JP2007205195A - 作業車両のエンジン回転制御装置 - Google Patents

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智之 石田
Hiroyoshi Ono
弘喜 小野
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隆徳 泉谷
Yutaka Kajino
豊 楫野
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Abstract

【課題】アクセルセンサの組付け時ばらつきやセンサ固有のばらつきなどによって標準の出力とはずれを生じ、これを解消しようとする。
【解決手段】アクセル手段(18)の操作量を検出するアクセルセンサ(65)の当該検出値をエンジン回転数に換算してエンジン制御コントローラ(55)に出力するエンジン回転数指示コントローラ(70)に、該アクセルセンサ(65)の検出値(As)と予め設定してある基準値(As0)との比較に基づいてアクセル手段(18)の操作量に対するエンジン回転指示値を補正する補正手段を備える作業車両において、前記エンジン回転指示値の補正の有無を判定する手段を設け、補正無し判定時には、アイドル回転中のデフォルト基準値(Ad)をアクセル手段(18)の回転増加側における設定値に置換する置換手段を設ける。
【選択図】 図4

Description

この発明は、農用トラクタ等の作業車両のエンジン回転制御装置に関し、補正手段によってアクセル操作量とエンジン回転指示値とが適正になるよう補正するが、この補正作業を行う前の車両発進時等の不測の事故を未然に防止しようとする。
従来、車両のエンジン出力は、一般的に、アクセルペダルの操作により制御される。このアクセルペダルの操作をアクセルセンサにより電気的に検出し、このアクセルセンサからの電気信号に応じてエンジンのアクセル開度を制御する技術が知られている。ところが、アクセルセンサのアクセルペダルへの組込時の誤差に拘わらず、アクセルペダルの操作量に応じて、アクセル開度をそのアイドリング開度位置すなわち全閉位置と全開位置との間で適正に動作させることが要求される。このため、アクセルセンサの出力信号値がアクセル開度の全開位置に対応する予め設定された最大出力値を超えると、この新たな最大出力値をアクセル開度の全開位置として学習し、この新たに学習された最大出力値と全閉位置の出力値との間でアクセルセンサ出力に応じたアクセル開度を与えるエンジン回転数指示制御を行う(例えば、特許文献1参照。)。
特開2004-353586号公報
ところが上記特許文献1の構成は、所謂補正処理に関する手段の開示はあるが、この補正作業を行う前の車両発進時等の安全性については配慮がなく、本発明はこの点に着目して発進時等の不測の急発進を防止しようとするものである。
上記課題を解決するために、本発明は次のような技術的手段を講じた。
即ち、請求項1に記載の発明は、車体に搭載するエンジン(E)の動力を変速装置(44,45)を介して走行装置(4,5)に伝達すると共に、アクセル手段(18)の操作量を検出するアクセルセンサ(65)の当該検出値をエンジン回転数に換算してエンジン制御コントローラ(55)に出力するエンジン回転数指示コントローラ(70)に、該アクセルセンサ(65)の検出値(As)と予め設定してある基準値(As0)との比較に基づいてアクセル手段(18)の操作量に対するエンジン回転指示値を補正する補正手段を備える作業車両において、前記エンジン回転指示値の補正の有無を判定する手段を設け、補正無し判定時には、アイドル回転中のデフォルト基準値(Ad)をアクセル手段(18)の回転増加側における設定値に置換する置換手段を設けたことを特徴とする作業車両の構成とする。
これによって、エンジン回転数指示コントローラ(55)へ入力されるアクセルセンサ検出値(As)は予め設定してある基準値(As0)との比較に基づいてアクセル手段(18)の操作量に対するエンジン回転指示値の補正を行なうことができるものである。またこのような補正の有無を判定する手段を設け、補正が未だなされていないとの判定時には、アイドル回転中のデフォルト基準値(Ad)に強制的に置換されるもので、このデフォルト基準値(Ad)は、アクセル手段(18)の回転増加側における値が設定値として予め決められエンジン回転数指示コントローラ(70)からエンジン制御コントローラ(55)に出力されエンジン回転がコントロールされる。
