JP5053015B2 - 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、前記操作手段の不操作状態が第１の所定時間継続すると前記エンジンの回転数を低速回転数に低下させるオートアイドル制御システム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、前記操作手段の操作の有無を検出する操作検出手段と、前記オートアイドル制御システムの作動がオフされた状態で、前記操作検出手段により前記操作手段の不操作状態が検出され、かつこの不操作状態が前記第１の所定時間よりも長い第２の所定時間継続すると、前記再生装置を作動させる再生制御装置とを備えるものとする。

このようにフィルタと、その再生装置と、操作検出手段と、再生制御装置を設け、操作検出手段により操作手段の不操作状態が検出され、かつこの不操作状態が所定時間継続すると、再生装置を作動させることにより、オペレータが操作手段を中立位置に戻し、その状態（不操作状態）が所定時間継続すると、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。これによりフィルタの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。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記再生制御装置は、前記再生装置の作動中に前記操作検出手段により前記操作手段の操作有が検出される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中に作業を再開したい場合は、オペレータは操作手段を操作すれば直ちに強制再生が終了するので、速やかに作業を再開することができる。

（３）また、上記（１）において、好ましくは、前記エンジンの目標回転数を指令する目標回転数指令手段を更に備え、前記再生制御装置は、前記再生装置の作動中に前記目標回転数指令手段により指令される目標回転数が変化する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中にオペレータが作業の再開を意図して目標回転数指令手段を操作すると、直ちに強制再生が終了するので、速やかに作業を再開することができる。

（４）更に、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するので、オペレータは再生中であることを気にせずに休憩することができ、極めて便利である。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。

（５）また、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、前記操作検出手段により前記操作手段の不操作状態が検出されてこの不操作状態が前記第２の所定時間継続し、かつ前記圧力検出装置により検出した圧力損失が第２の所定圧力よりも高いときに、前記再生装置を作動させる。

これにより操作検出手段により操作手段の不操作状態が検出され、かつこの不操作状態が所定時間継続した場合でも、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、強制再生に入らないので、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。

（６）更に、上記（１）において、前記再生制御装置は、前記操作検出手段により前記操作手段の不操作状態が検出されてこの不操作状態が前記第２の所定時間継続し、前記再生装置を作動させるとき、前記エンジンの回転数を所定の回転数に制御する。

これにより操作手段の不操作状態が所定時間継続して再生装置が作動し、強制再生を開始するとき、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、強制再生を開始す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、強制再生を開始す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。

（７）また、上記（６）において、好ましくは、前記エンジンの目標回転数を指令する目標回転数指令手段を更に備え、前記再生制御装置は、前記操作検出手段により前記操作手段の不操作状態が検出されてこの不操作状態が前記第２の所定時間継続し、かつ前記目標回転数指令手段により指令される目標回転数が前記所定の回転数よりも高いときに、前記再生装置を作動させる。

これにより操作検出手段により操作手段の不操作状態が検出され、かつこの不操作状態が所定時間継続した場合でも、目標回転数指令手段により指令される目標回転数が再生用の所定の回転数より高くない場合は強制再生に入らないので、強制再生開始時にエンジン回転数の意図しない上昇が防止され、オペレータに違和感を与えず再生を行うことができる。

（８）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ぼ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。

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（図示せず）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操作レバー２８，２９により操作されるものである。操作レバー２８，２９は、それぞれ、十字方向に操作可能であり、操作レバー２８を十字の一方向に操作するとリモコン弁２５が操作され、操作レバー２８を十字の他方向に操作するとリモコン弁２７が操作され、操作レバー２９を十字の一方向に操作するとリモコン弁２６が操作され、操作レバー２９を十字の他方向に操作すると図示しないリモコン弁が操作される。また、操作レバー２８を十字の一方向に操作するとき、中立位置から一方向に操作するとリモコン弁２５は制御パイロット圧ａを生成し、中立位置から反対方向に操作するとリモコン弁２５は制御パイロット圧ｂを生成する。制御パイロット圧ａ，ｂは、それぞれのパイロットライン２５ａ，２５ｂを介して流量制御弁１７の対応する受圧部に導かれ、これにより流量制御弁１７が中立位置から切り換えられる。同様に、操作レバー２８を十字の他方向に操作するとき、中立位置から一方向に操作するとリモコン弁２７は制御パイロット圧ｅを生成し、中立位置から反対方向に操作するとリモコン弁２７は制御パイロット圧ｆを生成し、制御パイロット圧ｅ，ｆは、それぞれのパイロットライン２７ａ，２７ｂを介して流量制御弁１９の対応する受圧部に導かれ、これにより流量制御弁１９が中立位置から切り換えられる。操作レバー２９を十字の一方向に操作するとき、中立位置から一方向に操作すると制御パイロット圧ｃを生成し、中立位置から反対方向に操作すると制御パイロット圧ｄを生成し、制御パイロット圧ｃ，ｄは、それぞれのパイロットライン２６ａ，２６ｂを介して流量制御弁１８の対応する受圧部に導かれ、これにより流量制御弁１８が中立位置から切り換えられる。

