードにおいて、発電能力判定と電動能力判定との少なくとも一方を実行する。劣化状態判定部は、発電能力判定では、発電電動機に発電作用を行わせて、蓄電装置の電圧が所定の第１電圧値から第２電圧値まで上昇するのに要した時間を計測する。劣化状態判定部は、電動能力判定では、発電電動機に電動作業を行わせて、蓄電装置の電圧が所定の第３電圧値から第４電圧値まで降下するのに要した時間を計測する。

本発明の第２の態様に係る作業車両は、第１の態様の作業車両であって、作業車両に関する情報を表示する表示装置をさらに備える。劣化状態判定部は、計測した時間に基づく判定指数を表示装置に表示させる。

本発明の第３の態様に係る作業車両は、第１又は第２の態様の作業車両であって、エンジン制御部と作業モード選択装置とをさらに備える。エンジン制御部は、エンジン出力トルク線に基づいてエンジンを制御する。エンジン出力トルク線は、エンジンの回転数とエンジンの出力トルクの上限との関係を規定するものである。エンジン制御部は、選択された作業モードに応じて変更されるエンジン出力トルク線に基づいて、エンジンを制御する。作業モード選択装置は、作業モードを選択するために操作される。劣化状態判定部は、複数の作業モードのうち特定の作業モードが選択されているときに劣化状態判定制御モードを実行する。

本発明の第４の態様に係る作業車両は、第１から第３の態様のいずれかの作業車両であって、油圧ポンプと、油圧アクチュエータと、操作装置と、操作ロック装置とをさらに備える。油圧ポンプは、エンジンによって駆動される。油圧アクチュエータは、油圧ポンプから吐出される作動油によって駆動される。操作装置は、油圧アクチュエータを操作するための装置である。操作ロック装置は、操作装置による油圧アクチュエータの操作を禁止するための装置である。劣化状態判定部は、操作ロック装置が操作装置による油圧アクチュエータの操作を禁止している状態であるときに、劣化状態判定制御モードを実行する。

本発明の第５の態様に係る作業車両は、第１から第４の態様のいずれかの作業車両であって、第１電圧値は、劣化状態判定制御モードでの蓄電装置への充電開始時の電圧値よりも高い。

本発明の第６の態様に係る作業車両は、第１から第５の態様のいずれかの作業車両であって、第３電圧値は、劣化状態判定制御モードでの蓄電装置の放電開始時の電圧値よりも低い。

本発明の第７の態様に係る作業車両は、第１から第６の態様のいずれかの作業車両であって、劣化状態判定部は、劣化状態判定制御モードにおいて、発電電動機に発電作用と電動作業とを続けて行わせ、発電能力判定と電動能力判定との両方を実行する。

本発明の第８の態様に係る作業車両の発電電動機の劣化状態判定方法は、エンジンと、発電電動機と、蓄電装置とを備える作業車両において、発電電動機の劣化状態を判定する方法である。発電電動機は、エンジンの出力軸に連結される駆動軸を有し、発電作用と電動作用とを行う。蓄電装置は、発電電動機が発電作用を行うことによって電力が蓄積され、発電電動機が電動作業を行なうときに発電電動機に電力を供給する。この劣化状態判定方法では、発電電動機の劣化状態を判定するための劣化状態判定制御モードにおいて、発電能力判定と電動能力判定との少なくとも一方を実行する。発電能力判定では、発電電動機に発電作用を行わせて、蓄電装置の電圧が所定の第１電圧値から第２電圧値まで上昇するのに要した時間が計測される。電動能力判定では、発電電動機に電動作業を行わせて、蓄電装置の電圧が所定の第３電圧値から第４電圧値まで降下するのに要した時間が計測される。

本発明の第１の態様に係る作業車両では、発電電動機が作業車両に搭載された状態で、発電能力判定と電動能力判定との少なくとも一方が行われる。このため、発電電動機を作業車両から取り外すことなく、発電電動機の劣化状態を判定することができる。これにより、発電電動機の劣化状態を簡易に判定することができる。

本発明の第２の態様に係る作業車両では、判定指数が表示装置に表示される。このため、例えば、ユーザーが判定指数をサービスマニュアルなどに記された所定の適正範囲と比較することによって、発電電動機の劣化状態を容易に判定することができる。

本発明の第３の態様に係る作業車両では、発電電動機への入力トルク又は発電電動機からの出力トルクを安定させることができる。これにより、発電電動機の劣化状態を精度よく判定することができる。

本発明の第４の態様に係る作業車両では、発電電動機への入力トルク又は発電電動機からの出力トルクを安定させることができる。これにより、発電電動機の劣化状態を精度よく判定することができる。

