作業車両
【課題】ＤＰＦを手動で再生するか、又は自動で再生するかの選択手段が設けられていない作業車両では、運転者の意図する再生ができないので、作業走行に影響を与えて作業能率が低下してしまう。さらに、作業走行中に自動再生を行うと排気ガス温度が高くなるが、状況によっては排気温度の高い排気ガスが周辺に悪影響を及ぼすことがある。
【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、前記ディーゼルパティキュレートフィルタ４６ｂの再生が必要になるとディーゼルパティキュレートフィルタ４６ｂの再生を行う構成とし、この再生を自動で行うか又は手動で行うかの再生選択スイッチ７０を設け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、前記ディーゼルパティキュレートフィルタ４６ｂの再生が必要になるとディーゼルパティキュレートフィルタ４６ｂの再生を行う構成とし、この再生を自動で行うか又は手動で行うかの再生選択スイッチ７０を設け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を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）を再生させるにあたり、ＤＰＦ前後の圧力を検出して所定値以上になると絞り弁を絞ってＤＰＦの温度を上昇させてＤＰＦを再生する構成である（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２００５−９０３５９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、ＤＰＦを手動で再生するか、又は自動で再生するかの選択手段が設けられていないので、運転者の意図する再生ができず、このため作業走行に影響を与えて作業能率が低下してしまう。さらに、自動再生を行うと排気ガス温度が高くなるが、状況によっては排気温度の高い排気ガスが周辺に悪影響を及ぼすことがある。
【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、前記ディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）の再生が必要になるとディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）の再生を行う構成とし、この再生を自動で行うか又は手動で行うかの再生選択スイッチ（７０）を設け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、ディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）の再生は、再生選択スイッチ（７０）で選択する。
【０００９】
請求項２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、前記ディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）の上流側及び下流側の排気ガス圧力を圧力センサ（５８），（５３）で測定可能に構成し、該圧力センサ（５８），（５３）の圧力差が所定値以上になるとディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）の再生を行う構成とし、この再生を自動で行うか又は手動で行うかの再生選択スイッチ（７０）を設けたことを特徴とする作業車両としたものである。
【００１０】
請求項２の作用は、圧力センサ（５８），（５３）の圧力差が所定値以上になるとディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）の再生を行う。
【００１１】
請求項３記載の発明では、前記圧力センサ（５８），（５３）の圧力差においては、自動再生を低く設定したことを特徴とする請求項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、請求項２の作用に加え、圧力センサ（５８），（５３）の圧力差においては、自動再生を低く設定する。
【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）の再生は、再生選択スイッチ（７０）で選択するので、運転者の意図した再生を行うことができ、さらに排気温度の高い排気ガスが周辺に及ぼす悪影響を防止できる。
【００１４】
請求項２記載の発明においては、圧力センサ（５８），（５３）の圧力差が所定値以上になるとディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）の再生を行うので、比較的簡単な構成でＤＰＦ（４６ｂ）の詰まり状態を検出可能となる。
【００１５】
請求項３記載の発明においては、請求項２の効果に加え、作業走行中に自動再生を行う場合は、短い時間で再生を行うことで作業への影響を少なくできる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【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）ＤＰＦ再生の時間とＰＭ堆積量との関係図，（ｂ）ＤＰＦ再生の時間と排気温度との関係図
