作業車両
【課題】過給器付きのエンジンにおいて、効率の良いDPFの再生を課題とする。
【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とディーゼルエンジンEを搭載し、ディーゼルパティキュレートフィルタ46b内の粒状化物質PMを除去する再生制御を行う構成の作業車両において、ディーゼルパティキュレートフィルタ46bの上流側に過給器TBを有する通常排気経路72を構成し、該通常排気経路72を迂回する排気迂回経路70を構成し、該排気迂回経路70に第一バルブ71を設け、ディーゼルパティキュレートフィルタ46bの再生時には第一バルブ71を開くように構成したことを特徴とする作業車両とする。
【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とディーゼルエンジンEを搭載し、ディーゼルパティキュレートフィルタ46b内の粒状化物質PMを除去する再生制御を行う構成の作業車両において、ディーゼルパティキュレートフィルタ46bの上流側に過給器TBを有する通常排気経路72を構成し、該通常排気経路72を迂回する排気迂回経路70を構成し、該排気迂回経路70に第一バルブ71を設け、ディーゼルパティキュレートフィルタ46bの再生時には第一バルブ71を開くように構成したことを特徴とする作業車両とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、排気系に粒状化物質(PM)を除去するディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)を備え、ディーゼルエンジンを搭載した作業車両に関する。
【背景技術】
【0002】
DPF内部に粒状化物質(PM)が溜まると排気温度を上昇させて除去(再生)する必要があるが、DPF自体の温度が低いと再生が効率良く行われず再生不良になってしまう。そこで、DPFの上流側に燃料噴射ノズルと点火プラグを有するバーナー燃焼室を設け、DPF内のPM量が多くなるとバーナーに点火して排気ガス温度を上げ、高温の排気ガス温度でDPF内のPMを焼く飛ばす構成である(例えば、特許文献1参照。)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開平8−260944号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
前記公知技術においては、エンジンに高負荷が作用して排気ガス温度が高くなりすぎると、DPF再生のための燃料噴射ノズルは排気ガスから熱害を受けてしまい損傷してしまう可能性がある。また、DPF再生のための燃料噴射ノズルを設けているので高価になり、燃料が多く消費されてしまう。
【0005】
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】
【0006】
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)とディーゼルエンジン(E)を搭載し、ディーゼルパティキュレートフィルタ(46b)内の粒状化物質(PM)を除去する再生制御を行う構成の作業車両において、ディーゼルパティキュレートフィルタ(46b)の上流側に過給器(TB)を有する通常排気経路(72)を構成し、該通常排気経路(72)を迂回する排気迂回経路(70)を構成し、該排気迂回経路(70)に第一バルブ(71)を設け、ディーゼルパティキュレートフィルタ(46b)の再生時には第一バルブ(71)を開く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。
【0007】
ディーゼルパティキュレートフィルタ(46b)の再生時には第一バルブ(71)を開く。排気ガスは、通常排気経路(72)と排気迂回経路(70)の両方を通過する。過給器(TB)のある通常排気経路(72)を通過する排気ガスの量が減るので、過給器(TB)の抵抗による排気ガス温度低下を防止できる。
【0008】
請求項2記載の発明では、前記通常排気経路(72)に第二バルブ(73)を設け、ディーゼルパティキュレートフィルタ(46b)再生時には前記第二バルブ(73)を閉じ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。
【0009】
ディーゼルパティキュレートフィルタ(46b)再生時には前記第二バルブ(73)を閉じる。排気ガスは排気迂回経路(70)のみを通過するので、過給器(TB)の抵抗を受けることがない。このため、さらに排気ガス温度の低下を防止できる。
【0010】
請求項3記載の発明では、前記ディーゼルパティキュレートフィルタ(46b)の上流側に温度センサ(74)を設け、温度センサ(74)の検出値が所定値以上になると前記第一バルブ(71)を閉じるように構成したことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の作業車両としたものである。
