JP2012159018A - Working vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、排気系に粒状化物質(PM)を除去するディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)を備え、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) for removing particulate matter (PM) in an exhaust system.
DPF内部に粒状化物質(PM)が溜まると排気温度を上昇させて除去(再生)する必要があるが、DPF自体の温度が低いと再生が効率良く行われず再生不良になってしまう。そこで、DPFの上流側に燃料噴射ノズルと点火プラグを有するバーナー燃焼室を設け、DPF内のPM量が多くなるとバーナーに点火して排気ガス温度を上げ、高温の排気ガス温度でDPF内のPMを焼く飛ばす構成である(例えば、特許文献1参照。)。 When granulated material (PM) accumulates inside the DPF, it is necessary to remove (regenerate) by raising the exhaust gas temperature. However, if the temperature of the DPF itself is low, regeneration is not performed efficiently and regeneration is poor. Therefore, a burner combustion chamber having a fuel injection nozzle and an ignition plug is provided on the upstream side of the DPF. When the amount of PM in the DPF increases, the burner is ignited to raise the exhaust gas temperature, and the PM in the DPF is heated at a high exhaust gas temperature. It is the structure which burns away (for example, refer patent document 1).
前記公知技術においては、エンジンに高負荷が作用して排気ガス温度が高くなりすぎると、DPF再生のための燃料噴射ノズルは排気ガスから熱害を受けてしまい損傷してしまう可能性がある。 In the known technology, if a high load acts on the engine and the exhaust gas temperature becomes too high, the fuel injection nozzle for DPF regeneration may be damaged by heat from the exhaust gas.
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 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。
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)とディーゼルエンジン(E)を搭載し、ディーゼルパティキュレートフィルタ(46b)内の粒状化物質(PM)を除去する再生制御を行う構成の作業車両において、ディーゼルパティキュレートフィルタ(46b)の上流側に燃焼室(73)を有する第二排気通路(71)を設け、この第二排気通路(71)を迂回するようにバルブ(72)を有する第一排気通路(70)を設けたことを特徴とする作業車両としたものである。
The above object of the present invention is achieved by the following configuration.
That is, in the invention according to claim 1, the diesel particulate filter (46b) and the diesel engine (E) for collecting the particulate matter (PM) in the exhaust gas are mounted, and the diesel particulate filter (46b) In a work vehicle configured to perform regeneration control to remove the particulate matter (PM), a second exhaust passage (71) having a combustion chamber (73) is provided upstream of the diesel particulate filter (46b). The work vehicle is characterized in that a first exhaust passage (70) having a valve (72) is provided so as to bypass the exhaust passage (71).
排気ガスは、条件により第二排気通路(71)又は第一排気通路(70)のいずれか一方、またはその両方を通過する。
請求項2記載の発明では、前記ディーゼルパティキュレートフィルタ(46b)を再生しない運転のときには、前記バルブ(72)を全開するように構成したことを特徴とする請求項1に記載の作業車両としたものである。
Exhaust gas passes through either one or both of the second exhaust passage (71) and the first exhaust passage (70) depending on conditions.
According to a second aspect of the present invention, there is provided the work vehicle according to the first aspect, wherein the valve (72) is fully opened during an operation in which the diesel particulate filter (46b) is not regenerated. Is.
ディーゼルパティキュレートフィルタ(46b)を再生しない運転のときにはバルブ(72)を全開する。排気ガスは、第二排気通路(71)と第一排気通路(70)の両方を通過する。 When the diesel particulate filter (46b) is not regenerated, the valve (72) is fully opened. The exhaust gas passes through both the second exhaust passage (71) and the first exhaust passage (70).
