JP2010106716A - Ｐｍフィルタ装置の保温・冷却制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＰＭフィルタ装置のフィルタでの燃焼を行っているときのＰＭフィルタ装置外周部に対する温度制御を行うことができ、ＰＭフィルタ装置での燃焼を効率的に行わせることができ、しかも、走行風を有効に利用して熱害の影響をＰＭフィルタ装置の周辺部に与えないようにしたＰＭフィルタ装置の保温・冷却制御装置を提供する。
【解決手段】 作業機械の前後方向に、エンジンルームと冷却通路とを並列に構成し、両者の間を隔壁で画成する。冷却通路内にアフタークーラ、冷却ファン、ＰＭフィルタ装置を配設し、冷却ファンからの廃熱風によってＰＭフィルタ装置の外周部を冷却する。ＰＭフィルタ装置で捕捉したＰＭを燃焼させるときに、排気ガスの排気温度が目標温度よりも低いときは、冷却ファンの風量を少なく制御して、排気ガス温度を上昇させる。逆に、排気ガスの排気温度が目標温度よりも高いときは、冷却ファンの風量が多くなるように制御して、ＰＭフィルタ装置の外周部に対する冷却効果を高める。
【選択図】図４

Description

本発明は、ＰＭフィルタ装置（排気ガスに含まれる粒子状物質（パーティキュレート・マター）をフィルタで捕捉する装置）の保温・冷却制御装置に関する。
尚、本発明では、作業機械の側面視において前後進方向を前後方向とし、作業機械の正面視において左右方向を車幅方向としている。

従来から、ディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれる粒子状物質であるＰＭ（パーティキュレート・マター）がそのまま大気中に放出されてしまうのを防止するため、ＰＭフィルタ装置が用いられている。ＰＭフィルタ装置は、排気ガスの排気通路に設けられており、フィルタによって排気ガス中に含まれるＰＭを捕捉し、減少させる装置として用いられている。

ＰＭフィルタ装置の基本的な構成としては、ＰＭをフィルタによって捕捉する構成となっている。また、フィルタが目詰まりしたときにフィルタ機能が低下するのを防止するため、フィルタに捕捉されたＰＭを燃焼させて、フィルタを再生させることのできるセルフ・クリーニング機能が設けられているものがある。

フィルタの再生技術としては、排気ガス中に燃料を供給することで、フィルタよりも上流側に配した酸化触媒を酸化・発熱させている。そして、フィルタに流入する排気ガスの温度を上昇させ、温度が上昇した排気ガスによってフィルタに堆積したＰＭを自己燃焼させる構成となっている。ＰＭを燃焼させることで、ＰＭによるフィルタの目詰まりを解消させて、フィルタの再生を図っている。

ＰＭフィルタ装置としては、フィルタの目詰まりを解消させるためにＰＭを燃焼させているときには、高温状態にしておくことでＰＭを燃焼させるときの燃焼効率を向上させておくことができる。しかし、この時には、ＰＭフィルタ装置の外周部も高温状態となり、熱による悪影響（いわゆる熱害）をＰＭフィルタ装置の周辺に配した周辺機器に対して与えてしまうことになる。また、ＰＭフィルタ装置の周辺に運転室を配した場合には、運転室内の温度を上昇させてしまうことになる。

ＰＭフィルタ装置による熱害を防止するものとしては、種々のものが提案されており、ＰＭフィルタ装置の周辺における温度上昇を予測的に防止した冷却ファン制御装置（特許文献１参照）や、ＰＭフィルタ装置の周囲に遮熱板を設けて、ＰＭフィルタ装置と遮熱板との間から外気を吸引可能に構成し、吸引された外気をホットエアダクトに流入させるように構成することで、ＰＭフィルタ装置における燃焼効率を向上させているディーゼル機関のフィルタ再生制御装置（特許文献２参照）などが提案されている。

特許文献１における冷却ファン制御装置を、本願発明における従来例１として図７にはその平面図を示している。図７に示すように、車輌の前方にはエンジン70を収容するエンジンルーム71が設けられており、エンジン70の前方には冷却ファン72が設けられている。冷却ファン72の更に前方にはラジエータ73や空調機のコンデンサ74が配置されている。エンジンルーム71内におけるエンジン70の直ぐ後ろ側には、ＰＭフィルタ装置75が配置されている。

冷却ファン72による送風によって、ラジエータ73と空調機のコンデンサ74とを冷却し、冷却水や冷媒の温度を低下させることができる。また、冷却ファン72からの廃熱風によって、エンジン70やＰＭフィルタ装置75といったエンジンルーム内に配した部材の温度を低下させるように構成されている。

そして、冷却ファン72の回転速度は、冷却水の温度が高い場合、空調機の負荷が大きい場合及びＰＭフィルタ装置75が再生状態である場合には、大きくなるように設定されている。更に、ＰＭフィルタ装置75の再生信号を受信してから、これに応じて冷却ファン72の回転速度を制御するまでの間に、一定の時間差をもたせた制御を行っている。即ち、開始遅延時間ｔ１が経過してから、冷却ファン72の回転速度の制御が開始されるように構成されている。

特許文献２におけるフィルタ再生制御装置を、本願発明における従来例２として図８にはその模式図を示している。図８に示すように、ＰＭフィルタ装置90の周囲には、周辺部品に対する熱影響（熱害）を防止するための遮熱板91が設けられている。ＰＭフィルタ装置90及び遮熱板91間に形成された空間から外気を吸入することが可能な構成となっており、その空間を通って吸入された空気は、ホットエアダクト92に通流する。

吸気切替弁81は、開閉してホットエアダクト92及び新気ダクト80から吸入する空気を切り替えることができ、吸気切替弁81が開弁するとホットエアダクト92からの空気を吸入する。吸気切替弁81が閉弁すると新気ダクト80から空気を吸入する。

