作業車両
【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状態を把握して、能率の良い作業を行うことを課題とする。
【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、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堆積量を検出する堆積量検出手段５８，５３を設け、該堆積量検出手段５８，５３で検出した堆積量Ｐ２を作業車両の表示手段６８に表示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】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、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堆積量を検出する堆積量検出手段５８，５３を設け、該堆積量検出手段５８，５３で検出した堆積量Ｐ２を作業車両の表示手段６８に表示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、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。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）の目詰まりを判断して、ＤＰＦが目詰まり状態であるときにＤＰＦの自己再生処理を行う技術が開示されている（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２０１０−２７０６１０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、車両の運転者はＤＰＦの目詰まり状態がどの程度かを知ることができない。また、ＤＰＦが目詰まり状態になると、ＤＰＦの自己再生を行うものであるが、自己再生中においては条件により作業内容が制限されたりする欠点がある。
【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。
【０００７】
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）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、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）堆積量を検出する堆積量検出手段（５８，５３）を設け、該堆積量検出手段（５８，５３）で検出した堆積量（Ｐ２）を作業車両の表示手段（６８）に表示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。
【０００８】
請求項１の作用は、堆積量検出手段（５８，５３）で検出した粒状化物質（ＰＭ）堆積量（Ｐ２）を作業車両の表示手段（６８）に表示する。
【０００９】
請求項２記載の発明では、エンジン稼動中の過去の所定時間内における単位時間当たりのＰＭ堆積量（Ｒ）と、これからディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）内に堆積可能なＰＭ量（Ｐ）を算出し、手動再生までの運転可能時間（Ｊ）を算出して前記表示手段（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。
【００１０】
請求項２の作用は、ディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）の手動再生までの残りの運転可能時間（Ｊ）を算出し、表示手段（６８）に表示する。
【００１１】
請求項３記載の発明では、ディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）の手動再生を行う場合の単位時間当たりの粒状化物質（ＰＭ）除去量（Ｓ）と、前記堆積量検出手段（５８，５３）で検出した粒状化物質（ＰＭ）堆積量（Ｐ２）の状態から、手動再生を行って粒状化物質（ＰＭ）除去に要する時間（Ｊ１）を算出して前記表示手段（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又は請求項２に記載の作業車両としたものである。
【００１２】
請求項３の作用は、ディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）の手動再生を行って粒状化物質（ＰＭ）除去に要する時間（Ｊ１）を算出し、表示手段（６８）に表示する。
