トラクタ
【課題】低燃費モードと標準モードの有効利用。
【解決手段】コモンレール1を備えたエンジンEと該エンジンEの制御を行うECU100、及び作業機21を搭載したトラクタにおいて、ECU100内にはエンジン回転数とトルクとの関係を示す性能曲線を少なくとも標準モードラインL1と低燃費モードラインL2とから構成し、該標準モードラインL1と低燃費モードラインL2との切り換えは燃費モード変更手段36で行う構成とし、前記低燃費モードラインL2を選択しているときにおいてはエンジン負荷が一定の範囲内となるようにトラクタの車速制御を行う構成とし、該車速制御にもかかわらずエンジン負荷が一定以上となると、前記標準モードラインL1に自動的に変更するように構成したことを特徴とするトラクタの構成とする。
【解決手段】コモンレール1を備えたエンジンEと該エンジンEの制御を行うECU100、及び作業機21を搭載したトラクタにおいて、ECU100内にはエンジン回転数とトルクとの関係を示す性能曲線を少なくとも標準モードラインL1と低燃費モードラインL2とから構成し、該標準モードラインL1と低燃費モードラインL2との切り換えは燃費モード変更手段36で行う構成とし、前記低燃費モードラインL2を選択しているときにおいてはエンジン負荷が一定の範囲内となるようにトラクタの車速制御を行う構成とし、該車速制御にもかかわらずエンジン負荷が一定以上となると、前記標準モードラインL1に自動的に変更するように構成したことを特徴とするトラクタの構成とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、農業機械であるトラクタに関する。
【背景技術】
【0002】
エンジンに作用する負荷の状態により、エンジンの出力を標準モード又は省エネモードに切り換える構成は公知である(例えば、特許文献1参照。)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2007−231848号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
前述の公知技術は、エンジンに作用する負荷の状態により、エンジン性能カーブを標準モードに変更したり省エネモード(低燃費モード)に変更したりする。しかしながら、省エネモード(低燃費モード)を選択した場合の機体の車速制御と自動的に省エネモードに移行する技術については開示されておらず、このため、エンジン負荷の増大に対応できないという欠点がある。
【0005】
本発明の課題は、前述のような不具合を解消することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
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)と該エンジン(E)の制御を行うECU(100)、及び作業機(21)を搭載したトラクタにおいて、ECU(100)内にはエンジン回転数とトルクとの関係を示す性能曲線を少なくとも標準モードライン(L1)と低燃費モードライン(L2)とから構成し、該標準モードライン(L1)と低燃費モードライン(L2)との切り換えは燃費モード変更手段(36)で行う構成とし、前記低燃費モードライン(L2)を選択しているときにおいてはエンジン負荷が一定の範囲内となるようにトラクタの車速制御を行う構成とし、該車速制御にもかかわらずエンジン負荷が一定以上となると、前記標準モードライン(L1)に自動的に変更するように構成したことを特徴とするトラクタとしたものである。
【0007】
標準モードライン(L1)と低燃費モードライン(L2)との切り換えは燃費モード変更手段(36)で行う。低燃費モードライン(L2)を選択しているときにおいては、エンジン負荷が一定範囲内となるように車速制御を行う。この車速制御にもかかわらず、エンジン負荷が一定以上になると、自動的に標準モードライン(L1)に切り換える。
【発明の効果】
【0008】
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、低燃費モードライン(L2)(低出力カーブ)を選択している場合において、負荷率が一定となるように一定範囲内でHSTの車速を制御するので、燃費が良好となる。また、車速制御を行ったにもかかわらず、負荷率が一定値を越えると自動で標準モードライン(L1)(高トルク)に切り換える構成としているので、エンジンの回転低下を少なくすることができて、作業を続行可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】蓄圧式燃料噴射装置の全体構成図
【図2】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
