JP2010127206A - エンジン出力制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、エンジン制御を省エネモードにして最高回転数付近で使用している場合に、負荷の増大によってエンジン回転数が低下することが有っても省エネモードを解消すること無く、負荷の増大に耐えて走行或は作業が続行できるようにすることを課題とする。
【解決手段】エンジンＥの回転出力特性をノーマル出力モードＮよりも省燃費とした省エネ出力モードＳを設けると共に、適宜に省エネ出力モードＳに設定する省エネモード設定手段１４８を設け、この省エネ出力モードＳの出力特性は最高回転数手前で最高出力となり最高回転数では出力がやや低下する出力特性に設定して制御したことを特徴とするエンジン出力制御装置の構成とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、エンジンの出力に低燃費出力モードを設けたエンジン出力制御装置に関する。

建設機械では、燃料消費率を通常の消費率よりも低下させた低燃費モードで走行や作業が行えるようにしている。
例えば、特開２００７−２３１８４８号公報には、エンジンを低燃費モード仕様に切り換えることで燃費向上を図れるようにしたエンジン制御方法が記載されている。

また、特開２００４−７６６４９号公報には、各アタッチメントの操作に応じて、ノーマルモードと省エネモードとを最適な状態に自動で切換る建設機械の省エネ回路が記載されている。
特開２００７−２３１８４８号公報 特開２００４−７６６４９号公報

前記の従来技術における省エネモードは、エンジンへの燃料供給量を一定割合で低下させて制御している。この省エネモードでは最高回転数を超えると出力が急激に低下するために、最高回転数付近でエンジンを使用する場合にはノーマルモードに戻したりさらにノーマルモードよりも燃料供給を増やしたりして出力低下を防ぐことを行っている。

しかし、前記のエンジン出力調整は、最高回転数で使用することが多い場合には、省エネモードに設定して走行或は作業を行っても頻繁にノーマルモードに切り換わって燃料消費量が多くなって、省燃費が期待出来ない。

そこで、本発明は、エンジン制御を省エネモードにして最高回転数付近で使用している場合に、負荷の増大によってエンジン回転数が低下することが有っても省エネモードをノーマルモードに切り換えること無く、負荷の増大に耐えて走行或は作業が続行できるようにすること課題とする。

上記本発明の課題は、次の技術手段により解決される。
請求項１に記載の発明は、エンジン（Ｅ）の回転出力特性をノーマル出力モード（Ｎ）よりも省燃費とした省エネ出力モード（Ｓ）を設けると共に、適宜に省エネ出力モード（Ｓ）に設定する省エネモード設定手段（１４８）を設け、この省エネ出力モード（Ｓ）の出力特性は最高回転数手前で最高出力となり最高回転数では出力がやや低下する出力特性に設定して制御したことを特徴とするエンジン出力制御装置としたものである。

この構成で、省エネ出力モード（Ｓ）でエンジン（Ｅ）の回転数を最高回転数に設定して作業或は走行している場合に、負荷が増加して回転数が低下すると出力が増加して対応するので、走行速度や作業速度が一時的に低下するが、走行或は作業を継続できる。

請求項２に記載の発明は、前記ノーマル出力モード（Ｎ）及び省エネ出力モード（Ｓ）の選択状態を、報知手段（１１７）で報知するように構成したことを特徴とする請求項１に記載のエンジン出力制御装置としたものである。

この構成で、報知手段（１１７）にはノーマル出力モード（Ｎ）及び省エネ出力モード（Ｓ）の現在の選択状況が報知される。

請求項１記載の発明によれば、エンジンを最高回転数に設定して省エネ出力モード（Ｓ）で走行或は作業を行っていて負荷の増加が有れば、走行速度或は作業速度が低下するも出力が増加して走行或は作業を継続できるので、ノーマル出力に切り換えることなく、省エネモードを継続できる。

