JP2013113263A - 作業車両 - Google Patents
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Abstract
【課題】排気ガスの排出経路に設けているディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)の再生の効率化。
【解決手段】排気ガス中の粒状化物質(PM)を捕集するDPF(46b)を備えたディーゼルエンジンを搭載した作業車両において、DPF(46b)内のPM堆積量が所定量(P)以上になると、ECU(100)はDPF(46b)の自動再生を行う信号を出力する構成とし、この自動再生を実行できないときには継続して自動再生実行の出力を行うと共に自動再生実行の出力を複数回行っても自動再生を開始できないときには、ECU(100)は手動再生を行う信号を出力するように構成したことを特徴とする作業車両の構成とする。
【選択図】図6
【解決手段】排気ガス中の粒状化物質(PM)を捕集するDPF(46b)を備えたディーゼルエンジンを搭載した作業車両において、DPF(46b)内のPM堆積量が所定量(P)以上になると、ECU(100)はDPF(46b)の自動再生を行う信号を出力する構成とし、この自動再生を実行できないときには継続して自動再生実行の出力を行うと共に自動再生実行の出力を複数回行っても自動再生を開始できないときには、ECU(100)は手動再生を行う信号を出力するように構成したことを特徴とする作業車両の構成とする。
【選択図】図6
Description
この発明は、ディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)備えたディーゼルエンジンを搭載した作業車両に関する。
ディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)を再生させるにあたり、自動再生での実行、又は手動再生での実行の選択を選択手段で選択して切り換える構成である(例えば、特許文献1参照。)。
前述のような技術では、自動再生を選択した場合において、作業状況、例えば排気ガス温度が低いなどの条件により自動再生が実行されないときにそのままの状況が継続すると、DPFは再生されないまま直ぐにPM堆積許容量に達してしまう。本発明の課題は、前述のような不具合を解消するディーゼルエンジンを搭載した作業車両を提供することである。
本発明の上記課題は次の構成によって達成される。
すなわち、請求項1記載の発明では、排気ガス中の粒状化物質(PM)を捕集するDPF(46b)を備えたディーゼルエンジンを搭載した作業車両において、DPF(46b)内のPM堆積量が所定量(P)以上になると、ECU(100)はDPF(46b)の自動再生を行う信号を出力する構成とし、この自動再生を実行できないときには継続して自動再生実行の出力を行うと共に自動再生実行の出力を複数回行っても自動再生を開始できないときには、ECU(100)は手動再生を行う信号を出力するように構成したことを特徴とする作業車両としたものである。
すなわち、請求項1記載の発明では、排気ガス中の粒状化物質(PM)を捕集するDPF(46b)を備えたディーゼルエンジンを搭載した作業車両において、DPF(46b)内のPM堆積量が所定量(P)以上になると、ECU(100)はDPF(46b)の自動再生を行う信号を出力する構成とし、この自動再生を実行できないときには継続して自動再生実行の出力を行うと共に自動再生実行の出力を複数回行っても自動再生を開始できないときには、ECU(100)は手動再生を行う信号を出力するように構成したことを特徴とする作業車両としたものである。
請求項1の作用は、DPF(46b)内のPM堆積量が所定量(P)以上になると、ECU(100)はDPF(46b)の自動再生を行う信号を出力する。この自動再生を実行できないときには継続して自動再生実行の出力を行う。この自動再生実行の出力を複数回行っても自動再生を開始できないときには、ECU(100)は手動再生を行う信号を出力する。
請求項2記載の発明では、前記ECU(100)から出力された手動再生実行の内容を、運転部の液晶表示部(68)に表示するように構成したことを特徴とする請求項1に記載の作業車両としたものである。
請求項2の作用は、ECU(100)から出力された手動再生実行の内容を、運転部の液晶表示部(68)に表示する。
請求項3記載の発明では、前記液晶表示部(68)に手動再生を促す表示がされてから所定時間(Q)の間手動再生が実行されないときには、ECU(100)から再び自動再生を行う信号を出力するように構成したことを特徴とする請求項2に記載の作業車両としたものである。
請求項3記載の発明では、前記液晶表示部(68)に手動再生を促す表示がされてから所定時間(Q)の間手動再生が実行されないときには、ECU(100)から再び自動再生を行う信号を出力するように構成したことを特徴とする請求項2に記載の作業車両としたものである。
請求項3の作用は、液晶表示部(68)に手動再生を促す表示がされてから所定時間(Q)の間手動再生が実行されないときには、ECU(100)から再び自動再生を行う信号を出力する。
本発明は上述のごとく構成したので、請求項1記載の発明においては、自動再生を実行できないときには継続して自動再生実行の出力を行うので、条件が整えば自動再生に直ぐに入ることができる。また、自動再生実行の出力を複数回行っても自動再生を開始できないときには、手動再生を行う信号を出力するので、DPF(46b)のPM堆積量が許容量に達するのを防止できる。
