JP2019180295A - 作業車 - Google Patents

Abstract

【課題】省エネに貢献するような給電回路系を備えた作業車が要望されている。【解決手段】エンジンと作業装置とを備えた作業車は、エンジンを駆動するために用いられるエンジン機器８への給電を入り切りする第１給電スイッチ７１と、エンジン駆動時に補助的に用いられる補助エンジン機器９への給電を入り切りする第２給電スイッチ７２と、第１給電スイッチ７１と第２給電スイッチ７２とのそれぞれを独立的に制御する給電制御部５１とを備えている。【選択図】図６

Description

本発明は、エンジンと、作業装置と、バッテリから電装品への給電を制御する制御ユニットとを備えた作業車に関する。

自動車におけるエコ運転の推進などの目的で、アイドリングストップのようなエンジン一時停止機能が備えられ、キースイッチ（ＯＦＦ位置、ＯＮ位置、イグニッション位置などの操作位置を有する）を操作しなくとも、制御ユニット（ＥＣＵ）によってエンジンの始動と停止が行われる作業車も登場している。

特許文献１による田植機では、エンジン始動用モータへのバッテリからの給電は、キースイッチによるリレー制御で成立する給電ラインと、制御装置によるリレー制御によって成立する給電ラインとの両方で可能である。朝一番などでのエンジン始動は、前者の給電ラインで行われ、キースイッチＯＮ状態でのエンジン一時停止・始動は後者の給電ラインで行われる。この給電回路系では、キースイッチＯＮ操作や制御装置による制御信号の出力により、燃料ポンプが動作を開始するときには、同時にラジエータ電動ファンの動作も開始するように、同一の給電線に、燃料ポンプとラジエータ電動ファンとが並列に接続されている。

特開２０１３−７０６５８号公報

特許文献１に開示された給電回路系では、エンジン駆動中は必ず動作している燃料ポンプと同じ給電線にラジエータ電動ファンが接続されているので、エンジン稼働中はラジエータ電動ファンも駆動することになる。ラジエータ電動ファンは、冷却水温が低いときには不要であるので、ラジエータ電動ファンの駆動は省エネに反する。このため、さらに省エネに貢献するような給電回路系を備えた作業車が要望されている。

本発明による、エンジンと作業装置とを備えた作業車は、前記エンジンを駆動するために用いられるエンジン機器への給電を入り切りする第１給電スイッチと、エンジン駆動時に補助的に用いられる補助エンジン機器への給電を入り切りする第２給電スイッチと、前記第１給電スイッチと前記第２給電スイッチとのそれぞれを独立的に制御する給電制御部とを備えている。

この構成では、エンジンの稼働に関係するとともに給電によって動作する機器が、エンジンを駆動するために用いられるエンジン機器と、エンジン駆動時に補助的に用いられる補助エンジン機器とに区別されており、第１給電スイッチと第２給電スイッチとによって、それぞれ独立的に駆動制御される。したがって、エンジンの稼働中に、補助エンジン機器だけを停止させることができる。あるいは、逆に、もし必要であれば、エンジンの停止中に補助エンジン機器だけを駆動させることも可能である。この構成により、エンジンの稼働に関係する機器に対する、よりきめの細かいエコ運転及び省エネ運転が可能となる。

本発明の好適な実施形態の１つでは、ＯＦＦ位置とＯＮ位置とイグニッション位置とを有するキースイッチと、前記補助エンジン機器への給電を指令する補助エンジン機器給電指令を前記給電制御部に出力する補助給電指令出力部とが備えられ、前記給電制御部は、前記キースイッチの前記ＯＮ位置及びイグニッション位置において前記第１給電スイッチを入り状態にし、かつ前記給電制御部は、前記補助エンジン機器給電指令に応答して前記第２給電スイッチを入り状態にする。この構成では、キースイッチの操作位置と給電制御部による第１給電スイッチの状態とが連携されており、エンジンを始動させるために、キースイッチがＯＦＦからイグニッション位置またはＯＮ位置に維持されると、第１給電スイッチが入り状態となって、エンジン機器が給電される。給電制御部は、補助給電指令に応答して、補助エンジン機器が給電されるように、第２給電スイッチを入り状態にすることもできる。補助給電指令を給電制御部に与える補助給電指令出力部が設けられている。これにより、エンジンの稼働とは関係なく、補助給電指令出力部が補助給電指令を出力すれば、補助エンジン機器が駆動することになる。つまり、補助給電指令出力部が補助給電指令を出力するタイミングを予めプログラムしておくことで、所定の条件が成立すると、エンジンの稼働とは関係なく、補助エンジン機器が駆動される。

