JP5208072B2 - Exhaust gas purification system for construction machinery - Google Patents
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Description
本発明は建設機械の排気ガス浄化システムに係り、特に、熱交換器を冷却する油圧駆動ファンを備えた建設機械の排気ガス浄化システムに関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification system for a construction machine, and more particularly to an exhaust gas purification system for a construction machine having a hydraulically driven fan for cooling a heat exchanger.
一般に、油圧ショベル等の建設機械には、その駆動源としてディーゼルエンジン(以下エンジンという。)を搭載しているが、このエンジンから排出される粒子状物質(PM:particulate matter,パティキュレートマター)の排出量の規制が年々強化されてきている。このような規制に対して、粒子状物質(PM)をディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF:Diesel Particulate Filter、以下DPFという。)と呼ばれるフィルタで補集して、外部へ排出される粒子状物質(PM)の量を低減する排気ガス浄化システムが知られている。 In general, construction machinery such as hydraulic excavators are equipped with a diesel engine (hereinafter referred to as the engine) as the drive source, but particulate matter (PM) discharged from this engine Emission regulations have been tightened year by year. In response to such regulations, particulate matter (PM) is collected by a filter called a diesel particulate filter (DPF: Diesel Particulate Filter, hereinafter referred to as DPF) and discharged to the outside (PM). Exhaust gas purification systems that reduce the amount of
DPFで補集された粒子状物質(PM)は、活性化された酸化触媒との酸化反応により燃焼させて除却し、フィルタを再生している。酸化触媒を活性化するためには、エンジンの排気ガスの温度が酸化触媒の活性温度よりも高くなければならず、そのために、例えば、エンジンに負荷をかけて、エンジンの排気ガス温度を強制的に酸化触媒の活性温度よりも高い温度に上昇させる強制再生と呼ばれる技術がある。DPFの入口側にエンジンの排気抵抗を検出する圧力検出器を設け、この検出値が所定値以上になったときに、エンジンによって駆動するメイン油圧ポンプの作動油の吐出流量を上昇させ、エンジンに負荷をかけて排気ガス温度を上昇させる油圧作業機械がある(例えば、特許文献1参照。)。 The particulate matter (PM) collected by the DPF is burned and removed by an oxidation reaction with the activated oxidation catalyst to regenerate the filter. In order to activate the oxidation catalyst, the exhaust gas temperature of the engine must be higher than the activation temperature of the oxidation catalyst. For this reason, for example, the engine exhaust gas temperature is forced by applying a load to the engine. There is also a technique called forced regeneration in which the temperature is raised to a temperature higher than the activation temperature of the oxidation catalyst. A pressure detector for detecting the exhaust resistance of the engine is provided on the inlet side of the DPF, and when the detected value exceeds a predetermined value, the discharge flow rate of the hydraulic oil of the main hydraulic pump driven by the engine is increased, There is a hydraulic working machine that applies a load to raise the exhaust gas temperature (see, for example, Patent Document 1).
大型の建設機械において、エンジンのラジエータや作動油のオイルクーラなどの熱交換器を冷却する冷却ファンの駆動源として、油圧モータが使用される場合がある。この油圧モータは、例えば、ファン駆動用油圧ポンプからの圧縮された作動油によって駆動されるので、この作動油の吐出流量を制御することで、油圧モータと冷却ファンの回転数を可変できる。 In a large construction machine, a hydraulic motor may be used as a drive source of a cooling fan that cools a heat exchanger such as an engine radiator or a hydraulic oil cooler. The hydraulic motor is driven by, for example, compressed hydraulic oil from a fan-driving hydraulic pump, and the rotational speeds of the hydraulic motor and the cooling fan can be varied by controlling the discharge flow rate of the hydraulic oil.
この冷却ファンの回転数制御は、例えば、ファン駆動用油圧ポンプの傾斜板の傾き角度を制御することによって、ファン駆動用油圧ポンプの作動油の吐出流量を変化させて行われる。一般的には、作動油や冷却水の温度を検出し、検出値が設定値に比べて高い場合には、冷却ファンの回転数を上げるべくファン駆動用油圧ポンプの作動油の吐出流量を増大させ、低い場合には、作動油の吐出流量を減少させている。 The number of rotations of the cooling fan is controlled, for example, by changing the discharge flow rate of the working oil of the fan driving hydraulic pump by controlling the inclination angle of the inclined plate of the fan driving hydraulic pump. In general, the temperature of hydraulic oil or cooling water is detected. If the detected value is higher than the set value, the hydraulic oil discharge flow rate of the fan drive hydraulic pump is increased to increase the number of rotations of the cooling fan. If it is low, the discharge flow rate of the hydraulic oil is decreased.
