JP2012097681A - Dpfの制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】作業に支障が少ない場合にはDPFを再生しつつ作業を継続することができるDPFの制御装置を提供する。
【解決手段】エンジン41からの排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタ31と、堆積した粒子状物質を除去してフィルタ31を再生する再生手段32と、を有するDPFの制御装置2である。
そして、DPFの制御装置2は、エンジン41によって回転される油圧ポンプ47から供給される圧油で駆動される作業機14と、再生手段32によるフィルタ31の再生中に、作業機14による特定の作業のみを許容する制御手段20と、を備えている。
【選択図】図2

Description

本発明は、DPFの制御装置に関するものである。
従来、ディーゼルエンジンを搭載するクレーンなどの作業車には、排気ガスに含まれる粒子状物質であるPM(Particulate matter)の量を低減するために、排気経路の途中にDPF(Diesel Particulate filter)を設置することが一般的である。
このDPFに内蔵されたフィルタは、セラミック等によって多孔質のハニカム構造を形成しており、フィルタを通過するPMを多孔質の隔壁によって捕集することで、排気ガス中のPMの量を低減する。
したがって、PMが蓄積されてくると多孔質の隔壁が目詰まりを起こし、排気抵抗が増加するようになる。そこで、多孔質の隔壁で捕集したPMを燃焼させることで除去する再生手段を備えるDPFが普及するようになってきた。
再生手段は、ディーゼルエンジンの燃料噴射装置によって圧縮上死点付近のメイン噴射より遅いタイミングでポスト噴射を行うことで、フィルタの触媒上で燃料を酸化反応させ、反応熱によってPMを燃焼させる。
ところが、この種の再生手段をクレーンなどの作業車に適用する場合、作業機の動力源としてもディーゼルエンジンを使用するため、再生手段によって自動的に再生が実行されるとディーゼルエンジンの回転数が急変して作業が不安定になるという問題があった。
そこで、例えば、特許文献1には、DPFと制御装置とを備え、PTOが作動状態にある条件下で制御装置から再生制御指令が出力されないように構成された排気浄化装置が開示されている。
特開2004−150417号公報
しかしながら、この特許文献1の排気浄化装置は、PTOが作動状態にある条件が連続するとDPFの再生が行えないため、PMの堆積量が限界に達してDPFが再生不能になるという問題があった。さらに、作業機が実際にどのような状態であるかを考慮せずに、PTOが作動状態にあることのみでDPF再生を禁止するものであった。このため、実際には作業に支障がない場合であっても、DPFを再生しつつ作業を継続することができないという問題があった。
そこで、本発明は、作業に支障が少ない場合にはDPFを再生しつつ作業を継続することができるDPFの制御装置を提供することを目的としている。
前記目的を達成するために、本発明のDPFの制御装置は、エンジンからの排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタと、堆積した粒子状物質を除去して前記フィルタを再生する再生手段と、を有するDPFの制御装置であって、前記エンジンによって回転される油圧ポンプから供給される圧油で駆動される作業機と、前記再生手段による前記フィルタの再生中に、前記作業機による特定の作業のみを許容する制御手段と、を備えている。
このように、本発明のDPFの制御装置は、エンジンによって回転される油圧ポンプから供給される圧油で駆動される作業機と、再生手段によるフィルタの再生中に作業機による特定の作業のみを許容する制御手段と、を備えている。
このため、速度が変化しても作業に支障が少ない特定の作業の場合には、DPFを再生しながら作業を継続することができる。
ラフテレーンクレーンの全体構成を説明する側面図である。 実施例のDPFの構成を説明する説明図である。 実施例のDPFの制御装置の制御系の構成を説明するブロック図である。 実施例のDPFの制御装置の処理の流れを説明するフローチャートである。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
