作業車両
【課題】ディーゼルパティキュレートフィルタの再生効率を向上させ、作業車両の作業能率を低下させないようにすることを課題とする。
【解決手段】シリンダー５から排出される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と過給器ＴＢとディーゼルエンジンＥを搭載した作業車両において、エンジンＥと過給器ＴＢの間に第一ヒーター６７を設け、過給器ＴＢとディーゼルパティキュレートフィルタ４６ｂの間に第二ヒーター６８を設け、ディーゼルパティキュレートフィルタ４６ｂ再生時には前記第一ヒーター６７と第二ヒーター６８を起動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。
【解決手段】シリンダー５から排出される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と過給器ＴＢとディーゼルエンジンＥを搭載した作業車両において、エンジンＥと過給器ＴＢの間に第一ヒーター６７を設け、過給器ＴＢとディーゼルパティキュレートフィルタ４６ｂの間に第二ヒーター６８を設け、ディーゼルパティキュレートフィルタ４６ｂ再生時には前記第一ヒーター６７と第二ヒーター６８を起動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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、作業車両に関する。特に、粒状化物質を捕集するためのディーゼルパティキュレートフィルタを有するディーゼルエンジンを備えた作業車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）とエンジンの間にヒーターを設ける構成は公知である（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２００５−１２７２９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述のような技術では、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）を再生するために必要な排気ガス温度まで上昇させるのに時間がかかっていた。特に、冬場の気温が低い時期や寒冷地では多くの時間がかかっていたので、燃料消費量が多くなり、作業能率も低下していた。
【０００５】
本発明の課題は、前述のような不具合を解消する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、シリンダー（５）から排出される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）と過給器（ＴＢ）とディーゼルエンジン（Ｅ）を搭載した作業車両において、エンジン（Ｅ）と過給器（ＴＢ）の間に第一ヒーター（６７）を設け、過給器（ＴＢ）とディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）の間に第二ヒーター（６８）を設け、ディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）再生時に前記第一ヒーター（６７）と第二ヒーター（６８）を起動するように構成したことを特徴とする作業車両とする。
【０００７】
ディーゼルエンジン（Ｅ）から排出された排気ガスは、ディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）を通過して機外へ放出される。このとき、排気ガス内の粒状化物質（ＰＭ）は、ディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）で捕集される。
【０００８】
ディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）内に粒状化物質（ＰＭ）が所定量以上堆積すると、排気ガス温度を上昇させて粒状化物質（ＰＭ）を焼き飛ばして除去（再生）する。エンジン（Ｅ）と過給器（ＴＢ）の間の第一ヒーター（６７）と、過給器（ＴＢ）とディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）の間の第二ヒーター（６８）を起動すると、排気ガス温度が上昇する。
【０００９】
請求項２記載の発明では、作業車両に作業機（２１）と作業機用の油圧システム（７１）を搭載し、ディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）再生時に前記作業機用油圧システム（７１）を駆動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する。
【００１０】
作業機用の油圧システム（７１）を駆動するとエンジンに負荷がかかり、排気温度が上昇する。
請求項３記載の発明では、作業車両に発電機（７０）を搭載し、ディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）再生時に発電機（７０）を駆動す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記載の作業車両とする。
【００１１】
ディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）再生時に発電機（７０）を駆動するとエンジンに負荷がかかり、排気温度が上昇する。
