JP2011012562A

JP2011012562A - 作業車両

Info

Publication number: JP2011012562A
Application number: JP2009155302A
Authority: JP
Inventors: Yoshinao Okubo; 善直大久保; Masaaki Suga; 公明菅; Toru Shinomiya; 徹四之宮; Hiroshige Eguchi; 裕滋江口; Susumu Ueda; 晋上田; Shinji Okubo; 真司大久保; Kenji Adachi; 憲司足立; Naoto Takezaki; 直人竹崎; Hiroshi Morimoto; 宏森本
Original assignee: Iseki and Co Ltd; Iseki Agricultural Machinery Mfg Co Ltd
Current assignee: Iseki and Co Ltd; Iseki Agricultural Machinery Mfg Co Ltd
Priority date: 2009-06-30
Filing date: 2009-06-30
Publication date: 2011-01-20

Abstract

【課題】作業機の状態でエンジンの出力を標準モード又は省エネモードに切り換えるもので、精度良く低燃費モードから標準モードへの切り換えを行うことを課題とする。
【解決手段】コモンレール１を備えたエンジンＥと該エンジンＥの制御を行うＥＣＵ１００、及び作業機２１を搭載した作業車両において、ＥＣＵ１００内にはエンジン回転数とトルクとの関係を示す性能曲線を少なくとも負荷率が大きいときに使用する高トルクラインＬ１と低燃費時に使用する低燃費ラインＬ２とから構成し、低燃費ラインＬ２を選択してアイソクロナス制御で作業中において、エンジン負荷率が所定値以上の値を越えると共に、エンジン回転数が目標回転数よりも所定回転数以上低い場合は、自動的に高トルクラインＬ１に移行するように構成したことを特徴とする作業車両の構成とする。
【選択図】図５

Description

この発明は、機体に作業機を装着して作業を行う作業車両に関する。

従来から機体に装着している作業機の状態を判定して、エンジンの出力を標準モード又は省エネモードに切り換える構成は公知である（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００４−７６６４９号公報

前述の公知技術は、作業機の状態でエンジンの出力を標準モード又は省エネモードに切り換える構成であるので、作業機の状態が負荷がかかるものとして標準モードにしていても、実際には負荷が作用せずに燃料消費を無駄にしてしまうことがある。また、作業機の状態が負荷がかからないものとして省エネモードにしていても、実際に大きな負荷が作用してしまうとエンジン停止という事態が生じてしまう。

本発明の課題は、前述のような不具合を解消することである。

本発明の上記課題は次の構成によって達成される。
すなわち、請求項１記載の発明では、コモンレール（１）を備えたエンジン（Ｅ）と該エンジン（Ｅ）の制御を行うＥＣＵ（１００）、及び作業機（２１）を搭載した作業車両において、ＥＣＵ（１００）内にはエンジン回転数とトルクとの関係を示す性能曲線を少なくとも負荷率が大きいときに使用する高トルクライン（Ｌ１）と低燃費時に使用する低燃費ライン（Ｌ２）とから構成し、低燃費ライン（Ｌ２）を選択してアイソクロナス制御で作業中において、エンジン負荷率が所定値以上の値を越えると共に、エンジン回転数が目標回転数よりも所定回転数以上低い場合は、自動的に高トルクライン（Ｌ１）に移行するように構成したことを特徴とする作業車両としたものである。

低燃費ライン（Ｌ２）を選択してアイソクロナス制御で作業中において、エンジン負荷率が所定値以上の値を越えると共に、エンジン回転数が目標回転数よりも所定回転数以上低い場合は、自動的に高トルクライン（Ｌ１）に移行する。

請求項２に記載の発明では、前記高トルクライン（Ｌ１）に移行後、エンジン負荷率が所定値以下になると共に、エンジン回転数における目標回転数と実回転数との差が所定範囲内になると、自動的に低燃費ライン（Ｌ２）に移行するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の作業車両としたものである。

高トルクライン（Ｌ１）に移行後、エンジン負荷率が所定値以下になると共に、エンジン回転数における目標回転数と実回転数との差が所定範囲内になると、自動的に低燃費ライン（Ｌ２）に移行する。

請求項１記載の発明においては、負荷率に加えて、実際のエンジン回転数と目標回転数とのズレを監視することによって、急激に負荷が作用しようとしていることをいち早く判断することができるようになり、低燃費モード（Ｌ２）で作業運転しているときに自動的に高トルクカーブ（Ｌ１）に移行することで、エンジン回転ドロップを防止できるようになる。

請求項２記載の発明においては、請求項１の効果に加えて、負荷が作用しようとする場合でない場合は、再び自動的に低燃費モード（Ｌ２）に移行することで、燃料消費を抑制することが可能となる。

