JP2023080715A - 作業車両 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンコントロールユニットを熱の影響から保護することを課題とする。【解決手段】エンジンコントロールユニット（１００）を搭載した作業車両であって、エンジンルーム（５８）内にラジエータ（５９）を挟んでエンジン（Ｅ）とは反対側の空間にエンジンコントロールユニット（１００）を設け、前記エンジン（Ｅ）上方のボンネット（６２）に開閉窓（６２ａ）を設ける構成とする。また、前記エンジンコントロールユニット（１００）を冷却する第１ファン（６５）を設ける構成とする。また、エンジン（Ｅ）周辺の熱を機外へ排熱する第２ファン（６６）を設ける構成とする。【選択図】図６

Description

この発明は、エンジンを制御するエンジンコントロールユニットを搭載した作業車両に関する。

エンジンルーム内において、ラジエータを挟んでエンジンとは反対側の空間にエンジンコントロールユニットが配置されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１９－２０９９５３号公報

前述のような技術では、エンジン停止後にエンジンの熱がエンジンコントロールユニットに伝わってしまう。特に高負荷運転後においては、エンジンが高温状態になっているため、エンジンコントロールユニットがエンジンからの高温の熱の影響を受けて故障することがあった。

本発明の課題は、前述のような不具合を解消する作業車両を提供することである。

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、エンジンコントロールユニット（１００）を搭載した作業車両であって、エンジンルーム（５８）内にラジエータ（５９）を挟んでエンジン（Ｅ）とは反対側の空間にエンジンコントロールユニット（１００）を設け、前記エンジン（Ｅ）上方のボンネット（６２）に開閉窓（６２ａ）を設けたことを特徴とする作業車両としたものである。

請求項２記載の発明では、前記エンジンコントロールユニット（１００）を冷却する第１ファン（６５）を設け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。

請求項３記載の発明では、エンジン（Ｅ）周辺の熱を機外へ排熱する第２ファン（６６）を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の作業車両としたものである。

本発明は上述のごとく構成したので、請求項１記載の発明においては、開閉窓（６２ａ）からエンジン（Ｅ）周辺の熱が機外へ排熱されるので、熱の影響からエンジンコントロールユニット（１００）を保護できる。

請求項２記載の発明においては、請求項１の効果に加え、エンジンコントロールユニット（１００）は第１ファン（６５）で冷却されるので、熱の影響からエンジンコントロールユニット（１００）を保護できる。

請求項３記載の発明においては、請求項１または請求項２の効果に加え、エンジン（Ｅ）周辺の熱は第２ファン（６６）で強制的に機外へ排熱されるので、熱の影響からエンジンコントロールユニット（１００）を保護できる。

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、ガソリン機関やその他の内燃機関でもよい。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、エンジンコントロールユニット（以下、ＥＣＵ１００という）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Ｔ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ーである。

図５はエンジンのシリンダー５内への吸気と排気の模式図であり、４サイクルのディーゼルエンジンの実施例である。過給器ＴＢの吸気タービン３６により過給された空気は、エアクリーナー３５から吸気タービン３６、インタークーラー３７を通過して吸気マニホールド３８からシリンダー５内へ送られる構成である。３９は吸気バルブであり、４０はピストンである。４８はカムでありロッカーアーム４９を介して吸排気バルブ３９、４１を開閉させるものである。

シリンダー５内で燃焼した排ガスは、排気バルブ４１から排気マニホールド４２を通過した後、過給器ＴＢの排気タービン４５で過給器ＴＢを駆動して排出される構成である。

このディーゼルエンジンは、排気ガスの一部を吸気側に混入させるためのＥＧＲ（排気再循環装置）回路４４を有している。排気ガスの一部を吸気側に戻すことにより、燃焼温度を下げ、排気ガス中のNOXの排出を抑制する。排気ガスには酸素が少ないため、それに合わせて燃料噴射が抑えられてNOXが減少する。

このように、ＥＧＲ回路では排気ガスの一部を吸気側に混入させることで酸素量（Ｏ2）を減らし、窒素酸化物Ｎｏxの発生を低減させるように構成している。ただし、ＥＧＲ率が上昇しすぎると、逆に酸素量が少なくなって不完全燃焼になるので、燃焼状態によりＥＧＲ率を調節する必要がある。この調節は、ＥＧＲバルブ４３にて行う。ＥＧＲ回路４４は、後述する後処理装置４６下流側の排気管５５と過給器ＴＢの吸気タービン３６上流側の吸入管５６との間を接続している。また、ＥＧＲ回路４４の途中にはＥＧＲクーラ５７を設ける構成としている。このＥＧＲバルブ４３の開閉具合でシリンダー５内への排気ガスの還元量が変化する。

排気タービン４５を通過後の排気ガスは、後処理装置４６を通過してマフラー５０から大気中に排出される。後処理装置４６は、酸化触媒（ＤＯＣ）４６ａとディーゼルパティキュレートフィルター（ＤＰＦ）４６ｂとから構成されている。

