JP2015017589A - Construction machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えばディーゼルエンジン等の排気ガス中から有害物質を除去するのに好適に用いられる排気ガス浄化装置を備えた建設機械に関する。 The present invention relates to a construction machine provided with an exhaust gas purification device that is preferably used to remove harmful substances from exhaust gas such as diesel engines.
一般に、油圧ショベル、油圧クレーン等の建設機械は、自走可能な下部走行体と、該下部走行体上に旋回可能に搭載された上部旋回体と、該上部旋回体の前側に俯仰動可能に設けられた作業装置とにより構成されている。上部旋回体は、旋回フレームの後部に油圧ポンプを駆動するためのエンジンを搭載し、旋回フレームの前側にキャブ、燃料タンク、作動油タンク等を搭載している。 In general, a construction machine such as a hydraulic excavator or a hydraulic crane is capable of a self-propelled lower traveling body, an upper revolving body that is turnably mounted on the lower traveling body, and an up-and-down movable forward of the upper revolving body. And a working device provided. The upper swing body has an engine for driving a hydraulic pump at the rear of the swing frame, and a cab, a fuel tank, a hydraulic oil tank, and the like are mounted on the front side of the swing frame.
ここで、建設機械の原動機となるエンジンには、一般的にディーゼルエンジンが用いられている。このようなディーゼルエンジンから排出される排気ガス中には、例えば粒子状物質(PM:Particulate Matter)、窒素酸化物(NOx)等の有害物質が含まれることがある。このため、建設機械では、エンジンの排気ガス通路を形成する排気管に排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置が設けられている。 Here, a diesel engine is generally used as an engine serving as a prime mover for construction machinery. The exhaust gas discharged from such a diesel engine may contain harmful substances such as particulate matter (PM) and nitrogen oxide (NOx). For this reason, in construction machines, an exhaust gas purification device that purifies exhaust gas is provided in an exhaust pipe that forms an exhaust gas passage of the engine.
排気ガス浄化装置は、排気ガス中に含まれる一酸化窒素(NO)、一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)等を酸化して除去する酸化触媒(例えば、Diesel Oxidation Catalyst、略してDOCとも呼ばれている)と、該酸化触媒の下流側に配置され排気ガス中の粒子状物質を捕集して除去する粒子状物質除去フィルタ(例えば、Diesel Particulate Filter、略してDPFとも呼ばれている)とを含んで構成されている(特許文献1)。 An exhaust gas purifying device is an oxidation catalyst (for example, Diesel Oxidation Catalyst, abbreviated as DOC) that oxidizes and removes nitrogen monoxide (NO), carbon monoxide (CO), hydrocarbon (HC), and the like contained in exhaust gas. And a particulate matter removal filter (for example, Diesel Particulate Filter, abbreviated as DPF for short) that is disposed downstream of the oxidation catalyst and collects and removes particulate matter in the exhaust gas. (Patent Document 1).
ところで、粒子状物質除去フィルタは、粒子状物質が捕集されることに伴って当該フィルタに粒子状物質が堆積し、これによりフィルタが目詰まりする。このため、粒子状物質を一定量捕集した段階で、フィルタから粒子状物質を除去し、フィルタを再生する必要がある。このフィルタの再生は、例えばポスト噴射と呼ばれる再生用の燃料噴射を行う等により排気ガスの温度を上昇させ、フィルタに堆積した粒子状物質を燃焼することにより行うことができる。 By the way, in the particulate matter removing filter, particulate matter accumulates on the filter as the particulate matter is collected, thereby clogging the filter. For this reason, it is necessary to regenerate the filter by removing the particulate matter from the filter when a certain amount of the particulate matter is collected. The regeneration of the filter can be performed by raising the temperature of the exhaust gas by, for example, performing fuel injection for regeneration called post-injection and burning the particulate matter deposited on the filter.
一方、フィルタの再生は、粒子状物質がフィルタに過剰に堆積(過堆積)している状態で行うと、排気ガスの温度が過度に高くなり(粒子状物質の燃焼温度が過度に高くなり)、フィルタが溶損する虞がある。そこで、従来技術によれば、フィルタに捕集される粒子状物質の捕集量を推定(算出)し、その捕集量が過剰になる前に、即ち、予め設定した閾値に達したときに、再生を自動的に行うように構成している(特許文献2)。 On the other hand, if the filter is regenerated when particulate matter is excessively deposited (overdeposited) on the filter, the temperature of the exhaust gas becomes excessively high (the combustion temperature of the particulate matter becomes excessively high). The filter may be melted. Therefore, according to the prior art, the amount of particulate matter collected by the filter is estimated (calculated), and before the amount collected becomes excessive, that is, when a preset threshold value is reached. The reproduction is automatically performed (Patent Document 2).
ところで、フィルタの再生は、建設機械が軽負荷の作業を行っているとき、または、エンジンの回転数(回転速度)が低い低回転状態(ローアイドル状態)で放置(待機)されているときに行われると、排気温度が十分に上昇しないことから、粒子状物質の燃焼が僅かの状態で自動的に終了する。この場合に、軽負荷作業や低回転状態の待機(放置)が継続されると、再生運転と通常運転とが短時間に交互に繰り返され、再生の頻度が増大する。これにより、例えば、ポスト噴射の増大による燃料消費量の増大、粒子状物質の燃焼が不十分なことによる過堆積に繋がるおそれがある。さらには、ポスト噴射に伴ってエンジンのシリンダ内壁面に付着した燃料がオイルパン内に落ち、エンジンオイルに燃料が混入することによるエンジンオイルの希釈化(オイルダイリューション)に繋がるおそれがある。 By the way, filter regeneration is performed when the construction machine is performing a light load operation or when it is left (standby) in a low rotation state (low idle state) where the engine speed (rotation speed) is low. If this is done, the exhaust gas temperature will not rise sufficiently, and the combustion of the particulate matter will automatically end in a slight state. In this case, if the light load work or the low-rotation state standby (leaving) is continued, the regeneration operation and the normal operation are alternately repeated in a short time, and the regeneration frequency increases. This may lead to, for example, an increase in fuel consumption due to an increase in post-injection and an excessive deposition due to insufficient combustion of particulate matter. Furthermore, there is a possibility that the fuel adhering to the cylinder inner wall surface of the engine falls into the oil pan with the post injection, leading to dilution of the engine oil (oil dilution) due to the fuel being mixed into the engine oil.
ここで、軽負荷作業中や低回転状態の待機(放置)のときに再生を行う場合は、油圧ポンプ等からエンジンに負荷を加える制御やエンジン回転数を上昇させる制御を自動的に行い、排気温度を上昇させることが考えられる。しかし、運転状態によっては、排気温度の上昇を十分に確保できず、上述のように再生が繰り返し行われるおそれがある。 Here, when performing regeneration during light-load work or in a low-speed standby state, the engine is automatically controlled to apply a load to the engine from a hydraulic pump, etc., or to increase the engine speed, and exhaust It is conceivable to raise the temperature. However, depending on the operation state, the exhaust gas temperature cannot be sufficiently increased, and the regeneration may be repeatedly performed as described above.
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、再生が短時間に繰り返し行われることを抑制することができる建設機械を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a construction machine that can suppress repeated regeneration in a short time.
本発明の建設機械は、オペレータが搭乗する車体と、該車体に搭載されたエンジンと、該エンジンから排出される排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタを有し前記エンジンの排気側に設けられる排気ガス浄化装置と、該排気ガス浄化装置のフィルタに捕集される粒子状物質を燃焼させることにより該フィルタの再生を行う再生装置とを備えてなる。 The construction machine of the present invention has a vehicle body on which an operator is boarded, an engine mounted on the vehicle body, and a filter that collects particulate matter in exhaust gas discharged from the engine, on the exhaust side of the engine. An exhaust gas purification device is provided, and a regeneration device that regenerates the filter by burning particulate matter collected by the filter of the exhaust gas purification device.
そして、上述した課題を解決するために、請求項1の発明が採用する構成の特徴は、前記再生装置は、前記フィルタに捕集される粒子状物質の捕集量を推定するPM演算手段と、該PM演算手段により推定される推定捕集量を用いて、前記フィルタの再生を自動で行うか否かを判定する自動再生判定手段と、該自動再生判定手段の判定に基づいて行われる自動再生の頻度から、オペレータに対して手動で再生を行うように報知するか否かを判定する手動再生判定手段とを備える構成としたことにある。
And in order to solve the above-mentioned problem, the feature of the configuration adopted by the invention of
請求項2の発明は、前記手動再生判定手段は、前記自動再生判定手段の判定に基づいて行われる自動再生の間隔が予め設定した基準時間以内で、かつ、該基準時間以内の間隔で行われた回数が予め設定した所定回数以上となったときに、オペレータに対して手動で再生を行うように報知する構成としたことにある。 According to a second aspect of the present invention, the manual regeneration determination unit is configured such that an automatic regeneration interval performed based on the determination of the automatic regeneration determination unit is within a preset reference time and at an interval within the reference time. In this case, the operator is informed that the reproduction is performed manually when the number of times exceeds a predetermined number of times set in advance.