本発明の第５の態様に係る作業車両では、充電開始当初の電圧の不安定な状態を避けて、電圧が安定した状態で電圧上昇時間を計測することができる。これにより、発電能力判定を精度よく行うことができる。

本発明の第６の態様に係る作業車両では、放電開始当初の電圧の不安定な状態を避けて、電圧が安定した状態で電圧降下時間を計測することができる。これにより、電動能力判定を精度よく行うことができる。

本発明の第７の態様に係る作業車両では、蓄電装置の充電と放電とを繰り返す間に、発電電動機の発電能力判定と電動能力判定との両方を効率よく行わせることができる。

本発明の第８の態様に係る作業車両の発電電動機の劣化状態判定方法では、発電電動機が作業車両に搭載された状態で、発電能力判定と電動能力判定との少なくとも一方が行われる。このため、発電電動機を作業車両から取り外すことなく、発電電動機の劣化状態を判定することができる。これにより、発電電動機の劣化状態を簡易に判定することができる。

本発明の一実施形態に係る作業車両の斜視図。 作業車両の制御系統の構成を示すブロック図。 エンジンの出力トルク線と油圧ポンプの吸収トルク線を示す図。 劣化状態判定制御モードでの処理を示すフローチャート。 劣化状態判定制御モードでの表示画面の一例を示す図。 劣化状態判定制御モードでの表示画面の一例を示す図。 劣化状態判定制御モードでの充電時及び放電時の経過時間とキャパシタの電圧の変化を示すグラフ。 劣化状態判定制御モードでの表示画面の一例を示す図。

本発明の一実施形態に係る作業車両１００を図１に示す。この作業車両１００は、油圧ショベルであり、車両本体１と作業機４とを備えている。

車両本体１は、走行体２と旋回体３とを有している。走行体２は、一対の走行装置２ａ，２ｂを有する。各走行装置２ａ，２ｂは、履帯２ｄ，２ｅを有している。走行装置２ａ，２ｂは、後述する右走行モータ３７及び左走行モータ３８（図２参照）によって履帯２ｄ，２ｅを駆動することによって、作業車両１００を走行させる。

旋回体３は、走行体２上に載置されている。旋回体３は、走行体２に対して旋回可能に設けられており、後述する電動モータ３２（図２参照）が駆動されることによって旋回する。また、旋回体３には運転室５が設けられている。旋回体３は、燃料タンク１４と作動油タンク１５とエンジン室１６とカウンタウェイト１８とを有している。燃料タンク１４は後述するエンジン２１（図２参照）を駆動するための燃料を貯留する。作動油タンク１５は、後述する油圧ポンプ２５（図２参照）から吐出される作動油を貯留する。エンジン室１６は、後述するようにエンジン２１や油圧ポンプ２５などの機器を収納する。カウンタウェイト１８は、エンジン室１６の後方に配置されている。

作業機４は、旋回体３の前部中央位置に取り付けられており、ブーム７、アーム８、バケット９、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１およびバケットシリンダ１２を有する。ブーム７の基端部は、旋回体３に回転可能に連結されている。また、ブーム７の先端部はアーム８の基端部に回転可能に連結されている。アーム８の先端部は、バケット９に回転可能に連結されている。ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１およびバケットシリンダ１２は、後述する油圧ポンプ２５から吐出された作動油によって駆動される油圧シリンダである。ブームシリンダ１０はブーム７を動作させる。アームシリンダ１１はアーム８を動作させる。バケットシリンダ１２は、バケット９を動作させる。これらのシリンダ１０，１１，１２が駆動されることによって作業機４が駆動される。

図２に作業車両１００の制御系統の構成図を示す。エンジン２１はディーゼルエンジンであり、その出力馬力は、シリンダ内へ噴射する燃料量を調整することで制御される。この調整はエンジン２１の燃料噴射ポンプ２２に付設した電子ガバナ２３がコントローラ４０からの指令信号によって制御されることで行われる。ガバナ２３としては、一般的にオールスピード制御方式のガバナが用いられ、エンジン回転数が、後述する目標回転数となるように、負荷に応じてエンジン回転数と燃料噴射量とを調整する。すなわち、ガバナ２３は目標回転数と実際のエンジン回転数との偏差がなくなるように燃料噴射量を増減する。なお、エンジン２１の実回転数は回転センサ２４によって検出される。回転センサ２４で検出されたエンジン２１の実回転数は、検出信号として後述するコントローラ４０に入力される。

エンジン２１の出力軸には、油圧ポンプ２５の駆動軸が連結されている。油圧ポンプ２５は、エンジン２１の出力軸が回転することにより駆動される。油圧ポンプ２５は可変容量型の油圧ポンプであり、斜板２６の傾転角が変化することで容量が変化する。

