(57)【要約】  作業車両に搭載される排気浄化装置は、エンジンから排出される排気ガスが流れる排気経路と、排気経路の経路面積を変化させるスロットルバルブと、スロットルバルブの下流に配置される排気ガス後処理装置と、スロットルバルブの開度制御を行うバルブ制御装置とを備え、バルブ制御装置は、所定の負荷範囲以下の低負荷領域（ＡＲ１）および所定の負荷範囲を超える高負荷領域（ＡＲ３）において、所定の負荷範囲となる中負荷領域（ＡＲ２）よりも、スロットルバルブの開度を大きく制御する。
2017138495.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業車両に搭載される排気浄化装置であって、
エンジンから排出される排気ガスが流れる排気経路と、
前記排気経路の経路面積を変化させるスロットルバルブと、
前記スロットルバルブの下流に配置される排気ガス後処理装置と、
前記スロットルバルブの開度制御を行うバルブ制御装置とを備え、
前記バルブ制御装置は、
所定の負荷範囲以下の低負荷領域および所定の負荷範囲を超える高負荷領域において、所定の負荷範囲となる中負荷領域よりも、前記スロットルバルブの開度を大きく制御することを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
請求項１に記載の排気浄化装置において、
前記バルブ制御装置は、前記エンジンの所定の回転数以下の低回転領域において、前記中負荷領域よりも、前記スロットルバルブの開度を大きく制御することを特徴とする排気浄化装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の排気浄化装置において、
前記低負荷領域は、前記作業車両が駆動するトルク以下の領域であることを特徴とする排気浄化装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の排気浄化装置において、
前記排気ガス後処理装置は、ディーゼル酸化触媒装置および選択触媒還元装置であることを特徴とする排気浄化装置。
【請求項５】
作業車両に搭載される排気浄化装置であって、
エンジンから排出される排気ガスが流れる排気経路と、
前記排気経路の経路面積を変化させるスロットルバルブと、
前記スロットルバルブの下流に配置される排気ガス後処理装置と、
前記スロットルバルブの開度制御を行うバルブ制御装置とを備え、
前記バルブ制御装置は、
所定の負荷範囲となる中負荷領域において、他の負荷領域よりも、前記スロットルバルブの開度を小さく制御することを特徴とする排気浄化装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の排気浄化装置を備えていることを特徴とする作業車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気浄化装置および作業車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
ホイールローダ等の作業車両では、エンジンの排気経路中にディーゼル酸化触媒（Diesel Oxidant Catalyst：ＤＯＣ）、選択還元触媒（Selective Catalytic Reduction：ＳＣＲ）等の排気ガス後処理装置が設けられ、排気ガス中の粒子状物質（Particulate Matter：ＰＭ）を燃焼させたり、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化したりしている（たとえば、特許文献１参照）。
ＰＭの燃焼や、ＮＯｘの浄化は、排気ガスの温度を上昇させる必要があるため、排気ガス後処理装置の上流の排気経路中に、排気スロットルバルブを設け、排気スロットルバルブの開度を制御することにより、排気温度を制御して、排気ガス後処理装置の機能の最適化を図っている。【０００３】
しかし、排気スロットルバルブによる開度制御が頻繁になると、排気スロットルバルブの軸受部材とバルブ本体の摺動面で摩耗が生じ、摩耗が進行すると、排気スロットルバルブとハウジングが干渉してしまい、作動寿命が短くなるという課題がある。
このため、特許文献２には、軸受部材をインコネル等の焼結金属からなる耐熱合金により形成する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開２０１６／０６８３４７号
【特許文献２】特開平０９−６０６４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記特許文献２に記載の技術では、高価な耐熱合金により軸受部材を形成しなければならず、製造コストが高騰してしまうという課題がある。
また、排気スロットルバルブの摺動速度を低下させることも考えられるが、エンジンの回転の立ち上がりが遅くなるため、排気スロットルバルブを閉じる場合のみにしか使用できず、摺動速度を下げるには不十分であるという課題がある。【０００６】
本発明の目的は、製造コストを高騰させることなく、バルブ本体と軸受部材との摩耗による排気スロットルバルブの作動寿命を長くすることのできる排気浄化装置、および作業車両を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の排気浄化装置は、
作業車両に搭載される排気浄化装置であって、
エンジンから排出される排気ガスが流れる排気経路と、
前記排気経路の経路面積を変化させるスロットルバルブと、
前記スロットルバルブの下流に配置される排気ガス後処理装置と、
前記スロットルバルブの開度制御を行うバルブ制御装置とを備え、
前記バルブ制御装置は、
所定の負荷範囲以下の低負荷領域および所定の負荷範囲を超える高負荷領域において、所定の負荷範囲となる中負荷領域よりも、前記スロットルバルブの開度を大きく制御することを特徴とする。【０００８】
