JP2006214437A - 作業機械用の適応再生システム - Google Patents

Abstract

【課題】作業機械用の適応再生システムを提供する。
【解決手段】作業機械用の再生システムは、可変動力出力を提供するように構成された動力源を備え得る。また、再生システムは、動力源に動作可能に接続され、可変動力出力の少なくとも一部を用いて排気要素を再生するようになされた少なくとも１つの再生装置をも備え得る。制御装置は、排気要素を再生するのに必要な動力量を決定するように構成され得る。また、制御装置は、排気要素を再生するのに必要な動力量に基づいて、動力源の動作を調整するようにも構成され得る。
【選択図】図２

Description

本開示内容は、排気システムの構成部材の再生に関し、特に、再生に必要な動力量に基づき、排気システムの構成部材を再生するシステム及び方法に関する。

ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン、天然ガスエンジン、及び当該技術分野における他のエンジンなどのエンジンは、大気汚染物質を排気し得る。この大気汚染物質は、粒子状物質などのガス状及び固体状の物質から構成され得る。粒子状物質は、すすと呼ばれる不完全燃焼炭素粒子を含み得る。加えて、粒子状物質は、灰分も含み得るものであり、これは、エンジンオイルに用いてオイルの酸性度を低減することができる。

このように生じた粒子状物質は、排気流から濾過され得る。粒子状物質を排気流から濾過するには、多様な技術が用いられる。これらの技術の１つとしては、粒子フィルタなどの排気要素を用いることが挙げられる。粒子フィルタは、排気流中に含まれた粒子を捕捉し、排気流が、エンジンから排出される際と比べて大気中に入る際により澄むようになる。当該技術分野では、様々な種類の粒子フィルタがある。粒子フィルタの中には、多孔質フィルタ材を含み得るものがある。また、この代わりに、粒子フィルタの中には、ワイヤーメッシュを用いるものがあっても良い。この細孔又はワイヤーメッシュは、排気流が粒子フィルタの入力から出力に流れる間に排気流中の粒子状物質を捕捉し得る。

粒子フィルタにより捕捉された粒子状物質は、最終的に粒子フィルタを目詰まりさせ、エンジンの動作効率を低下し得る。また、粒子フィルタが目詰まりすると、エンジンへの背圧が増加する。よって、エンジンは、粒子フィルタが目詰まりしていない場合と比べて、同じ動力量を生じるのに、より多くの燃料を消費することになり得る。

これら及びその他の問題は、粒子フィルタを周期的に洗浄することにより回避し得る。当該技術分野においては、様々なフィルタ洗浄方法がある。フィルタの洗浄方法の１つとしては、粒子状物質が燃焼又は蒸発する温度まで粒子状物質を加熱する方法がある。また、この種のフィルタ洗浄は、再生とも称され得る。

排気要素を再生する多様な再生システムが提案されている。これらのシステムの多くは、再生を助長するために排気要素の温度を上昇させる工程を含んでいる。例えば、２００２年７月２３日付け発行のシャーマン（Ｓｈｅｒｍａｎ）らによる（特許文献１）は、排気温度を上昇させるようにエンジンパラメータを調整することにより、粒子フィルタを再生する方法を記載している。この方法では、粒子フィルタにおける背圧が所定の閾値に達すると、エンジン速度が低下され、エンジンへの負荷が増加される。これにより、エンジンから発生する排気流の温度を増加させ、それに応じて、フィルタの温度が上昇し得る。また、フィルタ温度の上昇により、意図的にフィルタの再生が助長される。

（特許文献１）の方法は、排気システム要素を再生するのに用い得るが、幾つかの欠点がある。このシステムは、時折、効率的な再生に利用可能な十分な動力がないため、効率的に排気要素を再生することが不可能となることがある。加えて、このシステムは、再生に利用可能な十分な動力がないため、再生が必要な時に再生を行うことができないことがある。さらに、このシステムは、排気要素を再生するのに必要な動力量を計算し、どの位の量の動力が再生用にすでに利用可能であるかを判定し、又は、排気要素の効率的な再生に必要な任意の追加的な動力を生成する能力に欠けている。