吸入された空気は、エアクリーナ82で清浄され、エアフローメータ83で吸入量が検出され、ターボチャージャ84で過給される。ターボチャージャ84で過給された空気(以下では、過給気という。)は、インタークーラ85（アフタークーラに相当）で冷却された後に、インテークシャッタ86、インテークマニホールド87を通流してエンジン本体88に吸入される。

吸気切換弁81が開弁してＰＭフィルタ装置90の放熱によって加熱した空気を、エンジンに吸気させると、エンジンからの排気温度を上げることができる。そして、ＰＭフィルタ装置90の温度を迅速に上昇させることができ、ＰＭフィルタ装置90における燃焼効率を向上させることができる。

インタークーラ85で冷却された過給気に対して、燃料ポンプ93からコモンレール94に供給された燃料がインジェクションノズル95から噴射されて混合され、空気燃料混合気となってエンジン本体88に吸入される。空気燃料混合気が着火してエンジンが駆動した後、燃焼ガスである排気ガスは、エキゾーストマニホールド89から排気される。

排気ガス中に含まれるＰＭは、ＰＭフィルタ装置90のフィルタによって捕捉されて堆積される。また、排気ガスの一部は、エキゾーストマニホールド89から、ＥＧＲクーラ96、ＥＧＲバルブ97を通流してインテークマニホールド87に還流される構成となっている。

ＰＭフィルタ装置90の入口と出口とにおける圧力差は、差圧センサ98で検出される。また、ＰＭフィルタ装置90の入口温度は、ＰＭフィルタ装置入口温度センサ99で検出され、出口温度は、ＰＭフィルタ装置出口温度センサ100で検出される。これらのセンサにおける検出信号は、エンジンコントロールユニット101に送られる。そして、ＰＭフィルタ装置90のフィルタの目詰まりを解消してフィルタを再生するときには、フィルタの堆積したＰＭの燃焼効率を高めるため、ホットエアダクト92から加熱空気を導入する制御が行われる。

ところで、作業機械として、例えば、ダンプトラックにおいては、ラジエータやアフタークーラ等の冷却装置を配設する際には、走行時の風を冷風として積極的に利用するため、これらの冷却装置を車体前面に配設することが、一般的な配置構成となっている。

しかも、これらの冷却装置を冷却する冷却ファンは、エンジンに直結されている構成が多用されているため、これらの冷却装置は、エンジンの前面側における限られたスペースに配設されている。そのため、上述した従来例１にも示されているように、ラジエータやアフタークーラ等におけるそれぞれの冷却部材を重ね合わせた配置構成が採用されている。

この様に冷却部材を重ね合わせた配置構成とした場合には、重ね合わせた冷却部材において後方側に配されている冷却部材は、その前方側に配されている冷却部材によってプリヒートされた廃熱風が当たることになる。そのため、後方側に配されている冷却部材の冷却効率としては、悪化してしまうことになる。

この問題は、後方側に配する冷却装置において、廃熱風が当たる冷却部材の受圧面積を大きく構成しておくことや前方に配する冷却装置の冷却ファンの風量を増大させることで、解決することができる。しかし、冷却部材の受圧面積を大きく構成したり、冷却ファンの風量を大きく構成しておくことは、後方側に配される冷却装置自体の大きさを大きく構成しておいたり、冷却ファンを大きく構成しておくことになる。

そして、大きく構成した冷却装置や冷却ファンを配設するために必要となる設置スペースが不足してしまったり、他の機器との干渉が発生したり、冷却ファンによる騒音が増大したりして、新たな問題が発生することになる。特に、エンジンのヒートリジェクションがアップした場合には、上述したレイアウト構成では対応することが難しくなってきている。

そこで、このような問題を解決するため、ラジエータを配設しているエンジンルームとは異なる部位に、アフタークーラを配設した油圧ショベルの冷却装置（特許文献３参照）が、本願出願人によって提案されている。

特許文献３における冷却装置を、本願発明における従来例３として図９にはその平面図を示している。図９に示すように、大型油圧ショベルの上部旋回体50には、大型油圧ショベルの進行方向に対して横向きに配したエンジンルーム51が構成されている。このエンジンルーム51内には、エンジン52が横置に配設されている。

エンジン52に直結した冷却ファン53の前方には、ラジエータ55及び作動油クーラ54が直列に配設されており、エンジン52の上部には、エアクリーナ57が配設されている。エアクリーナ57は、エア配管60を介してターボチャージャ56と接続しており、ターボチャージャ56は、エア配管59を介して空冷アフタークーラ58と接続している。また、空冷アフタークーラ58は、エア配管61を介してエンジン52に接続している。

また、空冷アフタークーラ58は、エンジンルーム51外に別置にて配設されており、大型油圧ショベルの側壁部側に近接するように、ラジエータ55の横に略並んだ位置に配設されている。
特開２００７−１３８８７２号公報 特開２００５−２９９６２８号公報 特開平９−１２５９７２号公報

特許文献１に記載されている冷却ファン制御装置では、エンジンルーム71内にエンジン70とＰＭフィルタ装置75とが共に配設された構成となっている。しかも、冷却ファン72からの廃熱風でエンジンを冷却した後に、ＰＭフィルタ装置75の外周部を冷却する構成となっている。そのため、ＰＭフィルタ装置75の外周部を多少冷却させることができるが、ＰＭを燃焼中のＰＭフィルタ装置75の外周部を強制的に冷却することができない構成となっている。