【0011】
温度センサ(74)の検出値が所定値以上になると前記第一バルブ(71)を閉じる。
請求項4記載の発明では、前記ディーゼルパティキュレートフィルタ(46b)の下流側に温度センサ(74a)を設け、この温度センサ(74a)の検出値が所定値以下の場合は、第一バルブ(71)は閉じないように構成したことを特徴とする請求項3に記載の作業車両としたものである。
【0012】
ディーゼルパティキュレートフィルタ(46b)の上流側の温度センサ(74)検出値が所定値以上でも、ディーゼルパティキュレートフィルタ(46b)の下流側の温度センサ(74a)の検出値が所定値以下の場合は、第一バルブ(71)は閉じない。
【発明の効果】
【0013】
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、過給器(TB)のある通常排気経路(72)を通過する排気ガスの量が減るので、過給器(TB)の抵抗による排気ガス温度低下を防止できる。これにより、ディーゼルパティキュレートフィルタ(46b)の再生が効率良く実施できる。
【0014】
請求項2記載の発明においては、請求項1の効果に加え、ディーゼルパティキュレートフィルタ(46b)再生時には第二バルブ(73)を閉じる。従って、排気ガスは排気迂回経路(70)のみを通過するので、過給器(TB)の抵抗を受けることがない。このため、さらに排気ガス温度の低下を防止できるので、ディーゼルパティキュレートフィルタ(46b)の再生が短い時間で効率良く実行可能となる。
【0015】
請求項3記載の発明においては、請求項1又は請求項2の効果に加え、ディーゼルパティキュレートフィルタ(46b)の上流側の温度センサ(74)検出値が所定値以上になると第一バルブ(71)を閉じるので、異常高温によるディーゼルパティキュレートフィルタ(46b)の劣化や損傷を防止できる。
【0016】
請求項4記載の発明においては、請求項3の効果に加え、ディーゼルパティキュレートフィルタ(46b)の上流側の温度センサ(74)検出値が所定値以上でも、ディーゼルパティキュレートフィルタ(46b)の下流側の温度センサ(74a)の検出値が所定値以下の場合は、第一バルブ(71)は閉じないので、効率良く再生可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【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】排気系の模式図
【図7】排気系の模式図
【図8】エンジンの斜視図
【図9】ブロック図
【図10】ポスト噴射と排気温度のフローチャート
【図11】ヒータとポスト噴射と排気温度のフローチャート
【図12】排気系の模式図
【図13】DPF支持部の斜視図
【図14】エンジンとDPF支持の斜視図
【発明を実施するための形態】
【0018】
本発明を実施するための最良の形態を説明する。
なお、後述する各実施例は、理解を容易にするために、個別または混在させて図示、あるいは説明しているが、これらは夫々種々組合せ可能であり、これらの説明順序・表現等によって、構成・作用等が限定されるものではなく、また、相乗効果を奏する場合も勿論存在する。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
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。
【0049】
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。
【0050】
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。
【0051】
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。
【0052】
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。
【0053】
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。
【0054】
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。
【0055】
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。
【0056】
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。
【0057】
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。
【0058】
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。
【0059】
