(57)【要約】      （修正有）【課題】過負荷となった場合、作業者が意図するようにエンジンをアシストできるようにする。【解決手段】エンジンの回転数を設定するとともに回動操作位置が保持されるアクセルレバー１５と、アクセルレバー１５と連動されエンジンの回転数を設定するとともに操作力を解除すると元の方向に戻るアクセルペダル１７と、エンジンの出力軸に連動連結される電動モータとを備える作業車両であって、アクセルレバー１５により設定した回転数でエンジンが作動している状態で、アクセルペダル１７を更に踏み込み操作すると、電動モータが駆動されてエンジン出力をアシストする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの回転数を設定するとともに回動操作位置が保持されるアクセルレバーと、アクセルレバーと連動されエンジンの回転数を設定するとともに操作力を解除すると元の方向に戻るアクセルペダルと、エンジンの出力軸に連動連結される電動モータとを備える作業車両であって、アクセルレバーにより設定した回転数でエンジンが作動している状態で、アクセルペダルを更に踏み込み操作すると、電動モータが駆動されてエンジン出力をアシストすることを特徴とする作業車両。
【請求項２】
前記アクセルペダルの操作範囲はアクセルレバーの操作範囲より最大回転数側で所定量大きくしたことを特徴とする請求項１に記載の作業車両。
【請求項３】
前記電動モータはモータジェネレータで構成され、低負荷時はバッテリを充電することを特徴とする請求項１に記載の作業車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンからの駆動力により走行駆動及びＰＴＯ駆動を可能とし、エンジン負荷が増大した時に電動モータによりアシスト可能とする作業車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、トラクタに搭載したエンジンとは別に走行用の電動モータを設け、エンジンにより発電機を駆動するとともに、エンジンの出力を無段変速機とクラッチを介して走行駆動系に動力を伝達して、走行駆動をアシスト可能とする技術が公知となっている（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２００３−９６０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記従来の技術では、通常エンジンからの動力はクラッチを介してＰＴＯ軸に動力を伝達して作業機を駆動可能とし、走行系は電動モータにより駆動可能に構成している。このような構成で、走行負荷が増加した場合、エンジンからの動力を伝達してアシストしていたので、作業機に大きな負荷がかかった場合には回転数を減少させなければならなくなる。従って、エンジンの馬力は作業機の最大負荷に応じた馬力の仕様となる。
【０００５】
一方、エンジンはクラスが大きくなると、排ガス規制に応じてＤＰＦやＳＣＲ等の装備が増加し、エンジン自体が大きくなりコストアップとなっていた。そこで、通常の作業ではひとつ下のクラスのエンジンで十分対応できるものであれば、クラスが一つ小さいエンジンを使用し、負荷が大きくなったときに電動モータによりアシストすることで、小型化及びコスト低減化が図れる。しかし、過負荷となると自動でアシストするようにした場合、作業者が意図するようにアシストされず、かえってエンジンに過負荷を与えた状態が長く続いたり、電動モータによるアシスト状態が長く続いてバッテリの電力を過剰に消費してバッテリあがりが発生したりするおそれがあった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００７】
即ち、請求項１においては、エンジンの回転数を設定するとともに回動操作位置が保持されるアクセルレバーと、アクセルレバーと連動されエンジンの回転数を設定するとともに操作力を解除すると元の方向に戻るアクセルペダルと、エンジンの出力軸に連動連結される電動モータとを備える作業車両であって、アクセルレバーにより設定した回転数でエンジンが作動している状態で、アクセルペダルを更に踏み込み操作すると、電動モータが駆動されてエンジン出力をアシストするものである。
【０００８】
請求項２においては、前記アクセルペダルの操作範囲はアクセルレバーの操作範囲より最大回転数側で所定量大きくしたものである。
【０００９】
請求項３においては、前記電動モータはモータジェネレータで構成され、低負荷時はバッテリを充電するものである。
