KR20140024368A - 엔진 장치 - Google Patents

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KR20140024368A
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요시아키 세키
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얀마 가부시키가이샤
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Abstract

본원 발명은 엔진(70)의 저부하 구동 시에 메인 분사(A)에 선행하는 전분사[파일럿 분사(B)나 프리 분사(C)]를 실행하면 착화 불량 및 연소 불량을 초래하기 쉽고, 배기 가스 중의 일산화탄소(CO)량이 과잉으로 되어 외부에 백연으로서 배출된다는 문제를 해소하는 것을 과제로 한 것이다. 본원 발명의 엔진 장치는 작업 차량(141)에 탑재되는 엔진(70)과, 1연소 사이클 중에 상기 엔진(70)에 연료를 다단 분사하는 커먼 레일식 연료 분사 장치(117)를 구비한다. 상기 커먼 레일식 연료 분사 장치(117)는 상기 엔진(70)에 가해지는 부하가 상기 작업 차량(141)에서의 작업 시보다 낮은 저부하 상태이면 메인 분사(A)에 선행하는 전분사(B, C)를 실행하지 않는다.

Description

엔진 장치{ENGINE DEVICE}
본원 발명은 예를 들면 농작업기나 건설 기계와 같은 작업 차량에 탑재되는 엔진 장치에 관한 것이다.
최근의 디젤 엔진(이하, 간단히 엔진이라 한다)에 있어서는 커먼 레일식 연료 분사 장치를 이용하여 각 기통에 대한 인젝터에 고압 연료를 공급하고, 각 인젝터로부터의 연료의 분사 압력, 분사 시기, 분사 기간(분사량)을 전자 제어함으로써 엔진으로부터 배출되는 질소 산화물(NOx)의 저감이나 엔진의 소음 진동의 저감을 도모한다는 기술이 알려져 있다(특허문헌 1 및 2 등 참조).
일본 특허 공개 평 10-9033 호 공보 일본 특허 공개 2001-20796 호 공보
그런데, 커먼 레일식 연료 분사 장치가 부착된 엔진을 농작업기나 건설 기계와 같은 작업 차량의 원동기(구동원)에 채용했을 경우에 있어서, 엔진을 비교적 저부하 상태로 구동시키는 경우가 있다. 엔진이 저부하 상태란 예를 들면 작업 차량이 정지 상태일 때나, 동력 전달 접속/차단용 주클러치를 차단으로 했을 때 등을 들 수 있다.
그러나, 엔진의 저부하 구동 시에 메인 분사에 선행하는 전분사(前噴射)[파일럿 분사나 프리(pre) 분사]를 커먼 레일식 연료 분사 장치에서 실행하면, 착화 불량 및 연소 불량을 초래하기 쉬운 경향이 있어 배기 가스 중의 일산화탄소(CO)량이 과잉으로 되어 외부에 백연으로서 배출된다는 문제가 있었다. 특히, 엔진을 하이 아이들 회전 속도로 저부하 구동시키면(고속 회전ㆍ저부하 구동) 백연의 발생이 현저해지는 것이었다.
그래서, 본원 발명은 상기 문제를 해소한 엔진 장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 하는 것이다.
청구항 1의 발명에 의한 엔진 장치는 작업 차량에 탑재되는 엔진과, 1연소 사이클 중에 상기 엔진에 연료를 다단 분사하는 커먼 레일식 연료 분사 장치를 구비하고 있고, 상기 커먼 레일식 연료 분사 장치는 상기 엔진에 가해지는 부하가 상기 작업 차량에서의 작업 시보다 낮은 저부하 상태이면 메인 분사에 선행하는 전분사를 실행하지 않는다는 것이다.
청구항 2의 발명은 청구항 1에 기재된 엔진 장치에 있어서, 상기 커먼 레일식 연료 분사 장치는 상기 엔진에 가해지는 부하가 상기 저부하 상태 이외의 상태이면 상기 전분사를 실행한다는 것이다.
청구항 3의 발명은 청구항 1에 기재된 엔진 장치에 있어서, 상기 엔진으로부터의 동력 전달을 접속/차단하는 주클러치를 더 구비하고 있고, 상기 커먼 레일식 연료 분사 장치는 상기 주클러치가 동력 차단 상태이면 상기 전분사를 실행하지 않는다는 것이다.
청구항 4의 발명은 청구항 3에 기재된 엔진 장치에 있어서, 상기 주클러치의 동력 접속/차단 상태를 검출하는 접속/차단 검출 수단을 더 구비하고 있고, 상기 커먼 레일식 연료 분사 장치는 상기 접속/차단 검출 수단의 검출 결과에 따라서 상기 전분사의 실행 가부를 결정한다는 것이다.
청구항 5의 발명은 청구항 4에 기재된 엔진 장치에 있어서, 엔진 회전 속도를 검출하는 회전 속도 검출 수단을 더 구비하고 있고, 상기 커먼 레일식 연료 분사 장치는 상기 접속/차단 검출 수단이 상기 주클러치의 동력 차단 상태를 검출하고 또한 상기 회전 속도 검출 수단에 의해 검출된 엔진 회전 속도가 소정 회전 속도 이상이면 상기 전분사를 실행하지 않는다는 것이다.
청구항 6의 발명은 청구항 1 또는 2에 기재된 엔진 장치에 있어서, 상기 커먼 레일식 연료 분사 장치의 분사량을 검출하는 분사량 검출 수단을 더 구비하고 있고, 상기 커먼 레일식 연료 분사 장치는 상기 분사량 검출 수단의 검출 결과에 따라서 상기 전분사의 실행 가부를 결정한다는 것이다.
청구항 7의 발명에 의한 엔진 장치는 작업 차량에 탑재되는 엔진과, 1연소 사이클 중에 상기 엔진에 연료를 다단 분사하는 커먼 레일식 연료 분사 장치를 구비하고 있고, 상기 커먼 레일식 연료 분사 장치는 상기 엔진에 가해지는 부하가 상기 작업 차량에서의 작업 시보다 낮은 저부하 상태이면 메인 분사에 선행하는 전분사의 분사량을 미리 설정된 규정량보다 적게 한다는 것이다.
청구항 8의 발명은 청구항 7에 기재된 엔진 장치에 있어서, 상기 커먼 레일식 연료 분사 장치는 상기 엔진에 가해지는 부하가 상기 저부하 상태 이외의 상태이면 상기 전분사의 분사량을 상기 규정량으로 한다는 것이다.
[발명의 효과]
청구항 1의 발명에 의한 엔진 장치에 의하면, 작업 차량에 탑재되는 엔진과, 1연소 사이클 중에 상기 엔진에 연료를 다단 분사하는 커먼 레일식 연료 분사 장치를 구비하고 있고, 상기 커먼 레일식 연료 분사 장치는 상기 엔진에 가해지는 부하가 상기 작업 차량에서의 작업 시보다 낮은 저부하 상태이면 메인 분사에 선행하는 전분사를 실행하지 않기 때문에, 상기 엔진의 저부하 구동 시는 엔진 회전 속도의 고저에 관계없이 상기 전분사를 없애서 착화 불량 및 연소 불량을 초래할 우려를 적게할 수 있다. 그 결과, 배기 가스 중의 일산화탄소(CO)량을 저감할 수 있어 상기 엔진의 저부하 구동 시의 백연 발생이라는 문제를 회피할 수 있다.
청구항 2의 발명에 의하면, 상기 커먼 레일식 연료 분사 장치는 상기 엔진에 가해지는 부하가 상기 저부하 상태 이외의 상태이면 상기 전분사를 실행하기 때문에, 상기 엔진의 저부하 구동 시의 백연 발생을 억제할 수 있는 것이면서 상기 전분사에 의한 NOx 저감 및 소음 저감이라는 효과도 확보할 수 있다.
