JP4392282B2 - フィルタ目詰り検知方法、フィルタ目詰り解消方法およびフィルタ目詰り検知装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンから排出される排ガス温度によって再生可能な黒煙除去フィルタの目詰りを検知するフィルタ目詰り検知方法、フィルタ目詰り解消方法およびフィルタ目詰り検知装置に関するものである。

トンネル向けなどの油圧ショベルには、図５に示すように油圧回路の油圧ポンプ１を駆動するエンジン２から排出される排ガス中の黒煙を除去するための黒煙浄化装置３が搭載されている。

この黒煙浄化装置３は、フィルタケーシング４内に、多孔質セラミックス製ハニカム構造体に酸化触媒を担持させた黒煙除去フィルタ５を設けたもので、エンジン２を高負荷で運転すると、高温となった排ガスの温度により酸化触媒が活性化して、黒煙除去フィルタ５に捕集された煤が燃焼することで再生する機能を持っている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−３０９９２３号公報（第３頁、図３）

この黒煙浄化装置３は、軽作業やアイドリング等の負荷が軽い状態が多い場合は、排ガス温度が十分上昇しないため、黒煙除去フィルタ５に捕捉された煤が燃焼しない。

そのため、黒煙除去フィルタ５が目詰りを起こし、エンジン２の出力が低下したり、著しい場合はエンジン排気圧が上昇しエンジン２が停止する問題がある。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、エンジンから排出される排ガス温度によって再生可能な黒煙除去フィルタの目詰り状況を、圧力センサや温度センサなどを用いることなく把握できるフィルタ目詰り検知方法、このフィルタ目詰り検知方法を発展させたフィルタ目詰り解消方法、このフィルタ目詰り検知方法を装置化したフィルタ目詰り検知装置を提供することを目的とするものである。

請求項１記載の発明は、エンジンスピード設定器によって一定のエンジンスピード設定値を指示することで一定のエンジン回転数・エンジン出力トルク特性に制御されるエンジンから排出される排ガス温度によって再生可能な黒煙除去フィルタの目詰りを検知するフィルタ目詰り検知方法であって、エンジンスピード設定値毎にフィルタ再生限界温度のエンジンスピード実測値を求めてエンジンスピード設定値とフィルタ再生限界温度のエンジンスピード実測値との関係から黒煙除去フィルタの排ガス温度が再生域にあるか非再生域にあるかを判定する関数テーブルを作成し、エンジンスピード設定値とエンジンスピード実測値とを読込み、エンジンスピード実測値を１次遅れフィルタ処理をして排ガス温度を求め、エンジンスピード設定値およびエンジンスピード実測値をもとに関数テーブルから黒煙除去フィルタの排ガス温度が再生域にあるか非再生域にあるかを判定し、非再生域の時間をカウントして非再生域の時間が所定の時間に達した場合はフィルタ目詰り信号を出力するフィルタ目詰り検知方法であり、エンジンスピード実測値を１次遅れフィルタ処理して排ガス温度を求め、エンジンスピード設定値およびエンジンスピード実測値をもとに関数テーブルから黒煙除去フィルタの排ガス温度が再生域にあるか非再生域にあるかを判定し、非再生域の時間が所定の時間に達した場合はフィルタ目詰り信号を出力するので、エンジンから排出される排ガス温度によって再生可能な黒煙除去フィルタの目詰り状況を、圧力センサや温度センサなどを用いることなく把握することが可能となる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載のフィルタ目詰り検知方法によりフィルタ目詰りの警告信号が出力された場合は、エンジンを高負荷で運転するフィルタ目詰り解消方法であり、エンジンから排出される排ガス温度によって再生可能な黒煙除去フィルタの目詰り状況を、圧力センサや温度センサなどを用いることなく把握して、エンジンを高負荷運転することで、黒煙除去フィルタの目詰りを解消することが可能となる。