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）の上流側に温度センサ（５９）を設け、該温度センサ（５９）の検出値に基づいて前記第一ヒーター（６７）と第二ヒーター（６８）の起動、作業油圧システム（７１）の駆動、及び発電機（７０）の駆動を適宜選択する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する。
【００１２】
温度センサ（５９）の検出値に基づいて、エンジンに負荷をかける状態を適宜選択する。
【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から請求項３記載の発明においては、排気ガス温度が速やかに上昇するので、ディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）の再生効率が向上する。また、短い時間でディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）が再生するので、作業能率低下を防止できる。過給器（ＴＢ）の上流側に第一ヒーター（６７）を設けているので、高温の排気ガスで過給器（ＴＢ）の回転効率が向上し、吸気効率が向上する。
【００１４】
請求項４の発明においては、温度センサ（５９）の検出値に基づいて、エンジンに負荷をかける状態を適宜選択できるので、無駄な燃料を使用することなく効率良く排気ガス温度を上昇可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】蓄圧式燃料噴射装置の全体構成図
【図２】各制御モードによるエンジン回転数とエンジン出力の関係を示す線図
【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】トラクタの左側面図
【図７】フローチャート図
【図８】フローチャート図
【図９】フローチャート図
【図１０】エンジンと排気系の模式図
【図１１】エンジン回転数とエンジン出力の関係を示す線図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【００１７】
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、軽油以外の機関でもよい。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。ＥＣＵ１００には本機側のＣＰＵ２００が接続しており、相互に情報交換をしている。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。即ち、エンジンに負荷が掛かると負荷に応じてエンジン回転数を減少させる制御である。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。基本的には農作業等を行わず移動走行する場合に使用するものであるが、比較的負荷の小さい作業の場合は、このドループ制御を選択することもある。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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、機体前部のエンジンルーム６１内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。前記エンジンルーム６１はボンネット６２で覆う構成である。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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）は粒状化物室（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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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を設けておいて、この圧力センサ５２の値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。
【００４１】
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５３を設け、この温度センサ５３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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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５３を設けているので、この温度センサ５３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。
【００４７】
ＤＰＦ４６ｂを再生するときにおいては、排気温度が低いと再生不良となる。そこで、シリンダ５から排気タービン４５の間に第一ヒーター６７を設ける構成とする。さらに、排気タービン４５と後処理装置４６に第二ヒーター６８を設ける構成とするが、いずれか一方のみを設ける構成として廉価な構成としてもよい。この場合は、排気温度が上昇するのに時間がかかってしまう。このように、第一ヒータ６７と第二ヒータ６８で排気ガスを直接温めることにより、ＤＰＦ４６ｂの再生が良好にできるようになる。
【００４８】
また、過給器ＴＢの上流側に第一ヒータ６７を設けて排気ガス温度を上昇（熱膨張）させることで、排気ガスは過給器ＴＢを速やかに、即ち高速状態で通過するので、吸気効率が向上する。