請求項3記載の発明では、作業車両を停車させてアイドリング状態のエンジン回転数で前記ディーゼルパティキュレートフィルタ(46b)を再生する運転のときには、前記バルブ(72)を全閉し、前記燃焼室(73)に設けている燃料噴射ノズル(74)から燃料を噴射して点火用グロープラグ(75)に通電するように構成したことを特徴とする請求項1に記載の作業車両としたものである。 In the third aspect of the invention, when the operation is performed to stop the work vehicle and regenerate the diesel particulate filter (46b) at the idling engine speed, the valve (72) is fully closed, and the combustion chamber ( 73. The work vehicle according to claim 1, wherein fuel is injected from a fuel injection nozzle (74) provided in 73) and energized to an ignition glow plug (75). .
作業車両を停車させてアイドリング状態のエンジン回転数でディーゼルパティキュレートフィルタ(46b)を再生する運転のときには、バルブ(72)を全閉する。排気ガスは、第二排気通路(71)のみを通過する。そして、燃料噴射ノズル(74)から燃料を噴射して点火用グロープラグ(75)に通電する。 During the operation of stopping the work vehicle and regenerating the diesel particulate filter (46b) at the idling engine speed, the valve (72) is fully closed. The exhaust gas passes only through the second exhaust passage (71). Then, the fuel is injected from the fuel injection nozzle (74) to energize the ignition glow plug (75).
請求項4記載の発明では、前記ディーゼルパティキュレートフィルタ(46b)の上流側に排気ガスの温度を検出する排気ガス温度センサ(92)を設け、排気ガス温度センサ(92)の検出値が所定範囲内になると、バルブ(72)を部分的に閉じて排気ガスの一部を燃焼室(73)へ誘導し、燃料噴射ノズル(74)から燃料を噴射するように構成したことを特徴とする請求項1に記載の作業車両としたものである。 The exhaust gas temperature sensor (92) for detecting the temperature of the exhaust gas is provided upstream of the diesel particulate filter (46b), and the detected value of the exhaust gas temperature sensor (92) is within a predetermined range. When inside, the valve (72) is partially closed to induce a part of the exhaust gas to the combustion chamber (73) and to inject fuel from the fuel injection nozzle (74). Item No. 1 is a working vehicle.
排気ガス温度センサ(92)の検出値が所定範囲内になると、バルブ(72)を部分的に閉じて排気ガスの一部を燃焼室(73)へ誘導する。排気ガスは、第二排気通路(71)と第一排気通路(70)の両方を通過する。そして、燃料噴射ノズル(74)から燃料を噴射する。 When the detected value of the exhaust gas temperature sensor (92) falls within a predetermined range, the valve (72) is partially closed to induce a part of the exhaust gas to the combustion chamber (73). The exhaust gas passes through both the second exhaust passage (71) and the first exhaust passage (70). Then, fuel is injected from the fuel injection nozzle (74).
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、状況に応じて排気ガスの通路を第二排気通路(71)や第一排気通路(70)を選択することで、効率の良いDPF(46b)の再生ができる。 Since the present invention is configured as described above, in the first aspect of the present invention, by selecting the second exhaust passage (71) or the first exhaust passage (70) as the exhaust gas passage according to the situation, the efficiency can be improved. A good DPF (46b) can be regenerated.
請求項2記載の発明においては、請求項1の効果に加え、ディーゼルパティキュレートフィルタ(46b)を再生しない運転のときにはバルブ(72)を全開することで、排気ガスは第二排気通路(71)と第一排気通路(70)の両方を通過するので、燃料噴射ノズル(74)側を通過する排気ガス温度が相対的に低くなる。これにより、燃料噴射ノズル(74)は、高温の排気ガスから受ける熱害の影響が少なくなる。 In the second aspect of the invention, in addition to the effect of the first aspect, the exhaust gas is opened to the second exhaust passage (71) by fully opening the valve (72) when the diesel particulate filter (46b) is not regenerated. And the first exhaust passage (70), the exhaust gas temperature passing through the fuel injection nozzle (74) side becomes relatively low. As a result, the fuel injection nozzle (74) is less affected by thermal damage from the high-temperature exhaust gas.