ポンプ制御弁２７は、コントローラ４０から入力される指令信号によって動作し、サーボピストンを介して油圧ポンプ２５を制御する。ポンプ制御弁２７は、油圧ポンプ２５の吐出圧と油圧ポンプ２５の容量の積が、コントローラ４０からポンプ制御弁２７に入力される指令信号の指令値（指令電流値）に対応するポンプ吸収トルクを超えないように、斜板２６の傾転角を制御する。すなわち、ポンプ制御弁２７は、入力される指令電流値に応じて油圧ポンプ２５の吸収トルクを制御する。

油圧ポンプ２５から吐出された作動油は、操作弁２８を介して、各種の油圧アクチュエータに供給される。具体的には、作動油は、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、バケットシリンダ１２、右走行モータ３７、及び、左走行モータ３８に供給される。これによりブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、バケットシリンダ１２、右走行モータ３７、左走行モータ３８がそれぞれ駆動され、ブーム７、アーム８、バケット９、走行体２の履帯２ｄ，２ｅが作動する。なお、油圧ポンプ２５の吐出圧は、油圧センサ３９で検出され、検出信号としてコントローラ４０に入力される。

操作弁２８は、各油圧アクチュエータ１０−１２，３１，３２に対応する複数の制御弁を有する流量方向制御弁である。操作弁２８は、操作装置５１−５４の操作方向に応じて、対応する油圧アクチュエータ１０−１２，３１，３２に作動油を供給する。また、操作弁２８は、操作装置５１−５４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。

また、エンジン２１の出力軸には、発電電動機３１の駆動軸が連結されている。発電電動機３１は、発電作用と電動作用を行う。発電電動機３１は、インバータ３３を介して、電動モータ３２と、蓄電装置としてのキャパシタ３４とに接続されている。発電電動機３１が発電作用を行うことによりキャパシタ３４に電力が蓄積される。キャパシタ３４は、電動モータ３２に電力を供給する。また、発電電動機３１が電動作用を行うときには、キャパシタ３４は発電電動機３１に電力を供給する。キャパシタ３４の充電電圧値は、電圧センサ３５によって検出される。また、キャパシタ３４の温度が温度センサ３６によって検出される。電圧センサ３５及び温度センサ３６の検出結果は、検出信号としてコントローラ４０に入力される。電動モータ３２は、キャパシタ３４から電力を供給されることによって駆動され、上述した旋回体３を旋回させる。

発電電動機３１のトルクは、コントローラ４０によって制御される。発電電動機３１が発電作用を行うように制御されるときには、エンジン１０で発生した出力トルクの一部が、発電電動機３１の駆動軸に伝達されてエンジン１０のトルクを吸収して発電が行われる。発電電動機３１で発生した交流電力はインバータ３３で直流電力に変換されてキャパシタ３４に供給される。発電電動機３１が電動作用を行うように制御されるときには、キャパシタ３４に蓄積された直流電力が、インバータ３３で交流電力に変換されて発電電動機３１に供給される。これにより、発電電動機３１の駆動軸が回転駆動され、発電電動機３１でトルクが発生する。このトルクは、発電電動機３１の駆動軸からエンジンの出力軸に伝達されて、エンジン２１の出力トルクに加算される。発電電動機３１の発電量（吸収トルク量）、電動量（アシスト量；発生トルク量）は、コントローラ４０からの指令信号に応じて制御される。

インバータ３３は、発電電動機３１が発電作用した場合には発電した電力を、またはキャパシタ３４に蓄積された電力を、電動モータ３２に適合する所望の電圧、周波数、相数の電力に変換して電動モータ３２に供給する。なお、旋回体３の旋回動作が、減速或いは制動等された場合には、旋回体３の運動エネルギーが電気エネルギーに変換される。この電気エネルギーは、回生電力として、キャパシタ３４に蓄電されるか、発電電動機３１の電動作用のための電力として供給される。

運転室５には、各種の操作装置５１−５６及び表示入力装置４３が設けられている。各種の操作装置５１−５６は、第１作業操作装置５１、第２作業操作装置５２、第１走行操作装置５３、第２走行操作装置５４、操作ロック装置５５、目標回転数設定装置５６などを有する。

第１作業操作装置５１及び第２作業操作装置５２は、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、バケットシリンダ１２といった油圧アクチュエータを操作するための操作装置である。第１作業操作装置５１及び第２作業操作装置５２は、それぞれ操作レバーなどの操作部材を有している。オペレータは、第１作業操作装置５１及び第２作業操作装置５２を操作することによって、作業機４を作動させることができる。

