JP2011179381A - Working vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、ディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)備えたディーゼルエンジンを搭載した作業車両に関する。 The present invention relates to a work vehicle equipped with a diesel engine equipped with a diesel particulate filter (DPF).
ディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)を再生させるにあたり、DPF内に溜まる煤の量を予測して算出し、この予測して算出した値に基づいてDPFを再生する構成である(例えば、特許文献1参照。)。 In regenerating the diesel particulate filter (DPF), the amount of soot accumulated in the DPF is predicted and calculated, and the DPF is regenerated based on the predicted and calculated value (see, for example, Patent Document 1). .)
前述のような技術では、高度が高く空気の薄い場所、即ち、高い山などの山間地においては、煤の発生が多くなるのでDPFの詰まりが早くなってしまうという問題点がある。また、機体の傾斜状態を考慮してDPFを再生する技術は開示されていないので、煤の発生が多くなってしまう。したがって、煤が溜まった状態でエンジンを運転すると、エンジン馬力の低下やDPFの損傷を招いてしまう。
本発明の課題は、前述のような不具合を解消するディーゼルエンジンを搭載した作業車両を提供することである。
The above-described technique has a problem in that a DPF is clogged quickly because a lot of soot is generated in a high altitude and thin air area, that is, a mountainous area such as a high mountain. In addition, since a technique for regenerating the DPF in consideration of the tilted state of the airframe is not disclosed, the generation of wrinkles increases. Therefore, if the engine is operated in a state where soot is accumulated, the engine horsepower is reduced and the DPF is damaged.
The subject of this invention is providing the work vehicle carrying the diesel engine which eliminates the above malfunctions.
本発明の上記課題は次の構成によって達成される。 The above object of the present invention is achieved by the following configuration.
すなわち、請求項1記載の発明では、排気ガス中の粒状化物質(PM)を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ(46b)を備えたディーゼルエンジンを搭載した作業車両において、エンジン回転数を検出するエンジン回転センサ(R)と燃料噴射量を検出する燃料噴射量センサ(Q)の検出値から、煤検出マップ(68)を用いて排出される煤の量を予測算出する構成とし、さらに、作業車両が位置している標高を検出する高度センサ(P)の検出値が所定値以上になると、標高による補正マップ(69)を用いて排出される煤の量を補正して予測算出し、この補正して予測算出した煤の量に基づいてディーゼルパティキュレートフィルタ(46b)を再生するように構成したことを特徴とする作業車両としたものである。
請求項1の作用は、燃焼した排気ガスはシリンダから出ていくが、ディーゼルパティキュレートフィルタ(46b)は排気ガス中の粒状化物質(PM)を捕集する。エンジン回転数と燃料噴射量から、煤検出マップ(68)を用いて排出される煤の量を予測算出する。そして、作業車両が位置している標高高度値が所定値以上になると、標高による補正マップ(69)を用いて排出される煤の量を補正して予測算出する。この補正して予測算出した煤の量に基づいてディーゼルパティキュレートフィルタ(46b)を再生する。
That is, according to the first aspect of the present invention, in a work vehicle equipped with a diesel engine equipped with a diesel particulate filter (46b) that collects particulate matter (PM) in exhaust gas, an engine that detects the engine speed is detected. Based on the detection value of the rotation sensor (R) and the fuel injection amount sensor (Q) for detecting the fuel injection amount, the amount of soot discharged is predicted using the soot detection map (68), and further, the work vehicle When the detected value of the altitude sensor (P) that detects the altitude where the is located is equal to or greater than a predetermined value, the amount of soot discharged is corrected using the altitude correction map (69) to predict and calculate this correction. Thus, the work vehicle is configured to regenerate the diesel particulate filter (46b) based on the amount of soot predicted and calculated.
According to the operation of the first aspect, the burned exhaust gas exits from the cylinder, but the diesel particulate filter (46b) collects the particulate matter (PM) in the exhaust gas. From the engine speed and the fuel injection amount, the amount of soot discharged is predicted and calculated using the soot detection map (68). Then, when the altitude altitude value at which the work vehicle is located is equal to or greater than a predetermined value, the amount of soot discharged is corrected using the altitude correction map (69), and is predicted and calculated. The diesel particulate filter (46b) is regenerated based on the amount of soot calculated by this correction and prediction.
