JP2021180624A - ディーゼルエンジン搭載の作業車両 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ディーゼルエンジンを搭載した作業車両で、排気ガス中の粒状化物質（ＰＭ）を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）の再生処理を行うスイッチをハンドル周りの位置に、操作し易くするため、設けることを課題とする。【解決手段】エンジンＥの排気ガスを浄化処理するディーゼルパティキュレートフィルタ４６ｂを設けた作業車の操縦装置において、ステアリングハンドル１６周りに多数設けるスイッチ類の一つをディーゼルパティキュレートフィルタ４６ｂの再生処理を行うＤＰＦ再生スイッチ６０に兼用したことを特徴とする作業車の操縦装置とする。【選択図】図６

Description

本発明は、ディーゼルエンジンを搭載した作業車両で、排気ガス中の粒状化物質（ＰＭ）を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）の再生処理に関する。

特許文献１に記載の如く、ディーゼルエンジンが使用されるとＰＭがＤＰＦに蓄積され、エンジンの排気ガスが高温状態ではＰＭが焼却されるが、エンジン回転が低く排気ガスが低温のままの場合は適時に走行を停止してエンジンを高回転させることで排気温度を上昇させてＤＰＦに蓄積されたＰＭを焼却させる再生処理が必要となる。

特開２０１４−８８８６０号公報

作業車両のステアリングハンドル周りには走行変速操作装置やエンジンの変速操作装置や油圧機器の制御操作装置等の多くの制御操作装置が設けられ、走行を停止させてエンジンを高回転させるＤＰＦ再生スイッチを他のスイッチ類と並べて設けると操作が煩雑になって誤操作の可能性がある。

本発明は、ディーゼルエンジンを搭載した作業車両で、排気ガス中の粒状化物質（ＰＭ）を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）の再生処理を行うスイッチをハンドル周りの位置に操作し易く設けることを課題とする。

上記本発明の課題は、次の技術手段により解決される。

請求項１の発明は、エンジンＥの排気ガスを浄化処理するディーゼルパティキュレートフィルタ４６ｂを設けた作業車において、ステアリングハンドル１６周りに多数設けるスイッチ類の一つをディーゼルパティキュレートフィルタ４６ｂの再生処理を行うＤＰＦ再生スイッチ６０に兼用したことを特徴とする作業車の操縦装置とする。

請求項２の発明は、ＤＰＦ再生スイッチ６０がエンジンＥの定格回転数を低下させるエコノミーモードスイッチ６０Ａであることを特徴とする請求項１に記載の作業車の操縦装置とする。

請求項３の発明は、ＤＰＦ再生スイッチ６０が自動的にエンジンＥの回転数に応じて無段変速装置の変速を変速するオート変速モードスイッチ６０Ｂであることを特徴とする請求項１に記載の作業車の操縦装置とする。

請求項４の発明は、ディーゼルパティキュレートフィルタ４６ｂの再生処理が必要となるとＤＰＦ再生スイッチ６０を点灯或いは点滅させてなる請求項２或いは請求項３の何れか１項に記載の作業車の操縦装置とする。

請求項１の発明で、ステアリングハンドル１６周りに設けるスイッチ類の一つをＤＰＦ再生スイッチ６０に兼用しているので、新たにＤＰＦ再生スイッチ６０として単独で設ける必要がないので設置スペースが不要で、スイッチ類を少なくして操作ミスを誘発しない。

請求項２の発明で、エンジンＥの定格回転数を低下させるエコノミーモードスイッチ６０Ａは頻繁に使うことがなくディーゼルパティキュレートフィルタ４６ｂの再生処理が必要になったときにＤＰＦ再生スイッチ６０として機能するので、作業車の操縦中に誤って触ってディーゼルパティキュレートフィルタ４６ｂの再生処理を行うこともない。

請求項３の発明で、エンジンＥの回転数と無段変速装置変速を自動的に変速するオート変速モードスイッチ６０Ｂは走行モードの変更時にのみ使用してディーゼルパティキュレートフィルタ４６ｂの再生処理が必要になったときにＤＰＦ再生スイッチ６０として機能するので、作業車の操縦中に誤って触ってディーゼルパティキュレートフィルタ４６ｂの再生処理を行うこともない。

