(57)【要約】  【課題】  無駄なエネルギーの消費もなく、又、無駄な作業も必要としないフィルタの再生方法（又は、装置）を提供することを課題とする。  【構成】  エンジンの温度を冷やすためのラジエータと作動油温度を冷やすための放熱器に冷却風を当てて放熱する回転数可変式ファンを搭載した建設機械において、前記エンジンからの排気ガスを後処理する後処理装置と、前記ラジエータ又は放熱器を循環する管路内の冷却水又は作動油の温度を測定する温度検出器と、前記回転数可変式ファンの回転数を制御するコントローラとを具備し、前記ラジエータ及び放熱器を冷却した後の冷風流れ中に前記後処理装置を配置し、前記コントローラは前記温度検出器による検出温度が第１設定温度以下になった場合に前記ファンの回転数を停止又は設定最少回転数まで低下させる制御を行うことを特徴する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの温度を冷やすためのラジエータと作動油の温度を冷やすための放熱器に冷却風を当てて放熱する回転数可変式ファンを搭載した建設機械において、前記エンジンからの排気ガスを後処理する後処理装置と、前記ラジエータ又は放熱器を循環する冷却水又は作動油の温度を測定する温度検出器と、前記回転数可変式ファンの回転数を制御するコントローラとを具備し、前記ラジエータ及び放熱器を冷却した後の冷風流れ中に前記後処理装置を配置し、前記コントローラは前記温度検出器による検出温度が第１設定温度以下になった場合に前記ファンの回転数を停止又は設定最少回転数まで低下させる制御を行うことを特徴とする建設機械のフィルタ再生装置。
【請求項２】
エンジンの温度を冷やすためのラジエータと作動油の温度を冷やすための放熱器に冷却風を当てて放熱する回転数可変式ファンを搭載した建設機械において、前記エンジンからの排気ガスを後処理する後処理装置と、前記後処理装置の入口温度を測定する入口温度検出器と、前記回転数可変式ファンの回転数を制御するコントローラとを具備し、前記ラジエータ及び放熱器を冷却した後の冷風流れ中に前記後処理装置を配置し、前記コントローラは前記入口温度検出器による検出温度が第２設定温度以下になった場合に前記ファンの回転数を停止又は設定最少回転数まで低下させる制御を行うことを特徴とする建設機械のフィルタ再生装置。
【請求項３】
エンジンの温度を冷やすためのラジエータと作動油の温度を冷やすための放熱器に冷却風を当てて放熱する回転数可変式ファンを搭載した建設機械において、前記エンジンからの排気ガスを後処理する後処理装置と、前記後処理装置の入口圧力を測定する圧力検出器と、前記回転数可変式ファンの回転数を制御するコントローラとを具備し、前記ラジエータ及び放熱器を冷却した後の冷風流れ中に前記後処理装置を配置し、前記コントローラは前記圧力検出器による検出圧力が第１設定圧力以上になった場合に前記ファンの回転数を停止又は設定最少回転数まで低下させる制御を行うことを特徴とする建設機械のフィルタ再生装置。
【請求項４】
エンジンの温度を冷やすためのラジエータと作動油の温度を冷やすための放熱器に冷却風を当てて放熱する回転数可変式ファンを搭載した建設機械において、前記エンジンからの排気ガスを後処理する後処理装置と、前記後処理装置の出入口の圧力差を測定する差圧検出器と、前記回転数可変式ファンの回転数を制御するコントローラとを具備し、前記ラジエータ及び放熱器を冷却した後の冷風流れ中に前記後処理装置を配置し、前記コントローラは前記差圧検出器による差圧が第２設定圧力以上になった場合に前記ファンの回転数を停止又は設定最少回転数まで低下させる制御を行うことを特徴とする建設機械のフィルタ再生装置。
【請求項５】
前記コントローラは前記ラジエータ又は放熱器の温度検出器による検出温度が前記第１設定温度よりも高温の第３設定温度以上になった場合に前記ファンの回転数を元の回転数まで上昇させる制御を行うことを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか１に記載の建設機械のフィルタ再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、エンジンや作動油等の放熱器を冷やすファン回転数を制御し、エンジンの排気ガスの後処理装置の目詰まりを防止する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの排気ガスの浄化装置（後処理装置）としては、例えば、特許文献１に開示されているもの（以下、従来装置１という）がある。