酸化触媒（ＤＯＣ）は不燃物室を燃焼させるものであり、ディーゼルパティキュレートフィルター（ＤＰＦ）は粒状化物室（ＰＭ）を捕集するためのものである。前記ＥＧＲバルブ４３と絞り弁４７については、ＥＣＵ１００により制御される構成である。後処理装置４６はディーゼルパティキュレートフィルター（ＤＰＦ）４６ｂのみで構成してもよい、酸化触媒（ＤＯＣ）を設けると不燃物質が燃焼するので、よりクリーンな排気ガスとなる。

ＤＰＦ４６ｂは、排気ガスの温度が低い状態（低負荷）が長時間続くと、ＰＭが溜まってきて能力の低下が懸念される。そこで、後処理装置４６の下手側に絞り弁４７を設け、この絞り弁４７を絞るとＤＰＦ４６ｂ内の圧力が高く保持されるので温度も高くなる。これにより、高い温度の影響により、ＤＰＦ４６ｂの再生が可能となる。即ち、高い温度の排気ガスがＤＰＦ４６ｂを通過すると、ＤＰＦ４６ｂ内に存在しているＰＭが焼き飛ばされることでＤＰＦ４６ｂが再生される。

ＤＰＦ４６ｂを再生させるためのＤＰＦ再生運転としては、ＥＧＲバルブ４３と絞り弁４７の両方を絞る。そして、燃料噴射タイミングのリタード（遅角）と合わせてＤＰＦ４６ｂ内のガス温度を上昇させ、ＤＰＦ４６ｂが再生に入るようにする。これにより、燃料のアフター噴射（排気ガス温度を上昇させるため）が不要となったり、アフター噴射の回数を減らすことができるようになるので、燃料消費量を抑制できて環境にもよい。

このようなＤＰＦ再生運転を行うための条件としては、後処理装置４６の上手側に圧力センサ５２を設けておいて、この圧力センサ５２の値が所定値以上になるとＤＰＦ４６ｂ内にＰＭが蓄積して抵抗となっている状態なので、ＤＰＦ再生運転を行うようにする。

また、ＤＰＦ再生運転に入った状態が長時間続くと、過熱状態となってしまいＤＰＦ４６ｂが損傷してしまう。そこで、後処理装置４６の下手側に温度センサ５３を設け、この温度センサ５３の値が所定値を超えるとＤＰＦ再生運転を止めて通常運転に戻るようにする。

通常の運転は、ＥＧＲバルブ４３と絞り弁４７を同時に制御してＥＧＲ量を適宜コントロールするようにする。特に、絞り弁４７を有することで、ＤＰＦ４６ｂ内のガス温度を高く保持することができるようになる。

前述のような構成としたことで、吸気スロットルが不要となる。即ち、過給器付き機関では吸気側圧力が高いので、ＥＧＲガス量を確保するために排気絞り弁または吸気スロットルを設け、ＥＧＲバルブと連動した制御が必要となるが、このようなシステムが不要となる。

また、ＤＰＦ４６ｂ下流の排気ガスを取り出すために、過給器ＴＢの汚れに伴う性能劣化を生じることを防止できるようになる。そして、ＥＧＲガスはＥＧＲクーラ５７で冷却されるため、ＮＯｘ低減に対して効果が大きくなる。

前述したように、ＤＰＦの再生運転を行なうＤＰＦ強制再生モードにおいては、排気絞り弁４７を絞り、ＯＮ－ＯＦＦ制御によってＥＧＲバルブ４３を全閉とするように構成する。したがって、排気ガスの還元が行なわれないのでＮＯが増加し、このＮＯが酸化触媒（ＤＯＣ）４６ａによってＮＯ2に転換され、ＤＰＦ４６ｂの再生が促進されるようになる。

また、ＤＰＦ４６ｂの強制再生中において、エンジン回転がローアイドルに移行した場合は、前記ＥＧＲバルブ４３を全開とする。ＤＰＦ４６ｂの下流側には温度センサ５３を設けているので、この温度センサ５３による検出値が所定値以上に上昇したことも条件に加えるようにしてもよい。

図６は前述したトラクターのエンジンルーム５８内において、エンジンＥなどの配置を示している。エンジンＥの前方にラジエータ５９を設け、ラジエータ５９の前方にＥＣＵ１００を設けている。ＥＣＵ１００は機体フレームから立設しているブラケット（図示せず）等で支持されている。また、エンジンＥ上方のボンネット６２の一部には開閉窓６２ａを設けている。この開閉窓６２ａは電動モータＭ１で開閉する構成としている。また、ラジエータ５９とＥＣＵ１００の間には複数の開閉扉６３を設けており、この複数の開閉扉６３はモータＭ２で開閉する構成としている。

