JP2013160104A

JP2013160104A - 建設機械の排ガス浄化装置

Info

Publication number: JP2013160104A
Application number: JP2012021274A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Ishii; 信行石井
Original assignee: Sumitomo SHI Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Sumitomo SHI Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2012-02-02
Filing date: 2012-02-02
Publication date: 2013-08-19

Abstract

【課題】液体還元剤の残量が少なくなり、これに伴いエンジンの運転条件制限を行うことが必要となった際、運転条件制限の実行前にこれを運転者に告知しうる建設機械の排ガス浄化装置を提供する。
【解決手段】尿素水タンク２３に貯留された尿素水を排気通路９に噴射することにより、エンジン１から排出された排ガスの浄化を行う建設機械の排ガス浄化装置であって、尿素水タンク２３に貯留された尿素水の残量を検出する尿素水残量センサ２４と、尿素水残量Ａが既定残量となった時にモニター７に警報表示Ｍ１を行う手段と、尿素水残量センサ２４の検出結果に基づきエンジン１の運転条件制限を行う手段と、運転条件制限の実行時期を建設機械の運転者に告知する手段とを有する。
【選択図】図３

Description

本発明は建設機械の排ガス浄化装置に係り、特に液体還元剤を用いて排ガスの浄化を行う建設機械の排ガス浄化装置に関する。

近年、ディーゼルエンジンを搭載した油圧ショベル等の建設機械では、高次の排ガス規制に対応すべく、ディーゼルエンジンの排気系に排ガス浄化装置が設置され、ディーゼルエンジンからの排ガスは、排気管の下流側に設けたＮＯｘ還元触媒を通って大気中に放出される。

従来、この種の排ガス浄化装置としては、液体還元剤（例えば、尿素水溶液）を用いた選択還元型のＮＯｘ浄化装置が多く採用されている。しかしながら、液体還元剤を用いる排ガス浄化装置は、液体還元剤がなくなると排ガスの浄化処理を行うことができなくなってしまう。また、液体還元剤がなくなってもエンジンは稼動を維持できるため、液体還元剤がなくなった状態でエンジン稼動を維持すると多量のＮＯｘが排出されることになる。

これを回避するため、従来では液体還元剤の残量が少なくなった際にこれを検出し、警報を発すると共に強制的にエンジンの出力を低下或いはエンジンを停止させることが行われていた（特許文献１）。

特開２００２−３７１８３１号公報

従来の排ガス浄化装置は、液体還元剤の残量が少なくなり強制的にエンジンの出力を低下或いはエンジンを停止させる際には、運転者に知らせることなく直ちにエンジン出力の低下或いはエンジン停止が行われていた。

このようにエンジン出力の低下或いはエンジン停止が急に行われると、建設機械の運転者に動揺を与えるおそれがある。また、作業途中でエンジンが停止した場合には、アームやバケット等の機器も停止するため、作業の安全性が確保できないおそれもある
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、液体還元剤の残量が少なくなり、これに伴いエンジンの運転条件制限を行うことが必要となった際、運転条件制限の実行前にこれを運転者に告知しうる建設機械の排ガス浄化装置を提供することを目的とする。

上記の課題は、第１の観点からは、
液体還元剤タンクに貯留された液体還元剤を排気通路に噴射することにより、エンジンから排出された排ガスの浄化を行う建設機械の排ガス浄化装置であって、
前記液体還元剤タンクに貯留された前記液体還元剤の残量を検出する残量検出装置と、
前記残量検出装置の検出結果に基づき前記液体還元剤が既定残量となった時に表示装置に警報表示を行う警報表示手段と、
前記残量検出装置の検出結果に基づき、前記エンジンの運転条件制限を行うエンジン運転条件制限手段と、
前記エンジン運転条件制限手段による運転条件制限の実行時期を、前記建設機械の運転者に告知する実行時期告知手段とを有することを特徴とする建設機械の排ガス浄化装置により解決することができる。

開示の発明によれば、液体還元剤の減少に伴いエンジンの運転条件制限を行うことが必要となった際、運転条件制限の実行前にこれを運転者に告知するため、運転条件制限の実行した際に運転者に動揺を与えることを防止でき、また作業の安全性を確保することができる。

図１は、本発明の一実施形態である建設機械の排ガス浄化装置の構成図である。図２は、モード設定装置を示す図である。図３は、機械コントローラが実行する処理を示すフローチャートである。図４は、図３のフローチャートに示す動作内容を表形式で示す図である。図５は、モニターに表示される表示例を示す図である。

