JP5788158B2

JP5788158B2 - 作業車両の駆動系制御装置

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Publication number: JP5788158B2
Application number: JP2010215465A
Authority: JP
Inventors: 大内田　剛史; 剛史大内田; 啓一朗湯▲崎▼; 晃史黒田; 正雄平井; 浩二岩木; 坂田　浩二; 浩二坂田; 鎌田　稔; 稔鎌田
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2010-09-27
Filing date: 2010-09-27
Publication date: 2015-09-30
Anticipated expiration: 2030-09-27
Also published as: US8838348B2; JP2012067897A; EP2623383B1; EP2623383A1; WO2012043176A1; EP2623383A4; KR101558951B1; US20130173123A1; KR20130091755A; CN103124664B; CN103124664A

Description

本願発明は、例えば農作業機や建設機械といった作業車両の駆動系（エンジン及び無段変速機）制御装置に関するものである。

従来から、作業車両の一例であるトラクタは、エンジン及びミッションケースが搭載される走行機体と、該走行機体の後部にリンク機構を介して昇降動可能に装着されるロータリ耕耘機等の対地作業機とを備えている。対地作業機には、エンジンからミッションケースに伝わった回転動力の一部が、ミッションケースに突設されたＰＴＯ軸を介して伝達され、例えば耕起耕耘作業といった所定の仕事を実行する（例えば特許文献１等参照）。

この種のトラクタでは、エンジンコントローラが出力特性マップに基づいて電子ガバナ付きの燃料噴射装置を作動させることにより、スロットルレバーや変速ペダル等の操作量に応じた目標回転速度となり且つ負荷にも対応するように燃料噴射量を調節して、エンジン出力（回転速度と出力トルク）を制御している。例えば回転速度の低速域において、エンジン出力にねばりを持たせる逆ドループ制御を実行することもよく知られている。

特開平６−１４１６０６号公報

ところで、この種のトラクタにて各種作業をする場合、トラクタは圃場内を比較的低速で走行することが多い。このような場合（エンジンの回転速度が低速域にある場合）において、例えば圃場が硬い等の理由で対地作業機に多大な負荷がかかると、エンジン負荷が急激に上昇するものの、エンジンの出力トルクの応答が追従できなくて出力トルク不足に陥り、黒煙を排出してノッキングを生じたりエンジンストールを引き起こしたりするというおそれがあった。

この点、前述の逆ドループ制御を採用すれば、エンジンストールの危険を回避するのは可能になる。しかし、逆ドループ制御では、出力トルクの増大に比例して回転速度が上昇するため、予想外にトラクタの車速が速くなってしまうという可能性があった。

そこで、本願発明は、このような問題を解消した作業車両の駆動系制御装置を提供することを技術的課題とするものである。

本願発明に係る作業車両の駆動系制御装置は、走行機体に搭載されたエンジンと、該エンジンに燃料を噴射するコモンレール式の燃料噴射装置と、前記エンジンからの動力を変速する無段変速機と、前記走行機体の車速を測定する車速センサとを備えている作業車両において、低速側となる第１回転速度で前記エンジンが運転している際に当該第１回転速度での最大トルクに対する比率である第１エンジン負荷率が所定値を超えて前記エンジンに過負荷が作用する場合に、前記エンジンの回転速度及びトルクに関するエンジン運転点を、前記第１回転速度より高速側となる第２回転速度におけるエンジン運転であって前記過負荷時の第１エンジン運転点の出力馬力と等しい出力馬力となる第２エンジン運転点に移行させて、前記第２回転速度における第２エンジン負荷率を前記所定値以下とすると共に、前記走行機体の車速を変更しないように、前記車速センサの実測値に基づいて前記無段変速機の変速比を変更調節するというものである。

また、本願発明に係る作業車両の駆動系制御装置は、回転速度が低速の前記エンジンに過負荷が作用する場合に、所定回転速度以下で且つ所定トルク以上という条件下において前記エンジンの逆ドループ制御を実行し、前記過負荷時のトルクと逆ドループ特性との関係から、前記過負荷が解消する高速側の回転速度となるように、前記エンジンの回転速度及びトルクに関するエンジン運転点を決定して移行させると共に、前記走行機体の車速を変更しないように、前記車速センサの実測値に基づいて前記無段変速機の変速比を変更調節するというものである。

本願発明によると、走行機体に搭載されたエンジンと、該エンジンに燃料を噴射するコモンレール式の燃料噴射装置と、前記エンジンからの動力を変速する無段変速機とを備えている作業車両において、回転速度が低速の前記エンジンに過負荷が作用する場合は、前記過負荷が解消する高速側の回転速度となるように、前記エンジンの回転速度及びトルクに関するエンジン運転点を移行させると共に、前記走行機体の車速を変更しないように、前記無段変速機の変速比を変更調節するから、エンジン負荷の急激な上昇に対して出力トルク不足に陥るのを防止して、黒煙、ノッキング、及びエンジンストールの発生を回避できるものでありながら、前記走行機体の前記車速をそのまま維持できる。従って、低速走行時における前記作業車両での作業性を向上できるという効果を奏する。

本願発明によると、所定回転速度以下で且つ所定トルク以上という条件下において前記エンジンの逆ドループ制御を実行し、前記過負荷時のトルクと逆ドループ特性との関係から、前記過負荷を解消させるエンジン運転点が決定されるから、エンジン負荷の急激な上昇に対して前記逆ドループ制御を実行することによって、前記回転速度と前記トルクとを共に増大させることになり、エンジン出力にねばりを付与できる上に、エンジンストールのおそれを確実に抑制できるという効果を奏する。

本願発明によると、前記過負荷を解消させるエンジン運転点は出力馬力において前記過負荷時のエンジン運転点と等しく、且つ、前記過負荷を解消させるエンジン運転点でのエンジン負荷率が所定値以下になっているから、前記エンジンの出力馬力をエンジン運転点移行の基準として用いることになる。このため、前記作業車両の前記車速維持を簡単且つ的確に行えるという効果を奏する。

