JP2015071976A - 作業車両 - Google Patents

Abstract

【課題】還元剤溶液の残量の減少に応じてエンジンを低出力に制御した場合に、エンジンストールが引き起こされることを防止する。【解決手段】作業車両は、フロント作業装置を備えた作業車両であって、エンジン１９０により駆動される油圧ポンプ１８０と、油圧ポンプに閉回路接続され、油圧ポンプから吐出される圧油により駆動される油圧モータ１８１と、エンジンの実回転速度を検出する回転速度検出部１３と、還元剤タンク１６２に蓄えられた還元剤溶液を用いて、エンジンから排出される排ガス中の窒素酸化物を浄化する排ガス浄化装置と、還元剤タンク内の還元剤溶液の残量を検出する残量検出装置１６３と、残量検出装置で検出された還元剤溶液の残量の減少に応じて、エンジンの出力トルクを低下させるとともに、油圧ポンプの入力トルクを低下させる制御部１０とを備えている。【選択図】図２

Description

本発明は、油圧ポンプを駆動するエンジンから排出される排ガスを浄化する排ガス浄化装置を備えた作業車両に関する。

排ガス中の窒素酸化物を還元して除去する排ガス浄化装置を備えた自動車が知られている（特許文献１参照）。特許文献１に記載の自動車では、タンク内の還元剤溶液（尿素水）が消費され、還元剤溶液の残量が規定量以下となった場合、エンジン制御部がエンジンを低出力に制御して、高出力運転を防止している。

特開２００２−３７１８３１号公報

上述した特許文献１に記載の技術は、自動車における技術であるため、そのままホイールローダ等の作業車両に適用することができない。ホイールローダ等の作業車両は、エンジンによって駆動される油圧ポンプを有し、アーム、バケット等からなるフロント作業装置のアクチュエータに圧油を供給する。このため、作業車両では、エンジンの出力と油圧ポンプの出力との関係が重要である。

作業車両では、フロント作業装置を駆動せずに走行する状態や、走行させつつフロント作業装置を駆動させる状態、停止した状態でフロント作業装置を駆動させる状態など、車両の動作状態（作業状態や走行状態）に応じてエンジンの負荷が変化する。上述した特許文献１に記載の技術を適用し、尿素水残量の減少に応じてエンジンを低出力に制御すると、作業状態や走行状態によってはエンジンの負荷が大きくなり、エンジンストールを引き起こすおそれがある。

請求項１に記載の作業車両は、フロント作業装置を備えた作業車両であって、エンジンにより駆動される油圧ポンプと、油圧ポンプに閉回路接続され、油圧ポンプから吐出される圧油により駆動される油圧モータと、エンジンの実回転速度を検出する回転速度検出部と、還元剤タンクに蓄えられた還元剤溶液を用いて、エンジンから排出される排ガス中の窒素酸化物を浄化する排ガス浄化装置と、還元剤タンク内の還元剤溶液の残量を検出する残量検出装置と、残量検出装置で検出された還元剤溶液の残量の減少に応じて、エンジンの出力トルクを低下させるとともに、油圧ポンプの入力トルクを低下させる制御部とを備えている。
請求項２に記載の作業車両は、請求項１に記載の作業車両において、制御部は、残量検出装置で検出された還元剤溶液の残量の減少に応じて、エンジン回転速度の上昇に応じた油圧ポンプの入力トルクの増加率を減少させる。
請求項３に記載の作業車両は、請求項１または２に記載の作業車両において、制御部は、残量検出装置で検出された還元剤溶液の残量の減少に応じて、油圧ポンプの入力トルクの最大値を低下させる。
請求項４に記載の作業車両は、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の作業車両において、制御部は、残量検出装置で検出された還元剤溶液の残量の減少に応じて、油圧モータの出力トルクを低下させる。

本発明によれば、還元剤溶液の残量の減少に応じてエンジンを低出力に制御した場合において、エンジンストールが引き起こされることを防止できる。

本発明の第１の実施の形態に係る作業車両の一例であるホイールローダの側面図。 本発明の第１の実施の形態に係るホイールローダの概略構成を示す図。 図２のポンプレギュレータの構成を示す図。 （ａ）は制御圧力とＨＳＴポンプの押しのけ容積との関係を示す図、（ｂ）は制御電流と電磁比例弁の制御圧力（２次圧力）との関係を示す図、（ｃ）はエンジン回転速度と制御電流との関係を示す図。 非制限段階および制限段階における、エンジン回転速度に対するＨＳＴポンプの押しのけ容積、入力トルクおよび吐出流量の特性を示す図。 本発明の第１の実施の形態に係るホイールローダのトルク線図。 コントローラによるエンジン出力トルクとＨＳＴポンプ入力トルクの制限制御処理の動作を示したフローチャート。 ホイールローダによる掘削作業を示す図。 本発明の第２の実施の形態に係るホイールローダのＨＳＴポンプの押しのけ容積を制御するための制御電流と、エンジン回転速度との関係を示す図。 本発明の第２の実施の形態に係るホイールローダにおける、エンジン回転速度に対するＨＳＴポンプの押しのけ容積、入力トルクおよび吐出流量の特性を示す図。 本発明の第２の実施の形態に係るホイールローダのトルク線図。 変形例に係るホイールローダにおける油圧モータの押しのけ容積と走行回路圧との関係を示す図。

以下、図面を参照して、本発明による作業車両の一実施の形態を説明する。
−第１の実施の形態−
図１は、第１の実施の形態に係る作業車両の一例であるホイールローダの側面図である。ホイールローダは、アーム１１１、バケット１１２、および、前輪等を有する前部車体１１０と、運転室１２１、機械室１２２、および、後輪等を有する後部車体１２０とで構成される。

アーム１１１はアームシリンダ１１７の駆動により上下方向に回動（俯仰動）し、バケット１１２はバケットシリンダ１１５の駆動により上下方向に回動（クラウドまたはダンプ）する。前部車体１１０と後部車体１２０はセンタピン１０１により互いに回動自在に連結され、ステアリングシリンダ１１６の伸縮により後部車体１２０に対し前部車体１１０が左右に屈折する。

