KR20130107270A

KR20130107270A - 작업차량의 구동계 제어장치

Info

Publication number: KR20130107270A
Application number: KR1020137005070A
Authority: KR
Inventors: 모토유키 시오이리; 토모히사 타오; 타케시 오오우치다; 타다오 히라이
Original assignee: 얀마 가부시키가이샤
Priority date: 2010-09-16
Filing date: 2011-09-07
Publication date: 2013-10-01
Also published as: EP2617969B1; KR101804188B1; EP2617969A1; CN103097699A; JP2012062835A; EP2617969A4; US9180884B2; CN103097699B; US20130332035A1; WO2012036042A1; JP5702097B2

Abstract

작업차량(141)에 있어서 과급기를 사용하지 않고 엔진(70)의 저회전역에서의 출력 토크를 확보하여 엔진(70)의 다운사이징을 가능하게 한다. 주행기체(142)에 탑재된 엔진(70)과, 상기 엔진(70)에 연료를 분사하는 커먼레일식의 연료분사장치(117)와, 상기 엔진(70)으로부터의 동력을 변속하는 무단변속기(159)를 구비하는 작업차량(141)에 있어서, 상기 엔진(70)의 회전속도(N)를 2종류(N#1, N#2)만으로 한정한다. 그리고, 상기 엔진(70)의 회전속도(N)를 상기 2종류(N#1, N#2) 중 어느 것으로 변경해도 변경 전후에서 상기 주행기체(142)의 차속을 변경하지 않도록 상기 무단변속기(159)의 변속비를 변경 조절한다.

Description

작업차량의 구동계 제어장치{DRIVE-TYPE CONTROL DEVICE FOR WORK VEHICLE}

본원 발명은, 예를 들면 농작업기나 건설기계와 같은 작업차량의 구동계(엔진이나 무단변속기) 제어장치에 관한 것이다.

정격 출력을 유지하면서 엔진의 다운사이징을 도모하기 위해서 엔진의 저배기량화와 과급기의 장착이 일반적으로 행해지고 있다(예를 들면, 특허문헌 1 등 참조). 이러한 다운사이징에 의해 엔진을 탑재하는 작업차량의 소형 경량화와 연비 개선이 가능하게 된다.

일본 특허 공표 2008-514854호 공보

그러나, 다운사이징을 위해서 저배기량화 또한 과급기 이용을 한 것에서는 부품수가 증가하여 비용이 높아지고, 저배기량화하기 전의 엔진과 비교하여 저회전 역에서의 출력 토크가 작아 그 확보가 어렵다고 하는 문제가 있었다.

그래서, 본원 발명은 이러한 문제를 해소한 작업차량의 구동계 제어장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 하는 것이다.

청구항 1의 발명에 의한 작업차량의 구동계 제어장치는, 주행기체에 탑재된 엔진과 상기 엔진에 연료를 분사하는 커먼레일식의 연료분사장치를 구비하고 있는 작업차량에 있어서, 상기 엔진의 회전속도를 2종류만으로 한정하고 있다고 하는 것이다.

청구항 2의 발명은 청구항 1에 기재된 작업차량의 구동계 제어장치에 있어서, 상기 엔진으로부터의 동력을 변속하는 무단변속기를 구비하고 있고, 상기 엔진의 회전속도를 상기 2종류 중 어느 것으로 변경해도 변경 전후에서 상기 주행기체의 차속을 변경하지 않도록 상기 무단변속기의 변속비를 변경 조절한다고 하는 것이다.

청구항 3의 발명은 청구항 1에 기재된 작업차량의 구동계 제어장치에 있어서, 상기 각 종류의 회전속도로 상기 엔진을 구동시킴에 있어서 연료 소비량을 적게 하도록 상기 연료분사장치가 조정된다고 하는 것이다.

청구항 4의 발명에 의한 작업차량의 구동계 제어장치는, 주행기체에 탑재된 엔진과 상기 엔진에 연료를 분사하는 커먼레일식의 연료분사장치를 구비하고 있는 작업차량에 있어서, 상기 엔진의 최저 회전속도가 상기 엔진 고유의 로우 아이들 회전속도보다 커지는 범위에 있어서 변경 가능하게 되어 있다고 하는 것이다.

청구항 5의 발명은 청구항 4에 기재된 작업차량의 구동계 제어장치에 있어서, 상기 엔진으로부터의 동력을 변속하는 무단변속기를 구비하고 있고, 상기 최저 회전속도를 상기 로우 아이들 회전속도보다 큰 값으로 설정한 경우에는 상기 주행기체의 최저 차속을 상기 로우 아이들 회전속도일 때의 상태로 변경하지 않도록 상기 무단변속기의 변속비를 변경 조절한다고 하는 것이다.

청구항 6의 발명은 청구항 5에 기재된 작업차량의 구동계 제어장치에 있어서, 상기 엔진의 회전속도 및 토크에 관한 엔진 운전점이 미리 설정된 최적 연비선 상으로부터 벗어나 있는 경우에는 상기 엔진 운전점을 상기 최적 연비선 상으로 이행시킴과 아울러, 상기 주행기체의 차속을 변경하지 않도록 상기 무단변속기의 변속비를 변경 조절한다고 하는 것이다.

(발명의 효과)

청구항 1∼3의 발명에 의하면, 주행기체에 탑재된 엔진과 상기 엔진에 연료를 분사하는 커먼레일식의 연료분사장치를 구비하고 있는 작업차량에 있어서, 상기 엔진의 회전속도를 2종류만으로 한정하고 있기 때문에 출력 토크가 작은 저회전역을 사용하지 않는 상기 엔진으로 할 수 있고, 상기 엔진과 동 배기량의 것에 비해서 높은 출력 마력을 간단하게 확보할 수 있다. 반대의 견해에서 보면, 상기 엔진과 동 출력 마력의 것에 비해서 저배기량의 엔진으로 할 수 있다. 따라서, 상기 엔진의 다운사이징을 간단하게 실현할 수 있다고 하는 효과를 갖는다.

특히, 청구항 2와 같이 상기 엔진으로부터의 동력을 변속하는 무단변속기를 구비하고 있고, 상기 엔진의 회전속도를 상기 2종류 중 어느 것으로 변경해도 변경 전후에서 상기 주행기체의 차속을 변경하지 않도록 상기 무단변속기의 변속비를 변경 조절하는 구성을 채용하면, 예를 들면 상기 회전속도를 저속측으로 하거나 고속측으로 하거나 해도 상기 주행기체의 차속을 회전속도 변경 전의 상태로 유지할 수 있다. 이 때문에, 상기 엔진의 회전속도 변경에 의한 위화감을 없앤다고 하는 효과를 갖는다.

청구항 4의 발명에 의한 작업차량의 구동계 제어장치에 의하면, 주행기체에 탑재된 엔진과 상기 엔진에 연료를 분사하는 커먼레일식의 연료분사장치를 구비하고 있는 작업차량에 있어서, 상기 엔진의 최저 회전속도가 상기 엔진 고유의 로우 아이들 회전속도보다 커지는 범위에 있어서 변경 가능하게 되어 있기 때문에, 상기 엔진과 동 배기량의 것에 비해서 높은 출력 마력을 간단하게 확보할 수 있다. 반대의 견해에서 보면, 상기 엔진과 동 출력 마력의 것에 비해서 저배기량의 엔진으로 할 수 있다. 따라서, 상기 엔진의 다운사이징을 간단하게 실현할 수 있다고 하는 효과를 갖는다. 또한, 출력 마력 확보를 위해서 과급기를 필요로 하지 않기 때문에 부품 비용도 억제할 수 있다고 하는 효과를 갖는다.

청구항 5의 발명에 의하면, 상기 엔진으로부터의 동력을 변속하는 무단변속기를 구비하고 있고, 상기 최저 회전속도를 상기 로우 아이들 회전속도보다 큰 값으로 설정한 경우에는 상기 주행기체의 최저 차속을 상기 로우 아이들 회전속도일 때의 상태로 변경하지 않도록 상기 무단변속기의 변속비를 변경 조절하기 때문에, 상기 최저 회전속도를 상기 로우 아이들 회전속도보다 높게 했다고 해도 상기 주행기체의 최저 차속이 빨라지지 않고 상기 로우 아이들 회전속도일 때의 상태로 유지할 수 있게 된다. 이 때문에, 저속 주행시에 있어서 상기 엔진과 동 배기량의 것을 탑재한 작업차량과 변함없는 주행성능(위화감이 없는 차속)을 얻을 수 있다고 하는 효과를 갖는다.

청구항 6의 발명에 의하면, 상기 엔진의 회전속도 및 토크에 관한 엔진 운전점이 미리 설정된 최적 연비선 상으로부터 벗어나 있는 경우에는 상기 엔진 운전점을 상기 최적 연비선 상으로 이행시킴과 아울러 상기 주행기체의 차속을 변경하지 않도록 상기 무단변속기의 변속비를 변경 조절하기 때문에, 저연비 운전을 실행하는 것이면서 상기 회전속도의 변화에 따르는 상기 차속 변동을 확실하게 방지할 수 있다. 따라서, 상기 작업차량에 있어서 안정된 주행성능을 얻을 수 있다고 하는 효과를 갖는다.

