作業車両用エンジンのパワー出力の制御方法及び制御装置
【課題】 エンジン制御装置４０は、建設機械などの作業車両の作業の状態を検出して自動的にエンジンのパワー出力能力を制御する。アームの油圧シリンダ１３の油圧検出器４５、アームやバケットの操作指令の検出器３２，３３、変速機２３のシフト操作検出器３１、車体の傾斜角検出器４６、走行加速度検出器４７、アクセル開度検出器４８からの検出信号に基づいて、掘削又は登坂走行が行われているか判定される。判定の結果、掘削又は登坂走行が行われている時は高パワー出力能力で、それ以外の時は低パワー出力能力で、エンジンが運転される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作業車両用エンジンのパワー出力を制御するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、建設機械等の作業車両において、作業の負荷に応じて、エンジンのパワー出力性能を切り替える技術が知られている（例えば特許文献１および２）。これらの技術によれば、作業車両は、高パワー出力まで得ることの可能な重作業モードと、より低いパワー出力までしか得られない軽作業モードを備えている。
【０００３】
運転者は、切替スイッチを操作することによって、これらのモードを手動で選択する。即ち、これから行なう作業が重作業であると判断すれば重作業モードを、軽作業であると判断すれば軽作業モードを、それぞれ選択する。
【０００４】
このとき、エンジンを制御するコントローラは、切替スイッチからの指示に基づいて、エンジンのパワー出力能力を制御する。即ち、軽作業モードにおいては、例えば燃料供給量を制限することで、エンジンのパワー出力範囲を、定格パワー出力より低い所定の値以下に制限する。これに対し、重作業モードにおいては、エンジンのパワー出力が定格パワー出力又は最大パワー出力まで到達できるよう、上記のような制限を加えない。
【０００５】
これにより、軽作業時には、低く狭いパワー出力範囲が使用されるので、消費エネルギが小さくなり燃費が低減する。そして、重作業時には、エンジンのパワー出力に制限が加わらないから、作業を円滑に行うために充分なパワー出力を得ることが可能である。
【０００６】
【特許文献１】特開平０８−２１８４４２号公報
【特許文献２】特開平１１−２９３７１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
或る種の作業車両は、重作業のみ又は軽作業のみを連続的に行なうのではなく、一連の作業工程の中で、重作業と軽作業とを交互に行なうことが多い。例えば、ホイールローダでの典型的な掘削積込作業の場合、車両が作業対象物にアプローチし（軽作業）、作業対象物を掘削してバケットに積み込み（重作業）、作業対象物をダンプトラック等の運搬車両上にダンプする（軽作業）などの工程が逐次に行われる。
【０００８】
この種の作業車両又は作業工程において、従来技術の利点を最大限に享受するには、重作業と軽作業が切り替わるたびに、運転者が切替スイッチを操作しなければならない。しかし、作業工程中に頻繁にスイッチ操作を行なうのは非常に面倒である。その結果、常に切替スイッチを重作業モードに固定して作業を行なう場合が多く、燃費の低減が期待できない。他方、燃費を重視して、切替スイッチを軽作業モードに固定して作業を行なった場合には、掘削等の重作業時に充分なパワー出力が得られず、作業能率が低下するおそれがある。
【０００９】
本発明の目的は、建設機械などの作業車両において、作業の状態に応じて自動的にエンジンのパワー出力能力を制御することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に従えば、エンジンからのパワー出力を消費する１又は複数の作業負荷の状態に関する１又は複数の変数値が検出され、検出された変数値に基づいて、エンジンのパワー出力能力が制御される。その結果、作業の状態に応じて自動的にエンジンのパワー出力能力を制御することができる。
【００１１】
上記作業負荷には、例えばアームやバケットのような作業機が含まれ得る。作業機の状態に関する変数値として、例えば、上記作業機を動かすための油圧シリンダの油圧、上記作業機に対して行われる操作の種類、又は、上記作業機の位置又は姿勢などが採用し得る。
【００１２】
或いは、上記作業負荷には、例えば車輪や変速機などからなる走行装置が含まれ得る。走行装置の状態に関する変数値として、例えば、変速機に対して行われるシフト操作の種類又は選択される速度段、車体の前後方向（つまり走行方向）における傾斜角、走行速度、又はアクセルペダルの開度に応じた走行加速度などが採用し得る。
【００１３】
一つの制御例として、作業機又は走行装置の状態に関する特定の変数値の検出結果に基づいて、掘削が行われているか否かを判定することができる。この判定結果に応じて、掘削が行われていないと判定された場合における上限出力トルクカーブが、掘削が行われていると判定された場合における上限出力トルクカーブよりも低くなるように、パワー出力能力の制御を行なうことができる。
【００１４】
別の制御例として、走行装置の状態に関する特定の変数値の検出結果に基づいて、登坂走行が行われているか否かを判定することができる。その判定結果に応じて、登坂走行が行われていないと判定された場合における上限出力トルクカーブが、登坂走行が行われていると判定された場合における上限出力トルクカーブよりも低くなるように、パワー出力能力を制御することができる。
【００１５】
また別の制御例として、作業機及び走行装置の状態に関する特定の変数値の検出結果に基づいて、掘削が行われているか否かの判定と、登坂走行が行われているか否かの判定とを並行的に行うことができる。そして、掘削と登坂走行のいずれもが行われていないと判定された場合における上限出力トルクカーブが、掘削と登坂走行の少なくとも一方が行われていると判定された場合における上限出力トルクカーブよりも低くなるように、パワー出力能力を制御することができる。
【００１６】
また別の制御例として、作業機及び走行装置の状態に関する特定の変数値の検出結果に基づいて、異なる種類の工程のうちのどれが行われているか否かを判定することができる。そして、判定された工程に応じて上限出力トルクカーブが異なるように、エンジンのパワー出力能力を制御することができる。
【００１７】
また更に別の制御例として、作業機又は走行装置の状態に関する特定の変数値の検出結果に基づいて、作業機又は走行装置といった作業負荷が要求するパワー出力の大きさの程度を判定することができる。そして、その判定結果に応じて前記パワー出力能力を段階的に又は連続的に制御することができる。
【００１８】
好適な実施形態では、作業機を動かす油圧シリンダの圧力の検出値に基づいて、掘削工程が行われているか否かが判定される。作業機の油圧シリンダ圧力は、掘削工程の開始と終了に敏感に応答して変化するので、掘削工程の判定の確実性が高い。そして、掘削工程が行われている時には、高いエンジンが元来持つフルのパワー出力能力が発揮できる高出力モードでエンジンが運転される。一方、掘削工程以外の時には、高出力モードより低くパワー出力能力を制限した低出力モードでエンジンが運転される。低出力モードでは、その上限出力トルクカーブが、高出力モードの上限出力トルクカーブに所定の１未満の係数を乗じたものになるように制限される。
【００１９】
好適な実施形態では、また、走行中の車体の傾斜角、又はアクセルペダル開度に応じた走行加速度の検出結果に基づいて、登坂走行中か否かが判定される。そして、掘削工程だけでなく、登坂走行が行われているときにも、上記の高出力モードでエンジンが運転される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】ホイールローダの側面図。
【図２】ホイールローダの掘削積込作業の工程の一例を示す説明図。
【図３】エンジン制御装置の系統図。
【図４】エンジンの制御手順の概略を示すフローチャート。
【図５】高出力モードと低出力モードでのエンジンのパワー出力能力に相当する上限出力トルクカーブの一例を示すグラフ。
【図６】高出力モードと低出力モードでのエンジンのパワー出力能力に相当する上限出力トルクカーブの別の例を示すグラフ。
【図７】掘削工程でのホイールローダの作業機の状態を示す側面図。
【図８】リフトシリンダのボトム圧の変化を示すグラフ。
【図９】掘削工程の開始を判定する制御手順を示すフローチャート。
【図１０】掘削工程の終了判定する制御手順を示すフローチャート。
【図１１】作業機の掘削位置を示す側面図。
【図１２】掘削工程時と登坂走行時に高出力モードを選択する制御手順の概略を示すフローチャート。
【図１３】現在どの工程が行われているかを判定してエンジンの出力モードを切り替える制御の説明図。
【符号の説明】
【００２１】
１：ホイールローダ、２：運転室、３：エンジンルーム、４：後輪、５：後部車体、６：前輪、７：前部フレーム、１０：作業機、１１：リフトアーム、１２：バケット、１３：リフトシリンダ、１４：チルトアーム、１５：チルトシリンダ、１６：チルトロッド、２０：走行装置、２１：エンジン、２２：トルクコンバータ、２３：変速機、２４：分配機、２５：減速機、２６：可変容量型油圧ポンプ、２７：ガバナ、２８：上限出力トルクカーブ、２９：マッチングカーブ、３０：運転操作装置、３１：シフト位置検出装置、３２：アーム操作指示検出装置、３３：バケット操作指示検出装置、３４：速度メータ、４０：エンジン制御装置、４１：容量制御装置、４２：吐出回路、４３：チルト操作弁、４４：リフト操作弁、４５：ボトム圧検出器、４６：傾斜角検出器、４７：加速度検出器、４８：アクセル開度検出器、４９：アクセルペダル、５０：コントローラ。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に本発明に従う作業車両のエンジンの制御装置と制御方法について、図面を参照して幾つかの実施形態を詳述する。
【００２３】
以下の開示では、作業車両としてホイールローダを例にとり、ホイールローダのエンジンのパワー出力を制御するための本発明の実施形態が説明される。しかし、ホイールローダは本発明の説明のための例示であり、それ以外の種々の作業車両のエンジンパワー出力制御にも本発明が適用可能である。
【００２４】
図１は、作業車両の一例であるホイールローダ１の側面図である。
【００２５】
図１に示すように、ホイールローダ１は、運転室２、エンジンルーム３及び後輪４，４を有する後部車体５と、前輪６，６を有する前部フレーム７とを有する。前部フレーム７には、作業機１０が取付けられている。
【００２６】
作業機１０において、リフトアーム１１が、その基端部を揺動自在にして、前部フレーム７に取付けられている。前部フレーム７とリフトアーム１１とは一対のリフトシリンダ１３，１３により連結され、リフトシリンダ１３，１３が伸縮することにより、リフトアーム１１が揺動する。リフトアーム１１の先端部には、バケット１２が揺動自在に取付けられている。
【００２７】
チルトアーム１４が、そのほぼ中央部にて、回動自在にリフトアーム１１に支持されている。チルトアーム１４の一端部と前部フレーム７とは、チルトシリンダ１５により連結され、チルトアーム１４の他端部とバケット１２とは、チルトロッド１６により連結されている。チルトシリンダ１５が伸縮するとバケット１２が揺動する。
【００２８】
後部車体５には、ホイールローダ１を走行させるための走行装置２０と、走行装置２０にパワー出力を供給するエンジン２１とが搭載されている。走行装置２０は、トルクコンバータ２２、前後進切り替え及び複数段の変速段切り替えが可能な変速機２３、分配機２４、並びに、後輪４及び前輪６を駆動する減速機２５，２５等から構成されている。エンジン２１のパワー出力はトルクコンバータ２２及び変速機２３を順に通じて分配機２４に伝達され、そこから後輪４と前輪６に分配される。
【００２９】
後部車体５には、また、上述したリフトシリンダ１３及びチルトシリンダ１５に圧油を供給する可変容量型油圧ポンプ２６も搭載されている。可変容量型油圧ポンプ２６は、上述したエンジン２１からのパワー出力の一部を使って駆動される。
【００３０】
運転室２内には、運転者により操作される変速機シフトレバー、アクセルペダル、ブレーキペダル、ならびにリフトシリンダ１３及びチルトシリンダ１５を操作するレバー等を含む運転操作装置３０が設けられている。運転者は、運転操作装置３０を操作することにより、ホイールローダ１の前後進の切り替え、走行速度の調節（加速と減速）及び作業機１０（リフトシリンダ１３及びチルトシリンダ１５）の操作を行うことができる。
【００３１】
さらに、後部車体５には、運転操作装置３０からの操作信号に応答してリフトシリンダ１３及びチルトシリンダ１５の駆動を制御したり、本発明の原理に従ってエンジン２１のパワー出力能力を制御したりするためのエンジン制御装置（図１では図示省略）が搭載されている。このエンジン制御装置の詳細については後に説明する。
【００３２】
このようなホイールローダ１において、エンジン２１のパワー出力を消費する負荷コンポーネントには、作業負荷と寄生負荷がある。作業負荷とは、車両の外部環境に直接働きかける作業（土や岩の掘削や持ち上げ、車両自体の移動など）を行うために、エンジン２１からのパワー出力を要求するコンポーネントである。作業負荷には、例えば上述した作業機械１０、可変容量型油圧ポンプ２６、及び走行装置２０が含まれる。これに対し、寄生負荷とは、作業ではなく車両内部の動作のために、エンジン２１からのパワー出力を要求するコンポーネントである。寄生負荷には、例えばエンジン冷却装置や空調装置やバッテリ充電装置などが含まれるが、いずれも図１では図示省力されている。
【００３３】
上述したエンジン制御装置は、作業負荷（例えば作業機械１０、可変容量型油圧ポンプ２６、及び走行装置２０）の状態（以下、作業状態という）を検出し、作業状態の検出結果から、作業負荷が要求するパワー出力の程度を推測してエンジン２１のパワー出力能力を制御する機能を有する。一連の複数の工程から構成される作業を行うとき、作業負荷が要求するパワー出力の程度は工程によって異なることが多い。例えば、一連の工程中、特定の工程では比較的に高いパワー出力が要求されるが、他の工程では比較的に低いパワー出力で足りるということがある。以下では、ホイールローダ１が使われる典型的な作業種類である掘削積込作業を例にとり、エンジン制御装置によるパワー出力制御について具体的に説明する。
【００３４】
図２は、ホイールローダ１の掘削積込作業を構成する一連の工程の例を示す。
【００３５】
ホイールローダ１は、次のような複数の工程を順次に行うことを繰り返して、作業対象物を掘削し、ダンプトラック等の運搬機械に作業対象物を積み込んでいる。
【００３６】
前進工程（図２Ａ）：運転者はリフトシリンダ１３及びチルトシリンダ１５を操作して、作業機１０をリフトアーム１１が低い位置にありバケット１２が水平を向いた掘削姿勢にして、車両を作業対象物に向けて前進させる。
【００３７】