請求項2記載の発明では、排気ガス中の粒状化物質(PM)を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ(46b)を備えたディーゼルエンジンを搭載した作業車両において、エンジン回転数を検出するエンジン回転センサ(R)と燃料噴射量を検出する燃料噴射量センサ(Q)の検出値から、煤検出マップ(68)を用いて排出される煤の量を予測算出する構成とし、さらに、機体の傾斜角度を検出する傾斜センサ(71)の検出値に基づき角度による補正マップ(72)を用いて排出される煤の量を補正して予測算出し、この補正して予測算出した煤の量に基づいてディーゼルパティキュレートフィルタ(46b)を再生するように構成したことを特徴とする作業車両としたものである。
In the invention according to
請求項2の作用は、燃焼した排気ガスはシリンダから出ていくが、ディーゼルパティキュレートフィルタ(46b)は排気ガス中の粒状化物質(PM)を捕集する。エンジン回転数と燃料噴射量から、煤検出マップ(68)を用いて排出される煤の量を予測算出する。そして、作業車両の傾斜状態により角度による補正マップ(72)を用いて排出される煤の量を補正して予測算出する。機体が登坂を走行中は煤が増加する側に補正する。この補正して予測算出した煤の量に基づいてディーゼルパティキュレートフィルタ(46b)を再生する。 According to the second aspect of the invention, the burned exhaust gas exits from the cylinder, but the diesel particulate filter (46b) collects the particulate matter (PM) in the exhaust gas. From the engine speed and the fuel injection amount, the amount of soot discharged is predicted and calculated using the soot detection map (68). And the amount of soot discharged | emitted is correct | amended using the correction map (72) by an angle with the inclination state of a work vehicle, and it estimates. When the aircraft is traveling uphill, the side is corrected to increase. The diesel particulate filter (46b) is regenerated based on the amount of soot calculated by this correction and prediction.
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、高度が高く空気の薄い場所での作業、即ち、高い山などの山間地においては、煤の発生が多くなるのでDPFの詰まりが早くなってしまうという問題点があるが、高度によって煤が発生する量を補正して予測算出し、この補正して予測算出した値によりディーゼルパティキュレートフィルタ(46b)するので、再生が効率よく実行できるようになる。そして、エンジン馬力低下やディーゼルパティキュレートフィルタ(46b)、エンジンなどの損傷を防止できるようになる。 Since the present invention is configured as described above, according to the first aspect of the present invention, the operation of a high altitude and thin air area, that is, in mountainous areas such as high mountains, the occurrence of dredging increases. Although there is a problem that the clogging is accelerated, the amount of soot generated according to the altitude is corrected and predicted, and the diesel particulate filter (46b) is corrected and calculated based on the corrected and calculated value. Can be executed well. And it becomes possible to prevent engine horsepower reduction, diesel particulate filter (46b), engine damage and the like.
請求項2記載の発明においては、機体の傾斜によって煤が発生する量を補正して予測算出し、この補正して予測算出した値によりディーゼルパティキュレートフィルタ(46b)するので、請求項1と同様の効果を奏する。 In the second aspect of the invention, the amount of soot generated by the inclination of the fuselage is corrected and predicted, and the diesel particulate filter (46b) is calculated by the corrected and predicted value. The effect of.
本発明を実施するための最良の形態を説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described.
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。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a pressure accumulation type fuel injection device. The accumulator type fuel injection device is applied to, for example, a multi-cylinder diesel engine, but may be a gasoline engine. The accumulator fuel injection device pressurizes the common rail 1 that accumulates high-pressure fuel corresponding to the injection pressure, the
Thus, the common rail 1 injects fuel to each
The fuel in the fuel tank 3 is sucked into the high-pressure pump 4 driven by the engine E through the fuel filter 7 through the suction passage, and the high-pressure fuel pressurized by the high-pressure pump 4 is guided to the common rail 1 through the discharge passage 8. Stored.
The high-pressure fuel in the common rail 1 is supplied to the
In addition, a
Specifically, the target common rail pressure is set according to the engine operating conditions, and the common rail pressure is feedback-controlled through the
As shown in FIG. 2, the
The traveling mode A is droop control in which the output also varies with the variation of the engine speed. It is used when traveling without farming. For example, when the traveling speed is reduced or stopped by applying a brake, the engine speed decreases with an increase in the traveling load, so that the traveling speed can be safely reduced or stopped.
The normal work mode B is isochronous control in which the engine speed is constant and the output is changed according to the load even when the load varies. It is used for normal farm work. For example, if it is a tractor, it is when the cultivated land is hard during plowing work and resistance is applied to the plowing blade. Is the time.
In the heavy work mode C, in addition to the isochronous control in which the engine speed is constant and the output is changed according to the load even when the load fluctuates in the same manner as the normal work mode B, the engine speed is increased when the load is close to the limit. This is a control with heavy load control that increases In particular, it is used when farming near the load limit. For example, when plowing with a tractor, the engine output increases beyond the normal limit even when encountering hard cultivated land, so work can be performed efficiently without interruption. .