請求項3の発明は、前記手動再生判定手段は、前記自動再生判定手段の判定に基づいて行われる自動再生の回数が予め設定した回数計測時間内に予め設定した所定回数以上となったときに、オペレータに対して手動で再生を行うように報知する構成としたことにある。 According to a third aspect of the present invention, the manual regeneration determination unit is configured such that the number of automatic regenerations performed based on the determination of the automatic regeneration determination unit becomes equal to or greater than a predetermined number within a preset number measurement time. In this configuration, the operator is informed to perform manual regeneration.
請求項4の発明は、前記自動再生判定手段は、自動再生を開始した後、排気温度が予め設定した所定の温度未満になると、自動再生を終了する構成としたことにある。 According to a fourth aspect of the present invention, the automatic regeneration determination means is configured to terminate automatic regeneration when the exhaust temperature falls below a predetermined temperature after starting automatic regeneration.
請求項5の発明は、前記自動再生判定手段および手動再生判定手段は、前記PM演算手段により推定される推定捕集量が予め設定した再生終了閾値以下になると、その再生を終了する構成としたことにある。 According to a fifth aspect of the present invention, the automatic regeneration determination unit and the manual regeneration determination unit are configured to terminate the regeneration when the estimated collection amount estimated by the PM calculation unit is equal to or less than a preset regeneration end threshold. There is.
請求項1の発明によれば、自動再生判定手段の判定に基づいて行われる自動再生の頻度から、オペレータに対して手動で再生を行うように報知するか否かを判定する手動再生判定手段を備える構成としている。このため、例えば軽負荷作業中や低回転状態の待機(放置)のときに、自動再生判定手段の判定に基づいて自動再生が行われ、排気温度が十分に上昇しないことから、その再生が短時間に繰り返し行われる傾向になる(頻度が増える)と、手動再生判定手段により、オペレータに対して手動で再生を行うように報知される。 According to the first aspect of the present invention, the manual regeneration determining means for determining whether or not to notify the operator to manually perform regeneration based on the frequency of automatic regeneration performed based on the determination of the automatic regeneration determining means. It is configured to provide. For this reason, for example, during light load work or in a low rotation state standby (left), automatic regeneration is performed based on the determination of the automatic regeneration determination means, and the exhaust temperature does not rise sufficiently, so that regeneration is short. When it tends to be repeatedly performed in time (the frequency increases), the manual regeneration determination means informs the operator to perform regeneration manually.
この場合、オペレータの操作に基づく手動再生は、オペレータの再生を行うとの意識(意図)の下で行われる再生であるため、例えばエンジンの回転数を上昇させて排気温度を十分に高くした上で行うことができる。これにより、フィルタに捕集された粒子状物質を十分に燃焼し、除去することができ、再生が短時間に繰り返し行われることを抑制することができる。この結果、燃料消費量の低減(低燃費化)、過堆積の抑制、エンジンオイルに燃料が混入することによるエンジンオイルの希釈化(オイルダイリューション)の抑制を図ることができ、再生装置、延いては建設機械の安定性、信頼性を向上することができる。 In this case, the manual regeneration based on the operator's operation is regeneration performed with the intention (intention) of performing the regeneration of the operator. For example, the exhaust temperature is increased sufficiently by increasing the engine speed. Can be done. Thereby, the particulate matter collected by the filter can be sufficiently burned and removed, and the regeneration can be suppressed from being repeated repeatedly in a short time. As a result, it is possible to reduce fuel consumption (low fuel consumption), suppress excessive accumulation, and suppress dilution of engine oil (oil dilution) due to fuel mixing into engine oil, As a result, the stability and reliability of the construction machine can be improved.
請求項2の発明によれば、自動再生の間隔が基準時間以内で、かつ、該基準時間以内の間隔で行われた回数が所定回数以上となったときに、オペレータに対して手動で再生を行うように報知する構成としている。このため、自動再生が繰り返し行われる傾向となることを、自動再生の間隔と回数とに基づいて安定して判定することができる。これにより、手動再生を行うべきときに(手動再生が必要なときに)、オペレータに対してその報知を確実に行うことができる。
According to the invention of
請求項3の発明によれば、自動再生の回数が回数計測時間内に所定回数以上となったときに、オペレータに対して手動で再生を行うように報知する構成としている。このため、自動再生が繰り返し行われる傾向となることを、回数計測時間内の自動再生の回数に基づいて安定して判定することができる。これにより、手動再生を行うべきときに(手動再生が必要なときに)、オペレータに対してその報知を確実に行うことができる。 According to the third aspect of the present invention, when the number of times of automatic regeneration becomes equal to or greater than a predetermined number within the number-of-times measurement time, the operator is informed to perform manual regeneration. For this reason, it can be stably determined that the automatic reproduction tends to be repeatedly performed based on the number of automatic reproductions within the number measurement time. Thus, when manual regeneration is to be performed (when manual regeneration is necessary), the operator can be surely notified.
請求項4の発明によれば、自動再生判定手段は、自動再生を開始した後、排気温度が所定の温度未満になると、自動再生を終了する構成としている。このため、排気温度が低く、粒子状物質の十分な燃焼を見込めないときは、自動再生を終了することで、燃料消費量の増大、オイルダイリューションを抑制することができる。一方、自動再生を終了することで、次の自動再生までの間隔が短くなっても、手動再生判定手段により、オペレータに対して手動で再生を行うように報知され、手動再生が行われる。このため、排気温度が低い状態のまま自動再生が継続されることと、自動再生が繰り返し行われることとの両方を抑制することができる。これにより、燃料消費量の低減(低燃費化)、過堆積の抑制、オイルダイリューションの抑制を高次元で図ることができる。 According to the invention of claim 4, the automatic regeneration determination means is configured to terminate the automatic regeneration when the exhaust gas temperature becomes lower than a predetermined temperature after the automatic regeneration is started. For this reason, when the exhaust temperature is low and sufficient combustion of the particulate matter cannot be expected, the increase in fuel consumption and oil dilution can be suppressed by terminating the automatic regeneration. On the other hand, even if the interval until the next automatic regeneration is shortened by ending automatic regeneration, the manual regeneration determining means informs the operator to perform manual regeneration, and manual regeneration is performed. For this reason, it is possible to suppress both the automatic regeneration being continued while the exhaust temperature is low and the repeated automatic regeneration. Thereby, reduction of fuel consumption (low fuel consumption), suppression of excessive deposition, and suppression of oil dilution can be achieved at a high level.
請求項5の発明によれば、自動再生判定手段および手動再生判定手段は、PM演算手段により推定される推定捕集量が再生終了閾値以下になると、その再生を終了する構成としている。このため、再生終了閾値を小さく設定することで、再生直後のフィルタの粒子状物質の量(残存量)を少なくすることができ、次の再生までの間隔を長くすることができる。一方、再生終了閾値を小さく設定すると、自動再生のときに、例えば排気温度が低いことで粒子状物質が十分に燃焼しない場合に、再生終了閾値以下となるまでに長い時間を要したり、再生終了閾値以下にならない可能性がある。
According to the invention of
この場合でも、他の条件を満たしたとき、例えば、排気温度が所定の温度未満になったときに、自動再生を終了することで、排気温度が低い状態のまま自動再生が継続されることを抑制することができる。この場合は、再生終了閾値以下になる前に自動再生が終了するため、次の自動再生までの間隔が短くなるが、この間隔が短くなっても、それが継続すると、手動再生判定手段により、オペレータに対して手動で再生を行うように報知され、手動再生が行われる。このため、次の再生までの間隔を長くすることを確保しつつ、排気温度が低い状態のまま自動再生が継続されることと自動再生が繰り返し行われることとを抑制することができる。 Even in this case, when other conditions are satisfied, for example, when the exhaust gas temperature becomes lower than a predetermined temperature, the automatic regeneration is terminated so that the automatic regeneration is continued with the exhaust gas temperature being low. Can be suppressed. In this case, since the automatic reproduction ends before the reproduction end threshold or less, the interval until the next automatic reproduction is shortened, but even if this interval is shortened, if it continues, the manual regeneration determination means The operator is notified to perform manual regeneration, and manual regeneration is performed. For this reason, it is possible to prevent the automatic regeneration from being continued and the automatic regeneration from being repeatedly performed while ensuring that the interval until the next regeneration is increased, while the exhaust temperature is low.
以下、本発明に係る建設機械の実施の形態を、ミニショベルと呼ばれる小型の油圧ショベルに適用した場合を例に挙げ、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。 Hereinafter, a construction machine according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, taking as an example a case where the construction machine is applied to a small hydraulic excavator called a mini excavator.