청구항 3의 발명에 의하면, 상기 엔진으로부터의 동력 전달을 접속/차단하는 주클러치를 더 구비하고 있고, 상기 커먼 레일식 연료 분사 장치는 상기 주클러치가 동력 차단 상태이면 상기 전분사를 실행하지 않기 때문에, 상기 주클러치의 동력 접속/차단 상태와 상기 전분사의 가부를 조합시키는 간단한 제어에 의해 상기 엔진의 저부하 구동 시의 백연 발생이라는 문제를 용이하게 방지할 수 있다.
청구항 4의 발명에서는 상기 주클러치의 동력 접속/차단 상태를 검출하는 접속/차단 검출 수단을 더 구비하고 있고, 상기 커먼 레일식 연료 분사 장치는 상기 접속/차단 검출 수단의 검출 결과에 따라서 상기 전분사의 실행 가부를 결정한다. 이 경우, 상기 주클러치의 동력 차단 조작은 상기 작업 차량에 탑승한 오퍼레이터가 예를 들면 클러치 페달 등의 조작 수단을 조작함으로써 실행된다. 상기 전분사의 실행 유무는 엔진 소리나 엔진 구동 감각의 변화를 초래한다고 해석되지만, 이와 같은 변화는 오퍼레이터의 조작에 기인해서 발생한다. 따라서, 오퍼레이터에게 위화감을 주지 않는다.
청구항 5의 발명에 의하면, 엔진 회전 속도를 검출하는 회전 속도 검출 수단을 더 구비하고 있고, 상기 커먼 레일식 연료 분사 장치는 상기 접속/차단 검출 수단이 상기 주클러치의 동력 차단 상태를 검출하고 또한 상기 회전 속도 검출 수단에 의해 검출된 엔진 회전 속도가 소정 회전 속도 이상이면 상기 전분사를 실행하지 않기 때문에, 상기 엔진에 있어서 상기 전분사를 실행하면 착화 불량이나 연소 불량을 초래하기 쉬운 고속 회전ㆍ저부하 구동 시에 정확하게 상기 전분사를 금지할 수 있어 배기 가스 중의 일산화탄소(CO)량을 확실히 억제할 수 있다. 따라서, 상기 엔진의 고속 회전ㆍ저부하 구동 시의 백연 발생 방지 효과가 높다.
청구항 6의 발명에 의하면, 상기 커먼 레일식 연료 분사 장치의 분사량을 검출하는 분사량 검출 수단을 더 구비하고 있고, 상기 커먼 레일식 연료 분사 장치는 상기 분사량 검출 수단의 검출 결과에 따라서 상기 전분사의 실행 가부를 결정하기 때문에 상기 엔진의 부하 상태에 적절히 대응해서 상기 전분사를 실행하거나 없애거나 할 수 있어 착화 불량 및 연소 불량을 정확하게 방지하여 상기 엔진의 저부하 구동 시의 백연 발생이라는 문제에 확실히 대처할 수 있다.
청구항 7의 발명에 의한 엔진 장치에 의하면, 작업 차량에 탑재되는 엔진과, 1연소 사이클 중에 상기 엔진에 연료를 다단 분사하는 커먼 레일식 연료 분사 장치를 구비하고 있고, 상기 커먼 레일식 연료 분사 장치는 상기 엔진에 가해지는 부하가 상기 작업 차량에서의 작업 시보다 낮은 저부하 상태이면, 메인 분사에 선행하는 전분사의 분사량을 미리 설정된 규정량보다 적게 하기 때문에 상기 엔진의 저부하 구동 시는 엔진 회전 속도의 고저에 관계없이 상기 전분사의 분사량을 줄여서 착화 불량 및 연소 불량을 초래할 우려를 적게 할 수 있어 청구항 1의 경우와 마찬가지로 배기 가스 중의 일산화탄소(CO)량을 저감하여 상기 엔진의 저부하 구동 시의 백연 발생이라는 문제를 회피할 수 있다.
청구항 8의 발명에 의하면, 상기 커먼 레일식 연료 분사 장치는 상기 엔진에 가해지는 부하가 상기 저부하 상태 이외의 상태이면 상기 전분사의 분사량을 상기 규정량으로 하기 때문에, 청구항 2의 경우와 마찬가지로 상기 엔진의 저부하 구동 시의 백연 발생을 억제할 수 있는 것이면서 상기 전분사에 의한 NOx 저감 및 소음 저감이라는 효과도 확보할 수 있다.
도 1은 트랙터의 측면도이다.
도 2는 트랙터의 평면도이다.
도 3은 트랙터의 유압 회로도이다.
도 4는 트랙터에 있어서의 동력 전달계의 스켈리턴도이다.
도 5는 차속과 무단 변속기의 변속비의 관계를 설명하는 도면이다.
도 6은 엔진의 연료 계통 설명도이다.
도 7은 엔진 및 배기 가스 정화 장치의 관계를 나타내는 기능 블록도이다.
도 8은 ECU와 변속 컨트롤러의 관계를 나타내는 기능 블록도이다.
도 9는 연료의 분사 타이밍을 설명하는 도면이며, (a)는 제 1 예의 고부하 상태의 경우, (b)는 제 1 예의 저부하 상태의 경우, (c)는 제 2 예의 고부하 상태의 경우, (d)는 제 2 예의 저부하 상태의 경우이다.
도 10은 연료 분사 제어의 제 1 예를 나타내는 플로 차트이다.
도 11은 엔진 부하(축토크)와 CO 발생량의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 12는 연료 분사 제어의 제 2 예를 나타내는 플로 차트이다.
도 13은 연료 분사 제어의 제 3 예를 나타내는 플로 차트이다.
도 14는 연료 분사 제어의 제 4 예를 나타내는 플로 차트이다.
이하에, 본원 발명을 구체화한 실시형태를 도면에 의거해서 설명한다.
(1). 트랙터의 개략 구조
우선, 도 1 및 도 2를 참조하면서 작업 차량의 일례인 트랙터(141)의 개략 구조에 대해서 설명한다. 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 트랙터(141)의 주행 기체(142)는 좌우 한 쌍의 전차륜(143)과 좌우 한 쌍의 후차륜(144)에 의해 지지되어 있다. 주행 기체(142)의 전방부에 탑재한 엔진(70)에 의해 후차륜(144) 및 전차륜(143)을 구동함으로써 트랙터(141)는 전후진 주행하도록 구성된다. 엔진(70)은 보닛(146)에 의해 덮인다. 또한, 주행 기체(142)의 상면에는 캐빈(147)이 설치되어 있다. 상기 캐빈(147)의 내부에는 조종 좌석(148)과, 조종함으로써 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 연료 탱크(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 우방에는 엔진(70)의 회전 속도를 설정 유지하는 스로틀 레버(197)와, 주행 기체(142)를 제동 조작하는 좌우 한 쌍의 브레이크 페달(191)이 설치되어 있다. 조종 칼럼(190)의 좌방에는 주행 기체(142)의 진행 방향을 전진과 후진으로 스위칭 조작하기 위한 전후진 스위칭 레버(198)와, 후술하는 주클러치(233)를 접속/차단 조작하는 클러치 페달(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 우방에는 스로틀 레버(197)에 의해 설정된 엔진(70)의 회전 속도를 하한 회전 속도로 하고, 그 이상의 범위에서 회전 속도를 증감속시키는 엑셀 페달(199)이 배치되어 있다. 조종 좌석(148)의 우측 칼럼 상에는 대지(對地) 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 디퍼런셜 락 페달(differential lock pedal)(196)이 배치되어 있다.