機械室１２２は、上方がエンジンフード１４０で、側方が開閉可能な建屋カバー１４１で覆われている。エンジンフード１４０には、エンジン１９０の駆動に必要な空気を外部から取り込むための吸気管１７０と、排ガスを排出するためのテールパイプ１７１が取り付けられている。機械室１２２内には、エンジン１９０および排ガス浄化装置１６０が配設されている。

図２は、第１の実施の形態に係るホイールローダの概略構成を示す図である。図２に示すように、ホイールローダは、いわゆるＨＳＴ走行駆動装置（走行系）を有しており、エンジン１９０により駆動される油圧ポンプ（以下、ＨＳＴポンプ１８０と記す）と、ＨＳＴポンプ１８０に閉回路接続される油圧モータ１８１とを有している。ＨＳＴポンプ１８０から吐出される圧油により油圧モータ１８１が回転すると、油圧モータ１８１の出力トルクは不図示のギアボックスを介して出力軸１８６に伝達される。これにより、アクスル１８７を介してタイヤ１１３が回転し、車両が走行する。

ＨＳＴポンプ１８０は、傾転角に応じて押しのけ容積ｑｐが変更される斜板式あるいは斜軸式の可変容量型の油圧ポンプである。押しのけ容積ｑｐはポンプレギュレータ１８２により制御される。図３は、図２のポンプレギュレータ１８２の構成を示す図である。図３に示すように、ポンプレギュレータ１８２は傾転シリンダ１８と、前後進切換スイッチ１７の操作に応じて切り換わる前後進切換弁１９と、コントローラ１０からの制御信号に応じて制御圧力を調節する電磁比例減圧弁（以下、電磁比例弁２０と記す）とを有する。エンジン１９０により駆動されるチャージポンプ８からの圧油は、電磁比例弁２０を介して減圧され、制御圧力として前後進切換弁１９を介して傾転シリンダ１８に導かれる。なお、チャージポンプ８の吐出圧力（１次圧力）は、リリーフ弁１２により所定値に規定される。傾転シリンダ１８には、前後進切換弁１９を介して制御圧力が供給され、制御圧力に応じて押しのけ容積ｑｐが制御されるとともに、前後進切換弁１９の切換に応じて傾転シリンダ１８の動作方向が制御され、ＨＳＴポンプ１８０の傾転方向が制御される。

図２に示すように、ホイールローダは、固定容量型の油圧ポンプ（以下、作業用ポンプ１１と記す）、コントロールバルブ２１、アクチュエータ３０、アーム１１１およびバケット１１２を含んで構成されるフロント作業装置（作業系）を備えている。作業用ポンプ１１は、エンジン１９０により駆動され、圧油を吐出する。

作業用ポンプ１１から吐出された圧油はコントロールバルブ２１を介して作業用のアクチュエータ３０に供給され、アクチュエータ３０が駆動される。コントロールバルブ２１はコントロールレバー３１により操作され、作業用ポンプ１１からアクチュエータ３０への圧油の流れを制御する。なお、図２では、便宜上、アーム操作レバー、バケット操作レバーを総称してコントロールレバー３１と記し、アームシリンダ１１７、バケットシリンダ１１５を総称してアクチュエータ３０と記し、アーム用コントールバルブあるいはバケット用コントロールバルブを総称してコントロールバルブ２１と記している。アーム操作レバーは、アーム１１１の上昇／下降指令を出力し、バケット操作レバーは、バケット１１２のチルト／ダンプ指令を出力する。

排ガス浄化装置１６０は、還元剤溶液として、たとえば尿素水溶液（以下、尿素水と記す）を用いて、エンジン１９０から排出される排ガス中の窒素酸化物を浄化する処理を行う処理装置１６１と、処理装置１６１に供給される尿素水を蓄える尿素水タンク１６２と、尿素水タンク１６２内の尿素水の残量を検出する残量センサ１６３とを備えている。

コントローラ１０は、ＣＰＵや記憶装置であるＲＯＭ，ＲＡＭ，その他の周辺回路などを有する演算処理装置を含んで構成される。図２に示すように、コントローラ１０には、アクセルペダル１５２のペダル操作量（ペダルストロークまたはペダル角度）を検出するアクセル操作量検出器１５２ａと、エンジン１９０の実回転速度を検出して、実回転速度信号をコントローラ１０に出力する回転速度センサ１３とが接続されている。

コントローラ１０は、アクセル操作量検出器１５２ａで検出したアクセルペダル１５２のペダル操作量（踏込量）に応じてエンジン１９０の目標エンジン回転速度を設定する。アクセルペダル１５２のペダル操作量が大きくなると目標エンジン回転速度は大きくなり、ペダル最大踏み込み時の目標エンジン回転速度は後述する定格点Ｐ０における定格回転速度ＮＰ０となる。

コントローラ１０は、設定した目標エンジン回転速度に対応した制御信号をエンジンコントローラ９に出力する。エンジンコントローラ９は、回転速度センサ１３で検出されたエンジン１９０の実回転速度と、コントローラ１０からの目標エンジン回転速度とを比較して、エンジン１９０の実回転速度を目標エンジン回転速度に近づけるために燃料噴射装置（不図示）を制御する。

図２に示すように、コントローラ１０には、車両の前後進を指令する前後進切換スイッチ１７が接続され、前後進切換スイッチ１７の操作位置（前進（Ｆ）／中立（Ｎ）／後進（Ｒ））がコントローラ１０によって検出される。コントローラ１０は、前後進切換スイッチ１７の操作位置に応じて、制御信号を図３に示す前後進切換弁１９に出力する。前後進切換弁１９は、入力される制御信号に応じて切り換わり、前後進切換弁１９を介して制御圧力が傾転シリンダ１８に供給され、傾転シリンダ１８の動作方向および動作量が制御される。その結果、ＨＳＴポンプ１８０の傾転方向および押しのけ容積ｑｐが制御される。