도 1은 작업차량으로서의 트랙터의 측면도이다.
도 2는 트랙터의 평면도이다.
도 3은 트랙터의 유압 회로도이다.
도 4는 트랙터에 있어서의 동력 전달계의 스켈리톤도이다.
도 5는 차속과 무단변속기의 변속비의 관계를 설명하는 도면이다.
도 6은 엔진의 연료계통 설명도이다.
도 7은 엔진 및 배기가스 정화장치의 관계를 나타내는 기능 블럭도이다.
도 8은 ECU와 변속 컨트롤러의 관계를 나타내는 기능 블럭도이다.
도 9는 연료의 분사 타이밍을 설명하는 도면이다.
도 10은 제 1 실시예에 있어서의 출력 특성 맵의 설명도이다.
도 11은 회전속도 한정 제어의 흐름을 나타내는 플로우차트이다.
도 12는 제 2 실시예에 있어서의 출력 특성 맵의 설명도이다.
도 13은 최저 차속 제어의 흐름을 나타내는 플로우차트이다.
도 14는 최저 차속 제어 중의 변속비 제어의 상세를 나타내는 플로우차트이다.
도 15는 최적 연비 제어의 흐름을 나타내는 플로우차트이다.
도 16은 최적 연비 제어 중의 변속비 제어의 상세를 나타내는 플로우차트이다.
도 17은 연료분사 제어의 다른 예에 대응한 출력 특성 맵의 설명도이다.
도 18은 연료분사 제어의 다른 예를 나타내는 플로우차트이다.

이하에, 본원 발명을 구체화한 실시형태를 도면에 의거하여 설명한다.

(1). 트랙터의 개략 구조

우선, 도 1 및 도 2를 참조하면서 작업차량의 일례인 트랙터(141)의 개략 구조에 대하여 설명한다. 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이 트랙터(141)의 주행기체(142)는 좌우 한쌍 전차륜(143)과 좌우 한쌍의 후차륜(144)에 의해 지지되어 있다. 주행기체(142)의 전방부에 탑재한 엔진(70)으로 후차륜(144) 및 전차륜(143)을 구동함으로써 트랙터(141)는 전후진 주행하도록 구성된다. 엔진(70)은 보닛(146)으로 피복된다. 또한, 주행기체(142)의 상면에는 캐빈(147)이 설치되어 있다. 상기 캐빈(147)의 내부에는 조종 좌석(148)과, 조타함으로써 전차륜(143)의 조향 방향을 좌우로 움직이는 조종 핸들(149)이 설치되어 있다. 캐빈(147)의 외측부에는 오퍼레이터가 승강하는 스텝(150)이 설치되고, 상기 스텝(150)보다 내측이고 또한 캐빈(147)의 저부보다 하측에는 엔진(70)에 연료를 공급하는 연료탱크(151)가 설치되어 있다.

도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 캐빈(147) 내에 있는 조종 핸들(149)은 조종 좌석(148)의 전방에 위치하는 조종 칼럼(190) 상에 설치되어 있다. 조종 칼럼(190)의 오른쪽에는 엔진(70)의 회전속도를 설정 유지하는 스로틀 레버(197)와, 주행기체(142)를 제동 조작하는 좌우 한쌍의 브레이크 페달(191)이 설치되어 있다. 조종 칼럼(190)의 왼쪽에는 주행기체(142)의 진행 방향을 전진과 후진으로 스위칭 조작하기 위한 전후진 스위칭 레버(198)와, 클러치 페탈(192)이 배치되어 있다. 조종 칼럼(190)의 배면측에는 브레이크 페달(191)을 밟음 위치에 유지하는 주차 브레이크 레버(200)가 설치되어 있다.

브레이크 페달(191)의 오른쪽에는 스로틀 레버(197)에서 설정된 엔진(70)의 회전속도를 하한 회전속도로 하고, 그 이상의 범위에서 회전속도를 증감속시키는 가속페달(199)이 배치되어 있다. 조종 좌석(148)의 우측 칼럼 상에는 대지 작업기로서의 로터리 경운기(164)의 높이 위치를 수동으로 변경 조절하는 작업기 승강 레버(193), PTO 변속 레버(194), 및 변속 조작용의 주변속 레버(201) 등이 배치되어 있다. 조종 좌석(148)의 좌측 칼럼 상에는 부변속 레버(195)가 배치되고, 좌측 칼럼의 전방에는 디프렌셜 록킹 페달(196)이 배치되어 있다.

도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 주행기체(142)는 앞범퍼(152) 및 앞차축 케이스(153)를 갖는 엔진 프레임(154)과, 엔진 프레임(154)의 후방부에 볼트에 의해 착탈 가능하게 고정하는 좌우의 기체 프레임(156)에 의해 구성된다. 기체 프레임(156)의 후방부에는 엔진(70)의 구동력을 적당하게 변속해서 후차륜(144) 및 전차륜(143)에 전달하기 위한 미션케이스(157)가 연결되어 있다. 후차륜(144)은 미션케이스(157)의 외측면으로부터 바깥 방향으로 돌출되도록 장착된 뒷차축 케이스(158)를 통해서 부착되어 있다. 미션케이스(157) 내에는 엔진(70)으로부터의 구동력을 변속하는 무단변속기(159)(도 3 및 도 4 참조)가 설치되어 있다.

미션케이스(157)의 후방부 상면에는 로터리 경운기(164)를 승강 이동시키는 유압식의 작업기용 승강기구(160)가 착탈 가능하게 부착되어 있다. 로터리 경운기(164)는 미션케이스(157)의 후방부에 한쌍의 좌우 로어 링크(161) 및 탑 링크(162)로 이루어지는 3점 링크기구를 통해서 연결된다. 미션케이스(157)의 뒷측면에는 로터리 경운기(164)에 PTO 구동력을 전달하기 위한 PTO축(163)이 후방 방향으로 돌출되어 있다.

도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 로터리 경운기(164)의 후방부 측에는 산파용(散播用)의 파종기(170)가 비료 산포기(도시생략)와 교환 가능하게 부착되어 있다. 파종기(170)는 종자를 넣는 탱크(171)와, 탱크(171) 내의 종자를 정량씩 방출하는 방출부(172)와, 방출부(172)의 방출 롤러(도시생략)를 구동하는 전동 모터(173)를 구비하고 있다. 탱크(171) 내의 종자는 방출부(172)로부터 로터리 경운기(164) 후방의 이미 경운된 지면에 산파된다. 또한, 비료 산포기를 로터리 경운기(164)에 부착한 경우에는 비료 산포기의 비료(약제)가 로터리 경운기(164) 후방의 이미 경운된 지면에 산포되게 된다.

(2). 트랙터의 유압회로 구조

이어서, 주로 도 3을 참조하면서 트랙터(141)의 유압회로(210) 구조를 설명한다. 트랙터(141)의 유압회로(210)는 엔진(70)의 회전동력으로 구동되는 작업용 유압펌프(204) 및 주행용 유압펌프(205)를 구비하고 있다. 작업용 유압펌프(204) 및 주행용 유압펌프(205)는 미션케이스(157)에 있어서의 앞측 벽부재(222)의 앞면측에 설치되어 있다(도 4 참조). 작업용 유압펌프(204)는 작업기용 승강기구(160)의 승강 제어 유압실린더(215)에 작동유를 공급하기 위한 제어 전자밸브(211)에 접속되어 있다. 제어 전자밸브(211)는 작업기 승강 레버(193)의 조작으로 스위칭 작동 가능하게 구성되어 있다. 작업기 승강 레버(193)로 제어 전자밸브(211)를 스위칭 작동시키면 승강 제어 유압실린더(215)가 신축 구동하여 작업기용 승강기구(160)와 좌우 로어 링크(161)를 연결시키는 리프트 암(169)(도 1 참조)을 승강 회동시킨다. 그 결과, 로어 링크(161)를 통해서 로터리 경운기(164)가 승강 이동하게 된다.

주행용 유압펌프(205)는 미션케이스(157)의 무단변속기(159) 및 파워스티어링용의 유압실린더(203)에 작동유를 공급하는 것이다. 이 경우, 미션케이스(17)는 작동유 탱크로서도 이용되고 있어서 미션케이스(157) 내부의 작동유가 각 유압펌프(204, 205)에 공급된다. 주행용 유압펌프(205)는 파워스티어링용의 컨트롤 밸브(212)를 통해서 파워스티어링용의 유압실린더(203)에 접속되어 있는 한편, 좌우 한쌍의 브레이크 작동기구(245)용의 브레이크 실린더(247)에 대한 오토브레이크 전자밸브(246)에도 접속되어 있다.

