(57)【要約】【課題】標準モードと低燃費モードを備えたエンジンにおいて、モードの適正な選択による燃費の向上を図る。【解決手段】コモンレールを備えたエンジンと、該エンジンの制御を行うＥＣＵ、及び作業機を搭載したトラクタにおいて、ＥＣＵ内に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と低燃費モードラインとから構成し、該標準モードラインと低燃費モードラインとの切り換えは燃費モード変更手段で行う構成とし、前記燃費モードダイヤルを操作して低燃費モードラインから標準モードラインに切り替えた場合、燃料噴射量が全負荷に近い所定値になるまでは低燃費モードでの噴射タイミングで燃料を噴射し、燃料噴射量が前記所定値を超えると標準モードラインの燃料噴射タイミングで燃料を噴射する構成としたことを特徴とするトラクタとする。【選択図】図７
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【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、前記燃費モードダイヤル（３６）を操作して低燃費モードライン（Ｌ２）から標準モードライン（Ｌ１）に切り替えた場合、燃料噴射量が全負荷に近い所定値（Ｙ）になるまでは低燃費モード（Ｌ２）での噴射タイミングで燃料を噴射し、燃料噴射量が前記所定値（Ｙ）を超えると標準モードライン（Ｌ２）の燃料噴射タイミングで燃料を噴射する構成としたことを特徴とするトラクタ。
【請求項２】
前記燃費モードダイヤル（３６）を無効位置にすると、通常は低燃費モードライン（Ｌ２）で運転することを特徴とする請求項１に記載のトラクタ。
【請求項３】
前記低燃費モードライン（Ｌ２）で運転中において、条件に応じて自動的に標準モードライン（Ｌ１）に切り替える構成としたことを特徴とする請求項２に記載のトラクタ。
【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】
従来から機体に装着している作業機の状態を判定して、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である。しかしながら、標準モード又は省エネモードに切り換える構成である。しかしながら、標準モード又は省エネモードの適正な選択が行われない場合は、燃費の向上が見込めなくなることがある。
【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。
【０００７】
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、前記燃費モードダイヤル（３６）を操作して低燃費モードライン（Ｌ２）から標準モードライン（Ｌ１）に切り替えた場合、燃料噴射量が全負荷に近い所定値（Ｙ）になるまでは低燃費モード（Ｌ２）での噴射タイミングで燃料を噴射し、燃料噴射量が前記所定値（Ｙ）を超えると標準モードライン（Ｌ２）の燃料噴射タイミングで燃料を噴射する構成としたことを特徴とするトラクタとしたものである。
請求項２に記載の発明では、前記燃費モードダイヤル（３６）を無効位置にすると、通常は低燃費モードライン（Ｌ２）で運転することを特徴とする請求項１に記載のトラクタとしたものである。
【０００８】
請求項３に記載の発明では、前記低燃費モードライン（Ｌ２）で運転中において、条件に応じて自動的に標準モードライン（Ｌ１）に切り替える構成としたことを特徴とする請求項２に記載のトラクタとしたものである。
【発明の効果】
【０００９】
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）から標準モードライン（Ｌ１）に切り替えた場合、燃料噴射量が全負荷に近い所定値（Ｙ）になるまでは低燃費モード（Ｌ２）での噴射タイミングで燃料を噴射し、燃料噴射量が前記所定値（Ｙ）を超えると標準モードライン（Ｌ２）の燃料噴射タイミングで燃料を噴射するので、更に燃費が向上するようになる。
【００１０】
請求項２記載の発明においては、請求項１の効果に加え、燃費モードダイヤル（３６）の操作によらない場合は、先ず低燃費モードライン（Ｌ２）で運転されるので、燃費が向上する。
【００１１】
請求項３記載の発明においては、請求項２の効果に加え、燃費モードライン（Ｌ２）で運転中において、条件に応じて自動的に標準モードライン（Ｌ１）に切り替えるので、エンジン回転ダウンがエンストを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【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トルクの関係を示す線図