このため、ＰＭフィルタ装置75の周囲に配設する周辺機器に対して熱害を防止するためには、周辺機器を断熱材で囲んでおくなどの特別な対策を講じておかなければならない。また、アフタークーラを配設することについては、特に記載されていないが、仮に、アフタークーラを配設する場合でも、アフタークーラはエンジンルーム71内に配設されることになり、エンジンルーム71内の暖気によって、アフタークーラと接続した吸気管における冷却効率が低下してしまうことになる。

特許文献２に記載されているフィルタ再生制御装置では、ＰＭフィルタ装置90及び遮熱板91の間に形成された空間から外気を吸入することが可能な構成となっているだけで、ＰＭフィルタ装置90の外周部を強制的に冷却したり、ＰＭフィルタ装置90の外周部の温度を制御したりすることができない構成となっている。しかも、ＰＭフィルタ装置90の周囲を遮熱板91で覆っておかなければならず、長期にわたって使用できる遮熱板としては、特別仕様の遮熱板を使用しなければならない。

また、インタークーラ85は、エンジンルーム内に配設される構成となっているので、エンジンルーム内の暖気によって、インタークーラ85と接続した吸気管における冷却効率が低下してしまうことになる。特に、インタークーラ85で冷却された空気は、インタークーラ85と接続した吸気管において、エンジンルーム内の暖気によって暖められてしまうことになる。

更に、ＰＭフィルタ装置90におけるＰＭの燃焼効率を向上させるため、吸気切替弁81やホットエアダクト92などを設けておくことが必要になっている。そして、吸気切替弁81やホットエアダクト92などを設けるための配置構造が複雑になり、また、吸気切替弁81やホットエアダクト92を設けるための設置スペースが必要になる。

特許文献３に記載されている冷却装置では、空冷アフタークーラ58に対して外気を導入し易くするため、空冷アフタークーラ58は、大型油圧ショベルの側壁部側に近接している部位に配設されている。そのため、空冷アフタークーラ58は、大型油圧ショベルの車幅方向において、エンジンの配設部位から離れた側方側の部位に配設されている。

このように構成されているので、空冷アフタークーラ58とターボチャージャ56とを接続するエア配管59の長さ及び空冷アフタークーラ58とエンジン52とを接続するエア配管61の長さは、それぞれ長く構成されている。しかも、エンジンルーム51内においては、エア配管59及びエア配管61が長く配された構成となっている。

特に、空冷アフタークーラ58において冷却された空気を通流させるエア配管61が、エンジンルーム51内において長く配管されているので、エア配管61内を通流する空気が、エンジンルーム51内の暖気によって暖められてしまうことになる。このため、空冷アフタークーラ58において冷却を行っても、その後のエア配管61において冷却効果が低下してしまうことになる。

しかも、大型油圧ショベルの車幅方向に沿って、空冷アフタークーラ58とラジエータ62とがそれぞれ配設されているので、走行風を有効に利用することが難い構成となっている。

本発明は上述した不具合を解決するためになされたものであり、ＰＭフィルタ装置のフィルタでの燃焼を行っているときにおけるＰＭフィルタ装置外周部に対する温度制御を効率的に行うことができ、ＰＭフィルタ装置での燃焼を効率的に行わせることができ、しかも、走行風を有効に利用して熱害の影響をＰＭフィルタ装置の周辺部に与えないようにしたＰＭフィルタ装置の保温・冷却制御装置を提供することにある。

前述の目的を達成すべく本発明は、作業機械に搭載されたディーゼルエンジンから排出される排気ガス中に含まれる粒子状物質であるＰＭを減少させるＰＭフィルタ装置の保温・冷却制御装置において、
前記作業機械の前後方向に構成されたエンジンルームと並列に配設され、隔壁を隔てて前記エンジンルームと画成された冷却通路と、前記冷却通路内に配され、前記エンジンルーム内に配した過給機によって過給状態となった空気を冷却するアフタークーラと、前記冷却通路内で前記アフタークーラの下流側に配され、前記エンジンからの排気ガスが導入されるＰＭフィルタ装置と、前記冷却通路内に配され、前記アフタークーラを冷却し、前記アフタークーラを冷却した廃熱風で前記ＰＭフィルタ装置の外周部を冷却する冷却ファンと、
排気ガスの排気温度を検出する温度センサと、前記温度センサと接続し、前記ＰＭフィルタ装置のフィルタで捕捉したＰＭの燃焼を行うときに、前記冷却ファンの風量を制御するコントローラと、を備え、
前記コントローラは、前記温度センサで検出した排気温度が、目標温度に対して高温のときには、前記冷却ファンからの風量を多くして前記ＰＭフィルタ装置の外周部に対する冷却効果を高める制御を行い、前記温度センサで検出した排気温度が、目標温度に対して低温のときには、前記冷却ファンからの風量を少なくして前記ＰＭフィルタ装置の外周部における温度上昇・保温を助長させる制御を行うことを最も主要な特徴となしている。

また、本発明では、前記エンジンから排出された排気ガスを前記ＰＭフィルタ装置に導入する排気管が、前記冷却ファンからの風を前記ＰＭフィルタ装置の上流側で受けるように配されてなることを主要な特徴となしている。

本発明では、ＰＭフィルタ装置のフィルタで捕捉したＰＭの燃焼を行うときに、排気ガスの排気温度に基づいて、コントローラでアフタークーラの冷却及びＰＭフィルタ装置の外周部を冷却する冷却ファンの風量を制御することができる。

ＰＭフィルタ装置のフィルタで捕捉したＰＭの燃焼を行うときに、排気ガスの排気温度が目標温度よりも高ければ、ＰＭフィルタ装置の中でＰＭの燃焼を十分に行うことができる温度であると判断することができる。そして、このときは、燃焼に伴う熱害の影響を少なくするため、冷却ファンからの風量を多くしてＰＭフィルタ装置の外周部を冷却させておくことができる。