【００４９】
また、エンジンそのものに負荷をかけて排気温度を上昇させてもよい。ＥＣＵ１００から発電機７０駆動用のテンションクラッチモータ６９に信号を送って入り状態とし、発電機７０を駆動することで負荷をかけてもよい。また、トラクタには作業機を装着しているので、この作業機用の油圧システム７１を駆動することでエンジンに負荷をかけるように構成してもよい。トラクタの後部には作業機（ロータリ）２１を装着しているので、この作業機２１の昇降を繰り返したり、作業機２１を地面に当接させておいて、作業機２１を下降させて油圧に負荷をかけることなどが考えられる。
【００５０】
これにより、エンジンに負荷が作用することでエンジンから排出される排気ガス温度が上昇するので、ＤＦＰ４６ｂの再生が良好となる。
車両側のＣＰＵ２００にはＤＰＦ４６ｂの手動再生を行う手動再生スイッチ７２を設けており、この手動再生スイッチ７２を入り状態にすると、ＥＣＵ１００からエンジンに必要な負荷の要求値が送信される。即ち、排気ガス温度が所定値以上でないとＤＰＦ４６ｂが再生できないので、負荷の要求値はＤＰＦ４６ｂを適正に再生するために必要な排気ガスの温度であり、この排気ガス温度を得るために必要なエンジン負荷値である。この要求値の算出は、排気ガスの温度センサ５９で行う。負荷の要求値に応じて、ＣＰＵ２００は負荷を段階的に増加させていく。そして、負荷が必要量（温度センサ５９の値で判断）になるとＤＰＦ４６ｂの手動再生を開始し、再生が完了すると、ＣＰＵ２００に完了終了信号を送信する。
【００５１】
また、温度センサ５９の検出値に複数のしきい値を設けておいて、このしきい値に基づいてエンジンに負荷をかける手段を決めていく構成とする。温度センサ５９の検出値が低い場合は多くの負荷をかけ、検出値が高い場合は少ない負荷をかける構成とする。高負荷での作業走行後にＤＰＦ４６ｂの再生を行う場合は、エンジンに負荷をかけなくてもよい場合がある。
【００５２】
前記負荷の要求値に対して負荷を上昇させる手段としては、前述したように、作業機用の油圧システム７１、発電機７０の他に、ミッションの駆動等がある。ミッションの駆動としては、前後輪１２，１３に動力が伝達されないように下流側の油圧クラッチは切りとするが、ミッション内には複数の油圧クラッチがあるので、これらの入り切りで負荷量の予測と負荷量を算出する。
【００５３】
これにより、ＤＰＦ４６ｂの手動再生が良好に実施でき、また、負荷の要求量に応じてミッション内の油圧クラッチの入り切りを行うので、ミッション内の油音上昇を最小限に抑制できる。
【００５４】
また、手動再生の突入できるエンジンの暖機運転のために負荷をかける場合、短い時間で暖気運転が終了するようにする。例えば、５分以内が後の作業に影響を与えない。そして、暖気運転が終了すると、手動再生に移行する（吸気絞り弁７３を絞る、ポスト噴射の実行）。これにより、能率の良い作業が可能となる。
【００５５】
図６は手動再生時において、洗車を行うシステムである。作業機（ロータリ）２１の軸７６でポンプ７４を駆動することでエンジンに負荷をかける構成とする。そして、例えば、ポンプ７４で川の水７５等を汲み上げて、ホース７７で洗車を行う構成とする。これにより、ポンプ７４を動かすことでエンジン負荷が上昇して再生に必要な温度まで速やかに上昇すると共に、手動再生中に洗車できるので能率が向上する。
【００５６】
トラクターが作業する地域としては山間地が多く、高度の高い場所も多い。高度が高い場所では酸素濃度が薄いので、排気ガスから白煙が出てしまい、ＤＰＦ再生のための排気温度上昇も緩慢になってしまう。
【００５７】
そこで、高度０ｍ地点を基準として高度補正を行う。高度０ｍでの高度補正係数を１．００とする。そして、高度０ｍでは気圧１０１３ｈｐａ、酸素濃度１００％、気温１５．０度Ｃを標準値とする。そして、高度に応じて前記高度補正係数を予め設定しておく。例えば、高度１０００ｍでは気圧８９９ｈｐａ、酸素濃度８８％、気温８．５度Ｃを標準値とすることで、高度補正係数を１．１４（気圧より）とする。
【００５８】
そこで、高度０ｍの空気量１９立方ｍ/ｈに補正係数を乗算すると、高度１０００ｍでの目標空気量は２１．７立方ｍ/ｈとなる。この目標空気量となるように吸気絞り弁７３を制御する。これにより、白煙を防止しながらＤＰＦ４６ｂ再生のための排気ガス温度になるので、再生が速やかに可能となる。
【００５９】
図７のフローチャートは、失火の判断である。手動再生中に吸気絞り弁７３を絞って排気温度を上昇させる際、ＥＣＵ１００内の指示燃料噴射量を監視し、噴射量が４０ｍｇ/ｓｔを超えた状態が継続して２秒以上起こった場合に、失火が起こっていると判断し、吸気絞り弁７３を全開して手動再生を中止する構成とする。このように、失火状態を判断した場合は、直ぐに吸気絞り弁７３を全開にすることで、失火状態を回避できる。
【００６０】
図８のフローチャートは、アクセルマップの切り替え条件である。アクセルマップとは、アクセル踏込み量に対するトルク値である。路上走行中においてＤＰＦ４６ｂが自動再生に入った場合、標準のアクセルマップ（通常の路上走行時）に対して、トルクが増大するマップを用いる構成とする。即ち、同じアクセルの踏込み量でも、トルクが増大するマップを用いる構成とする。これにより、路上走行時に自動再生に入っても、エンジンの応答性の低下と運転性能の低下を防止できるようになる。
【００６１】
また、図９のフローチャートに示すように、路上走行中に自動再生中において、アクセル開度略１００％、エンジン負荷率略１００％、エンジン回転数所定の低回転数（１５００ｒｐｍ）以下の状態を所定時間（１０秒）以上継続すると、ＤＰＦ４６ｂの自動再生を中止したり行わせないようにする。これにより、坂道のような出力が必要をされる場面において、ＤＰＦ自動再生による出力不足でエンジン回転ドロップに突入するのを防止できる。
