JP5122896B2 - 建設機械の排気ガス浄化システム - Google Patents

Description

本発明は建設機械の排気ガス浄化システムに係わり、特に、フィルタにより排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集して排気ガスを浄化するとともに、適宜フィルタに捕集した粒子状物質を焼却除去し、フィルタを再生させる建設機械の排気ガス浄化システムに関する。

油圧ショベル等の建設機械はその駆動源としてディーゼルエンジンを搭載しているが、このディーゼルエンジンから排出される粒子状物質（ＰＭ：パティキュレート・マター：以下ＰＭとする）の排出量は、ＮＯｘ、ＣＯ、ＨＣ等とともに年々規制が強化されてきている。このような規制に対して、ＰＭをディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ：Diesel Particulate Filter ）と呼ばれるフィルタで捕集して、外部へ排出される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（特許文献１〜３）。この排気ガス浄化システムでは、フィルタのＰＭ補足量が増加してくるとフィルタは目詰まりを起こしてゆき、そのことによりエンジンの排圧が上昇し、燃費の悪化等を誘発するため、フィルタに捕集したＰＭを適宜燃焼してフィルタの目詰まりを除去し、フィルタを再生している。

フィルタの再生は、通常、酸化触媒を用いることにより行われる。酸化触媒はフィルタの上流側に配置される場合と、フィルタに直接担持される場合と、その両方の場合とがあるが、いずれの場合も酸化触媒を活性化するためには、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。この強制再生には、エンジンの筒内主噴射後の膨張行程において燃料を噴射する副噴射（後噴射）を行って排気ガスを昇温する手法（特許文献１及び２）、排気管に設けた再生用燃料噴射装置により排気管を流れる排気ガス中に燃料を噴射して排気ガスを昇温する手法（特許文献３）等がある。

また、フィルタの強制再生にはオペレータの操作入力により再生を開始する手動再生と、自動的に再生を開始する自動再生とがある。従来は、これらの強制再生を開始するための条件としてフィルタのＰＭ堆積量（蓄積量）を推定し、そのＰＭ堆積量が予め設定したＰＭの蓄積限界値に到達したときに再生を行うようにしている（特許文献１及び２）。その場合、ＰＭ堆積量は、フィルタの前後差圧を検出し、この差圧の検出値に基づいてＰＭ堆積量を演算することにより求めるのが一般的である（例えば特許文献１）。また、他の方法として、回転センサ、負荷センサ、温度センサの出力を読み込んでＰＭ排出量Ｗｅ、ＰＭ燃焼量Ｗｃを算出し、Ｗａ＝Ｗｅ−ＷｃからＰＭ堆積量Ｗａを求め、それに前回算出値Ｗａ１を加算して積算堆積量Ｗａ１を求める方法がある（特許文献２）。
ている。

特開２００５−２８２５４５号公報 特開２００１−２８０１１８号公報 特開２００７−１７０３８２号公報

上述したように、従来の排気ガス浄化システムにおいては、フィルタのＰＭ堆積量を推定し、そのＰＭ堆積量が所定値に達すると強制再生を開始している。しかし、この再生はフィルタに多量のＰＭが捕集された後に行なわれることから、再生直前には排気ガスの圧力上昇による出力の低下を引起す可能性がある。また、フィルタの前後差圧を検出してＰＭ堆積量を演算するものでは、フィルタの前後差圧とＰＭ堆積量の関係はリニアな関係ではなく、演算によってＰＭ堆積量を正確に把握することは困難であり、ＰＭ排出量ＷｅやＰＭ燃焼量Ｗｃを算出してＰＭ堆積量を求めるものでも、センサ値とＰＭ排出量ＷｅやＰＭ燃焼量Ｗｃとの関係は種々の外乱により変動するため、やはり演算によってＰＭ堆積量を正確に把握することは困難である。ＰＭ堆積量を正確に把握できない場合は、多量に捕集されたＰＭの燃焼によるフィルタの内部温度の異常上昇やそれに由来するフィルタの溶損といった問題を引起す可能性がある。

発明の目的は、フィルタに多量のＰＭが堆積される前にフィルタの再生を行うことで、再生直前の排気ガスの圧力上昇による出力の低下を回避し、かつ再生を行なった際のＰＭの燃焼によるフィルタ内部温度の異常上昇やそれに由来するフィルタの溶損を引起す可能性を低減する建設機械の排気ガス浄化システムを提供することである。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、ディーゼルエンジンと、このエンジンの始動と停止を指令する始動停止指令装置と、前記エンジンの動力により駆動される複数の被駆動体と、前記複数の被駆動体の操作を指令する操作手段と、前記操作手段の操作を可能とする第１位置と前記操作手段の操作を不能とする第２位置とに選択的に操作される操作制限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、前記エンジンの排気系に配置され、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、前記フィルタの圧力損失を検出する圧力検出装置と、前記エンジンの排気ガス温度を上昇させて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、前記操作制限装置が前記第２位置にある状態で、前記始動停止指令装置がエンジンの停止を指令するときに、前記圧力検出装置により検出した圧力損失が第２の所定圧力値よりも高い場合は、前記エンジンを停止させることなく、前記再生装置を作動させ、前記フィルタの再生が終了すると前記エンジンと前記再生装置の作動を停止させる再生制御装置とを備え、前記再生制御装置は前記第２の所定圧力を前記フィルタの粒子状物質の蓄積限界値相当の圧力より低い値に設定したものとする。