このような大型の建設機械において、例えば、DPFの再生処理のために、メイン油圧ポンプの作動油の吐出流量を増加させているときに、作動油や冷却水を更に冷却する必要が生じると、ファン駆動用油圧ポンプの作動油の吐出流量も増加させなければならない。この結果、エンジンには、強制再生に必要な負荷以上の負荷がかかるため、エンジンの排気ガス温度は上昇し、強制再生は問題なく行われる。しかしながら、適切な油圧負荷以上の負荷がエンジンにかかるため、燃料消費量が増加する。 In such a large construction machine, for example, when the discharge flow rate of the hydraulic oil of the main hydraulic pump is increased for the regeneration process of the DPF, it becomes necessary to further cool the hydraulic oil or the cooling water. The discharge flow rate of the hydraulic oil for the fan-driven hydraulic pump must also be increased. As a result, the engine is loaded with a load higher than that required for forced regeneration, so that the exhaust gas temperature of the engine rises and forced regeneration is performed without any problem. However, since the engine is subjected to a load greater than the appropriate hydraulic load, the fuel consumption increases.
本発明は、上述の事柄に基づいてなされたもので、その目的とするところは、作動油や冷却水等の熱交換器を冷却する油圧駆動の冷却ファンを備えた建設機械において、DPFの強制再生時のエンジン負荷を最適に制御することができる建設機械の排気ガス浄化システムを提供するものである。 The present invention has been made based on the above-described matters, and the object of the present invention is to compulsory the DPF in a construction machine having a hydraulically driven cooling fan for cooling a heat exchanger such as hydraulic oil or cooling water. The present invention provides an exhaust gas purification system for a construction machine that can optimally control an engine load during regeneration.
上記の目的を達成するために、第1の発明は、ディーゼルエンジンと、前記エンジンの排気口に連設されて、排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタと、前記フィルタに堆積した粒子状物質を焼却除去し、前記フィルタを再生する再生装置と、前記エンジンによって駆動される可変容量型の第1及び第2の油圧ポンプと、作動油と冷却水を冷却する熱交換器と、この熱交換器を冷却する冷却ファンと、前記第2の油圧ポンプから吐出される圧油により回転し、前記冷却ファンを駆動する油圧モータと、前記第1及び第2の油圧ポンプから吐出される圧油の吐出量を制御する機能と、前記再生装置を作動させる機能とを有する制御装置とを備えた建設機械の排気ガス浄化システムにおいて、前記制御装置は、前記再生装置が作動しているときに、前記第2の油圧ポンプの負荷を算出し、前記第1の油圧ポンプから吐出される圧油の吐出量及び吐出圧力を制御することで、前記エンジンに掛かる負荷を所定の値に保つものとする。 In order to achieve the above object, a first invention is directed to a diesel engine, a filter connected to an exhaust port of the engine and collecting particulate matter contained in exhaust gas, and deposited on the filter. A regenerator that incinerates and removes the particulate matter and regenerates the filter; variable capacity first and second hydraulic pumps driven by the engine; and a heat exchanger that cools hydraulic oil and cooling water. The cooling fan that cools the heat exchanger, the hydraulic oil that rotates by the pressure oil discharged from the second hydraulic pump, and that is discharged from the first and second hydraulic pumps that drive the cooling fan. In an exhaust gas purification system for a construction machine comprising a control device having a function of controlling the discharge amount of pressurized oil and a function of operating the regenerator, the control device operates the regenerator. The load on the engine is set to a predetermined value by calculating the load of the second hydraulic pump and controlling the discharge amount and discharge pressure of the pressure oil discharged from the first hydraulic pump. Shall be kept.
また、第2の発明は、上記第1の発明において、前記作動油と冷却水の温度をそれぞれ検出する温度検出器を更に備え、前記制御装置は、前記温度検出器で検出した作動油と冷却水の温度信号を取込み、これらの信号に基づいて前記第2の油圧ポンプの負荷を算出するものとする。 Further, a second invention further includes a temperature detector for detecting temperatures of the hydraulic oil and the cooling water, respectively, in the first invention, and the control device detects the hydraulic oil and the cooling detected by the temperature detector. It is assumed that the temperature signal of water is taken and the load of the second hydraulic pump is calculated based on these signals.
更に、第3の発明は、上記第1又は第2の発明において、前記第1の油圧ポンプから吐出される圧油の吐出圧力を検出する圧力検出器をさらに備え、前記制御装置は、前記圧力検出器で検出した圧油の圧力信号を取込み、この信号に基づいて前記第1の油圧ポンプの目標ポンプ容積を算出するものとする。 Furthermore, a third invention further includes a pressure detector for detecting a discharge pressure of the pressure oil discharged from the first hydraulic pump in the first or second invention, and the control device includes the pressure sensor. It is assumed that the pressure signal of the pressure oil detected by the detector is taken and the target pump volume of the first hydraulic pump is calculated based on this signal.