【図3】トラクターの左側面図
【図4】トラクターの平面図
【図5】エンジン回転数と出力との関係を示す線図
【図6】低燃費モード選択時のフローチャート
【図7】エンジン周辺の模式図
【図8】エンジン周辺の側面図
【図9】トラクタの作業工程を示す平面図
【図10】(a)エンジンの側面図、(b)エンジンの背面図
【図11】後処理装置の断面図
【図12】過給器と後処理装置の断面図
【図13】過給器と後処理装置の断面図
【発明を実施するための形態】
【0010】
本発明を実施するための形態を説明する。
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。
【0011】
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。
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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35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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。21aは作業機21を昇降する油圧シリンダである。
【0027】
図1に示しているECU100には本機側の制御装置200が接続している。この制御装置200には、圃場の耕耘深さを自動的に設定する耕深設定手段(自動耕深レバー)30、耕深設定手段30の機能を入り状態とする自動耕深スイッチ30a、耕深優先又は車速優先のいずれか一方を選択する選択スイッチ(30b)、及びモニター(M)が接続している。また、図4にはこれらの配置位置が示されている。
【0028】
そして、前記自動耕深スイッチ30aが入り状態のときに前記選択スイッチ30bにより耕深優先又は車速優先のいずれか一方が選択された状態で作業機21を駆動して作業走行が開始されると、ECU100はエンジンの負荷率を検出して本機側の制御装置200に送信し、制御装置200は耕深を維持するための車速、又は車速を維持するための耕深を算出してモニターMに表示する構成としている。エンジンの負荷状態は、燃料の噴射状態とエンジン回転数センサE1から検出する構成としているが、その他の手段でもよい。
【0029】
これにより、耕深を維持するための適正な車速、又は車速を維持するための適正な耕深がモニターMに表示されるので、エンジンEに負担を増すことなく良好な作業が可能となる。また、燃料の過剰な消費を抑制可能となる。特に、エンジンにはコモンレール1を搭載しているので、適正な車速を維持するための燃料噴射制御が精度良く行われるようになり、燃費も改善される。
【0030】
また、自動耕深スイッチ30aが切り状態のときには、エンジンEの負荷状態をモニターMに表示する構成としている。これにより、自動耕深スイッチ30aが切り状態のときには、エンジンEの負荷状態をモニターMに表示するので、作業者はエンジンEの負荷状態を容易に確認することができ、状況によっては自動耕深スイッチ30aと選択スイッチ30bを入り状態として、耕深を維持するための適正な車速、又は車速を維持するための適正な耕深を速やかに把握可能となる。
【0031】
図5はエンジン回転数と出力との関係を示す性能カーブである。ラインL1が標準モードであり、ラインL2が低燃費モードである。
低燃費モードラインL2と標準モードラインL1との切り替えは前記燃費モードダイヤル(燃費モード変更手段)36で行うが、スイッチ方式でもよい。低燃費モードラインL2から標準モードラインL1への移行は、車両に負荷が作用する場合に移行する。標準モードラインL1を使用する場合は、燃料の噴射タインミングの進角は行わないが、低燃費モードラインL2を使用するときには、燃料の噴射タイミングを進角させる構成とする。
【0032】
このように、負荷率が低い場合は低燃費モードラインL2(低出力カーブ)を使用することで燃費が良化し、負荷率が高い場合は標準モードラインL1(高出力カーブ)を使用することで作業能率を落すことなく作業可能となる。特に、低燃費モードラインL2(低出力カーブ)を使用するときには、噴射タイミングを進角させることで、更に燃焼効率が上がり燃費が良くなる。
【0033】
図6は、前記低燃費モードラインL2(低出力カーブ)を選択している場合のフローチャートである。低燃費モードラインL2(低出力カーブ)を選択(ステップS1)すると、ステップS2で負荷率を確認する。そして、ステップS3で負荷率か80%未満であると、ステップS4でHSTによる車速制御を行い、負荷率が一定の範囲となるように制御を行う。また、ステップS3で負荷率が80%以上であれば、ステップS5に移行して標準モードラインL1へ自動的に移行する構成とする。