請求項3記載の発明においては、請求項1の効果に加え、作業車両を停車させてアイドリング状態のエンジン回転数でディーゼルパティキュレートフィルタ(46b)を再生する運転のときには、バルブ(72)を全閉し、燃焼室(73)に設けている燃料噴射ノズル(74)から燃料を噴射して点火用グロープラグ(75)に通電するように構成したので、メイン噴射の後に行うポスト噴射に比べて、DPF(46b)の近い場所で燃料が燃焼するので、より高温の排気ガスがDPF(46b)を通過することで粒状化物質(PM)が焼き飛ばされ、DPF(46b)の再生が良好に行われるようになる。そして、DPF(46b)の近い場所で燃料が燃焼するので、ポスト噴射に比べて燃料使用量が少なくて済み、さらに燃え残った燃料がオイルに混入する不具合を防止できるようになる。 In the third aspect of the invention, in addition to the effect of the first aspect, in the operation of stopping the work vehicle and regenerating the diesel particulate filter (46b) at the engine speed in the idling state, all the valves (72) are set. Since the fuel is injected from the fuel injection nozzle (74) provided in the combustion chamber (73) and energized to the glow plug (75) for ignition, compared with the post injection performed after the main injection. Since the fuel burns in the vicinity of the DPF (46b), the particulate matter (PM) is burned off when the exhaust gas of higher temperature passes through the DPF (46b), and the regeneration of the DPF (46b) is good. To be done. Since the fuel burns near the DPF (46b), the amount of fuel used can be reduced as compared with post-injection, and further, it is possible to prevent the problem that the unburned fuel is mixed into the oil.
請求項4記載の発明においては、請求項1の効果に加え、排気ガス温度センサ(92)の検出値が所定範囲内になると、バルブ(72)を部分的に閉じて排気ガスの一部を燃焼室(73)へ誘導し、燃料噴射ノズル(74)から燃料を噴射するように構成したので、DPF(46b)内にPMが多く詰まっていない状態、即ち、特に急な再生を要しない状況でも、特定の条件により高温の排気ガスがDPF(46b)内を通過するので(PM)が除去され、強制再生の頻度を少なくすることができて燃料使用量を抑制できる。 In the invention of claim 4, in addition to the effect of claim 1, when the detected value of the exhaust gas temperature sensor (92) falls within a predetermined range, the valve (72) is partially closed to partially remove the exhaust gas. Since the fuel is guided to the combustion chamber (73) and the fuel is injected from the fuel injection nozzle (74), the DPF (46b) is not clogged with a large amount of PM, that is, a situation in which no particularly rapid regeneration is required. However, since the high-temperature exhaust gas passes through the DPF (46b) according to specific conditions, (PM) is removed, the frequency of forced regeneration can be reduced, and the amount of fuel used can be suppressed.
本発明を実施するための最良の形態を説明する。
なお、後述する各実施例は、理解を容易にするために、個別または混在させて図示、あるいは説明しているが、これらは夫々種々組合せ可能であり、これらの説明順序・表現等によって、構成・作用等が限定されるものではなく、また、相乗効果を奏する場合も勿論存在する。
The best mode for carrying out the present invention will be described.
In addition, although each Example described later is illustrated or described separately or mixed for easy understanding, these can be combined in various ways, and can be configured according to their description order and expression. -The action and the like are not limited, and there are of course cases where a synergistic effect is produced.
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。
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
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。
Thus, the common rail 1 injects fuel to each cylinder 5 of the engine E, and makes the fuel supply a required pressure.
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.
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。
The high-pressure fuel in the common rail 1 is supplied to the
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。
In addition, a
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。
Specifically, the target common rail pressure is set according to the engine operating conditions, and the common rail pressure is feedback-controlled through the
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。
As shown in FIG. 2, the
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。 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.
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。 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.
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。 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. .
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。 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).
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。 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.
