JP2011247182A - 作業機械 - Google Patents

Abstract

【課題】ＰＭを燃焼してＤＰＦを再生化する際、エンジンの負荷の増大を抑制し、作業機械の駆動の効率を向上する。
【解決手段】ステップＳ１０において、ＤＰＦ５３の前後差圧ΔＰFが、ＰＭがＤＰＦ５３に捕集され、ＤＰＦ５３の再生化を行うべき差圧上限値ΔＰFHを超えていると判断された場合は、ステップＳ１２において、最小値選択部２１ｇで選択されたファン目標回転数Ｎf2に回転数ΔＮを加算してファン目標回転数Ｎf2より大きいファン目標回転数ＮfSが算出される。そして、電動／発電機１５により電動ファン３１をファン目標回転数ＮfSで回転する。
【選択図】図４

Description

この発明は、作業機械に関し、より詳細には、エンジンの駆動によって排出される排気ガスの浄化装置を装備する作業機械に関する。

エンジンの駆動によって排出される排気ガス中には有害な粒子状物質（ＰＭ）が含まれており、この粒子状物質を浄化する浄化装置を装備した作業機械が知られている。
浄化装置は、通常、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）と言われ、多孔質の隔壁を有する。ＤＰＦは、粒子状物質をこの隔壁に捕集するが、排気ガスが高温になると捕集した粒子状物質を燃焼させて除去する自己再生機能を有する。

このため、ＤＰＦに捕集され、堆積された排気ガスの粒子状物質が多量になると、これを検出して、排気ガスを高温にしてＤＰＦの再生化を図るようにしている。
排気ガスを高温にする方法として、エンジンの運転条件を、排気ガス温度が上昇する運転に移行させるようにする。具体的には、エンジンの駆動を、燃費の良好な運転条件から等出力曲線上において、負荷を増大させて、回転速度が減少しトルクが増大するように回転制御する（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３―２６９１３５号公報

上記の方法では、ＤＰＦを再生化する際、エンジンの負荷を増大させて、トルクを増大させ、排ガス温度を上昇させる。このため、消費燃料が無駄となり、燃費が低下する。

この発明の作業機械は、エンジンと、エンジンの駆動により発電する発電機と、発電機で発電された電力により駆動され、冷却風を送風する電動ファンと、エンジンの駆動時にエンジンから排出される排気ガスに含まれる捕集対象物を捕集し、かつ、再生化することが可能な捕集手段と、捕集手段の再生化の判断をする再生判断手段と、再生判断手段の判断に基づいて前記電動ファンの回転数を増大するファン回転数増大手段とを備えることを特徴とする。

この発明によれば、冷却ファンを電動式とし、電動ファンを駆動してエンジンの負荷を増加させることにより捕集手段の再生化を行うので、従来のようにエンジンのトルクを増大させる方法に比し、燃費の改善を図ることができる。

この発明に係る作業機械の一実施形態としてのホイールローダの外斜視図。 この発明に係る作業機械の一実施形態としての回路ブロック図。 図２に図示された作業機械のＥＰＵ（電子制御装置）の処理機能を示す機能ブロック図。 図２に図示された回路ブロックにおける電動ファンの動作の一例を示す処理フロー図。 この発明に係る作業機械の第２の実施形態としての回路ブロック図。 図５に図示された回路ブロックにおける電動ファンの動作の一例を示す処理フロー図。

（実施形態１）
以下、本発明に係る作業機械の一実施形態を、図１〜図４を参照して説明する。
図１は、本発明に係る作業機械一実施形態としてのホイールローダを示す外観斜視図である。
作業機械１００の一例として示されるホイールローダは、アーム１１１、バケット１１２、前輪１１３等を有する前部車体１１０と、運転室１２１、エンジン室１２２、後輪１２３等を有する後部車体１２０とで構成される。アーム１１１はアームシリンダ１１４の駆動により上下方向に回動（俯仰動）し、バケット１１２はバケットシリンダ１１５の駆動により上下方向に回動（ダンプまたはクラウド）する。

前部車体１１０と後部車体１２０は連結軸１０１により互いに回動自在に連結されている。この作業機械１００は連結軸１０１において、前部車体１１０と後部車体１２０とが屈曲されるアーティキュレート式のものである。図示はしないが、前部車体１１０と後部車体１２０には、連結軸１０１を中心とする一対のステアリングシリンダ（不図示）の一端側と他端側が、それぞれ、回転可能に係止されている。不図示の油圧装置により、一対のステアリングシリンダを、一方を伸張、他方を縮退させることにより、前部車体１１０と後部車体１２０を、それぞれ、連結軸１０１を中心に回転させる。これにより、前部車体１１０と後部車体１２０との相対的な取付角度が変化し、車体が屈曲して換向する。