(ラフテレーンクレーンの構成)
まず、図1の側面図を用いて本実施例のDPFの制御装置2を備えるラフテレーンクレーン1の全体構成を説明する。本実施例のラフテレーンクレーン1は、図1に示すように、走行機能を有する車両の本体部分となるキャリア10と、キャリア10の四隅に配置されたアウトリガ11,・・・と、キャリア10に水平旋回自在に取り付けられた旋回台12と、旋回台12に立設されたブラケット13に取り付けられたブーム14と、ブーム14を起伏させる起伏シリンダ15と、ブーム14先端からワイヤ16を介して吊下げられるフック17と、操作レバーなどが配置されたキャビン18と、を備えている。
ここで、旋回台12、ブーム14、ウインチ(不図示)などの作業機は、後述する図2に示すように、ディーゼルエンジン41の回転動力を取り出すPTO(Power Take Off)46によって回転する油圧ポンプ47が発生する油圧によって駆動される。このため、ディーゼルエンジン41の回転数の変化に伴って、これらの作業機の動作速度も変化することになる。
(DPFの制御装置の構成)
次に、図2を用いて本実施例のDPFの制御装置2の構成を説明する。本実施例のDPFの制御装置2は、DPF3の基本的構成として、ディーゼルエンジン41からの排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタ31と、フィルタ31に堆積した粒子状物質を除去してフィルタ31を再生する再生手段32(図3も参照)と、を有している。
フィルタ31は、セラミック等によって多孔質のハニカム構造に形成されており、マフラ43内を通過する粒子状物質(以下、PM)を多孔質の隔壁によって捕集することで、排気ガス中のPMの量を低減する。
加えて、排気経路の途中にはフィルタ31の上流側に、酸化触媒(不図示)が配置されているため、酸化されやすい一酸化炭素、炭化水素、粒子状物質等が酸化(燃焼)して除去される。
また、再生手段32は、フィルタ31を使用しながら再生できる連続再生方式のもので、上述の酸化触媒と、酸化触媒の温度を上昇させるポスト噴射を行う燃料噴射装置50と、燃料噴射装置50にポスト噴射を命令するコントローラ20の燃料噴射制御部25と、によって構成される(図3参照)。
そして、本実施例のDPFの制御装置2は、フィルタ31及び再生手段32に加えて、再生手段32を操作する手動の操作手段としての再生ボタン54と、メータや安全に関する情報を表示する表示モニタ55と、警告音及び音声を発するスピーカ56と、フィルタ31に堆積したPMの堆積量を検出する堆積量検出手段としての圧力センサ33a,33bと、堆積量が所定の再生堆積量に達したことを報知する報知手段としての警告ランプ53と、ディーゼルエンジン41によって回転される油圧ポンプ47から供給される圧油で駆動される作業機と、堆積量が所定の再生堆積量に達すると作業機による作業を制限する制御手段としてのコントローラ20と、を備えている。
操作手段としての再生ボタン54は、警告ランプ53の点滅によって堆積量の増加を認識した作業者が、再生手段32を作動させるために手動で操作するもので、キャビン18内に配置されている。
表示モニタ55は、DPF3を再生しながら制限された作業を実行する場合の再生完了までの残り作業時間を表示するもので、キャビン18内に配置されている。再生完了までの残り時間は、単位時間当りのPMの除去量の値を求めたうえで、PMの残り容量をこの値で除すことによって計算される。この単位時間当りのPMの除去量は、計算の手間を省くためにあらかじめ実験によって定めることもできる。
報知手段としてのスピーカ56は、フィルタ31に堆積したPMが所定の再生堆積量に達すると警告音又は音声を発して再生を促すもので、キャビン18内に配置されている。
堆積量検出手段としての2つの圧力センサ33a,33bは、排気経路においてそれぞれマフラ43の上流側の入口パイプ44と下流側の出口パイプ45の圧力を計測する。計測された圧力値はコントローラ20に伝送される。