作業車両としてのトラクタの側面図である。トラクタの平面図である。トラクタの油圧回路図である。トラクタにおける動力伝達系のスケルトン図である。車速と無段変速機の変速比との関係を説明する図である。エンジンの燃料系統説明図である。エンジン及び排気ガス浄化装置の関係を示す機能ブロック図である。ＥＣＵと変速コントローラとの関係を示す機能ブロック図である。燃料の噴射タイミングを説明する図である。過負荷防止制御の第１例に対応した出力特性マップの説明図である。過負荷防止制御の第１例を示すフローチャートである。変速比制御の詳細を示すフローチャートである。過負荷防止制御の第２例に対応した出力特性マップの説明図である。過負荷防止制御の第２例を示すフローチャートである。

以下に、本願発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

（１）．トラクタの概略構造
まず、図１及び図２を参照しながら、作業車両の一例であるトラクタ１４１の概略構造について説明する。図１及び図２に示すように、トラクタ１４１の走行機体１４２は、左右一対の前車輪１４３と左右一対の後車輪１４４とで支持されている。走行機体１４２の前部に搭載したエンジン７０にて後車輪１４４及び前車輪１４３を駆動することにより、トラクタ１４１は前後進走行するように構成される。エンジン７０はボンネット１４６にて覆われる。また、走行機体１４２の上面にはキャビン１４７が設置されている。該キャビン１４７の内部には、操縦座席１４８と、かじ取りすることによって前車輪１４３の操向方向を左右に動かす操縦ハンドル１４９とが設置されている。キャビン１４７の外側部には、オペレータが乗降するステップ１５０が設けられ、該ステップ１５０より内側で且つキャビン１４７の底部より下側には、エンジン７０に燃料を供給する燃料タンク１５１が設けられている。

図１及び図２に示すように、キャビン１４７内にある操縦ハンドル１４９は、操縦座席１４８の前方に位置する操縦コラム１９０上に設けられている。操縦コラム１９０の右方には、エンジン７０の回転速度を設定保持するスロットルレバー１９７と、走行機体１４２を制動操作する左右一対のブレーキペダル１９１とが設けられている。操縦コラム１９０の左方には、走行機体１４２の進行方向を前進と後進とに切換操作するための前後進切換レバー１９８と、クラッチペダル１９２とが配置されている。操縦コラム１９０の背面側には、ブレーキペダル１９１を踏み込み位置に保持する駐車ブレーキレバー２００が設けられている。

ブレーキペダル１９１の右方には、スロットルレバー１９７にて設定されたエンジン７０の回転速度を下限回転速度として、これ以上の範囲にて回転速度を増減速させるアクセルペダル１９９が配置されている。操縦座席１４８の右側コラム上には、対地作業機としてのロータリ耕耘機１６４の高さ位置を手動で変更調節する作業機昇降レバー１９３、ＰＴＯ変速レバー１９４、及び変速操作用の主変速レバー２０１等が配置されている。操縦座席１４８の左側コラム上には副変速レバー１９５が配置され、左側コラムの前方にはデフロックペダル１９６が配置されている。

図１及び図２に示すように、走行機体１４２は、前バンパ１５２及び前車軸ケース１５３を有するエンジンフレーム１５４と、エンジンフレーム１５４の後部にボルトにて着脱自在に固定する左右の機体フレーム１５６とにより構成される。機体フレーム１５６の後部には、エンジン７０の駆動力を適宜変速して後車輪１４４及び前車輪１４３に伝達するためのミッションケース１５７が連結されている。後車輪１４４は、ミッションケース１５７の外側面から外向きに突出するように装着された後車軸ケース１５８を介して取り付けられている。ミッションケース１５７内には、エンジン７０からの駆動力を変速する無段変速機１５９（図３及び図４参照）が設けられている。

ミッションケース１５７の後部上面には、ロータリ耕耘機１６４を昇降動する油圧式の作業機用昇降機構１６０が着脱可能に取り付けられている。ロータリ耕耘機１６４は、ミッションケース１５７の後部に、一対の左右ロワーリンク１６１及びトップリンク１６２からなる３点リンク機構を介して連結される。ミッションケース１５７の後側面には、ロータリ耕耘機１６４にＰＴＯ駆動力を伝達するためのＰＴＯ軸１６３が後ろ向きに突設されている。

図１及び図２に示すように、ロータリ耕耘機１６４の後部側には、散播用の播種機１７０が肥料散布機（図示省略）と交換可能に取り付けられている。播種機１７０は、種子を入れるタンク１７１と、タンク１７１内の種子を定量ずつ繰り出す繰出部１７２と、繰出部１７２の繰出ローラ（図示省略）を駆動する電動モータ１７３とを備えている。タンク１７１内の種子は、繰出部１７２からロータリ耕耘機１６４後方の既耕耘地面に散播される。なお、肥料散布機をロータリ耕耘機１６４に取り付けた場合は、肥料散布機の肥料（薬剤）がロータリ耕耘機１６４後方の既耕耘地面に散布されることになる。

（２）．トラクタの油圧回路構造
次に、主に図３を参照しながら、トラクタ１４１の油圧回路２１０構造を説明する。トラクタ１４１の油圧回路２１０は、エンジン７０の回転動力にて駆動する作業用油圧ポンプ２０４及び走行用油圧ポンプ２０５を備えている。作業用油圧ポンプ２０４及び走行用油圧ポンプ２０５は、ミッションケース１５７における前側壁部材２２２の前面側に設けられている（図４参照）。作業用油圧ポンプ２０４は、作業機用昇降機構１６０の昇降制御油圧シリンダ２１５に作動油を供給するための制御電磁弁２１１に接続されている。制御電磁弁２１１は、作業機昇降レバー１９３の操作にて切り換え作動可能に構成されている。作業機昇降レバー１９３にて制御電磁弁２１１を切り換え作動させると、昇降制御油圧シリンダ２１５が伸縮駆動して、作業機用昇降機構１６０と左右ロワーリンク１６１とをつなぐリフトアーム１６９（図１参照）を昇降回動させる。その結果、ロワーリンク１６１を介してロータリ耕耘機１６４が昇降動することになる。

走行用油圧ポンプ２０５は、ミッションケース１５７の無段変速機１５９及びパワーステアリング用の油圧シリンダ２０３に作動油を供給するものである。この場合、ミッションケース１７は作動油タンクとしても利用されていて、ミッションケース１５７内部の作動油が各油圧ポンプ２０４，２０５に供給される。走行用油圧ポンプ２０５は、パワーステアリング用のコントロール弁２１２を介してパワーステアリング用の油圧シリンダ２０３に接続されている一方、左右一対のブレーキ作動機構２４５用のブレーキシリンダ２４７に対するオートブレーキ電磁弁２４６にも接続されている。

