(57)【要約】  エンジン駆動作業機１は、ディーゼルエンジン１０と、該エンジン１０によって駆動される発電体３０と、エンジン１０から排出される排気を浄化する排気浄化装置２０と、エンジン１０の吸気を絞るＶＧＴ１３と、発電体３０と負荷との間に接続可能な予備負荷４０とを備えている。排気浄化装置２０の内部の堆積物を除去する際に、ＶＧＴ１３を絞ることにより、エンジン１０からの排気の温度を上昇させ、排気浄化装置２０の堆積物を除去するために吸気を絞る際に、発電体３０に予備負荷４０を接続することにより、エンジン１０の吸気量を増大させる。
2019087276.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルエンジンと、
前記ディーゼルエンジンによって駆動される発電体と、
前記ディーゼルエンジンから排出される排気を浄化する排気浄化手段と、
前記ディーゼルエンジンの吸気を絞る少なくとも１つの吸気絞り手段と、
前記発電体と負荷との間に接続可能な予備負荷とを備え、
前記排気浄化手段の内部に堆積する堆積物を除去する際に、前記吸気絞り手段を絞ることにより、前記ディーゼルエンジンからの排気の温度を上昇させるエンジン駆動作業機において、
前記排気浄化手段の内部の堆積物を除去するために、前記吸気絞り手段によって吸気を絞る際に、前記発電体に前記予備負荷を接続することにより、前記ディーゼルエンジンの吸気量を増大させる、エンジン駆動作業機。
【請求項２】
請求項１に記載のエンジン駆動作業機において、
前記排気浄化手段は、尿素選択触媒還元装置である、エンジン駆動作業機。
【請求項３】
請求項１に記載のエンジン駆動作業機において、
前記排気浄化手段は、尿素選択触媒還元装置及びディーゼル微粒子捕集フィルタ装置の少なくとも１つである、エンジン駆動作業機。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンジン駆動作業機において、
前記予備負荷は、前記吸気絞り手段が吸気を絞る前に前記発電体と接続される、エンジン駆動作業機。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のエンジン駆動作業機において、
前記ディーゼルエンジンには、該ディーゼルエンジンの吸気を過給するターボチャージャが配設されており、
前記吸気絞り手段は、前記ターボチャージャにおける可動ベーンである、エンジン駆動作業機。
【請求項６】
請求項５に記載のエンジン駆動作業機において、
前記発電体と前記予備負荷との接続による前記ディーゼルエンジンの吸気量は、前記ターボチャージャにおける過給圧の上昇により増大する、エンジン駆動作業機。
【請求項７】
請求項５又は６に記載のエンジン駆動作業機において、
前記予備負荷の容量は、前記排気浄化手段の内部の堆積物を除去するために前記吸気絞り手段によって吸気を絞った際の前記ディーゼルエンジンの無負荷運転時の過給圧が、吸気を絞る前の当該無負荷運転時の過給圧に対して９０％以上となるように設定されている、エンジン駆動作業機。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載のエンジン駆動作業機において、
前記ディーゼルエンジンには、該ディーゼルエンジンの吸気量を調節するスロットルバルブが配設されており、
前記吸気絞り手段は、前記スロットルバルブである、エンジン駆動作業機。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載のエンジン駆動作業機において、
前記予備負荷は、電気ヒータである、エンジン駆動作業機。
【請求項１０】
請求項９に記載のエンジン駆動作業機において、
前記予備負荷は、前記ディーゼルエンジンの排風路に配置されている、エンジン駆動作業機。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載のエンジン駆動作業機において、
前記排気浄化手段における堆積物の除去は、所定の時間が経過するごとに行う、エンジン駆動作業機。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載のエンジン駆動作業機において、
前記予備負荷の容量は、前記排気浄化手段の内部の堆積物を除去するために前記吸気絞り手段によって吸気を絞った際の前記ディーゼルエンジンの無負荷運転時の負荷率が、３０％以上となるように設定されている、エンジン駆動作業機。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載のエンジン駆動作業機において、
前記ディーゼルエンジンの運転を制御するエンジン制御手段と、前記予備負荷の動作を制御する予備負荷制御手段とをさらに備え、