このようにフィルタと、その再生装置と、再生制御装置を設け、操作制限装置が第２位置にある状態で、始動停止指令装置がエンジンの停止を指令するときに、再生装置を作動させることにより、建設機械による作業終了時にオペレータが操作制限装置を第２位置に操作し、始動停止指令装置によりエンジンの停止を指令すると、自動的に再生装置が作動して強制再生に入り、フィルタに堆積したＰＭが焼却除去される。ここで、建設機械を丸１日稼動させる場合は、オペレータが建設機械の作業を終了させる頻度（操作制限装置を第２位置に操作して始動停止指令装置によりエンジンの停止を指令する頻度）は、午前中の休憩時間に入るとき、昼休みに入るとき、午後の休憩時間に入るとき、午後の作業終了時（１日の作業終了時）の合計４回あり、フィルタのＰＭ堆積量が再生開始堆積量を超えたときに強制再生を開始する頻度より多い。すなわち、操作制限装置が第２位置にある状態で始動停止指令装置がエンジンの停止を指令するときに強制再生を開始することにより、フィルタのＰＭ堆積量が再生開始堆積量を超えたときに強制再生を開始する場合に比べ、こまめに強制再生を行うことができる。

これによりフィルタに多量のＰＭが堆積される前にフィルタの再生を行うことが可能となり、再生直前の排気ガスの圧力上昇による出力の低下を回避し、かつ再生を行なった際のＰＭの燃焼によるフィルタ内部温度の異常上昇やそれに由来するフィルタの溶損を引起す可能性を低減することができる。
また、操作制限装置を第２位置に操作し、始動停止指令装置によりエンジンの停止を指令した場合でも、フィルタの前後差圧が第２の所定圧力よりも高くない場合は、強制再生に入らずに直ちにエンジンを停止させるので、不要な再生を回避し、フィルタの過燃焼による寿命を防止することができる。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記フィルタの圧力損失を検出する圧力検出装置を更に備え、前記再生制御装置は、前記圧力検出装置により検出した圧力損失が第１の所定圧力値より低くなると前記エンジンと前記再生装置の作動を停止させる。

これによりフィルタの前後差圧が第１の所定圧力より低くなると自動的に再生が終了し、エンジンが停止するので、オペレータは再生が終了するまで待つ必要はなく、作業終了後直ちに建設機械から離れることができ、利便性が向上する。また、フィルタの過燃焼による寿命の低下を防止することができる。

（３）また、上記（１）において、好ましくは、前記再生装置の作動の解除を指令する再生解除指示装置を更に備え、前記再生制御装置は、前記再生解除指示装置により前記再生装置の作動の解除が指令されると前記エンジンと前記再生装置の作動を停止させる。

これにより強制再生が開始し、強制再生が終了する前に作業を再開する必要が生じたときは、オペレータが再生解除指示装置を操作すれば直ちに強制再生が終了し、エンジンが停止するので、速やかに作業を再開することができる。

（４）また、上記（１）において、好ましくは、前記再生制御装置は、前記操作制限装置（ゲートロックレバー）が前記第２位置にある状態で、前記始動停止指令装置（エンジンキースイッチ）がエンジンの停止を指令するときに、前記再生装置を作動させかつ前記エンジンの回転数を所定の回転数に制御する。

これにより操作制限装置を第２位置に操作し、始動停止指令装置によりエンジンの停止を指令して強制再生に入るときは、エンジンの回転数を再生に適した所定の回転数に制御するので、排気ガスを速やかにフィルタの再生（堆積したＰＭの焼却除去）に適した温度まで昇温することができ、最適な再生が可能となる。また、強制再生に入る前のエンジン回転数が再生用の所定の回転数よりも高いときは、強制再生に入るときにエンジン回転数をその所定の回転数まで下げるので、無駄な燃料の消費を抑え燃費の節約が可能となる。

（５）また、上記（１）において、好ましくは、前記再生装置の作動を指令する再生突入指示装置を更に備え、前記再生制御装置は、前記再生突入指示装置が前記再生装置の作動を指令するよう操作された場合に限り、前記操作制限装置（ゲートロックレバー）が前記第２位置にある状態で、前記始動停止指令装置（エンジンキースイッチ）がエンジンの停止を指令するときに、前記圧力検出装置により検出した圧力損失が第２の所定圧力値よりも高い場合は、前記エンジンと前記再生装置を作動させる。

これによりオペレータが始動停止指令装置によりエンジンの停止を指令したときに自動的に強制再生に入ることを望まない場合は、事前に再生突入指示装置を再生装置の作動を指令しないように操作しておけば、始動停止指令装置によりエンジンの停止を指令すると直ちにエンジンは停止するので、作業状況やオペレータの好みに応じた自動再生の選択が可能となり、利便性が向上する。