また請求項2に記載の発明は、前記検出値(As)と基準値(As0)との比較に基づくエンジン回転指示値の補正の有無を判定する手段を設け、補正無し判定時には、エンジン回転数指示出力を固定値とする請求項1に記載の作業車両とする。
これによって、エンジン回転指示値の補正が未だなされていないとの判定時には、エンジン回転数指示出力を予め設定した固定値とするものである。
請求項1に係る発明は、回転数指示補正が未だなされていないとの判定時には、アイドル回転中のデフォルト基準値(Ad)に置換されるもので、このデフォルト基準値(Ad)は、アクセル手段(18)の回転増加側における設定値としてエンジン回転数指示コントローラ(70)からエンジン制御コントローラ(55)に設定値が出力されるから、オペレータはアクセル手段(18)としての例えばアクセルペダルの踏込みによってもさほどのエンジン回転を得られないこととなり、したがって、例えエンジン始動時にエンジン回転が急上昇するなどの事態でも、過剰な速度で急発進する恐れがなく安全である。
請求項2に係る発明は、エンジン回転指示値の補正が未だなされていないとの判定時には、エンジン回転数指示出力を予め設定した固定値とするものであるから、例えエンジン始動時にエンジン回転が急上昇するなどの事態でも、直ちに固定値に基づくエンジン回転数指示値とされるから過剰な速度で急発進する恐れがなく安全である。
この発明の実施例を図面に基づき説明する。
図1は、作業車両の一例である農業用トラクタを示すものであり、このトラクター1の前部にエンジンEを搭載し、このエンジンEの回転動力をミッションケース2内の変速装置3に伝え、この変速装置3で減速された回転動力を前輪4と後輪5とに伝えるように構成している。
前記ミッションケース2の上部には油圧シリンダケース6が設けられ、この油圧シリンダケース6にリフトアーム7を回動自在に枢着している。油圧シリンダケース6内の油圧昇降シリンダ8内に作動油を供給するとリフトアーム7が上昇回動し、排出するとリフトアーム7は下降するようになっている。
リフトアーム7とロアリンク9とはリフトロッド10で連結され、そして、該ロアリンク9とトップリンク11とからなる三点リンク機構には、作業機としてのロータリ耕耘装置12が連結され、前記リフトアーム7の昇降駆動によって昇降動する構成である。
機体中央の操縦部に配置するステアリングハンドル13は、左右回転操作で左右前輪4を左右に操向する構成であり、該ステアリングハンドル13の後方には操縦席14が配備されている。そして操縦席14の近くには主変速レバー15及び副変速レバー16が配備される。
また前記ステアリングハンドル13近くにスロットルレバー17が設けられ、また、該ハンドル13下方の足元近くにはアクセルペダル18が設けられている。アクセルペダル18の操作量は、後記のエンジン制御コントローラを介してエンジンEのスロットルを制御し、該アクセルペダル18の踏込み回動量に応じてエンジンEの回転数を制御する構成としている。
図2はトラクタの走行系の動力伝達経路図を示すものであり、ミッションケース2とこの前部に接合されたフライホイルハウジング2a内には入力軸30が前後方向に架設され、フライホイルを介してエンジンEの回転動力が伝達されるようになっている。この入力軸30は、後端がリヤミッションケース2b内に架設されたPTO軸40駆動用のPTO駆動シャフト41に接続されてあり、また、PTO駆動シャフト41の後端はPTOクラッチ42に接続している。
前記入力軸30上には、油圧式の正逆転切換クラッチ32が設けられており、この切換クラッチ32をステアリングハンドル13の近傍に配置した前後進切換レバー19による前後進切換バルブ43の作動で適宜切り換えることにより、入力軸30から該入力軸30上に回転自在に外嵌された中空軸31上のギヤ33を正転方向若しくは逆転方向に駆動させて機体を前進若しくは後進させることができるように構成している。
