JP2013224665A - Exhaust emission control device in diesel engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は,例えばトラクタやコンバインを含む走行型の農作業車両のような走行車両にその動力源として搭載される等のディーゼル機関において,その排気ガスを浄化処理するための排気ガス浄化装置に関するものである。 The present invention relates to an exhaust gas purifying apparatus for purifying exhaust gas in a diesel engine mounted as a power source in a traveling vehicle such as a traveling type agricultural working vehicle including a tractor and a combine. is there.
一般に,走行車両に動力源として搭載される等のディーゼル機関においては,その排気ガスを浄化するために,パティキュレートフィルタ(以下,単にフィルタと称する)を用いて排気ガス中の粒子状物質(以下,単にPMと称する)等を捕集することが行われていることは周知のとおりであり,この場合,前記フィルタにて捕集されたPMが所定量を超えると,フィルタ内の流通抵抗が増大し,排気抵抗が増大することによって,エンジン出力の低下をもたらすため,フィルタに堆積したPMを除去して,フィルタのPM捕集能力を回復させる(フィルタを再生させる)ことが必要である。 In general, in a diesel engine mounted on a traveling vehicle as a power source, a particulate filter (hereinafter simply referred to as a filter) is used to purify the exhaust gas. In this case, if the PM collected by the filter exceeds a predetermined amount, the flow resistance in the filter is reduced. Since the engine output decreases due to increase and exhaust resistance increase, it is necessary to remove PM accumulated on the filter and restore the PM collection ability of the filter (regenerate the filter).
このフィルタの再生は,排気ガスの温度が高いときに行なわれる。先行技術としての特許文献1においては,ディーゼル機関からの排気経路のうち前記フィルタよりも上流側(ディーゼル機関側)の部位に電熱式のヒータを設けることにより,このヒータにて排気ガスの温度を上昇させることが開示されている。
This regeneration of the filter is performed when the temperature of the exhaust gas is high. In
しかし,特許文献1の構成では,排気ガスの温度を上昇することのために専用のヒータを必要とするから,部品点数が嵩み,コスト上昇の一因になるという問題があった。また,ヒータによる排気ガスの加熱が局部的とならざるを得ず,排気ガスを一様に加熱できないから,排気ガスを均一に浄化できないばかりか,ヒータに近接する酸化触媒付きフィルタの温度も不均一になって,酸化触媒付きフィルタに割れ等の損傷が発生するおそれが高いという問題もあった。
However, in the configuration of
本発明は,ディーゼル機関における排気ガスの温度は,このディーゼル機関が受け持つエンジン負荷に比例して高くなることを利用して,前記ディーゼル機関に運転停止(エンスト)等を招来することなく,前記した問題を解消した排気ガス浄化装置を提供することを技術的課題とするものである。 The present invention uses the fact that the temperature of exhaust gas in a diesel engine increases in proportion to the engine load that the diesel engine is responsible for, so that the diesel engine does not cause an operation stop or the like. An object of the present invention is to provide an exhaust gas purification device that solves the problem.
請求項1の発明は,ディーゼル機関における排気ガス浄化装置であって,ディーゼル機関からの排気経路に配置された排気ガス浄化用のフィルタ手段と,前記ディーゼル機関にて駆動される油圧負荷機構とを備え,前記ディーゼル機関におけるエンジン回転数を一定又は略一定に保持した状態で,前記ディーゼル機関が受け持つエンジン負荷を前記油圧負荷機構にて増減して前記フィルタ手段の再生を実行するというものである。
The invention of
請求項2の発明は、請求項1に記載したディーゼル機関における排気ガス浄化装置において,油圧負荷機構における作動油圧を増加する状態と作動油圧の増加を解除する状態とに切換作動するようにした強制作動弁手段を更に備え,前記フィルタ手段に詰まりが発生したとき,前記ディーゼル機関が保持するエンジン回転数に対する最高エンジン負荷よりも低い上限エンジン負荷,該上限エンジン負荷よりも更に低い下限エンジン負荷とを設定した後,前記ディーゼル機関が受け持つエンジン負荷が前記下限エンジン負荷よりも低い場合は,前記強制作動弁手段にて前記油圧負荷機構における作動油圧を増加して,前記フィルタ手段を再生する一方で,前記ディーゼル機関が受け持つエンジン負荷が前記上限エンジン負荷よりも高い場合は,前記強制作動弁手段にて前記油圧負荷機構における作動油圧の増加を解除して,前記フィルタ手段を再生することで,前記ディーゼル機関において所定のエンジン回転数を維持しながら前記強制作動弁手段を切換え作動するというものである。 According to a second aspect of the present invention, in the exhaust gas purifying apparatus for a diesel engine according to the first aspect, the forced operation is made to switch between a state in which the hydraulic pressure in the hydraulic load mechanism is increased and a state in which the increase in the hydraulic pressure is released. An operation valve means, and when the filter means is clogged, an upper limit engine load lower than a maximum engine load with respect to an engine speed held by the diesel engine, and a lower limit engine load lower than the upper limit engine load. After the setting, if the engine load that the diesel engine is responsible for is lower than the lower limit engine load, while increasing the operating hydraulic pressure in the hydraulic load mechanism by the forced operating valve means, while regenerating the filter means, When the engine load that the diesel engine is responsible for is higher than the upper limit engine load, The forced operating valve means switches the forced operating valve means while maintaining a predetermined engine speed in the diesel engine by releasing the increase in the operating hydraulic pressure in the hydraulic load mechanism and regenerating the filter means. It works.
本発明によると,ディーゼル機関からの排気ガスに対するフィルタ手段に詰まりが発生すると,油圧負荷機構における作動油圧が増加されることにより,ディーゼル機関が受け持つエンジン負荷が増大され,排気ガスの温度が高くなるから,フィルタ手段の再生を行なうことができる。そして,トラクタ等の作業車両における走行速度や,ロータリ耕耘機等の作業機による各種の作業速度が,フィルタ本体の再生実行によって変動することを確実に回避できる。 According to the present invention, when the filter means for the exhaust gas from the diesel engine is clogged, the hydraulic pressure in the hydraulic load mechanism is increased, so that the engine load that the diesel engine is responsible for increases and the temperature of the exhaust gas increases. Therefore, the filter means can be regenerated. And it can avoid reliably that the traveling speed in working vehicles, such as a tractor, and various working speeds by working machines, such as a rotary tiller, are fluctuate | varied by regeneration execution of a filter main body.