【００１３】
請求項４記載の発明では、ディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）再生時に行うポスト噴射量のポスト噴射積算量（Ｈ）を算出し、該ポスト噴射積算量（Ｈ）が所定の値を超えるとエンジンのオイル交換を促す表示を前記表示手段（６８）に表示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したものである。
【００１４】
請求項４の作用は、ディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）再生時に行うポスト噴射量のポスト噴射積算量（Ｈ）を算出し、ポスト噴射積算量（Ｈ）が所定の値を超えるとエンジンのオイル交換を促す表示を表示手段（６８）に表示する。
【発明の効果】
【００１５】
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、粒状化物質（ＰＭ）の堆積量（Ｐ２）を判断しながら効率良く作業を行うことができる。
【００１６】
請求項２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）の手動再生までの残りの運転可能時間（Ｊ）を参照しながら、能率の良い作業が可能となる。
【００１７】
請求項３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）の粒状化物質（ＰＭ）除去に要する時間（Ｊ１）を参照することで、次の作業の準備等を能率良くできるようになる。
【００１８】
請求項４記載の発明においては、エンジンオイルの必要以上の希釈を防止できて、最適なエンジンオイルの交換時期をしることができ、経済的な運行管理が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【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】堆積量検出手段と表示手段のブロック図
【図７】エンジンオイル交換のフローチャート図
【図８】ＤＰＦバーナーの模式図
【図９】ＤＰＦバーナー拡大した模式図
【図１０】アクセル操作と燃料噴射の関係図
【図１１】ガバナ制御のブロック図
【図１２】エンジン性能曲線図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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の各シリンダー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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
前述のごとく、ＤＰＦ４６ｂの前後差圧を前圧力センサ５８と後圧力センサ５３で測定することにより、ＤＰＦ４６ｂ内のＰＭの堆積量Ｐ２グラム（ｇ）を推定することができる。このＰＭの堆積量Ｐ２をＥＣＵ１００で演算し、ＣＡＮ通信でトラクタ側のＣＰＵ２００に送信してトラクタのメータパネル６８に現在のＰＭの堆積量Ｐ２を表示する構成とする（図６のＤＰＦインジケータ）。これにより、ＰＭの堆積量Ｐ２を勘案しながら効率良く作業を行うことが可能となる。ＰＭの堆積量Ｐ２の算出方法については、その他の方法でもよい。
【００６５】
また、過去の所定時間内の単位時間当たりのＰＭの堆積量Ｒ（ｇ／ｍｉｎ）を演算し、手動再生までの運転可能時間Ｊ（ｍｉｎ）を演算して前記メータパネル６８に表示することで、作業内容や圃場状態、圃場面積等を考えて効率の良い作業が可能となる。
ＤＰＦ４６ｂ内にＰＭが堆積可能な限界値をＰ１（ｇ）とし、
現在のＤＰＦ４６ｂ内のＰＭ量をＰ２（ｇ）とすると、
残りの堆積可能量はＰ（ｇ）＝Ｐ１−Ｐ２となる。
そして、Ｐ／Ｒで手動再生までの運転可能時間Ｊ（ｍｉｎ）を算出する。
図６のＤＰＦインジケータを液晶表示であるので、時間表示のときには時間表示に切り替えて表示したり、ＰＭ量を時間を同時に表示してもよい。
【００６６】
また、前述のように手動再生（ＰＭ堆積量が限界になると行う）を行う場合は作業を中断して行う必要がある。そこで、作業中に自動再生を行うことで、ＰＭの堆積量を減らすことができる。ただし、作業中のエンジン負荷が小さくて排気温度が所定値以上に上昇しない場合には、自動再生ができないときがあるので、車速を高速側に変速したりＰＴＯ回転数を高速にしてエンジン負荷を上昇させるようにしてもよい。このような自動再生時においても、前記メータパネル６８に現在のＰＭ量Ｐ２を表示することで、自動再生が行われているのかがわかるようになり、作業能率が向上するようになる。