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内の運転席の入り口にゲートロックレバー（図示せず）が設けられ、運転席の左右にリモコン弁２５，２６，２７の操作レバー２８，２９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、それらの操作手段も備えられているが、図２ではそれらの図示を省略している。

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、図１に示すように、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、リモコン弁２５〜２７の操作レバー２８，２９（図２）を含む全操作手段の操作の有無を検出する操作検出手段を構成するシャトル弁群４０及び圧力検出装置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。

シャトル弁群４０は、図２に示すように、シャトル弁４１〜４６を含み、シャトル弁４１はリモコン弁２５のパイロットライン２５ａ，２５ｂ間に接続され、シャトル弁４２はリモコン弁２６のパイロットライン２６ａ，２６ｂ間に接続され、シャトル弁４３はリモコン弁２７のパイロットライン２７ａ，２７ｂ間に接続され、シャトル弁４４はシャトル弁４１，４２の出力ポート間に接続され、シャトル弁４５はシャトル弁４３，４４間の出力ポート間に接続され、シャトル弁４６はシャトル弁４５の出力ポートと図示しない他の操作手段のリモコン弁に係わる最終段のシャトル弁の出力ポート間に接続されている。これによりシャトル弁４１〜４６を含むシャトル弁群はリモコン弁２５〜２７の制御パイロット圧ａ〜ｆや図示しない他の操作手段のリモコン弁の制御パイロット圧のうちの最高圧力を抽出し、シャトル弁群４０の最終段のシャトル弁４６はその最高圧力を出力する。圧力検出装置３５は最終段のシャトル弁４６の出力ポートに接続され、シャトル弁４６の出力圧であるその最高圧力を検出することによりリモコン弁２５〜２７の操作レバー２８，２９を含む全操作手段の操作の有無を検出する。

圧力検出装置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、圧力検出装置３５、差圧検出装置３６、排気温度検出装置３７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、それら情報を表示装置３８の表示画面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、圧力検出装置３５の検出信号に基づいてリモコン弁２５〜２７の操作レバー２８，２９を含む全操作手段のいずれも操作されていない不操作状態にあるかどうかを判定する（ステップＳ１００）。この判定は、操作手段（操作レバー等）の不操作時のリモコン弁の出力圧より若干高めの圧力を閾値として予め設定しておき、圧力検出装置３５の圧力検出値がその閾値より低いときは不操作と判断することにより行う。ステップＳ１００において全操作手段が不操作状態にあると判定されると、その不操作状態が所定時間Ｔａ（例えば５分）継続したかどうかを判定する（ステップＳ１１０）。ステップＳ１００において全操作手段が不操作状態にない（すなわち、操作手段のいずれかが操作されている）と判定された場合や、ステップＳ１１０においてその不操作状態が所定時間Ｔａ（例えば５分）継続していない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Ｓ１００，Ｓ１１０の手順を繰り返す。一方、ステップＳ１１０において全操作手段の不操作状態が所定時間Ｔａ継続したと判定されると、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Ｓ１２０）。

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Ｓ１２０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、スタート直後の手順に戻り、ステップＳ１００，Ｓ１１０，Ｓ１２０の手順を繰り返す。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た場合は、まず、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Ｓ１３０）、次いでフィルタ３２の強制再生を開始する（ステップＳ１４０）。

ここで、ステップＳ１３０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に切り換え、その所定の回転数と回転数検出装置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となるよう制御する。強制再生に適した所定の回転数とは、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Ｓ１４０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Ｓ１４０で強制再生の開始後、圧力検出装置３５の検出信号に基づいてリモコン弁２５〜２７の操作レバー２８，２９を含む全操作手段のいずれかが操作されたかどうかを判定し（ステップＳ１５０）、いずれの操作手段も操作されていない（不操作状態にある）と判定されると、次いでエンジンコントロールダイヤル２の指令信号に基づいてエンジンコントロールダイヤル２が操作されたかどうかを判定し（ステップＳ１６０）、エンジンコントロールダイヤル２が操作されていないと判定されると、更に差圧検出装置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Ｓ１５０，Ｓ１６０，Ｓ１７０の処理を繰り返す。ステップＳ１５０においてリモコン弁２５〜２７の操作レバー２８，２９を含む全操作手段のいずれかが操作されたと判定された場合、或いはステップＳ１６０においてエンジンコントロールダイヤル２が操作されたと判定された場合、或いはステップ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）、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に切り換えて通常のエンジン制御に復帰する（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）による作業の合間に運転室内で休憩する場合など、オペレータが運転室内でエンジン１をかけたまま、ある一定時間、リモコン弁２５〜２７の操作レバー２８，２９を含む全操作手段の操作を行わない場合がある。このような場合、コントローラ４はその状態（不操作状態）を監視し、不操作状態が所定時間Ｔａ（例えば５分）継続すると、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、その後強制再生を開始する（ステップＳ１００→Ｓ１１０→Ｓ１２０→Ｓ１３０→Ｓ１４０）。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、このＰＭの焼却除去によりフィルタ３２の前後差圧が低下するとき、コントローラ４は差圧検出装置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の目標回転数を元の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に切り換えて通常のエンジン制御に復帰する（ステップＳ１７０→Ｓ１８０→Ｓ１９０）。