図２は、この発明に係る作業機械における回路ブロック図の一実施形態を示す。
エンジン室１２２内には、エンジン１１、可変容量型の主油圧ポンプ１２およびエアコンのコンプレッサ１３が収容されている。主油圧ポンプ１２は、作動油タンク７１から作動油を、制御弁５１を介してアームシリンダ１１４等の各シリンダに給、排油する。図２においては、バケットシリンダ１１５およびステアリングシリンダ等は図示を省略されており、アームシリンダ１１４は、全ての油圧シリンダの代表としての意味合いを有しているものでもある。
また、コンプレッサ１３はエアコン２４内に冷媒を循環させる。

主油圧ポンプ１２の回転軸は、エンジン１１の駆動軸と同軸上にある。コンプレッサ１３は、エンジン１１の回転軸上に設けられた伝達部材１に連結されている。また、エンジン１１の駆動軸と同軸には、電動／発電機１５の回転軸とトランスミッション１６の入力軸が連結されている。電動／発電機１５は、図示はしないが、エンジン１１の駆動軸と同軸上にある回転軸にロータが取り付けられ、ロータの外周にステータが配置されている。従って、発電モードでは、電動／発電機１５は、エンジン１１よってロータが回転することにより発電する。電動モードでは、エンジン１１の出力軸にトルクを負荷する。

トランスミッション１６は、エンジン１１の駆動軸の回転が伝達される入力軸の回転数を異なる回転数に変換して出力し、不図示のプロペラシャフトおよびデファレンシャルを介して前輪１１３および後輪１２３に伝達する。トランスミッション１６は潤滑油によって冷却される。

ＥＣＵ（電子制御装置）２１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭおよび演算処理装置を含んで構成されている。この場合、ＥＣＵ２１のＲＯＭは、後述するように、各装置またはアクチュエータを冷却する冷媒の温度に対する冷却ファンの目標回転数に関する複数のテーブルを記憶する冷却ファン目標回転数情報記憶部を含んでいる。また、ＥＣＵ２１のＲＡＭは、演算により算出した冷却ファンの目標回転数を記憶する冷却ファン目標回転数指定記憶部を含んでいる。

電源制御部２２は、インバータ回路を含んでおり、電動／発電機１５で発電された交流電流を直流に変換して蓄電装置２３に充電する。また、電動／発電機１５で発電された交流を、後述する、電動ファン３１に供給して、電動ファン３１を駆動する。蓄電装置２３から供給される直流電力は、電源制御部２２において交流電力に変換され、電動／発電機１５を電動機として動作することができる。

エンジン１１には、その回転数を検出するエンジン回転数検出器６１が装着されており、エンジン回転数検出器６１で検出されたエンジン回転数ＮEはＥＣＵ２１に入力される。エンジン１１の排気通路７２には排気浄化部５０が設けられている。排気浄化部５０は、加熱器５１と、酸化触媒５２とパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦ）５３とを有する。

加熱器５１は、排気通路７内の燃料の未燃成分をＨ２とＣＯに改質する。加熱器としてプラズマ発生装置を用いることもできる。その場合には、電源制御部２２において、蓄電装置２３から供給された直流電力を交流電力に変換するとともに、その周波数および交流電圧値を調整してプラズマ発生装置に供給すればよい。

酸化触媒５２は、白金やパラジウム等の触媒による酸化作用によって、排気に含まれる、軽油、Ｈ２、ＣＯ等の燃料の未燃成分を燃焼する。軽油が酸化触媒５２において燃焼する温度は、約２２０℃であり、Ｈ２が酸化触媒５２において燃焼して発熱を開始する温度は約１２０℃であり、ＣＯが還元して発熱を開始する温度は約２００℃である。

ＤＰＦ５３は、例えばコージェライトのようなセラミックスからなる多孔質のハニカム構造であり、多孔質薄壁によって格子状に流路が区画される。各流路の入口と出口は、交互に目封じされ、ＤＰＦ５３に流入した排気に含まれる粒子状物質（以下、ＰＭ）は、多孔質薄壁の内側表面で捕集される。これによりエンジン１からの排気ガスが濾過され、ＰＭが除去された排気ガスが外部に排出される。捕集されたＰＭは、ＰＭの燃焼可能温度である、例えば６００℃以上の排気で燃焼し、ＤＰＦ５３が再生される。

ＤＰＦ５３の上流側と酸化触媒５２との間には圧力検出器５４および排気ガスの温度ＴFを検出する温度センサ６２が配置されている。また、ＤＰＦ５３の下流側には圧力検出器５５が配置されている。圧力検出器５４で検出される圧力ＰF、圧力検出器５５で検出される圧力ＰRおよび温度センサ６２で検出される温度ＴFの各情報はＥＣＵ２１に入力される。ＥＣＵ２１では圧力検出器５４および５５から送出される圧力ＰF、圧力ＰRから差圧ΔＰFを算出する。

