ディーゼルエンジン
【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の再生効率の向上、及び再生時における匂いや白煙の大気中への排出抑制。
【解決手段】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４６ｂと酸化触媒４６ａとから構成される後処理装置４６を過給機ＴＢの下流側に備えたディーゼルエンジンにおいて、前記過給器ＴＢの排気タービン４５上流側の排気管６３にバイパス経路６４を構成し、該バイパス経路６４に第二酸化触媒６５を設け、バイパス経路６４に流れる排気ガスの量を調整する絞り弁６６を設けたことを特徴とするディーゼルエンジンの構成とする。また、第二酸化触媒６５は、過給器ＴＢの下流側に配置される酸化触媒４６ａよりも小さい形状としたことを特徴とするディーゼルエンジンの構成とする。
【解決手段】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４６ｂと酸化触媒４６ａとから構成される後処理装置４６を過給機ＴＢの下流側に備えたディーゼルエンジンにおいて、前記過給器ＴＢの排気タービン４５上流側の排気管６３にバイパス経路６４を構成し、該バイパス経路６４に第二酸化触媒６５を設け、バイパス経路６４に流れる排気ガスの量を調整する絞り弁６６を設けたことを特徴とするディーゼルエンジンの構成とする。また、第二酸化触媒６５は、過給器ＴＢの下流側に配置される酸化触媒４６ａよりも小さい形状としたことを特徴とするディーゼルエンジンの構成とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ディーゼルパティキュレートフィルタ及び酸化触媒を搭載するディーゼルエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンの排気系において、酸化触媒（ＤＯＣ）とディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）を設ける構成である。（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００８−７５６１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前述のような技術では、次のような欠点がある。ＤＰＦの再生時においては、排気弁を閉じて排気ガス温度を上げて酸化触媒（ＤＯＣ）とディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）を活性化させる。そして、ポスト噴射により未燃燃料を排気ガスと共に流し、酸化触媒（ＤＯＣ）で燃焼させてＤＰＦ内の温度を上昇させてＤＰＦ内の煤、粒状化物質（ＰＭ）を燃焼させて大気中に焼き飛ばす。
【０００４】
しかしながら、ポスト噴射開始時は、酸化触媒（ＤＯＣ）内温度が充分に上昇していないので、一部の未燃燃料が排出されてしまい、匂いや白煙を伴う結果となってしまう。
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。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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）を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）と酸化触媒（４６ａ）とから構成される後処理装置（４６）を過給機（ＴＢ）の下流側に備えたディーゼルエンジンにおいて、前記過給器（ＴＢ）の排気タービン（４５）上流側の排気管（６３）にバイパス経路（６４）を構成し、該バイパス経路（６４）に第二酸化触媒（６５）を設け、バイパス経路（６４）に流れる排気ガスの量を調整する絞り弁（６６）を設けたことを特徴とするディーゼルエンジンとしたものである。
【０００６】
請求項１の作用は、先ずポスト噴射により、未燃燃料を流した際に、前段の第二酸化触媒（６５）で一部の未燃燃料が酸化して昇温する。第二酸化触媒（６５）は排気ガス温度の高い上流側に配置されているので、ＤＰＦの強制再生運転時においても活性状態にある。
【０００７】
残った燃料は、下流側の酸化触媒（４６ａ）で酸化されて更に昇温し、ディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）内に捕集されている、煤、粒状化物質（ＰＭ）を燃焼させて大気中に排出する。絞り弁（６６）は、ディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）の強制再生における昇温モード運転時に閉じる。
【０００８】
請求項２記載の発明では、前記第二酸化触媒（６５）は、過給器（ＴＢ）の下流側に配置される酸化触媒（４６ａ）よりも小さい形状としたことを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンとしたものである。
【０００９】
請求項２の作用は、請求項１の作用に加え、第二酸化触媒（６５）は、過給器（ＴＢ）の下流側に配置される酸化触媒（４６ａ）よりも小さい形状とする。
