JP5219919B2 - 建設機械のｄｐｆ自己再生装置 - Google Patents

Description

本発明は、建設機械のＤＰＦ（Diesel Particulate Filter ）自己再生装置に関するものであり、特に、エンジンの暖気運転中にＤＰＦの自己再生処理を実施できる建設機械のＤＰＦ自己再生装置に関するものである。

従来、油圧ショベル等の建設機械は、下部走行体上に上部旋回体が搭載され、該上部旋回体の後部にエンジンが設置されている。そして、該エンジンの排気系には、排ガス後処理装置であるＤＰＦが設置され、該ＤＰＦは、排ガス中に含まれるカーボンを主成分とするパーティキュレートマター（Particulate Matter ：粒子状物質）を吸着捕集して排ガ
スを浄化処理する。

前記ＤＰＦの内部には排ガス浄化処理に伴いパーティキュレートマターが堆積し、該パーティキュレートマターの堆積量が一定値に達すると、エンジンの出力効率が低下する。このため、パーティキュレートマターを燃焼除去すべく、エンジンの燃焼温度が上昇するように運転制御してＤＰＦの再生処理を行う必要がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−１２９９００号公報

ところで、ＤＰＦの自己再生処理では、パーティキュレートマターの堆積量に応じてパーティキュレートマターの焼却除去を一定時間実施する必要があるが、従来技術では建設機械の稼動中にＤＰＦの自己再生処理を行っているため、その分だけ建設機械の稼動効率が低下するという問題があった。

そこで、建設機械の稼動効率を低下させることなく、ＤＰＦの自己再生処理を効率良く行うために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、排ガス中のパーティキュレートマターを捕集するＤＰＦを備えた建設機械のＤＰＦ自己再生装置において、エンジンキーのオンオフ状態を検出するエンジンキー状態検出手段と、該エンジンキーがオン状態になって自動暖気運転が行われる際に、エンジンの動作状態に基づきＤＰＦの目詰まり具合を判断する目詰まり判断手段と、該ＤＰＦが目詰まり状態であるときに該ＤＰＦの自己再生処理を開始し、目詰まり状態が解消すると、自己再生処理を終了させるとともに前記自動暖気運転を終了するように制御する再生制御手段とを備えることを特徴とする建設機械のＤＰＦ自己再生装置を提供する。

この構成によれば、エンジンの自動暖気運転を行うべく、エンジンキーがオン状態になると、エンジンキーオン状態信号がエンジンキー状態検出手段から目詰まり判断手段に送信される。そして、目詰まり判断手段は、エンジンの動作状態に基づきＤＰＦの目詰まり具合を判断し、その結果、ＤＰＦが目詰まり状態であるときには、再生制御手段によりＤＰＦの自己再生装置が実施される。
さらに、該自己再生処理を開始し、目詰まり状態が解消すると、再生制御手段を通じて自己再生処理を終了させるとともに前記自動暖気運転を終了するように制御するので、次の自動的に機械稼動に移行することができる。

請求項２記載の発明は、上記再生制御手段は、上記ＤＰＦの再生処理を行う際に、上記エンジンの吸気量及び／又は排気量を絞るように制御することを特徴とする請求項１記載の建設機械のＤＰＦ自己再生装置を提供する。

この構成によれば、ＤＰＦの再生処理を行う際に、エンジンの吸気量及び／又は排気量が絞られるので、エンジンの排気温度が上昇して、ＤＰＦに堆積したパーティキュレートマターが効率良く焼却除去される。

請求項１記載の発明は、ＤＰＦの自己再生処理は、建設機械が稼動する前に、エンジンの自動暖気運転時間を利用して行うので、建設機械の稼動中にＤＰＦの自己再生処理を行う必要がなく、その分だけ、建設機械の稼動効率を向上させることができる。

請求項２記載の発明は、ＤＰＦの再生処理を行う際に、エンジンの排気温度が上昇してＤＰＦに堆積したパーティキュレートマターを効率良く焼却除去できるので、請求項１記載の発明の効果に加えて、ＤＰＦの再生処理時間を短縮させることができる。

本発明の一実施例を示し、ＤＰＦ自己再生装置を備えた油圧ショベルを概念的に説明する平面図。 本発明に係る機体コントローラの構成を説明するブロック図。 本発明に係るＤＰＦ自己再生装置の処理手順の一例を示すフローチャート。