また、コントローラ４は、全操作手段の不操作状態が所定時間Ｔａ（例えば５分）継続した場合でも、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、再び全操作手段の不操作状態を監視する（ステップＳ１００→Ｓ１１０→Ｓ１２０→Ｓ１００…）。これにより不要な再生が回避される。

強制再生中にオペレータが作業を再開するため、リモコン弁２５〜２７の操作レバー２８，２９を含む全操作手段のいずれかを操作すると、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の目標回転数を元の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に切り換えて通常のエンジン制御に復帰する（ステップＳ１５０→Ｓ１８０→Ｓ１９０）。これによりオペレータは速やかに作業を再開することができる。

更に、作業を再開する場合として、操作手段を操作する前にエンジンコントロールダイヤル２を操作して目標回転数を設定し直す場合がある。このような場合も、コントローラ４はエンジンコントロールダイヤル２が操作されたことを検出して直ちに強制再生を終了し、エンジン１の目標回転数を元の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に切り換えて通常のエンジン制御に復帰する（ステップＳ１６０→Ｓ１８０→Ｓ１９０）。これによってもオペレータは速やかに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）オペレータが全操作手段を中立位置に戻し、その状態（不操作状態）が所定時間Ｔａ継続すると、自動的に再生装置が作動して強制再生に入り、フィルタ３２に堆積したＰＭが焼却除去されるため、フィルタ３２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、その結果、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３２の内部温度の異常上昇やそれに由来するフィルタ３２の溶損を引起す可能性を低減することができる。

（ｂ）強制再生中に作業を再開したい場合は、オペレータは操作手段を操作すれば直ちに強制再生が終了するので、速やかに作業を再開することができる。

（ｃ）強制再生中にオペレータが作業の再開を意図してエンジンコントロールダイヤル２を操作した場合も、直ちに強制再生が終了するので、速やかに作業を再開することができる。

（ｄ）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を元の制御状態に復帰させるので、オペレータは再生中であることを気にせずに休憩することができ、極めて便利である。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。

（ｅ）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、強制再生に入らないので、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。

（ｆ）操作手段の不操作状態が所定時間継続して強制再生を開始するときは、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、強制再生を開始す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、強制再生を開始す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。

本発明の他の実施の形態を図６を用いて説明する。図６は本実施の形態の排気ガス浄化システムにおける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。図６中、図４に示したステップと同じステップには同じ符号を付している。本実施の形態は、コントローラの演算処理における強制再生を開始する条件に、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が再生用の所定の回転数Ｎａよりも高いかどうかを加えたものである。

すなわち、図６において、コントローラ４（図１参照）は、まず、圧力検出装置３５の検出信号に基づいてリモコン弁２５〜２７の操作レバー２８，２９を含む全操作手段のいずれも操作されていない不操作状態にあるかどうかを判定し（ステップＳ１００）、全操作手段が不操作状態にある場合は更にその不操作状態が所定時間Ｔａ（例えば５分）継続したかどうかを判定する（ステップＳ１１０）。ここまでは先の実施の形態と同じである。次いで、本実施の形態では、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が再生用のエンジン回転数である所定の回転数Ｎａより高いかどうかを判定し（ステップＳ１１５）、目標回転数が再生用の所定の回転数Ｎａより高いときはステップＳ１２０に進み、上記実施の形態と同様、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し、目標回転数が再生用の所定の回転数Ｎａより高くないときは、スタート直後の手順に戻り、ステップＳ１００，Ｓ１１０，Ｓ１１５の手順を繰り返す。それ以外の処理は図４に示した上記実施の形態と同じである。

