JP6126964B2

JP6126964B2 - 作業車両

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Publication number: JP6126964B2
Application number: JP2013208252A
Authority: JP
Inventors: 幸次兵藤; 淳志島津; 山下　将司; 将司山下; 田中　哲二; 哲二田中; 勇青木; 章禄川原
Original assignee: KCM Corp
Current assignee: KCM Corp
Priority date: 2013-10-03
Filing date: 2013-10-03
Publication date: 2017-05-10
Anticipated expiration: 2033-10-03
Also published as: EP2857591B1; US20150098784A1; JP2015071975A; US9617716B2; EP2857591A1

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、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、エンジン回転速度と前記エンジンの出力トルクとの特性を定めた複数のエンジン出力トルク特性の中から前記還元剤溶液の残量と予め対応付けられた１つの前記エンジン出力トルク特性に従って、前記エンジンの出力トルクを低下させるトルク制御部と、前記エンジンの最大トルクとなる回転速度以下で、かつ、前記油圧ポンプから吐出を開始するエンジン回転速度以上である閾値を記憶する記憶装置とを備え、前記複数のエンジン出力トルク特性は、前記エンジン回転速度が前記閾値以上の範囲では前記エンジンの出力トルクの最大値が前記還元剤溶液の残量が少ないほど低く設定され、前記エンジン回転速度がローアイドルから前記閾値より小さい範囲では前記還元剤溶液の残量にかかわらず同一に設定されていることを特徴とする。
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、前記トルク制御部は、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、前記エンジンの出力トルクを段階的に低下させるとともに、前記閾値を低下させることを特徴とする。
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、前記トルク制御部は、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、前記エンジンの出力トルクを低下させるとともに、定格点における前記エンジンの回転速度を低下させることを特徴とする。
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、前記油圧ポンプが吐出を開始するエンジン回転速度は、前記エンジンのローアイドル回転速度以上に設定されていることを特徴とする。
請求項５に記載の作業車両は、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の作業車両において、前記フロント作業装置を駆動させるアクチュエータに圧油を供給する固定容量型の油圧ポンプを備えることを特徴とする。

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。（ａ）はエンジン回転速度に対するＨＳＴポンプの押しのけ容積の特性を示す図、（ｂ）はエンジン回転速度に対するＨＳＴポンプの入力トルクの特性を示す図、（ｃ）はエンジン回転速度に対するＨＳＴポンプの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トルク線図。

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。押しのけ容積はレギュレータ１８２により制御される。図３は、図２のレギュレータ１８２の構成を示す図である。図３に示すように、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における定格回転速度となる。

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の押しのけ容積との関係を示す図である。押しのけ容積は、制御圧力ＰがＰｍｉｎ未満では最小値とされ、制御圧力Ｐｍｉｎ以上Ｐｍａｘ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Ｐｍａｘで最大値とされる。

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、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の特性がルックアップテーブル形式で記憶されている。特性テーブルでは、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Ｎｘ以上では制御電流Ｉ＝Ｉｍａｘである。特性テーブルでは、エンジン回転速度がＮｙ以上Ｎｘ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Ｉｍａｘにかけて増加する。

図５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、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ている（Ｎｙ≧Ｎｓ）。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。

図５（ａ）に示すように、エンジン回転速度が吐出開始速度Ｎｙ未満では、押しのけ容積は０である。エンジン回転速度が吐出開始速度Ｎｙ以上Ｎｘ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の押しのけ容積が増加する。エンジン回転速度がＮｘ以上では、ＨＳＴポンプ１８０の押しのけ容積は、最大容積となる。

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。図５（ｃ）に示すように、エンジン回転速度が吐出開始速度Ｎｙ未満では、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Ｎｘ未満の範囲では、ＨＳＴポンプ１８０の回転速度と押しのけ容積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Ｎｘ以上では押しのけ容積が最大容積であるため（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から図示しない傾転制御装置に制御信号が出力され、押しのけ容積（モータ容量）が制御される。油圧モータ１８１の押しのけ容積は、ＨＳＴ走行回路の走行回路圧に応じて制御される。