請求項４の発明で、ディーゼルパティキュレートフィルタ４６ｂの再生処理が必要となるとエコノミーモードスイッチ６０Ａかオート変速モードスイッチ６０Ｂの何れか或いは両方が点灯或いは点滅するので、作業車の操縦者が気付き易く、ディーゼルパティキュレートフィルタ４６ｂの再生タイミングを逃すこともない。

本発明の実施の形態にかかる操縦装置の蓄圧式燃料噴射装置のシステム説明図である。 同操縦装置のエンジンの吸排気システム概略図である。 同操縦装置のトラクタの左側面図である。 同操縦装置のトラクタの平面図である。 同操縦装置のステアリングハンドルの背面図である。 同操縦装置の右サイド操作盤の側面図である。 度操縦装置の油圧操作盤の正面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に示す実施例を参照しながら説明する。

図１は、作業車に搭載したディーゼルエンジンＥの蓄圧式燃料噴射装置のシステム説明図である。蓄圧式燃料噴射装置は、例えば、多気筒ディーゼル機関に適用されるものである。そして、蓄圧式燃料噴射装置は、設定した噴射圧力に相当する高圧燃料を蓄圧するコモンレール１と、このコモンレール１に取り付けられる圧力センサ２と、燃料タンク３より汲み上げた燃料を加圧してコモンレール１に圧送する高圧ポンプ４と、コモンレール１に蓄圧された高圧燃料をエンジンＥのシリンダー５内に噴射する燃料噴射ノズル６と、前記高圧ポンプ４と燃料噴射ノズル６等の動作を制御する燃料噴射制御装置（ＥＣＵ）１００等から構成される。

そして、ＥＣＵ１００で要求された圧力の燃料をコモンレール１でエンジンＥの各シリンダー５へ噴射する。

前記燃料タンク３内の燃料は吸入通路により燃料フィルタ７を介してエンジンＥで駆動される高圧ポンプ４に吸入され、この高圧ポンプ４によって加圧された高圧燃料は吐出通路８によりコモンレール１に導かれて蓄えられる。

コモンレール１内の高圧燃料は各高圧燃料供給通路９により気筒数分の燃料噴射ノズル６に供給され、ＥＣＵ１００からの指令に基づき、各シリンダーに燃料噴射ノズル６が作動して、高圧燃料がエンジンＥの各シルンダー５室内に噴射供給され、各燃料噴射ノズル６での余剰燃料（リターン燃料）は各リターン通路１０により共通のリターン通路１０へ導かれ、このリターン通路１０によって燃料タンク３へ戻される。

また、コモンレール１内の燃料圧力（コモンレール圧）を制御するため高圧ポンプ４に圧力制御弁１１が設けられており、この圧力制御弁１１はＥＣＵ１００からのデューティ信号によって、高圧ポンプ４から燃料タンク３への余剰燃料のリターン通路１０の流路面積を調整するものであり、これによりコモンレール１側への燃料吐出量を調整してコモンレール圧を制御することができる。

具体的には、エンジン運転条件に応じて目標コモンレール圧を設定し、レール圧力センサ２により検出されるコモンレール圧が目標コモンレール圧と一致するよう、圧力制御弁１１を介してコモンレール圧をフィードバック制御する構成としている。

図２はエンジンＥのシリンダー５内への吸気と排気のシステム図であり、４サイクルのディーゼルエンジンで、過給器ＴＢの吸気タービン３６により過給された空気は、エアクリーナー３５から吸気タービン３６、インタークーラー３７を通過して吸気マニホールド３８からシリンダー５内へ送られる構成である。３９は吸気バルブであり、４０はピストンである。４８はカムでありロッカーアーム４９を介して吸排気バルブ３９、４１を開閉させるものである。