前記エンジン制御手段は、前記予備負荷制御手段に対して前記排気浄化手段の内部の堆積物を除去するパージ処理を要求するパージ要求信号を送信し、
前記予備負荷制御手段は、前記パージ要求信号を受信した際に、前記予備負荷をオン状態とする、エンジン駆動作業機。
【請求項１４】
請求項１３に記載のエンジン駆動作業機において、
前記エンジン制御手段に対して、パージ処理を禁止するパージ禁止信号及び該パージ禁止信号を解除するパージ禁止解除信号を送信する制御手段をさらに備え、
前記制御手段は、通常の運転を行っている際には、前記エンジン制御手段に、前記パージ禁止信号を送信し、前記パージ要求信号を受信してから所定の時間経過した後に、前記エンジン制御手段に前記パージ禁止解除信号を送信する、エンジン駆動作業機。
【請求項１５】
請求項１４に記載のエンジン駆動作業機において、
前記制御手段は、ブースト圧が所定の時間、閾値を超えるか、エンジン負荷率が所定の時間、閾値を超えるか、又は前記パージ要求信号を受信してから所定の時間経過した後に、前記エンジン制御手段に対して前記パージ禁止解除信号を送信する、エンジン駆動作業機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、エンジン駆動作業機に関し、特に、排気浄化装置を備えたエンジン駆動作業機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ディーゼルエンジンを発電機の駆動に用いるエンジン駆動発電機において、当該ディーゼルエンジンの排気の後処理装置を設けることが一般的となりつつある。【０００３】
排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の浄化装置には、例えば、尿素水を加水分解したアンモニアを還元剤として窒素（Ｎ２）と水（Ｈ２Ｏ）とに還元する尿素選択触媒還元（selective catalytic reduction：ＳＣＲ）装置（以下、尿素ＳＣＲ装置と呼ぶ。）がある。【０００４】
尿素は、２００℃から３００℃程度の雰囲気において、その一部が白色の堆積物（シアヌル酸）となり、尿素ＳＣＲ装置内の排気通路を塞いでしまう。このため、この堆積物を定期的に除去する必要がある。本明細書では、この堆積物の除去処理をパージ処理と呼ぶ。この堆積物を昇華して除去するパージ処理には、２５０℃（好ましくは、３５０℃）以上の温度が必要となるため、排気の温度を一定期間上昇させる必要がある。【０００５】
排気温度を上昇させるには、一例として、エンジンの燃焼室に導入される空気の量を減らすという方法がある。該エンジンに過給機、例えばターボチャージャ、特に可変容量ターボチャージャ（variable geometry turbocharger：ＶＧＴ）が設けられている場合は、ＶＧＴに設けられている可動ベーンの開度を調節して、燃焼室への空気の導入量を減らすことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５８８２４０８号公報
【特許文献２】特開２０１６−１０４９７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、本願発明者らは、種々検討の結果、パージ処理中に、燃焼室に導入される空気量が減少することにより燃焼圧力が下がり、この状態でエンジン駆動発電機に負荷が投入されると、当該エンジンの回転数の落ち込みが大きく、エンジンがストールすることや、低回転のままエンジン回転数が復帰しないなど、エンジンの調速性能が悪化することを確認している。【０００８】
本開示は、前記従来の問題を解決し、尿素ＳＣＲ装置等の排気浄化処理装置に対するパージ処理を行う際に生じるエンジンの調速性能の悪化を抑制できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の目的を達成するため、本開示は、パージ処理の開始前に、予備的な負荷（以下、予備負荷とも呼ぶ。）を発電機に投入することにより、エンジンの燃焼室への空気の導入量を増大する構成とする。【００１０】
具体的に、本開示は、エンジン駆動作業機を対象とし、次のような解決手段を講じた。【００１１】
すなわち、本開示の第１の態様は、ディーゼルエンジンと、該ディーゼルエンジンによって駆動される発電体と、ディーゼルエンジンから排出される排気を浄化する排気浄化手段と、ディーゼルエンジンの吸気を絞る少なくとも１つの吸気絞り手段と、発電体と負荷との間に接続可能な予備負荷とを備え、排気浄化手段の内部に堆積する堆積物を除去する際に、吸気絞り手段を絞ることにより、ディーゼルエンジンからの排気の温度を上昇させるエンジン駆動作業機を対象とし、排気浄化手段の内部の堆積物を除去するために、吸気絞り手段によって吸気を絞る際に、発電体に予備負荷を接続することにより、ディーゼルエンジンの吸気量を増大させる。【００１２】
