JP2015148182A - 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処理装置を備えた建設機械に関する。 The present invention relates to a construction machine equipped with an exhaust gas treatment 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、支持構造体を形成する旋回フレームの後部側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 on the rear side of the swing frame forming the support structure, 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ための排気ガス処理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 a construction machine, an exhaust gas treatment device for purifying exhaust gas is provided in an exhaust pipe that forms an exhaust gas passage of the engine.
排気ガス処理装置は、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)。 The exhaust gas treatment device is an oxidation catalyst (for example, Diesel Oxidation Catalyst, DOC for short) that oxidizes and removes nitrogen monoxide (NO), carbon monoxide (CO), hydrocarbon (HC), etc. contained in the 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).
ここで、粒子状物質除去フィルタには、粒子状物質が捕集されることに伴って該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、フィルタに堆積した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、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。この場合、酸化触媒を介した酸化反応とエンジンに加わる負荷が大きくなることとにより、排気ガスの温度が上昇し、これにより、フィルタに堆積した粒子状物質を燃焼することができる(低温再生)。また、ポスト噴射と呼ばれる再生用の燃料噴射を行うことにより、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強制的に燃焼することができる(高温再生)。 Here, the particulate matter is deposited on the particulate matter removal filter as the particulate matter is collected, thereby clogging the filter. For this reason, it is necessary to remove the particulate matter deposited on the filter and regenerate the filter. The regeneration of the filter can be performed by burning the particulate matter deposited on the filter. In this case, the oxidation reaction via the oxidation catalyst and the load applied to the engine increase, so that the temperature of the exhaust gas rises, so that the particulate matter deposited on the filter can be combusted (low temperature regeneration). . Further, by performing fuel injection for regeneration called post-injection, the temperature of the exhaust gas can be raised and the particulate matter deposited on the filter can be forcibly burned (high temperature regeneration).
ところで、特許文献1による従来技術は、排気ガス処理装置を構成する酸化触媒の劣化を、エンジンの燃料噴射量に基づいて判定する構成となっている。しかし、この構成は、例えば、エンジンの燃料噴射装置(インジェクタ)に不調が生じた場合、または、フィルタの再生処理に不調が生じた場合等に、酸化触媒の劣化の判定を行えなくなる可能性がある。
By the way, the prior art by
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、酸化触媒の劣化の判定、特に、すす成分の付着による酸化触媒の閉塞状態の判定を安定して行う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 provides a construction machine that can stably perform the determination of the deterioration of the oxidation catalyst, in particular, the determination of the closed state of the oxidation catalyst due to adhesion of soot components. The purpose is that.
本発明の建設機械は、支持構造体を形成するフレームと、該フレームに搭載されるエンジンと、該エンジンから排出される排気ガス中の成分を酸化するための酸化触媒を有し、前記エンジンの排気側に設けられる排気ガス処理装置とを備えてなる。 The construction machine of the present invention includes a frame forming a support structure, an engine mounted on the frame, and an oxidation catalyst for oxidizing components in exhaust gas discharged from the engine. And an exhaust gas treatment device provided on the exhaust side.
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、前記酸化触媒の入口側の圧力(P1)を検出する入口側圧力検出手段と、前記酸化触媒の出口側の圧力(P2)を検出する出口側圧力検出手段と、前記入口側圧力検出手段および出口側圧力検出手段により検出された前記圧力(P1,P2)に基づいて、前記酸化触媒がすす成分の付着に起因した閉塞状態にあるか否かを判定する酸化触媒閉塞判定手段と、該酸化触媒閉塞判定手段により前記酸化触媒が閉塞状態にあると判定された場合にフェールセーフ制御を行うフェールセーフ制御手段とを備える構成としたことにある。
In order to solve the above-described problems, the configuration of the invention of
請求項2の発明は、前記酸化触媒の入口側の温度(T1)を検出する入口側温度検出手段と、前記酸化触媒の出口側の温度(T2)を検出する出口側温度検出手段とを備え、前記酸化触媒閉塞判定手段は、前記入口側温度検出手段および出口側温度検出手段により検出された前記温度(T1,T2)と前記圧力(P1,P2)とに基づいて、前記酸化触媒の閉塞状態を判定する構成としたことにある。
The invention of
請求項3の発明は、前記排気ガス処理装置は、前記酸化触媒に加え、該酸化触媒の下流側に位置して前記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する構成としたことにある。 According to a third aspect of the present invention, the exhaust gas treatment device has a filter that is located downstream of the oxidation catalyst and collects particulate matter in the exhaust gas discharged from the engine in addition to the oxidation catalyst. It is in the configuration.
請求項4の発明は、前記フィルタの出口側の圧力(P3)を検出するフィルタ出口側圧力検出手段を備え、前記酸化触媒閉塞判定手段は、前記フィルタ出口側圧力検出手段により検出された前記圧力(P3)と前記圧力(P1,P2)とに基づいて、前記酸化触媒の閉塞状態を判定する構成としたことにある。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided filter outlet side pressure detecting means for detecting the pressure (P3) on the outlet side of the filter, and the oxidation catalyst blockage determining means is the pressure detected by the filter outlet side pressure detecting means. The blockage state of the oxidation catalyst is determined based on (P3) and the pressures (P1, P2).
請求項1の発明によれば、酸化触媒閉塞判定手段により、酸化触媒の閉塞状態、即ち、すす成分の付着に起因した閉塞状態にあるか否かを判定することができる。この場合、酸化触媒閉塞判定手段は、入口側圧力検出手段および出口側圧力検出手段により検出される酸化触媒の入口側(上流側)と出口側(下流側)の圧力(P1,P2)に基づいて判定を行う。より具体的には、入口側の圧力(P1)と出口側の圧力(P2)との差圧(ΔP=P1−P2)が予め設定した差圧閾値(Pt)以上であるか否かにより、酸化触媒が閉塞状態にあるか否かを判定することができる。 According to the first aspect of the present invention, the oxidation catalyst blockage determination means can determine whether or not the oxidation catalyst is blocked, that is, whether or not the oxidation catalyst blockage is caused by the adhesion of soot components. In this case, the oxidation catalyst blockage determination means is based on the pressures (P1, P2) on the inlet side (upstream side) and outlet side (downstream side) of the oxidation catalyst detected by the inlet side pressure detection means and the outlet side pressure detection means. To make a decision. More specifically, depending on whether or not the differential pressure (ΔP = P1−P2) between the pressure on the inlet side (P1) and the pressure on the outlet side (P2) is greater than or equal to a preset differential pressure threshold (Pt), It can be determined whether or not the oxidation catalyst is in a closed state.
このため、例えば、エンジンの燃料噴射装置(インジェクタ)に不調が生じた場合やフィルタの再生処理に不調が生じた場合にも、酸化触媒閉塞判定手段による酸化触媒の閉塞状態の判定を安定して行うことができる。これに加えて、酸化触媒の閉塞状態の判定を、複雑な判定処理を必要とすることなく簡素な処理として行うことができる。 Therefore, for example, even when the engine fuel injection device (injector) malfunctions or when the filter regeneration process malfunctions, the determination of the blocking state of the oxidation catalyst by the oxidation catalyst blocking determination unit is stably performed. It can be carried out. In addition, the determination of the blocked state of the oxidation catalyst can be performed as a simple process without requiring a complicated determination process.