更に、走行用油圧ポンプ２０５は、ＰＴＯ変速機構２２８のＰＴＯクラッチ２４８を作動させるＰＴＯクラッチ油圧電磁弁２４９と、無段変速機１５９に対する比例制御弁２１３及び始動用電磁弁２１７並びにこれらにて作動する切換弁２１４と、副変速機構２２７の副変速油圧シリンダ２５０を作動させる高速クラッチ電磁弁２５１と、前後進切換機構２２６の前進用油圧クラッチ２５２に対する前進用クラッチ電磁弁２５３と、後進用油圧クラッチ２５４に対する後進用クラッチ電磁弁２５５と、二駆四駆切換機構２２９の四駆用油圧クラッチ２５６に対する四駆油圧電磁弁２５７と、倍速用油圧クラッチ２５８に対する倍速油圧電磁弁２５９とに接続されている。

ＰＴＯクラッチ油圧電磁弁２４９、前進用クラッチ電磁弁２５３、後進用クラッチ電磁弁２５５、四駆油圧電磁弁２５７、及び倍速油圧電磁弁２５９は、これらを適宜制御して各々に対応するクラッチシリンダを作動させることによって、各油圧クラッチ２４８，２５２，２５４，２５６，２５８を切換駆動させるように構成されている。なお、油圧回路２１０は、リリーフ弁や流量調整弁、チェック弁、オイルクーラ、オイルフィルタ等も備えている。

（３）．トラクタの動力伝達系統
次に、主に図４を参照しながら、トラクタ１４１の動力伝達系統を説明する。中空箱形に形成されたミッションケース１５７の前面には前側壁部材２２２が、後面には後側壁部材２２３が着脱自在に固定されている。ミッションケース１５７の内部は仕切壁２２１によって前室２２４と後室２２５とに分けられている。図示は省略するが、前室２２４と後室２２５とは内部の作動油が相互に移動し得るように連通している。ミッションケース１５７の前室２２４側には、無段変速機１５９からの回転動力を正転又は逆転方向に切り換える前後進切換機構２２６と、前後進切換機構２２６を経由した回転動力を変速する機械式の副変速機構２２７と、エンジン７０からの回転動力を適宜変速してＰＴＯ軸１６３に伝達するＰＴＯ変速機構２２８と、前後車輪１４３，１４４の二駆と四駆とを切り換える二駆四駆切換機構２２９とが配置されている。また、後室２２５側には、無段変速機１５９と、副変速機構２２７を経由した回転動力を左右の後車輪１４４に伝達する差動ギヤ機構２３０とが配置されている。

エンジン７０から後ろ向きに突出するエンジン出力軸７４には、フライホイール２３１が直結するように取り付けられている。フライホイール２３１とこれから後ろ向きに延びる主動軸２３２とは、動力継断用のメインクラッチ２３３を介して連結されている。主動軸２３２とミッションケース１５７から前向きに突出する主変速入力軸２３４とは、両端に自在軸継手を備えた動力伝達軸２３５を介して連結されている。エンジン７０の回転動力は、エンジン出力軸７４から主動軸２３２及び動力伝達軸２３５を介して主変速入力軸２３４に伝達され、次いで、無段変速機１５９及び副変速機構２２７によって適宜変速される。該変速動力が差動ギヤ機構２３０を介して左右の後車輪１４４に伝達される。無段変速機１５９及び副変速機構２２７による変速動力は、二駆四駆切換機構２２９及び前車軸ケース１５３内の差動ギヤ機構２３６を介して、左右の前車輪１５３にも伝達される。

後室２２５の内部にある無段変速機１５９は、主変速入力軸２３４に主変速出力軸２３７を同心状に配置したインライン方式のものであり、可変容量形の油圧ポンプ部２４０と、該油圧ポンプ部２４０から吐出される高圧の作動油にて作動する定容量形の変速用油圧モータ部２４１とを備えている。油圧ポンプ部２４０には、主変速入力軸２３４の軸線に対して傾斜角を変更可能してその作動油供給量を調節するポンプ斜板２４２が設けられている。ポンプ斜板２４２には、主変速入力軸２３４の軸線に対するポンプ斜板２４２の傾斜角を変更調節する主変速油圧シリンダ２４３を関連させている。主変速油圧シリンダ２４３の駆動にてポンプ斜板２４２の傾斜角を変更することによって、油圧ポンプ部２４０から油圧モータ部２４１に供給される作動油量が変更調節され、無段変速機１５９の主変速動作が行われる。

すなわち、主変速レバー２０１の操作量に比例して作動する比例制御弁２１３からの作動油にて切換弁２１４が作動すると、主変速油圧シリンダ１９０が駆動し、これに伴い主変速入力軸２３４の軸線に対するポンプ斜板２４２の傾斜角が変更される。実施形態のポンプ斜板２４２は、傾斜略零（零を含むその前後）の中立角度を挟んで一方（正）の最大傾斜角度と他方（負）の最大傾斜角度との間の範囲で角度調節可能であり、且つ、走行機体１４２の車速が最低のときにいずれか一方に傾斜した角度（この場合は負で且つ最大付近の傾斜角度）になるように設定されている（図５参照）。

ポンプ斜板２４２の傾斜角が略零（中立角度）のときは、油圧ポンプ部２４０にて油圧モータ部２４１が駆動されず、主変速入力軸２３４と略同一回転速度にて主変速出力軸２３７が回転する。主変速入力軸２３４の軸線に対してポンプ斜板２４２を一方向（正の傾斜角）側に傾斜させたときは、油圧ポンプ部２４０が油圧モータ部２４１を増速作動させ、主変速入力軸２３４より速い回転速度で主変速出力軸２３７が回転する。その結果、主変速入力軸２３４の回転速度に油圧モータ部２４１の回転速度が加算されて、主変速出力軸２３７に伝達される。このため、主変速入力軸２３４の回転速度より高い回転速度の範囲で、ポンプ斜板２４２の傾斜角（正の傾斜角）に比例して、主変速出力軸２３７からの変速動力（車速）が変更される。ポンプ斜板２４２が正で且つ最大付近の傾斜角度のときに、走行機体１４２は最高車速になる（図５の白抜き四角箇所参照）。

