JP2011236769A - 作業機の排気ガス浄化システム - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン音を頼りに実行する緻密作業を実行し易くする。
【解決手段】作業機１４０に搭載されるエンジン７０と、エンジン７０の排気系７７に配置された排気ガス浄化装置５０と、排気ガス浄化装置５０内の粒子状物質を燃焼除去するための再生装置７０，８１，８２，１１７とを備える。排気ガス浄化装置５０の詰り状態が規定水準以上の場合に再生装置７０，８１，８２，１１７を作動可能にする。再生装置７０，８１，８２，１１７の作動を許可する再生許可入力手段２１と、エンジン７０の回転速度Ｎを所定回転速度Ｎｍに保持するための回転速度保持入力手段２７とを備える。再生許可入力手段２１の許可操作をした状態で回転速度保持入力手段２７の入り操作をした場合は、エンジン７０の回転速度保持動作を前記再生装置７０，８１，８２，１１７の作動に優先して実行する。
【選択図】図８

Description

本願発明は、例えば建設機械、農作業機及びエンジン発電機といった作業機の排気ガス浄化システムに関するものである。

昨今、ディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）に関する高次の排ガス規制が適用されるのに伴い、エンジンが搭載される建設機械、農作業機及びエンジン発電機等に、排気ガス中の大気汚染物質を浄化処理する排気ガス浄化装置を搭載することが要望されつつある。排気ガス浄化装置としては、ディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦという）が知られている（特許文献１及び２参照）。ＤＰＦは、排気ガス中の粒子状物質（以下、ＰＭという）等を捕集するためのものである。この場合、ＤＰＦにて捕集されたＰＭが規定量を超えると、ＤＰＦ内の流通抵抗が増大してエンジン出力の低下をもたらすため、排気ガスの昇温によってＤＰＦに堆積したＰＭを除去し、ＤＰＦのＰＭ捕集能力を回復させる（ＤＰＦを再生させる）こともよく行われている。

特開２０００−１４５４３０号公報 特開２００３−２７９２２号公報

しかし、前記従来の構成においてＤＰＦを再生させる際は、排気ガス温度を高める（排気ガスに熱エネルギを付与する）必要があるから、スロットルレバーやアクセルペダルといったアクセル操作具の操作量を超えて燃料消費量を増大させ、エンジン出力を大きくすることになる。そうすると、エンジン出力の変動による衝撃やエンジン音の変化が生ずるため、オペレータに違和感を与えることになる。突然の衝撃やエンジン音の変化をオペレータが異常と誤認する可能性も否定できない。特に、エンジン音を頼りに緻密作業を実行する油圧ショベルといった建設機械において、ＤＰＦ再生時に生ずる突然の衝撃やエンジン音の変化は決して好ましいものではない。

そこで、本願発明は、このような現状を検討して改善を施した作業機の排気ガス浄化システムを提供することを技術的課題とするものである。

請求項１の発明に係る作業機の排気ガス浄化システムは、作業機に搭載されるエンジンと、前記エンジンの排気系に配置された排気ガス浄化装置と、前記排気ガス浄化装置内の粒子状物質を燃焼除去するための再生装置とを備えており、前記排気ガス浄化装置の詰り状態が規定水準以上の場合に前記再生装置が作動可能になっている排気ガス浄化システムであって、前記再生装置の作動を許可する再生許可入力手段と、前記エンジンの回転速度を所定回転速度に保持するための回転速度保持入力手段とを備えており、前記再生許可入力手段の許可操作をした状態で前記回転速度保持入力手段の入り操作をした場合は、前記エンジンの回転速度保持動作を前記再生装置の作動に優先して実行するように構成されているというものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載した作業機の排気ガス浄化システムにおいて、前記エンジンの回転速度保持動作は、前記再生許可入力手段の許可操作をした状態で実行されるように構成されているというものである。

請求項３の発明は、請求項２に記載した作業機の排気ガス浄化システムにおいて、前記再生装置の作動中において前記回転速度保持入力手段の入り操作をした場合は、前記再生装置の作動を中断して前記エンジンの回転速度保持動作を実行するように構成されているというものである。

請求項４の発明は、請求項２又は３に記載した作業機の排気ガス浄化システムにおいて、前記エンジンの回転速度保持動作の実行中において前記排気ガス浄化装置の詰り状態が前記規定水準を超える限界水準以上になった場合は、前記エンジンの回転速度保持動作を中断して前記再生装置を作動させるように構成されているというものである。