また、第4の発明は、上記第1乃至第3の発明のいずれかにおいて、前記第1の油圧ポンプの吐出管路には、方向切換弁を介した油圧アクチュエータが接続されると共に、前記方向切換弁のセンターバイパスに接続された管路には、制御弁を介して作動油タンクが接続され、前記制御装置は、前記再生装置が作動しているときには、前記制御弁を駆動して前記第1の油圧ポンプの吐出圧を上昇させるものとする。 According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, a hydraulic actuator via a direction switching valve is connected to the discharge line of the first hydraulic pump, and the direction A hydraulic oil tank is connected to the pipe line connected to the center bypass of the switching valve via a control valve, and the control device drives the control valve to drive the first control valve when the regeneration device is operating. It is assumed that the discharge pressure of the hydraulic pump 1 is increased.
更に、第5の発明は、上記第1乃至第4の発明のいずれかにおいて、前記第1の油圧ポンプはメイン油圧ポンプであって、前記第2の油圧ポンプは、ファン制御用油圧ポンプであるものとする。 Furthermore, in a fifth aspect based on any one of the first to fourth aspects, the first hydraulic pump is a main hydraulic pump, and the second hydraulic pump is a fan control hydraulic pump. Shall.
本発明によれば、作動油や冷却水等の熱交換器を冷却する油圧駆動の冷却ファンの運転状態に関らず、エンジンに掛かる負荷が所定の値となるように、メイン油圧ポンプのトルクを制御するため、ディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)の強制再生運転を効率的に実行することができる。この結果、適切な燃料消費量での運転が可能となり、建設機械の生産効率が向上する。 According to the present invention, the torque of the main hydraulic pump is set so that the load applied to the engine becomes a predetermined value regardless of the operating state of the hydraulically driven cooling fan that cools the heat exchanger such as hydraulic oil or cooling water. Therefore, the forced regeneration operation of the diesel particulate filter (DPF) can be efficiently executed. As a result, operation with an appropriate fuel consumption becomes possible, and the production efficiency of the construction machine is improved.
以下に、本発明の建設機械の排気ガス浄化システムの実施の形態を図面を用いて説明する。
図1は、本発明の建設機械の排気ガス浄化システムの一実施の形態を備えた大型油圧ショベルを示す側面図である。この図1において、101は建設機械としての大型油圧ショベルを示している。102はその走行フレーム、103は走行フレームの左右両側に装設した無限軌道式走行装置、104は走行フレーム102の上部に旋回可能に搭載された旋回フレーム、105はこの旋回フレーム104上の前方部に上下方向に回動可能に(俯仰動可能に)取り付けられた多関節型のフロント装置、106は旋回フレーム104上の左側前方部に配設された運転室、107は旋回フレーム104上に配設されエンジン1等各種機器を収納する機械室、108は旋回フレーム104上の後方部に取り付けられたカウンタウエイトである。
Hereinafter, an embodiment of an exhaust gas purification system for a construction machine according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a side view showing a large-sized hydraulic excavator provided with an embodiment of an exhaust gas purification system for a construction machine according to the present invention. In FIG. 1,
上述したフロント装置105は、基端部が旋回フレーム104に回動可能に接続されたブーム111と、このブーム111の先端部に回動可能に接続されたアーム112と、このアーム112の先端に回動可能に接続されたバケット113とを備えており、ブーム111、アーム112、及びバケット113は、それぞれブーム用油圧シリンダ114、アーム用油圧シリンダ115、及びバケット用油圧シリンダ116により動作する。
The
図2は、本発明の建設機械の排気ガス浄化システムの一実施の形態を示す構成図である。この図2において、1はエンジン、2はエンジン1の排気口に連設された排ガス浄化装置を示している。エンジン1には、建設機械における各種アクチュエータの駆動油圧源となる可変容量型の第1の油圧ポンプとしてのメイン油圧ポンプ3と、冷却ファンの回転数を制御する可変容量型の第2の油圧ポンプとしてのファン制御用油圧ポンプ4と、固定容量型のパイロット油圧ポンプ5とが、同軸の回転軸で連結されている。
