JP2009132310A - 作業車 - Google Patents

Abstract

【課題】切替スイッチを用いて容易に燃料消費量を抑制可能にすること。
【解決手段】コモンレール１を備えたエンジンＥを搭載した作業車において、エンジン回転数と出力の関係を示す性能曲線上に全負荷状態の通常モードラインＬ１を設け、この通常モードラインＬ１に対して定格回転を下げて定格出力を下げた全負荷状態のエコノミーモードラインＬ２を設け、前記通常モードラインＬ１とエコノミーモードラインＬ２とを切り替える切替スイッチＳＷを設けたことを特徴とする作業車の構成とする。
【選択図】図５

Description

この発明は、コモンレールを備えたエンジンを搭載した作業車に関する。

コモンレールを搭載したエンジンにおいて、エンジンの負荷率によりコモンレール圧と燃料噴射量を変更する技術がある。負荷率が減少するとコモンレール圧を降下させて燃料噴射量を増大させている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００７−２９１９５３号公報

前述のような技術では、燃料の使用量が増大してしまう。
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）を搭載した作業車において、エンジン回転数と出力の関係を示す性能曲線上に全負荷状態の通常モードライン（Ｌ１）を設け、この通常モードライン（Ｌ１）に対して定格回転を下げて定格出力を下げた全負荷状態のエコノミーモードライン（Ｌ２）を設け、前記通常モードライン（Ｌ１）とエコノミーモードライン（Ｌ２）とを切り替える切替スイッチ（ＳＷ）を設けたことを特徴とする作業車としたものである。

請求項１の作用は、切替スイッチ（ＳＷ）を操作することで、エンジンは通常モードライン（Ｌ１）と、定格回転を下げて定格出力を下げたエコノミーモードライン（Ｌ２）とに切り替える。

請求項２記載の発明では、前記切替スイッチ（ＳＷ）は作業車のハンドル（１６）に設けたことを特徴とする請求項１に記載の作業車としたものである。
請求項２の作用は、ハンドル（１６）の切替スイッチ（ＳＷ）で切り替える。

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、ライン（Ｌ２）のエコノミーモードのように、定格回転数を下げて定格出力を下げた状態の全負荷カーブであるエコノミーモードを設けることで、燃料消費率が向上するようになる。また、必然的に車速が低下するために必要とされる出力が少なくてすむので、燃料消費量も減少するようになる。ライン（Ｌ１）とライン（Ｌ２）との切り替えについては、専用の切替スイッチ（ＳＷ）で行うことで、操作が容易となる。

請求項２記載の発明においては、この切替スイッチ（ＳＷ）は作業車のハンドル（１６）に設ける構成としているので、ハンドル（１６）から手を離すことなく、ハンドル（１６）を操作しながら切り替え操作が可能となる。

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。

前記コモンレール１を有するディーゼルエンジンＥを搭載したトラクターにおいて、通常のモードよりも定格回転数を下げて、燃料消費率の良い領域を使用するような別の全負荷カーブで作業を行うことのできるモード（エコノミーモード）を設ける構成とする。

図５にはこのような状態を示したエンジン回転数と出力（トルク）の性能曲線を示している。ラインＬ１は通常の状態のときの性能曲線であり、ラインＬ２はエコノミーモードの性能曲線である。ラインＬ２のエコノミーモードのように、定格回転数を下げて定格出力を下げた状態の全負荷カーブであるエコノミーモードを設けることで、燃料消費率が向上するようになる。また、必然的に車速が低下するために必要とされる出力が少なくてすむので、燃料消費量も減少するようになる。また、前記ラインＬ１とラインＬ２との切り替えについては、専用の切替スイッチＳＷで行うことで、操作が容易となる。この切替スイッチＳＷは、図４に示しているように、作業車のハンドル１６に設ける構成としている。これにより、ハンドル１６から手を離すことなく、ハンドル１６を操作しながら切り替え操作が可能となる。

また、前述したエコノミーモードの時において、インタークーラー付きターボを搭載しているディーゼルエンジンでは、インタークーラーを通過後の吸気温度が略６０℃を越えないように構成する。具体的には、温度センサによりインタークーラー通過後の吸気温度を測定し、吸気温度が６０℃を越えないようにアクセル開度を調整する構成とする。アクセル開度を絞ることでエンジン回転数が下がって車速が低下し、低下回転ほどブースト温度が低いことでインタークーラー通過後の吸気温度が下がるようになる。これにより、常に燃料消費の良い領域で作業させることができるようになり、燃料消費量も減るようになる。

また、インタークーラーを通過後の吸気温度が略６０℃を越えないようにするために無段変速装置付きミッションの減速比を変化させて車速を変化させ、エンジン回転数はアイソクロナス制御で一定回転数に保持するように構成してもよい。この状態を図６に示している。これにより、常に燃料消費の良い領域で作業させることができて、燃料消費量は減るようになる。

別の方法として、コモンレールにおける燃料噴射タイミングや量などを設定スイッチにより変更可能に構成する。例えば、作業モード、路上モード、エコノミーモードなどである。そして、エコノミーモードでは、燃料噴射タイミングや量を燃費が低下する方向に補正する。そして、作業機負荷を低減させる制御を行う。

例えば、作業機の耕うん作業における耕うん深さを一定量以下に制御して過度な重耕うんを防止する。また、オーバーヒート発生時は、強制的にエコノミーモードに移行するようにする。