【００６２】
トラクターにおいては、エンジン回転数調整用として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の両方を備えている（図４）。アクセルペダル２３は自動車と同じで路上走行用であり、アクセルレバー２５は作業走行時に用いる。アクセルレバー２５は手を離してもセットしたエンジン回転数は保持される構成である。
【００６３】
そこで、ＤＰＦ４６ｂの自動再生突入の条件として、アクセルレバー２５を操作しているときとする。アクセルレバー２５は定常運転で安定しているためである。アクセルペダル２３は過渡運転であるので適さない。そして、ＤＰＦ４６ｂ内のＰＭ量が所定値以上とＤＯＣ４６ａの入口温度が略２３０度以上も条件である。これにより、自動再生の失敗を防止できる。
【００６４】
図１０はエンジンＥとＤＰＦ４６ｂの間にバーナー７８を設ける構成である。バーナー７８には燃料噴射ノズル７９が設けられており、燃料タンク８１からポンプ８０で燃料を供給する構成である。バーナー７８の着火によりＤＰＦ４６ｂの再生を行うため、エンジンから排出された直後の排気温度は高温である必要はない。そのため、一部の気筒での燃料噴射を停止させ、排気側に酸素濃度の高いガスを排出することで、バーナー７８の着火性能が向上して、着火後の失火を抑制する。
【００６５】
高地では酸素濃度が元々低いため、一部の燃料噴射を停止させることで酸素濃度の更なる低下を抑制し、バーナー７８への酸素供給量を確保することができる。
また、燃料噴射を停止させることで、エンジン側での燃料消費量が少なくなるため、システム全体としての燃費が向上するようになる。
【００６６】
また、クランク軸８３にモータ（電気又は油圧）８２を連結しておいて、ＤＰＦ４６ｂを再生するときには全気筒で燃料噴射を停止し、クランク軸８３を前記モータ８２で駆動するように構成してもよい。これにより、酸素濃度を通常の大気と同じ状態を維持してバーナー７８に送り込むことができるので、バーナー７８の着火性能が向上し、ＤＰＦ４６ｂの再生効率が向上するようになる。
【００６７】
図１１はエンジン回転数と出力を示すエンジン性能曲線図である。縦軸Ｙはエンジン出力（ｋｗ）であり、横軸Ｘはエンジン回転数（ｒｐｍ）である。エンジンの負荷率を算出する場合に、従来はエンジン回転数を示す横軸Ｘを負荷０％とし、最大負荷ラインＬ１を負荷１００％として負荷率を算出していた。しかし、実際にはエンジンの摩擦損失、各種ファンの駆動、発電機の駆動損失がある。
【００６８】
そこで、図１１に示しているように、エンジンの摩擦損失を考慮して負荷０％の基本ラインをＸ１とする。そして、各種ファンが駆動するときは、負荷０％の基本ラインをＸ２とする。さらに、発電機が駆動するときは、負荷０％の基本ラインをＸ３とする。これにより、負荷率算出の精度が向上するようになる。
【００６９】
図１１に示す符号ＲとＳは、負荷０％の基本ラインをＸ３としている実施例である。アクセル開度電圧が８０％のときにおいては、Ｐ点が負荷０％の位置であり、最大負荷（１００％）位置はＭ点となる。したがって、Ｒの長さが全負荷を示している。Ｑ点は現在の負荷位置を示しているので、Ｓの長さが現在の負荷を示していることになる。よって、長さＲに対する長さＳの比が負荷率となる。このように負荷率を算出することで、精度の良い負荷率が算出可能となり、この負荷率をトラクタの表示パネルに表示することで、作業者はその後の対処（作業速度の増減速、路上速度の増減速、耕うん深さの調整、アクセル開度の調整等）を精度良く調節操作でき、作業能率が向上するようになる。
【符号の説明】
【００７０】
５ シリンダー
２１ 作業機
４６ｂ ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）
５９ 温度センサ
６７ 第一ヒーター
６８ 第二ヒーター
７０ 発電機
７１ 作業機用の油圧システム
Ｅ ディーゼルエンジン
ＰＭ 粒状化物質
ＴＢ 過給器
【技術分野】
【０００１】
この発明は、作業車両に関する。特に、粒状化物質を捕集するためのディーゼルパティキュレートフィルタを有するディーゼルエンジンを備えた作業車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）とエンジンの間にヒーターを設ける構成は公知である（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２００５−１２７２９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述のような技術では、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）を再生するために必要な排気ガス温度まで上昇させるのに時間がかかっていた。特に、冬場の気温が低い時期や寒冷地では多くの時間がかかっていたので、燃料消費量が多くなり、作業能率も低下していた。
【０００５】
本発明の課題は、前述のような不具合を解消する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、シリンダー（５）から排出される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）と過給器（ＴＢ）とディーゼルエンジン（Ｅ）を搭載した作業車両において、エンジン（Ｅ）と過給器（ＴＢ）の間に第一ヒーター（６７）を設け、過給器（ＴＢ）とディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）の間に第二ヒーター（６８）を設け、ディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）再生時に前記第一ヒーター（６７）と第二ヒーター（６８）を起動するように構成したことを特徴とする作業車両とする。