【図７】再生選択スイッチの平面図
【図８】エンジンの性能曲線図
【図９】トラクタの作業モード切替スイッチの平面図
【図１０】ＤＰＦの断面図
【図１１】ＤＰＦの断面図
【図１２】後処理装置の断面図
【図１３】フローチャート図
【図１４】（ａ）エンジンの側面図，（ｂ）エンジンの平面図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
前述したように、ＤＰＦ４６ｂは再生する必要があるが、この再生には手動と自動がある。手動再生は特定の条件（ＰＭ堆積量所定量以上、ＤＰＦ前後の圧力差所定値以上等）になると、警報ランプを点灯して運転者に手動再生を促すものである。また、自動再生は特定の条件（ＰＭ堆積量所定量以上、ＤＰＦ前後の圧力差所定値以上等）になると、走行中、作業走行中であっても自動的にＤＰＦ４６ｂの再生を行うものである。図６にはその一例を示している。ラインＬ１は手動再生であり、Ｌ２は自動再生である。自動再生を行うときの方がＰＭ堆積量を低く設定している。これは、作業走行中に再生を行う場合は、短い時間で再生を行うことで作業への影響を少なくするためである。図６（ｂ）は再生時における排気温上昇を示しており、ラインＬ２ａは自動再生時の排気温上昇である。
【００６２】
しかしながら、特に農業機械においては、排気温度が上昇すると圃場上に存在している藁屑等に引火してしまい、更には低速で走行する場合には車両にも引火に可能性がある。
【００６３】
そこで、運転者が再生の方法を選択可能な構成とする。図７に示すように、機体の任意の位置に再生選択スイッチ７０を設ける構成とする。この再生選択スイッチ７０で手動再生優先と自動再生優先を選択する構成とする。手動再生優先に切り替えると、通常であれば自動再生に入るところを通過するので、排気温度が高くなる再生制御は行われず、手動再生の領域になると警報ランプを点灯して手動再生を促す構成とする。手動再生時には車両を圃場外に移動して手動再生を行うことで、引火発生を防止できるようになる。
【００６４】
図８はエンジン回転数と出力との関係を示す性能カーブである。ラインＬ３が標準モードであり、ラインＬ４が低燃費モードである。
【００６５】
低燃費モードラインＬ４と標準モードラインＬ３との切り替えは切替スイッチ（図示せず）で行う。標準モードラインＬ３から低燃費モードラインＬ４への切り替えは、エンジンに作用する負荷が低負荷の場合に移行し、燃料の噴射タイミングを進角させる構成とする。これにより、負荷が少ないときには燃費が良化する。
【００６６】
トラクタにおいては図９に示すような作業ダイヤル７１を設けている。その切り替えは、４輪駆動の４ＷＤ位置、前輪増速を行う前輪増速位置、耕うん作業を行う耕うん標準モード位置、路上走行を行う走行位置、ローダー作業を行うローダー作業位置、耕うん作業を行う耕うん低燃費モード位置である。これらの切り替えに連動してＤＰＦの自動再生の要否や標準モード，低燃費モードを決定するように構成してもよい。
【００６７】
前記４輪駆動の４ＷＤ位置、前輪増速を行う前輪増速位置、耕うん作業を行う耕うん標準モード位置ついては負荷が大きいため標準モードとし、さらにＤＰＦの自動再生を行うようにするが、このいずれか一方のみでもよい。
【００６８】
前記路上走行を行う走行位置、ローダー作業を行うローダー作業位置、耕うん作業を行う耕うん低燃費モード位置ついては負荷が小さいため低燃費モードとし、さらにＤＰＦの自動再生を行わないようにするが、このいずれか一方のみでもよい。これにより、作業ダイヤル７１を操作するのみで標準モードラインＬ３と低燃費モードラインＬ４が切り替わるので、操作性が向上するとともに燃費が向上する。また、作業ダイヤル７１を操作するのみでＤＰＦの自動再生の有無が決定されるので、適切な条件で効率のよい再生が可能となる。
【００６９】
図１０はＤＰＦ４６ｂの上流側配管７２内にインジャクタ７３を設ける構成である。７４は着火用の蓄熱板である。これにより、冷却風の通路や周辺の部品を考慮することなく搭載が可能となるため汎用性が向上し、着火性も良好となる。
【００７０】
また、前記蓄熱板７４部分においては配管７２を絞るように構成しているので、蓄熱性が向上するようになる。また、図１１に示すように、配管７２の曲げ部７２ａの上流側に蓄熱板７４を設けることで、蓄熱性が向上する。
【００７１】
エンジンの過渡運転時、即ち排気ガスの中に未燃燃料が多く発生するような状況においては、ＤＰＦ４６ｂの表面にカーボンが付着してしまい、連続再生性が損なわれてＰＭ堆積量が増加してしまう。
【００７２】
そこで、エンジンの過渡運転をＥＣＵ１００に判断させ、未燃燃料が多く発生するときには、ポスト噴射を行う構成とする。ポスト噴射の時間は２〜３分程度としている。これにより、ＤＰＦ４６ｂの表面にカーボンが付着するのを防止でき、連続再生性が損なわれるのを防止できる。
【００７３】
図１２には後処理装置４６のケースを内側ケース７５ａと外側ケース７５ｂの二重構造としている。そして、内側ケース７５ａと外側ケース７５ｂの間には排気ガスが入り込むので、後処理装置４６の温度低下を防止できる。そして、図５で説明したように、ＥＧＲ回路４４を使用するときには、内側ケース７５ａと外側ケース７５ｂの間の排気ガスをＥＧＲ回路４４に送り込むようにすることで、配管の取り回しの必要がなくなる。
【００７４】