도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 주행 기체(142)는 앞범퍼(152) 및 전차축 케이스(153)를 갖는 엔진 프레임(154)과, 엔진 프레임(154)의 후방부에 볼트에 의해 착탈 가능하게 고정되는 좌우의 기체 프레임(156)에 의해 구성된다. 기체 프레임(156)의 후방부에는 엔진(70)의 구동력을 적절히 변속해서 후차륜(144) 및 전차륜(143)에 전달하기 위한 미션 케이스(157)가 연결되어 있다. 후차륜(144)은 미션 케이스(157)의 외측면으로부터 바깥 방향으로 돌출되도록 장착된 후차축 케이스(158)를 통해 장착되어 있다. 미션 케이스(157) 내에는 엔진(70)으로부터의 구동력을 변속하는 무단 변속기(159)(도 3 및 도 4 참조)가 설치되어 있다.
미션 케이스(157)의 후방부 상면에는 로터리 경운기(164)를 승강 이동시키는 유압식의 작업기용 승강 기구(160)가 착탈 가능하게 장착되어 있다. 로터리 경운기(164)는 미션 케이스(157)의 후방부에 한 쌍의 좌우 로워 링크(161) 및 탑 링크(162)로 이루어지는 3점 링크 기구를 통해 연결된다. 미션 케이스(157)의 후방측면에는 로터리 경운기(164)에 PTO 구동력을 전달하기 위한 PTO축(163)이 후방을 향해 돌출되어 있다.
도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 로터리 경운기(164)의 후방부측에는 산파용(散播用) 파종기(170)가 비료 살포기(도시 생략)와 교환 가능하게 장착되어 있다. 파종기(170)는 종자를 넣는 탱크(171)와, 탱크(171) 내의 종자를 정량씩 방출하는 방출부(172)와, 방출부(172)의 방출 롤러(도시 생략)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 살포기를 로터리 경운기(164)에 장착했을 경우는 비료 살포기의 비료(약제)가 로터리 경운기(164) 후방의 이미 경운된 지면에 살포되게 된다.
(2). 트랙터의 유압 회로 구조
이어서, 주로 도 3을 참조하면서 트랙터(141)의 유압 회로(210) 구조를 설명한다. 트랙터(141)의 유압 회로(210)는 엔진(70)의 회전 동력에 의해 구동되는 작업용 유압 펌프(204) 및 주행용 유압 펌프(205)를 구비하고 있다. 작업용 유압 펌프(204) 및 주행용 유압 펌프(205)는 미션 케이스(157)에 있어서의 전방측 벽부재(222)의 전방면측에 설치되어 있다(도 4 참조). 작업용 유압 펌프(204)는 작업기용 승강 기구(160)의 승강 제어 유압 실린더(215)에 작동유를 공급하기 위한 제어 전자 밸브(211)에 접속되어 있다. 제어 전자 밸브(211)는 작업기 승강 레버(193)의 조작에 의해 스위칭 작동 가능하게 구성되어 있다. 작업기 승강 레버(193)로 제어 전자 밸브(211)를 스위칭 작동시키면 승강 제어 유압 실린더(215)가 신축 구동하고, 작업기용 승강 기구(160)와 좌우 로워 링크(161)를 연결하는 리프트 암(169)(도 1 참조)을 승강 회동시킨다. 그 결과, 로워 링크(161)를 통해 로터리 경운기(164)가 승강 이동하게 된다.
주행용 유압 펌프(205)는 미션 케이스(157)의 무단 변속기(159) 및 파워 스티어링용 유압 실린더(203)에 작동유를 공급하는 것이다. 이 경우, 미션 케이스(157)는 작동유 탱크로서도 이용되고 있어서 미션 케이스(157) 내부의 작동유가 각 유압 펌프(204, 205)에 공급된다. 주행용 유압 펌프(205)는 파워 스티어링용 컨트롤 밸브(212)를 통해 파워 스티어링용 유압 실린더(203)에 접속되어 있는 한편, 좌우 한 쌍의 브레이크 작동 기구(245)용 브레이크 실린더(247)에 대한 오토 브레이크 전자 밸브(246)에도 접속되어 있다.
또한, 주행용 유압 펌프(205)는 PTO 변속 기구(228)의 PTO 클러치(248)를 작동시키는 PTO 클러치 유압 전자 밸브(249)와, 무단 변속기(159)에 대한 비례 제어 밸브(213) 및 시동용 전자 밸브(217) 및 이것들에 의해 작동되는 스위칭 밸브(214)와, 부변속 기구(227)의 부변속 유압 실린더(250)를 작동시키는 고속 클러치 전자 밸브(251)와, 전후진 스위칭 기구(226)의 전진용 유압 클러치(252)에 대한 전진용 클러치 전자 밸브(253)와, 후진용 유압 클러치(254)에 대한 후진용 클러치 전자 밸브(255)와, 2륜 구동/4륜 구동 스위칭 기구(229)의 4륜 구동용 유압 클러치(256)에 대한 4륜 구동 유압 전자 밸브(257)와, 배속(倍速)용 유압 클러치(258)에 대한 배속 유압 전자 밸브(259)에 접속되어 있다.
PTO 클러치 유압 전자 밸브(249), 전진용 클러치 전자 밸브(253), 후진용 클러치 전자 밸브(255), 4륜 구동 유압 전자 밸브(257), 및 배속 유압 전자 밸브(259)는 이것들을 적절히 제어해서 각각에 대응하는 클러치 실린더를 작동시킴으로써 각 유압 클러치(248, 252, 254, 256, 258)를 스위칭 구동시키도록 구성되어 있다. 또한, 유압 회로(210)는 릴리프 밸브나 유량 조정 밸브, 체크 밸브, 오일 쿨러, 오일 필터 등도 구비하고 있다.
(3). 트랙터의 동력 전달 계통
이어서, 주로 도 4를 참조하면서 트랙터(141)의 동력 전달 계통을 설명한다. 중공 상자형으로 형성된 미션 케이스(157)의 전방면에는 전방측 벽부재(222)가, 후방면에는 후방측 벽부재(223)가 착탈 가능하게 고정되어 있다. 미션 케이스(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. 미션 케이스(157)의 전실(224)측에는 무단 변속기(159)로부터의 회전 동력을 정전 또는 역전 방향으로 스위칭하는 전후진 스위칭 기구(226)와, 전후진 스위칭 기구(226)를 경유한 회전 동력을 변속하는 기계식의 부변속 기구(227)와, 엔진(70)으로부터의 회전 동력을 적절히 변속해서 PTO축(163)에 전달하는 PTO 변속 기구(228)와, 전후 차륜(143, 144)의 2륜 구동과 4륜 구동을 스위칭하는 2륜 구동/4륜 구동 스위칭 기구(229)가 배치되어 있다. 또한, 후실(225)측에는 무단 변속기(159)와, 부변속 기구(227)를 경유한 회전 동력을 좌우의 후차륜(144)에 전달하는 차동 기어 기구(230)가 배치되어 있다.
엔진(70)으로부터 후방을 향해 돌출되는 엔진 출력축(74)에는 플라이휠(231)이 직결되도록 장착되어 있다. 플라이휠(231)과 이것으로부터 후방을 향해 연장되는 주동축(232)은 동력 접속/차단용 주클러치(233)를 통해 연결되어 있다. 주동축(232)과 미션 케이스(157)로부터 전방을 향해 돌출되는 주변속 입력축(234)은 양단에 유니버설 조인트를 구비한 동력 전달축(235)을 통해 연결되어 있다. 엔진(70)의 회전 동력은 엔진 출력축(74)으로부터 주동축(232) 및 동력 전달축(235)을 통해 주변속 입력축(234)에 전달되고, 이어서 무단 변속기(159) 및 부변속 기구(227)에 의해 적절히 변속된다. 상기 변속 동력이 차동 기어 기구(230)를 통해 좌우의 후차륜(144)에 전달된다. 무단 변속기(159) 및 부변속 기구(227)에 의한 변속 동력은 2륜 구동/4륜 구동 스위칭 기구(229) 및 전차축 케이스(153) 내의 차동 기어 기구(236)를 통해 좌우의 전차륜(143)에도 전달된다.