【0034】
このように、低燃費モードラインL2(低出力カーブ)を選択している場合において、負荷率が一定となるように一定範囲内でHSTの車速を制御するので、燃費が良好となる。また、車速制御を行ったにもかかわらず、負荷率が一定値を越えると自動で標準モードラインL1(高トルク)に切り替える構成としているので、エンジンの回転低下を少なくすることができて、作業を続行可能となる。
【0035】
前述した図6のステップS4においては、HSTによる車速制御で負荷率を一定範囲内となるように制御していたが、トラクタにおいては、圃場を耕す耕深制御で負荷率を一定範囲内に保持するように構成してもよい。また、副変速を変速して負荷率を制御するように構成してもよい。
【0036】
図7はエンジンEの模式図である。38はエアクリーナ、39はインタークーラー、40はサブエアクリーナ、41は蓄圧タンクである。42は過給器であり吸気タービン42aと排気タービン42bから構成されている。43は切換弁、44は逆止弁である。48はインテークマニホールド、49はエキゾーストマニホールドである。47は後処理装置である。
【0037】
この後処理装置47について説明する。エンジンのシリンダー内から排出された排気ガスは、後処理装置47を通過してマフラーから大気中に排出される。後処理装置47は、酸化触媒(DOC)45とディーゼルパティキュレートフィルター(DPF)46とから構成されている。
【0038】
酸化触媒(DOC)45は不燃物室を燃焼させるものであり、ディーゼルパティキュレートフィルター(DPF)46は粒子状物質(PM)を捕集するためのものである。
DPF46は、排気ガスの温度が低い状態(低負荷)が長時間続くと、粒状化物質(PM)が溜まってきて能力の低下が懸念される。そこで、DPF46を再生させる制御を行う構成とする。後処理装置47の前後に設けている圧力センサの差圧が大きくなると、PMが詰まっていると判断して運転者に警告を出しDPF46の再生を促す。DPF46の再生は、機体を停車させてエンジンを空運転させ、排ガス温度を規定温度まで上昇させてDPF46内のPMを焼き飛ばすようにする。これにより、DPF46内へのPMの溜めすぎを防止できるようになる。
【0039】
DPF46の手動再生時にインタークーラー39の下流側に設けた切換弁43を作動し、過給器42下流の圧縮空気をエンジンには供給せずに蓄圧タンク41に充填する構成とする。エンジンEへの吸入空気はサブエアクリーナを通して供給する。エンジンEは自然吸気で駆動するが、蓄圧タンク41への空気充填分が過給器42のコンプレッサーを介してエンジンへの負荷として加わるので、燃料噴射量、未燃燃料分が増加して早期にDPF46の再生を行うことが可能となる。
【0040】
蓄圧タンク41内の圧力が過剰にならないように制御することはもちろんである。そして、DPF46再生後は、蓄圧タンク41側への経路を閉じる。また、逆止弁44により、コンプレッサーで加圧された吸入空気はサブエアクリーナ40側には逆流しない構成としている。 前記蓄圧タンク41内に蓄圧された圧縮空気は、別の用途に使用可能である。例えば、ノズルを付けて機体の清掃等に利用してもよい。
【0041】
図8に示しているように、エンジンEの前方にはラジエータファン51、ラジエータ50、インタークーラー39、及びシャッター52を配置している。前述のように、DPF46再生時には、インタークーラー39前方のシャッター52を閉じて、吸気の冷却を行わない構成とする。吸気を冷却しないことで、排気温度が上昇し、DPF46の再生を早く完了可能となる。また、吸気の冷却を行なわないことでエンジンのシリンダー内温度が上昇し、ポスト噴射を行った燃料が蒸発して、白煙や刺激臭を防止できるようになる。
【0042】
また、前記ラジエータファン51のファン自体の翼角度をモータ等で自在の変更可能にしている。そして、DPF46の再生モード時において、目標排気ガス温度と、実排気ガス温度との差分により、ラジエータファン51のファンの翼角度を変更するように構成する。即ち、目標排気ガス温度に対して実排気ガス温度が低い場合は、送風量が少なくなるように制御する構成とする。これにより、排気ガス温度の昇温時間が短くなる、DPF46の再生効率が向上するようになる。
【0043】
また、トラクタでは、路上走行、耕うん作業、4WD走行、ローダー作業などいろいろなエンジン運転の条件がある。例えば、走行状態では負荷と小さいもののPM排出量は多くなる。一方、耕うん作業では、負荷は大きくなるもののPM排出量は少なくなる。このように、状態によりPM排出が変化してくるので、作業モード毎にPM堆積量計算用の補正マップを持ち、作業モードに応じてPM堆積量計算の補正を行う構成とする。これにより、作業モードに応じた適切なDPF再生を行うことが可能となる。