請求項３記載の発明は、エンジンスピード設定器によって一定のエンジンスピード設定値を指示することで一定のエンジン回転数・エンジン出力トルク特性に制御されるエンジンから排出される排ガス温度によって再生可能な黒煙除去フィルタの目詰りを検知するフィルタ目詰り検知装置であって、エンジンスピード設定値を指示するエンジンスピード設定器と、エンジンスピード実測値を検出するエンジンスピードセンサと、エンジンスピード実測値を１次遅れフィルタ処理して排ガス温度を求める１次遅れ回路と、エンジンスピード設定値毎にフィルタ再生限界温度のエンジンスピード実測値を求めてエンジンスピード設定値とフィルタ再生限界温度のエンジンスピード実測値との関係から黒煙除去フィルタの排ガス温度が再生域にあるか非再生域にあるかを判定する関数テーブルと、非再生域の時間をカウントして非再生域の時間が所定の時間に達した場合はフィルタ目詰り信号を出力する非再生域タイマと、非再生域タイマからのフィルタ目詰り信号を受けて警告信号を出力する警告手段とを具備したフィルタ目詰り検知装置であり、１次遅れ回路によりエンジンスピード実測値を１次遅れフィルタ処理して排ガス温度を求め、関数テーブルによりエンジンスピード設定値およびエンジンスピード実測値をもとに黒煙除去フィルタの排ガス温度が再生域にあるか非再生域にあるかを判定し、非再生域の時間が所定の時間に達した場合は非再生域タイマから警告手段にフィルタ目詰り信号を出力するので、エンジンから排出される排ガス温度によって再生可能な黒煙除去フィルタの目詰り状況を、圧力センサや温度センサなどを用いることなく把握することが可能となる。

請求項４記載の発明は、請求項３記載のフィルタ目詰り検知装置において、関数テーブルで判定された再生域にある時間をカウントする再生域タイマと、再生域タイマでカウントして再生状態が一定時間継続した回数をさらにカウントして所定値に達した場合は黒煙除去フィルタが再生されたとみなして非再生域タイマをリセットする再生率カウンタとを具備したものであり、再生域タイマでカウントして再生状態が一定時間継続した回数をさらに再生率カウンタによりカウントして、所定値に達した場合は黒煙除去フィルタが再生されたとみなして非再生域タイマをリセットするので、非再生域の時間を正確にカウントすることが可能となる。

請求項１記載の発明によれば、エンジンスピード実測値を１次遅れフィルタ処理して排ガス温度を求め、エンジンスピード設定値およびエンジンスピード実測値をもとに関数テーブルから黒煙除去フィルタの排ガス温度が再生域にあるか非再生域にあるかを判定し、非再生域の時間が所定の時間に達した場合はフィルタ目詰り信号を出力するので、エンジンから排出される排ガス温度によって再生可能な黒煙除去フィルタの目詰り状況を、圧力センサや温度センサなどを用いることなく把握できる。

請求項２記載の発明によれば、エンジンから排出される排ガス温度によって再生可能な黒煙除去フィルタの目詰り状況を、圧力センサや温度センサなどを用いることなく把握して、エンジンを高負荷運転することで、黒煙除去フィルタの目詰りを解消できる。

請求項３記載の発明によれば、１次遅れ回路によりエンジンスピード実測値を１次遅れフィルタ処理して排ガス温度を求め、関数テーブルによりエンジンスピード設定値およびエンジンスピード実測値をもとに黒煙除去フィルタの排ガス温度が再生域にあるか非再生域にあるかを判定し、非再生域の時間が所定の時間に達した場合は非再生域タイマから警告手段にフィルタ目詰り信号を出力するので、エンジンから排出される排ガス温度によって再生可能な黒煙除去フィルタの目詰り状況を、圧力センサや温度センサなどを用いることなく把握できる。

請求項４記載の発明によれば、再生域タイマでカウントして再生状態が一定時間継続した回数をさらに再生率カウンタによりカウントして、所定値に達した場合は黒煙除去フィルタが再生されたとみなして非再生域タイマをリセットするので、非再生域の時間を正確にカウントできる。

以下、本発明を図１乃至図４に示された一実施の形態を参照して詳細に説明する。

図１に示されるように、トンネル内作業向けの油圧ショベルなどの作業機械は、油圧回路に作動油を供給する油圧ポンプ11を駆動するエンジン12とともに、このエンジン12から排出される排ガス中の黒煙を除去するための黒煙浄化装置13が搭載されている。

この黒煙浄化装置13は、フィルタケーシング14内に、多孔質セラミックス製ハニカム構造体に酸化触媒を担持させた黒煙除去フィルタ15を設けたもので、エンジン12を高負荷で運転すると、エンジン12から排出された高温の排ガス温度によって酸化触媒が活性化して、黒煙除去フィルタ15で捕集された煤が燃焼することにより、この煤による目詰りを解消して黒煙除去フィルタ15を再生する機能を持っている。