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、作業用ポンプ入力トルク特性、および、ＨＳＴポンプ入力トルク特性を示している。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，Ａ２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は尿素水の残量が第１所定量以上（非制限段階）のときに用いられ、特性Ａ１は尿素水の残量が第１所定量未満かつ第２所定量以上（第１制限段階）のときに用いられ、特性Ａ２は尿素水の残量が第２所定量未満（第２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，Ａ２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。

図６（ｂ）に示すように、エンジン出力トルク特性Ａ１は、エンジン回転速度がローアイドル回転速度Ｎｓ以上閾値Ｎｑ１（制限開始点Ｑ１）以下の範囲では特性Ａ０と同一の特性である。エンジン出力トルク特性Ａ１では、エンジン回転速度が閾値Ｎｑ１より大きくなると、エンジン回転速度の上昇に応じたトルクの増加率が、特性Ａ０に比べて減少する。閾値Ｎｑ１は、吐出開始速度Ｎｙ以上の値に設定されている（Ｎｑ１≧Ｎｙ）。

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。

図６（ｃ）に示すように、エンジン出力トルク特性Ａ２は、エンジン回転速度がローアイドル回転速度Ｎｓ以上閾値Ｎｑ２（制限開始点Ｑ２）以下の範囲では特性Ａ０と同一の特性である。エンジン出力トルク特性Ａ２では、エンジン回転速度が閾値Ｎｑ２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。つまり、エンジン出力トルク特性Ａ２では、エンジン回転速度がＮｖ１よりも小さいＮｑ２のときに（Ｎｑ２＜Ｎｖ１）、特性Ａ２におけるトルクの最大値となる（最大トルク点Ｔｍ２）。最大トルク点Ｔｍ２におけるトルク値は、特性Ａ１における最大トルク点Ｔｍ１のトルク値よりも小さい。閾値Ｎｑ２は、吐出開始速度Ｎｙ以上の値に設定されている（Ｎｑ２≧Ｎｙ）。閾値Ｎｑ２は、閾値Ｎｑ１より小さい（Ｎｑ２＜Ｎｑ１）。

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Ｈ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の押しのけ容積と、走行回路圧（モータ駆動圧）とに基づいて決まる。図６（ａ）に示すように、特性Ｈでは、エンジン回転速度が閾値Ｎｙ以上、かつ、Ｎｘ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Ｈでは、エンジン回転速度がＮｙよりも大きい閾値Ｎｘ以上では、エンジン回転速度にかかわらず特性Ｈにおけるトルクの最大値となる。

図６に示すように、特性Ａ０，Ａ１，Ａ２のそれぞれと特性Ｈとの交点ＭＣ０，ＭＣ１，ＭＣ２および特性Ａ０，Ａ１，Ａ２のそれぞれと特性Ｂとの交点ＭＢ０，ＭＢ１，ＭＢ２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，ＭＣ２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，ＭＢ２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が第１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未満かつ第２所定量ｈ２以上である場合に第１制限段階であると判定する。残量判定部１０ａは、尿素水の残量ｈが第２所定量ｈ２未満である場合に第２制限段階であると判定する。第１所定量ｈ１および、第１所定量ｈ１よりも小さい第２所定量ｈ２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を選択する。選択部１０ｂは、残量判定部１０ａで第１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を選択する。選択部１０ｂは、残量判定部１０ａで第２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Ａ２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Ｓ１３０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を選択し、ステップＳ１００へ戻る。

ステップＳ１３０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２所定量ｈ２未満であるか否かを判定する。ステップＳ１３０で否定判定されると残量判定部１０ａは第１制限段階であると判定して、ステップＳ１４０へ進み、肯定判定されると、残量判定部１０ａは第２制限段階であると判定してステップＳ１５０へ進む。

