JP5292926B2 - 作業車 - Google Patents

Description

この発明は、農業機械であるトラクタに関する。

従来からエンジンの負荷を測定し、負荷の変動に応じてエンジンの出力を変更する技術は公知である（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１−２５３５３２号公報

前述の公知技術は、単純のエンジンの負荷を検出し、適正な負荷となるように性能曲線を速やかに変更するものである。しかしながら、トラクタの作業走行時における作業機の負荷に対応して、耕深又は車速を維持するために報知するような技術は開示されていない。

本発明の課題は、前述のような不具合を解消する作業車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、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）を搭載したトラクタにおいて、シート（１７）の左前方部に主変速レバー（２６）を設け、シート（１７）の右側に作業機（２１）の高さを設定するポジションレバー（２９）、圃場の耕耘深さを自動的に設定する耕深設定手段（３０）、該耕深設定手段（３０）の機能を入り状態とする自動耕深スイッチ（３０ａ）、該自動耕深スイッチ（３０ａ）が入り状態のときに耕深優先又は車速優先を選択する選択スイッチ（３０ｂ）を設け、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、前記ＥＣＵ（１００）は負荷率を検出して本機側の制御装置（２００）に送信し、耕深優先が選択されていると該制御装置（２００）は耕深を維持するための車速を算出し、車速優先が選択されていると車速を維持するための耕深を算出し、算出された車速又は耕深をモニター（Ｍ）に表示する構成とし、
前記自動耕深スイッチ（３０ａ）が切り状態のときには、エンジン（Ｅ）の負荷状態を前記モニター（Ｍ）に表示する構成とし、
前記主変速レバー（２６）が高速になるほどエンジンの出力トルクを制限するトルク制限値を大きくするように構成したことを特徴とするトラクタとしたものである。

耕深設定手段（３０）により耕深を設定し、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）を入りとする。そして、選択スイッチ（３０ｂ）により耕深優先又は車速優先を選択する。このような状態で作業機（２１）を駆動して作業走行が開始されると、ＥＣＵ（１００）は負荷率を検出して本機側の制御装置（２００）に送信する。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はモニター（Ｍ）に表示する。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。主変速レバー（２６）が高速になるほどエンジンの出力トルクを制限するトルク制限値を大きくする。

請求項２に記載の発明では、前記ＥＣＵ（１００）には、エンジン回転数に対する出力トルクを決定するトルクマップを備え、このトルクマップは高い出力トルクを有する高トルクマップ（ＴＭ１）と低い出力トルクを有する低トルクマップ（ＴＭ２）から構成し、高トルクマップ（ＴＭ１）の使用は作業走行時とし、低トルクマップ（ＴＭ２）の使用は非作業走行時とし、低トルクマップ（ＴＭ２）の使用時にはコモンレール（１）からのメイン噴射タイミングを進角させるように構成するとともに、定格回転数を低下させるように構成したことを特徴とする請求項１に記載のトラクタとしたものである。

高トルクマップ（ＴＭ１）の使用は作業時とし、低トルクマップ（ＴＭ２）の使用は単なる走行時とする。低トルクマップ（ＴＭ２）の使用時にはコモンレール（１）からのメイン噴射タイミングを進角させ、定格回転数を低下させる。

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、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。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。
また、エンジンの出力トルクを制限することで、加速始めの燃料噴射量が大きく増加する領域をカット可能となり、加速そのものを緩やかにすることで、燃料消費増加を抑制可能となる。高速でアクセルを踏み込むことによる低回転高負荷域の燃費率の悪い領域を使用することによる燃料消費増加を抑制可能となる。

請求項２記載の発明においては、請求項１の効果に加え、フットアクセル時の無駄な燃料消費を低減可能となり、燃費がよくなる。

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、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について説明する。ＥＣＵ１００にてエンジンの外部負荷が中立であることを検出する。検出方法としては、走行用ミッションの中立の検出、又は走行用クラッチが踏まれていることをスイッチ等で検出する。また、作業機２１の停止状態をミッション又は駆動レバーやスイッチ等で検出する。エアコンのスイッチが切り状態を検出する。

機体側の制御装置２００からＥＣＵ１００に対して、外部負荷がないことをＣＡＮ通信等で送信する。
このような状態で、ローアイドル時の燃料噴射量が設定値内か否かを判定し、設定値以上の場合は、エンジンフリクション異常として警報を発する構成とする。条件としては、ローアイドル時の燃料噴射量設定値は、充電負荷、作業機用油圧ポンプの引きずり負荷を考慮したものとする。

これにより、エンジン内部の不具合（ピストンリング膠着、ピストン焼付き、メタル焼付き、バルブ摺動不良等の早期発見が可能となる。
図６について説明する。バランサハウジング３５をシリンダブロック３６の横方向に突き出して配置し、バランサハウジング３５の下側に燃料圧送用の高圧ポンプ４を設ける構成とする。これにより、工具等の落下物から高圧ポンプ４を保護可能となる。

ＥＣＵ１００には、図７に示すように、通常作業用の高トルクマップＴＭ１と低トルクマップＴＭ２を備えている。運転席に設けているエコモードスイッチ（図示せず）を入り状態にすると、低燃費作業用の低トルクマップＴＭ２を使用するが、このときはコモンレール１からのメイン噴射タイミングを進角させるように構成する。この相乗効果により、燃費がさらによくなる。また、低トルクマップＴＭ２においては、ラインＬ１のように定格回転数を低下させるように構成してもよい。