These work modes A, B, and C are operations of a work mode changeover switch that can switch between the work modes A, B, and C, or a shift operation of a traveling speed change lever of a farm vehicle (tractor, combine, rice transplanter, etc.) Alternatively, it is configured to be switched by an on / off operation or the like of a work clutch (rotary if it is a tractor, and mowing part or threshing part if it is a combine).
In diesel engine E, pilot injection that injects a small amount of fuel in a pulse manner prior to main injection makes it possible to shorten the ignition delay, reduce the knocking noise peculiar to diesel engine E, and reduce noise It has a simple structure.
This pilot injection is performed only once or twice before the main injection. By using the accumulator fuel injection device of the common rail 1, pilot injection is performed according to the situation of the engine E. Thus, it becomes possible to reduce the noise and the generation of white smoke or black smoke due to incomplete combustion. Further, by performing pilot injection in which a small amount of fuel is pulse-injected prior to main injection, the amount of nitrogen oxides in the exhaust gas is reduced.
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。
FIG. 3 shows a side view of a tractor equipped with a diesel engine having the common rail 1 as described above, and FIG. 4 shows a plan view thereof. In the plan view, the
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T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。
The tractor includes
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。
A
An
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ーである。
The
図5はエンジンのシリンダー5内への吸気と排気の模式図であり、4サイクルのディーゼルエンジンの実施例である。過給器TBの吸気タービン36により過給された空気は、エアクリーナー35から吸気タービン36、インタークーラー37を通過して吸気マニホールド38からシリンダー5内へ送られる構成である。39は吸気バルブであり、40はピストンである。48はカムでありロッカーアーム49を介して吸排気バルブ39、41を開閉させるものである。
FIG. 5 is a schematic diagram of intake and exhaust into the
シリンダー5内で燃焼した排ガスは、排気バルブ41から排気マニホールド42を通過した後、過給器TBの排気タービン45で過給器TBを駆動して排出される構成である。
The exhaust gas combusted in the
このディーゼルエンジンは、排気ガスの一部を吸気側に混入させるためのEGR(排気再循環装置)回路44を有している。EGR回路で排気ガスの一部を吸気側に混入させることで酸素量(O2)を減らして、窒素酸化物Noxの発生を低減させるように構成している。ただし、EGR率が上昇しすぎると、逆に酸素量が少なくなって不完全燃焼になるので、燃焼状態によりEGR率を調節する必要がある。この調節は、EGRバルブ43にて行う。EGR回路44は、後述する後処理装置46下流側の排気管55と過給器TBの吸気タービン36上流側の吸入管56との間を接続している。また、EGR回路44の途中にはEGRクーラ57を設ける構成としている。このEGRバルブ43の開閉具合でシリンダー5内への排気ガスの還元量が変化する。
The diesel engine has an EGR (exhaust gas recirculation device)
排気タービン45を通過後の排気ガスは、後処理装置46を通過してマフラー50から大気中に排出される。後処理装置46は、酸化触媒(DOC)46aとディーゼルパティキュレートフィルター(DPF)46bとから構成されている。
酸化触媒(DOC)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)は粒状化物質(PM)を捕集するためのものである。前記EGRバルブ43と絞り弁47については、ECU100により制御される構成である。後処理装置46はディーゼルパティキュレートフィルター(DPF)46bのみで構成してもよい、酸化触媒(DOC)を設けると不燃物質が燃焼するので、よりクリーンな排気ガスとなる。
The exhaust gas that has passed through the exhaust turbine 45 passes through the aftertreatment device 46 and is discharged from the
The oxidation catalyst (DOC) burns the incombustible chamber, and the diesel particulate filter (DPF) is for collecting the particulate matter (PM). The
DPF46bは、排気ガスの温度が低い状態(低負荷)が長時間続くと、PMが溜まってきて能力の低下が懸念される。そこで、後処理装置46の下手側に絞り弁47を設け、この絞り弁47を絞るとDPF46b内の圧力が高く保持されるので温度も高くなる。これにより、高い温度の影響により、DPF46bの再生が可能となる。即ち、高い温度の排気ガスがDPF46bを通過すると、DPF46b内に存在しているPMが焼き飛ばされることでDPF46bが再生される。