【００６７】
また、作業を中断して前述のような手動再生を行う場合においては、メータパネル６８に現在のＰＭ堆積量Ｐ２を表示するとともに、手動再生の残り時間Ｊ１を表示することで、手動再生後の作業計画を立て易くなる。
単位時間当たりのＰＭ除去量をＳ（ｇ／ｍｉｎ）とし、
現在のＤＰＦ４６ｂ内のＰＭ量をＰ２（ｇ）とすると、
手動再生に必要な残り時間Ｊ２（ｍｉｎ）＝Ｐ２／Ｓとなる。
【００６８】
前述のように、ＤＰＦ４６ｂの再生（自動、手動）を行うときには、メイン噴射の後に続いてポスト噴射を行い、シリンダ内から排気管内にかけて燃焼させて排気ガス温度を上昇させる構成としている。しかしながら、ポスト噴射を行うとオイルダイリューション（燃料の一部がオイルパン内に侵入）が発生してエンジンオイルが希釈されてしまい、エンジンに悪影響を及ぼしてしまう。
【００６９】
そこで、ポスト噴射量を積算Ｈすることでオイルダイリューション量をＥＣＵ１００で演算し、この演算したオイルダイリューション量が所定量以上になると、前記メータパネル６８にオイル交換を促す表示を行う構成とする。これにより、エンジンを保護できるとともに、最適なオイル交換時期を知ることができるので、効率の良い経済的な運行管理を行うことが可能となる。
ポスト噴射１回当たりの噴射量をＨ１（ｇ／回）とし、
ポスト噴射回数をｘ回数とすると、
ポスト噴射積算量Ｈ（ｇ）＝Ｈ１*ｘとなる。
【００７０】
図８はＤＰＦ４６ｂの上流側にバーナー６９を設ける構成である。バーナー６９で燃料を噴射して燃焼させると、排気ガス温度が上昇するので、ＤＰＦ４６ｂの再生を効率良く行うことができる。また、排気ガス温度が上昇しすぎるとＤＰＦ４６ｂを損傷してしまうので、バーナー６９下流側の温度センサで排気ガス温度を測定して、バーナー６９の燃焼制御を行う必要がある。
【００７１】
しかしながら、トラクタでは軽油を使用しているため燃料噴射ノズルは高圧タイプとなるが、高圧タイプは高価であるという欠点がある。そこで、低圧タイプの燃料噴射ノズル７０を用いる構成とするが、低圧タイプは霧状にならない燃料が多く発生して無駄に燃料を捨ててしまうことになる。
【００７２】
そこで、図９に示すように、燃料ポンプ４から送油されてきた燃料は、低圧の燃料噴射ノズル７０から噴射されてグロープラグ７１で点火し燃焼する。燃焼しなかった燃料は衝突板７２に衝突して下方に落下して傾斜板７３で受けられて一カ所に集まる。この傾斜板７３の下方は比較的高温の排気ガスが通過しているため、傾斜板７３で受けられている燃料は蒸発し、排気ガス内の酸素と結合して燃焼する。これにより、燃料を有効に使用可能となる。
【００７３】
アクセル操作に対して燃料噴射のレスポンスを良くするとＰＭが多く発生し、燃料噴射のレスポンスを悪くするとＰＭが発生しにくいという傾向がある。そこで、図１０に示すように、アクセル操作に対する燃料噴射のレスポンスを良くしたり悪くしたりする燃料噴射感度調整ダイヤル７４（図６）を設ける構成とする。ラインＬ１はアクセル操作であり、ラインＬ２は燃料噴射を示している。図１０（ａ）は燃料噴射レスポンスが良い状態で、図１０（ｂ）は燃料噴射レスポンスが悪い状態である。このように、燃料噴射のレスポンスは悪くなるものの、ＰＭ発生量を作業者が意図的に選択可能に構成することで、ＤＰＦ４６ｂの再生間隔を伸ばすことが可能となる。
【００７４】
トラクタには後部に装着している作業機２１を上昇させるときにおいて、自動的にエンジン回転数を下げ、再び作業機２１を下降させるとエンジン回転数を復帰させる機能がある。また、トラクタ後進時において、自動的にエンジン回転数を下げ、再び前進するとエンジン回転数を復帰させる機能がある。このような機能においても、前記燃料噴射感度調整ダイヤル７４で設定した状態を適用させる構成とする。また、この適用の適否を選択するスイッチを設ける構成としてもよい。これにより、ＤＰＦ４６ｂの再生間隔をのばすことが可能となる。
【００７５】
また、トラクタには作業ダイヤルを設けている型式がある。この作業ダイヤルでは走行（路上）と作業の選択を行い、作業については作業内容を選択する構成である。この作業ダイヤルにて、路上走行、牽引作業、ローダー作業等を選択しているときにおいては、前記燃料噴射感度調整ダイヤル７４の設定や有無にかかわらず、図１０（ａ）のように燃料噴射レスポンスを自動的に良くする構成とする。また、作業ダイヤルにて、負荷の大きいロータリ作業等を選択しているときにおいては、図１０（ｂ）のように燃料噴射レスポンスを自動的に悪くする構成とする。これにより、作業内容等により機敏な動きが可能となり、また、機敏な動きが必要でないときにおいては、ＰＭの発生量を抑制可能となる。