또한, 주행용 유압펌프(205)는 PTO 변속기구(228)의 PTO 클러치(248)를 작동시키는 PTO 클러치 유압 전자밸브(249)와, 무단변속기(159)에 대한 비례제어밸브(213) 및 시동용 전자밸브(217), 그리고 이것들에 의해 작동되는 스위칭 밸브(214)와, 부변속 기구(227)의 부변속 유압실린더(250)를 작동시키는 고속 클러치 전자밸브(251)와, 전후진 스위칭 기구(226)의 전진용 유압 클러치(252)에 대한 전진용 클러치 전자밸브(253)와, 후진용 유압 클러치(254)에 대한 후진용 클러치 전자밸브(255)와, 2륜 구동/4륜 구동 스위칭 기구(229)의 4륜 구동용 유압 클러치(256)에 대한 4륜 구동 유압 전자밸브(257)와, 배속(倍速)용 유압 클러치(258)에 대한 배속 유압 전자밸브(259)에 접속되어 있다.

PTO 클러치 유압 전자밸브(249), 전진용 클러치 전자밸브(253), 후진용 클러치 전자밸브(255), 4륜 구동 유압 전자밸브(257), 및 배속 유압 전자밸브(259)는 이것들을 적당하게 제어해서 각각에 대응하는 클러치 실린더를 작동시킴으로써 각 유압 클러치(248, 252, 254, 256, 258)를 스위칭 구동시키도록 구성되어 있다. 또한, 유압회로(210)는 릴리프 밸브나 유량조정 밸브, 체크 밸브, 오일쿨러, 오일필터 등도 구비하고 있다.

(3). 트랙터의 동력전달계통

이어서, 주로 도 4를 참조하면서 트랙터(141)의 동력전달계통을 설명한다. 중공 상자형으로 형성된 미션케이스(157)의 앞면에는 앞측 벽부재(222)가, 뒷면에는 뒷측 벽부재(223)가 착탈 가능하게 고정되어 있다. 미션케이스(157)의 내부는 칸막이벽(221)에 의해 전실(224)과 후실(225)로 나누어져 있다. 도시는 생략하지만, 전실(224)과 후실(225)은 내부의 작동유가 서로 이동할 수 있도록 연통되어 있다. 미션케이스(157)의 전실(224)측에는 무단변속기(159)로부터의 회전동력을 정전또는 역전 방향으로 스위칭하는 전후진 스위칭 기구(226)와, 전후진 스위칭 기구(226)를 경유한 회전동력을 변속하는 기계식의 부변속 기구(227)와, 엔진(70)으로부터의 회전동력을 적당하게 변속해서 PTO축(163)에 전달하는 PTO 변속기구(228)와, 전후차륜(143, 144)의 2륜 구동과 4륜 구동을 스위칭하는 2륜 구동/4륜 구동 스위칭 기구(229)가 배치되어 있다. 또한, 후실(225)측에는 무단변속기(159)와, 부변속 기구(227)를 경유한 회전동력을 좌우의 후차륜(144)에 전달하는 차동 기어 기구(230)가 배치되어 있다.

엔진(70)으로부터 후방 방향으로 돌출되는 엔진 출력축(74)에는 플라이휠(231)이 직결되도록 부착되어 있다. 플라이휠(231)과 이것으로부터 후방 방향으로 연장되는 주동축(232)은 동력 전달/차단용의 메인 클러치(233)를 통해서 연결되어 있다. 주동축(232)과 미션케이스(157)로부터 전방 방향으로 돌출되는 주변속 입력축(234)은 양단에 유니버설 조인트를 구비한 동력전달축(235)을 통해서 연결되어 있다. 엔진(70)의 회전동력은 엔진 출력축(74)으로부터 주동축(232) 및 동력전달축(235)을 통해서 주변속 입력축(234)에 전달되고, 이어서 무단변속기(159) 및 부변속 기구(227)에 의해 적당하게 변속된다. 상기 변속 동력이 차동 기어 기구(230)를 통해서 좌우의 후차륜(144)에 전달된다. 무단변속기(159) 및 부변속 기구(227)에 의한 변속 동력은 2륜 구동/4륜 구동 스위칭 기구(229) 및 앞차축 케이스(153) 내의 차동 기어 기구(236)를 통해서 좌우의 전차륜(153)에도 전달된다.

후실(225)의 내부에 있는 무단변속기(159)는 주변속 입력축(234)에 주변속 출력축(237)을 동심 형상으로 배치한 인라인 방식의 것이고, 가변용량형의 유압펌프부(240)와, 상기 유압펌프부(240)로부터 토출되는 고압의 작동유에 의해 작동되는 정용량형의 변속용 유압모터부(241)를 구비하고 있다. 유압펌프부(240)에는 주변속 입력축(234)의 축선에 대하여 경사각을 변경 가능하여 그 작동유 공급량을 조절하는 펌프 사판(242)이 설치되어 있다. 펌프 사판(242)에는 주변속 입력축(234)의 축선에 대한 펌프 사판(242)의 경사각을 변경 조절하는 주변속 유압실린더(243)를 관련시키고 있다. 주변속 유압실린더(243)의 구동으로 펌프 사판(242)의 경사각을 변경함으로써 유압펌프부(240)로부터 유압모터부(241)에 공급되는 작동유량이 변경 조절되어 무단변속기(159)의 주변속 동작이 행하여진다.

즉, 주변속 레버(201)의 조작량에 비례해서 작동하는 비례제어밸브(213)로부터의 작동유에 의해 스위칭 밸브(214)가 작동되면 주변속 유압실린더(190)가 구동하고, 이에 따라 주변속 입력축(234)의 축선에 대한 펌프 사판(242)의 경사각이 변경된다. 실시형태의 펌프 사판(242)은 경사 대략 0(0을 포함하는 그 전후)의 중립 각도를 사이에 두고 한쪽(양)의 최대 경사각도와 다른쪽(음)의 최대 경사각도 사이의 범위에서 각도 조절 가능하고, 또한 주행기체(142)의 차속이 최저일 때에 어느 한쪽으로 경사진 각도(이 경우에는 음이고 또한 최대 부근의 경사각도)가 되도록 설정되어 있다(도 5 참조).

펌프 사판(242)의 경사각이 대략 0(중립 각도)일 때에는 유압펌프부(240)에 의해 유압모터부(241)가 구동되지 않고, 주변속 입력축(234)과 대략 동일 회전속도로 주변속 출력축(237)이 회전한다. 주변속 입력축(234)의 축선에 대하여 펌프 사판(242)을 일방향(양의 경사각)측으로 경사지게 했을 때에는 유압펌프부(240)가 유압모터부(241)를 증속 작동시켜 주변속 입력축(234)보다 빠른 회전속도로 주변속 출력축(237)이 회전한다. 그 결과, 주변속 입력축(234)의 회전속도에 유압모터부(241)의 회전속도가 가산되어서 주변속 출력축(237)에 전달된다. 이 때문에, 주변속 입력축(234)의 회전속도보다 높은 회전속도의 범위에서 펌프 사판(242)의 경사각(양의 경사각)에 비례하여 주변속 출력축(237)으로부터의 변속 동력(차속)이 변경된다. 펌프 사판(242)이 양이고 또한 최대 부근의 경사각도일 때에 주행기체(142)는 최고 차속이 된다(도 5의 흰 네모 개소 참조).

주변속 입력축(234)의 축선에 대하여 펌프 사판(242)을 타방향(음의 경사각)측으로 경사지게 했을 때에는 유압펌프부(240)가 유압모터부(241)를 감속(역전) 작동시켜 주변속 입력축(234)보다 낮은 회전속도로 주변속 출력축(237)이 회전한다. 그 결과, 주변속 입력축(234)의 회전속도로부터 유압모터부(241)의 회전속도가 감산되어서 주변속 출력축(237)에 전달된다. 이 때문에, 주변속 입력축(234)의 회전속도보다 낮은 회전속도의 범위에서 펌프 사판(242)의 경사각(음의 경사각)에 비례하여 주변속 출력축(237)으로부터의 변속 동력이 변경된다. 펌프 사판(242)이 음이고 또한 최대 부근의 경사각도일 때에 주행기체(142)는 최저 차속이 된다(도 5의 흰 동그라미 개소 참조).

또한, 실시형태에서는 후술하는 작업기(변속) 컨트롤러(271)의 지령에 의해 작동하는 시동용 전자밸브(217)로부터의 작동유에 의해 스위칭 밸브(214)를 작동시키면, 주변속 레버(201)의 조작 위치에 관계없이 주변속 유압실린더(243)가 구동하고, 이에 따라 주변속 입력축(234)의 축선에 대한 펌프 사판(242)의 경사각이 변경된다.