When the state of the exhaust gas is low (low load) continues for a long time, the DPF 46b has a concern that PM will accumulate and the capacity may be reduced. Therefore, a
DPF46bを再生させるためのDPF再生運転としては、EGRバルブ43と絞り弁47の両方を絞る。そして、燃料噴射タイミングのリタード(遅角)と合わせてDPF46b内のガス温度を上昇させ、DPF46bが再生に入るようにする。これにより、燃料のアフター噴射(排気ガス温度を上昇させるため)が不要となったり、アフター噴射の回数を減らすことができるようになるので、燃料消費量を抑制できて環境にもよい。
In the DPF regeneration operation for regenerating the DPF 46b, both the
このようなDPF再生運転を行うための条件としては、後処理装置46の上手側に圧力センサ52を設け、後処理装置46の下手側にも圧力センサ53を設け、この圧力差が所定値以上になるとDPF46b内にPMが蓄積して抵抗となっている状態なので、DPF再生運転を行うようにする。また、圧力センサ52の替わりにDOC46aとDPF46bとの間に圧力センサ58を設ける構成としてもよい。
As a condition for performing such a DPF regeneration operation, the pressure sensor 52 is provided on the upper side of the post-processing device 46, the
また、DPF再生運転に入った状態が長時間続くと、過熱状態となってしまいDPF46bが損傷してしまう。そこで、後処理装置46の下手側に温度センサ59を設け、この温度センサ59の値が所定値を超えるとDPF再生運転を止めて通常運転に戻るようにする。
Further, if the state in which the DPF regeneration operation is started continues for a long time, the DPF 46b is damaged due to an overheating state. Therefore, a
通常の運転は、EGRバルブ43と絞り弁47を同時に制御してEGR量を適宜コントロールするようにする。特に、絞り弁47を有することで、DPF46b内のガス温度を高く保持することができるようになる。
In normal operation, the
前述のような構成としたことで、吸気スロットルが不要となる。即ち、過給器付き機関では吸気側圧力が高いので、EGRガス量を確保するために排気絞り弁または吸気スロットルを設け、EGRバルブと連動した制御が必要となるが、このようなシステムが不要となる。 With the configuration as described above, an intake throttle is not required. In other words, since the intake side pressure is high in an engine with a supercharger, an exhaust throttle valve or an intake throttle is required to secure the amount of EGR gas, and control in conjunction with the EGR valve is required, but such a system is unnecessary. It becomes.
また、DPF46b下流の排気ガスを取り出すために、過給器TBの汚れに伴う性能劣化を生じることを防止できるようになる。そして、EGRガスはEGRクーラ57で冷却されるため、NOx低減に対して効果が大きくなる。
Further, since the exhaust gas downstream of the DPF 46b is taken out, it is possible to prevent the performance deterioration caused by the dirt of the supercharger TB. And since EGR gas is cooled by the
前述したように、DPFの再生運転を行なうDPF強制再生モードにおいては、排気絞り弁47を絞り、ON−OFF制御によってEGRバルブ43を全閉とするように構成する。したがって、排気ガスの還元が行なわれないのでNOが増加し、このNOが酸化触媒(DOC)46aによってNO2に転換され、DPF46bの再生が促進されるようになる。
As described above, in the DPF forced regeneration mode in which the regeneration operation of the DPF is performed, the
また、DPF46bの強制再生中において、エンジン回転がローアイドルに移行した場合は、前記EGRバルブ43を全開とする。DPF46bの下流側には温度センサ59を設けているので、この温度センサ59による検出値が所定値以上に上昇したことも条件に加えるようにしてもよい。
Further, when the engine rotation shifts to low idle during the forced regeneration of the DPF 46b, the
前記絞り弁47を絞ってDPF46bの強制再生を行なう場合において、エンジン回転数を低い回転数にして供給酸素量を増加させるとともに、排気ガス流速が減少することで温度を上昇しやすくしていた。ところが、再生中にエンジン回転数がローアイドルまたはその近傍に変更された場合、供給酸素量の増加と流速の減少により、煤が急速に燃焼してしまう。その結果、温度が急速に上昇してDPF46bが損傷してしまう可能性がある。そこで、最高温度が許容温度を超えないようにする煤を管理する必要がある。
When the DPF 46b is forcibly regenerated by restricting the
このために、温度センサ59が所定値を超えると、エンジン回転数を中速域まで上昇させるように構成する。これにより、排気ガスの流速が速くなるので最高温度が下がり、DPF46bの損傷を防止できるようになる。また、前記温度センサ59の所定値の値を限界値近傍で制御すると、DPF46bの再生を効率よく行なうことができるようになる。
For this reason, when the
前記エンジン回転数を中速域まで上昇させるにあたり、一旦最高回転数まで上昇させ、その後中速域まで減速させるように構成してもよい、これにより、一旦排気ガスが最高速度で流れるので、予熱などでDPF46bが加熱されてしまって閾値の温度を超えてしまうことを防止できるようになる。 In order to increase the engine speed to the middle speed range, it may be configured to once increase to the maximum speed and then decelerate to the middle speed range, so that the exhaust gas once flows at the maximum speed. For example, it is possible to prevent the DPF 46b from being heated and exceeding the threshold temperature.