前後進切換スイッチ１７が中立（Ｎ）位置に切り換えられると、傾転シリンダ１８の油室１８ａ，１８ｂのそれぞれはタンク圧となり、ピストン１８ｃは中立位置に位置する。このため、ＨＳＴポンプ１８０の押しのけ容積ｑｐは０となり、ポンプ吐出流量は０となる。

前後進切換スイッチ１７が前進（Ｆ）位置に切り換えられると、前後進切換弁１９がＡ側に切り換えられ、チャージポンプ８からの圧油が電磁比例弁２０により減圧されて油室１８ａに作用する。油室１８ｂにはタンク圧が作用する。このため、傾転シリンダ１８の油室１８ａ，１８ｂに圧力差が生じ、ピストン１８ｃが図示右方向に変位して、ＨＳＴポンプ１８０の押しのけ容積ｑｐが増加する。ＨＳＴポンプ１８０は前進側に回転し、エンジン回転速度および押しのけ容積ｑｐに応じた吐出流量がＨＳＴポンプ１８０から吐出される。

前後進切換スイッチ１７が後進（Ｒ）位置に切り換えられると、前後進切換弁１９がＢ側に切り換えられ、チャージポンプ８からの圧油が電磁比例弁２０により減圧されて油室１８ｂに作用する。油室１８ａにはタンク圧が作用する。このため、傾転シリンダ１８の油室１８ａ，１８ｂに圧力差が生じ、ピストン１８ｃが図示左方向に変位して、ＨＳＴポンプ１８０の押しのけ容積ｑｐが増加する。ＨＳＴポンプ１８０は後進側に回転し、エンジン回転速度および押しのけ容積ｑｐに応じた吐出流量がＨＳＴポンプ１８０から吐出される。

図４（ａ）は、制御圧力ＰとＨＳＴポンプ１８０の押しのけ容積ｑｐとの関係を示す図である。押しのけ容積ｑｐは、制御圧力ＰがＰｍｉｎ未満では０とされ、制御圧力Ｐｍｉｎ以上Ｐｍａｘ０未満の範囲では制御圧力Ｐの増加に応じて増加し、制御圧力ＰがＰｍａｘ０で最大値ｑｐｍａｘ０とされる。

図４（ｂ）は制御電流Ｉと電磁比例弁２０の制御圧力Ｐ（２次圧力）との関係を示す図である。電磁比例弁２０の減圧度は、コントローラ１０からの制御電流Ｉにより制御される。電磁比例弁２０の弁特性は、制御電流ＩがＩｍｉｎからＩｍａｘ０にかけて、ソレノイドに入力される制御電流Ｉの増加に伴い減圧度が小さく、すなわち２次圧力である制御圧力ＰがＰｍｉｎからＰｍａｘにかけて大きくなるように設定されている。

図４（ｃ）はエンジン回転速度と制御電流Ｉとの関係を示す図である。コントローラ１０の記憶装置には、図４（ｃ）に示すエンジン回転速度に対する制御電流Ｉの特性Ｉ０，Ｉ１がルックアップテーブル形式で記憶されている。後述するように、特性Ｉ０は尿素水の残量が所定量以上（非制限段階）のときに用いられ、特性Ｉ１は尿素水の残量が所定量未満（制限段階）のときに用いられる。

特性Ｉ０では、エンジン回転速度がＮｙ未満では制御電流Ｉ＝Ｉｍｉｎであり、エンジン回転速度がＮｘ０以上では制御電流Ｉ＝Ｉｍａｘ０である。特性Ｉ０では、エンジン回転速度がＮｙ以上Ｎｘ０未満の範囲ではエンジン回転速度の増加にしたがい制御電流Ｉが最小値Ｉｍｉｎから最大値Ｉｍａｘ０にかけて増加する。

特性Ｉ１では、エンジン回転速度がＮｙ未満では制御電流Ｉ＝Ｉｍｉｎであり、エンジン回転速度がＮｘ１以上では制御電流Ｉ＝Ｉｍａｘ０である。特性Ｉ１では、エンジン回転速度がＮｙ以上Ｎｘ１未満の範囲ではエンジン回転速度の増加にしたがい制御電流Ｉが最小値Ｉｍｉｎから最大値Ｉｍａｘ０にかけて増加する。特性Ｉ１では、エンジン回転速度の上昇に応じた制御電流の増加率（傾き）が特性Ｉ０よりも小さい。つまり、制御電流Ｉが最大値Ｉｍａｘ０となるエンジン回転速度であるＮｘ０とＮｘ１の大小関係は、Ｎｘ０＜Ｎｘ１である。

図５は、非制限段階および制限段階における、エンジン回転速度に対するＨＳＴポンプ１８０の押しのけ容積ｑｐ、入力トルクおよび吐出流量の特性を示す図である。図中、Ｎｙは、ＨＳＴポンプ１８０が吐出を開始するエンジン回転速度であり、以下、吐出開始速度Ｎｙと記す。吐出開始速度Ｎｙは、ローアイドル回転速度Ｎｓ以上の値に設定される（Ｎｙ≧Ｎｓ）。本実施の形態では、Ｎｙ＝Ｎｓとされている。特性ｑｐ０，Ｈ０，Ｑ０は図４（ｃ）に示す特性Ｉ０が選択されたときの特性であり、特性ｑｐ１，Ｈ１，Ｑ１は図４（ｃ）に示す特性Ｉ１が選択されたときの特性である。

図５（ａ）は、エンジン回転速度に対するＨＳＴポンプ１８０の押しのけ容積ｑｐの特性を示す図である。上記のとおり、エンジン回転速度に基づいて制御電流Ｉが設定されると、制御電流Ｉに応じた制御圧力Ｐが電磁比例弁２０から出力され、ＨＳＴポンプ１８０の押しの容積が制御される。つまり、ＨＳＴポンプ１８０の押しのけ容積ｑｐは、図５（ａ）に示すように、エンジン回転速度の上昇に応じて増加される。