米国特許第６，４２２，００１号明細書

本開示内容は、従来技術の再生方法に関連する問題のうちの１つ以上を克服することに関する。

本開示内容の一形態において、排気要素の再生システムが開示されている。本再生システムは、可変動力出力を提供するように構成された動力源を備え得る。本再生システムは、動力源に動作可能に接続され、可変動力出力の少なくとも一部を用いて排気要素を再生するようになされた少なくとも１つの再生装置をも備え得る。制御装置は、排気要素を再生するのに必要な動力量を決定するように構成され得る。また、制御装置は、排気要素を再生するのに必要な動力量に基づいて動力源の動作を調整するようにも構成され得る。

本開示内容の他の形態においては、排気要素の再生を制御する方法が開示されている。本方法は、排気流を排気要素に通して流す工程を含み得る。また、本方法は、排気要素の再生に必要な動力量を決定する工程を含み得る。また、本方法は、再生に必要な動力量に基づいて動力源の少なくとも１つの動作パラメータを調整する工程を含み得る。

本開示内容の他の形態においては、作業機械が開示されている。本作業機械は、可変動力出力及び排気流を生成するエンジンを備え得る。本作業機械は、排気流を収容し送気するように構成された排気管をも備え得る。また、本作業機械は、排気流の少なくとも一部が粒子トラップを流れるように排気管に動作可能に接続された粒子トラップを備え得る。本作業機械は、粒子トラップに動作可能に接続された再生装置を備え得る。さらに、本作業機械は、粒子トラップの再生に必要な動力量を決定するように構成された制御装置を備え得る。この制御装置は、再生に利用可能な動力量を決定するようにも構成され得る。さらに、制御装置は、再生に必要な動力量が再生に利用可能な動力量を超える場合には、エンジンの動力出力を増加するように構成され得る。

図１は、作業機械１０を示している。この作業機械１０は、作業機械１０の様々な構成部材に動力を提供するための動力源１６を備え得る。動力源１６は、エンジン１２、及び／又は電力バス１４を備え得る。エンジン１２は、排気システム１８に動作可能に接続され得る。

なお、作業機械１０は、トラックとして図示されているが、様々な種類の機械を含み得るものである。例えば、作業機械１０は、トラック式トラクタ、ホイールトラクタ、ダンプトラック、自動車、オンハイウェー車、オフハイウェー車、スキッドステア、固定発電機、又は排気流を生じる他の任意の装置とし得る。

動力源１６（例えば、エンジン１２、又は電力バス１４）は、作業機械１０の１つ以上の構成部材に動力を提供するように配置された任意の種類の動力源を含み得る。例えば、動力源１６は、１つ以上の牽引装置２０、動力取出装置（図示せず）、電気構成部材、又は他の任意の適切な種類のシステムに駆動力を提供し得る。特定の実施形態では、動力源１６は、排気システム１８の１つ以上の構成部材の再生用に動力を提供するように用いられ得る。

エンジン１２は、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン、電動機、燃料電池、又は他の任意の動力生成装置を含み得る。電力バス１４は、再生を含む多様な目的で電力を分配するのに用い得る。特に、電力バス１４は、種々の電力生成／貯蔵装置からの電力を、再生用の動力を必要とする任意の装置に伝達し得る。電力バス１４は、電気を伝え得る材料で形成され得る。このような材料は、電力を伝達可能とし得る。例えば、アルミニウム又は銅は、電力バス１４を形成するのに用いられ得る。アルミニウム又は銅は、電力バス１４を構成するのに用いられ得るが、当該技術分野で知られた他の導体も、電力バス１４を構成するのに用いられ得る。

排気システム１８は、エンジン又は他の装置により生じた排気ガスをエンジンから大気へ移すのに用いられる構成部材を備え得る。例えば、排気システム１８は、排気マニホールド、粒子フィルタ、又は他の任意の濾過装置、触媒コンバータ、マフラー、及び吸気管（図示せず）を備え得る。

図２は、本開示の例示的実施形態に係る再生システム１００を示すブロック図である。再生システム１００は、エンジン１２、電力バス１４、制御装置１０４、再生装置１０６、及び排気管１０８を備え得る。さらに、再生システム１００は、圧力センサ１１０及び１１２を備え得る。発電機１１６、補助動力装置（ＡＰＵ）１１８、及び他の任意の電源１２０は、電力バス１４に接続され得る。他の電源１２０としては、１つ以上の電池を含み得る。また、排気管１０８は、排気流１２２を送気する。