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。 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。
A steering handle 16 is supported on the handle post 15 in the
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。
An accelerator lever 25 for adjusting the engine speed is provided on the opposite side of the forward /
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 cylinder 5 of the engine, which is an embodiment of a four-cycle diesel engine. The air supercharged by 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。
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 exhaust gas combusted in the cylinder 5 passes through the
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。
The exhaust gas that has passed through the
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 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
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
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
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
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
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
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
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
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
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。
When the differential pressure across the
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。
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
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
When 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
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
図6について説明する。後処理装置46の上流側に第一排気通路70と第二排気通路71を構成している。第一排気通路70にはバルブ72を設けている。第二排気通路71には燃焼室73を設けており、この燃焼室73内に燃料を噴射する燃料噴射ノズル74と点火用グロープラグ75を設けている。
FIG. 6 will be described. A
図6(a)は通常運転時の状態を示しており、バルブ72を全開している。ことときは、排気ガスは第一排気通路70と第二排気通路71の両方に流れる。従って、第二排気通路71を流れる排気ガスの量が減る状態となる。これにより、燃料噴射ノズル74を排気ガスの熱から保護できる。
FIG. 6A shows a state during normal operation, and the
図6(b)はDPF46bを強制(手動)再生(機体は停車状態。エンジン回転数はアイドリング。メイン噴射の後にポスト噴射を行う。)させる場合であり、バルブ72を全閉して全ての排気ガスを燃焼室73へ誘導している。そして、燃料噴射ノズル74から燃料を噴射し、点火用グロープラグ75に通電して燃料に点火する構成とする。これにより、メイン噴射の後に行うポスト噴射に比べて、DPF46bの近い場所で燃料が燃焼するので、より高温の排気ガスがDPF46bを通過することで粒状化物質PMが焼き飛ばされ、DPF46bの再生が良好に行われるようになる。そして、DPF46bの近い場所で燃料が燃焼するので、ポスト噴射に比べて燃料使用量が少なくて済み、さらに燃え残った燃料がオイルに混入する不具合を防止できるようになる。
FIG. 6B shows a case where the
DPF46bの強制再生は、これ以上機体を走行させるとDPF46b内のPMの詰まり状態が飽和してしまい、DPF46bが損傷してしまう可能性があるので、機体を停車させた状態で行う。
The forced regeneration of the
図7は走行中(作業中でも非作業中でもよい。)において、エンジンにある程度の負荷(約20%〜40%)が作用した状態を示している。負荷の検出は負荷演算手段91(図5)で行う。具体的な負荷の演算は、設定しているエンジン回転数Rを維持可能な最大燃料噴射量Q1を分母とし、エンジン回転数Rを実際に維持するために使用されている現在の燃料噴射量Q2を分子として負荷率を算出している。 FIG. 7 shows a state in which a certain amount of load (about 20% to 40%) is applied to the engine during traveling (whether working or non-working). The load is detected by the load calculation means 91 (FIG. 5). Specifically, the load is calculated by using the maximum fuel injection amount Q1 that can maintain the set engine speed R as a denominator, and the current fuel injection amount Q2 that is used to actually maintain the engine speed R. As a numerator, the load factor is calculated.