図1ないし図6は本発明の第1の実施の形態を示している。図中、1は土砂の掘削作業等に用いられる小型の油圧ショベルである。この油圧ショベル1は、自走可能なクローラ式の下部走行体2と、該下部走行体2上に旋回装置3を介して旋回可能に搭載され、該下部走行体2と共に車体を構成する上部旋回体4と、該上部旋回体4の前側に俯仰動可能に設けられた作業装置5とにより大略構成されている。
1 to 6 show a first embodiment of the present invention. In the figure, 1 is a small hydraulic excavator used for excavation work of earth and sand. The
ここで、作業装置5は、スイングポスト式の作業装置として構成され、例えばスイングポスト5A、ブーム5B、アーム5C、作業具としてのバケット5D、作業装置5を左,右に揺動するスイングシリンダ5E(図2参照)、ブームシリンダ5F、アームシリンダ5Gおよびバケットシリンダ5Hを備えている。上部旋回体4は、後述の旋回フレーム6、外装カバー7、キャブ8、カウンタウエイト9を含んで構成されている。
Here, the working
旋回フレーム6は、上部旋回体4の構造体を形成するもので、該旋回フレーム6は、旋回装置3を介して下部走行体2上に取付けられている。旋回フレーム6には、その後部側に後述のカウンタウエイト9、エンジン10が設けられ、左前側には後述のキャブ8が設けられ、右前側には後述の燃料タンク16が設けられている。旋回フレーム6には、キャブ8の右側から後側にわたって外装カバー7が設けられ、この外装カバー7は、旋回フレーム6、キャブ8およびカウンタウエイト9と共に、エンジン10、油圧ポンプ15、熱交換器17、燃料タンク16、排気ガス浄化装置18等を収容する空間を画成するものである。
The
キャブ8は、旋回フレーム6の左前側に搭載され、該キャブ8は、オペレータが搭乗する運転室を内部に画成している。キャブ8の内部には、オペレータが着座する運転席、各種の操作レバーに加え、後述の報知器27、手動再生スイッチ28(いずれも図3参照)等が配設されている。
The
カウンタウエイト9は、作業装置5との重量バランスをとるもので、該カウンタウエイト9は、後述するエンジン10の後側に位置して旋回フレーム6の後端部に取付けられている。図2に示すように、カウンタウエイト9の後面側は、円弧状をなして形成され、カウンタウエイト9を下部走行体2の車体幅内に収まる構成となっている。
The
10は旋回フレーム6の後側に横置き状態で配置されたエンジンで、該エンジン10は、小型の油圧ショベル1に原動機として搭載されるため、例えば小型のディーゼルエンジンを用いて構成されている。エンジン10には、外気を吸込む吸気管11(図3参照)と、排気ガスを排出する排気ガス通路の一部をなす排気管12とが設けられている。吸気管11は、エンジン10に向けて外気(空気)が流入するもので、その先端側には、外気を清浄化するエアクリーナ13が接続されている。排気管12には、後述の排気ガス浄化装置18が接続して設けられている。
ここで、エンジン10は、電子制御式エンジンにより構成され、燃料の供給量が電子制御噴射弁等の燃料噴射装置14(図3参照)により可変に制御される。即ち、この燃料噴射装置14は、後述のコントローラ29から出力される制御信号に基づいてエンジン10のシリンダ(図示せず)内に噴射される燃料の噴射量(燃料噴射量)を可変に制御する。
Here, the
さらに、燃料噴射装置14は、後述するコントローラ29等と共に再生装置22(図2参照)を構成するもので、燃料噴射装置14は、コントローラ29の制御信号に応じて、例えばポスト噴射と呼ばれる再生処理用の燃料噴射(燃焼工程後の追加噴射)を行う。これにより、排気ガスの温度を上昇させ、後述する排気ガス浄化装置18の粒子状物質除去フィルタ21に堆積した粒子状物質を燃焼し除去する構成となっている。
Further, the
油圧ポンプ15は、エンジン10の左側に取付けられ、該油圧ポンプ15は、作動油タンク(図示せず)と共に油圧源を構成するものである。油圧ポンプ15は、エンジン10によって駆動されることにより制御弁(図示せず)に向けて圧油(作動油)を吐出するものである。油圧ポンプ15は、例えば可変容量型の斜板式、斜軸式またはラジアルピストン式油圧ポンプによって構成される。なお、油圧ポンプ15は、必ずしも可変容量型の油圧ポンプに限らず、例えば固定容量型の油圧ポンプを用いて構成してもよい。
The
燃料タンク16は、キャブ8の右側に位置して旋回フレーム6上に設けられ、図示しない作動油タンク等と共に外装カバー7に覆われている。燃料タンク16は、例えば略直方体状の耐圧タンクとして形成され、エンジン10に供給される燃料を貯えるものである。
The
熱交換器17は、エンジン10の右側に位置して旋回フレーム6上に設けられ、この熱交換器17は、例えばラジエータ、オイルクーラ、インタクーラを含んで構成されている。即ち、熱交換器17は、エンジン10の冷却を行うと共に、作動油タンクに戻される圧油(作動油)の冷却も行うものである。
The
次に、エンジン10から排出される排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置18について説明する。
Next, the exhaust
即ち、18はエンジン10の排気側に設けられた排気ガス浄化装置を示している。図2に示すように、排気ガス浄化装置18は、エンジン10の上部左側で、例えば油圧ポンプ15の上側となる位置に配設され、その上流側はエンジン10の排気管12が接続されている。排気ガス浄化装置18は、排気管12と共に排気ガス通路を構成し、上流側から下流側に排気ガスが流通する間に、この排気ガスに含まれる有害物質を除去するものである。
That is,
即ち、ディーゼルエンジンからなるエンジン10は、高効率で耐久性にも優れている。しかし、エンジン10の排気ガス中には、粒子状物質(PM)、窒素酸化物(NOx)、一酸化炭素(CO)等の有害物質が含まれている。このため、図3に示すように、排気管12に取付けられる排気ガス浄化装置18は、排気ガス中の一酸化炭素(CO)等を酸化して除去する後述の酸化触媒20と、排気ガス中の粒子状物質(PM)を捕集して除去する後述の粒子状物質除去フィルタ21とを含んで構成されている。
That is, the
図3に示すように、排気ガス浄化装置18は、例えば複数の筒体を前,後で着脱可能に連結して構成された筒状のケーシング19を有している。このケーシング19内には、酸化触媒20と、フィルタとしての粒子状物質除去フィルタ21(以下、フィルタ21という)とが取外し可能に収容されている。
As shown in FIG. 3, the exhaust
酸化触媒20は、例えばケーシング19の内径寸法と同等の外径寸法をもったセラミックス製のセル状筒体からなるものである。酸化触媒20内には、その軸方向に多数の貫通孔(図示せず)が形成され、その内面に貴金属がコーティングされている。酸化触媒20は、所定の温度条件のもとで各貫通孔内に排気ガスを流通させることにより、この排気ガスに含まれる一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)等を酸化して除去し、窒素酸化物(NO)を二酸化窒素(NO2)として除去するものである。
The
一方、フィルタ21は、ケーシング19内で酸化触媒20の下流側に配置されている。フィルタ21は、エンジン10から排出される排気ガス中の粒子状物質を捕集すると共に、捕集した粒子状物質を燃焼して除去することにより排気ガスの浄化を行うものである。このために、フィルタ21は、例えばセラミックス材料からなる多孔質な部材に軸方向に多数の小孔(図示せず)を設けたセル状筒体により構成されている。これにより、フィルタ21は、多数の小孔を介して粒子状物質を捕集し、捕集した粒子状物質は、後述の再生装置22の再生処理によって燃焼して除去される。この結果、フィルタ21は再生される。
On the other hand, the
次に、フィルタ21の再生を行う再生装置22について説明する。
Next, the
即ち、22は排気ガス浄化装置18のフィルタ21に捕集される粒子状物質を燃焼させることにより該フィルタ21の再生を行う再生装置を示している。再生装置22は、前述の燃料噴射装置14、後述の回転センサ23、圧力センサ24,25、排気温センサ26、報知器27、手動再生スイッチ28、コントローラ29を含んで構成されている。再生装置22は、コントローラ29の指令信号(制御信号)に応じて燃料噴射装置14によりポスト噴射を行う。これにより、後述するように、排気管12内の排気ガスの温度を上昇させ、フィルタ21に堆積した粒子状物質を燃焼し除去する構成となっている。
That is,
ここで、再生装置22は、コントローラ29の判定により自動的に、即ち、オペレータの操作に基づくことなく再生を自動で行う自動再生機能と、コントローラ29の判定によりオペレータに対して手動で再生を行うように報知し、オペレータの操作に基づいて再生を行う手動再生機能とを有している。
Here, the reproducing
回転センサ23は、エンジン10の回転数(回転速度)Nを検出するもので、該回転センサ23は、エンジン10の回転数Nを検出し、その検出信号を後述のコントローラ29に出力する。コントローラ29は、例えば、回転センサ23で検出したエンジン回転数Nと、燃料噴射装置14で噴射された燃料噴射量Fと、後述の排気温センサ26で検出した排気温度(排気ガス温度)Tとに基づいて、フィルタ21に捕集される粒子状物質の捕集量を推定し、その推定捕集量である第1の推定捕集量H1に基づいて、再生を行うか否かの判定を行う。なお、燃料噴射量Fは、例えば、エンジン10の吸気側に設けられた図示しないエアフロメータ(空気流量計)から検出される吸入空気量とエンジン回転数Nとから求めることができる他、例えばコントローラ29から燃料噴射装置14に出力される制御信号(燃料噴射指令)から算出することもできる。
The
圧力センサ24,25は、排気ガス浄化装置18のケーシング19に設けられている。図3に示すように、圧力センサ24,25は、フィルタ21の入口側(上流側)と出口側(下流側)とに互いに離間して配置され、それぞれの検出信号を後述のコントローラ29に出力する。コントローラ29は、圧力センサ24で検出した入口側の圧力P1と圧力センサ25で検出した出口側の圧力P2とにより差圧ΔPを算出すると共に、その差圧ΔPと排気温度Tと排気ガス流量とに基づいてフィルタ21に捕集される粒子状物質の捕集量を推定し、その推定捕集量である第2の推定捕集量H2に基づいて、再生を行うか否かの判定を行う。
The
排気温センサ26は、排気温度(排気ガス温度)Tを検出するものである。図3に示すように、排気温センサ26は、排気ガス浄化装置18のケーシング19に取付けられ、例えば排気管12側から排出される排気ガスの温度Tを検出する。排気温センサ26で検出したフィルタ21の上流側の排気温度Tは、検出信号として後述のコントローラ29に出力される。排気温度Tは、フィルタ21に捕集される粒子状物質の捕集量の推定、自動再生の終了の判定等に用いられる。
The
報知器27は、キャブ8内で運転席の近傍に設けられている。報知器27は、コントローラ29に接続され、該コントローラ29からの指令(報知信号)に基づいて、オペレータに対して手動再生を行うように報知する。ここで、報知器27は、報知音を発するブザー、音声を発するスピーカ、報知内容を表示するライトもしくはモニタ等により構成することができる。報知器27は、コントローラ29が手動再生を行う必要があると判定した場合に、該コントローラ29からの指令(報知信号)に基づいて、その旨の報知音、報知表示を発する。
The
手動再生スイッチ28は、キャブ8内で運転席の近傍に設けられている。手動再生スイッチ28は、後述のコントローラ29に接続され、オペレータの操作に基づいてコントローラ29に対して再生(手動再生)を行う旨の信号を出力するものである。即ち、報知器27からの報知(手動再生の報知)により、オペレータが手動再生スイッチ28を操作すると、手動再生スイッチ28からコントローラ29に対してスイッチが操作された旨の信号が出力される。これにより、コントローラ29は、燃料噴射装置14に対して再生(ポスト噴射)を行う旨の指令(制御信号)を出力し、これにより、オペレータの手動による再生(手動再生)を行う構成となっている。