排気管１０８は、エンジン１２からの排気流１２２を排気要素１１４に移すのに用い得る。排気管１０８は、排気流１２２をエンジン１２から排気要素１１４に移動し易くするパイプ又は他の構成部材を備え得る。

排気要素１１４は、エンジン１２により生じた排気流１２２により運ばれた粒子状物質を捕捉する任意の装置（例えば、粒子トラップ）を備え得る。排気要素１１４は、排気流１２２中の粒子を捕捉するのに適した任意の種類の構造を含み得る。一実施形態では、排気要素１１４は、排気流１２２に含まれた粒子状物質を捕捉するように構成され得る多孔質セラミック構造を含み得る。他の実施形態では、排気要素１１４は、排気流１２２に含まれた粒子状物質を捕捉するように構成されたメッシュを用い得る。

図３は、本開示の例示的実施形態に係る排気要素を示す図である。排気要素１１４は、１つ以上のフィルタ部分を含み得る。例えば、図３に示すように、排気要素１１４は、フィルタ部分２０２、２０４、及び２０６を含む。各フィルタ部分２０２、２０４、及び２０６は、個別に再生可能なものとし得る。また、各フィルタ部分を個別又は一群で再生するには、多様な機構を用い得る。例えば、弁アセンブリ（図示せず）は、排気流１２２が１つ以上のフィルタ部分２０２又は２０４又は２０６に流入するのを選択的に遮断するのに用い得る。再生装置１０６は、排気流１２２が遮断された幾つかの又は全てのフィルタ部分２０２、２０４、及び２０６を再生するように構成され得る。なお、本明細書では３つのフィルタ部分２０２、２０４、及び２０６のみを記載しているが、排気要素１１４は、任意数のフィルタ部分を含み得ることに留意すべきである。

一実施形態では、各フィルタ部分は、排気流１２２により運ばれた粒子状物質を捕捉するワイヤーメッシュを備え得る。ワイヤーメッシュは、様々な種類の材料から形成され得る。一例示的実施形態では、ワイヤーメッシュは、電気を伝える材料で形成し得る。ワイヤーメッシュが電気を伝えることが可能である場合には、電流は、このメッシュを通過し得る。その結果、メッシュによりもたらされる抵抗によってメッシュで放散された熱は、メッシュに捕捉された粒子状物質を加熱するのに用いられ得る。

図２に戻って参照すると、再生の開始及び停止時間は、排気要素１１４に亘って観察された圧力降下に基づき得る。圧力センサ１１０及び１１２は、排気要素１１４に亘る圧力降下を決定するのに用い得る。再生システム１００には、当該技術分野で知られた多様な種類の圧力センサを用い得る。例えば、圧力センサ１１０及び１１２は、差圧センサ又はゲージ圧力センサを含み得る。圧力センサ１１０及び１１２は、作業機械１０の任意の所望の位置に配置され得る。例示的実施形態では、図２に示すように、圧力センサ１１０は、排気要素１１４の上流側に配置され得るものであり、圧力センサ１１２は、排気要素１１４の下流側に配置され得る。圧力センサ１１０及び１１２により測定された圧力差は、排気要素１１４に亘って観察された圧力降下を決定するのに用いられ得る。

再生装置１０６は、排気要素１１４を再生するのに用い得るものであり、動力を、排気要素１１４の少なくとも一部の再生に十分な熱に変換することができる任意の種類の装置を備え得る。例えば、熱交換器、バーナ、又は抵抗体は、再生装置１０６として用いられ得る。例示的実施形態では、１つ以上の抵抗発熱体が再生装置１０６に備えられ得る。電力バス１４から抵抗発熱体に供給された可変電力は、抵抗発熱体を加熱するのに用い得る。そして、抵抗発熱体により放散された熱は、排気要素１１４の再生に用い得る。特に、抵抗発熱体から放散された熱は、排気要素１１４に蓄積された粒子状物質の温度を、粒子状物質が燃焼又は蒸発する温度まで昇温し得る。本開示内容の目的のためには、動力は、排気要素１１４に蓄積された粒子状物質の温度を上昇するのに用いた電力、及び排気要素１１４に蓄積された粒子状物質の温度を上昇するための電力に変換可能な任意のエネルギーを含む。