また、前記ミッションケース2内には、4段変速(主変速1速〜4速)が可能な主変速装置44と高低2段の変速が可能な副変速装置45が設けられる。このうち主変速装置44は、中空軸31上に装着した駆動変速ギヤ群K1〜K4と、主変速軸34上に遊嵌され前記駆動変速ギヤ群K1〜K4の夫々と常時噛合する従動変速ギヤ群J1〜J4と、前記主変速軸34と従動変速ギヤ群J1〜J4との間に配設される1速・2速・3速・4速の油圧クラッチ35a,35b,35c,35dとからなり、主変速軸34上の従動変速ギヤ群J1〜J4は、前記油圧クラッチ35の作動により前記中空軸31からの駆動力を主変速軸34へ伝達する構成である。
前記主変速軸34の後端は副変速装置45に連動連結されている。副変速装置45は、主変速軸34の後端に固着された高速ギヤH1と、主変速軸34と同軸上の第二ドライブシャフト36に回転自在に外嵌された低速ギヤH2と、高速ギヤH1と低速ギヤH2と間に介装された軸方向摺動自在のスライダー37と、前記入力軸30に外嵌の副中空軸38に固着されて前記高速ギヤH1と低速ギヤH2に噛合するギヤG1,G2とからなる。
前記スライダー37は、副変速レバー16の操作によって軸方向へ摺動自在とされ、高速ギヤH1と噛合させると、高速回転をドライブシャフト36に伝え、スライダー37を低速ギヤH2に噛合させると、高速ギヤH1から副中空軸38上のギヤG2、低速ギヤH2を介してドライブシャフト36に低速回転を伝えるようになっている。そして、このドライブシャフト36からデフギヤ装置及び後輪駆動ギヤ39を介して後輪5を駆動する構成としている。
図3は変速切換を制御する変速制御装置のブロック回路図である。本機側コントローラ46は、主として各種操作部の操作信号を出力する操作パネルコントローラ47、作業機昇降制御用コントローラ48、及び走行制御用コントローラ49からなり、これらは通信回路50,51によって接続される。さらにこの本機側コントローラ46とエンジン制御用コントローラ55、具体的には前記作業機昇降用コントローラ48とは通信回路56,57によって接続され、また本機側コントローラ46の作業機昇降用コントローラ48とメータパネル26とが通信回路で接続される。
各コントローラの入出力は図のようになっていて、作業機昇降制御用コントローラ48には作業機位置検出用のポジションセンサ58や作業機負荷検出用のドラフトセンサ59による検出値を入力し、昇降制御バルブ60に昇降指令信号を出力する。
走行制御用コントローラ49の入力側に、主変速レバー15としての変速用油圧シリンダの作動量を検出するポテンションメータからなる主変速レバー位置センサ61と、副変速レバー16としての副変速レバー位置センサ62と、主変速用作動油の圧力を検出する主変速1速圧力センサ63a、主変速2速圧力センサ63b、主変速3速圧力センサ63c、主変速4速圧力センサ63dと、アクセルペダルの踏込み操作に連動してアクセル開度を検知するアクセルセンサ65と、移動モードから作業モードへ、また、作業モードから移動モードへ切換可能なモード切換スイッチ66とが接続され走行制御用コントローラ49の出力側には、主変速1速〜4速圧力センサ63a,63b,63c,63dに対応して主変速用油圧シリンダを制御する主変速1速〜4速バルブ67a,67b,67c,67dと、前記油圧式正逆転切換クラッチ32を前後進に切り換える前後進切換バルブ43と、該油圧式正逆転切換クラッチ32のクラッチ昇圧制御バルブ68とが接続されている。
エンジン制御用コントローラ55には、エンジンEの回転速度を検出するエンジン回転センサ64が接続され、後記エンジン回転数指示コントローラ70からの指示回転数であるか否かをチェックしフィードバック制御すべく構成される。
ついでアクセルセンサ65の調整法について説明する。アクセル手段としてのアクセルペダル18の踏込量に従ってエンジン回転数を指示するエンジン回転数指示コントローラ70を設ける。即ちこのエンジン回転数指示コントローラ70はアクセル操作検出量に対するエンジン回転数に換算する関係式、関係テーブルまたは関係グラフに基づいてエンジン制御コントローラ55にエンジン回転数を出力する。なお、本実施例ではエンジン回転数指示コントローラ70を前記走行制御用コントローラ49に構成するものである。