請求項２記載の発明のよれば、報知手段（１１７）にはノーマル出力モード（Ｎ）及び省エネ出力モード（Ｓ）の現在の選択状況が報知されるので、エンジンの負荷や現在の回転数に応じて、省エネモード設定手段（１４８）を操作することで速やかに適切なモードへの変更が可能となる。

本発明を実施するための最良の形態を説明する。
図１は、蓄圧式燃料噴射装置の全体構成図である。蓄圧式燃料噴射装置は、例えば、多気筒ディーゼル機関に適用されるものであるが、ガソリン機関でもよい。そして、蓄圧式燃料噴射装置は、燃料を適宜に制御する噴射圧力に蓄圧するコモンレール１と、このコモンレール１に取り付けられるレール圧センサ２と、燃料タンク３より汲み上げた燃料を加圧してコモンレール１に圧送する燃料高圧ポンプ４と、コモンレール１に蓄圧された高圧燃料をエンジンＥのシリンダ５内に噴射する高圧インジェクタ６と、前記燃料高圧ポンプ４と高圧インジェクタ６等の動作を制御する制御装置(エンジンＥＣＵ１２)等から構成される。

このように、コモンレール１は、エンジンＥの各シリンダ５へ噴射する燃料を、要求された出力に必要な圧力とするものである。
前記燃料タンク３内の燃料は吸入通路により燃料フィルタ７を介してエンジンＥで駆動される燃料高圧ポンプ４に吸入され、この燃料高圧ポンプ４によって加圧された高圧燃料は吐出通路８によりコモンレール１に導かれて蓄えられる。

コモンレール１内の高圧燃料は各高圧燃料供給通路９により気筒数分の高圧インジェクタ６に供給され、エンジンＥＣＵ１２からの指令に基づき、高圧インジェクタ６が作動して、高圧燃料がエンジンＥの各シルンダ５室内に噴射供給され、各高圧インジェクタ６での余剰燃料(リターン燃料)は各リターン通路１０により共通のリターン通路１０ａへ導かれ、このリターン通路１０ａによって燃料タンク３へ戻される。

また、コモンレール１内の燃料圧力(コモンレール圧)を制御するため燃料高圧ポンプ４に圧力制御弁１１が設けられており、この圧力制御弁１１はエンジンＥＣＵ１２からのデューティ信号によって、燃料高圧ポンプ４から燃料タンク３への余剰燃料のリターン通路１０ａの流路面積を調整するものであり、これによりコモンレール１側への燃料供給量を調整してコモンレール圧を制御することができる。

具体的には、エンジンＥの運転条件に応じて目標コモンレール圧を設定し、レール圧センサ２により検出されるコモンレール圧が目標コモンレール圧と一致するよう、圧力制御弁１１を介してコモンレール圧をフィードバック制御する構成としている。

農作業機におけるコモンレール１を有するディーゼルエンジンＥのエンジンＥＣＵ１２は、図２に示すように、回転数と出力トルクの関係において走行モードＡと通常作業モードＢ及び重作業モードＣの三種類の制御モードを有する構成としている。

走行モードＡは、エンジン回転数の変動で出力も変動するドループ制御である。農作業を行わず移動走行する場合に使用するものである。例えば、ブレーキを掛けて走行速度を減速したり停止したりすると、この走行負荷の増大に伴ってエンジン回転数が低下するため走行速度の減速や停止を安全に行うことができるものである。

通常作業モードＢは、負荷が変動してもエンジン回転数が一定で出力を負荷に応じて変更するアイソクロナス制御である。通常の農作業を行う場合に使用するものである。例えば、トラクタであれば耕転作業時に耕地が固く耕転刃に抵抗が掛かるときであり、コンバインであれば収穫作業時に収穫物が多く負荷が増大したときでも、出力が変動して回転数を維持するときである。

重作業モードＣは、通常作業モードＢと同様に負荷が変動してもエンジン回転数一定で出力を負荷に応じて変更するアイソクロナス制御に加え、負荷限界近くになると回転数を上昇させて出力を上げる重負荷制御を加えた制御である。特に、負荷限界近くで農作業を行う場合に使用するものである。例えば、トラクタで耕転作業を行っている際に、特に、固い耕地に遭遇してもエンジン出力が通常の限界を越えて増大するので作業を中断することがなく、効率の良い作業が可能となる。