次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。

図１に、本発明の第１実施形態である建設機械の排ガス浄化装置を概略的に示す。本実施形態に係る排ガス浄化装置２は、油圧ショベル等の建設機械に設けられたディーゼルエンジン１から排出される排気ガスを浄化するものである。

ディーゼルエンジン１は、図示しない燃料タンクから高圧ポンプにより燃料が供給され、この高圧燃料を燃焼室内に直接噴射し燃焼させることにより駆動する。このディーゼルエンジン１及び高圧ポンプ等は、エンジンコントロールモジュール４（以下、ＥＣＭという）により制御される。

ディーゼルエンジン１からの排気ガスは、ターボチャージャ８を経た後にその下流の排気通路９に流され、排ガス浄化装置２により浄化処理が行われた後、大気に排出される。

一方、エアクリーナ１０から吸気通路１１内に導入された吸入空気は、ターボチャージャ８及びインタークーラ１３等を通過してディーゼルエンジン１に供給される。

排気通路９には、上流側から排気ガス中のパティキュレート（ＰＭ）を捕集するパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）１６と、排気ガス中のＮＯｘを還元除去する選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ）１９とが直列に設けられている。

選択還元型ＮＯｘ触媒１９は、液体還元剤（例えば、尿素又はアンモニア等）が供給されている時に排気ガス中のＮＯｘを連続的に還元除去するものである。本実施形態では取扱いの容易さから液体還元剤として尿素水を用いている。

排気通路９の選択還元型ＮＯｘ触媒１９の上流側には、選択還元型ＮＯｘ触媒１９に尿素水を供給するための尿素水噴射弁２０が設けられている。尿素水噴射弁２０は尿素水供給ライン２１を介して尿素水タンク２３（液体還元剤タンク）に接続されている。

また、尿素水供給ライン２１には尿素水供給ポンプ２２が設けられている。尿素水タンク２３内に貯留された尿素水は、尿素水供給ポンプ２２により尿素水噴射弁２０に供給され、尿素水噴射弁２０から排気通路９の選択還元型ＮＯｘ触媒１９の上流位置に噴射される。

尿素水噴射弁２０から噴射された尿素水は、選択還元型ＮＯｘ触媒１９に供給される。供給された尿素水は、選択還元型ＮＯｘ触媒１９内において加水分解してアンモニアを生成する。このアンモニアが選択還元型ＮＯｘ触媒１９内で排ガスに含まれるＮＯｘを還元し、これにより排ガスの浄化が行われる。

第１のＮＯ_Ｘセンサ１４は、尿素水噴射弁２０の上流側に配設されている。また、第２のＮＯ_Ｘセンサ１５は選択還元型ＮＯｘ触媒１９の下流側に配設されている。この各ＮＯ_Ｘセンサ１４，１５は、各々の配設位置における排ガス内の各ＮＯ_Ｘ濃度を検出する。

尿素水タンク２３には尿素水残量センサ２４が配設されている。この尿素水残量センサ２４は、尿素水タンク２３内の尿素水残量を検出する。

上記した各センサ１４，１５，２４、尿素水噴射弁２０、及び尿素水供給ポンプ２２は、排ガス浄化装置コントローラ５に接続されている。排ガス浄化装置コントローラ５は、第１及び第２のＮＯ_Ｘセンサ１４，１５で検出されるＮＯｘ濃度に基づき、尿素水噴射弁２０及び尿素水供給ポンプ２２により適正量の尿素水が噴射されるよう噴射量制御を行う。

また、排ガス浄化装置コントローラ５は、尿素水残量センサ２４から出力される尿素水残量に基づき、尿素水残量の尿素水タンク２３の全容積に対する割合を読み取る。本実施形態では、この尿素水タンク２３の全容積に対する尿素水残量の割合を尿素水残量Ａというものとする。従って、尿素水残量Ａが５０％であるとは、尿素水タンク２３の容量の半分の尿素水が尿素水タンク２３内に残存していることを示す。

排ガス浄化装置コントローラ５は、通信手段によりディーゼルエンジン１の制御を行うＥＣＭ４と接続されている。また、ＥＣＭ４は通信手段により機械コントローラ６に接続されている。