【発明の効果】
【００１０】
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、ディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）の強制再生運転時に第二酸化触媒（６５）と酸化触媒（４６ａ）の２個の酸化触媒の作用で充分に昇温するようになる。これにより、ディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）が効率良く再生されるようになると共に、一部の未燃燃料が排出されることを防止できるので、匂いや白煙の大気中への放出が抑制されるようになる。
【００１１】
請求項２記載の発明においては、請求項１の効果に加え、第二酸化触媒（６５）は、過給器（ＴＢ）の下流側に配置される酸化触媒（４６ａ）よりも小さい形状としたので、エンジンや排気系をコンパクトに構成可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
酸化触媒（ＤＯＣ）４６ａ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）４６ａ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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
前記シリンダー室５から排気された排気ガスは、排気管６３を通って過給器ＴＢの排気タービン４５へ向かうが、排気管６３の途中にバイパス経路６４を構成し、このバイパス経路６４に第二酸化触媒（ＤＯＣ）６５を設ける構成とする。この第二酸化触媒（ＤＯＣ）６５は、後処理装置４６内の酸化触媒（ＤＯＣ）４６ａに対して小さいサイズとしている。
【００３９】
そして、ポスト噴射等により未燃燃料を流した際に、絞り弁６６を閉じて排気ガスをバイパス経路６４に流すようにする。すると、未燃燃料は第二酸化触媒（ＤＯＣ）６５で未燃燃料の一部が酸化されて昇温する。さらに、残った未燃燃料は酸化触媒（ＤＯＣ）４６ａで酸化されて更に昇温するようになるので、ＤＰＦ４６ｂ内で捕集されているＰＭの燃焼が促進されてＤＰＦ４６ｂの再生が早く可能となる。
【００４０】
また、第二酸化触媒（ＤＯＣ）６５の直下流側に絞り部６７を設ける構成とする。これにより、排気抵抗が高くなり排気ガス温度の上昇が促進されるようになる。
また、同じ図５の中に同時に記載しているが、前記バイパス回路６４の代わりに、排気管６３と過給器ＴＢの排気タービン４５下流側との間にバイパス回路６８を設けるように構成してもよい。そして、このバイパス回路６８に前記第二酸化触媒（ＤＯＣ）６５を設けるように構成してもよい。６９は絞り弁である。バイパス回路６８を使用しないときには、絞り弁６９を閉じる構成とする。
【００４１】
また、図示は省略するが、燃料フィルタの水溜り状態を水位センサーによって判断するように構成する。水位が高くセンサーのラベルが水有りと判断した場合には、水抜きバルブを開き、ラベルが水なしに変わるまで水を排出制御するようにする。
【００４２】
具体的には、水位センサのラベルにより水位位置が高く、燃料系に水が混入する可能性がある場合には、水位のラベルが１から０に変わり、水位が低いと判断されるまで水抜きバルブを開いて水を排出する。排出した水は水タンクに貯蔵する。エンジンの負荷状態をＥＣＵ１００によって判別することにより、負荷状態が高く排気ガス中のＮＯｘが高いと推定される場合には、水タンク内の水をＣＣＢ内に水を噴射してＮＯｘの低減を行うようにする。このような構成とすることで、ＮＯｘ低減が廉価に可能となる。
【００４３】
図６の（ａ）はエンジンの正面図であり、（ｂ）は側面図を示している。
前述した後処理装置４６の酸化触媒（ＤＯＣ）４６ａとＤＰＦ４６ｂは、通常であれば直列状態で配置する構成とする。しかしながら、小型の作業車両（トラクタ）においては搭載するスペースが殆んどないのが現状である。
【００４４】
そこで、ＤＯＣ４６ａとＤＰＦ４６ｂを分離して直交する形態で搭載する構成とする。具体的には、過給器ＴＢの排気側とＤＯＣ４６ａを排気管７０で連結し、ＤＯＣ４６ａと直交する形態でエンジンＥの上方にＤＰＦ４６ｂを配置する構成とする。これにより、狭いスペース（エンジンルーム内）でもＤＯＣ４６ａとＤＰＦ４６ｂを配置可能となる。
【００４５】
図７はエンジンＥ、ＤＯＣ４６ａ、ＤＰＦ４６ｂ及びＤＰＦバルブ７１についての説明である。ＤＯＣ４６ａやＤＰＦ４６ｂを設けても、微量の煤、ＰＭは排気ガス中に残るので、ＤＰＦ４６ｂの下流にあるＤＰＦバルブ７１には煤等が付着して溜まってくる。そして、ある程度以上溜まるとＤＰＦバルブ７１の作動が悪くなる。そこで、ＤＰＦバルブ７１に溜まった煤等を除去する必要がある。
【００４６】
ＤＰＦ４６ｂを再生させるときには、ＤＰＦバルブ７１を所定量閉じて（完全には閉じない）ＤＰＦ４６ｂを昇温させ、ＤＰＦ４６ｂ内の煤やＰＭを焼き飛ばすが、ＤＰＦ４６ｂを再生させるタイミング以外にもＤＰＦバルブ７１を作動させてＤＰＦバルブ７１内に溜まっている煤等を除去するように構成する。
【００４７】