図３、図４は上記の従来装置１の内容を説明するための図である。図３において、ディーゼルエンジン５０の吸入通路４２から外気が取入れられ、エンジン５０の内部で燃焼した排気ガスは排気管５１から排気される。しかし、排気ガスは有害な物質（ＨＣ、ＣＯ、窒素酸化物ＮＯｘ）や粒子状物質（ＰＭ）を多く含んでいるために、このまま外気に放出することはできない。従って、排気マフラー５２を出た後に本体装置６０（本願の「後処理装置」に対応する）によって有害物質を除去する。本体装置６０を出たクリーンにされた排気の一部は外部に放出され、残りの一部は燃費の向上を図るためにＥＧＲ装置（排気ガス再循環路）４１を介して給気通路４２に合流される。なお、合流路４２への循環量を調節するためにバルブ４３及び制御弁４４が設けられている。
【特許文献１】公開特許公報、特開２００４−３２４６３０「ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置」
【０００３】
図４は本体装置６０の詳細を示す図である。６１は本体装置６０のケースであり、ケース６１の入口６５は排気マフラー５２の出口に接続されており、ケース６１の出口にはフィルタユニット６９と排出管６７が取り付けられており、ケース６１の入口側の底部にアンモニア水を入れた内部タンク７０が配置されている。ケース６１の内部は３枚の仕切板６２、６３、６４によって仕切られており、仕切板６２は入口６５から流入した排気ガスを内部タンク７０の上面に流れるように整流し、仕切板６３は排気ガスのＮＯｘと内部タンク７０から蒸発したアンモニアガスとの反応を容易にするものであり、仕切板６４は排気ガスをフィルタユニット６９へ導くための整流板である。強制ファン６８はケース６１内の温度を適正に保つためのファンである。タンク７１はアンモニア水の補給用タンクである。更に、内部タンク７０の液面を計測する液面センサ７２、フィルタユニット６９の温度を計測する温度センサ７４が設けられている。液面センサ７２、温度センサ７４の出力は表示器７５に表示される。
【０００４】
上記従来装置では上記の構成により、排気ガス中のＮＯｘはアンモニアガスと反応して窒素と水に分解され、排気ガス中のＮＯｘ成分が低減され、また、排気ガス中の粒子状物質はフィルタユニット６９によって大部分が除去される。従って、排気ガスはクリーンな空気となって排出される。一方、フィルタユニット６９に粒子状物質が溜まると、排気ガスの流れが悪くなり、フィルタユニット６９の温度が高くなる。この高温の温度は温度センサで検出され、表示器７５に表示される。表示灯が点灯したらフィルタユニット６９のメンテナンス時期であり、フィルタユニット６９を外して清掃をする。
【０００５】
更に近年では、フィルタユニットを外して清掃をする代わりに、フィルタユニットに付着した粒子状物質を燃焼させてフィルタユニットを再生する（清浄化する）方法が提案されている。例えば、特許文献２〜４に開示されている装置がある。以下、従来装置２〜４という。
【特許文献２】公開特許公報、特開２００２−２４２６６０、「ディーゼルパテイキュレートフィルタ装置とその再生方法」
【特許文献３】公開特許公報、特開２００３−２３９７２１、「排ガス微粒子フィルタの再生方法」
【特許文献４】公開特許公報、特開２００５−６９０１７、「排ガス微粒子フィルタの再生方法」
【０００６】
図５は従来装置２の再生方法の説明図である。図５において、ディーゼルエンジン８０の排気ガス８１は図示されていないマフラーを通過した後に排気通路８２から酸化触媒８３を経て触媒付フィルタ８４を通過して、再び排気通路８５を経由して外気に放出される。酸化触媒８３の上流側に圧力センサ８７、触媒付フィルタ８４の後流側に圧力センサ８８が配置され、圧力センサ８７、８８で検出された排気ガス圧力Ｐ１，Ｐ２はエンジンの制御装置８９の入力側に入力される。更に、エンジン８０のトルクＱ及び回転数Ｎｅも入力側に入力される。
エンジン制御装置８９は排気ガス圧力差（ΔＰ＝Ｐ１−Ｐ２）が所定の排圧判定値以上の値となったときにフィルタに付着した粒子状物質を燃焼又は触媒による化学反応によって除去する。なお、排圧判定値は、エンジン制御装置８９はトルクＱ、回転数Ｎｅから触媒付フィルタ８４に蓄積するアッシュ量の累積推定値を求めて、この値を排圧判定値とする。また、粒子状物質の燃焼はフィルタ８４に設けられた加熱ヒータに通電して燃焼させる。触媒による化学反応はフィルタ８４に触媒を担持させておき、排気ガス温度を上げて反応を起こさせる。