これらの走行モードＡと通常作業モードＢ及び重作業モードＣは、各走行モードＡと通常作業モードＢ及び重作業モードＣを切り替え可能なモード切換スイッチ１４８（図６）の操作、又は農作業車(トラクタ、コンバイン、田植機等)の走行変速レバーの変速操作、又は作業クラッチ(トラクタであればロータリであり、コンバインであれば刈取部や脱穀部である)の入り切り操作等によって切り替わるように構成する。

ディーゼルエンジンＥでは、メイン噴射に先立って少量の燃料をパルス的に噴射するパイロット噴射を行うことにより、着火遅れを短縮してディーゼルエンジンＥ特有のノック音を低減し、騒音を低減することが可能な構成としている。

このパイロット噴射は、メイン噴射の前に１回又は２回に限定して行われるものであったが、前記コモンレール１の蓄圧式燃料噴射装置を用いることで、エンジンＥの状況に応じてパイロット噴射の状態を変化させ、騒音の低減や不完全燃焼による白煙又は黒煙の発生を抑制できるようになる。また、メイン噴射に先立って少量の燃料をパルス的に噴射するパイロット噴射を行うことにより、排ガス中の窒素酸化物の量が減少するようになる。

また、前記のモード切換スイッチ１４８とは別にエンジンパワー選択スイッチ１３４を設け、ノーマル出力モードＮと省エネ出力モードＳに変更出来るようにしている。
図３は、エンジンＥの出力特性を表わす回転数と出力の関係図である。

省エネ出力モードＳは、ノーマル出力モードＮの燃料消費率よりも燃料供給量を９０％程度に低下させた制御で、この省エネ出力モードＳは全回転域で出力がノーマル出力モードＮよりも出力が１割程度低下するが、最高回転数（２６００ｒｐｍ）の手前（２２００ｒｐｍ）で最高出力となるように燃料供給率を制御している。

この省エネ出力モードＳでの出力軸のトルクは、１４００ｒｐｍ付近で、ノーマル出力モードＮでの出力軸のトルクは、１７００ｒｐｍ付近である。
省エネ出力モードＳでエンジンＥを使用するには、エンジンパワー選択スイッチ１３４を省エネに設定するのであるが、ＰＴＯ出力軸の負荷率を検出し、常時ノーマル出力モードＮの最高出力の６０％程度で作業或は走行している場合には、自動的に省エネ出力モードＳに切換るようにしても良い。

また、走行変速レバーを路上走行位置（高変速位置で高速走行をする位置）にするか、ノーマル出力モードＮで一定時間（１０分程度）走行すると、と省エネ出力モードＳに切換るようにしても良い。なお、一旦省エネ出力モードＳに切り換えると出力不足で走行速度が一度や二度低下してもノーマル出力モードＮには戻さないで、省エネで走行していることを運転者に認識させるようにしても良い。しかし、度々出力不足が生じる場合には、自動的にノーマル出力モードＮに戻すようにする。

さらには、運転条件に応じた負荷状態をデータとして蓄えておき、何度か同じ運転条件を繰り返すと、ノーマル出力モードＮや省エネ出力モードＳとは違う出力モードで、蓄えた負荷データを少しオーバーする程度の出力特性となる燃料供給率でエンジンＥを制御するようにしても良い。

図４には、本発明を実施した作業機としてトラクタ１５を示している。
トラクタ１５は、機体前部のボンネット内にエンジン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１６内の変速装置に伝え、この変速装置で減速された回転動力を前輪１７と後輪１８とに伝えるようにしている。機体上の操縦席２２の周りはキャビン１９で覆われている。キャビン１９の内部で操縦席２２の前側にはステアリングハンドル２０を立設し、その周りに前後進レバーや駐車ブレーキレバーやＰＴＯ変速レバー等を配置している。このエンジンＥは、前記のコモンレール式のディーゼルエンジンである。