また、DPF46bの強制再生中において、前述のようにエンジン回転数をローアイドルに移行するときにおいて、ポスト噴射を中断し、その後エンジン回転数を最高回転数まで上昇させ、中速域に移行する段階でポスト噴射を再開する構成とする。これにより、排気ガス温度の急激な上昇が抑制できるので、DPF46bの損傷を防止できるようになる。 Further, during the forced regeneration of the DPF 46b, when the engine speed is shifted to low idle as described above, the post-injection is interrupted, and then the engine speed is increased to the maximum speed and shifted to the medium speed range. Then, post-injection is resumed. Thereby, since the rapid rise in the exhaust gas temperature can be suppressed, damage to the DPF 46b can be prevented.
DPF46b前後の差圧が所定値以上になった場合、作業後に運転者がDPF46bの再生モードを選択スイッチ67で選択することで、自動でDPF46bの再生を行い、DPF46b再生後は自動でエンジンを停止するように構成する。DPF46b前後の差圧を圧力センサ58、53で監視する。エンジン停止直前のDPF46b前後差圧が所定値以上であると、警告ランプやアラームで報知し、運転者は自らDPF46bの再生を行なうスイッチ(図示せず)を操作する。
そして、エンジンキーが切りの位置になっても、前記再生モードを選択していることで、エンジンはアイドリング状態で回転を維持し、DPF46bの再生を実行する。DPF46b前後の差圧が所定値以下になると、エンジンを自動で停止する。
When the differential pressure across the DPF 46b exceeds a predetermined value, the driver selects the regeneration mode of the DPF 46b after the operation with the
Even when the engine key is in the cut position, since the regeneration mode is selected, the engine keeps rotating in the idling state and performs regeneration of the DPF 46b. When the differential pressure before and after the DPF 46b falls below a predetermined value, the engine is automatically stopped.
これにより、作業終了後であっても自動でDPF46bの再生、エンジン停止が可能となるために、運転者は本機から離れて他の作業ができるようになる。
DPF46bの再生を行なうときには、図5に示すように、吸気側の空気を管路61からDPF46bの上流側に送るように構成してもよい。即ち、DPF46bの再生を行なうときには、バルブ60を開いて酸素量の多い過給器TB上流側の吸気側の空気をDPF46bの上流側に送るように構成してもよい。これにより、再生効率が向上するようになる。
Thus, even after the work is completed, the DPF 46b can be automatically regenerated and the engine can be stopped, so that the driver can leave the machine and perform other work.
When the DPF 46b is regenerated, the intake side air may be sent from the
また、DPF46bの温度を温度センサ62、59で監視し、3段階のステップで再生時の昇温を確認するようにしてもよい。まず、吸気の絞り(図示せず)を行い、この吸気の絞り状態での昇温確認を行う。次に、第一ポスト噴射を行って昇温を確認する。この時点で、DPF46bの前後温度が250度に達していなければ第二ポスト噴射を行っても更なる温度上昇は見込めないので、一旦再生を中断するようにする。もちろん、250度以上であれば第二ポスト噴射を行ってDPF46bの再生を行なうようにする。
Alternatively, the temperature of the DPF 46b may be monitored by the
図5に示しているように、DPF46bの下流側には空燃比センサ63を設けている。ポスト噴射を行なってDPF46bの再生を行なう場合、燃料噴射量が多くなりすぎると燃費が悪化し、少ないと温度が上昇しなくて再生ができなくなる。そこで、空燃比センサ63の値をECU100にフィードバックして噴射量を決める構成とする。これにより、適切な燃費となるとともに、DPF46bの再生の可能となる。また、前記空燃比センサ63の替わりに吸気マニホールド内の圧力値をフィードバックするように構成してもよい。
As shown in FIG. 5, an air-
前述のようなDPF46bの再生を行なうにあたり、複数気筒の場合、一部の気筒の燃焼を停止するように構成してもよい。このように、一部気筒の燃焼を停止することで、エンジンのフリクションは同一でもシリンダーあたりの負荷を増やして排気温度を上昇させるようにしてもよい。 When regenerating the DPF 46b as described above, in the case of a plurality of cylinders, the combustion of some cylinders may be stopped. Thus, by stopping the combustion of some cylinders, the exhaust temperature may be increased by increasing the load per cylinder even if the engine friction is the same.