前記高トルクマップＴＭ１の使用は作業時とし、低トルクマップＴＭ２の使用は単なる走行時としてもよい。これにより、フットアクセル時の無駄な燃料消費を低減可能となる。

次に、トルク制限について説明する。
図８に示すように、全負荷トルクラインＬ２に対して、トルク制限ラインＬ３を構成する。また、図９に示すように、主変速位置が高速になるほどトルク制限値を大きくする（ラインＬ４）。このように、トルクを制限することで、加速始めの燃料噴射量が大きく増加する領域をカット可能となり、加速そのものを緩やかにすることで、燃料消費増加を抑制可能となる。また、高速ギヤでアクセルを踏み込むことによる低回転高負荷域の燃費率の悪い領域を使用することによる燃料消費増加を抑制可能となる。

図１０のＤＰＦ３７について説明する。エンジンのシリンダー５内から排出された排気ガスは、後処理装置を通過してマフラーから大気中に排出される。後処理装置は、酸化触媒（ＤＯＣ）とディーゼルパティキュレートフィルター（ＤＰＦ）３７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）３７は粒子状物質（ＰＭ）を捕集するためのものである。
ＤＰＦ３７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、図１０に示すようにバイパス回路３８を設ける構成とする。ＤＰＦ３７内にＰＭが溜まってくると、上流側の圧力が上昇してくるので、この圧力を圧力センサ３９で測定し、圧力が所定値以上になると調整弁４０を開いてバイパス回路３８に排気ガスを流す構成とする（図１０（ｂ））。図１０（ａ）は正常な場合である。これにより、ＤＰＦ３７が再生されないような異常な状態が続いても、排気ガスは排出されるのでエンジンの運転に影響を与えることはなくなる。しかしながら、あくまでも緊急用であるので、早期に保守点検を行なう必要がある。

図１１の性能カーブについて説明する。標準の全負荷カーブラインＬ５に対して、最大トルクを２０％程度削減すると共に、定格高負荷域の噴射タイミングを進角（２度〜４度）進角させて、定格出力を標準全負荷出力と同等またはそれ以下に絞った燃費モードの全負荷カーブラインＬ６を設定する構成とする。また、運転席の切換スイッチ（図示せず）で前記ラインＬ５とＬ６を任意に切換可能に構成する。

これにより、最大トルク値を抑えることで、定格付近の噴射タイミングを進角させても、全体のＮＯｘ排出率は変わらず、定格付近の燃料消費率を良化させることができ、燃料消費量を低減させることができるようになる。

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 トラクターの左側面図 トラクターの平面図 エンジンＥＣＵと本機側制御装置のブロック図 エンジンの斜視図 エンジン回転数と出力トルクの関係を示す線図 エンジン回転数と出力トルクの関係を示す線図 トルク制限値を示す図 （ａ）ディーゼルパティキュレートフィルタの断面図（ｂ）ディーゼルパティキュレートフィルタの断面図 エンジン回転数と出力トルクの関係を示す線図

１ コモンレール
１７ シート
２１ 作業機
２６ 主変速レバー
２９ ポジションレバー
３０ 耕深設定手段
３０ａ 自動耕深スイッチ
３０ｂ 選択スイッチ
１００ ＥＣＵ
２００ 本機側制御装置
Ｅ エンジン
Ｍ モニター
ＴＭ１ 高トルクマップ
ＴＭ２ 低トルクマップ

Claims (2)

1. 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）を搭載したトラクタにおいて、シート（１７）の左前方部に主変速レバー（２６）を設け、シート（１７）の右側に作業機（２１）の高さを設定するポジションレバー（２９）、圃場の耕耘深さを自動的に設定する耕深設定手段（３０）、該耕深設定手段（３０）の機能を入り状態とする自動耕深スイッチ（３０ａ）、該自動耕深スイッチ（３０ａ）が入り状態のときに耕深優先又は車速優先を選択する選択スイッチ（３０ｂ）を設け、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、前記ＥＣＵ（１００）は負荷率を検出して本機側の制御装置（２００）に送信し、耕深優先が選択されていると該制御装置（２００）は耕深を維持するための車速を算出し、車速優先が選択されていると車速を維持するための耕深を算出し、算出された車速又は耕深をモニター（Ｍ）に表示する構成とし、
   前記自動耕深スイッチ（３０ａ）が切り状態のときには、エンジン（Ｅ）の負荷状態を前記モニター（Ｍ）に表示する構成とし、
   前記主変速レバー（２６）が高速になるほどエンジンの出力トルクを制限するトルク制限値を大きくするように構成したことを特徴とするトラクタ。
2. 前記ＥＣＵ（１００）には、エンジン回転数に対する出力トルクを決定するトルクマップを備え、このトルクマップは高い出力トルクを有する高トルクマップ（ＴＭ１）と低い出力トルクを有する低トルクマップ（ＴＭ２）から構成し、高トルクマップ（ＴＭ１）の使用は作業走行時とし、低トルクマップ（ＴＭ２）の使用は非作業走行時とし、低トルクマップ（ＴＭ２）の使用時にはコモンレール（１）からのメイン噴射タイミングを進角させるように構成するとともに、定格回転数を低下させるように構成したことを特徴とする請求項１に記載のトラクタ。

Images