【発明の効果】
【００１０】
以上のような手段を用いることにより、エンジンのトルクが不足するときにアクセルペダルの操作で電動モータを駆動してアシストされることになり、小さいエンジンを使用することが可能となり、コスト低減化が図れる。そして、作業者の経験や感覚で負荷を感じてアクセルペダルを操作してエンジンをアシストできるため、作業者の意図するように作業ができ、素早くエンジン負荷を軽減したり、電動モータの作動時間を短縮してバッテリの電力消費を抑えたりすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】トラクタの全体側面図。
【図２】操縦部の平面図。
【図３】制御ブロック図。
【図４】アクセルペダルとアクセルレバーを示す概略図。
【図５】エンジン回転数とエンジントルクの関係を示す図。
【図６】エンジン負荷と電動モータの作動を示すタイムチャート図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
まず、図１、図２より作業車両の一例としてトラクタ１の全体構成について説明する。
ボンネット２内にエンジン３が内設され、該ボンネット２の後部にダッシュボード１４が配置され、該ダッシュボード１４上にステアリングハンドル４が設けられ、ダッシュボード１４の右側部にアクセルレバー１５が配置され、左側に前後進切換レバーが配置され、ダッシュボード１４の後方に運転席５が配設されている。ダッシュボード１４と運転席５との間の下方にステップ１６が配置され、ステップ１６の右側上にアクセルペダル１７とブレーキペダル１８が配置され、ステップ１６の左側上にクラッチペダル１２が配置されている。これらステアリングハンドル４や運転席５等の操縦部はキャビン２７により覆われている。
【００１３】
前記エンジン３の後部にはクラッチハウジング１９を介してミッションケース６が連設され、該ミッションケース６の両側にリアアクスルケース８・８が連設される。該リアアクスルケース８・８には車軸を介して後輪１０・１０が支承され、前記エンジン３を支持するフロントフレームにはフロントアクスルケース７が支持され、該フロントアクスルケース７の両側に前輪９・９が支承される。
【００１４】
また、トラクタ１の後部には、作業機装着装置２０が配置され、該作業機装着装置２０に作業機１１を装着して作業を可能としている。作業機１１は本実施形態ではロータリ耕耘装置としている。作業機装着装置２０はトップリンク２１と左右のロアリンク２２・２２からなる。前記ミッションケース６の上面には油圧ケース２４が載置固定され油圧シリンダを収納している。油圧ケース２４の両側から油圧シリンダの伸縮により回動されるリフトアーム２５・２５が後方に突出され、該リフトアーム２５・２５の後部にリフトリンク２６・２６の上端が枢支されている。リフトリンク２６・２６の下端は前記ロアリンク２２・２２の前後中途部に枢支されている。
【００１５】
図３に示すように、前記エンジン３の出力軸（クランク軸）３１の後部にはフライホイル３２が固設され、該フライホイル３２の後部（動力伝達下流側）にクラッチ３３を介して変速装置３４の入力軸３５が連結される。
【００１６】
変速装置３４は、主変速装置や副変速装置や前後進切換装置等からなり、入力軸３５に伝達された動力を変速してリヤデフ装置を介して後輪１０を駆動可能とし、また、変速後の動力を伝動軸やフロントデフ装置を介して前輪９を駆動可能としている。また、入力軸３５からＰＴＯクラッチ３７を介してＰＴＯ変速装置に動力を伝達して変速し、ミッションケース６の後面より後方に突出したＰＴＯ軸１３から動力を取出し、作業機１１を駆動可能に構成している。なお、前記各変速装置は歯車選択式や油圧式やプーリ式等で構成することが可能であり、限定するものではない。
【００１７】
前記エンジン３の出力軸３１にはギヤが固設され、該ギヤを介して電動モータ３０が連動連結される。電動モータ３０は本実施形態ではモータジェネレータとしている。以下、電動モータ３０はモータジェネレータ３０と表現する。モータジェネレータ３０は発電機としても電動モータとしても作動可能であり、電力変換部４２を介してバッテリ４１と接続される。電力変換部４２は制御装置５０と接続されて充電制御および放電（モータ駆動）制御される。
【００１８】