前述のように、DPF46b内の煤、粒状化物質(PM)を再生する場合は、DPF46b前後の差圧を圧力センサ58、53で監視する構成としているが、コスト的に高価な構成となってしまう。そこで、図6に示すように、エンジン回転センサRによるエンジン回転数と、燃料噴射量センサQによる燃料噴射量から煤(SOOT)マップ68に基づき煤の発生量を予測算出するように構成してもよい。しかしながら、高度が高く空気の薄い場所、即ち、高い山などの山間地においては、燃料の関係から煤の発生が多くなる。このため、前記スートマップ68では正確な煤の量を予測できなくなる。そこで、標高による補正マップ69におり、SOOTマップ68で算出する煤の予測量を補正する構成とする。図7にはこのフローチャートを示している。標高については、500m以上で補正することで、効果が顕著に現れてくる。また、標高については、標高高度センサPで検出する構成とする。高度については、GPSからの情報で計算するように構成してもよい。
As described above, when the soot and granulated material (PM) in the DPF 46b is regenerated, the differential pressure before and after the DPF 46b is monitored by the
これにより、煤の量の予測算出精度が高くなるので、DPF46bを効率的に再生可能となり、エンジン馬力の低下やDPF46bの損傷を防止できるようになる。 As a result, the prediction calculation accuracy of the amount of soot increases, so that the DPF 46b can be efficiently regenerated, and a decrease in engine horsepower and damage to the DPF 46b can be prevented.
また、吸入空気量が減少する高地においては、大気圧とDPF46bの前後差圧(圧力センサ58と53の差)に応じて、低回転域の全負荷時における燃料噴射量を絞る構成とする。これにより、回転落ちした際にエンジンから排出される大量の煤によって急激なDPF46bの煤堆積を防止できるようになる。したがって、手動再生を行うための作業の中断や、煤の溜まりすぎによるDPF46bの損傷、急激な排気圧の上昇によるエンジンへのダメージを回避することが可能となる。 Further, in the highland where the intake air amount decreases, the fuel injection amount at the time of full load in the low rotation range is reduced according to the atmospheric pressure and the differential pressure across the DPF 46b (difference between the pressure sensors 58 and 53). Thereby, drastic accumulation of soot in the DPF 46b can be prevented by a large amount of soot discharged from the engine when the rotation falls. Therefore, it is possible to avoid interruption of work for performing manual regeneration, damage to the DPF 46b due to excessive accumulation of soot, and damage to the engine due to a sudden increase in exhaust pressure.
また、機体が登坂時と下降時においては、エンジン負荷の関係から、登坂時では煤の発生量が多く、下降時では煤の発生量が少なくなる。そこで、機体に設ける傾斜センサ71の値に応じて、専用の角度補正マップ72で煤の発生量を予測補正する構成とする。図8にはこのフローチャートを示している。これにより、精度の高い煤発生量を予測できるようになる。
DPF46bの再生が終了すると、エンジンを自動的に変動状態(ラインL3)としてチェックすることで、DPF46b内のPM残量を把握する構成とする。即ち、エンジンを自動的にローアイドル回転からハイアイドル回転へ変動させる。そして、ラインL1のように、DPF46bにPMの堆積の無い時のDPF46bの差圧(圧力センサ58と53の差)を記憶しておき、再生完了時に前記ラインL1に対してどのくらい差があるかを実測ラインL2と比較する構成とする。これにより、DPF46b内のPMの量を精度よく把握することが可能となる。
Further, when the aircraft is climbing up and down, due to the engine load, the amount of soot generated is large when climbing and the amount of soot is reduced when descending. Therefore, a configuration is adopted in which the amount of wrinkle generation is predicted and corrected using a dedicated
When the regeneration of the DPF 46b is completed, the engine is automatically checked as a fluctuation state (line L3), so that the PM remaining amount in the DPF 46b is grasped. That is, the engine is automatically changed from the low idle rotation to the high idle rotation. Then, as in the line L1, the differential pressure (difference between the pressure sensors 58 and 53) of the DPF 46b when there is no PM accumulated in the DPF 46b is stored, and how much difference is present with respect to the line L1 when the regeneration is completed. Is compared with the actual measurement line L2. This makes it possible to accurately grasp the amount of PM in the DPF 46b.