掘削工程（図２Ｂ、図２Ｃ）：運転者は車両を更に前進させバケット１２の刃先を作業対象物に突っ込み（図２Ｂ：突込みサブ工程）、そして、チルトシリンダ１５を操作してバケット１２をチルトバックさせ、バケット１２内に作業対象物を掬い込む（図２Ｃ：掬込みサブ工程）。掬込みサブ工程は、作業対象物の種類によって、バケット１２を１回チルトバックさせるだけで完了する場合もあるし、或いは、バケット１２をチルトバックさせ、中立にし、再びチルトバックさせるという動作を繰り返す場合もある。
【００３８】
後進・ブーム上昇工程（図２Ｄ）：バケット１２に作業対象物をすくい込んだ後、運転者は、車両を後進させつつ、リフトシリンダ１３を伸張させてリフトアーム１１を上昇させる。
【００３９】
前進・ブーム上昇工程（図２Ｅ）：運転者は車両を前進させてダンプトラックに接近しつつ、バケット１２の高さが積込高さになるまで、リフトシリンダ１３をさらに伸張させてリフトアーム１１を上昇させる。
【００４０】
排土工程（図２Ｆ）：運転者は所定位置でバケット１２をダンプして作業対象物をダンプトラックの荷台上に積み込む。この工程は、その前の前進・ブーム上昇工程から連続的に前進しつつ行われることも多い。
【００４１】
後進・ブーム下げ工程（図２Ｇ）：運転者は車両を後進させながらリフトアーム１１を下げ、バケット１２を掘削姿勢に戻す。
【００４２】
以上が、掘削積込作業の１サイクルをなす典型的な工程である。
【００４３】
さらに、図２Ｈには、車両が単純に走行する単純走行工程が示されている。この工程では、運転者はリフトアーム１１を低い位置にして、車両を前進させる。バケット１２に荷を積んで荷を運搬する場合もあるし、荷を積まずに走行する場合もある。
【００４４】
これら６種類の工程で必要とされるエンジン２１のパワー出力は、工程ごとに異なる。特に、掘削工程（図２Ｂ、図２Ｃ）では、他の工程のどれよりも、大きなパワー出力が必要とされる。そこで、現在行われている工程を判別して、それに必要なパワー出力を出力できるように、エンジン２１のパワー出力能力の制御が行うことが望ましい。その場合、上記の６種類の工程を、掘削工程とそれ以外の工程という２つの種類に大分類して、エンジン２１のパワー出力能力を２段階で制御することが可能である。或いは、上記の６種類の工程を３種類以上に分類して、エンジン２１のパワー出力能力を３段階以上で制御してもよい。或いは、工程を判別するというより、むしろ、作業負荷が要求するパワー出力の程度を判断して、それに応じてエンジン２１のパワー出力能力を段階的又は連続的に変化させるようにしてもよい。
【００４５】
ここで、エンジン２１のパワー出力能力とは、最高でどの程度のパワー出力を出力することが可能かというエンジン２１の能力又はキャパシティである。エンジン２１のパワー出力能力の制御は、典型的には、例えば、エンジン２１への燃料噴射量の上限値を制御するという方法で行うことができる。例えば、燃料噴射量の上限値をより大きく設定すれば、パワー出力能力はより高くなるし、燃料噴射量の上限値をより小さく設定すれば、パワー出力能力はより低くなる。エンジン２１が回転数に応じて出力できる上限出力トルクを示したトルクカーブを用いて、パワー出力能力を表現することができる。上限出力トルクカーブがより高ければ、パワー出力能力がより高いということになる。
【００４６】
図３は、エンジン２１のパワー出力能力の制御を行なうエンジン制御装置４０の一例を示す系統図である。
【００４７】
図３において、コントローラ５０は、例えばプログラムメモリやワークメモリとして使用される記憶装置、プログラムを実行するＣＰＵを有するコンピュータにより実現されることができる。コントローラ５０は、図示しない燃料噴射ポンプからエンジン２１へ供給される燃料噴射量を調節してエンジン２１のパワー出力を制御するガバナ２７と接続されている。コントローラ５０からガバナ２７に指令を出力して燃料噴射量を変化させることにより、エンジン２１のパワー出力を変更することができるようになっている。エンジン２１は、作業負荷の一つである可変容量型油圧ポンプ２６を駆動する。
【００４８】
可変容量型油圧ポンプ２６には、容量制御装置４１が接続されている。コントローラ５０から容量制御装置４に指令を出力して、可変容量型油圧ポンプ２６の容量を変更することができるようになっている。可変容量型油圧ポンプ２６の吐出回路４２上には、作業負荷の一つであるチルトシリンダ１５に接続するチルト操作弁４３と、同じく作業負荷の一つであるリフトシリンダ１３に接続するリフト操作弁４４とが設けられている。
【００４９】
リフトシリンダ１３のボトム側には、ボトム圧検出器４５が設けられている。（ここで、シリンダの「ボトム側」とは、その側の油圧が高くなるとシリンダが伸長する側のことをいう。「ボトム側」とは反対の側は、「ヘッド側」又は「ロッド側」と呼ばれる。）ボトム圧検出器４５は、例えば圧力スイッチである。ボトム圧検出器４５から出力されるボトム圧の検出信号は、コントローラ５０に入力される。
【００５０】
またコントローラ５０は、運転操作装置３０に含まれる変速機シフトレバーの位置を検出するシフト位置検出装置３１と接続され、シフト位置検出装置３１からのシフト位置の検出信号を入力し、作業負荷の一つである走行装置２０の変速機２３のシフト操作（又はソフト操作により選択された速度段）を検出する。変速機２３が例えば前進４速度段（Ｆ１〜Ｆ４）および後進２速度段（Ｒ１、Ｒ２）を有する変速機２３の場合、シフト位置検出信号に基づいて、コントローラ５０は、シフト操作によりＦ１〜Ｆ４、Ｒ１、Ｒ２のうちのどの速度段を選択されたかを検出する。
【００５１】
コントローラ５０は、また、運転操作装置３０に含まれるリフトシリンダ操作レバー（リフトアーム操作レバー）の位置（つまり、運転者からのアーム操作指示）を検出するアーム操作指示検出装置３２と接続され、アーム操作指示検出装置３２からの操作指示検出信号を入力する。コントローラ５０は、この操作指示検出信号に基づいて、リフト操作弁４４を制御して、リフトアーム１１を操作する。また、コントローラ５０は、アーム操作指示検出装置３２からの検出信号またはリフト操作弁４４への操作信号に基づいて、リフトアーム１１に対して現在行われている操作の種類（例えば、上げる、中立、下げる、フロート）を検出する。
【００５２】
コントローラ５０は、また、運転操作装置３０に含まれるチルトシリンダ操作レバー（バケット操作レバー）の位置（つまり、運転者からのバケット操作指示）を検出するバケット操作指示検出装置３３と接続され、バケット操作指示検出装置３３からの操作指示検出信号を入力する。コントローラ５０は、バケット操作指示検出信号に基づいて、チルト操作弁４３を制御することにより、バケット１２を操作する。また、コントローラ５０は、バケット操作指示検出装置３３からの操作指示検出信号またはチルト操作弁４３への操作信号に基づいて、バケット１２に対して現在行われている操作の種類（例えば、チルトバック、中立、ダンプ）を検出する。
【００５３】
コントローラ５０は、さらに、車両の走行速度を検出する速度メータ３４に接続され、速度メータ３４から走行速度の検出信号を入力する。
【００５４】
コントローラ５０は、検出された変速機２３のシフト操作（選択された速度段）、リフトシリンダ１３のボトム圧、リフトアーム１１の操作、バケット１１の操作、および車両の走行速度などの、作業負荷の各種状態を示す各種変数値のうちの１又はそれ以上の変数値に基づいて、本発明の原理に従い、エンジン２１のパワー出力能力を制御する。以下、この制御の手順について説明する。
【００５５】
図４に、エンジン２１の出力能力の制御手順の一例の概略をフローチャートで示す。
【００５６】
図４に示される制御では、上記の作業状態を示す特定の変数値に基づいて、現在行われている工程が、特に高いパワー出力が要求される所定の工程（例えば掘削工程）であるか否かが判断される。その判断結果に応じて、エンジンのパワー出力能力を制御するモードとして、予め用意された「低出力モード」と「高出力モード」の２種類の制御モードのうちのいずれか一方が選択される。この２種類の制御モードの具体的意味については後に説明する。
【００５７】
図４に示すように、ステップＳ１１で、コントローラ５０は、まずエンジン２１の始動と同時にガバナ２７に指令を出力し、エンジン２１を低出力モードで運転させる。低出力モードでは、コントローラ５０は、ガバナ２７に指令して、例えば図示しない燃料噴射ポンプの噴射量（ｍｇ／ストローク）の可変範囲の上限値を所定の低い値に制限するなどの方法で、エンジン２１のパワー出力能力を高出力モードよりも低く制限する。
【００５８】
そしてステップＳ１２で、コントローラ５０は、後述する掘削開始判定を行って、ホイールローダ１が掘削工程中（前述した図２Ａから図２Ｂ）であるか否かを判定する。ステップＳ１２の結果、掘削作業中でなければ、制御はステップＳ１１に戻る。
【００５９】
ステップＳ１２の結果、掘削作業中であればステップＳ１３に進み、コントローラ５０は、ガバナ２７に指令を出力し、エンジン２１を高出力モードで運転する。高出力モードでは、コントローラ５０は、燃料噴射ポンプの噴射量に対する上述の制限を解除することで、噴射量の可変範囲の上限値を低出力モードよりも高くするなどして、エンジン２１のパワー出力能力を低出力モードよりも高くする（例えば、エンジン２１が本来的にもつ最大のパワー出力を発揮できるようにする）。
【００６０】
そしてステップＳ１４においてコントローラ５０は、後述する掘削終了判定を行って、ホイールローダ１の掘削工程が終了したか否かを判定する。ステップＳ１４の結果、掘削工程が終了していなければ、ステップＳ１３に戻る。また、ステップＳ１４の結果、掘削工程が終了していれば、ステップＳ１１に戻って、エンジン２１を再び低出力モードで運転する。
【００６１】
以下、図４に示したフローチャートのそれぞれのステップについて、詳細に説明する。
【００６２】
まず、ステップＳ１１とＳ１４に示した、エンジン２１の高出力モードと低出力モードとについて説明する。図５に、高出力モードと低出力モードでのエンジン２１のパワー出力能力を示すトルクカーブの一例を示す。図４において、横軸がエンジン２１の回転数であり、縦軸が出力トルクである。また、曲線２９が、トルクコンバータ２２のマッチングカーブである。
【００６３】
図５において、実線２８Ａが、エンジン２１のパワー出力能力に制限を加えず高パワー出力が得られるようにした高出力モードでのエンジン２１の上限出力トルクのカーブを示し、これは例えばエンジン２１の定格又は最大のパワー出力に相当する。エンジン２１の出力トルクは、運転者のアクセルペダル操作による燃料噴射量の調節によって可変であるが、その可変範囲は、上限出力トルクカーブ２８Ａ以下の範囲である。
【００６４】
一方、破線２８Ｂは、高出力モードよりも低いパワー出力能力しか得られないようにした低出力モードでのエンジン２１の上限出力トルクのカーブを示す。低出力モードでの上限出力トルクカーブ２８Ｂは、高出力モードでの上限出力トルクカーブ２８Ａの係数α倍（α＜１）（例えば８０％）になるように制限される。低出力モードでは、エンジン出力の可変範囲は、上限出力トルクカーブ２８Ｂ以下の低い範囲に制限される。その反面、燃料の節約ができるという利点がある。コントローラ５０は、ガバナ２７を制御して、燃料噴射量に制限を加える（例えば、燃料噴射量の上限値を高出力モードのときのそれより低くする）などの方法により、低出力モードを実行する。
【００６５】
また、図６に、別の制御例にかかるエンジン２１のパワー出力性能を示すトルクカーブを示す。図６において、破線２８Ｃが低出力モードでの上限出力トルクカーブを示し、これは、上述の図５に示す低出力モードでの上限出力トルクカーブ２８Ｂより更に低く制限された出力トルク可変範囲を意味する。このように、エンジンのパワー出力性能を制限する場合に、具体的にどのようなトルクカーブを採用するかについては、様々なバリエーションがある。図５と図６に示した低出力モードでの上限出力トルクカーブ２８Ｂと２８Ｃのうちの一方だけを採用しても良いし、或いは、状態に応じて上限出力トルクカーブ２８Ｂと２８Ｃを使い分けても良い。
【００６６】
図７は、ホイールローダ１が、バケット１２で作業対象物を掘削している状態を示す側面図である。
【００６７】
図７に示すように、掘削工程では、車両が矢印Ａの方向に前進してバケット１２の刃先を作業対象物Ｚに突っ込み、そして、バケット１２をチルトバックさせる。この動作中、バケット１２には、矢印Ｂ及び矢印Ｃの方向に力が加わる。その結果、リフトシリンダ１３及びチルトシリンダ１５のボトム側（その側の油圧が高くなるとシリンダが伸長する側）には、高い油圧が発生する。また作業姿勢によっては、バケット１２には矢印Ｄの方向の力が加わり、この場合には、チルトシリンダ１５のヘッド側（ロッド側）に高い油圧が発生する。
【００６８】
これらの油圧の大きさは、掘削工程時と他の工程時とでは明らかに異なる。従って、これらの油圧の少なくとも一つの大きさから、掘削工程が行われている否かを判定することができる。例えば、リフトシリンダ１３のボトム側の油圧（以下、リフトシリンダ１３のボトム圧と言う）を、予め定めた基準値と比較することで、掘削工程中であるか否かを判定することができる。あるいは、チルトシリンダ１５のボトム側の油圧（以下、チルトシリンダ１５のボトム圧と言う）を、予め定めた基準値と比較することで、掘削工程中であるか否かを判定することもできる。
【００６９】
図８は、ホイールローダ１の掘削積込作業時の図２Ａから図２Ｇに示した各工程における、リフトシリンダ１３のボトム圧の変化の一例を示すグラフである。図８において縦軸はリフトシリンダ１３のボトム圧を示し、横軸は時間を示す。
【００７０】
図８に示すように、リフトシリンダ１３のボトム圧は前進工程（図２Ａ）ではかなり低く、掘削工程（図２Ｂ、Ｃ）が開始すると急峻に大幅に上昇し、掘削工程（図２Ｂ、Ｃ）の全区間にわたり継続してかなり高く、掘削工程が終了すると急激に大幅に低下する。今、一つの基準値として図８に示すような圧力Ｐを設定した場合、リフトシリンダ１３のボトム圧は、前進工程では全区間にわたり基準値Ｐより低く、掘削工程では全区間にわたり基準値Ｐより大幅に高く、その差は明瞭である。
【００７１】
また、後進・ブーム上昇工程（図２Ｄ）、前進・ブーム上昇工程（図２Ｅ）、及び排土工程（図２Ｆ）の前半では、リフトシリンダ１３のボトム圧は基準値Ｐより高く、その後は基準値Ｐより低くなる。前進工程の時間は、通常数秒間（例えば５秒）程度ある。従って、リフトシリンダ１３のボトム圧が、所定の時間（例えば１秒）にわたって所定の圧力Ｐより低く、その後、上昇して基準値Ｐを超えた時点を検出すると、その時点が、掘削工程の開始時点であると検知できる。
【００７２】
以下、図９に示したフローチャートを用いて、掘削工程の開始時点を検知する制御について具体的に説明する。
【００７３】
作業開始後、ステップＳ１０１で、コントローラ５０は、ボトム圧検出器４５の検出結果に基づき、リフトシリンダ１３のボトム圧が基準値Ｐ以下か否かを判定する。ステップＳ１０１の結果がＮＯの場合には、制御はステップＳ１０１の前に戻る。ステップＳ１０１の結果がＹＥＳの場合には、制御はステップＳ１０２に進み、コントローラ５０は時間計測を開始する。
【００７４】