ラジエータ電動ファンなどのエンジン温度の異常上昇を抑制するような補助エンジン機器は、少なくともエンジン温度が所定値を超えると駆動させなければならない。また、エンジン負荷が増大してエンジンストールの可能性が生じると、エンジン動力を増加させるためのエンジン回転数上昇用機器やターボ機器などを駆動させることが好適である。このため、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記補助給電指令出力部は、前記エンジンの状態が所定レベルを超えた場合に、前記補助エンジン機器給電指令を出力する。

また、補助エンジン機器給電指令の出力をコンピュータ等による制御に任せるのではなく、運転者の意思で行うことも、有効である。このことから、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記補助給電指令出力部に前記補助エンジン機器給電指令の出力を指令する補助エンジン機器操作具が備えられている。

エンジンの稼働に必須であり、電気によって駆動されるエンジン機器の１つは、燃料ポンプである。また、エンジンが稼働中において、少なくとも、特定のエンジン状態（エンジンが高温状態）の場合には、駆動しなければならない補助エンジン機器の１つがラジエータ電動ファンである。したがって、本発明の好適な実施形態の１つでは、第１給電スイッチによって給電制御される前記エンジン機器は燃料ポンプであり、第２給電スイッチによって給電制御される前記補助エンジン機器は、ラジエータ電動ファンである。

従来では、１つの共通の給電スイッチによって給電制御が行われていたエンジン機器と補助エンジン機器とを、独立して制御可能な給電スイッチによって給電制御した場合、給電スイッチの個数が増え、給電回路系のコストが増加する。また、給電スイッチをリレー等で構成する場合、リレーボックスでの収納スペースが不足する問題が生じる。この問題を避けるために、前記作業装置が作業制御用電動機器を備えている本発明の好適な実施形態の１つでは、前記作業制御用電動機器への給電は前記第１給電スイッチによって入り切りされる。作業制御用電動機器は、作業装置を制御するときだけ駆動して電力を消費するので、無駄に電力を消費することは実質的にはなくなる。したがって、作業制御用電動機器は、エンジン機器と共通に給電制御されても、実質的に省エネに悪影響を与えることはない。そのような具体的な作業制御用電動機器の１つが、前記作業装置が苗を圃場に植え付ける苗植付装置である場合、つまり作業車が田植機である場合、前記苗植付装置へ変速動力を与える株間変速装置の変速位置を調整する調整モータである。

田植機の側面図である。 田植機の平面図である。 ミッションケースにおいて走行伝動系の付近を示す横断平面図である。 ミッションケースにおいて作業伝動系の付近を示す横断平面図である。 エンジン制御及び株間制御に関する制御系の模式図である。 キースイッチまたは制御ユニットによって制御可能な給電スイッチを用いた電装品への給電説明図である。

本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ここでは、本発明の作業車の一例として乗用型田植機（以下、単に田植機と略称する）を例に挙げて説明する。なお、図２に示されているように、本実施形態では、矢印Ｆが走行機体Ｃの機体前方、矢印Ｂが走行機体Ｃの機体後方、矢印Ｌが走行機体Ｃの機体左方、矢印Ｒが走行機体Ｃの機体右方で指している。