これによれば、排気浄化手段の内部に堆積する堆積物を除去する際に、吸気絞り手段を絞ることにより、ディーゼルエンジンからの排気の温度を上昇させると共に、さらに、吸気を絞る際に、発電体に予備負荷を接続することにより、ディーゼルエンジンの吸気量を増大させる。このため、排気浄化手段におけるパージ処理に必要な排気温度を得られるのと同時に、予備負荷によって燃焼室への空気の導入量が増大して吸気圧が高くなるので、調速性能の悪化を抑制することができる。【００１３】
第２の態様は、上記第１の態様において、排気浄化手段は、尿素選択触媒還元装置であってもよい。【００１４】
このようにすると、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去することができる。【００１５】
第３の態様は、上記第１の態様において、排気浄化手段は、尿素選択触媒還元装置及びディーゼル微粒子捕集フィルタ（diesel particulate filter：ＤＰＦ）装置（以下、ＤＰＦ装置と呼ぶ。）の少なくとも１つであってもよい。【００１６】
このようにすると、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）及び／又は粒子状物質（particulate material：ＰＭ）を除去することができる。【００１７】
第４の態様は、上記第１〜第３の態様において、予備負荷は、吸気絞り手段が吸気を絞る前に発電体と接続されてもよい。【００１８】
例えば、吸気絞り手段により吸気を絞った後に予備負荷を投入すると、予備負荷の投入によるエンジンの吸気量の増量が遅れるおそれがあり、従って、予備負荷は、吸気絞り手段で吸気を絞る前に発電体と接続されるのが好ましい。【００１９】
第５の態様は、上記第１〜第４の態様において、ディーゼルエンジンには、該ディーゼルエンジンの吸気を過給するターボチャージャが配設されており、吸気絞り手段は、ターボチャージャにおける可動ベーンであってもよい。【００２０】
このようにすると、当該ディーゼルエンジンを高出力化できると共に、吸気の過給圧（ブースト圧）を容易に変更することができる。【００２１】
この場合に、第６の態様は、上記第５の態様において、発電体と予備負荷との接続によるディーゼルエンジンの吸気量は、ターボチャージャにおける過給圧の上昇により増大する。【００２２】
これによれば、ディーゼルエンジンに過給手段として可変容量ターボチャージャが設けられている場合は、該ディーゼルエンジンの吸気量を増大させることが容易となる。【００２３】
この場合に、第７の態様は、上記第５又は第６の態様において、予備負荷の容量は、排気浄化手段の内部の堆積物を除去するために吸気絞り手段によって吸気を絞った際のディーゼルエンジンの無負荷運転時の過給圧が、吸気を絞る前の当該無負荷運転時の過給圧に対して９０％以上となるように設定されていてもよい。【００２４】
このようにすると、エンジンの調速性能をほぼ確実に維持することができる。【００２５】
また、第８の態様は、上記第１〜第７の態様において、ディーゼルエンジンには、該ディーゼルエンジンの吸気量を調節するスロットルバルブが配設されており、吸気絞り手段は、スロットルバルブであってもよい。【００２６】
このようにすると、吸気量を容易に変更することができる。【００２７】
第９の態様は、上記第１〜第８の態様において、予備負荷は電気ヒータであってもよい。【００２８】
このようにすると、電気ヒータは、負荷として動作が安定しており、且つ入手も容易であるため好ましい。【００２９】
第１０の態様は、第９の態様において、予備負荷はディーゼルエンジンの排風路に配置されていてもよい。【００３０】
このようにすると、予備負荷としての電気ヒータを他の手段を設けることなく容易に冷却することができる。【００３１】
第１１の態様は、上記第１〜第１０の態様において、排気浄化手段における堆積物の除去は、所定の時間が経過するごとに行ってもよい。【００３２】
このようにすると、パージ処理が定期的に行われるので、排気浄化手段の浄化能力を維持することができる。【００３３】
第１２の態様は、上記第１〜第１１の態様において、予備負荷の容量は、排気浄化手段の内部の堆積物を除去するために吸気絞り手段によって吸気を絞った際のディーゼルエンジンの無負荷運転時の負荷率が、３０％以上となるように設定されていてもよい。なお、エンジンの負荷率とは、所定のエンジン回転数における該エンジンの最大トルクに対するエンジントルクの割合をいう。（本エンジンは一定の回転数で運転される。）
このようにすると、エンジンの調速性能をほぼ確実に維持することができる。【００３４】