報知手段としての警告ランプ53は、フィルタ31に堆積したPMが所定の再生堆積量に達すると点滅して再生を促すもので、キャビン18内に配置されている。
また、作業機は、ディーゼルエンジン41の回転動力を取り出すPTO(Power Take Off)46によって回転する油圧ポンプ47が発生する油圧によって駆動される。作業機としては、具体的には、旋回台12、ブーム14、ウインチ(不図示)などがある。
さらに、制御手段としてのコントローラ20は、汎用のマイクロコンピュータであり、ディーゼルエンジン41を制御するエンジンコントローラ(ECU)としての機能の他に、後述するように再生手段32によるフィルタ31の再生中に、作業機による特定の作業のみを許容する制御手段としての機能を備えている。
(制御ブロックの構成)
次に、制御手段としてのコントローラ20において実行される制御の内容を制御ブロックに分けて説明する。
本実施例のコントローラ20は、図3に示すように、マフラ43前後の圧力差に基づいて堆積量を演算する堆積量演算部21、作業機による特定の作業のみを許容する演算部22、許容する特定の作業を記憶する記憶部23、燃料噴射装置50に燃料噴射の量及びタイミングを命令する燃料噴射制御部25、フィルタ31の再生が完了するまでの残り時間を推定する推定手段26、などを備えている。そして、コントローラ20には、ラフテレーンクレーン1の転倒を防止する安全装置24が接続されている。
堆積量演算部21は、マフラ43の上流側の圧力センサ33aでの圧力値とマフラ43の下流側の圧力センサ33bでの圧力値との圧力差に基づいて、フィルタ31へのPMの堆積量を間接的に演算する。すなわち、PMの堆積量が少なければ圧力差は小さくなり、PMの堆積量が多ければ圧力差は大きくなるという関係から、実験データに基づいて両者の関係を表す近似式を作成しておくことで、圧力差に基づいてPMの堆積量を演算することができる。この他、堆積量演算部21は、ディーゼルエンジン41の負荷状態に関連するPMの発生量を積算してPMの堆積量を求めることもできる。
演算部22は、後述する図4に示すように、実測された堆積量と所定の再生堆積量の大小の判定(ステップS3)、作業内容が特定の作業に該当するか否かの判定(ステップS8)、作業が終了したか否かの判定(ステップS10)、及びこれらの判定に関係する演算を行う。
記憶部23は、フィルタ31の再生中に作業機による作業を許容する特定の作業を記憶する。ここで、DPF3の再生と同時に実行しても支障がない特定の作業は、作業機の速度が変化しても影響を受けにくい作業である。
例えば、特定の作業には、荷を吊っていない状態のクレーン作業のうち、ブーム自動格納、ESPブームの自動伸長若しくは自動格納、単純な伸縮、起伏若しくは旋回、ウインチ巻上げ若しくは巻下げ動作、又は、フック水平移動、などがある。
同様に、特定の作業には、荷を吊っている状態のクレーン作業のうち、ウインチ巻上げ等の地切後の単純な荷の移動、可変容量ポンプの容量を下げる若しくはバルブを絞る等の作業速度を規制した作業(すべてのクレーン作業に適用可)、などがある。
安全装置24は、作業半径や転倒の安全率を計算する前提として、作業機の状態を演算しているため、本実施例のコントローラ20も安全装置24における演算結果である作業機の状態を用いる。すなわち、安全装置24は、操作レバー61〜64、ブーム格納スイッチ65等の操作に基づいて、実際の作業機の状態を演算する。
さらに、安全装置24には、操作レバー61〜64の操作に基づいて作業機を駆動する駆動手段として、旋回駆動手段71、起伏駆動手段72、伸縮駆動手段73、ウインチ駆動手段74、が接続されている。したがって、操作レバー61〜64からの操作信号は、安全装置24を介して旋回駆動手段71、起伏駆動手段72、伸縮駆動手段73、ウインチ駆動手段74等に出力信号として出力される。
燃料噴射制御部25は、演算部22での演算結果に基づいて、燃料噴射装置50に対してポスト噴射を命令する。すなわち、再生しない場合には再生ボタン54が押されてもポスト噴射を命令せず、再生する場合には再生ボタン54が押されればポスト噴射を命令する。
