JP2010223131A - 建設機械の排ガス後処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの燃費性能の悪化を防止して、ディーゼルパーティキュレートフィルターの再生処理を効率良く行う。
【解決手段】排ガス中のパーティキュレートマター（ＰＭ）を捕集するディーゼルパーティキュレートフィルター（ＤＰＦ）１１を備えた建設機械の排ガス後処理装置において、ディーゼルパーティキュレートフィルター１１におけるパーティキュレートマターの堆積割合、及び／又は、ディーゼルパーティキュレートフィルター１１の再生処理時まで該ディーゼルパーティキュレートフィルター１１を使用できるフィルター使用可能時間を算出するコントローラ６を設け、該コントローラ６で算出したＰＭ堆積割合及び／又はフィルター使用可能時間を、キャブ３内に設置されたモニター５で表示する。
【選択図】図２

Description

本発明は建設機械の排ガス後処理装置に関するものであり、特に、排ガス中のパーティキュレートマターを吸着捕集するディーゼルパーティキュレートフィルターを備えた建設機械の排ガス後処理装置に関するものである。

従来、此種油圧ショベル等の建設機械は、下部走行体上に上部旋回体が搭載され、該上部旋回体の後部にエンジンが設置されている。そして、エンジンの排気系には、排ガス後処理装置として機能するディーゼルパーティキュレートフィルター（Diesel Particulate
Filter、以下、「ＤＰＦ」という。）が設置され、該ＤＰＦは、カーボンを主成分とするパーティキュレートマター（Particulate Matter、粒子状物質）を吸着捕集して排ガスを浄化処理する。

前記排ガス浄化処理に伴い、ＤＰＦの内部にはパーティキュレートマターが逐次堆積する。そして、該パーティキュレートマターの堆積量が所定値に達すると、エンジンの出力効率が低下する。然るときは、エンジンの燃焼温度（排気温度）を上昇させることにより、ＤＰＦ内のパーティキュレートマターを燃焼除去させるべく、ＤＰＦの再生処理を行う必要がある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−１２９９００号公報

ところで、エンジンの燃焼温度は建設機械の作業内容により大きく異なる。例えば、吊り作業等の軽負荷作業を行うときはエンジンの燃焼温度が低下し、逆に、重掘削作業等の高負荷作業を行うときはエンジンの燃焼温度が上昇する。

従って、ＤＰＦの再生処理を行う際は、建設機械を高負荷作業に切り換えることで、エンジンの燃焼温度が所定値まで上昇するように制御しているが、この場合は、エンジンの燃焼温度の上昇に伴いエンジンの燃費性能が悪化する。

ここで、上記エンジンの燃費性能の悪化を抑制するには、パーティキュレートマターの堆積量が所定値に達した時、即ち、ＤＰＦの再生処理を実施すべき時期を正確に把握して、建設機械を高負荷作業にタイミング良く切り換えることにより、エンジンの燃焼温度の高い高負荷作業の実施時間を極力短縮させることが考えられる。

しかし、オペレータが運転作業中に、ＤＰＦ内のパーティキュレートマターの堆積量を随時確認することは困難である。このため、ＤＰＦの再生処理が必要となった時に、建設機械を高負荷作業にタイミング良く切り換えることはできない。

そこで、エンジンの燃費性能の悪化を防止してＤＰＦの再生処理を効率良く行うために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、排ガス中のパーティキュレートマターを捕集するディーゼルパーティキュレートフィルター（ＤＰＦ）を備えた建設機械の排ガス後処理装置において、前記ディーゼルパーティキュレートフィルターに堆積した前記パーティキュレートマターの堆積割合、及び／又は、前記ディーゼルパーティキュレートフィルターの再生処理を必要とする時まで該ディーゼルパーティキュレートフィルターを使用できるフィルター使用可能時間を算出するコントローラを設け、該コントローラで算出した前記パーティキュレートマターの堆積割合及び／又は前記フィルター使用可能時間を、キャブ内に設置されたモニターにて表示できるように構成した建設機械の排ガス後処理装置を提供する。

この構成によれば、コントローラで算出されたパーティキュレートマターの堆積割合、及び／又はＤＰＦ使用可能時間は、キャブ内に設置されたモニター画面上に表示される。依って、オペレータは、パーティキュレートマターの堆積割合及び／又はＤＰＦ使用可能時間をモニター上で随時確認することができる。

例えば、パーティキュレートマターの堆積割合が所定値に達したときは、ＤＰＦの再生処理を行う必要があるので、直ちに重掘削作業などの高負荷運転作業に切り換えて、エンジンの排気温度を上昇させることにより、ＤＰＦに堆積したパーティキュレートマターを速やかに燃焼除去する。

請求項２の発明は、上記パーティキュレートマターの堆積割合及び／又は上記フィルター使用可能時間は、前記ディーゼルパーティキュレートフィルター前後の排気の差圧により算出される請求項１記載の建設機械の排ガス後処理装置を提供する。