エンジンＥが駆動中においては、冷却ファン６１の回転により冷却風が起風されて矢印Ｙ１、矢印Ｙ２の方向に流れる。このとき、開閉窓６２ａは閉じた状態であり、開閉扉６３は開いた状態（点線）である。

エンジンＥが停止すると冷却ファン５９も停止するため、エンジンＥの熱がＥＣＵ１００側に移動し、ＥＣＵ１００に悪影響を及ぼすことがある。

そこで、エンジンＥが停止すると、前記開閉扉６３を閉める（実線）ことで、エンジンからの熱がＥＣＵ１００側に向かわないようにする。開閉扉６３を駆動させる電動モータＭ２は、エンジンＥの停止と略同時にバッテリーで駆動され、タイマーを利用してエンジン停止後数分間のみ動く構成としている。これにより、エンジン停止後において速やかに開閉扉６３が閉じるようになり、エンジンの熱がＥＣＵ１００に影響を及ぼすことを防止可能となる。

また、開閉窓６２ａにおいても、開閉窓６２ａを駆動させる電動モータＭ１は、エンジンＥの停止と略同時にバッテリーで駆動され、タイマーを利用してエンジン停止後数分間のみ動く構成としている。本実施例では自然換気といているが、図８に示すように開閉窓６２ａの代わりに第２ファン（以下、換気電動ファン６６という）を設け、換気電動ファン６６を駆動する電動モータＭ４を駆動させて、強制的にエンジンルーム５８内の熱い空気を機外へ排気（矢印Ｙ６）するように構成してもよい。

この換気電動ファン６６の回転方向を逆転させて、エンジンルーム５８内の熱い空気をエンジンＥの下方に排気（矢印Ｙ７、矢印Ｙ８）するように構成してもよい。

これにより、エンジン停止後において速やかに開閉窓６２が開くようになり、エンジンの熱が矢印Ｙ３、矢印Ｙ４の方向に流れて機外へ排出され、エンジンルーム内に配置している電装品を保護可能となる。

また、図７に示すように、ＥＣＵ１００前方のフロントグリル６４に第１ファン（以下、吸入電動ファン６５という）を設け、エンジンＥが停止すると、前記吸入電動ファン６５を駆動して起風された風（矢印Ｙ５）をＥＣＵ１００側に向かわせる構成とする。吸入電動ファン６５を駆動させる電動モータＭ３は、エンジンＥの停止と略同時にバッテリーで駆動され、タイマーを利用してエンジン停止後数分間のみ動く構成としている。これにより、エンジンの熱がＥＣＵ１００に影響を及ぼすことを防止可能となる。図７の構成では開閉扉６３を設けていないが、開閉扉６３を設けるように構成してもよい。特に、外気温度が高い場合に有効となる。

また、図９に示すように、ボンネット６２の前側ボンネット６２ｂを開閉可能に構成してもよい。前側ボンネット６２ｂは前部側の回動支点に設けた前部モーアＭ５で開閉可能に構成しているが、前側ボンネット６２ｂの後部側に電動モータＭ５を設けて、後部側を回動支点として開閉するように構成してもよい。

次に、前述したＥＧＲ回路４４の還元率について説明する。

排気ガスの還元率はＥＧＲバルブ４３で制御する構成としているが、本実施例においては、エアクリーナ３５の下流側に設置している圧力センサ６７に基づいて行う構成とする（図１０）。圧力センサ６７による圧力値が下がってくると吸入酸素量も下がってくるので、ＥＧＲ回路４４の還元率も比例して下げる構成とする。これにより、ＥＧＲ還元率を適正に維持可能となる。廉価な圧力センサ６７を用いることで、廉価な構成でＥＧＲ還元率を補正可能となる。

また、前記圧力センサ６７の圧力値が規定値以下になると、エアクリーナ３５が詰まっている状態ないので、エアクリーナエレメントの交換を促す警告を発する構成とする。

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。

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 トラクタの左側面図 トラクタの平面図 吸気系と排気系の模式図 エンジンルームの断面図 エンジンルームの断面図 エンジンルームの断面図 エンジンルームの断面図 ＥＧＲ還元率補正のフロチャート

Ｅ エンジン
５８ エンジンルーム
５９ ラジエータ
６２ ボンネット
６２ａ 開閉窓
６５ 第１ファン（吸入電動ファン）
６６ 第２ファン（換気電動ファン）
１００ エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）

Claims (3)

1. エンジンコントロールユニット（１００）を搭載した作業車両であって、エンジンルーム（５８）内にラジエータ（５９）を挟んでエンジン（Ｅ）とは反対側の空間にエンジンコントロールユニット（１００）を設け、前記エンジン（Ｅ）上方のボンネット（６２）に開閉窓（６２ａ）を設けたことを特徴とする作業車両。
2. 前記エンジンコントロールユニット（１００）を冷却する第１ファン（６５）を設けたことを特徴とする請求項１に記載の作業車両。
3. エンジン（Ｅ）周辺の熱を機外へ排熱する第２ファン（６６）を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の作業車両。

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