請求項５の発明は、請求項４に記載した作業機の排気ガス浄化システムにおいて、前記排気ガス浄化装置の詰り状態が前記限界水準以上になると作動する再生予告手段を備えているというものである。

請求項１の発明によると、作業機に搭載されるエンジンと、前記エンジンの排気系に配置された排気ガス浄化装置と、前記排気ガス浄化装置内の粒子状物質を燃焼除去するための再生装置とを備えており、前記排気ガス浄化装置の詰り状態が規定水準以上の場合に前記再生装置が作動可能になっている排気ガス浄化システムであって、前記再生装置の作動を許可する再生許可入力手段と、前記エンジンの回転速度を所定回転速度に保持するための回転速度保持入力手段とを備えており、前記再生許可入力手段の許可操作をした状態で前記回転速度保持入力手段の入り操作をした場合は、前記エンジンの回転速度保持動作を前記再生装置の作動に優先して実行するように構成されているから、前記再生許可入力手段の許可操作をしていたとしても、前記回転速度保持入力手段の入り操作によって、前記排気ガス浄化装置の再生動作を禁止できる。これに加えて、前記エンジンの駆動状態を、オペレータがエンジン音を頼りに実行する緻密作業に適した回転速度に保持できる。すなわち、前記作業機の作業状態等に応じオペレータの意思によって、前記排気ガス浄化装置の再生動作を禁止しながら、前記エンジンの駆動状態を前記緻密作業に適した回転速度に保持できる。従って、前記排気ガス浄化装置の粒子状物質捕集能力を回復させる再生制御を実行可能なものでありながら、前記緻密作業をスムーズに行える。つまり、前記緻密作業を阻害しかねない前記排気ガス浄化装置再生動作の欠点をなくして、前記緻密作業を集中して行えるという効果を奏する。

請求項２の発明によると、請求項１に記載した作業機の排気ガス浄化システムにおいて、前記エンジンの回転速度保持動作は、前記再生許可入力手段の許可操作をした状態で実行されるように構成されているから、前記排気ガス浄化装置の詰り状態が規定水準以上の場合に前記回転速度保持入力手段を切り操作すれば、前記再生装置による前記排気ガス浄化装置再生動作が確実に行われることになる。このため、特に前記緻密作業の際に、前記再生許可入力手段の操作忘れといった人為的ミスを格段に少なくでき、前記人為的ミスによって前記排気ガス浄化装置再生動作を実行できずに前記排気ガス浄化装置が詰るといった不具合を効果的に防止できるという効果を奏する。

請求項３の発明によると、請求項２に記載した作業機の排気ガス浄化システムにおいて、前記再生装置の作動中において前記回転速度保持入力手段の入り操作をした場合は、前記再生装置の作動を中断して前記エンジンの回転速度保持動作を実行するように構成されているから、前記再生装置の作動中であっても前記緻密作業を行いたい場合は、前記回転速度保持入力手段を入り操作するだけで、前記緻密作業に適した前記エンジンの駆動状態に簡単に切り換えできる。従って、前記作業機の作業状態（特に前記緻密作業）に応じて前記エンジンの駆動状態を的確に設定でき、前記排気ガス浄化装置の粒子状物質捕集能力を回復させる再生制御を実行可能なものでありながら、作業性の向上を図れるという効果を奏する。

請求項４の発明によると、請求項２又は３に記載した作業機の排気ガス浄化システムにおいて、前記エンジンの回転速度保持動作の実行中において前記排気ガス浄化装置の詰り状態が前記規定水準を超える限界水準以上になった場合は、前記エンジンの回転速度保持動作を中断して前記再生装置を作動させるように構成されているから、例えばモード変更のための戻し操作をしたりしなくても、前記再生装置による前記排気ガス浄化装置の再生動作にスムーズに移行できることになる。従って、操作の手間を省きながらも、前記排気ガス浄化装置内の粒子状物質過堆積の状態を確実に回避して、粒子状物質過堆積に起因した前記排気ガス浄化装置や前記エンジンの故障を未然に防止できるという効果を奏する。

請求項５の発明によると、請求項４に記載した作業機の排気ガス浄化システムにおいて、前記排気ガス浄化装置の詰り状態が前記限界水準以上になると作動する再生予告手段を備えているから、前記エンジンの回転速度保持動作を中断するにあたり、オペレータは、前記再生予告手段の作動によって、前記再生装置による前記排気ガス浄化装置再生動作に移行する事実を予め把握でき、その後に生ずる出力変動の衝撃やエンジン音の変化を前もって想定できる。従って、前記排気ガス浄化装置の再生動作に起因するオペレータの違和感を少なくできるという効果を奏する。