The
コントローラ29は、マイクロコンピュータ等からなり、該コントローラ29は、その入力側が燃料噴射装置14、回転センサ23、圧力センサ24,25、排気温センサ26、手動再生スイッチ28、図示しないエアフロメータ(空気流量計)等に接続されている。コントローラ29の出力側は、燃料噴射装置14、報知器27等に接続されている。コントローラ29は、ROM,RAM等からなる記憶部29Aを有し、この記憶部29A内には、後述の図4および図5に示す再生処理用の処理プログラム、予め作成された粒子状物質の捕集量を推定するための第1のマップ、第2のマップ、計算式、予め設定された図6に示す再生開始閾値Ht[g/l]、再生終了閾値He[g/l]、基準時間α[hr]、回数閾値β[回]等が格納されている。さらに、記憶部29Aには、後述する自動再生の間隔A[hr]、自動再生の回数B[回]が記憶される。
The
ここで、第1のマップは、エンジン10の回転数Nと燃料噴射量Fとに基づいてエンジン10から排出される粒子状物質の排出量Hmを求めるためのものである。具体的には、第1のマップは、例えばエンジン回転数Nと燃料噴射量Fと粒子状物質の排出量Hmとの対応関係を予め実験、計算、シミュレーション等により求め、その対応関係をマップとして作成したものである。捕集量を推定するための計算式は、第1の推定捕集量をH1とし、第1のマップにより求められた粒子状物質の排出量をHmとし、再生によりフィルタ21から除去される粒子状物質の量(再生量)をJとした場合に、下記の数1式として表すことができる。
Here, the first map is for obtaining the discharge amount Hm of the particulate matter discharged from the
この場合、再生により除去される粒子状物質の量、即ち、再生量Jは、例えば、エンジン回転数Nと燃料噴射量Fとから求められる排気ガスの流量と、排気温度Tと、エンジン回転数Nと燃料噴射量Fとから求められる窒素酸化物(NOx)の排出量に排気温度Tを加味して求められるNO2転換率との関係から算出することができる。 In this case, the amount of particulate matter removed by regeneration, that is, the regeneration amount J is, for example, the exhaust gas flow rate obtained from the engine speed N and the fuel injection amount F, the exhaust temperature T, and the engine speed. It can be calculated from the relationship with the NO 2 conversion rate obtained by adding the exhaust gas temperature T to the nitrogen oxide (NOx) emission amount obtained from N and the fuel injection amount F.
一方、第2のマップは、フィルタ21の差圧ΔPに基づいて捕集量を推定するためのものである。具体的には、第2のマップは、例えば、差圧ΔPと排気ガスの流量と第2の推定捕集量H2との対応関係を予め実験、計算、シミュレーション等により求め、その対応関係をマップとして作成したものである。なお、排気ガスの流量は、例えばエンジン回転数Nと燃料噴射量Fとから求めることができる。フィルタ21の差圧ΔPは、圧力センサ24で検出した入口側の圧力をP1とし圧力センサ25で検出した出口側の圧力P2とした場合に、下記の数2式により算出する。
On the other hand, the second map is for estimating the collection amount based on the differential pressure ΔP of the
次に、図6を参照して述べるに、再生開始閾値Ht[g/l]は、自動再生を行うか否かを判定するための推定捕集量Hの閾値である。即ち、再生開始閾値Htは、上述の第1のマップと計算式により推定された第1の推定捕集量H1、および/または、上述の第2のマップにより推定された第2の推定捕集量H2が、再生開始閾値Ht以上になったときに、自動再生が必要と判定するための判定値となる。換言すれば、再生開始閾値Htは、フィルタ21に捕集された粒子状物質が該フィルタ21の再生処理に必要な捕集量になったか否かを判定する判定値である。このために、再生開始閾値Htは、再生処理を適切な状態、例えば、フィルタ21に十分な粒子状物質が捕集された状態で行えるように、予め実験、計算、シミュレーション等に基づいてその値を設定する。これにより、フィルタ21に粒子状物質が十分に捕集されたときに、再生装置22により再生処理を安定して行うことができる。
Next, as will be described with reference to FIG. 6, the regeneration start threshold value Ht [g / l] is a threshold value of the estimated collection amount H for determining whether or not to perform automatic regeneration. That is, the regeneration start threshold value Ht is the first estimated collection amount H1 estimated by the above-mentioned first map and the calculation formula and / or the second estimated collection estimated by the above-mentioned second map. When the amount H2 is equal to or greater than the regeneration start threshold value Ht, this is a determination value for determining that automatic regeneration is necessary. In other words, the regeneration start threshold Ht is a determination value for determining whether or not the particulate matter collected by the
一方、再生終了閾値He[g/l]は、再生を終了するか否かを判定するための推定捕集量Hの閾値である。即ち、再生終了閾値Heは、上述の第1のマップと計算式により推定された第1の推定捕集量H1、および/または、上述の第2のマップにより推定された第2の推定捕集量H2が、再生終了閾値He以下になったときに、フィルタ21の粒子状物質が十分に燃焼し除去されたと判定するための判定値となる。換言すれば、再生終了閾値Heは、再生により粒子状物質を燃焼し除去したときにフィルタ21の粒子状物質の量が許容残存量まで低減したか否かを判定する判定値である。再生終了閾値Heは、例えば、小さく設定する程、次の再生までにフィルタ21で捕集できる粒子状物質の量を多くすることができる。即ち、再生終了閾値Heを小さく設定する程、次の再生までの間隔を長くすることができる。そこで、再生終了閾値Heは、再生を適切なときに終了できるように、予め実験、計算、シミュレーション等に基づいてその値を設定する。
On the other hand, the regeneration end threshold value He [g / l] is a threshold value of the estimated collection amount H for determining whether or not to end the regeneration. That is, the regeneration end threshold value He is the first estimated collection amount H1 estimated by the above-described first map and calculation formula and / or the second estimated collection estimated by the above-mentioned second map. When the amount H2 becomes equal to or less than the regeneration end threshold value He, it becomes a determination value for determining that the particulate matter of the
さらに、基準時間α[hr]および回数閾値β[回]は、自動再生が短時間に繰り返し行われているか否かを判定するための判定値である。即ち、基準時間αおよび回数閾値βは、自動再生の間隔Aが予め設定した基準時間α以内で、かつ、該基準時間α以内の間隔で行われた回数Bが予め設定した所定回数である回数閾値β以上となったときに、自動再生と通常運転とが短時間に繰り返し行われていると判定する判定値となる。これら基準時間αおよび回数閾値βは、軽負荷作業や低回転状態の待機(放置)が継続されることにより排気温度Tが十分に上昇せずに自動再生が繰り返し行われていることを適切に判定できるように、予め実験、計算、シミュレーション等に基づいてその値を設定する。 Furthermore, the reference time α [hr] and the frequency threshold value β [times] are determination values for determining whether or not automatic regeneration is repeatedly performed in a short time. That is, the reference time α and the number of times threshold β are the number of times that the automatic reproduction interval A is within a preset reference time α and the number of times B performed at an interval within the reference time α is a preset predetermined number of times. When the threshold value β is equal to or greater than the threshold value β, the determination value is determined to determine that automatic regeneration and normal operation are repeatedly performed in a short time. The reference time α and the number of times threshold β appropriately indicate that the automatic regeneration is repeatedly performed without the exhaust temperature T sufficiently rising by continuing the light load work or the low-speed state standby (leaving). The value is set in advance based on experiments, calculations, simulations, etc. so that the determination can be made.