図１と図２とに示されているように、田植機には、左右一対の操舵車輪としての前輪１と、走行装置としての左右一対の後輪２とを有する走行機体Ｃと、作業装置としての苗植付装置Ｗとが備えられている。左右一対の操舵車輪としての前輪１は、走行機体Ｃの機体前側に設けられて走行機体Ｃの向きを変更操作自在なように構成され、左右一対の後輪２は、走行機体Ｃの機体後側に設けられている。苗植付装置Ｗは、油圧シリンダ４の伸縮作動により昇降作動するリンク機構３を介して、走行機体Ｃの後端に昇降自在に連結されている。

苗植付装置Ｗは、左右方向に所定間隔を置いて配置された植付伝動ケースＷ１、植付伝動ケースＷ１の後部の右側部及び左側部に回転自在に支持された回転ケースＷ２、回転ケースＷ２の両端に備えられた一対の植付アームＷ３、フロートＷ４及び苗のせ台Ｗ５等を備えている。右及び左のマーカー１２が、苗植付装置Ｗの右及び左の横側部に備えられている。

図１及び図２に示すように、走行機体Ｃに、運転座席１３、及び前輪１を操向操作する操縦ハンドル１４が備えられている。運転座席１３の下側にバッテリＢが配置されている。走行機体Ｃの前部の右部及び左部に右及び左の支持フレーム１６が備えられており、支持フレーム１６に予備苗のせ台１５が支持されている。右及び左の支持フレーム１６の上部に亘って、支持フレーム１７が連結されている。

支持フレーム１７において、平面視で走行機体Ｃの左右中央線ＣＬが通る位置に、衛星測位モジュール１８が備えられており、衛星測位モジュール１８から走行機体Ｃの位置を示す衛星測位データが出力される。

右及び左の後輪２を支持する後車軸ケース２２において、平面視で走行機体Ｃの左右中央線ＣＬが通る位置に、慣性計測モジュール１９が取り付けられており、慣性計測モジュール１９から走行機体Ｃのヨー角やヨー角速度などの機体姿勢状態を示す慣性計測データが出力される。

図１に示すように、走行機体Ｃの前領域に、ミッションケース２０が設けられており、ミッションケース２０の右及び左の横側部に連結された前車軸ケース２１に、右及び左の前輪１が支持されている。走行機体Ｃの後部に、後車軸ケース２２が支持されており、後車軸ケース２２に右及び左の後輪２が支持されている。

図１に示すように、ミッションケース２０の前部に、エンジン２３が支持されている。ミッションケース２０の左の横側部に、静油圧型式無段変速装置として構成された主変速装置２４が連結されている。エンジン２３の動力が伝動ベルト２５を介して主変速装置２４の入力軸２４ａに伝達される。エンジン２３には、エンジン機器８と補助エンジン機器９が備えられている。

主変速装置２４は、中立位置、前進側及び後進側に無段階に変速自在に構成されており、操縦ハンドル１４の左の横側に備えられた主変速レバー３０により、主変速装置２４を操作する。

図３に示すように、ミッションケース２０の右の横側部に、ポンプ２６が連結されており、ポンプ２６は油圧シリンダ４に作動油を供給する。主変速装置２４の入力軸２４ａがミッションケース２０に入り込んでおり、ポンプ２６の入力軸２６ａと、主変速装置２４の入力軸２４ａとに亘って伝動軸２７が連結されている。

ミッションケース２０の内部に、伝動軸２８，２９が左右方向に沿って支持されて、主変速装置２４の出力軸２４ｂが伝動軸２８の端部に連結されている。ミッションケース２０の内部において、伝動軸２８，２９に亘って、ギヤ変速型式の副変速装置３１が備えられている。

右及び左の前輪１に動力を伝達する右及び左の前車軸３５が、ミッションケース２０及び前車軸ケース２１に亘って支持されており、右及び左の前車軸３５の間に、前輪デフ装置３６が備えられている。伝動軸２９に連結された伝動ギヤ３７と、前輪デフ装置３６のケース３６ａに連結された伝動ギヤ３８とが咬合している。

