JP2013072319A - 作業機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ディーゼルエンジン9と、ディーゼルエンジン9から排出された排出ガスに含まれる粒子状物質を捕集するDPF41を備えた排出ガス浄化装置31と、DPF41に堆積した粒子状物質を燃焼させて除去するフィルタ再生手段47とを備えたバックホー1において、バックホー1のフィルタ再生手段47に、DPF41に堆積した粒子状物質の堆積量が所定値以上となったときに、DPF41に堆積した粒子状物質を燃焼させて除去する第1の再生制御モード51と、第1の再生モード51を継続しつつ、ディーゼルエンジン9の回転数を所定の回転数以上に上げることを要求する第2の再生制御モード52と、を備える。
【選択図】図1
Description
一般的にディーゼルエンジンには、排出ガスに含まれる粒子状物質を捕集する排出ガス浄化装置が設けられている。排出ガス浄化装置は、排出ガスを内部に設けたディーゼルパーティキュレートフィルタ(DPF)に通過させて粒子状物質を捕集する。この捕集された粒子状物質は排出ガス浄化装置のDPFに徐々に堆積するので、DPFが目詰まりを起こして排気系の空気抵抗が大きくならないように、粒子状物質を適宜除去してDPFを再生しなくてはならない。
特許文献1に開示の作業車両は、エンジン停止直前の圧力センサの差圧が所定値以上の圧力を検出すると、エンジン停止後であっても作業車両の電源を自動的に起動して作業者への報知を行ない、作業者が選択スイッチで再生モードを選択すると、エンジンが自動的に始動してアイドリング回転数でDPFの再生を行なう構成を有し、圧力センサの差圧が所定値以下になると、自動的にエンジン停止と電源停止を行っている。
そこで、本発明は、走行時や作業時であっても効率よく十分にDPFを再生することができる作業機を提供することを目的とする。
即ち、本発明における課題解決のための技術的手段は、アクセル操作により回転数を上げることが可能なディーゼルエンジンと、前記ディーゼルエンジンから排出された排出ガスに含まれる粒子状物質を捕集するフィルタを備えた排出ガス浄化装置と、前記排出ガス浄化装置のフィルタに堆積した粒子状物質を燃焼させて除去するフィルタ再生手段とを備えた作業機であって、前記フィルタ再生手段は、前記フィルタに堆積した粒子状物質の堆積量が所定値以上となったときに、前記フィルタ装置に堆積した粒子状物質を自動的に燃焼させて除去する自動再生を行う第1の再生制御モードと、前記自動再生を行っているときにディーゼルエンジンの回転数を所定の回転数以上に上げることを要求する第2の再生制御モードと、を有することを特徴とする。
また、前記要求がなされている段階で前記粒子状物質の堆積量が前記第2の堆積量閾値よりも高い第3の堆積量閾値以上になると、前記ディーゼルエンジンに対して出力を制限するように指示する第3の再生制御モードを有することが好ましい。
請求項3によれば、自動再生を開始後、堆積量の増加傾向(第2の堆積量閾値以上か否か)を見てエンジンの回転数を上げる必要性を判断している(DPFの再生を作業者に促すか否かを判断している)。これによって、ある程度堆積量が増加した場合(第2の堆積量以上のとき)だけ、エンジン回転数の上昇によってDPFの再生を促進することができる。その結果、堆積量が、第2の堆積量よりも多くなることを抑制しつつ、DPFの再生による燃料の消費を抑えることができる。
[第1実施形態]
本発明の作業機は、ディーゼルパーティキュレートフィルタ(DPF)を備えたものである。作業機としては、バックホーやコンパクトトラックローダ(CTL)などの建設機械、及びトラクタなどの農業機械があるが、本実施形態では、作業機の一例としてバックホーを説明する。
走行装置2は、ゴム製覆帯を有する左右一対の走行体4を備えたクローラ式走行装置である。また、走行装置2の前部にはドーザ5が設けられている。