ステップＳ１０３でコントローラ５０は、リフトシリンダ１３のボトム圧が基準値Ｐ以下である状態が、所定時間（例えば１秒）以上続いたか否かを判定する。ステップＳ１０３の結果がＮＯの場合には、制御はステップＳ１０３の前に戻る。ステップＳ１０３の結果がＹＥＳの場合には、制御はステップＳ１０４に進み、コントローラ５０はリフトシリンダ１３のボトム圧が基準値Ｐを越えたか否かを判定する。ステップＳ１０４の結果がＮＯの場合には、制御はステップＳ１０４の前に戻る。ステップＳ１０４の結果がＹＥＳの場合には、制御はステップＳ１０５に進み、コントローラ５０は掘削工程の開始と判定する。
【００７５】
次に、図４のステップＳ１４に示した、掘削工程が終了したか否かを判定する掘削終了判定の制御について説明する。
【００７６】
図２に示した掘削積込作業の各工程で車両の移動方向及び図８に示した各工程でのリフトシリンダ１３のボトム圧の変化に基づいて、掘削工程が終了したことは、次のような判定条件Ａ１、Ａ２及びＡ３を用いて判定することができる。
【００７７】
判定条件Ａ１：掘削工程が開始した後、変速機２３が前進から、中立又は後進へ切り替えられる。
【００７８】
判定条件Ａ２：掘削工程が開始した後、リフトシリンダ１３のボトム圧が基準値Ｐよりも下がり、その後、所定の時間（例えば１秒）にわたって、基準値Ｐより低い状態を保つ。
【００７９】
ところで、図９に示した掘削開始判定の制御の中のステップＳ１０５において掘削工程の開始と一旦判定した場合であっても、実は掘削工程でなかったという場合がある。例えば、車両が作業対象物Ｚに衝突してすぐに下がるなどして、リフトシリンダ１３のボトム圧が基準値Ｐを一瞬だけ越えたような場合、或いは、前進中に路面の凹凸で作業機１０にショックが瞬間的に発生した場合などが、これに相当する。このような場合には、掘削工程がまだ実際に開始されてないから、エンジン２１を高出力モードから低出力モードに戻す必要がある。この制御を行うために、掘削工程の開始と判断された後、リフトシリンダ１３のボトム圧が基準値Ｐを越えている継続時間を測定し、この継続時間が所定の時間長を越えない場合には、掘削工程が終了した（まだ開始してない）と判断する。これを、判定条件Ａ３と呼ぶ。
【００８０】
本実施形態においては、上記の判定条件Ａ１〜Ａ３のうちいずれか１つでも満たした場合に、掘削作業が終了したと判断する。
【００８１】
以下、図１０に示したフローチャートを用いて、掘削工程の終了を検知する制御について具体的に説明する。
【００８２】
まず、判定条件Ａ１について説明する。ステップＳ１０９でコントローラ５０は、シフト位置検出装置３１（図３）からの検出信号を入力し、変速機２３が中立または後進位置にあるか否かを判定する。ステップＳ１０９の結果がＮＯの場合には、制御はステップＳ１０９の前に戻る。ステップＳ１０９の結果がＹＥＳの場合には、制御はステップＳ１１０に進み、コントローラ５０は掘削工程が終了したと判断する。
【００８３】
次に、判定条件Ａ２について説明する。ステップＳ１１４でコントローラ５０は、リフトシリンダ１３のボトム圧が基準値Ｐより下がったか否かを判定する。ステップＳ１１４の結果がＮＯの場合には、制御はステップＳ１１４の前に戻る。ステップＳ１１４の結果がＹＥＳの場合には、制御はステップＳ１１５に進み、コントローラ５０は時間計測を開始する。
【００８４】
ステップＳ１１６でコントローラ５０は、計測している時間、すなわちリフトシリンダ１３のボトム圧が基準値Ｐより低い状態が継続する時間が、予め定めた第２設定時間（例えば０．５秒）以上続いたか否かを判定する。ステップＳ１１６の結果がＮＯの場合には、制御はステップＳ１１６の前に戻る。ステップＳ１１６の結果がＹＥＳの場合には、制御はステップＳ１１０に進み、コントローラ５０は掘削工程が終了したと判断する。
【００８５】
次に、判定条件Ａ３について説明する。ステップＳ１１２でコントローラ５０は、時間計測を開始する。ステップＳ１１３でコントローラ５０は、計測している時間、すなわちリフトシリンダ１３のボトム圧が基準値Ｐより高い状態が継続している時間が、予め定めた第１設定時間（例えば１秒）を越えたか否かを判定する。ステップＳ１１３の結果がＹＥＳの場合には、制御はステップＳ１１２の前に戻る。ステップＳ１１３の結果がＮＯの場合には、コントローラ５０はステップＳ１１０に進み、掘削作業終了と判断する。
【００８６】
なお、変形例として、判定条件Ａ１及びＡ２の判定を行う前に、判定条件Ａ３の判定を行い、判定条件Ａ３のステップＳ１１３の結果がＹＥＳである場合に判定条件Ａ１及びＡ２の判定を行うようにしてもよい。或いは、別の変形例として、判定条件Ａ３の判定を、図９に示した掘削開始判定のステップＳ１０５の直後に行い、図１０に示した掘削終了判定の制御では、判定条件Ａ３の判定を省略してもよい。
【００８７】
以上説明したように、コントローラ５０は、リフトシリンダ１３のボトム圧の状態に主に基づいて、現在の工程が掘削工程であるか否かを判断し、掘削工程中はエンジン２１のパワー出力能力を高出力モードに制御し、掘削工程以外の時には、エンジン２１のパワー出力能力を低出力モードに制御する。これにより、重作業時には高いパワー出力能力で、その他の軽作業時には低いパワー出力能力で、それぞれの作業を行なえるので、作業に必要なだけのパワー出力を得ることができ、しかも無駄に大きなエネルギーを消費することが防止されるので、燃費が低減される。また、掘削工程中はエンジン２１のパワー出力能力が自動的に増加するため、運転者に快適な操作感を与えることができる。
【００８８】
また、リフトシリンダ１３のボトム圧が、所定時間にわたって基準値Ｐ以下であった後に基準値Ｐを越えた時に、掘削工程が開始したと判断される。これにより、後進・ブーム上昇工程、前進・ブーム上昇工程又は排土工程のときに掘削工程の開始を誤検出するおそれが低減される。また、リフトシリンダ１３のボトム圧が瞬間的又は一時的に基準値Ｐ以上になったに過ぎない場合には、直ちに掘削工程の開始の判定が取り消される。そのため、例えば掘削作業中と誤判定してエンジン２１を高出力モードで運転したとしても、短時間で誤判定であることを判断でき、燃費の低下を防止できる。
【００８９】
また、掘削工程の開始が判定された後、変速機２３が中立または後進位置にシフトしたときに、掘削工程の終了と判断される。また、掘削工程の開始が判定された後、リフトシリンダ１３のボトム圧が基準値Ｐ以下になり、その状態が予め定めた第２設定時間を越えたときにも、掘削工程の終了と判断される。それにより、掘削工程の終了時点の検出精度が高い。
【００９０】
ところで、上述した制御では、掘削工程であるか否かの判断に、リフトシリンダ１３のボトム圧を用いている。しかしながら、これに代えてまたは併用して、チルトシリンダ１５のボトム圧を用いてもよい。例えばチルトシリンダ１５のボトム圧が、所定時間にわたって所定値以下の状態であった後にその所定値を越えた時に、掘削工程が開始されたと判断することができる。また、バケット１２が作業対象物に突っ込んで上記ボトム圧が基準値Ｐ以上に上昇した時にエンジンのパワー出力能力を高出力モードに切換えるので、その後のバケットチルト操作を開始する時点では、既に高出力モードになっていて、エンジンのパワー出力の上昇に遅れが生じない。
【００９１】
また、上述した制御では、掘削工程であるか否かの判断材料として、リフトシリンダ１３またはチルトシリンダ１５の油圧のような、作業機のアクチュエータに加わる力を用いている。しかし、これとは別の因子を判断材料に用いることもできる。
【００９２】
ここで、そのような他の因子を用いた制御の変形例の一つを説明する。すなわち、掘削開始判定では、次の判定条件Ｂ１、Ｂ２及びＢ３が用いられる。
【００９３】
判定条件Ｂ１：変速機２３が、前進第１又は第２速度段（Ｆ１又はＦ２）位置にある。
【００９４】
判定条件Ｂ２：作業機１０が、掘削位置にある。
【００９５】
判定条件Ｂ３：車両走行速度が、設定速度以下である。
【００９６】
これら判定条件Ｂ１〜Ｂ３のうち、少なくとも１つの判定条件が充足された時に、作業車両は掘削工程中であると判断される。
【００９７】
ここで、上記判定条件Ｂ２の掘削位置について説明する。図１１に、掘削位置における作業機１０の側面図を示す。
【００９８】
図１１に示すように、前部フレーム７には、リフトアーム１１の基端部がアームピン７３により揺動自在に取付けられ、前部フレーム７とリフトアーム１１とはリフトシリンダ１３，１３により連結されている。リフトシリンダ１３，１３が伸縮するとリフトアーム１１はアームピン７３を中心として揺動する。リフトアーム１１の先端部には、バケット１２がバケットピン７６により揺動自在に取付けられ、前部フレーム７とバケット１２とは、チルトシリンダ１５及びリンク装置７８を介して連結されている。チルトシリンダ１５が伸縮すると、バケット１２はバケットピン７６を中心として揺動する。
【００９９】
コントローラ５０は、例えば、アームピン７３とバケットピン７６とを結ぶ線Ｙ−Ｙ（つまり、リフトアーム１１の姿勢又は位置を示す線）を基準線として定め、アームピン７３を通る水平線に対する基準線の下方への伏角が所定値以上である場合、作業機１０が掘削位置にあると判断することができる。コントローラ５０が、このような作業機１０の姿勢又は位置を把握するための方法としては、例えば、リフトシリンダ１３，１３に取り付けたストロークセンサ（図示せず）により検出されるリフトシリンダ１３，１３のストロークを用いて計算する方法、リフトシリンダ１３，１３に取り付けた角度センサ（図示せず）により検出されるリフトシリンダ１３，１３の仰角を用いて計算する方法、あるいは、コントローラ５０からリフト操作弁４４に出力した操作指令に基づいて計算する方法などが採用し得る。
【０１００】
次に、掘削工程以外の特定の作業状況においてより高いパワー出力を得られるようにした制御の変形例を説明する。この変形例にかかる制御は、上述した掘削工程時に高出力モードを選択する上述の制御と併用することも、あるいは、それに代えて採用することもできる。
【０１０１】
ここでは、傾斜地において、ホイールローダ１が登坂走行を行なう場合に高出力モードを選択する制御例を説明する。
【０１０２】
ホイールローダ１は、所定以上の傾斜角を有する斜面において登坂走行を行なう際には、低出力モードで出力できる上限出力トルクよりも高い出力トルクが欲しいことがある。従って本実施形態においては、登坂走行を行なっているか否かを判定し、登坂走行を行なっている場合には、そうでない場合よりも高いパワー出力が得られるようにしている。
【０１０３】
前述した図３を再び参照して、ホイールローダ１の車体には、車体の前後方向における傾斜角を測定する傾斜角検出器４６と、アクセルペダル４９の開度を測定するアクセル開度検出器４８と、車両の加速度を測定する加速度検出器４７とが設けられており、それぞれコントローラ５０に接続されている。コントローラ５０は、これらのセンサ４６〜４８の出力に基づき、車両の傾斜角、アクセルペダルの開度、及び加速度を検出する。加速度についは、加速度検出器４７を用いる代わりに、速度メータ３４により検出された速度から計算してもよい。コントローラ５０は、車両が一定以上の傾斜角で傾いていて、かつ走行している場合、登坂走行中と判定する。また、コントローラ５０は、アクセルペダルが一定以上開いているにも拘らず、所定以上の加速度が得られない場合も、登坂走行中と判定する。あるいは、アクセルペダルと加速度のみから、登坂走行中か否かを判断してもよい。
【０１０４】
図１２に、この変形例にかかるエンジン２１の制御手順をフローチャートで示す。
【０１０５】
ステップＳ２１でコントローラ５０は、エンジン２１の始動と同時にガバナ２７に指令を出力し、例えば燃料噴射ポンプの噴射量を絞るなどのパワー出力制限を行って、エンジン２１を低出力モードで運転させる。そしてステップＳ２２でコントローラ５０は、前述の掘削開始判定を行って、ホイールローダ１が掘削工程中か否かを判定する。ステップＳ２２の結果、掘削工程中と判定されなければ、制御はステップＳ２１に戻る。ステップＳ２２の結果、掘削工程中と判定されれば、制御はステップＳ２３に進み、コントローラ５０は、ガバナ２７に指令を出力し、燃料噴射ポンプの噴射量を上記制限のない状態に戻して、エンジン２１が高パワー出力能力を発揮することのできる高出力モードで運転させる。
【０１０６】
高出力モードの運転に入った後、ステップＳ２４においてコントローラ５０は、前述の掘削終了判定を行って、ホイールローダ１の掘削工程が終了したか否かを判定する。ステップＳ２４の結果、掘削工程の終了が判定されなければ、制御はステップＳ２３に戻る。また、ステップＳ２４の結果、掘削工程の終了が判定されれば、制御はステップＳ２１に戻って、エンジン２１を低出力モードで運転させる。
【０１０７】
またステップＳ２２と並列に、コントローラ５０はステップＳ２５で、前述の登坂走行判定を行って、ホイールローダ１が登坂走行中か否かを判定する。ステップＳ２５の結果、登坂走行中と判定されなければ、制御はステップＳ２１に戻る。ステップＳ２５の結果、登坂走行中と判定されれば、制御はステップＳ２６に進み、コントローラ５０は、ガバナ２７に指令を出力し、燃料噴射ポンプの噴射量を上記制限のない状態に戻して、エンジン２１が高パワー出力能力を発揮できる高出力モードで運転させる。
【０１０８】
高出力モードの運転に入った後、ステップＳ２７においてコントローラ５０は、前述の登坂走行判定を行って、ホイールローダ１が登坂走行しているか否かを判定する。ステップＳ２７の結果、登坂走行していると判定されれば、制御はステップＳ２６に戻る。また、ステップＳ２７の結果、登坂走行していると判定されなければ、制御はステップＳ２１に戻って、コントローラ５０は、エンジン２１を低出力モードで運転させる。
【０１０９】
ところで、上記の制御においては、掘削作業時にも登坂走行にも、エンジン２１が同様の高出力モードで運転されるが、制御はこれに限られるものではない。例えば、登坂走行時においては、エンジン２１を低出力モードと高出力モードとの中間のパワー出力能力をもった中間出力モードで運転するようにしてもよい。或いは、登坂時の負荷の大きさを検出して、その負荷の大きさに応じてエンジン２１のパワー出力能力を多段階又は連続的に変更してもよい。いずれにせよ、上記のような制御により、掘削工程時だけでなく、登坂走行にも十分なパワー出力を得られるので、スムーズな運転が可能である。
【０１１０】
次に、エンジンのパワー出力能力の制御のさらに別の変形例について説明する。
【０１１１】
この変形例にかかる制御では、コントローラ５０は、ホイールローダ１の作業負荷の状態の検出結果に基づいて、図２Ａから図２Ｈに示した工程のうちのどれが現在行われているかを判定し、その判定結果に基づいて、エンジン２１のパワー出力能力を制御する。
【０１１２】
図１３は、この制御における工程の判定方法と判定結果に応じたエンジンのパワー出力能力の制御方法をテーブルで示す。
【０１１３】
図１３に示したテーブルにおいて、一番上の「作業工程」の行には、図２Ａから図２Ｈに示した作業工程の名称が示されている。その下の「速度段」、「作業機操作」及び「作業機シリンダ圧力」の行には、コントローラ５０が現在の工程がどの工程であるかを判定するために使用する、各種の判断条件が示されている。
【０１１４】