また,前記強制作動弁手段は,前記エンジン負荷が,当該エンジン負荷のうち最高エンジン負荷よりも低い側に設定した上限エンジン負荷を越えたときに,前記油圧負荷機構における作動油圧の増加を解除するように構成されていることにより,前記強制作動弁手段によるエンジン負荷の増加を,前記上限エンジン負荷を越えることがないように規制することができるから,前記強制作動弁手段によるエンジン負荷の増加によって,ディーゼル機関に運転停止(エンスト)が発生することを確実に回避できる。 The forced operating valve means cancels the increase in the operating hydraulic pressure in the hydraulic load mechanism when the engine load exceeds an upper limit engine load set on the lower side of the engine load than the maximum engine load. With this configuration, an increase in engine load by the forced operation valve means can be regulated so as not to exceed the upper limit engine load. Therefore, it is possible to reliably avoid the occurrence of an engine stop (engine stall) in the diesel engine.
更に,前記強制作動弁手段は,前記エンジン負荷が,当該エンジン負荷のうち最高エンジン負荷よりも低い側に設定した上限エンジン負荷を越えたときに,前記油圧負荷機構における作動油圧の増加を解除するように構成されていることにより,前記フィルタ手段を再生しているときにおける排気ガスの温度を,ディーゼル機関における最高エンジン負荷のときにおける最高の排気ガス温度に近づけることができるから,前記フィルタ手段における再生を,短い時間で達成できる。 Further, the forced operating valve means cancels the increase in the operating hydraulic pressure in the hydraulic load mechanism when the engine load exceeds an upper limit engine load set on the side of the engine load lower than the maximum engine load. With this configuration, the temperature of the exhaust gas when the filter means is being regenerated can be brought close to the highest exhaust gas temperature at the maximum engine load in the diesel engine. Regeneration can be achieved in a short time.
以下に,本発明を具体化した実施形態を,走行車両の一例としてのトラクタに適用した場合の図面(図1〜図10)に基づいて説明する。 Hereinafter, an embodiment embodying the present invention will be described with reference to the drawings (FIGS. 1 to 10) when applied to a tractor as an example of a traveling vehicle.
(1).トラクタの概要
先ず,図1及び図2を参照しながら,トラクタ1の概要について説明する。
(1). Outline of Tractor First, an outline of the
前記トラクタ1の走行機体2は,走行部としての左右一対の前車輪3と同じく左右一対の後車輪4とで支持されている。このトラクタ1は,走行機体2の前部に搭載したディーゼル機関5にて後車輪4及び前車輪3を駆動することにより,前後進走行するように構成されている。
The
前記ディーゼル機関5はボンネット6にて覆われており,このディーゼル機関5はその下面側に,当該ディーゼル機関5内のクランク軸(図示省略)等を潤滑する潤滑油を貯留するためのオイルパン10が設けられている。
The
前記走行機体2の上面にはキャビン7が設置され,該キャビン7の内部には,操縦座席8と,かじ取りすることによって前車輪3の操向方向を左右に動かすようにしたパワーステアリングによる操縦ハンドル(丸ハンドル)9とが配置されている。キャビン7の底部より下側には,ディーゼル機関5に燃料を供給する燃料タンク11が設けられている。
A
前記キャビン7内の操縦ハンドル9は,操縦座席8の前方に立設されたステアリングコラム25上に設けられている。ステアリングコラム25の右側には,前記ディーゼル機関5の出力回転数を設定保持するスロットルレバー30と,走行機体2を制動操作するための左右一対のブレーキペダル31とが配置されている。
The
前記ステアリングコラム25の左側には,走行機体2の進行方向を前進と後進とに切り換え操作するための前後進切換レバー32と,メインクラッチ(図示省略)を切り作動させるためのクラッチペダル33とが配置されている。また,前記ステアリングコラム25の背面側には,左右ブレーキペダル31を踏み込み位置に保持するための駐車ブレーキレバー34が配置されている。
On the left side of the
前記キャビン7内の床板28のうちステアリングコラム25の右側には,スロットルレバー30にて設定されたエンジン回転数を,図6に示すように,最低のアイドル回転数Roと最高回数Rxとの範囲内で増減速させるためのアクセルペダル35が配置されている。
On the right side of the
前記操縦座席8の左側には,後述するミッションケース17からの走行出力を低速と高速とに切り換えるための副変速レバー40と,後述するPTO軸23の駆動速度を切り換え操作するためのPTO変速レバー36とが配置されている。また,前記操縦座席8の右側には,変速操作用の主変速レバー38と,後述するロータリ耕耘機15の高さ位置を手動で変更調節するための作業部ポジションレバー39とが配置されている。操縦座席8の下方には,左右の後車輪4を等速で回転駆動させる操作を実行するためのデフロックペダル37が配置されている。
On the left side of the
一方,前記走行機体2は,フロントバンパ12及び前車軸ケース13を有するエンジンフレーム14と,このエンジンフレーム14の後部にボルトにて着脱自在に固定する左右の機体フレーム16とにより構成されている。この機体フレーム16の後部には,前記ディーゼル機関5からの回転動力を適宜変速して前後四輪3,3,4,4に伝達するミッションケース17が搭載されている。この後車輪4は,ミッションケース17の外側面から外向きに突出するように装着された後車軸ケース18を介して,ミッションケース17に取り付けられている。左右の後車輪4の上方は,機体フレーム16に固定されたフェンダ19にて覆われている。