【０００７】
ディーゼルエンジン（Ｅ）から排出された排気ガスは、ディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）を通過して機外へ放出される。このとき、排気ガス内の粒状化物質（ＰＭ）は、ディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）で捕集される。
【０００８】
ディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）内に粒状化物質（ＰＭ）が所定量以上堆積すると、排気ガス温度を上昇させて粒状化物質（ＰＭ）を焼き飛ばして除去（再生）する。エンジン（Ｅ）と過給器（ＴＢ）の間の第一ヒーター（６７）と、過給器（ＴＢ）とディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）の間の第二ヒーター（６８）を起動すると、排気ガス温度が上昇する。
【０００９】
請求項２記載の発明では、作業車両に作業機（２１）と作業機用の油圧システム（７１）を搭載し、ディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）再生時に前記作業機用油圧システム（７１）を駆動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する。
【００１０】
作業機用の油圧システム（７１）を駆動するとエンジンに負荷がかかり、排気温度が上昇する。
請求項３記載の発明では、作業車両に発電機（７０）を搭載し、ディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）再生時に発電機（７０）を駆動す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記載の作業車両とする。
【００１１】
ディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）再生時に発電機（７０）を駆動するとエンジンに負荷がかかり、排気温度が上昇する。
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）の上流側に温度センサ（５９）を設け、該温度センサ（５９）の検出値に基づいて前記第一ヒーター（６７）と第二ヒーター（６８）の起動、作業油圧システム（７１）の駆動、及び発電機（７０）の駆動を適宜選択する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する。
【００１２】
温度センサ（５９）の検出値に基づいて、エンジンに負荷をかける状態を適宜選択する。
【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から請求項３記載の発明においては、排気ガス温度が速やかに上昇するので、ディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）の再生効率が向上する。また、短い時間でディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）が再生するので、作業能率低下を防止できる。過給器（ＴＢ）の上流側に第一ヒーター（６７）を設けているので、高温の排気ガスで過給器（ＴＢ）の回転効率が向上し、吸気効率が向上する。
【００１４】
請求項４の発明においては、温度センサ（５９）の検出値に基づいて、エンジンに負荷をかける状態を適宜選択できるので、無駄な燃料を使用することなく効率良く排気ガス温度を上昇可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】蓄圧式燃料噴射装置の全体構成図
【図２】各制御モードによるエンジン回転数とエンジン出力の関係を示す線図
【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】トラクタの左側面図
【図７】フローチャート図
【図８】フローチャート図
【図９】フローチャート図
【図１０】エンジンと排気系の模式図
【図１１】エンジン回転数とエンジン出力の関係を示す線図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【００１７】
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、軽油以外の機関でもよい。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。ＥＣＵ１００には本機側のＣＰＵ２００が接続しており、相互に情報交換をしている。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。即ち、エンジンに負荷が掛かると負荷に応じてエンジン回転数を減少させる制御である。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。基本的には農作業等を行わず移動走行する場合に使用するものであるが、比較的負荷の小さい作業の場合は、このドループ制御を選択することもある。