主変速入力軸２３４の軸線に対してポンプ斜板２４２を他方向（負の傾斜角）側に傾斜させたときは、油圧ポンプ部２４０が油圧モータ部２４１を減速（逆転）作動させ、主変速入力軸２３４より低い回転速度で主変速出力軸２３７が回転する。その結果、主変速入力軸２３４の回転速度から油圧モータ部２４１の回転速度が減算されて、主変速出力軸２３７に伝達される。このため、主変速入力軸２３４の回転速度より低い回転速度の範囲で、ポンプ斜板２４２の傾斜角（負の傾斜角）に比例して、主変速出力軸２３７からの変速動力が変更される。ポンプ斜板２４２が負で且つ最大付近の傾斜角度のときに、走行機体１４２は最低車速になる（図５の白抜き丸箇所参照）。

なお、実施形態では、後述する作業機（変速）コントローラ２７１の指令にて作動する始動用電磁弁２１７からの作動油にて切換弁２１４を作動させると、主変速レバー２０１の操作位置に拘らず、主変速油圧シリンダ２４３が駆動し、これに伴い主変速入力軸２３４の軸線に対するポンプ斜板２４２の傾斜角が変更される。

（４）．エンジン及びその周辺の構造
次に、図６及び図７を参照して、エンジン７０及びその周辺の構造を説明する。図６に示すように、エンジン７０は４気筒型のディーゼルエンジンであり、上面にシリンダヘッド７２が締結されたシリンダブロック７５を備えている。シリンダヘッド７２の一側面には吸気マニホールド７３が接続されており、他側面には排気マニホールド７１が接続されている。シリンダブロック７５の側面のうち吸気マニホールド７３の下方には、エンジン７０の各気筒に燃料を供給するコモンレール装置１１７が設けられている。吸気マニホールド７３の吸気上流側に接続された吸気管７６には、エンジン７０の吸気圧（吸気量）を調節するための吸気絞り装置８１とエアクリーナ（図示省略）とが接続される。

図７に示すように、エンジン７０における４気筒分の各インジェクタ１１５に、コモンレール装置１１７及び燃料供給ポンプ１１６を介して、燃料タンク１１８が接続される。各インジェクタ１１５は電磁開閉制御型の燃料噴射バルブ１１９を備えている。コモンレール装置１１７は円筒状のコモンレール１２０を備えている。燃料供給ポンプ１１６の吸入側には、燃料フィルタ１２１及び低圧管１２２を介して燃料タンク１１８が接続されている。燃料タンク１１８内の燃料が燃料フィルタ１２１及び低圧管１２２を介して燃料供給ポンプ１１６に吸い込まれる。実施形態の燃料供給ポンプ１１６は吸気マニホールド７３の近傍に配置されている。一方、燃料供給ポンプ１１６の吐出側には、高圧管１２３を介してコモンレール１２０が接続されている。コモンレール１２０には、４本の燃料噴射管１２６を介して、４気筒分のインジェクタ１１５が接続されている。

上記の構成において、燃料タンク１１８の燃料は燃料供給ポンプ１１６によってコモンレール１２０に圧送され、高圧の燃料がコモンレール１２０に蓄えられる。各燃料噴射バルブ１１９がそれぞれ開閉制御されることによって、コモンレール１２０内の高圧の燃料が各インジェクタ１１５からエンジン７０の各気筒に噴射される。すなわち、各燃料噴射バルブ１１９を電子制御することによって、各インジェクタ１１５から供給される燃料の噴射圧力、噴射時期、噴射期間（噴射量）が高精度にコントロールされる。従って、エンジン７０からの窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減できると共に、エンジン７０の騒音振動を低減できる。

図９に示すように、コモンレール装置１１７は、上死点（ＴＤＣ）を挟む付近でメイン噴射Ａを実行するように構成されている。また、コモンレール装置１１７は、メイン噴射Ａ以外に、上死点より約６０°以前のクランク角度θ１の時期に、ＮＯｘ及び騒音の低減を目的として少量のパイロット噴射Ｂを実行したり、上死点直前のクランク角度θ２の時期に、騒音低減を目的としてプレ噴射Ｃを実行したり、上死点後のクランク角度θ３及びθ４の時期に、粒子状物質（以下、ＰＭという）の低減や排気ガスの浄化促進を目的としてアフタ噴射Ｄ及びポスト噴射Ｅを実行したりするように構成されている。

パイロット噴射Ｂは、メイン噴射Ａに対して大きく進角した時期に噴射することによって、燃料と空気との混合を促進させるものである。プレ噴射Ｃは、メイン噴射Ａに先立って噴射することによって、メイン噴射Ａでの着火時期の遅れを短縮するものである。アフタ噴射Ｄは、メイン噴射Ａに対して近接した時期に噴射することによって、拡散燃焼を活性化させＰＭを再燃焼させる（ＰＭを低減する）ものである。ポスト噴射Ｅは、メイン噴射Ａに対して大きく遅角した時期に噴射することによって、実際の燃焼過程に寄与せずに未燃焼の燃料として後述するＤＰＦ５０（ディーゼルパティキュレートフィルタ）に供給するものである。ＤＰＦ５０に供給された未燃焼の燃料は後述するディーゼル酸化触媒５３上で反応し、その反応熱によってＤＰＦ５０内の排気ガス温度が上昇することになる。図９におけるグラフの山の高低は、大まかに言って各噴射段階Ａ〜Ｅでの燃料噴射量の差異を表現している。

なお、図７に示すように、燃料タンク１１８には、燃料戻り管１２９を介して燃料供給ポンプ１１６が接続されている。円筒状のコモンレール１２０の長手方向の端部に、コモンレール１２０内の燃料の圧力を制限する戻り管コネクタ１３０を介して、コモンレール戻り管１３１が接続されている。すなわち、燃料供給ポンプ１１６の余剰燃料とコモンレール１２０の余剰燃料とが、燃料戻り管１２９及びコモンレール戻り管１３１を介して燃料タンク１１８に回収されることになる。

排気マニホールド７１の排気下流側に接続された排気管７７には、エンジン７０の排気圧を調節するための排気絞り装置８２と、排気ガス浄化装置の一例であるＤＰＦ５０とが接続される。各気筒から排気マニホールド７１に排出された排気ガスは、排気管７７、排気絞り装置８２及びＤＰＦ５０を経由して浄化処理をされてから外部に放出される。