特性ｑｐ０では、エンジン回転速度が吐出開始速度Ｎｙ未満では、押しのけ容積ｑｐは０である。エンジン回転速度が吐出開始速度Ｎｙ以上Ｎｘ０未満の範囲では、エンジン回転速度の増加に比例して制御圧力が上昇し、ＨＳＴポンプ１８０の押しのけ容積ｑｐが直線的に増加する。エンジン回転速度がＮｘ０以上では、ＨＳＴポンプ１８０の押しのけ容積ｑｐは、最大容積ｑｐｍａｘ０となる。特性ｑｐ１では、エンジン回転速度が吐出開始速度Ｎｙ未満では、押しのけ容積ｑｐは０である。エンジン回転速度が吐出開始速度Ｎｙ以上Ｎｘ１未満の範囲では、エンジン回転速度の増加に比例して制御圧力が上昇し、ＨＳＴポンプ１８０の押しのけ容積ｑｐが直線的に増加する。エンジン回転速度がＮｘ１以上では、ＨＳＴポンプ１８０の押しのけ容積ｑｐは、最大容積ｑｐｍａｘ０となる。

図５（ｂ）は、エンジン回転速度に対するＨＳＴポンプ１８０の入力トルクの特性を示す図である。ＨＳＴポンプ入力トルクは、押しのけ容積ｑｐと、ＨＳＴ走行回路の回路圧により決定される。図５（ｂ）では、回路圧をリリーフ圧としたときのＨＳＴポンプ入力トルク特性を示している。ＨＳＴポンプ１８０の入力トルクは、ＨＳＴポンプ１８０の押しのけ容積ｑｐの増加に応じて増加する。上記したように、ＨＳＴポンプ１８０の押しのけ容積ｑｐは、エンジン回転速度の上昇に比例して増加するため、ＨＳＴポンプ入力トルクは、図５（ｂ）に示すように、エンジン回転速度の増加に比例して増加する。

図５（ｃ）は、エンジン回転速度に対するＨＳＴポンプ１８０の吐出流量の特性を示す図である。特性Ｑ０では、エンジン回転速度が吐出開始速度Ｎｙ未満において、吐出流量は０である。エンジン回転速度が吐出開始速度Ｎｙ以上Ｎｘ０未満の範囲では、ＨＳＴポンプ１８０の回転速度と押しのけ容積ｑｐの両方が増加するため、ＨＳＴポンプ１８０の吐出流量はエンジン回転速度の増加に応じて曲線的に滑らかに応答性よく増加し、滑らかで力強い加速性が得られる。エンジン回転速度がＮｘ０以上では押しのけ容積ｑｐが最大容積ｑｐｍａｘ０であるため（図５（ａ）参照）、ＨＳＴポンプ１８０の吐出流量は、エンジン回転速度の増加に応じて直線的に増加する。

特性Ｑ１では、エンジン回転速度が吐出開始速度Ｎｙ未満において、吐出流量は０である。エンジン回転速度が吐出開始速度Ｎｙ以上Ｎｘ１未満の範囲では、ＨＳＴポンプ１８０の回転速度と押しのけ容積ｑｐの両方が増加するため、ＨＳＴポンプ１８０の吐出流量はエンジン回転速度の増加に応じて曲線的に滑らかに応答性よく増加し、滑らかで力強い加速性が得られる。エンジン回転速度がＮｘ１以上では押しのけ容積ｑｐが最大容積ｑｐｍａｘ０であるため（図５（ａ）参照）、ＨＳＴポンプ１８０の吐出流量は、エンジン回転速度の増加に応じて直線的に増加する。

図２に示す油圧モータ１８１は、可変容量型モータであり、コントローラ１０からモータレギュレータ１８５に制御信号が出力され、押しのけ容積ｑｍ（モータ容量）が制御される。モータレギュレータ１８５は、電磁切換弁や電磁比例弁等を含む電気式レギュレータである。油圧モータ１８１の押しのけ容積ｑｍは、ＨＳＴ走行回路の走行回路圧に応じて制御される。ＨＳＴ走行回路の主管路ＬＡ，ＬＢの最高圧力は、オーバーロードリリーフ弁１８４により制限される。

コントローラ１０には、高圧選択弁１８９で選択された主管路ＬＡ，ＬＢの圧力（走行負荷圧）を検出する圧力検出器１８８からの信号が入力される。

コントローラ１０には、尿素水タンク１６２内の尿素水の残量を検出して、残量信号をコントローラ１０に出力する残量センサ１６３が接続されている。残量センサ１６３は尿素水タンク１６２内の尿素水の水位を検出する水位センサである。

図６は、第１の実施の形態に係るホイールローダのトルク線図であり、アクセルペダル１５２を最大に踏み込んだときのエンジン回転速度とトルクの関係を示しており、エンジン出力トルク特性Ａ０，Ａ１、作業用ポンプ入力トルク特性Ｂ、および、ＨＳＴポンプ入力トルク特性Ｈ０，Ｈ１を示している。コントローラ１０の記憶装置には、複数のエンジン出力トルク特性Ａ０，Ａ１がルックアップテーブル形式で記憶されている。後述するように、特性Ａ０および特性Ｈ０は尿素水の残量が所定量以上（非制限段階）のときに用いられ、特性Ａ１および特性Ｈ１は尿素水の残量が所定量未満（制限段階）のときに用いられる。

エンジン出力トルク特性Ａ０，Ａ１は、それぞれエンジン回転速度と最大エンジン出力トルクとの関係を示している。なお、最大エンジン出力トルクとは、各回転速度において、エンジン１９０が出力可能な最大のトルクを意味する。エンジン出力トルク特性（最大トルク線）で規定される領域がエンジン１９０が出し得る性能を示している。ホイールローダに搭載されるエンジンは、定格点（定格最高トルク）Ｐ０を超える回転速度領域では、急激にトルクが低減するドループ特性を有している。図中、ドループ線は、定格点とポンプ無負荷状態におけるエンジン最高回転速度とを結ぶ直線により定義される。ホイールローダでは、このようなエンジン出力トルク特性を利用してマッチング制御を行い、後述するマッチング点でエンジン１９０および作業用ポンプ１１、ＨＳＴポンプ１８０が運転される。