このような本発明によれば、バルブ制御装置が低負荷領域および高負荷領域において、中負荷領域よりも、スロットルバルブの開度を大きく制御することにより、作業車両の発進加速から減速状態に至る間に、スロットルバルブの開度が大きい状態に維持されるため、スロットルバルブの開度制御に伴う摺動距離の増加を抑制して、バルブ本体および軸受部材の摩耗を少なくして、スロットルバルブの作動寿命を長くすることがきる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る排気浄化装置を備えた作業車両の概略構成を示す模式図。
【図２】前記実施形態における排気スロットルバルブの構造を示す断面図。
【図３】前記実施形態における排気スロットルバルブの要部を示す断面図。
【図４】前記実施形態における制御装置の構造を示す機能ブロック図。
【図５】前記実施形態における排気スロットルバルブの開度制御マップを示す模式図。
【図６】前記実施形態における作用を説明するための模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
［１］排気浄化装置１０の概略構成
図１は、本実施形態に係る排気浄化装置１０が搭載された作業車両１の概略構成を示す模式図を示す。ここで、作業車両１は、例えば、鉱山や道路等の建設現場において、掘削、地均し等の作業や土砂等の運搬を行う機械であり、例えば、ホイールローダ、ホイール式バックホー等の建設機械や、フォークリフト等の運搬車両が該当する。
作業車両１は、ディーゼルエンジン２と、ディーゼルエンジン２の排気ガスによってタービンを回転してディーゼルエンジン２に供給する空気を圧縮するターボチャージャ３と、制御装置８と、モニタ装置９と、排気浄化装置１０とを備える。
【００１１】
ディーゼルエンジン２には、エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出装置６と、ディーゼルエンジン２に燃料を噴射する燃料噴射装置７とが設けられている。エンジン回転数検出装置６の検出データは、制御装置８に出力される。また、制御装置８は、アクセル操作などに応じて燃料噴射装置７を制御する。
【００１２】
［２］モニタ装置９
モニタ装置９は、表示部と入力部を備える。表示部は、液晶ディスプレイなどで構成される。
表示部は、冷却水温、燃料残量等の各種情報、コーションなどを表示する。本実施形態のモニタ装置９には、後述する定置手動再生の実行を促す通知を行う通知部９１が設けられており、モニタ装置９はオペレータに各種情報を通知する通知装置として機能する。
入力部は、表示部の周辺に設けられたスイッチ（ボタン）などで構成される。表示部には、各入力部の機能がアイコンなどで表示される。このため、オペレータは、定置手動再生を実行する場合にどのスイッチを押せばよいかを容易に把握できる。なお、タッチパネル式のモニタ装置９を用いれば、タッチパネル上に表示されたスイッチをタッチすればよい。本実施形態のモニタ装置９には、定置手動再生の実行を指示するスイッチ９２が設けられている。なお、入力部は、モニタ装置９に一体に設けられるスイッチに限らず、モニタ装置９とは別の筐体等に設置されるスイッチで構成してもよい。
【００１３】
［３］排気浄化装置１０
排気浄化装置１０は、排気ガス中のＰＭやＮＯｘ等の残留物質の酸化や還元などの処理を行うものであり、制御装置８によって制御されている。
排気浄化装置１０は、ディーゼルエンジン２から排出される排気ガスの流れ方向における上流側から順に、排気スロットルバルブ２０と、排気ガス後処理装置としての、ＤＯＣ装置３０と、尿素水噴射システム４０と、ＳＣＲ装置５０とを備える。
これらのＤＯＣ装置３０、尿素水噴射システム４０、ＳＣＲ装置５０は、ディーゼルエンジン２からの排気ガスが流通する排気経路１１の途中に設けられる。この排気経路１１は、ディーゼルエンジン２に接続されたターボチャージャ３からの排気ガスをＤＯＣ装置３０に導入する入口管１２と、ＤＯＣ装置３０とＳＣＲ装置５０とを接続する出口管１３と、ＳＣＲ装置５０の出口に接続された出口管１４とを備える。
【００１４】
［４］排気スロットルバルブ２０
排気スロットルバルブ２０は、入口管１２に配置されたバタフライ弁等で構成され、排気経路１１の経路面積を変化させる。排気スロットルバルブ２０の弁開度は、制御装置８で制御されており、後述するように、弁開度を調整することで、排気ガスの温度を調整している。
【００１５】
このような排気スロットルバルブ２０は、弁開度を小さくして（開口面積を小さくして）圧力抵抗を高めると、排気スロットルバルブ２０の上流側にあるディーゼルエンジン２内部の圧力も高くなる。このように圧力抵抗が増加した際に、ディーゼルエンジン２から出力されるトルクを維持するには、燃料噴射装置から噴射される燃料噴射量を増加させる必要があり、燃焼温度が上昇して排気ガスの温度を上昇することができる。ただし、燃料噴射量が増大するため燃費は低下する。
この際、制御装置８は、詳しくは後述するが、燃料噴射量およびエンジン回転数に応じて弁開度を設定するマップデータを用いて、排気スロットルバルブ２０の弁開度を制御する。
【００１６】
具体的には、排気スロットルバルブ２０は、図２に示すように、入口管１２（図１参照）が接続されるハウジング２１と、ハウジング２１の上部に設けられるモータ２２と、モータ２２によって回転するバルブ本体２３とを備える。
バルブ本体２３は、図２および図３に示すように、モータ２２の駆動軸（図示略）の回転により回転するシャフト２４と、シャフト２４に設けられ、回転することにより排気経路１１の開度を調整するフラップ２５とを備える。
【００１７】
図３に示すように、ハウジング２１には孔が形成されており、シャフト２４は、ハウジング２１の孔に挿入される。シャフト２４の外周には、球面ワッシャ２６が設けられ、ハウジング２１の孔を塞いでいる。
シャフト２４は、上部に設けられるリテーナ２７と一体化されており、スプリング２８がリテーナ２７を上方に押しつけている。ハウジング２１の凹部２１Ａ内には、シャフト２４のブッシュ２９が取り付けられており、球面ワッシャ２６の上面は、このブッシュ２９の下面と摺動可能に当接している。
【００１８】