図６に示すように、ＤＰＦ５０は、排気ガス中のＰＭ等を捕集するためのものである。実施形態のＤＰＦ５０は、耐熱金属材料製のケーシング５１内にある略筒型のフィルタケース５２に、例えば白金等のディーゼル酸化触媒５３とスートフィルタ５４とを直列に並べて収容したものである。フィルタケース５２の排気上流側にディーゼル酸化触媒５３が配置され、排気下流側にスートフィルタ５４が配置される。スートフィルタ５４は、排気ガスをろ過可能な多孔質隔壁にて区画された多数のセルを有するハニカム構造に構成されている。

ケーシング５１の一側部には、排気管７７のうち排気絞り装置８２の排気下流側に連通する排気導入口５５が設けられている。前記ケーシング５１の一側部と、フィルタケース５２の一側部は第１側壁板５６及び第２側壁板５７にて塞がれている。ケーシング５１の他側部は第１蓋板５９及び第２蓋板６０にて塞がれている。両蓋板５９，６０の間は、フィルタケース５２内に複数の連通管６２を介して連通する排気音減衰室６３に構成されている。また、第２蓋板６０を略筒型の排気出口管６１が貫通している。排気出口管６１の外周面には、排気音減衰室６３に向けて開口する複数の連通穴５８が形成されている。排気出口管６１及び排気音減衰室６３等によって消音器６４を構成している。

ケーシング５１の一側部に形成された排気導入口５５には排気ガス導入管６５が挿入されている。排気ガス導入管６５の先端は、ケーシング５１を横断して排気導入口５５と反対側の側面に突出している。排気ガス導入管６５の外周面には、フィルタケース５２に向けて開口する複数の連通穴６６が形成されている。排気ガス導入管６５のうち排気導入口５５と反対側の側面に突出する部分は、これに着脱可能に螺着された蓋体６７にて塞がれている。

ＤＰＦ５０には、検出手段の一例として、スートフィルタ５４の詰まり状態を検出するＤＰＦ差圧センサ６８が設けられている。ＤＰＦ差圧センサ６８は、ＤＰＦ５０内におけるスートフィルタ５４の上流側と下流側との各排気圧の圧力差（入口側と出口側との排気ガス差圧）を検出するものである。この場合、排気ガス導入管６５の蓋体６７に、ＤＰＦ差圧センサ６８を構成する上流側排気圧センサ６８ａが装着され、スートフィルタ５４と排気音減衰室６３との間に、下流側排気圧センサ６８ｂが装着されている。

なお、ＤＰＦ５０の上下流間の圧力差と、スートフィルタ５４（ＤＰＦ５０）内のＰＭ堆積量との間に特定の関連性があるから、ＤＰＦ差圧センサ６８にて検出される圧力差に基づき、ＤＰＦ５０内のＰＭ堆積量が演算にて求められる。そして、ＰＭ堆積量の演算結果に基づき、吸気絞り装置８１、排気絞り装置８２、又はコモンレール１２０を作動制御することにより、スートフィルタ５４（ＤＰＦ５０）の再生制御が実行される。

上記の構成において、エンジン７０からの排気ガスは、排気導入口５５を介して排気ガス導入管６５に入って、排気ガス導入管６５に形成された各連通穴６６からフィルタケース５２内に噴出し、ディーゼル酸化触媒５３からスートフィルタ５４の順に通過して浄化処理される。排気ガス中のＰＭは、スートフィルタ５４（各セル間の多孔質隔壁）に捕集される。ディーゼル酸化触媒５３及びスートフィルタ５４を通過した排気ガスは、消音器６４を介して排気出口管６１から機外に放出される。

排気ガスがディーゼル酸化触媒５３及びスートフィルタ５４を通過するに際して、排気ガス温度が再生可能温度（例えば約２５０〜３００℃）を超えていれば、ディーゼル酸化触媒５３の作用によって、排気ガス中のＮＯ（一酸化窒素）が不安定なＮＯ２（二酸化窒素）に酸化される。そして、ＮＯ２がＮＯに戻る際に放出するＯ（酸素）にて、スートフィルタ５４に堆積したＰＭを酸化除去することにより、スートフィルタ５４のＰＭ捕集能力が回復する。すなわち、スートフィルタ５４（ＤＰＦ５０）が再生する。

（５）．エンジンの制御関連の構成
次に、図７及び図８等を参照しながら、エンジン７０の制御関連の構成を説明する。図７及び図８に示すように、トラクタ１４１は、制御手段として、エンジン７０における各気筒の燃料噴射バルブ１１９を作動させるＥＣＵ１１と、作業機（変速）コントローラ２７１とを備えている。ＥＣＵ１１は、各種演算処理や制御を実行するＣＰＵ３１、各種データを予め固定的に記憶させたＲＯＭ３２、制御プログラムや各種データを書換可能に記憶するＥＥＰＲＯＭ３３、制御プログラムや各種データを一時的に記憶するＲＡＭ３４、時間計測用のタイマ３５、及び入出力インターフェイス等を有している。作業機コントローラ２７１もＥＣＵ１１と同様に、ＣＰＵ２８１、ＲＯＭ２８２、ＥＥＰＲＯＭ２８３、ＲＡＭ２８４、タイマ２８５及び入出力インターフェイス等を有している。

制御手段であるＥＣＵ１１及び作業機コントローラ２７１は、目安として、入出力系機器のハーネスの長さがなるべく短くなるように組み合せてそれらを制御するようにしており、それぞれの配置箇所でコントローラボックス（図示省略）内に格納されている。ＥＣＵ１１と作業機コントローラ２７１とは互いにＣＡＮ通信バス２７２を介して電気的に接続されている。実施形態のＥＣＵ１１は、エンジン７０又はその近傍に配置される（図２参照）。作業機コントローラ２７１は、例えばキャビン１４７内における操縦座席１４８の下方に配置される（図２参照）。なお、制御手段は３つ以上を通信バスを介して接続する構成でもよい。後述する各入出力系機器はいずれの制御手段に接続されてもよい。