コントローラ29は、後述する図4および図5の処理プログラムに従って、オペレータの操作に基づくことなく再生を自動で行う自動再生処理の制御と、オペレータに対して手動で再生を行うように報知し、オペレータの操作に基づいて再生を行う手動再生処理の制御とを行う。
The
即ち、コントローラ29は、フィルタ21に捕集される粒子状物質の捕集量を推定する(PM演算手段)。この捕集量の推定は、少なくともエンジン回転数Nと燃料噴射量Fと排気温度Tに基づいて推定することができる(第1の推定手段)。また、捕集量の推定は、少なくともフィルタ21の差圧ΔPに基づいて推定することができる(第2の推定手段)。捕集量の推定は、第1の推定手段と第2の推定手段との何れか一方を用いて、または、両方を用いて行うことができる。運転状況に応じて、そのときの精度の高い推定手段を用いるようにしてもよい。さらに、第1,第2の推定手段以外の推定手段を用いて粒子状物質の捕集量を推定してもよい。
That is, the
何れにしても、コントローラ29は、推定された捕集量を推定捕集量Hとすると、該推定捕集量Hを用いてフィルタ21の再生を自動で行うか否かの判定を行う(自動再生判定手段)。例えば、コントローラ29は、推定捕集量H、より具体的には、第1の推定手段により推定された第1の推定捕集量H1と第2の推定手段により推定された第2の推定捕集量H2とのうちの少なくとも何れか一方が、再生開始閾値Ht以上となったか否かにより、自動再生を行うか否かを判定することができる。コントローラ29は、自動再生が必要である(再生開始閾値Ht以上となった)と判定したときは、例えば燃料噴射装置14にポスト噴射する旨の制御信号を出力し、オペレータの操作を介することなく自動で再生を行う自動再生処理の制御を行う。
In any case, when the estimated collection amount is the estimated collection amount H, the
ここで、自動再生処理は、自動再生を開始した後、推定捕集量H(第1の推定捕集量H1と第2の推定捕集量H2とのうちの少なくとも何れか一方)が、予め設定した再生終了閾値He以下になると、その再生を終了する。これに加えて、自動再生処理は、自動再生を開始した後、排気温度Tが予め設定した所定の温度、即ち、排気温度閾値Tt未満になると、推定捕集量H(第1の推定捕集量H1、第2の推定捕集量H2)が再生終了閾値He以下にならなくても、自動再生を終了する。排気温度Tが低いまま再生処理を継続しても、粒子状物質を十分に燃焼し除去することができず、ポスト噴射により燃料消費量が増大するのに対して粒子状物質の燃焼、除去が進まない状態となるのを阻止するためである。排気温度閾値Ttは、例えば、再生を行う上で許容できる効率を得られる排気温度Tの境界値となるように、予め実験、計算、シミュレーション等に基づいてその値を設定する。 Here, in the automatic regeneration process, after the automatic regeneration is started, the estimated collection amount H (at least one of the first estimated collection amount H1 and the second estimated collection amount H2) When the playback end threshold value He is set or less, the playback ends. In addition, in the automatic regeneration process, after the automatic regeneration is started, when the exhaust temperature T becomes lower than a predetermined temperature set in advance, that is, the exhaust temperature threshold value Tt, the estimated collection amount H (first estimated collection amount). Even if the amount H1 and the second estimated collection amount H2) are not less than or equal to the regeneration end threshold value He, the automatic regeneration is terminated. Even if the regeneration process is continued while the exhaust temperature T is low, the particulate matter cannot be sufficiently burned and removed, and the fuel consumption increases due to post injection, whereas the particulate matter is burned and removed. This is to prevent the state from progressing. The exhaust gas temperature threshold value Tt is set in advance based on experiments, calculations, simulations, and the like so as to be, for example, a boundary value of the exhaust gas temperature T that can obtain an efficiency acceptable for regeneration.
ところで、再生は、排気温度Tが十分に高いと、図6中に二点鎖線の特性線30で示すように、推定捕集量H(第1の推定捕集量H1、第2の推定捕集量H2)が再生終了閾値He以下になるまで行われる。一方、自動再生が、例えば、軽負荷作業を行っているとき、または、エンジン10の回転数(回転速度)Nが低い低回転状態(ローアイドル状態)で放置(待機)されているときに行われると、排気温度Tが十分に上昇しないことから、図6中に実線の特性線31で示すように、粒子状物質の燃焼が僅かの状態で自動的に終了する。この場合に、軽負荷作業や低回転状態の待機(放置)が継続されると、自動再生と通常運転とが短時間に交互に繰り返される状態が継続され、自動再生の頻度が増大する。そして、図6中に二点鎖線の特性線32で示すように、自動再生と通常運転との繰り返しが過剰に継続すると、例えば、ポスト噴射の増大による燃料消費量の増大、粒子状物質の燃焼が不十分なことによる過堆積に繋がるおそれがある。さらには、ポスト噴射に伴ってエンジンのシリンダ内壁面に付着した燃料がオイルパン内に落ち、エンジンオイルに燃料が混入することによるエンジンオイルの希釈化(オイルダイリューション)に繋がるおそれがある。
By the way, in the regeneration, when the exhaust gas temperature T is sufficiently high, as shown by a two-dot chain
そこで、本実施の形態では、コントローラ29は、自動再生の頻度から、オペレータに対して手動で再生を行うように報知するか否かを判定する(手動再生判定手段)。コントローラ29は、自動再生の頻度が高くなり手動再生が必要であると判定したときは、オペレータに対して手動で再生を行うように報知する。より具体的には、コントローラ29は、自動再生の間隔A(図6中のA1、A2、A3、A4)が予め設定した基準時間α以内で、かつ、該基準時間α以内の間隔で行われた自動再生の回数B(図6中のB1、B2、B3、B4の回数)が予め設定した回数閾値β以上となったときに、コントローラ29は、手動再生が必要である(自動再生処理が正常でない)と判定し、オペレータに対して手動で再生を行うように報知するための信号(報知信号)を報知器27に出力する。これにより、報知器27から報知音、報知表示が発せられ、オペレータは、手動再生スイッチ28を操作し、コントローラ29は、オペレータの操作を条件に再生を行う手動再生処理の制御を行う。
Therefore, in the present embodiment, the
ここで、手動再生処理は、オペレータの再生を行うとの意図(意識)の下で行われるため、例えばエンジン10の回転数Nを上昇させて排気温度Tを高くした上で行うことができる。この場合は、必要に応じて、オペレータは作業を行わないようにする(再生を主目的とした運転にする)。これにより、図6中に実線の特性線33で示すように、フィルタ21に捕集された粒子状物質を十分に燃焼し、除去することができ、再生が短時間に繰り返し行われることを抑制することができる。手動再生処理も、自動再生処理と同様に、その再生を開始した後、推定捕集量H(第1の推定捕集量H1と第2の推定捕集量H2とのうちの少なくとも何れか一方)が、予め設定した再生終了閾値He以下になると、その再生を終了する。このような手動再生処理と上述の自動再生処理を含む、コントローラ29により実行される図4および図5に示す再生処理については、後述する。
Here, since the manual regeneration process is performed under the intention (consciousness) of performing the regeneration by the operator, it can be performed, for example, by increasing the engine speed N and increasing the exhaust temperature T. In this case, if necessary, the operator does not perform the operation (the operation is mainly performed for regeneration). As a result, as shown by the solid
なお、排出口34は、排気ガス浄化装置18の下流側に設けられ、該排出口34は、フィルタ21よりも下流側に位置してケーシング19の出口側に接続されている。この排出口34は、例えば浄化処理された後の排気ガスを大気中に放出する煙突、消音器を含んで構成される。
The
第1の実施の形態による油圧ショベル1は、上述の如き構成を有するもので、次に、その動作について説明する。
The
油圧ショベル1のオペレータは、上部旋回体4のキャブ8に搭乗し、エンジン10を始動して油圧ポンプ15を駆動する。これにより、油圧ポンプ15からの圧油は、制御弁を介して各種アクチュエータに供給される。キャブ8に搭乗したオペレータが走行用の操作レバーを操作したときには、下部走行体2を前進または後退させることができる。
The operator of the
一方、キャブ8内のオペレータが作業用の操作レバーを操作することにより、作業装置5を俯仰動させて土砂の掘削作業等を行うことができる。この場合、小型の油圧ショベル1は、上部旋回体4による旋回半径が小さいため、例えば市街地のように狭い作業現場でも、上部旋回体4を旋回駆動しながら側溝堀作業等を行うことができる。
On the other hand, when the operator in the
エンジン10の運転時には、その排気管12から有害物質である粒子状物質が排出される。このときに排気ガス浄化装置18は、酸化触媒20によって排気ガス中の炭化水素(HC)、窒素酸化物(NO)、一酸化炭素(CO)を酸化除去することができる。フィルタ21は、排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集する。これにより、浄化した排気ガスを下流側の排出口34を通じて外部に排出することができる。さらに、捕集した粒子状物質は、再生装置22によって燃焼し除去(再生)される。
During operation of the
次に、再生装置22により行われる再生処理について、図4および図5の流れ図を用いて説明する。なお、図4および図5の処理は、コントローラ29に通電している間、コントローラ29により所定の制御時間毎に(所定のサンプリング周波数で)繰り返し実行される。
Next, playback processing performed by the