【００７６】
次に、メカ式エンジン（スロットルでガバナを操作）における、標準モードと低燃費モードについて説明する。トラクタに任意の位置に低燃費モードスイッチ７５を設ける構成とする。図１１に示すように、低燃費モードスイッチ７５を入り状態にすると、ガバナ作動用のアクチュエータ７６でスロットルを強制的に所定量低回転側に戻す構成とする（図１２に示すラインＬ３）。これにより、メカ式エンジンにおいて簡単にエンジン回転数を抑制できて燃費向上となる。
【００７７】
この場合に負荷が作用してエンジン回転数の低下をエンジン回転数センサ７８が検出すると、前記ガバナ作動用のアクチュエータ７６を作動してアクセルレバー（ペダル）で指示されたエンジン回転数となるように制御することで、安定した作業走行が可能となる。また、負荷が大きくてエンジン回転低下が激しい場合やエンジン回転数の変動が大きい場合やエンジン回転数が安定しない場合については、アクセルレバー（ペダル）の指示値よりも高い回転数（図１２のラインＬ４）となるように制御する。これにより、メカ式のエンジンにおいて、安定したエンジン回転数で作業走行が可能となる。
【００７８】
メカ式エンジンにおける負荷率の算出は、（現在の回転数／低燃費モード時最大回転数）で算出するが、この負荷率の値が所定の閾値よりも高い場合は、トラクタの副変速を１段減速方向に変速する構成とする。
【００７９】
また、メカ式エンジンにおいて前記低燃費モードスイッチ７５を入り操作して低燃費モードを選択したときには、フルラック位置を所定値（Ｘｍｍ）抑えてエンジントルクを低減する制御を行う構成とする（Ｉ／ＰＵＭＰ後端のソレノイドをＸｍｍ作動して、フルラック位置を（Ｆｕｌｌ位置−Ｘｍｍ）とする。）。これにより、低燃費での作業走行が可能となる。
【符号の説明】
【００８０】
ＰＭ 粒状化物質
Ｐ ディーゼルパティキュレートフィルタ内に堆積可能なＰＭ量
Ｐ２ 堆積量検出手段で検出したＰＭ堆積量
Ｒ 所定時間内における単位時間当たりのＰＭ堆積量
Ｊ 手動再生までのエンジン運転可能時間
Ｊ１ 手動再生を行ってＰＭ除去に要する時間
Ｓ 手動再生を行う場合の単位時間当たりのＰＭ除去量
Ｈ ポスト噴射積算量
４６ｂ ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）
５３ 堆積量検出手段（下流側圧力センサ）
５８ 堆積量検出手段（上流側圧力センサ）
６８ 表示手段（メータパネル）
【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（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。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）の目詰まりを判断して、ＤＰＦが目詰まり状態であるときにＤＰＦの自己再生処理を行う技術が開示されている（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２０１０−２７０６１０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、車両の運転者はＤＰＦの目詰まり状態がどの程度かを知ることができない。また、ＤＰＦが目詰まり状態になると、ＤＰＦの自己再生を行うものであるが、自己再生中においては条件により作業内容が制限されたりする欠点がある。
【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。
【０００７】
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）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、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）堆積量を検出する堆積量検出手段（５８，５３）を設け、該堆積量検出手段（５８，５３）で検出した堆積量（Ｐ２）を作業車両の表示手段（６８）に表示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。
【０００８】
請求項１の作用は、堆積量検出手段（５８，５３）で検出した粒状化物質（ＰＭ）堆積量（Ｐ２）を作業車両の表示手段（６８）に表示する。
【０００９】
