JP2013113189A - コンバインの排気ガス処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンバインの作業状態やディーゼルエンジンの負荷状態を監視しながらタイミング良く排気ガス浄化装置の再生処理を行うようにする。
【解決手段】機体に搭載したディーゼルエンジン（１６）の排気ガスをＤＯＣ（２６）とＤＰＦ（２７）で浄化し、ＤＰＦ（２７）のＰＭ堆積量を検出するＰＭ堆積検出手段によって設定量のＰＭ堆積量が検出された場合にＤＰＦ（２７）の再生制御を実行してＤＰＦ（２７）に堆積したＰＭを燃焼除去するコンバインの排気ガス処理装置において、機体に備えたグレンタンク（３６）内の籾量を検出する籾センサ（６０）を設け、籾センサ（６０）によって検出される籾量が設定量を超えた場合にＤＰＦ（２７）の再生制御を中断する構成とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、コンバインに搭載されたディーゼルエンジンの排気ガス処理装置に関するものである。

コンバイン等の農業機械には、ディーゼルエンジンによる燃焼後の排気ガス中に含まれる粒子状物質を濾過して浄化するために、ＤＰＦ（ディーゼル・パーティキュレイト・フィルタ）を備えることが義務付けられつつある。

特開平１０−１２１９３９号公報 特許２００６−９７６５２号公報

上記ＤＰＦに粒子状物質が多量に堆積すると、排気ガスの濾過効率が低下するため、このＤＰＦの再生処理を適時に行わければならない。従来、このＤＰＦの再生処理は、エンジンに負荷をかけて排気ガスの温度を上昇させ、ＤＰＦの温度を高めて粒子状物質を燃焼させることで行われるが、エンジンに負荷をかけることでエンジン出力が低下するため、作業を中断しなければならなくなる場合がある。

そこで、本発明は、コンバインの作業状態やディーゼルエンジンの負荷状態を監視しながら、タイミング良くＤＰＦの再生処理を行うようにすることを目的とする。

上記本発明の課題は、次の技術手段により解決される。
請求項１に記載の発明は、機体に搭載したディーゼルエンジン（１６）の排気ガスをＤＯＣ（２６）とＤＰＦ（２７）で浄化し、該ＤＰＦ（２７）のＰＭ堆積量を検出するＰＭ堆積検出手段によって設定量のＰＭ堆積量が検出された場合にＤＰＦ（２７）の再生制御を実行してＤＰＦ（２７）に堆積したＰＭを燃焼除去するコンバインの排気ガス処理装置において、機体に備えたグレンタンク（３６）内の籾量を検出する籾センサ（６０）を設け、該籾センサ（６０）によって検出される籾量が設定量を超えた場合に前記ＤＰＦ（２７）の再生制御を中断する構成としたことを特徴とするコンバインの排気ガス処理装置とする。

請求項２に記載の発明は、前記グレンタンク（３６）の満杯が満杯センサ（３８）によって検出された状態では、収穫作業の中断に基づいてＤＰＦ（２７）の再生制御を開始し、この再生制御の開始から設定時間内にオーガ起動センサ（５８）によって籾排出オーガ（３８）の起動操作が検出された場合に、前記再生制御を継続する構成とした請求項１記載のコンバインの排気ガス処理装置とした。

請求項３に記載の発明は、前記オーガ起動センサ（５８）によって籾排出オーガ（３８）の起動操作が検出された場合に行われるＤＰＦ（２７）の再生制御の再生処理温度を、他の場合に行われる再生処理温度よりも低い温度に設定した請求項２に記載のコンバインの排気ガス処理装置とした。

請求項４に記載の発明は、前記籾排出オーガ（３８）の排出駆動中におけるＤＰＦ（２７）の再生処理は、ディーゼルエンジン（１６）の回転速度を高低２段階に設定したアイドリング回転速度のうちの高速回転側のアイドリング回転速度に維持することで行われる構成とした請求項２または請求項３に記載のコンバインの排気ガス処理装置とした。