本発明は、建設機械の稼動効率を低下させることなく、ＤＰＦの自己再生処理を実行するという目的を達成するために、排ガス中のパーティキュレートマターを捕集するＤＰＦを備えた建設機械のＤＰＦ自己再生装置において、エンジンキーのオンオフ状態を検出するエンジンキー状態検出手段と、該エンジンキーがオン状態になって暖気運転が行われる際に、エンジンの動作状態に基づきＤＰＦの目詰まり具合を判断する目詰まり判断手段と、該ＤＰＦが目詰まり状態であるときに該ＤＰＦの自己再生処理を制御する再生制御手段とを備えることにより実現した。

以下、本発明の好適な一実施例を図１乃至図３に従って説明する。尚、本実施例はＤＰＦの自己再生処理を自動的に制御できる建設機械に適用したものである。

図１は、本実施例に係る建設機械として油圧ショベルを示す平面図である。同図において、１は下部走行体（図示せず）上に旋回自在に搭載された上部旋回体であり、該上部旋回体１の前方中央部にはブーム、アーム及びバケットから成る作業機２が上下回動可能に枢着されている。又、上部旋回体１の前方一側部にはキャブ３が設けられ、該キャブ３内にオペレータシート４が配設されている。更に、オペレータシート４の前方にはモニター５が設置されていると共に、該モニター５には機体コントローラ６が接続されている。

上部旋回体１の後部には、燃料噴射装置を備えたディーゼルエンジン７が搭載され、該ディーゼルエンジン７の出力軸には油圧ポンプ８が連結されている。又、ディーゼルエンジン７には 該エンジンキーのオンオフ状態を検出するエンジンキー状態検出手段９、及びエンジン回転数検出手段（図示せず）等の各種検出手段が取り付けられ、該エンジンキー状態検出手段９等の各種検出手段は、図示しないエンジン制御装置（エンジンコントローラ）を介して機体コントローラ６に接続されている。

ディーゼルエンジン７には吸気管１０及び排気管１１が接続され、該吸気管１０及び排気管１１の途中には、吸気絞り弁１２及び排気絞り弁１３がそれぞれ介設されている。該吸気絞り弁１２及び排気絞り弁１３は、機体コントローラ６により絞り制御される。

更に、排気管１１の下流側にはＤＰＦ１４が設置されている。該ＤＰＦ１４は、排ガス中に含まれているパーティキュレートマター（以下、「ＰＭ〕という。）を吸着捕集して排ガスを浄化処理する。

ＤＰＦ１４は、多数の小孔を有するハニカム構造のセラミック製筒体から成り、小孔の内壁面には白金などの酸化触媒が担持されている。又、ＤＰＦ１４には差圧検出手段１５が取り付けられ、該差圧検出手段１５は、排気系におけるＤＰＦ１４前後の差圧、即ち、ＤＰＦ１４の上流側排気圧と該ＤＰＦ１４の下流側排気圧との差を常時検出する。

更に、ＤＰＦ１４の内部には排ガス中のＰＭを吸着捕集するに伴い該ＰＭが堆積するが、該ＰＭの堆量が所定値（限界堆積値又は自己再生開始値）に達したときは、機体コントローラ６から自己再生処理指令信号が出力されて、ＤＰＦ１４の自己再生処理が自動的に実施される。

図２は機体コントローラ６の構成例を示す。同図に示すように、機体コントローラ６は主としてマイクロコンピュータから構成され、入力部６１、記憶手段６２、計時手段６３、目詰まり判断手段６４、再生制御手段６５、弁絞り制御手段６６及び出力部６７などから構成されている。入力部６１にはエンジンキー状態検出手段９からエンジンキーのオンオフ状態信号が入力されるとともに、差圧検出手段１５からＤＰＦ１４前後の差圧信号が入力される。

前記記憶手段６２には、差圧検出手段１５の検出結果と、ＤＰＦ１４の目詰まり具合（ＰＭ堆積量）との関係を示すマップデータ、並びにＤＰＦ１４の自己再生処理プログラム等の情報が格納されている。又、計時手段６３は前記自己再生処理時間などを計測する。

更に、目詰まり判断手段６４は、油圧ショベルの機械稼働を操作する前に、エンジンキー状態検出手段９からオン状態信号が出力された時に、差圧検出手段１５からの差圧信号に基づいて、前記マップデータを参照しながらＤＰＦ１４が目詰まり状態であるか否かを判断する。この場合、ＤＰＦ１４の目詰まり状態の判断結果は、出力部６７からモニター５に送信されて、該モニター５上にてリアルタイムで画面表示される。

又、再生制御手段６５は、ＤＰＦ１４が目詰まり状態である時に、自己再生駆動手段１６に自己再生指令信号を出力してＤＰＦ１４の自己再生処理を実行させる。更に、弁絞り制御手段６６は、ＤＰＦ１４が目詰まり状態である時に、吸気絞り弁１２及び／又は排気絞り弁１３に弁絞り指令信号を出力して、吸気絞り弁１２及び／又は排気絞り弁１３の開弁量を絞るように制御する。