【0044】
図9はトラクターの往復の作業工程を図式化したものである。前述したように、通常はDPF46内にPMがある程度蓄積されると、DPF46の再生を行う構成である。しかしながら、農繁期においてはこの再生の時間が煩わしいことがある。そこで、図示しているように、圃場内での耕うん作業中において、左右の旋回をそれぞれ2回行うことで、自動的にDPF46の再生を行う構成とする。このように、こまめな再生を行うことで、時間を割いてDPF46の再生を行う必要がなくなる。また、左右の旋回をそれぞれ2回行い、次の旋回時に自動的にDPF46の再生を行うように構成しているので、昇温が素早くなる。
【0045】
DPF46内のPM堆積量は、DPF46前後の圧力センサの差圧等から判定する構成としている。しかしながら、更なる精度の良いPM堆積量の推定を行うことで、DPF46の破損等を防止できるようになる。
【0046】
そこで、プログラム制御により、エンジンを意図的のローアイドルからハイアイドルまでスイープさせ、ハイアイドル時の排気抵抗、DPF差圧を測定することで、DPFのPM堆積量を簡易的に割り出し、負荷が作用していないときでも、ハイアイドル時のPM堆積の危険の有無を診断する構成とする。これにより、任意に圧力で危険域に達していないかを判定できるので、DPFの破損や火災等を防止できるようになる。
【0047】
図10はエンジンEに後処理装置47を取り付ける構成である。本実施例では酸化触媒(DOC)45のみの構成としているが、DOC45の下流側にDPF46を設けるように構成してもよい。DOC45はセラミック製のハニカム担体に酸化触媒を担持したものである。後処理装置47の筒状ケース53は、排気マニホールド49に対してボルト55で組み付ける構成とする。
【0048】
そして、図11に示すように、後処理装置47は、両端が開放された前記筒状ケース53にDOC45をキャニングし、筒状ケース53に挿入して組み込んでいる構成である。この場合、筒状ケース53とDOC45との間にマット56を介している。過給器42も排気マニホールド49に組み付ける構成とし、過給器42の出口は、筒状ケース53の一端に直接またはスペーサを介して組み付ける構成としている。
【0049】
過給器42のタービンを回して出てくる排気ガスは、旋回成分を持ち、これが減衰する前に後処理装置47に入り、断面の急拡大部でも外周にガスが回る様にできるようになる。後処理装置47を過給器42の直近に配置することによって、排気ガス温度の低下を防止できるようになる。そして、配管部品が少なくなり、軽量、コンパクトで搭載性が良好となる。また、後処理装置47は複雑なキャニングが不要で、エンジン仕様に合わせてサイズ、貴金属担持量の設定が容易となり、低コスト化が可能となる。
【0050】
前記筒状ケース53については、排気マニホールド49と一体的に構成してもよい。即ち、アルミダイカストで排気マニホールド49と筒状ケース53を一体的に構成することで、取り付けボルト等が不要となる。
【0051】
図12は後処理装置47の筒状ケース53と、過給器42との連結構成を示している。筒状ケース53は、過給器42のタービンハウジング42cに対してスタッドボルト57等で連結する構成としている。これにより、過給器42と後処理装置47が安定して支持可能となる。また、図13に示すように、過給器42のタービンハウジング42cと後処理装置47の筒状ケース53との間に連結フランジ58を設け、この連結フランジ58を介して筒状ケース53を過給器42に取り付けるように構成してもよい。これにより、更なる取付強度が向上するようになる。
【産業上の利用可能性】
【0052】
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。
【符号の説明】
【0053】
1 コモンレール
21 作業機
36 燃費モード変更手段
100 ECU
E エンジン
L1 標準モードライン
L2 低燃費モードライン
【技術分野】
【0001】
この発明は、農業機械であるトラクタに関する。
【背景技術】
【0002】
エンジンに作用する負荷の状態により、エンジンの出力を標準モード又は省エネモードに切り換える構成は公知である(例えば、特許文献1参照。)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2007−231848号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