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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、機体前部のエンジンルーム６１内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。前記エンジンルーム６１はボンネット６２で覆う構成である。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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）は粒状化物室（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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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を設けておいて、この圧力センサ５２の値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。
【００４１】
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５３を設け、この温度センサ５３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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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５３を設けているので、この温度センサ５３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。
【００４７】
ＤＰＦ４６ｂを再生するときにおいては、排気温度が低いと再生不良となる。そこで、シリンダ５から排気タービン４５の間に第一ヒーター６７を設ける構成とする。さらに、排気タービン４５と後処理装置４６に第二ヒーター６８を設ける構成とするが、いずれか一方のみを設ける構成として廉価な構成としてもよい。この場合は、排気温度が上昇するのに時間がかかってしまう。このように、第一ヒータ６７と第二ヒータ６８で排気ガスを直接温めることにより、ＤＰＦ４６ｂの再生が良好にできるようになる。
【００４８】
また、過給器ＴＢの上流側に第一ヒータ６７を設けて排気ガス温度を上昇（熱膨張）させることで、排気ガスは過給器ＴＢを速やかに、即ち高速状態で通過するので、吸気効率が向上する。
【００４９】
また、エンジンそのものに負荷をかけて排気温度を上昇させてもよい。ＥＣＵ１００から発電機７０駆動用のテンションクラッチモータ６９に信号を送って入り状態とし、発電機７０を駆動することで負荷をかけてもよい。また、トラクタには作業機を装着しているので、この作業機用の油圧システム７１を駆動することでエンジンに負荷をかけるように構成してもよい。トラクタの後部には作業機（ロータリ）２１を装着しているので、この作業機２１の昇降を繰り返したり、作業機２１を地面に当接させておいて、作業機２１を下降させて油圧に負荷をかけることなどが考えられる。
【００５０】
これにより、エンジンに負荷が作用することでエンジンから排出される排気ガス温度が上昇するので、ＤＦＰ４６ｂの再生が良好となる。
車両側のＣＰＵ２００にはＤＰＦ４６ｂの手動再生を行う手動再生スイッチ７２を設けており、この手動再生スイッチ７２を入り状態にすると、ＥＣＵ１００からエンジンに必要な負荷の要求値が送信される。即ち、排気ガス温度が所定値以上でないとＤＰＦ４６ｂが再生できないので、負荷の要求値はＤＰＦ４６ｂを適正に再生するために必要な排気ガスの温度であり、この排気ガス温度を得るために必要なエンジン負荷値である。この要求値の算出は、排気ガスの温度センサ５９で行う。負荷の要求値に応じて、ＣＰＵ２００は負荷を段階的に増加させていく。そして、負荷が必要量（温度センサ５９の値で判断）になるとＤＰＦ４６ｂの手動再生を開始し、再生が完了すると、ＣＰＵ２００に完了終了信号を送信する。
【００５１】
また、温度センサ５９の検出値に複数のしきい値を設けておいて、このしきい値に基づいてエンジンに負荷をかける手段を決めていく構成とする。温度センサ５９の検出値が低い場合は多くの負荷をかけ、検出値が高い場合は少ない負荷をかける構成とする。高負荷での作業走行後にＤＰＦ４６ｂの再生を行う場合は、エンジンに負荷をかけなくてもよい場合がある。
【００５２】
前記負荷の要求値に対して負荷を上昇させる手段としては、前述したように、作業機用の油圧システム７１、発電機７０の他に、ミッションの駆動等がある。ミッションの駆動としては、前後輪１２，１３に動力が伝達されないように下流側の油圧クラッチは切りとするが、ミッション内には複数の油圧クラッチがあるので、これらの入り切りで負荷量の予測と負荷量を算出する。
【００５３】
これにより、ＤＰＦ４６ｂの手動再生が良好に実施でき、また、負荷の要求量に応じてミッション内の油圧クラッチの入り切りを行うので、ミッション内の油音上昇を最小限に抑制できる。
【００５４】
また、手動再生の突入できるエンジンの暖機運転のために負荷をかける場合、短い時間で暖気運転が終了するようにする。例えば、５分以内が後の作業に影響を与えない。そして、暖気運転が終了すると、手動再生に移行する（吸気絞り弁７３を絞る、ポスト噴射の実行）。これにより、能率の良い作業が可能となる。
【００５５】