前述したトラクタにおいて、圃場内で旋回時においては、ハンドル１６の操舵角が所定角度以上になると旋回状態であると判断して、アイソクロナス制御によりエンジン回転数を所定回転数まで低下させて旋回を行う。そして、旋回終了後においては直ぐにエンジン回転数を元の回転数には戻さずに、ロータリ２１の降下とともに元の回転数の略５０％まで復帰させる。そして、耕うん開始と同時にエンジン回転数を元の回転数（定格）まで次第に復帰させる構成とする。そして、所定時間後に元の回転数にしてアイソクロナス制御でエンジン回転数を保持する構成とする。この時系列とエンジン回転数との関係図を図７に示している。これにより、旋回終了後１００％の車速から一気に耕うんを始めるよりも、最初にかかる負荷が小さくなるためにエンジン回転ドロップを防止することができるようになる。また、急激な負荷のかかりが和らぐため、スモークの発生を抑えることができるようになる。

図８の矢印Ｙのように、アクセル開度により速度変動率を変えるように構成する。ラインＬ３のように、作業時（略１００％アクセル時）においては、速度変動率は小さく構成することで、車速を一定に保持可能となる。また、ラインＬ４のように、旋回時（アクセル開度小）においては、速度変動率を大きく構成することで、滑らかに旋回できるようになる。また、旋回時においては、アクセル開度に対する回転数を小さくしてもよい。この状態を図９に示している。

図１０に示すように、トルクリミット１、２、３を備え、この出力特性の切り替えを自動又は手動の選択スイッチで可能に構成する。自動の場合は、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）の圧力や排気温度などの情報により自動的に出力特性を切り替える構成とする。ＤＰＦに粒状化物質（ＰＭ）が詰まって再生の必要が出てくると、例えばＤＰＦの上流側の圧力が上昇するので、この圧力情報により、自動的にトルクリミット３に切り替える構成とする。

ＥＣＵ１００は燃料噴射量を監視しており、最大まで使い切っていない時は、自動的に車速（無段変速ミッション）を上昇させる構成とする。この算出は負荷率で行う。負荷率は、現在の噴射量（出力）／全負荷時の燃料噴射量（出力）である。この負荷率が９０％以下の場合、前述のように車速を上昇させる（図１１）。これにより、エンジン出力を無駄なく使うことができるため、作業速度を速くすることができるようになる。また、負荷率が１００％以上の状態が所定時間以上（２秒）続くと、車速を下げるように構成する。

図１２のラインＬ５はエンジン回転数の変化を示し、ラインＬ６はミッションの減速比の変化を示している。ラインＬ５のように、作業始めのエンジン回転数をアイソクロナス制御で低回転に保持し、所定出力以上になるとエンジン回転数をアイソクロナス制御でリニアに上昇させていく構成とする。これと同時に、ミッションの減速比を減速させて車速を一定の保持する構成とする。これにより、出力の低いときには燃費の良い低回転を使用し、出力が大きくなるとエンジン回転を上げていくことで、燃料消費量が低く抑制できる。また、全負荷に達する前にエンジン回転を上げていくので、瞬間的に負荷が作用してもエンジン回転数が大きく下がることを防止できるようになる。

図１３の矢印３７は、エンジンから排出された排気ガスの流れを示している。この排気ガスの流れの途中において、酸化触媒（ＤＯＣ）３５とディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）３６を設ける構成とする。ＤＯＣ３５不燃物質を酸化させ、ＤＰＦ３６は排気ガス中の粒状化物質（ＰＭ）を捕集するものである。ＤＯＣ３５やＤＰＦ３６は、温度が下がると機能が低下してしまう。そこで、ＤＯＣ３５とＤＰＦ３６の周辺を箱体３８で覆って空間部４０を形成し、この空間部４０を経由（矢印３９）して排気ガスを排出する構成とする。これにより、ＤＯＣ３５やＤＰＦ３６の機能低下を防止できるようになる。

また、ＤＰＦ３６内の圧力を測定してＰＭの量を推測し、メイン噴射に対してポスト噴射を行うか否か、そして、ポスト噴射を行う場合はポスト噴射量を決定するようにしてもよい。ＤＰＦ３６内の圧力が高いとＰＭが堆積しているので、ポスト噴射を行ってＤＰＦ３６内の温度を上昇させて、ＰＭを焼き飛ばすようにする。

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 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。 時間とエンジン回転数との関係を示す図。 エンジン回転数と出力トルクの関係を示す線図。 （ａ）エンジン回転数と出力トルクの関係を示す線図。

（ｂ）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。 エンジン回転数と出力トルクの関係を示す線図。 エンジン回転数及び減速比と出力トルクの関係を示す線図。 酸化触媒とディーゼルパティキュレートフィルタを示す図。

符号の説明

Ｅ エンジン
１ コモンレール
１６ ハンドル
Ｌ１ 通常モードライン
Ｌ２ エコノミーモードライン
ＳＷ 切替スイッチ

Claims (2)

1. コモンレール（１）を備えたエンジン（Ｅ）を搭載した作業車において、エンジン回転数と出力の関係を示す性能曲線上に全負荷状態の通常モードライン（Ｌ１）を設け、この通常モードライン（Ｌ１）に対して定格回転を下げて定格出力を下げた全負荷状態のエコノミーモードライン（Ｌ２）を設け、前記通常モードライン（Ｌ１）とエコノミーモードライン（Ｌ２）とを切り替える切替スイッチ（ＳＷ）を設けたことを特徴とする作業車。
2. 前記切替スイッチ（ＳＷ）は作業車のハンドル（１６）に設けたことを特徴とする請求項１に記載の作業車。
   

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