モータ２２の駆動軸にはピニオンギアが設けられ、バルブ本体２３のシャフト２４の基端には、このピニオンギアと噛合する図示しないギアが設けられている。モータ２２が駆動すると、ピニオンギアを介して、ギアが回転し、これに伴い、バルブ本体２３が回転する。
モータ２２によってバルブ本体２３が回転すると、ブッシュ２９の下面２９Ａと球面ワッシャ２６の上面２６Ａは、バルブ本体２３の回転方向に摺動する。バルブ本体２３の回転回数が増加すると、ブッシュ２９の下面２９Ａと球面ワッシャ２６の上面２６Ａ間の摺動距離が増加し、ブッシュ２９の下面が徐々に摩耗していく。ブッシュ２９の下面２９Ａが摩耗していくと、バルブ本体２３は、スプリング２８によって上方に引き上げられ、フラップ２５の上端２５Ａとハウジング２１の内面２１Ｂが干渉し、バルブ本体２３の回転に大きな力が必要となり、排気スロットルバルブ２０の回動調整の作動寿命が短くなる。
【００１９】
［５］ＤＯＣ装置３０
ＤＯＣ装置３０は、ケースを備え、ケースの内部にはディーゼル酸化触媒が収容されている。
ＤＯＣ装置３０は、排気ガス中に必要に応じて供給される燃料（ドージング燃料）を酸化、発熱させて、排気ガス温度を所定の高温域まで上昇させる触媒である。この温度が上昇した排気ガスを利用することで、排気ガス中のＰＭを燃焼させ、後述する出口管１３等に堆積した尿素デポジットを燃焼させて焼却除去し、浄化、再生させる。
【００２０】
［６］尿素水噴射システム４０
尿素水噴射システム４０は、排気ガス中に還元剤水溶液としての尿素水溶液を添加するものである。このような尿素水噴射システム４０は、ＤＯＣ装置３０の出口管１３に取り付けられ、出口管１３内部に尿素水溶液を噴射する噴射ノズル４１と、尿素水溶液が貯蔵される尿素水タンク４２と、尿素水タンク４２から噴射ノズル４１に尿素水溶液を供給するポンプユニット４３とを備える。
制御装置８は、噴射ノズル４１およびポンプユニット４３を制御し、噴射ノズル４１から出口管１３内に尿素水溶液を噴射する。出口管１３内に噴射された尿素水溶液は、排気ガスの熱によって加水分解され、アンモニアとなる。
【００２１】
［７］ＳＣＲ装置５０
ＳＣＲ装置５０は、尿素水溶液を加水分解させて得られるアンモニアを還元剤とすることで、排気ガス中の窒素酸化物を還元浄化するものである。アンモニアは、還元剤として排気ガスと共にＳＣＲ装置５０へ供給される。
なお、ＳＣＲ装置５０の下流側にアンモニア低減触媒を設けてもよい。アンモニア低減触媒は、ＳＣＲ装置５０で未使用とされたアンモニアを酸化処理して無害化するものであり、排気ガスのエミッションをより低減させる。
【００２２】
［８］センサ
排気浄化装置１０には、ディーゼルエンジン２や排気浄化装置１０の状況を検出するための各種センサが設けられている。
すなわち、入口管１２において、排気スロットルバルブ２０の下流側には、排気ガスに含まれるＮＯｘの濃度を検出するＮＯｘセンサ３２が配置されている。ＤＯＣ装置３０には、ＤＯＣ装置３０の入口温度を測定する入口温度センサ３１と、ＤＯＣ装置３０の出口温度を測定する出口温度センサ４５が設けられている。
【００２３】
ＳＣＲ装置５０には、ＳＣＲ内部温度センサ４７と、ＳＣＲ装置５０の出口温度を測定するＳＣＲ出口温度センサ５１が設けられている。
ＳＣＲ装置５０に接続された出口管１４には、ＳＣＲ装置５０から排出される排気ガスに含まれるＮＯｘの濃度を検出するＳＣＲ出口ＮＯｘセンサ５２が配置されている。
これらのセンサは、Controller Area Network（ＣＡＮ）１８を介して制御装置８に接続され、測定データを制御装置８に出力している。
【００２４】
［９］制御装置８
バルブ制御装置としての制御装置８は、作業車両１の定常運転時に、排気スロットルバルブ２０の開度制御を行い、排気ガスの温度を３００℃前後に制御し、ＳＣＲ装置５０の浄化効率を高めている。
制御装置８は、図４に示すように、エンジン回転数取得部８１と、燃料噴射量取得部８２と、バルブ開度制御部８３とを備える。
エンジン回転数取得部８１は、エンジン回転数検出装置６の検出値に基づいて、ディーゼルエンジン２の回転数を取得する。
燃料噴射量取得部８２は、燃料噴射装置７により噴射された燃料噴射量を図示しないセンサで検出し、センサで検出された検出値を取得する。燃料噴射量は、主としてオペレータによるアクセル操作量によって変動する。
【００２５】
バルブ開度制御部８３は、エンジン回転数取得部８１によって取得されたエンジン回転数、および燃料噴射量取得部８２によって取得された燃料噴射量に基づいて、排気スロットルバルブ２０の開度制御を行う。
具体的には、バルブ開度制御部８３は、図５に示すデータテーブルＴＢＬを参照することにより、排気スロットルバルブ２０の開度制御を行う。データテーブルＴＢＬは、ディーゼルエンジン２の回転数、燃料噴射装置７による燃料噴射量に応じて、排気スロットルバルブ２０の開度が記録されており、たとえば、エンジン回転数ＲＰ１、燃料噴射量ＩＮ１の場合における排気スロットルバルブ２０の開度ＯＰ１が記録されている。バルブ開度制御部８３は、開度制御指令として開度ＯＰ１を排気スロットルバルブ２０に出力し、排気スロットルバルブ２０のモータ２２は、開度ＯＰ１に応じてバルブ本体２３を回転させる。
【００２６】
本実施形態のマップＭＡＰは、燃料噴射量に応じて排気スロットルバルブ２０の開度が設定されており、低負荷領域ＡＲ１、中負荷領域ＡＲ２、および高負荷領域ＡＲ３に区画されている。
所定の負荷範囲以下の低負荷領域ＡＲ１は、作業車両１が駆動するトルク以下の領域であり、ディーゼルエンジン２の定格出力における燃料噴射量の略１０％以下の燃料噴射量の領域である。低負荷領域ＡＲ１における排気スロットルバルブ２０の開度は、本実施形態では、全開（０％）に設定されている。なお、低負荷領域ＡＲ１における排気スロットルバルブ２０の開度は、全開に設定されている必要はなく、後述する中負荷領域ＡＲ２における開度よりも大きく設定されていればよい。
【００２７】