しかも、酸化触媒閉塞判定手段により酸化触媒が閉塞状態にあると判定された場合は、フェールセーフ制御手段により、例えば、その旨をオペレータ(運転者)に報知したり、エンジンの運転(回転数や出力)を制限することができる。これにより、酸化触媒が閉塞状態にある場合に、オペレータは、酸化触媒の点検、修理、交換等の必要な整備を行うことができる。また、整備が行われない場合でも、エンジンの運転が制限されることで、該エンジンを保護できると共に、酸化処理が十分でない排気ガスが排出されることを抑制できる。 In addition, when the oxidation catalyst blockage determination unit determines that the oxidation catalyst is in the blockage state, the failsafe control unit notifies the operator (driver) of the fact, for example, or operates the engine (rotation speed or Output) can be limited. Thereby, when the oxidation catalyst is in a closed state, the operator can perform necessary maintenance such as inspection, repair, and replacement of the oxidation catalyst. Further, even when maintenance is not performed, the engine operation is restricted, so that the engine can be protected and exhaust gas that is not sufficiently oxidized can be prevented from being discharged.
請求項2の発明によれば、酸化触媒閉塞判定手段は、酸化触媒の入口側(上流側)と出口側(下流側)の圧力(P1,P2)に加えて、入口側温度検出手段および出口側温度検出手段により検出される酸化触媒の入口側(上流側)と出口側(下流側)の温度(T1,T2)も用いて、酸化触媒の閉塞状態の判定を行う。この場合、入口側の温度(T1)と出口側の温度(T2)との差となる温度差(ΔT=T2−T1)が予め設定した温度差閾値(Tt)以下であるか否かにより、酸化触媒の酸化活性状態が低下しているか否かを判定することができる。このため、酸化触媒の閉塞状態の判定を、酸化触媒の酸化活性状態も考慮して行うことができ、酸化触媒の閉塞状態をより細かく(精度よく)判定することができる。
According to the invention of
請求項3の発明によれば、フィルタと酸化触媒とを含んで構成された排気ガス処理装置において、酸化触媒の閉塞状態の判定を安定して行うことができる。 According to the invention of claim 3, in the exhaust gas processing apparatus configured to include the filter and the oxidation catalyst, it is possible to stably determine the closed state of the oxidation catalyst.
請求項4の発明によれば、酸化触媒閉塞判定手段は、酸化触媒の入口側(上流側)の圧力(P1)と、酸化触媒の出口側(下流側)でフィルタの入口側(上流側)の圧力(P2)と、フィルタの出口側(下流側)の圧力(P3)とに基づいて、酸化触媒の閉塞状態の判定を行う。このため、フィルタと酸化触媒とを含んで構成された排気ガス処理装置において、酸化触媒の閉塞状態の判定の精度(正確性)を向上できる。 According to the invention of claim 4, the oxidation catalyst blockage judging means includes the pressure (P1) on the inlet side (upstream side) of the oxidation catalyst and the inlet side (upstream side) of the filter on the outlet side (downstream side) of the oxidation catalyst. The blocking state of the oxidation catalyst is determined based on the pressure (P2) and the pressure (P3) on the outlet side (downstream side) of the filter. For this reason, in the exhaust gas treatment device configured to include the filter and the oxidation catalyst, it is possible to improve the accuracy (accuracy) of determining the closed state of the oxidation catalyst.
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4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 4 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
旋回フレーム6は、上部旋回体4の支持構造体を形成するフレームとなるもので、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、排気ガス処理装置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(運転者)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(いずれも図示せず)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、後述の排気ガス処理装置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、燃料噴射装置14は、後述のコントローラ26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)内に噴射する燃料の噴射量(燃料噴射量)を可変に制御する。これにより、エンジン10は、その回転数や出力が、コントローラ26により制御される構成となっている。例えば、コントローラ26により、後述の排気ガス処理装置18の酸化触媒20が閉塞状態にあると判定された場合は、該コントローラ26の指令に基づいて燃料噴射装置14から噴射される燃料を通常のときと比較して少なくすることにより、エンジン10の回転数や出力を制限するフェールセーフ制御を行うことができる。
Here, 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の冷却水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処理装置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処理装置を示している。図2に示すように、排気ガス処理装置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。排気ガス処理装置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。
In other words,
ここで、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。一方、近年では、ディーゼルエンジンとして、粒子状物質(PM)の排出量を少なくできるものもある。そこで、第1の実施の形態では、エンジン10を、粒子状物質の排出量を少なくできるもの(粒子状物質の排出量が少ない運転を行えるもの)とすると共に、排気管12に取付けられる排気ガス処理装置18として、排気ガス中の成分を酸化して除去する酸化触媒(DOC)20を有するものとしている。即ち、図3に示すように、排気ガス処理装置18は、筒状のケーシング19と、該ケーシング19内に取外し可能に収容された酸化触媒20と、該酸化触媒20よりも下流側に設けられた排出口21とにより構成されている。第1の実施の形態の排気ガス処理装置18は、排気ガス中の粒子状物質を捕集する粒子状物質除去フィルタ(DPF)を設けていない。
Here, the
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
排出口21は、酸化触媒20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21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
次に、エンジン10の制御、排気ガス処理装置18の監視、必要に応じてオペレータ(運転者)への報知等を行うためのセンサ22,23,24、報知器25、コントローラ26について説明する。