図6について説明する。図6に示す図は図5に示した図と同様に吸気系と排気系の模式図の別実施例である。
過給器TBの排気タービン45の上流側と後処理装置46との間に排気迂回経路70を設け、この排気迂回経路70に第一バルブ71を設ける構成とする。
【0060】
DPF46bの強制(手動)再生は、機体は停車状態、エンジン回転数はアイドリング回転数、メイン噴射の後にポスト噴射を行うものである。DPF46bの強制再生は、これ以上機体を走行させるとDPF46b内のPMの詰まり状態が飽和してしまい、DPF46bが損傷してしまう可能性があるので、機体を停車させた状態で行う。
【0061】
このように、DPF46bの手動再生はアイドリング回転数で行うので、排気温度が低い状態のため、再生可能な温度になるまで時間を要する。特に、過給器TBを搭載しているエンジンにおいては、排気タービン45が抵抗となるため排気温度の上昇に時間がかかってしまう。
【0062】
そこで、DPF46bの手動再生を行うときには、前記排気迂回経路70の第一バルブ71を全開する構成とする。これにより、排気ガスの一部は排気タービン45を通過しないので、排気温度の低下を招くことなく、速やかに再生温度まで上昇していく。手動再生を行わないときには、第一バルブ71は全閉とする。
【0063】
また、排気タービン45側の通常排気経路72にも第二バルブ73を設ける構成としている。そして、DPF46bの手動再生を行うときには前記第二バルブ73を全閉とすることで、再生温度の達する時間が短くなる。
【0064】
また、後処理装置46上流側の温度センサ74において、手動再生を行うときに高温になりすぎると、前記第一バルブ71を閉じる構成とする。これにより、後処理装置46の損傷等を防止できる。
【0065】
また、前記後処理装置46の下流側に温度センサ74aを設け、この検出値が所定値以下の場合は第一バルブ71は閉じない構成とする。これにより、DPF46bの再生が良好となる。
【0066】
また、前記温度センサ74の値を適正値とするために、前記第一バルブ71と第二バルブ73を可変制御する構成とする。これにより、排気温度上昇を速やかにできると共に、排気温度が高温になる過ぎるのを防止できる。
【0067】
図7は排気系の簡易模式図であるが、通常の排気系78とは別に、バルブ79とブロワー76とバーナー75を有する排気系を設ける。そして、DPF46bを再生するときには、バーナー75に点火し、エンジンEからベルト77伝動でブロワー76を駆動し、バルブ79を開く構成とする。これにより、高温ガスがDPF46bに送られるので、DPF46bの再生が良好になる。
【0068】
また、通常の排気系78に燃料噴射装置83を設けている。バルブ79を閉じているか、又はバーナー75を有していない場合において、DPF46bの自動再生を行うときには、燃料噴射装置83から燃料を噴射することで燃料がDOC46a内で酸化燃焼し、高温のガスがDPF46bに流れることでDPF46bの再生が良好となる。
【0069】
図8はエンジンEを始動させることなくDPF46bを再生する方法である。即ち、DPF46bの上流側に外部導入管80を接続し、外部の高温発生器(灯油バーナー81等)から発生させた高温ガスをDPF46bに送ってDPF46bを再生させる構成である。これにより、低騒音でDPF46bを再生可能となる。
【0070】
また、DPF46bの手動再生時においては、トラクタであれば後部に装着している作業機21を連続的に昇降させて負荷をかけるようにしてもよい。また、コンバインであれば、機体前部の刈取装置を連続的に昇降させてもよい。これにより、エンジンに負荷がかかるので排気温度が速やかに上昇し、DPF46bの再生が良好となる。
【0071】
また、このようにエンジンに意図的に負荷をかけることで、ポスト噴射後にエンジン回転数を自動的に下げることが可能となる。従って、オイルの中に燃料の一部が混入するのを防止できるようになる。
【0072】
トラクタにおいては、作業によっては軽負荷作業がある(代掻き等)。このときにおいては、DFP46bを自動再生しようとしても、負荷が小さいために排気温度上昇が鈍いためにDPF46bの再生が行われないことがある。そこで、図9に示すように、軽負荷作業を行うときには意図的に軽負荷モードスイッチ82を入りとする。これにより、ポスト噴射量を増大させたり、ポンプリリーブの負荷掛けを行うようにするので、排気温度が速やかに上昇してDPF46bの再生が良好にできるようになる。
【0073】
また、エンジン負荷が所定値以下のときにおいては、前記軽負荷モードスイッチ82がなくても、あるいは軽負荷モードスイッチ82を入り状態にするのを忘れていても、前述のような制御を行うように構成してもよい。負荷の演算は、設定しているエンジン回転数Rを維持可能な最大燃料噴射量を分母とし、エンジン回転数を実際に維持するために使用されている現在の燃料噴射量を分子として負荷率を算出する。
【0074】