所定の負荷範囲となる中負荷領域ＡＲ２は、作業車両１が通常の荷積み、荷下ろし作業を行う際に必要とするトルクの領域であり、ディーゼルエンジン２の定格出力における燃料噴射量の略１０％以上、略４０％未満の領域である。中負荷領域ＡＲ２における排気スロットルバルブ２０の開度は、略７０％から略９０％とされ、燃料噴射量およびエンジン回転数の変動に応じて、排気スロットルバルブ２０の開度が変更される。
所定の負荷範囲を超える高負荷領域ＡＲ３は、排気ガスの温度が、ＤＯＣ装置３０の再生処理温度、およびＳＣＲ装置５０の浄化処理温度以上となる領域であり、作業車両１が積荷に向かって走行する際に必要とする領域である。具体的には、高負荷領域ＡＲ３は、ディーゼルエンジン２の定格出力における燃料噴射量の略４０％以上、１００％以下の領域である。高負荷領域ＡＲ３における排気スロットルバルブ２０の開度は全開（０％）に設定されている。
言い換えれば、中負荷領域は、他の負荷領域よりも排気スロットルバルブ２０の開度を小さく設定している。
【００２８】
また、マップＭＡＰは、中負荷領域ＡＲ２において、エンジン回転数の低回転領域ＡＲ４と、高回転領域ＡＲ５に区画されている。
エンジン回転数の低回転領域ＡＲ４は、作業車両１が駆動することができるディーゼルエンジン２の回転数以下の領域、すなわち、ローアイドリングの領域であり、たとえば、エンジン回転数が略４００ｒｐｍから略１１００ｒｐｍの領域である。低回転領域ＡＲ４における排気スロットルバルブ２０の開度は全開（０％）に設定されている。
エンジン回転数の高回転領域ＡＲ５は、作業車両１が駆動することができるディーゼルエンジン２の回転数の領域であり、エンジン回転数が略１１００ｒｐｍを超える領域である。高回転領域ＡＲ５における排気スロットルバルブ２０の開度は、前述した略７０％から略９０％とされる。
【００２９】
低回転領域ＡＲ４において、開度を全開としたのは、冬期等の低温時に作業車両１をローアイドリング状態としておくと、エンジンオイル、駆動系の潤滑オイルの粘性が高くなっており、アクセルやエンジン、ポンプ等の撹拌抵抗および摺動抵抗が増加する。そのため、駆動トルクが増し、ディーゼルエンジン２の燃料噴射量が大きくなってしまう。この状態で排気スロットルバルブ２０の開度制御を行うと、燃料噴射量が多い領域ＡＲ２に近づき、領域ＡＲ１と領域ＡＲ２に入ったり入らなかったりすることにより、排気スロットルバルブ２０が細かく動作し、排気スロットルバルブ２０の摺動距離が増加してしまう。
そこで、作業車両１のアイドリング状態では、低温、高温を問わず、排気スロットルバルブ２０の開度を全開とすることにより、排気スロットルバルブ２０は動作することなく、排気スロットルバルブ２０の摺動距離を低減させている。
【００３０】
［１０］ＳＣＲ装置５０の再生処理
再生処理としては、図２に示すように、噴射ノズル４１から尿素水溶液を噴射すると、尿素が出口管１３中で結晶化して析出する場合がある。このため、排ガス温度を高温にすることで、出口管１３内の析出物(尿素デポジット)を分解する浄化処理を行う必要がある。浄化処理には、作業車両１が作動して、作業を継続しながら自動的に行う昇温制御と、作業車両１を停止させ、オペレータがモニタ装置９のスイッチ９２を操作することにより、実行される定置手動再生とがあり、制御装置８によって切り換え選択されて制御される。
【００３１】
制御装置８は、ＤＯＣ装置３０の入口側の排気ガスの温度を入口温度センサ３１で測定し、その測定温度に応じて排気スロットルバルブ２０の弁開度を制御して、排気ガスの温度を調整する。
制御装置８は、エンジン回転数検出装置６からエンジン回転数を取得し、入口温度センサ３１からＤＯＣ装置３０の入口側における排気ガスの温度を取得し、ＮＯｘセンサ３２からＤＯＣ装置３０の入口側におけるＮＯｘの濃度を取得する。また、制御装置８は、出口温度センサ４５からＤＯＣ装置３０の出口側における排気ガスの温度を取得し、ＳＣＲ内部温度センサ４７からＳＣＲ触媒の温度を取得し、ＳＣＲ出口温度センサ５１からＳＣＲ出口温度を取得し、ＳＣＲ出口ＮＯｘセンサ５２からＳＣＲ装置５０の出口側におけるＮＯｘの濃度を取得する。
【００３２】
制御装置８は、これらの取得したデータや、オペレータによるアクセル操作などの情報に基づいて、燃料噴射装置７、排気スロットルバルブ２０、噴射ノズル４１、ポンプユニット４３の動作を制御する。
【００３３】
［１１］実施形態の作用および効果
次に、本実施形態の作用について、作業車両１の一例となるホイールローダについて、図５および図６に基づいて説明する。なお、作業車両１の出力トルクは、図５におけるトルクカーブＴＲＱ内を遷移する。
図６に示すように、ホイールローダ等の作業車両１の典型的なＶシェープ作業の積み込み動作として、まず、ディーゼルエンジン２を始動して、アイドリング状態ＳＴ１からオペレータが作業車両１の操縦を開始する。
オペレータは、積荷のある場所に到達するまでは、アクセルを全開にオンさせたアクセル全開状態ＳＴ２で操縦する。
作業車両１が積荷のある場所に近づくと、オペレータは、アクセルをオフにして、ブレーキを踏み込んで減速状態ＳＴ３に入る。
【００３４】
このホイールローダの典型的動作に伴う、排気スロットルバルブ２０の開度制御を、図５を参照して説明する。
まず、アイドリング状態ＳＴ１では、エンジン回転数が、低回転領域ＡＲ４に入るので、排気スロットルバルブ２０は全開状態とされる。
【００３５】
次に、オペレータがアクセルを全開にオンさせたアクセル全開状態ＳＴ２（定格点）では、アイドリング状態ＳＴ１からアクセル全開状態ＳＴ２に向かうので、燃料噴射量が、低回転領域ＡＲ４から高負荷領域ＡＲ３に遷移し、排気スロットルバルブ２０は全開状態を維持する。
最後に、作業車両１が減速状態ＳＴ３になると、アクセルをオフにして、ブレーキを踏むので、燃料は噴射せず、燃料噴射量が、高負荷領域ＡＲ３から低負荷領域ＡＲ１に入り、排気スロットルバルブ２０はさらに全開状態を維持することとなる。
【００３６】