請求項５に記載の発明は、収穫穀稈の水分を検出する水分センサ（５９）を備え、該水分センサ（５９）によって設定水分率以下の水分率が検出された場合には、ＤＰＦ（２７）の再生制御を実行しない構成とした請求項１から請求項４のいずれか一項記載のコンバインの排気ガス処理装置とした。

請求項１に記載の発明によれば、グレンタンク（３６）に貯留された籾の量が多くなると、走行負荷の増大によってＤＰＦ（２７）の再生処理を行いながら収穫作業を続行することが困難になるが、ＤＰＦ（２７）の再生処理中に籾センサ（６０）によって検出されるグレンタンク（３６）内の籾量が設定量を超えると、ＤＰＦ（２７）の再生制御を中断して再生処理のためのエンジン負荷の増大を無くすることで、ディーゼルエンジン（１６）の出力回転が低下したままでの収穫作業を防止して、作業能率の低下を少なくすることができる。

コンバイン作業において、グレンタンク（３６）が満杯になると収穫作業を中断してグレンタンク（３６）から籾を排出する作業を行うが、請求項２に記載の発明によれば、上記請求項１に記載の発明の効果に加え、収穫作業直後には排気ガスが高温になっているために、ＤＰＦ（２７）の再生処理を直ちに開始出来、また、この再生制御の開始から所定時間内にオーガ起動センサ（５８）によって籾排出オーガ（３８）の起動操作が検出された場合には、比較的負荷の少ない籾排出作業中であるために、ＤＰＦ（２７）の再生処理を継続して、ＤＰＦ（２７）の再生効率を高めることができる。

請求項３に記載の発明によれば、上記請求項２に記載の発明の効果に加え、籾排出オーガ（３７）によるグレンタンク（３６）からの籾排出中はコンバインが停車中であるので、排気ガスの温度を低下させることで圃場の藁屑が発火しにくくなる。

請求項４に記載の発明によれば、上記請求項２または請求項３に記載の発明の効果に加え、ディーゼルエンジン（１６）の回転速度を、高低２段階に設定したアイドリング回転速度のうちの高速回転側のアイドリング回転速度から低速回転側のアイドリング回転速度に減速することによる排気温度の低下を防いでＤＰＦ（２７）の再生処理を安定して行うことができる。

請求項５に記載の発明によれば、上記請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の発明の効果に加え、水分センサ（５９）によって検出される穀稈の水分率が設定水分率以下となった場合には、ＤＰＦ（２７）の再生制御を行わないので、排気ガスの温度が上昇しにくく、圃場の藁屑などが発火しにくくなる。

本発明の実施例を示す一部を破断したコンバインの全体側面図である。 本発明の実施例を示すコンバインの全体背断面図である。 原動部の動力伝動線図である。 自動制御の制御ブロック図である。

以下、本発明の実施形態を図面に示す実施例を参照しながら説明する。
コンバインは、クローラ走行装置３９上の車台フレーム４０に脱穀装置３５を搭載し、機体前部に設ける刈取搬送装置３４で刈り取る穀稈を脱穀装置３５で脱穀してグレンタンク３６に一時的に貯留する。グレンタンク３６には脱穀装置３５から供給される籾が満杯になったことを検出する満杯センサ３８と、全容量の２／３程度になったことを検出する籾センサ６０を設けている。グレンタンク３６に籾が満杯になると籾排出オーガ３７で籾をトラックに積載した籾タンクに排出する。

脱穀装置３５の前右側に操縦部３１を設け、この操縦部３１に設ける座席３２に座ったオペレータが操向レバー３３等を操作して走行操縦する。
操縦部３１の左下部にエンジンルーム３０を設け、ディーゼルエンジン１６を搭載している。このディーゼルエンジン１６の第一排気管２５からディーゼルエンジン１６の後部上下に設置するＤＯＣ２６とＤＰＦ２７を通して車台フレーム４０の前後方向に沿って設ける第二排気管２８へ連結してその排気口を機体後方へ向けて開口している。