FIG. 2 is a configuration diagram showing an embodiment of an exhaust gas purification system for a construction machine according to the present invention. In FIG. 2, reference numeral 1 denotes an engine, and 2 denotes an exhaust gas purification device connected to an exhaust port of the engine 1. The engine 1 includes a main
排ガス浄化装置2は、図2に示すように、エンジン1の排気系を構成する排気管1Bに配置され、排気ガスに含まれる粒子状物質(PM)を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ((DPF):以下フィルタと言う。)2Aと、フィルタ2Aの上流側に配置された酸化触媒2Bとを備えている。酸化触媒2Bで排気ガスを昇温し、フィルタ2Aに堆積した粒子上物質(PM)を焼却除去し、フィルタ2Aを再生する再生装置を構成する。
As shown in FIG. 2, the exhaust gas purification device 2 is disposed in an exhaust pipe 1 </ b> B that constitutes an exhaust system of the engine 1, and is a diesel particulate filter ((DPF) that collects particulate matter (PM) contained in exhaust gas. ): Hereinafter referred to as a filter) 2A and an
メイン油圧ポンプ3からは、レギュレータ3Aにより吐出流量の制御された作動油が管路30を介して方向切換弁6に供給されている。方向切換弁6は、メイン油圧ポンプ3からの作動油を、後述する操作レバー15が操作された際に建設機械におけるアクチュエータである油圧シリンダ7に供給している。また、操作レバー15が中立状態の場合には、方向切換弁6のセンターバイパス部から圧力制御弁8を介して作動油タンク9やオイルクーラ10へ作動油を供給している。オイルクーラ10においては、管路31を介して上述した作動油が流入し、管路32を通して、作動油タンク9へ流出している。図2において、油圧シリンダ7は例えばブーム用油圧シリンダ114に対応する。図2では、その他の例えばアーム用油圧シリンダ115、及びバケット用油圧シリンダ116等に対応する油圧シリンダや、これらの油圧シリンダに対応する方向切換弁等の図示を省略している。
From the main
ファン制御用油圧ポンプ4からは、レギュレータ4Aにより吐出流量の制御された作動油が管路40を介してファン駆動用油モータ11に供給されている。ファン駆動用油モータ11からの流出する作動油は、管路41を介して連結している管路31に流入している。ファン駆動用油モータ11の出力軸には、冷却用ファン12が取り付けられている。
From the fan control hydraulic pump 4, hydraulic oil whose discharge flow rate is controlled by the regulator 4 </ b> A is supplied to the fan
冷却用ファン12に対向する箇所には、オイルクーラ10と、エンジン1の冷却媒体であるクーラント(冷却水)の放熱器としてのラジエータ13とが配置されている。ラジエータ13は管路13a,13bによって、エンジン1の冷却系に連結されている。
An
パイロット油圧ポンプ5からは、ポンプの吐出圧の最大値を制御するリリーフ弁14を通過したパイロット油が、管路50を介して操作レバー装置15と電磁切換弁16に供給されている。電磁切換弁16は、後述するコントローラ20からの電気信号によりポートが切換えられて、パイロット油を圧力制御弁8の操作部に供給する。この結果、上述した圧力制御弁8のポートがパイロット油で操作され、作動油の圧力が制御されている。
From the pilot
操作レバー装置15からは、操作レバー上げ操作時に管路51を介して方向切換弁6のパイロット操作部6Aにパイロット油を供給し、操作レバー下げ操作時に管路52を介して方向切換弁6のパイロット操作部6Bにパイロット油を供給している。
Pilot oil is supplied from the operating
上述した作動油の温度、エンジン1の冷却系に供給される冷却水の温度、メイン油圧ポンプ3の吐出圧力をそれぞれ検出するために、作動油タンク9の底部には、作動油の温度を検出する作動油温度センサ18が取り付けられている。ラジエータ13の管路13aには、エンジン1の冷却系に供給される冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ19が取り付けられている。また、メイン油圧ポンプ3の吐出側の管路30には、作動油の圧力を検出する圧力センサ17が取り付けられている。
In order to detect the temperature of the hydraulic oil, the temperature of the cooling water supplied to the cooling system of the engine 1 and the discharge pressure of the main
コントローラ20は、予め各種設定値を記憶する記憶部(メモリ)201と、各種手順を実行する演算部(CPU)202と、入力部203と、出力部204とを備えるコントローラユニットで構成されている。
The
コントローラ20の入力部203には、作動油温度センサ18と圧力センサ17と冷却水温度センサ19とが接続されていて、各センサからの検出信号が入力されている。また、コントローラ20の入力部203には、再生スイッチ22が接続されていて、排ガス浄化装置2における再生処理の起動停止信号が入力されている。