第１走行操作装置５３、及び、第２走行操作装置５４は、それぞれ履帯２ｄ，２ｅを作動させるための操作装置である。第１走行操作装置５３、及び、第２走行操作装置５４は、それぞれ操作レバーなどの操作部材を有している。オペレータは、第１作業操作装置５１及び第２作業操作装置５２を操作することによって、作業車両１００を走行させることができる。

上記の操作装置５１−５４が操作されると、操作装置５１−５４の操作量に応じたパイロット圧（ＰＰＣ圧）が、各操作装置５１−５４に対応した操作弁２８のパイロットポートに加えられる。なお、操作装置５１−５４の操作量及び操作方向は、操作信号としてコントローラ４０に入力される。また、第１作業操作装置５１は、電動モータ３２を操作するための操作装置を兼ねている。コントローラ４０は、第１作業操作装置５１からの操作信号に基づいて電動モータ３２を制御する。これにより、オペレータは、第１作業操作装置５１を操作することによって、旋回体３を旋回させることができる。

操作ロック装置５５は、上述した操作装置５１−５４による油圧アクチュエータの操作を禁止するための装置である。操作ロック装置５５は、操作レバーなどの操作部材を有している。オペレータが操作ロック装置５５をロック位置に操作すると、操作ロック装置５５がロック位置に操作されたことを示す操作信号（以下、「ロック信号」と呼ぶ）がコントローラ４０に入力される。上述した操作装置５１−５４と、操作装置５１−５４に作動油を供給するパイロット用油圧ポンプ（図示せず）とを結ぶ油圧回路には、制御弁２９が設けられている。制御弁２９は、コントローラ４０からの指令信号によって制御され、連通状態と遮断状態とに切り換えられる。制御弁２９が連通状態であるときには、パイロット用油圧ポンプから操作装置５１−５４に作動油が供給される。制御弁２９が遮断状態であるときには、パイロット用油圧ポンプから操作装置５１−５４への作動油の供給が遮断される。すなわち、操作装置５１−５４から操作弁２８へのパイロット圧の供給が遮断される。コントローラ４０は、ロック信号を受信すると、制御弁２９を遮断状態にするように制御弁２９へ指令信号を送る。

目標回転数設定装置５６は、後述するエンジン２１の目標回転数を設定するための装置である。目標回転数設定装置５６は、例えばダイヤルなどの操作部材を有している。オペレータは、目標回転数設定装置５６を操作することにより、エンジン２１の目標回転数を手動で設定することができる。目標回転数設定装置５６の操作内容は操作信号としてコントローラ４０に入力される。

表示入力装置４３は、エンジン回転数や作動油温など、作業車両１００の各種の情報を表示する表示装置として機能する。また、表示入力装置４３は、タッチパネル式のモニタを有しており、オペレータによって操作される入力装置としても機能する。表示入力装置４３は、後述する劣化状態判定制御モードの実行を指示するために操作される。また、表示入力装置４３は、後述する作業機４の作業モードを選択するために操作される作業モード選択装置としても機能する。

コントローラ４０は、ＲＡＭ，ＲＯＭなどのメモリ及びＣＰＵなどの装置を有するコンピュータによって実現される。コントローラ４０は、図３のＬｅ１で示すようなエンジン出力トルク線に基づいてエンジン２１の制御を行うエンジン制御部として機能する。エンジン出力トルク線は、エンジン２１が回転数に応じて出力できるトルク上限値を表す。すなわち、エンジン出力トルク線は、エンジン回転数と、エンジン２１の出力トルクの最大値との関係を規定するものである。エンジン出力トルク線は、図示しない記憶装置に記憶されている。コントローラ４０は、設定された目標回転数に応じてエンジン出力トルク線を変更する。コントローラ４０は、エンジン回転数が、設定された目標回転数となるように、指令信号をガバナ２３に送る。なお、図３のＬｅ１は、目標回転数が最大目標回転数であるときのエンジン出力トルク線を示している。このエンジン出力トルク線は、例えばエンジン２１の定格又は最大のパワー出力に相当する。ガバナ２３は、エンジン２１の出力トルクがエンジン出力トルク線を越えないようにエンジン２１の出力を制御する。

また、コントローラ４０は、エンジン２１の目標回転数に応じた油圧ポンプ２５の目標吸収トルクを算出する。この目標吸収トルクは、図３に示すように、エンジン２１の出力馬力と油圧ポンプ２５の吸収馬力とが目標マッチング点Ｍ１で釣り合うように設定される。コントローラ４０は、図３のＬｐで示されるようなポンプ吸収トルク線に基づいて目標吸収トルクを算出する。ポンプ吸収トルク線は、エンジン回転数と、油圧ポンプ２５の吸収トルクとの関係を規定するものであり、記憶装置に記憶されている。