【０００７】
図６は従来装置３の再生方法の説明図である。図６において、エンジン９０からの排気ガスは排ガス管９１を通過し、開閉自在な仕切弁９２を通ってＤＰＦ（ディーゼルエンジンの微粒子状物質の捕集フィルタ）９３に進入し、フィルタ材９３ａを通過して排ガス管９４を通り、外気に放出される。フィルタの再生時にはＤＰＦ９３の入口端にフランジ９５ａにより熱風放出管９６が取り付けられ、排ガス管９４の排出側にフランジ９５ｂにより、電熱式空気ヒータ９８、空気ファン９９が配管で接続される。
再生時は空気ファン９９により大気を取り入れて、電熱式空気ヒータ９８により取り入れた空気を粒子状物質等の可燃物質が燃焼するために必要十分な温度まで加熱し、この熱風をＤＰＦ９３の内部に導き、フィルタ材９３ａに付着した浮遊粒子状物質及び可溶有機物を燃焼させて熱風放出管９６より大気に放出する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上に説明したように、従来装置１では、フィルタユニットが目詰まりした場合は運転者等がフィルタユニットを外して清掃をしなければならなかった。従って、フィルタユニットの目詰まりを解消させる再生作業は複雑な作業が必要となり、問題であった。従来装置２では、加熱ヒータに通電して燃焼させるためにエネルギーが無駄に費やされ、或いは、フィルタに触媒を予め担持させて置く作業が必要で、余分な作業が必要で有り問題であった。更に、従来装置３では熱風放出管９６、空気ヒータ９８を取り付けたり、外したりする余分な作業が必要となり、又空気ヒータ９８により取り入れた空気を熱風にする必要があり無駄にエネルギーが費やされ、問題であった。本発明は、上記事実に鑑みなされたものであり、無駄なエネルギーの消費もなく、又、無駄な作業も必要としないフィルタの再生方法（又は、装置）を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上記の課題を解決するための手段として以下の構成を採用している。即ち、
請求項１に記載の発明は、エンジンの温度を冷やすためのラジエータと作動油の温度を冷やすための放熱器に冷却風を当てて放熱する回転数可変式ファンを搭載した建設機械において、前記エンジンからの排気ガスを後処理する後処理装置と、前記ラジエータ又は放熱器を循環する冷却水又は作動油の温度を測定する温度検出器と、前記回転数可変式ファンの回転数を制御するコントローラとを具備し、前記ラジエータ及び放熱器を冷却した後の冷風流れ中に前記後処理装置を配置し、前記コントローラは前記温度検出器による検出温度が第１設定温度以下になった場合に前記ファンの回転数を停止又は設定最少回転数まで低下させる制御を行うことを特徴としている。
本発明は、温度検出器による検出温度が第１設定温度以下になった場合にファンの回転数を停止又は設定最少回転数まで低下させ、ファン冷却風による後処理装置周囲からの冷却を防止して、後処理装置内部の温度を上昇させ、排気ガスの温度により粒子状物質を燃焼させるものである。従って、本発明は排気ガス温度を上昇させるために燃料を必要以上に消費しないので、省エネ効果が得られる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、エンジンの温度を冷やすためのラジエータと作動油の温度を冷やすための放熱器に冷却風を当てて放熱する回転数可変式ファンを搭載した建設機械において、前記エンジンからの排気ガスを後処理する後処理装置と、前記後処理装置の入口温度を測定する入口温度検出器と、前記回転数可変式ファンの回転数を制御するコントローラとを具備し、前記ラジエータ及び放熱器を冷却した後の冷風流れ中に前記後処理装置を配置し、前記コントローラは前記入口温度検出器による検出温度が第２設定温度以下になった場合に前記ファンの回転数を停止又は設定最少回転数まで低下させる制御を行うことを特徴としている。