エンジンが搭載されたバックホウの側面図である。 バックホウの平面図である。 エンジンの燃料系統説明図である。 エンジン及び排気ガス浄化装置の関係を示す機能ブロック図である。 燃料の噴射タイミングを説明する図である。 出力特性マップの説明図である。 計器パネルの説明図である。 ＤＰＦ再生制御の流れを示すフローチャートである。

以下に、本願発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

（１）．バックホウの概略構造
まず始めに、図１及び図２を参照して、エンジン７０が搭載される作業機の一例であるバックホウ１４１の概略構造について説明する。なお、図２では説明の便宜上、キャビン１４６の図示を省略している。

作業機の一例であるバックホウ１４１は、左右一対の走行クローラ１４３（図１では左側のみ示す）を有するクローラ式の走行装置１４２と、走行装置１４２上に設けられた旋回台１４４（機体）とを備えている。旋回台１４４は、旋回モータ（図示省略）にて、３６０°の全方位にわたって水平旋回可能に構成されている。走行装置１４２の前部には排土板１４５が昇降回動可能に装着されている。

旋回台１４４には、操縦部としてのキャビン１４６とディーゼル４気筒タイプのエンジン７０とが搭載されている。旋回台１４４の前部には、掘削作業のためのブーム１５１、アーム１５２及びバケット１５３を有する作業部１５０が設けられている。図２に詳細に示すように、キャビン１４６の内部には、オペレータが着座する操縦座席１４８、エンジン７０の出力回転数を設定保持するスロットル操作手段としてのスロットルレバー１６６、並びに、作業部操作手段としてのレバー・スイッチ群１６７〜１７０（旋回操作レバー１６７、アーム操作レバー１６８、バケット操作スイッチ１６９及びブーム操作レバー１７０）等が配置されている。

作業部１５０の構成要素であるブーム１５１は、先端側を前向きに突き出して側面視く字状に屈曲した形状に形成されている。ブーム１５１の基端部は、旋回台１４４の前部に取り付けられたブームブラケット１５４に、横向きのブーム軸１５５を中心にして首振り回動可能に枢着されている。ブーム１５１の内面（前面）側には、これを上下に首振り回動させるための片ロッド複動形のブームシリンダ１５６が配置されている。ブームシリンダ１５６のシリンダ側端部は、ブームブラケット１５４の前端部に回動可能に枢支されている。ブームシリンダ１５６のロッド側端部は、ブーム１５１における屈曲部の前面側（凹み側）に固定された前ブラケット１５７に回動可能に枢支されている。

ブーム１５１の先端部には、長手角筒状のアーム１５２の基端部が、横向きのアーム軸１５９を中心にして首振り回動可能に枢着されている。ブーム１５１の上面前部側には、アーム１５２を首振り回動させるための片ロッド複動形のアームシリンダ１６０が配置されている。アームシリンダ１６０のシリンダ側端部は、ブーム１５１における屈曲部の背面側（突出側）に固定された後ブラケット１５８に回動可能に枢支されている。アームシリンダ１６０のロッド側端部は、アーム１５２の基端側外面（前面）に固着されたアームブラケット１６１に回動可能に枢支されている。

アーム１５２の先端部には、掘削用アタッチメントとしてのバケット１５３が、横向きのバケット軸１６２を中心にして掬い込み回動可能に枢着されている。アーム１５２の外面（前面）側には、バケット１５３を掬い込み回動させるための片ロッド複動形のバケットシリンダ１６３が配置されている。バケットシリンダ１６３のシリンダ側端部は、アームブラケット１６１に回動可能に枢支されている。バケットシリンダ１６３のロッド側端部は、連結リンク１６４及び中継ロッド１６５を介してバケット１５３に回動可能に枢支されている。

（２）．エンジン及びその周辺の構造
次に、図３及び図４を参照しながら、エンジン７０及びその周辺の構造を説明する。図４に示すように、エンジン７０は前述の通り、４気筒型のディーゼルエンジンであり、上面にシリンダヘッド７２が締結されたシリンダブロック７５を備えている。シリンダヘッド７２の一側面には吸気マニホールド７３が接続されており、他側面には排気マニホールド７１が接続されている。シリンダブロック７５の側面のうち吸気マニホールド７３の下方には、エンジン７０の各気筒に燃料を供給するコモンレールシステム１１７が設けられている。吸気マニホールド７３の吸気上流側に接続された吸気管７６には、エンジン７０の吸気圧（吸気量）を調節するための吸気絞り装置８１とエアクリーナ（図示省略）とが接続される。