シリンダー５内で燃焼した排ガスは、排気バルブ４１から排気マニホールド４２を通過した後、過給器ＴＢの排気タービン４５で過給器ＴＢを駆動して排出される構成である。

このディーゼルエンジンは、排気ガスの一部を吸気側に混入させるためのＥＧＲ（排気再循環装置）回路４４を有している。ＥＧＲ回路４４で排気ガスの一部を吸気側に混入させることで酸素量（Ｏ2）を減らして、窒素酸化物Ｎｏxの発生を低減させるように構成している。ただし、排気ガスの混入率が上昇しすぎると、逆に酸素量が少なくなって不完全燃焼になるので、燃焼状態により混入率を調節する必要がある。この調節は、ＥＧＲバルブ４３にて行う。ＥＧＲ回路４４は、後述する後処理装置４６下流側の排気管５５と過給器ＴＢの吸気タービン３６上流側の吸入管５６との間を接続している。また、ＥＧＲ回路４４の途中にはＥＧＲクーラ５７を設ける構成としている。このＥＧＲバルブ４３の開閉具合でシリンダー５内への排気ガスの還元量が変化する。

排気タービン４５を通過後の排気ガスは、後処理装置４６を通過してマフラー５０から大気中に排出される。後処理装置４６は、酸化触媒（ＤＯＣ）４６ａとディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）４６ｂとから構成されている。

酸化触媒ＤＯＣ４６ａは不燃物を酸化燃焼させるものであり、ＤＰＦ４６ｂは粒状化物質（ＰＭ）を捕集するためのものである。前記ＥＧＲバルブ４３と絞り弁４７は、ＥＣＵ１００により制御される構成である。後処理装置４６はＤＰＦ４６ｂのみで構成してもよい、ＤＯＣ４６ａを設けると不燃物が燃焼するので、よりクリーンな排気ガスとなる。

ＤＰＦ４６ｂは、排気ガスの温度が低い状態（低負荷）が長時間続くと、ＰＭが溜まってきて粒状化物質（ＰＭ）の捕集能力が低下することが懸念される。そこで、後処理装置４６の下手側に絞り弁４７を設け、この絞り弁４７を絞るとＤＰＦ４６ｂ内の圧力が高く保持されるので温度も高くなる。これにより、高い温度の影響により、ＤＰＦ４６ｂの再生が可能となる。即ち、高い温度の排気ガスがＤＰＦ４６ｂを通過すると、ＤＰＦ４６ｂ内に存在しているＰＭが焼き飛ばされることでＤＰＦ４６ｂが再生される。

ＤＰＦ４６ｂを再生させるためのＤＰＦ再生運転としては、ＥＧＲバルブ４３と絞り弁４７の両方を絞る。そして、燃料噴射タイミングのリタード（遅角）と合わせてＤＰＦ４６ｂ内のガス温度を上昇させ、ＤＰＦ４６ｂが再生に入るようにする。これにより、燃料のアフター噴射（排気ガス温度を上昇させるため）が不要となったり、アフター噴射の回数を減らしたりすることができるようになるので、燃料消費量を抑制できて環境にもよい。

このようなＤＰＦ再生運転を行うための条件としては、後処理装置４６の上手側に圧力センサ５２を設け、後処理装置４６の下手側にも圧力センサ５３を設け、この圧力差が所定値以上になるとＤＰＦ４６ｂ内にＰＭが蓄積して抵抗となっている状態なので、ＤＰＦ再生運転を行うようにする。また、圧力センサ５２の替わりにＤＯＣ４６ａとＤＰＦ４６ｂとの間に圧力センサ５８を設ける構成としてもよい。

また、ＤＰＦ再生運転に入った状態が長時間続くと、過熱状態となってしまいＤＰＦ４６ｂが損傷してしまう。そこで、後処理装置４６の下手側に温度センサ５９を設け、この温度センサ５９の値が所定値を超えるとＤＰＦ再生運転を止めて通常運転に戻るようにする。

通常の運転は、ＥＧＲバルブ４３と絞り弁４７を同時に制御してＥＧＲ量を適宜コントロールするようにする。特に、絞り弁４７を有することで、ＤＰＦ４６ｂ内のガス温度を高く保持することができるようになる。