旋回体3は、走行装置2上に旋回ベアリング6を介して上下方向の旋回軸回りに左右旋回自在に支持された旋回台7と、旋回台7の前部に備えられた作業装置8(掘削装置)とを有している。旋回台7上には、ディーゼルエンジン9、ラジエータ、運転席10、燃料タンク、作動油タンク、作動油タンクからの作動油を制御する制御弁等が設けられている。運転席10の周囲には、バックホー1に関する様々な情報を表示する表示装置11が設けられている。運転席10は、旋回台7上に設けられたキャビン12により囲まれている。
ここで図2を参照しながら、運転席10の周囲に設けられた表示装置11について説明する。
LED表示部113は、LED素子の点灯、消灯、点滅によって、後述する制御部46(エンジンECU32及びメインECU33)に接続された各センサで検出された検出情報を表示するものである。詳しくは、LED表示部113として、何らかの警告が発せられていることを示す警告LED表示部113a、エンジン油圧の警告を示す油圧LED表示部113b、バッテリの充電状態の警告を示すバッテリLED表示部113c、速度警告を示す速度LED表示部113d、排気温度の警告を示す排気LED表示部などがある。これらLED表示部113は、点灯、消灯、点滅だけでなく、点灯時間、消灯時間、点滅間隔、点灯時の明るさを変更することによっても自由に表示の形態を変えることができる。
図1は、ディーゼルエンジン9及びディーゼルエンジン9の排気系の構造を示した図である。まず、ディーゼルエンジン9の排気系について説明する。なお、ディーゼルエンジン9は、複数のシリンダ(気筒)を有する多気筒エンジンである場合が多いが、図1では、そのうちの1つのシリンダ34の構成を示し説明する。
排出ガス浄化装置31は、このDPF41の他に、図示しないが、粒子状物質中の燃料及び燃焼ガス中の窒素酸化物を酸化するための酸化触媒などを有している。
エンジンECU32は、ディーゼルエンジン9や動力伝達系の各所に設置したセンサから情報を得て、ディーゼルエンジン9の状態に応じた最適な燃料噴射量や噴射時期、点火時期、アイドル回転数などを演算してディーゼルエンジン9等に制御指令を出すものである。例えば、運転席10の周囲に設けたアクセルを操作すれば(アクセル操作を行うことによって)、エンジンECUがアクセルの操作量(開度)を検出して燃料噴射量などを増加させる。このようにして、ディーゼルエンジン9のエンジン回転数を上昇させることができる。
この流量制御は、運転席10の周囲に設けられた操作部材(操作レバー)の操作量に基づいて行うもので、詳しくは、操作レバーを中立位置より一方(左側)に揺動させて左側の操作量を入力すると、操作したアクチュエータ(スイングシリンダ、ブームシリンダ18、アームシリンダ19及びバケットシリンダ20)に対応する電磁比例弁のソレノイドに所定値の電流(作動信号)を出力する。そうすると、電磁比例弁は電流値に応じて開き、操作したアクチュエータに対応する制御弁のパイロット圧が制御され、アクチュエータが一方に動作する。操作レバーを中立位置より上記とは反対側に揺動させて右側の操作量を入力すると、左側に揺動したときとは反対側にアクチュエータを動作させる。このように、操作レバーを操作することによって、バックホー1を作動させることができる。
堆積量取得手段50は、エンジンECU32から、排出ガス浄化装置31の差圧(差圧センサ44で検出した値)、排気温度センサ45で検出した排気温度、冷却水の水温、吸入空気中の酸素濃度、燃料の噴射量などの情報を得て、DPF41に堆積する粒子状物質の堆積量を算出し取得する。
バックホー1のディーゼルエンジン9が始動すると、堆積量取得手段50は、継続的にDPF41のPM堆積量を算出し取得する。図3のグラフでは、原点側からスタートしてディーゼルエンジン9の稼働時間の増加に従ってPM堆積量が増加している。
PM堆積量が閾値TH1未満であるとき、フィルタ再生制御手段60は、再生制御レベルをLevel0とし、Level0であるときはDPF41の再生を必要としないと判断して、DPF41の再生を行わない(DPF41の再生を開始しない)。
さらに、第1の再生制御モード51では、表示装置11に対して自動再生が実行されていることを示すアイコンAを表示させ、連続的な警告音を発生させる。