Next, the
22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22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26に出力する。コントローラ26は、回転センサ22で検出したエンジン回転数Nに基づいて、例えば、エンジン10の回転数を所定の回転数に維持する回転数制御等を行う。
23,24は排気ガス処理装置18のケーシング19に設けられた圧力センサを示している。図3に示すように、圧力センサ23,24は、酸化触媒20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26に出力する。即ち、圧力センサ23は、酸化触媒20の入口側(酸化触媒20よりも上流側)の圧力P1を検出する入口側圧力検出手段となり、圧力センサ24は、酸化触媒20の出口側(酸化触媒20よりも下流側)の圧力P2を検出する出口側圧力検出手段となるものである。コントローラ26は、後述するように、圧力センサ23で検出した入口側の圧力P1と圧力センサ24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、この差圧ΔPに基づいて、酸化触媒20の閉塞状態の判定等を行う。この場合、酸化触媒20の差圧ΔPは、圧力センサ23で検出した入口側の圧力をP1とし圧力センサ24で検出した出口側の圧力をP2とした場合に、下記の数1式により算出する。
報知器25は、キャブ8内で運転席の近傍に設けられている。報知器25は、後述のコントローラ26に接続され、該コントローラ26からの指令(報知信号)に基づいて、オペレータに対し、例えば、酸化触媒20が閉塞状態である旨、エンジン10の回転数や出力を制限するフェールセーフ制御を行っている旨、点検、修理、交換等の整備が必要である旨等を報知するものである。ここで、報知器25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25は、コントローラ26により酸化触媒20が閉塞状態であると判定された場合に、該コントローラ26からの指令(報知信号)に基づいて報知音、報知表示を発する等により、オペレータに対してその旨を報知する。
The
26はマイクロコンピュータ等からなるコントローラ(制御装置、コントロールユニット)で、該コントローラ26は、その入力側が燃料噴射装置14、回転センサ22、圧力センサ23,24等に接続されている。コントローラ26の出力側は、燃料噴射装置14、報知器25等に接続されている。コントローラ26は、ROM,RAM等からなる記憶部26Aを有し、この記憶部26A内には、後述の図4に示す処理プログラム、即ち、酸化触媒20の閉塞状態の判定およびフェールセーフ制御の処理プログラム、予め設定された差圧閾値Pt等が格納されている。
ここで、コントローラ26は、圧力センサ23,24により検出された酸化触媒20の入口側の圧力P1と出口側の圧力P2に基づいて、酸化触媒20がすす成分(スート)の付着に起因した閉塞状態(異常閉塞状態)にあるか否かを判定する酸化触媒閉塞判定手段(後述する図4のステップ3の処理)と、該酸化触媒閉塞判定手段により酸化触媒20が閉塞状態にあると判定された場合にフェールセーフ制御を行うフェールセーフ制御手段(後述する図4のステップ5の処理)とを備えるものである。
Here, based on the pressure P1 on the inlet side of the
即ち、コントローラ26は、上述の数1式に基づいて、酸化触媒20の入口側と出口側の差圧ΔPを算出し(後述する図4のステップ2の処理)、この差圧ΔPが予め設定した差圧閾値Pt以上であるか否かを判定する(後述する図4のステップ3の処理)。この場合、差圧閾値Ptは、酸化触媒20が閉塞状態であるか否かを判定するための判定値となるものである。そこで、差圧閾値Ptは、差圧ΔPと酸化触媒20の状態との関係に基づいて酸化触媒20が閉塞状態であ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。
That is, the
コントローラ26は、差圧ΔPが差圧閾値Pt以上になると、酸化触媒20がすす成分の付着に起因した閉塞状態にあると判定する(後述する図4のステップ4の処理)。この場合は、コントローラ26は、オペレータに対して酸化触媒20が閉塞状態にある旨を報知器25を通じて報知すると共に、必要に応じてエンジン10の回転数や出力を制限するフェールセーフ制御を行う(後述する図4のステップ5の処理)。このフェールセーフ制御は、例えば、予め設定した所定時間、エンジン10の運転が継続されると、エンジン10を停止させるようにすることもできる。
When the differential pressure ΔP becomes equal to or greater than the differential pressure threshold value Pt, the
オペレータは、報知器25からの報知やエンジン10の運転が制限されることにより、酸化触媒20が閉塞状態にあることを知る。これにより、オペレータは、例えば、整備を行うサービスマンに対して点検、修理、交換等の整備を依頼することができ、酸化触媒20の整備を行うことができる(後述する図4のステップ6の処理)。なお、コントローラ26により実行される図4の処理については、後述する。
The operator knows that 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から炭化水素(HC)、窒素酸化物(NO)、一酸化炭素(CO)等が排出される。このときに排気ガス処理装置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)等を酸化除去することができる。これにより、浄化した排気ガスを排出口21を通じて外部に排出することができる。
When the
ところで、排気ガス処理装置18の酸化触媒20は、排気ガス中のすす成分(スート)の付着に起因して閉塞状態になるおそれがある。即ち、酸化触媒20に気化しない燃料が達すると、その燃料が酸化触媒20に付着してすす成分になる。より具体的に説明すると、例えば、エンジン10の燃料噴射装置14で燃料が適正に噴射されない場合等に、酸化触媒20に未燃燃料が付着し、この未燃燃料が高温にさらされることですす化する。そして、このすす成分が酸化触媒20の上面(白金層)に付着し、酸化触媒20が閉塞状態となることにより、酸化触媒20の酸化機能が低下するおそれがある。
By the way, the
一方、特許文献1による従来技術は、排気ガス処理装置を構成する酸化触媒の劣化を、エンジンの燃料噴射量に基づいて判定する構成となっている。しかし、この構成は、例えば、エンジンの燃料噴射装置(インジェクタ)に不調が生じた場合等に、酸化触媒の劣化の判定を行えなくなる可能性がある。
On the other hand, the prior art according to
これに対し、第1の実施の形態では、コントローラ26は、酸化触媒20の入口側の圧力P1と出口側の圧力P2との差となる差圧ΔPに基づいて、酸化触媒20の閉塞状態を判定する。これに加えて、コントローラ26は、酸化触媒20が閉塞状態にあると判定すると、オペレータに対して酸化触媒20が閉塞状態にある旨を報知すると共に必要に応じてエンジン10の回転数や出力を制限するフェールセーフ制御を行う。このようなコントローラ26により行われる処理について、図4の流れ図を用いて説明する。なお、図4の処理は、コントローラ26に通電している間、コントローラ26により所定の制御時間毎に(所定の制御周期で)繰り返し実行される。
On the other hand, in the first embodiment, 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26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、圧力センサ23,24から圧力P1,P2をそれぞれ読込む。即ち、酸化触媒20の上流側の圧力P1と下流側の圧力P2とを読込む。次なるステップ2では、酸化触媒20の上流側の圧力P1と下流側の圧力P2との差圧ΔPを、前述した数1式により演算する。
When the accessory is turned ON or the
次のステップ3では、酸化触媒20が閉塞状態にあるか否かを判定する。即ち、ステップ3では、ステップ2で算出した差圧ΔPが、閉塞状態にあるか否かの判定値となる差圧閾値Pt以上であるか否かを判定する。差圧閾値Ptは、差圧ΔPと酸化触媒20の状態との関係に基づいて酸化触媒20が閉塞状態であ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ことができる。ステップ3で、「NO」、即ち、差圧ΔPが差圧閾値Pt未満である(ΔP<Pt)と判定されると、スタート(の前)に戻り、ステップ1以降の処理を繰り返す。
In the next step 3, it is determined whether or not the
一方、ステップ3で、「YES」、即ち、差圧ΔPが差圧閾値Pt以上である(ΔP≧Pt)と判定されると、ステップ4に進み、酸化触媒20が閉塞状態にあると判定する。続くステップ5では、オペレータに対して酸化触媒20が閉塞状態にある旨を報知器25を通じて報知すると共に、必要に応じてエンジン10の回転数や出力を制限するフェールセーフ制御を行う。このフェールセーフ制御は、例えば、予め設定した所定時間、エンジン10の運転が継続されると、エンジン10を停止させるようにすることもできる。
