作业机械、动力单元及作业机械的柴油发动机的制作方法

本发明涉及液压挖掘机等作业机械、用于该作业机械的动力单元及作业机械的柴油发动机。

背景技术：

液压挖掘机等作业机械具备柴油发动机来作为原动机，通过该柴油发动机来驱动至少一个液压泵，通过从液压泵排出的液压油，驱动一个或多个液压执行机构，进行必要的作业。柴油发动机具备燃料喷射装置，通过该燃料喷射装置控制燃料喷射量，控制发动机转速和输出转矩。该作业机械的柴油发动机通常以能够进行多种作业的方式控制输出，使得在发动机转速对输出转矩线图上，能够在包括燃料喷射量成为最大的满载特性在内的广泛区域内输出(专利文献1)。

此外，在柴油发动机中，考虑到对人体或环境的影响，针对废气中所含的有害物质例如氮氧化物(nox)或粒子状物质(pm)的排放所制定的规定越来越严格。作为降低这些有害物质的方法，已知有以下两种。

(1)改善燃烧以降低来自发动机的有害物质的排放本身的方法；

(2)对来自发动机的废气设置后处理装置，去除这些有害物质的方法。

关于(1)，例如提出了所谓的低温预混燃烧技术，该低温预混燃烧技术通过将喷射时期延迟到压缩上止点后等，来使点火延迟期长期化，通过由egr实现的氧浓度的降低及燃烧室内的气体流动控制，来在该点火延迟期中，形成预混合气，改善燃烧(专利文献2及3)。但是，该预混燃烧技术上受到限制，使用预混燃烧限定在低转速且低发动机负荷的区域内。不能利用该预混燃烧的区域不得不采用扩散燃烧。

关于(2)，有使用过滤器来去除粒子状物质的提案(专利文献4)、向废气喷射尿素还原剂等而使其反应来去除氮氧化物的提案(专利文献5)等。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：特开2007－177719号公报

专利文献2：特开2009－47014号公报

专利文献3：特开2009－085979号公报

专利文献4：特开2011－12612号公报

专利文献5：特开2009－13845号公报

技术实现要素：

如专利文献1所述，作业机械的柴油发动机通常以进行多种作业的方式控制输出，使得能够在发动机转速对输出转矩线图上的广泛区域内输出。其结果是，在为了降低有害物质而采用上述(1)的技术即专利文献2及3所述的低温预混合技术的情况下，需要对广泛的输出区域全域优化燃烧。但是，既向广泛的输出区域全域输出规定的动力性能又优化燃烧是极其困难的，结果是，有害物质的降低效果有限。

另一方面，上述(2)的技术即专利文献4及5所述的追加后处理装置的技术会使系统变得复杂，因此，会产生多余的初始成本或维修、运行成本。特别是，在使用尿素还原剂的方法中，在比较小型的作业机械中，还存在尿素罐等的搭载场所的问题、尿素还原剂的补给工时及防止尿素还原剂劣化的保管技术的问题。

本发明的目的在于，提供一种作业机械、动力单元及作业机械的柴油发动机，在省略或简化了后处理装置的基础上，还能够将被排放的有害物质降低到发达国家的排放规定所要求的基准值以下的水平。

为了实现上述目的，本发明提供了一种作业机械，其具备：柴油发动机、由所述柴油发动机驱动的至少一个液压泵、通过从所述液压泵排出的液压油来驱动的至少一个液压执行机构，所述柴油发动机为如下的发动机：在比包括额定转速在内的第一转速区域更低的第二转速区域内，以使所述柴油发动机的最大输出转矩成为比所述额定转速的最大输出马力点的转矩小的中间转矩的特性的方式限制所述最大输出转矩。

像这样，因为通过在比包括额定转速在内的第一转速区域更低的第二转速区域内，以柴油发动机的最大输出转矩成为比额定转速的最大输出马力点的转矩还小的中间转矩的特性的方式进行输出限制，来使发动机转速对输出转矩线图上的转矩输出区域比以往更窄，所以容易应用燃烧优化技术，容易降低排气中所含的有害物质。例如，能够在第二转速区域的低转矩的输出区域内应用如预混燃烧那样的燃烧改善对策，在常用的第一转速区域中的极小一部分高转矩区域内虽然也应用扩散燃烧，但对于扩散燃烧条件而使燃烧最优化。另外，因为转矩输出区域窄，来回进行预混燃烧和扩散燃烧的路径(频率)减小，所以两种燃烧的切换条件也变得简单。由此，能够将排气中所含有的有害物质降低到发达国家的排放规定所要求的基准值以下的水平。

这里，本发明优选的特征如上所述。

在所述第二转速区域内被限制后的最大输出转矩也可以比在将所述柴油发动机的目标转速设定在所述第二转速区域内并要以该转速来驱动所述作业机械时所述液压泵应输出的最大转矩小。

在所述第二转速区域内被限制后的最大输出转矩也可以为所述柴油发动机的最大输出转矩点的转矩的75％以下。

所述第一转速区域包括所述柴油发动机的最大输出转矩点的转速，且所述最大输出转矩点的转速是超过所述额定转速的75％的转速，所述第二转速区域是比所述柴油发动机的最大输出转矩点的转速低的转速区域。