なお、上記のアクセル操作量に対するエンジン回転数指示の構成は、当該トラクタにアクセルセンサ65としてのポテンショメータを装着するが、組付け時ばらつきやセンサ固有のばらつきなどによって、標準の前記関係グラフとはずれを生じ、これを標準状態と比較し指示値を補正する等の調整作業を要する。主に工場出荷の段階である。調整作業の一例を示すと、アクセルペダル18を踏込まないアイドリング状態でのアクセルセンサ65の検出値As(以下、検出代表値)を外部ユニット69(図3、図11)を介して回転数指示コントローラ70に入力する。この入力を受けて該コントローラ70は、入力された検出代表値Asと、上記標準のアイドリング時の値As0(以下、標準代表値)とを比較し、その差Δs(=As−As0)を当該トラクタのアクセルセンサ65の検出値S(図5中実データ)に加味して出力すべく関係式、関係テーブルまたは関係グラフを補正する。以降はこの検出値A=A+Δsをもって回転数指示の基準値としてエンジン回転指示に供される(代表値によるアクセルセンサ補正手段)。
ところで、上記調整作業を行わないままでの走行を伴うときは、現実にはアクセルペダルを操作しないアイドル状態であるにも係らず、アクセルが踏まれた状態を検出する場合があって、エンジンキーを始動操作するだけで過剰にエンジン回転数が上昇して機体が急発進するなどして思わぬ事故につながる。例えばアイドル位置での標準値が「100」に設定され、アクセルセンサの検出値が「200」であると、その差「+100」はエンジン回転上昇を意味し、エンジン始動と共にエンジン回転数が急上昇することとなる。
そこで、図4のような手順で未調整状態での上記欠陥を解消しようとする。前記エンジン回転指示コントローラ70には、上記の代表値によるアクセルセンサ補正手段に基づく機能のほか、当該調整の有無を判定する機能(補正有無判定手段)を有する。そして、この補正の有無判定手段の判定結果から補正が未だ実行されていないときには、アイドル基準値をデフォルト基準値(初期基準値)Adに強制設定する(ステップ101〜ステップ103)が、このデフォルト基準値Adは、予めエンジン回転数指示コントローラ70に記憶の値であって、その値は通常アイドル回転検出の想定される範囲をアクセル操作量増加側に越えた値とする。例えば、設計上でアイドル位置が「50〜350」の範囲に設定されているとすると、デフォルト基準値Adをこの範囲からさらにアクセルペダル踏込み側の値「400」を採用するものである。従って、アイドル回転ではアクセルペダル踏込みと検出される事態は起こりえないものとなって、始動と共にエンジン回転数が上昇することがない構成としている(図5)。
一方、アクセルセンサ補正手段に基づく補正が実行されているときは、基準値(A+Δs)や、アクセルセンサ入力値(A)が夫々正常範囲にあるか否かが判定され、共に正常範囲にあるときは、基準値とアクセルセンサ入力値とから指示するエンジン回転数Neをセットしエンジン制御用コントローラ55に送信出力する(ステップ104〜ステップ107)。
なお、上記の基準値(A+Δs)が正常範囲にないときは、エンジン回転数を固定値Aに強制設定する(ステップ108)。アクセル操作があってもエンジン回転数は変更制御されない状態でアイドル回転数状態で推移させる。なお、固定値Aはアイドル回転数付近の値で適宜に設定するものであり、この回転数がメータパネル26の液晶表示部27に現れることで作業員は基準値が正常範囲にないことを知ることができる。また、上記のアクセルセンサ入力値(A)が正常範囲にないときは、エンジン回転数を固定値Bに強制設定する(ステップ109)。上記と同様にアクセル操作があってもエンジン回転数は変更制御されない状態でアイドル回転数状態で推移するが、固定値Bは固定値Aと異ならせておくことにより、メータパネル26の液晶表示部27に現れることで作業員はセンサ入力値が正常範囲にないことを知ることができる。正常範囲にない基準値、センサ入力値はノイズによるもの等が予想され作業員は都度対応を行なうものである。