On the other hand, if “YES” is determined in step 3, that is, if it is determined that the differential pressure ΔP is greater than or equal to the differential pressure threshold Pt (ΔP ≧ Pt), the process proceeds to step 4 and it is determined that the
オペレータは、報知器25からの報知やエンジン10の運転が制限されることにより、酸化触媒20が閉塞状態にあることを知る。これにより、オペレータは、例えば、整備を行うサービスマンに対して点検、修理、交換等の整備を依頼することができる。ステップ6で、酸化触媒20の整備が行われたと判定されると、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。
The operator knows that the
かくして、第1の実施の形態によれば、コントローラ26は、ステップ3およびこれに続くステップ4の処理により、酸化触媒20の閉塞状態、即ち、すす成分(スート)の付着に起因した閉塞状態にあるか否かを判定することができる。この場合、ステップ3では、ステップ1で読み込まれた圧力P1,P2、即ち、圧力センサ23,24で検出された酸化触媒20の入口側(上流側)と出口側(下流側)の圧力P1,P2に基づいて判定を行う。より具体的には、ステップ2で算出される入口側の圧力P1と出口側の圧力P2との差圧ΔP(=P1−P2)が予め設定した差圧閾値Pt以上であるか否かにより、酸化触媒20が閉塞状態にあるか否かを判定する。
Thus, according to the first embodiment, the
このため、例えば、燃料噴射装置14のインジェクタに不調が生じた場合にも、ステップ3の処理による酸化触媒20の閉塞状態の判定を安定して行うことができる。これに加えて、酸化触媒20の閉塞状態の判定を、ステップ3の処理により行うことができるため、複雑な判定処理を必要とすることなく簡素な処理として行うことができる。
For this reason, for example, even when a malfunction occurs in the injector of the
しかも、ステップ3およびこれに続くステップ4の処理により、酸化触媒20が閉塞状態にあると判定された場合は、ステップ5で、報知器25を通じてその旨をオペレータに報知すると共にエンジン10の運転(回転数や出力)を制限するフェールセーフ制御が行われる。これにより、酸化触媒20が閉塞状態にある場合に、オペレータ(またはサービスマン)は、酸化触媒の点検、修理、交換等の必要な整備を行うことができる。また、整備が行われない場合でも、エンジン10の運転が制限されることで、該エンジン10を保護できると共に、酸化処理が十分でない排気ガスが排出されることを抑制できる。
In addition, if it is determined in step 3 and the processing in step 4 that follows that that the
なお、第1の実施の形態では、図4のステップ3の処理が本発明の構成要件である酸化触媒閉塞判定手段の具体例を示し、図4のステップ5の処理が本発明の構成要件であるフェールセーフ制御手段の具体例を示している。
In the first embodiment, a specific example of the oxidation catalyst blockage determination means in which the process in step 3 of FIG. 4 is a constituent element of the present invention is shown, and the process in
次に、図5および図6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、酸化触媒の入口側(上流側)と出口側(下流側)の圧力(P1,P2)に加えて、酸化触媒の入口側(上流側)と出口側(下流側)の温度(T1,T2)も用いて、酸化触媒の閉塞状態の判定を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. 5 and FIG. 6 show a second embodiment of the present invention. The feature of the second embodiment is that the oxidation catalyst inlet side (upstream side) and outlet side (upstream side) and outlet side (upstream side) and outlet side (downstream side) pressure (P1, P2) The configuration is such that the determination of the closed state of the oxidation catalyst is also performed using the temperature (T1, T2) on the downstream side. 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、31,32は排気ガス処理装置18のケーシング19に設けられた温度センサを示している。図5に示すように、温度センサ31,32は、酸化触媒20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33に出力する。即ち、温度センサ31は、酸化触媒20の入口側(酸化触媒20よりも上流側)の温度T1を検出する入口側温度検出手段となり、温度センサ32は、酸化触媒20の出口側(酸化触媒20よりも下流側)の温度T2を検出する出口側温度検出手段となるものである。コントローラ33は、後述するように、温度センサ31で検出した入口側の温度T1と温度センサ32で検出した出口側の温度T2とにより温度差ΔTを算出すると共に、この温度差ΔTに基づいて、酸化触媒20の酸化活性状態の判定等を行う。この場合、酸化触媒20の温度差ΔTは、温度センサ31で検出した入口側の温度をT1とし温度センサ32で検出した出口側の温度をT2とした場合に、下記の数2式により算出する。
In the figure,
33はマイクロコンピュータ等からなるコントローラ(制御装置、コントロールユニット)で、該コントローラ33は、その入力側が燃料噴射装置14、回転センサ22、圧力センサ23,24、温度センサ31,32等に接続されている。コントローラ33の出力側は、燃料噴射装置14、報知器25等に接続されている。コントローラ33は、第1の実施の形態のコントローラ26と同様のもので、ROM,RAM等からなる記憶部33Aを有している。記憶部33A内には、後述の図6に示す処理プログラム、即ち、酸化触媒20の閉塞状態の判定、酸化触媒20の酸化活性状態の判定およびフェールセーフ制御の処理プログラム、予め設定された差圧閾値Pt、温度差閾値Tt等が格納されている。
ここで、コントローラ33は、第1の実施の形態のコントローラ26と同様に、圧力センサ23,24により検出された酸化触媒20の入口側の圧力P1と出口側の圧力P2に基づいて、酸化触媒20がすす成分(スート)の付着に起因した閉塞状態(異常閉塞状態)にあるか否かを判定する酸化触媒閉塞判定手段(図6のステップ13の処理)を備えている。これに加えて、第2の実施の形態では、コントローラ33は、温度センサ31,32により検出された酸化触媒20の入口側の温度T1と出口側の温度T2に基づいて、酸化触媒20の酸化活性状態の判定等も行う(酸化活性判定手段、図6のステップ16の処理)。さらに、コントローラ33は、酸化触媒20が閉塞状態にあると判定された場合(より具体的には、酸化触媒20が閉塞状態で、かつ、酸化活性状態が低下していると判定された場合)に、フェールセーフ制御を行うフェールセーフ制御手段(図6のステップ18の処理)を備えている。
Here, similarly to the
即ち、コントローラ33は、上述の数1式に基づいて、酸化触媒20の入口側と出口側の差圧ΔPを算出し(図6のステップ12の処理)、この差圧ΔPが予め設定した差圧閾値Pt以上であるか否かを判定する(図6のステップ13の処理)。これに加えて、コントローラ33は、上述の数2式に基づいて、酸化触媒20の入口側と出口側の温度差ΔTを算出し(図6のステップ15の処理)、この温度差ΔTが予め設定した温度差閾値Tt以下であるか否かを判定する(図6のステップ16の処理)。この場合、温度差閾値Ttは、酸化触媒20の酸化活性状態が低下した(酸化活性化が低下した)か否かを判定するための判定値となるものである。そこで、温度差閾値Ttは、温度差ΔTと酸化触媒20の酸化活性状態との関係に基づいて、酸化触媒20の酸化活性状態が低下した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。
That is, the