作業機械１００には、エンジン２１を冷却する冷却水用熱交換器７３と、主油圧ポンプ１２を冷却する作動油冷却用熱交換器７４と、トランスミッション１６を冷却する潤滑油冷却用熱交換器７５と、エアコン２４を冷却する冷媒冷却用熱交換器７６等が配されている。図２においては、各熱交換器７３〜７６に接続される配管のレイアウトは図示を省略されている。しかし、作業機械１００のエンジン室１２２の上部には、冷却水用熱交換器７３、作動油冷却用熱交換器７４、潤滑油冷却用熱交換器７５および冷媒冷却用熱交換器７６が、図２に図示される如く、積層されまたは平面的に隣接して集中的に配置されている。
冷却水用熱交換器７３、作動油冷却用熱交換器７４、潤滑油冷却用熱交換器７５およびエアコン冷媒冷却用熱交換器７６には、それぞれ、温度センサ６３、６４、６５、６６が設置され、検出された各冷媒の温度情報ＴW、ＴP、ＴT、ＴAがＥＣＵ２１に入力される。

各熱交換器７３〜７６が集中して配置された領域に、電動ファン３１が配置されている。電動ファン３１は、電動モータ３１Ａと、電動モータ３１Ａの回転軸に中心が取り付けられた冷却用のファン３１Ｂから構成される。電動ファン３１は、電源制御部２２を介して、ＥＣＵ２１の冷却ファンの目標回転数指定記憶部に設定された目標回転数で駆動される。電動ファン３１は、通常は、各熱交換器７３〜７６で冷却する対象流体の温度に応じて目標回転数で駆動される。しかし、後述するように、回転数ＤＰＦ５３の再生化を行う時には、電動ファン３１は、目標回転数よりも大きい回転数で駆動される。電動モータ３１Ａには、電動／発電機１５が発電する電力が、電源制御部２２を介して、リアルタイムに供給され、電動ファン３１が駆動される。このことにより、エンジン１１の負荷が増大される。

図３は、図２に図示された作業機械のＥＣＵ（電子制御装置）の処理機能を示す機能ブロック図である。
図３において、ＥＰＵ２１は、冷却水冷却目標回転数演算部２１ａ、作動油冷却目標回転数演算部２１ｂ、潤滑油冷却目標回転数演算部２１ｃ、エアコン冷媒冷却目標回転数演算部２１ｄ、最大値選択部２１ｅ、エンジン冷却目標回転数演算部２１ｆ、最小値選択部２１ｇ、ファン回転数増大部２１ｈの各機能を有している。

冷却水冷却目標回転数演算部２１ａは、温度センサ６３により検出したエンジン冷却水（クーラント）の温度ＴWを入力し、これをメモリに記憶してあるテーブルに参照させ、そのときの冷却水の温度ＴWXに応じたファン目標回転数ＮWXを算出する。メモリのテーブルには、冷却水温が上昇するに従ってファン目標回転数が上昇する冷却水温ＴWとファン目標回転数ＮWとの関係特性ｆTWが設定されている。

作動油冷却目標回転数演算部２１ｂは、温度センサ６４により検出した主油圧ポンプ１２等で用いる作動油の温度ＴＰを入力し、これをメモリに記憶してあるテーブルに参照させ、そのときの作動油の温度ＴＰＸに応じたファン目標回転数ＮPXを算出する。メモリのテーブルには、作動の温度が上昇するに従ってファン目標回転数が上昇する作動油の温度ＴＰとファン目標回転数ＮPとの関係特性ｆTPが設定されている。

潤滑油冷却目標回転数演算部２１ｃは、温度センサ６５により検出したトランスミッション１６で用いる潤滑油の温度ＴTを入力し、これをメモリに記憶してあるテーブルに参照させ、そのときの潤滑油の温度ＴTXに応じたファン目標回転数ＮTXを算出する。メモリのテーブルには、潤滑油の温度が上昇するに従ってファン目標回転数が上昇する潤滑油の温度ＴTとファン目標回転数ＮTとの関係特性ｆTTが設定されている。

エアコン冷媒冷却目標回転数演算部２１ｄは、温度センサ６６により検出したコンプレッサ１３の冷媒の温度ＴA入力し、これをメモリに記憶してあるテーブルに参照させ、そのときの冷媒の温度ＴAXに応じたファン目標回転数ＮAXを算出する。メモリのテーブルには、冷媒の温度ＴAが上昇するに従ってファン目標回転数が上昇する冷媒の温度ＴACとファン目標回転数ＮAとの関係特性ｆTAが設定されている。

最大値選択部２１ｅは、冷却水冷却目標回転数演算部２１ａで計算したファン目標回転数ＮWXと、作動油冷却目標回転数演算部２１ｂで計算したファン目標回転数ＮPXと、潤滑油冷却目標回転数演算部２１ｃで計算されたファン目標回転数ＮTXと、エアコン冷媒冷却目標回転数演算部２１ｄで計算されたファン目標回転数ＮAXとのうちで最も高い回転数Ｎf1を選択する。