例えば、運転中１０分に１回、エンジン性能に影響の無い範囲で、短時間ＤＰＦバルブ７１の開閉動作をし、動作中の振動によりＤＰＦバルブ７１に溜まっている煤等を落すようにする。また、エンジン始動時において、キーを入り状態としたときに、短時間ＤＰＦバルブ７１の開閉動作を行ってもよい。また、エンジン停止直後、短時間ＤＰＦバルブ７１の開閉動作を行ってもよい。 これにより、ＤＰＦバルブ７１に溜まった煤等を効率よく除去可能となる。
【００４８】
また、ＤＰＦバルブ７１を迂回するバイパス回路７２を設け、このバイパス回路７２に調圧弁７３を設ける構成とする。ＤＰＦ４６ｂを再生させるときにおいては、ＤＰＦバルブ７１を全閉する。すると、排気ガスはバイパス回路７２を流れる。そして、調圧弁７３を自動調整してＤＰＦバルブ７１上流の圧力が一定となるように制御する。これにより、ＤＰＦバルブ７１に煤等の堆積による経時変化が少なく、精度よくＤＰＦ４６ｂの再生が可能となる。
【００４９】
図８（ａ）に示すように、ＤＰＦ再生の調整ダイヤル７４を操作部の任意の位置に設ける構成とする。この調整ダイヤル７４は、燃費優先とＤＰＦ再生優先を決めるものであり、ポスト噴射をどの領域まで設定するかを調整するものである。この調整ダイヤル７４の中間位置は通常の標準状態としている。図８（ｂ）に示すように、調整ダイヤル７４を調整すると標準ラインが移動する構成である。
【００５０】
調整により燃費優先を選択すると、ポスト噴射は行われず燃料消費量は抑制できる。また、ＤＰＦ再生優先を選択すると、ＤＰＦ前後の差圧が高くなった時において、燃料はポスト噴射の分使用することになるが、速やかに自動再生モードに突入して手動再生を可能な限り回避できるようになる。
【００５１】
このようなＤＰＦの再生においては、従来は単一のパラメータ（例えばＤＰＦ前後の差圧）で検知していたので精度が悪く、ポスト噴射のための無駄な燃料を使用する場面があって。そこで、ＤＰＦ４６ｂの詰りを稼動時間、ＤＰＦ前後差圧、負荷率マップ、連続再生マップの４個のパラメータから算出する構成とする。煤堆積量の積算値の算出は、（稼動時間からの煤の推定値）＋（負荷率からの煤の推定値）＋（ＤＰＦ差圧からの煤の推定値）−（連続再生での低減量）となる。煤の堆積量が算出できたら、ＤＰＦ４６ｂの強制再生の必要なレベルと時間を算出して運転者に精度よく知らせることが可能となる。
【００５２】
農業機械の場合、シーズン中にＤＰＦの再生を行うことは嫌がられることが多い。そこで、シーズン終了期間中に行うことが望ましいので、長期格納前にＤＰＦのＡｓｈ堆積状態を診断するように構成する。
【００５３】
トラクタ、コンバイン、田植機等の運転席に設けている長期格納ボタン７５を入り状態とすると、ＤＰＦ４６ｂの強制再生を実施すると共に、再生後の差圧からＡｓｈ堆積量を推定する。長期格納ボタン７５を押した時間間隔から、ＤＰＦのＡｓｈ詰りによる残寿命時間を推定する。次のシーズン期間中に限界値に達すると判断させる場合は、メンテナンスの必要性を表示するようにする。これにより、シーズン終了期間中にメンテナンスを実施することを明確に促すことが可能となる。図９にこの関連図を示している。Ａｓｈの詰りによるＤＰＦ残寿命推定時間の計算式は、
（Ｐｍａｘ−Ｐ２）／（Ｐ２−Ｐ１）×Δｔ
となる。
推定残寿命時間がΔｔに対して余裕が少ない場合は、シーズンオフの期間中にＡｓｈ清掃することをメータパネルに表示する。
【００５４】
次に、図１０（ａ）に示す標準モードＬ１と低燃費モードＬ２を備える構成について説明する。標準モードＬ１と低燃費モードＬ２の切り換えは、運転席に設ける燃費モードスイッチにて行う。そして、低燃費モードＬ２に切り換えると、中回転領域Ｓ１以下で行っているメイン噴射とアフター噴射との噴射間隔を広げ（図１０（ｂ））、噴射タイミングを遅らせてターボ過給圧を増加させるように構成する。従来、噴射タイミングを進角させる制御を行う燃費モードは、標準モードに比べ燃費性能を良いものの、全体的にスモークが悪化する傾向で問題があった。
【００５５】
前述のように、アフター噴射とメイン噴射との間隔を広げることでアフター噴射のタイミングが遅れ、燃焼が後期まで引っ張られることにより排気温度が上昇し、ブースト圧が上がる。よって空気流量が増加するためスモークが低減する。
【００５６】
標準モードで噴射間隔を広げ過ぎるとアフター噴射のタイミングが遅くなりすぎて、逆にスモークが増加してしまうが、低燃費モードの場合、全体的に噴射タイミングが進角されているため、噴射間隔を広げてもアフター噴射が遅くなりすぎることはない。
【００５７】
図１１（ａ），図１１（ｂ）に示す標準モードＬ３と低燃費モードＬ４について説明する。低燃費モードＬ４に切り換えた際、標準モードＬ３ではシングル噴射である高回転・中負荷領域Ｓ２以上の領域で、パイロット噴射及びアフター噴射を同時に追加する構成とする。従来、噴射タイミングを進角させる制御を行う燃費モードは、標準モードに比べて燃費は良いものの、噴射タイミングの悪影響が出て、特に定格付近のシングル噴射領域で騒音悪化、スモーク悪化する傾向にある。
【００５８】
少し燃費は悪くなるが、スモーク抑制に効果があるアフター噴射、騒音低減・燃費向上に効果があるパイロット噴射を同時に行うことで、騒音・スモーク低減させても燃費悪化は防ぐことができるようになり、噴射タイミング進角分の燃費向上分を維持することができる。そして、低燃費モード時のみにこのような制御を行うために、噴射回数増加による噴射ノズル耐久性への悪影響は少なくなる。