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、エンジンの温度を冷やすためのラジエータと作動油の温度を冷やすための放熱器に冷却風を当てて放熱する回転数可変式ファンを搭載した建設機械において、前記エンジンからの排気ガスを後処理する後処理装置と、前記後処理装置の入口圧力を測定する圧力検出器と、前記回転数可変式ファンの回転数を制御するコントローラとを具備し、前記ラジエータ及び放熱器を冷却した後の冷風流れ中に前記後処理装置を配置し、前記コントローラは前記圧力検出器による検出圧力が第１設定圧力以上になった場合に前記ファンの回転数を停止又は設定最少回転数まで低下させる制御を行うことを特徴としている。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、エンジンの温度を冷やすためのラジエータと作動油の温度を冷やすための放熱器に冷却風を当てて放熱する回転数可変式ファンを搭載した建設機械において、前記エンジンからの排気ガスを後処理する後処理装置と、前記後処理装置の出入口の圧力差を測定する差圧検出器と、前記回転数可変式ファンの回転数を制御するコントローラとを具備し、前記ラジエータ及び放熱器を冷却した後の冷風流れ中に前記後処理装置を配置し、前記コントローラは前記差圧検出器による差圧が第２設定圧力以上になった場合に前記ファンの回転数を停止又は設定最少回転数まで低下させる制御を行うことを特徴としている。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４に記載の発明において、前記コントローラは前記放熱器の温度検出器による検出温度が前記第１設定温度よりも高温の第３設定温度以上になった場合に前記ファンの回転数を元の回転数まで上昇させる制御を行うことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
本願発明によれば、後処理装置のフィルタの目詰まり状態を把握し、目詰まり前にファン回転数を下げ、ファン冷却風による後処理装置周囲からの過冷却を防止して、粒子状物質を燃焼させ、目詰まり状態が生じないようにしており、排気ガス温度を上昇させるための燃料を必要以上に消費しないので、省エネ効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下本発明の実施形態を図１及び図２に基づいて説明する。図１は、本願発明を実施した実施形態の構成図を示す。図２は、コントローラの制御動作及び制御条件の関係を示す。図１において、ディーゼルエンジン１１の給気通路１２にはエアクリーナ２１から吸入された空気が過給器２２の圧縮機２２ａによって圧縮され、給気ライン２３を経て給気通路１２に流入し、一方、排気の一部がＥＧＲライン（排気ガス再循環路）２５から絞り２４を経て給気通路１２に混入される。混入された給気は給気マニホールド２６からエンジン１１の各室に吸入される。エンジン１１の各室で燃焼した排気ガスは排気マニホールド１３から排気ライン２８に流出され、排気タービン２２ｂによって排出され、マフラー３２を経て後処理装置２９で清浄化され、外気中に放出され、一部がＥＧＲライン２５から還流される。後処理装置２９の内部には排気ガス中の粒子状物質を捕集するためのフィルタ装置３０が設けられている。
【００１６】
エンジン１１にはエンジン本体を冷却するためにラジエータ１４と冷却水を循環させる管路１５からなる放熱器１６が設けられている。また、作動油タンク５の作動油を冷却するための放熱器４がエンジン１１のラジエータ１４と並置され、ファン５によって冷却される。ラジエータ１４，放熱器４を冷却した後のファン冷却風の流れの中に後処理装置２９のフィルタ装置３０が配設され、フィルタ装置３０の過熱を防止している。ファン５は回転駆動機６によって駆動され、回転数が制御される。冷却水が循環する管路１５内には冷却水の温度を計測する温度センサ３１が設けられており、温度センサ３１の出力はコントローラ３５の入力側に接続されている。更に、排気ライン２８の後処理装置２９の入口側には排気ガスの温度を計測する温度センサ３３と圧力を計測する圧力センサ３４が設けられており、温度センサ３３と圧力センサ３４の出力はコントローラ３５の入力側に接続されている。更に、後処理装置２９の出口側には排気ガスの圧力を計測する圧力センサ３６が設けられており、圧力センサ３６の出力はコントローラ３５の入力側に接続されている。コントローラ３５の出力側にはファン５の回転駆動機６の回転数を制御する制御信号が出力される。また、コントローラ３５の出力側には、ＥＧＲライン２５による排気ガスの帰還量を制御する制御弁３８への制御信号も出力される。