電力バス１４は、排気要素１１４の再生用の電力を再生装置１０６に供給するのに用い得る。また、多様な電力源／電力貯蔵装置は、電力バス１４に接続され得る。例えば、発電機１１６、ＡＰＵ１１８、又は他の任意の電力源１２０（例えば、１つ以上の電池）は、電力バス１４に接続され得る。

発電機１１６は、エンジン１２に接続され得るものであり、エンジン１２から受けた機械的エネルギーを電気エネルギーに変換し得る。エンジン１２の速度が変化すると、発電機１１６に入力された機械的エネルギーもまた変化し得る。したがって、発電機１１６により生じた電力量は、変化可能とし得る。また、発電機１１６により供給され、再生に利用可能である電力バス１４上の電力量が調整され得る。エンジン１２は、排気要素１１４の再生用の可変動力出力を提供するように構成され得る。エンジン１２の可変動力出力は、エンジン１２の速度に関連し得る。エンジン速度が増加すると、エンジン１２は、追加的な動力を生成し得る。この追加的な動力は、再生装置１０６に提供され得る。このため、この追加的な動力の少なくとも一部は、再生用に用いられ得る。

加えて、又はその代わりに、ＡＰＵ１１８からの電力は、電力バス１４に供給され得る。ＡＰＵ１１８は、発電機又は燃料電池発電機を備える一体型の小型ディーゼルエンジンとし得る。一実施形態では、ＡＰＵ１１８は、エンジン１２が低速で動作する際、又はエンジン１２が稼働していない際に、電力を生成するのに用い得る。このＡＰＵ１１８を再生に利用することは、排気要素１１４の再生に必要な動力に依存し得る。ＡＰＵ１１８は、１つ以上の電子制御要素（図示せず）により電力バス１４に電力を提供することが可能であっても又は不可能であっても良い。ＡＰＵ１１８により生成された電力は、電力バス１４により再生装置１０６に伝達され得る。

加えて、他の任意の電源１２０は、再生装置１０６に電力を供給するために、電力バス１４に接続され得る。例えば、１つ以上の電池が電力バス１４に接続され得る。電力バス１４に接続された電池の数は、排気要素１１４の再生に必要な動力量によって、スイッチ（図示せず）により調整され得る。

制御装置１０４は、ソフトウェアのアプリケーションを稼働するのに適した装置を備え得る。例えば、制御装置１０４は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏモジュールなどを含み得る。一実施形態では、制御装置１０４は、排気要素１１４の再生を制御するためのユニットを構成し得る。その代わりに、制御装置１０４は、作業機械１０の電子制御ユニット（ＥＣＵ）と一体化及び／又は対応し得る。

制御装置１０４は、作業機械１０の種々の構成部材の動作を制御するように機能し得る。一実施形態においては、制御装置１０４は、再生装置１０６の動作を制御するように構成され得る。例えば、制御装置１０４は、再生処理を開始する時間を決定するように機能し得る。また、そのとき、制御装置１０４は、再生装置１０６の動作を可能とし得る。さらに、制御装置１０４は、再生処理を停止する時間を決定するように機能し得る。また、そのとき、制御装置１０４は、再生装置１０６の動作を不能とし得る。制御装置１０４は、１つ以上の電子制御要素（図示せず）により再生装置１０６の動作を制御するように構成され得る。

また、制御装置１０４は、動力源１６の動力出力を調整するように用い得る。特に、制御装置１０４は、排気要素１１４の再生に必要な動力が再生処理中に確実に利用可能となるように構成され得る。

制御装置１０４は、エンジンの１つ以上の動作状況、及び排気要素に関連する１つ以上の特徴に基づいて、再生を開始する時間、及び再生を終了する時間を決定するように構成され得る。例えば、再生を開始する時間、及び再生時間は、排気要素１１４に亘る圧力降下、又は排気要素１１４中の粒子状物質の蓄積に基づき得る。