すなわち、「速度段」の行には、変速機２３の速度段についての判定条件が丸印で示されている。ここでは、変速機２３が前進４速度段Ｆ１〜Ｆ４及び後進２速度段Ｒ１、Ｒ２を有する場合を想定している。また、「作業機操作」の行には、作業機１０に対する運転者の操作についての判定条件が丸印で示されている。すなわち、「アーム」の行にはリフトアーム１１に対する操作に関する判定条件が、「バケット」の行にはバケット１２に対する操作に関する判定条件が示されている。また、「作業機シリンダ圧力」の行には、作業機１０のシリンダの現在の油圧、例えばリフトシリンダ１１のボトム圧、についての判定条件が示されている。ここで、リフトシリンダボトム圧に関して、図８に示すように、前述の基準値Ｐの他に、その基準値Ｐより高い３つの基準値Ａ，Ｂ，Ｃが予め設定され、これら基準値Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｐにより複数の圧力範囲（例えば、基準値Ｐ未満の範囲、基準値ＡからＣの範囲、基準値ＢからＰの範囲、基準値Ｃ未満の範囲）が定義され、これらの圧力範囲が上記判断条件として設定されている。
【０１１５】
以上のような各工程ごとの「速度段」、「アーム」、「バケット」「作業機シリンダ圧力」の判定条件の組み合わせを用いることにより、コントローラ５０は、現在行われている工程がどの工程なのかを判別することになる。
【０１１６】
「エンジン出力モード」の行には、上記判別の結果として、コントローラ５０が「高出力モード」と「低出力モード」のいずれを選択するが示されている。その下の「出力トルク変化」の行には、このようなエンジンパワー出力制御の結果として、エンジン２１の出力トルクが具体的にどのように変化するかの例が示されている。
【０１１７】
図１３に示した制御を行う場合のコントローラ５０の具体的動作を以下に説明する。
【０１１８】
コントローラ５０は、図１３に示した各工程に対応する「速度段」、「アーム」、「バケット」及び「作業機シリンダ圧力」の判定条件の組み合わせを予め記憶している。コントローラ５０は、図３に示したシフト位置検出装置３１からの信号に基づいて変速機２３の現在選択されている速度段（Ｆ１〜Ｆ４、Ｒ１又はＲ２）を把握し、アーム操作指示検出装置３２からの信号に基づいてリフトアーム１１に対する現在の操作の種類（例えば、フロート、下げる、中立又は上げる）を把握し、また、バケット操作指示検出装置３３からの信号に基づいてバケット１２に対する現在の操作の種類（例えば、ダンプする、中立又はチルトする）を把握する。さらに、コントローラ５０は、図３に示したボトム圧検出器４５からの信号に基づいて、リフトシリンダ１１の現在のボトム圧を把握する。
【０１１９】
そして、コントローラ５０は、把握された現在の速度段、アーム操作種類、バケット操作種類及びリフトシリンダボトム圧力の組み合わせ（つまり現在の作業状態）を、予め記憶してある各工程に対応する「速度段」、「アーム」、「バケット」及び「作業機シリンダ圧力」の判定条件の組み合わせと対照するというマッチング処理を行なう。マッチング処理の結果として、コントローラ５０は、現在の作業状態に最も良くマッチする判定条件の組み合わせに対応する工程がどれであるか判定する。
【０１２０】
ここで、図１３に示す各工程に対応する判定条件の組み合わせは、具体的には次のとおりである。
【０１２１】
前進工程（図２Ａ）：速度段がＦ１で、アーム操作とバケット操作が共に中立で、作業機シリンダ圧力が基準値Ｐ未満である。速度段については、単純に現在の速度段がＦ１又はＦ２ということだけでなく、速度段がＦ２からＦ１に切り替わったというシフトダウンも判定条件として採用し得る（まずＦ２で発進してからＦ１にシフトダウンして前進することが多いため）。また、直前に判定された工程が後進・ブーム下げ工程であったという、判定の履歴も追加の判定条件として採用し得る。
【０１２２】
掘削工程（突込みサブ工程）（図２Ｂ）：速度段がＦ１又はＦ２で、リフトアーム操作とバケット操作が共に中立で、作業機シリンダ圧力が基準値ＡからＣの範囲である。また、直前に判定された工程が前進工程であったという、判定の履歴も追加の判定条件として採用し得る。
【０１２３】
掘削工程（掬込みサブ工程）（図２Ｃ）：速度段がＦ１又はＦ２で、リフトアーム操作が上げるか又は中立で、バケット操作がチルトで、作業機シリンダ圧力が基準値ＡからＣの範囲である。バケット操作については、さらに、チルトと中立が交互に繰り返される場合も含むような判定条件を追加してもよい（作業対象物の種類によっては、バケット１２をチルトバックさせ、中立にし、再びチルトバックさせるという動作を繰り返す場合があるから）。また、直前に判定された工程が掘削の突込みサブ工程であったという、判定の履歴も追加の判定条件として採用し得る。
【０１２４】
後進・ブーム上げ工程（図２Ｄ）：速度段がＲ１又はＲ２で、リフトアーム操作が上げるで、バケット操作が中立で、作業機シリンダ圧力が基準値ＢからＰの範囲である。また、直前に判定された工程が掘削の掬込みサブ工程であったという、判定の履歴も追加の判定条件として採用し得る。
【０１２５】
前進・ブーム上昇工程（図２Ｅ）：速度段がＦ１又はＦ２で、リフトアーム操作が上げるか又は中立で、バケット操作が中立で、作業機シリンダ圧力が基準値ＢからＰの範囲である。また、直前に判定された工程が後進・ブーム上げ工程であったという、判定の履歴も追加の判定条件として採用し得る。
【０１２６】
排土工程（図２Ｆ）：速度段がＦ１又はＦ２で、リフトアーム操作が上げるか又は中立で、バケット操作がダンプで、作業機シリンダ圧力が基準値ＢからＰの範囲である。また、直前に判定された工程が前進・ブーム上昇工程であったという、判定の履歴も追加の判定条件として採用し得る。
【０１２７】
後進・ブーム下げ工程（図２Ｇ）：速度段がＲ１又はＲ２で、リフトアーム操作がフロート又は下げるで、バケット操作がチルトで、作業機シリンダ圧力が基準値Ｐ未満の範囲である。また、直前に判定された工程が排土工程であったという、判定の履歴も追加の判定条件として採用し得る。
【０１２８】
単純走行工程（図２Ｈ）：速度段がＦ１、Ｆ２、Ｆ３又はＦ４で、リフトアーム操作とバケット操作が中立で、作業機シリンダ圧力が基準値Ｃ未満の範囲である。
【０１２９】
コントローラ５０は、以上のような工程ごとの判定条件の組み合わせの中から、現在の作業状態（単なる現在の状態だけでなく、上述したように変速シフト動作や作業機操作の変化や判定の履歴も含み得る）に最も良くマッチしたものを見つけ出すことで、現在の工程がどの工程であるかを判別する。そして、コントローラ５０は、判別された工程に対応したエンジン出力モードで、エンジン２１を運転する。すなわち、図１３に示すように、掘削工程が判別された場合には、コントローラ５０は高出力モードでエンジン２１を運転する。他方、前進工程、後進・ブーム上げ工程、前進・ブーム上げ工程、掘削工程又は後進・ブーム下げ工程が判別された場合には、コントローラ５０は低出力モードでエンジン２１を運転する。また、単純走行工程が判別された場合には、コントローラ５０は、例えば既に説明したような登坂走行かどうかなどの判定を行うことで、車両にかかる負荷の大きさを判断し、その負荷の大きさに応じて低出力モードか高出力モードを選択する。運転者による変速機操作や作業機操作や作業機のシリンダ油圧などの組み合わせに基づいた判定結果によりエンジンのパワー出力能力が制御されるため、工程の遷移に即応してパワー出力能力を変更することができる。
【０１３０】
上記の制御の結果として、図１３の一番下の行に示されているように、掘削積込作業では、掘削工程のときには、運転者がアクセルペダルを踏み込めば、エンジン２１の出力トルクは、エンジン２１が出し得るフルトルクまで上昇する。しかし、掘削工程以外の工程では、運転者がアクセルペダルを最も深く踏み込んでも、エンジン２１の出力トルクは、制限された上限トルク、例えばフルトルクの８０％までしか上昇しないが、その分だけ燃料が節約される。ところで、このトルク変化カーブにおいて、変速機２３の前進と後進の切り替え時に一時的に生じる出力トルクの低下は、運転者がアクセルペダルの踏み込みを一時的に緩めることに因るものである。また、排土工程の後半での出力トルクの低下は、作業対象物がすべてダンプされた後に運転者がアクセルペダルの踏み込みを緩めることに因るものである。
【０１３１】
以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は本発明の説明のための例示にすぎず、本発明の範囲をこの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱することなく、その他の様々な態様でも実施することができる。
【０１３２】
例えば、ホイールローダ以外の他の種類の作業車両においても本発明は適用が可能である。そして本発明が適用される作業車両の種類に応じて、作業状態の検出方法も変り得る。例えば、油圧ショベルの場合には、ブームシリンダ、アームシリンダ又はバケットシリンダの油圧を検出することで、油圧ショベルにかかる負荷の大きさを判断するようにしてよい。
【０１３３】
上記実施形態では、高出力モードではエンジンパワー出力に制限を加えずに定格又は最大のパワー出力能力が発揮できるようにしているが、制御はこれだけに限定されない。例えば、高出力モードでは最大パワー出力能力よりもわずかに低いパワー出力能力が得られるようにしてもよい。また、トルクカーブの形状が異なる複数のエンジン出力モードを用意して、それらモードを現在の作業状態に応じて適宜に選択するようにしてもよい。
【０１３４】
さらには、予め用意された複数のエンジン出力モードを選択する制御に代えて又は併用して、検出された負荷の大きさや作業状況に合うように、コントローラ５０が演算によりエンジンのパワー出力能力を連続的につまり無段階で可変制御するようにしてもよい。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作業車両用エンジンのパワー出力を制御するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、建設機械等の作業車両において、作業の負荷に応じて、エンジンのパワー出力性能を切り替える技術が知られている（例えば特許文献１および２）。これらの技術によれば、作業車両は、高パワー出力まで得ることの可能な重作業モードと、より低いパワー出力までしか得られない軽作業モードを備えている。
【０００３】
運転者は、切替スイッチを操作することによって、これらのモードを手動で選択する。即ち、これから行なう作業が重作業であると判断すれば重作業モードを、軽作業であると判断すれば軽作業モードを、それぞれ選択する。
【０００４】
このとき、エンジンを制御するコントローラは、切替スイッチからの指示に基づいて、エンジンのパワー出力能力を制御する。即ち、軽作業モードにおいては、例えば燃料供給量を制限することで、エンジンのパワー出力範囲を、定格パワー出力より低い所定の値以下に制限する。これに対し、重作業モードにおいては、エンジンのパワー出力が定格パワー出力又は最大パワー出力まで到達できるよう、上記のような制限を加えない。
【０００５】
これにより、軽作業時には、低く狭いパワー出力範囲が使用されるので、消費エネルギが小さくなり燃費が低減する。そして、重作業時には、エンジンのパワー出力に制限が加わらないから、作業を円滑に行うために充分なパワー出力を得ることが可能である。
【０００６】
【特許文献１】特開平０８−２１８４４２号公報
【特許文献２】特開平１１−２９３７１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
或る種の作業車両は、重作業のみ又は軽作業のみを連続的に行なうのではなく、一連の作業工程の中で、重作業と軽作業とを交互に行なうことが多い。例えば、ホイールローダでの典型的な掘削積込作業の場合、車両が作業対象物にアプローチし（軽作業）、作業対象物を掘削してバケットに積み込み（重作業）、作業対象物をダンプトラック等の運搬車両上にダンプする（軽作業）などの工程が逐次に行われる。
【０００８】
この種の作業車両又は作業工程において、従来技術の利点を最大限に享受するには、重作業と軽作業が切り替わるたびに、運転者が切替スイッチを操作しなければならない。しかし、作業工程中に頻繁にスイッチ操作を行なうのは非常に面倒である。その結果、常に切替スイッチを重作業モードに固定して作業を行なう場合が多く、燃費の低減が期待できない。他方、燃費を重視して、切替スイッチを軽作業モードに固定して作業を行なった場合には、掘削等の重作業時に充分なパワー出力が得られず、作業能率が低下するおそれがある。
【０００９】
本発明の目的は、建設機械などの作業車両において、作業の状態に応じて自動的にエンジンのパワー出力能力を制御することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に従えば、エンジンからのパワー出力を消費する１又は複数の作業負荷の状態に関する１又は複数の変数値が検出され、検出された変数値に基づいて、エンジンのパワー出力能力が制御される。その結果、作業の状態に応じて自動的にエンジンのパワー出力能力を制御することができる。
【００１１】
上記作業負荷には、例えばアームやバケットのような作業機が含まれ得る。作業機の状態に関する変数値として、例えば、上記作業機を動かすための油圧シリンダの油圧、上記作業機に対して行われる操作の種類、又は、上記作業機の位置又は姿勢などが採用し得る。
【００１２】
或いは、上記作業負荷には、例えば車輪や変速機などからなる走行装置が含まれ得る。走行装置の状態に関する変数値として、例えば、変速機に対して行われるシフト操作の種類又は選択される速度段、車体の前後方向（つまり走行方向）における傾斜角、走行速度、又はアクセルペダルの開度に応じた走行加速度などが採用し得る。
【００１３】
一つの制御例として、作業機又は走行装置の状態に関する特定の変数値の検出結果に基づいて、掘削が行われているか否かを判定することができる。この判定結果に応じて、掘削が行われていないと判定された場合における上限出力トルクカーブが、掘削が行われていると判定された場合における上限出力トルクカーブよりも低くなるように、パワー出力能力の制御を行なうことができる。
【００１４】
別の制御例として、走行装置の状態に関する特定の変数値の検出結果に基づいて、登坂走行が行われているか否かを判定することができる。その判定結果に応じて、登坂走行が行われていないと判定された場合における上限出力トルクカーブが、登坂走行が行われていると判定された場合における上限出力トルクカーブよりも低くなるように、パワー出力能力を制御することができる。
【００１５】
また別の制御例として、作業機及び走行装置の状態に関する特定の変数値の検出結果に基づいて、掘削が行われているか否かの判定と、登坂走行が行われているか否かの判定とを並行的に行うことができる。そして、掘削と登坂走行のいずれもが行われていないと判定された場合における上限出力トルクカーブが、掘削と登坂走行の少なくとも一方が行われていると判定された場合における上限出力トルクカーブよりも低くなるように、パワー出力能力を制御することができる。
【００１６】
また別の制御例として、作業機及び走行装置の状態に関する特定の変数値の検出結果に基づいて、異なる種類の工程のうちのどれが行われているか否かを判定することができる。そして、判定された工程に応じて上限出力トルクカーブが異なるように、エンジンのパワー出力能力を制御することができる。