請求項2記載の発明においては、ECU(100)から出力された手動再生実行の内容を、運転部の液晶表示部(68)に表示するので、機会があれば直ぐに手動再生できる。
請求項3記載の発明においては、液晶表示部(68)に手動再生を促す表示がされてから所定時間(Q)の間手動再生が実行されないときには、ECU(100)から再び自動再生を行う信号を出力するので、条件が整えば直ぐ自動再生できるので、DPF(46b)のPM堆積量が許容量に達するのを防止できる。
請求項3記載の発明においては、液晶表示部(68)に手動再生を促す表示がされてから所定時間(Q)の間手動再生が実行されないときには、ECU(100)から再び自動再生を行う信号を出力するので、条件が整えば直ぐ自動再生できるので、DPF(46b)のPM堆積量が許容量に達するのを防止できる。
本発明を実施するための最良の形態を説明する。
図1は、蓄圧式燃料噴射装置の全体構成図である。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が、ガソリン機関でもよい。そして、蓄圧式燃料噴射装置は、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制御装置(ECU)等から構成される。ECUとは、エンジンコントロールユニットの略称である。
図1は、蓄圧式燃料噴射装置の全体構成図である。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が、ガソリン機関でもよい。そして、蓄圧式燃料噴射装置は、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制御装置(ECU)等から構成される。ECUとは、エンジンコントロールユニットの略称である。
このように、コモンレール1は、エンジンEの各シリンダー5へ燃料を噴射するものであり、燃料供給を要求された圧力とするものである。
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。
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。
作業車(農作業機)におけるコモンレール1を有するディーゼルエンジンEのECU100は、図2に示すように、回転数と出力トルクの関係において走行モードAと通常作業モードB及び重作業モードCの三種類の制御モードを有する構成としている。
走行モードAは、エンジン回転数の変動で出力も変動するドループ制御である。農作業を行わず移動走行する場合に使用するものである。例えば、ブレーキを掛けて走行速度を減速したり停止したりすると、この走行負荷の増大に伴ってエンジン回転数が低下するため走行速度の減速や停止を安全に行うことができるものである。
通常作業モードBは、負荷が変動してもエンジン回転数が一定で出力を負荷に応じて変更するアイソクロナス制御である。通常の農作業を行う場合に使用するものである。例えば、トラクターであれば耕耘作業時に耕地が固く耕耘刃に抵抗が掛かるときであり、コンバインであれば収穫作業時に収穫物が多く負荷が増大したときでも、出力が変動して回転数を維持するときである。
重作業モードCは、通常作業モードBと同様に負荷が変動してもエンジン回転数一定で出力を負荷に応じて変更するアイソクロナス制御に加え、負荷限界近くになると回転数を上昇させて出力を上げる重負荷制御を加えた制御である。特に、負荷限界近くで農作業を行う場合に使用するものである。例えば、トラクターで耕耘作業を行っている際に、特に、固い耕地に遭遇してもエンジン出力が通常の限界を越えて増大するので作業を中断することがなく、効率の良い作業が可能となる。
これらの作業モードA,B,Cは、各作業モードA,B,Cを切り替え可能な作業モード切替スイッチの操作、又は農作業車(トラクター、コンバイン、田植機等)の走行変速レバーの変速操作、又は作業クラッチ(トラクターであればロータリであり、コンバインであれば刈取部、脱穀部である)の入り切り操作等によって切り替わるように構成する。
ディーゼルエンジンEでは、メイン噴射に先立って少量の燃料をパルス的に噴射するパイロット噴射を行うことにより、着火遅れを短縮してディーゼルエンジンE特有のノック音を低減し、騒音を低減することが可能な構成としている。
このパイロット噴射は、メイン噴射の前に1回又は2回に限定して行われるものであったが、前記コモンレール1の蓄圧式燃料噴射装置を用いることで、エンジンEの状況に応じてパイロット噴射の状態を変化させ、騒音の低減や不完全燃焼による白煙又は黒煙の発生を抑制できるようになる。また、メイン噴射に先立って少量の燃料をパルス的に噴射するパイロット噴射を行うことにより、排ガス中の窒素酸化物の量が減少するようになる。
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ーの側面図を示し、図4はその平面図を示している。平面図においては、図3に示すキャビン14を省いた状態を示している。
トラクターは、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、その後方にはシート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の反対側にはエンジン回転数を調節するアクセルレバー25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。