また、ＰＭの燃焼を行うときに、排気ガスの排気温度が目標温度よりも低ければ、ＰＭフィルタ装置の中でＰＭの燃焼を十分に行うことができる温度には達していないと判断することができる。そして、このときは、燃焼に伴う熱害の影響を少なくするよりも、ＰＭの燃焼が十分に行われるように、排気ガスの温度を高くなるように冷却ファンからの風量が少なくなるように制御する。

冷却ファンからの風量を少なくすると、アフタークーラでの冷却効率が低下し、アフタークーラからエンジンに吸入される過給気の温度を高めることができる。そして、エンジンから排出される排気ガスの温度も高くなり、フィルタの上流側に配した酸化触媒を酸化・発熱させ易くすることができる。これにより、フィルタに供給される排気ガスの温度が上昇し、フィルタに目詰まりしているＰＭを自己燃焼させることができるようになる。

フィルタでの燃焼が十分に行われて排気温度が目標温度よりも上昇したときには、今度はＰＭフィルタ装置の外周部を冷却させるために、冷却ファンからの風量を増大させる制御を行うことができる。そうして、ＰＭフィルタ装置の外周部から発散される熱による熱害を防止させることができる。

本発明では、隔壁を隔ててエンジンルームと画成された冷却通路を、エンジンルームと並列に構成しており、冷却通路内に、アフタークーラ及び同アフタークーラを冷却する冷却ファンと、冷却ファンから排出された廃熱風が供給されるＰＭフィルタ装置とを配設している。

このように構成しているので、走行風をエンジンルームと冷却通路にそれぞれ別々に導入することができ、エンジンルームに配したラジエータや冷却通路に配したアフタークーラに対する冷却を効率的に行うことができる。しかも、アフタークーラを冷却した廃熱風で、ＰＭフィルタ装置の外周面を効率的に冷却することができる。

そして、隔壁によって冷却通路内では、エンジンルーム内の暖気による影響を受けにくい構成にしておくことができる。エンジンルーム内の暖気による影響を受け難くした冷却通路内に、アフタークーラを配設しておくことができるので、アフタークーラにおける冷却効果、及びアフタークーラを冷却した後の廃熱風でＰＭフィルタ装置の外周面を冷却するときの冷却効果を高めることができる。

また、隔壁によって、エンジンルーム内を流れるラジエータからの廃熱風と冷却通路内を流れるアフタークーラからの廃熱風とが衝突して、乱流が発生するのを防止しておくことができるので、それぞれの廃熱風における風量が減少するのを防止することができる。しかも、エンジンルーム内を流れるラジエータからの廃熱風は、エンジンルーム内で整流として流すことができ、冷却通路内を流れるアフタークーラからの廃熱風は、冷却通路内で整流として流すことができる。これによって、エンジンルーム内と冷却通路内とにおけるそれぞれの風流及び風量に好影響を与えることができる。

更に、隔壁によって冷却通路はエンジンルームと画成されているので、ラジエータ用の冷却ファンから発生する騒音やエンジンからの騒音が、冷却通路を通って外部に漏れ出てしまうのを防止しておくことができる。

また、本発明では、エンジンから排出された排気ガスをＰＭフィルタ装置に導入する排気管を、ＰＭフィルタ装置の上流側で冷却ファンからの風が受けられるように配設しておくことができる。そして、ＰＭフィルタ装置が燃焼を行って高温となったときには、風量が増大した冷却ファンからの風で排気管を冷却することができる。これにより、ＰＭフィルタ装置に導入される排気ガスの排気温度が、高温になり過ぎてしまうのを抑制しておくことができる。

また、ＰＭの燃焼を行うときに、排気ガスの排気温度が目標温度よりも低いときには、冷却ファンからの風量が少なく制御されるので、冷却ファンからの風で冷却される排気管の温度低下を低く抑えておくことができる。そして、排気温度が上昇した排気ガスの温度を下げないで、排気ガスをＰＭフィルタ装置に導入することができる。これによって、ＰＭフィルタ装置25における燃焼効率の向上に寄与することができる。

以下、本発明に係るＰＭフィルタ装置の保温・冷却制御装置の代表的な実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。

図１は、本発明に係るＰＭフィルタ装置の保温・冷却制御装置の配置状態を示す平面図である。図２は、エンジンルームと冷却通路との間に構成した隔壁をエンジンルーム側から見た側面図であり、図３は、本発明に係るＰＭフィルタ装置の保温・冷却制御装置の概略的な配置関係を示す概略平面図である。また、図４は、ＰＭフィルタ装置の保温・冷却制御装置の概略構成を示すブロック図であり、図５は、ＰＭフィルタ装置の模式的な断面図である。

エンジンルーム11は、作業機械10の前後方向に沿って配設されており、エンジンルーム11内には、エンジン12と、エンジン12の前方に配した冷却ファン14と、冷却ファン14の前方に配したラジエータ13及び作動油クーラ19等を、直列に配設している。また、エンジン12の上部部位におけるエンジンルーム11内には、過給機である排気ターボ過給機15が配設されている。

そして、エンジンルーム11の上方は、エンジンフード17（図２参照）により覆われている。エンジンフード17によって、エンジンフード17の上部における外気とエンジンフード17の内部におけるエンジンルーム11とを分けている。そして、エンジンフード17と、後述する隔壁18と、エンジンルーム11の下面板と、によって囲まれたエンジンルーム11は、作業機械10の前後方向に沿って空気が流通するように構成されている。

また、作業機械10は、エンジンルーム11の後方上部にキャブ23が搭載されており、エンジンルーム11の後方であって、キャブの下方の領域には、図示しない左右の前輪、トランスミッション、アクスル装置などが配置されている。