エンジン冷却目標回転数演算部２１ｆは、エンジン回転数検出器６１により検出したエンジン回転数ＮEを入力し、これをメモリに記憶してあるテーブルに参照させ、そのときのエンジン回転数ＮEに応じたファン目標回転数ＮFXを算出する。メモリのテーブルには、エンジン回転数ＮEが上昇するに従ってファン目標回転数が上昇するエンジン回転数ＮEとファン目標回転数ＮFとの関係特性ｆNEが設定されている。

最小値選択部２１ｇは、最大値選択部２１ｅで選択したファン目標回転数Ｎf1とエンジン冷却目標回転数演算部２１ｆで計算したファン目標回転数ＮFXの小さい方の回転数Ｎf2を選択する。

ここで、最小値選択部２１ｇにおいて、最大値選択部２１ｅで選択したファン目標回転数Ｎf1とエンジン冷却目標回転数演算部２１ｆで計算したファン目標回転数ＮFXとの小さい方の回転数Ｎf2を選択することは、下記のことを意味する。
１）最大値選択部２１ｅで選択したファン目標回転数Ｎf1がエンジン冷却目標回転数演算部２１ｆで計算したファン目標回転数ＮFXより小さいときは、ファン目標回転数Ｎf1を選択することを意味する。
２）最大値選択部２１ｅで選択したファン目標回転数Ｎf1がエンジン冷却目標回転数演算部２１ｆで計算したファン目標回転数ＮFXより大きいときは、ファン目標回転数ＮFXを選択することを意味する。
その結果、最小値選択部２１ｇでは、エンジン冷却目標回転数演算部２１ｆで計算したファン目標回転数ＮFXを制限値として、最大値選択部２１ｅで選択したファン目標回転数Ｎf1がその制限値を超えないようにファン目標回転数が補正される。また、エンジン冷却目標回転数演算部２１ｆでは、エンジン回転数ＮEが低くなるに従って低くなるファン目標回転数ＮFXの制限値が計算される。

ＥＣＵ２１は、最小値選択部２１ｇで選択されたファン目標回転数Ｎf2を適宜増大させるファン目標回転数増大部２１ｈを有する。ファン目標回転数増大部２１ｈではファン目標回転数Ｎf2より大きいファン目標回転数ＮfSを得る。
また、ＥＣＵ２１は、ファン目標回転数増大部２１ｈで増大されたファン目標回転数Ｎfsおよびファン目標回転数Ｎf2のいずれかを冷却ファン目標回転数指定記憶部２１ｉに設定し、電源制御部２２を介して電動ファン３１に供給するように制御する
次に、本発明に係る作業機械１００における電動ファン３１とＤＰＦ５３の再生化との関について説明する。

図４は、本発明に係る作業機械１００における電動ファン３１とＤＰＦ５３の再生化の関連動作の一実施形態を示す処理フロー図である。
この処理フローはＥＣＵ２１内の制御プログラムを実行して行われる。
ＤＰＦ再生化の処理フローは、ステップＳ１に示すように、エンジン１１が駆動された状態でスタートする。エンジン１１が駆動されるとステップＳ２に進み、温度センサ６３から送出されるそのときのエンジン１１の冷却水の温度ＴWXに基づいて、ＥＣＵ２１の冷却水冷却目標回転数演算部２１ａにおいてファン目標回転数ＮWXが算出される。上述した如く、冷却水冷却目標回転数演算部２１ａには、冷却水温ＴWとファン目標回転数ＮWとの関係特性ｆTWがテーブルとして設定されており、ファン目標回転数ＮWXは、このテーブルに基づいて演算される。

以下、同様に、ステップＳ３〜Ｓ５において、温度センサ６４、６５、６６からそれぞれ送出されるそのときのポンプ等の作動油の温度ＴＰX、潤滑油の温度ＴTX、エアコン冷媒の温度ＴAXに基づいて、ファン目標回転数ＮPX、ファン目標回転数ＮTX、ファン目標回転数ＮAXが演算される。上述した如く、ファン目標回転数ＮPX、ファン目標回転数ＮTX、ファン目標回転数ＮAX、は、それぞれ、作動油冷却目標回転数演算部２１ｂ、潤滑油冷却目標回転数演算部２１ｃ、エアコン冷媒冷却目標回転数演算部２１ｄにおいて算出される。
なお、ステップＳ２〜Ｓ５は、上記の順序で行われる必要はなく、要は、ファン目標回転数ＮWX、ファン目標回転数ＮPX、ファン目標回転数ＮTX、およびファン目標回転数ＮAX、が全て算出されればよい。

次に、ステップＳ６に進み、最大値選択部２１ｅにおいて、ファン目標回転数ＮWX、ファ目標回転数ＮPX、ファン目標回転数ＮTX、およびファン目標回転数ＮAXのうち、最も高い回転数Ｎf1が選択される。

次に、ステップＳ７に進み、エンジン冷却目標回転数演算部２１ｆにおいて、エンジン回転数検出器６１から送出されるそのときのエンジン回転数ＮEに基づいてファン目標回転数ＮFXが算出される。