ＥＣＵ１１の入力側には、少なくともコモンレール１２０内の燃料圧力を検出するレール圧センサ１２、燃料ポンプ１１６を回転又は停止させる電磁クラッチ１３、エンジン７０の回転速度（エンジン出力軸７４のカムシャフト位置）を検出する回転速度検出手段としてのエンジン速度センサ１４、インジェクタ１１５の燃料噴射回数（１行程の燃料噴射期間中の回数）を検出及び設定する噴射設定器１５、吸気系の吸気ガス温度を検出する吸気温度センサ１７、排気系の排気ガス温度を検出する排気温度センサ１８、エンジン７０の冷却水温度を検出する冷却水温度センサ１９、コモンレール１２０内の燃料温度を検出する燃料温度センサ２０、並びに、ＤＰＦ差圧センサ６８（上流側排気圧センサ６８ａ及び下流側排気圧センサ６８ｂ）等が接続されている。

ＥＣＵ１１の出力側には、エンジン４気筒分の各燃料噴射バルブ１１９の電磁ソレノイドがそれぞれ接続されている。すなわち、コモンレール１２０に蓄えた高圧燃料が燃料噴射圧力、噴射時期及び噴射期間等を制御しながら、１行程中に複数回に分けて燃料噴射バルブ１１９から噴射されることによって、窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生を抑えると共に、すすや二酸化炭素等の発生も低減した完全燃焼を実行し、燃費を向上させるように構成されている。また、ＥＣＵ１１の出力側には、エンジン７０の吸気圧（吸気量）を調節するための吸気絞り装置８１、エンジン７０の排気圧を調節するための排気絞り装置８２、ＥＣＵ１１の故障を警告報知するＥＣＵ故障ランプ２２、ＤＰＦ５０内における排気ガス温度の異常高温を報知する排気温度警告ランプ２３、及び、ＤＰＦ５０再生動作に伴い点灯する再生ランプ２４等が接続されている。

図８に示すように、作業機コントローラ２７１には、出力関連の各種電磁弁、すなわち前進用油圧クラッチ２５２に対する前進用クラッチ電磁弁２５３、後進用油圧クラッチ２５４に対する後進用クラッチ電磁弁２５５、副変速油圧シリンダ２５０に対する高速クラッチ電磁弁２５１、主変速レバー２０１の操作量に比例して主変速油圧シリンダ２４３を作動させる比例制御弁２１３と、四駆用油圧クラッチ２５６に対する四駆油圧電磁弁２５７、倍速用油圧クラッチ２５８に対する倍速油圧電磁弁２５９、左右のオートブレーキ電磁弁２４６、ＰＴＯクラッチ２４８に対するＰＴＯクラッチ油圧電磁弁２４９、及び、作業機用昇降機構１６０の昇降制御油圧シリンダ２１５に作動油を供給する制御電磁弁２１１等が接続されている。

更に、作業機コントローラ２７１には、入力関連の各種センサ及びスイッチ類、すなわち操縦ハンドル１４９の回動操作量（操舵角度）を検出する操舵ポテンショ２９０、前後進切換レバー１９８の操作位置から前進用及び後進用油圧クラッチ２５２，２５４の入り切り状態を検出する前後進ポテンショ２９１、主変速出力軸２３７の出力回転速度を検出する主変速出力軸回転センサ２９２、スロットルレバー１９７の操作位置を検出するスロットル位置センサ１６、前後四輪１４３，１４４の回転速度（車速）を検出する車速センサ２５、四駆油圧電磁弁２５７を切換操作する四駆モードスイッチ２９３、倍速油圧電磁弁２５９を切換操作する倍速モードスイッチ２９４、ブレーキペダル１９１の踏み込みの有無を検出するブレーキペダルスイッチ２９５、オートブレーキ電磁弁２４６を切換操作するオートブレーキスイッチ２９６、主変速レバー２０１の操作位置を検出する主変速ポテンショ２９７、及び、副変速レバー１９５の操作位置を検出する副変速レバーセンサ２９８等が接続されている。

ＥＣＵ１１のＥＥＰＲＯＭ３３若しくは作業機コントローラ２７１のＥＥＰＲＯＭ２８３には、エンジン７０の回転速度ＮとトルクＴ（負荷）との関係を示す出力特性マップＭ（図１０参照）が予め記憶されている。出力特性マップＭは実験等にて求められる。図１０に示す出力特性マップＭでは、回転速度Ｎを横軸に、トルクＴを縦軸に採っている。出力特性マップＭは、上向き凸に描かれた実線Ｔｍｘで囲まれた領域である。実線Ｔｍｘは、各回転速度Ｎに対する最大トルクを表した最大トルク線である。出力特性マップＭには一連の等出力線ＰＬが表されている。等出力線ＰＬは、エンジン７０の出力馬力を一定とした場合の回転速度ＮとトルクＴとの関係を示す線である。回転速度ＮとトルクＴとの積は出力馬力と比例関係にあることから、図１０の出力特性マップＭには、等出力線ＰＬが反比例曲線として表れている。

ＥＣＵ１１は、エンジン速度センサ１４にて検出される回転速度と各インジェクタ１１５の噴射圧・噴射期間とからエンジン７０のトルクＴを求め、トルクＴと出力特性マップＭとを用いて目標燃料噴射量を演算し、該演算結果に基づきコモンレール装置１１７を作動させる燃料噴射制御を実行するように構成されている。なお、コモンレール装置１１７の燃料噴射量は、各燃料噴射バルブ１１９の開弁期間を調節して、各インジェクタ１１５の噴射期間を変更することによって調節される。

また、ＥＣＵ１１は、回転速度ＮとトルクＴとの関係において、エンジン７０の負荷（トルクＴ）が増大するに従って回転速度Ｎが減少するように燃料噴射量を調節するドループ制御と、エンジン７０の負荷の変動に拘らず回転速度Ｎを一定に維持するように燃料噴射量を調節するアイソクロナス制御と、エンジン７０の負荷が増大するに従って回転速度Ｎが増大するように燃料噴射量を調節する逆ドループ制御とを実行可能になっている。

ドループ特性（ドループ制御時における回転速度Ｎ及びトルクＴの関係）は、出力特性マップＭにおいて右下りに傾斜する一定勾配の直線で表される特性である。ドループ制御は例えば路上走行時等に実行される。アイソクロナス特性（アイソクロナス制御時における回転速度Ｎ及びトルクＴの関係）は、出力特性マップＭにおいて勾配がゼロとなる垂直な直線で表される特性である。アイソクロナス制御は、例えば耕起・耕耘作業といった各種作業時に実行される。逆ドループ特性（逆ドループ制御時における回転速度Ｎ及びトルクＴの関係）は、出力特性マップＭにおいて右上りに傾斜する一定勾配の直線で表される特性である。詳細は後述するが、逆ドループ制御は、回転速度Ｎが低速のエンジン７０に過負荷が作用する場合に実行される。