（６）更に、上記（１）において、好ましくは、前記再生装置は、前記フィルタの上流側に配置された酸化触媒と、この酸化触媒に燃料を供給する燃料供給手段とを有し、前記エンジンの排気ガスを前記酸化触媒の活性温度よりも高い温度に強制的に昇温して前記酸化触媒を活性化した後、この酸化触媒に前記燃料供給手段より燃料を供給し、この燃料と酸化触媒との反応熱により排気ガスを昇温し、フィルタに堆積した粒子状物質を焼却除去する。

これにより確実にフィルタの強制再生を行うことができる。

本発明によれば、フィルタのＰＭ堆積量が再生開始堆積量を超えたときに強制再生を開始する場合に比べてこまめに強制再生を行うことができるので、フィルタに多量のＰＭが堆積される前にフィルタの再生を行うことができ、これにより再生直前の排気ガスの圧力上昇による出力の低下を回避し、かつ再生を行なった際のＰＭの燃焼によるフィルタ内部温度の異常上昇やそれに由来するフィルタの溶損を引起す可能性を低減することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。

図１は本発明の一実施の形態に係わる建設機械の排気ガス浄化システムの全体構成を示す図である。

図１において、符号１は本実施の形態の排気ガス浄化システムを備えた建設機械（例えば油圧ショベル）に搭載されるディーゼルエンジンであり、このエンジン１は電子式の燃料噴射制御装置である電子ガバナ１ａを備えている。エンジン１の目標回転数はエンジンコントロールダイヤル２により指令され、エンジン１の実回転数は回転数検出装置３により検出される。エンジンコントロールダイヤル２の指令信号及び回転数検出装置３の検出信号はコントローラ４に入力され、コントローラ４はその指令信号（目標回転数）と検出信号（実回転数）とに基づいて電子ガバナ１ａを制御し、エンジン１の回転数とトルクを制御する。また、エンジン１の始動停止指令装置としてキースイッチ５が設けられ、キースイッチ５の指令信号もコントローラ４に入力され、コントローラ４はその指令信号に基づいてエンジン１の始動及び停止を制御する。すなわち、キースイッチ５がエンジン始動を指示するＯＮ位置に操作され、指令信号がエンジン１の始動を指示している場合は、スタータ（図示せず）及び電子ガバナ１ａを駆動し、エンジン１を始動する。また、キースイッチ５がエンジン停止を指示するＯＦＦ位置に操作され、指令信号がエンジン１の停止を指示している場合は、電子ガバナ１ａの駆動を停止し、エンジン１を停止する。

図２は、建設機械（例えば油圧ショベル）に搭載される油圧駆動装置を示す図である。油圧駆動装置は、エンジン１により駆動される可変容量型のメインの油圧ポンプ１１及び固定容量型のパイロットポンプ１２と、油圧ポンプ１１から吐出される圧油によって駆動される油圧モータ１３及び油圧シリンダ１４，１５を含む複数の油圧アクチュエータと、油圧ポンプ１１から油圧モータ１３及び油圧シリンダ１４，１５に供給される圧油の流れ（流量と方向）を制御するパイロット操作式の流量制御弁１７〜１９を含む複数の流量制御弁と、パイロットポンプ３から吐出される圧油の圧力を一定に保ち、パイロット油圧源２０を形成するパイロットリリーフ弁２１と、パイロット油圧原２０の下流側に接続され、油圧ショベルの運転席入り口に設けられたゲートロックレバー２２（図１）の開閉状況によってＯＮ／ＯＦＦ制御される電磁切換弁２３と、電磁切換弁２３の下流側のパイロット油路２４に接続され、パイロット油圧源２０の油圧を元圧として流量制御弁１７〜１９を操作するための制御パイロット圧ａ〜ｆを生成するリモコン弁２５，２６，２７とを備えている。リモコン弁２５，２６，２７は運転席の左右に設けられた左右のコントロールレバーユニッ（図示せず）に内蔵されている。

図３は、図２に示す油圧駆動装置を備えた建設機械の一例である油圧ショベルの外観を示す図である。油圧ショベルは下部走行体１００と上部旋回体１０１とフロント作業機１０２を備えている。下部走行体１００は左右のクローラ式走行装置１０３ａ，１０３ｂを有し、左右の走行モータ１０４ａ，１０４ｂにより駆動される。上部旋回体１０１は旋回モータ１０５により下部走行体１００上に旋回可能に搭載され、フロント作業機１０２は上部旋回体１０１の前部に俯仰可能に取り付けられている。上部旋回体１０１にはエンジンルーム１０６、運転室１０７が備えられ、エンジンルーム１０６にエンジン１が配置され、運転室１０７内の運転席１０８（図１）の入り口にゲートロックレバー２２（図１）が設けられ、運転席１０８の左右にリモコン弁２５，２６，２７を内蔵したコントロールレバーユニット（図示せず）が配置されている。