次に、ステップＳ８に進み、最大値選択部２１ｅで選択したファン目標回転数Ｎf1とエンジン冷却目標回転数演算部２１ｆで計算したファン目標回転数ＮFXの小さい方の回転数Ｎf2が選択される。

次に、ステップＳ９に進み、ＤＰＦ５３の上流に配置された圧力検出器５４により検出された圧力ＰFから、ＤＰＦ５３の下流に配置された圧力検出器５５により検出され圧力ＰRを減算してＤＰＦ５３の前後差圧ΔＰFが算出される。
なお、ステップＳ９の処理を行う前に、図４には図示されていないが、電源制御部２２から電力を供給して加熱器５１を駆動し、エンジン１１から排出される排気ガスに含まれる軽油、Ｈ_２、ＣＯ等の燃料の未燃成分を燃焼する。

次に、ステップＳ１０に進み、ＤＰＦ５３の前後差圧ΔＰFが、エンジン回転数ＮEに対応して予め設定されている差圧上限値ΔＰFHを越えているか否かが判断される。
ステップＳ１０において、ＤＰＦ５３の前後差圧ΔＰFが差圧上限値ΔＰFHを超えていると判断された場合は、ステップＳ１１に進み、ＤＰＦ５３と酸化触媒５２の間に配置された温度センサ６２から送出される排気ガスの温度ＴFが予め設定されているＰＭ燃焼下限温度ＴLより低いか否かが判断される。ＰＭ燃焼下限温度ＴLは、ＰＭが燃焼可能な下限温度であり、例えば６００℃程度である。

ステップＳ１１において、温度センサ６２から送出される排気ガスの温度ＴFが、ＰＭ燃焼下限温度ＴL未満と判断されるとステップＳ１２の処理に進む。
ステップＳ１２では、ファン目標回転数増大部２１ｈにおいて、最小値選択部２１ｇで選択されたファン目標回転数Ｎf2に回転数ΔＮを加算してファン目標回転数Ｎf2より大きいファン目標回転数ＮfSが算出される。

そして、ステップＳ１３に進み、ＥＣＵ２１から電源制御部２２にファン目標回転数ＮfSを送出し、電動ファン３１を駆動する。電動ファン３１の駆動は、エンジン１１により電動／発電機１５を駆動して発電させ、この発電された電力を、電源制御部２２を介して電動ファン３１に供給して行う。

つまり、ＤＰＦ５３の前後差圧ΔＰFが差圧上限値ΔＰFHを超えており（ステップＳ１０のＹｅｓ）、排気ガスの温度ＴFが、ＰＭ燃焼下限温度ＴL未満である（ステップＳ１１のＹｅｓ）状態は、ＤＰＦ５３がＰＭで目詰まりしている状態であり、且つ、排気ガスの温度ＴFがＰＭ燃焼下限温度ＴLに達していない状態である。ここで、電動／発電機１５を駆動して発電させ、ファン目標回転数Ｎf2に回転数ΔＮが加算されたファン目標回転数ＮfSで電動ファン３１を駆動すると、電動／発電機１５に連結されたエンジン１１の負荷が増大する。
このため、エンジン１１から排出される排気ガスの温度ＴFが、ＰＭ燃焼下限温度ＴLを超えるようになり、ＤＰＦ５３に捕集されたＰＭが燃焼し、ＤＰＦ５３は再生化される。

ステップＳ１０において、ＤＰＦ５３の前後差圧ΔＰFが差圧上限値ΔＰFH未満と判断された場合は、ＤＰＦ５３にはＰＭが目詰まりされていない状態であるので、ステップＳ１３に進み、ステップＳ８で選択されたファン目標回転数ＮfSで電動ファン３１を駆動する。電動ファン３１の駆動は、エンジン１１により電動／発電機１５を駆動して発電させ、この発電された電力を、電動ファン３１に供給して行う。

また、ステップＳ１１において、温度センサ６２から送出される排気ガスの温度ＴFが、ＰＭ燃焼下限温度ＴLを超えていると判断されると、ステップＳ１３に進み、ステップＳ８で選択されたファン目標回転数ＮfSで電動ファン３１を駆動する。つまり、ステップＳ１１において、温度センサ６２から送出される排気ガスの温度ＴFが、ＰＭ燃焼下限温度ＴLを超えている状態は、ＤＰＦ５３に捕集されたＰＭが燃焼する状態であるので、これ以上、エンジン１１の負荷を増大する必要はない。この場合にも、電動ファン３１の駆動は、エンジン１１により電動／発電機１５を駆動して発電させ、この発電された電力を、電動ファン３１に供給して行う。

但し、ファン目標回転数Ｎf2で電動ファン３１を駆動する場合には、蓄電装置２３に充電された電気エネルギを補助的に電動ファン３１に供給するようにしてもよい。
ステップＳ１３が完了すると、ステップＳ２に戻り、以下、同様に、ステップＳ２〜Ｓ１３の処理が反復される。