また、主変速レバー26はシート17の左前方部にあり、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はその後方にあり、さらにその右側にPTO変速レバー28を設けている。さらに、シート17の右側には作業機21(ロータリ等)の高さを設定するポジションレバー29と圃場の耕耘深さを自動的に設定する自動耕深レバー30、これらのレバーの後に作業機21の右上げスイッチ31と右下げスイッチ32が配置され、さらにその後に作業機21の自動水平スイッチ33とバックアップスイッチ34が配置されている。バックアップスイッチ34は、機体が後進時において、作業機21を自動的に上昇させるものである。作業機21は、機体の後方にリンク22で連結されている構成である。トラクターは作業機21を駆動させて機体を走行させることで、圃場内の耕耘等の作業を行なうものである。21aは作業機21を昇降する油圧シリンダーである。
図5はエンジンのシリンダー5内への吸気と排気の模式図であり、4サイクルのディーゼルエンジンの実施例である。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、EGR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EGR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。
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、EGR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EGR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ー(DPF)46bとから構成されている。
酸化触媒(DOC)は不燃物室を燃焼させるものであり、ディーゼルパティキュレートフィルター(DPF)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については、ECU100により制御される構成である。後処理装置46はディーゼルパティキュレートフィルター(DPF)46bのみで構成してもよい、酸化触媒(DOC)を設けると不燃物質が燃焼するので、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が溜まってきて能力の低下が懸念される。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す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が酸化触媒(DOC)46a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前後の差圧が所定値以上になった場合、作業後に運転者がDPF46bの再生モードを選択スイッチ67で選択することで、自動でDPF46bの再生を行い、DPF46b再生後は自動でエンジンを停止するように構成する。DPF46b前後の差圧を圧力センサ58、53で監視する。エンジン停止直前のDPF46b前後差圧が所定値以上であると、警告ランプやアラームで報知し、運転者は自らDPF46bの再生を行なうスイッチ(図示せず)を操作する。
そして、エンジンキーが切りの位置になっても、前記再生モードを選択していることで、エンジンはアイドリング状態で回転を維持し、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5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。
DPF46bの再生を行なうときには、図5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5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の再生の可能となる。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。
前述のようなDPF46bの再生を行なうにあたり、複数気筒の場合、一部の気筒の燃焼を停止するように構成してもよい。このように、一部気筒の燃焼を停止することで、エンジンのフリクションは同一でもシリンダーあたりの負荷を増やして排気温度を上昇させるようにしてもよい。
図6に示すフローチャートは、自動再生に失敗したときの対処方法を示している。DPF46b内のPM量が所定量P以上になると自動再生に入るが、作業の状況により排気温度が上昇せず自動再生できないことがある。このような場合は、再度自動再生を継続してトライするが、複数回以上(例えば5回)自動再生をトライしても自動再生できない場合は、ECU100から手動再生実施の許可を出す構成とする。そして、手動再生の許可内容を運転部の液晶表示部68に表示する構成とする。このとき、音声で知らせてもよい。