（６）．過負荷防止制御の第１例
次に、図１０〜図１２を参照しながら、ＥＣＵ１１による過負荷防止制御の第１例について説明する。ＥＣＵ１１は、回転速度が低速のエンジン７０が過負荷状態になる場合において、過負荷を解消させる高速側の回転速度となるようにエンジン運転点Ｑを移行させると共に、走行機体１４２の車速Ｖを変更しないように、無段変速機１５９の変速比を変更調節する過負荷防止制御を実行するように構成されている。第１例では、回転速度Ｎが上限値Ｎｔｐ以下でトルクＴが下限値Ｔｂｍ以上という低速高トルクの条件下でエンジン７０の逆ドループ制御を実行することによって、エンジン７０の過負荷が解消される。図１１及び図１２のフローチャートにて示すアルゴリズムはＥＥＰＲＯＭ３３に記憶されている。該アルゴリズムをＲＡＭ３４に呼び出してからＣＰＵ３１にて処理することによって、過負荷防止制御が実行されることになる。

過負荷防止制御の第１例は例えば次のように実行される（図１１参照）。ここで、トラクタ１４１は低速走行しながらの耕起耕耘作業中であり、この場合におけるエンジン７０の回転速度Ｎはスロットルレバー１９７の操作にて回転速度Ｎ１（図１０参照）に固定されているものとする。

まず始めに、エンジン速度センサ１４の検出値（現時点の回転速度Ｎ１）と、現時点のトルクＴ１と、要求トルクＴ１′とを読み込む（Ｓ０１）。要求トルクＴ１′は、例えばロータリ耕耘機１６４ひいてはエンジン７０に作用している負荷である。そして、現時点の回転速度Ｎ１が上限値Ｎｔｐ以下で（Ｓ０２：ＹＥＳ）、且つ、現時点のトルクＴ１が下限値Ｔｂｍ以上であれば（Ｓ０３：ＹＥＳ）、逆ドループ制御を実行可能な低速高トルクという条件下に、現時点のエンジン運転点Ｑ１（回転速度Ｎ１及びトルクＴ１についてのエンジン運転点）が存在することになる。そこで、引き続き、現時点のトルクＴ１と要求トルクＴ１′との大小を比較する（Ｓ０４）。要求トルクＴ１′の方が大きいならば（Ｓ０４：ＹＥＳ）、エンジン７０が過負荷又はそれに近い状態にあることを意味するので、次いで、要求トルクＴ１′と、出力特性マップＭの逆ドループ線Ｄ１（現時点のエンジン運転点Ｑ１に対するもの）と、最大トルク線Ｔｍｘとの関係から、高速側の回転速度Ｎ２となって過負荷を解消できる目標エンジン運転点Ｑ２を算出する（Ｓ０５）。

それから、現時点における車速センサ２５の検出値（車速Ｖ１）と、主変速出力軸２３７の回転速度Ｒ１とを読み込んだのち（Ｓ０６）、エンジン７０のトルクＴの増大（Ｔ１→Ｔ２）に従って回転速度Ｎが高速（Ｎ１→Ｎ２）になるようにコモンレール装置１１７の燃料噴射量を調節して、エンジン運転点を現時点のＱ１から目標エンジン運転点Ｑ２に移行させる（Ｓ０７）。そして、作業機コントローラ２７１からの指令にて比例制御弁２１３の印加電圧を補正することにより、主変速油圧シリンダ２４３を作動させて油圧ポンプ部２４０におけるポンプ斜板２４２の傾斜角を変更調節し、油圧モータ部２４１への作動油供給量を制御して、主変速出力軸２３７の回転速度ＲをステップＳ０６での検出値Ｒ１のままに維持するように無段変速機１５９の変速比を変更調節する（変速比制御、Ｓ０８）。ここで、変速比とは、エンジン７０の回転速度Ｎに対する主変速出力軸２３７の回転速度Ｒの比率（Ｒ／Ｎ）をいう。

このように制御すると、エンジン運転点Ｑが変わってエンジン７０の回転速度Ｎが速くなるものの、変速比の変更調節によって主変速出力軸２３７の回転速度Ｒを一定に維持できる。つまり、エンジン運転点Ｑの変更前後で走行機体１４２の車速Ｖを一定に保持できることになる。

ステップＳ０８の変速比制御は、例えば図１２のフローチャートに示すように実行される。すなわち、エンジン運転点Ｑ２に移行した後の車速Ｖ２を読み込み（Ｓ１１）、ステップＳ０６で読み込んだ移行前車速Ｖ１より移行後車速Ｖ２の方が大きい場合は（Ｓ１２：ＹＥＳ）、主変速出力軸２３７の回転速度ＲがステップＳ０６での検出値Ｒ１となるように無段変速機１５９の変速比を減少させ（Ｓ１３）、ステップＳ１２に戻る。移行前車速Ｖ１より移行後車速Ｖ２の方が小さい場合は（Ｓ１４：ＹＥＳ）、主変速出力軸２３７の回転速度ＲがステップＳ０６での検出値Ｒ１となるように無段変速機１５９の変速比を増加させ（Ｓ１５）、ステップＳ１２に戻る。移行前車速Ｖ１と移行後車速Ｖ２とが同じならば（Ｓ１４：ＮＯ）、その状態を維持してリターンするのである。

以上の説明から分かるように、走行機体１４２に搭載されたエンジン７０と、該エンジン７０に燃料を噴射するコモンレール式の燃料噴射装置１１７と、前記エンジン７０からの動力を変速する無段変速機１５９とを備えている作業車両１４１において、回転速度Ｎが低速Ｎ１の前記エンジン７０に過負荷が作用する場合は、前記過負荷が解消する高速側の回転速度Ｎ２となるように、前記エンジン７０の回転速度Ｎ及びトルクＴに関するエンジン運転点Ｑ（Ｑ１→Ｑ２）を移行させると共に、前記走行機体１４２の車速Ｖを変更しないように、前記無段変速機１５９の変速比を変更調節するから、エンジン負荷の急激な上昇に対して出力トルク不足に陥るのを防止して、黒煙、ノッキング、及びエンジンストールの発生を回避できるものでありながら、前記走行機体１４２の前記車速Ｖをそのまま維持できる。従って、低速走行時における前記作業車両１４１での作業性を向上できるという効果を奏する。