制御装置１０４は、排気要素１１４に亘って観察された圧力降下が推定された圧力降下を超える場合には、排気要素１１４の再生を開始するように構成され得る。なお、推定された圧力降下は、エンジン１２の１つ以上の動作状況、及び排気要素１１４に関連する１つ以上の特徴が知られている場合に計算される予想された圧力降下であることに留意すべきである。制御装置１０４は、排気要素１１４に亘って観察された圧力降下を示す出力信号を、圧力センサ１１０及び１１２から受け取るように構成され得る。推定された圧力降下は、エンジン１２の１つ以上のエンジンの動作状況、及び排気要素１１４に関連する１つ以上の特徴に基づいて決定され得る。例えば、推定圧力降下ΔＰは、次の式から得られ得る。

ここで、Ｌは、フィルタ部分２０２、２０４、及び２０６の長さであり、Ｑは、エンジン１２からの排気の体積流量であり、Ｎは、フィルタ部分の数であり、Ｈは、各フィルタ部分２０２、２０４、及び２０６の幅であり、μは、ガスの動的粘度である。

ここで、ｗは、フィルタ部分２０２、２０４、及び２０６の壁厚であり、ｋ₀は、フィルタ部分２０２、２０４、及び２０６の壁通気性である。なお、上記式１は、排気要素１１４に亘って推定された圧力降下を決定する一方法を表しているが、他の任意の適切な式も用い得ることは、留意すべきことである。

制御装置１０４は、推定された圧力降下と排気要素１１４に亘って観察された圧力降下との比較にも基づいて、再生を制御し得る。推定された圧力降下が観察された圧力降下よりも小さい場合には、排気要素１１４における粒子状物質の蓄積は、粒子状物質の追加的な蓄積がエンジン１２の性能に影響するようなレベルに到達したことを示し得る。制御装置１０４は、例えば、推定圧力降下ΔＰが排気要素１１４に亘って観察された圧力降下よりも小さい場合には、排気要素１１４の再生を開始し得る。

また、制御装置１０４は、例えば、推定圧力降下が排気要素１０４に亘って観察された圧力降下を超える場合には、排気要素１１４の再生を停止するように構成され得る。例えば、推定圧力降下ΔＰが圧力センサ１１０及び１１２から得られた観察された圧力降下よりも大きい場合には、制御装置１０４は、排気要素１１４の再生を停止するように構成され得る。

その代わりに、制御装置１０４は、排気要素１１４に蓄積された粒子状物質に基づいて、排気要素１１４の再生を開始及び終了するように構成されても良い。制御装置１０４は、エンジン１２の１つ以上の動作状況、及び排気要素１１４に関連する１つ以上の特徴に基づき、排気要素１１４における推定される粒子状物質蓄積レベルを決定するように構成され得る。排気要素１１４の推定される粒子状物質蓄積レベルは、エンジン１２の１つ以上の動作状況、及び排気要素１１４に関連する１つ以上の特徴が分かっている場合に計算される予想粒子状物質蓄積レベルであることに留意すべきである。例えば、任意の時間（Δｔ）中に排気要素１１４に蓄積された粒子状物質は、次の式を用いて推定され得る。

ここで、ｍ₀は、ｔ＝ｔ₁の際に、排気要素１１４にある粒子状物質の質量であり、積分限界ｔ₁及びｔ₂が時間Δｔに関連し、ηが排気要素の濾過効率であり、ζが排気要素１１４のフィルタ部分の多孔度であり、Ｃ_inが排気要素１１４の排気上流側の粒子状物質の濃度であり、Ｑが排気体積流量であり、ＲＲ₀がエンジンの燃焼の全反応速度である。上記式３は、排気要素１１４における粒子状物質の蓄積を計算する１つの方法であるが、排気要素１１４に蓄積された粒子状物質の量を計算するには、他の任意の適切な式を用いても良いことは留意すべきである。

上記式３を用いると、制御装置１０４は、排気要素１１４の推定粒子状物質蓄積レベル、（ｍ（Δｔ））が所定の最大閾値を超える場合には、排気要素１１４の再生を開始するように構成され得る。また、制御装置１０４は、排気要素における推定粒子状物質蓄積レベルが所定の最小閾値よりも小さい場合には、再生を停止するように構成され得る。最大の閾値は、排気要素に蓄積された粒子状物質の量がエンジン１２の性能を低下し得るような値に対応し得る。同様に、最小の閾値は、排気要素に蓄積された粒子状物質の量がエンジン１２の性能をもはや低下し得ないような値に対応し得る。