請求項２記載の発明では、エンジン稼動中の過去の所定時間内における単位時間当たりのＰＭ堆積量（Ｒ）と、これからディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）内に堆積可能なＰＭ量（Ｐ）を算出し、手動再生までの運転可能時間（Ｊ）を算出して前記表示手段（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。
【００１０】
請求項２の作用は、ディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）の手動再生までの残りの運転可能時間（Ｊ）を算出し、表示手段（６８）に表示する。
【００１１】
請求項３記載の発明では、ディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）の手動再生を行う場合の単位時間当たりの粒状化物質（ＰＭ）除去量（Ｓ）と、前記堆積量検出手段（５８，５３）で検出した粒状化物質（ＰＭ）堆積量（Ｐ２）の状態から、手動再生を行って粒状化物質（ＰＭ）除去に要する時間（Ｊ１）を算出して前記表示手段（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又は請求項２に記載の作業車両としたものである。
【００１２】
請求項３の作用は、ディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）の手動再生を行って粒状化物質（ＰＭ）除去に要する時間（Ｊ１）を算出し、表示手段（６８）に表示する。
【００１３】
請求項４記載の発明では、ディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）再生時に行うポスト噴射量のポスト噴射積算量（Ｈ）を算出し、該ポスト噴射積算量（Ｈ）が所定の値を超えるとエンジンのオイル交換を促す表示を前記表示手段（６８）に表示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したものである。
【００１４】
請求項４の作用は、ディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）再生時に行うポスト噴射量のポスト噴射積算量（Ｈ）を算出し、ポスト噴射積算量（Ｈ）が所定の値を超えるとエンジンのオイル交換を促す表示を表示手段（６８）に表示する。
【発明の効果】
【００１５】
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、粒状化物質（ＰＭ）の堆積量（Ｐ２）を判断しながら効率良く作業を行うことができる。
【００１６】
請求項２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）の手動再生までの残りの運転可能時間（Ｊ）を参照しながら、能率の良い作業が可能となる。
【００１７】
請求項３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）の粒状化物質（ＰＭ）除去に要する時間（Ｊ１）を参照することで、次の作業の準備等を能率良くできるようになる。
【００１８】
請求項４記載の発明においては、エンジンオイルの必要以上の希釈を防止できて、最適なエンジンオイルの交換時期をしることができ、経済的な運行管理が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【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】堆積量検出手段と表示手段のブロック図
【図７】エンジンオイル交換のフローチャート図
【図８】ＤＰＦバーナーの模式図
【図９】ＤＰＦバーナー拡大した模式図
【図１０】アクセル操作と燃料噴射の関係図
【図１１】ガバナ制御のブロック図
【図１２】エンジン性能曲線図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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の各シリンダー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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