図6は、アクセルセンサ65がエンジン回転数指示出力制御中に異常を来たしたときの対応に関する。即ち、例えばエンジン回転数を所定に設定して走行あるいは作業中、異常発生と判定された時に急に低回転にすると、トラクタ走行が不安定となり危険である。そこで、一定割合減速側に制御することによって危険を予知しながら安全に走行させようとするものである。アクセルセンサ65入力値が正常範囲から外れると、エンジン回転数指示コントローラ70は、前回の正常値との比較を行い(ステップ201〜ステップ203)、異常発生前の検出エンジン回転数Ns(エンジン回転数指示値でもよい)を呼び出し(ステップ204)、一定の比率α(<1)を掛けて今回の指示回転数とし(ステップ205)、エンジン制御用コントローラ55に送信出力する(ステップ206)。なお、異常発生は前記と同様に検出出力値に換算する電圧値が予め設定した基準範囲にあるか否かで判定する。
更に、異常状態から脱したときに、上記図6の制御を解除した後直ちに正常状態制御に復帰させると危険である。即ち、アクセルペダル18の踏込み操作中に異常を検出し、アクセルペダル18解除動作で正常復帰の指令がなされると思わぬ増速を来たして危険である。そこで、図7では、異常時のエンジン回転制御中にアクセルセンサ65による回転数指示値と現在のエンジン回転数値との比較を行い、前者のアクセルセンサ65による回転数指示値が現在のエンジン回転数値を下回るときは(ステップ301〜ステップ304)、正常状態に復帰させてのエンジン回転数制御を実行させ(ステップ305)、上記関係が成立せず現在のエンジン回転数値の方が上回るときは異常時制御を継続するものである(ステップ307)。
前記図3において、前記エンジン制御用コントローラ55と本機側コントローラ46(作業機昇降用コントローラ48)とを通信回路56,57を介して接続し、メータパネル26と本機側コントローラ46(作業機昇降用コントローラ48)とを専用の通信回路53,54を介して接続する構成としている。従来、メータパネル26に表示部27を備えるとエラー情報等の表示も必要のため、多くの通信情報量が発生し、これを電線で配線すると配線数を多くして不都合であり、これをCAN通信でまかなおうとすると情報負荷率が多く正常通信に支障を来たす。もって上記のようにメータパネル26のみを別回線56,57とすることで、専用回線での伝達となって表示情報を多くさせることができる。なお、メータパネル26への表示は、走行系や作業機昇降系に関する制御ほどの応答性を要求されないため通信による情報伝達でこと足りる。
また、図3において、エンジンE側のセンサ、例えばエンジン回転センサ64の検出値は通信回路56,57を介して本機側コントローラ46としての作業機昇降用コントローラ48が取得し、専用回線53でメータパネル26に伝達するものとしているから、2重配線の必要がない。一方、エンジンのアクセルセンサ65の検出は本機側コントローラ46(走行制御用コントローラ49)に入力し、通信回線51,52,55,56を介してエンジン制御用コントローラ55に出力できるから、前記のアクセルセンサ調整用のデータを走行制御用コントローラ49及びエンジン制御用コントローラ55の双方に準備しておく必要がなく無駄がない。
なお、エンジン回転センサ64は、図3ではエンジン制御用コントローラ55に接続しておき本機側コントローラ46とは通信回路50,51,56,57で情報を入出力することで対応する構成としたが、エンジン制御用コントローラ55及び本機側コントローラ46の夫々に独立して入力できる構成とすると、精度の高い制御を行なうことができる。即ち、エンジン回転数は負荷変動のあった場合に刻々と変動し、その変化率を細かなタイミングで入力する必要があり、随時必要な情報を通信回路を介さずに夫々に取得することで応答遅れのない各種制御が可能である。
前記モード切換スイッチ66は、図8に示す操作パネル26上に設置され、回動自在なダイヤル式スイッチ構成になっており、路上走行時などにおける移動モードと、圃場での耕耘作業時などにおける作業モードとに切り換えができる。この作業モードにおける作業速には作業速範囲内での「低速」・「中速」・「高速」とがある。
モード切換スイッチ66により、作業モードに切り換えた時は、主変速レバー15での操作が有効となり、変速レバー15によって作業速範囲内での任意の変速操作が行われる。
また、モード切換スイッチ66により、移動モードに切り換えた時には、アクセル操作の変速が有効となり、アクセルペダル18の踏み込み操作によってエンジンの回転アップに伴うアクセル自動変速が行われる。