図５に示す７６は吸気スロットルバルブである。７７はシリンダ室内の圧力を検出する筒内圧センサである。この筒内圧センサ７７の検出値が上下に変動（ポンピング）するときであり、エンジンの冷却水温が所定値以上でありシリンダ室内に噴射した燃料への着火が容易である場合には、吸気スロットルバルブ７６を制御して吸入空気量を制限することで、回転変動を抑制できて騒音振動が少なくなる。
【００７５】
図５に示す７８は熱線流速計である。この熱線流速計７８で瞬時の空気流量を算出し、元々ＥＣＵ１００に記憶させている吸入空気量マップと照合してＥＧＲガス量を算出し、ＰＭの推定値を算出する場合の排気ガス流量を正確に求めることが可能となる。
【００７６】
図５に示している配管の各種バルブ（スロットルバルブ７６，絞り弁４７等）においては、排気ガス中のカーボンが付着したり氷結することで固着してしまい、作動しなくなることがある。そこで、エンジン始動時の予熱時（グロー）において、各バルブを何回か作動させることで、固着状態を解消する構成とする。固着が解消されない場合は、ブザーやモニターで報知する構成とする。
【００７７】
また、標高が高い地域では大気圧が低いためにブースト圧が低下しＮＯｘ量とＰＭ量のバランスがくずれてＤＰＦの詰まり状態が激しくなってしまう。そこで、エンジンや機体の任意の位置に大気圧センサを設け、大気圧の低下に応じてコモンレール圧を増圧補正する構成とする。これにより、エンジンから排出されるＮＯｘ量とＰＭ量のバランスを高度が低い地域（大気圧が高い地域）と同等に維持させることが出来るようになることで、ＤＰＦの異常な詰まりを防止できるようになり、ＤＰＦの制御に与える影響を少なくすることが可能となる。
【００７８】
また、エンジンに作用する負荷が小さい場合には、コモンレール圧も低くなるが、このコモンレール圧の低い状態が続いてしまうと、噴射ノズルの噴口周りにカーボンが付着しやすくなり、スモークが発生していた。
【００７９】
そこで、運転中のコモンレール圧をセンサで監視し、レール圧が所定値以下（５０ＭＰａ）の運転が連続して所定時間（３０分）連続すると、レール圧を所定時間（１０分間）増圧（＋４０ＭＰａ）する構成とする。このように、定期的の高圧化することで、噴射ノズルの噴口周りに付着したカーボンを吹き飛ばすことができ、噴口周りのカーボン付着によるスモークの発生を防止することが可能となる。図１３にはこのフローチャートを示している。
【００８０】
また、エアクリーナ（図示せず）の直後に吸気負圧を検出するセンサ（図示せず）を設け、吸気負圧が所定の閾値を越えて大きくなると、吸気負圧の値によって決まる燃料噴射量制限マップにより噴射量を制限する構成とする。これにより、エアクリーナの詰まりなどにより吸気負圧が過渡に高くなった際、吸気負圧の変化に合わせて全負荷燃料噴射量を絞っていくことで、エンジンに与えるダメージを防止することが可能となる。
【００８１】
図１４は３気筒エンジンの側面図（ａ）と平面図（ｂ）を示している。３気筒エンジンは、ピストンの釣り合いの関係から、ピッチング・ヨーイング方向に振動が発生する。ピッチング・ヨーイング方向の振動の中心は第２シリンダの中心軸に沿った位置にくるので、第２シリンダの軸線上が最も振動が少ない。そこで、エンジンクランク軸７９とＤＰＦ４６ｂの長手方向を直交に配置し、さらにＤＰＦ４６ｂの中心軸８０が第２シリンダの真上になるように配置する構成とする。このように、３気筒エンジンにおいては振動が少ない場所にＤＰＦ４６ｂを配置することにより、振動によるＤＰＦ４６ｂの破損や劣化を防止できるようになる。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
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。
【符号の説明】
【００８３】
ＰＭ 粒状化物質
１ コモンレール
４６ｂ ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）
５８，５３ 圧力センサ
６３ 空燃費センサ
６７ 選択スイッチ
【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を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）を再生させるにあたり、ＤＰＦ前後の圧力を検出して所定値以上になると絞り弁を絞ってＤＰＦの温度を上昇させてＤＰＦを再生する構成である（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２００５−９０３５９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、ＤＰＦを手動で再生するか、又は自動で再生するかの選択手段が設けられていないので、運転者の意図する再生ができず、このため作業走行に影響を与えて作業能率が低下してしまう。さらに、自動再生を行うと排気ガス温度が高くなるが、状況によっては排気温度の高い排気ガスが周辺に悪影響を及ぼすことがある。