【００１７】
また更に別の制御例として、作業機又は走行装置の状態に関する特定の変数値の検出結果に基づいて、作業機又は走行装置といった作業負荷が要求するパワー出力の大きさの程度を判定することができる。そして、その判定結果に応じて前記パワー出力能力を段階的に又は連続的に制御することができる。
【００１８】
好適な実施形態では、作業機を動かす油圧シリンダの圧力の検出値に基づいて、掘削工程が行われているか否かが判定される。作業機の油圧シリンダ圧力は、掘削工程の開始と終了に敏感に応答して変化するので、掘削工程の判定の確実性が高い。そして、掘削工程が行われている時には、高いエンジンが元来持つフルのパワー出力能力が発揮できる高出力モードでエンジンが運転される。一方、掘削工程以外の時には、高出力モードより低くパワー出力能力を制限した低出力モードでエンジンが運転される。低出力モードでは、その上限出力トルクカーブが、高出力モードの上限出力トルクカーブに所定の１未満の係数を乗じたものになるように制限される。
【００１９】
好適な実施形態では、また、走行中の車体の傾斜角、又はアクセルペダル開度に応じた走行加速度の検出結果に基づいて、登坂走行中か否かが判定される。そして、掘削工程だけでなく、登坂走行が行われているときにも、上記の高出力モードでエンジンが運転される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】ホイールローダの側面図。
【図２】ホイールローダの掘削積込作業の工程の一例を示す説明図。
【図３】エンジン制御装置の系統図。
【図４】エンジンの制御手順の概略を示すフローチャート。
【図５】高出力モードと低出力モードでのエンジンのパワー出力能力に相当する上限出力トルクカーブの一例を示すグラフ。
【図６】高出力モードと低出力モードでのエンジンのパワー出力能力に相当する上限出力トルクカーブの別の例を示すグラフ。
【図７】掘削工程でのホイールローダの作業機の状態を示す側面図。
【図８】リフトシリンダのボトム圧の変化を示すグラフ。
【図９】掘削工程の開始を判定する制御手順を示すフローチャート。
【図１０】掘削工程の終了判定する制御手順を示すフローチャート。
【図１１】作業機の掘削位置を示す側面図。
【図１２】掘削工程時と登坂走行時に高出力モードを選択する制御手順の概略を示すフローチャート。
【図１３】現在どの工程が行われているかを判定してエンジンの出力モードを切り替える制御の説明図。
【符号の説明】
【００２１】
１：ホイールローダ、２：運転室、３：エンジンルーム、４：後輪、５：後部車体、６：前輪、７：前部フレーム、１０：作業機、１１：リフトアーム、１２：バケット、１３：リフトシリンダ、１４：チルトアーム、１５：チルトシリンダ、１６：チルトロッド、２０：走行装置、２１：エンジン、２２：トルクコンバータ、２３：変速機、２４：分配機、２５：減速機、２６：可変容量型油圧ポンプ、２７：ガバナ、２８：上限出力トルクカーブ、２９：マッチングカーブ、３０：運転操作装置、３１：シフト位置検出装置、３２：アーム操作指示検出装置、３３：バケット操作指示検出装置、３４：速度メータ、４０：エンジン制御装置、４１：容量制御装置、４２：吐出回路、４３：チルト操作弁、４４：リフト操作弁、４５：ボトム圧検出器、４６：傾斜角検出器、４７：加速度検出器、４８：アクセル開度検出器、４９：アクセルペダル、５０：コントローラ。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に本発明に従う作業車両のエンジンの制御装置と制御方法について、図面を参照して幾つかの実施形態を詳述する。
【００２３】
以下の開示では、作業車両としてホイールローダを例にとり、ホイールローダのエンジンのパワー出力を制御するための本発明の実施形態が説明される。しかし、ホイールローダは本発明の説明のための例示であり、それ以外の種々の作業車両のエンジンパワー出力制御にも本発明が適用可能である。
【００２４】
図１は、作業車両の一例であるホイールローダ１の側面図である。
【００２５】
図１に示すように、ホイールローダ１は、運転室２、エンジンルーム３及び後輪４，４を有する後部車体５と、前輪６，６を有する前部フレーム７とを有する。前部フレーム７には、作業機１０が取付けられている。
【００２６】
作業機１０において、リフトアーム１１が、その基端部を揺動自在にして、前部フレーム７に取付けられている。前部フレーム７とリフトアーム１１とは一対のリフトシリンダ１３，１３により連結され、リフトシリンダ１３，１３が伸縮することにより、リフトアーム１１が揺動する。リフトアーム１１の先端部には、バケット１２が揺動自在に取付けられている。
【００２７】
チルトアーム１４が、そのほぼ中央部にて、回動自在にリフトアーム１１に支持されている。チルトアーム１４の一端部と前部フレーム７とは、チルトシリンダ１５により連結され、チルトアーム１４の他端部とバケット１２とは、チルトロッド１６により連結されている。チルトシリンダ１５が伸縮するとバケット１２が揺動する。
【００２８】
後部車体５には、ホイールローダ１を走行させるための走行装置２０と、走行装置２０にパワー出力を供給するエンジン２１とが搭載されている。走行装置２０は、トルクコンバータ２２、前後進切り替え及び複数段の変速段切り替えが可能な変速機２３、分配機２４、並びに、後輪４及び前輪６を駆動する減速機２５，２５等から構成されている。エンジン２１のパワー出力はトルクコンバータ２２及び変速機２３を順に通じて分配機２４に伝達され、そこから後輪４と前輪６に分配される。
【００２９】
後部車体５には、また、上述したリフトシリンダ１３及びチルトシリンダ１５に圧油を供給する可変容量型油圧ポンプ２６も搭載されている。可変容量型油圧ポンプ２６は、上述したエンジン２１からのパワー出力の一部を使って駆動される。
【００３０】
運転室２内には、運転者により操作される変速機シフトレバー、アクセルペダル、ブレーキペダル、ならびにリフトシリンダ１３及びチルトシリンダ１５を操作するレバー等を含む運転操作装置３０が設けられている。運転者は、運転操作装置３０を操作することにより、ホイールローダ１の前後進の切り替え、走行速度の調節（加速と減速）及び作業機１０（リフトシリンダ１３及びチルトシリンダ１５）の操作を行うことができる。
【００３１】
さらに、後部車体５には、運転操作装置３０からの操作信号に応答してリフトシリンダ１３及びチルトシリンダ１５の駆動を制御したり、本発明の原理に従ってエンジン２１のパワー出力能力を制御したりするためのエンジン制御装置（図１では図示省略）が搭載されている。このエンジン制御装置の詳細については後に説明する。
【００３２】
このようなホイールローダ１において、エンジン２１のパワー出力を消費する負荷コンポーネントには、作業負荷と寄生負荷がある。作業負荷とは、車両の外部環境に直接働きかける作業（土や岩の掘削や持ち上げ、車両自体の移動など）を行うために、エンジン２１からのパワー出力を要求するコンポーネントである。作業負荷には、例えば上述した作業機械１０、可変容量型油圧ポンプ２６、及び走行装置２０が含まれる。これに対し、寄生負荷とは、作業ではなく車両内部の動作のために、エンジン２１からのパワー出力を要求するコンポーネントである。寄生負荷には、例えばエンジン冷却装置や空調装置やバッテリ充電装置などが含まれるが、いずれも図１では図示省力されている。
【００３３】
上述したエンジン制御装置は、作業負荷（例えば作業機械１０、可変容量型油圧ポンプ２６、及び走行装置２０）の状態（以下、作業状態という）を検出し、作業状態の検出結果から、作業負荷が要求するパワー出力の程度を推測してエンジン２１のパワー出力能力を制御する機能を有する。一連の複数の工程から構成される作業を行うとき、作業負荷が要求するパワー出力の程度は工程によって異なることが多い。例えば、一連の工程中、特定の工程では比較的に高いパワー出力が要求されるが、他の工程では比較的に低いパワー出力で足りるということがある。以下では、ホイールローダ１が使われる典型的な作業種類である掘削積込作業を例にとり、エンジン制御装置によるパワー出力制御について具体的に説明する。
【００３４】
図２は、ホイールローダ１の掘削積込作業を構成する一連の工程の例を示す。
【００３５】
ホイールローダ１は、次のような複数の工程を順次に行うことを繰り返して、作業対象物を掘削し、ダンプトラック等の運搬機械に作業対象物を積み込んでいる。
【００３６】
前進工程（図２Ａ）：運転者はリフトシリンダ１３及びチルトシリンダ１５を操作して、作業機１０をリフトアーム１１が低い位置にありバケット１２が水平を向いた掘削姿勢にして、車両を作業対象物に向けて前進させる。
【００３７】
掘削工程（図２Ｂ、図２Ｃ）：運転者は車両を更に前進させバケット１２の刃先を作業対象物に突っ込み（図２Ｂ：突込みサブ工程）、そして、チルトシリンダ１５を操作してバケット１２をチルトバックさせ、バケット１２内に作業対象物を掬い込む（図２Ｃ：掬込みサブ工程）。掬込みサブ工程は、作業対象物の種類によって、バケット１２を１回チルトバックさせるだけで完了する場合もあるし、或いは、バケット１２をチルトバックさせ、中立にし、再びチルトバックさせるという動作を繰り返す場合もある。
【００３８】
後進・ブーム上昇工程（図２Ｄ）：バケット１２に作業対象物をすくい込んだ後、運転者は、車両を後進させつつ、リフトシリンダ１３を伸張させてリフトアーム１１を上昇させる。
【００３９】
前進・ブーム上昇工程（図２Ｅ）：運転者は車両を前進させてダンプトラックに接近しつつ、バケット１２の高さが積込高さになるまで、リフトシリンダ１３をさらに伸張させてリフトアーム１１を上昇させる。
【００４０】
排土工程（図２Ｆ）：運転者は所定位置でバケット１２をダンプして作業対象物をダンプトラックの荷台上に積み込む。この工程は、その前の前進・ブーム上昇工程から連続的に前進しつつ行われることも多い。
【００４１】
後進・ブーム下げ工程（図２Ｇ）：運転者は車両を後進させながらリフトアーム１１を下げ、バケット１２を掘削姿勢に戻す。
【００４２】
以上が、掘削積込作業の１サイクルをなす典型的な工程である。
【００４３】
さらに、図２Ｈには、車両が単純に走行する単純走行工程が示されている。この工程では、運転者はリフトアーム１１を低い位置にして、車両を前進させる。バケット１２に荷を積んで荷を運搬する場合もあるし、荷を積まずに走行する場合もある。
【００４４】
これら６種類の工程で必要とされるエンジン２１のパワー出力は、工程ごとに異なる。特に、掘削工程（図２Ｂ、図２Ｃ）では、他の工程のどれよりも、大きなパワー出力が必要とされる。そこで、現在行われている工程を判別して、それに必要なパワー出力を出力できるように、エンジン２１のパワー出力能力の制御が行うことが望ましい。その場合、上記の６種類の工程を、掘削工程とそれ以外の工程という２つの種類に大分類して、エンジン２１のパワー出力能力を２段階で制御することが可能である。或いは、上記の６種類の工程を３種類以上に分類して、エンジン２１のパワー出力能力を３段階以上で制御してもよい。或いは、工程を判別するというより、むしろ、作業負荷が要求するパワー出力の程度を判断して、それに応じてエンジン２１のパワー出力能力を段階的又は連続的に変化させるようにしてもよい。
【００４５】
ここで、エンジン２１のパワー出力能力とは、最高でどの程度のパワー出力を出力することが可能かというエンジン２１の能力又はキャパシティである。エンジン２１のパワー出力能力の制御は、典型的には、例えば、エンジン２１への燃料噴射量の上限値を制御するという方法で行うことができる。例えば、燃料噴射量の上限値をより大きく設定すれば、パワー出力能力はより高くなるし、燃料噴射量の上限値をより小さく設定すれば、パワー出力能力はより低くなる。エンジン２１が回転数に応じて出力できる上限出力トルクを示したトルクカーブを用いて、パワー出力能力を表現することができる。上限出力トルクカーブがより高ければ、パワー出力能力がより高いということになる。
【００４６】
図３は、エンジン２１のパワー出力能力の制御を行なうエンジン制御装置４０の一例を示す系統図である。
【００４７】
図３において、コントローラ５０は、例えばプログラムメモリやワークメモリとして使用される記憶装置、プログラムを実行するＣＰＵを有するコンピュータにより実現されることができる。コントローラ５０は、図示しない燃料噴射ポンプからエンジン２１へ供給される燃料噴射量を調節してエンジン２１のパワー出力を制御するガバナ２７と接続されている。コントローラ５０からガバナ２７に指令を出力して燃料噴射量を変化させることにより、エンジン２１のパワー出力を変更することができるようになっている。エンジン２１は、作業負荷の一つである可変容量型油圧ポンプ２６を駆動する。
【００４８】
可変容量型油圧ポンプ２６には、容量制御装置４１が接続されている。コントローラ５０から容量制御装置４に指令を出力して、可変容量型油圧ポンプ２６の容量を変更することができるようになっている。可変容量型油圧ポンプ２６の吐出回路４２上には、作業負荷の一つであるチルトシリンダ１５に接続するチルト操作弁４３と、同じく作業負荷の一つであるリフトシリンダ１３に接続するリフト操作弁４４とが設けられている。
【００４９】
リフトシリンダ１３のボトム側には、ボトム圧検出器４５が設けられている。（ここで、シリンダの「ボトム側」とは、その側の油圧が高くなるとシリンダが伸長する側のことをいう。「ボトム側」とは反対の側は、「ヘッド側」又は「ロッド側」と呼ばれる。）ボトム圧検出器４５は、例えば圧力スイッチである。ボトム圧検出器４５から出力されるボトム圧の検出信号は、コントローラ５０に入力される。
【００５０】
またコントローラ５０は、運転操作装置３０に含まれる変速機シフトレバーの位置を検出するシフト位置検出装置３１と接続され、シフト位置検出装置３１からのシフト位置の検出信号を入力し、作業負荷の一つである走行装置２０の変速機２３のシフト操作（又はソフト操作により選択された速度段）を検出する。変速機２３が例えば前進４速度段（Ｆ１〜Ｆ４）および後進２速度段（Ｒ１、Ｒ２）を有する変速機２３の場合、シフト位置検出信号に基づいて、コントローラ５０は、シフト操作によりＦ１〜Ｆ４、Ｒ１、Ｒ２のうちのどの速度段を選択されたかを検出する。
【００５１】
コントローラ５０は、また、運転操作装置３０に含まれるリフトシリンダ操作レバー（リフトアーム操作レバー）の位置（つまり、運転者からのアーム操作指示）を検出するアーム操作指示検出装置３２と接続され、アーム操作指示検出装置３２からの操作指示検出信号を入力する。コントローラ５０は、この操作指示検出信号に基づいて、リフト操作弁４４を制御して、リフトアーム１１を操作する。また、コントローラ５０は、アーム操作指示検出装置３２からの検出信号またはリフト操作弁４４への操作信号に基づいて、リフトアーム１１に対して現在行われている操作の種類（例えば、上げる、中立、下げる、フロート）を検出する。
【００５２】