図３に示すように、エンジン７０における４気筒分の各インジェクタ１１５に、コモンレールシステム１１７及び燃料供給ポンプ１１６を介して、燃料タンク１１８が接続される。各インジェクタ１１５は電磁開閉制御型の燃料噴射バルブ１１９を備えている。コモンレールシステム１１７は円筒状のコモンレール１２０を備えている。燃料供給ポンプ１１６の吸入側には、燃料フィルタ１２１及び低圧管１２２を介して燃料タンク１１８が接続されている。燃料タンク１１８内の燃料が燃料フィルタ１２１及び低圧管１２２を介して燃料供給ポンプ１１６に吸い込まれる。実施形態の燃料供給ポンプ１１６は吸気マニホールド７３の近傍に配置されている。一方、燃料供給ポンプ１１６の吐出側には、高圧管１２３を介してコモンレール１２０が接続されている。コモンレール１２０には、４本の燃料噴射管１２６を介して、４気筒分のインジェクタ１１５が接続されている。

上記の構成において、燃料タンク１１８の燃料は燃料供給ポンプ１１６によってコモンレール１２０に圧送され、高圧の燃料がコモンレール１２０に蓄えられる。各燃料噴射バルブ１１９がそれぞれ開閉制御されることによって、コモンレール１２０内の高圧の燃料が各インジェクタ１１５からエンジン７０の各気筒に噴射される。すなわち、各燃料噴射バルブ１１９を電子制御することによって、各インジェクタ１１５から供給される燃料の噴射圧力、噴射時期、噴射期間（噴射量）が高精度にコントロールされる。従って、エンジン７０からの窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減できると共に、エンジン７０の騒音振動を低減できる。

図５に示すように、コモンレールシステム１１７は、上死点（ＴＤＣ）を挟む付近でメイン噴射Ａを実行するように構成されている。また、コモンレールシステム１１７は、メイン噴射Ａ以外に、上死点より約６０°以前のクランク角度θ１の時期に、ＮＯｘ及び騒音の低減を目的として少量のパイロット噴射Ｂを実行したり、上死点直前のクランク角度θ２の時期に、騒音低減を目的としてプレ噴射Ｃを実行したり、上死点後のクランク角度θ３及びθ４の時期に、粒子状物質（以下、ＰＭという）の低減や排気ガスの浄化促進を目的としてアフタ噴射Ｄ及びポスト噴射Ｅを実行したりするように構成されている。

なお、図３に示すように、燃料タンク１１８には、燃料戻り管１２９を介して燃料供給ポンプ１１６が接続されている。円筒状のコモンレール１２０の長手方向の端部に、コモンレール１２０内の燃料の圧力を制限する戻り管コネクタ１３０を介して、コモンレール戻り管１３１が接続されている。すなわち、燃料供給ポンプ１１６の余剰燃料とコモンレール１２０の余剰燃料とが、燃料戻り管１２９及びコモンレール戻り管１３１を介して燃料タンク１１８に回収されることになる。

排気マニホールド７１の排気下流側に接続された排気管７７には、エンジン７０の排気圧を調節するための排気絞り装置８２と、排気ガス浄化装置の一例であるディーゼルパティキュレートフィルタ５０（以下、ＤＰＦという）とが接続される。各気筒から排気マニホールド７１に排出された排気ガスは、排気管７７、排気絞り装置８２及びＤＰＦ５０を経由して浄化処理をされてから外部に放出される。

ＤＰＦ５０は、排気ガス中のＰＭ等を捕集するためのものである。実施形態のＤＰＦ５０は、耐熱金属材料製のケーシング５１内にある略筒型のフィルタケース５２に、例えば白金等のディーゼル酸化触媒５３とスートフィルタ５４とを直列に並べて収容してなるものである。実施形態では、フィルタケース５２内のうち排気上流側にディーゼル酸化触媒５３が配置され、排気下流側にスートフィルタ５４が配置されている。スートフィルタ５４は、多孔質な（ろ過可能な）隔壁にて区画された多数のセルを有するハニカム構造になっている。