前述のごとく、ＤＰＦ４６ｂの前後差圧を前圧力センサ５８と後圧力センサ５３で測定することにより、ＤＰＦ４６ｂ内のＰＭの堆積量Ｐ２グラム（ｇ）を推定することができる。このＰＭの堆積量Ｐ２をＥＣＵ１００で演算し、ＣＡＮ通信でトラクタ側のＣＰＵ２００に送信してトラクタのメータパネル６８に現在のＰＭの堆積量Ｐ２を表示する構成とする（図６のＤＰＦインジケータ）。これにより、ＰＭの堆積量Ｐ２を勘案しながら効率良く作業を行うことが可能となる。ＰＭの堆積量Ｐ２の算出方法については、その他の方法でもよい。
【００６５】
また、過去の所定時間内の単位時間当たりのＰＭの堆積量Ｒ（ｇ／ｍｉｎ）を演算し、手動再生までの運転可能時間Ｊ（ｍｉｎ）を演算して前記メータパネル６８に表示することで、作業内容や圃場状態、圃場面積等を考えて効率の良い作業が可能となる。
ＤＰＦ４６ｂ内にＰＭが堆積可能な限界値をＰ１（ｇ）とし、
現在のＤＰＦ４６ｂ内のＰＭ量をＰ２（ｇ）とすると、
残りの堆積可能量はＰ（ｇ）＝Ｐ１−Ｐ２となる。
そして、Ｐ／Ｒで手動再生までの運転可能時間Ｊ（ｍｉｎ）を算出する。
図６のＤＰＦインジケータを液晶表示であるので、時間表示のときには時間表示に切り替えて表示したり、ＰＭ量を時間を同時に表示してもよい。
【００６６】
また、前述のように手動再生（ＰＭ堆積量が限界になると行う）を行う場合は作業を中断して行う必要がある。そこで、作業中に自動再生を行うことで、ＰＭの堆積量を減らすことができる。ただし、作業中のエンジン負荷が小さくて排気温度が所定値以上に上昇しない場合には、自動再生ができないときがあるので、車速を高速側に変速したりＰＴＯ回転数を高速にしてエンジン負荷を上昇させるようにしてもよい。このような自動再生時においても、前記メータパネル６８に現在のＰＭ量Ｐ２を表示することで、自動再生が行われているのかがわかるようになり、作業能率が向上するようになる。
【００６７】
また、作業を中断して前述のような手動再生を行う場合においては、メータパネル６８に現在のＰＭ堆積量Ｐ２を表示するとともに、手動再生の残り時間Ｊ１を表示することで、手動再生後の作業計画を立て易くなる。
単位時間当たりのＰＭ除去量をＳ（ｇ／ｍｉｎ）とし、
現在のＤＰＦ４６ｂ内のＰＭ量をＰ２（ｇ）とすると、
手動再生に必要な残り時間Ｊ２（ｍｉｎ）＝Ｐ２／Ｓとなる。
【００６８】
前述のように、ＤＰＦ４６ｂの再生（自動、手動）を行うときには、メイン噴射の後に続いてポスト噴射を行い、シリンダ内から排気管内にかけて燃焼させて排気ガス温度を上昇させる構成としている。しかしながら、ポスト噴射を行うとオイルダイリューション（燃料の一部がオイルパン内に侵入）が発生してエンジンオイルが希釈されてしまい、エンジンに悪影響を及ぼしてしまう。
【００６９】
そこで、ポスト噴射量を積算Ｈすることでオイルダイリューション量をＥＣＵ１００で演算し、この演算したオイルダイリューション量が所定量以上になると、前記メータパネル６８にオイル交換を促す表示を行う構成とする。これにより、エンジンを保護できるとともに、最適なオイル交換時期を知ることができるので、効率の良い経済的な運行管理を行うことが可能となる。
ポスト噴射１回当たりの噴射量をＨ１（ｇ／回）とし、
ポスト噴射回数をｘ回数とすると、
ポスト噴射積算量Ｈ（ｇ）＝Ｈ１*ｘとなる。
【００７０】
図８はＤＰＦ４６ｂの上流側にバーナー６９を設ける構成である。バーナー６９で燃料を噴射して燃焼させると、排気ガス温度が上昇するので、ＤＰＦ４６ｂの再生を効率良く行うことができる。また、排気ガス温度が上昇しすぎるとＤＰＦ４６ｂを損傷してしまうので、バーナー６９下流側の温度センサで排気ガス温度を測定して、バーナー６９の燃焼制御を行う必要がある。
【００７１】
しかしながら、トラクタでは軽油を使用しているため燃料噴射ノズルは高圧タイプとなるが、高圧タイプは高価であるという欠点がある。そこで、低圧タイプの燃料噴射ノズル７０を用いる構成とするが、低圧タイプは霧状にならない燃料が多く発生して無駄に燃料を捨ててしまうことになる。
【００７２】
そこで、図９に示すように、燃料ポンプ４から送油されてきた燃料は、低圧の燃料噴射ノズル７０から噴射されてグロープラグ７１で点火し燃焼する。燃焼しなかった燃料は衝突板７２に衝突して下方に落下して傾斜板７３で受けられて一カ所に集まる。この傾斜板７３の下方は比較的高温の排気ガスが通過しているため、傾斜板７３で受けられている燃料は蒸発し、排気ガス内の酸素と結合して燃焼する。これにより、燃料を有効に使用可能となる。
【００７３】
アクセル操作に対して燃料噴射のレスポンスを良くするとＰＭが多く発生し、燃料噴射のレスポンスを悪くするとＰＭが発生しにくいという傾向がある。そこで、図１０に示すように、アクセル操作に対する燃料噴射のレスポンスを良くしたり悪くしたりする燃料噴射感度調整ダイヤル７４（図６）を設ける構成とする。ラインＬ１はアクセル操作であり、ラインＬ２は燃料噴射を示している。図１０（ａ）は燃料噴射レスポンスが良い状態で、図１０（ｂ）は燃料噴射レスポンスが悪い状態である。このように、燃料噴射のレスポンスは悪くなるものの、ＰＭ発生量を作業者が意図的に選択可能に構成することで、ＤＰＦ４６ｂの再生間隔を伸ばすことが可能となる。