フロント作業機１０２はブーム１１１、アーム１１２、バケット１１３を有する多関節構造であり、ブーム１１１はブームシリンダ１１４の伸縮により上下方向に回動し、アーム１１２はアームシリンダ１１５の伸縮により上下、前後方向に回動し、バケット１１３はバケットシリンダ１１６の伸縮により上下、前後方向に回動する。

図２において、油圧モータ１３は例えば旋回モータ１０５に対応し、油圧シリンダ１４は例えばアームシリンダ１１５に対応し、油圧シリンダ１５は例えばブームシリンダ１１４に対応する。図２に示す油圧駆動装置には走行モータ１０４ａ，１０４ｂ、バケットシリンダ１１６等に対応するその他の油圧アクチュエータや制御弁も備えられているが、図２では図示を省略している。

図１に戻り、ゲートロックレバー２２は運転席１０８の入り口を制限する下げ位置である第１位置Ａと運転席１０８の入り口を開放する上げ位置である第２位置Ｂとに選択的に操作可能である。ゲートロックレバー２２が第１位置Ａにあるときは電磁切換弁２３のソレノイドを励磁して電磁切換弁２３を図示の位置から切り換え、パイロット油圧源２０の圧力をリモコン弁２５，２６，２７に導き、これによりリモコン弁２５，２６，２７による流量制御弁１７〜１９の操作を可能とする。ゲートロックレバー２２が第２位置Ｂに上げ操作されると、電磁切換弁２３のソレノイドを励磁を解除して電磁切換弁２３を図示の位置に切り換え、パイロット油圧源２０とリモコン弁２５，２６，２７の連通を遮断し、これによりリモコン弁２５，２６，２７による流量制御弁１７〜１９の操作を不能とする。すなわち、ゲートロックレバー２２が第２位置Ｂに上げ操作されるとリモコン弁２５，２６，２７（コントロールレバーユニット）に対してロック入りの状態となる。ゲートロックレバー２２による電磁切換弁２３の位置の切り換えは、例えば電磁切換弁２３のソレノイドと電源との間に図示しないスイッチを設け、ゲートロックレバー２２が第１位置ＡにあるときはそのスイッチをＯＮ（閉）してソレノイドを励磁し、ゲートロックレバー２２が第２位置Ｂに操作されるとそのスイッチをＯＦＦ（開）してソレノイドの励磁を解除することにより行う。

以上のような建設機械（油圧ショベル）に本実施の形態の排気ガス浄化システムが備えられている。この本実施の形態の排気ガス浄化システムは、エンジン１の排気系を構成する排気管３１に配置され、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するフィルタ３２及びフィルタ３２の上流側に配置された酸化触媒３３を含むＤＰＦ装置３４と、ゲートロックレバー２２の操作位置を検出する位置検出装置３５と、フィルタ３２の上流側と下流側の前後差圧（フィルタ３２の圧力損失）を検出する差圧検出装置３６と、フィルタの上流側に設置され、排気ガスの温度を検出する排気温度検出装置３７と、表示装置（モニタ）３８と、排気管３１のエンジン１とＤＰＦ装置３４との間に設けられた再生用燃料噴射装置３９とを備えている。酸化触媒３３と再生用燃料噴射装置３９はフィルタ３２に堆積したＰＭ（粒子状物質）を焼却除去し、フィルタ３２を再生する再生装置を構成する。

表示装置３８は、表示画面３８ａと、再生突入指示装置としての自動再生選択スイッチ３８ｂと、再生解除指示装置としての再生解除スイッチ３８ｃとを有している。自動再生選択スイッチ３８ｂはフィルタ３２の強制再生を自動的に行う（自動再生モードを選択する）かどうかを指示する操作手段であり、自動再生選択スイッチ３８ｂがＯＦＦ位置（自動再生モード非選択位置）からＯＮ位置（自動再生モード選択位置）に操作されると自動再生モードを指示する指令信号が出力される。再生解除スイッチ３８ｃはフィルタ３２の強制再生中にその強制再生を中止するかどうかを指示する操作手段であり、再生解除スイッチ３８ｃがＯＦＦ位置（再生非解除位置）からＯＮ位置（再生解除位置）に操作されると再生解除を指示する指令信号が出力される。

位置検出装置３５、差圧検出装置３６及び排気温度検出装置３７の検出信号と、自動再生選択スイッチ３８ｂ及び再生解除スイッチ３８ｃの指令信号はコントローラ４に入力され、コントローラ４はそれらの入力信号と上述した回転数検出装置３及びキースイッチ５からの入力信号に基づいて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及び再生用燃料噴射装置３９を制御する。また、コントローラ４は、回転数検出装置３、キースイッチ５、位置検出装置３５、差圧検出装置３６、排気温度検出装置３７、自動再生選択スイッチ３８ｂ、再生解除スイッチ３８ｃの各種信号が示す情報やコントローラ４のフィルタ再生演算処理の結果情報を表示信号として表示装置３８に送り、それら情報を表示画面３８ａに表示させる。