また、過負荷防止制御の第１例では、所定回転速度Ｎｔｐ以下で且つ所定トルクＴｂｍ以上という条件下において前記エンジン７０の逆ドループ制御を実行し、前記過負荷時のトルクＴ１′と逆ドループ特性Ｄ１との関係から、前記過負荷を解消させるエンジン運転点Ｑ２が決定されるから、エンジン負荷の急激な上昇に対して前記逆ドループ制御を実行することによって、前記回転速度Ｎと前記トルクＴとを共に増大させることになり、エンジン出力にねばりを付与できる上に、エンジンストールのおそれを確実に抑制できるという効果を奏する。

（７）．過負荷防止制御の第２例
図１３及び図１４は過負荷防止制御の第２例を示している。第２例では、目標エンジン運転点Ｑ２での出力馬力が過負荷時のエンジン運転点Ｑ１′（要求トルクＴ１′及び回転速度Ｎ１についてのエンジン運転点）の出力馬力と等しく、且つ、目標エンジン運転点Ｑ２でのエンジン負荷率ＬＦ１を所定値以下にすることによって、エンジン７０の過負荷を解消する点において、第１例と相違している。ここで、エンジン負荷率ＬＦとは、任意の回転速度Ｎでの最大トルクＴ（最大エンジン負荷）に対する比率のことを言う。

過負荷防止制御の第２例は例えば次のように実行される（図１４参照）。なお、この場合におけるエンジン７０の回転速度Ｎも、第１例と同様に回転速度Ｎ１（図１３参照）に固定されているものとする。

まず始めに、エンジン速度センサ１４の検出値（現時点の回転速度Ｎ１）と、現時点のトルクＴ１と、要求トルクＴ１′とを読み込む（Ｓ２１）。次いで、これら検出値Ｎ１，Ｔ１と出力特性マップＭとを用いて現時点のエンジン負荷率ＬＦ１を算出し（Ｓ２２）、該現時点のエンジン負荷率ＬＦ１が所定値（第２例では９５％）以上か否かを判別する（Ｓ２３）。

現時点のエンジン負荷率ＬＦ１が所定値以上であれば（Ｓ２３：ＹＥＳ）、次いで、過負荷時のエンジン運転点Ｑ１′（要求トルクＴ１′及び回転速度Ｎ１についてのエンジン運転点）と、出力特性マップＭの等出力線ＰＬとの関係から、過負荷時のエンジン運転点Ｑ１′と出力馬力が同じで且つエンジン負荷率ＬＦが所定値（第２例では９５％）となる高速低トルク側の目標エンジン運転点Ｑ２が存在するか否かを求める（Ｓ２４）。過負荷時のエンジン運転点Ｑ１′と目標エンジン運転点Ｑ２とは、出力馬力が同じであるから共通の等出力線ＰＬ上に位置することになる。

目標エンジン運転点Ｑ２があれば（Ｓ２４：ＹＥＳ）、現時点における車速センサ２５の検出値（車速Ｖ１）と、主変速出力軸２３７の回転速度Ｒ１とを読み込んだのち（Ｓ２５）、エンジン７０の回転速度Ｎを高速（Ｎ１→Ｎ２）にしつつトルクＴを低下（Ｔ１→Ｔ２）させるようにコモンレール装置１１７の燃料噴射量を調節して、エンジン運転点を現時点のＱ１から目標エンジン運転点Ｑ２に移行させる（Ｓ２６）。そして、作業機コントローラ２７１からの指令にて比例制御弁２１３の印加電圧を補正することにより、主変速油圧シリンダ２４３を作動させて油圧ポンプ部２４０におけるポンプ斜板２４２の傾斜角を変更調節し、油圧モータ部２４１への作動油供給量を制御して、主変速出力軸２３７の回転速度ＲをステップＳ０６での検出値Ｒ１のままに維持するように無段変速機１５９の変速比を変更調節するのである（変速比制御、Ｓ２７）。なお、ステップＳ２７の変速比制御は、第１例の場合と同様（図１２参照）なので、詳細な説明を割愛する。

以上の説明から分かるように、過負荷防止制御の第２例の場合も、第１例と同様の作用効果を奏する。しかも、過負荷防止制御の第２例では、前記過負荷を解消させるエンジン運転点Ｑ２は出力馬力において前記過負荷時のエンジン運転点Ｑ１′と等しく、且つ、前記過負荷を解消させるエンジン運転点Ｑ２でのエンジン負荷率ＬＦが所定値以下になっているから、前記エンジン７０の出力馬力をエンジン運転点移行の基準として用いることになる。このため、前記作業車両１４１の前記車速Ｖ維持を簡単且つ的確に行えるという効果を奏する。

（８）．その他
本願発明は、前述の実施形態に限らず、例えば無段変速機としてＨＳＴ（ハイドロスタティックトランスミッション）やベルト式ＣＶＴを採用するというように、様々な態様に具体化できる。各部の構成は図示の実施形態に限定されるものではなく、本願発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能である。

１１ＥＣＵ（制御手段）
７０エンジン
１１７コモンレール装置（燃料噴射装置）
１２０コモンレール
１４１トラクタ（作業車両）
１４２走行機体
１５９無段変速機
１６４ロータリ耕耘機（対地作業機）

Claims

走行機体に搭載されたエンジンと、該エンジンに燃料を噴射するコモンレール式の燃料噴射装置と、前記エンジンからの動力を変速する無段変速機と、前記走行機体の車速を測定する車速センサとを備えている作業車両において、
低速側となる第１回転速度で前記エンジンが運転している際に当該第１回転速度での最大トルクに対する比率である第１エンジン負荷率が所定値を超えて前記エンジンに過負荷が作用する場合に、
前記エンジンの回転速度及びトルクに関するエンジン運転点を、前記第１回転速度より高速側となる第２回転速度におけるエンジン運転であって前記過負荷時の第１エンジン運転点の出力馬力と等しい出力馬力となる第２エンジン運転点に移行させて、前記第２回転速度における第２エンジン負荷率を前記所定値以下とすると共に、
前記走行機体の車速を変更しないように、前記車速センサの実測値に基づいて前記無段変速機の変速比を変更調節する、
作業車両の駆動系制御装置。