左右の後輪５の間にはヒッチ２１を設けてロータリ等の作業機を装着するようにしている。
図５は、駆動力の伝動機構を示す線図で、エンジンＥから前輪１７と後輪１８への動力伝動構成を説明する。

エンジンＥの出力軸に直結した入力軸２５には、第一ギヤ２６を固着し、前後進切換クラッチ２７を装着している。
前後進切換クラッチ２７の一方の第二ギヤ２８は第一変速軸２９に固着した第三ギヤ３０に噛み合って減速し、前後進切換クラッチ２７の他方の第四ギヤ３１はカウンタギヤ３２を介して第一変速軸２９に固着した第五ギヤ３３に噛み合って逆転で動力を伝動している。すなわち、前後進切換クラッチ２７を第二ギヤ２８側に入れる（繋ぐ）と入力軸２５の回転が逆方向回転で第一変速軸２９に伝動され、第四ギヤ３１側に入れると入力軸２５の回転が順方向回転で第一変速軸２９に伝動され、第二ギヤ２８と第四ギヤ３１の両方から離れたニュートラル状態が動力伝動を断ったメインクラッチ切状態で、油圧バルブの制御によってこのメインクラッチ切状態を保持出来るようにしている。すなわち、自動制御或は前後進レバーによって作動する前後進切換クラッチ２７がメインクラッチとして機能している。

前記第一変速軸２９には前後進切換クラッチ２７の伝動下手側に、一速／三速切換用第一変速クラッチ３４と二速／四速切換用第二変速クラッチ３５を装着している。
一速／三速切換用第一変速クラッチ３４の第一クラッチギヤ３６と第二クラッチギヤ３７は第二カウンタ軸３８に固着した第三クラッチギヤ３９と第四クラッチギヤ４０に噛み合い、一速用に減速したり三速用に少し増速したりして第一変速軸２９の回転を第二カウンタ軸３８に伝動している。さらに、二速／四速切換用第二変速クラッチ３５の第五クラッチギヤ４１と第六クラッチギヤ４２は第二カウンタ軸３８に固着した第七クラッチギヤ４３と第八クラッチギヤ４４に噛み合い、二速用に少し増速したり四速用に大きく増速したりして第一変速軸２９の回転を第二カウンタ軸３８に伝動している。

第二カウンタ軸３８の伝動下手側に第三カウンタ軸４５をカップリング４６で連結して回転をそのままで伝動している。この第三カウンタ軸４５には小ギヤ４７と大ギヤ４８を固着している。この小ギヤ４７と大ギヤ４８は第二変速軸４９に装着した高・低速切換クラッチ５０のクラッチ大ギヤ５１とクラッチ小ギヤ５２にそれぞれ噛み合い、第三カウンタ軸４５の回転を高速或いは低速で第二変速軸４９に伝動している。

第二変速軸４９の伝動下手側端部に第六ギヤ５３を固着し、この第六ギヤ５３と第三駆動軸５４に回動可能に軸支した大小ギヤ５５の大ギヤ部５６を噛み合わせて減速伝動している。

大小ギヤ５５の小ギヤ部５７は、ベベルギヤ軸５８に軸支した二連副変速クラッチ５９の第七ギヤ６０に噛み合わせて減速伝動している。さらに、第七ギヤ６０と一体に設けた第八ギヤ６１を第五カウンタ軸６２に固着した第二大ギヤ６３に噛み合わせて減速伝動している。

第五カウンタ軸６２にはさらに第二小ギヤ６４が固着され、この第二小ギヤ６４がベベルギヤ軸５８の第三大ギヤ６５と噛み合ってさらに減速伝動されている。従って、第二変速軸４９の回転は第六ギヤ５３→大ギヤ部５６→小ギヤ部５７→第七ギヤ６０→第八ギヤ６１→第二大ギヤ６３→第二小ギヤ６４→第三大ギヤ６５と順次減速されながら伝動されていく。