機械コントローラ６は、ブーム，アーム等を駆動する油圧ポンプ、及びブームシリンダ，アームシリンダ等の油圧システムに対しオイルの供給及び供給停止を行う各種制御弁等の制御を行う。この機械コントローラ６は、通信手段を介してエンジンコントロールモジュール（ＥＣＭ）４及び排ガス浄化装置コントローラ５と接続されている。

よって、排ガス浄化装置コントローラ５が有している排ガス浄化装置２の各種情報は、機械コントローラ６が共有しうる構成となっている。なお、ＥＣＭ４、排ガス浄化装置コントローラ５、機械コントローラ６は、それぞれＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート、及び記憶装置等を含む。

機械コントローラ６には、モニター７（表示装置）及びモード設定装置１８（作業モード設定手段）が接続されている。モニター７には、警報及び運転条件表示が表示される。この警報及び運転条件表示については、説明の便宜上後述するものとする。

モード設定装置１８は、作業モードを切り替える装置である。図２は、モード設定装置１８を拡大して示している。本実施形態に係る建設機械では、モード設定装置１８により作業モードを目標エンジン回転数に応じてＳＰモード、Ｈモード、Ａモードの３つのモードに切り替えられる構成となっている。このモード設定装置１８は、スイッチノブ１８ａを回転操作し、指示部１８ｂをＳＰ、Ｈ、Ａの各表示に合わせることによりモード切り替えを行うことができる。

次に、図３及び図４を用いて、上記構成とされた排ガス浄化装置２の動作の一実施形態について説明する。図３は、機械コントローラ６が実行する排ガス浄化装置２の動作処理を示している。また、図４は図３のフローチャートに示す動作内容を表形式で具体的に示す図である。なお、図３に示す処理は所定時間毎に繰り返し実行されるルーチン処理である。また、図３ではステップを「Ｓ」と略称すると共に「％」の表示を略している。

図３に示す処理が起動すると、先ず機械コントローラ６は排ガス浄化装置コントローラ５を介して、尿素水タンク２３内の尿素水残量Ａを読み取る。前記のように尿素水残量Ａは、排ガス浄化装置コントローラ５が尿素水残量センサ２４の検出結果に基づき、尿素水タンク２３の全容積に対する尿素水残量の割合を読み取ったものである。

ステップ１０では、この尿素水残量Ａが１５％を超えているか否かが判断される。尿素水残量Ａが１５％を超えている状態は、尿素水残量が多いため、エンジン出力及び油圧システムを通常動作させても問題がない状態である。

このため、ステップ１０で肯定判断（ＹＥＳの判断）がされた場合は、処理はステップ１１に進み、図４に示す動作(I)が実行される。即ち、尿素水噴射、エンジン出力、及び油圧システムは通常動作が維持され、また後述する警報表示及びカウントダウンは実行されない。このステップ１１が実行されると、処理はステップ１０に戻る。

一方、ステップ１０で否定判断（ＮＯの判断）がされると、処理はステップ１２に進む。ステップ１２では、尿素水残量Ａが１０％を超し、かつ１５％以下であるか否かが判断される。本実施形態では、尿素水残量Ａが１５％以下になると、尿素水残量が減少したことを運転者に知らせる警告を行うと共に、ディーゼルエンジン１及び油圧システムに運転条件制限を適宜実行する構成となっている。

よって、ステップ１２で肯定判断が行われた場合は、ステップ１５において図４に示す動作(II)が実行される。即ち、尿素水噴射及び油圧システムは通常動作が維持されるが、ディーゼルエンジン１ではエンジン出力が１０％低減される運転条件制限が実施される。

本実施形態では、機械コントローラ６はステップ１５の動作(II)を行う前に、ステップ１３において警報を表示すると共に、ステップ１４においてカウントダウンを実施する。

ステップ１３で実施される警報は、モニター７に表示される。運転者は、このモニター７の警報を見ることにより尿素水残量が減少したことを確認することができる。

従来の排ガス浄化装置でも、この警報が表示される構成とされたものはあった。しかしながら、従来の排ガス浄化装置は、この警報が表示された後にどのくらいの時間で運転条件制限が実行されるのかを知ることができなかった。

これに対し、本実施形態では、ステップ１３による警報の表示と同時又は後で、ステップ１５による動作(II)の実行前に、ステップ１４においてカウントダウンを実施する構成としている。このカウントダウンは、運転条件制限の実行時期を運転者に告知するために実施されるものである。