ここで、アクセル全開状態ＳＴ２から低負荷領域ＡＲ１への遷移に際して、排気スロットルバルブ２０の開度が変化する中負荷領域ＡＲ２を通過することとなる。しかし、オペレータが、全開アクセル状態からアクセルオフの状態に変更しても、アクセル操作に対応する作業車両１の実際の動作の遅れが生じる。したがって、マップＭＡＰ上での排気スロットルバルブ２０の開度は、応答の遅れが生じるため、中負荷領域ＡＲ２に遷移せずに、低負荷領域ＡＲ１に直接遷移し、排気スロットルバルブ２０の開度は、全開を維持したままとなり、排気スロットルバルブ２０の摺動距離が増加することはない。
この後、作業車両１は、土砂等の掘削作業に入ると、ディーゼルエンジン２の燃料噴射量が中負荷領域ＡＲ２に入り、排気スロットルバルブ２０の開度制御が作業負荷に応じた燃料噴射量で行われる。
【００３７】
このような本実施形態によれば、作業車両１をアイドリング状態ＳＴ１からアクセル全開状態ＳＴ２、さらには作業車両１の減速状態ＳＴ３に遷移させても、低負荷領域ＡＲ１、高負荷領域ＡＲ３における排気スロットルバルブ２０の開度が全開状態に維持されている。したがって、燃料噴射量が、低負荷領域ＡＲ１から高負荷領域ＡＲ３に変化しても、排気スロットルバルブ２０の摺動距離が増加することがなく、排気スロットルバルブ２０のブッシュ２９の摩耗を必要最低限に抑え、排気スロットルバルブ２０の作動不良を防止することができる。特に、ホイールローダのような作業車両１は、アイドリング状態ＳＴ１から、アクセル全開状態ＳＴ２、減速状態ＳＴ３に遷移する典型的な動作を行うため、本実施形態は有効である。
【００３８】
［１２］実施形態の変形
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、以下に示すような変形をも含むものである。
前述した実施形態では、エンジン回転数の低回転領域ＡＲ４における排気スロットルバルブ２０の開度を全開に設定していたが、これに限らず、低回転領域ＡＲ４においても、高回転領域ＡＲ５と同様の開度を設定してもよい。
前述した実施形態では、ホイールローダを作業車両１としていたが、本発明はこれに限らず、ホイール式バックホー、フォークリフト等に本発明を適用してもよい。要するにホイール式の作業車両であれば、本発明を採用することができる。
【００３９】
前述した実施形態では、排気経路１１中に設けられた排気スロットルバルブ２０の開度制御を行っていたが、本発明はこれに限らず、吸気スロットルバルブに本発明を適用してもよい。
その他、本発明の実施の際の具体的な構造および形状等は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等としてもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１…作業車両、２…ディーゼルエンジン、３…ターボチャージャ、６…エンジン回転数検出装置、７…燃料噴射装置、８…制御装置、９…モニタ装置、１０…排気浄化装置、１１…排気経路、１２…入口管、１３…出口管、１４…出口管、１８…ＣＡＮ、２０…排気スロットルバルブ、２１…ハウジング、２１Ａ…凹部、２１Ｂ…ハウジングの内面、２２…モータ、２３…バルブ本体、２４…シャフト、２５…フラップ、２５Ａ…フラップの上端、２６…球面ワッシャ、２６Ａ…球面ワッシャの上面、２７…リテーナ、２８…スプリング、２９…ブッシュ、２９Ａ…ブッシュの下面、３０…ＤＯＣ装置、３１…入口温度センサ、３２…ＮＯｘセンサ、４０…尿素水噴射システム、４１…噴射ノズル、４２…尿素水タンク、４３…ポンプユニット、４５…出口温度センサ、４７…ＳＣＲ内部温度センサ、５０…ＳＣＲ装置、５１…ＳＣＲ出口温度センサ、５２…ＳＣＲ出口ＮＯｘセンサ、８１…エンジン回転数取得部、８２…燃料噴射量取得部、８３…バルブ開度制御部、９１…通知部、９２…スイッチ、ＡＲ１…低負荷領域、ＡＲ２…中負荷領域、ＡＲ３…高負荷領域、ＡＲ４…低回転領域、ＡＲ５…高回転領域、ＩＮ１…燃料噴射量、ＭＡＰ…マップ、ＯＰ１…開度、ＲＰ１…エンジン回転数、ＳＴ１…アイドリング状態、ＳＴ２…アクセル全開状態、ＳＴ３…減速状態、ＴＲＱ…トルクカーブ。
【図１】
2017138495.tif 000003
【図２】
2017138495.tif 000004
【図３】
2017138495.tif 000005
【図４】
2017138495.tif 000006
【図５】
2017138495.tif 000007
【図６】
2017138495.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成29年7月4日(2017.7.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業車両に搭載される排気浄化装置であって、
エンジンから排出される排気ガスが流れる排気経路と、
前記排気経路の経路面積を変化させるスロットルバルブと、
前記スロットルバルブの下流に配置される排気ガス後処理装置と、
前記スロットルバルブの開度制御を行うバルブ制御装置とを備え、
前記バルブ制御装置は、
所定の負荷範囲以下の低負荷領域および所定の負荷範囲を超える高負荷領域において、所定の負荷範囲となる中負荷領域よりも、前記スロットルバルブの開度を大きく制御し、
前記高負荷領域から前記低負荷領域への遷移に際しては、前記スロットルバルブの開度を維持することを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
作業車両に搭載される排気浄化装置であって、
エンジンから排出される排気ガスが流れる排気経路と、
前記排気経路の経路面積を変化させるスロットルバルブと、
前記スロットルバルブの下流に配置される排気ガス後処理装置と、
前記スロットルバルブの開度制御を行うバルブ制御装置とを備え、
前記バルブ制御装置は、
所定の負荷範囲以下の低負荷領域および所定の負荷範囲を超える高負荷領域において、所定の負荷範囲となる中負荷領域よりも、前記スロットルバルブの開度を大きく制御し、
アクセル全開の状態からアクセルオフの状態に変更したときに、前記スロットルバルブの開度を維持することを特徴とする排気浄化装置。