前述の公知技術は、エンジンに作用する負荷の状態により、エンジン性能カーブを標準モードに変更したり省エネモード(低燃費モード)に変更したりする。しかしながら、省エネモード(低燃費モード)を選択した場合の機体の車速制御と自動的に省エネモードに移行する技術については開示されておらず、このため、エンジン負荷の増大に対応できないという欠点がある。
【0005】
本発明の課題は、前述のような不具合を解消することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
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)と該エンジン(E)の制御を行うECU(100)、及び作業機(21)を搭載したトラクタにおいて、ECU(100)内にはエンジン回転数とトルクとの関係を示す性能曲線を少なくとも標準モードライン(L1)と低燃費モードライン(L2)とから構成し、該標準モードライン(L1)と低燃費モードライン(L2)との切り換えは燃費モード変更手段(36)で行う構成とし、前記低燃費モードライン(L2)を選択しているときにおいてはエンジン負荷が一定の範囲内となるようにトラクタの車速制御を行う構成とし、該車速制御にもかかわらずエンジン負荷が一定以上となると、前記標準モードライン(L1)に自動的に変更するように構成したことを特徴とするトラクタとしたものである。
【0007】
標準モードライン(L1)と低燃費モードライン(L2)との切り換えは燃費モード変更手段(36)で行う。低燃費モードライン(L2)を選択しているときにおいては、エンジン負荷が一定範囲内となるように車速制御を行う。この車速制御にもかかわらず、エンジン負荷が一定以上になると、自動的に標準モードライン(L1)に切り換える。
【発明の効果】
【0008】
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、低燃費モードライン(L2)(低出力カーブ)を選択している場合において、負荷率が一定となるように一定範囲内でHSTの車速を制御するので、燃費が良好となる。また、車速制御を行ったにもかかわらず、負荷率が一定値を越えると自動で標準モードライン(L1)(高トルク)に切り換える構成としているので、エンジンの回転低下を少なくすることができて、作業を続行可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】蓄圧式燃料噴射装置の全体構成図
【図2】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
【図3】トラクターの左側面図
【図4】トラクターの平面図
【図5】エンジン回転数と出力との関係を示す線図
【図6】低燃費モード選択時のフローチャート
【図7】エンジン周辺の模式図
【図8】エンジン周辺の側面図
【図9】トラクタの作業工程を示す平面図
【図10】(a)エンジンの側面図、(b)エンジンの背面図
【図11】後処理装置の断面図
【図12】過給器と後処理装置の断面図
【図13】過給器と後処理装置の断面図
【発明を実施するための形態】
【0010】
本発明を実施するための形態を説明する。
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。
【0011】
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。
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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35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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。21aは作業機21を昇降する油圧シリンダである。
【0027】
図1に示しているECU100には本機側の制御装置200が接続している。この制御装置200には、圃場の耕耘深さを自動的に設定する耕深設定手段(自動耕深レバー)30、耕深設定手段30の機能を入り状態とする自動耕深スイッチ30a、耕深優先又は車速優先のいずれか一方を選択する選択スイッチ(30b)、及びモニター(M)が接続している。また、図4にはこれらの配置位置が示されている。
【0028】