次に、自動再生の開始後、Level1における第1の再生制御モード51の実行にもかかわらず、PM堆積量が閾値TH2以上閾値TH3未満となったとき、排気温度を上昇させてDPF41の自動再生をさらに効率的に行うために、フィルタ再生制御手段60は、再生制御レベルをLevel1からLevel2に移行(シフト)し、第2の再生制御モード52に移行する。
具体的には、第2の再生制御モード52では、作業者に対して、エンジン回転数を、例えば1800回転以上に上昇させることを指示するアイコンBを表示装置11に表示させて、かつ間欠的な警告音を発生させる。第2再生制御モード52であるとき、作業者がこの表示及び警告音に従ってアクセル操作をして、エンジン回転数を所定の回転数以上(アイドリングの回転数よりも高い回転数であって、例えば、1800回転以上)に上昇させた場合は、さらに排気温度が上昇することとなり、DPF41に堆積した粒子状物質の燃焼が促進されてPM堆積量が減少する。ここで、PM堆積量が警告解除閾値を下回れば、フィルタ再生制御手段60は、再生制御レベルをLevel0に戻し、DPF41の自動再生及び表示装置11でのアイコンA及びアイコンBの表示を終了する。
第3の再生制御モード53では、第2の再生制御モード52によって警告が発せられている段階でPM堆積量が閾値TH2よりも高い閾値TH3以上になると、ディーゼルエンジン9に対して出力を所定範囲に制限するように指示する再生動作のことである。この第3の再生制御モード53では、自動再生を継続しつつ、エンジンの出力を制限する。
このLevel3においても、Level2と同じく、エンジン回転数を上昇させることを指示するアイコンBを表示装置11に表示させている。作業者が、この警告に従ってエンジン回転数を上昇させ、PM堆積量が警告解除閾値を下回れば、フィルタ再生制御手段60は、再生制御レベルをLevel0に戻し、DPF41の自動再生及び表示装置11での各アイコンの表示を終了する。
図4及び図5を参照しながら、上述したDPF41の再生制御についてさらに説明する。図4は、フィルタ再生制御手段60によって再生制御レベルが決まった後の動作を示すフロー図であり、図5は、各再生制御レベルにおける表示装置11の表示態様を示す図である。
図5に示すように、第1の再生制御モード51のとき、表示装置11は、フィルタ再生制御手段60による指令に従って、液晶パネル112にアイコン(DPF燃焼中ランプ)Aを表示すると共に、「DPF再生中」、「排気温度上昇」のメッセージを表示する。このとき表示装置11は、LED表示部113の最上部に設けられた警告LED表示部113aを橙色で点滅させる。
例えば、作業現場内で移動するためや作業現場から退避するために、バックホー1を走行させる場合がある。その場合、作業者は、運転席10の周囲に設けられた操作レバーを操作してバックホー1を走行させる。このような走行は、作業時に断続的に繰り返し行われることが多いので、繰り返し行われる走行の合間である空き時間に作業者の任意のタイミングでアクセル操作を手動で行うことによってエンジン回転数を上昇させて排気温度を上げることができる。
加えて、本実施形態によれば、再生制御レベルがLevel3になるとディーゼルエンジン9の出力(馬力)を制限している。このLevel3は、DPF41にて捕集可能なPM堆積量に対して、現状のPM堆積量が多くなってきている段階であるが、この段階でディーゼルエンジン9の馬力制限をすることによって、多くなったPM堆積量を低減させることが可能である。
本実施形態では、PM堆積量が閾値TH3以上となっても、エンジン回転数の上昇を促す警告を継続して発しているため、PM堆積量が過多となってしまう前に、作業者にディーゼルエンジン9の回転数を上げさせ、排気温度を上昇させることができる。
第2実施形態は、再生制御レベルをLevel1からLevel2に移行させる際の基準が、上述の第1実施形態とは異なっている。