On the other hand, the
前記ミッションケース17の後部上面には,作業部としてのロータリ耕耘機15等を昇降動させるための油圧式昇降機構20が着脱可能に取り付けられている。前記ロータリ耕耘機15は,前記ミッションケース17の後部に,一対の左右ロワーリンク21及びトップリンク22からなる3点リンク機構を介して連結されている。ミッションケース17の後側面には,ロータリ耕耘機15にPTO駆動力を伝達するためのPTO軸23が後ろ向きに突設されている。
On the rear upper surface of the
前記油圧式昇降機構20には,単動形の昇降制御油圧シリンダ95(図4参照)にて上下回動可能な一対の左右リフトアーム96が設置されている。進行方向に向かって左側のロワーリンク21とリフトアーム96とは,左リフトロッド97を介して連結されている。進行方向に向かって右側のロワーリンク21とリフトアーム96とは,右リフトロッドとしての複動形の傾斜制御油圧シリンダ98及びそのピストンロッド99を介して連結されている。
The
(2).ディーゼル機関及びその周辺の構造
次に,図3〜図5を参照しながら,前記ディーゼル機関5及びその周辺の構造について説明する。
(2). Next, the structure of the
前記トラクタ1において,その動力源としての前記ディーゼル機関5は,上面にシリンダヘッド41が締結されたシリンダブロック(図示省略)を備えており,シリンダブロックの下面に潤滑油貯留用のオイルパン10が締結されている。シリンダヘッド41の一側面には吸気マニホールド42が接続されており,他側面には排気マニホールド43が接続されている。
In the
シリンダブロックの側面のうち吸気マニホールド42の下方には,ディーゼル機関5の各燃焼室(副室)内に燃料を送り込むための燃料噴射ポンプ44(図5参照)が設けられている。詳細は図示していないが,吸気マニホールド42の上流側には吸気管45を介してエアクリーナが取り付けられている。
A fuel injection pump 44 (see FIG. 5) for feeding fuel into each combustion chamber (sub chamber) of the
この場合,エアクリーナにて一旦ろ過された空気が,吸気管45及び吸気マニホールド42を介して,ディーゼル機関5の各気筒内(吸気行程の気筒内)に導入される。そして,各気筒の圧縮行程完了時に,燃料タンク11から吸い上げられた燃料を燃料噴射ポンプ44にて各燃焼室(副室)内に圧送することにより,各燃焼室にて混合気の自己着火燃焼に伴う膨張行程が行われる。
In this case, the air once filtered by the air cleaner is introduced into each cylinder of the diesel engine 5 (inside the cylinder of the intake stroke) via the
前記排気マニホールド43の先端側には,排気管46を介して,フィルタ手段の一例であるパティキュレートフィルタ50(以下,単にフィルタ手段と称する)が接続されている。膨張行程後の排気行程において各気筒から排気マニホールド43に排出された排気ガスは,排気管46及び前記フィルタ手段50を経由して浄化処理をされてから外部に放出される。
A particulate filter 50 (hereinafter simply referred to as filter means), which is an example of filter means, is connected to the distal end side of the
前記ディーゼル機関5は,以下に述べるように,トラクタ1に搭載したコントローラ80にて制御される。
The
すなわち,このコントローラ80には,燃料供給装置である燃料噴射ポンプ44に設けられた電子ガバナ87と,ディーゼル機関5におけるエンジン回転数Rを検出する回転センサ88と,燃料噴射ポンプ44のラック位置から燃料噴射量を検出する負荷検出手段としてのラック位置センサ89と,スロットルレバー30の操作位置を検出するスロットルポテンショ90とが接続されている。
That is, the
前記スロットルレバー30を手動操作すると,コントローラ80は,エンジン回転数Rがスロットルレバー30による設定回転数となるように,スロットルポテンショ90の検出情報に基づいてラック駆動用の電磁ソレノイド(図示省略)を駆動させ,燃料噴射ポンプ44のラック位置を調節する。
When the
このため,前記ディーゼル機関5におけるエンジン回転数Rはスロットルレバー30の位置に応じた値に保持されるように自動制御される。
For this reason, the engine speed R in the
一方,前記フィルタ手段50は,排気ガス中の粒子状物質(以下,PMという)等を捕集するためのものであり,耐熱金属材料製のケーシング51内にある略筒型のフィルタケース52に,例えば白金等の酸化触媒53とフィルタ本体54とを直列に並べて収容してなるものである。
On the other hand, the filter means 50 is for collecting particulate matter (hereinafter referred to as PM) in the exhaust gas, and is provided in a substantially
前記フィルタ本体54は,多孔質な(ろ過可能な)隔壁にて区画された多数のセルを有するハニカム構造になっている。
The filter
前記ケーシング51の一端部の側面には,排気管46に連通する排気導入口55が設けられている。前記ケーシング51の一端部は第1底板56にて塞がれており,フィルタケース52のうち第1底板56に臨む一端部は第2底板57にて塞がれている。ケーシング51とフィルタケース52との間の環状隙間,並びに両底板56,57間の隙間には,ガラスウールのような断熱材58が酸化触媒53及びフィルタ本体54の周囲を囲うように充填されている。
An
前記ケーシング51の他側部は2枚の蓋板59,60にて塞がれていて,これら両蓋板59,60を略筒型の排気排出口61が貫通している。また,両蓋板59,60の間は,フィルタケース52内に複数の連通管62を介して連通する共鳴室63になっている。
The other side of the
前記ケーシング51の一端部における側面に形成された排気導入口55には排気ガス導入管65が挿入されている。この排気ガス導入管65の先端は,ケーシング51を横断して排気導入口55と反対側の側面に突出している。排気ガス導入管65の外周面には,フィルタケース52に向けて開口する複数の連通穴66が形成されている。排気ガス導入管65のうち排気導入口55と反対側の側面に突出する部分は,これに着脱可能に螺着された蓋体67にて塞がれている。
An exhaust
前記蓋体67には,フィルタ本体54の詰まり状態を検出する詰まり検出手段の一例として,圧力センサ68が設けられている。圧力センサ68は,例えばピエゾ抵抗効果を利用した周知構造のものでよい。この場合は,フィルタ本体54にPMが堆積していないとき(フィルタ50が新品のとき)におけるフィルタ50上流側の圧力Ps(基準圧力値)を,後述するコントローラ80のROM82等に予め記憶させておき,同じ測定箇所における現在の圧力Pを圧力センサ68にて検出し,基準圧力値Psと圧力センサ68の検出値Pとの圧力差ΔPを求め,当該圧力差ΔPに基づいてフィルタ本体54のPM堆積量が換算(推定)される。