第１３の態様は、上記第１〜第１２の態様において、ディーゼルエンジンの運転を制御するエンジン制御手段と、予備負荷の動作を制御する予備負荷制御手段とをさらに備え、エンジン制御手段は、予備負荷制御手段に対して排気浄化手段の内部の堆積物を除去するパージ処理を要求するパージ要求信号を送信し、予備負荷制御手段は、パージ要求信号を受信した際に、予備負荷をオン状態としてもよい。【００３５】
このように、少なくともエンジン制御手段と予備負荷制御手段とを備えることにより、エンジン制御手段からの定期的又は不定期のパージ要求に対して、予備負荷の投入タイミングの協調制御を行うことができる。【００３６】
第１４の態様は、上記第１３の態様において、エンジン制御手段に対して、パージ処理を禁止するパージ禁止信号及び該パージ禁止信号を解除するパージ禁止解除信号を送信する制御手段をさらに備え、制御手段は、通常の運転を行っている際には、エンジン制御手段にパージ禁止信号を送信し、パージ要求信号を受信してから所定の時間経過した後に、エンジン制御手段にパージ禁止解除信号を送信してもよい。【００３７】
このようにすると、パージ処理を開始するよりも前に、予備負荷の投入タイミングの協調制御を的確に行うことができる。【００３８】
第１５の態様は、上記第１４の態様において、制御手段は、ブースト圧が所定の時間閾値を超えるか、エンジン負荷率が所定の時間、閾値を超えるか、又はパージ要求信号を受信してから所定の時間経過した後に、エンジン制御手段に対してパージ禁止解除信号を送信してもよい。【００３９】
このようにすると、ブースト圧又はエンジン負荷率が所定の時間、閾値を超えた場合にも、予備負荷の投入タイミングの協調制御を的確に行うことができる。
【発明の効果】
【００４０】
本開示によれば、エンジン駆動作業機における排気浄化処理装置のパージ処理を行う際に生じるエンジンの調速性能の悪化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】図１は一実施形態に係るエンジン駆動発電機を示す模式的な側面図である。
【図２】図２は一実施形態に係るエンジン駆動発電機の要部同士の結線図である。
【図３】図３は一実施形態に係るエンジン駆動発電機のタイミング図である。
【図４】図４は一実施形態に係るエンジン駆動発電機を構成するＳＣＲ基板のフロー図である。
【図５】図５は一実施形態に係るエンジン駆動発電機を構成する制御基板のフロー図である。
【図６】図６は一実施形態に係るエンジン駆動発電機におけるエンジンの補機を構成するターボチャージャの要部を示す模式的な断面図である。
【図７】図７は一実施形態に係るエンジン駆動発電機におけるエンジンを構成する燃焼室及び吸排気部を示す模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
ディーゼルエンジンを発電機の駆動に用いるエンジン駆動発電機には、排気浄化装置としてＮＯｘを浄化する尿素ＳＣＲ装置が搭載されることがある。上述したように、尿素ＳＣＲ装置は、定期的に、例えば数十時間ごとにパージ処理を行う必要がある。但し、パージ処理の所要時間は最大でも１０分間程度であり、該パージ処理中に負荷を投入した場合のエンジンの調速性能の悪化については、尿素ＳＣＲ装置の性能を維持する上でも容認せざるを得なかった。
【００４３】
しかしながら、エンジン駆動発電機を無人の状態で使用する場合などでは、この調速性能の悪化は、例えば、ポンプやコンプレッサなどの断続する負荷への応答性が低下したり、使用中の負荷（機器）が停止したりするというおそれがあり、決して無視することはできない。
【００４４】
そこで、本願発明者らは、パージ処理の前に吸気圧、例えばブースト圧を、予め低下する圧力分を補償する程度に高めることにより、調速性能の悪化を抑制することができることを見出した。
【００４５】
なお、エンジンの調速性能試験では、負荷投入時のエンジン立ち上がり時に、整定時間が８ｓ以内で、負荷投入時のエンジンの速度変動率が１０％以内に収まるようにする必要がある。
【００４６】
（一実施形態）
以下、本開示の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本開示、その適用物又はその用途を制限することを意図しない。
【００４７】
以下、本開示の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００４８】
図１は、一実施形態に係るエンジン駆動作業機の一例であるエンジン駆動発電機の側面構成を模式的に表している。ここでは、便宜のために正面側のボンネットを省略している。図１に示すように、エンジン駆動発電機１は、基台となるフレーム２と、該フレーム２を覆うボンネット３とからなる筐体４を有している。
【００４９】