【００７４】
トラクタには後部に装着している作業機２１を上昇させるときにおいて、自動的にエンジン回転数を下げ、再び作業機２１を下降させるとエンジン回転数を復帰させる機能がある。また、トラクタ後進時において、自動的にエンジン回転数を下げ、再び前進するとエンジン回転数を復帰させる機能がある。このような機能においても、前記燃料噴射感度調整ダイヤル７４で設定した状態を適用させる構成とする。また、この適用の適否を選択するスイッチを設ける構成としてもよい。これにより、ＤＰＦ４６ｂの再生間隔をのばすことが可能となる。
【００７５】
また、トラクタには作業ダイヤルを設けている型式がある。この作業ダイヤルでは走行（路上）と作業の選択を行い、作業については作業内容を選択する構成である。この作業ダイヤルにて、路上走行、牽引作業、ローダー作業等を選択しているときにおいては、前記燃料噴射感度調整ダイヤル７４の設定や有無にかかわらず、図１０（ａ）のように燃料噴射レスポンスを自動的に良くする構成とする。また、作業ダイヤルにて、負荷の大きいロータリ作業等を選択しているときにおいては、図１０（ｂ）のように燃料噴射レスポンスを自動的に悪くする構成とする。これにより、作業内容等により機敏な動きが可能となり、また、機敏な動きが必要でないときにおいては、ＰＭの発生量を抑制可能となる。
【００７６】
次に、メカ式エンジン（スロットルでガバナを操作）における、標準モードと低燃費モードについて説明する。トラクタに任意の位置に低燃費モードスイッチ７５を設ける構成とする。図１１に示すように、低燃費モードスイッチ７５を入り状態にすると、ガバナ作動用のアクチュエータ７６でスロットルを強制的に所定量低回転側に戻す構成とする（図１２に示すラインＬ３）。これにより、メカ式エンジンにおいて簡単にエンジン回転数を抑制できて燃費向上となる。
【００７７】
この場合に負荷が作用してエンジン回転数の低下をエンジン回転数センサ７８が検出すると、前記ガバナ作動用のアクチュエータ７６を作動してアクセルレバー（ペダル）で指示されたエンジン回転数となるように制御することで、安定した作業走行が可能となる。また、負荷が大きくてエンジン回転低下が激しい場合やエンジン回転数の変動が大きい場合やエンジン回転数が安定しない場合については、アクセルレバー（ペダル）の指示値よりも高い回転数（図１２のラインＬ４）となるように制御する。これにより、メカ式のエンジンにおいて、安定したエンジン回転数で作業走行が可能となる。
【００７８】
メカ式エンジンにおける負荷率の算出は、（現在の回転数／低燃費モード時最大回転数）で算出するが、この負荷率の値が所定の閾値よりも高い場合は、トラクタの副変速を１段減速方向に変速する構成とする。
【００７９】
また、メカ式エンジンにおいて前記低燃費モードスイッチ７５を入り操作して低燃費モードを選択したときには、フルラック位置を所定値（Ｘｍｍ）抑えてエンジントルクを低減する制御を行う構成とする（Ｉ／ＰＵＭＰ後端のソレノイドをＸｍｍ作動して、フルラック位置を（Ｆｕｌｌ位置−Ｘｍｍ）とする。）。これにより、低燃費での作業走行が可能となる。
【符号の説明】
【００８０】
ＰＭ 粒状化物質
Ｐ ディーゼルパティキュレートフィルタ内に堆積可能なＰＭ量
Ｐ２ 堆積量検出手段で検出したＰＭ堆積量
Ｒ 所定時間内における単位時間当たりのＰＭ堆積量
Ｊ 手動再生までのエンジン運転可能時間
Ｊ１ 手動再生を行ってＰＭ除去に要する時間
Ｓ 手動再生を行う場合の単位時間当たりのＰＭ除去量
Ｈ ポスト噴射積算量
４６ｂ ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）
５３ 堆積量検出手段（下流側圧力センサ）
５８ 堆積量検出手段（上流側圧力センサ）
６８ 表示手段（メータパネル）
【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）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、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）堆積量を検出する堆積量検出手段（５８，５３）を設け、該堆積量検出手段（５８，５３）で検出した堆積量（Ｐ２）を作業車両の表示手段（６８）に表示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】