図４は、コントローラ４のフィルタ再生演算処理の演算内容を示すフローチャートである。

コントローラ４は、まず、位置検出装置３５の検出信号に基づいてゲートロックレバー２２が第２位置Ｂに上げ操作されたかどうか、すなわちゲートロックレバー２２がリモコン弁２５，２６，２７（コントロールレバーユニット）に対してロック入りの状態にあるかどうかを判定し（ステップＳ１００）、ゲートロックレバー２２がロック入りの状態にあると判定されると、キースイッチ５の指令信号に基づいてキースイッチ５がＯＦＦ位置に操作されたかどうかを判定し（ステップＳ１１０）、キースイッチ５がＯＦＦ位置に操作されたと判定されると、自動再生選択スイッチ３８ｂの指令信号に基づいて自動再生選択スイッチ３８ｂがＯＮ位置にある（自動再生モードが選択されている）かどうかを判定し（ステップＳ１２０）、自動再生選択スイッチ３８ｂがＯＮ位置になければ、電子ガバナ１ａの制御を停止してエンジン１を停止させる（ステップＳ１９０）。ステップＳ１００においてゲートロックレバー２２がロック入りの状態にない（第１位置Ａにある）と判定された場合、ステップＳ１１０においてキースイッチ５がＯＦＦ位置に操作されていない（ＯＮ位置にある）と判定された場合は、スタート直後の手順に戻り、ステップ１００，Ｓ１１０の手順を繰り返す。

ステップＳ１２０で自動再生モードが選択されていると判定されると、差圧検出装置３６の検出信号に基づいてその圧力検出値（フィルタ３２の前後差圧）が強制再生開始圧力である第２所定圧力Ｐ２より高いかどうかを判定する（ステップＳ１３０）。

図５はフィルタ３２のＰＭ堆積量とフィルタ３２の前後差圧との関係を示す図である。フィルタ３２のＰＭ堆積量が増加するにしたがってフィルタ３２の前後差圧は上昇する。図５中、Ｐ３は従来のフィルタの自動再生技術における再生開始ＰＭ堆積量相当のフィルタ前後差圧の圧力値（圧力閾値）である。従来のフィルタの自動再生技術では、フィルタの前後差圧からフィルタのＰＭ堆積量を推定し、そのＰＭ堆積量が所定値に達すると強制再生を開始する。図４のステップＳ１４０の判定で用いる第２の所定圧力Ｐ２（強制再生開始圧力）はその再生開始ＰＭ堆積量相当の圧力閾値Ｐ３より低めの値に設定されている（Ｐ２＜Ｐ３）。また、図５中、Ｐ１は強制再生を終了する第１の所定圧力である（Ｐ１＜Ｐ２）。

ここで、差圧検出装置３６の圧力検出値はそのまま用いてもよいが、好ましくは、排気温度検出装置３７により検出したフィルタ３２の上流側の排気ガス温度を用いて差圧検出装置３６の圧力検出値を温度補正し、この温度補正した値を用いる。

図４のステップＳ１３０において、差圧検出装置３６の圧力検出値（フィルタ３２の前後差圧）が第２所定圧力Ｐ２よりも高くないと判定されると、フィルタ３２のＰＭ堆積量は少なく再生を行う必要がないと判断し、電子ガバナ１ａの制御を停止してエンジン１を停止させる（ステップＳ１９０）。差圧検出装置３６の圧力検出値（フィルタ３２の前後差圧）が第２所定圧力Ｐ２よりも高いと判定されると、エンジン１の回転数を再生に適した所定の回転数Ｎａに制御し（ステップＳ１４０）、フィルタ３２の強制再生を開始する（ステップＳ１５０）。

ここで、ステップＳ１４０のエンジン回転数の制御では、エンジン１の目標回転数をエンジンコントロールダイヤル２が指示する目標回転数から低速アイドル回転数よりも高い強制再生に適した所定の回転数Ｎａに切り換え、その所定の回転数Ｎａと回転数検出装置３により検出したエンジン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の回転数がその所定の回転数Ｎａとなるよう制御する。強制再生に適した所定の回転数Ｎａとは、そのときの排気ガスの温度を酸化触媒３３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であり、例えば１８００ｒｐｍ程度の中速回転数である。

ステップＳ１５０のフィルタ３２の強制再生の開始処理では、例えばまず、再生用燃料噴射装置３９を制御して排気ガス温度上昇狙いの燃料噴射（予備噴射）を行い、次いで、排気温度検出装置３７により検出した排気ガス温度が所定の温度まで上昇したことが確認されると、ＰＭ燃焼狙いの燃料噴射（本噴射）を行う。排気ガス温度上昇狙いの燃料噴射とは、排気管３１内に燃料噴射を行うことで排気管を通過する排気ガスの熱によって燃料を燃焼させ、排気ガスの温度を酸化触媒３３の活性温度よりも高い温度まで上昇させることであり、強制再生を行うための噴射である。ＰＭ燃焼狙いの燃料噴射とは、排気管３１内に燃料噴射を行うことで排気管内で未燃燃料を酸化触媒３３に供給し、その未燃燃料を酸化触媒３３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３２に送り込み、フィルタ３２に蓄積したＰＭを焼却除去することである。