コントローラ５０は、また、運転操作装置３０に含まれるチルトシリンダ操作レバー（バケット操作レバー）の位置（つまり、運転者からのバケット操作指示）を検出するバケット操作指示検出装置３３と接続され、バケット操作指示検出装置３３からの操作指示検出信号を入力する。コントローラ５０は、バケット操作指示検出信号に基づいて、チルト操作弁４３を制御することにより、バケット１２を操作する。また、コントローラ５０は、バケット操作指示検出装置３３からの操作指示検出信号またはチルト操作弁４３への操作信号に基づいて、バケット１２に対して現在行われている操作の種類（例えば、チルトバック、中立、ダンプ）を検出する。
【００５３】
コントローラ５０は、さらに、車両の走行速度を検出する速度メータ３４に接続され、速度メータ３４から走行速度の検出信号を入力する。
【００５４】
コントローラ５０は、検出された変速機２３のシフト操作（選択された速度段）、リフトシリンダ１３のボトム圧、リフトアーム１１の操作、バケット１１の操作、および車両の走行速度などの、作業負荷の各種状態を示す各種変数値のうちの１又はそれ以上の変数値に基づいて、本発明の原理に従い、エンジン２１のパワー出力能力を制御する。以下、この制御の手順について説明する。
【００５５】
図４に、エンジン２１の出力能力の制御手順の一例の概略をフローチャートで示す。
【００５６】
図４に示される制御では、上記の作業状態を示す特定の変数値に基づいて、現在行われている工程が、特に高いパワー出力が要求される所定の工程（例えば掘削工程）であるか否かが判断される。その判断結果に応じて、エンジンのパワー出力能力を制御するモードとして、予め用意された「低出力モード」と「高出力モード」の２種類の制御モードのうちのいずれか一方が選択される。この２種類の制御モードの具体的意味については後に説明する。
【００５７】
図４に示すように、ステップＳ１１で、コントローラ５０は、まずエンジン２１の始動と同時にガバナ２７に指令を出力し、エンジン２１を低出力モードで運転させる。低出力モードでは、コントローラ５０は、ガバナ２７に指令して、例えば図示しない燃料噴射ポンプの噴射量（ｍｇ／ストローク）の可変範囲の上限値を所定の低い値に制限するなどの方法で、エンジン２１のパワー出力能力を高出力モードよりも低く制限する。
【００５８】
そしてステップＳ１２で、コントローラ５０は、後述する掘削開始判定を行って、ホイールローダ１が掘削工程中（前述した図２Ａから図２Ｂ）であるか否かを判定する。ステップＳ１２の結果、掘削作業中でなければ、制御はステップＳ１１に戻る。
【００５９】
ステップＳ１２の結果、掘削作業中であればステップＳ１３に進み、コントローラ５０は、ガバナ２７に指令を出力し、エンジン２１を高出力モードで運転する。高出力モードでは、コントローラ５０は、燃料噴射ポンプの噴射量に対する上述の制限を解除することで、噴射量の可変範囲の上限値を低出力モードよりも高くするなどして、エンジン２１のパワー出力能力を低出力モードよりも高くする（例えば、エンジン２１が本来的にもつ最大のパワー出力を発揮できるようにする）。
【００６０】
そしてステップＳ１４においてコントローラ５０は、後述する掘削終了判定を行って、ホイールローダ１の掘削工程が終了したか否かを判定する。ステップＳ１４の結果、掘削工程が終了していなければ、ステップＳ１３に戻る。また、ステップＳ１４の結果、掘削工程が終了していれば、ステップＳ１１に戻って、エンジン２１を再び低出力モードで運転する。
【００６１】
以下、図４に示したフローチャートのそれぞれのステップについて、詳細に説明する。
【００６２】
まず、ステップＳ１１とＳ１４に示した、エンジン２１の高出力モードと低出力モードとについて説明する。図５に、高出力モードと低出力モードでのエンジン２１のパワー出力能力を示すトルクカーブの一例を示す。図４において、横軸がエンジン２１の回転数であり、縦軸が出力トルクである。また、曲線２９が、トルクコンバータ２２のマッチングカーブである。
【００６３】
図５において、実線２８Ａが、エンジン２１のパワー出力能力に制限を加えず高パワー出力が得られるようにした高出力モードでのエンジン２１の上限出力トルクのカーブを示し、これは例えばエンジン２１の定格又は最大のパワー出力に相当する。エンジン２１の出力トルクは、運転者のアクセルペダル操作による燃料噴射量の調節によって可変であるが、その可変範囲は、上限出力トルクカーブ２８Ａ以下の範囲である。
【００６４】
一方、破線２８Ｂは、高出力モードよりも低いパワー出力能力しか得られないようにした低出力モードでのエンジン２１の上限出力トルクのカーブを示す。低出力モードでの上限出力トルクカーブ２８Ｂは、高出力モードでの上限出力トルクカーブ２８Ａの係数α倍（α＜１）（例えば８０％）になるように制限される。低出力モードでは、エンジン出力の可変範囲は、上限出力トルクカーブ２８Ｂ以下の低い範囲に制限される。その反面、燃料の節約ができるという利点がある。コントローラ５０は、ガバナ２７を制御して、燃料噴射量に制限を加える（例えば、燃料噴射量の上限値を高出力モードのときのそれより低くする）などの方法により、低出力モードを実行する。
【００６５】
また、図６に、別の制御例にかかるエンジン２１のパワー出力性能を示すトルクカーブを示す。図６において、破線２８Ｃが低出力モードでの上限出力トルクカーブを示し、これは、上述の図５に示す低出力モードでの上限出力トルクカーブ２８Ｂより更に低く制限された出力トルク可変範囲を意味する。このように、エンジンのパワー出力性能を制限する場合に、具体的にどのようなトルクカーブを採用するかについては、様々なバリエーションがある。図５と図６に示した低出力モードでの上限出力トルクカーブ２８Ｂと２８Ｃのうちの一方だけを採用しても良いし、或いは、状態に応じて上限出力トルクカーブ２８Ｂと２８Ｃを使い分けても良い。
【００６６】
図７は、ホイールローダ１が、バケット１２で作業対象物を掘削している状態を示す側面図である。
【００６７】
図７に示すように、掘削工程では、車両が矢印Ａの方向に前進してバケット１２の刃先を作業対象物Ｚに突っ込み、そして、バケット１２をチルトバックさせる。この動作中、バケット１２には、矢印Ｂ及び矢印Ｃの方向に力が加わる。その結果、リフトシリンダ１３及びチルトシリンダ１５のボトム側（その側の油圧が高くなるとシリンダが伸長する側）には、高い油圧が発生する。また作業姿勢によっては、バケット１２には矢印Ｄの方向の力が加わり、この場合には、チルトシリンダ１５のヘッド側（ロッド側）に高い油圧が発生する。
【００６８】
これらの油圧の大きさは、掘削工程時と他の工程時とでは明らかに異なる。従って、これらの油圧の少なくとも一つの大きさから、掘削工程が行われている否かを判定することができる。例えば、リフトシリンダ１３のボトム側の油圧（以下、リフトシリンダ１３のボトム圧と言う）を、予め定めた基準値と比較することで、掘削工程中であるか否かを判定することができる。あるいは、チルトシリンダ１５のボトム側の油圧（以下、チルトシリンダ１５のボトム圧と言う）を、予め定めた基準値と比較することで、掘削工程中であるか否かを判定することもできる。
【００６９】
図８は、ホイールローダ１の掘削積込作業時の図２Ａから図２Ｇに示した各工程における、リフトシリンダ１３のボトム圧の変化の一例を示すグラフである。図８において縦軸はリフトシリンダ１３のボトム圧を示し、横軸は時間を示す。
【００７０】
図８に示すように、リフトシリンダ１３のボトム圧は前進工程（図２Ａ）ではかなり低く、掘削工程（図２Ｂ、Ｃ）が開始すると急峻に大幅に上昇し、掘削工程（図２Ｂ、Ｃ）の全区間にわたり継続してかなり高く、掘削工程が終了すると急激に大幅に低下する。今、一つの基準値として図８に示すような圧力Ｐを設定した場合、リフトシリンダ１３のボトム圧は、前進工程では全区間にわたり基準値Ｐより低く、掘削工程では全区間にわたり基準値Ｐより大幅に高く、その差は明瞭である。
【００７１】
また、後進・ブーム上昇工程（図２Ｄ）、前進・ブーム上昇工程（図２Ｅ）、及び排土工程（図２Ｆ）の前半では、リフトシリンダ１３のボトム圧は基準値Ｐより高く、その後は基準値Ｐより低くなる。前進工程の時間は、通常数秒間（例えば５秒）程度ある。従って、リフトシリンダ１３のボトム圧が、所定の時間（例えば１秒）にわたって所定の圧力Ｐより低く、その後、上昇して基準値Ｐを超えた時点を検出すると、その時点が、掘削工程の開始時点であると検知できる。
【００７２】
以下、図９に示したフローチャートを用いて、掘削工程の開始時点を検知する制御について具体的に説明する。
【００７３】
作業開始後、ステップＳ１０１で、コントローラ５０は、ボトム圧検出器４５の検出結果に基づき、リフトシリンダ１３のボトム圧が基準値Ｐ以下か否かを判定する。ステップＳ１０１の結果がＮＯの場合には、制御はステップＳ１０１の前に戻る。ステップＳ１０１の結果がＹＥＳの場合には、制御はステップＳ１０２に進み、コントローラ５０は時間計測を開始する。
【００７４】
ステップＳ１０３でコントローラ５０は、リフトシリンダ１３のボトム圧が基準値Ｐ以下である状態が、所定時間（例えば１秒）以上続いたか否かを判定する。ステップＳ１０３の結果がＮＯの場合には、制御はステップＳ１０３の前に戻る。ステップＳ１０３の結果がＹＥＳの場合には、制御はステップＳ１０４に進み、コントローラ５０はリフトシリンダ１３のボトム圧が基準値Ｐを越えたか否かを判定する。ステップＳ１０４の結果がＮＯの場合には、制御はステップＳ１０４の前に戻る。ステップＳ１０４の結果がＹＥＳの場合には、制御はステップＳ１０５に進み、コントローラ５０は掘削工程の開始と判定する。
【００７５】
次に、図４のステップＳ１４に示した、掘削工程が終了したか否かを判定する掘削終了判定の制御について説明する。
【００７６】
図２に示した掘削積込作業の各工程で車両の移動方向及び図８に示した各工程でのリフトシリンダ１３のボトム圧の変化に基づいて、掘削工程が終了したことは、次のような判定条件Ａ１、Ａ２及びＡ３を用いて判定することができる。
【００７７】
判定条件Ａ１：掘削工程が開始した後、変速機２３が前進から、中立又は後進へ切り替えられる。
【００７８】
判定条件Ａ２：掘削工程が開始した後、リフトシリンダ１３のボトム圧が基準値Ｐよりも下がり、その後、所定の時間（例えば１秒）にわたって、基準値Ｐより低い状態を保つ。
【００７９】
ところで、図９に示した掘削開始判定の制御の中のステップＳ１０５において掘削工程の開始と一旦判定した場合であっても、実は掘削工程でなかったという場合がある。例えば、車両が作業対象物Ｚに衝突してすぐに下がるなどして、リフトシリンダ１３のボトム圧が基準値Ｐを一瞬だけ越えたような場合、或いは、前進中に路面の凹凸で作業機１０にショックが瞬間的に発生した場合などが、これに相当する。このような場合には、掘削工程がまだ実際に開始されてないから、エンジン２１を高出力モードから低出力モードに戻す必要がある。この制御を行うために、掘削工程の開始と判断された後、リフトシリンダ１３のボトム圧が基準値Ｐを越えている継続時間を測定し、この継続時間が所定の時間長を越えない場合には、掘削工程が終了した（まだ開始してない）と判断する。これを、判定条件Ａ３と呼ぶ。
【００８０】
本実施形態においては、上記の判定条件Ａ１〜Ａ３のうちいずれか１つでも満たした場合に、掘削作業が終了したと判断する。
【００８１】
以下、図１０に示したフローチャートを用いて、掘削工程の終了を検知する制御について具体的に説明する。
【００８２】
まず、判定条件Ａ１について説明する。ステップＳ１０９でコントローラ５０は、シフト位置検出装置３１（図３）からの検出信号を入力し、変速機２３が中立または後進位置にあるか否かを判定する。ステップＳ１０９の結果がＮＯの場合には、制御はステップＳ１０９の前に戻る。ステップＳ１０９の結果がＹＥＳの場合には、制御はステップＳ１１０に進み、コントローラ５０は掘削工程が終了したと判断する。
【００８３】
次に、判定条件Ａ２について説明する。ステップＳ１１４でコントローラ５０は、リフトシリンダ１３のボトム圧が基準値Ｐより下がったか否かを判定する。ステップＳ１１４の結果がＮＯの場合には、制御はステップＳ１１４の前に戻る。ステップＳ１１４の結果がＹＥＳの場合には、制御はステップＳ１１５に進み、コントローラ５０は時間計測を開始する。
【００８４】
ステップＳ１１６でコントローラ５０は、計測している時間、すなわちリフトシリンダ１３のボトム圧が基準値Ｐより低い状態が継続する時間が、予め定めた第２設定時間（例えば０．５秒）以上続いたか否かを判定する。ステップＳ１１６の結果がＮＯの場合には、制御はステップＳ１１６の前に戻る。ステップＳ１１６の結果がＹＥＳの場合には、制御はステップＳ１１０に進み、コントローラ５０は掘削工程が終了したと判断する。
【００８５】
次に、判定条件Ａ３について説明する。ステップＳ１１２でコントローラ５０は、時間計測を開始する。ステップＳ１１３でコントローラ５０は、計測している時間、すなわちリフトシリンダ１３のボトム圧が基準値Ｐより高い状態が継続している時間が、予め定めた第１設定時間（例えば１秒）を越えたか否かを判定する。ステップＳ１１３の結果がＹＥＳの場合には、制御はステップＳ１１２の前に戻る。ステップＳ１１３の結果がＮＯの場合には、コントローラ５０はステップＳ１１０に進み、掘削作業終了と判断する。
【００８６】
なお、変形例として、判定条件Ａ１及びＡ２の判定を行う前に、判定条件Ａ３の判定を行い、判定条件Ａ３のステップＳ１１３の結果がＹＥＳである場合に判定条件Ａ１及びＡ２の判定を行うようにしてもよい。或いは、別の変形例として、判定条件Ａ３の判定を、図９に示した掘削開始判定のステップＳ１０５の直後に行い、図１０に示した掘削終了判定の制御では、判定条件Ａ３の判定を省略してもよい。
【００８７】
以上説明したように、コントローラ５０は、リフトシリンダ１３のボトム圧の状態に主に基づいて、現在の工程が掘削工程であるか否かを判断し、掘削工程中はエンジン２１のパワー出力能力を高出力モードに制御し、掘削工程以外の時には、エンジン２１のパワー出力能力を低出力モードに制御する。これにより、重作業時には高いパワー出力能力で、その他の軽作業時には低いパワー出力能力で、それぞれの作業を行なえるので、作業に必要なだけのパワー出力を得ることができ、しかも無駄に大きなエネルギーを消費することが防止されるので、燃費が低減される。また、掘削工程中はエンジン２１のパワー出力能力が自動的に増加するため、運転者に快適な操作感を与えることができる。
【００８８】
また、リフトシリンダ１３のボトム圧が、所定時間にわたって基準値Ｐ以下であった後に基準値Ｐを越えた時に、掘削工程が開始したと判断される。これにより、後進・ブーム上昇工程、前進・ブーム上昇工程又は排土工程のときに掘削工程の開始を誤検出するおそれが低減される。また、リフトシリンダ１３のボトム圧が瞬間的又は一時的に基準値Ｐ以上になったに過ぎない場合には、直ちに掘削工程の開始の判定が取り消される。そのため、例えば掘削作業中と誤判定してエンジン２１を高出力モードで運転したとしても、短時間で誤判定であることを判断でき、燃費の低下を防止できる。
【００８９】
また、掘削工程の開始が判定された後、変速機２３が中立または後進位置にシフトしたときに、掘削工程の終了と判断される。また、掘削工程の開始が判定された後、リフトシリンダ１３のボトム圧が基準値Ｐ以下になり、その状態が予め定めた第２設定時間を越えたときにも、掘削工程の終了と判断される。それにより、掘削工程の終了時点の検出精度が高い。
【００９０】