所述柴油发动机包括燃料喷射装置、和控制该燃料喷射装置的电子控制装置，所述电子控制装置通过限制从所述燃料喷射装置供给的燃料喷射量，来限制所述最大输出转矩。

所述柴油发动机以在所述第二转速区域内进行预混燃烧的方式控制燃料喷射装置。

所述柴油发动机以在所述第一转速区域内在低转矩侧进行预混燃烧、在高转矩侧进行扩散燃烧的方式控制燃料喷射装置。

所述柴油发动机通过使实际转速与目标转速相匹配的转速控制，来控制转速和转矩。

所述柴油发动机具备用于去除废气中所含的粒子状物质的过滤器和催化剂中的至少一方。

还具备与所述柴油发动机并用的用来驱动所述液压泵的电动机。

另外，本发明的作业机械还具备：转速指示装置，其用于设定所述柴油发动机的目标转速；以及控制装置，其在由所述转速指示装置设定的目标转速位于所述第二转速区域内且所述液压执行机构未被驱动时，将由所述转速指示装置设定的目标转速指示给所述柴油发动机，在由所述转速指示装置设定的目标转速位于所述第二转速区域内且所述液压执行机构已被驱动时，使所述目标转速上升到第一转速区域内的转速，将该上升后的目标转速指示给所述柴油发动机。

由此，如上所述，即使在比包括额定转速在内的第一转速区域低的第二转速区域的柴油发动机的最大输出转矩被限制为中间转矩的特性的情况下，在液压执行机构被驱动而发动机的负荷转矩随之增加时，通过所述控制装置和转速指示装置，使目标转速上升到第一转速区域内的转速，因此，发动机的输出转矩仍能够增加到比由第二转速区域限制的最大输出转矩更大的必要最大转矩，能够得到作为作业机械所要求的输出转矩，能够确保操作性。

所述液压泵为变量型的液压泵，所述控制装置在所述液压执行机构被驱动且使目标转速上升到所述第一转速区域内的转速时，计算出由所述转速指示装置设定的目标转速下的必要最大输出马力，在所述柴油发动机的转速上升到了所述第一转速区域时，以所述液压泵的吸收马力不超过所述必要最大输出马力的方式控制所述液压泵的最大转矩。

另外，所述控制装置在所述液压执行机构被驱动且使目标转速上升到所述第一转速区域内的转速时，在所述柴油发动机的转速位于所述第二转速区域内期间，以使所述柴油发动机的输出转矩不超过所述限制后的最大输出转矩的方式控制所述液压泵的最大转矩。

另外，为了实现上述目的，本发明提供了一种将上述的柴油发动机和电动机一体化而成的动力单元。

进而，本发明提供了一种上述的作业机械的柴油发动机。

发明效果

根据本发明，在省略或简化了后处理装置的基础上，能够将被排出的有害物质降低到发达国家的排放规定所要求的基准值以下的水平。

附图说明

图1是表示本发明第一实施方式的液压挖掘机的整体系统的图。

图2是表示作为搭载有本发明的系统的作业机械的一例的液压挖掘机的结构的图。

图3是表示本发明第一实施方式的发动机的最大输出转矩线图(发动机转速对输出转矩线图)的图。

图4是表示实现液压泵的最大转矩控制和目标转速增加控制的车身控制器的控制处理的控制流程图。

图5是表示由发动机转速指示仪表将目标转速设定为低转速区域nl的1400rpm时的系统的动作例的图。

图6是表示由发动机转速指示仪表将目标转速设定为最大时的系统的动作例的图。

图7是表示本发明第二实施方式的液压挖掘机的整体系统的图。

图8是表示动力单元的柴油发动机和电动机的图。

图9是表示包括由电动机实现的转矩辅助在内的动力单元的最大输出转矩线图的一例的图。

图10是表示本发明发动机的最大输出转矩线图(发动机转速对输出转矩线图)的另一例的图。

图11是表示本发明发动机的最大输出转矩线图(发动机转速对输出转矩线图)的又一例的图。

图12是表示本发明发动机的最大输出转矩线图(发动机转速对输出转矩线图)的又一例的图。

图13是表示本发明发动机的最大输出转矩线图(发动机转速对输出转矩线图)的又一例的图。

图14是表示本发明发动机的最大输出转矩线图(发动机转速对输出转矩线图)的又一例的图。

图15是表示本发明发动机的最大输出转矩线图(发动机转速对输出转矩线图)的又一例的图。

图16是表示本发明发动机的最大输出转矩线图(发动机转速对输出转矩线图)的又一例的图。

图17是表示本发明发动机的最大输出转矩线图(发动机转速对输出转矩线图)的又一例的图。

具体实施方式

下面，利用附图对本发明的实施方式进行说明。

＜第一实施方式＞

～整体系统～

图1是表示本发明第一实施方式的液压挖掘机的整体系统的图。

在图1中，本实施方式的液压挖掘机具备柴油发动机1和液压挖掘系统14。

柴油发动机1具备发动机控制器2、燃料喷射装置3、发动机主体4、微粒过滤器5、以及催化装置15。

液压挖掘系统14具有车身控制器6、至少一个液压泵7、液压泵7的调节器17、空调/辅机类8、控制阀9、包括液压马达10及液压缸11在内的多个执行机构、发动机转速指示仪表12、操作杆装置13、门锁杆(未图示)的操作检测开关18。