フレーム２の上には、水冷式のディーゼルエンジン（以下、単にエンジンと呼ぶ。）１０と、排気浄化手段としての排気浄化装置２０と、エンジン１０によって駆動される作業体である発電体（発電機）３０と、該発電体３０と電気的に接続される負荷（図示せず）との間に接続可能な予備負荷４０と、エンジン１０及び予備負荷４０を制御する制御部５０とが配設されている。ここで、予備負荷４０には、抵抗体、例えば、電気ヒータ又はランプ等を用いることができる。電気ヒータ又はランプは、負荷としての動作が安定しており、また、入手も容易である。
【００５０】
エンジン１０の側方には、該エンジン１０の冷却水を熱交換するラジエータ１１が設けられている。また、該エンジン１０におけるラジエータ１１と対向する側面には、該ラジエータ１１を冷却する冷却風を発生させる冷却ファン１２が設けられている。
【００５１】
エンジン１０には、例えば、吸気マニホールドの上流側に、シリンダ内への吸気量を変更可能なスロットルバルブ（図示せず）が設けられていてもよい。該スロットルバルブは、吸気絞り手段の一例である。
【００５２】
また、エンジン１０には、排気マニホールドの下流側に、排気圧により吸気を過給するターボチャージャ１３が設けられている。該ターボチャージャ１３は、可動ベーンを有する可変容量ターボチャージャ（ＶＧＴ）であることが好ましい。該可動ベーンは、吸気絞り手段の一例である。該ターボチャージャ１３を通過した排気を排出する排気管１４の下流側部分には、排気浄化装置２０が接続されている。
【００５３】
排気浄化装置２０は、例えば、排気管１４の下流側に接続され、ＮＯｘを還元する尿素ＳＣＲ装置であり、フレーム２上における尿素ＳＣＲ装置の近傍の領域には、該尿素ＳＣＲ装置にアンモニアとして添加する尿素水を収容する尿素水タンク２３が配置される。
【００５４】
排気浄化装置２０は、粒子状物質（ＰＭ）を捕集するＤＰＦ装置の場合もあり、尿素ＳＣＲ装置とＤＰＦ装置の双方を備えることもある。また、排気浄化装置２０は排気ガス出口１５を有する。
【００５５】
予備負荷４０は、フレーム２上におけるラジエータ１１に対してエンジン１０と反対側の領域に配置されている。これにより、予備負荷４０は、排風路の途上に配置されるので、他の手段によらずに冷却が可能となる。その上、予備負荷４０がエンジン音及びラジエータ１１の排風の遮蔽物となるので、エンジン駆動発電機１の騒音を低減することができる。
【００５６】
制御部５０は、例えば、エンジン制御モジュール（engine control module：ＥＣＭ）５１と、ＳＣＲ基板５２と、制御基板５３と、コンタクタ（接触器）５４とを含んでいる。ＥＣＭ５１は、エンジン１０及びその補機を含むエンジン制御手段の一例である。ＳＣＲ基板５２は、予備負荷４０と発電体３０との間の接続を開閉するコンタクタ５４を制御する予備負荷制御手段の一例である。制御基板５３は、ＥＣＭ５１に対して、パージ禁止信号及び該パージ禁止信号の解除信号を送信する。制御基板５３は制御手段の一例である。ＥＣＭ５１、ＳＣＲ基板５２及び制御基板５３には、それぞれマイクロプロセッサ、メモリ装置及び入出力装置が搭載されており、電気配線によって互いに接続されて相互に通信を行うことができる。この場合の通信プロトコルには、例えば、ＣＡＮ（controller-area network）プロトコルを用いることができる。
【００５７】
図２は本実施形態に係るエンジン駆動発電機１における結線図である。図２に示すように、上述のＥＣＭ５１、ＳＣＲ基板５２及び制御基板５３は、撚り対線によって互いに結線されている。
【００５８】
ＥＣＭ５１は、エンジン１０と電気的に接続されている。具体的には、ＥＣＭ５１は、エンジン１０に設けられた、吸気圧センサ、過給圧（以下、ブースト圧）センサ及びトルクセンサ等の複数のセンサと電気的に接続されている。
【００５９】
エンジン１０は発電体３０と接続され、該発電体３０はコンタクタ５４及びメイン負荷（ユーザ使用の負荷）６０と接続されている。
【００６０】
ＳＣＲ基板５２はコンタクタ５４と接続され、該コンタクタ５４は、発電体３０と予備負荷４０との間を開閉可能に接続されている。
【００６１】
（排気浄化装置に対するパージ処理）
図３に排気浄化装置２０である尿素ＳＣＲ装置に対して行うパージ処理におけるタイミングチャートを示す。ここでのパージ処理は、複数種類のパージ処理のうち、上述した、尿素ＳＣＲ装置内に堆積する白色の生成物（シアヌル酸）を高温で昇華して除去する処理である。
【００６２】
以下に、図２及び図３を参照しながら、本パージ処理の動作タイミングを説明する。ここでは、エンジン駆動発電機１がパージ処理を行っていない通常の運転状態にある場合を想定している。
【００６３】
（１）エンジン１０が通常の運転を行っている場合には、制御基板５３は、ＥＣＭ５１に対して所定の周期でパージ禁止信号を送信する。
【００６４】
（２）ＥＣＭ５１は、制御基板５３及びＳＣＲ基板５２に対して、例えば積算した所定の運転時間ごと、一例として３０時間ごとにパージ要求信号を送信する。パージ要求信号を受信したＳＣＲ基板５２は、コンタクタ５４により予備負荷４０を発電体３０と接続させて、該予備負荷４０をオン状態とする。