トラクタにおいては、作業機(ロータリ)21のPTO回転数を選択可能に構成している。変速段数は、1速、2速、3速、4速、R速等がある。状況に応じてこれらの変速段数を決めるが、変速段数が低いとエンジンに作用する負荷が小さい。このようなときには排気温度上昇が鈍くなるので、DPF46bの自動再生が良好にできない。そこで、PTOの変速段数が低い場合には、メイン噴射の後に行うポスト噴射の燃料噴射量を多くする構成とする。これにより、排気温度が上昇して、DPF46bの再生が良好にできるようになる。図10にこのフローチャートを示している。
【0075】
また、DPF46bの周囲にヒータ(図示せず)を巻き付けておき、DFP46bの自動再生を行うときには、蓄電池から電流をヒータに流してDPF46bの加熱をアシストするように構成してもよい。図11にこのフローチャートを示している。
【0076】
図12は後処理装置46の上流側に燃焼室84を設ける構成である。燃料室84には第一燃料噴射バルブ87と点火用グロープラグ86を設ける構成である。さらに、点火用グロープラグ86から離れた位置に第二燃料噴射バルブ88を設ける構成である。後処理装置46を再生するときには、第一燃料噴射バルブ87から燃料を噴射するとともに点火用グロープラグ86に通電して燃料に着火する構成である。これにより、高温の排気ガスが後処理装置46に流れることで、再生が良好となる。さらに、点火用グロープラグ86から離れた位置にある第二燃料噴射バルブ88から燃料を噴射すると、燃えない燃料がDOC46a内に入り、酸化燃焼する。これにより、さらなる高温のガスがDPF46bへと流れるので、再生が速やかにできるようになる。
【0077】
また、エンジンには油圧負荷装置(図示せず)を設けておいて、DPF46bを再生するときにはポンプを駆動して油圧負荷装置を作動させることでエンジンに負荷が作用し、排気温度が速やかに上昇していく。
【0078】
また、前記作業機21の駆動が中立であり、トラクタの走行変速が中立のときにおいて、エンジン作用している負荷率を算出し、この負荷率が所定値以下(トランスミッションの空転分)のときにおいては、一定時間後にエンジンを自動的に停止する構成とする。これにより、燃料消費が抑制されるとともに、DPF46b内へのPMの堆積を防止できるようになる。また、このようなエンジン停止が数回おこなわれると、DPF46bの強制再生を行う構成とする。
【0079】
図13はDPF46bの搭載支持部である。支持プレート89に接触プレート90を設け、バンド92とボルト91でDPF46bをエンジン等に搭載している。接触プレート90上にDPF46bが直接に接触する構成であり、この接触プレート90には放熱フィン90aを構成している。これにより、DPF46bの放熱が適度に行われるようになるので、エンジンルーム内の極度の温度上昇を防止でき、周辺機器の劣化を防止できるようになる。
【0080】
図14はDPF46bの支持構成である。エンジンにポール93を設け、回転部94を介してDPF46bを支持している。回転部94はボルト95で固定している。点検時においては、ボルト95を外してDPF46bを回転部94を支点として矢印96方向に回転させる。これにより、点検保守が容易となる。
【符号の説明】
【0081】
PM 粒状化物質
TB 過給器
E ディーゼルエンジン
46b ディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)
70 排気迂回経路
71 第一バルブ
72 通常排気経路
73 第二バルブ
74 上流側温度センサ
74a 下流側温度センサ
【技術分野】
【0001】
この発明は、排気系に粒状化物質(PM)を除去するディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)を備え、ディーゼルエンジンを搭載した作業車両に関する。
【背景技術】
【0002】
DPF内部に粒状化物質(PM)が溜まると排気温度を上昇させて除去(再生)する必要があるが、DPF自体の温度が低いと再生が効率良く行われず再生不良になってしまう。そこで、DPFの上流側に燃料噴射ノズルと点火プラグを有するバーナー燃焼室を設け、DPF内のPM量が多くなるとバーナーに点火して排気ガス温度を上げ、高温の排気ガス温度でDPF内のPMを焼く飛ばす構成である(例えば、特許文献1参照。)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開平8−260944号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
前記公知技術においては、エンジンに高負荷が作用して排気ガス温度が高くなりすぎると、DPF再生のための燃料噴射ノズルは排気ガスから熱害を受けてしまい損傷してしまう可能性がある。また、DPF再生のための燃料噴射ノズルを設けているので高価になり、燃料が多く消費されてしまう。
【0005】