【請求項３】
作業車両に搭載される排気浄化装置であって、
エンジンから排出される排気ガスが流れる排気経路と、
前記排気経路の経路面積を変化させるスロットルバルブと、
前記スロットルバルブの下流に配置される排気ガス後処理装置と、
前記スロットルバルブの開度制御を行うバルブ制御装置とを備え、
前記バルブ制御装置は、
所定の負荷範囲以下の低負荷領域において、所定の負荷範囲となる中負荷領域よりも、前記スロットルバルブの開度を大きく制御し、かつ、所定の負荷範囲を超える高負荷領域よりも、前記スロットルバルブの開度を小さく制御し、前記高負荷領域において、前記スロットルバルブの開度を全開に制御することを特徴とする排気浄化装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の排気浄化装置において、
前記バルブ制御装置は、前記エンジンの所定の回転数以下の低回転領域において、前記中負荷領域よりも、前記スロットルバルブの開度を大きく制御することを特徴とする排気浄化装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の排気浄化装置において、
前記低負荷領域は、前記作業車両が駆動するトルク以下の領域であることを特徴とする排気浄化装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の排気浄化装置において、
前記排気ガス後処理装置は、ディーゼル酸化触媒装置および選択触媒還元装置であることを特徴とする排気浄化装置。
【請求項７】
作業車両に搭載される排気浄化装置であって、
エンジンから排出される排気ガスが流れる排気経路と、
前記排気経路の経路面積を変化させるスロットルバルブと、
前記スロットルバルブの下流に配置される排気ガス後処理装置と、
前記スロットルバルブの開度制御を行うバルブ制御装置とを備え、
前記バルブ制御装置は、
所定の負荷範囲となる中負荷領域において、他の負荷領域よりも、前記スロットルバルブの開度を小さく制御し、
前記中負荷領域を通過して遷移するに際しては、前記スロットルバルブの開度を維持することを特徴とする排気浄化装置。
【請求項８】
作業車両に搭載される排気浄化装置であって、
エンジンから排出される排気ガスが流れる排気経路と、
前記排気経路の経路面積を変化させるスロットルバルブと、
前記スロットルバルブの下流に配置される排気ガス後処理装置と、
前記スロットルバルブの開度制御を行うバルブ制御装置とを備え、
前記バルブ制御装置は、
所定の負荷範囲となる中負荷領域において、他の負荷領域よりも、前記スロットルバルブの開度を小さく制御し、
アクセル全開の状態からアクセルオフの状態に変更したときに、前記スロットルバルブの開度を維持することを特徴とする排気浄化装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の排気浄化装置を備えていることを特徴とする作業車両。
【手続補正書】
【提出日】平成29年9月13日(2017.9.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業車両に搭載される排気浄化装置であって、
エンジンから排出される排気ガスが流れる排気経路と、
前記排気経路の経路面積を変化させるスロットルバルブと、
前記スロットルバルブの下流に配置される排気ガス後処理装置と、
前記スロットルバルブの開度制御を行うバルブ制御装置とを備え、
前記バルブ制御装置は、
所定の負荷範囲以下の低負荷領域および所定の負荷範囲を超える高負荷領域において、所定の負荷範囲となる中負荷領域よりも、前記スロットルバルブの開度を大きく、かつ前記低負荷領域における開度と、前記高負荷領域における開度とを同じ開度となるように制御し、
前記高負荷領域から前記低負荷領域への遷移に際しては、前記スロットルバルブの開度を維持することを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
作業車両に搭載される排気浄化装置であって、
エンジンから排出される排気ガスが流れる排気経路と、
前記排気経路の経路面積を変化させるスロットルバルブと、
前記スロットルバルブの下流に配置される排気ガス後処理装置と、
前記スロットルバルブの開度制御を行うバルブ制御装置とを備え、
前記バルブ制御装置は、
所定の負荷範囲以下の低負荷領域および所定の負荷範囲を超える高負荷領域において、所定の負荷範囲となる中負荷領域よりも、前記スロットルバルブの開度を大きく、かつ前記低負荷領域における開度と、前記高負荷領域における開度とを同じ開度となるように制御し、
アクセル全開の状態からアクセルオフの状態に変更したときに、前記スロットルバルブの開度を維持することを特徴とする排気浄化装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の排気浄化装置において、
前記バルブ制御装置は、前記エンジンの所定の回転数以下の低回転領域において、前記中負荷領域よりも、前記スロットルバルブの開度を大きく制御することを特徴とする排気浄化装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の排気浄化装置において、
前記低負荷領域は、前記作業車両が駆動するトルク以下の領域であることを特徴とする排気浄化装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の排気浄化装置において、
前記排気ガス後処理装置は、ディーゼル酸化触媒装置および選択触媒還元装置であることを特徴とする排気浄化装置。
【請求項６】
作業車両に搭載される排気浄化装置であって、
エンジンから排出される排気ガスが流れる排気経路と、
前記排気経路の経路面積を変化させるスロットルバルブと、
前記スロットルバルブの下流に配置される排気ガス後処理装置と、
前記スロットルバルブの開度制御を行うバルブ制御装置とを備え、
前記バルブ制御装置は、