前述のような構成としたことで、吸気スロットルが不要となる。即ち、過給器付き機関では吸気側圧力が高いので、ＥＧＲガス量を確保するために排気絞り弁または吸気スロットルを設け、ＥＧＲバルブと連動した制御が必要となるが、このようなシステムが不要となる。

また、ＤＰＦ４６ｂ下流の排気ガスを取り出すために、過給器ＴＢの汚れに伴う性能劣化を生じることを防止できるようになる。そして、ＥＧＲガスはＥＧＲクーラ５７で冷却されるため、ＮＯｘ低減に対して効果が大きくなる。

前述したように、ＤＰＦの再生運転を行なうＤＰＦ強制再生モードにおいては、排気絞り弁４７を絞り、ＯＮ−ＯＦＦ制御によってＥＧＲバルブ４３を全閉とするように構成する。したがって、排気ガスの還元が行なわれないのでＮＯが増加し、このＮＯがＤＯＣ４６ａによってＮＯ2に転換され、ＤＰＦ４６ｂの再生が促進されるようになる。

また、ＤＰＦ４６ｂの強制再生中において、エンジン回転がローアイドルに移行した場合は、前記ＥＧＲバルブ４３を全開とする。ＤＰＦ４６ｂの下流側には温度センサ５９を設けているので、この温度センサ５９による検出値が所定値以上に上昇したことも条件に加えるようにしてもよい。

前記絞り弁４７を絞ってＤＰＦ４６ｂの強制再生を行なう場合において、エンジン回転数を低い回転数にして供給酸素量を増加させるとともに、排気ガス流速が減少することで温度を上昇しやすくしていた。ところが、再生中にエンジン回転数がローアイドルまたはその近傍に変更された場合、供給酸素量の増加と流速の減少により、煤が急速に燃焼してしまう。その結果、温度が急速に上昇してＤＰＦ４６ｂが損傷してしまう可能性がある。そこで、最高温度が許容温度を超えないようにする煤を管理する必要がある。

このために、温度センサ５９が所定値を超えると、エンジン回転数を中速域まで上昇させるように構成する。これにより、排気ガスの流速が速くなるので最高温度が下がり、ＤＰＦ４６ｂの損傷を防止できるようになる。また、前記温度センサ５９の所定値の値を限界値近傍で制御すると、ＤＰＦ４６ｂの再生を効率よく行なうことができるようになる。

前記エンジン回転数を中速域まで上昇させるにあたり、一旦最高回転数まで上昇させ、その後中速域まで減速させるように構成してもよい、これにより、一旦排気ガスが最高速度で流れるので、予熱などでＤＰＦ４６ｂが加熱されてしまって閾値の温度を超えてしまうことを防止できるようになる。

また、ＤＰＦ４６ｂの強制再生中において、前述のようにエンジン回転数をローアイドルに移行するときにおいて、ポスト噴射を中断し、その後エンジン回転数を最高回転数まで上昇させ、中速域に移行する段階でポスト噴射を再開する構成とする。これにより、排気ガス温度の急激な上昇が抑制できるので、ＤＰＦ４６ｂの損傷を防止できるようになる。

ＤＰＦ４６ｂ前後の差圧を圧力センサ５８、５３で監視し、ＤＰＦ４６ｂ前後差圧が所定値以上になってＤＰＦ再生運転が必要になると、後述するＤＰＦ再生スイッチ６０を点灯或いは点滅して運転者に知らせ、走行を停止してＤＰＦ再生スイッチ６０をオンして、自動でＤＰＦ４６ｂの再生を行い、ＤＰＦ４６ｂ再生後は自動でエンジンＥを停止するように構成する。

そして、エンジンキーが切りの状態であっても、ＤＰＦ再生スイッチ６０を押すことで、エンジンを起動して、ＤＰＦ４６ｂの再生を実行する。ＤＰＦ４６ｂ前後の差圧が所定値以下になると、エンジンを自動で停止する。