ケーシング５１の一側部には、排気管７６のうち排気絞り装置８２より排気下流側に連通する排気導入口５５が設けられている。ケーシング５１の一端部は第１底板５６にて塞がれ、フィルタケース５２のうち第１底板５６に臨む一端部は第２底板５７にて塞がれている。ケーシング５１とフィルタケース５２との間の環状隙間、並びに両底板５６，５７間の隙間には、ガラスウールのような断熱材５８がディーゼル酸化触媒５３及びスートフィルタ５４の周囲を囲うように充填されている。ケーシング５１の他側部は２枚の蓋板５９，６０にて塞がれていて、これら両蓋板５９，６０を略筒型の排気排出口６１が貫通している。また、両蓋板５９，６０の間は、フィルタケース５２内に複数の連通管６２を介して連通する共鳴室６３になっている。

ケーシング５１の一側部に形成された排気導入口５５には排気ガス導入管６５が挿入されている。排気ガス導入管６５の先端は、ケーシング５１を横断して排気導入口５５と反対側の側面に突出している。排気ガス導入管６５の外周面には、フィルタケース５２に向けて開口する複数の連通穴６６が形成されている。排気ガス導入管６５のうち排気導入口５５と反対側の側面に突出する部分は、これに着脱可能に螺着された蓋体６７にて塞がれている。

ＤＰＦ５０には、検出手段の一例として、ＤＰＦ５０内の排気ガス温度を検出するＤＰＦ温度センサ２６が設けられている。実施形態のＤＰＦ温度センサ２６は、ケーシング５１及びフィルタケース５２を貫通して装着されており、その先端はディーゼル酸化触媒５３とスートフィルタ５４との間に位置させている。

また、ＤＰＦ５０には、検出手段の一例として、スートフィルタ５４の詰まり状態を検出する差圧センサ６８が設けられている。実施形態の差圧センサ６８は、ＤＰＦ５０内におけるスートフィルタ５４を挟んだ上下流間の圧力差（差圧）を検出するものである。この場合、排気ガス導入管６５の蓋体６７に、差圧センサ６８を構成する上流側排気圧センサ６８ａが装着され、スートフィルタ５４と共鳴室６３との間に、下流側排気圧センサ６８ｂが装着されている。ＤＰＦ５０上下流間の圧力差とＤＰＦ５０内のＰＭ堆積量との間に一定の法則性があることはよく知られている。実施形態では、差圧センサ６８にて検出される圧力差からＤＰＦ５０内のＰＭ堆積量を推定し、当該推定結果に基づいて吸気絞り装置８１並びにコモンレール１２０を作動させることにより、スートフィルタ５４の再生制御（ＤＰＦ再生制御）が実行される。

なお、スートフィルタ５４の詰まり状態を検出するのは、差圧センサ６８に限らず、ＤＰＦ５０内におけるスートフィルタ５４上流側の圧力を検出する排気圧センサであってもよい。排気圧センサを採用した場合は、スートフィルタ５４にＰＭが堆積していない新品時のスートフィルタ５４上流側の圧力（基準圧力）と、排気圧センサにて検出された現在の圧力とを比較することによって、スートフィルタ５４の詰まり状態を判断することになる。

上記の構成において、エンジン５からの排気ガスは、排気導入口５５を介して排気ガス導入管６５に入って、排気ガス導入管６５に形成された各連通穴６６からフィルタケース５２内に噴出し、フィルタケース５２内の広い領域に分散したのち、ディーゼル酸化触媒５３からスートフィルタ５４の順に通過して浄化処理される。排気ガス中のＰＭは、この段階でスートフィルタ５４における各セル間の多孔質な仕切り壁を通り抜けできずに捕集される。その後、ディーゼル酸化触媒５３及びスートフィルタ５４を通過した排気ガスが排気排出口６１から放出される。

排気ガスがディーゼル酸化触媒５３及びスートフィルタ５４を通過するに際して、排気ガス温度が再生境界温度（例えば約３００℃程度）を超えていれば、ディーゼル酸化触媒５３の作用にて、排気ガス中のＮＯ（一酸化窒素）が不安定なＮＯ_２（二酸化窒素）に酸化する。そして、ＮＯ_２がＮＯに戻る際に放出するＯ（酸素）にて、スートフィルタ５４に堆積したＰＭを酸化除去することにより、スートフィルタ５４のＰＭ捕集能力が回復（ＤＰＦ５０が再生）することになる。