후실(225)의 내부에 있는 무단 변속기(159)는 주변속 입력축(234)에 주변속 출력축(237)을 동심 형상으로 배치한 인라인 방식의 것이고, 가변 용량형의 유압 펌프부(240)와, 상기 유압 펌프부(240)로부터 토출되는 고압의 작동유에 의해 작동되는 정용량형의 변속용 유압 모터부(241)를 구비하고 있다. 유압 펌프부(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 유압 실린더(243)를 관련시키고 있다. 주변속 유압 실린더(243)의 구동에 의해 펌프 사판(242)의 경사각을 변경함으로써 유압 펌프부(240)로부터 유압 모터부(241)에 공급되는 작동유량이 변경 조절되어 무단 변속기(159)의 주변속 동작이 행해진다.
즉, 주변속 레버(201)의 조작량에 비례해서 작동하는 비례 제어 밸브(213)로부터의 작동유에 의해 스위칭 밸브(214)가 작동하면 주변속 유압 실린더(190)가 구동하고, 이것에 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 경사 각도와 다른쪽(음)의 최대 경사 각도 사이의 범위에서 각도 조절 가능하고, 또한 주행 기체(142)의 차속이 최저일 때에 어느 한쪽으로 경사진 각도(이 경우는 음이고 또한 최대 부근 경사 각도)로 되도록 설정되어 있다(도 5 참조).
펌프 사판(242)의 경사각이 대략 0(중립 각도)일 때는 유압 펌프부(240)에의해 유압 모터부(241)가 구동되지 않고, 주변속 입력축(234)과 대략 동일 회전 속도로 주변속 출력축(237)이 회전한다. 주변속 입력축(234)의 축선에 대하여 펌프 사판(242)을 일방향(양의 경사각)측으로 경사지게 했을 때는 유압 펌프부(240)가 유압 모터부(241)를 증속 작동시켜 주변속 입력축(234)보다 빠른 회전 속도로 주변속 출력축(237)이 회전한다. 그 결과, 주변속 입력축(234)의 회전 속도에 유압 모터부(241)의 회전 속도가 가산되어서 주변속 출력축(237)에 전달된다. 이 때문에, 주변속 입력축(234)의 회전 속도보다 높은 회전 속도의 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 경사 각도일 때에 주행 기체(142)는 최고 차속으로 된다(도 5의 흰 네모 개소 참조).
주변속 입력축(234)의 축선에 대하여 펌프 사판(242)을 타방향(음의 경사각)측으로 경사지게 했을 때는 유압 펌프부(240)가 유압 모터부(241)를 감속(역전) 작동시켜 주변속 입력축(234)보다 낮은 회전 속도로 주변속 출력축(237)이 회전한다. 그 결과, 주변속 입력축(234)의 회전 속도로부터 유압 모터부(241)의 회전 속도가 감산되어서 주변속 출력축(237)에 전달된다. 이 때문에, 주변속 입력축(234)의 회전 속도보다 낮은 회전 속도의 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 경사 각도일 때에 주행 기체(142)는 최저 차속으로 된다(도 5의 흰 동그라미 개소 참조).
또한, 실시형태에서는 후술하는 작업기(변속) 컨트롤러(271)의 지령에 의해 작동하는 시동용 전자 밸브(217)로부터의 작동유에 의해 스위칭 밸브(214)를 작동시키면, 주변속 레버(201)의 조작 위치에 관계없이 주변속 유압 실린더(243)가 구동하고, 이것에 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 참조해서 엔진(70) 및 그 주변의 구조를 설명한다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 엔진(70)은 4기통형의 디젤 엔진이며, 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 1연소 사이클 중에 다단 분사하는 커먼 레일 장치(117)(커먼 레일식 연료 분사 장치)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 에어 클리너(도시 생략)가 접속된다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 4기통분의 각 인젝터(115)에 커먼 레일 장치(117) 및 연료 공급 펌프(116)를 통해 연료 탱크(118)가 접속된다. 각 인젝터(115)는 전자 개폐 제어형의 연료 분사 밸브(119)를 구비하고 있다. 커먼 레일 장치(117)는 원통 형상의 커먼 레일(120)을 구비하고 있다. 연료 공급 펌프(116)의 흡입측에는 연료 필터(121) 및 저압관(122)을 통해 연료 탱크(118)가 접속되어 있다. 연료 탱크(118) 내의 연료가 연료 필터(121) 및 저압관(122)을 통해 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 통해 커먼 레일(120)이 접속되어 있다. 커먼 레일(120)에는 4개의 연료 분사관(126)을 통해 4기통분의 인젝터(115)가 접속되어 있다.
상기 구성에 있어서, 연료 탱크(118)의 연료는 연료 공급 펌프(116)에 의해 커먼 레일(120)에 압송되어 고압의 연료가 커먼 레일(120)에 축적된다. 각 연료 분사 밸브(119)가 각각 개폐 제어됨으로써 커먼 레일(120) 내의 고압의 연료가 각 인젝터(115)로부터 엔진(70)의 각 기통에 분사된다. 즉, 각 연료 분사 밸브(119)를 전자 제어함으로써 각 인젝터(115)로부터 공급되는 연료의 분사 압력, 분사 시기, 분사 기간(분사량)이 고정밀도로 컨트롤된다. 따라서, 엔진(70)으로부터의 질소 산화물(NOx)을 저감할 수 있음과 아울러 엔진(70)의 소음 진동을 저감할 수 있다.
도 9에 나타내는 바와 같이, 커먼 레일 장치(117)는 상사점(TDC)을 사이에 두는 부근에서 메인 분사(A)를 실행하도록 구성되어 있다. 또한, 커먼 레일 장치(117)는 메인 분사(A) 이외에 상사점보다 약 60°이전의 크랭크 각도(θ1)의 시기에 NOx 및 소음의 저감을 목적으로 해서 소량의 파일럿 분사(B)를 실행하거나, 상사점 직전의 크랭크 각도(θ2)의 시기에 소음 저감을 목적으로 해서 프리 분사(C)를 실행하거나, 상사점 후의 크랭크 각도(θ3 및 θ4)의 시기에 입자상 물질(이하, PM이라 한다)의 저감이나 배기 가스의 정화 촉진을 목적으로 해서 애프터(after) 분사(D) 및 포스트(post) 분사(E)를 실행하거나 하도록 구성되어 있다.
파일럿 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 약간 지각(遲角)시켜서 분사함으로써 확산 연소를 활성화시켜 엔진(70)으로부터의 배기 가스 온도를 상승시키는(PM을 재연소시키는) 것이다. 포스트 분사(E)는 메인 분사(A)에 대하여 크게 지각한 시기에 분사함으로써 실제의 연소 과정에 기여하지 않고 미연소의 연료로서 후술하는 DPF(50)에 공급하는 것이다. DPF(50)에 공급된 미연소 연료는 후술하는 디젤 산화 촉매(53) 상에서 반응하고, 그 반응열에 의해 DPF(50) 내의 배기 가스 온도가 상승하게 된다. 도 9에 있어서의 그래프의 산의 고저는 대략적으로 말해서 각 분사 단계 A~E에서의 분사량의 차이를 표현하고 있다. 메인 분사(A)에 선행하는 분사[예를 들면 파일럿 분사(B)나 프리 분사(C)]를 총칭해서 전분사라 한다.