図６（ａ）に示すように、エンジン出力トルク特性Ａ０では、エンジン回転速度が最低回転速度（ローアイドル回転速度）Ｎｓ以上Ｎｖ０以下の範囲においてエンジン回転速度の上昇に応じてトルクが増加し、エンジン回転速度がＮｖ０のときに、特性Ａ０におけるトルクの最大値となる（最大トルク点Ｔｍ０）。なお、ローアイドル回転速度とは、アクセルペダル１５２の非操作時のエンジン回転速度である。エンジン出力トルク特性Ａ０では、エンジン回転速度がＮｖ０より大きくなると、エンジン回転速度の上昇に応じてトルクが減少し、定格点Ｐ０に達すると、定格出力が得られる。エンジン回転速度が定格点Ｐ０における定格回転速度ＮＰ０を超えて上昇すると、急激にトルクが減少する。なお、ローアイドル回転速度Ｎｓを含む回転速度域を低回転速度域とし、Ｎｖ０を含む回転速度域を中回転速度域とし、定格回転速度ＮＰ０を含む回転速度域を高回転速度域として定義する。

図６（ｂ）に示すように、エンジン出力トルク特性Ａ１は、特性Ａ０を低回転、低トルク側にシフトした特性である。エンジン出力トルク特性Ａ１では、エンジン回転速度がＮｖ０よりも小さいＮｖ１のときに（Ｎｖ１＜Ｎｖ０）、特性Ａ１におけるトルクの最大値となる（最大トルク点Ｔｍ１）。最大トルク点Ｔｍ１におけるトルク値は、特性Ａ０における最大トルク点Ｔｍ０のトルク値よりも小さい。エンジン出力トルク特性Ａ１では、エンジン回転速度がＮｖ１より大きくなると、エンジン回転速度の上昇に応じてトルクが減少する。

作業用ポンプ入力トルク特性Ｂは、エンジン回転速度と最大ポンプ入力トルク（最大ポンプ吸収トルク）の関係を示している。作業用ポンプ１１は固定容量型ポンプであるため、作業用ポンプ入力トルク特性Ｂはエンジン回転速度にかかわらず一定値となる。

ＨＳＴポンプ入力トルク特性Ｈ０，Ｈ１は、図５（ｂ）で示した特性であり、エンジン回転速度の上昇に応じて増加するＨＳＴポンプ１８０の押しのけ容積ｑｐと、走行回路圧（モータ駆動圧）とに基づいて決まる。なお、上述したように、図６に示す特性Ｈ０，Ｈ１は、走行回路圧がリリーフ圧（一定）である場合のポンプ入力トルクの特性を示している。図６（ａ）に示すように、特性Ｈ０では、エンジン回転速度がＮｙ以上、かつ、Ｎｘ０未満の範囲ではエンジン回転速度の上昇に応じて徐々にトルクが増加する。特性Ｈ０では、エンジン回転速度がＮｘ０以上では、エンジン回転速度にかかわらず特性Ｈ０におけるトルクの最大値Ｔｍａｘ０となる。図６（ｂ）に示すように、特性Ｈ１では、エンジン回転速度がＮｙ以上、かつ、Ｎｘ１未満の範囲ではエンジン回転速度の上昇に応じて徐々にトルクが増加する。特性Ｈ１では、エンジン回転速度がＮｘ１以上では、エンジン回転速度にかかわらず特性Ｈ１におけるトルクの最大値Ｔｍａｘ０となる。特性Ｈ１では、エンジン回転速度の上昇に応じたポンプ入力トルクの増加率（傾き）が特性Ｈ０よりも小さい。

図６（ａ）に示す特性Ａ０と特性Ｈ０との交点ＭＣ０および特性Ａ０と特性Ｂとの交点ＭＢ０、ならびに、図６（ｂ）に示す特性Ａ１と特性Ｈ１との交点ＭＣ１および特性Ａ１と特性Ｂとの交点ＭＢ１は、マッチング点である。

フロント作業装置（作業系）を作動させずに走行駆動装置（走行系）を作動させている状態（以下、走行系単独動作状態と記す）でのエンジン出力トルクおよびＨＳＴポンプ入力トルクは、交点ＭＣ０，ＭＣ１の値となる。走行駆動装置（走行系）を作動させずにフロント作業装置（作業系）を作動させている状態（以下、作業系単独動作状態と記す）でのエンジン出力トルクおよび作業用ポンプ入力トルクは、交点ＭＢ０，ＭＢ１の値となる。

図２に示すように、コントローラ１０は、残量判定部１０ａと、選択部１０ｂとを機能的に備えている。残量判定部１０ａは、残量センサ１６３で検出された尿素水の残量（水位）ｈが所定量以上であるか所定量未満であるかを判定する。残量判定部１０ａは、尿素水の残量ｈが所定量ｈ１以上である場合、すなわち尿素水が十分に蓄えられている場合、非制限段階と判定する。残量判定部１０ａは、尿素水の残量ｈが第１所定量ｈ１未満である場合に制限段階であると判定する。所定量ｈ１の情報は、コントローラ１０の記憶装置に予め記憶されている。

選択部１０ｂは、残量判定部１０ａで判定された結果に応じて、エンジン出力トルク特性を選択する。選択部１０ｂは、残量判定部１０ａで非制限段階であると判定されている場合に、エンジン出力トルク特性Ａ０および制御電流特性Ｉ０を選択する。選択部１０ｂは、残量判定部１０ａで制限段階であると判定されている場合に、エンジン出力トルク特性Ａ１および制御電流特性Ｉ１を選択する。

以下、尿素水の残量に応じて行われるエンジン出力トルクとＨＳＴポンプ入力トルクの制限制御を、図７のフローチャートを用いて説明する。図７は、コントローラ１０によるエンジン出力トルクとＨＳＴポンプ入力トルクの制限制御処理の動作を示したフローチャートである。イグニッションスイッチ（不図示）がオンされると、図７に示す処理を行うプログラムが起動され、コントローラ１０で繰り返し実行される。