制御装置１０４は、排気要素１１４の再生をいつ開始するかを決定することに加えて、排気要素１１４を再生するのに必要となり得る若干の追加的な動力量を決定するように構成され得る。また、このようにするため、制御装置１０４は、排気要素１１４の再生に必要な動力量を決定するように構成され得る。さらに、制御装置１０４は、再生に利用可能な動力を決定するように構成され得る。排気要素１１４を再生するのに必要な動力量が利用可能な動力量を超える場合には、制御装置１０４は、利用可能な動力量と排気要素１４の再生に必要な動力量との差を補償するように、動力源１６の動作を調整し得る。

また、排気要素１１４の再生に必要な全動力は、再生されるフィルタ部分２０２、２０４、及び２０６の数に基づき得る。再生されるフィルタ部分の数は、排気要素１１４の１つ以上の特徴に基づいて決定することができ、１つの以上の動作特徴は、排気要素１１４に亘る推定圧力降下（Δｐ）、及び排気要素における推定粒子状物質蓄積レベル（Δｍ（ｔ））を含む群から選択される。ここで、圧力降下ΔＰは、上記式１を用いて計算され得るものである。また、粒子状物質の蓄積Δｍ（ｔ）は、上記式３を用いても計算され得る。制御装置１０４は、排気要素１１４に亘る圧力降下（ΔＰ）に基づいて生じる必要のあるフィルタ部分の数を示すデータにアクセスし得る。このデータは、所定の圧力降下に対して再生される必要のあるフィルタ部分２０２、２０４、及び２０６の数を決定する実験試験から得られる。その代わりに、制御装置１０４は、排気要素１１４における粒子状物質蓄積Δｍ（ｔ）に基づいて生じる必要のあるフィルタ部分の数を示すデータにアクセスしても良い。このデータはまた、特定の粒子状物質蓄積に対して再生するのに必要なフィルタ部分２０２、２０４、及び２０６の数を決定する実験試験から得られ得る。

制御装置１０４は、再生されるフィルタ部分の数、及び各フィルタ部分を再生するのに必要な動力量に基づき、排気要素１１４の再生に必要な全動力を決定するように構成され得る。各フィルタ部分２０２、２０４、及び２０６などの再生に必要な動力は、再生に用いた機構に基づいて決定され得る。例えば、各機構は、関連する再生温度を有し得るものであり、再生に必要な動力は、この温度に基づいて決定され得る。

その代わりに、エンジン１２からの排気の質量流量が分かると、フィルタ部分２０２、２０４、及び２０６を再生するのに必要なエネルギーは、次の式により決定され得る。

Ｅ_r＝Ｑ_mＣ_p［Ｔ_r−Ｔ_c］ ［４］

ここで、Ｅ_rは、再生に必要なエネルギーであり、Ｑ_mは、排気の質量流量であり、Ｃ_pは、粒子状物質の特定の熱量であり、Ｔ_rは、再生を生じる温度であり、Ｔ_cは、フィルタ部分の現在温度である。

制御装置１０４は、動力源１６により生じた動力量と、動力源１６にかかる負荷との間の差を決定することにより、排気要素１１４の再生に利用可能な動力量を決定するように構成され得る。動力源１６により生じた動力は、エンジンの動作状況、及び動力源１６の規格に基づいて決定され得る。一実施形態では、動力源１６がエンジン１２を含む場合には、制御装置１０４は、所定のエンジン速度に基づいて、エンジン１２の利用可能な最大馬力を決定するように構成され得る。制御装置１０４は、エンジン１２の馬力曲線からこのデータにアクセスし得る。エンジン１２の馬力曲線は、所定のエンジン速度に対してエンジン１２により生じた馬力を予測する。