ここで運転条件制限とは、尿素水タンク２３内の尿素水の残量が既定残量以下となった時に実施されるものである。具体的な運転条件制限としては、ＥＣＭ４が実行するディーゼルエンジン１のエンジン出力の低減、エンジン回転数の低減及び停止処理、排ガス浄化装置コントローラ５が実行する尿素水の噴射停止処理、及び機械コントローラ６が実行する油圧システムの油圧出力の低減及び停止処理等である。

本実施形態では、カウントダウンをステップ１３で実施される警報の表示と共に、モニター７に表示する構成としている。図５は、ステップ１４によりカウントダウンが表示されたモニター７を示している。

同図に示すように、モニター７にはステップ１３による警報表示Ｍ１と共に、ステップ１４によるカウントダウン表示Ｍ２及びカウントダウン終了後に実行される運転条件制限の表示Ｍ３が表示されている。本実施形態に係るカウントダウン表示Ｍ２は、１０本の長さの異なるバー表示が時間経過と共に色変化（例えば、白から黒に変化）する構成とされている。よって、運転者はカウントダウン表示Ｍ２により、後どの位で運転条件制限が実行されるのかを判断することができる。

なお、カウントダウン表示は本実施形態に係るものに限定されるものではなく、他の表示方法（例えば、時計表示等）を用いても、また音声により告知を行う構成としてもよい。また、本実施形態ではカウントダウンの時間は１分に設定されているが、このカウントダウンの時間も適宜設定が可能なものである。

ステップ１４によるカウントダウンが終了すると、処理はステップ１５に進んで、エンジン出力を１０％低下させる運転条件制限が実行される。このステップ１５の運転条件制限が実行されると、処理はステップ１０に戻る。

一方、ステップ１２で否定判断がされると、処理はステップ１６に進む。ステップ１６では、尿素水残量Ａが６％を超し、かつ１０％以下であるか否かが判断される。

ステップ１６で肯定判断が行われた場合は、ステップ１５において図４に示す動作(III)が実行される。即ち、尿素水噴射及び油圧システムは通常動作が維持されるが、ディーゼルエンジン１ではエンジン出力が２０％低減される運転条件制限が実施される。

機械コントローラ６は、ステップ１５の動作(III)を行う前にも、ステップ１７の警報表示を行うと共に、ステップ１８のカウントダウンを実施する。このステップ１７，１８の処理を実行することにより、モニター７には図５に示したのと同じ表示が行われる。

よって運転者は、動作(III)が実行される前においても、カウントダウン表示Ｍ２により後どの位で運転条件制限が実行されるのかを判断することができる。

ステップ１８によるカウントダウンが終了すると、処理はステップ１９に進んで、エンジン出力を２０％低下させる運転条件制限が実行される。このステップ１９の運転条件制限が実行されると、処理はステップ１０に戻る。

一方、ステップ１６で否定判断がされると、処理はステップ２０に進む。ステップ２０では、尿素水残量Ａが０％を超し、かつ６％以下であるか否かが判断される。

ステップ２０で肯定判断が行われた場合は、ステップ２３の図４に示す動作(IV)が実行される。即ち、尿素水噴射は維持されるが、ディーゼルエンジン１ではエンジン出力が５０％低減され、更に油圧システムでは出力が５０％低減される運転条件制限が実施される。

機械コントローラ６は、ステップ２３の動作(IV)を行う前にも、ステップ２１の警報表示を行うと共に、ステップ２２のカウントダウンを実施する。このステップ２１，２２の処理を実行することにより、モニター７には警報表示Ｍ１、カウントダウン表示Ｍ２、及びカウントダウン終了後に実行される運転条件制限の表示Ｍ３が表示される。

この際、動作(IV)においては油圧システムの運転条件制限も実行されるため、運転条件制限の表示Ｍ３としては、その旨も合わせた表示が行われる。具体的には、表示Ｍ３として「もう少しでエンジン出力及び油圧システム出力が低下します」に例示されるような表示が行われる。

よって運転者は、動作(IV)が実行される前においても、カウントダウン表示Ｍ２により後どの位で運転条件制限が実行されるのかを判断することができる。

ステップ２２によるカウントダウンが終了すると、処理はステップ２３に進んで、上記の動作(IV)の運転条件制限が実行される。このステップ２３の運転条件制限処理が実行されると、処理はステップ１０に戻る。