ステップＳ１５０で強制再生の開始後、再生解除スイッチ３８ｃの指令信号に基づいて再生解除スイッチ３８ｃがＯＦＦ位置にある（再生解除位置にない）かどうかを判定し（ステップＳ１６０）、再生解除スイッチ３８ｃがＯＦＦ位置にあると判定されると、差圧検出装置３６の検出信号に基づいてその圧力検出値（フィルタ３２の前後差圧）が強制再生終了圧力である第１所定圧力Ｐ１より低いかどうかを判定し（ステップＳ１７０）、圧力検出値が第１所定圧力Ｐ１より低くないと判定されるとステップＳ１６０，Ｓ１７０の処理を繰り返す。ステップＳ１６０において再生解除スイッチ３８ｃがＯＦＦ位置にない（ＯＮ位置にある）と判定された場合、ステップＳ１７０において圧力検出値が第１所定圧力Ｐ１より低いと判定された場合は、再生用燃料噴射装置３９の駆動を停止してして強制再生を終了し（ステップＳ１８０）、電子ガバナ１ａの駆動を停止してエンジン１を停止させる（ステップＳ１９０）。

次に、以上のように構成した本実施の形態の排気ガス浄化システムの動作を説明する。

建設機械（油圧ショベル）による作業終了時、オペレータはゲートロックレバー２２を第１位置Ａから第２位置Ｂに上げ操作してロック入りの状態にし、キースイッチ５をＯＦＦ位置に操作する。この場合、オペレータがキースイッチ５のＯＦＦ位置操作時に自動的に強制再生に入ることを望まない場合は、事前に自動再生スイッチ３８ｂをＯＦＦ位置（自動再生モード非選択位置）に操作しておけばよい。コントローラ４は、自動再生スイッチ３８ｂがＯＦＦ位置にある場合は、キースイッチ５をＯＦＦ位置に操作すると通常通り直ちにエンジン１を停止する（ステップＳ１００→Ｓ１１０→Ｓ１２０→Ｓ１９０）。

オペレータがキースイッチ５のＯＦＦ位置操作時に自動的に強制再生に入ることを望む場合は、事前に自動再生スイッチ３８ｂをＯＮ位置（自動再生モード選択位置）に操作しておく。これによりオペレータがゲートロックレバー２２を第２位置Ｂに上げ操作してキースイッチ５をＯＦＦ位置に操作すると、コントローラ４はそのことを検出し、差圧検出装置３６の圧力検出値（フィルタ３２の前後差圧）が第２所定圧力Ｐ２よりも高い場合は、エンジン１の回転数を再生に適した所定の回転数Ｎａに制御し、その後自動的に強制再生を開始する（ステップＳ１００→Ｓ１１０→Ｓ１２０→Ｓ１３０→Ｓ１４０→Ｓ１５０）。これにより再生用燃料噴射装置３９が作動し、上述したようにフィルタ３２に蓄積したＰＭが焼却除去される。また、コントローラ４は、ＰＭの焼却除去によりフィルタ３２の前後差圧が低下し、差圧検出装置３６の圧力検出値が第１所定圧力Ｐ１より低くなると自動的に再生を終了し、エンジン１を停止させる（ステップＳ１７０→Ｓ１８０→Ｓ１９０）。

事前に自動再生スイッチ３８ｂをＯＮ位置（自動再生モード選択位置）に操作しておき、ゲートロックレバー２２を上げ操作してロック入りの状態にし、キースイッチ５をＯＦＦ位置に操作した場合でも、コントローラ４は、差圧検出装置３６の圧力検出値（フィルタ３２の前後差圧）が第２所定圧力Ｐ２よりも高くない場合は強制再生を開始せず、に直ちにエンジン１を停止させる（ステップＳ１００→Ｓ１１０→Ｓ１２０→Ｓ１３０→Ｓ１９０）。これにより不要な再生が回避される。

強制再生中に作業を再開するときは、オペレータが再生解除スイッチ３８ｃをＯＮ位置（再生解除位置）に操作すると、コントローラ４はそのことを検出して直ちに強制再生を終了し、エンジン１を停止させる（ステップＳ１６０→Ｓ１８０→Ｓ１９０）。その後、オペレータは、通常通り、ゲートロックレバーを第１位置Ａに下げ操作し、キースイッチ５をＯＮ位置に操作すればエンジン１が始動し、作業を再開することができる。