これにより、作業終了後であっても自動でＤＰＦ４６ｂの再生、エンジン停止が可能となるために、運転者は本機から離れて他の作業ができるようになる。

ＤＰＦ４６ｂの再生を行なうときには、図２に示すように、吸気側の空気を管路６１からＤＰＦ４６ｂの上流側に送るように構成してもよい。即ち、ＤＰＦ４６ｂの再生を行なうときには、バルブ６０を開いて酸素量の多い過給器ＴＢ上流側の吸気側の空気をＤＰＦ４６ｂの上流側に送るように構成してもよい。これにより、再生効率が向上するようになる。

また、ＤＰＦ４６ｂの温度を温度センサ６２、５９で監視し、３段階のステップで再生時の昇温を確認するようにしてもよい。まず、吸気の絞り（図示せず）を行い、この吸気の絞り状態での昇温確認を行う。次に、第一ポスト噴射を行って昇温を確認する。この時点で、ＤＰＦ４６ｂの前後温度が２５０度に達していなければ第二ポスト噴射を行っても更なる温度上昇は見込めないので、一旦再生を中断するようにする。もちろん、２５０度以上であれば第二ポスト噴射を行ってＤＰＦ４６ｂの再生を行なうようにする。

図２に示しているように、ＤＰＦ４６ｂの下流側には空燃比センサ６３を設けている。ポスト噴射を行なってＤＰＦ４６ｂの再生を行なう場合、燃料噴射量が多くなりすぎると燃費が悪化し、少ないと温度が上昇しなくて再生ができなくなる。そこで、空燃比センサ６３の値をＥＣＵ１００にフィードバックして噴射量を決める構成とする。これにより、適切な燃費となるとともに、ＤＰＦ４６ｂの再生が可能となる。また、前記空燃比センサ６３の替わりに吸気マニホールド内の圧力値をフィードバックするように構成してもよい。

前述のように、ＤＰＦ４６ｂの再生においては、自動再生と強制再生（手動再生）がある。自動再生は、走行中（路上と圃場）において、特定の条件で再生を行うものであり、強制再生（手動再生）は、ＤＰＦ４６ｂ内のＰＭ量の閾値が限界値を超えることで、機体の走行を停止して再生を行うものである。

前記自動再生中において、エンジンを停止して再びエンジンを再始動した際、ＤＰＦ４６ｂ内の温度が所定値以上の高温状態であれば、自動再生を再開させる構成とする。たとえ負荷が低くて通常の自動再生実施の負荷に到達していなくても、自動再生を直ぐに再開させる構成とする。これにより、再生の機会が増えて積極的に再生が行われるので、ＤＰＦ４６ｂ内のＰＭ量が過堆積になるのを防止できる。また、ＤＰＦ４６ｂ再生の効率が良くなるので、エンジンオイルに入る燃料のダイリューション量を減らすことができるようになる。

以上のＤＰＦ４６ｂの自動再生は制御装置１００によって行われる。

図３は、前述のようなコモンレール１を有するディーゼルエンジンを搭載したトラクタの側面図を示し、図４はキャビン１４を省いた状態での平面図を示している。図５は操縦席１７から前方を見たステアリングハンドル１６周りの背面図である。

トラクタは、機体の前後部に前輪１２、１２と後輪１３、１３を備え、機体の前部に搭載したエンジンＥの回転動力をトランスミッションケースＴ内の無段変速装置によって適宜減速して、これら前輪１２、１２と後輪１３、１３に伝えるように構成している。

機体中央であってキャビン１４内のハンドルポスト１５にはステアリングハンドル１６が支持され、その後方には操縦席１７が設けられている。ステアリングハンドル１６の下方には、機体の進行方向を前後方向に切り換える前後進レバー１８が設けられている。この前後進レバー１８を前側に移動させると機体は前進し、後方へ移動させると後進する構成である。

また、ハンドルポスト１５を挟んで前後進レバー１８が設けられ、またステップフロア１９の右コーナー部には、同様にエンジン回転数を調節するアクセルペダル２３と、左右の後輪１３、１３にブレーキを作動させる左右のブレーキペダル２４Ｌ、２４Ｒが設けられている。ステップフロア１９の左コーナー部にはクラッチペダル２０が設けられている構成である。