所定の負荷範囲となる中負荷領域において、他の負荷領域よりも、前記スロットルバルブの開度を小さく制御するとともに、他の負荷領域における前記スロットルバルブの開度を同じに制御し、前記中負荷領域を通過して遷移するに際しては、前記スロットルバルブの開度を維持することを特徴とする排気浄化装置。
【請求項７】
作業車両に搭載される排気浄化装置であって、
エンジンから排出される排気ガスが流れる排気経路と、
前記排気経路の経路面積を変化させるスロットルバルブと、
前記スロットルバルブの下流に配置される排気ガス後処理装置と、
前記スロットルバルブの開度制御を行うバルブ制御装置とを備え、
前記バルブ制御装置は、
所定の負荷範囲となる中負荷領域において、他の負荷領域よりも、前記スロットルバルブの開度を小さく制御するとともに、他の負荷領域における前記スロットルバルブの開度を同じに制御し、
アクセル全開の状態からアクセルオフの状態に変更したときに、前記スロットルバルブの開度を維持することを特徴とする排気浄化装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の排気浄化装置を備えていることを特徴とする作業車両。
【手続補正書】
【提出日】平成29年12月15日(2017.12.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業車両に搭載される排気浄化装置であって、
エンジンから排出される排気ガスが流れる排気経路と、
前記排気経路の経路面積を変化させるスロットルバルブと、
前記スロットルバルブの下流に配置される排気ガス後処理装置と、
前記スロットルバルブの開度制御を行うバルブ制御装置とを備え、
前記バルブ制御装置は、
所定の負荷範囲以下の低負荷領域および所定の負荷範囲を超える高負荷領域における前記スロットルバルブの開度を、所定の負荷範囲となる中負荷領域における前記スロットルバルブの開度以上とし、かつ前記低負荷領域における開度と、前記高負荷領域における開度とを同じ開度となるように制御し、
前記高負荷領域から前記低負荷領域に直接遷移する場合、前記スロットルバルブの開度を維持することを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
作業車両に搭載される排気浄化装置であって、
エンジンから排出される排気ガスが流れる排気経路と、
前記排気経路の経路面積を変化させるスロットルバルブと、
前記スロットルバルブの下流に配置される排気ガス後処理装置と、
前記スロットルバルブの開度制御を行うバルブ制御装置とを備え、
前記バルブ制御装置は、
所定の負荷範囲以下の低負荷領域および所定の負荷範囲を超える高負荷領域における前記スロットバルブの開度を、所定の負荷範囲となる中負荷領域における前記スロットルバルブの開度以上とし、かつ前記低負荷領域における開度と、前記高負荷領域における開度とを同じ開度となるように制御し、
アクセル全開の状態からブレーキを踏み込んでアクセルオフの状態に変更したときに、前記スロットルバルブの開度を維持することを特徴とする排気浄化装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の排気浄化装置において、
前記バルブ制御装置は、前記エンジンの所定の回転数以下の低回転領域において、前記中負荷領域よりも、前記スロットルバルブの開度を大きく制御することを特徴とする排気
浄化装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の排気浄化装置において、
前記低負荷領域は、前記作業車両が駆動するトルク以下の領域であることを特徴とする排気浄化装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の排気浄化装置において、
前記排気ガス後処理装置は、ディーゼル酸化触媒装置および選択触媒還元装置であることを特徴とする排気浄化装置。
【請求項６】
作業車両に搭載される排気浄化装置であって、
エンジンから排出される排気ガスが流れる排気経路と、
前記排気経路の経路面積を変化させるスロットルバルブと、
前記スロットルバルブの下流に配置される排気ガス後処理装置と、
前記スロットルバルブの開度制御を行うバルブ制御装置とを備え、
前記バルブ制御装置は、
所定の負荷範囲となる中負荷領域における前記スロットルバルブの開度を、他の負荷領域における前記スロットルバルブの開度以下に制御するとともに、他の負荷領域における前記スロットルバルブの開度を同じに制御し、前記中負荷領域を経ることなく他の負荷領域間を直接遷移するに際しては、前記スロットルバルブの開度を維持することを特徴とする排気浄化装置。
【請求項７】
作業車両に搭載される排気浄化装置であって、
エンジンから排出される排気ガスが流れる排気経路と、
前記排気経路の経路面積を変化させるスロットルバルブと、
前記スロットルバルブの下流に配置される排気ガス後処理装置と、
前記スロットルバルブの開度制御を行うバルブ制御装置とを備え、
前記バルブ制御装置は、
所定の負荷範囲となる中負荷領域における前記スロットバルブの開度を、他の負荷領域における前記スロットルバルブの開度以下に制御するとともに、他の負荷領域における前記スロットルバルブの開度を同じに制御し、
アクセル全開の状態からブレーキを踏み込んでアクセルオフの状態に変更したときに、前記スロットルバルブの開度を維持することを特徴とする排気浄化装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の排気浄化装置を備えていることを特徴とする作業車両。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る排気浄化装置を備えた作業車両の概略構成を示す模式図。
【図２】前記実施形態における排気スロットルバルブの構造を示す断面図。
【図３】前記実施形態における排気スロットルバルブの要部を示す断面図。
【図４】前記実施形態における制御装置の構造を示す機能ブロック図。