アクセサリON、または、エンジン10の始動(イグニッションON)により、コントローラ29に通電が開始され、図4の処理動作がスタートすると、ステップ1では、粒子状物質の捕集量の推定を行う。この捕集量の推定は、例えば、次の(a)または(b)のうちの少なくとも何れかによりに行うことができる。
When the accessory is turned ON or the
(a).エンジン10のエンジン回転数Nと、燃料噴射装置14から噴射される燃料噴射量Fと、エンジン10から排出される排気ガスの排気温度Tに基づいて、フィルタ21に捕集される粒子状物質の捕集量、即ち、第1の推定捕集量H1を推定(算出)する。
(A). Based on the engine speed N of the
(b).フィルタ21の差圧ΔPに基づいて、該フィルタ21に捕集される粒子状物質の捕集量、即ち、第2の推定捕集量H2を推定(算出)する。
(B) Based on the pressure difference ΔP of the
ここで、上記(a)の第1の推定捕集量H1は、コントローラ29の記憶部29Aに格納された第1のマップと計算式とを用いて推定することができる。即ち、エンジン回転数Nと燃料噴射量Fとから前述の第1のマップを用いて単位時間当たりの排出量を求めると共に、その排出量を積算することにより、運転開始から現時点までの合計の排出量Hmを求める。上述した数1式に基づいて、合計の排出量Hmから、現時点までの再生処理で除去された粒子状物質の量(再生量)Jを減ずることにより、現時点の第1の推定捕集量H1を推定することができる。なお、エンジン回転数Nは、回転センサ23から読込む。燃料噴射量Fは、例えば、エンジン10の吸気側に設けられた図示しないエアフロメータ(空気流量計)から検出される吸入空気量とエンジン回転数Nとから求めることができる他、例えばコントローラ29から燃料噴射装置14に出力される制御信号(燃料噴射指令)から算出することもできる。排気温度Tは、排気温センサ26から読込む。
Here, the first estimated collection amount H1 in (a) can be estimated using the first map and the calculation formula stored in the
上記(b)の第2の推定捕集量H2は、コントローラ29の記憶部29Aに格納された前述の第2のマップを用いて推定することができる。即ち、差圧ΔPと排気ガス流量と推定捕集量H1とを対応させた第2のマップに基づいて、現時点の第2の推定捕集量H2を推定することができる。なお、差圧ΔPは、圧力センサ24から読込んだフィルタ21の上流側の圧力P1と、圧力センサ25から読込んだ下流側の圧力P2とから、上述の数2式を用いて演算することができる。
The second estimated collection amount H2 in (b) can be estimated using the above-described second map stored in the
ステップ1で、推定捕集量H(第1の推定捕集量H1と第2の推定捕集量H2とのうちの少なくとも何れか)を求めた(算出した)ならば、ステップ2に進む。ステップ2では、自動再生を行うか否かの判定を行う。具体的には、例えば、推定捕集量H(第1の推定捕集量H1および/または第2の推定捕集量H2)が予め設定した再生開始閾値Ht以上であるか否かにより、自動再生を行うか否かの判定を行う。このステップ2で、「NO」、即ち、推定捕集量H(両方の推定捕集量H1,H2)が再生開始閾値Htよりも小さいと判定された場合は、フィルタ21に再生が必要な程、粒子状物質が捕集されていない(フィルタ21が目詰まりしていない)と考えられる。この場合は、ステップ1の前に戻り、ステップ1以降の処理を繰り返す。
If the estimated collection amount H (at least one of the first estimated collection amount H1 and the second estimated collection amount H2) is obtained (calculated) in
一方、ステップ2で、「YES」、即ち、推定捕集量H(少なくとも何れか一方の推定捕集量H1,H2)が再生開始閾値Ht以上であると判定された場合は、フィルタ21の再生が必要な程、フィルタ21に粒子状物質が捕集されていると考えられる。そこで、この場合は、ステップ3に進む。ステップ3では、自動再生を行うべきか手動再生を行うべきかの判定を行う。即ち、ステップ3では、自動再生の間隔Aが基準時間α以内で、かつ、該基準時間α以内の間隔で行われた自動再生の回数Bが回数閾値β以上であるか否かを判定する。
On the other hand, if it is determined in
ステップ3で、「NO」、即ち、自動再生の間隔Aが基準時間α以内でない、または、基準時間α以内の間隔で行われた回数Bが回数閾値β以上でないと判定された場合は、手動再生を行う程、自動再生の頻度が高くなっていないと考えられる。この場合は、ステップ4に進み、自動再生を開始する。即ち、ステップ4では、コントローラ29から燃料噴射装置14にポスト噴射する旨の制御信号を出力する。これにより、エンジン10からの排気ガスの温度(排気温度T)を上昇させ、フィルタ21に捕集(堆積)された粒子状物質を燃焼し除去する。
If it is determined in step 3 that “NO”, that is, the automatic reproduction interval A is not within the reference time α or the number of times B performed at the interval within the reference time α is not equal to or greater than the number threshold β, manual It is considered that the frequency of automatic reproduction is not increased as the reproduction is performed. In this case, the process proceeds to step 4 to start automatic reproduction. That is, in step 4, a control signal indicating that post injection is performed from the
続くステップ5では、自動再生を終了すべきか否かを排気温度Tに基づいて判定する。即ち、排気温度Tが低いまま再生処理を継続すると、ポスト噴射により燃料消費量が増大するのに対して粒子状物質の燃焼、除去が進まない状態となるおそれがある。そこで、ステップ5では、排気温度Tが排気温度閾値Tt以上であるか否かを判定する。排気温度Tは排気温センサ26から読込む。
In the
ステップ5で、「NO」、即ち、排気温度Tが排気温度閾値Tt未満であると判定された場合は、自動再生を終了する。そして、ステップ1の前に戻り、ステップ1以降の処理を繰り返す。一方、ステップ5で、「YES」、即ち、排気温度Tが排気温度閾値Tt以上であると判定された場合は、ステップ6に進む。ステップ6では、上述のステップ1と同様に、粒子状物質の捕集量の推定を行う。続くステップ7では、ステップ6で求めた(推定した)推定捕集量H(第1の推定捕集量H1と第2の推定捕集量H2とのうちの少なくとも何れか)に基づいて、自動再生を終了するか否かの判定を行う。即ち、ステップ7では、例えば、推定捕集量H(第1の推定捕集量H1および/または第2の推定捕集量H2)が予め設定した再生終了閾値He以下であるか否かにより、自動再生を終了するか否かの判定を行う。
If “NO” in
ステップ7で、「NO」、即ち、推定捕集量H(両方の推定捕集量H1,H2)が再生終了閾値Heよりも大きいと判定された場合は、再生により燃焼し除去した粒子状物質の量が未だ十分でない、換言すれば、フィルタ21に残存する粒子状物質の量が多いと考えられる。この場合は、ステップ5の前に戻り、ステップ5以降の処理を繰り返す。一方、ステップ7で、「YES」、即ち、推定捕集量H(少なくとも一方推定捕集量H1,H2)が再生終了閾値He以下であると判定された場合は、自動再生処理によりフィルタ21の粒子状物質が十分に燃焼し除去されたと考えられる。この場合は、自動再生を終了し、リターンを介してスタートに戻り、ステップ1以降の処理を繰り返す。
If it is determined in
一方、ステップ3で、「YES」、即ち、自動再生の間隔Aが基準時間α以内で、かつ、基準時間α以内の間隔で行われた自動再生の回数Bが回数閾値β以上であると判定された場合は、自動再生の頻度が高く、手動再生を行うことが必要と考えられる。この場合は、ステップ8の手動再生処理に進む。
On the other hand, in step 3, “YES”, that is, it is determined that the automatic reproduction interval A is within the reference time α and the automatic reproduction number B performed at an interval within the reference time α is equal to or greater than the number threshold β. In such a case, the frequency of automatic regeneration is high, and it is considered necessary to perform manual regeneration. In this case, the process proceeds to the manual regeneration process in
ステップ8の手動再生処理は、図5に示すステップ11〜ステップ16の処理となる。即ち、ステップ11で、自動再生の頻度が高いため自動再生処理が正常でないとし、続くステップ12で、オペレータに対して手動再生を要求する。即ち、ステップ12では、コントローラ29から報知器27に報知音、報知表示等を発する旨の報知信号を出力し、オペレータに対して、手動で再生を行うように報知する。
The manual regeneration process of
続くステップ13では、手動再生を開始するか否かの判定を行う。この判定は、例えば、オペレータが手動再生スイッチ28を操作することにより手動再生スイッチ28からコントローラ29に対してスイッチが操作された旨の信号が出力されたか否かにより行うことができる。ステップ13で、「NO」、即ち、未だ手動再生スイッチ28が操作された旨の信号が出力されていないと判定された場合は、ステップ12の前に戻り、ステップ12以降の処理を繰り返す。一方、ステップ13で、「YES」、即ち、手動再生スイッチ28が操作された旨の信号が出力されたと判定された場合は、ステップ14に進み、手動再生を開始する。ステップ14では、コントローラ29から燃料噴射装置14にポスト噴射する旨の制御信号を出力する。この場合、必要に応じて、エンジン10の回転数Nを上昇させる。これにより、エンジン10からの排気ガスの温度(排気温度T)を上昇させ、フィルタ21に捕集(堆積)された粒子状物質を燃焼し除去する。
In the following
ステップ15では、上述のステップ1、ステップ6と同様に、粒子状物質の捕集量の推定を行う。続くステップ16では、ステップ15で求めた(推定した)推定捕集量H(第1の推定捕集量H1と第2の推定捕集量H2とのうちの少なくとも何れか)に基づいて、手動再生を終了するか否かの判定を行う。即ち、ステップ16では、例えば、推定捕集量H(第1の推定捕集量H1および/または第2の推定捕集量H2)が予め設定した再生終了閾値He以下であるか否かにより、手動再生を終了するか否かの判定を行う。
In
ステップ16で、「NO」、即ち、推定捕集量H(両方の推定捕集量H1,H2)が再生終了閾値Heよりも大きいと判定された場合は、手動再生により燃焼し除去した粒子状物質の量が未だ十分でない、換言すれば、フィルタ21に残存する粒子状物質の量が多いと考えられる。この場合は、ステップ15の前に戻り、ステップ15以降の処理を繰り返す。一方、ステップ16で、「YES」、即ち、推定捕集量H(少なくとも一方推定捕集量H1,H2)が再生終了閾値He以下であると判定された場合は、手動再生処理によりフィルタ21の粒子状物質が十分に燃焼し除去されたと考えられる。この場合は、手動再生を終了し、図5のリターン、図4のリターンを介してスタートに戻り、ステップ1以降の処理を繰り返す。