本発明の実施形態として示す作業機械１００によれば、以下に示す効果を奏する。
（１）冷却ファンを電動式の電動ファン１５とし、電動／発電機１５の発電電力により電動ファン３１を駆動するようにしたので、油圧装置により冷却ファンを駆動する方式のように、冷却ファンの回転数がエンジン１１の回転数により制限されることがなく、エンジン回転数が小さい場合でも、電動ファン３１の回転数を適切に調整することができる。
（２）電動／発電機１５の発電電力により電動ファン３１を駆動し、ＤＰＦ５３を再生化する際には、電動ファン３１の増速を電動／発電機１５の発電電力を増大して行うので、ＤＰＦ５３の再生化時におけるエンジン１１の負荷の増大量は、電動ファン３１の増速分に対応する電力分だけでよい。つまり、ＤＰＦ５３を再生化する際にエンジン１１の出力トルクを増大する必要がなく、燃費効率の向上に有利である。
上記（２）に関し、冷却ファンを油圧可変ポンプおよび油圧モータで駆動する従来方式と対比すると、従来方式では、作業機械が作業待ちの状態では、エンジンの負荷が小さく、排気ガスの温度が低い。従って、このままでは、ＰＭがＤＰＦに捕集されているにも拘わらずＤＰＦの再生化は行われない。ＤＰＦの再生化が行われるようにするには、冷却ファンを駆動する油圧可変ポンプの容量を大きくしてエンジンの負荷を増大し、排気ガスの温度をＰＭの可燃温度まで上昇するようにする必要がある。しかし、油圧可変ポンプの容量を大きくすると、油圧ポンプによって給、排される作動油の油量が増加する。作動油の油量の増加に伴い作動油の温度が上昇する傾向となり、冷却ファンによって、この作動油の温度も冷却する必要が生じる。このため、ＤＰＦの再生化の際、冷却ファンの速度を、作動油の温度の上昇を抑えるように大きく増大する必要が生じ、エンジンの燃費が大幅に悪化する。

（実施形態２）
図５は本発明に係る作業機械の実施形態２を示す回路ブロック図であり、図６は、図５に図示された回路ブロックにおける電動ファンの動作の一例を示す処理フロー図である。
実施形態１に示された作業機械１００では、ＤＰＦ５３を再生化するか否かの判断を、ＤＰＦ５３の前後に圧力検出器５４、５５を配置し、ＤＰＦ５３の前後差圧ΔＰFによって行うものであった。
これに対し、実施形態２の作業機械１００は、図５の回路ブロック図に図示されるように、圧力検出器５４、５５を備えていない。しかし、アームシリンダ１１４のボトム側油室の圧力Ｐcを検出する圧力検出器６８を備えている。圧力検出器６８は、一般的に作業機械には装備されているものであって、この実施形態の実現のために、特別に、必要とされるものではない。また、図示はしないが、ＥＣＵ２１は、予め実験等により確認された、ＤＰＦ５３に捕集されたＰＭを燃焼するに必要とされる時間ＴIMErecが設定されたＰＭ燃焼時間記憶部を有しており、さらに、ＤＰＦ５３において再生化処理を行う時間を測定するタイマを含んでいる。他の構成は、図２に図示された構成と同様であり、対応する構成に同一の参照番号を付してその説明を省略する。

次に、図６に図示された処理フロー図を参照して、実施形態２における電動ファンとＤＰＦ５３の再生化との関連動作を説明する。
ステップＳ１〜Ｓ８は、実施形態１として示された図４の処理フローにおける各ステップと同一である。
ステップＳ８の処理をした後、ステップＳ２１に進み、エンジン回転数検出器６１から送出されるエンジン回転数ＮEが所定の回転数ＮL未満か否かが判断される。エンジン回転数ＮEが所定の回転数ＮLを超えていると判断されるとステップＳ２５に進み、エンジン回転数ＮEが所定の回転数ＮL未満であると判断されるとステップＳ２２に進む。
所定の回転数ＮLは、ＰＭが発生する限界状態のエンジン１１の回転数として予めＥＣＵ２１に設定されているものである。

ステップＳ２２では、アームシリンダ１１４の圧力Ｐcが所定の圧力ＰL未満であるか否かが判断される。ステップＳ２２において、アームシリンダ１１４の圧力Ｐcが所定の圧力ＰLを超えていると判断されると、ステップＳ２５に進み、アームシリンダ１１４の油圧Ｐcが所定の圧力ＰL未満であると判断されると、ステップＳ２３に進む。
所定の圧力ＰLは、ＰＭが目詰まり状態となって燃焼を開始すべき限界状態のアームシリンダ１１４の圧力として予めＥＣＵ２１に設定されているものである。