（３）．エンジンの制御関連の構成
次に、図３、図６及び図７等を参照しながら、エンジン７０の制御関連の構成を説明する。図３に示す如く、エンジン７０における各気筒の燃料噴射バルブ１１９を作動させるＥＣＵ１１を備えている。ＥＣＵ１１は、各種演算処理や制御を実行するＣＰＵ３１の他、各種データを予め固定的に記憶させたＲＯＭ３２、制御プログラムや各種データを書換可能に記憶するＥＥＰＲＯＭ３３、制御プログラムや各種データを一時的に記憶するＲＡＭ３４、時間計測用のタイマ３５、及び入出力インターフェイス等を有しており、エンジン７０又はその近傍に配置される。

ＥＣＵ１１の入力側には、少なくともコモンレール１２０内の燃料圧力を検出するレール圧センサ１２、燃料ポンプ１１６を回転又は停止させる電磁クラッチ１３、エンジン７０の回転速度Ｎ（クランク軸のカムシャフト位置）を検出するエンジン速度センサ１４、インジェクタ１１５の燃料噴射回数（１行程の燃料噴射期間中の回数）を検出及び設定する噴射設定器１５、スロットルレバー１６６の操作位置を検出するスロットル位置センサ１６、吸気経路中の吸気温度を検出する吸気温度センサ１７、排気経路中の排気ガス温度を検出する排気温度センサ１８、エンジン７０の冷却水温度を検出する冷却水温度センサ１９、コモンレール１２０内の燃料温度を検出する燃料温度センサ２０、ＤＰＦ５０再生動作の可否を選択操作する再生許可入力手段としての再生スイッチ２１、差圧センサ６８（上流側排気圧センサ６８ａ及び下流側排気圧センサ６８ｂ）、ＤＰＦ５０内の排気ガス温度を検出するＤＰＦ温度センサ２６、並びに、エンジン７０の回転速度Ｎを中間回転速度Ｎｍに保持する回転速度保持入力手段としての回転速度保持スイッチ２７等が接続されている。

ＥＣＵ１１の出力側には、少なくとも４気筒分の各燃料噴射バルブ１１９の電磁ソレノイドがそれぞれ接続されている。すなわち、コモンレール１２０に蓄えた高圧燃料が燃料噴射圧力、噴射時期及び噴射期間等を制御しながら、１行程中に複数回に分けて燃料噴射バルブ１１９から噴射されることによって、窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生を抑えると共に、ＰＭや二酸化炭素等の発生も低減した完全燃焼を実行し、燃費を向上させるように構成されている。

また、ＥＣＵ１１の出力側には、エンジン７０の吸気圧（吸気量）を調節するための吸気絞り装置８１、エンジン７０の排気圧を調節するための排気絞り装置８２、ＥＣＵ１１の故障を警告報知するＥＣＵ故障ランプ２２、ＤＰＦ５０内における排気ガス温度の異常高温を報知する異常高温報知手段としての排気温度警告ランプ２３、及び、ＤＰＦ５０再生動作に伴い点灯する再生ランプ２４が接続されている。各ランプ２２〜２４の明滅に関するデータは予めＥＣＵ１１のＥＥＰＲＯＭ３３に記憶されている。詳細は後述するが、再生ランプ２４は、ＤＰＦ５０の詰り状態が規定水準以上又は限界水準以上になると作動する再生予告手段としての役割と、ＤＰＦ５０再生動作中である旨を報知する再生報知手段としての役割とを兼ねる単一の表示具を構成している。なお、図２及び図７に示すように、再生スイッチ２１及び各ランプ２２〜２４は、エンジン７０搭載対象の作業機（バックホウ１４０）にある計器パネル４０に設けられている。

再生スイッチ２１はオルタネイト動作タイプのものである。すなわち、再生スイッチ２１は、１回押下するとその押下位置でロックされ、もう１回押下すると元の位置に復帰するロック形のプッシュスイッチである。ＤＰＦ５０の詰り状態が規定水準に達したことを告げる再生ランプ２４の点滅時に再生スイッチ２１が押下位置でロックされていれば、後述する各モードに移行し得るように構成されている。

また、回転速度保持スイッチ２７は、再生スイッチ２１と同様に、オルタネイト動作タイプのものである。詳細は後述するが、回転速度保持スイッチ２７が押下位置でロックされていれば、コモンレールシステム１１７の電子制御にて各気筒への燃料の噴射状態（噴射圧力、噴射時期及び噴射期間等）を調節し、後述する各モードに優先してエンジン７０の回転速度Ｎを中間回転速度Ｎｍに保持するように構成されている。ここで、中間回転速度Ｎｍは、ローアイドル回転速度（エンジン７０無負荷時における最低限度の回転速度）と、ハイアイドル回転速度（エンジン７０の最高回転速度）との間の値になっている。実施形態の中間回転速度Ｎｍは、例えば１８００ｍｉｎ^−１（１８００ｒｐｍ、３００ｓ^−１）に設定される。