そして、前記自動耕深スイッチ30aが入り状態のときに前記選択スイッチ30bにより耕深優先又は車速優先のいずれか一方が選択された状態で作業機21を駆動して作業走行が開始されると、ECU100はエンジンの負荷率を検出して本機側の制御装置200に送信し、制御装置200は耕深を維持するための車速、又は車速を維持するための耕深を算出してモニターMに表示する構成としている。エンジンの負荷状態は、燃料の噴射状態とエンジン回転数センサE1から検出する構成としているが、その他の手段でもよい。
【0029】
これにより、耕深を維持するための適正な車速、又は車速を維持するための適正な耕深がモニターMに表示されるので、エンジンEに負担を増すことなく良好な作業が可能となる。また、燃料の過剰な消費を抑制可能となる。特に、エンジンにはコモンレール1を搭載しているので、適正な車速を維持するための燃料噴射制御が精度良く行われるようになり、燃費も改善される。
【0030】
また、自動耕深スイッチ30aが切り状態のときには、エンジンEの負荷状態をモニターMに表示する構成としている。これにより、自動耕深スイッチ30aが切り状態のときには、エンジンEの負荷状態をモニターMに表示するので、作業者はエンジンEの負荷状態を容易に確認することができ、状況によっては自動耕深スイッチ30aと選択スイッチ30bを入り状態として、耕深を維持するための適正な車速、又は車速を維持するための適正な耕深を速やかに把握可能となる。
【0031】
図5はエンジン回転数と出力との関係を示す性能カーブである。ラインL1が標準モードであり、ラインL2が低燃費モードである。
低燃費モードラインL2と標準モードラインL1との切り替えは前記燃費モードダイヤル(燃費モード変更手段)36で行うが、スイッチ方式でもよい。低燃費モードラインL2から標準モードラインL1への移行は、車両に負荷が作用する場合に移行する。標準モードラインL1を使用する場合は、燃料の噴射タインミングの進角は行わないが、低燃費モードラインL2を使用するときには、燃料の噴射タイミングを進角させる構成とする。
【0032】
このように、負荷率が低い場合は低燃費モードラインL2(低出力カーブ)を使用することで燃費が良化し、負荷率が高い場合は標準モードラインL1(高出力カーブ)を使用することで作業能率を落すことなく作業可能となる。特に、低燃費モードラインL2(低出力カーブ)を使用するときには、噴射タイミングを進角させることで、更に燃焼効率が上がり燃費が良くなる。
【0033】
図6は、前記低燃費モードラインL2(低出力カーブ)を選択している場合のフローチャートである。低燃費モードラインL2(低出力カーブ)を選択(ステップS1)すると、ステップS2で負荷率を確認する。そして、ステップS3で負荷率か80%未満であると、ステップS4でHSTによる車速制御を行い、負荷率が一定の範囲となるように制御を行う。また、ステップS3で負荷率が80%以上であれば、ステップS5に移行して標準モードラインL1へ自動的に移行する構成とする。
【0034】
このように、低燃費モードラインL2(低出力カーブ)を選択している場合において、負荷率が一定となるように一定範囲内でHSTの車速を制御するので、燃費が良好となる。また、車速制御を行ったにもかかわらず、負荷率が一定値を越えると自動で標準モードラインL1(高トルク)に切り替える構成としているので、エンジンの回転低下を少なくすることができて、作業を続行可能となる。
【0035】
前述した図6のステップS4においては、HSTによる車速制御で負荷率を一定範囲内となるように制御していたが、トラクタにおいては、圃場を耕す耕深制御で負荷率を一定範囲内に保持するように構成してもよい。また、副変速を変速して負荷率を制御するように構成してもよい。
【0036】
図7はエンジンEの模式図である。38はエアクリーナ、39はインタークーラー、40はサブエアクリーナ、41は蓄圧タンクである。42は過給器であり吸気タービン42aと排気タービン42bから構成されている。43は切換弁、44は逆止弁である。48はインテークマニホールド、49はエキゾーストマニホールドである。47は後処理装置である。
【0037】
この後処理装置47について説明する。エンジンのシリンダー内から排出された排気ガスは、後処理装置47を通過してマフラーから大気中に排出される。後処理装置47は、酸化触媒(DOC)45とディーゼルパティキュレートフィルター(DPF)46とから構成されている。
【0038】
酸化触媒(DOC)45は不燃物室を燃焼させるものであり、ディーゼルパティキュレートフィルター(DPF)46は粒子状物質(PM)を捕集するためのものである。