The
なお,ディーゼル機関5の排気経路のうちフィルタ50を挟んで上下流側に,それぞれ圧力センサを配置し,両者の検出値の差からフィルタ本体54のPM堆積量を換算(推定)するようにしてもよい。
In addition, pressure sensors are disposed on the upstream and downstream sides of the exhaust path of the
上記の構成において,ディーゼル機関5からの排気ガスは,排気導入口55を介して排気ガス導入管65に入って,排気ガス導入管65に形成された各連通穴66からフィルタケース52内に噴出し,フィルタケース52内の広い領域に分散したのち,酸化触媒53からフィルタ本体54の順に通過して浄化処理される。排気ガス中のPMは,この段階でフィルタ本体54における各セル間の多孔質な仕切り壁を通り抜けできずに捕集される。その後,酸化触媒53及びフィルタ本体54を通過した排気ガスが排気排出口61から放出される。
In the above configuration, the exhaust gas from the
前記排気ガスが酸化触媒53及びフィルタ本体54を通過するに際して,排気ガス温度が再生可能温度(例えば約300℃)を超えていれば,酸化触媒53の作用にて,排気ガス中のNO(一酸化窒素)が不安定なNO2 (二酸化窒素)に酸化する。そして,NO2 がNOに戻る際に放出するO(酸素)にて,フィルタ本体54に堆積したPMが酸化除去されることにより,フィルタ本体54のPM捕集能力が回復する(フィルタ本体54が再生する)ことになる。
When the exhaust gas passes through the
前記ディーゼル機関5における動力は,トラクタ1の走行することのためにミッションケース17に出力されるほか,前記作業部としてのロータリ耕耘機15及びパワーステアリング機構にも出力されることに加えて,後述する油圧負荷機構に対しても,勿論前記以外の機構に対しても出力される。
The power in the
この油圧負荷機構の一例として,ディーゼル機関5における出力軸24の回転動力にて駆動する作業部用油圧ポンプ101及びパイロットポンプ102が設けられている。
As an example of the hydraulic load mechanism, a working unit
この作業部用油圧ポンプ101は,油圧式昇降機構20内にある昇降制御油圧シリンダ95や傾斜制御油圧シリンダ98に作動油を供給するためのものである。
The working unit
一方,パイロットポンプ102は,後述する切換電磁弁106にパイロット圧を付加するためのものである。
On the other hand, the
両ポンプ101,102にはディーゼル機関5から突出した油圧駆動軸24が貫通しており,両ポンプ101,102は油圧駆動軸24の回転にて駆動するように構成されている。すなわち,両ポンプ101,102を駆動させる油圧駆動軸24は共通する1本の軸になっている。
Both pumps 101, 102 pass through a
前記作業部用油圧ポンプ101の吸引側は,作動油タンクとしてのミッションケース17に接続されている。この作業部用油圧ポンプ101の吐出側は,後述する背圧機構105付きの圧力調整弁104を介して作業部油圧回路103に接続されている。
The suction side of the working unit
一方,前記パイロットポンプ102の吸引側は,作動油タンクとしてのミッションケース17に接続されている。パイロットポンプ102の吐出側は,切換電磁弁106のポンプ側第1ポート106aに接続されている。
On the other hand, the suction side of the
前記圧力調整弁104は,作業部油圧回路103側の圧力・流量を一定に保持し,作業部用油圧ポンプ101の吐出側の圧力を2段階に切り換えるためのものであり,背圧機構105におけるピストン105bを介してのバネ105cの弾性力にて,作業部用油圧ポンプ101側で圧力上昇のない通常状態と,作業部用油圧ポンプ101側の圧力を所定圧だけ増大させる高圧状態とに切換作動するように構成されている。
The
前記切換電磁弁106は,パイロットポンプ102からのパイロット圧を圧力調整弁104の背圧機構105に付加する3ポート2位置切換形のものであり,後述するコントローラ80からの制御情報に基づく電磁ソレノイド107の励磁にて,背圧機構105の背圧室105aへのパイロット圧付加状態と,背圧室105aからのパイロット圧排出状態とに切換駆動するように構成されている。
The switching
前述の通り,切換電磁弁106のポンプ側第1ポート106aはパイロットポンプ102の吐出側に接続されている。切換電磁弁106のポンプ側第2ポート106bは作動油タンクとしてのミッションケース17に接続されている。切換電磁弁106の背圧側ポート106cは背圧機構105の背圧室105aに接続されている。
As described above, the pump-side
前記切換電磁弁106がパイロット圧付加状態に切換駆動すると,パイロットポンプ102から切換電磁弁106を経由した作動油が背圧機構105の背圧室105aに流入して,ピストン105bを介してバネ105cを圧縮することにより,圧力調整弁104が作業部用油圧ポンプ101側の圧力を所定圧だけ増大させる高圧状態に切換作動する。
When the switching
そうすると,圧力調整弁104の作用にて,作業部用油圧ポンプ101の吐出圧力(作動量又は負荷といってもよい)が増大し,これに伴い前記ディーゼル機関5が全体として受け持つエンジン負荷は,これに走行駆動のためのエンジン負荷,ロータリ耕耘機15を駆動するためのエンジン負荷,及びパワーステアリングを駆動するためのエンジン負荷の合計に,前記作業部用油圧ポンプ101側の吐出圧力を所定圧だけ増大させた分のエンジン負荷が加算されることにより,前記作業部用油圧ポンプ101側の吐出圧力を所定圧だけ増大した分だけ増加する。
Then, due to the action of the
その結果,スロットルレバー30による設定回転数維持のために,前記ディーゼル機関5が受け持つエンジン負荷(燃料噴射量)が増大して,排気ガス温度が上昇することになる。
As a result, in order to maintain the set rotational speed by the
前記切換電磁弁106がパイロット圧排出状態に切換作動すると,背圧機構105の背圧室105aから作動油が流出して,バネ105cが自身の弾性復元力にて伸長することにより,圧力調整弁104の作用にて作業部用油圧ポンプ101の吐出圧力が通常状態まで低下し,これに伴い前記ディーゼル機関5が受け持つエンジン負荷が低減することになる。
When the switching
この場合,作業部油圧回路103側へは,圧力調整弁104のない場合とほぼ同じ圧力及び流量の作動油が供給されるため,圧力調整弁104の存在に起因した作業部油圧回路103への影響は最小限に抑えられることになる。
In this case, the working unit