【００６５】
（３）一方、パージ要求信号を受信した制御基板５３は、エンジン１のブースト圧又はエンジン負荷率が所定の閾値を所定の時間超えている場合には、ＥＣＭ５１に対して、パージ禁止信号の解除信号（パージ禁止信号のオフ信号）を送信する。これと同時に、ＥＣＭ５１は、エンジン１０に対して吸気量を減らすように指示し、排気の温度を上昇させてパージ処理を開始する。このように、ブースト圧だけでなく、エンジン負荷率の閾値をも判定の対象とするのは、当該エンジン駆動発電機１を高地で稼動させる場合の気圧の低下を考慮するためである。
【００６６】
なお、エンジン１０への吸気量の減少は、ターボチャージャ１３の可動ベーンの間隔を調整（大きく）するか、スロットルバルブを閉じ気味にすればよい。または、その双方の動作を同時に行ってもよい。
【００６７】
ここで、ＶＧＴであるターボチャージャ１３の排気側の構成（図１０）と、スロットルバルブ（図１１）との概略構成を示す。
【００６８】
図１０に示すように、ターボチャージャ１３は、排気を受けるタービンホイール１３ａと、該タービンホイール１３ａの周囲に配設され、互いの間隔を調整して排気の流量を調節する複数の可動ベーン１３ｂとを有している。可動ベーン１３ｂ同士の間隔を開き気味にすると、排気量が同一の場合は、タービンホイール１３ａの回転が遅くなって吸気量は減少する。
【００６９】
また、図１１に示すように、エンジン１０は、ピストン１０ａと、該ピストン１０ａの頂面と燃焼室１０ｂを構成する吸気バルブ１０ｃ及び排気バルブ１０ｄと、吸気バルブ１０ｃでその下流端が開閉される吸気管１０ｅと、排気バルブ１０ｄでその上流端が開閉される排気管１４とを有している。燃焼室１０ｂの上部で吸気バルブ１０ｃと排気バルブ１０ｄとの間には、燃料を噴射する噴射ノズル１０ｇが設けられている。また、吸気管１０ｅにおける吸気バルブ１０ｃの上流側には、吸気の流量を調節するスロットルバルブ１０ｈが設けられている。
【００７０】
（４）図３の下段のブースト圧のグラフに示すように、予備負荷を投入しない従来の場合は、（３）の段階で、ブースト圧が低下し、この段階で、仮にメイン負荷６０が投入された場合には、エンジン１０の調速性能は維持されないおそれがある。しかしながら、本実施形態においては、（２）の段階で予め予備負荷４０を投入して、ブースト圧を所定の閾値を超える程度にまで上昇させているため、パージ処理の開始によりブースト圧が低下しても、（４）の段階では、通常運転時のブースト圧をほぼ維持することができる。これにより、エンジン１０の調速性能が改善されることが分かる。
【００７１】
（５）本件のパージ処理は、通常１０分以内で終了するため、該パージ処理が終了すれば、ＥＣＭ５１は、制御基板５３及びＳＣＲ基板５２に対して、パージ要求信号の解除信号（パージ要求信号のオフ信号）を送信する。制御基板５３は、ＥＣＭ５１に対して、パージ禁止信号を送信する。パージ禁止信号を受信したＥＣＭ５１は、エンジン１０に対して吸気量を通常運転時に戻すように指示してパージ処理を終了させる。パージ要求信号のオフ信号を受けたＳＣＲ基板５２は、コンタクタ５４により予備負荷４０と発電体３０とを切断して、該予備負荷４０をオフ状態とする。
【００７２】
（６）パージ処理の終了後は、制御基板５３は、次のパージ要求信号を受信するまで、ＥＣＭ５１に対してパージ禁止信号を送信する。
【００７３】
以下、ＣＡＮプロトコルで通信するＥＣＭ５１、ＳＣＲ基板５２及び制御基板５３における上記のパージ処理の制御フローの詳細の一例について図面を参照しながら説明する。
【００７４】
図４はＳＣＲ基板５２におけるパージ処理の制御フローの概略を示し、図５は制御基板５３におけるパージ処理の制御フローの概略を示している。
【００７５】
図４に示すように、ＳＣＲ基板５２では、ステップＳＴ１０において、エンジン１０の回転数が低速か高速かを判定する。本実施形態においては、低速回転と高速回転とでは、エンジン１０の運転モードが異なっている。低速回転モードは、例えば始動後の暖機運転中の最初の数分間に行われる運転モードであり、この場合のエンジン１０の回転数は、例えば１０００ｒｐｍ程度である。また、高速回転モードは、発電機としての運転モードであり、例えば発電機の出力周波数が６０Ｈｚの場合は、エンジン１０の回転数は約１８００ｒｐｍであり、低速回転と高速回転との切替えは手動で行う。
【００７６】
ステップＳＴ１０の判定が真の場合、すなわち低速回転モードの場合は、次のステップＳＴ１１において、ＳＣＲ基板５２は、コンタクタ５４において予備負荷４０と発電体３０とを切断して、該予備負荷４０をオフ状態とする。その後、ステップＳＴ１０に戻る。
【００７７】