(4). 엔진 및 그 주변의 구조

이어서, 도 6 및 도 7을 참조하여 엔진(70) 및 그 주변의 구조를 설명한다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 엔진(70)은 4기통형의 디젤엔진이며, 상면에 실린더 헤드(72)가 체결된 실린더 블록(75)을 구비하고 있다. 실린더 헤드(72)의 일측면에는 흡기 매니폴드(73)가 접속되어 있고, 타측면에는 배기 매니폴드(71)가 접속되어 있다. 실린더 블록(75)의 측면 중 흡기 매니폴드(73)의 하방에는 엔진(70)의 각 기통에 연료를 공급하는 커먼레일 장치(117)가 설치되어 있다. 흡기 매니폴드(73)의 흡기 상류측에 접속된 흡기관(76)에는 엔진(70)의 흡기압(흡기량)을 조절하기 위한 흡기 스로틀 장치(81)와 에어클리너(도시생략)가 접속된다.

도 7에 나타내는 바와 같이, 엔진(70)에 있어서의 4기통분의 각 인젝터(115)에 커먼레일 장치(117) 및 연료 공급 펌프(116)를 통해서 연료탱크(118)가 접속된다. 각 인젝터(115)는 전자 개폐 제어형의 연료분사밸브(119)를 구비하고 있다. 커먼레일 장치(117)는 원통 형상의 커먼레일(120)을 구비하고 있다. 연료 공급 펌프(116)의 흡입측에는 연료필터(121) 및 저압관(122)을 통해서 연료탱크(118)가 접속되어 있다. 연료탱크(118) 내의 연료가 연료필터(121) 및 저압관(122)을 통해서 연료 공급 펌프(116)에 흡입된다. 실시형태의 연료 공급 펌프(116)는 흡기 매니폴드(73)의 근방에 배치되어 있다. 한편, 연료 공급 펌프(116)의 토출측에는 고압관(123)을 통해서 커먼레일(120)이 접속되어 있다. 커먼레일(120)에는 4개의 연료분사관(126)을 통하여 4기통분의 인젝터(115)가 접속되어 있다.

상기의 구성에 있어서, 연료탱크(118)의 연료는 연료 공급 펌프(116)에 의해 커먼레일(120)에 압송되어 고압의 연료가 커먼레일(120)에 축적된다. 각 연료분사밸브(119)가 각각 개폐 제어됨으로써 커먼레일(120) 내의 고압의 연료가 각 인젝터(115)로부터 엔진(70)의 각 기통에 분사된다. 즉, 각 연료분사밸브(119)를 전자제어함으로써 각 인젝터(115)로부터 공급되는 연료의 분사 압력, 분사 시기, 분사 기간(분사량)이 고정밀도로 컨트롤된다. 따라서, 엔진(70)으로부터의 질소산화물(NOx)을 저감할 수 있음과 아울러 엔진(70)의 소음 진동을 저감할 수 있다.

도 9에 나타내는 바와 같이, 커먼레일 장치(117)는 상사점(TDC)을 사이에 두는 부근에서 메인 분사(A)를 실행하도록 구성되어 있다. 또한, 커먼레일 장치(117)는 메인 분사(A) 이외에 상사점보다 약 60° 이전의 크랭크 각도(θ1)의 시기에 NOx 및 소음의 저감을 목적으로 해서 소량의 파일롯 분사(B)를 실행하거나, 상사점 직전의 크랭크 각도(θ2)의 시기에 소음 저감을 목적으로 해서 프리 분사(pre-injection)(C)를 실행하거나, 상사점 후의 크랭크 각도(θ3 및 θ4)의 시기에 입자상 물질(이하, PM이라 함)의 저감이나 배기가스의 정화 촉진을 목적으로 해서 애프터 분사(D) 및 포스트 분사(E)를 실행하거나 하도록 구성되어 있다.

파일롯 분사(B)는 메인 분사(A)에 대하여 크게 진각(進角)된 시기에 분사함으로써 연료와 공기의 혼합을 촉진시키는 것이다. 프리 분사(C)는 메인 분사(A)에 앞서 분사함으로써 메인 분사(A)에서의 착화 시기의 지연을 단축하는 것이다. 애프터 분사(D)는 메인 분사(A)에 대하여 근접한 시기에 분사함으로써 확산연소를 활성화시켜 PM을 재연소시키는(PM을 저감하는) 것이다. 포스트 분사(E)는 메인 분사(A)에 대하여 크게 지각(遲角)한 시기에 분사함으로써 실제의 연소과정에 기여하지 않고 미연소의 연료로서 후술하는 DPF(50)에 공급하는 것이다. DPF(50)에 공급된 미연소의 연료는 후술하는 디젤산화촉매(53) 상에서 반응하고, 그 반응열에 의해 DPF(50) 내의 배기가스 온도가 상승하게 된다. 도 9에 있어서의 그래프의 산의 고저는 대략 말해서 각 분사단계 A∼E에서의 연료 분사량의 차이를 표현하고 있다.

또한, 도 7에 나타내는 바와 같이 연료탱크(118)에는 연료 리턴관(129)을 통해서 연료 공급 펌프(116)가 접속되어 있다. 원통 형상의 커먼레일(120)의 길이 방향의 단부에 커먼레일(120) 내의 연료의 압력을 제한하는 리턴관 커넥터(130)를 통해서 커먼레일 리턴관(131)이 접속되어 있다. 즉, 연료 공급 펌프(116)의 잉여 연료와 커먼레일(120)의 잉여 연료가 연료 리턴관(129) 및 커먼레일 리턴관(131)을 통해서 연료탱크(118)에 회수되게 된다.

배기 매니폴드(71)의 배기 하류측에 접속된 배기관(77)에는 엔진(70)의 배기 압을 조절하기 위한 배기 스로틀 장치(82)와, 배기가스 정화장치의 일례인 DPF(50)(디젤 파티큘레이트 필터)가 접속된다. 각 기통으로부터 배기 매니폴드(71)에 배출된 배기가스는 배기관(77), 배기 스로틀 장치(82) 및 DPF(50)를 경유해서 정화처리를 하고나서 외부로 방출된다.

도 6에 나타내는 바와 같이, DPF(50)는 배기가스 중의 PM 등을 포집하기 위한 것이다. 실시형태의 DPF(50)는 내열 금속 재료제의 케이싱(51) 내에 있는 대략 통형의 필터 케이스(52)에, 예를 들면 백금 등의 디젤산화촉매(53)와 매연필터(54)를 직렬로 나란히 수용한 것이다. 필터 케이스(52)의 배기 상류측에 디젤산화촉매(53)가 배치되고, 배기 하류측에 매연필터(54)가 배치된다. 매연필터(54)는 배기가스를 여과 가능한 다공질 격벽으로 구획된 다수의 셀을 갖는 허니콤 구조로 구성되어 있다.

케이싱(51)의 일측부에는 배기관(77) 중 배기 스로틀 장치(82)의 배기 하류측에 연통하는 배기 도입구(55)가 형성되어 있다. 상기 케이싱(51)의 일측부와 필터 케이스(52)의 일측부는 제 1 측벽판(56) 및 제 2 측벽판(57)으로 막혀 있다. 케이싱(51)의 타측부는 제 1 덮개판(59) 및 제 2 덮개판(60)으로 막혀 있다. 양 덮개판(59, 60) 사이는 필터 케이스(52) 내에 복수의 연통관(62)을 통해서 연통되는 배기음 감쇠실(63)로 구성되어 있다. 또한, 제 2 덮개판(60)을 대략 통형의 배기 출구관(61)이 관통하고 있다. 배기 출구관(61)의 외주면에는 배기음 감쇠실(63)을 향해서 개구되는 복수의 연통구멍(58)이 형성되어 있다. 배기 출구관(61) 및 배기음 감쇠실(63) 등에 의해 소음기(64)를 구성하고 있다.

케이싱(51)의 일측부에 형성된 배기 도입구(55)에는 배기가스 도입관(65)이 삽입되어 있다. 배기가스 도입관(65)의 선단은 케이싱(51)을 횡단해서 배기 도입구(55)와 반대측의 측면에 돌출되어 있다. 배기가스 도입관(65)의 외주면에는 필터 케이스(52)를 향해서 개구되는 복수의 연통구멍(66)이 형성되어 있다. 배기가스 도입관(65) 중 배기 도입구(55)와 반대측의 측면으로 돌출되는 부분은, 이것에 착탈 가능하게 나사 부착된 덮개체(67)로 막혀 있다.

DPF(50)에는 검출수단의 일례로서 매연필터(54)의 막힘 상태를 검출하는 DPF 차압 센서(68)가 설치되어 있다. DPF 차압 센서(68)는 DPF(50) 내에 있어서의 매연필터(54)의 상류측과 하류측의 각 배기압의 압력차(입구측과 출구측의 배기가스 차압)를 검출하는 것이다. 이 경우, 배기가스 도입관(65)의 덮개체(67)에 DPF 차압 센서(68)를 구성하는 상류측 배기압 센서(68a)가 장착되고, 매연필터(54)와 배기음 감쇠실(63) 사이에 하류측 배기압 센서(68b)가 장착되어 있다.