ところで、上述した制御では、掘削工程であるか否かの判断に、リフトシリンダ１３のボトム圧を用いている。しかしながら、これに代えてまたは併用して、チルトシリンダ１５のボトム圧を用いてもよい。例えばチルトシリンダ１５のボトム圧が、所定時間にわたって所定値以下の状態であった後にその所定値を越えた時に、掘削工程が開始されたと判断することができる。また、バケット１２が作業対象物に突っ込んで上記ボトム圧が基準値Ｐ以上に上昇した時にエンジンのパワー出力能力を高出力モードに切換えるので、その後のバケットチルト操作を開始する時点では、既に高出力モードになっていて、エンジンのパワー出力の上昇に遅れが生じない。
【００９１】
また、上述した制御では、掘削工程であるか否かの判断材料として、リフトシリンダ１３またはチルトシリンダ１５の油圧のような、作業機のアクチュエータに加わる力を用いている。しかし、これとは別の因子を判断材料に用いることもできる。
【００９２】
ここで、そのような他の因子を用いた制御の変形例の一つを説明する。すなわち、掘削開始判定では、次の判定条件Ｂ１、Ｂ２及びＢ３が用いられる。
【００９３】
判定条件Ｂ１：変速機２３が、前進第１又は第２速度段（Ｆ１又はＦ２）位置にある。
【００９４】
判定条件Ｂ２：作業機１０が、掘削位置にある。
【００９５】
判定条件Ｂ３：車両走行速度が、設定速度以下である。
【００９６】
これら判定条件Ｂ１〜Ｂ３のうち、少なくとも１つの判定条件が充足された時に、作業車両は掘削工程中であると判断される。
【００９７】
ここで、上記判定条件Ｂ２の掘削位置について説明する。図１１に、掘削位置における作業機１０の側面図を示す。
【００９８】
図１１に示すように、前部フレーム７には、リフトアーム１１の基端部がアームピン７３により揺動自在に取付けられ、前部フレーム７とリフトアーム１１とはリフトシリンダ１３，１３により連結されている。リフトシリンダ１３，１３が伸縮するとリフトアーム１１はアームピン７３を中心として揺動する。リフトアーム１１の先端部には、バケット１２がバケットピン７６により揺動自在に取付けられ、前部フレーム７とバケット１２とは、チルトシリンダ１５及びリンク装置７８を介して連結されている。チルトシリンダ１５が伸縮すると、バケット１２はバケットピン７６を中心として揺動する。
【００９９】
コントローラ５０は、例えば、アームピン７３とバケットピン７６とを結ぶ線Ｙ−Ｙ（つまり、リフトアーム１１の姿勢又は位置を示す線）を基準線として定め、アームピン７３を通る水平線に対する基準線の下方への伏角が所定値以上である場合、作業機１０が掘削位置にあると判断することができる。コントローラ５０が、このような作業機１０の姿勢又は位置を把握するための方法としては、例えば、リフトシリンダ１３，１３に取り付けたストロークセンサ（図示せず）により検出されるリフトシリンダ１３，１３のストロークを用いて計算する方法、リフトシリンダ１３，１３に取り付けた角度センサ（図示せず）により検出されるリフトシリンダ１３，１３の仰角を用いて計算する方法、あるいは、コントローラ５０からリフト操作弁４４に出力した操作指令に基づいて計算する方法などが採用し得る。
【０１００】
次に、掘削工程以外の特定の作業状況においてより高いパワー出力を得られるようにした制御の変形例を説明する。この変形例にかかる制御は、上述した掘削工程時に高出力モードを選択する上述の制御と併用することも、あるいは、それに代えて採用することもできる。
【０１０１】
ここでは、傾斜地において、ホイールローダ１が登坂走行を行なう場合に高出力モードを選択する制御例を説明する。
【０１０２】
ホイールローダ１は、所定以上の傾斜角を有する斜面において登坂走行を行なう際には、低出力モードで出力できる上限出力トルクよりも高い出力トルクが欲しいことがある。従って本実施形態においては、登坂走行を行なっているか否かを判定し、登坂走行を行なっている場合には、そうでない場合よりも高いパワー出力が得られるようにしている。
【０１０３】
前述した図３を再び参照して、ホイールローダ１の車体には、車体の前後方向における傾斜角を測定する傾斜角検出器４６と、アクセルペダル４９の開度を測定するアクセル開度検出器４８と、車両の加速度を測定する加速度検出器４７とが設けられており、それぞれコントローラ５０に接続されている。コントローラ５０は、これらのセンサ４６〜４８の出力に基づき、車両の傾斜角、アクセルペダルの開度、及び加速度を検出する。加速度についは、加速度検出器４７を用いる代わりに、速度メータ３４により検出された速度から計算してもよい。コントローラ５０は、車両が一定以上の傾斜角で傾いていて、かつ走行している場合、登坂走行中と判定する。また、コントローラ５０は、アクセルペダルが一定以上開いているにも拘らず、所定以上の加速度が得られない場合も、登坂走行中と判定する。あるいは、アクセルペダルと加速度のみから、登坂走行中か否かを判断してもよい。
【０１０４】
図１２に、この変形例にかかるエンジン２１の制御手順をフローチャートで示す。
【０１０５】
ステップＳ２１でコントローラ５０は、エンジン２１の始動と同時にガバナ２７に指令を出力し、例えば燃料噴射ポンプの噴射量を絞るなどのパワー出力制限を行って、エンジン２１を低出力モードで運転させる。そしてステップＳ２２でコントローラ５０は、前述の掘削開始判定を行って、ホイールローダ１が掘削工程中か否かを判定する。ステップＳ２２の結果、掘削工程中と判定されなければ、制御はステップＳ２１に戻る。ステップＳ２２の結果、掘削工程中と判定されれば、制御はステップＳ２３に進み、コントローラ５０は、ガバナ２７に指令を出力し、燃料噴射ポンプの噴射量を上記制限のない状態に戻して、エンジン２１が高パワー出力能力を発揮することのできる高出力モードで運転させる。
【０１０６】
高出力モードの運転に入った後、ステップＳ２４においてコントローラ５０は、前述の掘削終了判定を行って、ホイールローダ１の掘削工程が終了したか否かを判定する。ステップＳ２４の結果、掘削工程の終了が判定されなければ、制御はステップＳ２３に戻る。また、ステップＳ２４の結果、掘削工程の終了が判定されれば、制御はステップＳ２１に戻って、エンジン２１を低出力モードで運転させる。
【０１０７】
またステップＳ２２と並列に、コントローラ５０はステップＳ２５で、前述の登坂走行判定を行って、ホイールローダ１が登坂走行中か否かを判定する。ステップＳ２５の結果、登坂走行中と判定されなければ、制御はステップＳ２１に戻る。ステップＳ２５の結果、登坂走行中と判定されれば、制御はステップＳ２６に進み、コントローラ５０は、ガバナ２７に指令を出力し、燃料噴射ポンプの噴射量を上記制限のない状態に戻して、エンジン２１が高パワー出力能力を発揮できる高出力モードで運転させる。
【０１０８】
高出力モードの運転に入った後、ステップＳ２７においてコントローラ５０は、前述の登坂走行判定を行って、ホイールローダ１が登坂走行しているか否かを判定する。ステップＳ２７の結果、登坂走行していると判定されれば、制御はステップＳ２６に戻る。また、ステップＳ２７の結果、登坂走行していると判定されなければ、制御はステップＳ２１に戻って、コントローラ５０は、エンジン２１を低出力モードで運転させる。
【０１０９】
ところで、上記の制御においては、掘削作業時にも登坂走行にも、エンジン２１が同様の高出力モードで運転されるが、制御はこれに限られるものではない。例えば、登坂走行時においては、エンジン２１を低出力モードと高出力モードとの中間のパワー出力能力をもった中間出力モードで運転するようにしてもよい。或いは、登坂時の負荷の大きさを検出して、その負荷の大きさに応じてエンジン２１のパワー出力能力を多段階又は連続的に変更してもよい。いずれにせよ、上記のような制御により、掘削工程時だけでなく、登坂走行にも十分なパワー出力を得られるので、スムーズな運転が可能である。
【０１１０】
次に、エンジンのパワー出力能力の制御のさらに別の変形例について説明する。
【０１１１】
この変形例にかかる制御では、コントローラ５０は、ホイールローダ１の作業負荷の状態の検出結果に基づいて、図２Ａから図２Ｈに示した工程のうちのどれが現在行われているかを判定し、その判定結果に基づいて、エンジン２１のパワー出力能力を制御する。
【０１１２】
図１３は、この制御における工程の判定方法と判定結果に応じたエンジンのパワー出力能力の制御方法をテーブルで示す。
【０１１３】
図１３に示したテーブルにおいて、一番上の「作業工程」の行には、図２Ａから図２Ｈに示した作業工程の名称が示されている。その下の「速度段」、「作業機操作」及び「作業機シリンダ圧力」の行には、コントローラ５０が現在の工程がどの工程であるかを判定するために使用する、各種の判断条件が示されている。
【０１１４】
すなわち、「速度段」の行には、変速機２３の速度段についての判定条件が丸印で示されている。ここでは、変速機２３が前進４速度段Ｆ１〜Ｆ４及び後進２速度段Ｒ１、Ｒ２を有する場合を想定している。また、「作業機操作」の行には、作業機１０に対する運転者の操作についての判定条件が丸印で示されている。すなわち、「アーム」の行にはリフトアーム１１に対する操作に関する判定条件が、「バケット」の行にはバケット１２に対する操作に関する判定条件が示されている。また、「作業機シリンダ圧力」の行には、作業機１０のシリンダの現在の油圧、例えばリフトシリンダ１１のボトム圧、についての判定条件が示されている。ここで、リフトシリンダボトム圧に関して、図８に示すように、前述の基準値Ｐの他に、その基準値Ｐより高い３つの基準値Ａ，Ｂ，Ｃが予め設定され、これら基準値Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｐにより複数の圧力範囲（例えば、基準値Ｐ未満の範囲、基準値ＡからＣの範囲、基準値ＢからＰの範囲、基準値Ｃ未満の範囲）が定義され、これらの圧力範囲が上記判断条件として設定されている。
【０１１５】
以上のような各工程ごとの「速度段」、「アーム」、「バケット」「作業機シリンダ圧力」の判定条件の組み合わせを用いることにより、コントローラ５０は、現在行われている工程がどの工程なのかを判別することになる。
【０１１６】
「エンジン出力モード」の行には、上記判別の結果として、コントローラ５０が「高出力モード」と「低出力モード」のいずれを選択するが示されている。その下の「出力トルク変化」の行には、このようなエンジンパワー出力制御の結果として、エンジン２１の出力トルクが具体的にどのように変化するかの例が示されている。
【０１１７】
図１３に示した制御を行う場合のコントローラ５０の具体的動作を以下に説明する。
【０１１８】
コントローラ５０は、図１３に示した各工程に対応する「速度段」、「アーム」、「バケット」及び「作業機シリンダ圧力」の判定条件の組み合わせを予め記憶している。コントローラ５０は、図３に示したシフト位置検出装置３１からの信号に基づいて変速機２３の現在選択されている速度段（Ｆ１〜Ｆ４、Ｒ１又はＲ２）を把握し、アーム操作指示検出装置３２からの信号に基づいてリフトアーム１１に対する現在の操作の種類（例えば、フロート、下げる、中立又は上げる）を把握し、また、バケット操作指示検出装置３３からの信号に基づいてバケット１２に対する現在の操作の種類（例えば、ダンプする、中立又はチルトする）を把握する。さらに、コントローラ５０は、図３に示したボトム圧検出器４５からの信号に基づいて、リフトシリンダ１１の現在のボトム圧を把握する。
【０１１９】
そして、コントローラ５０は、把握された現在の速度段、アーム操作種類、バケット操作種類及びリフトシリンダボトム圧力の組み合わせ（つまり現在の作業状態）を、予め記憶してある各工程に対応する「速度段」、「アーム」、「バケット」及び「作業機シリンダ圧力」の判定条件の組み合わせと対照するというマッチング処理を行なう。マッチング処理の結果として、コントローラ５０は、現在の作業状態に最も良くマッチする判定条件の組み合わせに対応する工程がどれであるか判定する。
【０１２０】
ここで、図１３に示す各工程に対応する判定条件の組み合わせは、具体的には次のとおりである。
【０１２１】
前進工程（図２Ａ）：速度段がＦ１で、アーム操作とバケット操作が共に中立で、作業機シリンダ圧力が基準値Ｐ未満である。速度段については、単純に現在の速度段がＦ１又はＦ２ということだけでなく、速度段がＦ２からＦ１に切り替わったというシフトダウンも判定条件として採用し得る（まずＦ２で発進してからＦ１にシフトダウンして前進することが多いため）。また、直前に判定された工程が後進・ブーム下げ工程であったという、判定の履歴も追加の判定条件として採用し得る。
【０１２２】
掘削工程（突込みサブ工程）（図２Ｂ）：速度段がＦ１又はＦ２で、リフトアーム操作とバケット操作が共に中立で、作業機シリンダ圧力が基準値ＡからＣの範囲である。また、直前に判定された工程が前進工程であったという、判定の履歴も追加の判定条件として採用し得る。
【０１２３】
掘削工程（掬込みサブ工程）（図２Ｃ）：速度段がＦ１又はＦ２で、リフトアーム操作が上げるか又は中立で、バケット操作がチルトで、作業機シリンダ圧力が基準値ＡからＣの範囲である。バケット操作については、さらに、チルトと中立が交互に繰り返される場合も含むような判定条件を追加してもよい（作業対象物の種類によっては、バケット１２をチルトバックさせ、中立にし、再びチルトバックさせるという動作を繰り返す場合があるから）。また、直前に判定された工程が掘削の突込みサブ工程であったという、判定の履歴も追加の判定条件として採用し得る。
【０１２４】
後進・ブーム上げ工程（図２Ｄ）：速度段がＲ１又はＲ２で、リフトアーム操作が上げるで、バケット操作が中立で、作業機シリンダ圧力が基準値ＢからＰの範囲である。また、直前に判定された工程が掘削の掬込みサブ工程であったという、判定の履歴も追加の判定条件として採用し得る。
【０１２５】
前進・ブーム上昇工程（図２Ｅ）：速度段がＦ１又はＦ２で、リフトアーム操作が上げるか又は中立で、バケット操作が中立で、作業機シリンダ圧力が基準値ＢからＰの範囲である。また、直前に判定された工程が後進・ブーム上げ工程であったという、判定の履歴も追加の判定条件として採用し得る。
【０１２６】
排土工程（図２Ｆ）：速度段がＦ１又はＦ２で、リフトアーム操作が上げるか又は中立で、バケット操作がダンプで、作業機シリンダ圧力が基準値ＢからＰの範囲である。また、直前に判定された工程が前進・ブーム上昇工程であったという、判定の履歴も追加の判定条件として採用し得る。
【０１２７】
後進・ブーム下げ工程（図２Ｇ）：速度段がＲ１又はＲ２で、リフトアーム操作がフロート又は下げるで、バケット操作がチルトで、作業機シリンダ圧力が基準値Ｐ未満の範囲である。また、直前に判定された工程が排土工程であったという、判定の履歴も追加の判定条件として採用し得る。
【０１２８】
単純走行工程（図２Ｈ）：速度段がＦ１、Ｆ２、Ｆ３又はＦ４で、リフトアーム操作とバケット操作が中立で、作業機シリンダ圧力が基準値Ｃ未満の範囲である。
【０１２９】