すなわち、エンジン３始動時にはモータジェネレータ３０はセルモータとして作用し、キースイッチの操作によりバッテリ４１からの電力が供給されてクランク軸（出力軸３１）を回転させエンジン３を始動させる。エンジン３始動後において、軽負荷の場合モータジェネレータ３０は発電機として作用し、モータジェネレータ３０により発電された電力を電力変換部４２の整流部を介して、バッテリ４１を充電する。
【００１９】
前記アクセルレバー１５とアクセルペダル１７は図４に示すように、ワイヤまたはリンク等を介して連動連結されている。前記アクセルレバー１５の回動基部にはレバーセンサ４３が配置されてその操作量を検知している。アクセルペダル１７の回動基部にはペダルセンサ４４が配置されてアクセルペダル１７の操作量が検知される。レバーセンサ４３及びペダルセンサ４４はポテンショメータやロータリエンコーダ等の回転角度検知センサからなり制御装置５０と接続されている。
【００２０】
アクセルレバー１５は、前記ダッシュボード１４の側部から右側方に突出して配置され、アクセルレバー１５の回動軸には皿バネ等の付勢部材が配置されて、先端のグリップを握って前後回動操作するとその操作位置が保持されるように構成されている。アクセルレバー１５の回動基部にはレバーセンサ４３が配置されてアクセルレバー１５の回動が検知され、レバーセンサ４３の検出値は制御装置５０に送信され、エンジン３の設定回転数とされる。
【００２１】
アクセルペダル１７は、ステップ１６の右側上に配置され、後方を支点として前部が斜め上方に持ち上げられるようにバネ等で付勢されている。そして、アクセルペダル１７を足により踏込操作すると前部が下方へ回動され、放すと元の斜めの位置に戻る構成としている。アクセルペダル１７の回動基部にはペダルセンサ４４が配置されてアクセルペダル１７の回動量が検知され、ペダルセンサ４４の検出値は制御装置５０に送信され、エンジン３の設定回転数とされる。なお、エンジン３の設定回転数はレバーセンサ４３とペダルセンサ４４の検出値の何れか大きい方が採用され、その回転数となるように制御される。
【００２２】
また、図４に示すように、アクセルペダル１７の操作範囲をθ１とすると、アクセルレバー１５の操作範囲はθ１より所定量小さく、放した状態からθ２の範囲とし（θ１＞θ２）、アクセルレバー１５を最大位置まで回動した状態でも、負荷が大きくなるとアクセルペダル１７を更に踏み込むことでモータジェネレータ３０を駆動してアシストできるようにしている。
【００２３】
制御装置５０にはエンジン３に設けたラックアクチュエータまたは電子燃料噴射装置等で構成される回転数制御アクチュエータ４５と接続され、設定回転数に応じて回転数制御アクチュエータ４５を駆動してエンジン３の回転数を制御できるようにしている。また、制御装置５０にはエンジン３の回転数を検知する回転数センサ４６と接続され、エンジン３の回転数をフィードバックし、設定した回転数となるように制御される。
【００２４】
こうして、作業者がアクセルレバー１５を操作してエンジン３の回転数を設定し、作業状態において、作業者は負荷が大きくなり過負荷になると予想したり、過負荷になったと判断した場合には、作業者はアクセルペダル１７を踏込操作する。このアクセルペダル１７の踏み込みによりモータジェネレータ３０は電動モータとして作用し、電力変換部４２のインバータによりバッテリ４１からの電力を所定の周波数の交流に変換してモータジェネレータ３０を駆動させて、エンジン３の駆動力をアシストし、負荷を軽減させて所定の作業ができるようにしている。
【００２５】
具体的に説明すると、アクセルレバー１５により設定したエンジン３の回転数で作業をしている状態において、負荷が増加すると、制御装置５０は、走行速度を低下させたり、作業機を上昇させたり、燃料噴射量を増加させたりして、エンジン回転数が設定回転数を維持するように制御するが、作業者はこの負荷が増大したことを、エンジン音の変化や走行速度の変化や作業機の音の変化等により体感することができる。また、熟練の作業者は圃場の状態を見て負荷の増加を予測することができる。この負荷の増加を体感して過負荷となったとき、または、過負荷になると予想したときに、作業者がアクセルペダル１７を踏み込むと、制御装置５０はバッテリ４１からモータジェネレータ３０に踏込量に応じた電力を供給して、エンジントルクをアシストするのである。
【００２６】