このように、エンジンにある程度の負荷(約20%〜40%)が作用しているときには、バルブ72を部分的に閉じ(略50%)て排気ガスの一部を燃焼室73へ誘導する。即ち、第二排気通路71に流れる排気ガスの量を多くする。そして、燃料噴射ノズル74から燃料を噴射する。点火用グロープラグ75に通電しなくても、エンジンにはある程度の負荷が作用しているため排気温度が高く、このため燃料に着火する。これにより、DPF(46b)内にPMが多く詰まっていない状態、即ち、特に急な再生を要しない状況でも、特定の条件により高温の排気ガスがDPF(46b)内を通過するので(PM)が除去され、強制再生の頻度を少なくすることができて燃料使用量を抑制できる。
Thus, when a certain load (about 20% to 40%) is acting on the engine, the
また、前記負荷演算手段91の代わりに排気ガスの温度により前述のような制御を行ってもよい。排気ガス温度センサ92は、後処理装置46の上流側に設ける構成としている。この排気ガス温度センサ92により、排気ガス温度が所定値(T1)以上で所定値(T2)以下の範囲内にあれば、バルブ72を部分的に閉じ(略50%)て排気ガスの一部を燃焼室73へ誘導する。そして、同様に燃料噴射ノズル74から燃料を噴射し、点火用グロープラグ75に通電しない構成とする。これにより、高温の排気ガスがDPF46b内を通過するのでPMが除去され、図6(b)のような強制再生の頻度を少なくすることができて燃料使用量を抑制できる。
Further, the above-described control may be performed by the temperature of the exhaust gas instead of the load calculating means 91. The exhaust
前記排気ガス温度T1は、燃料噴射ノズル74から燃料を噴射すると燃料が着火する温度であり、前記排気ガス温度T2は、燃料噴射ノズル74が損傷しない温度にしている。
図8は過給器TBの上流にエアーフローセンサ76と吸気絞り弁77を設ける構成である。そして、DPF46bの強制再生中に吸気量をモニターし、空気量と燃料噴射量から空燃比を演算する。空燃比が大きい場合には吸気絞り弁77の吸気絞り開度を小さくし、空燃比が小さい場合には吸気絞り弁77の吸気絞り開度を大きくする。これにより、未燃燃料が過剰に排気ガス中に混入するのを防止でき、適度な未燃燃料を排気ガス中に混合することで、後処理装置46が速やかに昇温していく。
The exhaust gas temperature T1 is a temperature at which fuel is ignited when fuel is injected from the
FIG. 8 shows a configuration in which an
図9は後処理装置46に対してバイパス回路78を構成するものであり、バイパス回路78に絞り弁79を設けている。図9(a)は煤排出が多い条件のとき、即ち低速で高負荷の状態を示しており、絞り弁79を閉じることで排気ガスが浄化される。図9(b)は煤排出が少ない条件(排気ガス規制クリア)のときであり、絞り弁79を開いている。これにより、DPF46bに堆積する煤の量が減少して強制再生の頻度が少なくなる。また、排気ガスなバイパス回路78を流れるときは、DPF46b圧損による燃費の悪化を抑制可能となる。
FIG. 9 shows a
図10は手動でDPF46bを再生させる場合のフローチャートである。吸気温度が低いときには、EGR回路44(図5)のEGRバルブ43を開いて、排気温度を上昇させる構成とする。これにより、より高い温度でDPF46bを再生可能となり、再生時間が短縮されて燃費も向上するようになる。
FIG. 10 is a flowchart for manually regenerating the
DPF46bを再生させるときには、前述したような条件(DPF前後の差圧等)で行うが、実際に測定しなくても推定して行うように構成してもよい。即ち、エンジン回転数、燃料噴射量、時間からDPF46b内のPM堆積量を推定して、DPF46bの再生を行う構成とする。そして、PMの堆積量を推定するにあたり、トラクタの傾斜地での走行を加味する構成とする。具体的には、トラクタに傾斜センサを設け、上り走行中と下り走行中でPM堆積量を補正マップで補正する構成とする。上り走行時は特定の比率によって計算した値を加算し、下り走行時は特定の比率によって計算した値を減算する構成とする。これにより、PMの堆積量を精度良く推定可能となる。
When the
トラクタが作業走行中にDPF46bの自動再生を行う場合において、作業時の排気ガス温度が低下すると、ロータリ等の作業機21を自動下降(手動下降を促してもよい)させて耕深深さを深くし、エンジン負荷を増大させる構成とする。この構成をフローチャート図11に示している。これにより、自動再生を継続可能となる。