この構成によれば、パーティキュレートマターの堆積割合及び／又はフィルター使用可能時間は、排気系におけるＤＰＦ前後の差圧に基づき正確に算出されるので、オペレータは、正確なパーティキュレートマターの堆積割合及び／又はフィルター使用可能時間の変化状況をエンジン運転中にリアルタイムで把握できる。

請求項１記載の発明は、オペレータは、パーティキュレートマターの堆積割合及び／又はフィルター使用可能時間をモニター上で随時確認して、ＤＰＦの再生処理が必要になった時に、高負荷運転作業に最適なタイミングで切り換えることができるので、エンジンの燃費性能の悪化を防止して、ＤＰＦの再生処理を効率良く行うことができる。

請求項２記載の発明は、ＤＰＦ前後の差圧に基づき算出したパーティキュレートマターの堆積割合及び／又はフィルター使用可能時間の変化状況をリアルタイムで確認できるので、請求項１記載の発明の効果に加えて、ＤＰＦの再生処理を実施すべき時期、即ち、高負荷作業への切り換え時期をより正確に把握することができる。

本発明は、エンジンの燃費性能の悪化を防止してディーゼルパーティキュレートフィルター（ＤＰＦ）の再生処理を効率良く行うという目的を達成するために、排ガス中のパーティキュレートマターを捕集するディーゼルパーティキュレートフィルターを備えた建設機械の排ガス後処理装置において、前記ディーゼルパーティキュレートフィルターに堆積した前記パーティキュレートマターの堆積割合、及び／又は、前記ディーゼルパーティキュレートフィルターの再生処理を必要とする時まで該ディーゼルパーティキュレートフィルターを使用できるフィルター使用可能時間を算出するコントローラを設け、該コントローラで算出した前記パーティキュレートマターの堆積割合及び／又は前記フィルター使用可能時間を、キャブ内に設置されたモニターにて表示できるように構成したことにより実現した。

以下、本発明の好適な一実施例を図１乃至図４に従って説明する。図１は、本実施例に係る建設機械としての油圧ショベルを示す平面図である。同図において、１は下部走行体（図示せず）上に旋回自在に搭載された上部旋回体であり、該上部旋回体１の前方中央部にはブーム、アーム及びバケットから成る作業機２が上下回動可能に枢着されている。

又、上部旋回体１の前方一側部にはキャブ３が設けられ、該キャブ３内にオペレータシート４が配設されている。更に、オペレータシート４の前方には、カラー液晶ディスプレー等のモニター５が設置されていると共に、該モニター５には機体コントローラ６が接続されている。

前記上部旋回体１の後部には、燃料噴射装置を備えたディーゼルエンジン７が搭載され、該ディーゼルエンジン７の出力軸には油圧ポンプ８が連結されている。又、ディーゼルエンジン７には燃料噴射量センサ及びエンジン回転数センサ（図示せず）等の各種センサが取り付けられ、各種センサは機体コントローラ６に接続されている。

更に、ディーゼルエンジン７には吸気管９及び排気管１０が接続され、該排気管１０の下流側にはＤＰＦ１１が設置されている。該ＤＰＦ１１は、排ガス中に含まれているパー
ティキュレートマター（以下、「ＰＭ〕という。）を吸着捕集して、排ガスを浄化処理る。

ＤＰＦ１１は、多数の小孔を有するハニカム構造のセラミック製筒体から成り、小孔の内壁面には白金などの酸化触媒が担持されている。又、ＤＰＦ１１には差圧計１２が取り付けられ、該差圧計１２は、ディーゼルエンジン７の排気系におけるＤＰＦ１１前後の圧力差を検出する。

ＤＰＦ１１の内部には排ガス中のＰＭを吸着捕集するに伴いＰＭが逐次堆積して、該ＰＭの堆積割合（％）が増大し、同時に、これに対応してフィルター使用可能時間（Ｔ）が短縮する。しかし、本実施例では、ＰＭ堆積割合及びフィルター使用可能時間は、機体コントローラ６により逐次算出して、上記キャブ３内のモニター５により画面表示できるように構成されている。

図２は機体コントローラ６の構成例を示す。同図に示すように、機体コントローラ６は、入力部６１、記憶手段６２、ＰＭ堆積割合算出手段６３、フィルター使用可能時間算出手段６４、計時手段６５及び出力部６６などから成る。

入力部６１には前記差圧計１２が接続され、該差圧計１２で検出されたＤＰＦ１１前後の排気圧の差が逐次入力される。又、記憶手段６２には、差圧計１２の検出結果と、前記ＰＭ堆積割合及びフィルター使用可能時間との関係を示すマップデータ、並びにＤＰＦ再生処理プログラム等のデータが格納されている。

更に、ＰＭ堆積割合算出手段６３は差圧計１２の検出値に基づいて、記憶手段６２内のマップデータを参照しながらＰＭ堆積割合を算出する。ここで、ＰＭ堆積割合とは、ＤＰＦ１１の再生処理が必要となる時のＰＭ堆積量（基準値１００）に対する現在のＰＭ堆積量の割合、即ち、ＰＭ堆積率（％）をいう。