さらに、制御装置１０４は、エンジン１２にかかる負荷を決定するように構成され得る。エンジンにかかる負荷を生成するには、幾つかの要因が組み合わされ得る。例えば、作業実施動作、牽引動作装置（作業機械を動かすための）、加熱／冷却システム、及び車載電子機器を含む補助システムを全て組み合わせて、エンジン１２にかかる負荷を生成し得る。一実施形態では、トルク測定装置は、エンジン１２の負荷を測定するのに用い得る。制御装置１０４は、所定の速度でエンジン１２の負荷を扱うのに用いられる、エンジン１２により生じた動力の一部を決定するように構成され得る。制御装置１０４は、例えば、エンジン１２への所定の負荷に用いた馬力量を示すデータにアクセスすることにより、この情報を得る。また、制御装置１０４は、エンジン１２により生じた動力と、エンジン１２にかかる負荷を扱うのに用いた動力との差を決定し、排気要素１１４の再生に利用可能なエンジン１２からの動力量を決定し得る。

他の実施形態では、電力バス１４に接続された異なる電力生成装置（例えば、発電機１１６、ＡＰＵ１１８、他の電源１２０）の定格は、電力バス１４の電力供給能を決定するのに用いられ得る。例えば、電池（図示せず）が電力バス１４に接続されると、電池の特性のエネルギー又は電力定格が、制御装置１０４により用いられ、電力バス１４上の電池で生じ得る最大電力を決定し得る。また、その代わりに、ＡＰＵ１１８が電力バス１４上の電源として利用可能である場合には、ＡＰＵ１１８のアンプ−時間の定格が制御装置１０４により用いられ、ＡＰＵ１１８により生じ得る電力を決定し得る。

制御装置１０４は、さらに、電力バス１４にかかる負荷を決定するように構成され得る。この負荷は、車載電子機器、車載照明、エンジンの始動などに必要な動力を含み得る。電力バス１４にかかる負荷は、電力バス１４に接続された異なる電力生成装置（例えば、発電機１１６、ＡＰＵ１１８、他の電源１２０）にかかる負荷を観察することにより決定され得る。例えば、電池にかかる負荷は、所定時間に電池から引き出される電流を観察することにより決定され得る。制御装置１０４は、この負荷を取り扱うのに必要な電池からの電力を、電池から引き出された電流から決定するように構成され得る。制御装置１０４は、電池の全容量と電池にかかる負荷との間の差を決定し、排気要素１１４の再生に利用可能な電力バス１４上の電池からの電力量を決定するように構成され得る。

また、制御装置１０４は、排気要素１１４を再生するのに必要な動力量が再生に利用可能な動力量を超える場合には、動力源１６を調整するように構成され得る。例えば、制御装置１０４は、動力出力を変化させるために、エンジン１２の動作速度を調整し、よって、排気要素１１４の再生に利用可能な動力量を調整するように構成され得る。エンジン１２の馬力曲線から得られるデータは、制御装置１０４により利用され、エンジン１２が排気要素１１４の再生に必要な追加的な動力を生成し得る速度を決定し得る。制御装置１０４は、エンジンが生成される動力を増加するようにエンジン１２の速度を調整するよう構成され得る。この追加的な動力は、排気要素１１４の再生のために、再生装置１０６により利用可能となされ得るものである。

また、この代わりに、制御装置１０４は、例えば、電力バス１４に接続され得る電力生成装置の数を増加することにより、電力バス１４上で利用可能な電力を調整し得る。例えば、制御装置１０４は、複数のＡＰＵを電力バスに追加し得る。この代わりに、又は加えて、制御装置１０４は、追加的な電池（図示せず）を電力バス１４に追加し得る。また、制御装置１０４は、１つ以上の電子制御要素（図示せず）により、これら追加的な電力源を追加し得る。

制御装置１０４は、再生効率値を計算するように構成され得る。再生効率値の計算は、排気要素１１４に蓄積された粒子状物質の量、及び再生後の排気要素１１４に残った粒子状物質の量の決定に基づく。例えば、排気要素１１４に蓄積する粒子状物質の量は、上記式３により決定され得る。再生完了後の排気要素１１４に残った粒子状物質は、排気要素１１４に蓄積した粒子状物質と、再生中に酸化された粒子状物質の量との差に基づき得る。排気要素１１４の再生中に酸化された粒子状物質の量は、再生に用いられた技術の化学反応速度論に基づき決定され得る。例えば、抵抗発熱体が再生装置１０６として用いられる場合には、酸化反応速度は、当該技術分野で知られた式（例えば、アレニウスの式）により得られる。