エンジンルーム３０内には空気の温度を検出するエンジンルーム温度センサ４１（図４）を設け、ＤＰＦ２７には排気の入口側圧と出口側圧の差圧を検出する排気圧センサ４２（図４）を設け、第二排気管２８の排気口の近くに排気温度センサ４３を設け、操向レバー３３の近くに変速センサ４５と旋回センサ４４からなる操縦検出手段４６（図４）を設けている。また、操向レバー３３の近くには、収穫物が米であるか麦であるかを設定する収穫設定手段である収穫設定ダイヤル４７（図４）を設けている。

図３に示す伝動線図で、エンジン１６のエンジン出力軸１に第一出力プーリ１７を固着し、エンジン１６内のウオーターポンプの駆動軸を機外に突出させたウオーターポンプ駆動軸２０に固着のポンプ入力プーリ１９とギヤケース６の入力軸２の入力プーリ１８との間に第一ベルト４８を巻き掛けて、ギヤケース６のファン側出力軸５に固着のファン駆動プーリ１４と冷却ファン２４のファンプーリ１５との間にファン駆動ベルト４９を巻き掛けている。

冷却ファン２４は、支持軸としてのウオーターポンプ駆動軸２０の軸端に軸支し、この冷却ファン２４の外側にラジエータ２１を配置している。なお、支持軸２０は単独の軸であっても良い。

ギヤケース６内には、入力軸２に第一ギヤ７と第二ギヤ９を多板クラッチ２３で伝動を入・切可能に装着し、入力軸２のケース外へ突出した軸端に継手２２で発電機３の発電軸４を連結して発電機３を常時駆動する。

ギヤケース６内のファン側出力軸５に第三ギヤ８と第四ギヤ１１を遊嵌し、この第三ギヤ８と第四ギヤ１１の間に設ける爪クラッチ１２を多板クラッチプレートを備えたシフタ１３でスライドすることで回転を滑らかにファン側出力軸５に伝動する。第三ギヤ８は第一ギヤ７と噛み合い逆回転し、第四ギヤ１１はカウンタギヤ１０を介して第二ギヤ９と噛み合って正回転する。従って、爪クラッチ１２を第三ギヤ８に噛み合わすとファン側出力軸５が逆回転し、第四ギヤ１１に噛み合わすとファン側出力軸５が正回転することになる。なお、シフタ１３は、ギヤケース６の幅中央に位置し、自動制御でシフト操作をする。

このような機構で冷却ファン２４を正転と中立と逆転に切り換え可能にして、ディーゼルエンジン１６が過熱する状態で冷却ファン２４を正転させてラジエータ２１を空冷し、中立や逆転にしてカバー６４に付着する藁屑の取り除くことを容易にすることが出来る。

冷却ファンの逆転は、ラジエータ２１の温度が低く、ディーゼルエンジン１６の負荷が低い時に行うようにする。
ラジエータ２１には、ラジエータ水温センサ５０（図４）を設けている。

なお、ラジエータ２１を空冷する冷却ファン２４をファンの角度を変更可能な構成として、後述するＤＰＦ２７の手動再生時や自動再生時にファンの角度をディーゼルエンジン１６側に吸引しない角度してラジエータ２１冷却しないようにすることで、ＤＰＦ２７の温度低下を防いで再生処理を安定して効果的に行うことが可能になる。

図４は、自動制御の制御ブロック図である。
ＰＭ堆積検出手段としてＤＰＦ２７の入口圧と出口圧を検出してその差圧からＰＭの堆積具合を判定するために、排気圧センサ４２からその差圧がコントローラ５１に入力し、差圧が所定圧以上であるとＤＰＦ再生制御５４が実行出力されてディーゼルエンジン１６の回転を上昇させて排気温度を上昇させることで、ＤＰＦ２７のフィルターに詰まるＰＭを燃焼させて自動再生が開始するが、後述する条件では自動再生処理を一時的に停止することがある。なお、ＰＭ堆積検出手段としてはエンジンの駆動経過時間からＰＭの堆積具合を推測する方法もある。