ＤＰＦ５３でのＰＭの堆積量は、エンジン回転数ＮEが小さく、エンジン１１の負荷が小さいアイドリング状態のときに最も大きくなる。ステップＳ２１とステップＳ２２は、エンジン１１の駆動状態が、ＰＭが堆積する状態であるかどうかを検出する処理である。ステップＳ２１およびステップＳ２２においていずれも肯定される場合は、ＰＭが堆積する条件を満足する状態であり、いずれかのステップで否定されれば、ＰＭが堆積する条件を満足する状態ではない。

従って、ステップＳ２１またはステップＳ２２において、否定された場合は、ＤＰＦ５３にＰＭが堆積されてはいないので、ＤＰＦ５３の再生化をする必要がなく、ステップＳ２５に進み、ステップＳ８で選択されたファン目標回転数Ｎf2で電動ファン３１を駆動する。

ステップＳ２３において、温度センサ６２から送出される排気ガスの温度ＴFが、ＰＭ燃焼下限温度ＴL未満か否かが判断される。排気ガスの温度ＴFが、ＰＭ燃焼下限温度ＴLを超えていると判断されると、ステップＳ２５に進み、ステップＳ８で選択されたファン目標回転数Ｎf2で電動ファン３１を駆動する。ステップＳ２３において、温度センサ６２から送出される排気ガスの温度ＴFが、ＰＭ燃焼下限温度ＴLを超えている状態は、ＤＰＦ５３に捕集されたＰＭを燃焼することが可能な状態であるので、これ以上、エンジン１１の負荷を増大する必要はない。

ステップＳ２３において、排気ガスの温度ＴFが、ＰＭ燃焼下限温度ＴL未満と判断されるとステップＳ２４に進む。ステップＳ２４では、ファン目標回転数増大部２１ｈにおいて、最小値選択部２１ｇで選択されたファン目標回転数Ｎf2に回転数ΔＮを加算してファン目標回転数Ｎf2より大きいファン目標回転数ＮfSが算出される。

ステップＳ２４の次に、ステップＳ２６に進み、ＥＣＵ２１から電源制御部２２にファン目標回転数ＮfSを送出して電動ファン３１をファン目標回転数ＮfSで回転させる。電動ファン３１の駆動は、エンジン１１により電動／発電機１５を駆動して発電させ、この発電された電力を、電源制御部２２を介して電動ファン３１に供給して行う。

電動ファン３１をファン目標回転数Ｎf2に回転数ΔＮが加算されたファン目標回転数ＮfSで回転するため、電動／発電機１５は増加した回転数ΔＮ分だけ発電電力が大きくなるように制御されるので、電動／発電機１５に連結されたエンジン１１の負荷が増大する。
このため、エンジン１１から排出される排気ガスの温度ＴFが、ＰＭ燃焼下限温度ＴLを超えるようになり、ＤＰＦ５３に捕集されたＰＭが燃焼し、ＤＰＦ５３は再生化される。

ステップＳ２６において電動ファン３１をファン目標回転数ＮfSで駆動した後は、ステップＳ２７に進み、電動ファン３１の駆動時間ＴIMEfunが、ＰＭを燃焼するに必要な時間ＴIMErecを越えたか否かが判断される。ＰＭを燃焼するに必要な時間ＴIMErecは、予め実験等により確認して、ＥＣＵ２１に設定しておく。

ステップＳ２７において、電動ファン３１の駆動時間ＴIMEfunが、ＰＭを燃焼するに必要な時間ＴIMErec未満と判断されると、ステップＳ２６に戻り、電動ファン３１をファン目標回転数ＮfSで駆動する。電動ファン３１の駆動は、ステップＳ２７において、電動ファン３１の駆動時間ＴIMEfunが、ＰＭを燃焼するに必要な時間ＴIMErecを越えたと判断されるまで継続される。

ステップＳ２７において、電動ファン３１の駆動時間ＴIMEfunが、ＰＭを燃焼するに必要な時間ＴIMErecを越えたと判断されるとステップＳ２に戻る。また、ステップＳ２５において、電動ファン３１をファン目標回転数ＮfSで回転した後は、所定時間後にステップＳ２に戻る。そして、ステップＳ２〜Ｓ２７の処理が反復される。

実施形態２においても、エンジン１１の駆動状態が、ＰＭが堆積する状態である場合には、電動ファン３１をファン目標回転数Ｎf2に回転数ΔＮが加算されたファン目標回転数ＮfSで回転する。従って、実施形態１と同様な効果を奏する。しかも、ＤＰＦ５３前後の差圧ΔＰFを算出するための圧力検出器５４、５５を装備する必要がないので、実施形態１の場合より価格を低減することができる。

なお、実施形態２において、エンジン１１の負荷状態を把握するために、アームシリンダ１１４の圧力Ｐcを検出する場合で説明したが、他の駆動部の油圧シリンダの圧力や、複数の油圧シリンダの圧力を検出するようにしてもよい。複数の油圧シリンダの圧力を検出する場合には、油圧シリンダ毎に、ＰＭを燃焼させる限界状態の圧力を異なる値とすることが望ましい。