図6を参照すると、PM堆積量が閾値TH1以上となったときに再生制御レベルはLevel1となっている。その後、PM堆積量が閾値TH2以上となっていなくても、Level1となった時点から所定時間T秒(sec)後のPM堆積量が、閾値TH1よりも小さい警告解除閾値未満となっていなければ(警告解除閾値以上であれば)、再生制御レベルをLevel1からLevel2に移行している。以下、このような第1実施形態とは異なる点について詳しく説明する。
フィルタ再生制御手段60は、PM堆積量が閾値TH2以上であるか否かを判断して、閾値TH2以上の場合は、再生制御レベルをLevel2に移行する。
このような動作を行う堆積量取得手段50を有するフィルタ再生手段47によって、PM堆積量の上昇を待つことなく、作業者にエンジン回転数を上昇させる警告を発することができる。よって、常に早めにDPF再生を実行することができる。
上述した実施形態における自動再生について、「吸気スロットルの絞り」を一例として説明したが、自動再生は「吸気スロットルの絞り」だけに限定されず、燃料のポスト噴射によるDPFの再生を自動再生に加えてもよい。ポスト噴射とは燃焼後のガスに燃料を噴射することによって、DPF41の温度上昇を促進する動作のことである。
2 走行装置
3 旋回体
4 走行体
5 ドーザ
6 旋回ベアリング
7 旋回台
8 作業装置
9 ディーゼルエンジン
10 運転席
11 表示装置
12 キャビン
13 支持ブラケット
14 スイングブラケット
15 ブーム
16 アーム
17 バケット
18 ブームシリンダ
19 アームシリンダ
20 バケットシリンダ
30 排気マニホールド
31 排出ガス浄化装置
32 エンジンECU
33 メインECU
34 シリンダ
35 吸気ポート
36 排気ポート
37 吸気バルブ
38 排気バルブ
39 吸気マニホールド
40 サイレンサ
41 DPF
42 入側圧力センサ
43 出側圧力センサ
44 差圧センサ
45 排気温度センサ
46 制御部
47 フィルタ再生手段
50 堆積量取得手段
51 第1の再生制御モード
52 第2の再生制御モード
53 第3の再生制御モード
54 計時部
A,B アイコン
Claims (4)
- アクセル操作により回転数を上げることが可能なディーゼルエンジンと、前記ディーゼルエンジンから排出された排出ガスに含まれる粒子状物質を捕集するフィルタを備えた排出ガス浄化装置と、前記排出ガス浄化装置のフィルタに堆積した粒子状物質を燃焼させて除去するフィルタ再生手段とを備えた作業機であって、
前記フィルタ再生手段は、
前記フィルタに堆積した粒子状物質の堆積量が所定値以上となったときに、前記フィルタ装置に堆積した粒子状物質を自動的に燃焼させて除去する自動再生を行う第1の再生制御モードと、
前記自動再生を行っているときにディーゼルエンジンの回転数を上げることを要求する第2の再生制御モードと、を有することを特徴とする作業機。 - 前記第1の再生制御モードは、前記粒子状物質の堆積量が第1の堆積量閾値以上になったときに前記自動再生を行い、
前記第2の再生制御モードは、前記第1の再生制御モードによる自動再生の開始時からの所定時間内に、前記粒子状物質の堆積量が前記第1の堆積量閾値よりも低い警告解除閾値未満になっていなければ、前記ディーゼルエンジンの回転を所定の回転数以上に上げることを要求することを特徴とする請求項1に記載の作業機。 - 前記第1の再生制御モードは、前記粒子状物質の堆積量が第1の堆積量閾値以上になったときに、前記自動再生を行い、
前記第2の再生制御モードは、前記粒子状物質の堆積量が前記第1の堆積量閾値よりも高い第2の堆積量閾値以上になると、前記ディーゼルエンジンの回転を所定の回転数以上に上げることを要求することを特徴とする請求項1に記載の作業機。 - 前記要求がなされている段階で前記粒子状物質の堆積量が前記第2の堆積量閾値よりも高い第3の堆積量閾値以上になると、前記ディーゼルエンジンに対して出力を所定範囲に制限するように指示する第3の再生制御モードを有することを特徴とする請求項2又は3に記載の作業機。
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