コントローラ５０は、以上のような工程ごとの判定条件の組み合わせの中から、現在の作業状態（単なる現在の状態だけでなく、上述したように変速シフト動作や作業機操作の変化や判定の履歴も含み得る）に最も良くマッチしたものを見つけ出すことで、現在の工程がどの工程であるかを判別する。そして、コントローラ５０は、判別された工程に対応したエンジン出力モードで、エンジン２１を運転する。すなわち、図１３に示すように、掘削工程が判別された場合には、コントローラ５０は高出力モードでエンジン２１を運転する。他方、前進工程、後進・ブーム上げ工程、前進・ブーム上げ工程、掘削工程又は後進・ブーム下げ工程が判別された場合には、コントローラ５０は低出力モードでエンジン２１を運転する。また、単純走行工程が判別された場合には、コントローラ５０は、例えば既に説明したような登坂走行かどうかなどの判定を行うことで、車両にかかる負荷の大きさを判断し、その負荷の大きさに応じて低出力モードか高出力モードを選択する。運転者による変速機操作や作業機操作や作業機のシリンダ油圧などの組み合わせに基づいた判定結果によりエンジンのパワー出力能力が制御されるため、工程の遷移に即応してパワー出力能力を変更することができる。
【０１３０】
上記の制御の結果として、図１３の一番下の行に示されているように、掘削積込作業では、掘削工程のときには、運転者がアクセルペダルを踏み込めば、エンジン２１の出力トルクは、エンジン２１が出し得るフルトルクまで上昇する。しかし、掘削工程以外の工程では、運転者がアクセルペダルを最も深く踏み込んでも、エンジン２１の出力トルクは、制限された上限トルク、例えばフルトルクの８０％までしか上昇しないが、その分だけ燃料が節約される。ところで、このトルク変化カーブにおいて、変速機２３の前進と後進の切り替え時に一時的に生じる出力トルクの低下は、運転者がアクセルペダルの踏み込みを一時的に緩めることに因るものである。また、排土工程の後半での出力トルクの低下は、作業対象物がすべてダンプされた後に運転者がアクセルペダルの踏み込みを緩めることに因るものである。
【０１３１】
以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は本発明の説明のための例示にすぎず、本発明の範囲をこの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱することなく、その他の様々な態様でも実施することができる。
【０１３２】
例えば、ホイールローダ以外の他の種類の作業車両においても本発明は適用が可能である。そして本発明が適用される作業車両の種類に応じて、作業状態の検出方法も変り得る。例えば、油圧ショベルの場合には、ブームシリンダ、アームシリンダ又はバケットシリンダの油圧を検出することで、油圧ショベルにかかる負荷の大きさを判断するようにしてよい。
【０１３３】
上記実施形態では、高出力モードではエンジンパワー出力に制限を加えずに定格又は最大のパワー出力能力が発揮できるようにしているが、制御はこれだけに限定されない。例えば、高出力モードでは最大パワー出力能力よりもわずかに低いパワー出力能力が得られるようにしてもよい。また、トルクカーブの形状が異なる複数のエンジン出力モードを用意して、それらモードを現在の作業状態に応じて適宜に選択するようにしてもよい。
【０１３４】
さらには、予め用意された複数のエンジン出力モードを選択する制御に代えて又は併用して、検出された負荷の大きさや作業状況に合うように、コントローラ５０が演算によりエンジンのパワー出力能力を連続的につまり無段階で可変制御するようにしてもよい。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業車両用エンジンのパワー出力を制御する方法において、
エンジン（２１）からのパワー出力を消費する１又は複数の作業負荷の状態に関する１又は複数の変数値を検出するステップと、
検出された前記１又は複数の変数値に基づいて、エンジン（２１）のパワー出力能力を制御するステップと
を有するエンジン制御方法。
【請求項２】
作業車両用エンジンのパワー出力を制御する装置（４０）において、
エンジン（２１）からのパワー出力を消費する１又は複数の作業負荷の状態を表す１又は複数の変数値を検出する１又は複数の検出装置と、
前記１又は複数の検出装置により検出された前記１又は複数の変数値に基づいて、前記エンジン（２１）のパワー出力能力を制御するコントローラ（５０）と
を備えるエンジン制御装置。
【請求項３】
前記１又は複数の作業負荷が、前記作業車両（１）に備えられる作業機（１０）を含む請求項２記載のエンジン制御装置。
【請求項４】
前記１又は複数の検出装置が、前記作業機（１０）を動かすための１又は複数の油圧シリンダ（１３又は１５）の油圧を検出する油圧検出装置を含む請求項３記載のエンジン制御装置。
【請求項５】
前記１又は複数の検出装置が、前記作業機（１０）の操作を検出する作業機操作検出装置（３２又は３３）を含む請求項３記載のエンジン制御装置。
【請求項６】
前記１又は複数の検出装置が、前記作業機（１０）の位置又は姿勢を検出する作業機位置検出装置を含む請求項３記載のエンジン制御装置。
【請求項７】
前記１又は複数の作業負荷が、前記作業車両（１）に備えられる走行装置（２０）を含む請求項２記載のエンジン制御装置。
【請求項８】
前記１又は複数の検出装置が、前記走行装置（１０）に含まれる変速機（２３）の操作又は選択されている速度段を検出する変速機操作検出装置（３１）を含む請求項７記載のエンジン制御装置。
【請求項９】
前記１又は複数の検出装置が、前記作業車両の車体の前後方向における傾斜角を検出する傾斜角検出装置（４６）を含む請求項７記載のエンジン制御装置。
【請求項１０】
前記１又は複数の検出装置が、前記走行装置（１０）による走行速度を検出する速度検出装置（３４）を含む請求項７記載のエンジン制御装置。
【請求項１１】
前記１又は複数の検出装置が、前記エンジンへの燃料噴射量を運転者が操作するためのアクセルペダルの開度を検出するアクセル開度検出装置と、前記走行装置（１０）による走行加速度を検出する加速度検出装置（４７）とを含む請求項７記載のエンジン制御装置。
【請求項１２】
前記コントローラ（５０）が、前記１又は複数の変数値に基づいて、掘削が行われているか否かを判定し、判定結果に応じて前記パワー出力能力を制御する請求項２，４，５，６及び８のうちのいずれか一項に記載のエンジン制御装置。
【請求項１３】
前記コントローラ（５０）が、前記掘削が行われていないと判定された場合における上限出力トルクカーブ（２８Ｂ又は２８Ｃ）が、前記掘削が行われていると判定された場合における上限出力トルクカーブ（２８Ａ）よりも低くなるように、前記パワー出力能力を制御する請求項１２記載のエンジン制御装置。
【請求項１４】
前記コントローラ（５０）が、前記１又は複数の変数値に基づいて、登坂走行が行われているか否かを判定し、判定結果に応じて前記パワー出力能力を制御する請求項２，９，１０及び１１に記載のエンジン制御装置。
【請求項１５】
前記コントローラ（５０）が、前記登坂走行が行われていないと判定された場合における上限出力トルクカーブ（２８Ｂ又は２８Ｃ）が、前記登坂走行が行われていると判定された場合における上限出力トルクカーブ（２８Ａ）よりも低くなるように、前記パワー出力能力を制御する請求項１４記載のエンジン制御装置。
【請求項１６】
前記コントローラ（５０）が、前記１又は複数の変数値に基づいて、掘削が行われているか否かと、登坂走行が行われているか否かとを判定し、判定結果に応じて前記パワー出力能力を制御する請求項２，４，５，６，８，９，１０及び１１のうちのいずれか一項に記載のエンジン制御装置。
【請求項１７】
前記コントローラ（５０）が、前記掘削と前記登坂走行のいずれもが行われていないと判定された場合における上限出力トルクカーブ（２８Ｂ又は２８Ｃ）が、前記掘削と前記登坂走行の少なくとも一方が行われていると判定された場合における上限出力トルクカーブ（２８Ａ）よりも低くなるように、前記パワー出力能力を制御する請求項１６記載のエンジン制御装置。
【請求項１８】
前記コントローラ（５０）が、前記１又は複数の変数値に基づいて、異なる種類の工程のうちのどれが行われているか否かを判定し、判定結果に応じて前記パワー出力能力を制御する請求項２，４，５，６，８，９，１０及び１１のうちのいずれか一項に記載のエンジン制御装置。
【請求項１９】
前記コントローラ（５０）が、判定された工程に応じて上限出力トルクカーブが異なるように、前記パワー出力能力を制御する請求項１６記載のエンジン制御装置。
【請求項２０】
前記コントローラ（５０）が、前記１又は複数の変数値に基づいて、前記作業負荷が要求するパワー出力の大きさの程度を判定し、判定結果に応じて前記パワー出力能力を段階的に又は連続的に制御する請求項２，４，５，６，８，９，１０及び１１のうちのいずれか一項に記載のエンジン制御装置。
【請求項１】
作業車両用エンジンのパワー出力を制御する方法において、
エンジン（２１）からのパワー出力を消費する１又は複数の作業負荷の状態に関する１又は複数の変数値を検出するステップと、
検出された前記１又は複数の変数値に基づいて、エンジン（２１）のパワー出力能力を制御するステップと
を有するエンジン制御方法。
【請求項２】
作業車両用エンジンのパワー出力を制御する装置（４０）において、
エンジン（２１）からのパワー出力を消費する１又は複数の作業負荷の状態を表す１又は複数の変数値を検出する１又は複数の検出装置と、
前記１又は複数の検出装置により検出された前記１又は複数の変数値に基づいて、前記エンジン（２１）のパワー出力能力を制御するコントローラ（５０）と
を備えるエンジン制御装置。
【請求項３】
前記１又は複数の作業負荷が、前記作業車両（１）に備えられる作業機（１０）を含む請求項２記載のエンジン制御装置。
【請求項４】
前記１又は複数の検出装置が、前記作業機（１０）を動かすための１又は複数の油圧シリンダ（１３又は１５）の油圧を検出する油圧検出装置を含む請求項３記載のエンジン制御装置。
【請求項５】
前記１又は複数の検出装置が、前記作業機（１０）の操作を検出する作業機操作検出装置（３２又は３３）を含む請求項３記載のエンジン制御装置。
【請求項６】
前記１又は複数の検出装置が、前記作業機（１０）の位置又は姿勢を検出する作業機位置検出装置を含む請求項３記載のエンジン制御装置。
【請求項７】
前記１又は複数の作業負荷が、前記作業車両（１）に備えられる走行装置（２０）を含む請求項２記載のエンジン制御装置。
【請求項８】
前記１又は複数の検出装置が、前記走行装置（１０）に含まれる変速機（２３）の操作又は選択されている速度段を検出する変速機操作検出装置（３１）を含む請求項７記載のエンジン制御装置。
【請求項９】
前記１又は複数の検出装置が、前記作業車両の車体の前後方向における傾斜角を検出する傾斜角検出装置（４６）を含む請求項７記載のエンジン制御装置。
【請求項１０】
前記１又は複数の検出装置が、前記走行装置（１０）による走行速度を検出する速度検出装置（３４）を含む請求項７記載のエンジン制御装置。
【請求項１１】
前記１又は複数の検出装置が、前記エンジンへの燃料噴射量を運転者が操作するためのアクセルペダルの開度を検出するアクセル開度検出装置と、前記走行装置（１０）による走行加速度を検出する加速度検出装置（４７）とを含む請求項７記載のエンジン制御装置。
【請求項１２】
前記コントローラ（５０）が、前記１又は複数の変数値に基づいて、掘削が行われているか否かを判定し、判定結果に応じて前記パワー出力能力を制御する請求項２，４，５，６及び８のうちのいずれか一項に記載のエンジン制御装置。
【請求項１３】
前記コントローラ（５０）が、前記掘削が行われていないと判定された場合における上限出力トルクカーブ（２８Ｂ又は２８Ｃ）が、前記掘削が行われていると判定された場合における上限出力トルクカーブ（２８Ａ）よりも低くなるように、前記パワー出力能力を制御する請求項１２記載のエンジン制御装置。
【請求項１４】
前記コントローラ（５０）が、前記１又は複数の変数値に基づいて、登坂走行が行われているか否かを判定し、判定結果に応じて前記パワー出力能力を制御する請求項２，９，１０及び１１に記載のエンジン制御装置。
【請求項１５】
前記コントローラ（５０）が、前記登坂走行が行われていないと判定された場合における上限出力トルクカーブ（２８Ｂ又は２８Ｃ）が、前記登坂走行が行われていると判定された場合における上限出力トルクカーブ（２８Ａ）よりも低くなるように、前記パワー出力能力を制御する請求項１４記載のエンジン制御装置。
【請求項１６】
前記コントローラ（５０）が、前記１又は複数の変数値に基づいて、掘削が行われているか否かと、登坂走行が行われているか否かとを判定し、判定結果に応じて前記パワー出力能力を制御する請求項２，４，５，６，８，９，１０及び１１のうちのいずれか一項に記載のエンジン制御装置。
【請求項１７】
前記コントローラ（５０）が、前記掘削と前記登坂走行のいずれもが行われていないと判定された場合における上限出力トルクカーブ（２８Ｂ又は２８Ｃ）が、前記掘削と前記登坂走行の少なくとも一方が行われていると判定された場合における上限出力トルクカーブ（２８Ａ）よりも低くなるように、前記パワー出力能力を制御する請求項１６記載のエンジン制御装置。
【請求項１８】
前記コントローラ（５０）が、前記１又は複数の変数値に基づいて、異なる種類の工程のうちのどれが行われているか否かを判定し、判定結果に応じて前記パワー出力能力を制御する請求項２，４，５，６，８，９，１０及び１１のうちのいずれか一項に記載のエンジン制御装置。
【請求項１９】
前記コントローラ（５０）が、判定された工程に応じて上限出力トルクカーブが異なるように、前記パワー出力能力を制御する請求項１６記載のエンジン制御装置。
【請求項２０】
前記コントローラ（５０）が、前記１又は複数の変数値に基づいて、前記作業負荷が要求するパワー出力の大きさの程度を判定し、判定結果に応じて前記パワー出力能力を段階的に又は連続的に制御する請求項２，４，５，６，８，９，１０及び１１のうちのいずれか一項に記載のエンジン制御装置。
【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】
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０２４２０８
【国際公開日】平成１７年３月１７日（２００５．３．１７）
【発行日】平成１９年１１月８日（２００７．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−５１３６５０（Ｐ２００５−５１３６５０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００４／０１２６４１
【国際出願日】平成１６年９月１日（２００４．９．１）
【出願人】（０００００１２３６）株式会社小松製作所 (1,686)
【Ｆターム（参考）】
【国際公開日】平成１７年３月１７日（２００５．３．１７）
【発行日】平成１９年１１月８日（２００７．１１．８）
【国際特許分類】
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００４／０１２６４１
【国際出願日】平成１６年９月１日（２００４．９．１）
【出願人】（０００００１２３６）株式会社小松製作所 (1,686)
【Ｆターム（参考）】
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