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】
【0006】
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)とディーゼルエンジン(E)を搭載し、ディーゼルパティキュレートフィルタ(46b)内の粒状化物質(PM)を除去する再生制御を行う構成の作業車両において、ディーゼルパティキュレートフィルタ(46b)の上流側に過給器(TB)を有する通常排気経路(72)を構成し、該通常排気経路(72)を迂回する排気迂回経路(70)を構成し、該排気迂回経路(70)に第一バルブ(71)を設け、ディーゼルパティキュレートフィルタ(46b)の再生時には第一バルブ(71)を開く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。
【0007】
ディーゼルパティキュレートフィルタ(46b)の再生時には第一バルブ(71)を開く。排気ガスは、通常排気経路(72)と排気迂回経路(70)の両方を通過する。過給器(TB)のある通常排気経路(72)を通過する排気ガスの量が減るので、過給器(TB)の抵抗による排気ガス温度低下を防止できる。
【0008】
請求項2記載の発明では、前記通常排気経路(72)に第二バルブ(73)を設け、ディーゼルパティキュレートフィルタ(46b)再生時には前記第二バルブ(73)を閉じ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。
【0009】
ディーゼルパティキュレートフィルタ(46b)再生時には前記第二バルブ(73)を閉じる。排気ガスは排気迂回経路(70)のみを通過するので、過給器(TB)の抵抗を受けることがない。このため、さらに排気ガス温度の低下を防止できる。
【0010】
請求項3記載の発明では、前記ディーゼルパティキュレートフィルタ(46b)の上流側に温度センサ(74)を設け、温度センサ(74)の検出値が所定値以上になると前記第一バルブ(71)を閉じるように構成したことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の作業車両としたものである。
【0011】
温度センサ(74)の検出値が所定値以上になると前記第一バルブ(71)を閉じる。
請求項4記載の発明では、前記ディーゼルパティキュレートフィルタ(46b)の下流側に温度センサ(74a)を設け、この温度センサ(74a)の検出値が所定値以下の場合は、第一バルブ(71)は閉じないように構成したことを特徴とする請求項3に記載の作業車両としたものである。
【0012】
ディーゼルパティキュレートフィルタ(46b)の上流側の温度センサ(74)検出値が所定値以上でも、ディーゼルパティキュレートフィルタ(46b)の下流側の温度センサ(74a)の検出値が所定値以下の場合は、第一バルブ(71)は閉じない。
【発明の効果】
【0013】
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、過給器(TB)のある通常排気経路(72)を通過する排気ガスの量が減るので、過給器(TB)の抵抗による排気ガス温度低下を防止できる。これにより、ディーゼルパティキュレートフィルタ(46b)の再生が効率良く実施できる。
【0014】
請求項2記載の発明においては、請求項1の効果に加え、ディーゼルパティキュレートフィルタ(46b)再生時には第二バルブ(73)を閉じる。従って、排気ガスは排気迂回経路(70)のみを通過するので、過給器(TB)の抵抗を受けることがない。このため、さらに排気ガス温度の低下を防止できるので、ディーゼルパティキュレートフィルタ(46b)の再生が短い時間で効率良く実行可能となる。
【0015】
請求項3記載の発明においては、請求項1又は請求項2の効果に加え、ディーゼルパティキュレートフィルタ(46b)の上流側の温度センサ(74)検出値が所定値以上になると第一バルブ(71)を閉じるので、異常高温によるディーゼルパティキュレートフィルタ(46b)の劣化や損傷を防止できる。
【0016】
請求項4記載の発明においては、請求項3の効果に加え、ディーゼルパティキュレートフィルタ(46b)の上流側の温度センサ(74)検出値が所定値以上でも、ディーゼルパティキュレートフィルタ(46b)の下流側の温度センサ(74a)の検出値が所定値以下の場合は、第一バルブ(71)は閉じないので、効率良く再生可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【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】排気系の模式図
【図7】排気系の模式図
【図8】エンジンの斜視図
【図9】ブロック図
【図10】ポスト噴射と排気温度のフローチャート
【図11】ヒータとポスト噴射と排気温度のフローチャート
【図12】排気系の模式図
【図13】DPF支持部の斜視図