コントローラ33は、差圧ΔPが差圧閾値Pt以上になり、かつ、温度差ΔTが温度差閾値Tt以下になると、酸化触媒20がすす成分の付着に起因した閉塞状態にある(より具体的には、酸化触媒20が閉塞状態にあり、かつ、酸化活性状態が低下した)と判定する(図6のステップ17の処理)。この場合は、コントローラ33は、オペレータに対して酸化触媒20が閉塞状態にあ(り、かつ、酸化活性状態が低下してい)る旨を報知器25を通じて報知すると共に、必要に応じてエンジン10の回転数や出力を制限するフェールセーフ制御を行う(図6のステップ18の処理)。このフェールセーフ制御は、例えば、予め設定した所定時間、エンジン10の運転が継続されると、エンジン10を停止させるようにすることもできる。
When the pressure difference ΔP is equal to or greater than the pressure difference threshold value Pt and the temperature difference ΔT is equal to or less than the temperature difference threshold value Tt, the
オペレータは、報知器25からの報知やエンジン10の運転が制限されることにより、酸化触媒20が閉塞状態にあ(り、かつ、酸化活性状態が低下してい)ることを知る。これにより、オペレータは、例えば、整備を行うサービスマンに対して点検、修理、交換等の整備を依頼することができ、酸化触媒20の整備を行うことができる(図6のステップ19の処理)。
The operator knows that the
次に、コントローラ33により行われる処理について、図6の流れ図を用いて説明する。なお、図6の処理も、第1の実施の形態の図4の処理と同様に、コントローラ33に通電している間、コントローラ33により所定の制御時間毎に(所定の制御周期で)繰り返し実行される。
Next, 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33に通電が開始され、図6の処理動作がスタートすると、ステップ11ないしステップ13の処理が行われる。ステップ11ないしステップ13の処理は、第1の実施の形態の図4のステップ1ないしステップ3の処理と同様である。
When the accessory is turned on or the
ステップ13で、「YES」、即ち、差圧ΔPが差圧閾値Pt以上である(ΔP≧Pt)と判定されると、ステップ14に進み、温度センサ31,32から温度T1,T2をそれぞれ読込む。即ち、酸化触媒20の上流側の温度T1と下流側の温度T2とを読込む。次なるステップ15では、酸化触媒20の上流側の温度T1と下流側の温度T2との温度差ΔTを、前述した数2式により演算する。
If “YES” in
次のステップ16では、酸化触媒20の酸化活性状態、より具体的には、酸化触媒20の酸化活性状態が低下したか否かを判定する。即ち、ステップ16では、ステップ15で算出した温度差ΔTが、酸化触媒20の酸化活性状態が低下したか否かの判定値となる温度差閾値Tt以下であるか否かを判定する。温度差閾値Ttは、温度差ΔTと酸化触媒20の酸化活性状態との関係に基づいて、酸化触媒20の酸化活性状態が低下した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ことができる。ステップ16で、「NO」、即ち、温度差ΔTが温度差閾値Ttを超えている(ΔT>Tt)と判定されると、スタート(の前)に戻り、ステップ11以降の処理を繰り返す。
In the
一方、ステップ16で、「YES」、即ち、温度差ΔTが温度差閾値Tt以下である(ΔT≦Tt)と判定されると、ステップ17に進み、酸化触媒20が閉塞状態にある、より具体的には、酸化触媒20が閉塞状態にあり、かつ、酸化活性状態が低下していると判定する。続くステップ18では、オペレータに対して酸化触媒20が閉塞状態にあ(り、かつ、酸化活性状態が低下してい)る旨を報知器25を通じて報知すると共に、必要に応じてエンジン10の回転数や出力を制限するフェールセーフ制御を行う。このフェールセーフ制御は、例えば、予め設定した所定時間、エンジン10の運転が継続されると、エンジン10を停止させるようにすることもできる。
On the other hand, if “YES” in
オペレータは、報知器25からの報知やエンジン10の運転が制限されることにより、酸化触媒20が閉塞状態にあ(り、かつ、酸化活性状態が低下してい)ることを知る。これにより、オペレータは、例えば、整備を行うサービスマンに対して点検、修理、交換等の整備を依頼することができる。ステップ19で、酸化触媒20の整備が行われたと判定されると、リターンを介してスタートに戻り、ステップ11以降の処理を繰り返す。
The operator knows that the
第2の実施の形態は、上述の如きコントローラ33の処理により、酸化触媒20の酸化活性状態を加味した閉塞状態の判定、必要なフェールセーフ制御を行うもので、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, the processing of the
特に、第2の実施の形態の場合は、コントローラ33は、酸化触媒20の入口側(上流側)と出口側(下流側)の圧力P1,P2と、酸化触媒20の入口側(上流側)と出口側(下流側)の温度T1,T2とに基づいて、酸化触媒20の閉塞状態の判定を行う。即ち、コントローラ33は、酸化触媒20の入口側(上流側)と出口側(下流側)の圧力P1,P2に加えて、酸化触媒20の入口側(上流側)と出口側(下流側)の温度T1,T2も用いて、酸化触媒20の閉塞状態の判定を行う。
In particular, in the case of the second embodiment, the
この場合、入口側の温度T1と出口側の温度T2との差となる温度差ΔT(=T2−T1)が予め設定した温度差閾値Tt以下であるか否かにより、酸化触媒20の酸化活性状態が低下しているか否かを判定する。このため、酸化触媒20の閉塞状態の判定を、酸化触媒20の酸化活性状態も考慮して行うことができ、酸化触媒20の閉塞状態をより細かく(精度よく)判定することができる。例えば、酸化触媒20が閉塞状態で、かつ、酸化活性状態が低下している場合は、酸化触媒20が故障状態であると判定することもできる。
In this case, the oxidation activity of the
なお、第2の実施の形態では、図6のステップ13,16の処理が本発明の構成要件である酸化触媒閉塞判定手段の具体例を示し、図6のステップ18の処理が本発明の構成要件であるフェールセーフ制御手段の具体例を示している。
In the second embodiment, a specific example of the oxidation catalyst blockage determination means in which the processing in
次に、図7および図8は本発明の第3の実施の形態を示している。第3の実施の形態の特徴は、排気ガス処理装置を、酸化触媒に加え、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備える構成としたことにある。なお、第3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 and FIG. 8 show a third embodiment of the present invention. The feature of the third embodiment resides in that the exhaust gas treatment device includes a filter that collects particulate matter in the exhaust gas discharged from the engine in addition to the oxidation catalyst. Note that in the third 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処理装置で、該排気ガス処理装置41は、排気ガス中の一酸化炭素(CO)等を酸化して除去する酸化触媒20と、排気ガス中の粒子状物質(PM)を捕集して除去する粒子状物質除去フィルタ(DPF)43とを含んで構成されている。
In the figure, 41 is an exhaust gas processing device for purifying exhaust gas discharged from the
即ち、排気ガス処理装置41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42を有している。このケーシング42内には、上述した第1の実施の形態と同様の酸化触媒20に加え、フィルタとしての粒子状物質除去フィルタ43(以下、フィルタ43という)が、取外し可能に収容されている。
That is, the exhaust
フィルタ43は、ケーシング42内で酸化触媒20の下流側に配置されている。フィルタ43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43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43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44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43は再生される。