柴油发动机1是原动机，通过发动机主体4驱动液压泵7，通过从液压泵7排出的液压油驱动液压马达10或液压缸11等液压执行机构。通过操作杆装置13的输入，进行控制阀9内的各滑阀的切换，控制液压执行机构10、11的动作。发动机主体4除由液压泵7驱动的液压动力系统以外，也同时进行空调、送出信号用液压油的齿轮泵(先导泵)、冷却风扇等辅机类8的驱动。

燃料喷射装置3装设于发动机主体4，通过该燃料喷射装置3，控制燃料喷射量，且控制发动机转速和输出转矩。燃料喷射装置3通过发动机控制器2来控制。

作为燃料喷射装置3的控制方式，以前使用的是被称为机械式调速器的机械控制方式的调速器，但在与发达国家的近年来的严格的排放规定对应的绿色柴油发动机中，使用通过发动机控制器2的指令进行燃料喷射的电子燃料喷射装置。

发动机控制器2在进行电子燃料喷射装置3的控制即燃料的喷射量或喷射定时的控制的基础上，还进行未图示的涡轮增压器或egr等的控制。

涡轮增压器利用废气使涡轮高速旋转，将通过由其旋转力驱动离心式压缩机而压缩的空气送到发动机内。由此，吸入超过内燃机本来的排气量的混合气并使其燃烧。由此，发动机的热效率升高，燃料消耗得到改善，并且使废气中的有害物质减少。

egr是排气再循环(exhaustgasrecirculation)的英文缩写，通过将发动机的燃烧后的一部分废气取出，并向吸气侧导入使其再次吸气，来实现废气中的氮氧化物(nox)降低或部分负荷时的燃料效率提高。

在液压挖掘系统14中，发动机转速指示仪表12用于设定发动机11的目标转速，发动机转速指示仪表12的指示信号输入到车身控制器6。车身控制器6基于其指示信号进行如后所述的规定的运算处理，设定发动机11的目标转速，将所设定的目标转速输出到发动机控制器2。发动机控制器2基于其目标转速，运算目标喷射量，控制燃料喷射装置3。另外，车身控制器6进行如后所述的规定的运算处理，向调节器17输出转矩信号，进行液压泵7的最大转矩控制。

～作业机械～

图2是表示作为搭载有本发明系统的作业机械的一例的液压挖掘机的结构的图。

在图2中，液压挖掘机具备下部行驶体30、上部旋转体40、挖掘机构50。下部行驶体30由一对履带31a、31b(仅一侧进行了图示)及履带架32a、32b(仅一侧进行了图示)、独立地驱动控制各履带的一对行驶用液压马达33a、33b(仅一侧进行了图示)及它们的减速机构等(未图示)构成。

上部旋转体40具有旋转架41，在旋转架41上搭载有上述的柴油发动机1、由柴油发动机1驱动的液压泵7、控制阀9、旋转液压马达44、减速器45等。在下部行驶体30和上部旋转体40之间设有包括旋转环等在内的旋转机构(未图示)，减速器45将旋转液压马达44的旋转减速并传递到旋转机构，通过旋转液压马达44的驱动力，使上部旋转体40相对于下部行驶体30旋转驱动。

挖掘机构50具有旋转自如地轴支承于上部旋转体40的可起伏的动臂51、用于驱动动臂51的动臂液压缸52、旋转自如地轴支承于动臂51的前端部附近的斗杆53、用于驱动斗杆53的斗杆液压缸54、可旋转地轴支承于斗杆53的前端的铲斗55、用于驱动铲斗55的铲斗液压缸56。各执行机构(行驶用液压马达33a、33b、动臂液压缸52、斗杆液压缸54、铲斗液压缸56及旋转液压马达44)通过从液压泵7供给的液压油而驱动，其驱动方向和驱动速度通过操作控制阀19内的各滑阀来控制。

图1所示的液压马达10以左右行驶马达33a、33b及旋转液压马达44为代表，液压缸11以动臂液压缸52、斗杆液压缸54、铲斗液压缸56等为代表。

～柴油发动机1的控制～

图3是表示通过发动机控制器2的输出限制控制而得到的发动机1的最大输出转矩线图(发动机转速对输出转矩线图)的一例的图。

当然发动机控制器2会在运转发动机1的广泛的转矩转速条件、还有动态变化的负荷条件中实现始终稳定的运转、即实现轴转矩输出，而且从燃料消耗、和废气中的有害物质降低的观点出发，发动机控制器2还会精细地控制燃料喷射、涡轮增压器、egr等的各种工作条件，使得能够成为最佳运转条件。这样，在发动机控制器2中，在各种运转条件中，承担着各种设备的庞大数量的控制对象的控制，因此在运转条件中会权衡这些条件。因此，首先，简化发动机的运转条件，有助于降低废气中所含有的有害物质。

另外，在燃料喷射中，通常的柴油发动机在压缩上止点附近喷射燃料，使其喷射出的燃料在喷射过程中通过自点火而燃烧，但通过将喷射时期延迟到压缩上止点后等，能够使点火延迟期长期化，通过使用所谓的低温预混燃烧技术，能够降低低转矩、低转速区域的有害物质的排出，该低温预混燃烧技术是通过由egr实现的氧浓度的降低及燃烧室内的气体流动控制，而在该点火延迟期中形成预混合气来改善燃烧的技术。

其中，因为在高负荷侧燃料喷射量增大，另外，在高旋转侧，1冲程的时间缩短，所以难以得到预混合的效果。无法利用预混燃烧的区域不得不使用扩散燃烧，但权衡氮氧化物(nox)和粒子状物质(pm)的降低，双方的有害物质都难以下降到规定要求值以下。另外，在扩散燃烧和预混燃烧的切换时，也存在排放增大之类的其他问题。