【図６】吸気から排気の模式図
【図７】低燃費モードから標準モードに切り替えたときの噴射タイミングの切り替え図
【図８】モード切り替えのフローチャート図
【図９】モード切り替えのフローチャート図
【図１０】出力とNOx排出との関係を示す図
【図１１】負荷率を変速のフローチャート図
【図１２】排気管の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明を実施するための最良の形態を説明する。
なお、後述する各実施例は、理解を容易にするために、個別または混在させて図示、あるいは説明しているが、これらは夫々種々組合せ可能であり、これらの説明順序・表現等によって、構成・作用等が限定されるものではなく、また、相乗効果を奏する場合も勿論存在する。
【００１４】
図１は、蓄圧式燃料噴射装置の全体構成図である。蓄圧式燃料噴射装置は、例えば、多気筒ディーゼル機関に適用されるものであるが、ガソリン機関でもよい。そして、蓄圧式燃料噴射装置は、噴射圧力に相当する高圧燃料を蓄圧するコモンレール１と、このコモンレール１に取り付けられる圧力センサ２と、燃料タンク３より汲み上げた燃料を加圧してコモンレール１に圧送する高圧ポンプ４と、コモンレール１に蓄圧された高圧燃料をエンジンＥのシリンダー５内に噴射する燃料噴射ノズル６と、前記高圧ポンプ４と燃料噴射ノズル６等の動作を制御する制御装置（ＥＣＵ）等から構成される。ＥＣＵとは、エンジンコントロールユニットの略称である。
このように、コモンレール１はエンジンＥの各シリンダー５へ燃料を噴射するものであり、燃料供給を要求された圧力とするものである。
前記燃料タンク３内の燃料は吸入通路により燃料フィルタ７を介してエンジンＥで駆動される高圧ポンプ４に吸入され、この高圧ポンプ４によって加圧された高圧燃料は吐出通路８によりコモンレール１に導かれて蓄えられる。
コモンレール１内の高圧燃料は各高圧燃料供給通路９により気筒数分の燃料噴射ノズル６に供給され、ＥＣＵ１００からの指令に基づき、各シリンダーに燃料噴射ノズル６が作動して、高圧燃料がエンジンＥの各シルンダー５室内に噴射供給され、各燃料噴射ノズル６での余剰燃料（リターン燃料）は各リターン通路１０により共通のリターン通路１０へ導かれ、このリターン通路１０によって燃料タンク３へ戻される。
また、コモンレール１内の燃料圧力（コモンレール圧）を制御するため高圧ポンプ４に圧力制御弁１１が設けられており、この圧力制御弁１１はＥＣＵ１００からのデューティ信号によって、高圧ポンプ４から燃料タンク３への余剰燃料のリターン通路１０の流路面積を調整するものであり、これによりコモンレール１側への燃料吐出量を調整してコモンレール圧を制御することができる。
具体的には、エンジン運転条件に応じて目標コモンレール圧を設定し、レール圧力センサ２により検出されるコモンレール圧が目標コモンレール圧と一致するよう、圧力制御弁１１を介してコモンレール圧をフィードバック制御する構成としている。
作業車（農作業機）におけるコモンレール１を有するディーゼルエンジンＥのＥＣＵ１００は、図２に示すように、回転数と出力トルクの関係において走行モードＡと通常作業モードＢ及び重作業モードＣの三種類の制御モードを有する構成としている。
走行モードＡは、エンジン回転数の変動で出力も変動するドループ制御である。農作業を行わず移動走行する場合に使用するものである。例えば、ブレーキを掛けて走行速度を減速したり停止したりすると、この走行負荷の増大に伴ってエンジン回転数が低下するため走行速度の減速や停止を安全に行うことができるものである。
通常作業モードＢは、負荷が変動してもエンジン回転数が一定で出力を負荷に応じて変更するアイソクロナス制御である。通常の農作業を行う場合に使用するものである。例えば、トラクターであれば耕耘作業時に耕地が固く耕耘刃に抵抗が掛かるときであり、コンバインであれば収穫作業時に収穫物が多く負荷が増大したときでも、出力が変動して回転数を維持するときである。
重作業モードＣは、通常作業モードＢと同様に負荷が変動してもエンジン回転数一定で出力を負荷に応じて変更するアイソクロナス制御に加え、負荷限界近くになると回転数を上昇させて出力を上げる重負荷制御を加えた制御である。特に、負荷限界近くで農作業を行う場合に使用するものである。例えば、トラクターで耕耘作業を行っている際に、特に、固い耕地に遭遇してもエンジン出力が通常の限界を越えて増大するので作業を中断することがなく、効率の良い作業が可能となる。
これらの作業モードＡ，Ｂ，Ｃは、各作業モードＡ，Ｂ，Ｃを切り替え可能な作業モード切替スイッチの操作、又は農作業車（トラクター、コンバイン、田植機等）の走行変速レバーの変速操作、又は作業クラッチ（トラクターであればロータリであり、コンバインであれば刈取部、脱穀部である）の入り切り操作等によって切り替わるように構成する。