一方、ステップＳＴ１０の判定が偽の場合、すなわち高速回転モードの場合は、次のステップＳＴ１２において、ＥＣＭ５１からのパージ要求信号を受信したか、又はＥＣＭ５１からのパージ処理中信号を受信したか否かを判定する。ステップＳＴ１２での判定が真の場合には、次のステップＳＴ１３において、ＳＣＲ基板５２は、コンタクタ５４において予備負荷４０と発電体３０とを接続して、該予備負荷４０をオン状態とする。その後、ステップＳＴ１０に戻る。
【００７８】
一方、ステップＳＴ１２の判定が偽の場合には、次のステップＳＴ１４において、ＳＣＲ基板５２は、コンタクタ５４において予備負荷４０と発電体３０とを切断して、該予備負荷４０をオフ状態とする。その後、ステップＳＴ１０に戻る。
【００７９】
次に、図５に示すように、制御基板５３では、ステップＳＴ２０において、ＥＣＭ５１からのパージ要求信号を受信したか、又はＥＣＭ５１からのパージ処理中信号を受信したか否かを判定する。ステップＳＴ２０での判定が真の場合は、次のステップＳＴ２１に進む。一方、ステップＳＴ２０での判定が偽の場合には、次のステップＳＴ２２に進み、制御基板５３は、ＥＣＭ５１に対して、パージ禁止信号を送信する。その後、ステップＳＴ２０に戻る。
【００８０】
ステップＳＴ２１においては、エンジン１０のブースト圧が所定の閾値（後述のブースト圧基準比較値の１１１％から換算した数値）を所定の時間超えるか、又はエンジン負荷率が所定の閾値である約３４％を所定の時間超えるか、又はパージ要求信号を受信してから所定の時間が経過したか否かを判定する。ここでの所定の時間の経過は、例えば、制御基板５３内において、１ｍｉｎから５ｍｉｎの時間経過をカウントすればよい。なお、このパージ要求信号の受信後の時間経過の判定が真となるのは、図４の低速回転モード、すなわち暖機運転中であることを想定している。
【００８１】
ステップＳＴ２１での判定が真の場合には、次のステップＳＴ２３において、制御基板５３は、ＥＣＭ５１に対して、パージ禁止信号の解除信号を送信する。一方、ステップＳＴ２１での判定が偽の場合には、次のステップＳＴ２２に進み、制御基板５３は、ＥＣＭ５１に対して、パージ禁止信号を送信する。
【００８２】
ここで、予備負荷４０として電気ヒータを用い、その容量を８．６ｋＷから１２ｋＷ程度に設定した場合には、吸気を絞った際の無負荷運転時におけるターボチャージャ１３のブースト圧が通常運転時、すなわちパージ処理を行っていない場合の運転時のブースト圧の約９０％を超えると、エンジン１０の調速性能を維持できることを確認している。これは、パージ処理中においても、無負荷時の待機中と同程度のブースト圧を確保できていれば、エンジン１０の調速性能を維持できるということを前提としている。
【００８３】
また、吸気を絞った際の無負荷運転時のエンジン１０に対する負荷率が、約３０％を超えると、エンジン１０の調速性能を維持できることを確認している。この場合は、ターボチャージャ１３を設けないエンジンの場合にも、適用が可能である。
【実施例】
【００８４】
本実施形態に係るエンジン駆動発電機１を例として、調速性能試験を実施した際に、パージ処理中に投入可能な負荷値は、パージ処理を行っていない通常運転中に投入可能な負荷値の５５％程度にまで低下した。そこで、パージ処理前に上記の容量を持つ予備負荷４０を投入した例では、パージ処理中に投入可能な負荷値は、通常運転中に投入可能な負荷値の８５％程度にまで回復することを確認している。【００８５】
以下に記すブースト圧基準値比較値は、負荷及び予備負荷を共に投入せず、パージ処理を行っていない通常運転時のブースト圧を基準として算出した値（％）を表している。【００８６】
パージ処理中において、負荷（メイン負荷）及び予備負荷を共に投入しない場合のブースト圧基準値比較値は６６％にまで低下することを確認している。【００８７】
予備負荷４０として使用する電気ヒータにおける調速性能の維持に必要な抵抗値、すなわち必要な予備負荷容量を選定するにおいて、複数通りの容量を設定し、パージ処理中に設定した予備負荷を順次投入して、その設定値に対してエンジン負荷率及びブースト圧基準値比較値を測定した。なお、この試験では負荷（メイン負荷）は投入しない。【００８８】
その結果、予備負荷４０の容量が８．４ｋＷ以下ではブースト圧基準値比較値が７０％程度と低く、８．６ｋＷでは９２％にまで回複することを確認している。
また、容量が８．６ｋＷ以上では、ブースト圧基準比較値の変動が少ないことを確認している。【００８９】
以上より、予備負荷４０の容量におけるブースト圧基準比較値は、９０％以上あれば良いが、本実施例においては、余裕をみて予備負荷４０を１２ｋＷに設定している。【００９０】
上述したとおり、通常運転時を基準とするブースト圧に対して９０％以上であれば、パージ処理中でも、調速性能を満たすことは可能である。【００９１】