因此，在本实施方式中，以例如图3的实线所示的方式，设定柴油发动机1的最大输出转矩线图(发动机转速对输出转矩线图)。

在图3中，在本实施方式中按照至此所述的柴油发动机的特性及各种减排技术，限制最大输出转矩，以使其成为特性xa，所述特性xa是，仅在具有最大输出马力点m1的额定转速附近的高转速区域nh(第一转速区域)，输出高转矩，且在低转速区域nl(第二转速区域)，柴油发动机1的最大输出转矩为比额定转速(2000rpm)时的最大输出马力点m1的转矩还小的中间转矩。在现有技术的液压挖掘机中，该限制后的最大输出转矩在将柴油发动机1的目标转速设定为低转速区域nl(第二转速区域)内时比液压泵7所要求的最大转矩(图5的tr)还小，例如，相对于最大输出马力点m1的转矩，设定为50％的转矩值。该最大输出转矩的限制通过发动机控制器2限制燃料喷射装置3的燃料喷射量的最大值来进行。

从废气的降低效果的观点出发，优选低转速区域nl的限制后的特性xa的转矩值低，但需要考虑空调或辅机8的负荷、相对于执行机构10、11为无负荷状态下的液压回路9的负荷(特别是在油的粘度高的低温时)等来确定，至少需要比在非作业即液压泵7或液压执行机构10、11没有出格的负荷的状态下施加给发动机的负荷转矩即液压泵7或发动机主体4自身的拖曳转矩大。另外，为了得到充分的减排效果，优选至少为最大输出转矩(图5的m2)的75％以下。

柴油发动机1的排放规定作为包括发动机控制器2在内的柴油发动机1单体的性能进行评价。因此，如上所述，转矩输出限制不是由液压挖掘机侧的车身控制器6实现的限制，而是由发动机控制器2实现的限制，无论如何，柴油发动机1单体具有如图3的实线所示的特性尤为重要。

进而，如图3所示，发动机控制器2以如下方式进行控制：在低转速区域nl的低转矩侧进行低温预混燃烧，在高转速区域nh的高转矩高旋转的有限的区域内进行扩散燃烧。由此，不仅发动机输出的运转区域变窄，而且使用预混燃烧的区域的比例也增大。另外，来回进行预混燃烧和扩散燃烧的路径(频率)减小。由此，预混燃烧和扩散燃烧的切换条件也变得简单，能够使废气中所含有的有害物质降低到发达国家的排放规定所要求的基准值以下的水平。此外，这样切换预混燃烧和扩散燃烧而使发动机进行运转的方法是有效的，但也存在因发动机的规格、废气降低的目标值而仅进行预混燃烧、仅进行扩散燃烧之类的情况。

另外，为了有效地减少废气中的有害物质，优选以在限制了转矩输出的低转速区域nl含有中间转速的方式将低转速区域nl的上限设定比额定转速的75％更高，且将最大输出转矩点m2的转速设为比额定转速的75％高的转速。由此，能够限制使用有害物质的排出较多的转矩转速区域。

像这样，高转速区域nh(第一转速区域)包括柴油发动机1的最大输出转矩点m2的转速，且最大输出转矩点m2的转速为超过额定转速的75％的转速，低转速区域nl(第二转速区域)设定为比柴油发动机1的最大输出转矩点m2的转速还低。在图3所示的发动机特性的实施方式中，与之相符地，相对于额定转速2000rpm，将最大输出转矩的转速设为1700rpm(85％)，将50％转矩输出范围(低转速区域nl)的上限设为1600rpm(80％)。

如上所述，通过将柴油发动机1设为在低转速区域nl(第二转速区域)内以使柴油发动机1的最大输出转矩成为比额定转速(2000rpm)的最大输出马力点m1的转矩小的中间转矩的特性xa的方式限制最大输出转矩的发动机，使发动机转速对输出转矩线图上的转矩输出区域比以往更窄，因此，容易应用发动机控制器2的燃烧优化技术，能够大幅度地降低废气中的有害物质。利用本发明的技术来降低有害物质也同样，此外在超过规定值的情况下，只要利用比较简易的后处理装置即微粒过滤器5及催化装置15来去除有害气体或粒子状物质(pm)即可。

如图3的实线所示的特性的柴油发动机1与在转速全域都可输出高转矩的现有柴油发动机相比，发动机的便利性或通用性下降，但如后所述，通过使作业机械侧的系统14与该特性相匹配，能够确保柴油发动机1所需要的最大输出转矩自身，因此能够使液压挖掘机在大幅度地降低了废气的基础上进行动作。另外，为此，在本实施方式中，作为柴油发动机1，使用以实际转速与目标转速相匹配的方式控制燃料喷射量的转速控制(同步转速控制、下垂转速控制、反下垂转速控制等)的发动机。

～液压挖掘系统14侧的控制～

～～思想～～

接着，对使用本发明的柴油发动机1时的液压挖掘机的系统14的控制进行说明。

为了使液压挖掘机以图3所示的发动机1的转矩特性进行运转，作为液压泵7，使用变量型液压泵，如上所述，作为柴油发动机1，使用转速控制(同步转速控制、下垂转速控制、反下垂转速控制等)的发动机。