図６は手動再生時において、洗車を行うシステムである。作業機（ロータリ）２１の軸７６でポンプ７４を駆動することでエンジンに負荷をかける構成とする。そして、例えば、ポンプ７４で川の水７５等を汲み上げて、ホース７７で洗車を行う構成とする。これにより、ポンプ７４を動かすことでエンジン負荷が上昇して再生に必要な温度まで速やかに上昇すると共に、手動再生中に洗車できるので能率が向上する。
【００５６】
トラクターが作業する地域としては山間地が多く、高度の高い場所も多い。高度が高い場所では酸素濃度が薄いので、排気ガスから白煙が出てしまい、ＤＰＦ再生のための排気温度上昇も緩慢になってしまう。
【００５７】
そこで、高度０ｍ地点を基準として高度補正を行う。高度０ｍでの高度補正係数を１．００とする。そして、高度０ｍでは気圧１０１３ｈｐａ、酸素濃度１００％、気温１５．０度Ｃを標準値とする。そして、高度に応じて前記高度補正係数を予め設定しておく。例えば、高度１０００ｍでは気圧８９９ｈｐａ、酸素濃度８８％、気温８．５度Ｃを標準値とすることで、高度補正係数を１．１４（気圧より）とする。
【００５８】
そこで、高度０ｍの空気量１９立方ｍ/ｈに補正係数を乗算すると、高度１０００ｍでの目標空気量は２１．７立方ｍ/ｈとなる。この目標空気量となるように吸気絞り弁７３を制御する。これにより、白煙を防止しながらＤＰＦ４６ｂ再生のための排気ガス温度になるので、再生が速やかに可能となる。
【００５９】
図７のフローチャートは、失火の判断である。手動再生中に吸気絞り弁７３を絞って排気温度を上昇させる際、ＥＣＵ１００内の指示燃料噴射量を監視し、噴射量が４０ｍｇ/ｓｔを超えた状態が継続して２秒以上起こった場合に、失火が起こっていると判断し、吸気絞り弁７３を全開して手動再生を中止する構成とする。このように、失火状態を判断した場合は、直ぐに吸気絞り弁７３を全開にすることで、失火状態を回避できる。
【００６０】
図８のフローチャートは、アクセルマップの切り替え条件である。アクセルマップとは、アクセル踏込み量に対するトルク値である。路上走行中においてＤＰＦ４６ｂが自動再生に入った場合、標準のアクセルマップ（通常の路上走行時）に対して、トルクが増大するマップを用いる構成とする。即ち、同じアクセルの踏込み量でも、トルクが増大するマップを用いる構成とする。これにより、路上走行時に自動再生に入っても、エンジンの応答性の低下と運転性能の低下を防止できるようになる。
【００６１】
また、図９のフローチャートに示すように、路上走行中に自動再生中において、アクセル開度略１００％、エンジン負荷率略１００％、エンジン回転数所定の低回転数（１５００ｒｐｍ）以下の状態を所定時間（１０秒）以上継続すると、ＤＰＦ４６ｂの自動再生を中止したり行わせないようにする。これにより、坂道のような出力が必要をされる場面において、ＤＰＦ自動再生による出力不足でエンジン回転ドロップに突入するのを防止できる。
【００６２】
トラクターにおいては、エンジン回転数調整用として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の両方を備えている（図４）。アクセルペダル２３は自動車と同じで路上走行用であり、アクセルレバー２５は作業走行時に用いる。アクセルレバー２５は手を離してもセットしたエンジン回転数は保持される構成である。
【００６３】
そこで、ＤＰＦ４６ｂの自動再生突入の条件として、アクセルレバー２５を操作しているときとする。アクセルレバー２５は定常運転で安定しているためである。アクセルペダル２３は過渡運転であるので適さない。そして、ＤＰＦ４６ｂ内のＰＭ量が所定値以上とＤＯＣ４６ａの入口温度が略２３０度以上も条件である。これにより、自動再生の失敗を防止できる。
【００６４】
図１０はエンジンＥとＤＰＦ４６ｂの間にバーナー７８を設ける構成である。バーナー７８には燃料噴射ノズル７９が設けられており、燃料タンク８１からポンプ８０で燃料を供給する構成である。バーナー７８の着火によりＤＰＦ４６ｂの再生を行うため、エンジンから排出された直後の排気温度は高温である必要はない。そのため、一部の気筒での燃料噴射を停止させ、排気側に酸素濃度の高いガスを排出することで、バーナー７８の着火性能が向上して、着火後の失火を抑制する。
【００６５】
高地では酸素濃度が元々低いため、一部の燃料噴射を停止させることで酸素濃度の更なる低下を抑制し、バーナー７８への酸素供給量を確保することができる。
また、燃料噴射を停止させることで、エンジン側での燃料消費量が少なくなるため、システム全体としての燃費が向上するようになる。
【００６６】
また、クランク軸８３にモータ（電気又は油圧）８２を連結しておいて、ＤＰＦ４６ｂを再生するときには全気筒で燃料噴射を停止し、クランク軸８３を前記モータ８２で駆動するように構成してもよい。これにより、酸素濃度を通常の大気と同じ状態を維持してバーナー７８に送り込むことができるので、バーナー７８の着火性能が向上し、ＤＰＦ４６ｂの再生効率が向上するようになる。
【００６７】
図１１はエンジン回転数と出力を示すエンジン性能曲線図である。縦軸Ｙはエンジン出力（ｋｗ）であり、横軸Ｘはエンジン回転数（ｒｐｍ）である。エンジンの負荷率を算出する場合に、従来はエンジン回転数を示す横軸Ｘを負荷０％とし、最大負荷ラインＬ１を負荷１００％として負荷率を算出していた。しかし、実際にはエンジンの摩擦損失、各種ファンの駆動、発電機の駆動損失がある。
【００６８】
そこで、図１１に示しているように、エンジンの摩擦損失を考慮して負荷０％の基本ラインをＸ１とする。そして、各種ファンが駆動するときは、負荷０％の基本ラインをＸ２とする。さらに、発電機が駆動するときは、負荷０％の基本ラインをＸ３とする。これにより、負荷率算出の精度が向上するようになる。
【００６９】