推定手段26は、単位時間当りのPMの除去量の値を求めたうえでPMの残り容量をこの値で除すことによって、フィルタ31の再生が完了するまでの残り時間を推定する。この単位時間当りのPMの除去量は、計算の手間を省くためにあらかじめ実験によって定めることもできる。
(作用)
次に、本実施例のDPFの制御装置2の作用について、図3のブロック図及び図4のフローチャートを用いて説明する。
まず、圧力センサ33a,33bによってマフラ43前後の圧力を検出し(ステップS1)、堆積量演算部21は検出された圧力の差に基づいて関係式からPMの堆積量を演算する(ステップS2)。
つづいて、演算部22は、記憶部23に記憶された所定の再生堆積量と演算された堆積量との大小を比較する(ステップS3)。堆積量が再生堆積量以上となっている場合には(ステップS3のYES)、スピーカ56を通じて作業者に再生する必要があることを報知する(ステップS4)。例えば、ブザー音や「PMの堆積量が増加しています」などの音声によって作業者に知らせる。一方、堆積量が再生堆積量未満の場合には(ステップS3のNO)、ステップS1に戻って圧力を取得し直す。
そして、演算部22は、安全装置24に作業機の作動の停止を指示したうえで(ステップS5)、自動的に燃料噴射制御部25にDPF3の再生を指示する。ここで、DPF3の再生は、自動ではなく手動で再生ボタン54を操作することによって指示することもできる。
DPF3の再生を指示された燃料噴射制御部25は、燃料噴射装置50に対してポスト噴射を命令することで、酸化触媒の温度を上昇させてフィルタ31に堆積した粒子状物質を燃焼させる(ステップS6)。
この後、作業者は、規制された条件下で作業を行う(ステップS7)。
つづいて、演算部22は、操作された作業内容が記憶部23に記憶されている特定の作業に該当するか否かを判定する(ステップS8)。操作された作業内容が特定の作業であれば(ステップS8のYES)、DPF3の再生中であってもただちに作業の開始を安全装置24に指示する(ステップS9)。一方、操作された作業が特定の作業でなければ(ステップS8のNO)、DPF3の再生終了まで待ったうえで(ステップS10)、作業を開始する。
ここで、ステップS7で操作された作業内容が、操作を許容される特定の作業内容でなければ作業が規制されるため、特定の作業内容が作業者にあらかじめ分かるように、例えばステップS4の後に表示手段等によって特定の作業内容を報知することが望ましい。そして、ステップS5で操作を停止した後、再生ボタン54の操作によってDPF3の再生を開始するようにしてもよい。
同時に、このステップS6からステップS10までのDPF3の再生中には、表示モニタ55上に再生が完了するまでの残り時間を表示する。すなわち、推定手段26は、DPF3の再生完了までの予測される残り時間を計算し、演算部22を経由して安全装置24に伝送し、表示モニタ55上に残り時間を表示する。
(効果)
次に、本実施例のDPFの制御装置2の有する効果を列挙して説明する。
(1)このように、本実施例のDPFの制御装置2は、エンジンからの排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタ31と、堆積した粒子状物質を除去してフィルタ31を再生する再生手段32と、を有するDPFの制御装置2であって、エンジンとしてのディーゼルエンジン41によって回転される油圧ポンプ47から供給される圧油で駆動される作業機と、再生手段32によるフィルタ31の再生中に、作業機による特定の作業のみを許容する制御手段としてのコントローラ20と、を備えている。
このため、DPF3の再生によって作業機の速度が変化しても作業に支障が少ない特定の作業の場合には、DPF3を再生しながら同時に作業を継続することができる。つまり、DPF3の再生中に同時並行で特定の作業を実行できることで、作業効率が高くなる。
さらに、作業に支障が少ない特定の作業のみが許可され、その他の作業は規制されるため、規制がない場合と比べてクレーン作業全体としての安全性が向上する。
加えて、堆積量が所定の再生堆積量になれば、特別に条件を満たさなくても作業者の操作によりDPF3の再生が開始されるため、フィルタ31の目詰まりを迅速かつ確実に防止できる。