ディーゼルエンジンＥでは、メイン噴射に先立って少量の燃料をパルス的に噴射するパイロット噴射を行うことにより、着火遅れを短縮してディーゼルエンジンＥ特有のノック音を低減し、騒音を低減することが可能な構成としている。
このパイロット噴射は、メイン噴射の前に１回又は２回に限定して行われるものであったが、前記コモンレール１の蓄圧式燃料噴射装置を用いることで、エンジンＥの状況に応じてパイロット噴射の状態を変化させ、騒音の低減や不完全燃焼による白煙又は黒煙の発生を抑制できるようになる。また、メイン噴射に先立って少量の燃料をパルス的に噴射するパイロット噴射を行うことにより、排ガス中の窒素酸化物の量が減少するようになる。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
機体中央であってキャビン１４内のハンドルポスト１５にはステアリングハンドル１６が支持され、その後方にはシート１７が設けられている。ステアリングハンドル１６の下方には、機体の進行方向を前後方向に切り換える前後進レバー１８が設けられている。この前後進レバー１８を前側に移動させると機体は前進し、後方へ移動させると後進する構成である。
また、ハンドルポスト１５を挟んで前後進レバー１８の反対側にはエンジン回転数を調節するアクセルレバー２５が設けられ、またステップフロア１９の右コーナー部には、同様にエンジン回転数を調節するアクセルペダル２３と、左右の後輪１３、１３にブレーキを作動させる左右のブレーキペダル２４Ｌ、２４Ｒが設けられている。ステップフロア１９の左コーナー部にはクラッチペダル２０が設けられている構成である。
【００１８】
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。
【００１９】
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）、及び表示手段（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。
【００２０】
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。
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。
【００２１】
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。
図５はエンジン回転数とトルクとの関係を示す性能カーブであり、ラインＬ１が標準モード（パワーモード）を示し、ラインＬ２が低燃費モードを示している。標準モードラインＬ１の最大トルク点がＴ１で、低燃費モードラインＬ２の最大トルク点がＴ２である。この標準モードラインＬ１と低燃費モードラインＬ２の切り換え選択は、燃費モードダイヤル３６（図４）で行う構成とする。燃費モードダイヤル３６の形態としては、オンオフ式のスイッチ（オン状態で燃費モード）やいずれか一方に切り換える切換スイッチ等の形態でもよい。
図６に示しているように、エンジンＥの排気系には後処理装置３７を設けている。排気ガスは、後処理装置３７を通過してマフラー３８から大気中に排出される。後処理装置３７は、酸化触媒（ＤＯＣ）３９とディーゼルパティキュレートフィルター（ＤＰＦ）４０とから構成されている。
酸化触媒（ＤＯＣ）３９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）４０は粒状化物質（ＰＭ）を捕集するためのものである。ＤＰＦ４０の性質として、排気ガスの温度が低い状態（低負荷）が長時間続くと、ＤＰＦ４０内にＰＭが溜まってきて捕集能力が低下してくる。
図７に示すように、前記燃費モードダイヤル３６を操作して低燃費モードラインＬ２から標準モードラインＬ１に切り替えた場合、トルク（燃料噴射量）が全負荷に近い状態（９５％程度の所定値Ｙ）になるまで低燃費モードＬ２での噴射タイミングで燃料を噴射し、これ以上のトルク（燃料噴射量：所定値Ｙ）を超えると標準モードラインＬ２での燃料噴射タイミングで燃料を噴射する構成とする。これにより、できるだけ出力の出やすい進角側にしておくことで、標準モードラインＬ２へ移行時におけるエンジン出力の復帰が早くなり、エンジン回転数の低下が抑制できる。
前述したように、標準モードラインＬ１と低燃費モードラインＬ２の切り替えは、燃費モードダイヤル３６で行う構成としているが、この燃費モードダイヤル３６を設けない構成としてもよい。また、燃費モードダイヤル３６に操作位置で無効位置を設け、この無効位置にすると、通常の運転では低燃費モードラインＬ２で運転される。
