JP2013113291A - 作業機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】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、排出ガス浄化装置31の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、フィルタ再生手段47は、DPF41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っている間に、ディーゼルエンジン9の回転数を上げることを要求する。
【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、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)に排出ガスを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に開示の排ガス浄化フィルタ再生装置は、作業用油圧装置に油圧回路を介して作動油を供給するための油圧ポンプを駆動するエンジンの排気流路に設けられた排ガス浄化フィルタを再生する装置において、前記油圧回路に接続された負荷用油路と、前記負荷用油路に配置されると共に油圧ポンプに負荷をかけるためのフィルタ再生用負荷と、排ガス浄化フィルタの再生時に前記負荷用油路及び前記フィルタ再生用負荷に油圧ポンプからの作動油を流すための油路開閉手段と、前記負荷用油路に配置されると共に排ガス浄化フィルタの再生時に油圧ポンプからの作動油の圧力により作動してエンジンの燃料噴射量調節レバーを作動させる油圧作動手段とを備え、排ガス浄化フィルタの再生時に前記油路開閉手段により前記負荷用油路及び前記フィルタ再生用負荷に油圧ポンプからの作動油を流すことにより油圧ポンプの負荷を増大させてエンジンの負荷を増加させると共に、前記油圧作動手段により燃料噴射量調節レバーが作動されることを特徴とするものである。
しかし、特許文献1のようにエンジン負荷をわずかに増加させるだけでは、排出ガスの温度を、DPFを再生するのに必要な温度にまで上げられないという問題が少なからず生じてしまう。それによって、DPFを再生できないだけでなく、徒に燃料消費を増加させるという問題も生じる。
即ち、請求項1に係る発明の作業機は、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を自動的に燃焼させて除去する自動再生を行っている間に、前記ディーゼルエンジンの回転数を上げることを要求することを特徴とする。
請求項3に係る発明の作業機は、前記フィルタ再生手段は、前記要求がなされている状態で、ディーゼルエンジンに関する温度指標が所定時間以上にわたって前記第1温度より高い第2温度以上であったときに、前記要求を停止することを特徴とする。
請求項5に係る発明の作業機は、前記フィルタ再生手段は、前記要求がなされている状態で、前記粒子状物質の堆積量が、前記第1堆積量より小さい第2堆積量以下となったときに、前記要求を停止することを特徴とする。
請求項2によれば、ディーゼルエンジンに関する温度指標が低いとき、つまり、自動再生の効果が十分に見込めないときに、作業者に対してディーゼルエンジンの回転数を上げるように要求することができる。この要求に従って作業者がエンジンの回転数を上昇させるとディーゼルエンジンの温度指標が上昇するので、フィルタ内の粒子状物質の燃焼を促進させて自動再生を補助することができる。
請求項6によれば、PM堆積量の算出に関連性のある温度指標を用いて回転数上昇の要求を行うことができ、簡便かつ正確にPM堆積量の増減に合わせて、適切なタイミングでディーゼルエンジンの回転数上昇を要求及び停止することができる。
[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には、ディーゼルエンジン9の出力で動作する油圧ポンプから得た油圧を用いてクローラを走行させる油圧モータが設けられると共に、前部にはドーザ5が設けられている。
ここで図1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、エンジン油圧についての警告を示す油圧LED表示部113b、バッテリの充電状態について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、排気温度についての警告を示す排気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。
また図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す図である。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(アクセルレバー)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減させる。このようにアクセル操作を行うことによって、ディーゼルエンジン9の回転数を増減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及び温度、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(PM堆積量)を算出し取得する。
また第2の再生制御モードとは、作業者に対してディーゼルエンジン9の回転数を上げることを要求する報知(警告)を発するモードである。エンジン9の回転数を上げるとは、少なくともアイドリング回転数以上にエンジンの回転数を上げることであって、好ましくは、エンジン回転数を、例えばアイドリング回転数の1.5倍以上に上げることである。
図2は、バックホー1の稼働時間に対する排出ガスの温度変化、つまり排出ガス温度(排気温度)の時間変化の一例を表すグラフである。図2を用いて、フィルタ再生手段47が行うDPF41の再生動作について詳しく説明する。
比較の結果、算出されたPM堆積量が閾値TH未満であるとき、フィルタ再生制御手段60は、DPF41の再生は不要であると判断して、第1の再生制御モード及び第2の再生制御モードを実施しない(DPF41の再生を開始しない)。