The
次に、フィルタ43の再生を行う再生装置44について説明する。
Next, the regeneration device 44 that performs regeneration of the
即ち、44は排気ガス処理装置41のフィルタ43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43の再生を行う再生装置を示している。再生装置44は、燃料噴射装置14、回転センサ22、圧力センサ23,24,45、温度センサ46,47、コントローラ48を含んで構成されている。再生装置44は、例えば、後述のコントローラ48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、排気管12内の排気ガスの温度を上昇させ、フィルタ43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, reference numeral 44 denotes a regenerator that regenerates the
この場合、コントローラ48は、例えば、回転センサ22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、その他必要な状態量とに基づいて、フィルタ43に捕集される粒子状物質の捕集量を推定することができる。そして、コントローラ48は、その推定捕集量である第1の推定捕集量(と後述の第2の推定捕集量と)に基づいて、再生を行うか否か等を判定し、必要に応じて例えばポスト噴射による再生等を行うことができる。
In this case, the
圧力センサ45は、排気ガス処理装置41のケーシング42に設けられている。図7に示すように、圧力センサ45は、フィルタ43の出口側(下流側)の圧力P3を検出するフィルタ出口側圧力検出手段となるものである。このために、圧力センサ45は、フィルタ43の出口側(フィルタ43よりも下流側)に配置され、検出信号をコントローラ48に出力する。
The
コントローラ48は、例えば、圧力センサ24で検出した酸化触媒20の出口側の圧力P2、即ち、フィルタ43の入口側(上流側)の圧力P2と、圧力センサ45で検出したフィルタ43の出口側の圧力P3と、その他必要な状態量とに基づいて、フィルタ43に捕集される粒子状物質の捕集量を推定することができる。そして、コントローラ48は、その推定捕集量である第2の推定捕集量(と上述の第1の推定捕集量と)に基づいて、再生を行うか否か等を判定し、必要に応じて例えばポスト噴射による再生等を行うことができる。
For example, the
さらに、コントローラ48は、後述するように、圧力センサ23で検出した酸化触媒20の入口側の圧力P1と圧力センサ45で検出したフィルタ43の出口側の圧力P3とから、下記の数3式に基づいて差圧ΔP1を算出する。
Further, as will be described later, the
これと共に、コントローラ48は、圧力センサ24で検出した酸化触媒20の出口側(フィルタ43の入口側)の圧力P2と圧力センサ45で検出したフィルタ43の出口側の圧力P3とから、下記の数4式に基づいて差圧ΔP2を算出する。
At the same time, the
後述するように、コントローラ48は、差圧ΔP1と差圧ΔP2に基づいて、酸化触媒20の閉塞状態の判定等を行うことができる。
As will be described later, the
温度センサ46,47は、排気ガス処理装置41のケーシング42に設けられている。図7に示すように、温度センサ46,47は、酸化触媒20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コントローラ48に出力する。即ち、温度センサ46は、酸化触媒20の入口側(酸化触媒20よりも上流側)の温度T1を検出する入口側温度検出手段となり、温度センサ47は、酸化触媒20の出口側(酸化触媒20よりも下流側)の温度T2を検出する出口側温度検出手段となるものである。コントローラ48は、温度センサ46で検出した入口側の温度T1と温度センサ47で検出した出口側の温度T2とにより温度差ΔTを算出すると共に、この温度差ΔTに基づいて、酸化触媒20の酸化活性状態の判定等を行うことができる。この点は、第2の実施の形態と同様である。なお、第3の実施の形態では、温度センサ46,47を用いた酸化触媒20の酸化活性状態の判定は行わない構成として説明するが、第2の実施の形態と同様に、酸化触媒20の酸化活性状態の判定を行う構成としてもよい。
The
48はマイクロコンピュータ等からなるコントローラ(制御装置、コントロールユニット)で、該コントローラ48は、その入力側が燃料噴射装置14、回転センサ22、圧力センサ23,24,45、温度センサ46,47等に接続されている。コントローラ48の出力側は、燃料噴射装置14、報知器25等に接続されている。コントローラ48は、ROM,RAM等からなる記憶部48Aを有し、この記憶部48A内には、フィルタ43の再生処理用の処理プログラムに加え、図8に示す処理プログラム、即ち、酸化触媒20の閉塞状態の判定およびフェールセーフ制御の処理プログラム、予め設定された差圧閾値Pt1,Pt2等が格納されている。
ここで、コントローラ48は、圧力センサ23,24,45により検出された酸化触媒20の入口側の圧力P1と出口側の圧力P2とフィルタ43の出口側の圧力P3に基づいて、酸化触媒20がすす成分(スート)の付着に起因した閉塞状態(異常閉塞状態)にあるか否かを判定する酸化触媒閉塞判定手段(図8のステップ23,26の処理)と、該酸化触媒閉塞判定手段により酸化触媒20が閉塞状態にあると判定された場合にフェールセーフ制御を行うフェールセーフ制御手段(図8のステップ28の処理)とを備えるものである。
Here, the
即ち、コントローラ48は、上述の数3式に基づいて、酸化触媒20の入口側とフィルタ43の出口側との差圧ΔP1を算出し(図8のステップ22の処理)、この差圧ΔP1が予め設定した差圧閾値Pt1以上であるか否かを判定する(図8のステップ23の処理)。この場合、差圧閾値Pt1は、酸化触媒20が閉塞状態であるか否かを判定するための1つの判定値となるものである。より具体的には、排気ガス処理装置18全体の閉塞状態となるフィルタ43の捕集状態(堆積状態)を含んだ酸化触媒20の閉塞状態の判定値となるものである。そこで、差圧閾値Pt1は、差圧ΔP1と酸化触媒20およびフィルタ43の状態との関係に基づいて、酸化触媒20が閉塞状態であ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。
That is, the
ここで、差圧ΔP1が差圧閾値Pt1以上になると、酸化触媒20が閉塞状態にある可能性が高いと考えられる。そこで、コントローラ48は、差圧ΔP1が差圧閾値Pt1以上であるときは、上述の数4式に基づいて、酸化触媒20の出口側(=フィルタ43の入口側)とフィルタ43の出口側との差圧ΔP2を算出し(図8のステップ25の処理)、この差圧ΔP2が予め設定した差圧閾値Pt2以下であるか否かを判定する(図8のステップ26の処理)。この場合、差圧閾値Pt2は、酸化触媒20が閉塞状態であるか否かを判定するための他の判定値となるものである。より具体的には、フィルタ43の捕集状態(堆積状態)の判定値となるものである。そこで、差圧閾値Pt2は、差圧ΔP2とフィルタ43の状態と差圧ΔP1との関係から酸化触媒20が閉塞状態であ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。
Here, when the differential pressure [Delta] P 1 becomes higher differential pressure threshold value Pt1, the
ここで、差圧ΔP1が差圧閾値Pt1以上であり、かつ、差圧ΔP2が差圧閾値Pt2以下であるときは、フィルタ43の捕集量(堆積量)が少なくフィルタ43の差圧ΔP2が小さいのに、排気ガス処理装置18全体の差圧ΔP1が高い状態であるから、酸化触媒20が閉塞状態であると考えられる。そこで、コントローラ48は、差圧ΔP1が差圧閾値Pt1以上であり、かつ、差圧ΔP2が差圧閾値Pt2以下であるときは、酸化触媒20がすす成分の付着に起因した閉塞状態にあると判定する(図8のステップ27の処理)。この場合は、コントローラ48は、オペレータに対して酸化触媒20が閉塞状態にある旨を報知器25を通じて報知すると共に、必要に応じてエンジン10の回転数や出力を制限するフェールセーフ制御を行う(図8のステップ28の処理)。このフェールセーフ制御は、例えば、予め設定した所定時間、エンジン10の運転が継続されると、エンジン10を停止させるようにすることもできる。
Here, when the differential pressure ΔP 1 is equal to or higher than the differential pressure threshold Pt 1 and the differential pressure ΔP 2 is equal to or lower than the differential pressure threshold Pt 2 , the trapped amount (deposition amount) of the