【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、前記ディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）の再生が必要になるとディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）の再生を行う構成とし、この再生を自動で行うか又は手動で行うかの再生選択スイッチ（７０）を設け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、ディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）の再生は、再生選択スイッチ（７０）で選択する。
【０００９】
請求項２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、前記ディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）の上流側及び下流側の排気ガス圧力を圧力センサ（５８），（５３）で測定可能に構成し、該圧力センサ（５８），（５３）の圧力差が所定値以上になるとディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）の再生を行う構成とし、この再生を自動で行うか又は手動で行うかの再生選択スイッチ（７０）を設けたことを特徴とする作業車両としたものである。
【００１０】
請求項２の作用は、圧力センサ（５８），（５３）の圧力差が所定値以上になるとディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）の再生を行う。
【００１１】
請求項３記載の発明では、前記圧力センサ（５８），（５３）の圧力差においては、自動再生を低く設定したことを特徴とする請求項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、請求項２の作用に加え、圧力センサ（５８），（５３）の圧力差においては、自動再生を低く設定する。
【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）の再生は、再生選択スイッチ（７０）で選択するので、運転者の意図した再生を行うことができ、さらに排気温度の高い排気ガスが周辺に及ぼす悪影響を防止できる。
【００１４】
請求項２記載の発明においては、圧力センサ（５８），（５３）の圧力差が所定値以上になるとディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）の再生を行うので、比較的簡単な構成でＤＰＦ（４６ｂ）の詰まり状態を検出可能となる。
【００１５】
請求項３記載の発明においては、請求項２の効果に加え、作業走行中に自動再生を行う場合は、短い時間で再生を行うことで作業への影響を少なくできる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【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）ＤＰＦ再生の時間とＰＭ堆積量との関係図，（ｂ）ＤＰＦ再生の時間と排気温度との関係図
【図７】再生選択スイッチの平面図
【図８】エンジンの性能曲線図
【図９】トラクタの作業モード切替スイッチの平面図
【図１０】ＤＰＦの断面図
【図１１】ＤＰＦの断面図
【図１２】後処理装置の断面図
【図１３】フローチャート図
【図１４】（ａ）エンジンの側面図，（ｂ）エンジンの平面図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
前述したように、ＤＰＦ４６ｂは再生する必要があるが、この再生には手動と自動がある。手動再生は特定の条件（ＰＭ堆積量所定量以上、ＤＰＦ前後の圧力差所定値以上等）になると、警報ランプを点灯して運転者に手動再生を促すものである。また、自動再生は特定の条件（ＰＭ堆積量所定量以上、ＤＰＦ前後の圧力差所定値以上等）になると、走行中、作業走行中であっても自動的にＤＰＦ４６ｂの再生を行うものである。図６にはその一例を示している。ラインＬ１は手動再生であり、Ｌ２は自動再生である。自動再生を行うときの方がＰＭ堆積量を低く設定している。これは、作業走行中に再生を行う場合は、短い時間で再生を行うことで作業への影響を少なくするためである。図６（ｂ）は再生時における排気温上昇を示しており、ラインＬ２ａは自動再生時の排気温上昇である。
【００６２】
しかしながら、特に農業機械においては、排気温度が上昇すると圃場上に存在している藁屑等に引火してしまい、更には低速で走行する場合には車両にも引火に可能性がある。
【００６３】
そこで、運転者が再生の方法を選択可能な構成とする。図７に示すように、機体の任意の位置に再生選択スイッチ７０を設ける構成とする。この再生選択スイッチ７０で手動再生優先と自動再生優先を選択する構成とする。手動再生優先に切り替えると、通常であれば自動再生に入るところを通過するので、排気温度が高くなる再生制御は行われず、手動再生の領域になると警報ランプを点灯して手動再生を促す構成とする。手動再生時には車両を圃場外に移動して手動再生を行うことで、引火発生を防止できるようになる。
【００６４】
図８はエンジン回転数と出力との関係を示す性能カーブである。ラインＬ３が標準モードであり、ラインＬ４が低燃費モードである。
【００６５】