次に、図３を参照しながら本実施例のＤＰＦ自己再生処理装置の作用について詳述する。先ず、油圧ショベルの機械稼動を操作する前に、オペレータがエンジンキーをオン操作してディーゼルエンジン７の暖気運転を行う。その際、エンジンキー状態検出手段９からエンジンキーオン信号が出力され、該エンジンキーオン信号がエンジン制御装置を介して機体コントローラ６に送信される（ステップＳ１）。

このとき機体コントローラ６には差圧検出手段１５から差圧信号が入力され、該差圧信号に基づき目詰まり判断手段６４は前記マップデータを参照しながら、ＤＰＦ１４が目詰まり状態であるか否かを判断する（ステップＳ２）。その結果、ＤＰＦ１４が目詰まり状
態でない場合は暖気運転を所定時間実行する（ステップＳ３）。そして、暖気運転が終了すると、そのあと油圧ショベルの作業機械が稼動する（ステップＳ４及びＳ５）。

一方、目詰まり判断手段６４によりＤＰＦ１４が目詰まり状態であると判断された場合は、再生制御手段６５から自己再生駆動手段１６に自己再生指令信号が出力されて、ＤＰＦ１４の自己再生処理が行われる（ステップＳ６）。この自己再生処理では、例えば、ディーゼルエンジン７を高負荷運転に自動的に切り換えて、該ディーゼルエンジン７の排気温度を上昇させることにより、ＤＰＦ１４に堆積したＰＭが速やかに燃焼除去される。

本実施例では、ＤＰＦ１４の自己再生処理を行う時、弁絞り制御手段６６から吸気絞り弁１２及び／又は排気絞り弁１３に弁絞り指令信号が出力されて、吸気絞り弁１２及び／又は排気絞り弁１３の開弁量を絞るように制御する。この後、所定時間経過してＤＰＦ１４の目詰まり状態が解消すると、自己再生処理制御を解除するとともに暖気運転を終了し（ステップＳ７）、この後、ステップＳ５の油圧ショベルの機械稼動に移行する。

叙上の如く本発明によると、ディーゼルエンジン７の暖気運転を行う際、目詰まり判断手段６４からＤＰＦ目詰まり信号が出力された場合には、再生制御手段６５によりＤＰＦ１４の自己再生処理が実施される。斯くして、油圧ショベルが稼動する前に、ディーゼルエンジン７の暖気運転時間を利用してＤＰＦ１４の自己再生処理を行うので、油圧ショベルの稼動中に、ＤＰＦ１４の自己再生処理を行う必要がなく、その分だけ油圧ショベルの稼動効率が向上する。

又、ＤＰＦ１４の再生処理を行う際に、ディーゼルエンジン７の吸気量及び／又は排気量が絞られるので、ディーゼルエンジン７の排気温度が上昇する。従って、ＤＰＦ１４に堆積したＰＭを効率良く焼却除去でき、ＤＰＦ１４の再生処理時間が大幅に短縮する。

なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。

本発明は、ＤＰＦの自己再生処理を自動的に制御する機能を具備しない建設機械又は車両にも適用することができる。

６ 機体コントローラ
７ ディーゼルエンジン
９ エンジンキー状態検出手段
１０ 吸気管
１１ 排気管
１２ 吸気絞り弁
１３ 排気絞り弁
１４ ＤＰＦ
１５ 差圧検出手段
６４ 目詰まり判断手段
６５ 再生制御手段
６６ 弁絞り制御手段

Claims (2)

1. 排ガス中のパーティキュレートマターを捕集するＤＰＦを備えた建設機械のＤＰＦ自己再生装置において、エンジンキーのオンオフ状態を検出するエンジンキー状態検出手段と、該エンジンキーがオン状態になって自動暖気運転が行われる際に、エンジンの動作状態に基づきＤＰＦの目詰まり具合を判断する目詰まり判断手段と、該ＤＰＦが目詰まり状態であるときに該ＤＰＦの自己再生処理を開始し、目詰まり状態が解消すると、自己再生処理を終了させるとともに前記自動暖気運転を終了するように制御する再生制御手段とを備えることを特徴とする建設機械のＤＰＦ自己再生装置
2. 上記再生制御手段は、上記ＤＰＦの自己再生を行う際に、上記エンジンの吸気量及び／又は排気量を絞るように制御することを特徴とする請求項１記載の建設機械のＤＰＦ自己再生装置。
   
   

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