エンジン12の制御系には、エンジンスピード設定値としてのアクセルダイヤル設定値を指示するエンジンスピード設定器としてのアクセルダイヤル21と、エンジンスピード実測値としてのエンジン実回転数を検出するエンジンスピードセンサ22とが、標準的に装備されている。

また、これらのアクセルダイヤル設定値およびエンジン実回転数を入力して演算処理を行う制御器23が設けられている。この制御器23は、演算機能を持つ中央処理装置（ＣＰＵ）と、プログラム、データなどを格納するメモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭなど）とを備えている。

さらに、この制御器23は、エンジン実回転数を１次遅れフィルタ処理して排ガス温度を求める１次遅れ回路24と、アクセルダイヤル設定値およびエンジン実回転数をもとに黒煙除去フィルタ15の排ガス温度が再生域にあるか非再生域にあるかを判定する関数テーブル25とを具備している。

この関数テーブル25は、アクセルダイヤル設定値毎にフィルタ再生限界温度のエンジン実回転数を求めて、アクセルダイヤル設定値とフィルタ再生限界温度のエンジン実回転数との関係から黒煙除去フィルタの排ガス温度が再生域にあるか非再生域にあるかを判定するもので、予めデータがマッピングされたメモリである。

さらに、この制御器23は、非再生域の時間をカウントして非再生域の時間が所定の時間に達した場合はフィルタ目詰り信号を出力する非再生域タイマ26と、関数テーブル25で判定された再生域にある時間をカウントする再生域タイマ27と、再生域タイマ27でカウントして再生状態が一定時間継続した回数をさらにカウントして所定値に達した場合は黒煙除去フィルタ15が再生されたとみなして非再生域タイマ26をリセットする再生率カウンタ28とを具備している。

この制御器23の非再生域タイマ26には、この非再生域タイマ26からのフィルタ目詰り信号を受けて警告信号を出力する警告手段としての報知器29が接続されている。

次に、前記関数テーブル25の作成について説明すると、図３に示されるように、エンジン12は、負荷トルクがかかると、各々のアクセルダイヤル設定値から各ガバナ特性線に沿ってエンジン回転数が低下し、かつ図４に示されるように排ガス温度が上昇する。

したがって、エンジン12のベンチ試験結果をもとに、アクセルダイヤル設定値毎にフィルタ再生限界温度のエンジン実回転数を求めて、アクセルダイヤル設定値とフィルタ再生限界温度のエンジン実回転数との関係から、図３に示されるようにエンジン回転数・エンジン出力トルク特性におけるフィルタ再生限界線を決定し、このフィルタ再生限界線の上側領域を再生域とし下側領域を非再生域とすることで、黒煙除去フィルタ15の排ガス温度を計測しなくても、黒煙除去フィルタ15の排ガス温度が再生域にあるか非再生域にあるかを判定する関数テーブル25を作成することができる。

さらに、アクセルダイヤル設定値と、エンジン実回転数を１次遅れ回路24で１次遅れフィルタ処理した値すなわち排ガス温度とを、上記の関数テーブル25に入力して、黒煙除去フィルタ15が再生域にあるか非再生域にあるかを判定することができる。

図４（ｃ）に示されるように排ガス温度が煤の燃焼温度に達しても、その後、フィルタ再生限界温度（約４００℃）以上の再生域の状態が一定時間継続しないと黒煙除去フィルタ15に捕捉された煤が燃焼しないので、再生域の状態が一定時間継続する回数をカウントし、所定の回数に達したときは黒煙除去フィルタ15が再生できたと推定できる。

このような考えに基づき、図２のフローチャートに示す演算にて黒煙除去フィルタ15の目詰りを事前に予測して警報を出すことができる。

以下、図２に示されたフローチャートに基づき、エンジン12から排出される排ガス温度によって再生可能な黒煙除去フィルタ15の目詰りを検知するフィルタ目詰り検知方法を説明する。