以上のように構成した本実施の形態によれば、下記の効果が得られる。

（ａ）オペレータが事前に自動再生スイッチ３８ｂをＯＮ位置（自動再生モード選択位置）に操作しておいた場合は、建設機械（油圧ショベル）による作業終了時にオペレータがゲートロックレバー２２を上げ操作してロック入りの状態にし、キースイッチ５をＯＦＦ位置に操作する都度、フィルタ３２の前後差圧が第２所定圧力Ｐ２よりも高いときに自動的に強制再生に入り、フィルタ３２に堆積したＰＭが焼却除去される。ここで、建設機械を丸１日稼動させる場合は、オペレータが建設機械の作業を終了させる頻度（ゲートロックレバー２２をロック入りの状態にしてキースイッチ５をＯＦＦ位置に操作する）は、午前中の休憩時間に入るとき、昼休みに入るとき、午後の休憩時間に入るとき、午後の作業終了時（１日の作業終了時）の合計４回あり、フィルタのＰＭ堆積量が再生開始堆積量を超えたときに強制再生を開始する頻度より多い。すなわち、ゲートロックレバー２２をロック入りの状態にしてキースイッチ５をＯＦＦ位置に操作するときに強制再生を開始することにより、フィルタのＰＭ堆積量が再生開始堆積量を超えたときに強制再生を開始する場合に比べ、こまめに強制再生を行うことができる。これによりフィルタ３２に多量のＰＭが堆積される前にフィルタ３２の再生を行うことが可能となり、再生直前の排気ガスの圧力上昇による出力の低下を回避し、かつ再生を行なった際のＰＭの燃焼によるフィルタ内部温度の異常上昇やそれに由来するフィルタの溶損を引起す可能性を低減することができる。

（ｂ）フィルタ３２の前後差圧が第１所定圧力Ｐ１より低くなると自動的に再生を終了し、エンジン１を停止させるので、オペレータは再生が終了するまで待つ必要はなく、作業終了後直ちに建設機械から離れることができ、利便性が向上する。また、フィルタ３２の過燃焼による寿命の低下を防止することができる。

（ｃ）強制再生が開始し、強制再生が終了する前に作業を再開する必要が生じたときは、オペレータが再生解除スイッチ３８ｃを操作すれば直ちに強制再生が終了し、エンジン１が停止するので、速やかに作業を再開することができる。

（ｄ）ゲートロックレバー２２をロック入りの状態にし、キースイッチ５をＯＦＦ位置に操作した場合でも、フィルタ３２の前後差圧が第２所定圧力Ｐ２よりも高くない場合は、強制再生に入らずに直ちにエンジン１を停止させるので、不要な再生を回避し、フィルタ３２の過燃焼による寿命を防止することができる。

（ｅ）ゲートロックレバー２２をロック入りの状態にし、キースイッチ５をＯＦＦ位置に操作して強制再生に入るときは、エンジン１の回転数を再生に適した所定の回転数Ｎａに制御するので、排気ガスを速やかにフィルタの再生（堆積したＰＭの焼却除去）に適した温度まで昇温することができ、最適な再生が可能となる。また、強制再生に入る前のエンジン回転数が再生用の所定の回転数Ｎａよりも高いときは、強制再生に入るときにエンジン回転数をその所定の回転数Ｎａまで下げるので、無駄な燃料の消費を抑え燃費の節約が可能となる。

（ｆ）オペレータがキースイッチ５のＯＦＦ位置操作時に自動的に強制再生に入ることを望まない場合は、事前に自動再生スイッチ３８ｂをＯＦＦ位置（自動再生モード非選択位置）に操作しておけば、キースイッチ５をＯＦＦ位置に操作すると直ちにエンジン１は停止するので、作業状況やオペレータの好みに応じた自動再生の選択が可能となり、利便性が向上する。

以上に本発明の一実施の形態を説明したが、本発明はその実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神の範囲内で種々の変形が可能である。以下にその変形例を列挙する。

１．上記実施の形態では、再生のための燃料噴射を排気管３１に設けた再生用の燃料噴射装置３９によって行ったが、電子ガバナ１ａによるエンジン１の筒内（シリンダ内）噴射システムを利用し、多段噴射の主噴射後の膨張行程において燃料を噴射する副噴射（ポスト噴射）を実行することで排気ガス中に再生用の燃料を噴射してもよく、例えばそのような手法は特許文献１（特開２００５−２８２５４５号公報）や、特開２００６−３７９２５号公報、特開２００２−２７６３４０号公報等に記載されている。

２．また、排気ガス中に再生用の燃料を噴射する際、排気管に設けた絞り弁で排気管の流路を絞るか、或いはエンジンの被駆動体である油圧ポンプに負荷をかけるなどして負荷運転をしてもく、これにより排気ガス温度を再生に適した温度まで速やかに上昇させることができる。

５．上記実施の形態では、自動再生スイッチ３８ｂを設け、自動再生モードが設定されている場合のみ強制再生を開始できるようにしたが、自動再生スイッチ３８ｂを設けず、ゲートロックレバー２２を第２位置Ｂに上げ操作してキースイッチ５をＯＦＦ位置に操作した場合に、常に、強制再生を開始するようにしてもよい。

６．上記実施の形態では、再生解除スイッチ３８ｃを設け、強制再生を途中で終了できるようにしたが、再生解除スイッチ３８ｃを設けず、強制再生中は作業は行えず、再生優先としてもよい。

７．上記実施の形態では、強制再生を開始するときにエンジン１の回転数を再生に適した所定の回転数Ｎａに制御したが、そのときのエンジン回転数が所定の回転数Ｎａより高い場合は、その回転数のまま強制再生を開始してもよく、これにより強制再生を開始する都度、エンジン回転数が変化することが回避される。