前記圧力調整弁104と切換電磁弁106との組合せは,特許請求の範囲に記載した強制作動弁手段に相当するものである。なお,切換電磁弁106は通常(コントローラ80からの制御情報がないとき),作業部用油圧ポンプ101と作業部油圧回路103との間での作動油の循環供給をスムーズに行うために,パイロット圧排出状態になっている。従って,圧力調整弁104は普段,作業部用油圧ポンプ101側で圧力上昇のない通常状態になっている。
The combination of the
図4に詳細に示すように,前記作業部油圧回路103は,単動形の昇降制御油圧シリンダ95と複動形の傾斜制御油圧シリンダ98とを備えており,作業部用油圧ポンプ101は,昇降制御油圧シリンダ95への作動油の供給を制御するための昇降用油圧切換弁111と,傾斜制御油圧シリンダ98に作動油を供給制御するための傾斜制御電磁弁112とに,分流弁113を介して接続されている。
As shown in detail in FIG. 4, the working unit
前記昇降用油圧切換弁111は,作業部ポジションレバー39の手動操作にて切換作動可能に構成されている。傾斜制御電磁弁112は,油圧式昇降機構20の上面に配置されたローリングセンサ(図示省略)及び作業部ポジションセンサ(図示省略)の検出情報に対応した電磁ソレノイドの駆動にて自動的に切換作動するように構成されている。
The raising / lowering
前記作業部ポジションレバー39の手動操作にて昇降用油圧切換弁111が切換作動すると,昇降制御油圧シリンダ95が伸縮駆動して,左右リフトアーム96を昇降回動させる。その結果,左右ロワーリンク21を介してロータリ耕耘機15が昇降動することになる。
When the lifting
また,ローリングセンサ及び作業機ポジションセンサの検出情報に基づいて傾斜制御電磁弁112が自動的に切換作動すると,傾斜制御油圧シリンダ98が伸縮駆動して,ピストンロッド99の長さが変化する。その結果,左右ロワーリンク21を介してロータリ耕耘機15が左右に傾斜することになる。なお,作業部油圧回路103には,リリーフ弁や流量調整弁,チェック弁等も備えている(図4参照)。
Further, when the tilt control
(3).フィルタ再生制御を実行するための構成
次に,図3,図5及び図6を参照しながら,フィルタ再生制御を実行するための構成について説明する。
(3). Configuration for Executing Filter Regeneration Control Next, a configuration for executing filter regeneration control will be described with reference to FIGS. 3, 5, and 6. FIG.
前記トラクタ1に搭載された制御手段としてのコントローラ80は,前記したようにディーゼル機関5を制御するほか,フィルタ50における圧力センサ68の検出情報に基づいて,前記強制作動弁手段における圧力調整弁104の圧力調整にて,作業部用油圧ポンプ101の吐出圧力を増大させることにより,ディーゼル機関5が受け持つエンジン負荷Lを増大させるフィルタ再生制御を実行するものであり,各種演算処理や制御を実行するCPU81の他,制御プログラムやデータを記憶させるためのROM82,制御プログラムやデータを一時的に記憶させるためのRAM83,及び入出力インターフェイス等を備えている。
The
このコントローラ80には,詰まり検出手段としての圧力センサ68と,切換電磁弁106の駆動を制御する電磁ソレノイド107とが接続されている。
The
(4).フィルタ再生制御の説明
次に,図6及び図7を参照しながら,フィルタ再生制御の一例について説明する。
(4). Description of Filter Regeneration Control Next, an example of filter regeneration control will be described with reference to FIGS. 6 and 7.
図6は,前記ディーゼル機関5の駆動時において,その最低のアイドル回転数Roと最高回数Rxとの間における任意のエンジン回転数Rと,このときにおける最高エンジン負荷Lxとのエンジン負荷ラインLPを示しており,このエンジン負荷ラインLPは,実線で示すように,上向き凸の形状であり,このエンジン負荷ラインLPの範囲内において,前記トラクタ1における全ての駆動,つまり,走行駆動,ロータリ耕耘機15の駆動,油圧負荷機構の駆動及びパワーステアリングの駆動等の全ての駆動をトータル的に負担している。
FIG. 6 shows an engine load line LP between an arbitrary engine speed R between the minimum idle speed Ro and the maximum speed Rx and the maximum engine load Lx at the time when the
また,エンジン負荷ラインLPの範囲内における排気ガスの温度は,エンジン負荷に比例するから,前記エンジン負荷ラインLPの内側においては,排気ガスの温度が,前記フィルタ50を再生することが可能な温度(例えば約300℃)の場合における境界ラインBLにて上下に分断される。
Further, since the temperature of the exhaust gas within the range of the engine load line LP is proportional to the engine load, the temperature of the exhaust gas inside the engine load line LP is a temperature at which the
この境界ラインBLを挟んで上側の領域は,フィルタ本体54に堆積したPMを酸化除去できる(酸化触媒53による酸化作用が働く)再生可能領域であり,下側の領域は,PMが酸化除去されずにフィルタ本体54に堆積する再生不能領域である。
The upper region across the boundary line BL is a reproducible region in which PM deposited on the filter
更に,前記境界ラインBLを挟んで上側の再生可能領域のうち,任意のエンジン回転数Rのときにおける最高エンジン負荷Lxよりも適宜負荷ΔL1だけ低い上限エンジン負荷LS1の位置には,上限エンジン負荷ラインLS1′が,一点鎖線で示すように,前記エンジン負荷ラインLPと略平行に延びるように設定されいる。 Further, in the upper reproducible region across the boundary line BL, there is an upper limit engine load line at the position of the upper limit engine load LS1 that is appropriately lower than the maximum engine load Lx at an arbitrary engine speed R by a load ΔL1. LS1 ′ is set so as to extend substantially parallel to the engine load line LP, as indicated by the alternate long and short dash line.