（ステップ１）
外部メモリから再生域タイマ27および非再生域タイマ26でカウントされた値を読込む。

（ステップ２）
アクセルダイヤル21よりアクセルダイヤル設定値を、エンジンスピードセンサ22よりエンジン実回転数を、それぞれ読込む。

（ステップ３）
排ガス温度は、エンジン実回転数に対し１次遅れで近似できるので、エンジン実回転数に１次遅れフィルタ処理を行うことで、排ガス温度を求める。

（ステップ４）
エンジン12が停止したか否かを判断する。

（ステップ５）
エンジン12が停止した場合は、再生域タイマ27および非再生域タイマ26でカウントされた値を外部メモリに格納し、この値はステップ１で使う。

（ステップ６）
アクセルダイヤル設定値と、１次遅れフィルタ処理を行ったエンジン実回転数すなわち排ガス温度とに基づいて、関数テーブル25から、黒煙除去フィルタ15の排ガス温度が再生域にあるか非再生域にあるかを判定する。

（ステップ７）
再生域にある場合は、再生域タイマ27をカウントアップし、再生域の時間をカウントアップする。

（ステップ８）
再生域タイマ27が設定された所定の時間に達した否かを判断し、再生域タイマ27が設定された所定の時間に達するまでは、ステップ２に戻る。

（ステップ９）
再生域タイマ27が設定された所定の時間に達した場合は、再生状態が一定時間継続した回数をカウントする再生率カウンタ28をカウントアップするとともに、再生域タイマ27をリセットする。

（ステップ10）
再生率カウンタ28が設定された所定の回数に達した否かを判断し、再生率カウンタ28が設定された所定の回数に達するまでは、ステップ２に戻る。

（ステップ11）
上記ステップ10で再生率カウンタ28が所定値に達した場合は、黒煙除去フィルタ15が再生されたとみなし、非再生域の時間をカウントする非再生域タイマ26をリセットする。

（ステップ12）
また、ステップ６で、関数テーブル25によって黒煙除去フィルタ15が非再生域にあると判定された場合は、非再生域タイマ26をカウントアップし、非再生域の時間をカウントする。

（ステップ13）
再生域タイマ27をリセットする。

（ステップ14）
非再生域タイマ26が設定された所定の時間に達した否かを判断し、非再生域タイマ26が設定された所定の時間に達するまでは、ステップ２に戻る。

（ステップ15）
非再生域タイマ26でカウントされる非再生域の時間が所定の時間に達した場合は、フィルタ目詰り信号を報知器29に出力し、この報知器29より、視覚的または聴覚的な警告信号を出力して、オペレータに再生運転を促す。

オペレータは、フィルタ目詰りの警告信号が出力された場合は、油圧ショベルなどに用いられている油圧アクチュエータをデッドポイントまで作動した後も、さらにその作動状態を継続させるように、リリーフ弁を作動させながら運転し続けるリリーフ操作などして、エンジン12を高負荷で運転することにより、エンジン12から排出される排ガス温度を４００℃以上に上昇させ、この排ガス温度により黒煙を燃焼させて除去することで、黒煙除去フィルタ15を再生させる。

このように、１次遅れ回路24によりエンジン実回転数を１次遅れフィルタ処理して排ガス温度を求め、関数テーブル25によりエンジンスピード設定値およびエンジン実回転数をもとに黒煙除去フィルタ15の排ガス温度が再生域にあるか非再生域にあるかを判定し、非再生域の時間が所定の時間に達した場合は非再生域タイマ26から報知器29にフィルタ目詰り信号を出力するので、エンジン12から排出される排ガス温度によって再生可能な黒煙除去フィルタ15の目詰り状況を、圧力センサや温度センサなどを用いることなく把握できる。

すなわち、黒煙浄化装置13に差圧検出器などの機器を追加することなく、従来の油圧ショベルのアクセルダイヤル設定値とエンジン実回転数を用いて黒煙除去フィルタ15の目詰り状況を推測するので、油圧ショベルの制御器23に演算処理機能を組込むことにより簡単に目詰り警報を出力することができる。

また、黒煙除去フィルタ15の目詰り状況を把握できた場合は、エンジン12を高負荷運転することで、黒煙除去フィルタ15の目詰りを解消できる。

さらに、再生域タイマ27でカウントして再生状態が一定時間継続した回数をさらに再生率カウンタ28によりカウントして、所定値に達した場合は黒煙除去フィルタ15が再生されたとみなして非再生域タイマ26をリセットするので、非再生域の時間を正確にカウントできる。