なお、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が再生用の所定の回転数Ｎａより高いかどうかの判定は、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より高いかどうかの判定の後に行ってもよい。また、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の代わりに、最終的に電子ガバナ１ａに送られる指令回転数、或いは回転検出装置３で検出した実回転数を用いてもよい。

以上のように構成した本実施の形態では、圧力検出装置３５の検出信号により全操作手段の不操作状態が検出され、かつこの不操作状態が所定時間継続した場合でも、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が再生用の所定の回転数Ｎａより高くない場合は、強制再生に入らないので、エンジン回転数の意図しない上昇が防止され、オペレータに違和感を与えず再生を行うことができる。

なお、油圧ショベル等の建設機械ではオートアイドル制御を行うようにしている場合が多い。オートアイドル制御とは、全操作手段の不操作状態が所定時間（例えば１０秒程度）継続すると、エンジン１の回転数を自動的に低速回転数に低下させる制御である。このようなオートアイドル制御のシステムを搭載した機種に本実施の形態の排気ガス浄化システムを適用した場合は、本実施の形態の制御が監視する不操作状態の所定時間（例えば５分）の方が長いため、本実施の形態の排気ガス浄化システムにより強制再生が開始される前にエンジン１の回転数が低速回転数に低下してしまう。この場合、本実施の形態の意図に反し、強制再生を開始するときにエンジン回転数の意図しない上昇が発生してしまうことになる。そこで、オートアイドル制御システムを搭載した機種に本実施の形態の排気ガス浄化システムを適用した場合は、オペレータの選択によりオートアイドルモードの設定をオフにして使用するものとする。

以上に本発明の実施の形態を説明したが、本発明はそれら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。

３．上記実施の形態では、再生開始後、フィルタ３２の前後差圧が第１所定圧力Ｐ１より低くなると再生を終了したが、再生開始後の経過時間を管理し、再生開始後所定時間（例えば２０分）経過したときに再生を終了するようにしてもよい。

４．上記実施の形態では、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よりも高い場合に強制再生に入ったが、この手順は省力してもよい。この場合、不操作状態が所定時間Ｔａ継続すると、直ちに強制再生が開始され、再生開始時にフィルタ３２の前後差圧が第１所定圧力Ｐ１よりも高いときはその前後差圧が第１所定圧力Ｐ１より低くなるまで再生を行い、再生開始時にフィルタ３２の前後差圧が第１所定圧力Ｐ１より低い場合は、直ちに再生を終了する。

５．上記実施の形態では、強制再生中に全操作手段のいずれかを操作した場合だけでなく、エンジンコントロールダイヤル２を操作した場合も強制再生を途中で終了できるようにしたが、全操作手段のいずれかを操作した場合だけ強制再生を途中で終了できるようにしてもよい。

６．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。 本発明の他の実施の形態に係わる建設機械の排気ガス浄化システムにおける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。

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
２３ 電磁切換弁
２４ パイロット油路
２５，２６，２７ リモコン弁
２８，２９ 操作レバー
３１ 排気管
３２ フィルタ
３３ 酸化触媒
３４ ＤＰＦ装置
３５ 圧力検出装置
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
３９ 再生用燃料噴射装置
４０ シャトル弁群
４１〜４６ シャトル弁
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
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 (8)

1. ディーゼルエンジンと、この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、前記操作手段の不操作状態が第１の所定時間継続すると前記エンジンの回転数を低速回転数に低下させるオートアイドル制御システム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、
   前記操作手段の操作の有無を検出する操作検出手段と、
   前記オートアイドル制御システムの作動がオフされた状態で、前記操作検出手段により前記操作手段の不操作状態が検出され、かつこの不操作状態が前記第１の所定時間よりも長い第２の所定時間継続すると、前記再生装置を作動させる再生制御装置とを備える
   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、
   前記再生制御装置は、前記再生装置の作動中に前記操作検出手段により前記操作手段の操作有が検出される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、
   前記エンジンの目標回転数を指令する目標回転数指令手段を更に備え、
   前記再生制御装置は、前記再生装置の作動中に前記目標回転数指令手段により指令される目標回転数が変化する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。
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、前記操作検出手段により前記操作手段の不操作状態が検出されてこの不操作状態が前記第２の所定時間継続し、かつ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ときに、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、
   前記再生制御装置は、前記操作検出手段により前記操作手段の不操作状態が検出されてこの不操作状態が前記第２の所定時間継続し、前記再生装置を作動させるとき、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。
7. 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、
   前記エンジンの目標回転数を指令する目標回転数指令手段を更に備え、
   前記再生制御装置は、前記操作検出手段により前記操作手段の不操作状態が検出されてこの不操作状態が前記第２の所定時間継続し、かつ前記目標回転数指令手段により指令される目標回転数が所定の回転数より高いときに、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。
8. 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。

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