또한, 도 7에 나타내는 바와 같이 연료 탱크(118)에는 연료 리턴관(129)을 통해 연료 공급 펌프(116)가 접속되어 있다. 원통 형상의 커먼 레일(120)의 길이 방향의 단부에 커먼 레일(120) 내의 연료의 압력을 제한하는 리턴관 커넥터(130)를 통해 커먼 레일 리턴관(131)이 접속되어 있다. 즉, 연료 공급 펌프(116)의 잉여 연료와 커먼 레일(120)의 잉여 연료가 연료 리턴관(129) 및 커먼 레일 리턴관(131)을 통해 연료 탱크(118)로 회수되게 된다.
배기 매니폴드(71)의 배기 하류측에 접속된 배기관(77)에는 엔진(70)의 배기압을 조절하기 위한 배기 스로틀 장치(82)와, 배기 가스 정화 장치의 일례인 디젤 퍼티큘레이트 필터(50)(이하, DPF라 한다)가 접속된다. 각 기통으로부터 배기 매니폴드(71)에 배출된 배기 가스는 배기관(77), 배기 스로틀 장치(82) 및 DPF(50)를 경유해서 정화 처리를 하고나서 외부로 방출된다.
도 6에 나타내는 바와 같이, DPF(50)는 배기 가스 중의 입자상 물질(이하, PM이라 한다) 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 디젤 산화 촉매(53)와 매연 필터(54)를 직렬로 나란히 수용한 것이다. 필터 케이스(52)의 배기 상류측에 디젤 산화 촉매(53)가 배치되고, 배기 하류측에 매연 필터(54)가 배치된다. 매연 필터(54)는 배기 가스를 여과 가능한 다공질 격벽에 의해 구획된 다수의 셀을 갖는 허니콤 구조로 구성되어 있다.
케이싱(51)의 일측부에는 배기관(77) 중 배기 스로틀 장치(82)의 배기 하류측에 연통되는 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 통해 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 연통 구멍(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 배기 가스 도입관(65)이 삽입되어 있다. 배기 가스 도입관(65)의 선단은 케이싱(51)을 횡단해서 배기 도입구(55)와 반대측의 측면에 돌출되어 있다. 배기 가스 도입관(65)의 외주면에는 필터 케이스(52)를 향해서 개구되는 복수의 연통 구멍(66)이 형성되어 있다. 배기 가스 도입관(65) 중 배기 도입구(55)와 반대측의 측면으로 돌출되는 부분은 이것에 착탈 가능하게 나사 부착된 덮개체(67)로 막혀 있다.
DPF(50)에는 검출 수단의 일례로서 매연 필터(54)의 막힘 상태를 검출하는 DPF 차압 센서(68)가 설치되어 있다. DPF 차압 센서(68)는 DPF(50) 내에 있어서의 매연 필터(54)의 상류측과 하류측의 각 배기압의 압력차(입구측과 출구측의 배기 가스 차압)를 검출하는 것이다. 이 경우, 배기 가스 도입관(65)의 덮개체(67)에 DPF 차압 센서(68)를 구성하는 상류측 배기압 센서(68a)가 장착되고, 매연 필터(54)와 배기음 감쇠실(63) 사이에 하류측 배기압 센서(68b)가 장착되어 있다.
또한, DPF(50)의 상하류간의 압력차와 매연 필터(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 커먼 레일(120)을 작동 제어함으로써 매연 필터(54)[DPF(50)]의 재생 제어가 실행된다.
상기 구성에 있어서, 엔진(70)으로부터의 배기 가스는 배기 도입구(55)를 통해 배기 가스 도입관(65)으로 들어가고, 배기 가스 도입관(65)에 형성된 각 연통 구멍(66)으로부터 필터 케이스(52) 내로 분출되고, 디젤 산화 촉매(53)로부터 매연 필터(54)의 순서로 통과해서 정화 처리된다. 배기 가스 중의 PM은 매연 필터(54)(각 셀간의 다공질 격벽)에 포집된다. 디젤 산화 촉매(53) 및 매연 필터(54)를 통과한 배기 가스는 소음기(64)를 통해 배기 출구관(61)으로부터 기기 밖으로 방출된다.
배기 가스가 디젤 산화 촉매(53) 및 매연 필터(54)를 통과할 때에 배기 가스 온도가 재생 가능 온도(예를 들면 약 250~300℃)를 초과하고 있으면, 디젤 산화 촉매(53)의 작용에 의해 배기 가스 중의 NO(일산화질소)가 불안정한 NO2(이산화질소)로 산화된다. 그리고, NO2가 NO로 돌아갈 때에 방출하는 O(산소)에 의해 매연 필터(54)에 퇴적된 PM을 산화 제거함으로써 매연 필터(54)의 PM 포집 능력이 회복된다. 즉, 매연 필터(54)[DPF(50)]가 재생된다.
(5). 엔진의 제어 관련 구성
이어서, 도 7 및 도 8 등을 참조하면서 엔진(70)의 제어 관련 구성을 설명한다. 도 7 및 도 8에 나타내는 바와 같이, 트랙터(141)는 제어 수단으로서 엔진(70)에 있어서의 각 기통의 연료 분사 밸브(119)를 작동시키는 ECU(11)와 작업기(변속) 컨트롤러(271)를 구비하고 있다. ECU(11)는 각종 연산 처리나 제어를 실행하는 CPU(31), 각종 데이터를 미리 고정적으로 기억시킨 ROM(32), 제어 프로그램이나 각종 데이터를 재기록 가능하게 기억하는 EEPROM(33), 제어 프로그램이나 각종 데이터를 일시적으로 기억하는 RAM(34), 시간 계측용 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.
제어 수단인 ECU(11) 및 작업기 컨트롤러(271)는 목표로서 입출력계 기기의 하니스의 길이가 되도록 짧아지도록 조합시켜서 그것들을 제어하도록 하고 있고, 각각의 배치 개소에서 컨트롤러 박스(도시 생략) 내에 격납되어 있다. ECU(11)와 작업기 컨트롤러(271)는 서로 CAN 통신 버스(272)를 통해 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, 제어 수단은 통신 버스를 통해 3개 이상을 접속하는 구성이어도 좋다. 후술하는 각 입출력계 기기는 어느 제어 수단에 접속되어도 좋다.
ECU(11)의 입력측에는 적어도 커먼 레일(120) 내의 연료 압력을 검출하는 레일압 센서(12), 연료 펌프(116)를 회전 또는 정지시키는 전자 클러치(13), 엔진(70)의 회전 속도[엔진 출력축(74)의 캠 샤프트 위치]를 검출하는 회전 속도 검출 수단으로서의 엔진 속도 센서(14), 인젝터(115)의 연료 분사 횟수(1행정의 연료 분사 기간 중의 횟수)를 검출 및 설정하는 분사 설정기(15), 흡기계의 흡기 가스 온도를 검출하는 흡기 온도 센서(17), 배기계의 배기 가스 온도를 검출하는 배기 온도 센서(18), 엔진(70)의 냉각수 온도를 검출하는 냉각수 온도 센서(19), 커먼 레일(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 연료 분사 밸브(119)의 전자 솔레노이드가 각각 접속되어 있다. 즉, 커먼 레일(120)에 축적된 고압 연료가 연료 분사 압력, 분사 시기 및 분사 기간 등을 제어하면서 1행정 중에 복수회로 나누어서 연료 분사 밸브(119)로부터 분사됨으로써 질소 산화물(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 배기 가스 온도의 이상 고온을 통지하는 배기 온도 경고 램프(23), 및 DPF(50) 재생 동작에 따라 점등되는 재생 램프(24) 등이 접속되어 있다.