【００５９】
次に、図１２（ａ）に示すように、インタークーラー無しのターボエンジンの低燃費モードについて説明する。標準の全負荷カーブＬ５に対して、全回転高負荷域のトルクを２０％削減し、中負荷域以下の噴射タイミングを進角（２度〜４度）させて、出力を標準全負荷出力に対し全体的に絞った全負荷カーブＬ６（低燃費モード）を設定する。
【００６０】
インタークーラー無しのターボエンジンは、図１２（ｂ）に示すように、インタークーラー付ターボエンジンＬ８や自然吸気エンジンＬ９とは異なり、噴射タイミング等の噴射条件が一定であっても、燃料噴射量が増加する。即ち、ターボ過給圧が増加（吸気温度が増加）するにつれて、ＮＯｘが悪化するという特性がある（Ｌ７）。
【００６１】
このような特性を利用し、全体的に出力を絞ることで噴射タイミングを進角させても全体のＮＯｘ排出率は悪化しない燃費のよい出力カーブを得ることができる。
前述した図３と図４のトラクタの全体構成において、トラクタは足で操作するアクセルペダル２３と、手で操作するアクセルレバー２５を有している。アクセルペダル２３は、自動車と同じで足で踏み操作している間のみエンジン回転が上昇する構成である。また、アクセルレバー２５は手で操作すると共に、アクセルレバー２５から手を離してもその部分でエンジン回転を維持する構成としている。
【００６２】
そして、アクセルレバー２５を操作して一定のエンジン回転数を維持している場合において、アクセルペダル２３の有効範囲は、アクセルレバー２５で設定しているエンジン回転数から無負荷最高回転数までとなるように構成する。また、このような機能を選択可能な選択スイッチを運転席に設ける構成としている。これにより、作業によって微妙なエンジン回転数の調整が可変的に可能となる。
【００６３】
前述のように、ＤＰＦを搭載したエンジンをコンバインに使用した場合において、コンバインの動力源としてエンジンと電気モータを備える構成とする。そして、コンバインのグレンタンクから籾を排出する場合には、エンジン動力を利用するのか又はモーターを利用するのかを選択可能に構成する。籾の排出をモーターで行う場合、籾排出中にＤＰＦの強制再生を行う構成とする。これにより、籾排出の時間をＤＰＦ再生に有効的に利用可能となり、ＤＰＦの再生のために作業を中断するようなことを防止できるようになる。
【００６４】
また、前記モータを駆動するバッテリーの充電については、車両のブレーキ力やコンバインの旋回時、刈取、脱穀部等のブレーキ力を利用して充電するように構成する。
図１３は駐車ブレーキレバー７６とそのレバー溝７７を示している。駐車ブレーキレバー７６の位置は、パーキングブレーキ解除位置と通常のパーキングブレーキ作動位置に加えて、パーキングブレーキが作動すると共にＤＰＦの強制再生を行なう位置７８を設ける構成とする。また、この位置は操作ミス防止のためにクランク形状とした別の溝７９に設ける構成とする。これにより、駐車ブレーキの操作のみで機体が停止し、さらにＤＰＦの強制再生が可能となるので、操作性が向上するようになる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
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。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】蓄圧式燃料噴射装置の全体構成図
【図２】制御モードによるエンジン回転数と出力トルクの関係を示す線図
【図３】トラクタの左側面図
【図４】トラクタの平面図
【図５】吸気系と排気系の模式図
【図６】（ａ）エンジンの正面図 （ｂ）エンジンの側面図
【図７】エンジン側面図および排気系の模式図
【図８】（ａ）調整ダイヤルの平面図 （ｂ）エンジン回転数と負荷率との関係図
【図９】ＤＰＦ使用時間とＤＰＦ再生後の差圧との関係図
【図１０】（ａ）エンジン回転数と出力の性能曲線図 （ｂ）燃料噴射タイミングの模式図
【図１１】（ａ）エンジン回転数と出力の性能曲線図 （ｂ）燃料噴射タイミングの模式図
【図１２】（ａ）エンジン回転数と出力の性能曲線図 （ｂ）出力とＮＯｘ排出量との関係図
【図１３】駐車ブレーキレバーとその溝の平面図
【符号の説明】
【００６７】
ＰＭ 粒状化物質
ＴＢ 過給器
４５ 排気タービン
４６ 後処理装置
４６ａ 酸化触媒（ＤＯＣ）
４６ｂ ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）
６３ 排気管
６４ バイパス経路
６５ 第二酸化触媒
６６ 絞り弁