目標マッチング点は、表示入力装置４３によって選択された作業機４の作業モードに応じて変更される。作業機４の作業モードとしては、パワーモードとエコノミーモードとを選択することができる。パワーモードは、作業機４の高出力を重視する作業モードである。エコノミーモードは、作業車両１００の低燃費を重視する作業モードである。コントローラ４０は、選択された作業モードに応じて、マッチング点が変更されるようにエンジン出力トルク線を変更する。そして、変更されたエンジン出力トルク線に基づいてエンジン２１を制御する。例えば、目標回転数設定装置５６によって最大目標回転数が設定されており、且つ、パワーモードが選択されているときには、図３のエンジン出力トルク線Ｌｅ１に基づいてエンジン２１が制御される。これにより、エンジン２１の出力馬力と油圧ポンプ２５の吸収馬力とが目標マッチング点Ｍ１で釣り合うように、エンジン２１と油圧ポンプ２５とが制御される。また、目標回転数設定装置５６によって最大目標回転数が設定されており、且つ、エコノミーモードが選択されているときには、図３のエンジン出力トルク線Ｌｅ２に基づいてエンジン２１が制御される。これにより、エンジン２１の出力馬力と油圧ポンプ２５の吸収馬力とが目標マッチング点Ｍ２で釣り合うように、エンジン２１と油圧ポンプ２５とが制御される。

また、コントローラ４０は、劣化状態判定部として機能する。すなわち、コントローラ４０は、表示入力装置４３によって劣化状態判定制御モードの実行が選択されると、劣化状態判定制御モードを実行する。劣化状態判定制御モードは、キャパシタ３４及び発電電動機３１の劣化状態を判定するための制御モードである。なお、劣化とは、物理的変化によって性能が低下することを意味する。以下、劣化状態判定制御モードの処理について図４に示すフローチャートに基づいて説明する。

まず、ステップＳ１では、計測条件を満たすか否かが判定される。ここでは、作業車両１００が劣化状態判定制御モードを実行するのに適した状態であるか否かが判定される。具体的には、エンジン２１が始動されているか、作業モードとしてパワーモードが選択されているか、操作ロック装置５５がロック位置であるか、などの計測条件が満たされているか判定される。このとき、表示入力装置４３のモニタには、図５に示すように、オペレータに対して計測条件を満たすように操作を行うことを促すための画面が表示される。計測条件が満たされると、図６に示すように、オペレータに計測開始を確認するための画面が表示される。

ステップＳ２では、計測開始スイッチが押されたか否かが判定される。ここでは、図６の画面上の「ＳＴＡＲＴ」キーが押されたか否かが判定される。「ＳＴＡＲＴ」キーが押されると、ステップＳ３に進む。

ステップＳ３では、発電作用が開始される。ここでは、コントローラ４０は、発電電動機３１を所定の回転数および所定のトルクで駆動する。すなわち、コントローラ４０は、エンジン２１の回転数および出力トルクを所定の値で一定となるようにエンジン２１を制御する。また、油圧ポンプ２５の吐出量は最小に絞られている。コントローラ４０は、キャパシタ３４の電圧を所定の充電開始電圧（Ｖ１）から所定の充電終了電圧（Ｖ４）まで上昇させるようにエンジン２１に回転数指令を与える。また、コントローラ４０は、キャパシタ３４が充電開始電圧（Ｖ１）になるように発電電動機３１を定電圧制御する。図７に示すように、キャパシタ３４が充電開始電圧（Ｖ１）になると、キャパシタ３４の充電が開始される。その後、コントローラ４０は、キャパシタ３４が充電終了電圧（Ｖ４）まで充電されるように発電電動機３１を制御する。

ステップＳ４では、キャパシタ３４の電圧上昇時間が計測される。ここでは、上記のキャパシタ３４の充電の開始と同時にタイマがスタートされる。そして、充電時間ΔＴ１が計測される。充電時間ΔＴ１は、充電開始から充電完了までに要した時間である。また、キャパシタ３４の電圧が所定の第１電圧値（Ｖ２）から所定の第２電圧値（Ｖ４）まで上昇するのに要した時間Ｔｘｎが計測される。第１電圧値（Ｖ２）は、キャパシタ３４への充電開始電圧（Ｖ１）よりも高い値である。また、第２電圧値（Ｖ４）は、充電終了電圧（Ｖ４）と同じ値である。

キャパシタ３４が充電終了電圧（Ｖ４）まで充電されると、ステップＳ５において、コントローラ４０は、キャパシタ３４の充電を停止させる。また、充電終了時に、タイマによる充電時間ΔＴ１の計時が終了する。キャパシタ３４の実際の充電電圧値が充電開始電圧（Ｖ１）、又は、充電終了電圧（Ｖ４）に達したか否かの判断は、電圧センサ３５の検出結果に基づき行われる。