DPF46は、排気ガスの温度が低い状態(低負荷)が長時間続くと、粒状化物質(PM)が溜まってきて能力の低下が懸念される。そこで、DPF46を再生させる制御を行う構成とする。後処理装置47の前後に設けている圧力センサの差圧が大きくなると、PMが詰まっていると判断して運転者に警告を出しDPF46の再生を促す。DPF46の再生は、機体を停車させてエンジンを空運転させ、排ガス温度を規定温度まで上昇させてDPF46内のPMを焼き飛ばすようにする。これにより、DPF46内へのPMの溜めすぎを防止できるようになる。
【0039】
DPF46の手動再生時にインタークーラー39の下流側に設けた切換弁43を作動し、過給器42下流の圧縮空気をエンジンには供給せずに蓄圧タンク41に充填する構成とする。エンジンEへの吸入空気はサブエアクリーナを通して供給する。エンジンEは自然吸気で駆動するが、蓄圧タンク41への空気充填分が過給器42のコンプレッサーを介してエンジンへの負荷として加わるので、燃料噴射量、未燃燃料分が増加して早期にDPF46の再生を行うことが可能となる。
【0040】
蓄圧タンク41内の圧力が過剰にならないように制御することはもちろんである。そして、DPF46再生後は、蓄圧タンク41側への経路を閉じる。また、逆止弁44により、コンプレッサーで加圧された吸入空気はサブエアクリーナ40側には逆流しない構成としている。 前記蓄圧タンク41内に蓄圧された圧縮空気は、別の用途に使用可能である。例えば、ノズルを付けて機体の清掃等に利用してもよい。
【0041】
図8に示しているように、エンジンEの前方にはラジエータファン51、ラジエータ50、インタークーラー39、及びシャッター52を配置している。前述のように、DPF46再生時には、インタークーラー39前方のシャッター52を閉じて、吸気の冷却を行わない構成とする。吸気を冷却しないことで、排気温度が上昇し、DPF46の再生を早く完了可能となる。また、吸気の冷却を行なわないことでエンジンのシリンダー内温度が上昇し、ポスト噴射を行った燃料が蒸発して、白煙や刺激臭を防止できるようになる。
【0042】
また、前記ラジエータファン51のファン自体の翼角度をモータ等で自在の変更可能にしている。そして、DPF46の再生モード時において、目標排気ガス温度と、実排気ガス温度との差分により、ラジエータファン51のファンの翼角度を変更するように構成する。即ち、目標排気ガス温度に対して実排気ガス温度が低い場合は、送風量が少なくなるように制御する構成とする。これにより、排気ガス温度の昇温時間が短くなる、DPF46の再生効率が向上するようになる。
【0043】
また、トラクタでは、路上走行、耕うん作業、4WD走行、ローダー作業などいろいろなエンジン運転の条件がある。例えば、走行状態では負荷と小さいもののPM排出量は多くなる。一方、耕うん作業では、負荷は大きくなるもののPM排出量は少なくなる。このように、状態によりPM排出が変化してくるので、作業モード毎にPM堆積量計算用の補正マップを持ち、作業モードに応じてPM堆積量計算の補正を行う構成とする。これにより、作業モードに応じた適切なDPF再生を行うことが可能となる。
【0044】
図9はトラクターの往復の作業工程を図式化したものである。前述したように、通常はDPF46内にPMがある程度蓄積されると、DPF46の再生を行う構成である。しかしながら、農繁期においてはこの再生の時間が煩わしいことがある。そこで、図示しているように、圃場内での耕うん作業中において、左右の旋回をそれぞれ2回行うことで、自動的にDPF46の再生を行う構成とする。このように、こまめな再生を行うことで、時間を割いてDPF46の再生を行う必要がなくなる。また、左右の旋回をそれぞれ2回行い、次の旋回時に自動的にDPF46の再生を行うように構成しているので、昇温が素早くなる。
【0045】
DPF46内のPM堆積量は、DPF46前後の圧力センサの差圧等から判定する構成としている。しかしながら、更なる精度の良いPM堆積量の推定を行うことで、DPF46の破損等を防止できるようになる。
【0046】
そこで、プログラム制御により、エンジンを意図的のローアイドルからハイアイドルまでスイープさせ、ハイアイドル時の排気抵抗、DPF差圧を測定することで、DPFのPM堆積量を簡易的に割り出し、負荷が作用していないときでも、ハイアイドル時のPM堆積の危険の有無を診断する構成とする。これにより、任意に圧力で危険域に達していないかを判定できるので、DPFの破損や火災等を防止できるようになる。
【0047】
図10はエンジンEに後処理装置47を取り付ける構成である。本実施例では酸化触媒(DOC)45のみの構成としているが、DOC45の下流側にDPF46を設けるように構成してもよい。DOC45はセラミック製のハニカム担体に酸化触媒を担持したものである。後処理装置47の筒状ケース53は、排気マニホールド49に対してボルト55で組み付ける構成とする。
【0048】