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ディーゼルパティキュレートフィルタ及び酸化触媒を搭載するディーゼルエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンの排気系において、酸化触媒（ＤＯＣ）とディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）を設ける構成である。（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００８−７５６１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前述のような技術では、次のような欠点がある。ＤＰＦの再生時においては、排気弁を閉じて排気ガス温度を上げて酸化触媒（ＤＯＣ）とディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）を活性化させる。そして、ポスト噴射により未燃燃料を排気ガスと共に流し、酸化触媒（ＤＯＣ）で燃焼させてＤＰＦ内の温度を上昇させてＤＰＦ内の煤、粒状化物質（ＰＭ）を燃焼させて大気中に焼き飛ばす。
【０００４】
しかしながら、ポスト噴射開始時は、酸化触媒（ＤＯＣ）内温度が充分に上昇していないので、一部の未燃燃料が排出されてしまい、匂いや白煙を伴う結果となってしまう。
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。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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）を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）と酸化触媒（４６ａ）とから構成される後処理装置（４６）を過給機（ＴＢ）の下流側に備えたディーゼルエンジンにおいて、前記過給器（ＴＢ）の排気タービン（４５）上流側の排気管（６３）にバイパス経路（６４）を構成し、該バイパス経路（６４）に第二酸化触媒（６５）を設け、バイパス経路（６４）に流れる排気ガスの量を調整する絞り弁（６６）を設けたことを特徴とするディーゼルエンジンとしたものである。
【０００６】
請求項１の作用は、先ずポスト噴射により、未燃燃料を流した際に、前段の第二酸化触媒（６５）で一部の未燃燃料が酸化して昇温する。第二酸化触媒（６５）は排気ガス温度の高い上流側に配置されているので、ＤＰＦの強制再生運転時においても活性状態にある。
【０００７】
残った燃料は、下流側の酸化触媒（４６ａ）で酸化されて更に昇温し、ディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）内に捕集されている、煤、粒状化物質（ＰＭ）を燃焼させて大気中に排出する。絞り弁（６６）は、ディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）の強制再生における昇温モード運転時に閉じる。
【０００８】
請求項２記載の発明では、前記第二酸化触媒（６５）は、過給器（ＴＢ）の下流側に配置される酸化触媒（４６ａ）よりも小さい形状としたことを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンとしたものである。
【０００９】
請求項２の作用は、請求項１の作用に加え、第二酸化触媒（６５）は、過給器（ＴＢ）の下流側に配置される酸化触媒（４６ａ）よりも小さい形状とする。
【発明の効果】
【００１０】
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、ディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）の強制再生運転時に第二酸化触媒（６５）と酸化触媒（４６ａ）の２個の酸化触媒の作用で充分に昇温するようになる。これにより、ディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）が効率良く再生されるようになると共に、一部の未燃燃料が排出されることを防止できるので、匂いや白煙の大気中への放出が抑制されるようになる。
【００１１】
請求項２記載の発明においては、請求項１の効果に加え、第二酸化触媒（６５）は、過給器（ＴＢ）の下流側に配置される酸化触媒（４６ａ）よりも小さい形状としたので、エンジンや排気系をコンパクトに構成可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
酸化触媒（ＤＯＣ）４６ａ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）４６ａ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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
前記シリンダー室５から排気された排気ガスは、排気管６３を通って過給器ＴＢの排気タービン４５へ向かうが、排気管６３の途中にバイパス経路６４を構成し、このバイパス経路６４に第二酸化触媒（ＤＯＣ）６５を設ける構成とする。この第二酸化触媒（ＤＯＣ）６５は、後処理装置４６内の酸化触媒（ＤＯＣ）４６ａに対して小さいサイズとしている。
【００３９】
そして、ポスト噴射等により未燃燃料を流した際に、絞り弁６６を閉じて排気ガスをバイパス経路６４に流すようにする。すると、未燃燃料は第二酸化触媒（ＤＯＣ）６５で未燃燃料の一部が酸化されて昇温する。さらに、残った未燃燃料は酸化触媒（ＤＯＣ）４６ａで酸化されて更に昇温するようになるので、ＤＰＦ４６ｂ内で捕集されているＰＭの燃焼が促進されてＤＰＦ４６ｂの再生が早く可能となる。