【図14】エンジンとDPF支持の斜視図
【発明を実施するための形態】
【0018】
本発明を実施するための最良の形態を説明する。
なお、後述する各実施例は、理解を容易にするために、個別または混在させて図示、あるいは説明しているが、これらは夫々種々組合せ可能であり、これらの説明順序・表現等によって、構成・作用等が限定されるものではなく、また、相乗効果を奏する場合も勿論存在する。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
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。
【0049】
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。
【0050】
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。
【0051】
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。
【0052】
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。
【0053】
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。
【0054】
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。
【0055】
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。
【0056】
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。
【0057】
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。
【0058】
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。
【0059】
図6について説明する。図6に示す図は図5に示した図と同様に吸気系と排気系の模式図の別実施例である。
過給器TBの排気タービン45の上流側と後処理装置46との間に排気迂回経路70を設け、この排気迂回経路70に第一バルブ71を設ける構成とする。
【0060】
DPF46bの強制(手動)再生は、機体は停車状態、エンジン回転数はアイドリング回転数、メイン噴射の後にポスト噴射を行うものである。DPF46bの強制再生は、これ以上機体を走行させるとDPF46b内のPMの詰まり状態が飽和してしまい、DPF46bが損傷してしまう可能性があるので、機体を停車させた状態で行う。
【0061】
このように、DPF46bの手動再生はアイドリング回転数で行うので、排気温度が低い状態のため、再生可能な温度になるまで時間を要する。特に、過給器TBを搭載しているエンジンにおいては、排気タービン45が抵抗となるため排気温度の上昇に時間がかかってしまう。
【0062】
そこで、DPF46bの手動再生を行うときには、前記排気迂回経路70の第一バルブ71を全開する構成とする。これにより、排気ガスの一部は排気タービン45を通過しないので、排気温度の低下を招くことなく、速やかに再生温度まで上昇していく。手動再生を行わないときには、第一バルブ71は全閉とする。
【0063】
また、排気タービン45側の通常排気経路72にも第二バルブ73を設ける構成としている。そして、DPF46bの手動再生を行うときには前記第二バルブ73を全閉とすることで、再生温度の達する時間が短くなる。
【0064】
また、後処理装置46上流側の温度センサ74において、手動再生を行うときに高温になりすぎると、前記第一バルブ71を閉じる構成とする。これにより、後処理装置46の損傷等を防止できる。
【0065】
また、前記後処理装置46の下流側に温度センサ74aを設け、この検出値が所定値以下の場合は第一バルブ71は閉じない構成とする。これにより、DPF46bの再生が良好となる。
【0066】
また、前記温度センサ74の値を適正値とするために、前記第一バルブ71と第二バルブ73を可変制御する構成とする。これにより、排気温度上昇を速やかにできると共に、排気温度が高温になる過ぎるのを防止できる。
【0067】
図7は排気系の簡易模式図であるが、通常の排気系78とは別に、バルブ79とブロワー76とバーナー75を有する排気系を設ける。そして、DPF46bを再生するときには、バーナー75に点火し、エンジンEからベルト77伝動でブロワー76を駆動し、バルブ79を開く構成とする。これにより、高温ガスがDPF46bに送られるので、DPF46bの再生が良好になる。
【0068】
また、通常の排気系78に燃料噴射装置83を設けている。バルブ79を閉じているか、又はバーナー75を有していない場合において、DPF46bの自動再生を行うときには、燃料噴射装置83から燃料を噴射することで燃料がDOC46a内で酸化燃焼し、高温のガスがDPF46bに流れることでDPF46bの再生が良好となる。