エンジンルーム11と並列に並んで冷却通路20が、作業機械10の前後方向に沿って配設されている。冷却通路20は、図示しないアフタークーラカバーと隔壁18及び図示しない下面板とによって囲まれた構成となっており、アフタークーラカバー前方に設けた外気導入口から取り入れた空気が、後方に流通するように構成されている。そして、図２に示すように、エンジンフード17の下部に隔壁18が配されており、隔壁18は、エンジンルーム11と冷却通路20との間で空気の流通が行われないように構成されている。

尚、アフタークーラカバーの構成としては、前述したエンジンルーム11の上方を覆うエンジンフード17と一体に構成されていても良い。逆に、後述するＰＭフィルタ装置25までを一体的に覆った構成とする代わりに、空気の流通を阻害しない構造で、分割されている構成としておくこともできる。

また、隔壁18を構成する壁の一部としては、後述する冷却通路20内に配設したアフタークーラ21の側壁面を利用することもできる。アフタークーラ21の側壁面を利用せずに、壁だけでエンジンルーム11と冷却通路20との間を画成する隔壁18を構成としておくこともできる。隔壁18としては、完全にエンジンルーム11と冷却通路20との間を遮断する構成としておくことも、エンジンルーム11と冷却通路20との間を完全に遮断した構成とはせずに、エンジンルーム11と冷却通路20との間で多少の空気の出入りが行える隙間を有した構成としておくこともできる。

隙間を有した構成とした場合であっても、エンジンルーム11内を流れる空気や冷却通路20内を流れる空気が、隙間から流入してきた空気によってかき乱されない程度の隙間として構成しておくことが望ましい。

冷却通路20内には、エアクリーナ16、アフタークーラ21、アフタークーラ21を冷却する冷却ファン22、及び冷却ファン22からの廃熱風によってその周囲が冷却されるＰＭフィルタ装置（パーティキュレート・マター・フィルタ装置）25が、直列に配設している。ＰＭフィルタ装置25は、図示せぬ前輪の上方で、かつ、キャブ23の側方に配置されている。

ＰＭフィルタ装置は、ディーゼルエンジンの排気ガスに含まれる粒子状物質であるＰＭ（パーティキュレート・マター）を減少させる装置（フィルタ）であり、基本的な構成としては、ＰＭをフィルタによって捕捉する装置となっている。図示例で示したＰＭフィルタ装置25には、フィルタが目詰まりしたときにフィルタ機能が低下するのを防止するため、フィルタで捕捉したＰＭを燃焼させて再生させることのできるセルフ・クリーニング機能が設けられている。

エンジン12の前方に配した冷却ファン14としては、エンジン12に直結した構成としておくことも、アフタークーラ21の冷却ファン22と同様に、エンジン12駆動の図示せぬ油圧ポンプからの吐出圧によって駆動される油圧モータを用いて、駆動される構成としておくこともできる。あるいは、電動モータで駆動される構成としておくこともできる。

冷却ファン14及び冷却ファン22をそれぞれ油圧モータで駆動する構成としておくことにより、ラジエータ13や作動油クーラ19等、アフタークーラ21の配置位置に対する自由度を高めることができる。また、冷却ファン14、冷却ファン22による冷却空気の流れとしては、図１に示すようにラジエータ13やアフタークーラ21に対しての吸込側の流れとして構成しておくことも、冷却ファン14、冷却ファン22をラジエータ13やアフタークーラ21の前面側に配して、吐出側の流れとして構成しておくこともできる。

ラジエータ13には、一対の配管29（図１では、一方の配管29のみを図示）が接続されており、エンジン12を冷却する冷却水の冷却を行うことができる。排気ターボ過給機15には、管路28を介して冷却通路20内に配したエアクリーナ16が接続されている。管路28は、図２に示すように隔壁18に形成した開口45を通って、エアクリーナ16に接続されるとともに、エンジンルーム11内において排気ターボ過給機15に接続している。

エアクリーナ16を介して吸い込まれた外気は、管路28を介して排気ターボ過給機15に供給され、排気ターボ過給機15ではコンプレッサ15ｂ（図４参照）によって過給状態にされる。過給状態となった後に、吸気管26aを介してアフタークーラ21に供給される構成となっている。コンプレッサ15bは、エンジン12から排出される排気ガスによって、回転駆動される。

アフタークーラ21で冷却された過給気は、吸気管26bを通り図示せぬ吸気マニホールドを介してエンジン12に吸入される。そして、燃料と混合されてエンジン12内での燃焼に用いられる。燃焼後にエンジン12から排出された排気ガスは、排気管27a(図４参照)を介して排気ターボ過給機15に導入される。

排気ターボ過給機15に導入された排気ガスは、タービン15a(図４参照)の駆動に用いられた後、排気管27bを通ってＰＭフィルタ装置25に導入される。排気管27bは、冷却ファン22からの風をＰＭフィルタ装置25の上流側で受けるように配設されている。タービン15a(図４参照)は、エアクリーナ16を介して吸い込まれた空気を過給状態にするコンプレッサ15b（図４参照）を駆動する。
ＰＭフィルタ装置25に導入された排気ガスは、フィルタ32（図５参照）によってＰＭが取り除かれてから、排気管27c(図４、図５参照)を通って外気に放出される。

アフタークーラ21に接続した吸気管26aを接続する排気ターボ過給機15の接続口及びエンジン12の吸気マニホールドの配設位置としては、隔壁18の近くに構成している。また、図２に示すように隔壁18には、開口46aと開口46bとが形成されている。開口46aは、排気ターボ過給機15に接続した吸気管26aをアフタークーラ21に接続するための開口として形成されており、開口46bは、アフタークーラ21で冷却された空気をエンジン12に供給する吸気管26bが通る開口として形成されている。