低燃費モードラインＬ４と標準モードラインＬ３との切り替えは切替スイッチ（図示せず）で行う。標準モードラインＬ３から低燃費モードラインＬ４への切り替えは、エンジンに作用する負荷が低負荷の場合に移行し、燃料の噴射タイミングを進角させる構成とする。これにより、負荷が少ないときには燃費が良化する。
【００６６】
トラクタにおいては図９に示すような作業ダイヤル７１を設けている。その切り替えは、４輪駆動の４ＷＤ位置、前輪増速を行う前輪増速位置、耕うん作業を行う耕うん標準モード位置、路上走行を行う走行位置、ローダー作業を行うローダー作業位置、耕うん作業を行う耕うん低燃費モード位置である。これらの切り替えに連動してＤＰＦの自動再生の要否や標準モード，低燃費モードを決定するように構成してもよい。
【００６７】
前記４輪駆動の４ＷＤ位置、前輪増速を行う前輪増速位置、耕うん作業を行う耕うん標準モード位置ついては負荷が大きいため標準モードとし、さらにＤＰＦの自動再生を行うようにするが、このいずれか一方のみでもよい。
【００６８】
前記路上走行を行う走行位置、ローダー作業を行うローダー作業位置、耕うん作業を行う耕うん低燃費モード位置ついては負荷が小さいため低燃費モードとし、さらにＤＰＦの自動再生を行わないようにするが、このいずれか一方のみでもよい。これにより、作業ダイヤル７１を操作するのみで標準モードラインＬ３と低燃費モードラインＬ４が切り替わるので、操作性が向上するとともに燃費が向上する。また、作業ダイヤル７１を操作するのみでＤＰＦの自動再生の有無が決定されるので、適切な条件で効率のよい再生が可能となる。
【００６９】
図１０はＤＰＦ４６ｂの上流側配管７２内にインジャクタ７３を設ける構成である。７４は着火用の蓄熱板である。これにより、冷却風の通路や周辺の部品を考慮することなく搭載が可能となるため汎用性が向上し、着火性も良好となる。
【００７０】
また、前記蓄熱板７４部分においては配管７２を絞るように構成しているので、蓄熱性が向上するようになる。また、図１１に示すように、配管７２の曲げ部７２ａの上流側に蓄熱板７４を設けることで、蓄熱性が向上する。
【００７１】
エンジンの過渡運転時、即ち排気ガスの中に未燃燃料が多く発生するような状況においては、ＤＰＦ４６ｂの表面にカーボンが付着してしまい、連続再生性が損なわれてＰＭ堆積量が増加してしまう。
【００７２】
そこで、エンジンの過渡運転をＥＣＵ１００に判断させ、未燃燃料が多く発生するときには、ポスト噴射を行う構成とする。ポスト噴射の時間は２〜３分程度としている。これにより、ＤＰＦ４６ｂの表面にカーボンが付着するのを防止でき、連続再生性が損なわれるのを防止できる。
【００７３】
図１２には後処理装置４６のケースを内側ケース７５ａと外側ケース７５ｂの二重構造としている。そして、内側ケース７５ａと外側ケース７５ｂの間には排気ガスが入り込むので、後処理装置４６の温度低下を防止できる。そして、図５で説明したように、ＥＧＲ回路４４を使用するときには、内側ケース７５ａと外側ケース７５ｂの間の排気ガスをＥＧＲ回路４４に送り込むようにすることで、配管の取り回しの必要がなくなる。
【００７４】
図５に示す７６は吸気スロットルバルブである。７７はシリンダ室内の圧力を検出する筒内圧センサである。この筒内圧センサ７７の検出値が上下に変動（ポンピング）するときであり、エンジンの冷却水温が所定値以上でありシリンダ室内に噴射した燃料への着火が容易である場合には、吸気スロットルバルブ７６を制御して吸入空気量を制限することで、回転変動を抑制できて騒音振動が少なくなる。
【００７５】
図５に示す７８は熱線流速計である。この熱線流速計７８で瞬時の空気流量を算出し、元々ＥＣＵ１００に記憶させている吸入空気量マップと照合してＥＧＲガス量を算出し、ＰＭの推定値を算出する場合の排気ガス流量を正確に求めることが可能となる。
【００７６】
図５に示している配管の各種バルブ（スロットルバルブ７６，絞り弁４７等）においては、排気ガス中のカーボンが付着したり氷結することで固着してしまい、作動しなくなることがある。そこで、エンジン始動時の予熱時（グロー）において、各バルブを何回か作動させることで、固着状態を解消する構成とする。固着が解消されない場合は、ブザーやモニターで報知する構成とする。
【００７７】
また、標高が高い地域では大気圧が低いためにブースト圧が低下しＮＯｘ量とＰＭ量のバランスがくずれてＤＰＦの詰まり状態が激しくなってしまう。そこで、エンジンや機体の任意の位置に大気圧センサを設け、大気圧の低下に応じてコモンレール圧を増圧補正する構成とする。これにより、エンジンから排出されるＮＯｘ量とＰＭ量のバランスを高度が低い地域（大気圧が高い地域）と同等に維持させることが出来るようになることで、ＤＰＦの異常な詰まりを防止できるようになり、ＤＰＦの制御に与える影響を少なくすることが可能となる。
【００７８】
また、エンジンに作用する負荷が小さい場合には、コモンレール圧も低くなるが、このコモンレール圧の低い状態が続いてしまうと、噴射ノズルの噴口周りにカーボンが付着しやすくなり、スモークが発生していた。
【００７９】
そこで、運転中のコモンレール圧をセンサで監視し、レール圧が所定値以下（５０ＭＰａ）の運転が連続して所定時間（３０分）連続すると、レール圧を所定時間（１０分間）増圧（＋４０ＭＰａ）する構成とする。このように、定期的の高圧化することで、噴射ノズルの噴口周りに付着したカーボンを吹き飛ばすことができ、噴口周りのカーボン付着によるスモークの発生を防止することが可能となる。図１３にはこのフローチャートを示している。