【0069】
図8はエンジンEを始動させることなくDPF46bを再生する方法である。即ち、DPF46bの上流側に外部導入管80を接続し、外部の高温発生器(灯油バーナー81等)から発生させた高温ガスをDPF46bに送ってDPF46bを再生させる構成である。これにより、低騒音でDPF46bを再生可能となる。
【0070】
また、DPF46bの手動再生時においては、トラクタであれば後部に装着している作業機21を連続的に昇降させて負荷をかけるようにしてもよい。また、コンバインであれば、機体前部の刈取装置を連続的に昇降させてもよい。これにより、エンジンに負荷がかかるので排気温度が速やかに上昇し、DPF46bの再生が良好となる。
【0071】
また、このようにエンジンに意図的に負荷をかけることで、ポスト噴射後にエンジン回転数を自動的に下げることが可能となる。従って、オイルの中に燃料の一部が混入するのを防止できるようになる。
【0072】
トラクタにおいては、作業によっては軽負荷作業がある(代掻き等)。このときにおいては、DFP46bを自動再生しようとしても、負荷が小さいために排気温度上昇が鈍いためにDPF46bの再生が行われないことがある。そこで、図9に示すように、軽負荷作業を行うときには意図的に軽負荷モードスイッチ82を入りとする。これにより、ポスト噴射量を増大させたり、ポンプリリーブの負荷掛けを行うようにするので、排気温度が速やかに上昇してDPF46bの再生が良好にできるようになる。
【0073】
また、エンジン負荷が所定値以下のときにおいては、前記軽負荷モードスイッチ82がなくても、あるいは軽負荷モードスイッチ82を入り状態にするのを忘れていても、前述のような制御を行うように構成してもよい。負荷の演算は、設定しているエンジン回転数Rを維持可能な最大燃料噴射量を分母とし、エンジン回転数を実際に維持するために使用されている現在の燃料噴射量を分子として負荷率を算出する。
【0074】
トラクタにおいては、作業機(ロータリ)21のPTO回転数を選択可能に構成している。変速段数は、1速、2速、3速、4速、R速等がある。状況に応じてこれらの変速段数を決めるが、変速段数が低いとエンジンに作用する負荷が小さい。このようなときには排気温度上昇が鈍くなるので、DPF46bの自動再生が良好にできない。そこで、PTOの変速段数が低い場合には、メイン噴射の後に行うポスト噴射の燃料噴射量を多くする構成とする。これにより、排気温度が上昇して、DPF46bの再生が良好にできるようになる。図10にこのフローチャートを示している。
【0075】
また、DPF46bの周囲にヒータ(図示せず)を巻き付けておき、DFP46bの自動再生を行うときには、蓄電池から電流をヒータに流してDPF46bの加熱をアシストするように構成してもよい。図11にこのフローチャートを示している。
【0076】
図12は後処理装置46の上流側に燃焼室84を設ける構成である。燃料室84には第一燃料噴射バルブ87と点火用グロープラグ86を設ける構成である。さらに、点火用グロープラグ86から離れた位置に第二燃料噴射バルブ88を設ける構成である。後処理装置46を再生するときには、第一燃料噴射バルブ87から燃料を噴射するとともに点火用グロープラグ86に通電して燃料に着火する構成である。これにより、高温の排気ガスが後処理装置46に流れることで、再生が良好となる。さらに、点火用グロープラグ86から離れた位置にある第二燃料噴射バルブ88から燃料を噴射すると、燃えない燃料がDOC46a内に入り、酸化燃焼する。これにより、さらなる高温のガスがDPF46bへと流れるので、再生が速やかにできるようになる。
【0077】
また、エンジンには油圧負荷装置(図示せず)を設けておいて、DPF46bを再生するときにはポンプを駆動して油圧負荷装置を作動させることでエンジンに負荷が作用し、排気温度が速やかに上昇していく。
【0078】
また、前記作業機21の駆動が中立であり、トラクタの走行変速が中立のときにおいて、エンジン作用している負荷率を算出し、この負荷率が所定値以下(トランスミッションの空転分)のときにおいては、一定時間後にエンジンを自動的に停止する構成とする。これにより、燃料消費が抑制されるとともに、DPF46b内へのPMの堆積を防止できるようになる。また、このようなエンジン停止が数回おこなわれると、DPF46bの強制再生を行う構成とする。
【0079】
図13はDPF46bの搭載支持部である。支持プレート89に接触プレート90を設け、バンド92とボルト91でDPF46bをエンジン等に搭載している。接触プレート90上にDPF46bが直接に接触する構成であり、この接触プレート90には放熱フィン90aを構成している。これにより、DPF46bの放熱が適度に行われるようになるので、エンジンルーム内の極度の温度上昇を防止でき、周辺機器の劣化を防止できるようになる。