図１及び図３に示すように、アフタークーラ21の配設位置としては、エンジン12の配設位置の横に並んだ位置となっている。尚、図３では、ＰＭフィルタ装置の保温・冷却制御装置の概略的な配置関係を示している。
このように構成されているので、走行風をエンジンルーム11と冷却通路20とに個別に導入することができる。しかも、エンジンルーム11内における吸気管26a、26bの長さを短く構成しておくことができるようになり、エンジンルーム11内の暖気によって吸気管26a、26b内を流れる空気が暖められてしまうのを防止しておくことができる。

この構成により、冷却通路20内ではエンジンルーム11内の暖気による影響を受け難くなっているので、アフタークーラ21に対する冷却効果、ＰＭフィルタ装置25の外周面に対する冷却効果を高めておくことができる。

特に、冷却通路20を前後方向が開放された一種のダクトとして構成しておくことができるので、冷却通路20内に導入される走行風、アフタークーラ21用の冷却ファン22で引き起こされる風量を、アフタークーラ21に対する冷却風、ＰＭフィルタ装置25の外周面に対する冷却風として、有効に作用することができる。

これにより、ＰＭフィルタ装置25の外周面を冷却することで、ＰＭフィルタ装置25の周辺に配設した図示せぬ機器に対する熱の影響を防止しておくことができ、また、ＰＭフィルタ装置25に隣接して配した図示せぬキャブ内での温度上昇を抑えておくことができる。

しかも、エンジンルーム11内で発生した騒音は、隔壁18によって遮音しておくことができるので、エンジンルーム11内で発生した騒音が、冷却通路20を介して外部に漏れ出るのを防止しておくことができる。

また、アフタークーラ21に接続した吸気管26aを接続する排気ターボ過給機15の接続口及びエンジン12の吸気マニホールドの配設位置は、隔壁18の近くに構成しているので、エンジンルーム11内における吸気管26a、26bの配管長さを短く構成しておくことができる。
この構成により、エンジンルーム11内における吸気管26a、26bの長さを短く構成しておくことができるようになり、エンジンルーム11内の暖気によって吸気管26a、26b内を流れる空気が暖められてしまうのを防止しておくことができる。

次に、図４、図５を用いてＰＭフィルタ装置の保温・冷却制御装置について説明を行う。尚、図４では、隔壁18によって冷却通路20と画成されたエンジンルーム11内に、一部の排気ガスをエンジン12に還流させるＥＲＧ装置の構成を図示している。また、エンジン12の図示せぬクランクケースに放出されたブローバイガスを、エンジン12に吸入される空気燃料混合気と共にエンジン12に還流させるＣＣＶ装置（ベンチレーション装置）42の構成を図示している。

そのため、図４では、エンジンルーム11内に配設されるラジエータ13等の構成を省略して示している。ＥＧＲ装置は、ＥＧＲクーラ39とＥＧＲバルブ40とから構成されており、一部の排気ガスをＥＧＲクーラ39で冷却した後に、吸気管26bを介してエンジン12内に還流する構成となっている。

図示例では、一部の排気ガスがＥＧＲクーラ39で冷却された後にＥＧＲバルブ40を通り、吸気管26bに設けた絞り41を介して吸気管26b内に戻される構成となっている。即ち、絞り41部における吸引作用によって、ＥＧＲクーラ39で冷却された排気ガスを吸気管26b内に吸入している。ＥＧＲバルブ40の開閉量は、リフトセンサ40aによって検出することができる。

また、ＣＣＶ装置42を設けている理由は、一般にディーゼルエンジンでは、いわゆる圧縮、燃焼、排気の各サイクルが連続的に行われるが、これら各サイクルの間において、ピストンリングの空隙を通して空気燃料混合気が漏れ出てしまい、クランクケースにブローバイガスが放出されてしまうことになる。

これらのブローバイガスによって、クランクケース内での圧力は上昇し、クランクケースからのオイルの漏れが促進されることになる。従来のディーゼルエンジンでは、クランクケース内で上昇した圧力は、ブリーザを通して大気に開放される構成となっていた。

しかし、環境上の配慮によって、クランクケースのブローバイガスを大気に放出することなく燃焼室に戻すことが提案されている。このために考え出された装置としてＣＣＶ装置がある。図示例のＣＣＶ装置42では、空気燃料混合気と共にブローバイガスをエンジン12に還流させて、エンジン12内で燃焼させる構成となっている。ＣＣＶ装置42における圧力は、圧力センサ42aによって検出することができる。

図１での説明と重複することにもなるが、図４に示した構成を説明する。エアクリーナ16から導入された外気は、配管28を介して排気ターボ過吸機15のコンプレッサ15bに供給される。エアクリーナ16から導入された外気の流量は、空気流量センサ16aによって検出することができる。また、配管28には、ＣＣＶ装置42からのブローバイガスが合流する。

コンプレッサ15bに供給された空気は、コンプレッサ15bの作動によって過給気となり、アフタークーラ21に導入される。アフタークーラ21で冷却された過給気は、途中で燃料が供給されて空気燃料混合気となって、エンジン12に供給されることになる。また、上述したように、吸気管26bに配設した絞り41を介して、ＥＧＲクーラ39で冷却された一部の排気ガスが過給気に混入されて、エンジン12に供給されることになる。

エンジン12の回転は、エンジン回転センサ38によって検出することができる。また、エンジン12に供給される吸気温度は、吸気温度センサ37bによって検出することができ、エンジン12に供給される吸気圧力は、吸気圧力センサ37aによって検出することができる。