以上のように、ステップＳ３からステップＳ５では、キャパシタ３４の劣化判定のための充電時間の計測と共に、発電能力判定が実行される。すなわち、発電電動機３１に発電作用を行わせて、キャパシタ３４の電圧が第１電圧値（Ｖ２）から第２電圧値（Ｖ４）まで上昇するのに要した時間Ｔｘｎが計測される。

次に、ステップＳ６では、電動作用が開始される。ここでは、コントローラ４０は、エンジン２１を所定の回転数で駆動すると共に、キャパシタ３４の電圧を放電開始電圧（Ｖ４）から所定の放電終了電圧（Ｖ０）まで降下させるように発電電動機３１を駆動する。放電開始電圧（Ｖ４）は、充電終了電圧（Ｖ４）と同じ値である。

ステップＳ７では、キャパシタ３４の電圧降下時間が計測される。ここでは、上記のキャパシタ３４の放電の開始と同時にタイマがスタートされ、放電時間ΔＴ２が計測される。放電時間ΔＴ２は、放電開始から放電完了までに要した時間である。また、キャパシタ３４の電圧が所定の第３電圧値（Ｖ３）から所定の第４電圧値（Ｖ０）まで降下するのに要した時間が計測される。第３電圧値（Ｖ３）は、放電開始電圧（Ｖ４）よりも低い値である。第４電圧値（Ｖ０）は、放電終了電圧（Ｖ０）と同じ値である。

キャパシタ３４が放電終了電圧（Ｖ０）まで放電されると、ステップＳ８において、コントローラ４０は、発電電動機３１を停止させてキャパシタ３４の放電を停止させる。また、放電終了時に、タイマによる放電時間ΔＴ２の計時が終了する。キャパシタ３４の実際の充電電圧値が放電開始電圧Ｖ１、放電終了電圧Ｖ４に達したか否かの判断は、電圧センサ３５の検出結果に基づき行われる。

以上のように、ステップＳ６からステップＳ８では、電動能力判定が実行される。すなわち、発電電動機３１に電動作業を行わせて、キャパシタ３４の電圧が第３電圧値（Ｖ３）から第４電圧値（Ｖ０）まで降下するのに要した時間を計測する。従って、コントローラ４０は、劣化状態判定制御モードにおいて、発電電動機３１に発電作用と電動作業とを続けて行わせ、発電能力判定と前記電動能力判定との両方を実行する。なお、コントローラ４０は、劣化状態判定制御モードの実行中、温度センサ３６で検出されるキャパシタ３４の温度を取り込む。

次にステップＳ９において、計測を規定回数完了したか否かが判定される。計測が規定回数完了していない場合は、ステップＳ３からステップＳ８までの処理が繰り返される。計測が規定回数完了した場合は、ステップＳ１０に進む。

ステップＳ１０では、判定指数が算出される。ここでは、キャパシタ３４及び発電電動機３１の劣化状態を判定するための判定指数が算出される。判定指数は、キャパシタ容量指数と、発電電動機力行性能指数と、発電電動機回生性能指数とを含む。

キャパシタ容量指数は、キャパシタ容量に基づく指数であり、例えばキャパシタ容量の平均値に所定の定数を乗じた値である。キャパシタ容量は、劣化状態判定制御モードの実行中の発電電動機３１の回転数値およびトルク値と、キャパシタ３４の充電開始電圧値Ｖ１および充電終了電圧値Ｖ４と、充電時間ΔＴ１とに基づいて、算出される。具体的には、発電電動機３１からインバータ３３にエネルギーが供給されるときのエネルギー効率を定数α、インバータ３３におけるインバータ効率を定数βとすると、キャパシタ３４の充電エネルギーΔＪは、発電電動機３１の発電エネルギーΔＷ、エネルギー効率α、インバータ効率β、充電時間ΔＴ１を用いて、下記（１）式で表される。
ΔＪ＝ΔＷ×α−（β×ΔＴ１） …（１）
一方、キャパシタ３４の充電エネルギーΔＪは、キャパシタ３４の容量Ｃ、キャパシタ３４の充電開始電圧値Ｖ１、充電終了電圧値Ｖ４を用いて、下記（２）式で表される。
ΔＪ＝（１／２）・Ｃ・（Ｖ４−Ｖ１） …（２）
上記（１）、（２）式からキャパシタ３４の容量Ｃが算出される。そして、規定回数の計測から算出されたキャパシタ３４の容量Ｃを平均する演算を行うことにより、平均容量Ｃが算出される。そして、平均容量Ｃに所定の定数を乗じた値がキャパシタ容量指数として算出される。