また、DPF46bの再生時において、環境の変化(大気温等)により、排ガス温度が所定値よりも低い場合は、メイン噴射に後に行うアフター噴射をリタード(遅角)する構成とする。これにより、排気温度が上昇してDPF46bの再生が効率よく行われるようになる。さらに、前記アフター噴射のリタードに加えて、コモンレール1のレール圧を上昇させるように構成してもよい。また外気温に応じて、即ち、寒冷地では噴射量を多くし、温暖地では噴射量を少なくすることで、DPF46bの再生温度を制御可能となる。 Further, when the DPF 46b is regenerated, if the exhaust gas temperature is lower than a predetermined value due to environmental changes (such as atmospheric temperature), the post-injection performed after the main injection is retarded. As a result, the exhaust temperature rises and the DPF 46b is efficiently regenerated. Furthermore, in addition to the retard of the after injection, the rail pressure of the common rail 1 may be increased. Also, the regeneration temperature of the DPF 46b can be controlled according to the outside air temperature, that is, by increasing the injection amount in cold regions and decreasing the injection amount in warm regions.
また、DPF46bの前後差圧が所定値を越えると、コモンレール1のレール圧を上昇させ、メイン噴射のリタードを行う構成とする。NOx量を変化させずに、レール圧の増加とメイン噴射タイミングをリタードすると、PMの堆積量は減少して排気温度は上昇する方向となる。しかしながら、燃費は悪化するので、使い分けが重要となる。 Further, when the differential pressure across the DPF 46b exceeds a predetermined value, the rail pressure of the common rail 1 is increased and the main injection is retarded. If the increase in rail pressure and the main injection timing are retarded without changing the amount of NOx, the amount of accumulated PM decreases and the exhaust temperature rises. However, since fuel consumption deteriorates, proper use is important.
また、メイン噴射の前に行うパイロット噴射があるが、DPF46bの前後差圧が所定値を越えると、20〜25度の間隔で行う構成とする。通常時は、45〜45度の間隔であり、排ガス面(NOx・スモーク)でバランスを良くしているが、DPF46bの前後差圧が所定値を越えると20〜25度の間隔にすることで、NOx排出量を増やしてDPF46b内のPMの燃焼を促進させる構成とする。この場合も、使い分けが重要となる。 In addition, pilot injection is performed before the main injection, but when the differential pressure across the DPF 46b exceeds a predetermined value, the injection is performed at intervals of 20 to 25 degrees. Normally, the interval is 45 to 45 degrees, and the exhaust gas surface (NOx / smoke) is well balanced, but if the differential pressure across the DPF 46b exceeds a predetermined value, the interval is 20 to 25 degrees. The NOx emission amount is increased to promote the combustion of PM in the DPF 46b. In this case as well, proper use is important.
前述したように、DPF46bを自動再生中において、DPF46b内のPM量の減少量が少ない場合や、PM量が減少しない場合においては、ポスト噴射の噴射量の積算値によって手動再生に切り替えることを指示する構成とする。自動再生が長時間続くと、オイルが希釈されてしまう等の不具合が発生してしまうので、これを防止する。もちろん、自動再生でPMが予定通り減少した場合は、ポスト噴射量の積算をリセットする。 As described above, during the automatic regeneration of the DPF 46b, when the amount of decrease in the PM amount in the DPF 46b is small or when the PM amount does not decrease, an instruction is given to switch to manual regeneration according to the integrated value of the post injection amount. The configuration is as follows. If automatic regeneration continues for a long time, problems such as dilution of oil occur, and this is prevented. Of course, when the PM is reduced as planned by automatic regeneration, the post injection amount integration is reset.
図10にはエンジン回転数とトルク(出力特性)との関係を示している。下位のラインL6の出力特性3ほど、排気温度が高くなる噴射特性としている。このように、異なる複数種類の最大出力カーブを備えており、これらのカーブを条件によってECU100が自動的に切り換える構成としている。
FIG. 10 shows the relationship between the engine speed and torque (output characteristics). The output characteristic 3 of the lower line L6 is an injection characteristic in which the exhaust temperature becomes higher. In this way, a plurality of different types of maximum output curves are provided, and the
エンジン回転数が所定値よりも低い場合は、上位の出力カーブに順次移行し、逆にエンジン回転数が所定値よりも高い場合は、下位の出力カーブに順次移行する構成とする。これにより、DPF46bの再生が促進されるようになる。 When the engine speed is lower than a predetermined value, the transition is made sequentially to the upper output curve, and conversely, when the engine speed is higher than the predetermined value, the lower output curve is sequentially shifted. As a result, regeneration of the DPF 46b is promoted.
また、出力カーブの移行の有無や、エンジン回転数の所定値の閾値については、運転者が任意に設定可能に構成しているので、DPF46bの再生については、運転者の意図が反映できるようになる。 Further, since the driver can arbitrarily set the presence or absence of the output curve transition and the threshold value of the predetermined engine speed, the driver's intention can be reflected in the regeneration of the DPF 46b. Become.