또한, DPF(50)의 상하류간의 압력차와 매연필터(54)[DPF(50)] 내의 PM 퇴적량 사이에 특정한 관련성이 있기 때문에, DPF 차압 센서(68)에서 검출되는 압력차에 의거하여 DPF(50) 내의 PM 퇴적량이 연산으로 구해진다. 그리고, PM 퇴적량의 연산 결과에 의거하여 흡기 스로틀 장치(81), 배기 스로틀 장치(82), 또는 커먼레일(120)을 작동 제어함으로써 매연필터(54)[DPF(50)]의 재생 제어가 실행된다.

상기의 구성에 있어서, 엔진(70)으로부터의 배기가스는 배기 도입구(55)를 통해서 배기가스 도입관(65)에 들어가고, 배기가스 도입관(65)에 형성된 각 연통구멍(66)으로부터 필터 케이스(52) 내로 분출되고, 디젤산화촉매(53)로부터 매연필터(54)의 순서로 통과해서 정화 처리된다. 배기가스 중의 PM은 매연필터(54)(각 셀간의 다공질 격벽)에 포집된다. 디젤산화촉매(53) 및 매연필터(54)를 통과한 배기가스는 소음기(64)를 통해서 배기 출구관(61)으로부터 기기 밖으로 방출된다.

배기가스가 디젤산화촉매(53) 및 매연필터(54)를 통과할 때에 배기가스 온도가 재생 가능 온도(예를 들면 약 250∼300℃)를 초과하고 있으면, 디젤산화촉매(53)의 작용에 의해 배기가스 중의 NO(일산화질소)가 불안정한 NO₂(이산화질소)로 산화된다. 그리고, NO₂가 NO에 되돌아올 때에 방출하는 O(산소)에 의해 매연필터(54)에 퇴적된 PM을 산화 제거함으로써 매연필터(54)의 PM 포집 능력이 회복된다. 즉, 매연필터(54)[DPF(50)]가 재생된다.

(5). 엔진의 제어관련의 구성

이어서, 도 7 및 도 8 등을 참조하면서 엔진(70)의 제어관련의 구성을 설명한다. 도 7 및 도 8에 나타내는 바와 같이, 트랙터(141)는 제어수단으로서 엔진(70)에 있어서의 각 기통의 연료분사밸브(119)를 작동시키는 ECU(11)와, 작업기(변속) 컨트롤러(271)를 구비하고 있다. ECU(11)는 각종 연산처리나 제어를 실행하는 CPU(31), 각종 데이터를 미리 고정적으로 기억시킨 ROM(32), 제어프로그램이나 각종 데이터를 재기록 가능하게 기억하는 EEPROM(33), 제어프로그램이나 각종 데이터를 일시적으로 기억하는 RAM(34), 시간 계측용의 타이머(35), 및 입출력 인터페이스 등을 갖고 있다. 작업기 컨트롤러(271)도 ECU(11)와 마찬가지로 CPU(281), ROM(282), EEPROM(283), RAM(284), 타이머(285) 및 입출력 인터페이스 등을 갖고 있다.

제어수단인 ECU(11) 및 작업기 컨트롤러(271)는 목표로서 입출력계 기기의 하니스의 길이가 되도록 짧아지도록 조합시켜서 그것들을 제어하도록 하고 있고, 각각의 배치 개소에서 컨트롤러 박스(도시생략) 내에 격납되어 있다. ECU(11)와 작업기 컨트롤러(271)는 서로 CAN 통신 버스(272)를 통해서 전기적으로 접속되어 있다. 실시형태의 ECU(11)는 엔진(70) 또는 그 근방에 배치된다(도 2 참조). 작업기 컨트롤러(271)는, 예를 들면 캐빈(147) 내에 있어서의 조종 좌석(148)의 하방에 배치된다(도 2 참조). 또한, 제어수단은 3개 이상을 통신 버스를 통해서 접속하는 구성이어도 좋다. 후술하는 각 입출력계 기기는 어느 제어수단에 접속되어도 좋다.

ECU(11)의 입력측에는 적어도 커먼레일(120) 내의 연료 압력을 검출하는 레일압 센서(12), 연료펌프(116)를 회전 또는 정지시키는 전자클러치(13), 엔진(70)의 회전속도[엔진 출력축(74)의 캠 샤프트 위치]를 검출하는 회전속도 검출수단으로서의 엔진 속도 센서(14), 인젝터(115)의 연료분사 횟수(1행정의 연료분사 기간 동안의 횟수)를 검출 및 설정하는 분사 설정기(15), 흡기계의 흡기가스 온도를 검출하는 흡기 온도 센서(17), 배기계의 배기가스 온도를 검출하는 배기 온도 센서(18), 엔진(70)의 냉각수 온도를 검출하는 냉각수 온도 센서(19), 커먼레일(120) 내의 연료 온도를 검출하는 연료 온도 센서(20), 및 DPF 차압 센서(68)[상류측 배기압 센서(68a) 및 하류측 배기압 센서(68b)] 등이 접속되어 있다.

ECU(11)의 출력측에는 엔진 4기통분의 각 연료분사밸브(119)의 전자 솔레노이드가 각각 접속되어 있다. 즉, 커먼레일(120)에 축적된 고압 연료가 연료 분사 압력, 분사 시기 및 분사 기간 등을 제어하면서 1행정 중에 복수회로 나누어서 연료분사밸브(119)로부터 분사됨으로써 질소산화물(NOx)의 발생을 억제함과 아울러 매연이나 이산화탄소 등의 발생도 저감한 완전 연소를 실행하여 연비를 향상시키도록 구성되어 있다. 또한, ECU(11)의 출력측에는 엔진(70)의 흡기압(흡기량)을 조절하기 위한 흡기 스로틀 장치(81), 엔진(70)의 배기압을 조절하기 위한 배기 스로틀 장치(82), ECU(11)의 고장을 경고 통지하는 ECU 고장 램프(22), DPF(50) 내에 있어서의 배기가스 온도의 이상 고온을 통지하는 배기 온도 경고 램프(23), 및 DPF(50) 재생 동작에 따라 점등하는 재생 램프(24) 등이 접속되어 있다.

도 8에 나타내는 바와 같이, 작업기 컨트롤러(271)에는 출력 관련의 각종 전자밸브, 즉 전진용 유압 클러치(252)에 대한 전진용 클러치 전자밸브(253), 후진용 유압 클러치(254)에 대한 후진용 클러치 전자밸브(255), 부변속 유압실린더(250)에 대한 고속 클러치 전자밸브(251), 주변속 레버(201)의 조작량에 비례해서 주변속 유압실린더(243)를 작동시키는 비례제어밸브(213)와, 4륜 구동용 유압 클러치(256)에 대한 4륜 구동 유압 전자밸브(257), 배속용 유압 클러치(258)에 대한 배속 유압 전자밸브(259), 좌우의 오토브레이크 전자밸브(246), PTO 클러치(248)에 대한 PTO 클러치 유압 전자밸브(249), 및 작업기용 승강기구(160)의 승강 제어 유압실린더(215)에 작동유를 공급하는 제어 전자밸브(211) 등이 접속되어 있다.

또한, 작업기 컨트롤러(271)에는 입력 관련의 각종 센서 및 스위치류, 즉 조종 핸들(149)의 회동 조작량(조타 각도)을 검출하는 조타 포텐셔미터(290), 전후진 스위칭 레버(198)의 조작 위치로부터 전진용 및 후진용 유압 클러치(252, 254)의 접속/차단 상태를 검출하는 전후진 포텐셔미터(291), 주변속 출력축(237)의 출력 회전속도를 검출하는 주변속 출력축 회전 센서(292), 스로틀 레버(197)의 조작 위치를 검출하는 스로틀 위치 센서(16), 전후차륜(143, 144)의 회전속도(차속)를 검출하는 차속 센서(25), 4륜 구동 유압 전자밸브(257)를 스위칭 조작하는 4륜 구동 모드 스위치(293), 배속 유압 전자밸브(259)를 스위칭 조작하는 배속모드 스위치(294), 브레이크 페달(191)의 밟음의 유무를 검출하는 브레이크 페탈 스위치(295), 오토브레이크 전자밸브(246)를 스위칭 조작하는 오토브레이크 스위치(296), 주변속 레버(201)의 조작 위치를 검출하는 주변속 포텐셔미터(297), 부변속 레버(195)의 조작 위치를 검출하는 부변속 레버 센서(298), 및 엔진(70)의 최저 회전속도(Na)를 설정하는 최저 회전속도 다이얼(27) 등이 전기적으로 접속되어 있다.

여기에서, 최저 회전속도 다이얼(27)은 그 손잡이의 위치를 연속적(아날로그적) 또는 단계적(디지털적)으로 변경 조절하여 최저 회전속도(Na)가 엔진(70) 고유의 로우 아이들 회전속도(Nlow)보다 커지는 범위에 있어서 임의로 조절할 수 있도록 구성되어 있다. 스로틀 레버(197)를 최저속측으로 조작했을 경우의 회전속도(N)는 최저 회전속도 다이얼(27)에서 설정된 최저 회전속도(Na)가 된다.