即ち、図８に示すように、通常は低燃費モードラインＬ２で運転し、状況により標準モードラインＬ１に切り替える構成とする。負荷率が大きくなると（９５％程度以上）標準モードラインＬ１に切り替え、この切り替えた標準モードラインＬ１で負荷率が小さくなると（６０％以下）低燃費モードラインＬ２に戻す構成とする。これにより、燃費モードダイヤル３６を設けないことで簡素で廉価な構成となる。また、設定ミスで低燃費モードラインＬ２を選択した場合、エンストする可能性があるが、このような状況を防止できる。また、基本の運転が低燃費モードラインＬ２で運転されるので、より燃費向上が期待できる。また、燃費モードダイヤル３６に無効位置を設けることで、通常は低燃費モードＬ２で運転できるので、手動の設定より燃費が向上する。
また、図９に示すように、通常は低燃費モードラインＬ２で、且つドループ制御Ａで運転し、エンジン回転数の状況により標準モードラインＬ１で、且つアイソクロナス制御Ｂに切り替える構成とする。エンジン回転数が所定回転数（５００ｒｐｍ）以上下がると、標準モードラインＬ１で、且つアイソクロナス制御Ｂに切り替え、この切り替えた標準モードラインＬ１で運転中において、負荷率が所定以下（８０％以下）になると低燃費モードラインＬ２に戻すのではなく、とりあえずドループ制御Ａに切り替える構成とする。これにより、急に負荷率が上昇しても、直ぐに標準モードラインＬ１で対応できる。
図１０は出力とNOxの排出量との関係を示す図である。出力に対するNOxの基準排出ラインをＬＥとし、この基準排出ラインをＬＥに対して標準モードラインＬ１を選択時の標準モード排出ラインＬ１ａを設定するにあたり、２次曲線的に設定し、しかも出力が低いときは、標準モード排出ラインＬ１ａは基準排出ラインをＬＥの下方に位置させ、出力が高いときは、標準モード排出ラインＬ１ａは基準排出ラインをＬＥの上方に位置させる構成とする。
低燃費モード排出ラインＬ２ａについても、２次曲線的に設定し、出力が低いときは、低燃費モード排出ラインＬ２ａは基準排出ラインをＬＥの下方に位置させ、出力が高いときは、低燃費モード排出ラインＬ２ａは基準排出ラインをＬＥの上方に位置させる構成とする。この低燃費モード排出ラインＬ２ａの設定については、噴射タイミングを２度から４度進角させる。噴射タイミングを進角させて全負荷噴射量を絞ることで、出力当たりのNOx排出率は変わらず、燃費消費率を良化させた低燃費モードを設定できる。
全体の出力当たりのNOx排出量は、基準排出ラインをＬＥ、標準モードラインＬ１、低燃費モードラインＬ２のいずれも略同じになる。同一負荷でみた場合、標準モードラインＬ１に比べて低燃費モードラインＬ２の燃費は、進角した分良好となる。
【００２２】
また、トラクタのエンジンの負荷率が７０％以上で、且つエンジン回転数が１４００ｒｐｍ以下になると、変速装置をシフトダウンさせる。これにより、燃料消費率の良い回転域で作業できる。
【００２３】
図１１はエンジン負荷率が７０％以内となるようにした実施例である。エンジン回転数は一定であるため、負荷率＝燃料消費量となる。オペレータはダイヤル操作で負荷率を変更可能なので、任意で燃料消費量（負荷率）を一定となるように、変速装置の減速比を変化させ、車速を変化させる制御を行う。これにより、効率の良い作業ができる。
【００２４】
作業走行中においてトラクタに連結したロータリを上昇させると、エンジン回転数を下げて燃費を向上させ、ロータリを下降させるとエンジンを元の回転数に戻すが、一旦８０％まで戻し、その後１００％戻す構成とする。２段階でアクセルを戻すことで、最初にかかる負荷が小さくなるため、スモークの発生を抑制できる。耕うんし始めと略同時に元の１００％のエンジン回転となるため、エンジン回転ダウンを抑制できる。
【００２５】
図１２に示す符号３７は後処理装置である。後処理装置は前述のごとく酸化触媒ＤＯＣとＰＭを除去するＤＰＦ４０から構成されている。後処理装置３７を通過した排気ガスは、排気管３８ａとマフラー３８を通過して大気中に放出される。排気管３８ａは波状に形成されているので、凹部に結露水がたまる。溜まった結露水は排気熱で蒸発する。即ち、蒸発するまでは、排気管３８ａの凹部にためておくことで、煤の混在した黒い水が大気中に放出されるのを防止できるので、黒い水で車体を汚すのを防止できる。
【符号の説明】
【００２６】
Ｅ    エンジン
Ｙ    燃料噴射量の所定値
Ｌ１  標準モードライン
Ｌ２  低燃費モードライン
１    コモンレール
２１    作業機
３６    燃費モード変更手段
１００    ＥＣＵ
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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