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を選択し、ステップＳ１００へ戻る。

ステップＳ１５０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Ａ２を選択し、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，Ａ２）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、図４（ｃ）に示す特性テーブルを参照して、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）エンジン１９０の実回転速度が低回転速度域にある場合、還元剤溶液の残量にかかわらず、エンジン１９０の出力トルクを低下させないようにした。本実施の形態では、尿素水の残量が減少して非制限段階から第１制限段階に変化した場合であっても、エンジン１９０の実回転速度が閾値Ｎｑ１以下では、エンジン１９０の出力トルクを低下させないようにした。尿素水の残量が減少して第１制限段階から第２制限段階に変化した場合であっても、エンジン１９０の実回転速度が閾値Ｎｑ２以下では、エンジン１９０の出力トルクを低下させないようにした。さらに、エンジン出力トルクの制限開始点Ｑ１，Ｑ２におけるエンジン回転速度の閾値Ｎｑ１，Ｎｑ２を吐出開始速度Ｎｙ以上とした。これにより、低回転速度域でエンジン１９０が回転している状態において、作業用ポンプ１１のリリーフ圧相当の負荷が作用した場合であっても、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、Ｎｑ２以下の速度域）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低回転速度域においてもエンジン出力トルクを低下させた場合には、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、たとえば第２制限段階のときには、実エンジン回転速度がＮｑ２以下ではエンジン出力トルクを低下させないようにした（Ｎｓ≦Ｎｑ２）。このため、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）ＨＳＴポンプ１８０が吐出を開始する吐出開始速度Ｎｙは、エンジン１９０のローアイドル回転速度Ｎｓ以上に設定されている。このため、低回転速度域におけるエンジンストールの発生をより確実に防止できる。

−第２の実施の形態−
図９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エンジン出力トルク特性である。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トルク線図である。

図９に示すように、第２の実施の形態では、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、エンジン１９０の最高回転速度を低下させる。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エンジン出力トルク特性Ａ１，Ａ２に代えて、エンジン出力トルク特性Ａ２１，Ａ２２が記憶されている。特性Ａ０、特性Ｂおよび特性Ｈは、第１の実施の形態と同様である。

エンジン出力トルク特性Ａ２１は、特性Ａ０を低回転、低トルク側にシフトした特性であり、エンジン出力トルク特性Ａ２２は、特性Ａ２１をさらに低回転、低トルク側にシフトした特性である。第１の実施の形態と同様に、各特性は、それぞれの特性におけるトルク最大値が、特性Ａ０（最大トルク点Ｔｍ０）、特性Ａ２１（最大トルク点Ｔｍ２１）、特性Ａ２２（最大トルク点Ｔｍ２２）の順で小さくなるように、設定されている。また、各特性は、最大トルク点におけるエンジン回転速度が、特性Ａ１、特性Ａ２１、特性Ａ２２の順で小さくなるように、設定されている。

Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２は、それぞれ特性Ａ０，Ａ２１，Ａ２２において定格出力が得られる定格点である。図９（ａ）に示すように、定格点Ｐ０におけるエンジン回転速度はＮＰ０であり、定格点Ｐ１におけるエンジン回転速度はＮＰ０よりも小さいＮＰ１であり、定格点Ｐ２におけるエンジン回転速度はＮＰ１よりも小さいＮＰ２である（ＮＰ２＜ＮＰ１＜ＮＰ０）。

つまり、第２の実施の形態では、尿素水の残量の減少に応じて、各特性における定格出力を得るためのエンジン回転速度が段階的に小さくなるように設定される。換言すれば、ポンプ無負荷時のエンジン最高回転速度が特性Ａ０、特性Ａ２１、特性Ａ２２の順で小さくなるように、各特性が設定されている。

図９（ｂ）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ＭＣ２０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９（ｂ）に示すように、第１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、第１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ＭＢ２１の値となる。

図９（ｂ）に示すように、第２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ＭＣ２２の値となり、第２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ＭＢ２２の値となる。