本発明の一実施の形態に係わる建設機械の排気ガス浄化システムの全体構成を示す図である。 建設機械（例えば油圧ショベル）に搭載される油圧駆動装置を示す図である。 図２に示す油圧駆動装置を備えた建設機械の一例である油圧ショベルの外観を示す図である。 図１に示したコントローラのフィルタ再生演算処理の演算内容を示すフローチャートである。 フィルタのＰＭ堆積量とフィルタの前後差圧との関係を示す図である。

符号の説明

１ ディーゼルエンジン
１ａ 電子ガバナ
２ エンジンコントロールダイヤル
３ 回転数検出装置
４ コントローラ
５ キースイッチ
１１ 油圧ポンプ
１２ パイロットポンプ
１３ 油圧モータ
１４，１５ 油圧シリンダ
１７〜１９ 流量制御弁
２０ パイロット油圧源
２１ パイロットリリーフ弁
２２ ゲートロックレバー
２３ 電磁切換弁
２４ パイロット油路
２５，２６，２７ リモコン弁
３１ 排気管
３２ フィルタ
３３ 酸化触媒
３４ ＤＰＦ装置
３５ 位置検出装置
３６ 差圧検出装置
３７ 排気温度検出装置
３８ 表示装置（モニタ）
３８ａ 表示画面
３８ｂ 自動再生選択スイッチ
３８ｃ 再生解除スイッチ
３９ 再生用燃料噴射装置
１００ 下部走行体
１０１ 上部旋回体
１０２ フロント作業機
１０４ａ，１０４ｂ 走行モータ
１０５ 旋回モータ
１０６ エンジンルーム
１０７ 運転室
１０８ 運転席
１１１ ブーム
１１２ アーム
１１３ バケット
１１４ ブームシリンダ
１１５ アームシリンダ
１１６ バケットシリンダ

Claims (6)

1. ディーゼルエンジンと、このエンジンの始動と停止を指令する始動停止指令装置と、前記エンジンの動力により駆動される複数の被駆動体と、前記複数の被駆動体の操作を指令する操作手段と、前記操作手段の操作を可能とする第１位置と前記操作手段の操作を不能とする第２位置とに選択的に操作される操作制限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、
   前記エンジンの排気系に配置され、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、
   前記フィルタの圧力損失を検出する圧力検出装置と、
   前記エンジンの排気ガス温度を上昇させて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、
   前記操作制限装置が前記第２位置にある状態で、前記始動停止指令装置がエンジンの停止を指令するときに、前記圧力検出装置により検出した圧力損失が第２の所定圧力値よりも高い場合は、前記エンジンを停止させることなく、前記再生装置を作動させ、前記フィルタの再生が終了すると前記エンジンと前記再生装置の作動を停止させる再生制御装置とを備え、
   前記再生制御装置は前記第２の所定圧力を前記フィルタの粒子状物質の蓄積限界値相当の圧力より低い値に設定したことを特徴とする建設機械の排気ガス浄化システム。
2. 請求項１記載の建設機械の排気ガス浄化システムにおいて、
   前記フィルタの圧力損失を検出する圧力検出装置を更に備え、
   前記再生制御装置は、前記圧力検出装置により検出した圧力損失が第１の所定圧力値より低くなると前記エンジンと前記再生装置の作動を停止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。
3. 請求項１記載の建設機械の排気ガス浄化システムにおいて、
   前記再生装置の作動の解除を指令する再生解除指示装置を更に備え、
   前記再生制御装置は、前記再生解除指示装置により前記再生装置の作動の解除が指令されると前記エンジンと前記再生装置の作動を停止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。
4. 請求項１記載の建設機械の排気ガス浄化システムにおいて、
   前記再生制御装置は、前記操作制限装置が前記第２位置にある状態で、前記始動停止指令装置がエンジンの停止を指令するときに、前記再生装置を作動させかつ前記エンジンの回転数を所定の回転数に制御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。
5. 請求項１記載の建設機械の排気ガス浄化システムにおいて、
   前記再生装置の作動を指令する再生突入指示装置を更に備え、
   前記再生制御装置は、前記再生突入指示装置が前記再生装置の作動を指令するよう操作された場合に限り、前記操作制限装置が前記第２位置にある状態で、前記始動停止指令装置がエンジンの停止を指令するときに、前記圧力検出装置により検出した圧力損失が第２の所定圧力値よりも高い場合は、前記エンジンと前記再生装置を作動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。
6. 請求項１記載の建設機械の排気ガス浄化システムにおいて、
   前記再生装置は、前記フィルタの上流側に配置された酸化触媒と、この酸化触媒に燃料を供給する燃料供給手段とを有し、前記エンジンの排気ガスを前記酸化触媒の活性温度よりも高い温度に強制的に昇温して前記酸化触媒を活性化した後、この酸化触媒に前記燃料供給手段より燃料を供給し、この燃料と酸化触媒との反応熱により排気ガスを昇温し、フィルタに堆積した粒子状物質を焼却除去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。

Images