A hydraulic
コントローラ20の出力部204からは、例えば斜板式ピストンポンプで構成される可変容量型のメイン油圧ポンプ3とファン制御用油圧ポンプ4とのそれぞれの斜板の傾きを駆動制御するレギュレータ3A,4Aに電流信号を出力する。電流信号を受けたレギュレータ3A,4Aは、これら油圧ポンプの斜板をそれぞれ駆動制御することによって、吐出油流量を変化させる。この結果、メイン油圧ポンプ3及びファン制御用油圧ポンプ4のポンプ負荷がそれぞれ制御され、ファン回転用油圧モータ11の回転数すなわち冷却用ファン12の回転数も制御される。
From the
また、電磁切換弁16に励磁/非励磁の信号を出力することにより、圧力制御弁8を制御し、上述したように方向切換弁6のセンターバイパス部から作動油タンク9やオイルクーラ10へ流れる作動油の流量を絞ることにより、作動油の圧力を制御可能とする。
Further, the
コントローラ20は、例えば、シリアル通信23によってエンジンコントローラ21と接続されていて、エンジンコントローラ21にエンジン回転数指令を出力したり、エンジン回転数を入力したりする。
The
エンジンコントローラ21は、エンジン1の動作状態をモニタリングすると共に、燃料噴射装置(図示せず)からエンジン1へ噴射される燃料の噴射量を制御する電子ガバナ1Aの制御を行う。具体的には、コントローラ20から伝送されるエンジン回転数指令に基づいて、必要な燃料噴射量を演算し、例えば、電子ガバナ1Aのアクチュエータを制御するサーボ機構に電流信号を出力することによって、エンジン1の回転数とトルクを制御する。なお、本実施の形態にあっては、冷却水温度センサ19からの冷却水温度検出信号は、エンジンコントローラ21にも入力されている。
The
ところで、コントローラ20の記憶部201には、排ガス浄化装置2のフィルタ2Aを強制再生するときのエンジン回転数Naと、強制再生に必要な排気ガス温度を発生させるために必要なエンジントルクTe(kgf m)と強制再生の実行に必要な時間Tが、予め設定記憶されている。また、検出した作動油温度と冷却水温度から冷却ファンを駆動するファン制御用油圧ポンプ4の必要トルクTf(kgf m)を演算するための各種データが、予め記憶されている。
By the way, in the
コントローラ20とエンジンコントローラ21とは、上述した入力信号に基づいて、ファン制御用油圧ポンプ4のファントルクTf(kgf m)とメイン油圧ポンプ4のトルクTm(kgf m)を制御しつつ、フィルタ再生演算処理を行い、その演算結果に応じて電子ガバナ1aを制御する。
The
次に、上述した本発明の建設機械の排気ガス浄化システムの一実施の形態の動作を図3に示すフィルタ再生制御の演算内容を示すフローチャート図を用いて説明する。 Next, the operation of the above-described embodiment of the exhaust gas purification system for a construction machine according to the present invention will be described with reference to the flowchart showing the calculation contents of the filter regeneration control shown in FIG.
まず、ステップ(S100)では、再生スイッチ22が投入されたかどうかを判断する。具体的には、コントローラの演算部202において、再生スイッチ22からの再生処理の起動停止信号のON/OFFにより判断し、ONであれば、YESと判断される。このステップ(S100)でYESと判断された場合には、ステップ(S102)に移り排ガス浄化装置2の再生演算のための処理が開始される。このステップ(S100)でNOと判断された場合には、スタートに戻る。
First, in step (S100), it is determined whether or not the
ステップ(S102)では、エンジン1の回転数を所定回転数にNaに変更する制御がなされる。具体的には、コントローラ20から再生開始の信号がエンジンコントローラ21へ伝送される。エンジンコントローラ21では、排ガス浄化装置2のフィルタ2Aを再生するときのエンジン回転数Naが読み出され、エンジン回転数Naとなるように電子ガバナ1Aを制御する。この結果、エンジンコントローラ21において、エンジン1の目標回転数が、例えば図示しないエンジンコントロールダイヤルが指示する通常回転数から低速アイドル回転数よりもやや高い強制再生に適した所定の回転数Naに切り換り、エンジンコントローラ21が、この所定回転数Naとエンジン1の実回転数とに基づいて電子ガバナ1aの燃料噴射量をフィードバック制御し、エンジン1の回転数をその所定の回転数Naになるように制御する。強制再生に適した所定の回転数NaとエンジントルクTe(kgf m)とは、そのときの排気ガスの温度を酸化触媒2Bの活性温度よりも高い温度まで上昇させることができる回転数とトルクである。
In step (S102), control is performed to change the rotational speed of the engine 1 to Na to a predetermined rotational speed. Specifically, a reproduction start signal is transmitted from the
一方、コントローラ20からは、電磁切換弁16のソレノイド部に励磁信号が出力される。電磁切換弁16のポートが切り替わり、パイロット油圧ポンプ5からのパイロット油が、圧力制御弁8の駆動部に供給される。この結果、圧力制御弁8のポートが駆動し、方向切換弁6のセンターバイパス部を介して作動油タンク9やオイルクーラ10へ流れる作動油の流量を減少させ、メイン油圧ポンプ3の吐出圧を上昇させる。つまり、強制再生に際しては、メイン油圧ポンプ3の吐出圧を上昇させ、メイン油圧ポンプ3のトルクを増加させている。
On the other hand, an excitation signal is output from the