ステップＳ１００において、残量センサ１６３で検出された残量、すなわち尿素水タンク１６２内の水位の情報を取得して、ステップＳ１１０へ進む。

ステップＳ１１０において、残量判定部１０ａは、ステップＳ１００で取得した尿素水の残量ｈが第１所定量ｈ１未満であるか否かを判定する。ステップＳ１１０で否定判定されると、残量判定部１０ａは非制限段階であると判定してステップＳ１２０へ進み、肯定判定されると、ステップＳ１４０へ進む。

ステップＳ１２０において、選択部１０ｂは、記憶装置からエンジン出力トルク特性Ａ０と制御電流特性Ｉ０を一括して選択し、ステップＳ１００へ戻る。

ステップＳ１４０において、選択部１０ｂは、記憶装置からエンジン出力トルク特性Ａ１と制御電流特性Ｉ１を一括して選択し、ステップＳ１００へ戻る。

このように、本実施の形態では、尿素水残量の減少に応じてエンジン出力トルク特性を変更する。コントローラ１０は、選択部１０ｂにより選択された特性テーブル（Ａ０，Ａ１）を参照して、アクセルペダル１５２による目標エンジン回転速度と回転速度センサ１３で検出された実回転速度とに基づいて、エンジン１９０の燃料噴射量を制御する。コントローラ１０は、選択部１０ｂにより選択された特性テーブル（Ｉ０，Ｉ１）を参照して、回転速度センサ１３で検出された実回転速度に基づいて制御電流Ｉを演算し、電磁比例弁２０からの制御圧力を制御することで、ＨＳＴポンプ１８０の押しのけ容積ｑｐを制御する。

以上説明した第１の実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）尿素水タンク１６２内の尿素水の残量の減少に応じて、エンジン１９０の出力トルクを低下させるようにした。これにより、運転者は通常時に比べて運転状態が悪化していることから尿素水の残量が少ないことを認識することができる。つまり、本実施の形態によれば、尿素水の残量が減少した状態での高出力運転が防止され、運転者へ尿素水の補給を促すことができる。

（２）尿素水の残量の減少に応じて、エンジンの出力トルクを低下させるとともに、ＨＳＴポンプ１８０の入力トルクを低下させるようにした。本実施の形態では、尿素水の残量の減少に応じて、エンジン回転速度の上昇に応じたＨＳＴポンプ１８０の入力トルクの増加率を減少させるようにした。これにより、エンジン出力のみを低下させる場合に比べて、車速が低下し、加速性能が低下するため、より明確に運転者へ尿素水の補給を促すことができる。

また、尿素水の残量の減少によりエンジンが低出力に制御されている状態において、走行負荷と作業負荷とが急激に上昇するような操作が行われたとしても、エンジンストールが引き起こされることが防止される。たとえば、図８に示すように、ホイールローダでは、地山１３０にバケット１１２を突入し、バケット１１２を操作してからアーム１１１を上げ操作する、あるいはバケット１１２とアーム１１１を同時に操作しながら最後にアーム１１１のみを上げ操作して掘削作業を行う。運転者は、地山１３０に突入する直前にアクセルペダル１５２を戻し操作する。このため、地山１３０への突入時にはエンジン回転速度が低回転速度域（たとえば、５ｋｍ／ｈ程度）にある。運転者は、地山１３０への突入と同時に、アクセルペダル１５２を再び踏込操作して、バケット１１２を地山１３０へ貫入させるとともにフロント作業装置を動作させて掘削作業を行う。このとき、走行負荷と作業負荷とが急激に上昇するため、尿素水残量の減少に応じてＨＳＴポンプ１８０の入力トルク特性を低下させない場合には、エンジンストールが発生するおそれがある。これに対して、本実施の形態では、上述したように尿素水残量の減少に応じて、エンジンの出力トルクを低下させるとともに、ＨＳＴポンプ１８０の入力トルクを低下させるようにしたので、走行負荷の急激な上昇が抑えられ、エンジンストールの発生を防止できる。つまり、本実施の形態によれば、尿素水の残量の減少に応じてエンジン出力トルクを低下させた場合であっても、作業を継続することができ、運転者は所定の作業を完了させるなどした後、所望の時期に尿素水の補給を行うことができる。

（３）尿素水の残量の減少に応じて、吐出開始速度Ｎｙからのエンジン回転速度の上昇に応じたＨＳＴポンプ１８０の入力トルクの増加率を減少させるようにした。このため、特に低回転速度域、中回転速度域において、効果的にエンジンストールの発生を防止できる。

−第２の実施の形態−
図９〜図１１を参照して本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同一もしくは相当部分には同一符号を付し、第１の実施の形態との相違点について主に説明する。第２の実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、コントローラ１０の記憶装置に記憶されている制御電流特性である。

第２の実施の形態では、制限段階で用いられる制御電流特性Ｉ２の最大値を、非制限段階で用いられる制御電流特性Ｉ１の最大値よりも小さく設定している（図９参照）。これにより、尿素水の残量の減少に応じて、エンジン１９０の出力トルクを低下させるとともに、ＨＳＴポンプ１８０の入力トルクの最大値を低下させる（図１１（ｂ）参照）。

図９は、本発明の第２の実施の形態に係るホイールローダのＨＳＴポンプ１８０の押しのけ容積を制御するための制御電流Ｉと、エンジン回転速度との関係を示す図である。図９に示すように、コントローラ１０の記憶装置には、第１の実施の形態で説明した制御電流特性Ｉ１に代えて、制御電流特性Ｉ２が記憶されている。制御電流特性Ｉ２は、残量判定部１０ａにおいて制限段階であると判定されている場合に、選択部１０ｂにより選択される特性である。

制御電流特性Ｉ２は、エンジン回転速度がローアイドル回転速度Ｎｓ以上Ｎｘ２未満の範囲では特性Ｉ０と同一の特性である。Ｎｘ２は、ローアイドル回転速度Ｎｓより大きく、かつ、Ｎｘ０よりも小さい（Ｎｓ＜Ｎｘ２＜Ｎｘ０）。制御電流特性Ｉ２では、エンジン回転速度Ｎｘ２以上で制御電流Ｉ＝Ｉｍａｘ２となる。Ｉｍａｘ２は、非制限段階における制御電流Ｉの最大値Ｉｍａｘ０よりも小さい（Ｉｍａｘ２＜Ｉｍａｘ０）。