発電電動機力行性能指数は、キャパシタ３４の電圧が第１電圧値（Ｖ２）から第２電圧値（Ｖ４）まで上昇するのに要した時間Ｔｘｎ」（以下、「電圧上昇時間Ｔｘｎ」と呼ぶ。）に基づく指数である。発電電動機力行性能指数は、例えば電圧上昇時間Ｔｘｎの平均値に所定の定数を乗じた値である。電圧上昇時間Ｔｘｎは、上述したステップＳ４で計測された値が用いられる（図７参照）。規定回数の計測で得られた電圧上昇時間Ｔｘｎを平均する演算を行うことにより、平均電圧上昇時間Ｔｘが算出される。そして、平均電圧上昇時間Ｔｘに所定の定数を乗じた値が発電電動機力行性能指数として算出される。

発電電動機回生性能指数は、キャパシタ３４の電圧が第３電圧値（Ｖ３）から第４電圧値（Ｖ０）まで降下するのに要した時間Ｔｙｎ（以下、「電圧降下時間Ｔｙｎ」と呼ぶ。）に基づく指数である。発電電動機回生性能指数は、例えば電圧降下時間Ｔｙｎの平均値に所定の定数を乗じた値である。電圧降下時間Ｔｙｎは、上述したステップＳ７で計測された値が用いられる（図７参照）。規定回数の計測で得られた電圧降下時間Ｔｙｎを平均する演算を行うことにより、平均電圧降下時間Ｔｙが算出される。そして、平均電圧降下時間Ｔｙに所定の定数を乗じた値が発電電動機回生性能指数として算出される。

次に、ステップＳ１１において、判定指数が表示される。ここでは、図８に示すように、キャパシタ容量指数と発電電動機力行性能指数と発電電動機回生性能指数とが表示入力装置４３のモニタに表示される。

本実施形態にかかる作業車両１００は以下の特徴を有する。

発電電動機３１が作業車両１００に搭載された状態で、発電電動機力行性能指数と発電電動機回生性能指数とが算出されて、表示入力装置４３のモニタに表示される。このため、発電電動機３１を作業車両１００から取り外すことなく、発電電動機３１の劣化状態を判定することができる。これにより、発電電動機３１の劣化状態を簡易に判定することができる。

発電電動機力行性能指数と、発電電動機回生性能指数とが表示入力装置４３のモニタに表示されるので、ユーザーがこれらの指数をサービスマニュアルなどに記された所定の適正範囲と比較することによって、発電電動機３１の劣化状態を容易に判定することができる。

作業モードとしてパワーモードが選択されている場合、及び、操作ロック装置５５がロック位置に操作されている場合に、劣化状態判定制御モードが実行可能となる。このため、発電電動機３１への入力トルクや発電電動機３１からの出力トルクを安定させることができる。これにより、発電電動機３１の劣化状態を精度よく判定することができる。

上述した第１電圧値（Ｖ２）は、劣化状態判定制御モードでのキャパシタ３４への充電開始電圧値（Ｖ１）よりも高い。このため、充電開始当初の電圧の不安定な状態を避けて、電圧が安定した状態で電圧上昇時間を計測することができる。これにより、発電電動機力行性能指数を精度よく算出することができる。

上述した第３電圧値（Ｖ３）は、劣化状態判定制御モードでのキャパシタ３４の放電開始電圧値（Ｖ４）よりも低い。このため、放電開始当初の電圧の不安定な状態を避けて、電圧が安定した状態で電圧降下時間を計測することができる。これにより、発電電動機回生性能指数を精度よく算出することができる。

劣化状態判定制御モードにおいて、発電電動機３１に発電作用と電動作業とを続けて行わせ、発電能力判定と電動能力判定との両方が実行される。このため、キャパシタ３４の充電と放電とを繰り返す間に、発電電動機３１の発電能力判定と電動能力判定との両方を効率よく行うことができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

本発明は、油圧ショベルに限らず他の種類の作業車両にも適用されてもよい。

劣化状態判定制御モードにおいて、発電能力判定と電動能力判定との一方のみが実行されてもよい。

発電電動機３１及びキャパシタ３４の劣化状態の判定が指数ではなく「ＯＫ」又は「ＮＧ」などの表示によって示されてもよい。例えば、記憶装置に所定の適正範囲が記憶されており、上記の手法によって算出された判定指数が、適正範囲と比較される。そして、判定指数が適正範囲内である場合には「ＯＫ」が表示され、適正範囲外である場合に「ＮＧ」が表示されるようにしてもよい。また、「ＯＫ」及び「ＮＧ」に限らず、肯定的な判定結果及び否定的な判定結果を示す他の表示が示されてもよい。