ミッションケース２０の後部に出力軸３９が前後方向に沿って支持されており、前輪デフ装置３６のケース３６ａに連結されたベベルギヤ４０と、出力軸３９における前部に形成されたベベルギヤ３９ａとが咬合している。

図４に示すように、ミッションケース２０の右の横側部に、株間変速装置として機能する静油圧型式無段変速装置（以下、単にＨＳＴと略称する）４５が連結されている。ＨＳＴ４５の入力軸４５ａと伝動軸２８とが連結されている。ミッションケース２０の内部に、伝動軸４７ａ，４７ｂ，４８が左右方向に沿って支持されて、ＨＳＴ４５の出力軸４５ｂが伝動軸４７ａの端部に連結されている。

以上の構成により、主変速装置２４で変速された動力が、主変速装置２４の出力軸２４ｂから、伝動軸２８及びＨＳＴ４５の入力軸４５ａを介して、ＨＳＴ４５に伝達される。

さらに、ＨＳＴ４５で変速された動力が、ＨＳＴ４５の出力軸４５ｂから、伝動軸４７ａ、伝動ギヤ４８ａ，４８ｂ、伝動軸４７ｂ、不等速変速装置４６、伝動軸４８、ベベルギヤ４９ａ，４４ｂ、植付クラッチＣＬ１、出力軸４２ａ、伝動軸４２ｂを介して、苗植付装置Ｗに伝達される。

植付クラッチＣＬ１を伝動状態に操作すると、苗植付装置Ｗに動力が伝達されて、苗植付装置Ｗが作動する。苗植付装置Ｗが作動すると、苗のせ台Ｗ５が左右に往復横送り駆動されるのに伴って、回転ケースＷ２が回転駆動され、２組の植付アームＷ３が、苗のせ台Ｗ５の下部から交互に苗を取り出して田面に植え付ける。これにより、走行機体Ｃの走行方向に沿って、事前に設定された設定株間Ｌ１〜Ｌ５（供給間隔に相当）で、苗が田面に間欠的に植え付けられる。植付クラッチＣＬ１を遮断状態に操作すると、苗植付装置Ｗへの動力が遮断されて、苗植付装置Ｗが停止し、苗のせ台Ｗ５及び回転ケースＷ２が停止する。

図５に、エンジン制御及び株間制御に関する制御系の模式図が示されている。ここでは、制御ユニット５には、株間Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５を設定する設定機器６４からの信号と、ＯＦＦ位置、ＯＮ位置、ＩＧ位置（イグニッション位置）を有するキースイッチ６１からの信号とが入力されている。もちろん、制御ユニット５には、エンジン状態、走行状態、作業状態を検出するセンサ群からの信号が入力されるが、図５では省略されている。

制御ユニット５によって制御される制御機器として、図５では、エンジン２３を駆動するために用いられるエンジン機器８、エンジン２３の駆動時に補助的に用いられる補助エンジン機器９、ＨＳＴ４５の変速位置を調整する調整モータ６５が示されている。調整モータ６５は、ＨＳＴ４５の変速位置を調整する作業制御用電動機器である。エンジン機器８には、スタータ８１、燃料ポンプ８２などが含まれている。補助エンジン機器９には、ラジエータ電動ファン９１、オルタネータ９２などが含まれている。実際には、制御ユニット５からの制御指令に基づいて各種機器に制御信号を与えるドライバやサブ制御ユニットなどが介在するが、これらの図示は図５では省略されている。

スタータ８１、エンジン機器８に含まれる燃料ポンプ８２、補助エンジン機器９に含まれるラジエータ電動ファン９１を駆動させるには、バッテリＢからの給電が必要である。同様に、補助エンジン機器９に含まれるオルタネータ９２は、その制御回路にバッテリＢから給電されることで、エンジン１３回転力を電力に変換して、バッテリＢに送り込む。これらの機器への給電及び制御ユニット５からの制御指令（制御信号）を説明する模式図が、図６に示されている。