副変速レバーで操作される二連副変速クラッチ５９の第一シフター６６と第二シフター６７はベベルギヤ軸５８へ軸方向にスライド可能に係合していて、第一シフター６６を第七ギヤ６０側へスライドして係合すると第七ギヤ６０の回転がベベルギヤ軸５８に伝わり、第二シフター６７が第八ギヤ６１側へスライドして係合すると第八ギヤ６１の回転がベベルギヤ軸５８に伝わって、順次減速されてベベルギヤ軸５８が低速で回転することになる。

ベベルギヤ軸５８の回転は第一ベベルギヤ６８と第二ベベルギヤ６９を経てデフギヤ７０に伝動され、デフギヤ７０から車軸７１と遊星ギヤ７２を経て後輪１８へ伝動される。
以上の説明を要約すると、入力軸２５の回転は、まず前後進切換クラッチ２７で正転或いは逆転に切り替えられ、一速／三速切換用第一変速クラッチ３４と二速／四速切換用第二変速クラッチ３５で一速から四速まで４段に変速され、高・低速切換クラッチ５０で高速と低速の２段に変速され、さらに二連副変速クラッチ５９で高・中・低速の３段に変速されて、ベベルギヤ軸５８に伝動される。すなわち、入力軸２５の回転が４×２×３＝２４段に変速されて車軸７１へ伝動されるのである。

前輪１７への駆動力伝動は、ベベルギヤ軸５８に第九ギヤ７４を固着し、この第九ギヤ７４を中継ギヤ７５に噛み合わせさらに第三駆動軸７６に固着した第十ギヤ７７に噛み合わせて第三駆動軸７６を駆動する。第三駆動軸７６を第二カップリング７８で前輪増速クラッチ７９を装着した変速軸８０に連結している。前輪増速クラッチ７９の第十一ギヤ８１と第十二ギヤ８２は第七カウンタ軸８３に固着した第十三ギヤ８４と第十四ギヤ８５に噛み合わせて、通常の前輪駆動から前輪増速に切り替えるようにしている。なお、前輪増速クラッチ７９を中立にすると、前輪１７の駆動が断たれて後輪のみの駆動になる。

第七カウンタ軸８３は第三カップリング８６で前輪駆動軸８７に連結し、さらに、第四カップリング８８と延長軸８９及び第五カップリング９０で前輪駆動ベベル軸９１に連結している。

前輪駆動ベベル軸９１の動力は、前第一ベベルギヤ９２、前第二ベベルギヤ９３、前デフギヤ９４、前デフギヤ軸９５、前第三ベベルギヤ９６、前第四ベベルギヤ９７、垂直軸９８、前第五ベベルギヤ９９、前第六ベベルギヤ１００、前遊星ギヤ１０１を経て前輪１７を駆動している。

次に、図６の制御ブロック図で、制御信号の流れを説明する。
まず、エンジンＥＣＵ１２には、エンジン排気温度センサ１０６から排気の温度が入り、エンジン回転センサ１０７からエンジン回転数が入り、エンジンオイル圧力センサ１０８からエンジン潤滑オイルの圧力が入り、エンジン水温センサ１０９から冷却水の温度が入り、レール圧センサ２からコモンレール１の圧力が入り、燃料高圧ポンプ４に駆動信号が出力され、高圧インジェクタ６に燃料供給調整制御信号が出力される。

次に、作業機昇降制御装置１１０には、作業機昇降レバーに設けるポジションコントロールセンサ１１１の操作信号とリフトアームセンサ１１２の昇降信号と上げ位置規制ダイアル１１３の上げ位置規制信号と下げ速度調整ダイアル１１４の降下速度設定信号がそれぞれ入力し、メイン上昇ソレノイド１１５とメイン下降ソレノイド１１６に作業機昇降信号が出力し作業機昇降シリンダを作動する。