蓄圧式燃料噴射装置の全体構成図制御モードによるエンジン回転数と出力トルクの関係を示す線図トラクターの左側面図トラクターの平面図（ａ）エンジン回転数と出力トルクの関係を示す線図（ｂ）エンジン回転数と出力トルクの関係を示す線図エンジン回転数と始動時の燃料消費量との関係を示す図エンジン回転数とブースト圧との関係を示す線図（ａ）コモンレールとリリーフ弁（ｂ）エンジン回転数とリリーフ圧との関係を示す図水温と最大噴射量制限の関係図動力伝達模式図

本発明を実施するための形態を説明する。
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、噴射圧力に相当する高圧燃料を蓄圧するコモンレール１と、このコモンレール１に取り付けられる圧力センサ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のシリンダー５内に噴射する燃料噴射ノズル６と、前記高圧ポンプ４と燃料噴射ノズル６等の動作を制御する制御装置（ＥＣＵ）等から構成される。ＥＣＵとは、エンジンコントロールユニットの略称である。

このように、コモンレール１はエンジンＥの各シリンダー５へ燃料を噴射するものであり、燃料供給を要求された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で駆動される高圧ポンプ４に吸入され、この高圧ポンプ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により気筒数分の燃料噴射ノズル６に供給され、ＥＣＵ１００からの指令に基づき、各シリンダーに燃料噴射ノズル６が作動して、高圧燃料がエンジンＥの各シルンダー５室内に噴射供給され、各燃料噴射ノズル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１０へ導かれ、このリターン通路１０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ＥＣＵ１００からのデューティ信号によって、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１０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側への燃料吐出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、レール圧力センサ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。

作業車（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ＥＣＵ１００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、トラクターであれば耕耘作業時に耕地が固く耕耘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、トラクターで耕耘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。

これらの作業モードＡ，Ｂ，Ｃは、各作業モードＡ，Ｂ，Ｃを切り替え可能な作業モード切替スイッチの操作、又は農作業車（トラクター、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（トラクターであればロータリであり、コンバインであれば刈取部、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。

図３は、前述のようなコモンレール１を有するディーゼルエンジンを搭載したトラクターの側面図を示し、図４はその平面図を示している。平面図においては、図３に示すキャビン１４を省いた状態を示している。

トラクターは、機体の前後部に前輪１２、１２と後輪１３、１３を備え、機体の前部に搭載したエンジンＥの回転動力をトランスミッションケース３５内の変速装置によって適宜減速して、これら前輪１２、１２と後輪１３、１３に伝えるように構成している。

機体中央であってキャビン１４内のハンドルポスト１５にはステアリングハンドル１６が支持され、その後方にはシート１７が設けられている。ステアリングハンドル１６の下方には、機体の進行方向を前後方向に切り換える前後進レバー１８が設けられている。この前後進レバー１８を前側に移動させると機体は前進し、後方へ移動させると後進する構成である。

また、ハンドルポスト１５を挟んで前後進レバー１８の反対側にはエンジン回転数を調節するアクセルレバー２５が設けられ、またステップフロア１９の右コーナー部には、同様にエンジン回転数を調節するアクセルペダル２３と、左右の後輪１３、１３にブレーキを作動させる左右のブレーキペダル２４Ｌ、２４Ｒが設けられている。ステップフロア１９の左コーナー部にはクラッチペダル２０が設けられている構成である。

また、主変速レバー２６はシート１７の左前方部にあり、低速、中速、高速及び中立のいずれかの位置を選択できる副変速レバー２７はその後方にあり、さらにその右側にＰＴＯ変速レバー２８を設けている。さらに、シート１７の右側には作業機２１（ロータリ等）の高さを設定するポジションレバー２９と圃場の耕耘深さを自動的に設定する自動耕深レバー３０、これらのレバーの後に作業機２１の右上げスイッチ３１と右下げスイッチ３２が配置され、さらにその後に作業機２１の自動水平スイッチ３３とバックアップスイッチ３４が配置されている。バックアップスイッチ３４は、機体が後進時において、作業機２１を自動的に上昇させるものである。作業機２１は、機体の後方にリンク２２で連結されている構成である。トラクターは作業機２１を駆動させて機体を走行させることで、圃場内の耕耘等の作業を行なうものである。２１ａは作業機２１を昇降する油圧シリンダである。

図１に示しているＥＣＵ１００には本機側の制御装置２００が接続している。この制御装置２００には、圃場の耕耘深さを自動的に設定する耕深設定手段（自動耕深レバー）３０、耕深設定手段３０の機能を入り状態とする自動耕深スイッチ３０ａ、耕深優先又は車速優先のいずれか一方を選択する選択スイッチ（３０ｂ）、及びモニター（Ｍ）が接続している。また、図４にはこれらの配置位置が示されている。