【００４０】
また、第二酸化触媒（ＤＯＣ）６５の直下流側に絞り部６７を設ける構成とする。これにより、排気抵抗が高くなり排気ガス温度の上昇が促進されるようになる。
また、同じ図５の中に同時に記載しているが、前記バイパス回路６４の代わりに、排気管６３と過給器ＴＢの排気タービン４５下流側との間にバイパス回路６８を設けるように構成してもよい。そして、このバイパス回路６８に前記第二酸化触媒（ＤＯＣ）６５を設けるように構成してもよい。６９は絞り弁である。バイパス回路６８を使用しないときには、絞り弁６９を閉じる構成とする。
【００４１】
また、図示は省略するが、燃料フィルタの水溜り状態を水位センサーによって判断するように構成する。水位が高くセンサーのラベルが水有りと判断した場合には、水抜きバルブを開き、ラベルが水なしに変わるまで水を排出制御するようにする。
【００４２】
具体的には、水位センサのラベルにより水位位置が高く、燃料系に水が混入する可能性がある場合には、水位のラベルが１から０に変わり、水位が低いと判断されるまで水抜きバルブを開いて水を排出する。排出した水は水タンクに貯蔵する。エンジンの負荷状態をＥＣＵ１００によって判別することにより、負荷状態が高く排気ガス中のＮＯｘが高いと推定される場合には、水タンク内の水をＣＣＢ内に水を噴射してＮＯｘの低減を行うようにする。このような構成とすることで、ＮＯｘ低減が廉価に可能となる。
【００４３】
図６の（ａ）はエンジンの正面図であり、（ｂ）は側面図を示している。
前述した後処理装置４６の酸化触媒（ＤＯＣ）４６ａとＤＰＦ４６ｂは、通常であれば直列状態で配置する構成とする。しかしながら、小型の作業車両（トラクタ）においては搭載するスペースが殆んどないのが現状である。
【００４４】
そこで、ＤＯＣ４６ａとＤＰＦ４６ｂを分離して直交する形態で搭載する構成とする。具体的には、過給器ＴＢの排気側とＤＯＣ４６ａを排気管７０で連結し、ＤＯＣ４６ａと直交する形態でエンジンＥの上方にＤＰＦ４６ｂを配置する構成とする。これにより、狭いスペース（エンジンルーム内）でもＤＯＣ４６ａとＤＰＦ４６ｂを配置可能となる。
【００４５】
図７はエンジンＥ、ＤＯＣ４６ａ、ＤＰＦ４６ｂ及びＤＰＦバルブ７１についての説明である。ＤＯＣ４６ａやＤＰＦ４６ｂを設けても、微量の煤、ＰＭは排気ガス中に残るので、ＤＰＦ４６ｂの下流にあるＤＰＦバルブ７１には煤等が付着して溜まってくる。そして、ある程度以上溜まるとＤＰＦバルブ７１の作動が悪くなる。そこで、ＤＰＦバルブ７１に溜まった煤等を除去する必要がある。
【００４６】
ＤＰＦ４６ｂを再生させるときには、ＤＰＦバルブ７１を所定量閉じて（完全には閉じない）ＤＰＦ４６ｂを昇温させ、ＤＰＦ４６ｂ内の煤やＰＭを焼き飛ばすが、ＤＰＦ４６ｂを再生させるタイミング以外にもＤＰＦバルブ７１を作動させてＤＰＦバルブ７１内に溜まっている煤等を除去するように構成する。
【００４７】
例えば、運転中１０分に１回、エンジン性能に影響の無い範囲で、短時間ＤＰＦバルブ７１の開閉動作をし、動作中の振動によりＤＰＦバルブ７１に溜まっている煤等を落すようにする。また、エンジン始動時において、キーを入り状態としたときに、短時間ＤＰＦバルブ７１の開閉動作を行ってもよい。また、エンジン停止直後、短時間ＤＰＦバルブ７１の開閉動作を行ってもよい。 これにより、ＤＰＦバルブ７１に溜まった煤等を効率よく除去可能となる。
【００４８】
また、ＤＰＦバルブ７１を迂回するバイパス回路７２を設け、このバイパス回路７２に調圧弁７３を設ける構成とする。ＤＰＦ４６ｂを再生させるときにおいては、ＤＰＦバルブ７１を全閉する。すると、排気ガスはバイパス回路７２を流れる。そして、調圧弁７３を自動調整してＤＰＦバルブ７１上流の圧力が一定となるように制御する。これにより、ＤＰＦバルブ７１に煤等の堆積による経時変化が少なく、精度よくＤＰＦ４６ｂの再生が可能となる。
【００４９】
図８（ａ）に示すように、ＤＰＦ再生の調整ダイヤル７４を操作部の任意の位置に設ける構成とする。この調整ダイヤル７４は、燃費優先とＤＰＦ再生優先を決めるものであり、ポスト噴射をどの領域まで設定するかを調整するものである。この調整ダイヤル７４の中間位置は通常の標準状態としている。図８（ｂ）に示すように、調整ダイヤル７４を調整すると標準ラインが移動する構成である。
【００５０】
調整により燃費優先を選択すると、ポスト噴射は行われず燃料消費量は抑制できる。また、ＤＰＦ再生優先を選択すると、ＤＰＦ前後の差圧が高くなった時において、燃料はポスト噴射の分使用することになるが、速やかに自動再生モードに突入して手動再生を可能な限り回避できるようになる。
【００５１】
このようなＤＰＦの再生においては、従来は単一のパラメータ（例えばＤＰＦ前後の差圧）で検知していたので精度が悪く、ポスト噴射のための無駄な燃料を使用する場面があって。そこで、ＤＰＦ４６ｂの詰りを稼動時間、ＤＰＦ前後差圧、負荷率マップ、連続再生マップの４個のパラメータから算出する構成とする。煤堆積量の積算値の算出は、（稼動時間からの煤の推定値）＋（負荷率からの煤の推定値）＋（ＤＰＦ差圧からの煤の推定値）−（連続再生での低減量）となる。煤の堆積量が算出できたら、ＤＰＦ４６ｂの強制再生の必要なレベルと時間を算出して運転者に精度よく知らせることが可能となる。