図５の如く、ハンドルポスト１５の右側には、サイドコンビスイッチ６６と４ＷＤ切換ダイヤル６４とメインスイッチ６５を設けている。

図６は、操縦席１７の右側に設ける右サイドパネル８６を示している。

主変速レバー２６が右前にあり、その右側に低速、中速、高速及び中立のいずれかの位置を選択できる副変速レバー２７があり、その後ろ側にＰＴＯ回転スイッチ６７とＰＴＯ切換スイッチ６８があり、その下側にアクセルメモリスイッチ６９と圃場の耕耘深さを設定する耕深調整ダイヤル７０があり、さらに下側にコントロールレバー７１と作業機上下スイッチ７２がある。主変速レバー２６の前にはエンジンＥの回転数に応じてトランスミッションケースＴを最適変速段に変速するオート変速モードスイッチ６０Ｂがあり、その下部にアクセルレバー２５がある。オート変速モードスイッチ６０Ｂは本発明のＤＰＦ再生スイッチ６０としても機能し、前記のＤＰＦ４６ｂの手動再生が必要になった条件で制御装置１００からの制御で点滅或いは点灯によって運転者に知らせる。この状態ではオート変速モードスイッチ６０Ｂの本来の機能は停止し、オンすることでＤＰＦ再生運転が開始される。

右サイドパネル８６の前後中間部には外部油圧コントロールレバー８１と接続感度変速ダイヤル８２とデフロックスイッチ８３を設け、最後部に傾き調整ダイヤル８４と水平手動スイッチ８５を設け、下部に電子油圧操作ボックス９０を設けている。

図７は、油圧操作ボックス９０の透明カバーを開いた正面図で、上段の左から、メモリ調整スイッチ９１、エンジンＥへの燃料供給を抑えて出力を低下させるエコノミーモードスイッチ（グリーンモードともいう）６０Ａと接続感度スイッチ１０５、上げ位置調整ダイヤル９２、下げ速度調整ダイヤル９３、ブレーキ調整ダイヤル９４、オートブレーキスイッチ９５、があり、下段の左から、最高速度規制スイッチ９６、オートアクセルスイッチ９７、機体の後進時に作業機２１を自動的に上昇させるバックアップスイッチ９８、オートリフトスイッチ９９、デセラスイッチ１０１、オート切換スイッチ１０２、水平切換スイッチ１０４がある。

エコノミーモードスイッチ６０Ａは本発明のＤＰＦ再生スイッチ６０としても機能し、前記のＤＰＦ４６ｂの手動再生が必要になった条件で制御装置１００からの制御で点滅或いは点灯によって運転者に知らせる。この状態ではエコノミーモードスイッチ６０Ａの本来の機能は停止し、オンすることでＤＰＦ再生運転が開始される。

なお、本実施例では、エコノミーモードスイッチ６０Ａとオート変速モードスイッチ６０ＢをＤＰＦ再生スイッチ６０として機能するように記載しているが、どちらか一方でも良い。

Ｅ エンジン
１６ ステアリングハンドル
４６ｂ ディーゼルパティキュレートフィルタ
６０ ＤＰＦ再生スイッチ
６０Ａ エコノミーモードスイッチ
６０Ｂ オート変速モードスイッチ

Claims (4)

1. エンジン（Ｅ）の排気ガスを浄化処理するディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）を設けた作業車の操縦装置において、ステアリングハンドル（１６）周りに多数設けるスイッチ類の一つをディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）の再生処理を行うＤＰＦ再生スイッチ（６０）に兼用したことを特徴とする作業車の操縦装置。
2. ＤＰＦ再生スイッチ（６０）がエンジンＥの定格回転数を低下させるエコノミーモードスイッチ（６０Ａ）であることを特徴とする請求項１に記載の作業車の操縦装置。
3. ＤＰＦ再生スイッチ（６０）が自動的にエンジン（Ｅ）の回転数に応じて無段変速装置の変速を変速するオート変速モードスイッチ（６０Ｂ）であることを特徴とする請求項１に記載の作業車の操縦装置。
4. ディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）の再生処理が必要となるとＤＰＦ再生スイッチ（６０）を点灯或いは点滅させてなる請求項２または請求項３に記載の作業車の操縦装置。
   

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