また、エンジン１１の負荷状態を把握する方法として、油圧シリンダの圧力検出器以外の他のアクチュエータや検出器、例えば、アタッチメントの重量、荷役の重量を測定する重量センサ等を用いるようにしてもよい。

上記各実施形態では、電動ファン３１により冷却する冷媒として、エンジン２１を冷却する冷却水、主油圧ポンプ１２を冷却する作動油、トランスミッション１６等の潤滑油、エアコン２４の冷媒を挙げたが、これは、単なる一例である。他に、トルクコンバータ、インタークーラ、インバータ等の冷媒を冷却するようにしてもよい。この場合、ファン目標回転数も、各装置や部材毎に設定する。

作業機械に装着する電動ファン３１は１つに限らない。複数の電動ファンを、冷却する対象に合わせて適切な場所に配置することができる。電動ファンが複数の場合、ＤＦＰ５３の再生化において、回転数を増大する電動ファンは、それらの全てでもよいし、一部の電動ファンの回転数を選択的に増大するようにしてもよい。

ファン目標回転数の増大する方法として、ファン目標回転数Ｎf2に回転数ΔＮを加算する方法で説明したがこの方法に限られない。加算するΔＮは、一定値とする以外に、ファン目標回転数Ｎf2に所定の割合を乗じて算出するようにしてもよい。または、ファン目標回転数Ｎf2を、例えば、回転数大、回転数中、回転数小等の回転数別の複数のグループに分割し、グループ毎に加算する回転数ΔＮを割り振るようにしてもよい。この場合、加算する回転数ΔＮの値は一定値でもよいし、異なる値としてもよい。
また、ファン目標回転数Ｎf2に回転数ΔＮを加算する方法ではなく、ファン目標回転数Ｎf2より大きいファン目標回転数Ｎf3をＥＣＵ２１に設定しておき、このファン目標回転数Ｎf3に切り換える方法としてもよい。ファン目標回転数Ｎf3は、一定値でもよいし、演算により算出するようにしてもよい。

電動／発電機１５を、発電機能のみを有する発電機としてもよい。
その他、本発明に係る作業機械は、発明の趣旨の範囲内において、種々、変形して構成することが可能であり、要は、エンジンと、エンジンの駆動により発電する発電機と、発電機で発電された電力により駆動され、冷却風を送風する電動ファンと、エンジンの駆動時にエンジンから排出される排気ガスに含まれる捕集対象物を捕集し、かつ、再生化することが可能な捕集手段と、捕集手段の再生化の判断をする再生判断手段と、再生判断手段の判断に基づいて前記電動ファンの回転数を増大するファン回転数増大手段とを備えるものであればよい。

１１ エンジン
１２ 油圧ポンプ
１５ 電動／発電機
１６ トランスミッション
２１ ＥＣＵ（電子制御装置）
２２ 電源制御部
５３ ＤＰＦ（パティキュレートフィルタ）
５４、５５、６８ 圧力検出器
６１ エンジン回転数検出器
６２〜６６ 温度センサ
７３〜７６ 熱交換器
１００ 作業機械（ホイールローダ）
１１４ アームシリンダ
１２２ エンジン室

Claims (7)

1. エンジンと、
   前記エンジンの駆動により発電する発電機と、
   前記発電機で発電された電力により駆動され、冷却風を送風する電動ファンと、
   前記エンジンの駆動時に前記エンジンから排出される排気ガスに含まれる捕集対象物を捕集し、かつ、再生化することが可能な捕集手段と、
   前記捕集手段の再生化の判断をする再生判断手段と、
   前記再生判断手段の判断に基づいて前記電動ファンの回転数を増大するファン回転数増大手段とを備えることを特徴とする作業機械。
2. 請求項１に記載の作業機械おいて、前記再生判断手段は、前記捕集手段の前後における前記排気ガスの差圧を検出する手段を有することを特徴とする作業機械。
3. 請求項１に記載の作業機械において、前記再生判断手段は、前記エンジンの回転数を検出する手段および前記エンジンの負荷を検出する手段を有することを特徴とする作業機械。
4. 請求項３に記載の作業機械において、さらに、油圧ポンプによって駆動される油圧シリンダを有し、前記エンジンの負荷を検出する手段は、前記油圧シリンダの圧力を検出する手段を含むことを特徴とする作業機械。
5. 請求項４に記載の作業機械において、前記電動ファンを、回転数を増大して駆動を開始した後、所定時間経過後に、前記電動ファンを、回転数を低減して駆動する制御手段を含むことを特徴とする作業機械。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の作業機械において、前記電動ファンは、エンジン冷却水、油圧ポンプまたは油圧モータ作動油、トランスミッション潤滑油、エアコン冷媒の中の、複数を冷却することを特徴とする作業機械。
7. 請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の作業機械において、前記電動ファンを複数有することを特徴とする作業機械。
   

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