これに加えて,前記境界ラインBLを挟んで上側の領域のうち,前記上限エンジン負荷LS1よりも適宜負荷ΔL2だけ低い下限エンジン負荷LS2の位置には,下限エンジン負荷ラインLS2′が,二点鎖線で示すように,前記エンジン負荷ラインLPと略平行に延びるように設定されている。 In addition, the lower limit engine load line LS2 ′ is a two-dot chain line at the position of the lower limit engine load LS2 that is appropriately lower than the upper limit engine load LS1 by a load ΔL2 in the upper region across the boundary line BL. As shown in FIG. 4, the engine load line LP is set so as to extend substantially in parallel.
これらエンジン負荷ラインLP,上限エンジン負荷ラインLS1′及び下限エンジン負荷ラインLS2′の各々は,コントローラ80のROM82等に,例えばマップとして記憶させる等して,予め設定されているものであり,前記上限エンジン負荷ラインLS1′及び下限エンジン負荷ラインLS2′の両方を,前記強制作動弁手段における切換え作動のトリガーとしている。
Each of the engine load line LP, the upper limit engine load line LS1 ′, and the lower limit engine load line LS2 ′ is set in advance by, for example, storing it as a map in the
図7に示すフローチャートを用いて,フィルタ再生制御の流れを説明する。 The flow of filter regeneration control will be described using the flowchart shown in FIG.
先ず,スタートに続くステップS1において,前記基準圧力値Psと圧力センサ68の検出値Pとを読み込み,ステップS2で,フィルタ本体54にPMが堆積しているか否かを判別し,堆積していないと判別されたとき(NO)には,そのままリターンするが,PMが堆積していると判別されたとき(YES)には,ステップS3に移行する。
First, in step S1 following the start, the reference pressure value Ps and the detected value P of the
このステップS3において,前記エンジン負荷ラインLP上における所定エンジン回転数Rでのエンジン負荷L,及び前記上限エンジン負荷ラインLS1′上における所定エンジン回転数Rでの上限エンジン負荷LS1,並びに前記下限エンジン負荷ラインLS2′上における所定エンジン回転数Rでの下限エンジン負荷LS2を読み込んだのち,ステップS4に移行して,ここで,所定エンジン回転数Rにおけるエンジン負荷Lが,下限エンジン負荷LS2よりも小さいか否かを判別する。 In this step S3, the engine load L at a predetermined engine speed R on the engine load line LP, the upper limit engine load LS1 at the predetermined engine speed R on the upper limit engine load line LS1 ′, and the lower limit engine load. After reading the lower limit engine load LS2 at the predetermined engine speed R on the line LS2 ′, the routine proceeds to step S4, where the engine load L at the predetermined engine speed R is smaller than the lower limit engine load LS2. Determine whether or not.
このステップS4において,所定のエンジン回転数Rにおけるエンジン負荷Lが,下限エンジン負荷LS2よりも小さいと判別されたとき(YES)には,ステップS5に移行し,前記強制作動弁手段における圧力調整弁104を作動させて,切換電磁弁106をパイロット圧付加状態に切換え作動する。
In step S4, when it is determined that the engine load L at the predetermined engine speed R is smaller than the lower limit engine load LS2 (YES), the process proceeds to step S5, and the pressure regulating valve in the forced operation valve means 104 is operated to switch the switching
これにより,前記ディーゼル機関5が受け持つエンジン負荷は,作業部用油圧ポンプ101側の吐出圧力を所定圧だけ増大させる高圧状態にする分だけ増加して,排気ガスの温度が上昇するから,フィルタ本体54の再生が実行される。
As a result, the engine load that the
これに対して,前記ステップS4において,所定エンジン回転数Rにおけるエンジン負荷Lが,下限エンジン負荷LS2よりも大きいと判別されたとき(NO)には,ステップS6に移行することにより,このステップS6において,所定のエンジン回転数Rにおけるエンジン負荷Lが,上限エンジン負荷LS1よりも大きいか否かを判別する。 On the other hand, when it is determined in step S4 that the engine load L at the predetermined engine speed R is greater than the lower limit engine load LS2 (NO), the process proceeds to step S6, thereby shifting to step S6. In step S1, it is determined whether or not the engine load L at a predetermined engine speed R is larger than the upper limit engine load LS1.
このステップS6において,所定のエンジン回転数Rにおけるエンジン負荷Lが,上限エンジン負荷LS1よりも小さいと判別されたとき(NO)には,そのまま,前記強制作動弁手段によるフィルタ本体54の再生実行が継続される。
In this step S6, when it is determined that the engine load L at the predetermined engine speed R is smaller than the upper limit engine load LS1 (NO), the regeneration of the filter
これに対し,前記ステップS6において,所定のエンジン回転数Rにおけるエンジン負荷Lが,上限エンジン負荷LS1よりも大きいと判別されたとき(YES)には,ステップS7に移行して,前記強制作動弁手段における圧力調整弁104の作動を止めて,切換電磁弁106をパイロット圧排出状態に切換え作動することにより,前記強制作動弁手段によるエンジン負荷の増加を解除する。
On the other hand, when it is determined in step S6 that the engine load L at the predetermined engine speed R is larger than the upper limit engine load LS1 (YES), the process proceeds to step S7, and the forced operation valve By stopping the operation of the
次いで,ステップS8において,前記した切換え作動の状態を,適宜の所定時間を経過するまで保持し,この所定時間を経過すると,ステップS9に移行して,ここで,前記ステップS1と同様に,前記基準圧力値Psと圧力センサ68の検出値Pとを読み込んだのち,ステップS10に移行し,このステップS10において,フィルタ本体54にPMが堆積しているか否かを判別する。
Next, in step S8, the state of the switching operation described above is maintained until an appropriate predetermined time elapses, and when this predetermined time elapses, the process proceeds to step S9, where, as in step S1, After reading the reference pressure value Ps and the detected value P of the
前記ステップS10において,フィルタ本体54にPMが堆積していると判別されたとき(YES)には,前記ステップS3の前に戻して,前記したことを繰り返す。 If it is determined in step S10 that PM has accumulated on the filter main body 54 (YES), the process returns to step S3 and the above is repeated.