一方、エンジン負荷率においても、容量が８．４ｋＷ以下では、エンジン負荷率が２７％以下であるが、８．６ｋＷ以上では３０％を超えている。また、容量が８．６ｋＷから１４ｋＷの間では、該負荷率の変動が比較的に少ないことも確認しており、ここでは、３０％以上を閾値と設定することができる。【００９２】
なお、図５のフローチャートに示したステップＳＴ２１において、エンジン１０のブースト圧の閾値を換算するためのブースト圧基準値比較値１１１％、及びエンジン負荷率の閾値の約３４％の各閾値は、いずれも、１２ｋＷの負荷が投入された場合の値としている。【００９３】
また、パージ処理中であって、予備負荷４０の容量を１２ｋＷに設定し、パージ処理よりも前に、当該予備負荷４０を投入した際のブースト圧は、負荷（メイン負荷）が投入されるよりも前に予備負荷４０を投入しているため、ブースト圧基準比較値は９７％を下回ることがないことを確認している。ここでは、投入負荷が５ｋＷ以下の場合と、３５ｋＷ以上の場合の投入負荷によるブースト圧上昇効果が高いことも確認している。【００９４】
−効果−
本実施形態によると、尿素ＳＣＲ装置に対して白色生成物を除去するパージ処理を定期的に、すなわち自動的に行う前（直前）に、予備負荷４０である電気ヒータを発電体３０と接続させる。このように、発電体３０に予備負荷４０を投入することにより、エンジン１０に対する吸気のブースト圧が上昇し、該エンジン１０のトルクが増大するので、調速性能が改善される。これにより、パージ処理を行う際に予備負荷４０を投入しない場合と比べて高い負荷を持つメイン負荷６０の投入が可能となる。従って、パージ処理中に投入可能なメイン負荷（機器）６０に対する負荷容量の制限がほとんど必要でなくなる。【００９５】
例えば、調速性能を維持するという観点からは、予備負荷を投入しない従来のパージ処理中のメイン負荷の容量は、通常運転中のメイン負荷の容量の５５％程度に過ぎない。これに対し、予備負荷４０を投入する本実施形態に係るパージ処理中のメイン負荷６０の容量は、通常運転中の８５％程度までに改善される。【００９６】
また、例えば、油田掘削現場で用いられるポンプジャック等の断続的で且つ大きな負荷に対しても、パージ処理中であっても、その断続的負荷に対する応答性が改善されるので、ポンプジャック等が停止するという事態を避けることができる。【００９７】
さらに、予備負荷４０を投入した分、排気温度が上昇するので、排気浄化装置２０に対するパージ処理もより正常に終了しやすくなる。【００９８】
なお、本実施形態に係るエンジン駆動作業機は、エンジン駆動発電機に限られず、ディーゼルエンジンを発電機の駆動に用いるエンジン駆動溶接機等にも適用することができる。【００９９】
（排気浄化装置の一変形例）
上記の一実施形態においては、排気浄化装置２０として、尿素ＳＣＲ装置を用いたが、排気浄化装置２０の変形例として、尿素ＳＣＲ装置に代えてＤＰＦ装置を用いてもよい。この場合、排気浄化装置２０は、粒子状物質（ＰＭ）を捕集し、外気に排出される排気ガスが浄化されたものとなる。しかしながら、ディーゼルエンジンを長時間にわたって、連続して稼働させると、ＰＭがＤＰＦ装置に付着することより排気の流通が阻害され、その結果、ディーゼルエンジンの出力が低下してしまうという問題がある。このため、ＤＰＦ装置に付着したＰＭを除去するための加熱再生処理が行われている。【０１００】
排気浄化装置２０がＤＰＦ装置であっても、本実施形態に係るパージ処理（ＤＰＦの場合は再生処理）中には、排気温度が３５０℃以上にまで上昇するため、濾材中に堆積したＰＭを除去することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
本開示に係るエンジン駆動作業機は、排気浄化装置に対するパージ処理（堆積物除去処理）中にも調速性能の劣化を抑制でき、例えば、無人運転が可能なエンジン駆動作業機として有用である。
【符号の説明】
【０１０２】
１    エンジン駆動発電機（エンジン駆動作業機）
１０  エンジン（ディーゼルエンジン）
１３  ターボチャージャ（ＶＧＴ）
２０  排気浄化装置（排気浄化手段）
３０  発電体（発電機）
４０  予備負荷（電気ヒータ）
５０  制御部
５１  ＥＣＭ（エンジン制御手段）
５２  ＳＣＲ基板（予備負荷制御手段）
５３  制御基板（制御手段）
５４  コンタクタ
６０  メイン負荷（負荷）
【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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【図７】
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【国際調査報告】
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