【００５２】
農業機械の場合、シーズン中にＤＰＦの再生を行うことは嫌がられることが多い。そこで、シーズン終了期間中に行うことが望ましいので、長期格納前にＤＰＦのＡｓｈ堆積状態を診断するように構成する。
【００５３】
トラクタ、コンバイン、田植機等の運転席に設けている長期格納ボタン７５を入り状態とすると、ＤＰＦ４６ｂの強制再生を実施すると共に、再生後の差圧からＡｓｈ堆積量を推定する。長期格納ボタン７５を押した時間間隔から、ＤＰＦのＡｓｈ詰りによる残寿命時間を推定する。次のシーズン期間中に限界値に達すると判断させる場合は、メンテナンスの必要性を表示するようにする。これにより、シーズン終了期間中にメンテナンスを実施することを明確に促すことが可能となる。図９にこの関連図を示している。Ａｓｈの詰りによるＤＰＦ残寿命推定時間の計算式は、
（Ｐｍａｘ−Ｐ２）／（Ｐ２−Ｐ１）×Δｔ
となる。
推定残寿命時間がΔｔに対して余裕が少ない場合は、シーズンオフの期間中にＡｓｈ清掃することをメータパネルに表示する。
【００５４】
次に、図１０（ａ）に示す標準モードＬ１と低燃費モードＬ２を備える構成について説明する。標準モードＬ１と低燃費モードＬ２の切り換えは、運転席に設ける燃費モードスイッチにて行う。そして、低燃費モードＬ２に切り換えると、中回転領域Ｓ１以下で行っているメイン噴射とアフター噴射との噴射間隔を広げ（図１０（ｂ））、噴射タイミングを遅らせてターボ過給圧を増加させるように構成する。従来、噴射タイミングを進角させる制御を行う燃費モードは、標準モードに比べ燃費性能を良いものの、全体的にスモークが悪化する傾向で問題があった。
【００５５】
前述のように、アフター噴射とメイン噴射との間隔を広げることでアフター噴射のタイミングが遅れ、燃焼が後期まで引っ張られることにより排気温度が上昇し、ブースト圧が上がる。よって空気流量が増加するためスモークが低減する。
【００５６】
標準モードで噴射間隔を広げ過ぎるとアフター噴射のタイミングが遅くなりすぎて、逆にスモークが増加してしまうが、低燃費モードの場合、全体的に噴射タイミングが進角されているため、噴射間隔を広げてもアフター噴射が遅くなりすぎることはない。
【００５７】
図１１（ａ），図１１（ｂ）に示す標準モードＬ３と低燃費モードＬ４について説明する。低燃費モードＬ４に切り換えた際、標準モードＬ３ではシングル噴射である高回転・中負荷領域Ｓ２以上の領域で、パイロット噴射及びアフター噴射を同時に追加する構成とする。従来、噴射タイミングを進角させる制御を行う燃費モードは、標準モードに比べて燃費は良いものの、噴射タイミングの悪影響が出て、特に定格付近のシングル噴射領域で騒音悪化、スモーク悪化する傾向にある。
【００５８】
少し燃費は悪くなるが、スモーク抑制に効果があるアフター噴射、騒音低減・燃費向上に効果があるパイロット噴射を同時に行うことで、騒音・スモーク低減させても燃費悪化は防ぐことができるようになり、噴射タイミング進角分の燃費向上分を維持することができる。そして、低燃費モード時のみにこのような制御を行うために、噴射回数増加による噴射ノズル耐久性への悪影響は少なくなる。
【００５９】
次に、図１２（ａ）に示すように、インタークーラー無しのターボエンジンの低燃費モードについて説明する。標準の全負荷カーブＬ５に対して、全回転高負荷域のトルクを２０％削減し、中負荷域以下の噴射タイミングを進角（２度〜４度）させて、出力を標準全負荷出力に対し全体的に絞った全負荷カーブＬ６（低燃費モード）を設定する。
【００６０】
インタークーラー無しのターボエンジンは、図１２（ｂ）に示すように、インタークーラー付ターボエンジンＬ８や自然吸気エンジンＬ９とは異なり、噴射タイミング等の噴射条件が一定であっても、燃料噴射量が増加する。即ち、ターボ過給圧が増加（吸気温度が増加）するにつれて、ＮＯｘが悪化するという特性がある（Ｌ７）。
【００６１】
このような特性を利用し、全体的に出力を絞ることで噴射タイミングを進角させても全体のＮＯｘ排出率は悪化しない燃費のよい出力カーブを得ることができる。
前述した図３と図４のトラクタの全体構成において、トラクタは足で操作するアクセルペダル２３と、手で操作するアクセルレバー２５を有している。アクセルペダル２３は、自動車と同じで足で踏み操作している間のみエンジン回転が上昇する構成である。また、アクセルレバー２５は手で操作すると共に、アクセルレバー２５から手を離してもその部分でエンジン回転を維持する構成としている。
【００６２】
そして、アクセルレバー２５を操作して一定のエンジン回転数を維持している場合において、アクセルペダル２３の有効範囲は、アクセルレバー２５で設定しているエンジン回転数から無負荷最高回転数までとなるように構成する。また、このような機能を選択可能な選択スイッチを運転席に設ける構成としている。これにより、作業によって微妙なエンジン回転数の調整が可変的に可能となる。
【００６３】
前述のように、ＤＰＦを搭載したエンジンをコンバインに使用した場合において、コンバインの動力源としてエンジンと電気モータを備える構成とする。そして、コンバインのグレンタンクから籾を排出する場合には、エンジン動力を利用するのか又はモーターを利用するのかを選択可能に構成する。籾の排出をモーターで行う場合、籾排出中にＤＰＦの強制再生を行う構成とする。これにより、籾排出の時間をＤＰＦ再生に有効的に利用可能となり、ＤＰＦの再生のために作業を中断するようなことを防止できるようになる。