運転部の液晶表示部68に手動再生を促す表示がされてから所定時間Qの間手動再生が実行されないときには、ECU100から再び自動再生を行う信号を出力するように構成し、同様に自動再生できないときには、再度自動再生を継続してトライするが、複数回以上(例えば5回)自動再生をトライしても自動再生できない場合は、ECU100から手動再生実施の許可を出す構成とする。このサイクルを繰り返す構成とするが、DPF46b内のPM量が限界値に近づくと強制的に走行停止して手動再生を促す構成とする。強制的に走行停止するためには、トランスミッションケース内の走行の油圧クラッチを切りとする。
手動再生完了時において、DPF46b内のPM量は演算にてPM量理論値V1が計算できる。PM量理論値V1の演算方法は各種あるので詳細は省略するが、基本的には再生しているときの排気ガス温度と再生時間から除去されるPM量を推定している。この除去される推定量は、DPFの種類や大きさ、内部構造で若干の違いが生じてくるが、問題となるほどではない。
また、手動再生完了時において、DPF46b内のPM量の実測値V2が求められる。実施例では、DPF46bの上流側圧力センサ58と下流側圧力センサ53の差圧で、DPF46b内のPM量実測値V2を求める構成としている。
前記PM量理論値V1とPM量実測値V2の関係において、
PM量理論値V1<PM量実測値V2
が成立すると、再度手動再生を継続する構成とする。図7のフローチャートに記載されている「○kPa」とは、そのときの手動再生を完了したときのDPF46b内のPM量の理論値で、前記PM量理論値V1のことを示している。
PM量理論値V1<PM量実測値V2
が成立すると、再度手動再生を継続する構成とする。図7のフローチャートに記載されている「○kPa」とは、そのときの手動再生を完了したときのDPF46b内のPM量の理論値で、前記PM量理論値V1のことを示している。
手動再生完了は、手動再生が終了した時点において、
PM量理論値V1>PM量実測値V2
が成立したときとする。
PM量理論値V1>PM量実測値V2
が成立したときとする。
これにより、手動再生完了時には必ずPM量実測値V2は、演算で求めているPM量理論値V1よりも少なくなるため、DPF46b内のPM量が過堆積してしまうのを防止できるようになる。
また、作業の都合で手動再生を継続できないときには、強制終了スイッチ69を入り状態にすることで、再生を終了することができる。この場合においては、運転部の液晶表示部68に表示継続しておくことで作業者が認識できるので、作業の合い間等で速やかに手動再生を行うことができる。
トラクタ等の農業機械においては、オフシーズンで長時間作業を行わないことがあるので、この期間を利用して手動再生を行い、DPF46b内のPM堆積を略ゼロにするようにしてもよい。ただし、手動再生の長時間運転においては、排気の熱の問題や、オイルダイリューション(オイルパン内への燃料漏れ)の問題があるので、ディーラーのサービスマンだけが行える構成とする。サービスマンだけが使用できるサービスツール等の指示により、手動再生を長時間(45分程度)可能とする。45分はトラクタに搭載されている平均的な大きさのDPFの場合であるので、小型や大型では適宜変更してもよい。手動再生を長時間すると、DPF46b内のPM堆積量は略ゼロとなるので、この時点で演算で求めているPM量理論値V1をゼロに強制的にリセットする構成とする。このように、演算値とのズレが無くなることで、実際のDPF内でのPM堆積の過堆積を防止できる。
また、前述のように、長時間の手動再生を行った場合には、オイルダイリューション(オイルパン内への燃料漏れ)の影響を考慮して、オイル交換を促す表示を運転部の液晶表示部68に表示する構成とする。前述した一連の構成は、図8のフローチャートに示している。
図9に示すように、エンジンには発電機70が搭載されており、ベルト71で発電機70を駆動する構成としている。発電機70のオン/オフは、ECU100が制御している。そして、DPF46b内のPM堆積量が少ないときは発電を行わず、DPF46b内のPM堆積量が多いときに発電を行う構成とする。これにより、エンジンに負荷が作用することで排気温度が上昇して、DPF46b内のPMが除去されるようになる。従って、自動再生の間隔を長くすることができるようになり、再生に伴う燃料消費を抑制したり、オイルダイリューション(オイルパン内への燃料漏れ)の影響を少なくできるようになる。
図10は、排気マニホールド72に圧力センサ74を設け、吸気マニホールド73に圧力センサ75を設ける構成としている。前記排気側の圧力センサ74の値と、吸気側の圧力センサ75の差圧をECU100で計測する。そして、過渡運転時の過給器TBのターボラグを前記排気側の圧力センサ74の値と、吸気側の圧力センサ75の差圧から測定し、さらに吸入空気量をエアーフローセンサ76で測定することで、ターボラグによる吸入空気量の変化を把握し、PM量演算の補正係数(空気過剰率低下分を推測)として使用する構成とする。加速時、減速時の両方に使用する。これにより、過渡運転時のPM排出量をある程度推測可能となる。
DPF46bの再生時には、排気温度を上昇させることが必要となる。この方法として、図11に示すように、ECU100の制御によりラジエータ77内に流れる冷却水の量を少なくする。具体的には、電磁バルブ78を閉じることで、ラジエータ77内に流れる冷却水量を1/3カットする構成とする。これにより、冷却水ポンプにも負荷がかかることになり、DPF46bの再生時に排気温度が上昇して、再生が効率良くできるようになる。ただし、冷却水温度が上昇しすぎてオーバーヒート気味になるときには、前記電磁バルブ78を開ける必要がある。