エンジン12内で燃焼されて発生する排気ガスは、その一部がＥＧＲクーラ39に導入されるとともに、残りの排気ガスは、排気管27aを通って排気ターボ過給機15のタービン15aに導入される。タービン15aは導入された排気ガスによって回転駆動され、タービン15aに直結されたコンプレッサ15bを回転駆動させる。コンプレッサ15bの回転数は、ターボ回転センサ15cによって検出することができる。

図示例では、タービン15aは可変速タービンとして構成されており、斜板角度を変更することでタービンの容量を変更させることができる。タービンの容量を変更させることで、タービン15aの回転数を制御することができる。斜板の角度は、ポジションセンサ15dによって検出することができる。

タービン15aを回転駆動させた排気ガスは、排気管27bを通ってＰＭフィルタ装置25に導入される。図５に示すように、ＰＭフィルタ装置25は、円筒状の筐体30の内部に、酸化触媒31とＰＭを捕捉するためのフィルタ32とを、排気ガスの流れ方向の上流側から収納した構成となっている。酸化触媒31とフィルタ32の周囲には、それぞれ断熱材35が設けられている。また、ＰＭフィルタ装置25に排気ガスを導入する排気管27bの途中には、ドージング噴射用の燃料供給装置36が設けられている。

酸化触媒31は、燃料供給装置36によって供給されたドージング燃料を酸化・発熱させるための触媒であり、酸化触媒31の活性温度は、排気ガスの温度にして約２５０℃前後の温度である。酸化触媒31での発熱により、排気ガスの温度を上昇させることができ、フィルタ32に堆積したＰＭを自己燃焼させることができる。

フィルタ32は、例えば、排気ガスの流入側から流出側に向かって連通した形状の小孔を多数有した構成となっている。小孔としては、流入側が開口し流出側が目封じされたものと、流入側が目封じされ流出側が開口したものとが、交互に配された構成となっている。そして、流入側が開口した小孔に流入した排気ガスが、隣接する小孔間の境界壁を通過することで、ＰＭが境界壁によって捕捉されることになる。

フィルタ32の材質としては、用途に応じて適宜選択することができるが、コージュライトや炭化珪素などのセラミックス材料、ステンレスやアルミニウムなどの金属材料を用いて構成しておくことができる。

ＰＭフィルタ装置25には、フィルタ32の前後圧の差圧を計る差圧センサ33、排気管27bから導入された排気ガスの温度を検出する温度センサ34a、酸化触媒31を通過した後の排気ガスの温度を検出する温度センサ34b、フィルタ32を通過後の排気ガスの温度を検出する温度センサ34cが設けられている。フィルタ32を通過してＰＭが取り除かれた排気ガスは、排気管27cを通って大気中に放出される。

アフタークーラ21を冷却すると共に、ＰＭフィルタ装置25の外周部に廃熱風を供給する冷却ファン22は、コントローラ43によって制御される。コントローラ43は、温度センサ34cで検出した排気ガスの排気温度が、予め設定した目標温度よりも高い温度であるか、低い温度であるかによって、冷却ファン22の風量を制御する。

即ち、ＰＭフィルタ装置25のフィルタ32で捕捉したＰＭの燃焼を行うときに、コントローラ43は、温度センサ34cで検出した排気ガスの排気温度が、予め設定した目標温度よりも高い温度であると判断したときには、ＰＭフィルタ装置25内での燃焼が十分に行われているものと判断して、冷却ファン22の風量を増大する制御を行う。

これにより、アフタークーラ21を冷却した廃熱風でＰＭフィルタ装置25の外周部の冷却を十分に行うことができる。そして、ＰＭフィルタ装置25による熱害の影響がＰＭフィルタ装置25の周辺機器に及ぼさないように防いておくことができる。またこのとき、増大した冷却ファン22からの風で、ＰＭフィルタ装置25の上流側に配設した排気管27bを冷却することができるので、排気ガスの排気温度が高温になり過ぎてしまうのを抑制しておくことができる。

外気が低温状態であったりして、ＰＭの燃焼を行うときでも温度センサ34cで検出した排気ガスの排気温度が、予め設定した目標温度よりも低い温度であると判断したときには、冷却ファン22の風量が少なくなるように制御を行う。

これにより、アフタークーラ21での冷却が不十分となり、アフタークーラ21からエンジン12に吸入される過給気の温度が上昇する。これに伴って、エンジン12から排出される排気ガスの排気温度も上昇することになる。しかもこのとき、冷却ファンからの風量が少なく制御されるので、冷却ファンからの風で冷却される排気管27bの温度低下を低く抑えておくことができる。そして、ＰＭフィルタ装置25における燃焼効率の向上に寄与することができる。

そして、酸化触媒31での燃焼が起き易くなって、ＰＭフィルタ装置25内でのＰＭの自己燃焼が生じ易くなる。そして、ＰＭフィルタ装置25内でのＰＭの自己燃焼が十分に行われて、温度センサ34cで検出した排気ガスの排気温度が、予め設定した目標温度よりも高くなったときには、冷却ファン22の風量を増大させて、ＰＭフィルタ装置25の外周部の冷却を行うことができる。

冷却ファン22の風量を小さくしたときには、ＰＭフィルタ装置25の外周部における温度を低く抑えることができないが、温度センサ34cで検出した排気ガスの排気温度が、予め設定した目標温度よりも低いときには、ＰＭフィルタ装置25の外周部における温度もそれほど高くはなっておらず、ＰＭフィルタ装置25の周辺に配した周辺機器に対しての熱害の影響も少なくてすむ。

冷却ファン22の風量を制御する構成例について、図６を用いて説明する。図６に示した構成例では、冷却ファン22を駆動する油圧モータ44の回転数を制御することにより、冷却ファン22からの風量を制御することができる。具体的には、エンジン12により駆動される、例えば、ギヤポンプとして構成された油圧ポンプ47から吐出される圧油が、油圧モータ44に供給されるように構成しておく。