図６では、制御ユニット５には、本発明に関係する機能部として、給電制御部５１、補助給電指令出力部５２、一時エンジン停止制御部５３が備えられている。制御ユニット５には、キースイッチ６１、補助エンジン機器操作具６２、バッテリＢが接続されている。キースイッチ６１とバッテリＢとも接続されている。また、充電目的で、オルタネータ９２とバッテリＢとが接続されている。

第１給電スイッチ７１は、燃料ポンプ８２及び調整モータ６５への給電を入り切りするリレーである。第１給電スイッチ７１のスイッチ状態は給電制御部５１によって制御される。燃料ポンプ８２と調整モータ６５とは第１給電スイッチ７１によって入り切り制御される給電線に並列で接続されている。したがって、燃料ポンプ８２が駆動している間、つまりエンジン２３が駆動している間、調整モータ６５は給電可能な状態であるが、ＨＳＴ４５の変速位置を調整しない限り、実質的に調整モータ６５が電力を消費することはない。

第２給電スイッチ７２は、ラジエータ電動ファン９１への給電を入り切りするリレーである。第２給電スイッチ７２のスイッチ状態は、給電制御部５１によって制御される。なお、第１給電スイッチ７１と第２給電スイッチ７２とのスイッチ状態は、それぞれ、給電制御部５１によって独立的に制御可能である。補助給電指令出力部５２がラジエータ電動ファン９１への給電を指令する補助エンジン機器給電指令を出力すると、これに応答して、給電制御部５１は第２給電スイッチ７２入り状態とする。補助給電指令出力部５２は、運転者の意思で、補助エンジン機器操作具６２が操作された場合に、補助エンジン機器給電指令を出力する。さらに、補助給電指令出力部５２は、エンジン２３の所定状態が許容レベルを超えた場合にも、補助エンジン機器給電指令を出力する。エンジン２３のこのような所定状態として、例えば、エンジン２３の温度つまりエンジン冷却水の温度、あるいはエンジン負荷などが挙げられる。この実施形態では、第２給電スイッチ７２によって給電制御されるのはラジエータ電動ファン９１であるので、エンジン冷却水の温度が所定温度を超えると、第２給電スイッチ７２を入り状態に切り替え、ラジエータ電動ファン９１に給電して、ラジエータ電動ファン９１を回転させるとよい。もちろん、補助エンジン機器操作具６２を操作して、ラジエータ電動ファン９１を強制的に駆動させてもよい。このような給電制御により、少なくとも、エンジン２３の始動時からラジエータ電動ファン９１も同時に駆動させることは回避できる。

第３給電スイッチ７３は、スタータ８１への給電を入り切りするリレーである。第３給電スイッチ７３のスイッチ状態は、給電制御部５１によって制御される。なお、スタータ８１及び燃料ポンプ８２は、この田植機の稼働開始時において、キースイッチ６１をＯＦＦ位置からＩＧ位置（イグニッション位置）に操作された場合に、エンジン２３を始動させるために、制御ユニット５の介在なしに、直接キースイッチ６１を介してバッテリＢから給電される。エンジン一時ストップ（アイドリングストップ）からの復帰時（再始動時）には、制御ユニット５が起動しており、給電制御部５１による第１給電スイッチ７１及び第３給電スイッチ７３の入りによって、スタータ８１及び燃料ポンプ８２が再駆動し、エンジン２３が再始動する。

第４給電スイッチ７４は、オルタネータ９２の制御部への給電を入り切りするリレーであり、給電制御部５１によって制御される。オルタネータ９２はエンジン２３の回転力を利用して発電し、その発電電力でバッテリＢを充電させるものである。このため、エンジン２３の停止中に、オルタネータ９２の制御部に給電することは電力の無駄使いとなる。キースイッチＯＦＦ位置で、田植機が停止している場合には、制御ユニット５も停止しており、オルタネータ９２の制御部への給電も停止している。この田植機には、一時エンジン停止機能（アイドリングストップ機能）が備えられており、所定の条件が満たされると、一時エンジン停止制御部５３により、エンジン２３は一時的に停止する。従来の作業車では、エンジン２３が一時的に停止しても、キースイッチ６１はＯＮ位置であることから、オルタネータ９２の制御部への給電はそのまま続けられていた。しかしながら、この実施形態では、一時エンジン停止時には、第４給電スイッチ７４が切り状態にされ、オルタネータ９２の制御部への給電は停止される。一時エンジン停止が解除されると、エンジン２３が駆動するとともに、第４給電スイッチ７４が入り状態にされ、オルタネータ９２の制御部への給電が再開される。