次のステップ(S104)では、検出した作動油の温度と冷却水の温度からファン制御用油圧ポンプ4のトルクTf(kgf m)を計算する。具体的には、コントローラ20の演算部202において、まず、記憶部201から検出した作動油温度と冷却水温度から冷却ファンを駆動するファン制御用油圧ポンプ4の必要トルクTf(kgf m)を演算するための各種データが読み出される。次に、入力した作動油温度の検出値と冷却水温度の検出値から、冷却用ファン12の必要回転数を算出し、この回転数でファン回転用油圧モータ11を回転させるべくファン制御用油圧ポンプ4のレギュレータ4aへの電流信号が算出される。算出された電流信号は、コントローラ20の出力部204からレギュレータ4aへ出力され、ファン制御用油圧ポンプ4の斜板が駆動することによって、吐出油流量が変化する。一方、ファン制御用油圧ポンプ4の必要トルクTf(kgf m)は、ファン制御用油圧ポンプ4の吐出流量から算出することができる。算出されたこのファン制御用油圧ポンプ4の必要トルクTf(kgf m)は、記憶部201に一時的に記憶される。
In the next step (S104), the torque Tf (kgfm) of the fan control hydraulic pump 4 is calculated from the detected hydraulic oil temperature and cooling water temperature. Specifically, the
次のステップ(S106)では、エンジン1のトルクTe(kgf m)が所定の値になる負荷としてのメイン油圧ポンプ3のトルクTm(kgf m)を計算する。具体的には、コントローラ20の演算部202において、まず、記憶部201から強制再生に必要な排気ガス温度を発生させるエンジントルクTe(kgf m)と、前のステップ(S104)で一時的に記憶されたファン制御用油圧ポンプ4の必要トルクTf(kgf m)とが読み出される。その後、次の式(1)に従ってメイン油圧ポンプ3のトルクTm(kgf m)を算出する。
Tm=Te−Tf・・・・(1)
算出されたこのメイン油圧ポンプ3の必要トルクTm(kgf m)は、記憶部201に一時的に記憶される。
In the next step (S106), the torque Tm (kgfm) of the main
Tm = Te−Tf (1)
The calculated required torque Tm (kgfm) of the main
次のステップ(S108)では、メイン油圧ポンプ3のトルクが必要トルクTm(kgf m)になるように、ポンプ流量を制御するメイン油圧ポンプ3のトルク制御が行われる。具体的には、コントローラ20の演算部202において、まず、記憶部201から前のステップ(S106)で一時的に記憶されたメイン油圧ポンプ3の必要トルクTm(kgf m)が読み出される。次に、圧力センサ17から検出されたメイン油圧ポンプ3の吐出圧力P(kgf/cm2)の値とTm(kgf m)の値を次の式(2)に導入してメイン油圧ポンプ3の目標ポンプ容積q(cc/rev)を算出する。
q=Tm×200×π÷P・・・・(2)
算出されたこのメイン油圧ポンプ3の目標ポンプ容積q(cc/rev)から、このポンプ容積q(cc/rev)となるようにメイン油圧ポンプ3のレギュレータ3aへの電流信号が算出される。算出された電流信号は、コントローラ20の出力部204からレギュレータ3aへ出力され、メイン油圧ポンプ3の斜板が駆動することによって、吐出油流量が変化する。この結果、メイン油圧ポンプ3で所定のトルクTm(kgf m)が得られるトルク制御が実行される。
In the next step (S108), torque control of the main
q = Tm × 200 × π ÷ P (2)
From the calculated target pump volume q (cc / rev) of the main
このように、メイン油圧ポンプ3のトルクTm(kgf m)が制御されていることから、ファン制御用油圧ポンプ4の必要トルクTf(kgf m)が、作動油の温度や冷却水の温度の変化によって変わったとしても、エンジン1に掛かるトルクは、予め定めているエンジントルクTe(kgf m)が確保されることになる。
Thus, since the torque Tm (kgf m) of the main
エンジンコントローラ21としては、エンジン1が、所定回転数Naと所定トルクTe(kgf m)を保つように電子ガバナ1aの燃料噴射量をフィードバック制御している。
As the
次のステップ(S110)では、再生が開始される。強制再生の開始処理では、まず、タイマーを起動して強制再生の実行に必要な時間Tの計測を開始すると共に、例えばエンジン1の筒内噴射後の膨張行程において、再度燃料を噴射する副噴射を行う。この結果、排気管1Bで未燃燃料を酸化触媒2Bに供給し、その未燃燃料を酸化触媒2Bによって酸化させ、そのときに得られる反応熱をフィルタ2Aに送り込み、フィルタ2Aに蓄積したPMを焼却除去する。
In the next step (S110), reproduction is started. In the start process of forced regeneration, first, the timer is started to start measurement of the time T necessary for execution of forced regeneration, and the sub-injection in which fuel is injected again, for example, in the expansion stroke after in-cylinder injection of the engine 1 I do. As a result, the unburned fuel is supplied to the
次のステップ(S112)では、所定の強制再生の実行に必要な時間Tが経過して、タイマーが停止すると、強制再生を終了させる。 In the next step (S112), when the time T necessary for execution of predetermined forced regeneration elapses and the timer stops, forced regeneration is terminated.