油圧ポンプ47から吐出されて油圧モータ44に供給される圧油を制御するため、フローコントロール弁48が、油圧モータ44の吸込側と排出側とをバイパスする位置に設けられている。フローコントロール弁48の切換え制御は、パイロットライン24に設けた比例電磁弁49を、コントローラ43からの制御指令によって制御することで行うことができる。

コントローラ43からの制御指令に従って、比例電磁弁49はリニア駆動を行い、比例電磁弁49に供給されているパイロット圧Pを制御する。パイロットライン24からフローコントロール弁48の切換えを行うために供給されるパイロット圧が、比例電磁弁49によって制御されることで、フローコントロール弁48の切換え制御が行われる。これによって、油圧モータ44に供給される圧油流量が変化し、油圧モータ44の回転数が制御される。

上述した例では、フローコントロール弁48を用いることで、油圧ポンプ47と油圧モータ44とを固定容量型のものを用いた構成例についての説明を行ったが、フローコントロール弁48を用いずに、油圧ポンプ47、油圧モータ44のいずれか一方を可変容量型として構成しておくこともできる。

また、油圧モータを用いる代わりに、電動モータにより冷却ファン22を駆動する構成としておくこともできる。この場合には、電動モータに供給する電流を制御することで、電動モータのモータ回転数を制御することができ、冷却ファン22からの風量を制御することができる。

このように、本願発明では、アフタークーラ21、冷却ファン22及びＰＭフィルタ装置25をエンジンルーム11とは独立した冷却通路20内に配設しているので、冷却ファン22の風量を制御することで、ＰＭフィルタ装置25における燃焼制御、外周温度の制御を効率よく行うことができる。しかも、冷却ファン22の風量を制御することで、ＰＭフィルタ装置25に対する保温制御や外周部の冷却制御を行うことができる。

尚、排気ガスの排気温度として温度センサ34cで検出した温度を用いて冷却ファン22の風量を制御する構成例について説明を行ったが、温度センサ34a又は温度センサ34bで検出した温度を用いて、冷却ファン22の風量を制御するようにすることも、温度センサ34a〜34cのうち適宜の検出値の値を適宜組合せて、冷却ファン22の風量を制御するようにすることもできる。

本発明に係る冷却装置は、ＰＭフィルタ装置を備えた作業機械に対して好適に適用することが可能である。

ＰＭフィルタ装置の保温・冷却制御装置の配置状態を示す平面図である。（実施例） エンジンルームから隔壁を見た側面図である。（実施例） ＰＭフィルタ装置の保温・冷却制御装置の概略的な配置関係を示す概略平面図である。（実施例） ＰＭフィルタ装置の保温・冷却制御装置の概略構成を示すブロック図である。（実施例） ＰＭフィルタ装置の模式的な断面図である。（実施例） 冷却ファンの回転数を制御する回路図である。（実施例） 冷却ファン制御装置の平面図である。（従来例１） フィルタ再生制御装置の模式図である。（従来例２） 油圧ショベルの冷却装置の平面図である。（従来例３）

符号の説明

１０…作業機械、１１…エンジンルーム、１２…エンジン、１５…排気ターボ過給機、１８…隔壁、２０…冷却通路、２１…アフタークーラ、２５…ＰＭフィルタ装置、３１…酸化触媒、３２…フィルタ、４３…コントローラ、５１…エンジンルーム、５２…エンジン、５３…冷却ファン、５５…ラジエ−タ、５６…ターボチャージャ、５８…空冷アフタークーラ、７０…エンジン、７１…エンジンルーム、７５…ＰＭフィルタ装置、８４…ターボチャージャ、８５…インタークーラ、９０…ＰＭフィルタ装置、９１…遮熱板、９２…ホットエアダクト、１０１…エンジンコントロールユニット。

Claims (2)

1. 作業機械に搭載されたディーゼルエンジンから排出される排気ガス中に含まれる粒子状物質であるＰＭを減少させるＰＭフィルタ装置の保温・冷却制御装置において、
   前記作業機械の前後方向に構成されたエンジンルームと並列に配設され、隔壁を隔てて前記エンジンルームと画成された冷却通路と、
   前記冷却通路内に配され、前記エンジンルーム内に配した過給機によって過給状態となった空気を冷却するアフタークーラと、
   前記冷却通路内で前記アフタークーラの下流側に配され、前記エンジンからの排気ガスが導入されるＰＭフィルタ装置と、
   前記冷却通路内に配され、前記アフタークーラを冷却し、前記アフタークーラを冷却した廃熱風で前記ＰＭフィルタ装置の外周部を冷却する冷却ファンと、
   排気ガスの排気温度を検出する温度センサと、
   前記温度センサと接続し、前記ＰＭフィルタ装置のフィルタで捕捉したＰＭの燃焼を行うときに、前記冷却ファンの風量を制御するコントローラと、
   を備え、
   前記コントローラは、前記温度センサで検出した排気温度が、目標温度に対して高温のときには、前記冷却ファンからの風量を多くして前記ＰＭフィルタ装置の外周部に対する冷却効果を高める制御を行い、前記温度センサで検出した排気温度が、目標温度に対して低温のときには、前記冷却ファンからの風量を少なくして前記ＰＭフィルタ装置の外周部における温度上昇・保温を助長させる制御を行うことを特徴とするＰＭフィルタ装置の保温・冷却制御装置。
2. 前記エンジンから排出された排気ガスを前記ＰＭフィルタ装置に導入する排気管が、前記冷却ファンからの風を前記ＰＭフィルタ装置の上流側で受けるように配されてなることを特徴とする請求項１記載のＰＭフィルタ装置の保温・冷却制御装置。

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