ＥＣＵ１１のＥＥＰＲＯＭ３３には、エンジン７０の回転速度ＮとトルクＴ（負荷）との関係を示す出力特性マップＭ（図６参照）が予め記憶されている。出力特性マップＭは実験等にて求められる。図６に示す出力特性マップＭでは、回転速度Ｎを横軸に、トルクＴを縦軸に採っている。出力特性マップＭは、上向き凸に描かれた実線Ｔｍｘで囲まれた領域である。実線Ｔｍｘは、各回転速度Ｎに対する最大トルクを表した最大トルク線である。この場合、エンジン７０の型式が同じであれば、ＥＣＵ１１に記憶される出力特性マップＭはいずれも同一（共通）のものになる。図６に示すように、出力特性マップＭは、排気ガス温度が再生境界温度（約３００℃程度）の場合における回転速度ＮとトルクＴとの関係を表した境界ラインＢＬによって上下に分断される。境界ラインＢＬを挟んで上側の領域は、スートフィルタ５４に堆積したＰＭを酸化除去できる（酸化触媒５３の酸化作用が働く）再生可能領域であり、下側の領域は、ＰＭが酸化除去されずにスートフィルタ５４に堆積する再生不能領域である。

ＥＣＵ１１は基本的に、出力特性マップＭと、エンジン速度センサ１４にて検出される回転速度Ｎと、スロットル位置センサ１６にて検出されるスロットル位置とに基づき、トルクＴを演算して目標燃料噴射量を求め、当該演算結果に基づきコモンレールシステム１１７を作動させるという燃料噴射制御を実行する。ここで、燃料噴射量は、各燃料噴射バルブ１１９の開弁期間を調節して、各インジェクタ１１５への噴射期間を変更することによって調節される。

（４）．ＤＰＦ再生制御の態様
次に、図８のフローチャート等を参照しながら、ＥＣＵ１１によるＤＰＦ５０再生制御の一例について説明する。さて、エンジン７０の制御モード（ＤＰＦ５０再生に関する制御形式）としては少なくとも、路上走行や各種作業をする通常運転モードと、ＤＰＦ５０の詰り状態が規定水準以上になると、再生スイッチ２１を押下した場合に排気ガス温度を上昇させる手動補助再生モードと、ポスト噴射ＥにてＤＰＦ５０内に燃料を供給する強制再生モードとがある。

手動補助再生モードでは、差圧センサ６８の検出情報に基づき、吸気絞り装置８１及び排気絞り装置８２の少なくとも一方を所定開度まで閉弁することによって、吸気量や排気量を制限する。そうすると、エンジン７０負荷が増大するので、これに連動してエンジン７０出力を増大させ、エンジン７０からの排気ガス温度を上昇させる。その結果、ＤＰＦ５０（スートフィルタ５４）内のＰＭを燃焼除去できることになる。

強制再生モードは、ＤＰＦ５０の詰り状態が規定水準以上にも拘らず、再生スイッチ２１の非押下状態が長く続いてＤＰＦ５０の詰り状態が改善しない場合に実行されるものである。当該強制再生モードでは、ポスト噴射ＥにてＤＰＦ５０内に燃料を供給し、当該燃料をディーゼル酸化触媒５３にて燃焼させることによって、ＤＰＦ５０内の排気ガス温度を上昇させる（約５６０℃程度）。その結果、ＤＰＦ５０（スートフィルタ５４）内のＰＭを強制的に燃焼除去できることになる。

上記の各モードに関する説明から分かるように、例えばエンジン７０、吸気絞り装置８１、排気絞り装置８２並びにコモンレールシステム１１７等がＤＰＦ５０再生動作に関与する部材である。これら７０，８１，８２，１１７がＤＰＦ５０内のＰＭを燃焼除去するための再生装置を構成している。

図８に示すように、上記の各モードはＥＣＵ１１の指令に基づき実行される。すなわち、図８のフローチャートにて示すアルゴリズムは、ＥＥＰＲＯＭ３３に記憶されている。そして、当該アルゴリズムをＲＡＭ３４に呼び出してからＣＰＵ３１にて処理することによって、前述の各モードが実行されることになる。