一方、走行中(作業,路上)に行う自動再生においては、次のような不具合がおこる。DPF46b内のPM堆積量の判断に使用されるECU100内での演算値(エンジンの運転時間と燃料噴射量と排気ガス温度から推定又は平均的な使用状況での実験による記憶値)は、実際のPM堆積量に対してズレが生じることが多い。記憶している実験値であっても、エンジンの使用状況によりズレてくる。このズレは再生を繰り返す毎に大きくなる傾向がある。
そこで、自動再生数回(例えば5回程度)に一度、自動再生を行うためのDPF46b内のPM量の閾値(α)を、所定量(δ)上げる構成とする。次回からは、DPF46b内のPM量が(α+δ)になると、自動再生に入る構成となるので、自動再生に入るまでの運転時間が長くなる。このように、定期的にDPF46b内のPM量の閾値を補正することで、再生時間を延ばすことができるようになり、再生に伴うオイルダイリューション(オイルパン内への燃料漏れ)を抑制できてオイル交換の間隔を長くすることができるようになる。また、再生に伴う燃料消費を抑制可能となる。
図12(a)と図12(b)は、トラクタにDPF46bを搭載したときの構成を示している。
DPF46bの周囲はダクト79で覆う構成としている。このダクト79への空気取り入れ口80は、機体の正面に位置させており、ラジエータファン81から送り込まれた空気を取り込む構成としている。
DPF46bの周囲はダクト79で覆う構成としている。このダクト79への空気取り入れ口80は、機体の正面に位置させており、ラジエータファン81から送り込まれた空気を取り込む構成としている。
そして、ダクト79内には複数のフィン82を設けており、このフィン82でダクト79内の空気を撹拌して、ダクト79内の空気の流れに偏りが起こらないようにして、空気の流れが均一になるように構成している(図12(c))。ダクト79内に取り込まれた空気は、DPF46b部分を通過して、機体後方へと排出される構成である。これにより、DPF46bの熱でエンジンルーム内が高温となるのを防止でき、エンジンルーム内の機器類を保護できる。また、DPF46bをダクト79で覆っているので、廃ワラ等の塵埃がDPF46b上に積もってしまって、塵埃が発火してしまうのを防止できるようになる。
DPF46bを再生するときにおいては、図12(d)に示すように、フィン82を閉じてダクト79内に空気が入るのを防止して、DPF46bが冷却されすぎないようにする。ただし、DPF46bが過昇温になり過ぎるときには、フィン82をある程度開いて空気の流れを発生させる構成とする フィン82の回動方法については、モータ83で行いECU100で制御する構成とする。
図13は作業機の作動油圧と燃料噴射量との関係を示している。横軸は時間の流れである。トラクタに装着した作業機(ロータリ等)の油圧が作動している場合には、油圧に応じて燃料噴射量を増大する構成としている。燃料噴射量の増大は、所定の閾値までである。ラインL1が作業機油圧の変化を示し、ラインL2が燃料噴射量の増大を示している。ラインL3は燃料噴射量の閾値である。
これにより、作業機の油圧増大に伴い燃料噴射量を増大することで、エンジン回転数の低下やエンジンストールを防止できて、作業を快適に続行可能となる
トラクターやコンバイン等の農作業機を始め一般車両にも利用可能である。
PM 粒状化物質
46b ディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)
68 液晶表示部
100 ECU
46b ディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)
68 液晶表示部
100 ECU
Claims (3)
- 排気ガス中の粒状化物質(PM)を捕集するDPF(46b)を備えたディーゼルエンジンを搭載した作業車両において、DPF(46b)内のPM堆積量が所定量(P)以上になると、ECU(100)はDPF(46b)の自動再生を行う信号を出力する構成とし、この自動再生を実行できないときには継続して自動再生実行の出力を行うと共に自動再生実行の出力を複数回行っても自動再生を開始できないときには、ECU(100)は手動再生を行う信号を出力するように構成したことを特徴とする作業車両。
- 前記ECU(100)から出力された手動再生実行の内容を、運転部の液晶表示部(68)に表示するように構成したことを特徴とする請求項1に記載の作業車両。
- 前記液晶表示部(68)に手動再生を促す表示がされてから所定時間(Q)の間手動再生が実行されないときには、ECU(100)から再び自動再生を行う信号を出力するように構成したことを特徴とする請求項2に記載の作業車両。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2011262277A JP2013113263A (ja) | 2011-11-30 | 2011-11-30 | 作業車両 |
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- 2011-11-30 JP JP2011262277A patent/JP2013113263A/ja active Pending
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CN106150606A (zh) * | 2014-09-25 | 2016-11-23 | 株式会社久保田 | 作业车辆 |
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