そして、図11に示すように、後処理装置47は、両端が開放された前記筒状ケース53にDOC45をキャニングし、筒状ケース53に挿入して組み込んでいる構成である。この場合、筒状ケース53とDOC45との間にマット56を介している。過給器42も排気マニホールド49に組み付ける構成とし、過給器42の出口は、筒状ケース53の一端に直接またはスペーサを介して組み付ける構成としている。
【0049】
過給器42のタービンを回して出てくる排気ガスは、旋回成分を持ち、これが減衰する前に後処理装置47に入り、断面の急拡大部でも外周にガスが回る様にできるようになる。後処理装置47を過給器42の直近に配置することによって、排気ガス温度の低下を防止できるようになる。そして、配管部品が少なくなり、軽量、コンパクトで搭載性が良好となる。また、後処理装置47は複雑なキャニングが不要で、エンジン仕様に合わせてサイズ、貴金属担持量の設定が容易となり、低コスト化が可能となる。
【0050】
前記筒状ケース53については、排気マニホールド49と一体的に構成してもよい。即ち、アルミダイカストで排気マニホールド49と筒状ケース53を一体的に構成することで、取り付けボルト等が不要となる。
【0051】
図12は後処理装置47の筒状ケース53と、過給器42との連結構成を示している。筒状ケース53は、過給器42のタービンハウジング42cに対してスタッドボルト57等で連結する構成としている。これにより、過給器42と後処理装置47が安定して支持可能となる。また、図13に示すように、過給器42のタービンハウジング42cと後処理装置47の筒状ケース53との間に連結フランジ58を設け、この連結フランジ58を介して筒状ケース53を過給器42に取り付けるように構成してもよい。これにより、更なる取付強度が向上するようになる。
【産業上の利用可能性】
【0052】
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。
【符号の説明】
【0053】
1 コモンレール
21 作業機
36 燃費モード変更手段
100 ECU
E エンジン
L1 標準モードライン
L2 低燃費モードライン
【特許請求の範囲】
【請求項1】
コモンレール(1)を備えたエンジン(E)と該エンジン(E)の制御を行うECU(100)、及び作業機(21)を搭載したトラクタにおいて、ECU(100)内にはエンジン回転数とトルクとの関係を示す性能曲線を少なくとも標準モードライン(L1)と低燃費モードライン(L2)とから構成し、該標準モードライン(L1)と低燃費モードライン(L2)との切り換えは燃費モード変更手段(36)で行う構成とし、前記低燃費モードライン(L2)を選択しているときにおいてはエンジン負荷が一定の範囲内となるようにトラクタの車速制御を行う構成とし、該車速制御にもかかわらずエンジン負荷が一定以上となると、前記標準モードライン(L1)に自動的に変更するように構成したことを特徴とするトラクタ。
【請求項1】
コモンレール(1)を備えたエンジン(E)と該エンジン(E)の制御を行うECU(100)、及び作業機(21)を搭載したトラクタにおいて、ECU(100)内にはエンジン回転数とトルクとの関係を示す性能曲線を少なくとも標準モードライン(L1)と低燃費モードライン(L2)とから構成し、該標準モードライン(L1)と低燃費モードライン(L2)との切り換えは燃費モード変更手段(36)で行う構成とし、前記低燃費モードライン(L2)を選択しているときにおいてはエンジン負荷が一定の範囲内となるようにトラクタの車速制御を行う構成とし、該車速制御にもかかわらずエンジン負荷が一定以上となると、前記標準モードライン(L1)に自動的に変更するように構成したことを特徴とするトラクタ。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【公開番号】特開2011−74787(P2011−74787A)
【公開日】平成23年4月14日(2011.4.14)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−224967(P2009−224967)
【出願日】平成21年9月29日(2009.9.29)
【出願人】(000000125)井関農機株式会社 (3,813)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成23年4月14日(2011.4.14)
【国際特許分類】
【出願日】平成21年9月29日(2009.9.29)
【出願人】(000000125)井関農機株式会社 (3,813)
【Fターム(参考)】
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