一方,前記ステップS10において,フィルタ本体54にPMが堆積していないと判別されたとき(NO)には,ステップS11に移行して,前記強制作動弁手段における圧力調整弁104を作動を止めて,切換電磁弁106をパイロット圧排出状態に切換駆動することにより,前記強制作動弁手段によるエンジン負荷の増加を解除する。
On the other hand, when it is determined in step S10 that PM is not deposited on the filter main body 54 (NO), the process proceeds to step S11, and the operation of the
以上の制御により,ディーゼル機関5からの排気ガスに対するフィルタ本体54に詰まりが発生すると,強制作動弁手段にて前記油圧負荷機構における作動油圧が増加されることにより,前記ディーゼル機関5が受け持つエンジン負荷が増大され,排気ガスの温度が高くなるから,前記フィルタ本体54の再生を行なうことができる。
When the filter
この場合,前記強制作動弁手段は,前記エンジン負荷が,当該エンジン負荷のうち最高エンジン負荷Lxよりも適宜負荷ΔL1だけ低い側に設定した上限エンジン負荷LS1を越えたときに,前記油圧負荷機構における作動油圧の増加を解除するように構成されていることにより,前記強制作動弁手段によるエンジン負荷の増加を,前記上限エンジン負荷LS1を越えることがないように規制できる。 In this case, when the engine load exceeds the upper limit engine load LS1 set on the side of the engine load that is appropriately lower than the maximum engine load Lx by a load ΔL1, the forced operation valve means is provided in the hydraulic load mechanism. By being configured to cancel the increase in operating hydraulic pressure, the increase in engine load by the forced operation valve means can be restricted so as not to exceed the upper limit engine load LS1.
この場合,前記エンジン負荷のうち最高エンジン負荷Lxよりも適宜負荷ΔL1だけ低い側に設定した上限エンジン負荷LS1は,これを前記最高エンジン負荷Lxに近づけること,つまり,前記負荷ΔL1を小さくすることにより,排気ガスの温度を高くすることができるが,その反面,前記強制作動弁手段にてエンジン負荷を増加したときに前記ディーゼル機関5に運転停止(エンスト)が発生する頻度が増大することになるから,前記ディーゼル機関5に運転停止(エンスト)が発生する頻度を確実に低減できる程度の値に設定することが好ましく,これにより,前記ディーゼル機関5に運転停止(エンスト)が発生する頻度を確実に低減した状態のもとで,前記フィルタ本体54の確実な再生を実行できる。
In this case, the upper limit engine load LS1, which is set to the side lower than the maximum engine load Lx as appropriate by the load ΔL1, is made closer to the maximum engine load Lx, that is, by reducing the load ΔL1. The temperature of the exhaust gas can be increased, but on the other hand, when the engine load is increased by the forced operation valve means, the frequency at which the operation stop (engine stall) occurs in the
一方,エンジン負荷Lが,前記上限エンジン負荷LS1を越えることで,油圧負荷機構による作動油圧の増加が解除されると,前記エンジン負荷Lは低下する。このエンジン負荷Lの低下が,前記下限エンジン負荷LS2を下回ると,再度,油圧負荷機構による作動油圧の増加が実行されて,エンジン負荷Lが高い状態に保たれる。 On the other hand, when the engine load L exceeds the upper limit engine load LS1, and the increase in the operating hydraulic pressure by the hydraulic load mechanism is released, the engine load L decreases. When the decrease in the engine load L falls below the lower limit engine load LS2, the hydraulic pressure is increased again by the hydraulic load mechanism, and the engine load L is kept high.
この場合,前記下限エンジン負荷LS2は,これを前記上限エンジン負荷LS1に近づけるほど,つまり,前記適宜負荷ΔL2を小さくするほど,排気ガスの温度を高くすることができるからフィルタ本体54の再生を促進できる。 In this case, the lower limit engine load LS2 can increase the temperature of the exhaust gas as it is brought closer to the upper limit engine load LS1, that is, the load ΔL2 is appropriately reduced. it can.
しかし,前記負荷ΔL2を小さくするほど,前記強制作動弁手段における切換え作動が頻繁に行なわれることにより,ハンチングによる制御不安定性を招来するばかりか,前記強制作動弁手段の耐久性の低下を招来することになるから,この点を考慮して設定することが好ましい。 However, the smaller the load ΔL2, the more frequently the switching operation of the forced operation valve means is performed, which not only causes control instability due to hunting, but also decreases the durability of the forced operation valve means. Therefore, it is preferable to set in consideration of this point.
また,前記した制御中のステップS8において,前記強制作動弁手段における切換え作動の状態を,適宜の所定時間を経過するまで保持するようにしていることにより,前記強制作動弁手段における切換え作動の回数を少なくできて,その耐久性を向上できるとともに,ハンチングを防止できて制御の安定性を向上できる。 Further, in step S8 during the above-described control, the state of the switching operation in the forced operation valve means is maintained until an appropriate predetermined time elapses, whereby the number of switching operations in the forced operation valve means. Can be reduced and its durability can be improved, and hunting can be prevented and control stability can be improved.
特に,前記した実施の形態においては,前記ディーゼル機関5におけるエンジン回転数を一定又は略一定に保持した状態で,前記ディーゼル機関5が受け持つエンジン負荷を前記油圧負荷機構にて増減してフィルタ本体54の再生を実行するという構成であり,換言すると,所定のエンジン回転数を維持しながら前記強制作動弁手段を切換え作動するように構成しているから,前記トラクタ1における走行速度や,ロータリ耕耘機15等による各種の作業速度が,前記フィルタ本体54の再生実行によって変動することを確実に回避できる。
In particular, in the above-described embodiment, the
(5).強制作動弁手段の別例
図8には,強制作動弁手段の第2例を示している。
(5). FIG. 8 shows a second example of the forced operation valve means.