図１１に示す符号ＲとＳは、負荷０％の基本ラインをＸ３としている実施例である。アクセル開度電圧が８０％のときにおいては、Ｐ点が負荷０％の位置であり、最大負荷（１００％）位置はＭ点となる。したがって、Ｒの長さが全負荷を示している。Ｑ点は現在の負荷位置を示しているので、Ｓの長さが現在の負荷を示していることになる。よって、長さＲに対する長さＳの比が負荷率となる。このように負荷率を算出することで、精度の良い負荷率が算出可能となり、この負荷率をトラクタの表示パネルに表示することで、作業者はその後の対処（作業速度の増減速、路上速度の増減速、耕うん深さの調整、アクセル開度の調整等）を精度良く調節操作でき、作業能率が向上するようになる。
【符号の説明】
【００７０】
５ シリンダー
２１ 作業機
４６ｂ ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）
５９ 温度センサ
６７ 第一ヒーター
６８ 第二ヒーター
７０ 発電機
７１ 作業機用の油圧システム
Ｅ ディーゼルエンジン
ＰＭ 粒状化物質
ＴＢ 過給器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダー（５）から排出される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）と過給器（ＴＢ）とディーゼルエンジン（Ｅ）を搭載した作業車両において、エンジン（Ｅ）と過給器（ＴＢ）の間に第一ヒーター（６７）を設け、過給器（ＴＢ）とディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）の間に第二ヒーター（６８）を設け、ディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）再生時に前記第一ヒーター（６７）と第二ヒーター（６８）を起動するように構成したことを特徴とする作業車両。
【請求項２】
作業車両に作業機（２１）と作業機用の油圧システム（７１）を搭載し、ディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）再生時に前記作業機用油圧システム（７１）を駆動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。
【請求項３】
作業車両に発電機（７０）を搭載し、ディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）再生時に発電機（７０）を駆動す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）の上流側に温度センサ（５９）を設け、該温度センサ（５９）の検出値に基づいて前記第一ヒーター（６７）と第二ヒーター（６８）の起動、作業油圧システム（７１）の駆動、及び発電機（７０）の駆動を適宜選択する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】
シリンダー（５）から排出される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）と過給器（ＴＢ）とディーゼルエンジン（Ｅ）を搭載した作業車両において、エンジン（Ｅ）と過給器（ＴＢ）の間に第一ヒーター（６７）を設け、過給器（ＴＢ）とディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）の間に第二ヒーター（６８）を設け、ディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）再生時に前記第一ヒーター（６７）と第二ヒーター（６８）を起動するように構成したことを特徴とする作業車両。
【請求項２】
作業車両に作業機（２１）と作業機用の油圧システム（７１）を搭載し、ディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）再生時に前記作業機用油圧システム（７１）を駆動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。
【請求項３】
作業車両に発電機（７０）を搭載し、ディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）再生時に発電機（７０）を駆動す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）の上流側に温度センサ（５９）を設け、該温度センサ（５９）の検出値に基づいて前記第一ヒーター（６７）と第二ヒーター（６８）の起動、作業油圧システム（７１）の駆動、及び発電機（７０）の駆動を適宜選択する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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−２０７６３６（Ｐ２０１２−２０７６３６Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７５６５８（Ｐ２０１１−７５６５８）
【出願日】平成２３年３月３０日（２０１１．３．３０）
【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１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３０日（２０１１．３．３０）
【出願人】（００００００１２５）井関農機株式会社 (3,813)
【Ｆターム（参考）】
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