【００６４】
また、前記モータを駆動するバッテリーの充電については、車両のブレーキ力やコンバインの旋回時、刈取、脱穀部等のブレーキ力を利用して充電するように構成する。
図１３は駐車ブレーキレバー７６とそのレバー溝７７を示している。駐車ブレーキレバー７６の位置は、パーキングブレーキ解除位置と通常のパーキングブレーキ作動位置に加えて、パーキングブレーキが作動すると共にＤＰＦの強制再生を行なう位置７８を設ける構成とする。また、この位置は操作ミス防止のためにクランク形状とした別の溝７９に設ける構成とする。これにより、駐車ブレーキの操作のみで機体が停止し、さらにＤＰＦの強制再生が可能となるので、操作性が向上するようになる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
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。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】蓄圧式燃料噴射装置の全体構成図
【図２】制御モードによるエンジン回転数と出力トルクの関係を示す線図
【図３】トラクタの左側面図
【図４】トラクタの平面図
【図５】吸気系と排気系の模式図
【図６】（ａ）エンジンの正面図 （ｂ）エンジンの側面図
【図７】エンジン側面図および排気系の模式図
【図８】（ａ）調整ダイヤルの平面図 （ｂ）エンジン回転数と負荷率との関係図
【図９】ＤＰＦ使用時間とＤＰＦ再生後の差圧との関係図
【図１０】（ａ）エンジン回転数と出力の性能曲線図 （ｂ）燃料噴射タイミングの模式図
【図１１】（ａ）エンジン回転数と出力の性能曲線図 （ｂ）燃料噴射タイミングの模式図
【図１２】（ａ）エンジン回転数と出力の性能曲線図 （ｂ）出力とＮＯｘ排出量との関係図
【図１３】駐車ブレーキレバーとその溝の平面図
【符号の説明】
【００６７】
ＰＭ 粒状化物質
ＴＢ 過給器
４５ 排気タービン
４６ 後処理装置
４６ａ 酸化触媒（ＤＯＣ）
４６ｂ ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）
６３ 排気管
６４ バイパス経路
６５ 第二酸化触媒
６６ 絞り弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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（４６ｂ）と酸化触媒（４６ａ）とから構成される後処理装置（４６）を過給機（ＴＢ）の下流側に備えたディーゼルエンジンにおいて、前記過給器（ＴＢ）の排気タービン（４５）上流側の排気管（６３）にバイパス経路（６４）を構成し、該バイパス経路（６４）に第二酸化触媒（６５）を設け、バイパス経路（６４）に流れる排気ガスの量を調整する絞り弁（６６）を設けたことを特徴とするディーゼルエンジン。
【請求項２】
前記第二酸化触媒（６５）は、過給器（ＴＢ）の下流側に配置される酸化触媒（４６ａ）よりも小さい形状としたことを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジン。
【請求項１】
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（４６ｂ）と酸化触媒（４６ａ）とから構成される後処理装置（４６）を過給機（ＴＢ）の下流側に備えたディーゼルエンジンにおいて、前記過給器（ＴＢ）の排気タービン（４５）上流側の排気管（６３）にバイパス経路（６４）を構成し、該バイパス経路（６４）に第二酸化触媒（６５）を設け、バイパス経路（６４）に流れる排気ガスの量を調整する絞り弁（６６）を設けたことを特徴とするディーゼルエンジン。
【請求項２】
前記第二酸化触媒（６５）は、過給器（ＴＢ）の下流側に配置される酸化触媒（４６ａ）よりも小さい形状としたことを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジン。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１０−１５６２０８（Ｐ２０１０−１５６２０８Ａ）
【公開日】平成２２年７月１５日（２０１０．７．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３３３４１４（Ｐ２００８−３３３４１４）
【出願日】平成２０年１２月２６日（２００８．１２．２６）
【出願人】（００００００１２５）井関農機株式会社 (3,813)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月１５日（２０１０．７．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月２６日（２００８．１２．２６）
【出願人】（００００００１２５）井関農機株式会社 (3,813)
【Ｆターム（参考）】
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