なお、マッチング点ＭＢ２１，ＭＢ２２は、第１の実施の形態のマッチング点ＭＢ１，ＭＢ２と同じになるように特性Ａ２１，Ａ２２を設定してもよい。

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、定格点におけるエンジン１９０の回転速度を低下させるようにしたので、最高車速が低下し、走行加速性が若干低下し、フロント作業装置の動作速度が低下する。このため、第１の実施の形態に比べて、より明確に運転者へ尿素水の補給を促すことができる。

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）複数の実施の形態を組み合わせる例として、たとえば、第１制限段階では、第１の実施の形態で説明したエンジン出力トルク特性Ａ１を選択し、第２制限段階では、第２の実施の形態で説明したエンジン出力トルク特性Ａ２２を選択してもよい。

（２）上述した実施の形態では、非制限段階と、第１制限段階と、第２制限段階の３段階に応じてエンジン出力トルク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。たとえば、４段階以上に段階を分けて、エンジン出力トルク特性を変更してもよい。

（３）第１の実施の形態では、尿素水の残量の減少に応じて、エンジン出力トルク特性をＡ０→Ａ１→Ａ２の順に段階的に低下させるようにした。また、第２の実施の形態では、尿素水の残量の減少に応じて、エンジン出力トルク特性をＡ０→Ａ２１→Ａ２２の順に段階的に低下させるようにしたが本発明はこれに限定されない。段階的にエンジン出力トルク特性を変更する場合に限らず、連続的に特性を変更するようにしてもよい。

（４）上述した実施の形態では、エンジン出力トルク特性Ａ１は、エンジン回転速度が閾値Ｎｑ１以下でエンジン出力トルク特性Ａ０と一致させ、エンジン出力トルク特性Ａ２は、エンジン回転速度が閾値Ｎｑ２以下でエンジン出力トルク特性Ａ０と一致させるようにしたが、本発明はこれに限定されない。エンジン出力トルク特性を低下させないエンジン回転速度範囲を決定する閾値は各段階で変更しないようにしてもよい。換言すれば、閾値Ｎｑ１，Ｎｑ２は、上述のように第１制限段階と第２制限段階とで異なる値（Ｎｑ１＞Ｎｑ２）に設定してもよいし、第１制限段階と第２制限段階とで同じ値（Ｎｑ１＝Ｎｑ２）に設定してもよい。

（５）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。

（６）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。

（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、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、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、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、１８０ＨＳＴポンプ、１８１油圧モータ、１８２レギュレータ、１８６出力軸、１８７アクスル、１９０エンジン

Claims

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、エンジン回転速度と前記エンジンの出力トルクとの特性を定めた複数のエンジン出力トルク特性の中から前記還元剤溶液の残量と予め対応付けられた１つの前記エンジン出力トルク特性に従って、前記エンジンの出力トルクを低下させるトルク制御部と、
前記エンジンの最大トルクとなる回転速度以下で、かつ、前記油圧ポンプから吐出を開始するエンジン回転速度以上である閾値を記憶する記憶装置とを備え、
前記複数のエンジン出力トルク特性は、前記エンジン回転速度が前記閾値以上の範囲では前記エンジンの出力トルクの最大値が前記還元剤溶液の残量が少ないほど低く設定され、前記エンジン回転速度がローアイドルから前記閾値より小さい範囲では前記還元剤溶液の残量にかかわらず同一に設定されていることを特徴とする作業車両。
請求項１に記載の作業車両において、
前記トルク制御部は、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、前記エンジンの出力トルクを段階的に低下させるとともに、前記閾値を低下させることを特徴とする作業車両。
請求項１または２に記載の作業車両において、
前記トルク制御部は、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、前記エンジンの出力トルクを低下させるとともに、定格点における前記エンジンの回転速度を低下させることを特徴とする作業車両。
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、
前記油圧ポンプが吐出を開始するエンジン回転速度は、前記エンジンのローアイドル回転速度以上に設定されていることを特徴とする作業車両。
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の作業車両において、
前記フロント作業装置を駆動させるアクチュエータに圧油を供給する固定容量型の油圧ポンプを備えることを特徴とする作業車両。