図１０は、本発明の第２の実施の形態に係るホイールローダにおける、エンジン回転速度に対するＨＳＴポンプの押しのけ容積ｑｐ、入力トルクおよび吐出流量の特性を示す図である。制限段階において特性Ｉ２が選択されると、図１０（ａ）に示すように、ＨＳＴポンプ１８０の押しのけ容積の特性はｑｐ２となり、エンジン回転速度がＮｘ２以上では、ＨＳＴポンプ１８０の押しのけ容積ｑｐはｑｐｍａｘ０より小さいｑｐｍａｘ２となる（ｑｐｍａｘ２＜ｑｐｍａｘ０）。ＨＳＴポンプ１８０の入力トルク特性は、図１０（ｂ）に示すＨ２となり、エンジン回転速度がＮｘ２以上では、ＨＳＴポンプ１８０の入力トルクは、Ｔｍａｘ０より小さいＴｍａｘ２となる（Ｔｍａｘ０＜Ｔｍａｘ２）。

つまり、制限段階において特性Ｉ２が選択されている場合には、ＨＳＴポンプ１８０の押しのけ容積ｑｐの最大値、ならびに、ＨＳＴポンプ１８０の入力トルクの最大値が、特性Ｉ１に対して制限される。

制限段階において特性Ｉ２が選択されると、図１０（ｃ）に示すように、ＨＳＴポンプ１８０の吐出流量の特性はＱ２となる。特性Ｑ２では、エンジン回転速度が吐出開始速度Ｎｙ未満において、吐出流量は０である。エンジン回転速度が吐出開始速度Ｎｙ以上Ｎｘ２未満の範囲では、ＨＳＴポンプ１８０の回転速度と押しのけ容積ｑｐの両方が増加するため、ＨＳＴポンプ１８０の吐出流量はエンジン回転速度の増加に応じて曲線的に増加し、エンジン回転速度がＮｘ２以上においてＨＳＴポンプ１８０の吐出流量は、エンジン回転速度の増加に応じて直線的に増加する。

図１１は、本発明の第２の実施の形態に係るホイールローダのトルク線図である。特性Ａ０，Ａ１、特性Ｂは、第１の実施の形態と同様である。第１の実施の形態と同様、図１１（ａ）に示すように、非制限段階での走行系単独動作状態では、ＨＳＴポンプ入力トルクおよびエンジン回転速度は、マッチング点ＭＣ０の値となり、非制限段階での作業系単独動作状態における作業用ポンプ入力トルクおよびエンジン回転速度は、マッチング点ＭＢ０の値となる。

図１１（ｂ）に示すように、制限段階での走行系単独動作状態では、ＨＳＴポンプ入力トルクおよびエンジン回転速度は、マッチング点ＭＣ２１の値となり、制限段階での作業系単独動作状態における作業用ポンプ入力トルクおよびエンジン回転速度は、第１の実施の形態と同様、マッチング点ＭＢ１の値となる。

このような第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態で説明した（１）および（２）と同様の作用効果を奏する。第２の実施の形態では、尿素水の残量の減少に応じて、ＨＳＴポンプ１８０の入力トルクの最大値を低下させるようにした。このため、特に中回転速度域、高回転速度域において、効果的にエンジンストールの発生を防止できる。

次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。

（１）上述した実施の形態において、非制限段階から制限段階に移行したときに、油圧モータ１８１の押しのけ容積の特性も合わせて変更してもよい。図１２は、油圧モータ１８１の押しのけ容積ｑｍと走行回路圧との関係を示す図である。コントローラ１０の記憶装置には、特性Ｑｍ０，Ｑｍ３がルックアップテーブル形式で記憶されている。Ｑｍ０は非制限段階のときに選択部１０ｂにより選択される特性であり、Ｑｍ３は制限段階のときに選択部１０ｂにより選択される特性である。

特性Ｑｍ０では、圧力検出器１８８で検出される走行負荷圧が所定値Ｐｔ未満のとき、モータ押しのけ容積ｑｍは最小値ｑｍｍｉｎであり、走行負荷圧が所定値Ｐｔに達するとモータ押しのけ容積ｑｍが最小値ｑｍｉｎから最大値ｑｍａｘまで徐々に増加する。特性Ｑｍ０では、走行負荷圧が所定値Ｐｔよりも大きいとモータ押しのけ容積は最大値ｑｍｍａｘ０となる。

なお、厳密には、モータ押しのけ容積ｑｍは、走行負荷圧が所定値Ｐｔから所定量ΔＰｔだけ増加する範囲で走行負荷圧の増加に伴い比例的に増加するが、便宜上、ΔＰｔ＝０として説明した。図１２に示す走行負荷圧と、モータ押しのけ容積ｑｍとの積は、油圧モータ１８１の出力トルクに相当する。

特性Ｑｍ３は、特性Ｑｍ０に比べてモータ押しのけ容積ｑｍの最大値が制限された特性である。特性Ｑｍ０におけるモータ押しのけ容積ｑｍの最大値はｑｍｍａｘ０であるのに対し、特性Ｑｍ３におけるモータ押しのけ容積ｑｍの最大値は、ｑｍｍａｘ０よりも小さいｑｍｍａｘ３である（ｑｍｍａｘ３＜ｑｍｍａｘ０）。

制限段階においてモータ押しのけ容積の最大値が制限される、すなわち油圧モータ１８１の出力トルクの最大値が制限されるため、走行牽引力（走行駆動力）の最大値が制限される。このため、走行負荷の急激な上昇をさらに抑えられ、エンジンストールの発生をより効果的に防止できる。

なお、モータ押しのけ容積の最大値を制限することに代えて、制限段階においてＨＳＴ走行回路の最高圧力を低下させることで油圧モータ１８１の出力トルクの最大値を制限してもよい。ＨＳＴ走行回路の最高圧力を低下させる方法としては、たとえばオーバーロードリリーフ弁１８４を設定圧可変式のリリーフ弁として、オーバーロードリリーフ弁１８４の設定圧を非制限段階では第１設定圧Ｐｒ１に設定し、制限段階では第１設定圧Ｐｒ１よりも低い第２設定圧Ｐｒ２を設定すればよい。