前記エンジンＥＣＵ６０と作業機昇降制御装置１１０及び後述する走行制御装置１２０は制御信号が交信されて、メータパネル１１７にエンジンＥがノーマル出力モードＮであるか省エネ出力モードＳであるかの状態や作業機の昇降状態や走行装置の走行速度等が表示され、操作パネル１１８に各レバーやペダルの操作位置等が表示される。

走行制御装置１２０は、変速１クラッチ圧力センサ１２１と変速２クラッチ圧力センサ１２２と変速３クラッチ圧力センサ１２３と変速４クラッチ圧力センサ１２４からクラッチ入信号即ち多段ギヤ変速装置の変速段が入力し、高速クラッチ圧力センサ１２５と低速クラッチ圧力センサ１２６からサブクラッチの変速位置が入力し、前進クラッチ圧力センサ１２７と後進クラッチ圧力センサ１２８からメインクラッチの前進・中立・後進が入力し、前後進レバー操作位置センサ１２９と副変速レバー操作位置センサ１３０から変速操作位置信号が入力し、車速センサ１３１から走行速度が入力し、ミッションオイル油温センサ１３２からミッションオイルの温度が入力し、クラッチペダル操作位置センサ１３３からクラッチペダルの踏込み信号が入力し、エンジンパワー選択スイッチ１３４からエンジン制御モードが入力し、モード切換スイッチ１４８からノーマル出力モードＮと省エネ出力モードＳの選択信号が入力する。

さらに、アクセル変速設定スイッチ１４４からモード切換信号が入力し、主変速増減速操作スイッチ１４５の操作信号が入力し、アクセルセンサ１４６からアクセル操作信号が入力し、アクセル微調整レバー１４７のアクセル調整信号が入力する。

走行制御装置１２０からの出力は、前後進切換ソレノイド１３５に前後進切換クラッチの切換信号が出力し、リニア昇圧ソレノイド１３６に前後進切換ソレノイドを駆動する油圧のリリーフ圧調整信号が出力してクラッチ接続のショックを低減し、クラッチソレノイド１３７に入・切信号が出力する。

さらに、一速／三速切換用第一変速クラッチを駆動する油圧シリンダの変速１−３切換ソレノイド１３８に一速或いは三速の入信号が出力し、変速１−３昇圧ソレノイド１３９に一速／三速クラッチを駆動する油圧のリリーフ圧調整信号が出力してクラッチ接続のショックを低減し、二速／四速切換用第二変速クラッチを駆動する油圧シリンダの変速２−４切換ソレノイド１４０に二速或いは四速の入信号が出力し、変速２−４昇圧ソレノイド１４１に二速／四速クラッチを駆動する油圧のリリーフ圧調整信号が出力してクラッチ接続のショックを低減し、高・低速切換クラッチを駆動する油圧シリンダを作動する高速クラッチ切換ソレノイド１４２と低速クラッチ切換ソレノイド１４３に高速クラッチの入信号及び低速クラッチの入信号が出力する。

コモンレールエンジンの説明模式図である。 エンジン制御モードと対比図である。 ノーマル出力モードと省エネ出力モードの出力特性図である。 トラクタの全体側面図である。 ミッションケースの動力伝動線図である。 制御のブロック図である。

符号の説明

Ｅ エンジン
Ｎ ノーマル出力モード
Ｓ 省エネ出力モード
１１７ 報知手段（メータパネル）
１４８ 省エネモード設定手段（モード切換スイッチ）

Claims (2)

1. エンジン（Ｅ）の回転出力特性をノーマル出力モード（Ｎ）よりも省燃費とした省エネ出力モード（Ｓ）を設けると共に、適宜に省エネ出力モード（Ｓ）に設定する省エネモード設定手段（１４８）を設け、この省エネ出力モード（Ｓ）の出力特性は最高回転数手前で最高出力となり最高回転数では出力がやや低下する出力特性に設定して制御したことを特徴とするエンジン出力制御装置。
2. 前記ノーマル出力モード（Ｎ）及び省エネ出力モード（Ｓ）の選択状態を、報知手段（１１７）で報知するように構成したことを特徴とする請求項１に記載のエンジン出力制御装置。

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