エンジンルーム温度センサ４１からエンジンルーム３０内の空気温度とラジエータ水温センサ５０からラジエータ２１の水温と排気温度センサ４３から排気の温度がコントローラ５１に入力し、どれらかの温度がそれぞれに設定する再生停止温度に達するとＤＰＦ再生制御５４の実行を停止すると共にエンジン出力制御５５に出力低下を指示してディーゼルエンジン１６の温度を上昇させないようにすると共にファン正駆動５３を停止してファン逆駆動５２を出力し前記シフタ１３をシフトして冷却ファン２４を逆回転させてラジエータ２１に詰まる粉塵を吹き飛ばすようにする。

作業モード切換スイッチ６１は、通常作業モードと枕刈りモードを切り換えるスイッチで、この作業モード切換スイッチ６１を枕刈りモードにするとディーゼルエンジン１６の燃料噴射をアフター噴射やポスト噴射を加えてＤＰＦ２７の温度を上昇させてＰＭの堆積量を少なくする制御を行う。

排気圧センサ４２からの差圧が所定圧以上になってＤＰＦ２７の再生が必要なことをＤＰＦ再生モニタ６３に表示がなされると、オペレータが手動でＤＰＦ再生制御５４を実行することが有る。その際は、オーガ起動スイッチを押して籾排出オーガ３７を駆動している間に手動再生スイッチ６２を押してＤＰＦ再生制御５４を実行してＤＰＦ２７の再生を行うが、排気ガスの温度上昇が不充分な場合には、刈取搬送装置３４の昇降を行う刈取昇降シリンダや車台フレーム４０の左右傾きを調整する車体制御シリンダに圧油を供給する油圧負荷をディーゼルエンジン１６にかけて高温にする。

ＤＰＦ２７の自動再生処理の制御は、次の条件で行われる。
まず、旋回センサ４４から旋回操作が検出されたり変速センサ４５から後進操作が検出されたりすると、ＤＰＦ再生制御５４を停止すると共にエンジン出力制御５５に出力低下を指示してディーゼルエンジン１６の温度を上昇させないようにする。

また、旋回センサ４４が旋回操作を検出したり変速センサ４５が後進操作を検出したりすると、機体の後方へ向かう第二排気管２８の排気口が植立穀稈に向かう可能性があるために、ＤＰＦ再生制御５４が行われていると中断してディーゼルエンジン１６の出力を低下させて温度の高い排気ガスを穀稈に吹き付けないようにする。

また、収穫設定ダイヤル４７で収穫物が米か麦を設定するが、この収穫物によって前記の再生停止温度を変更する。すなわち、収穫物が麦の場合には米の場合よりも穀稈が燃え易いために、再生停止温度を低く設定して第二排気管２８から排出される排気ガスの温度を低くする。

グレンタンク３６に溜まる穀粒が満杯になったことを満杯センサ３８で検出すると刈取作業が中断されるためにＤＰＦ２７の自動再生処理を開始し、開始後の１５分程度の所定時間の経過内にオーガ起動センサ５８が起動を検出すると自動再生処理を停止することなく継続する。

なお、籾排出オーガ３７で穀粒を排出している場合の自動再生は、走行停止状態であるので、排気温度を自動再生の行われる限度で低く抑える。
また、籾排出作業中や手扱ぎ作業中にはＤＰＦ２７の自動再生が行われないようにして作業者が高温排気ガスに触れないようにしても良い。そして、自動再生処理中には警告灯を点灯する。

また、穀稈の刈り取り作業中にＤＰＦ２７の再生が必要になり、ＤＰＦ再生制御５４が駆動されて自動再生が開始された場合でも、籾センサ６０がグレンタンク３６に籾が収容量の２／３以上になったことを検出すると、ディーゼルエンジン１６の負荷が増加してくるために、自動再生を中断する。

刈取搬送装置３４に刈取穀稈の水分率を検出する水分センサ５９を設け、該水分センサ５９が検出する水分率が所定よりも低い場合には排気ガスで藁屑が発火する恐れがあるので、ＤＰＦ再生制御５４を駆動しない。