前記図5に示している過給器TBは、可変式のアクチュエータのウエストゲート付きである。そして、DPF46bの前後差圧(圧力センサ58と53の差)を測定し、この差圧が所定値を越えると、過給器TBのアクチュエータ圧を変更して過給圧を下げる構成とする。そして、差圧が所定値以下になると、過給器TBのアクチュエータ圧を元に戻す構成とする。 The supercharger TB shown in FIG. 5 has a waste gate with a variable actuator. Then, the differential pressure across the DPF 46b (the difference between the pressure sensors 58 and 53) is measured, and when this differential pressure exceeds a predetermined value, the actuator pressure of the supercharger TB is changed to lower the supercharging pressure. And when differential pressure becomes below a predetermined value, it is set as the structure which returns the actuator pressure of supercharger TB to the original.
DPF46bの差圧が上昇したときに、過給器TBのアクチュエータ圧を変化させて過給圧をさげることで、排気温度は上昇する。充填効率が下がるため、多少燃費は悪化するが、DPF46bには煤が堆積しにくくなる。図11にはこの制御のフローチャートを示している。 When the differential pressure of the DPF 46b rises, the exhaust gas temperature rises by reducing the supercharging pressure by changing the actuator pressure of the supercharger TB. Since the charging efficiency is lowered, the fuel consumption is somewhat deteriorated, but soot is hardly deposited on the DPF 46b. FIG. 11 shows a flowchart of this control.
また、DPF46bの差圧が上昇したときに、スモークリミット値を補正マップにより低下させる構成とする。これにより、過渡時の過給器TBの応答圧低下による煤発生増加を防止し、DPF46b差圧が現状以上に高くなるのを防止できるようになる。 Further, the smoke limit value is reduced by the correction map when the differential pressure of the DPF 46b increases. As a result, an increase in soot generation due to a decrease in the response pressure of the supercharger TB at the time of transition can be prevented, and the DPF 46b differential pressure can be prevented from becoming higher than the present level.
図5に示している70はDPF46b本体の表面温度を測定する表面温度センサであるが、この表面温度センサ70の値が所定値を越えると、エンジン回転数を自動的にハイアイドルに変更するとともに、警告灯で警告する構成とする。これにより、DPF46bの過昇温を防止できるようになる。
前述のように、DPF46bの再生中において、緊急時にエンジンを停止させる緊急停止スイッチが押されると、ECU100は直ちに燃料の噴射を停止し、エンジン停止へと制御するが、停止直前にDPF46bが連続再生,自動再生等の状態でエンジン停止になると、煤の燃焼が継続されことがあり危険な状態となる。
As described above, when the emergency stop switch for stopping the engine in an emergency is pressed during regeneration of the DPF 46b, the
そこで、緊急停止スイッチにてエンジンが停止した後においても、DPF46b近傍の排気温度の状態によっては、ECU100は吸気バルブと排気バルブを閉じることで、DPF46bへの空気の流入を防ぎ、DPF46b内の煤、PMの燃焼を停止させて安全を確保可能となる。また、このような状態でキースイッチがオフとされても、前述の制御を続行する構成とする。そして、DPF46b近傍の温度が充分に下がると、前記制御を自動的に停止する構成とする。
Therefore, even after the engine is stopped by the emergency stop switch, depending on the exhaust temperature near the DPF 46b, the
また、トラクタには作業の設定を行う作業設定ダイヤルがあるが、この作業設定ダイヤルが作業モード(超低速走行)に設定されると、吸気バルブを閉じてDOC46aを昇温させるようにする。このようにすることで、NO2によりPMが燃焼できるので、DPF46bにPMが堆積するのを防止できるようになる。 The tractor has a work setting dial for setting work. When this work setting dial is set to the work mode (super low speed running), the intake valve is closed to raise the temperature of the DOC 46a. By doing so, since PM can be burned by NO2, PM can be prevented from being deposited on the DPF 46b.
トラクターやコンバイン等の農作業機を始め一般車両にも利用可能である。 It can be used for farm vehicles such as tractors and combiners as well as general vehicles.
PM 粒状化物質
P 高度センサ
Q 燃料噴射量センサ
R エンジン回転センサ
46b ディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)
68 煤検出マップ
69 標高による補正マップ
71 傾斜センサ
72 角度による補正マップ
PM Granulated material P Altitude sensor Q Fuel injection sensor R Engine rotation sensor 46b Diesel particulate filter (DPF)
68 煤
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WO2013084890A1 (en) * | 2011-12-09 | 2013-06-13 | ヤンマー株式会社 | Engine |
-
2010
- 2010-02-26 JP JP2010043119A patent/JP2011179381A/en active Pending
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