이상의 설명에서 알 수 있는 바와 같이, 주행기체(142)에 탑재된 엔진(70)과, 상기 엔진(70)에 연료를 분사하는 커먼레일식의 연료분사장치(117)를 구비하고 있는 작업차량(141)에 있어서, 상기 엔진(70)의 최저 회전속도(Na)가 상기 엔진(70) 고유의 로우 아이들 회전속도(Nlow)보다 커지는 범위에 있어서 변경 가능하게 되어 있기 때문에 상기 엔진(70)과 동 배기량의 것에 비해서 높은 출력 마력을 간단하게 확보할 수 있다. 반대의 견해에서 보면 상기 엔진(70)과 동 출력 마력의 것에 비해서 저배기량의 엔진으로 할 수 있다. 따라서, 상기 엔진(70)의 다운사이징을 간단하게 실현할 수 있다고 하는 효과를 갖는다. 또한, 출력 마력 확보를 위해서 과급기를 필요로 하지 않기 때문에 부품 비용도 억제할 수 있다고 하는 효과를 갖는다.

ECU(11)의 EEPROM(33) 또는 작업기 컨트롤러(271)의 EEPROM(283)에는 엔진(70)의 회전속도(N)와 토크(T)의 관계를 나타내는 출력 특성 맵(M)(도 10 참조)이 미리 기억되어 있다. 출력 특성 맵(M)은 실험 등으로 구해진다. 도 10에 나타내는 출력 특성 맵(M)에서는 회전속도(N)를 가로축에, 토크(T)를 세로축에 채택하고 있다. 출력 특성 맵(M)은 상향으로 볼록하게 그려진 실선(Tmx)으로 둘러싸인 영역이다. 실선(Tmx)은 각 회전속도(N)에 대한 최대 토크를 표시한 최대 토크선이다.

ECU(11)는 기본적으로 엔진 속도 센서(14)에서 검출되는 회전속도와 각 인젝터(115)의 분사압·분사 기간으로부터 엔진(70)의 토크(T)를 구하고, 토크(T)와 출력 특성 맵(M)을 이용하여 목표 연료분사량을 연산하고, 상기 연산 결과에 의거하여 커먼레일 장치(117)를 작동시키는 연료분사 제어를 실행하도록 구성되어 있다. 또한, 커먼레일 장치(117)의 연료분사량은 각 연료분사밸브(119)의 밸브 개방 기간을 조절하여 각 인젝터(115)의 분사 기간을 변경함으로써 조절된다.

(6). 연료분사 제어의 제 1 실시예

이어서, 도 10 및 도 11을 참조하면서 ECU(11)에 의한 연료분사 제어의 제 1 실시예에 대하여 설명한다. 제 1 실시예에서는 엔진(70)의 회전속도(N)를 2종류(N#1, N#2)만으로 한정하고 있고, 회전속도(N)를 상기 2종류(N#1, N#2) 중 어느 것으로 변경해도 변경 전후에서 주행기체(142)의 차속(V)을 변경하지 않도록 무단변속기(159)의 변속비를 변경 조절하는 회전속도 한정 제어를 ECU(11)가 실행하는 구성으로 되어 있다.

회전속도 한정 제어는 예를 들면 도 11의 플로우차트에 나타낸 바와 같이 실행된다. 즉, 엔진 속도 센서(14)의 검출값을 판독하여 현시점의 회전속도(N)가 저속측(N#1)인지의 여부를 판별한다(S201). 저속측(N#1)이 아니면(S201: NO) 엔진(70)의 회전속도(N)가 저속측(N#1)이 되도록 커먼레일 장치(117)의 연료분사량을 조절하고(S202), 그 후 스텝 S201로 돌아간다.

스텝 S201에 있어서 저속측(N#1)이면(S201: YES) 스로틀 위치 센서(16)의 검출값[현시점의 토크(Tx)]을 판독하여 회전속도(N#1), 토크(Tx) 및 출력 특성 맵(M)으로부터 현시점의 엔진 부하율(LFx)을 산출하고(S203), 상기 현시점의 엔진 부하율(LFx)이 소정값(X)을 초과하는지의 여부를 판별한다(S204). 여기에서, 엔진 부하율이란 임의의 회전속도(N)에서의 최대 토크(T)(최대 엔진 부하)에 대한 비율을 말한다.

현시점의 엔진 부하율(LFx)이 소정값(X) 이하이면(S204: NO) 스텝 S201로 돌아간다. 소정값(X)을 초과하고 있는 경우에는(S204: YES) 엔진(70)의 회전속도(N)가 고속측(N#2)이 되도록 커먼레일 장치(117)의 연료분사량을 조절한다(S205). 이어서, 차속 센서(25)의 검출값(Vx)(차속)을 판독하여 차속(Vx)이 회전속도 변경 전의 상태인지의 여부를 판별한다(S206). 차속(Vx)이 바뀌어 있으면(S206: NO) 주행기체(142)의 차속을 회전속도 변경 전으로 되돌리도록 미션케이스(157)에 있어서의 무단변속기(159)의 변속비를 변경 조절하고(S207), 스텝 S206으로 돌아간다.

스텝 S206에 있어서 차속(Vx)이 회전속도 변경 전의 상태로 유지되어 있으면(S206: YES), 이어서 엔진 속도 센서(14)의 검출값을 판독하여 현시점의 회전속도(N)가 고속측(N#2)인지의 여부를 판별한다(S208). 고속측(N#2)이 아니면(S208: NO) 엔진(70)의 회전속도(N)가 고속측(N#2)이 되도록 커먼레일 장치(117)의 연료분사량을 조절하고(S209), 그 후 스텝 S208로 돌아간다.

스텝 S208에 있어서 고속측(N#2)이면(S208: YES) 스로틀 위치 센서(16)의 검출값[현시점의 토크(Ty)]을 판독하여 회전속도(N#2), 토크(Ty) 및 출력 특성 맵(M)으로부터 현시점의 엔진 부하율(LFy)을 산출하고(S210), 상기 현시점의 엔진 부하율(LFy)이 소정값(Y) 미만인지의 여부를 판별한다(S211). 현시점의 엔진 부하율(LFy)이 소정값(Y) 이상이면(S211: NO) 스텝 S206으로 돌아간다. 소정값(Y) 미만의 경우에는(S211: YES) 엔진(70)의 회전속도(N)가 저속측(N#1)이 되도록 커먼레일 장치(117)의 연료분사량을 조절하고(S212), 스텝 S201로 돌아간다.

상기의 제어에 의하면, 주행기체(142)에 탑재된 엔진(70)과 상기 엔진(70)에 연료를 분사하는 커먼레일식의 연료분사장치(117)를 구비하고 있는 작업차량(141)에 있어서, 상기 엔진(70)의 회전속도(N)를 2종류(N#1, N#2)만으로 한정하고 있기 때문에 출력 토크가 작은 저회전역을 사용하지 않는 상기 엔진(70)으로 할 수 있고, 상기 엔진(70)과 동 배기량의 것에 비해서 높은 출력 마력을 간단하게 확보할 수 있다. 반대의 견해에서 보면, 상기 엔진(70)과 동 출력 마력의 것에 비해서 저배기량의 엔진(70)으로 할 수 있다. 따라서, 상기 엔진(70)의 다운사이징을 간단하게 실현할 수 있다고 하는 효과를 갖는다.

특히, 상기 엔진(70)의 회전속도(N)를 상기 2종류(N#1, N#2) 중 어느 것으로 변경해도 변경 전후에서 상기 주행기체(142)의 차속을 변경하지 않도록 상기 무단변속기(159)의 변속비를 변경 조절하기 때문에, 예를 들면 상기 회전속도(N)를 저속측(N#1)으로 하거나 고속측(N#2)으로 하거나 해도 상기 주행기체의 차속을 회전속도 변경 전의 상태로 유지할 수 있다. 이 때문에, 상기 엔진(70)의 회전속도 변경에 의한 위화감을 없앤다고 하는 효과를 갖는다.

(7). 연료분사 제어의 제 2 실시예

이어서, 도 12∼도 16을 참조하면서 ECU(11)에 의한 연료분사 제어의 제 2 실시예에 대하여 설명한다. 주행기체(142)를 정지시킨 상태에서는 원칙적으로 ECU(11)는 엔진 속도 센서(14)에서 검출된 회전속도(N)가 최저 회전속도 다이얼(27)에서 미리 설정된 최저 회전속도(Na)와 일치하도록 커먼레일 장치(117)의 연료분사량을 피드백 제어하고 있다. 또한, 정지 상태 이외에서는 ECU(11)는 엔진(70)의 회전속도(N)가 스로틀 레버(197)의 조작 위치에 대응한 회전속도와 일치하도록 커먼레일 장치(117)의 연료분사량을 피드백 제어하고 있다.