【００１７】
図２はコントローラ３５の制御動作の一部とその制御条件を示す。図２に示すように、最初の制御動作はファン５の回転数を停止（ゼロ）又は設定最少回転数に下げる制御信号を送出し、フィルタ装置３０を冷却していたファン冷風を弱め、或いは停止してフィルタ装置３０の温度上昇を促進してフィルタに付着している微粒子状物質を燃焼させて除去する動作である。この動作の開始条件として、以下の何れかの条件が満たされた場合である。
条件１は、ラジエータ１４の冷却水温度（又は、放熱器４の作動油温度）が第１設定温度以下になった場合である。即ち、冷却水温度が十分に下がった場合はファンの回転数を下げても問題を生じないので、フィルタ装置３０の冷却を中止して、微粒子状物質を燃焼させて除去するための条件である。
条件２は、後処理装置２９の入口温度が第２設定温度以下になった場合である。即ち、入口温度が第２設定温度以下になるとフィルタ装置３０が過冷却されるおそれが生じるので、微粒子状物質を燃焼させて、これを防止するためである。
条件３は、後処理装置２９の入口圧力が第１設定圧力以上になった場合である。即ち、フィルタ装置３０が目詰まり状態を生じている場合に、フィルタ装置の温度を上げて微粒子状物質を燃焼させて目詰まり状態を解消させるためである。
条件４は、後処理装置２９の出入口の圧力差が第２設定圧力以上になった場合である。即ち、この場合も条件３と同様にフィルタ装置３０が目詰まり状態を生じているので、フィルタ装置の温度を上げて目詰まり状態を解消させるためである。
なお、制御動作の開始条件を以上に述べた条件の複数個（２個又は３個以上）の組み合わせとしてもよい。
次に、ファン５の回転数を元の回転数に戻す条件として、冷却水の温度（又は、作動油温度）が第３設定温度になった場合である。即ち、冷却水（又は、作動油温度）の温度が高くなり、エンジン本体が過熱状態になるのを防止するためである。従って、第３設定温度はエンジン本体の過熱を防止する温度で第１設定温度よりも高い温度を選択する。
【００１８】
以上に説明したように、本実施形態は上記条件１〜条件４の何れか１個（又は、複数個）が満たされた場合にファン回転数を停止（ゼロ）又は設定最少回転数に下げて、後処理装置２９内のフィルタ装置３０の温度を上昇させてフィルタ装置３０に付着した粒子状物質を燃焼させて目詰まり状態を解消し、また、上記条件５が満たされた場合にファン回転数を元の回転数に戻す制御を行う。従って、本実施形態は粒子状物質を燃焼させるために、ヒータによる加熱などの特別なエネルギーを消費しないので省エネ効果が得られる。
以上本発明の実施形態を図面に基づいて詳述してきたが、本発明の技術的範囲はこれに限られるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本願発明を実施した望ましい実施形態の構成図を示す。
【図２】本実施形態の制御条件と制御動作を示す図である。
【図３】従来装置１の回路構成図を示す。
【図４】従来装置１のフィルタユニットを示す。
【図５】従来装置２のフィルタの再生方法を示す。
【図６】従来装置３のフィルタの再生方法を示す。
【符号の説明】
【００２０】
３                作動油タンク
４                放熱器
５                冷却用ファン
６                回転駆動、制御装置
１１              ディーゼルエンジン
１４              ラジエータ
１５              冷却水循環管路
２２              過給器
２５              ＥＧＲライン
３２              マフラー
２９              後処理装置
３０              フィルタ装置
３１              温度センサ
３２              マフラー
３３              温度センサ
３４、３６        圧力センサ
３５              コントローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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