另外，在液压挖掘机中，为了防止发动机过负荷，对由柴油发动机1旋转驱动的液压泵7进行泵转矩控制。泵转矩控制是使液压泵7的排量随着液压泵7的负荷压力的上升而减小，且以液压泵7的最大转矩不超过其转速时的柴油发动机1的最大输出转矩的方式进行控制的控制。

如图1所示，本发明的柴油发动机1与通常的柴油发动机相比，低转速区域nl(第二转速区域)的最大输出转矩受到了限制。因而，在低转速区域nl内，必须使液压泵7的排量减小，且以液压泵7的最大转矩不超过在该转速时的发动机1的限制后的最大输出转矩的方式进行控制。其中，由于最大输出转矩低，所以在发动机转速为低速的状态下，利用与本发明的发动机1的组合则会变为显著低的输出。

因此，在本实施方式中，通过利用来自车身控制器6的信号来控制调节器17，在发动机1的转速位于低转速区域nl内期间，以液压泵7的吸收转矩(液压负荷)不超过发动机1的限制后的特性xa的最大输出转矩的方式控制液压泵7的最大转矩。控制液压泵的最大转矩的技术是众所周知的，例如，特开2007－177719号公报有所记载。

另外，车身控制器6在目标转速通过发动机转速指示仪表12而设定为低转速区域nl的情况下，当对发动机1附加作业负荷时，就在通常的柴油发动机中，以可得到与在其设定后的目标转速(例如，1400rpm)中要输出的输出马力(例如，图5的b点)相同的输出马力的方式使目标转速上升到高转矩输出的高转速区域nh，且将该上升后的目标转速指示给发动机11。另外，以在上升后的目标转速同输出马力的点(例如，图5的c1点)变成最大输出马力点的方式控制液压泵7。该控制通过如下的方式来实现：计算与在所设定的目标转速中要输出的输出马力(例如，图5的b点)相同的输出马力(必要最大输出马力)，以液压泵7的最大吸收马力(液压负荷)不超过其必要最大输出马力的方式控制上述液压泵7的最大转矩。

～～控制流程～～

图4是表示实现那种液压泵7的最大转矩控制和目标转速增加控制的车身控制器6的控制处理的控制流程图。在图4中，ni、nec、t0的意思分别如下所述。

ni：用于进行自动怠速控制的指定怠速转速(例如，图6的a2点的转速)

nec：发动机转速指示仪表12的设定转速(例如，图5的a1点或图6的c2－d2的转速)

t0：在操作杆装置13无操作时，用于使发动机转速下降的无操作输入持续时间的设定值

在图4中，首先，车身控制器6将门锁杆(未图示)的操作检测开关18的信号输入，判定是否锁上了门(步骤s100)。

这里，门锁杆设置于驾驶座的入座侧，在中止或结束液压挖掘机的作业的情况下被上拉以开放通路，在再次开始或开始进行作业的情况下，被下拉以封闭通路。当上拉门锁杆时，锁止阀被切换到锁止位置，使操作杆装置13的先导阀的初级压力端口与罐连通。由此，即使对操作杆装置13进行操作，液压回路9内的控制阀也不动作，不能操作液压执行机构。将该状态称为锁门。

操作检测开关18探测门锁杆的上拉下拉，车身控制器6利用操作检测开关18的信号，判定门锁杆是否被上拉(是否锁着门)。

在门锁的情况下，车身控制器6进一步判定由发动机转速指示仪表12设定的转速nec是否比自动怠速控制用的指定怠速转速ni高(步骤s110)，在nec比ni高的情况下，将指定怠速转速ni设定为目标转速(步骤s110→s120)，在nec为ni以下的情况下，将由发动机转速指示仪表12设定的转速nec设定为目标转速(步骤s110→s130)。

另外，车身控制器6即使在判断为门锁杆被下拉而解除了门锁的情况下，也判定操作杆装置13的无操作输入状态是否持续了规定时间t0(s140)，在无操作输入状态持续了规定时间t0的情况下，同样地判定是否为nec>ni，将指定怠速转速ni或由发动机转速指示仪表12设定的转速nec设定为目标转速(步骤s140或s210→s110→s12或s130)。车身控制器6在将操作杆13的操作先导压的检测信号输入且其信号为阈值以下的情况下，判断为是无操作输入状态。

在s140中判定为无操作输入状态未持续规定时间t0的情况下，车身控制器6判定由发动机转速指示仪表12设定的转速nec是否位于低转速区域nl(第二转速区域)内，例如，判定nec是否低于1600rpm(步骤s150)，如果nec<1600rpm，则根据nec，计算出nec的必要最大输出马力(图5的等输出线he)(步骤s160)，基于该必要最大输出马力，决定1600rpm以上的高转速区域nh(第一转速区域)的新的目标转速(例如，图5的c1－d1的转速)和必要最大转矩(例如，图5的c1点的转矩)(步骤s170)。接下来，车身控制器6通过将所决定的目标转速输出到发动机控制器2，进行使发动机转速上升的目标转速上升控制(步骤s180)。同时，车身控制器6进行液压泵7的最大转矩控制。该最大转矩控制包括：在发动机转速低于1600rpm期间进行的发动机转速上升时的防止发动机停止控制、发动机转速上升后的达到必要最大输出马力控制。