【００８０】
また、エアクリーナ（図示せず）の直後に吸気負圧を検出するセンサ（図示せず）を設け、吸気負圧が所定の閾値を越えて大きくなると、吸気負圧の値によって決まる燃料噴射量制限マップにより噴射量を制限する構成とする。これにより、エアクリーナの詰まりなどにより吸気負圧が過渡に高くなった際、吸気負圧の変化に合わせて全負荷燃料噴射量を絞っていくことで、エンジンに与えるダメージを防止することが可能となる。
【００８１】
図１４は３気筒エンジンの側面図（ａ）と平面図（ｂ）を示している。３気筒エンジンは、ピストンの釣り合いの関係から、ピッチング・ヨーイング方向に振動が発生する。ピッチング・ヨーイング方向の振動の中心は第２シリンダの中心軸に沿った位置にくるので、第２シリンダの軸線上が最も振動が少ない。そこで、エンジンクランク軸７９とＤＰＦ４６ｂの長手方向を直交に配置し、さらにＤＰＦ４６ｂの中心軸８０が第２シリンダの真上になるように配置する構成とする。このように、３気筒エンジンにおいては振動が少ない場所にＤＰＦ４６ｂを配置することにより、振動によるＤＰＦ４６ｂの破損や劣化を防止できるようになる。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
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。
【符号の説明】
【００８３】
ＰＭ 粒状化物質
１ コモンレール
４６ｂ ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）
５８，５３ 圧力センサ
６３ 空燃費センサ
６７ 選択スイッチ
【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、前記ディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）の再生が必要になるとディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）の再生を行う構成とし、この再生を自動で行うか又は手動で行うかの再生選択スイッチ（７０）を設けたことを特徴とする作業車両。
【請求項２】
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、前記ディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）の上流側及び下流側の排気ガス圧力を圧力センサ（５８），（５３）で測定可能に構成し、該圧力センサ（５８），（５３）の圧力差が所定値以上になるとディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）の再生を行う構成とし、この再生を自動で行うか又は手動で行うかの再生選択スイッチ（７０）を設けたことを特徴とする作業車両。
【請求項３】
前記圧力センサ（５８），（５３）の圧力差においては、自動再生を低く設定したことを特徴とする請求項２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、前記ディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）の再生が必要になるとディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）の再生を行う構成とし、この再生を自動で行うか又は手動で行うかの再生選択スイッチ（７０）を設けたことを特徴とする作業車両。
【請求項２】
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、前記ディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）の上流側及び下流側の排気ガス圧力を圧力センサ（５８），（５３）で測定可能に構成し、該圧力センサ（５８），（５３）の圧力差が所定値以上になるとディーゼルパティキュレートフィルタ（４６ｂ）の再生を行う構成とし、この再生を自動で行うか又は手動で行うかの再生選択スイッチ（７０）を設けたことを特徴とする作業車両。
【請求項３】
前記圧力センサ（５８），（５３）の圧力差においては、自動再生を低く設定したことを特徴とする請求項２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２０１２−３１７６５（Ｐ２０１２−３１７６５Ａ）
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７１００４（Ｐ２０１０−１７１００４）
【出願日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【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２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【出願人】（００００００１２５）井関農機株式会社 (3,813)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]