(2)また、制御手段としてのコントローラ20は、特定の作業内容として、作業機であるブーム14の格納作業を許容することで、この格納作業は吊荷のない作業であるから、速度が変化しても影響が小さく作業を安全に継続できる。
加えて、作業機の格納作業を許可することで、DPF3の再生開始時に作業機がどのような姿勢であっても、再生中に安全性の高い姿勢に修正することができるようになるため安全性が向上する。
(3)さらに、制御手段としてのコントローラ20は、特定の作業内容として、作業機であるブーム14の駆動速度を低減した低速駆動を許容することで、速度変化自体も少なくなるため、作業を安全に継続できる。
加えて、作業機を低速駆動することで、DPF3の再生と作業機による作業とを同時平行で実行させるようにすれば、すべてのクレーン作業を継続することができる。
(4)そして、フィルタ31に堆積した粒子状物質の堆積量を検出する堆積量検出手段としての圧力センサ33a,33bと、フィルタ31の再生が完了するまでの残り時間を推定する推定手段26と、残り時間を報知する報知手段としての表示モニタ55、をさらに備えることで、再生完了時に制限が解除されることを事前に察知できる。
したがって、許容された特定の作業の実行中に、再生完了後に実行予定の作業の準備を整えることができる。また、再生完了と同時に不意に規制が解除されて作業が不安定になることを防止できる。
以上、図面を参照して、本発明の実施例を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施例に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。
例えば、前記実施例では、DPFの制御装置2を搭載するラフテレーンクレーン1について説明したが、これに限定されるものではなく、オールテレーンクレーン、カーゴクレーンなどの移動式クレーンや、高所作業車などにも本発明を適用できる。
また、前記実施例では、報知手段として表示モニタ55を用いる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、報知手段として警告ランプ53又はスピーカ56を用いることもできる。
1 ラフテレーンクレーン
2 DPFの制御装置
14 ブーム(作業機)
20 コントローラ(制御手段)
26 推定手段
3 DPF
31 フィルタ
32 再生手段
33a,33b 圧力センサ(堆積量検出手段)
41 ディーゼルエンジン(エンジン)
43 マフラ
46 PTO
47 油圧ポンプ
50 燃料噴射装置
54 再生ボタン
55 表示モニタ(報知手段)
61 旋回操作レバー
62 起伏操作レバー
63 伸縮操作レバー
64 ウインチ操作レバー
65 ブーム格納スイッチ
66 ESPブーム格納スイッチ

Claims (4)

  1. エンジンからの排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタと、堆積した粒子状物質を除去して前記フィルタを再生する再生手段と、を有するDPFの制御装置であって、
    前記エンジンによって回転される油圧ポンプから供給される圧油で駆動される作業機と、
    前記再生手段による前記フィルタの再生中に、前記作業機による特定の作業のみを許容する制御手段と、を備えることを特徴とするDPFの制御装置。
  2. 前記制御手段は、前記特定の作業内容として、前記作業機の格納作業を許容することを特徴とする請求項1に記載のDPFの制御装置。
  3. 前記制御手段は、前記特定の作業内容として、前記作業機の駆動速度を低減した低速駆動を許容することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のDPFの制御装置。
  4. 前記フィルタに堆積した前記粒子状物質の堆積量を検出する堆積量検出手段と、前記フィルタの再生が完了するまでの残り時間を推定する推定手段と、前記残り時間を報知する報知手段と、をさらに備えることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載のDPFの制御装置。
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