即，车身控制器6在通过目标转速上升控制而上升了的发动机转速低于1600rpm期间(柴油发动机1的转速位于低转速区域nl内期间)，以发动机1的输出转矩不超过限制后的特性xa的最大输出转矩的方式控制液压泵7的最大转矩，防止柴油发动机1的失速。另外，在转速上升到了1600rpm以上时(即，在柴油发动机1的转速上升到了高转速区域nh时)，将相当于在步骤s170中决定的必要最大转矩(例如，图5的c1点的转矩)的转矩信号输出到液压泵7的调节器17，以液压泵7的吸收马力(液压负荷)不超过nec的必要最大输出马力(图5的虚线)的方式控制液压泵7的最大转矩(步骤s180)。

在步骤s150中为nec≥1600rpm且nec位于高转速区域nh(第一转速区域)内的情况下，车身控制器6将与nec对应的转速(例如，图6的c2－d2)和最大输出转矩(例如，图6的m1点的转矩)决定为目标转速及必要最大转矩(步骤s190)。接下来，车身控制器6通过将所决定的目标转速输出以发动机控制器2，进行使发动机转速上升的目标转速上升控制(步骤s200)。同时，车身控制器6进行液压泵7的最大转矩控制。与步骤s180同样地，该最大转矩控制包括：在发动机转速低于1600rpm期间进行的发动机转速上升时的防止发动机停止控制、发动机转速上升后的达到必要最大输出马力控制。这些控制的详细内容除上升前的目标转速为在步骤s120中设定的自动怠速控制的指定怠速转速ni这一点以外，实质上都与在步骤s180中说明的相同。

如上所述，在步骤s180或s200中，车身控制器6在由发动机转速指示仪表12设定的目标转速位于低转速区域nl(第二转速区域)且液压执行机构10、11未被驱动时，将由发动机转速指示仪表12设定的目标转速指示给柴油发动机1，在由发动机转速指示仪表12设定的目标转速位于低转速区域nl(第二转速区域)且液压执行机构10、11被驱动了时，使目标转速上升到高转速区域nh(第一转速区域)内的转速，将该上升后的目标转速指示给柴油发动机1。

另外，在步骤s160～s180中，车身控制器6在驱动液压执行机构10、11且使目标转速上升到高转速区域nh(第一转速区域)内的转速时，计算出由发动机转速指示仪表12设定的目标转速时的必要最大输出马力，在柴油发动机1的转速上升到了高转速区域nh时，以液压泵7的吸收马力不超过必要最大输出马力的方式控制液压泵7的最大转矩。

进而，在步骤s180、s200中，车身控制器6在驱动液压执行机构10、11且使目标转速上升到高转速区域nh(第一转速区域)内的转速时，在柴油发动机1的转速位于低转速区域nl(第二转速区域)内期间，以柴油发动机1的输出转矩不超过限制后的最大输出转矩的方式控制液压泵7的最大转矩。

～动作例～

接着，参照图4、图5及图6对系统的动作例进行说明。

图5表示由发动机转速指示仪表12将目标转速设定为低转速区域nl的1400rpm时的系统的动作例，图6表示由发动机转速指示仪表12将目标转速设定为最大时的系统的动作例。

首先，对由发动机转速指示仪表12将目标转速设定为1400rpm的情况进行说明。

通常的液压挖掘机的柴油发动机的转速通过发动机转速指示仪表12而设定。图5是用点划线表示在现有机械中设定了发动机转速时在该转速下可作用于柴油发动机的最大转矩(必要最大转矩)的线tr的图。该转矩是在将柴油发动机1的目标转速设定为低转速区域nl内时液压泵7所要求的最大转矩，且是与虚线所示的现有柴油发动机可输出的最大输出转矩相匹配并比其小的值。在本发明中，在低速转速区域nl内，限制为中间转矩的特性xa的最大输出转矩比要求最大转矩小。因此，在1000～1600rpm的低转速区域nl，在使与现有机械相同的最大转矩作用于本发明的发动机1的情况下，转矩不足，会导致失速。

这里，发动机转速的设定主要是出于希望降低空转中的发动机音的目的和希望限制最大输出马力这两个目的而使用的。因此，在本发明中，例如，在由发动机转速指示仪表12将怠速转速设定为1400rpm的情况下，当附加作业负荷时，车身控制器6以得到与在通常的柴油发动机中在1400rpm时要输出的输出马力(b点)相同的输出马力的方式使目标转速上升到高转矩输出的高转速区域nh，将该目标转速输出至发动机控制器2，并且使其在上升后的目标转速下以同输出马力的点(c1点)成为最大输出马力点的方式进行动作(图4的步骤s100→s140→s150～s180)。这时，车身控制器6与发动机的转速控制连动，同时控制变量液压泵7的排量，一边使液压负荷不超过发动机的xa所示的限制后的最大输出转矩(防止发动机停止控制)且确保所要求的执行机构的响应性，一边在最大负荷时引导至最大输出点的c1点(达到必要最大输出马力的控制)。

在挖掘的作业中，对发动机进行恒速控制(同步控制)，通过液压负荷波动，在c1～d1点进行动作。在中断作业并将操作杆恢复到中立以后，当未附加负荷的状态(d1点)持续一定时间时，车身控制器6使发动机旋转下降，恢复到原来的转速(a1点)(图4的步骤s210→s110→s120)。此外，在图5中，c1点、d1点位于1700rpm，但只要在1600～2000rpm之间即可，也可以为1700rpm以外的转速。