なお、本発明は、油圧ショベルのエンジン12に限定されるものではなく、他の作業機械または車両のエンジンにも適用できる。

本発明に係るフィルタ目詰り検知方法およびその装置の一実施の形態を示すブロック図である。 同上検知方法およびその装置の制御手順を示すフローチャートである。 同上検知方法およびその装置に用いられる再生域と非再生域とを判定するためのエンジン回転数・エンジン出力トルク特性図である。 （ａ）は負荷トルクの経時変化を示すグラフ、（ｂ）は（ａ）の負荷トルクの経時変化と対応するエンジン回転数の経時変化を示すグラフ、（ｃ）は（ａ）の負荷トルクの経時変化と対応する排ガス温度の経時変化を示すグラフであり、黒煙除去フィルタに捕捉された煤が燃焼する再生温度域と燃焼しない非再生温度域とを示す。 エンジンに黒煙浄化装置を取付けた従来例の説明図である。

符号の説明

12 エンジン
13 黒煙除去フィルタ
21 エンジンスピード設定器としてのアクセルダイヤル
22 エンジンスピードセンサ
24 １次遅れ回路
25 関数テーブル
26 非再生域タイマ
27 再生域タイマ
28 再生率カウンタ
29 警告手段としての報知器

Claims (4)

1. エンジンスピード設定器によって一定のエンジンスピード設定値を指示することで一定のエンジン回転数・エンジン出力トルク特性に制御されるエンジンから排出される排ガス温度によって再生可能な黒煙除去フィルタの目詰りを検知するフィルタ目詰り検知方法であって、
   エンジンスピード設定値毎にフィルタ再生限界温度のエンジンスピード実測値を求めてエンジンスピード設定値とフィルタ再生限界温度のエンジンスピード実測値との関係から黒煙除去フィルタの排ガス温度が再生域にあるか非再生域にあるかを判定する関数テーブルを作成し、
   エンジンスピード設定値とエンジンスピード実測値とを読込み、
   エンジンスピード実測値を１次遅れフィルタ処理をして排ガス温度を求め、
   エンジンスピード設定値およびエンジンスピード実測値をもとに関数テーブルから黒煙除去フィルタの排ガス温度が再生域にあるか非再生域にあるかを判定し、
   非再生域の時間をカウントして非再生域の時間が所定の時間に達した場合はフィルタ目詰り信号を出力する
   ことを特徴とするフィルタ目詰り検知方法。
2. 請求項１記載のフィルタ目詰り検知方法によりフィルタ目詰りの警告信号が出力された場合は、エンジンを高負荷で運転する
   ことを特徴とするフィルタ目詰り解消方法。
3. エンジンスピード設定器によって一定のエンジンスピード設定値を指示することで一定のエンジン回転数・エンジン出力トルク特性に制御されるエンジンから排出される排ガス温度によって再生可能な黒煙除去フィルタの目詰りを検知するフィルタ目詰り検知装置であって、
   エンジンスピード設定値を指示するエンジンスピード設定器と、
   エンジンスピード実測値を検出するエンジンスピードセンサと、
   エンジンスピード実測値を１次遅れフィルタ処理して排ガス温度を求める１次遅れ回路と、
   エンジンスピード設定値毎にフィルタ再生限界温度のエンジンスピード実測値を求めてエンジンスピード設定値とフィルタ再生限界温度のエンジンスピード実測値との関係から黒煙除去フィルタの排ガス温度が再生域にあるか非再生域にあるかを判定する関数テーブルと、
   非再生域の時間をカウントして非再生域の時間が所定の時間に達した場合はフィルタ目詰り信号を出力する非再生域タイマと、
   非再生域タイマからのフィルタ目詰り信号を受けて警告信号を出力する警告手段と
   を具備したことを特徴とするフィルタ目詰り検知装置。
4. 関数テーブルで判定された再生域にある時間をカウントする再生域タイマと、
   再生域タイマでカウントして再生状態が一定時間継続した回数をさらにカウントして所定値に達した場合は黒煙除去フィルタが再生されたとみなして非再生域タイマをリセットする再生率カウンタと
   を具備したことを特徴とする請求項３記載のフィルタ目詰り検知装置。

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