この第2例では,第1実施形態のパイロットポンプ102をなくして,切換電磁弁106のポンプ側第1ポート106aを作業部用油圧ポンプ101の吐出側に接続した点において,前述の実施形態と相違している。その他の構成は第1実施形態と同様である。
In this second example, the
更に,この第2例では,図8に示すように,圧力調整弁104を作業部用油圧ポンプ101から吐出される作動油の自己圧によって制御することも可能である。
Furthermore, in this second example, as shown in FIG. 8, the
すなわち,作業部用油圧ポンプ101の吐出側を,切換電磁弁106のポンプ側第1ポート106aに分岐接続し,コントローラ80からの切換指令にて背圧機構105の背圧室105aに自己圧が流入するように構成すればよい。この場合,背圧室105aのピストン断面積を圧力調整弁104の調圧室断面積よりも大きく取ることによって,圧力調整弁104の切換作動(圧力調整)が可能になる。かかる構成を採用すると,第1実施形態の場合よりも必要ポンプ数が少なくて済むので,構成が簡単になり,製造コストの抑制に寄与できるのである。
That is, the discharge side of the working unit
図9には,強制作動弁手段の第3例を示している。 FIG. 9 shows a third example of forced operation valve means.
この第3例では,ON・OFF制御タイプの切換電磁弁106を,背圧室105aへの作動油供給圧力を調節可能なパイロット圧調整電磁弁116に変更した点において,前記した実施形態と相違している。
The third example is different from the above-described embodiment in that the switching
パイロット圧調整電磁弁116は,コントローラ80からの制御情報に基づいた電磁ソレノイド117の励磁にて,背圧機構105の背圧室105aに付加されるパイロット圧を調節するように構成されている。このため,圧力調整弁104における作業部用油圧ポンプ101側の吐出圧力は,パイロット圧調整電磁弁116を経由した作動油供給圧力に応じて調節されることになる。圧力調整弁104における作業部油圧回路103側の圧力は,第1例の実施形態の場合と同様に一定に保持される。
The pilot pressure adjusting
なお,パイロット圧調整電磁弁116は通常(コントローラ80からの制御情報がないとき),圧力調整弁104にパイロット圧を付加しないように設定されている。その他の構成は第1実施形態と同様である。
The pilot pressure adjusting
図10は,強制作動弁手段の第4例を示している。 FIG. 10 shows a fourth example of forced operation valve means.
この第4例では,圧力調整弁104を,作業部用油圧ポンプ101から吐出される作動油の自己圧によって制御するもである。
In the fourth example, the
すなわち,作業部用油圧ポンプ101の吐出側を,パイロット圧調整電磁弁116の吸引側に分岐接続し,コントローラ80からの切換指令にて背圧機構105の背圧室105aに自己圧が流入するように構成したものであり,その他の構成は第1実施形態と同様である。
That is, the discharge side of the working unit
(7).その他
本発明は,前述のように,トラクタに搭載したディーゼル機関に適用した場合に限らず,コンバイン又は乗用型田植機等の走行型農作業車両や,その他の走行車両に搭載したディーゼル機関に対しても適用できることはいうまでもない。
(7). Others As described above, the present invention is not limited to the case where the present invention is applied to a diesel engine mounted on a tractor, but is applied to a traveling agricultural work vehicle such as a combine or a riding rice transplanter, or a diesel engine mounted on another traveling vehicle. It goes without saying that can also be applied.
1 トラクタ
5 ディーゼル機関
30 スロットルレバー
44 燃料噴射ポンプ
50 パティキュレートフィルタ(フィルタ手段)
53 酸化触媒
54 フィルタ本体
68 圧力センサ(詰まり検出手段)
80 制御手段としてのコントローラ
87 電子ガバナ
88 エンジン回転センサ
89 ラック位置(エンジン負荷)センサ
101 作業部用油圧ポンプ(油圧負荷機構)
104 圧力調整弁(強制作動弁手段)
106 切換電磁弁
53
80 Controller as
104 Pressure control valve (forced operation valve means)
106 Switching solenoid valve
Claims (2)
前記ディーゼル機関におけるエンジン回転数を一定又は略一定に保持した状態で,前記ディーゼル機関が受け持つエンジン負荷を前記油圧負荷機構にて増減して前記フィルタ手段の再生を実行することを特徴とするディーゼル機関における排気ガス浄化装置。 A filter means for purifying exhaust gas disposed in an exhaust path from the diesel engine, and a hydraulic load mechanism driven by the diesel engine,
A diesel engine characterized in that regeneration of the filter means is executed by increasing / decreasing an engine load that the diesel engine takes over with the hydraulic load mechanism in a state where the engine speed in the diesel engine is kept constant or substantially constant. Exhaust gas purification device.
前記フィルタ手段に詰まりが発生したとき,前記ディーゼル機関が保持するエンジン回転数に対する最高エンジン負荷よりも低い上限エンジン負荷,該上限エンジン負荷よりも更に低い下限エンジン負荷とを設定した後,前記ディーゼル機関が受け持つエンジン負荷が前記下限エンジン負荷よりも低い場合は,前記強制作動弁手段にて前記油圧負荷機構における作動油圧を増加して,前記フィルタ手段を再生する一方で,前記ディーゼル機関が受け持つエンジン負荷が前記上限エンジン負荷よりも高い場合は,前記強制作動弁手段にて前記油圧負荷機構における作動油圧の増加を解除して,前記フィルタ手段を再生することで,前記ディーゼル機関において所定のエンジン回転数を維持しながら前記強制作動弁手段を切換え作動することを特徴とする請求項1に記載のディーゼル機関における排気ガス浄化装置。 Forcibly operating valve means adapted to switch between a state in which the operating oil pressure in the hydraulic load mechanism is increased and a state in which the increase in operating oil pressure is released;
When the filter means is clogged, after setting an upper limit engine load lower than the maximum engine load with respect to the engine speed held by the diesel engine and a lower limit engine load lower than the upper limit engine load, the diesel engine When the engine load handled by the diesel engine is lower than the lower limit engine load, the forced hydraulic valve means increases the hydraulic pressure in the hydraulic load mechanism to regenerate the filter means, while the diesel engine handles the engine load. Is higher than the upper limit engine load, the increase of the operating hydraulic pressure in the hydraulic load mechanism is canceled by the forced operating valve means, and the filter means is regenerated, so that a predetermined engine speed in the diesel engine is restored. The forced operation valve means is switched and operated while maintaining Exhaust gas purifying device in a diesel engine according to claim 1,.
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