接着，对由发动机转速指示仪表12将目标转速设定为最大的2000rpm的情况进行说明。

在图6中，在由发动机转速指示仪表12将目标转速设定为最大的情况下，车身控制器6将其目标转速输出到发动机控制器2，发动机1在输出最大输出的额定转速的2000rpm(c2点～d2点)附近进行动作(图4的步骤s150→s190→s200)。由于即使在将仪表12设定为最大时，也实现节能、降低噪音，所以车身控制器6利用自动怠速功能，当杆持续中立时，以使发动机转速下降到自动怠速转速(a2点)的方式进行控制(图4的步骤s210→s110120)。在自动怠速转速时，输入操作杆装置13的动作，如果附加最大作业负荷，则与图5的设定为1400rpm时同样地，车身控制器6在使发动机转速上升到最大输出马力点附近的点(c2点)时进行动作(步骤s100→s140→s150→s190→s200)。这时，车身控制器6与柴油发动机1的转速控制连动，同时控制变量液压泵7的排量，一边使液压负荷不超过发动机的xa所示的限制后的最大输出转矩(防止发动机停止控制)，且确保所要求的执行机构的响应性，一边在最大负荷时引导至最大输出点的c2点(达到必要最大输出马力的控制)。

此外，本发明的作业机械的运转不局限于恒速控制(同步控制)，例如，也可以通过具有反下垂特性或者使用其他方法，来使发动机转速可变(c3～d3点)。

如上所述，在本实施方式中，通过将柴油发动机1设为在低转速区域nl(第二转速区域)以使柴油发动机1的最大输出转矩成为比额定转速(2000rpm)时的最大输出马力点m1的转矩小的中间转矩的特性xa的方式限制最大输出转矩的发动机，使发动机转速对输出转矩线图上的转矩输出区域比以往更窄，因此，容易应用发动机控制器2的燃烧优化技术，容易降低排气中所含的有害物质。例如，能够在低转速区域nl的限制后的最大输出转矩(中间转矩)以下的低转矩的输出区域应用如预混燃烧那样的燃烧改善对策，在常用的高转速区域nh中的极小一部分高转矩区域内虽然也应用扩散燃烧，但对于扩散燃烧条件而使燃烧最优化。另外，因为转矩输出区域窄，且来回进行进行预混燃烧和扩散燃烧的路径(频率)减小，所以两种燃烧的切换条件也变得简单。由此，能够将排气中所含有的有害物质降低到发达国家的排放规定所要求的基准值以下的水平。

另外，如上所述，即使在低转速区域nl的柴油发动机的最大输出转矩限制在中间的转矩值的情况下，液压执行机构被驱动，且发动机1的负荷转矩随之而增加时，目标转速上升到高转速区域nh内的转速，因此，发动机1的输出转矩仍能够增加到比限制后的最大输出转矩(中间的转矩值)更大的必要最大转矩，能够得到作为作业机械所要求的输出转矩，能够确保操作性。

＜第二实施方式＞

接着，利用图7对本发明的第二实施方式即作业机械系统进行说明。

在图7中，本实施方式的作业机械系统具备柴油发动机1、电动机24、逆变器26、和蓄电装置27。柴油发动机1和电动机24构成动力单元25，电动机24的输出轴与发动机主体4的输出轴结合，通过两者来驱动液压泵7。电动机24由逆变器28控制，与蓄电装置27电连接。

图8是表示动力单元25的柴油发动机1和电动机24的图。如图8所示，电动机24通过在发动机主体4的动力轴上直接连接电动机24的转子部(未图示)来代替飞轮，构成为一体的动力单元25，能够作为硬件而与柴油发动机1同等地对待。

图9是表示包括电动机24的转矩辅助在内的动力单元25的最大输出转矩线图的一例的图。

如图9所示，通过将电动机24与发动机主体4组合，来使电动机24的输出转矩作用于柴油发动机1，能够确保点划线所示的必要输出转矩。

像这样，只要将发动机1和电动机24的组合作为动力单元25来对待，则在液压系统侧不进行特殊控制，也与规定的柴油发动机同样地，能够使液压挖掘机进行动作。进而，只要加大电动机24的输出转矩，能够使更大负荷输出的机械相对于柴油发动机1的输出而运转。

其中，由于蓄电装置27具有的电能是有限的，因此在液压负荷较小时，需要另外进行如下的控制：对电动机24附加负转矩使其进行发电动作而对蓄电装置27充电、或者从未图示的其他电力再生装置等进行充电等将蓄电装置27具有的电能保持在适当范围内。

＜其他＞

图10～图17表示基于本发明的各种各样的发动机的最大输出转矩特性xb～xi的例子。这些例子全都包括在本发明的概念中。

如上所述，本发明的要点是使用如图3或图10～17所示的限制了最大输出转矩的柴油发动机1，且组合作业机械侧系统的发动机转速控制、变量液压泵7的排量控制、或电动机控制，而使作业机械进行动作。

此外，在实施方式中，作为作业机械，例示液压挖掘机，但本发明可应用于轮式装载机、叉车、起重机等具备由液压泵驱动的液压执行机构的所谓作业机械。另外，在作业机械的情况下，由液压泵驱动的液压执行机构大多为多个，但也可以为单一的液压执行机构(例如，叉车等)。