도 12의 출력 특성 맵(M)에는 일련의 등연비율 곡선(FL)이 나타내어져 있다. 등연비율 곡선(FL)은 같은 연비율의 점을 연결한 등고선과 같은 곡선이며, 내주측일수록 연비가 적은, 소위 연비가 좋은 상태를 나타내고 있다. 이 경우의 등연비율 곡선(FL)에 의하면 엔진(70)의 고속 고토크측에 최선 연비 영역이 존재하게 된다. 도 12의 출력 특성 맵(M) 중에는 등연비율 곡선(FL)을 파선으로 나타내고 있다. 출력 특성 맵(M)에는 엔진(70)의 연비율이 가장 양호한 점을 연결한 최적 연비선(FS)도 나타내어져 있다. 엔진(70)의 회전속도(N) 및 토크(T)에 관한 엔진 운전점(Q)을 최적 연비선(FS)을 따르게 하도록 연료분사량을 변경 조절함으로써 엔진(70)의 저연비 운전을 실현할 수 있다. 도 12의 출력 특성 맵(M) 중에는 최적 연비선(FS)을 1점쇄선으로 나타내고 있다.

출력 특성 맵(M)에는 일련의 등출력선(PL)도 나타내어져 있다. 등출력선(PL)은 엔진(70)의 출력 마력을 일정하게 했을 경우의 회전속도(N)와 토크(T)의 관계를 나타내는 선이다. 회전속도(N)와 토크(T)의 곱은 출력 마력과 비례 관계에 있기 때문에, 도 12의 출력 특성 맵(M)에는 등출력선(PL)이 반비례 곡선으로서 나타나고 있다. 도 12의 출력 특성 맵(M) 중에는 등출력선(PL)을 2점쇄선으로 나타내고 있다.

ECU(11)는 연료분사 제어의 일례로서 로우 아이들 회전속도(Nlow)보다 큰 최저 회전속도(Na)를 설정했을 경우에 주행기체(142)의 최저 차속(Vlow)(크리프 속도)을 로우 아이들 회전속도(Nlow)일 때의 상태로 변경하지 않도록, 무단변속기(159)의 변속비를 변경 조절하는 최저 차속 제어를 실행 가능하게 구성되어 있다. 또한 ECU(11)는 엔진 운전점(Q)이 미리 설정된 최적 연비선(FS) 상에서 벗어나 있는 경우에는 엔진 운전점(Q)을 최적 연비선(FS) 상으로 이행시킴과 아울러 주행기체(142)의 차속(V)을 변경하지 않도록 무단변속기(159)의 변속비를 변경 조절하는 최적 연비 제어도 실행 가능하게 구성되어 있다. 도 13∼도 16의 플로우차트에서 나타내는 알고리즘은 EEPROM(33)에 기억되어 있다. 상기 알고리즘을 RAM(34)에 호출하고나서 CPU(31)에서 처리함으로써 최저 차속 제어 및 최적 연비 제어가 실행되게 된다.

최저 차속 제어는 예를 들면 다음과 같이 실행된다(도 13 참조). 여기에서, 최저 회전속도 다이얼(27)의 설정값은 로우 아이들 회전속도(Nlow)보다 큰 최저 회전속도(Na)이며, 스로틀 레버(197)를 최저속측으로 조작했을 경우에 있어서의 엔진(70)의 최저 회전속도가 설정값(Na)인 것으로 한다. 우선 처음에 브레이크 페달(191)이 작동 중인지의 여부를 판별하고(S01), 작동 중이 아니면(S01: NO) 엔진 속도 센서(14)의 검출값과, ROM(32) 또는 EEPROM(33)에 미리 기억시킨 로우 아이들 회전속도(Nlow)일 때의 최저 차속(Vlow)을 판독한다(S02). 이어서, 스로틀 위치 센서(16)가 오프이고(S03: 오프), 또한 엔진 속도 센서(14)의 검출값이 최저 회전속도 다이얼(27)의 설정값(Na)으로 되어 있으면(S04: YES), 이어서 주행기체(142)의 최저 차속을 로우 아이들 회전속도(Nlow)일 때의 최저 차속(Vlow)인 상태로 변경하지 않도록 미션케이스(157)에 있어서의 무단변속기(159)의 변속비를 변경 조절한다(S05, 변속비 제어).

최저 차속 제어 중의 변속비 제어(스텝 S05의 변속비 제어)는, 예를 들면 도 14의 플로우차트에 나타낸 바와 같이 실행된다. 즉, 현시점에 있어서의 차속 센서(25)의 검출값(V1)(차속)을 판독하고(S101), 스텝 S02에서 판독한 최저 차속(Vlow)보다 현시점의 차속(V1) 쪽이 큰 경우에는(S102: YES) 무단변속기(159)의 변속비를 감소시키고(S103), 스텝 S102로 돌아간다. 최저 차속(Vlow)보다 현시점의 차속(V1) 쪽이 작은 경우에는(S104: YES) 무단변속기(159)의 변속비를 증가시키고(S105), 스텝 S102로 돌아간다. 최저 차속(Vlow)과 현시점의 차속(V1)이 같으면(S104: NO) 그 상태를 유지해서 리턴한다.

이상의 설명에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 엔진(70)으로부터의 동력을 변속하는 무단변속기(159)를 구비하고 있고, 상기 최저 회전속도(Na)를 상기 로우 아이들 회전속도(Nlow)보다 큰 값으로 설정한 경우에는 상기 주행기체(142)의 최저 차속을 상기 로우 아이들 회전속도(Nlow)일 때의 상태(Vlow)로 변경하지 않도록 상기 무단변속기(159)의 변속비를 변경 조절하기 때문에, 상기 최저 회전속도(Na)를 상기 로우 아이들 회전속도(Nlow)보다 높게 했다고 해도 상기 주행기체(142)의 최저 차속(크리프 속도)이 빨라지지 않고, 상기 로우 아이들 회전속도(Nlow)일 때의 상태(Vlow)로 유지 가능하게 된다. 이 때문에, 저속 주행시에 있어서 상기 엔진(70)과 동 배기량의 것을 탑재한 작업차량(141)과 변함없는 주행성능(위화감이 없는 차속)을 얻을 수 있다고 하는 효과를 갖는다.

도 15에 나타내는 최적 연비 제어는 예를 들면 다음과 같이 실행된다. 즉, 엔진 속도 센서(14)의 검출값[현시점의 회전속도(N1)]와, 스로틀 위치 센서(16)의 검출값[현시점의 토크(T1)]를 판독하고(S11), 출력 특성 맵(M)을 이용하여 현시점의 엔진 운전점(Q1)을 구하고(S12), 현시점의 엔진 운전점(Q1)이 최적 연비선(FS) 상에 있는지의 여부를 판별한다(S13). 현시점의 엔진 운전점(Q1)이 최적 연비선(FS) 상에서 벗어나 있으면(S13: NO) 현시점의 엔진 운전점(Q1)과 출력 특성 맵(M)의 최적 연비선(FS) 및 등출력선(PL)의 관계로부터, 현시점의 엔진 운전점(Q1)과 출력 마력이 같고 또한 최적 연비선(FS) 상에 있는 목표 엔진 운전점(Q2)이 존재하는지의 여부를 구한다(S14). 현시점의 엔진 운전점(Q1)과 목표 엔진 운전점(Q2)은 출력 마력이 같기 때문에 공통의 등출력선(PL) 상에 위치하게 된다.

목표 엔진 운전점(Q2)이 있으면(S14: YES) 현시점에 있어서의 차속 센서(25)의 검출값[차속(V1)]과 주변속 출력축(237)의 회전속도(R1)를 판독한 뒤(S15), 커먼레일 장치(117)의 연료분사량을 조절하여 엔진 운전점을 현시점의 Q1로부터 목표 엔진 운전점(Q2)으로 이행시킨다(S16). 그리고, 작업기 컨트롤러(271)로부터의 지령에 의해 비례제어밸브(213)의 인가 전압을 보정함으로써 주변속 유압실린더(243)를 작동시켜서 유압펌프부(240)에 있어서의 펌프 사판(242)의 경사각을 변경 조절하고, 유압모터부(241)로의 작동유 공급량을 제어하여 주변속 출력축(237)의 회전속도(R)를 스텝 S06에서의 검출값(R1)인 상태로 유지하도록 무단변속기(159)의 변속비를 변경 조절한다(변속비 제어, S17). 여기에서, 변속비란 엔진(70)의 회전속도(N)에 대한 주변속 출력축(237)의 회전속도(R)의 비율(R/N)을 말한다.