次のステップ(S114)では、エンジン1を強制再生制御から通常の制御に復帰させる。具体的には、強制再生の際の副噴射を停止し、エンジン1の目標回転数を、図示しないエンジンコントロールダイヤルが指示する通常回転数に切換えると共に、電磁切換弁16のソレノイド部への励磁信号を取りやめ、メイン油圧ポンプ3の一連のトルク制御を終了させる。このような通常の制御にエンジン1を復帰させた後、先のステップ(S100)に戻る。
In the next step (S114), the engine 1 is returned from the forced regeneration control to the normal control. Specifically, the sub-injection at the time of forced regeneration is stopped, the target rotational speed of the engine 1 is switched to the normal rotational speed indicated by an engine control dial (not shown), and the excitation signal to the solenoid portion of the
上述した本発明の一実施の形態によれば、作動油や冷却水等の熱交換器を冷却する油圧駆動の冷却ファンの運転状態に関らず、エンジン1に掛かる負荷が所定の値となるように、メイン油圧ポンプ3のトルクを制御するため、フィルタ2Aの強制再生運転を効率的に実行することができる。この結果、適切な燃料消費量での運転が可能となり、建設機械の生産効率が向上する。
According to the above-described embodiment of the present invention, the load applied to the engine 1 becomes a predetermined value regardless of the operating state of the hydraulically driven cooling fan that cools the heat exchanger such as hydraulic oil or cooling water. Thus, since the torque of the main
また、上述の一実施の形態によれば、強制再生の状態においても、作動油や冷却水を冷却する冷却ファンの回転数制御がなされているので、オーバーヒート等が発生する虞がない。 Further, according to the above-described embodiment, since the rotational speed control of the cooling fan that cools the hydraulic oil and the cooling water is performed even in the forced regeneration state, there is no possibility that overheating or the like occurs.
さらに、コントローラ20とエンジンコントローラ21との制御により、エンジン1に掛かる負荷が所定の値となることから、排気ガス温度が適正に保たれ、いつでも同じ条件の下で適切な強制再生を実施することができる。
Furthermore, since the load applied to the engine 1 becomes a predetermined value by the control of the
なお、本実施の形態においては、エンジン1の筒内噴射後の膨張行程において、再度燃料を噴射する副噴射を行う排気ガス浄化装置について説明したが、これに限らない。例えば、エンジン1と酸化触媒2Bとの間に再生用燃料噴射装置を設けていて、ここで燃料噴射を行う排気ガス浄化装置であっても良い。
In the present embodiment, the exhaust gas purification device that performs the sub-injection for injecting the fuel again in the expansion stroke after the in-cylinder injection of the engine 1 has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, it may be an exhaust gas purification device in which a regeneration fuel injection device is provided between the engine 1 and the
また、制御装置として、コントローラ20とエンジンコントローラ21を別置した場合について説明したが、これらを同一のコントローラとして構成しても良い。
Moreover, although the case where the
1 ディーゼルエンジン
1a 電子ガバナ
2 排ガス浄化装置
2A フィルタ(ディーゼルパティキュレートフィルタ)
2B 酸化触媒
3 メイン油圧ポンプ
3A レギュレータ
4 ファン制御用油圧ポンプ
4A レギュレータ
5 パイロット油圧ポンプ
6 方向切換弁
8 圧力制御弁
9 作動油タンク
10 オイルクーラ
11 ファン駆動用油モータ
12 冷却用ファン
13 ラジエータ
14 リリーフ弁
15 操作レバー装置
16 電磁切換弁
17 圧力センサ
18 作動油温度センサ
19 冷却水温度センサ
20 コントローラ
21 エンジンコントローラ
1 diesel engine 1a electronic governor 2 exhaust
Claims (5)
前記エンジンの排気口に連設されて、排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記フィルタに堆積した粒子状物質を焼却除去し、前記フィルタを再生する再生装置と、
前記エンジンによって駆動される可変容量型の第1及び第2の油圧ポンプと、
作動油と冷却水を冷却する熱交換器と、この熱交換器を冷却する冷却ファンと、
前記第2の油圧ポンプから吐出される圧油により回転し、前記冷却ファンを駆動する油圧モータと、
前記第1及び第2の油圧ポンプから吐出される圧油の吐出量を制御する機能と、前記再生装置を作動させる機能とを有する制御装置とを備えた建設機械の排気ガス浄化システムにおいて、
前記制御装置は、前記再生装置が作動しているときに、前記第2の油圧ポンプの負荷を算出し、前記第1の油圧ポンプから吐出される圧油の吐出量及び吐出圧力を制御することで、前記エンジンに掛かる負荷を所定の値に保つ
ことを特徴とする建設機械の排気ガス浄化システム。 A diesel engine,
A filter connected to the exhaust port of the engine and collecting particulate matter contained in the exhaust gas;
A regenerator that incinerates and removes particulate matter deposited on the filter and regenerates the filter;