【図５】前記実施形態における排気スロットルバルブの開度制御のデータテーブルを示す模式図。
【図６】前記実施形態における作用を説明するための模式図。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
このような排気スロットルバルブ２０は、弁開度を小さくして（開口面積を小さくして）圧力抵抗を高めると、排気スロットルバルブ２０の上流側にあるディーゼルエンジン２内部の圧力も高くなる。このように圧力抵抗が増加した際に、ディーゼルエンジン２から出力されるトルクを維持するには、燃料噴射装置から噴射される燃料噴射量を増加させる必要があり、燃焼温度が上昇して排気ガスの温度を上昇することができる。ただし、燃料噴射量が増大するため燃費は低下する。
この際、制御装置８は、詳しくは後述するが、燃料噴射量およびエンジン回転数に応じて弁開度を設定するデータテーブルを用いて、排気スロットルバルブ２０の弁開度を制御する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
本実施形態のデータテーブルＴＢＬは、燃料噴射量に応じて排気スロットルバルブ２０の開度が設定されており、低負荷領域ＡＲ１、中負荷領域ＡＲ２、および高負荷領域ＡＲ３に区画されている。
所定の負荷範囲以下の低負荷領域ＡＲ１は、作業車両１が駆動するトルク以下の領域であり、ディーゼルエンジン２の定格出力における燃料噴射量の略１０％以下の燃料噴射量の領域である。低負荷領域ＡＲ１における排気スロットルバルブ２０の開度は、本実施形態では、全開（０％）に設定されている。なお、低負荷領域ＡＲ１における排気スロットルバルブ２０の開度は、全開に設定されている必要はなく、後述する中負荷領域ＡＲ２における開度よりも大きく設定されていればよい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
また、データテーブルＴＢＬは、中負荷領域ＡＲ２において、エンジン回転数の低回転領域ＡＲ４と、高回転領域ＡＲ５に区画されている。
エンジン回転数の低回転領域ＡＲ４は、作業車両１が駆動することができるディーゼルエンジン２の回転数以下の領域、すなわち、ローアイドリングの領域であり、たとえば、エンジン回転数が略４００ｒｐｍから略１１００ｒｐｍの領域である。低回転領域ＡＲ４における排気スロットルバルブ２０の開度は全開（０％）に設定されている。
エンジン回転数の高回転領域ＡＲ５は、作業車両１が駆動することができるディーゼルエンジン２の回転数の領域であり、エンジン回転数が略１１００ｒｐｍを超える領域である。高回転領域ＡＲ５における排気スロットルバルブ２０の開度は、前述した略７０％から略９０％とされる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
［１０］ＳＣＲ装置５０の再生処理
再生処理としては、図１に示すように、噴射ノズル４１から尿素水溶液を噴射すると、尿素が出口管１３中で結晶化して析出する場合がある。このため、排ガス温度を高温にすることで、出口管１３内の析出物(尿素デポジット)を分解する浄化処理を行う必要がある。浄化処理には、作業車両１が作動して、作業を継続しながら自動的に行う昇温制御と、作業車両１を停止させ、オペレータがモニタ装置９のスイッチ９２を操作することにより、実行される定置手動再生とがあり、制御装置８によって切り換え選択されて制御される。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
ここで、アクセル全開状態ＳＴ２から低負荷領域ＡＲ１への遷移に際して、排気スロットルバルブ２０の開度が変化する中負荷領域ＡＲ２を通過することとなる。しかし、オペレータが、全開アクセル状態からアクセルオフの状態に変更しても、アクセル操作に対応する作業車両１の実際の動作の遅れが生じる。したがって、データテーブルＴＢＬ上での排気スロットルバルブ２０の開度は、応答の遅れが生じるため、中負荷領域ＡＲ２に遷移せずに、低負荷領域ＡＲ１に直接遷移し、排気スロットルバルブ２０の開度は、全開を維持したままとなり、排気スロットルバルブ２０の摺動距離が増加することはない。
この後、作業車両１は、土砂等の掘削作業に入ると、ディーゼルエンジン２の燃料噴射量が中負荷領域ＡＲ２に入り、排気スロットルバルブ２０の開度制御が作業負荷に応じた燃料噴射量で行われる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
１…作業車両、２…ディーゼルエンジン、３…ターボチャージャ、６…エンジン回転数検出装置、７…燃料噴射装置、８…制御装置、９…モニタ装置、１０…排気浄化装置、１１…排気経路、１２…入口管、１３…出口管、１４…出口管、１８…ＣＡＮ、２０…排気スロットルバルブ、２１…ハウジング、２１Ａ…凹部、２１Ｂ…ハウジングの内面、２２…モータ、２３…バルブ本体、２４…シャフト、２５…フラップ、２５Ａ…フラップの上端、２６…球面ワッシャ、２６Ａ…球面ワッシャの上面、２７…リテーナ、２８…スプリング、２９…ブッシュ、２９Ａ…ブッシュの下面、３０…ＤＯＣ装置、３１…入口温度センサ、３２…ＮＯｘセンサ、４０…尿素水噴射システム、４１…噴射ノズル、４２…尿素水タンク、４３…ポンプユニット、４５…出口温度センサ、４７…ＳＣＲ内部温度センサ、５０…ＳＣＲ装置、５１…ＳＣＲ出口温度センサ、５２…ＳＣＲ出口ＮＯｘセンサ、８１…エンジン回転数取得部、８２…燃料噴射量取得部、８３…バルブ開度制御部、９１…通知部、９２…スイッチ、ＡＲ１…低負荷領域、ＡＲ２…中負荷領域、ＡＲ３…高負荷領域、ＡＲ４…低回転領域、ＡＲ５…高回転領域、ＩＮ１…燃料噴射量、ＴＢＬ…データテーブル、ＯＰ１…開度、ＲＰ１…エンジン回転数、ＳＴ１…アイドリング状態、ＳＴ２…アクセル全開状態、ＳＴ３…減速状態、ＴＲＱ…トルクカーブ。
【国際調査報告】
2017138495.tif 000009
2017138495.tif 000010
2017138495.tif 000011