도 8에 나타내는 바와 같이, 작업기 컨트롤러(271)에는 출력 관련의 각종 전자 밸브, 즉 전진용 유압 클러치(252)에 대한 전진용 클러치 전자 밸브(253), 후진용 유압 클러치(254)에 대한 후진용 클러치 전자 밸브(255), 부변속 유압 실린더(250)에 대한 고속 클러치 전자 밸브(251), 주변속 레버(201)의 조작량에 비례해서 주변속 유압 실린더(243)를 작동시키는 비례 제어 밸브(213)와, 4륜 구동용 유압 클러치(256)에 대한 4륜 구동 유압 전자 밸브(257), 배속용 유압 클러치(258)에 대한 배속 유압 전자 밸브(259), 좌우의 오토 브레이크 전자 밸브(246), PTO 클러치(248)에 대한 PTO 클러치 유압 전자 밸브(249), 및 작업기용 승강 기구(160)의 승강 제어 유압 실린더(215)에 작동유를 공급하는 제어 전자 밸브(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 회전 속도를 검출하는 주변속 출력축 회전 센서(292), 스로틀 레버(197)의 조작 위치를 검출하는 스로틀 위치 센서(16), 전후 4륜(143, 144)의 회전 속도(차속)를 검출하는 차속 센서(25), 4륜 구동 유압 전자 밸브(257)를 스위칭 조작하는 4륜 구동 모드 스위치(293), 배속 유압 전자 밸브(259)를 스위칭 조작하는 배속 모드 스위치(294), 브레이크 페달(191)의 밟음의 유무를 검출하는 브레이크 페달 스위치(295), 오토 브레이크 전자 밸브(246)를 스위칭 조작하는 오토 브레이크 스위치(296), 주변속 레버(201)의 조작 위치를 검출하는 주변속 포텐셔미터(297), 부변속 레버(195)의 조작 위치를 검출하는 부변속 레버 센서(298), 및 주클러치(233)의 동력 접속/차단 상태를 검출하는 접속/차단 검출 수단으로서의 주클러치 센서(300) 등이 접속되어 있다. 주클러치 센서(300)는 주클러치(233)의 동력 접속/차단 상태를 직접 검출하는 것이어도 좋고, 클러치 페달(192)의 조작 위치로부터 간접적으로 주클러치의 동력 접속/차단 상태를 검출하는 것이어도 좋다.
ECU(11)의 EEPROM(33) 또는 작업기 컨트롤러(271)의 EEPROM(283)에는 엔진(70)의 회전 속도(N)와 토크(T)(부하)의 관계를 나타내는 출력 특성 맵(도시 생략)이 미리 기억되어 있다. ECU(11)는 엔진 속도 센서(14)에서 검출되는 회전 속도와 스로틀 위치 센서(16)에서 검출되는 스로틀 위치로부터 엔진(70)의 토크(T)를 구하고, 토크(T)와 출력 특성 맵을 이용해서 목표 분사량을 연산하고, 상기 연산 결과에 의거해 커먼 레일 장치(117)를 작동시키는 연료 분사 제어를 실행하도록 구성되어 있다. 또한, 커먼 레일 장치(117)의 분사량은 각 연료 분사 밸브(119)의 밸브 개방 기간을 조절하여 각 인젝터(115)로의 분사 기간을 변경함으로써 조절된다. ECU(11)는 각 연료 분사 밸브(119)의 밸브 개방 기간 및 레일압 센서(12)에서 검출되는 연료 압력에 의거하여 커먼 레일 장치(117)가 분사한 실제 분사량[인젝터(115) 전체의 분사량]을 산출하도록 구성되어 있다. 즉, ECU(11)가 커먼 레일 장치(117)의 분사량을 검출하는 분사량 검출 수단으로서의 역할을 담당하고 있다.
(6). 연료 분사 제어의 설명
이어서, 도 10 등의 플로 차트를 참조하면서 커먼 레일 장치(117)에 의한 연료 분사 제어에 대해서 설명한다. 실시형태의 커먼 레일 장치(117)는 엔진(70)에 가해지는 부하가 비교적 높은 고부하 상태이면 메인 분사에 선행하는 전분사(B, C)를 행하는 통상의 연료 분사 제어와, 엔진(70)에 가해지는 부하가 트랙터(141)에서의 작업 시보다 낮은 저부하 상태이면 전분사(B, C)를 행하지 않는 수정 분사 제어를 실행하도록 구성되어 있다. 연료 분사 제어 및 수정 분사 제어는 ECU(11)의 지령에 의거해서 실행된다. 즉, 도 10 이후의 플로 차트에서 나타내는 알고리즘은 EEPROM(33)에 기억되어 있고, 상기 알고리즘을 RAM(34)에 호출하고 나서 CPU(31)에서 처리함으로써 연료 분사 제어 및 수정 분사 제어가 실행되게 된다.
도 10의 플로 차트는 연료 분사 제어의 제 1 예이다. 상기 제 1 예에서는 엔진(70)에 가해지는 부하를 주클러치(233)의 동력 접속/차단 상태로부터 판별한다. 또한, 제 1 예에서는 전분사(B, C)로서 프리 분사(C)만을 채용하고, 엔진(70) 부하의 고저에 관계없이 파일럿 분사(B)를 전혀 행하지 않는 설정이다. 주클러치(233)가 동력 접속 상태이면 프리 분사(C) 있음의 통상의 연료 분사 제어[도 9(a) 참조]가 실행되고, 주클러치(233)가 동력 차단 상태이면 프리 분사(C) 없음의 수정 분사 제어[도 9(b) 참조]가 실행된다. 이 경우, 도 10의 플로 차트에 나타내는 바와 같이 ECU(11)는 주클러치 센서(300)의 검출값을 읽어들이고(S01), 상기 검출값으로부터 주클러치(233)가 동력 접속 상태인지의 여부를 판별한다(S02). 주클러치(233)가 동력 접속 상태이면(S02:YES), 프리 분사(C) 있음의 통상의 연료 분사 제어를 커먼 레일 장치(117)에 실행시킨다(S03). 주클러치(233)가 동력 차단 상태이면 (S02:NO), 프리 분사(C) 없음의 수정 연료 분사를 커먼 레일 장치(117)에 실행시킨다(S04). 스텝 S03 및 S04의 후에는 전원 인가용 키 스위치(도시 생략)를 차단 조작하지 않는 한 스텝 S01로 돌아가서 제어를 속행한다.
이와 같이 제어하면, 주클러치(233)가 동력 차단 상태에 있는 저부하 구동 시에는 엔진(70) 회전 속도의 고저에 관계없이 프리 분사(C)를 없애서 착화 불량 및 연소 불량을 초래할 우려를 적게 할 수 있다. 그 결과, 배기 가스 중의 일산화탄소(CO)량을 저감할 수 있어 엔진(70)의 저부하 구동 시의 백연 발생이라는 문제를 회피할 수 있다. 도 11에는 엔진(70) 고속 회전 시(2500rpm 일정)에 있어서의 엔진(70) 부하(축토크)와 CO 발생량의 관계를 그래프화한 것이며, 엔진(70) 부하(축토크, Nm)를 가로축으로 하고, 배기 가스 중의 CO 발생량(ppm)을 세로축으로 하고 있다. 도 11의 그래프에서는 검은칠한 삼각(▲)이 저부하 구동 시에 프리 분사(C)를 행하지 않는 제 1 예의 경우, 검은칠한 사각(■)이 저부하 구동 시에 프리 분사(C)를 행하는 종래의 경우이다. 이들 결과로부터 명확한 바와 같이, 축 토크가 작은 저부하 상태에서는 프리 분사(C)를 하지 않는 제 1 예의 CO 발생량이 종래의 절반 이하로 되어 있다.