Variable displacement first and second hydraulic pumps driven by the engine;
A heat exchanger for cooling the hydraulic oil and the cooling water, a cooling fan for cooling the heat exchanger,
A hydraulic motor that rotates by pressure oil discharged from the second hydraulic pump and drives the cooling fan;
In an exhaust gas purification system for a construction machine, comprising a control device having a function of controlling a discharge amount of pressure oil discharged from the first and second hydraulic pumps and a function of operating the regeneration device,
The control device calculates a load of the second hydraulic pump and controls a discharge amount and a discharge pressure of pressure oil discharged from the first hydraulic pump when the regeneration device is operating. An exhaust gas purification system for a construction machine, wherein a load applied to the engine is maintained at a predetermined value.
前記作動油と冷却水の温度をそれぞれ検出する温度検出器を更に備え、
前記制御装置は、前記温度検出器で検出した作動油と冷却水の温度信号を取込み、これらの信号に基づいて前記第2の油圧ポンプの負荷を算出する
ことを特徴とする建設機械の排気ガス浄化システム。 The exhaust gas purification system for a construction machine according to claim 1,
A temperature detector for detecting the temperature of the hydraulic oil and the cooling water, respectively;
The control device takes in hydraulic oil and cooling water temperature signals detected by the temperature detector, and calculates the load of the second hydraulic pump based on these signals. Exhaust gas for construction machinery Purification system.
前記第1の油圧ポンプから吐出される圧油の吐出圧力を検出する圧力検出器をさらに備え、
前記制御装置は、前記圧力検出器で検出した圧油の圧力信号を取込み、この信号に基づいて前記第1の油圧ポンプの目標ポンプ容積を算出する
ことを特徴とする建設機械の排気ガス浄化システム。 The exhaust gas purification system for a construction machine according to claim 1 or 2,
A pressure detector for detecting a discharge pressure of the pressure oil discharged from the first hydraulic pump;
The control device takes in a pressure signal of pressure oil detected by the pressure detector, and calculates a target pump volume of the first hydraulic pump based on this signal. An exhaust gas purification system for construction machinery .
前記第1の油圧ポンプの吐出管路には、方向切換弁を介した油圧アクチュエータが接続されると共に、前記方向切換弁のセンターバイパスに接続された管路には、制御弁を介して作動油タンクが接続され、
前記制御装置は、前記再生装置が作動しているときには、前記制御弁を駆動して前記第1の油圧ポンプの吐出圧を上昇させる
ことを特徴とする建設機械の排気ガス浄化システム。 The exhaust gas purification system for a construction machine according to any one of claims 1 to 3,
A hydraulic actuator via a direction switching valve is connected to the discharge line of the first hydraulic pump, and hydraulic oil is connected to the pipe connected to the center bypass of the direction switching valve via a control valve. The tank is connected,
The control device drives the control valve to raise the discharge pressure of the first hydraulic pump when the regeneration device is operating.
前記第1の油圧ポンプはメイン油圧ポンプであって、前記第2の油圧ポンプは、ファン制御用油圧ポンプである
ことを特徴とする建設機械の排気ガス浄化システム。 The exhaust gas purification system for a construction machine according to any one of claims 1 to 4,
The exhaust gas purification system for a construction machine, wherein the first hydraulic pump is a main hydraulic pump, and the second hydraulic pump is a fan control hydraulic pump.
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