【0080】
図14はDPF46bの支持構成である。エンジンにポール93を設け、回転部94を介してDPF46bを支持している。回転部94はボルト95で固定している。点検時においては、ボルト95を外してDPF46bを回転部94を支点として矢印96方向に回転させる。これにより、点検保守が容易となる。
【符号の説明】
【0081】
PM 粒状化物質
TB 過給器
E ディーゼルエンジン
46b ディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)
70 排気迂回経路
71 第一バルブ
72 通常排気経路
73 第二バルブ
74 上流側温度センサ
74a 下流側温度センサ
【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)とディーゼルエンジン(E)を搭載し、ディーゼルパティキュレートフィルタ(46b)内の粒状化物質(PM)を除去する再生制御を行う構成の作業車両において、ディーゼルパティキュレートフィルタ(46b)の上流側に過給器(TB)を有する通常排気経路(72)を構成し、該通常排気経路(72)を迂回する排気迂回経路(70)を構成し、該排気迂回経路(70)に第一バルブ(71)を設け、ディーゼルパティキュレートフィルタ(46b)の再生時には第一バルブ(71)を開くように構成したことを特徴とする作業車両。
【請求項2】
前記通常排気経路(72)に第二バルブ(73)を設け、ディーゼルパティキュレートフィルタ(46b)再生時には前記第二バルブ(73)を閉じ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。
【請求項3】
前記ディーゼルパティキュレートフィルタ(46b)の上流側に温度センサ(74)を設け、温度センサ(74)の検出値が所定値以上になると前記第一バルブ(71)を閉じるように構成したことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の作業車両。
【請求項4】
前記ディーゼルパティキュレートフィルタ(46b)の下流側に温度センサ(74a)を設け、この温度センサ(74a)の検出値が所定値以下の場合は、第一バルブ(71)は閉じないように構成したことを特徴とする請求項3に記載の作業車両。
【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)とディーゼルエンジン(E)を搭載し、ディーゼルパティキュレートフィルタ(46b)内の粒状化物質(PM)を除去する再生制御を行う構成の作業車両において、ディーゼルパティキュレートフィルタ(46b)の上流側に過給器(TB)を有する通常排気経路(72)を構成し、該通常排気経路(72)を迂回する排気迂回経路(70)を構成し、該排気迂回経路(70)に第一バルブ(71)を設け、ディーゼルパティキュレートフィルタ(46b)の再生時には第一バルブ(71)を開くように構成したことを特徴とする作業車両。
【請求項2】
前記通常排気経路(72)に第二バルブ(73)を設け、ディーゼルパティキュレートフィルタ(46b)再生時には前記第二バルブ(73)を閉じ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。
【請求項3】
前記ディーゼルパティキュレートフィルタ(46b)の上流側に温度センサ(74)を設け、温度センサ(74)の検出値が所定値以上になると前記第一バルブ(71)を閉じるように構成したことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の作業車両。
【請求項4】
前記ディーゼルパティキュレートフィルタ(46b)の下流側に温度センサ(74a)を設け、この温度センサ(74a)の検出値が所定値以下の場合は、第一バルブ(71)は閉じないように構成したことを特徴とする請求項3に記載の作業車両。
【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14】
【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14】
【公開番号】特開2012−159019(P2012−159019A)
【公開日】平成24年8月23日(2012.8.23)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−18467(P2011−18467)
【出願日】平成23年1月31日(2011.1.31)
【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24年8月23日(2012.8.23)
【国際特許分類】
【出願日】平成23年1月31日(2011.1.31)
【出願人】(000000125)井関農機株式会社 (3,813)
【Fターム(参考)】
[ Back to top ]