上記のように作業者がアクセルペダル１７を踏み込んでモータジェネレータ３０を作動させてアシストする場合を手動アシストモードとする。また、前記モータジェネレータ３０によるアシストは自動で行うように制御することも可能である。この制御を自動アシストモードとする。自動アシストモードの場合のモータジェネレータ３０によりエンジン３をアシストできる範囲は、図５に示すトルクカーブｑ１とトルクカーブｑ２に囲まれたハッチングを施した範囲であり、作業域の回転数の範囲で所定のトルクをアシストできるようにしている。手動アシストモードの場合は、トルクカーブｑ１よりも下側（小さいトルク）からアシスト可能としている。このようにアシストできるトルクカーブｑ１の特性を有するエンジン３は、トルクカーブｑ２の特性を有する一つ上のクラスのエンジンと同等の作業をすることが可能となる。こうして、エンジン３の小型化とコスト低減化が可能となる。
【００２７】
自動アシストモードでアシスト制御した場合は、図６の実線で示すように、時間Ｔ１において、負荷がＷ１を越えて過負荷となる（トルクカーブｑ１より上昇する）とモータジェネレータ３０が作動されエンジン３をアシストする。このアシストにより負荷が減少し、時間Ｔ２でＷ２以下となるとモータジェネレータ３０の作動が停止される。
【００２８】
手動アシストモードでアシスト制御した場合は、図６の点線で示すようになる。つまり、負荷が増加してくると、作業者は経験によりその変化を感じる。このとき時間Ｔ３においてアクセルペダル１７を踏み込むと、負荷の増加の初期でアシストすることになって過負荷とならないうちに負荷を減少できる。そして、負荷の増加量は低く抑えられ、アクセルペダル１７の作動時間も減少でき、エンジン３にかかる負担も小さくできエンジン３の寿命を延ばすことができる。なお、自動アシストモードの場合アシスト開始負荷を手動アシストモードと同様のＷ２としてアシストの開始を早めることもできるが、アシストを解除する負荷の値はそれよりも小さくしなければならず（ハンチングを起こすため）、電動モータ３０の作動時間が長くなる。また、アシストを加える負荷値を低くすると。モータジェネレータ３０の作動が頻繁に行われることになり、バッテリ４１の負担が大きくなりバッテリ上がりを起こす可能性がある。そのため、本実施形態のように手動アシストモードで制御するようにしている。
【００２９】
手動アシストモードにおける前記アクセルペダル１７の操作は、熟練者に対して有効であり、熟練者は圃場の状態を見れば大体の負荷の大きさや負荷が続く時間等を予測できる。一方、未熟な作業者の場合では、アクセルペダル１７の踏込操作は遅れてしまいアシストを行う時間は長くなってしまい効率が悪くなってしまう。そこで、制御装置５０に自動アシストモードと手動アシストモードを設定し、モード切換手段５１を設けて制御装置５０と接続することにより、熟練の作業者の場合は手動アシストモードを選択し、未熟な作業者の場合は自動アシストモードを選択できるように構成することもできる。
【００３０】
以上のように、エンジン３の回転数を設定するとともに回動操作位置が保持されるアクセルレバー１５と、アクセルレバー１５と連動されエンジン３の回転数を設定するとともに操作力を解除すると元の方向に戻るアクセルペダル１７と、エンジン３の出力軸３１に連動連結される電動モータ３０とを備える作業車両であって、アクセルレバー１５により設定した回転数でエンジン３が作動している状態で、アクセルペダル１７を更に踏み込み操作すると、電動モータ３０が駆動されてエンジン出力をアシストするので、エンジン３のトルクが不足するときにアクセルペダル１７の操作で電動モータ３０を駆動してアシストされることになり、小さいエンジン３を使用することが可能となり、コスト低減化が図れる。そして、作業者の勘や経験や感覚で負荷を感じてアクセルペダル１７を操作してエンジン３をアシストできるため、素早くエンジン負荷を軽減でき、電動モータ３０の作動時間も短縮してバッテリ４１の電力消費も抑えることができる。
【００３１】
また、前記アクセルペダル１７の操作範囲はアクセルレバー１５の操作範囲より最大回転数側で所定量大きくしたので、アクセルレバー１５の作業域全ての操作範囲でアシスト操作が可能となる。
【００３２】
また、前記電動モータ３０はモータジェネレータで構成され、低負荷時はバッテリ４１を充電するので、バッテリ４１の電力消費が抑えられ長持ちさせることができる。
【符号の説明】
【００３３】
３    エンジン
１５  アクセルレバー
１７  アクセルペダル
３０  電動モータ（モータジェネレータ）
３１  出力軸
４１  バッテリ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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