一方、ステップ２０で否定判断がされると、換言すると尿素水残量Ａが０％になったと判断されると、ステップ２６の図４に示す動作(V)が実行される。即ち、排ガス浄化装置２は尿素水噴射が停止され、ディーゼルエンジン１も停止され、更に油圧システムも停止される運転条件制限が実施される。

機械コントローラ６は、このステップ２３の動作(V)を行う前にも、ステップ２４の警報表示を行うと共に、ステップ２５のカウントダウンを実施する。このステップ２４，２５の処理を実行することにより、モニター７には警報表示Ｍ１、カウントダウン表示Ｍ２、及びカウントダウン終了後に実行される運転条件制限の表示Ｍ３が表示される。

この際、動作(V)においては尿素水噴射停止、エンジン停止、及び油圧システム停止という運転条件制限が実行されるため、運転条件制限の表示Ｍ３としては、その旨が表示が行われる。具体的には、表示Ｍ３として「もう少しでエンジンの停止が行われます」に例示されるような表示が行われる。

よって運転者は、動作(V)が実行される前においても、カウントダウン表示Ｍ２により後どの位で運転条件制限が実行されるのかを判断することができる。

ステップ２５によるカウントダウンが終了すると、処理はステップ２６に進んで、上記の動作(V)の運転条件制限が実行される。このステップ２６の運転条件制限が実行されると、処理はステップ１０に戻る。

上記のように本実施形態に係る排ガス浄化装置２では、ステップ１５，１９，２３，２６で動作(II),(III),(IV),(V)の各運転条件制限が実行される前に、運転者はステップ１４，１８，２２，２５で実施されるカウントダウン表示Ｍ２により、後どの位で運転条件制限が実行されるのかを判断することができる。

よって、予め運転者は運転条件制限が実行される時期を知ることができる。運転条件制限が実行されても運転者に動揺を与えるようなことはない。また、運転者はカウントダウン表示Ｍ２により、運転条件制限が実行される前に建設機械を安全な状態にすることができ、作業の安全性を確保することができる。

更に、運転条件制限が実行されることにより当該建設機械は実施できなくなる動作が発生することが考えられるが、予め運転条件制限を運転者に知らせることにより、作業者により作業内容の変更を行うことが可能となる。これにより、尿素水が減少した時の建設機械の運転を、現場の作業内容に合わせて効率的に実施することが可能になる。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は上記した特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能なものである。

本発明は、液体還元剤を用いた排ガス浄化装置を有する建設機械及び自動車に広く適用が可能なものである。

１ディーゼルエンジン
２排ガス浄化装置
４エンジンコントロールモジュール（ＥＣＭ）
５排ガス浄化装置コントローラ
６機械コントローラ
７モニター
９排気通路
１１吸気通路
１６パティキュレートフィルタ
１８モード設定スイッチ
１９選択還元型ＮＯｘ触媒
２０尿素水噴射弁
２１尿素水供給ライン
２２尿素水供給ポンプ
２３尿素水タンク
２４尿素水残量センサ

Claims

液体還元剤タンクに貯留された液体還元剤を排気通路に噴射することにより、エンジンから排出された排ガスの浄化を行う建設機械の排ガス浄化装置であって、
前記液体還元剤タンクに貯留された前記液体還元剤の残量を検出する残量検出装置と、
前記残量検出装置の検出結果に基づき前記液体還元剤が既定残量となった時に表示装置に警報表示を行う警報表示手段と、
前記残量検出装置の検出結果に基づき、前記エンジンの運転条件制限を行うエンジン運転条件制限手段と、
前記エンジン運転条件制限手段による運転条件制限の実行時期を、前記建設機械の運転者に告知する実行時期告知手段と、
を有することを特徴とする建設機械の排ガス浄化装置。
前記実行時期告知手段は、
前記警報表示と共に前記表示装置に実行時期を表示することを特徴とする請求項１記載の建設機械の排ガス浄化装置。
前記建設機械は、油圧システムと、前記残量検出装置の検出結果に基づき前記油圧システムの運転条件制限を行う油圧システム運転条件制限手段とを有しており、
前記実行時期告知手段は、前記油圧システム運転条件制限手段による運転条件制限の実行時期を、前記建設機械の運転者に告知する構成としたことを特徴とする請求項１又は２記載の建設機械の排ガス浄化装置。
前記表示は、カウントダウン表示であることを特徴とする請求項２記載の建設機械の排ガス浄化装置。