또한, 제 1 예에서는 전분사(B, C)로서 프리 분사(C)만을 채용했지만, 이것 대신에 전분사(B, C)로서 파일럿 분사(B)만을 채용하고, 엔진(70) 부하의 고저에 관계없이 프리 분사(C)를 전혀 행하지 않는 설정으로 해도 좋다.
도 12의 플로 차트는 연료 분사 제어의 제 2 예이다. 상기 제 2 예에서는 전분사(B, C)로서 파일럿 분사(B) 및 프리 분사(C) 양쪽을 채용하고 있다. 그리고, 주클러치(233)가 동력 접속 상태이면 파일럿 분사(B) 및 프리 분사(C) 모두 있음의 통상의 연료 분사 제어[도 9(c) 참조]가 실행되고, 주클러치(233)가 동력 차단 상태이면 파일럿 분사(B) 및 프리 분사(C) 모두 없음의 수정 분사 제어[도 9(d) 참조]가 실행된다. 이 경우, 도 12의 플로 차트는 기본적으로 도 10의 경우와 마찬가지이지만, 통상의 연료 분사 제어에서는 파일럿 분사(B) 및 프리 분사(C) 양쪽을 실행하고, 수정 분사 제어에서는 파일럿 분사(B) 및 프리 분사(C) 양쪽을 금지하게 된다.
또한, 제 2 예에서는 전분사(B, C)로서 파일럿 분사(B) 및 프리 분사(C) 양쪽을 채용하고, 엔진(70)의 저부하 구동 시에 파일럿 분사(B) 및 프리 분사(C) 양쪽 모두 금지하는 설정으로 했지만, 이것에 한하지 않고 엔진(70)의 저부하 구동 시에 파일럿 분사(B) 및 프리 분사(C) 중 어느 한쪽을 금지하는 설정으로 해도 좋다.
또한, 제 1 예 및 제 2 예에 있어서 통상의 연료 분사 제어 시에 있어서의 전분사(B, C)에서의 분사량[프리 분사(C)의 분사량이나, 파일럿 분사(B) 및 프리 분사(C)의 분사량의 합]은 미리 설정된 규정량에 상당한다고 말할 수 있다. 제 1 예 및 제 2 예에서는 프리 분사(C)를 없앰[프리 분사(C)를 제로로 함]으로써 수정 분사 제어 시에 있어서의 전분사(B, C)에서의 분사량을 통상의 연료 분사 제어 시보다 적게 했지만(상기 규정량보다 적게 했다), 이것에 한하지 않고 프리 분사(C)나 파일럿 분사(B)에서의 분사량 자체를 각각 줄여도 좋다. 이와 같이 했을 경우도, 착화 불량 및 연소 불량을 초래할 우려를 적게 해서 배기 가스 중의 일산화탄소(CO)량을 저감할 수 있게 된다.
도 13의 플로 차트는 연료 분사 제어의 제 3 예이다. 상기 제 3 예에서는 제 2 예와 마찬가지로, 전분사(B, C)로서 파일럿 분사(B) 및 프리 분사(C) 양쪽을 채용하고 있다. 그리고, 주클러치(233)가 동력 접속 상태이면 파일럿 분사(B) 및 프리 분사(C) 모두 있음의 통상의 연료 분사 제어[도 9(c) 참조]가 실행되고, 주클러치(233)가 동력 차단 상태이고, 또한 회전 속도 검출 수단으로서의 엔진 속도 센서(14)가 미리 설정된 소정 회전 속도(R0) 이상을 검출하고 있으면 파일럿 분사(B) 및 프리 분사(C) 모두 없음의 수정 분사 제어[도 9(d) 참조]가 실행된다.
이 경우, 도 13의 플로 차트에 나타내는 바와 같이, ECU(11)는 주클러치 센서(300) 및 엔진 속도 센서(14)의 검출값을 읽어들이고(S11), 주클러치 센서(300)의 검출값으로부터 주클러치(233)가 동력 접속 상태인지의 여부를 판별한다(S12). 주클러치(233)가 동력 접속 상태이면(S12:YES), 파일럿 분사(B) 및 프리 분사(C) 모두 있음의 통상의 연료 분사 제어를 커먼 레일 장치(117)에 실행시킨다(S13). 주클러치(233)가 동력 차단 상태이면(S12:NO), 엔진 속도 센서(14)의 검출값으로부터 엔진 회전 속도가 소정 회전 속도(R0) 이상인지의 여부를 판별한다(S14). 엔진 회전 속도가 소정 회전 속도(R0) 미만이면(S14:NO), 스텝 S13으로 이행하여 통상의 연료 분사 제어를 커먼 레일 장치(117)에 실행시킨다. 엔진 회전 속도가 소정 회전 속도(R0) 이상이면(S14:YES), 파일럿 분사(B) 및 프리 분사(C) 모두 없음의 수정 연료 분사를 커먼 레일 장치(117)에 실행시킨다(S15). 스텝 S13 및 S15의 후에는 전원 인가용 키 스위치(도시 생략)를 차단 조작하지 않는 한, 스텝 S11로 돌아가서 제어를 속행한다. 또한, 소정 회전 속도(R0)는 예를 들면 1200rpm 정도를 목표로 설정하면 충분하다.
이와 같이 제어하면, 엔진(70)에 있어서 전분사(B, C)를 실행하면 착화 불량이나 연소 불량을 초래하기 쉬운 고속 회전ㆍ저부하 구동 시에 정확하게 전분사(B, C)를 금지할 수 있어 배기 가스 중의 일산화탄소(CO)량을 확실히 억제할 수 있다. 따라서, 엔진(70)의 고속 회전ㆍ저부하 구동 시의 백연 발생 방지 효과가 높은 것이다.
도 14의 플로 차트는 연료 분사 제어의 제 4 예이다. 상기 제 4 예에서는 엔진(70)에 가해지는 부하의 상태를 판별하는데 ECU(11)에서 산출되는 커먼 레일 장치(117)의 실제 분사량을 이용하고 있다. 이 경우, 도 14의 플로 차트에 나타내는 바와 같이 ECU(11)는 각 연료 분사 밸브(119)의 밸브 개방 기간 및 레일압 센서(12)의 검출값(연료 압력)을 읽어들이고(S21), 커먼 레일 장치(117)가 분사한 실제 분사량[인젝터(115) 전체의 분사량]을 산출한다(S22). 산출값(실제 분사량)은 엔진(70) 부하에 상당하기 때문에 상기 산출값이 미리 설정된 설정값보다 클 경우는(S23:YES) 통상의 연료 분사 제어를 커먼 레일 장치(117)에 실행시킨다(S24). 산출값이 설정값 이하이면(S23:NO), 수정 분사 제어를 커먼 레일 장치(117)에 실행시킨다(S25). 설정값은 트랙터(141)에서의 작업 시보다 낮은 저부하 상태[예를 들면 주클러치(233)를 차단으로 했을 경우 등]인 때를 나타내는 경계값을 의미하고 있다. 스텝 S24 및 S25의 후에는 전원 인가용 키 스위치(도시 생략)를 차단 조작하지 않는 한 스텝 S11로 돌아가서 제어를 속행한다. 제 4 예에서는 엔진(70)의 저부하 구동 시에 파일럿 분사(B) 및 프리 분사(C) 중 적어도 한쪽을 금지하는 설정으로 하면 좋다.