（２）制限段階において選択される特性は、上述した例に限定されない。たとえば、制限段階では、非制限段階と比べて、エンジン回転速度の上昇に応じたＨＳＴポンプ１８０の入力トルクの増加率を減少させ、かつ、入力トルクの最大値を低下させるようにしてもよい。
（３）第１の実施の形態では、エンジン回転速度の上昇に応じたＨＳＴポンプ１８０の入力トルクの増加率が一定である例について説明したが、本発明はこれに限定されない。入力トルクの増加率がエンジン回転速度に応じて変化してもよい。この場合、制限段階において選択される特性は、ＨＳＴポンプ１８０の入力トルクの最小値から最大値までの、エンジン回転速度の上昇に応じたＨＳＴポンプ１８０の入力トルクの平均増加率が、非制限段階に比べて減少する特性であればよい。

（４）上述した実施の形態では、制限段階においてエンジン出力トルク特性と制御電流特性とを一括して選択する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。エンジン出力トルク特性と制御電流特性を変更する尿素水残量の閾値を個別に設定して、それぞれの特性を異なるタイミングで変更させるようにしてもよい。

（５）上述した実施の形態では、尿素残量が所定量ｈ１未満のときに制限段階と判定し、エンジン出力トルク特性および制御電流特性を変更する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。制限段階を細分化して設定してもよい。たとえば、尿素水残量が第１所定量ｈ１未満かつ第２所定量以上ｈ２の場合には第１制限段階と判定し、尿素水残量が第２所定量未満の場合には第２制限段階と判定してもよい。第２制限段階では、第１制限段階に比べてエンジン出力トルク特性および制御電流特性を低下させることで、段階的に運転状態を悪化させて、運転者に尿素水の補給を促すことができる。なお、複数の段階に分けて、段階的に各特性を変更する場合に限定されることもなく、連続的に特性を変更するようにしてもよい。

（６）上述した実施の形態では、作業用ポンプ１１が固定容量型の油圧ポンプである例について説明したが、本発明はこれに限定されない。作業用ポンプ１１が可変容量型の油圧ポンプである場合についても本発明を適用できる。

（７）上述した実施の形態では、ＨＳＴポンプ１８０の押しのけ容積は、実エンジン回転速度に応じて制御される例について説明したが、本発明はこれに限定されない。目標エンジン回転速度に応じて制御電流Ｉを設定し、ＨＳＴポンプ１８０の押しのけ容積を制御してもよい。

（８）上述した実施の形態では、エンジン出力トルク特性およびエンジン回転速度に応じた制御電流の特性がルックアップテーブル形式でコントローラ１０の記憶装置に記憶されている例について説明したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、エンジン回転速度に応じた関数形式で各特性をコントローラ１０の記憶装置に記憶させるようにしてもよい。

（９）上述した実施の形態では、作業車両の一例としてホイールローダを例に説明したが、本発明はこれに限定されず、たとえば、フォークリフト、テレハンドラー、リフトトラック等、他の作業車両であってもよい。

本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。

８ チャージポンプ、９ エンジンコントローラ、１０ コントローラ、１０ａ 残量判定部、１０ｂ 選択部、１１ 作業用ポンプ、１２ リリーフ弁、１３ 回転速度センサ、１７ 前後進切換スイッチ、１８ 傾転シリンダ、１８ａ 油室、１８ｂ 油室、１８ｃ ピストン、１９ 前後進切換弁、２０ 電磁比例弁、２１ コントロールバルブ、３０ アクチュエータ、３１ コントロールレバー、１０１ センタピン、１１０ 前部車体、１１１ アーム、１１２ バケット、１１３ タイヤ、１１５ バケットシリンダ、１１６ ステアリングシリンダ、１１７ アームシリンダ、１２０ 後部車体、１２１ 運転室、１２２ 機械室、１３０ 地山、１４０ エンジンフード、１４１ 建屋カバー、１５２ アクセルペダル、１５２ａ アクセル操作量検出器、１６０ 排ガス浄化装置、１６１ 処理装置、１６２ 尿素水タンク、１６３ 残量センサ、１７０ 吸気管、１７１ テールパイプ、１８０ ＨＳＴポンプ、１８１ 油圧モータ、１８２ ポンプレギュレータ、１８４ オーバーロードリリーフ弁、１８５ モータレギュレータ、１８６ 出力軸、１８７ アクスル、１９０ エンジン

Claims (4)

1. フロント作業装置を備えた作業車両であって、
   エンジンにより駆動される油圧ポンプと、
   前記油圧ポンプに閉回路接続され、前記油圧ポンプから吐出される圧油により駆動される油圧モータと、
   前記エンジンの実回転速度を検出する回転速度検出部と、
   還元剤タンクに蓄えられた還元剤溶液を用いて、前記エンジンから排出される排ガス中の窒素酸化物を浄化する排ガス浄化装置と、
   前記還元剤タンク内の還元剤溶液の残量を検出する残量検出装置と、
   前記残量検出装置で検出された還元剤溶液の残量の減少に応じて、前記エンジンの出力トルクを低下させるとともに、前記油圧ポンプの入力トルクを低下させる制御部とを備えている作業車両。
2. 請求項１に記載の作業車両において、
   前記制御部は、前記残量検出装置で検出された還元剤溶液の残量の減少に応じて、エンジン回転速度の上昇に応じた前記油圧ポンプの入力トルクの増加率を減少させる作業車両。
3. 請求項１または２に記載の作業車両において、
   前記制御部は、前記残量検出装置で検出された還元剤溶液の残量の減少に応じて、前記油圧ポンプの入力トルクの最大値を低下させる作業車両。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の作業車両において、
   前記制御部は、前記残量検出装置で検出された還元剤溶液の残量の減少に応じて、前記油圧モータの出力トルクを低下させる作業車両。

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