そして、前記自動耕深スイッチ３０ａが入り状態のときに前記選択スイッチ３０ｂにより耕深優先又は車速優先のいずれか一方が選択された状態で作業機２１を駆動して作業走行が開始されると、ＥＣＵ１００はエンジンの負荷率を検出して本機側の制御装置２００に送信し、制御装置２００は耕深を維持するための車速、又は車速を維持するための耕深を算出してモニターＭに表示する構成としている。エンジンの負荷状態は、燃料の噴射状態とエンジン回転数センサＥ１から検出する構成としているが、その他の手段でもよい。

これにより、耕深を維持するための適正な車速、又は車速を維持するための適正な耕深がモニターＭに表示されるので、エンジンＥに負担を増すことなく良好な作業が可能となる。また、燃料の過剰な消費を抑制可能となる。特に、エンジンにはコモンレール１を搭載しているので、適正な車速を維持するための燃料噴射制御が精度良く行われるようになり、燃費も改善される。

また、自動耕深スイッチ３０ａが切り状態のときには、エンジンＥの負荷状態をモニターＭに表示する構成としている。これにより、自動耕深スイッチ３０ａが切り状態のときには、エンジンＥの負荷状態をモニターＭに表示するので、作業者はエンジンＥの負荷状態を容易に確認することができ、状況によっては自動耕深スイッチ３０ａと選択スイッチ３０ｂを入り状態として、耕深を維持するための適正な車速、又は車速を維持するための適正な耕深を速やかに把握可能となる。

図５はエンジン回転数とトルクとの関係を示す性能カーブを示している。（ａ）のラインＬ１のモードは負荷率大の場合の高トルクカーブであり、（ｂ）のラインＬ２のモードは通常作業用の噴射タイミングを進角させた低燃費カーブである。

そして、アイソクロナス制御で、前記ラインＬ２の低燃費モードを選択して作業を行っている場合、エンジン負荷率が略９０％を越えると共に、エンジン回転数が目標回転数よりも約４０ｒｐｍ低い場合は、負荷大になることが予想されるために、自動的にラインＬ１の高トルクカーブに移行する構成とする。

このように、負荷率に加えて、実際のエンジン回転数と目標回転数とのズレを監視することによって、急激に負荷が作用しようとしていることをいち早く判断することができるようになり、低燃費モードＬ２で作業運転しているときに自動的に高トルクカーブＬ１に移行することで、エンジン回転ドロップを防止できるようになる。また、急激に負荷が作用しようとする場合でない場合は、低燃費モードＬ２を選択することで、燃料消費を抑制することが可能となる。

前述したように、農業機械であるトラクタにおいては、アクセルレバー２５とアクセルペダル２３の両方を設けている。アクセルレバー２５は操作した位置を保持可能であり、アクセルペダル２３は自動車と同じように操作した位置から足を離すと、元の位置に戻る構成である。

そして、アクセルレバー２５での開度指示に対してはアイソクロナス制御とし、アクセルペダル２３での開度指示に対しては、オールスピード制御でガバナ制御を行う構成とする。これにより、操作性が向上するようになる。

また、図６のグラフに示すように、エンジン始動時において、燃料噴射量を水温に応じて変化させる構成とする。ラインＬ３はクランキング開始時のエンジン回転数と燃料噴射量との関係を示している。そして、Ｐ点が初爆の位置であり、この初爆後の燃料噴射量を水温に応じて変える構成とする。ラインＬ４は標準であり、ラインＬ５が低温時（約−２０度Ｃ）、ラインＬ６が高温時（約６０度Ｃ）である。これにより、クランキング始めの燃料が火付けの妨げにならず、その後の吹き上がり過程では、低温時にはエンジン回転が上昇しやすくなり、高温時ではスモークの発生を抑えることができるようになる。

また、スモーク低減方法として、燃料噴射量のリミット値を設け、このリミット値をある一定時間維持した場合にリミット値をランプで上昇させることとすることで、ブースト圧センサによる制御をさせることなくスモークを低減させることができるようになる。また、ブースト圧センサを使用している場合では、センサ故障時のバックアップとして使用できる。

コモンレールを搭載しているエンジンにおいては、パイロット噴射を行って排気ガスの汚染物質の低下、騒音低下を行う。そして、ブースト圧により、あらかじめ許容噴射間隔を設定しておいて、過渡時などブースト圧が上がっていない時は、噴射間隔を拡げない制御を行い、ＨＣやＣＯなどの排出を抑制するように構成する。また、過渡時などブースト圧が上がっていない時は、パイロット噴射間隔を狭くすることにより、黒煙の発生を抑制可能となる。

また、ブースト圧による最低噴射タイミング（メイン）をあらかじめ設定しておき、ブースト圧が上がっていない時は、たとえベースマップがリタードされても、最低噴射タイミングで制御することにより、低温時などの失火を防止できるようになる。