When the tractor performs automatic regeneration of the
図12は後処理装置46の断面図を示している。矢印Kは通常の排気ガスの流れであり、矢印K1は外気方向の流れである。80は排気ガスの一部を後処理装置46の上流側に戻すリターン回路である。外気方向とリターン回路80の分岐点に切換弁81を設けている。DPF46b再生時において、排気ガス温度が低い場合はDPF46bの再生時間が長くなってしまう。そこで、排気ガス温度が低いときには、前記切換弁81を切り換えて排気ガスの一部を後処理装置46の上流側に戻す構成とする。これにより、DPF46bの再生時間を短くすることができ、また排気温度上昇のためのポスト噴射やポスト噴射量を少なくすることが可能となる。また、電熱線82で排気ガス温度を上昇させるように構成してもよい。
FIG. 12 shows a cross-sectional view of the
前記図5に示す符号83は吸気側ヒータであり、符号84は排気側ヒータである。DPF46bの手動再生時において、吸気側ヒータ83と排気側ヒータ84に通電することで排気温度を上昇させ、さらに発電機の発電負荷を利用してエンジンに負荷掛けを行うことで排気温度を上昇させる構成とする。これにより、エンジンの基本構成を大きく変更することなく、DPF46bの手動再生に利用される燃料量を低減可能となる。また、ポスト噴射やポスト噴射量が少なくなることで、エンジン潤滑油がポスト噴射により希釈される量も少なくなる。吸気側ヒータ83と排気側ヒータ84については、両方設けてもよいしいずれか一方を設ける構成でもよい。
図13はトラクタ前部のフレーム87上に搭載されているエンジンE、ラジエータ85、ラジエータファン86を示している。エンジンEの上方に後処理装置46を搭載している。後処理装置46は、その長手方向を機体の前後方向となるように配置している。
FIG. 13 shows the engine E, the
図14は後処理装置46の断面を示している。後処理装置46の外周面はプレート88で覆う構成である。これにより、ラジエータファン86で起風された冷却風は、後処理装置46とプレート88との間を通過するようになる。従って、後処理装置46の過昇温を防止でき、周辺機器への悪影響を防止できるようになる。
FIG. 14 shows a cross section of the
前記ラジエータファン86はモータ86aで回転する構成としているので、ラジエータファン86の回転数制御を行うことができる。通常であれば、冷却水温が76度前後となるように制御しているが、DPF46bの強制再生時には冷却水温が90度前後となるように制御する。これにより、排気温度が上昇してDPF46bの再生のアシストができ、再生時間が短くなる。また、ポスト噴射やポスト噴射量も少なくなる。
Since the
図15は冷却水の流れを示す模式図である。エンジンEとラジエータ85との間に冷却水路が形成され、ウォーターポンプ89で冷却水を循環している。90はラジエータ85の出口部分に配置されているサーモスタットバルブである。通常であれば80度程度の水温でサーモスタットバルブ90が開いて冷却水が循環するが、DPF46b再生時においては、サーモスタットバルブ90を絞って冷却水の流れを阻害して冷却水温度を90度前後まで上昇させる構成とする。これにより、排気温度が上昇してDPF46bの再生のアシストができ、再生時間が短くなる。また、ポスト噴射やポスト噴射量も少なくなる。
FIG. 15 is a schematic diagram showing the flow of cooling water. A cooling water passage is formed between the engine E and the
また、DPF46b再生時においては、サーモスタットバルブ90の動作温度自体を90度程度まで可変可能に構成してもよい。
Further, when the
PM 粒状化物質
E ディーゼルエンジン
46b ディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)
70 第一排気通路
71 第二排気通路
72 バルブ
73 燃焼室
74 燃料噴射ノズル
75 点火用グロープラグ
92 排気ガス温度センサ
PM Granulated material E Diesel engine
46b Diesel particulate filter (DPF)
70
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JP2017223180A (en) * | 2016-06-16 | 2017-12-21 | 株式会社クボタ | diesel engine |
-
2011
- 2011-01-31 JP JP2011018466A patent/JP2012159018A/en active Pending
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