フィルタ再生制御手段60は、第1の再生制御モードを実施することによって、自動再生を開始するための指令をエンジンECU32等に出力し、DPF41の再生を行う。自動再生の動作としては、例えば上述したように、ディーゼルエンジン9の吸気スロットルが絞られ、この吸気スロットルの絞りによって排気温度が上昇する。フィルタ再生制御手段60は、このようにしてDPF41の自動再生を開始し、DPF41に堆積した粒子状物質を燃焼させて除去する。
上述したように、自動再生とは、バックホー1を操作している作業者に対して特別な操作を要求しない再生動作のことであって、バックホー1が独自に、つまり作業者から見れば、自動的にDPF41の温度を上昇させて堆積した粒子状物質を燃焼させようとする動作である。
第2の再生制御モードでは、第1の再生制御モードによる自動再生が行なわれている期間内に、ディーゼルエンジン9の回転数を上げることを要求する警告を発する。
具体的には、図3(b)に示すように、フィルタ再生制御手段60は、表示装置11に対して、エンジン回転数を上昇させることを要求するアイコンBをアイコンAと交互に表示させて、かつ間欠的な警告音を発生させる。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、排気温度がさらに上昇し、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。
これによって、例えば、本実施形態では、フィルタ再生制御手段60は、第2温度(580℃)が所定継続時間P(10分間)にわたって維持されれば、DPF41に堆積した粒子状物質を80%程度減少したと判断する。
なお、上述したように温度指標は、ディーゼルエンジン9の吸気温度、排気温度、冷却水温度のいずれか1つを採用すればよい。
作業者がバックホー1のディーゼルエンジン9を始動すると、フィルタ再生手段47の堆積量取得手段50は、エンジンECU32から、排出ガス浄化装置31の差圧、排気温度、冷却水の水温、吸入空気中の酸素濃度及び温度、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(PM堆積量)を算出し取得する。
このとき、フィルタ再生制御手段60は、ディーゼルエンジン9に関する温度指標の一つである排気温度と第1温度とを比較する。排気温度が第1温度未満であれば、フィルタ再生制御手段60は、排気温度をさらに上昇させてDPF41の自動再生を補助し促進するために第2の再生制御モードを実施する。
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い、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。
第2実施形態は、フィルタ再生制御手段60による第2の再生制御モードの開始及び停止の判断基準が、上述の第1実施形態とは異なっている。
本実施形態によるフィルタ再生制御手段60は、第2の再生制御モードの開始及び停止の判断を、堆積量取得手段50によって算出されたPM堆積量に基づいて行うものである。この点以外の構成及び効果は、第1実施形態とほぼ同じであるので、図4を参照しながら、第1実施形態と異なる点についてだけ説明する。
まず、フィルタ再生制御手段60は、ディーゼルエンジン9が始動すると、堆積量取得手段50からPM堆積量を継続的又は断続的に取得し、取得したPM堆積量を第2堆積量と比較する。PM堆積量が第2堆積量以上となったとき、フィルタ再生制御手段60は、第1の再生制御モードを開始する。
ここで、PM堆積量が順調に減少して、第1の再生制御モードを実施するか否かの基準である第2堆積量未満となったとき、即ち、自動再生よって粒子状物質が順調に燃焼してPM堆積量が少なくなった段階(第2堆積量未満)で、フィルタ再生制御手段60は、第2の再生制御モードを終了する。
なお、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。
第2実施形態において、自動再生(第1の再生制御モード)を開始するきっかけに、DPF41(又は、排出ガス浄化装置31)の入側と出側での排気圧力の差(差圧)を採用した場合でも、PM堆積量を採用した場合と同様に、第1の再生制御モードを開始した後に第2の再生制御モードを開始する。このとき、第1の再生制御モードを開始するときの温度指標は、第2の再生制御モードを開始するときの温度指標以下の値である場合が多い。
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
60 フィルタ再生制御手段
A,B アイコン
Claims (6)
- 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を自動的に燃焼させて除去する自動再生を行っている間に、前記ディーゼルエンジンの回転数を上げることを要求することを特徴とする作業機。 - 前記フィルタ再生手段は、前記自動再生が行われている状態で、且つディーゼルエンジンに関する温度指標が第1温度以下であるときに、ディーゼルエンジンの回転数を上げることを要求することを特徴とする請求項1に記載の作業機。
- 前記フィルタ再生手段は、前記要求がなされている状態で、ディーゼルエンジンに関する温度指標が所定時間以上にわたって前記第1温度より高い第2温度以上であったときに、前記要求を停止することを特徴とする請求項2に記載の作業機。
- 前記フィルタ再生手段は、前記自動再生が行われている状態で、且つ前記粒子状物質の堆積量が第1堆積量以上となったときに、ディーゼルエンジンの回転数を上げることを要求することを特徴とする請求項1に記載の作業機。
- 前記フィルタ再生手段は、前記要求がなされている状態で、前記粒子状物質の堆積量が、前記第1堆積量より小さい第2堆積量以下となったときに、前記要求を停止することを特徴とする請求項4に記載の作業機。
- 前記温度指標が、前記ディーゼルエンジンの吸気温度、排気温度、及び冷却水温度の少なくとも一つであ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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