又、フィルター使用可能時間算出手段６４は差圧計１２の検出値に基づいて、記憶手段６２内のマップデータを参照しながらフィルター使用可能時間を算出する。ここで、フィルター使用可能時間とは、ＤＰＦ１１の再生処理が必要となる時まで該ＤＰＦ１１を使用し得る現在の残余時間をいう。

ＰＭ堆積割合算出手段６３及びフィルター使用可能時間算出手段６４で算出された結果は、出力部６６からキャブ３内のモニター５に送信されて、該モニター５の画面上にてリアルタイムで表示される。図３及び図４はモニター５の画面表示例を示す。図３は、前記ＰＭ堆積割合を帯状又は棒状の表示バー（細長い図形、グラフ又はラインを含む。）１３の長さに対応させて、段階的にカラー表示した例である。又、図４は、前記フィルター使用可能時間を数値でデジタル表示した例である。

尚、ＰＭ堆積割合又はフィルター使用可能時間が所定値に達した時は、ＤＰＦ１１の再生処理を直ちに行う必要があるが、実際にはその前に、ＤＰＦ再生処理の実施時期が迫っている旨のメッセージがモニター５上に警告表示される。

叙上の如く本発明によると、ＤＰＦ１１内のＰＭ堆積割合及びフィルター使用可能時間は、キャブ３内に設置したモニター５にて常時画面表示されるので、オペレータはＰＭ堆積割合及びフィルター使用可能時間をモニター５上で随時確認できる。依って、油圧ショベルの現在の作業内容と、ＰＭ堆積割合及びフィルター使用可能時間との相関関係をリアルタイムで把握できる。

従って、オペレータは、ＤＰＦ再生処理が必要な時期を予め知ることができるので、ＤＰＦ再生処理の実施時期が迫った時には最適なタイミングに対応して、油圧ショベルの作業内容を適宜切り換えることができる。例えば、オペレータは軽負荷作業を長時間連続して運転操作せずに、軽負荷作業と高負荷作業を最適な時間間隔で交互に切り換えることができ、そして、ＰＭ堆積割合が所定値に達した時は、重掘削作業などの高負荷運転作業を行うことにより、ＤＰＦ１１の再生処理を即座に実施できる。

重掘削作業等の高負荷作業を行うと、ディーゼルエンジン７の燃焼温度が上昇するに伴い排気温度も上昇して、ＤＰＦ１１に堆積したＰＭが速やかに燃焼除去される。その結果、ディーゼルエンジン７の燃費性能が悪化しない状態で、ＤＰＦ１１の再生処理を短時間で効率良く実施できる。

斯くして、ＰＭ堆積割合及びフィルター使用可能時間の変化状況を確認しながら、油圧ショベルの作業内容を種々工夫して運転操作できるので、ディーゼルエンジン７の燃費性能がアップするだけでなく、二酸化炭素ガスの排出量を削減して環境負荷を大幅に低減させることができる。

又、オペレータは運転操作中に、例えば、フィルター使用可能時間を確認することにより、軽負荷作業と高負荷作業の切り換え時期を予め正確に把握できるので、作業スケジュール管理上の利便性が著しく向上する。

更に、ＰＭ堆積割合及びフィルター使用可能時間は、排気系におけるＤＰＦ１１前後の差圧により算出されるので、ディーゼルエンジン７の運転負荷が変化しているときでも、ＰＭ堆積割合及びフィルター使用可能時間がリアルタイムで正確に算出される。従って、キャブ３内のオペレータは、運転負荷の変動に関わらず、軽負荷作業と高負荷作業の切り換え時期を一層正確に把握することができる。

なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。

本発明の一実施例を示し、排ガス後処理装置を備えた油圧ショベルを概念的に説明する平面図。 本発明に係る機体コントローラの構成を説明するブロック図。 本発明に係るモニターの表示画面の一例を示す説明図。 本発明に係るモニターの表示画面の他の例を示す説明図。

３ キャブ
５ モニター
６ 機体コントローラ
７ ディーゼルエンジン
１０ 排気管
１１ ＤＰＦ
１２ 差圧計
６３ ＰＭ堆積割合算出手段
６４ フィルター使用可能時間算出手段

Claims (2)

1. 排ガス中のパーティキュレートマターを捕集するディーゼルパーティキュレートフィルターを備えた建設機械の排ガス後処理装置において、前記ディーゼルパーティキュレートフィルターに堆積した前記パーティキュレートマターの堆積割合、及び／又は、前記ディーゼルパーティキュレートフィルターの再生処理を必要とする時まで該ディーゼルパーティキュレートフィルターを使用できるフィルター使用可能時間を算出するコントローラを設け、該コントローラで算出した前記パーティキュレートマターの堆積割合及び／又は前記フィルター使用可能時間をキャブ内に設置されたモニターにて表示できるように構成したことを特徴とする建設機械の排ガス後処理装置。
2. 上記パーティキュレートマターの堆積割合及び／又は上記フィルター使用可能時間は、前記ディーゼルパーティキュレートフィルター前後の排気の差圧により算出されることを特徴とする請求項１記載の建設機械の排ガス後処理装置。

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