JP2011007086A - 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ＤＰＦの再生処理を実施できるようにする。
【解決手段】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１３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１３における単位時間当たりのパーティキュレートマターの堆積量及び又は再生量を検出するＰＭ堆積量及び又は再生量検出手段６４を設け、ＰＭ堆積量検出手段６４で検出した単位時間当たりのパーティキュレートマターの堆積量及び又は再生量を、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 ParticulateFilter、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、ＤＰＦを再生処理できる最低限度負荷の作業をする事が考えられる。しかし、オペレータが運転作業中に、ＤＰＦが再生できているかどうか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、建設機械をどの程度高負荷で作業すれば良いかを判断できない。

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における単位時間当たりのパーティキュレートマターの堆積量及び又は再生量を検出するパーティキュレートマター堆積量検出及び又は再生量手段を設け、パーティキュレートマター堆積量及び又は再生量検出手段で検出した単位時間当たりのパーティキュレートマターの堆積量及び又は再生量を、キャブ内に設置されたモニターで表示するように構成して成る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、前記ＤＰＦにおける単位時間当たりのパーティキュレートマターの堆積量及び又は再生量は、パーティキュレートマター堆積量及び又は再生量検出手段で検出される。そして、該パーティキュレートマター堆積量及び又は再生量検出手段で検出した単位時間当たりのパーティキュレートマターの堆積量及び又は再生量は、キャブ内に設置されたモニターで表示される。依って、オペレータは、単位時間当たりのパーティキュレートマターの堆積量及び又は再生量をモニター上で随時確認しながら、建設機械の作業内容を切り換えることができる。

例えば、ＤＰＦの再生処理が必要になったときは、再生に必要な最低限度の高負荷運転作業に切り換えることにより、エンジンの排気温度が上昇して、ＤＰＦに堆積したパーティキュレートマターが速やかに燃焼除去される。

請求項２の発明は、上記単位時間当たりのパーティキュレートマターの堆積量及び又は再生量は、上記エンジンの燃料噴射量と、該エンジンで駆動される油圧ポンプの負荷率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を提供する。

この構成によれば、単位時間当たりのパーティキュレートマターの堆積量及び又は再生量は、エンジンの燃料噴射量とポンプ負荷率により算出されるので、エンジン及びポンプの運転中に、単位時間当たりのパーティキュレートマターの堆積量及び又は再生量がリアルタイムで正確に把握される。

請求項３記載の発明は、上記単位時間当たりのパーティキュレートマターの堆積量及び又は再生量は、上記ディーゼルパーティキュレートフィルターの上流側の排気温度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を提供する。

この構成によれば、単位時間当たりのパーティキュレートマターの堆積量及び又は再生量は、ＤＰＦの上流側の排気温度により算出されるので、ポンプの運転停止中でも、単位時間当たりのパーティキュレートマターの堆積量及び又は再生量がリアルタイムで正確に把握される。

請求項４記載の発明は、上記単位時間当たりのパーティキュレートマターの堆積量及び又は再生量は、該堆積量の大きさに対応した長さで段階的に表示することを特徴とする請求項１，２又は３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、単位時間当たりのパーティキュレートマターの堆積量及び又は再生量は、該堆積量及び又は再生量の大きさと対応する長さに可視化して段階的に表示するので、オペレータは単位時間当たりのパーティキュレートマターの堆積量及び又は再生量及びその変化状況を直感的に認識できる。

請求項５の構成によれば、単位時間当たりのパーティキュレートマターの堆積量及び又は再生量を加算処理することによって、総堆積量が算出され、この総堆積量はモニターにて表示され、オペレータはＤＰＦの再生に必要な時期を判断することができる。

請求項１記載の発明は、単位時間当たりのパーティキュレートマターの堆積量及び又は再生量がキャブ内に設置されているモニターに表示されるので、該単位時間当たりのパーティキュレートマターの堆積量及び又は再生量が所定値に達したときは、重掘削作業などの高負荷運転作業を行うことにより、エンジンの排気温度が上昇してパーティキュレートマターを速やかに燃焼除去できるので、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実施することができる。

請求項２記載の発明は、ポンプの運転中に、単位時間当たりのパーティキュレートマターの堆積量及び又は再生量をモニターにてリアルタイムで把握できるので、請求項１記載の発明の効果に加えて、単位時間当たりのパーティキュレートマターの堆積量及び又は再生量が所定値に達したときは、ポンプを運転している時でも、必要時にＤＰＦの再生処理を直ちに実行することができる。