蓄電装置は、キャパシタに限らず、バッテリーなどの他の種類の装置であってもよい。

劣化状態判定制御モードでの判定結果は、上記のようなタッチパネル式の表示入力装置４３のモニタに限らず、表示専用のモニタに表示されてもよい。或いは、判定結果がランプなどで表示されてもよい。

コントローラ４０は複数のコンピュータによって実現されてもよい。

本発明は、発電電動機の劣化状態を簡易に判定できる効果を有する。このため、本発明は、作業車両及び作業車両の発電電動機の劣化状態判定方法として有用である。

２１ エンジン
３１ 発電電動機
３４ キャパシタ（蓄電装置）
４０ コントローラ（劣化状態判定部、エンジン制御部）
１００ 作業車両
４３ 表示入力装置（表示装置、作業モード選択装置）
２５ 油圧ポンプ
５１−５４ 操作装置
５５ 操作ロック装置

Claims (8)

1. エンジンと、
   前記エンジンの出力軸に連結される駆動軸を有し、発電作用と電動作用とを行う発電電動機と、
   前記発電電動機が発電作用を行うことによって電力が蓄積され、前記発電電動機が電動作業を行なうときに前記発電電動機に電力を供給する蓄電装置と、
   前記発電電動機の劣化状態を判定するための劣化状態判定制御モードにおいて、前記発電電動機に発電作用を行わせて、前記蓄電装置の電圧が所定の第１電圧値から第２電圧値まで上昇するのに要した時間を計測する発電能力判定と、前記発電電動機に電動作業を行わせて、前記蓄電装置の電圧が所定の第３電圧値から第４電圧値まで降下するのに要した時間を計測する電動能力判定との少なくとも一方を実行する劣化状態判定部と、
   を備える作業車両。
2. 前記作業車両に関する情報を表示する表示装置をさらに備え、
   前記劣化状態判定部は、計測した前記時間に基づく判定指数を前記表示装置に表示させる、
   請求項１に記載の作業車両。
3. 前記エンジンの回転数と前記エンジンの出力トルクの上限との関係を規定するエンジン出力トルク線に基づいて前記エンジンを制御し、選択された作業モードに応じて変更される前記エンジン出力トルク線に基づいて前記エンジンを制御するエンジン制御部と、
   前記作業モードを選択するために操作される作業モード選択装置と、
   をさらに備え、
   前記劣化状態判定部は、複数の作業モードのうち特定の作業モードが選択されているときに前記劣化状態判定制御モードを実行する、
   請求項１または２に記載の作業車両。
4. 前記エンジンによって駆動される油圧ポンプと、
   前記油圧ポンプから吐出される作動油によって駆動される油圧アクチュエータと、
   前記油圧アクチュエータを操作するための操作装置と、
   前記操作装置による前記油圧アクチュエータの操作を禁止するための操作ロック装置と、
   をさらに備え、
   前記劣化状態判定部は、前記操作ロック装置が前記操作装置による前記油圧アクチュエータの操作を禁止している状態であるときに前記劣化状態判定制御モードを実行する、
   請求項１から３のいずれかに記載の作業車両。
5. 前記第１電圧値は、前記劣化状態判定制御モードでの前記蓄電装置への充電開始時の電圧値よりも高い、
   請求項１から４のいずれかに記載の作業車両。
6. 前記第３電圧値は、前記劣化状態判定制御モードでの前記蓄電装置の放電開始時の電圧値よりも低い、
   請求項１から５のいずれかに記載の作業車両。
7. 前記劣化状態判定部は、前記劣化状態判定制御モードにおいて、前記発電電動機に前記発電作用と前記電動作業とを続けて行わせ、前記発電能力判定と前記電動能力判定との両方を実行する、
   請求項１から６のいずれかに記載の作業車両。
8. エンジンと、前記エンジンの出力軸に連結される駆動軸を有し、発電作用と電動作用とを行う発電電動機と、前記発電電動機が発電作用を行うことによって電力が蓄積され、前記発電電動機が電動作業を行なうときに前記発電電動機に電力を供給する蓄電装置と、を備える作業車両において、前記発電電動機の劣化状態を判定する方法であって、
   前記発電電動機の劣化状態を判定するための劣化状態判定制御モードにおいて、前記発電電動機に発電作用を行わせて、前記蓄電装置の電圧が所定の第１電圧値から第２電圧値まで上昇するのに要した時間を計測する発電能力判定と、前記発電電動機に電動作業を行わせて、前記蓄電装置の電圧が所定の第３電圧値から第４電圧値まで降下するのに要した時間を計測する電動能力判定との少なくとも一方を実行する、
   作業車両の発電電動機の劣化状態判定方法。

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