オペレータは、報知器25からの報知やエンジン10の運転が制限されることにより、酸化触媒20が閉塞状態にあることを知る。これにより、オペレータは、例えば、整備を行うサービスマンに対して点検、修理、交換等の整備を依頼することができ、酸化触媒20の整備を行うことができる(図8のステップ29の処理)。
The operator knows that the
第3の実施の形態では、エンジン10の運転に伴って、有害物質である粒子状物質が排出されると、排気ガス処理装置41では、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)が酸化除去され、フィルタ43では、排気ガス中に含まれる粒子状物質が捕集される。これにより、浄化した排気ガスを下流側の排出口21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44によって燃焼し除去(再生)される。例えば、酸化触媒20を介した酸化反応とエンジン10に加わる負荷が大きくなることとにより、排気ガスの温度が上昇し、これにより、フィルタ43に堆積した粒子状物質を燃焼することができる(低温再生)。また、燃料噴射装置14でポスト噴射と呼ばれる再生用の燃料噴射を行うことにより、排気ガスの温度を上昇させ、フィルタ43に堆積した粒子状物質を強制的に燃焼することができる(高温再生)。
In the third embodiment, when particulate matter, which is a harmful substance, is discharged as the
一方、排気ガス処理装置18の酸化触媒20は、排気ガス中のすす成分(スート)の付着に起因して閉塞状態になるおそれがある。即ち、酸化触媒20に気化しない燃料が達すると、その燃料が酸化触媒20に付着してすす成分になる。より具体的に説明すると、例えば、エンジン10の燃料噴射装置14で燃料が適正に噴射されない場合等に、酸化触媒20に未燃燃料が付着し、この未燃燃料が高温にさらされることですす化する。
On the other hand, the
そして、このすす成分が酸化触媒20の上面(白金層)に付着し、酸化触媒20が閉塞状態となることにより、例えば、NOをNO2に酸化させる機能等の酸化機能が低下するおそれがある。これにより、酸化触媒20の温度差が小さくなり(酸化触媒20での排気ガスの温度上昇量が低下し)、下流側に位置するフィルタ43で十分な再生が行われなくなるおそれがある。この場合には、例えば、フィルタ43に粒子状物質(PM)が過剰に堆積するおそれがある。
Then, the soot component adheres to the upper surface (platinum layer) of the
これに対し、第3の実施の形態では、コントローラ48は、酸化触媒20の閉塞状態を判定すると共に、酸化触媒20が閉塞状態にあると判定された場合は、オペレータに対して酸化触媒20が閉塞状態にある旨を報知すると共に必要に応じてエンジン10の回転数や出力を制限するフェールセーフ制御を行う。このようなコントローラ48により行われる処理について、図8の流れ図を用いて説明する。なお、図8の処理は、コントローラ48に通電している間、コントローラ48により所定の制御時間毎に(所定の制御周期で)繰り返し実行される。
On the other hand, in the third embodiment, 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48に通電が開始され、図8の処理動作がスタートすると、ステップ21では、圧力センサ23,45から圧力P1,P3をそれぞれ読込む。即ち、酸化触媒20の上流側の圧力P1とフィルタ43の下流側の圧力P3とを読込む。次なるステップ22では、酸化触媒20の上流側の圧力P1とフィルタ43の下流側の圧力P3との差圧ΔP1を、前述した数3式により演算する。
When the accessory is turned on or the
次のステップ23では、酸化触媒20が閉塞状態にあるか否かの前段(前段階)の判定を行う。即ち、ステップ23では、ステップ22で算出した差圧ΔP1、即ち、排気ガス処理装置18全体としての閉塞状態(フィルタ43の捕集状態(堆積状態)を含んだ酸化触媒20の閉塞状態)に対応する差圧ΔP1が、差圧閾値Pt1以上であるか否かを判定する。差圧閾値Pt1は、差圧ΔP1と酸化触媒20およびフィルタ43の状態との関係に基づいて、酸化触媒20が閉塞状態であ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ことができる。ステップ23で、「NO」、即ち、差圧ΔP1が差圧閾値Pt1未満である(ΔP1<Pt1)と判定されると、スタート(の前)に戻り、ステップ21以降の処理を繰り返す。
In the
一方、ステップ23で、「YES」、即ち、差圧ΔP1が差圧閾値Pt1以上である(ΔP1≧Pt1)と判定されると、ステップ24に進む。ステップ24では、圧力センサ24,45から圧力P2,P3をそれぞれ読込む。即ち、酸化触媒20の下流側(=フィルタ43の上流側)の圧力P2とフィルタ43の下流側の圧力P3とを読込む。次なるステップ25では、酸化触媒20の下流側(=フィルタ43の上流側)の圧力P2とフィルタ43の下流側の圧力P3との差圧ΔP2を、前述した数4式により演算する。
On the other hand, if “YES” in
次のステップ26では、酸化触媒20が閉塞状態にあるか否かの後段(最終段階)の判定を行う。即ち、ステップ26では、ステップ25で算出した差圧ΔP2、即ち、フィルタ43の捕集状態(堆積状態)に対応する差圧ΔP2が、差圧閾値Pt2以下であるか否かを判定する。差圧閾値Pt2は、差圧ΔP2とフィルタ43の状態と差圧ΔP1との関係から酸化触媒20が閉塞状態であ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ことができる。ステップ26で、「NO」、即ち、差圧ΔP2が差圧閾値Pt2を超えている(ΔP2>Pt2)と判定されると、スタート(の前)に戻り、ステップ21以降の処理を繰り返す。
In the
一方、ステップ26で、「YES」、即ち、差圧ΔP2が差圧閾値Pt2以下である(ΔP2≦Pt2)と判定されると、ステップ27に進み、酸化触媒20が閉塞状態にあると判定する。即ち、フィルタ43の捕集量(堆積量)が少なくフィルタ43の差圧ΔP2が小さいのに、排気ガス処理装置18全体の差圧ΔP1が高い状態であるから、酸化触媒20が閉塞状態にあると判定する。続くステップ28では、オペレータに対して酸化触媒20が閉塞状態にある旨を報知器25を通じて報知すると共に、必要に応じてエンジン10の回転数や出力を制限するフェールセーフ制御を行う。このフェールセーフ制御は、例えば、予め設定した所定時間、エンジン10の運転が継続されると、エンジン10を停止させるようにすることもできる。
On the other hand, if “YES” in
オペレータは、報知器25からの報知やエンジン10の運転が制限されることにより、酸化触媒20が閉塞状態にあることを知る。これにより、オペレータは、例えば、整備を行うサービスマンに対して点検、修理、交換等の整備を依頼することができる。ステップ29で、酸化触媒20の整備が行われたと判定されると、リターンを介してスタートに戻り、ステップ21以降の処理を繰り返す。
The operator knows that the
第3の実施の形態は、上述の如きコントローラ48の処理により、酸化触媒20の閉塞状態の判定、必要なフェールセーフ制御を行うもので、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 third embodiment, the
特に、第3の実施の形態の場合は、コントローラ48は、ステップ23およびステップ26の処理により、酸化触媒20の閉塞状態、即ち、すす成分(スート)の付着に起因した閉塞状態にあるか否かを判定することができる。この場合、コントローラ48は、酸化触媒20の入口側(上流側)の圧力P1と、酸化触媒20の出口側(下流側)でフィルタ43の入口側(上流側)の圧力P2と、フィルタ43の出口側(下流側)の圧力P3とに基づいて、酸化触媒20の閉塞状態を判定する。このため、フィルタ43と酸化触媒20とを含んで構成された排気ガス処理装置18において、酸化触媒20の閉塞状態の判定を安定して行うことができる。
In particular, in the case of the third embodiment, the
しかも、第3の実施の形態の場合は、酸化触媒20の入口側(上流側)の圧力P1と出口側(下流側)の圧力P2との2つの圧力だけでなく、フィルタ43の出口側(下流側)の圧力P3も用いて、換言すれば、合計3個所の圧力P1,P2,P3を用いて、酸化触媒20の閉塞状態の判定を行う。このため、酸化触媒20の閉塞状態の判定の精度(正確性)を向上できる。
In addition, in the case of the third embodiment, not only the pressure P1 on the inlet side (upstream side) and the pressure P2 on the outlet side (downstream side) of the
なお、第3の実施の形態では、図8のステップ23,26の処理が本発明の構成要件である酸化触媒閉塞判定手段の具体例を示し、図8のステップ28の処理が本発明の構成要件であるフェールセーフ制御手段の具体例を示している。