최적 연비 제어 중의 변속비 제어(스텝 S17의 변속비 제어)는 기본적으로 최저 차속 제어 중의 변속비 제어와 같은 형태이며, 예를 들면 도 16의 플로우차트 에 나타낸 바와 같이 실행된다. 즉, 엔진 운전점(Q2)으로 이행한 후의 차속(V2)을 판독하고(S111), 스텝 S15에서 판독한 이행 전 차속(V1)보다 이행 후 차속(V2) 쪽이 큰 경우에는(S112: YES) 주변속 출력축(237)의 회전속도(R)가 스텝 S06에서의 검출값(R1)이 되도록 무단변속기(159)의 변속비를 감소시키고(S113), 스텝 S112로 돌아간다. 이행 전 차속(V1)보다 이행 후 차속(V2) 쪽이 작은 경우에는(S114: YES) 주변속 출력축(237)의 회전속도(R)가 스텝 S15에서의 검출값(R1)이 되도록 무단변속기(159)의 변속비를 증가시키고(S115), 스텝 S112로 돌아간다. 이행 전 차속(V1)과 이행 후 차속(V2)이 같으면(S114: NO) 그 상태를 유지해서 리턴하는 것이다.

이상의 설명에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 엔진(70)의 회전속도(N) 및 토크(T)에 관한 엔진 운전점(Q)이 미리 설정된 최적 연비선(FS) 상에서 벗어나 있는 경우에는, 상기 엔진 운전점(Q)을 상기 최적 연비선(FS) 상으로 이행시킴과 아울러 상기 주행기체(142)의 차속(V)을 변경하지 않도록 상기 무단변속기(159)의 변속비를 변경 조절하기 때문에, 저연비 운전을 실행하는 것이면서 상기 회전속도(N)의 변화에 따르는 상기 차속(V) 변동을 확실하게 방지할 수 있다. 따라서, 상기 작업차량(141)에 있어서 안정된 주행성능을 얻을 수 있다고 하는 효과를 갖는다.

도 17 및 도 18은 연료분사 제어의 다른 예를 나타내고 있다. 상기 다른 예는 엔진(70)이 과부하 또는 그것에 가까운 상태에 있을 경우에 출력 마력이 같은 고속 저토크측의 목표 엔진 운전점(Q2')으로 이행시킴으로써 엔진 부하율(LF)을 저하시켜서 엔진(70)을 효율적으로 구동시키고, 장래의 배기가스 규제 강화에도 적확하게 대처하는 것이다.

연료분사 제어의 다른 예는 예를 들면 다음과 같이 실행된다(도 18 참조). 여기에서, 엔진(70)은 부하 변동에 관계없이 회전속도(N)를 일정하게 유지하는 아이소크로너스(isochronous) 제어를 하고 있고, 그 회전속도(N)는 스로틀 레버(197)에 의해 회전속도(N1')(도 17 참조)로 고정되어 있는 것으로 한다. 또한, 아이소크로너스 제어시는 스로틀 레버(197)에 의해 엔진(70)의 회전속도(N1')가 결정되면, 이것에 대응해서 고속측의 회전속도(N2')가 자동적으로 설정된다.

우선 처음에, 엔진 속도 센서(14)의 검출값[현시점의 회전속도(N1')]과 스로틀 위치 센서(16)의 검출값[현시점의 토크(T1')]를 판독하고(S21), 이들 검출값(N1, T1)과 출력 특성 맵(M)을 이용하여 현시점의 엔진 부하율(LF1')을 산출하며(S22), 상기 현시점의 엔진 부하율(LF1')이 소정값(X) 이상인지의 여부를 판별한다(S23).

현시점의 엔진 부하율(LF1')이 소정값(X) 이상이면(S23: YES) 현시점의 엔진 운전점(Q1')과, 출력 특성 맵(M)의 등출력선(PL)과, 고속측의 회전속도(N2')의 관계로부터 현시점의 엔진 운전점(Q1')과 출력 마력이 같고 또한 엔진 부하율(LF)이 소정값(X)보다 작은 고속 저토크측의 목표 엔진 운전점(Q2')을 구한다(S24). 그 후에 현시점에 있어서의 차속 센서(25)의 검출값[차속(V1')]과 주변속 출력축(237)의 회전속도(R1')를 판독하고(S25), 커먼레일 장치(117)의 연료분사량을 조절하여 엔진 운전점을 현시점의 Q1'로부터 목표 엔진 운전점(Q2')으로 이행시켜 회전속도를 상승시킨다(N1'→N2', S26). 그리고, 작업기 컨트롤러(271)로부터의 지령에 의해 비례제어밸브(213)의 인가 전압을 보정함으로써 주변속 유압실린더(243)를 작동시켜서 유압펌프부(240)에 있어서의 펌프 사판(242)의 경사각을 변경 조절하고, 유압모터부(241)로의 작동유 공급량을 제어하여 주변속 출력축(237)의 회전속도(R)를 스텝 S25에서의 검출값(R1)인 상태로 유지하도록 무단변속기(159)의 변속비를 변경 조절한다(변속비 제어, S27).

이어서, 변경 후의 회전속도(N2') 및 토크(T2')로부터 변경 후의 엔진 부하율(LF2')을 산출한 뒤(S28), 상기 엔진 부하율(LF2')이 소정값(Y) 이하인지의 여부를 판별한다(S29). 변경 후의 엔진 부하율(LF2')이 소정값(Y) 이하이면(S29: YES) 커먼레일 장치(117)의 연료분사량을 조절하여 엔진 운전점을 목표 엔진 운전점(Q2')으로부터 원래의 엔진 운전점(Q1')으로 이행시킨다(S30). 그리고, 작업기 컨트롤러(271)로부터의 지령에 의해 비례제어밸브(213)의 인가 전압을 보정함으로써 주변속 유압실린더(243)를 작동시켜서 유압펌프부(240)에 있어서의 펌프 사판(242)의 경사각을 변경 조절하고, 유압모터부(241)로의 작동유 공급량을 제어하여 주변속 출력축(237)의 회전속도(R)를 스텝 S25에서의 검출값(R1)의 상태로 유지하도록 무단변속기(159)의 변속비를 변경 조절한다(S31). 또한, 스텝 S27 및 S31의 변속비 제어는 도 16의 플로우차트의 경우와 같으므로 상세한 설명을 활애한다.

상기한 바와 같이 제어하면, 엔진(70)이 과부하 또는 그것에 가까운 상태에서 계속적으로 구동할 일이 없고, 엔진(70)을 효율적으로 구동할 수 있다[엔진(70)을 여유가 있는 상태로 구동할 수 있다]. 이 때문에, 예를 들면 차기 EPA 규제라고 하는 장래의 배기가스 규제 강화에 대하여 적확한 대처가 가능하게 되는 것이다.

(8). 기타

본원 발명은 상술의 실시형태에 한하지 않고 다양한 형태로 구체화할 수 있다. 각 부의 구성은 도시의 실시형태에 한정되는 것은 아니고 본원 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경이 가능하다.

1 : ECU(제어수단) 70 : 엔진
117 : 커먼레일 장치(연료분사장치) 120 : 커먼레일
141 : 트랙터(작업차량) 142 : 주행기체
159 : 무단변속기

Claims

주행기체에 탑재된 엔진과 상기 엔진에 연료를 분사하는 커먼레일식의 연료분사장치를 구비하고 있는 작업차량에 있어서:
상기 엔진의 회전속도를 2종류만으로 한정하고 있는 것을 특징으로 하는 작업차량의 구동계 제어장치.
제 1 항에 있어서,
상기 엔진으로부터의 동력을 변속하는 무단변속기를 구비하고 있고,
상기 엔진의 회전속도를 상기 2종류 중 어느 것으로 변경해도 변경 전후에서 상기 주행기체의 차속을 변경하지 않도록 상기 무단변속기의 변속비를 변경 조절하는 것을 특징으로 하는 작업차량의 구동계 제어장치.
제 1 항에 있어서,
상기 각 종류의 회전속도로 상기 엔진을 구동시킴에 있어서 연료소비량을 적게 하도록 상기 연료분사장치가 조정되는 것을 특징으로 하는 작업차량의 구동계 제어장치.
주행기체에 탑재된 엔진과 상기 엔진에 연료를 분사하는 커먼레일식의 연료분사장치를 구비하고 있는 작업차량에 있어서:
상기 엔진의 최저 회전속도가 상기 엔진 고유의 로우 아이들 회전속도보다 커지는 범위에 있어서 변경 가능하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 작업차량의 구동계 제어장치.
제 4 항에 있어서,
상기 엔진으로부터의 동력을 변속하는 무단변속기를 구비하고 있고,
상기 최저 회전속도를 상기 로우 아이들 회전속도보다 큰 값으로 설정한 경우에는 상기 주행기체의 최저 차속을 상기 로우 아이들 회전속도일 때의 상태로 변경하지 않도록 상기 무단변속기의 변속비를 변경 조절하는 것을 특징으로 하는 작업차량의 구동계 제어장치.
제 5 항에 있어서,
상기 엔진의 회전속도 및 토크에 관한 엔진 운전점이 미리 설정된 최적 연비선 상으로부터 벗어나 있는 경우에는 상기 엔진 운전점을 상기 최적 연비선 상으로 이행시킴과 아울러 상기 주행기체의 차속을 변경하지 않도록 상기 무단변속기의 변속비를 변경 조절하는 것을 특징으로 하는 작업차량의 구동계 제어장치.