이상의 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시형태의 엔진 장치에 의하면 작업 차량(141)에 탑재되는 엔진(70)과, 1연소 사이클 중에 상기 엔진(70)에 연료를 다단 분사하는 커먼 레일식 연료 분사 장치(117)를 구비하고 있고, 상기 커먼 레일식 연료 분사 장치(117)는 상기 엔진(70)에 가해지는 부하가 상기 작업 차량(141)에서의 작업 시보다 낮은 저부하 상태이면 메인 분사(A)에 선행하는 전분사(B, C)를 실행하지 않기 때문에, 상기 엔진(70)의 저부하 구동 시는 엔진(70) 회전 속도의 고저에 관계없이 상기 전분사(B, C)를 없애서 착화 불량 및 연소 불량을 초래할 우려를 적게 할 수 있다. 그 결과, 배기 가스 중의 일산화탄소(CO)량을 저감할 수 있어 상기 엔진(70)의 저부하 구동 시의 백연 발생이라는 문제를 회피할 수 있다.
또한, 상기 커먼 레일식 연료 분사 장치(117)는 상기 엔진(70)에 가해지는 부하가 상기 저부하 상태 이외의 상태이면 상기 전분사(B, C)를 실행하기 때문에 상기 엔진(70)의 저부하 구동 시의 백연 발생을 억제할 수 있는 것이면서, 상기 전분사(B, C)에 의한 NOx 저감 및 소음 저감이라는 효과도 확보할 수 있다.
또한, 상기 엔진(70)으로부터의 동력 전달을 접속/차단하는 주클러치(233)를 더 구비하고 있고, 상기 커먼 레일식 연료 분사 장치(117)는 상기 주클러치(233)가 동력 차단 상태이면 상기 전분사(B, C)를 실행하지 않기 때문에, 상기 주클러치(233)의 동력 접속/차단 상태와 상기 전분사(B, C)의 가부를 조합시키는 간단한 제어에 의해 상기 엔진(70)의 저부하 구동 시의 백연 발생이라는 문제를 용이하게 방지할 수 있다.
특히 제 1 예 및 제 2 예에서는 상기 주클러치(233)의 동력 접속/차단 상태를 검출하는 접속/차단 검출 수단(300)을 더 구비하고 있고, 상기 커먼 레일식 연료 분사 장치(117)는 상기 접속/차단 검출 수단(300)의 검출 결과에 따라서 상기 전분사(B, C)의 실행 가부를 결정하고 있다. 이 경우, 상기 주클러치(233)의 동력 차단 조작은 상기 작업 차량(141)에 탑승한 오퍼레이터가 예를 들면 클러치 페달(192)을 밟음 조작함으로써 실행된다. 상기 전분사(B, C)의 실행 유무는 엔진(70) 소리나 엔진(70) 구동 감각의 변화를 초래한다고 해석되지만, 이러한 변화는 오퍼레이터의 조작에 기인해서 발생한다. 따라서, 오퍼레이터에게 위화감을 주지 않는다.
또한, 제 3 예에서는 엔진 회전 속도를 검출하는 회전 속도 검출 수단(14)을 더 구비하고 있고, 상기 커먼 레일식 연료 분사 장치(117)는 상기 접속/차단 검출 수단(300)이 상기 주클러치(233)의 동력 차단 상태를 검출하고 또한 상기 회전 속도 검출 수단(14)에 의해 검출된 엔진 회전 속도가 소정 회전 속도(R0) 이상이면 상기 전분사(B, C)를 실행하지 않기 때문에, 상기 엔진(70)에 있어서 상기 전분사(B, C)를 실행하면 착화 불량이나 연소 불량을 초래하기 쉬운 고속 회전ㆍ저부하 구동 시에 정확하게 상기 전분사(B, C)를 금지할 수 있어 배기 가스 중의 일산화탄소(CO)량을 확실히 억제할 수 있다. 따라서, 상기 엔진(70)의 고속 회전ㆍ저부하 구동 시의 백연 발생 방지 효과가 높은 것이다.
또한, 제 4 예에서는 상기 커먼 레일식 연료 분사 장치(117)의 분사량을 검출하는 분사량 검출 수단(11)을 더 구비하고 있고, 상기 커먼 레일식 연료 분사 장치(117)는 상기 분사량 검출 수단(11)의 검출 결과에 따라서 상기 전분사(B, C)의 실행 가부를 결정하기 때문에, 상기 엔진(70)의 부하 상태에 적절히 대응해서 상기 전분사(B, C)를 실행하거나 없애거나 할 수 있어 착화 불량 및 연소 불량을 정확하게 방지하여 상기 엔진(70)의 고속 회전ㆍ저부하 구동 시의 백연 발생이라는 문제에 확실히 대처할 수 있다는 효과를 얻는다.
(7). 기타
본원 발명은 상술의 실시형태에 한하지 않고, 다양한 형태로 구체화할 수 있다. 각 부의 구성은 도시한 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 본원 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다.
11 : ECU(제어 수단, 분사량 검출 수단)
14 : 회전 속도 검출 수단
70 : 엔진
117 : 커먼 레일 장치(커먼 레일식 연료 분사 장치)
120 : 커먼 레일
141 : 트랙터(작업 차량)
142 : 주행 기체
192 : 클러치 페달
233 : 주클러치
300 : 주클러치 센서(접속/차단 검출 수단)

Claims (8)

  1. 작업 차량에 탑재되는 엔진과,
    1연소 사이클 중에 상기 엔진에 연료를 다단 분사하는 커먼 레일식 연료 분사 장치를 구비하고 있고,
    상기 커먼 레일식 연료 분사 장치는 상기 엔진에 가해지는 부하가 상기 작업 차량에서의 작업 시보다 낮은 저부하 상태이면 메인 분사에 선행하는 전분사를 실행하지 않는 것을 특징으로 하는 엔진 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 커먼 레일식 연료 분사 장치는 상기 엔진에 가해지는 부하가 상기 저부하 상태 이외의 상태이면 상기 전분사를 실행하는 것을 특징으로 하는 엔진 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 엔진으로부터의 동력 전달을 접속/차단하는 주클러치를 더 구비하고 있고,
    상기 커먼 레일식 연료 분사 장치는 상기 주클러치가 동력 차단 상태이면 상기 전분사를 실행하지 않는 것을 특징으로 하는 엔진 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 주클러치의 동력 접속/차단 상태를 검출하는 접속/차단 검출 수단을 더 구비하고 있고,
    상기 커먼 레일식 연료 분사 장치는 상기 접속/차단 검출 수단의 검출 결과에 따라서 상기 전분사의 실행 가부를 결정하는 것을 특징으로 하는 엔진 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    엔진 회전 속도를 검출하는 회전 속도 검출 수단을 더 구비하고 있고,
    상기 커먼 레일식 연료 분사 장치는 상기 접속/차단 검출 수단이 상기 주클러치의 동력 차단 상태를 검출하고 또한 상기 회전 속도 검출 수단에서 검출된 엔진 회전 속도가 소정 회전 속도 이상이면 상기 전분사를 실행하지 않는 것을 특징으로 하는 엔진 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 커먼 레일식 연료 분사 장치의 분사량을 검출하는 분사량 검출 수단을 더 구비하고 있고,
    상기 커먼 레일식 연료 분사 장치는 상기 분사량 검출 수단의 검출 결과에 따라서 상기 전분사의 실행 가부를 결정하는 것을 특징으로 하는 엔진 장치.
  7. 작업 차량에 탑재되는 엔진과,
    1연소 사이클 중에 상기 엔진에 연료를 다단 분사하는 커먼 레일식 연료 분사 장치를 구비하고 있고,
    상기 커먼 레일식 연료 분사 장치는 상기 엔진에 가해지는 부하가 상기 작업 차량에서의 작업 시보다 낮은 저부하 상태이면 메인 분사에 선행하는 전분사의 분사량을 미리 설정된 규정량보다 적게 하는 것을 특징으로 하는 엔진 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 커먼 레일식 연료 분사 장치는 상기 엔진에 가해지는 부하가 상기 저부하 상태 이외의 상태이면 상기 전분사의 분사량을 상기 규정량으로 하는 것을 특징으로 하는 엔진 장치.
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