エンジン稼動中の過去の所定時間内における単位時間当たりのＰＭ堆積量（Ｒ）と、これからディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）内に堆積可能なＰＭ量（Ｐ）を算出し、手動再生までの運転可能時間（Ｊ）を算出して前記表示手段（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。
【請求項３】
ディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）の手動再生を行う場合の単位時間当たりの粒状化物質（ＰＭ）除去量（Ｓ）と、前記堆積量検出手段（５８，５３）で検出した粒状化物質（ＰＭ）堆積量（Ｐ２）の状態から、手動再生を行って粒状化物質（ＰＭ）除去に要する時間（Ｊ１）を算出して前記表示手段（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又は請求項２に記載の作業車両。
【請求項４】
ディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）再生時に行うポスト噴射量のポスト噴射積算量（Ｈ）を算出し、該ポスト噴射積算量（Ｈ）が所定の値を超えるとエンジンのオイル交換を促す表示を前記表示手段（６８）に表示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】
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）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、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）堆積量を検出する堆積量検出手段（５８，５３）を設け、該堆積量検出手段（５８，５３）で検出した堆積量（Ｐ２）を作業車両の表示手段（６８）に表示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】
エンジン稼動中の過去の所定時間内における単位時間当たりのＰＭ堆積量（Ｒ）と、これからディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）内に堆積可能なＰＭ量（Ｐ）を算出し、手動再生までの運転可能時間（Ｊ）を算出して前記表示手段（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。
【請求項３】
ディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）の手動再生を行う場合の単位時間当たりの粒状化物質（ＰＭ）除去量（Ｓ）と、前記堆積量検出手段（５８，５３）で検出した粒状化物質（ＰＭ）堆積量（Ｐ２）の状態から、手動再生を行って粒状化物質（ＰＭ）除去に要する時間（Ｊ１）を算出して前記表示手段（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又は請求項２に記載の作業車両。
【請求項４】
ディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）再生時に行うポスト噴射量のポスト噴射積算量（Ｈ）を算出し、該ポスト噴射積算量（Ｈ）が所定の値を超えるとエンジンのオイル交換を促す表示を前記表示手段（６８）に表示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１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−２３３４３０（Ｐ２０１２−２３３４３０Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０２０７１（Ｐ２０１１−１０２０７１）
【出願日】平成２３年４月２８日（２０１１．４．２８）
【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１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２８日（２０１１．４．２８）
【出願人】（００００００１２５）井関農機株式会社 (3,813)
【Ｆターム（参考）】
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