第１給電スイッチ７１、第２給電スイッチ７２、第３給電スイッチ７３、第４給電スイッチ７４は、リレースイッチで構成され、他のリレースイッチとともに共通のリレーボックスに収納されている。

〔別実施の形態〕
（１）上述した実施形態では、第１給電スイッチ７１、第２給電スイッチ７２、第３給電スイッチ７３、第４給電スイッチ７４は、リレースイッチで構成されていたが、リレースイッチ以外のスイッチ、例えば、半導体スイッチを採用してもよい。
（２）図６で示した給電回路系は模式的に示されているが、本発明の目的を達成するのであれば、自由な回路構成を採用することが可能である。
（３）上述した実施形態で示された、各電装品のエンジン機器８と補助エンジン機器９とへの区分けは、一例であり、その他の電装品をエンジン機器８または補助エンジン機器９としてもよい。

本発明は、エンジンと、作業装置と、バッテリから電装品への給電を制御する制御ユニットとを備えた作業車に適用可能である。

５ ：制御ユニット
８ ：エンジン機器
９ ：補助エンジン機器
２３ ：エンジン
５１ ：給電制御部
５２ ：補助給電指令出力部
５３ ：一時エンジン停止制御部
６１ ：キースイッチ
６２ ：補助エンジン機器操作具
６４ ：設定機器
６５ ：調整モータ
７１ ：第１給電スイッチ
７２ ：第２給電スイッチ
７３ ：第３給電スイッチ
７４ ：第４給電スイッチ
８１ ：スタータ
８２ ：燃料ポンプ
９１ ：ラジエータ電動ファン
９２ ：オルタネータ
Ｂ ：バッテリ

Claims (7)

1. エンジンと作業装置とを備えた作業車であって、
   前記エンジンを駆動するために用いられるエンジン機器への給電を入り切りする第１給電スイッチと、
   エンジン駆動時に補助的に用いられる補助エンジン機器への給電を入り切りする第２給電スイッチと、
   前記第１給電スイッチと前記第２給電スイッチとのそれぞれを独立的に制御する給電制御部と、
   を備えた作業車。
2. ＯＦＦ位置とＯＮ位置とイグニッション位置とを有するキースイッチと、前記補助エンジン機器への給電を指令する補助エンジン機器給電指令を前記給電制御部に出力する補助給電指令出力部とが備えられ、前記給電制御部は、前記キースイッチの前記ＯＮ位置及びイグニッション位置において前記第１給電スイッチを入り状態にし、かつ前記給電制御部は、前記補助エンジン機器給電指令に応答して前記第２給電スイッチを入り状態にする請求項１に記載の作業車。
3. 前記補助給電指令出力部は、前記エンジンの状態が所定レベルを超えた場合に、前記補助エンジン機器給電指令を出力する請求項２に記載の作業車。
4. 前記補助給電指令出力部に前記補助エンジン機器給電指令の出力を指令する補助エンジン機器操作具が備えられている請求項２または３に記載の作業車。
5. 前記エンジン機器は燃料ポンプであり、前記補助エンジン機器は、ラジエータ電動ファンである請求項１から４のいずれか一項に記載の作業車。
6. 前記作業装置は作業制御用電動機器を備えており、前記作業制御用電動機器への給電は前記第１給電スイッチによって入り切りされる請求項１から５のいずれか一項に記載の作業車。
7. 前記作業装置が苗を圃場に植え付ける苗植付装置であり、前記作業制御用電動機器が前記苗植付装置へ変速動力を与える株間変速装置の変速位置を調整する調整モータである請求項６に記載の作業車。

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