そして、更に、路上走行に際し、副変速レバー16の操作で副変速装置45を高速側に変速操作すると、この時の主変速位置が作業モードにあっても、モード切換スイッチ66を切替操作することなく、自動的に移動モードに移行し、アクセル開度とエンジン回転によるアクセル操作で最高速まで自動変速することができる。
また、前記移動モードから作業モードに切り換えの場合は、主変速レバー指定の作業速位置に自動変更されるので、つまり、作業モードへの切換時は、所定の作業速位置での変速となるので、圃場と圃場との間を高速移動した後、モードを作業モードに切り換えるだけで、移動前の圃場での所定作業速にてそのまま作業を続行することができる(図9)。
図10はトラクタフェンダ等に外部昇降スイッチ71u,71d(図3)を備えるものにおいて、キースイッチをオンの状態時にこれら外部昇降スイッチ71u,71dのいずれかがオンしている場合にはその作業機上昇又は下降のいずれの出力も行なわないよう構成するものである。キースイッチとともに特に下降出力が短絡していると急に作業機が下降することとなって危険であるが、上記のように構成するとエンジン始動後も外部昇降スイッチ71u,71dに不具合があっても作業機は昇降しないため安全である。なお、ステップ503で無効フラグをセットすることで、再度外部油圧スイッチの上げ、下げがともにオフを検出すると(ステップ507)、正常復帰とみなされて無効フラグをリセットすることで、再度ステップ504による上げ、下げ指令があればステップ509に至るようになっている。
ステップ507の判断がNOの場合には無効フラグを継続した状態のままとなって、ステップ506でYESの判定がなされ、ステップ509に行かないでリターンする。このように、無効フラグをたて所定の条件の元で無効フラグをリセットできるため、安全が確保できる。
図11の前記外部ユニット69において、記憶値表示部72と書込値表示部73及びテンキースイッチ等を配設しており、本機側コントローラ前記アクセルセンサ65の検出代表値をテンキーによって書き込むと書込値にその値が表示され「書込」スイッチ74を押すと記憶値が変更され、記憶値表示部72にその値が表示される。所定時間経過後からは記憶値表示部72は「変更有」の表示に代わる構成である(図11(B))。なお、工場出荷状態時制御基準値を入力するがその際は記憶値表示部72に「出荷値」の旨表示する(同(A))。
トラクタの側面図である。 動力伝達経路図である。 制御ブロック回路図である。 フローチャートである。 アクセル操作量−アクセルセンサ検出値一例を示すグラフである。 フローチャートである。 フローチャートである。 操作ボックスの操作パネル部の平面図である。 フローチャートである。 フローチャートである。 (A)(B)外部接続ユニットの表示一例を示す正面図である。
符号の説明
E エンジン
1 トラクタ
2 ミッションケース
4 前輪(走行装置)
5 後輪(走行装置)
18 アクセルペダル(アクセル手段)
44 主変速装置
45 副変速装置
55 エンジン制御コントローラ
64 エンジン回転センサ
65 アクセルセンサ
70 エンジン回転数指示コントローラ

Claims (2)

  1. 車体に搭載するエンジン(E)の動力を変速装置(44,45)を介して走行装置(4,5)に伝達すると共に、アクセル手段(18)の操作量を検出するアクセルセンサ(65)の当該検出値をエンジン回転数に換算してエンジン制御コントローラ(55)に出力するエンジン回転数指示コントローラ(70)に、該アクセルセンサ(65)の検出値(As)と予め設定してある基準値(As0)との比較に基づいてアクセル手段(18)の操作量に対するエンジン回転指示値を補正する補正手段を備える作業車両において、前記エンジン回転指示値の補正の有無を判定する手段を設け、補正無し判定時には、アイドル回転中のデフォルト基準値(Ad)をアクセル手段(18)の回転増加側における設定値に置換する置換手段を設けたことを特徴とする作業車両。
  2. 前記検出値(As)と基準値(As0)との比較に基づくエンジン回転指示値の補正の有無を判定する手段を設け、補正無し判定時には、エンジン回転数指示出力を固定値とする請求項1に記載の作業車両。
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