If it is determined in
かくして、第1の実施の形態によれば、ステップ3の処理により、自動再生の頻度から手動再生を行うか否かを判定する。このため、例えば軽負荷作業中や低回転状態の待機(放置)のときに、排気温度Tが十分に上昇しないことから、ステップ5の処理により自動再生が終了し、自動再生が短時間に繰り返し行われる傾向になる(頻度が増える)と、ステップ3の処理により、ステップ8に進み、オペレータに対して手動で再生を行うように報知される。
Thus, according to the first embodiment, whether or not to perform manual regeneration is determined from the frequency of automatic regeneration by the process of step 3. For this reason, for example, the exhaust temperature T does not rise sufficiently during a light load operation or in a low rotation state (standby), so the automatic regeneration is completed by the processing in
この場合、オペレータの操作に基づく手動再生は、オペレータの再生を行うとの意識(意図)の下で行われる再生であるため、例えばエンジン10の回転数Nを上昇させて排気温度Tを十分に高くした上で行うことができる。これにより、図6中に実線の特性線33で示すように、フィルタ21に捕集された粒子状物質を十分に燃焼し、除去することができ、再生が短時間に繰り返し行われることを抑制することができる。この結果、燃料消費量の低減(低燃費化)、過堆積の抑制、エンジンオイルに燃料が混入することによるエンジンオイルの希釈化(オイルダイリューション)の抑制を図ることができ、再生装置22、延いては油圧ショベル1の安定性、信頼性を向上することができる。
In this case, the manual regeneration based on the operator's operation is regeneration performed with the consciousness (intention) of performing the operator's regeneration. Therefore, for example, the exhaust gas temperature T is sufficiently increased by increasing the rotational speed N of the
第1の実施の形態によれば、ステップ3の処理により、自動再生の間隔Aが基準時間α以内で、かつ、該基準時間α以内の間隔で行われた自動再生の回数Bが回数閾値β以上となったときに、ステップ12の処理により、オペレータに対して手動で再生を行うように報知する構成としている。このため、自動再生が繰り返し行われる傾向となることを、自動再生の間隔Aと回数Bとに基づいて安定して判定することができる。これにより、手動再生を行うべきときに(手動再生が必要なときに)、オペレータに対してその報知を確実に行うことができる。
According to the first embodiment, by the process of step 3, the automatic reproduction interval A is within the reference time α and the automatic reproduction number B performed at the interval within the reference time α is the number threshold β When it becomes above, it is set as the structure which alert | reports so that it may reproduce | regenerate manually with respect to an operator by the process of
第1の実施の形態によれば、ステップ5の処理により、自動再生を開始した後、排気温度Tが排気温度閾値Tt未満になると、自動再生を終了する構成としている。このため、排気温度Tが低く、粒子状物質の十分な燃焼を見込めないときは、自動再生を終了することで、燃料消費量の増大、オイルダイリューションを抑制することができる。一方、自動再生を終了することで、次の自動再生までの間隔が短くなっても、ステップ3およびこれに続くステップ12の処理により、オペレータに対して手動で再生を行うように報知され、ステップ14で、手動再生が行われる。このため、排気温度Tが低い状態のまま自動再生が継続されることと、自動再生が繰り返し行われることとの両方を抑制することができる。これにより、燃料消費量の低減(低燃費化)、過堆積の抑制、オイルダイリューションの抑制を高次元で図ることができる。
According to the first embodiment, after the automatic regeneration is started by the processing of
第1の実施の形態によれば、自動再生および手動再生は、ステップ7およびステップ16の処理により、推定捕集量H(第1の推定捕集量H1および/または第2の推定捕集量H2)が再生終了閾値He以下になると、その再生を終了する構成としている。このため、再生終了閾値Heを小さく設定することで、再生直後のフィルタ21の粒子状物質の量(残存量)を少なくすることができ、次の再生までの間隔を長くすることができる。一方、再生終了閾値Heを小さく設定すると、自動再生のときに、排気温度Tが低いことで粒子状物質が十分に燃焼しない場合に、再生終了閾値He以下となるまでに長い時間を要したり、再生終了閾値He以下にならない可能性がある。
According to the first embodiment, the automatic regeneration and the manual regeneration are performed by the processing of
この場合でも、排気温度Tが排気温度閾値Tt未満になったときに、自動再生が終了するため、排気温度Tが低い状態のまま自動再生が継続されることを抑制することができる。この場合、再生終了閾値He以下になる前に自動再生が終了するため、次の自動再生までの間隔が短くなるが、この間隔が短くなっても、それが継続すると、ステップ3およびこれに続くステップ12の処理により、オペレータに対して手動で再生を行うように報知され、ステップ14で、手動再生が行われる。このため、次の再生までの間隔を長くすることを確保しつつ、排気温度Tが低い状態のまま自動再生が継続されることと自動再生が繰り返し行われることとを抑制することができる。
Even in this case, since the automatic regeneration ends when the exhaust gas temperature T becomes lower than the exhaust gas temperature threshold value Tt, it is possible to prevent the automatic regeneration from continuing while the exhaust gas temperature T is low. In this case, since the automatic reproduction is finished before the reproduction end threshold value He becomes less than or equal to, the interval until the next automatic reproduction is shortened. If this interval is shortened, if it continues, step 3 and the subsequent steps are continued. Through the processing in
なお、第1の実施の形態では、図4のステップ1、ステップ6、図5のステップ15の処理が本発明の構成要件であるPM演算手段の具体例を示し、図4のステップ2(必要に応じて、ステップ5、ステップ7)の処理が自動再生判定手段の具体例を示している。さらに、図4のステップ3(必要に応じて、ステップ16)の処理が本発明の構成要件である手動再生判定手段の具体例を示している。
In the first embodiment, a specific example of the PM calculation means in which the processing in
次に、図7は本発明の第2の実施の形態を示している。第2の実施の形態の特徴は、自動再生を、ポスト噴射ではなく、エンジンの吸気側に設けた吸気絞り弁と排気側に設けた排気絞り弁とのうちの少なくとも一方の絞り弁の流路を絞る方向に駆動することにより行う構成としたことにある。なお、第2の実施の形態では、上述した第1の実施の形態と同一の構成要素に同一符号を付し、その説明を省略するものとする。 Next, FIG. 7 shows a second embodiment of the present invention. The feature of the second embodiment is that the automatic regeneration is not performed by post-injection, but the flow path of at least one of the intake throttle valve provided on the intake side of the engine and the exhaust throttle valve provided on the exhaust side. In this configuration, driving is performed in the direction of narrowing down. In the second embodiment, the same components as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
図中、41はフィルタ21に捕集された粒子状物質を燃焼させることにより該フィルタ21の再生を行う再生装置である。再生装置41は、燃料噴射装置14、吸気絞り弁42、排気絞り弁43、回転センサ23、圧力センサ24,25、排気温センサ26、報知器27、手動再生スイッチ28およびコントローラ29を含んで構成されている。この再生装置41により、自動再生を行うときは、吸気絞り弁42と排気絞り弁43とのうちの少なくとも一方の絞り弁の流路を絞る方向に駆動することによりフィルタ21に堆積した粒子状物質を燃焼して除去する。一方、手動再生を行うときは、報知器27からの報知音等を受け、オペレータの手動により燃料噴射装置14でポスト噴射を行い、フィルタ21に堆積した粒子状物質を燃焼して除去する。
In the figure, reference numeral 41 denotes a regenerator that regenerates the
吸気絞り弁42は、エンジン10の吸気管11側に設けられ、該吸気絞り弁42は、フィルタ21の再生を行う再生装置41を構成している。ここで、吸気絞り弁42は、コントローラ29からの制御信号により通常時は開弁状態(例えば、燃料噴射量Fに対応した開度、または全開状態)に保持される。一方、自動再生を行うときは、コントローラ29からの制御信号により吸気絞り弁42は流路を絞る方向に駆動される。
The
これにより、吸気絞り弁42は、空気と燃料との空燃比がリッチ傾向となるように吸入空気量を絞る。このとき、エンジン10の燃焼室内では、空燃比がリッチ傾向となった燃料を燃焼させることにより、排気管12側に排出する排気ガスの温度が上昇し、フィルタ21に捕集された粒子状物質を燃焼し除去することができる。
Thus, the