請求項３記載の発明は、単位時間当たりのパーティキュレートマターの堆積量及び又は再生量は排気温度によりリアルタイムで算出されるので、請求項１記載の発明の効果に加えて、単位時間当たりのパーティキュレートマターの堆積量及び又は再生量が所定値に達したときは、ポンプを運転していない時でも、ＤＰＦの再生処理を直ちに実行することができる。

請求項４記載の発明は、オペレータは単位時間当たりのパーティキュレートマターの堆積量及び又は再生量を直感的に認識できるので、請求項１，２又は３記載の発明の効果に加えて、単位時間当たりのパーティキュレートマターの堆積量及び又は再生量及びその変化状況をより確実、且つ、容易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、ディーゼルパーティキュレートフィルターにおける単位時間当たりのパーティキュレートマターの堆積量及び又は再生量を検出するパーティキュレートマター堆積量及び又は再生量検出手段を設け、該パーティキュレートマター堆積量及び又は再生量検出手段で検出した単位時間当たりのパーティキュレートマターの堆積量及び又は再生量を、キャブ内に設置されたモニターで表示する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、上部旋回体１の前方中央部にブーム、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から成るモニター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の出力部が接続されている。

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、燃料噴射量を検出する燃料噴射量検出器９、並びにエンジン回転数検出器（図示せず）等の各種検出器が取り付けられている。更に、油圧ポンプ８にはポンプ負荷率検出器１０が取り付けられている。これらポンプ負荷率検出器１０及び燃料噴射量検出器９等の各種検出器は前記機体コントローラ６に接続されている。

前記エンジン７には吸気管１１及び排気管１２が接続され、該排気管１２の下流側にはＤＰＦ１３が設置され、該ＤＰＦ１３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、排ガスを浄化処理する。該ＤＰＦ１３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、ＤＰＦ１３の前側（上流側）には排気温度検出器１４が設置され、該排気温度検出器１４は前記機体コントローラ６に接続されている。

前記ＤＰＦ１３の内部には排ガス浄化処理に伴いＰＭが逐次堆積/又は再生するが、該ＰＭの堆積/又は再生状況は上記機体コントローラ６により随時算出して、上記モニター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、計時手段６３、ＰＭ堆積量算出手段６４及び出力部６５を具備している。

入力部６１には上記燃料噴射量検出器９、ポンプ負荷率検出器１０及び排気温度検出器１４等の検出結果が入力される。又、記憶手段６２には、燃料噴射量検出器９、ポンプ負荷率検出器１０及び排気温度検出器１４の検出結果と、ＤＰＦ１３内部における単位時間当たりのＰＭ堆積量及び又は再生量（以下、「単位時間ＰＭ堆積量及び又は再生量」という。）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堆積量及び又は再生量算出手段６４は燃料噴射量検出器９、ポンプ負荷率検出器１０及び排気温度検出器１４の検出結果に基づき、ＤＰＦ１３における単位時間ＰＭ堆積量及び又は再生量を算出する。

単位時間ＰＭ堆積量及び又は再生量の算出方式としては、燃料噴射量検出器９及びポンプ負荷率検出器１０の検出結果に基づいて算出する方式、或いは、排気温度検出器１４の検出結果に基づいて算出する方式が採用される。尚、必要であれば、前記２つの方式を組み合わせて単位時間ＰＭ堆積量及び又は再生量を算出することもできる。

ＰＭ堆積量及び又は再生量算出手段６４で算出された単位時間ＰＭ堆積量及び又は再生量は、前記モニター５の画面上にてリアルタイムでカラー表示される。図３及び図４はモニター５における表示例を示す。図３は、単位時間ＰＭ堆積量及び又は再生量を数値によりデジタル表示した例である。又、図４は、単位時間ＰＭ堆積量及び又は再生量の大きさ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）１５の長さに対応させて段階的にカラー表示した例であり、この表示方式によれば単位時間ＰＭ堆積量及び又は再生量を直感的に視認できる。

図４の表示例では、前記表示バー１５のカラー表示部の長さが最大の長さになったときは、ＤＰＦ１３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、ＤＰＦ１３の再生処理を直ちに実施すべき旨のメッセージがモニター５の画面上にて警告表示される。