附图标记说明

1柴油发动机

2发动机控制器

3燃料喷射装置

4发动机主体

5微粒过滤器

6车身控制器

7液压泵

8空调/辅机类

9控制阀

10液压马达

11液压缸

12发动机转速指示仪表(转速指示装置)

13操作杆装置

14液压挖掘系统

15催化装置

24电动机

25动力单元

26逆变器

27蓄电装置

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.(修改后)一种作业机械，其具备：

柴油发动机；

由所述柴油发动机驱动的液压泵；以及

通过从所述液压泵排出的液压油来驱动的液压执行机构，

所述作业机械的特征在于，

所述柴油发动机具有包括额定转速在内的第一转速区域、和转速比所述第一转速区域低的第二转速区域，其中，所述额定转速具有最大输出马力点，所述第二转速区域中的所述柴油发动机的最大输出转矩通过由发动机控制器控制燃料喷射量而被限制输出，使得所述最大输出转矩成为比所述第一转速区域中的所述最大输出马力点的转矩更小的中间转矩的特性。

2.根据权利要求1所述的作业机械，其特征在于，

在所述第二转速区域内被限制后的最大输出转矩，比在将所述柴油发动机的目标转速设定在所述第二转速区域内并要以该转速来驱动所述作业机械时所述液压泵应输出的最大转矩小。

3.根据权利要求1所述的作业机械，其特征在于，

在所述第二转速区域内被限制后的最大输出转矩为所述柴油发动机的最大输出转矩点的转矩的75％以下。

4.根据权利要求1所述的作业机械，其特征在于，

所述第一转速区域包括所述柴油发动机的最大输出转矩点的转速，且所述最大输出转矩点的转速是超过所述额定转速的75％的转速，

所述第二转速区域是比所述柴油发动机的最大输出转矩点的转速低的转速区域。

5.根据权利要求1所述的作业机械，其特征在于，

所述柴油发动机包括燃料喷射装置、和控制该燃料喷射装置的电子控制装置，所述电子控制装置通过限制从所述燃料喷射装置供给的燃料喷射量，来限制所述最大输出转矩。

6.根据权利要求1所述的作业机械，其特征在于，

所述柴油发动机以在所述第二转速区域内进行预混燃烧的方式控制燃料喷射装置。

7.根据权利要求1或6所述的作业机械，其特征在于，

所述柴油发动机以在所述第一转速区域内在低转矩侧进行预混燃烧、在高转矩侧进行扩散燃烧的方式控制燃料喷射装置。

8.根据权利要求1所述的作业机械，其特征在于，

所述柴油发动机通过使实际转速与目标转速相匹配的转速控制，来控制转速和转矩。

9.根据权利要求1所述的作业机械，其特征在于，

所述柴油发动机具备用于去除废气中所含的粒子状物质的过滤器和催化剂中的至少一方。

10.根据权利要求1所述的作业机械，其特征在于，

还具备与所述柴油发动机并用来驱动所述液压泵的电动机。

11.根据权利要求1所述的作业机械，其特征在于，还具备：

转速指示装置，其用于设定所述柴油发动机的目标转速；以及

控制装置，其在由所述转速指示装置设定的目标转速位于所述第二转速区域内且所述液压执行机构未被驱动时，将由所述转速指示装置设定的目标转速指示给所述柴油发动机，在由所述转速指示装置设定的目标转速位于所述第二转速区域内且所述液压执行机构已被驱动时，使所述目标转速上升到第一转速区域内的转速，将该上升后的目标转速指示给所述柴油发动机。

12.根据权利要求1所述的作业机械，其特征在于，

所述液压泵为变量型的液压泵，

所述控制装置在所述液压执行机构被驱动且使目标转速上升到所述第一转速区域内的转速时，计算出由所述转速指示装置设定的目标转速下的必要最大输出马力，在所述柴油发动机的转速上升到了所述第一转速区域时，以所述液压泵的吸收马力不超过所述必要最大输出马力的方式控制所述液压泵的最大转矩。

13.根据权利要求11或12所述的作业机械，其特征在于，

所述液压泵为变量型的液压泵，

所述控制装置在所述液压执行机构被驱动且使目标转速上升到所述第一转速区域内的转速时，在所述柴油发动机的转速位于所述第二转速区域内期间，以使所述柴油发动机的输出转矩不超过所述限制后的最大输出转矩的方式控制所述液压泵的最大转矩。

14.(修改后)一种动力单元，其特征在于，是将柴油发动机和电动机一体化而成的，

所述柴油发动机具有包括额定转速在内的第一转速区域、和转速比所述第一转速区域低的第二转速区域，其中，所述额定转速具有最大输出马力点，所述第二转速区域中的所述柴油发动机的最大输出转矩通过由发动机控制器控制燃料喷射量而被限制输出，使得所述最大输出转矩成为比所述第一转速区域中的所述最大输出马力点的转矩更小的中间转矩的特性，

所述电动机与所述柴油发动机并用来驱动所述液压泵。

15.(修改后)一种作业机械的柴油发动机，其特征在于，

所述柴油发动机装备于作业机械，

所述柴油发动机具有包括额定转速在内的第一转速区域、和转速比所述第一转速区域低的第二转速区域，其中，所述额定转速具有最大输出马力点，所述第二转速区域中的所述柴油发动机的最大输出转矩通过由发动机控制器控制燃料喷射量而被限制输出，使得所述最大输出转矩成为比所述第一转速区域中的所述最大输出马力点的转矩更小的中间转矩的特性。