In the third embodiment, a specific example of the oxidation catalyst blockage determination means in which the processing of
上述した第3の実施の形態では、酸化触媒20の入口側の圧力P1と、酸化触媒20の出口側(フィルタ43の入口側)の圧力P2と、フィルタ43の出口側の圧力P3とに基づいて、酸化触媒20の閉塞状態の判定を行う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、酸化触媒20の入口側の圧力P1と出口側(フィルタ43の入口側)の圧力P2との2個所の圧力P1,P2に基づいて、第1の実施の形態のように酸化触媒20の閉塞状態の判定を行う構成としてもよい。また、例えば、酸化触媒20の入口側と出口側の圧力P1,P2(必要に応じてフィルタ43の出口側の圧力P3)と、温度センサ46,47により検出される酸化触媒20の入口側と出口側の温度T1,T2とに基づいて、第2の実施の形態のように酸化触媒20の酸化活性状態を加味した閉塞状態の判定を行う構成としてもよい。
In the third embodiment described above, based on the pressure P1 on the inlet side of the
上述した各実施の形態では、排気ガス処理装置18を、酸化触媒20(およびフィルタ43)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(および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 embodiment described above, the case where the exhaust
上述した各実施の形態では、排気ガス処理装置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処理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。
In each of the above-described embodiments, the case where the exhaust
1 油圧ショベル(建設機械)
6 旋回フレーム(フレーム)
10 エンジン
18,41 排気ガス処理装置
20 酸化触媒
23 圧力センサ(入口側圧力検出手段)
24 圧力センサ(出口側圧力検出手段)
26,33,48 コントローラ
31,46 温度センサ(入口側温度検出手段)
32,47 温度センサ(出口側温度検出手段)
43 粒子状物質除去フィルタ(フィルタ)
45 圧力センサ(フィルタ出口側圧力検出手段)
1 Excavator (construction machine)
6 Rotating frame (frame)
DESCRIPTION OF
24 Pressure sensor (exit side pressure detection means)
26, 33, 48
32, 47 Temperature sensor (outlet side temperature detection means)
43 Particulate matter removal filter (filter)
45 Pressure sensor (filter outlet pressure detection means)
Claims (4)
該フレームに搭載されるエンジンと、
該エンジンから排出される排気ガス中の成分を酸化するための酸化触媒を有し、前記エンジンの排気側に設けられる排気ガス処理装置とを備えてなる建設機械において、
前記酸化触媒の入口側の圧力(P1)を検出する入口側圧力検出手段と、
前記酸化触媒の出口側の圧力(P2)を検出する出口側圧力検出手段と、
前記入口側圧力検出手段および出口側圧力検出手段により検出された前記圧力(P1,P2)に基づいて、前記酸化触媒がすす成分の付着に起因した閉塞状態にあるか否かを判定する酸化触媒閉塞判定手段と、
該酸化触媒閉塞判定手段により前記酸化触媒が閉塞状態にあると判定された場合にフェールセーフ制御を行うフェールセーフ制御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 frame forming a support structure;
An engine mounted on the frame;
In a construction machine having an oxidation catalyst for oxidizing components in exhaust gas exhausted from the engine, and an exhaust gas treatment device provided on the exhaust side of the engine,
Inlet side pressure detecting means for detecting the pressure (P1) on the inlet side of the oxidation catalyst;
Outlet side pressure detection means for detecting the pressure (P2) on the outlet side of the oxidation catalyst;
An oxidation catalyst that determines whether or not the oxidation catalyst is in a closed state due to adhesion of soot components based on the pressures (P1, P2) detected by the inlet side pressure detection means and the outlet side pressure detection means Occlusion determination means;
A construction machine comprising: a fail-safe control unit that performs fail-safe control when the oxidation catalyst blockage determination unit determines that the oxidation catalyst is blocked.
前記酸化触媒の出口側の温度(T2)を検出する出口側温度検出手段とを備え、
前記酸化触媒閉塞判定手段は、前記入口側温度検出手段および出口側温度検出手段により検出された前記温度(T1,T2)と前記圧力(P1,P2)とに基づいて、前記酸化触媒の閉塞状態を判定する構成としてなる請求項1に記載の建設機械。 Inlet side temperature detecting means for detecting the temperature (T1) on the inlet side of the oxidation catalyst;
Outlet side temperature detection means for detecting the temperature (T2) on the outlet side of the oxidation catalyst,
The oxidation catalyst blockage determination unit is configured to block the oxidation catalyst based on the temperature (T1, T2) and the pressure (P1, P2) detected by the inlet side temperature detection unit and the outlet side temperature detection unit. The construction machine according to claim 1, which is configured to determine
前記酸化触媒閉塞判定手段は、前記フィルタ出口側圧力検出手段により検出された前記圧力(P3)と前記圧力(P1,P2)とに基づいて、前記酸化触媒の閉塞状態を判定する構成としてなる請求項3に記載の建設機械。 A filter outlet side pressure detecting means for detecting the pressure (P3) on the outlet side of the filter;
The oxidation catalyst blockage determination unit is configured to determine the blockage state of the oxidation catalyst based on the pressure (P3) and the pressures (P1, P2) detected by the filter outlet side pressure detection unit. Item 4. The construction machine according to item 3.
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