本実施例に係る表示バー１５は、単位時間ＰＭ堆積量の大きさに応じて、再生処理必要領域１５Ａ、再生処理必要接近領域１５Ｂ及び再生処理不要領域１５Ｃの３つの領域に区分されている。この場合、オペレータに対する視認性を高めるために、再生処理必要領域１５Ａ、再生処理接近領域１５Ｂ及び再生処理不要領域１５Ｃはそれぞれ青色、黄色及び赤色で色分けして表示されている。

斯くして、再生処理必要領域１５Ａ、再生処理必要接近領域１５Ｂ及び再生処理不要領域１５Ｃは色分けして可視化されているので、オペレータは単位時間ＰＭ堆積量及びその変化状況を直感的に容易に確認できる、従って、現在の油圧ショベルの作業内容と、単位時間ＰＭ堆積量及び又は再生量との相関関係を一層容易迅速に認識でき、以て、単位時間ＰＭ堆積量及び又は再生量の画面確認における利便性が著しく向上する。

叙上の如く本発明によると、ＤＰＦ１３における単位時間ＰＭ堆積量及び又は再生量は、キャブ３内に設置されたモニター５で表示されるので、オペレータは単位時間ＰＭ堆積量及び又は再生量をモニター５上で確認できる。依って、現在の油圧ショベルの作業内容と、単位時間ＰＭ堆積量及び又は再生量との相関関係を随時把握して、単位時間ＰＭ堆積量及び又は再生量の大きさに応じ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。

従って、オペレータは、油圧ショベルを運転する際に、エンジン燃焼温度の低い大きい軽負荷作業を長時間連続して行わずに、該軽負荷作業と高負荷作業を交互に切り換えることにより、ディーゼルエンジン７の燃費性能が悪化しない状態で、ＤＰＦ１３の再生処理を効率良く行うことができる。

上記のように、オペレータは、単位時間ＰＭ堆積量及び又は再生量に応じて油圧ショベルの作業内容を種々工夫して運転操作でき、以て、ディーゼルエンジン７の燃費性能の悪化を防止できるのみならず、二酸化炭素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。

例えば、単位時間ＰＭ堆積量及び又は再生量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、ＤＰＦ１３の再生処理を即座に実施できる。即ち、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の燃焼温度が上昇し、その結果、ディーゼルエンジン７の排気温度も上昇して、ＤＰＦ１３に堆積/又は再生したＰＭが速やかに燃焼除去される。

本実施例では、上記単位時間ＰＭ堆積量及び又は再生量は、ディーゼルエンジン７の燃料噴射量と油圧ポンプ８の負荷率により算出される。依って、オペレータは油圧ポンプ８の運転中に、正確な単位時間ＰＭ堆積量及び又は再生量をリアルタイムで把握できる。又、単位時間ＰＭ堆積量及び又は再生量は、ＤＰＦ１３の上流側の排気温度によっても算出できる。依って、オペレータは油圧ポンプ８の停止中でも、正確な単位時間ＰＭ堆積量をリアルタイムで把握できる。

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の上部旋回体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
８ 油圧ポンプ
９ 燃料噴射量検出器
１０ ポンプ負荷率検出器
１２ 排気管（排気通路）
１３ ＤＰＦ
１４ 排気温度検出器
１５ 表示バー６４ ＰＭ堆積量及び又は再生量算出手段

Claims (5)

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、ディーゼルパーティキュレートフィルターにおける単位時間当たりのパーティキュレートマターの堆積量及び又は再生量を検出するパーティキュレートマター堆積量及び又は再生量検出手段を設け、該パーティキュレートマター堆積量及び又は再生量検出手段で検出した単位時間当たりのパーティキュレートマターの堆積量及び又は再生量を、キャブ内に設置されたモニターで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. 上記単位時間当たりのパーティキュレートマターの堆積量及び又は再生量は、上記エンジンの燃料噴射量と、該エンジンで駆動される油圧ポンプの負荷率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。
3. 上記単位時間当たりのパーティキュレートマターの堆積量及び又は再生量は、上記ディーゼルパーティキュレートフィルターの上流側の排気温度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。
4. 上記単位時間当たりのパーティキュレートマターの堆積量及び又は再生量は、該堆積量及び又は再生量の大きさに対応した長さで段階的に表示することを特徴とする請求項１，２又は３記載の建設機械の排ガス後処理装置。
5. 上記単位時間当たりのパーティキュレートマターの堆積量及び又は再生量を、加算処理することにより、総堆積量を算出し、上記モニターで表示できるように構成したことを特徴とする請求項１，２，３又は４記載の建設機械の排ガス処理装置。

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