本開示の再生システムは、排気要素の再生から利点を得ることができる任意のシステムの使用に適応し得る。また、本開示の再生システムは、再生に必要な動力量を計算し、再生に必要な追加的な動力を提供するために動力源を調整することにより、従来技術で利用可能であったものよりも効果的な再生方法を提供し得る。

また、本開示の再生システムを用いることにより、再生に必要な動力量が本再生システムにより入手可能であるため、排気要素の再生時間を短縮し得る。再生に必要な動力量が入手可能でない場合には、再生時間は、必要よりも長くなり得る。しかしながら、本開示の再生システムは、再生に必要な追加的な動力量を生成するように構成され得る。このため、再生時間は、必要よりも長くはならない。作業機械のエンジンの性能は、再生中に低減し得る。したがって、再生時間を短縮することは、エンジン性能を向上するか、又は維持することができる。

加えて、本開示システムは、再生用の追加的な動力を生成することができるため、十分な動力が得られるときにだけ再生するというよりもむしろ再生が必要なときにはいつでも、再生処理を開始するように作業機械を支援し得る。さらに、本開示システムを利用することにより再生処理の効率が高まるため、排気要素の故障の可能性が低減される。排気要素の故障率の低減は、作業機械と関連する維持コストを削減し得る。

なお、本開示の再生システムは、本開示内容の範囲を逸脱することなく、種々の変形及び変更を行うことができることは、当業者であれば自明であろう。加えて、当業者であれば、本開示システムの他の実施形態は、明細書を検討することにより自明であろう。本明細書及び本実施形態は、単に例示的なものと解釈され、本開示内容の本来の範囲は、添付の特許請求の範囲、及びそれと等価なものにより示されることが意図される。

本開示の例示的実施形態に係る作業機械を示す図である。 本開示の例示的実施形態に係る再生システムを示すブロック図である。 本開示の例示的実施形態に係る排気要素を示す図である。

符号の説明

１０ 作業機械
１２ エンジン
１４ 電力バス
１６ 動力源
１８ 排気システム
２０ 牽引装置
１００ 再生システム
１０４ 制御装置
１０６ 再生装置
１０８ 排気管
１１０ 圧力センサ
１１２ 圧力センサ
１１４ 排気要素
１１６ 発電機
１１８ 補助動力装置
１２０ 他の電源
１２２ 排気流
２０２ フィルタ部分
２０４ フィルタ部分
２０６ フィルタ部分

Claims (5)

1. 排気要素の再生システムであって、
   可変動力出力を提供するように構成された動力源と、
   動力源に動作可能に接続され、可変動力出力の少なくとも一部を用いて排気要素を再生するようになされた少なくとも１つの再生装置と、
   排気要素を再生するのに必要な動力量を決定し、排気要素を再生するのに必要な動力量に基づいて動力源の動作を調整するように構成された制御装置とを備える排気要素の再生システム。
2. 制御装置は、動力源により生じた動力量と動力源にかかる負荷との差を決定することにより、排気要素の再生に利用可能な動力量を決定するように構成される請求項１に記載の再生システム。
3. 排気要素は、複数のフィルタ部分を備え、制御装置は、再生されるフィルタ部分の数を決定し、再生されるフィルタ部分の数に基づいて、排気要素を再生するのに必要な動力量を決定するように構成される請求項１に記載の再生システム。
4. 排気要素の再生を制御する方法であって、
   排気流を排気要素に通して流す工程と、
   排気要素の再生に必要な動力量を決定する工程と、
   再生に必要な動力量に基づいて動力源の少なくとも１つの動作パラメータを調整する工程とを含む方法。
5. 可変動力出力及び排気流を生成するエンジンと、
   排気流を収容し送気するように構成された排気管と、
   排気流の少なくとも一部が通って流れるように排気管に動作可能に接続された粒子トラップと、
   粒子トラップに動作可能に接続された再生装置と、
   粒子トラップの再生に必要な動力量を決定し、再生に利用可能な動力量を決定し、再生に必要な動力量が再生に利用可能な動力量を超える場合には、エンジンの動力出力を増加するように構成された制御装置とを備える作業機械。

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