排気絞り弁43は、エンジン10の排気管12側に設けられ、該排気絞り弁43も、フィルタ21の再生を行う再生装置41を構成している。ここで、排気絞り弁43は、コントローラ29からの制御信号により通常時は全開状態に保持される。一方、自動再生を行うときは、コントローラ29からの制御信号により排気絞り弁43は流路を絞る方向に駆動され、その開度を小さく絞る制御を行う。
The
これにより、排気絞り弁43は、排気管12内を流れる排気ガスの流量を絞ってエンジン10に背圧を与え、エンジン10の負荷を増大させる。このとき、コントローラ29は、エンジン10の燃料噴射装置14による燃料噴射量Fを上記負荷に対応して増大させる。この結果、排気ガスの温度が上昇し、フィルタ21に捕集された粒子状物質を燃焼し除去することができる。
As a result, the
第2の実施の形態は、上述の如き吸気絞り弁42と排気絞り弁43とのうちの少なくとも一方の絞り弁の流路を絞る方向に駆動することにより自動再生を行うもので、その基本的作用については、上述した第1の実施の形態によるものと格別差異はない。
In the second embodiment, automatic regeneration is performed by driving in a direction to throttle the flow path of at least one of the
特に、第2の実施の形態の場合は、自動再生を吸気絞り弁42と排気絞り弁43とのうちの少なくとも一方の絞り弁の流路を絞る方向に駆動することにより行うため、自動再生をポスト噴射により行う場合と比較して低温で行うことができる。これにより、フィルタ21の耐久性を向上することができる。
In particular, in the case of the second embodiment, since automatic regeneration is performed by driving in a direction in which the flow path of at least one of the
なお、上述した各実施の形態では、ステップ3の処理により、自動再生の間隔Aが基準時間α以内で、かつ、該基準時間α以内の間隔で行われた自動再生の回数Bが回数閾値β以上となったときに、ステップ12の処理により、オペレータに対して手動で再生を行うように報知する構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えば、図8に示す変形例のように、自動再生の回数Bが予め設定した回数計測時間γ内に予め設定した所定回数(回数閾値δ)以上となったときに、オペレータに対して手動で再生を行うように報知する構成としてもよい。即ち、図4のステップ3を、自動再生の回数Bが回数計測時間γ内に回数閾値δ以上(B≧δ)となったか否かを判定する構成としてもよい。
In each of the above-described embodiments, the automatic reproduction interval A is within the reference time α and the automatic reproduction number B performed at the interval within the reference time α is set to the number threshold β by the processing of step 3. As described above, an example has been described in which the processing in
この場合は、自動再生が繰り返し行われる傾向となることを、回数計測時間γ内の自動再生の回数Bに基づいて安定して判定することができる。これにより、手動再生を行うべきときに(手動再生が必要なときに)、オペレータに対してその報知を確実に行うことができる。回数計測時間γおよび回数閾値δは、軽負荷作業や低回転状態の待機(放置)が継続されることにより排気温度Tが十分に上昇せずに自動再生が繰り返し行われていることを適切に判定できるように、予め実験、計算、シミュレーション等に基づいてその値を設定する。 In this case, it can be stably determined that the automatic reproduction tends to be repeated based on the number B of automatic reproduction within the number measurement time γ. Thus, when manual regeneration is to be performed (when manual regeneration is necessary), the operator can be surely notified. The number of times measurement time γ and the number of times threshold δ are appropriately set so that the automatic regeneration is repeatedly performed without the exhaust temperature T sufficiently rising by continuing the light load work or the low rotation state standby (leaving). The value is set in advance based on experiments, calculations, simulations, etc. so that the determination can be made.
上述した各実施の形態では、第1の推定捕集量H1は、エンジン回転数Nと燃料噴射量Fと排気温度(排気ガス温度)Tに基づいて推定する構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えば、第1の推定捕集量H1を、エンジン回転数Nと燃料噴射量Fと排気温度Tだけでなく、フィルタ等の各部の温度、エンジン負荷等の状態量(運転状態を表す状態量)等を合せて用いて行う構成としてもよい。 In each of the above-described embodiments, the first estimated collection amount H1 is described as an example in which the first estimated collection amount H1 is estimated based on the engine speed N, the fuel injection amount F, and the exhaust temperature (exhaust gas temperature) T. explained. However, the present invention is not limited to this. For example, the first estimated collection amount H1 is determined not only by the engine speed N, the fuel injection amount F, and the exhaust temperature T, but also by the temperature of each part such as a filter, It is good also as a structure performed using combining state quantities (state quantity showing an operation state) etc., etc., etc. together.
上述した各実施の形態では、排気ガス浄化装置18を、酸化触媒20とフィルタ21とにより構成した場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えば、酸化触媒と粒子状物質除去フィルタの他、尿素噴射弁、選択還元触媒装置等を組合せて用いる構成としてもよい。
In each of the above-described embodiments, the case where the exhaust
さらに、前述した各実施の形態では、排気ガス浄化装置18を小型の油圧ショベル1に搭載した場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明による排気ガス浄化装置を備えた建設機械はこれに限るものではなく、例えば中型以上の油圧ショベルに適用してもよい。また、ホイール式の下部走行体を備えた油圧ショベル、ホイールローダ、フォークリフト、油圧クレーン等の建設機械にも広く適用することができるものである。
Further, in each of the above-described embodiments, the case where the exhaust
1 油圧ショベル(建設機械)
2 下部走行体(車体)
4 上部旋回体(車体)
10 エンジン
18 排気ガス浄化装置
21 フィルタ
22,41 再生装置
26 排気温センサ
27 報知器
28 手動再生スイッチ
29 コントローラ
1 Excavator (construction machine)
2 Lower traveling body (car body)
4 Upper swing body (car body)
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記再生装置は、
前記フィルタに捕集される粒子状物質の捕集量を推定するPM演算手段と、
該PM演算手段により推定される推定捕集量を用いて、前記フィルタの再生を自動で行うか否かを判定する自動再生判定手段と、
該自動再生判定手段の判定に基づいて行われる自動再生の頻度から、オペレータに対して手動で再生を行うように報知するか否かを判定する手動再生判定手段とを備える構成としたことを特徴とする建設機械。 A vehicle body on which an operator is boarded, an engine mounted on the vehicle body, and an exhaust gas purification device provided on the exhaust side of the engine having a filter that collects particulate matter in exhaust gas discharged from the engine A construction machine comprising a regeneration device for regenerating the filter by burning particulate matter collected by the filter of the exhaust gas purification device,
The playback device
PM calculation means for estimating the amount of particulate matter collected by the filter;
Automatic regeneration determination means for determining whether to automatically regenerate the filter using the estimated collection amount estimated by the PM calculating means;
A manual regeneration determining unit that determines whether to notify the operator to perform manual regeneration based on the frequency of automatic regeneration performed based on the determination of the automatic regeneration determining unit is provided. And construction machinery.
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