なお、ＤＰＦ２７の手動再生時や自動再生時には、ディーゼルエンジン１６をアイドリングにした場合に、高アイドリング回転から所定時間後に低アイドリング回転に低下する制御を行わず、高アイドリング回転のままに維持する制御を行って、ＤＰＦ２７の温度が一時的に上昇し過ぎたり低下したりするのを防ぐ。

また、走行を停止してＤＰＦ２７を手動再生する場合に、第二排気管２８の終端が見える位置に手動再生スイッチ６２を設けて手動再生を行う際に安全を確かめるようにし、この手動再生スイッチ６２を押して再生処理を行っている間は、刈取搬送装置３４や脱穀装置３５や籾排出オーガ３７やカッター等の作動を行えないようにして、安全性を高めるのも良い。

ＤＯＣ２６で捕集した窒素酸化物に尿素を触媒として加水分解されたアンモニアを窒素酸化物に反応させて無害な窒素に変えるＳＣＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）を設けた排気ガス処理装置を備えたコンバインでは、尿素タンク内の尿素水溶液が少なくなると警告灯を点滅させ、そのまま作業を続けると警告灯を連続点灯するようにする。その後作業を中断するか籾排出を行ってエンジンを停止し、再度エンジンを起動して尿素水溶液を補給せずに作業を開始すると、エンジンの出力を低下させて走行移動や籾排出作業のみを可能にするか、刈取搬送装置３４の駆動を行えないようにする。

１６ ディーゼルエンジン
２６ ＤＯＣ
２７ ＤＰＦ
３６ グレンタンク
３７ 満杯センサ
３８ 籾排出オーガ
４３ 排気温度センサ
５８ オーガ起動センサ
５９ 水分センサ
６０ 籾センサ

Claims (5)

1. 機体に搭載したディーゼルエンジン（１６）の排気ガスをＤＯＣ（２６）とＤＰＦ（２７）で浄化し、該ＤＰＦ（２７）のＰＭ堆積量を検出するＰＭ堆積検出手段によって設定量のＰＭ堆積量が検出された場合にＤＰＦ（２７）の再生制御を実行してＤＰＦ（２７）に堆積したＰＭを燃焼除去するコンバインの排気ガス処理装置において、機体に備えたグレンタンク（３６）内の籾量を検出する籾センサ（６０）を設け、該籾センサ（６０）によって検出される籾量が設定量を超えた場合に前記ＤＰＦ（２７）の再生制御を中断する構成としたことを特徴とするコンバインの排気ガス処理装置。
2. 前記グレンタンク（３６）の満杯が満杯センサ（３８）によって検出された状態では、収穫作業の中断に基づいてＤＰＦ（２７）の再生制御を開始し、この再生制御の開始から設定時間内にオーガ起動センサ（５８）によって籾排出オーガ（３８）の起動操作が検出された場合に、前記再生制御を継続する構成とした請求項１記載のコンバインの排気ガス処理装置。
3. 前記オーガ起動センサ（５８）によって籾排出オーガ（３８）の起動操作が検出された場合に行われるＤＰＦ（２７）の再生制御の再生処理温度を、他の場合に行われる再生処理温度よりも低い温度に設定した請求項２に記載のコンバインの排気ガス処理装置。
4. 前記籾排出オーガ（３８）の排出駆動中におけるＤＰＦ（２７）の再生処理は、ディーゼルエンジン（１６）の回転速度を高低２段階に設定したアイドリング回転速度のうちの高速回転側のアイドリング回転速度に維持することで行われる構成とした請求項２または請求項３に記載のコンバインの排気ガス処理装置。
5. 収穫穀稈の水分を検出する水分センサ（５９）を備え、該水分センサ（５９）によって設定水分率以下の水分率が検出された場合には、ＤＰＦ（２７）の再生制御を実行しない構成とした請求項１から請求項４のいずれか一項記載のコンバインの排気ガス処理装置。

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