また、吸気温度センサが故障したときに、エンジン回転とブースト圧によって決められるバックアップ値ベースマップに、水温によって決まる補正値を加減算させることで、精度の良い吸気温度バックアップ値を決定可能となる。このような制御を行うことで、吸気温度センサ故障時にも精度のよいバックアップ値によって運転することができ、触媒などの後処理装置に影響を与えないようにすることができるようになる。また、最初からこのような制御を行うことで、吸気温度センサを廃止できる。

図７（ａ）はエンジン回転数とブースト圧との関係を示している。このようなマップをＥＣＵに備えておくことで、スモークを抑制する。この図７（ａ）に対して、（ｃ）のように、燃料温度の要因を追加して（ｂ）のような補正マップを使用する構成とする。これにより、低温時のアイドリング安定性、及びアクセルレンスポンスを向上させることができるようになる。

図８（ａ）は、コモンレール１に２個のリリーフ弁３７、３８を設ける構成である。そして、（ｂ）に示すように、レール圧センサ故障時の圧力制御においては、運転条件により燃料圧力を複数段に制御する構成とする。具体的には、レーツ圧センサが故障時には、ＥＣＵは高圧ポンプに対して最大圧送の指示を出し、リリーフ弁を開弁させることで２次圧（固定値）に制御する。そして、エンジン回転が低速時には、リリーフ弁３７により低圧２次圧に制御し、エンジン回転が高速時には、リリーフ弁３８により高圧２次圧にて制御する構成とする。これにより、騒音や黒煙の発生を抑制可能となる。エンジン回転数に替えてアクセル開度や負荷率でもよい。

次に、図９について説明する。
電子制御エンジンでは、通常水温が低い場合は噴射タイミングを進角させることで始動性を向上して失火を防止している。また、水温センサが故障した際も、バックアップ値に切り替えて始動性を向上して失火を防止している。しかし、常温時では必要のない補正がかかってしまい、噴射タイミングの補正は、特にエンジン出力過大を引き起こし、エンジンにダメージを与えることがあった。

そこで、図９に示すように、水温に応じてフルトルク（最大噴射量）にファクターをかけることで、常温時の出力過大によるエンジンダメージを防止すると共に、低温時の始動性向上を両立させることが可能となる。

また、水温センサが故障した場合、通常バックアップ値に切り替えて運転されるが、始動時では低温始動性を考慮してマイナス１０度Ｃからマイナス２０度Ｃの値がイニシャルとして設定され、時間の経過と共にランプで上昇させる制御が行われる。この場合では、常温始動でも同じような制御が行われるので、噴射タイミング進角などといった必要のない噴射制御がかかってしまい、直ぐに負荷運転を始めてしまうと出力が過大に出てしまっていた。

そこで、実際の水温の値と近い値であろう吸気温度の値から、水温バックアップ値を補正することで、水温センサ故障時でも、適正な噴射条件でエンジンを運転することができるようになる。また、始動直後の出力過大の問題も回避可能となる。

次に、フライホイールを用いたアシスト装置について説明する。
図１０に示すように、軽負荷時においては、ミッション３９の動力を同じミッション３９内に設けているフライホイール（エネルギ保持装置）４１で保持する構成とする。フライホイール（エネルギ保持装置）４１に動力を保持するときは、クラッチ４２を接続し、重負荷時に作業機４０のアシストを行うときは、ＣＶＴ４３でアシストするように構成する。このＣＶＴ４３の代わりにクラッチにしてもよい。また、コンバイン等においては、穀粒排出装置の駆動に用いるようにしてもよい。

トラクターやコンバイン等の農作業機を始め一般車両にも利用可能である。

１コモンレール
２１作業機
１００ＥＣＵ
Ｅエンジン
Ｌ１高トルクライン
Ｌ２低燃費ライン

Claims

コモンレール（１）を備えたエンジン（Ｅ）と該エンジン（Ｅ）の制御を行うＥＣＵ（１００）、及び作業機（２１）を搭載した作業車両において、ＥＣＵ（１００）内にはエンジン回転数とトルクとの関係を示す性能曲線を少なくとも負荷率が大きいときに使用する高トルクライン（Ｌ１）と低燃費時に使用する低燃費ライン（Ｌ２）とから構成し、低燃費ライン（Ｌ２）を選択してアイソクロナス制御で作業中において、エンジン負荷率が所定値以上の値を越えると共に、エンジン回転数が目標回転数よりも所定回転数以上低い場合は、自動的に高トルクライン（Ｌ１）に移行するように構成したことを特徴とする作業車両。
前記高トルクライン（Ｌ１）に移行後、エンジン負荷率が所定値以下になると共に、エンジン回転数における目標回転数と実回転数との差が所定範囲内になると、自動的に低燃費ライン（Ｌ２）に移行するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の作業車両。