図８のフローチャートに示すように、ＤＰＦ５０再生制御では、まず差圧センサ６８からの検出結果に基づきＤＰＦ５０内のＰＭ堆積量を推定し、当該推定結果が規定量（規定水準）以上か否かを判別し（Ｓ０１）、ＰＭ堆積量が規定量以上と判断した場合は（Ｓ０１：ＮＯ）、タイマ３５の時間情報に基づく計測を開始して再生ランプ２４を低速点滅させ（Ｓ０２）、オペレータにＤＰＦ５０再生動作（自動補助再生モード）の実行を予告する。実施形態の規定量は例えば８ｇ／ｌに設定される。再生ランプ２４の点滅周波数は例えば１Ｈｚに設定される。

次いで、再生スイッチ２１が押下されているか否かを判別し（Ｓ０３）、押下状態でロックされていなければ（Ｓ０３：ＯＦＦ）、再生ランプ２４低速点滅開始から所定時間（例えば３０分程度）経過したか否かを判別する（Ｓ０４）。所定時間が経過していなければ（Ｓ０４：ＮＯ）、ステップＳ０３に戻る。Ｓ０３〜Ｓ０４のステップでは、ＰＭ堆積量が規定量以上であるにも拘らず、エンジン７０の制御モードが通常運転モードのままであり、エンジン７０における現状の駆動状態が維持されることになる。すなわち、手動補助再生モードへの移行（ＤＰＦ５０再生動作、若しくは再生装置の作動と言ってもよい）が禁止されるのである。なお、再生ランプ２４の点滅周期は、ＤＰＦ５０内のＰＭ堆積量の増加に従い短くなるように設定される（再生ランプ２４はＤＰＦ５０内のＰＭ堆積量の増加に従い短い間隔で点滅する）。このため、再生ランプ２４の点滅の速さによって、オペレータの注意を喚起できる。

ステップＳ０４において所定時間が経過した場合は（Ｓ０４：ＹＥＳ）、ＰＭ堆積量が規定量以上の状態で、再生スイッチ２１を押下せずに長時間放置したような状態が想定されるので、低速点滅していた再生ランプ２４を点灯させてから（Ｓ０５）、強制再生モードを実行する（Ｓ０６）。強制再生モードでは前述の通り、コモンレールシステム１１７のポスト噴射ＥにてＤＰＦ５０内に燃料を供給し、当該燃料をディーゼル酸化触媒５３にて燃焼させることによって、ＤＰＦ５０内の排気ガス温度を上昇させる。その結果、ＤＰＦ５０内のＰＭが強制的に燃焼除去され、ＤＰＦ５０のＰＭ捕集能力が回復する。ステップＳ０６の強制再生モードは例えば約１５分程度実行され（Ｓ０７参照）、当該時間の経過後、コモンレールシステム１１７がポスト噴射Ｅを終了して、再生ランプ２４を消灯させ（Ｓ０８）、強制再生モードの終了を報知する。

さて、ステップＳ０３に戻り、再生スイッチ２１が押下状態でロックされていれば（Ｓ０３：ＯＮ）、次いで、回転速度保持スイッチ２７が押下されているか否かを判別する（Ｓ０９）。回転速度保持スイッチ２７が押下状態でロックされていなければ（Ｓ０９：ＯＦＦ）、低速点滅していた再生ランプ２４を点灯させてから（Ｓ１０）、手動補助再生モードを実行する（Ｓ１１）。

手動補助再生モードでは前述の通り、吸気絞り装置８１及び排気絞り装置８２の少なくとも一方を用いた吸気量や排気量の制限によって、エンジン７０負荷を増大させ、これに伴いエンジン７０出力を増大させて、排気ガス温度を上昇させる。その結果、ＤＰＦ５０内のＰＭが燃焼除去され、ＤＰＦ５０のＰＭ捕集能力が回復する。ステップＳ１１の手動補助再生モードは例えば約２０分程度実行されるが（Ｓ１３参照）、手動補助再生モードの実行中（再生装置の作動中）であるステップＳ１２では、回転速度保持スイッチ２７が押下されているか否かを判別する。回転速度保持スイッチ２７が押下状態でロックされていなければ（Ｓ１２：ＯＦＦ）、所定時間の経過後（Ｓ１３：ＹＥＳ）、吸気絞り装置８１や排気絞り装置８２の開度がこれを狭める前の元の状態に戻る。そして、再生ランプ２４を消灯させ（Ｓ１４）、手動補助再生モードの終了を報知する。ステップＳ１２において回転速度保持スイッチの入り操作をした場合は（Ｓ１２：ＯＮ）、後述するステップＳ１５へ移行し、再生装置の作動を中断してエンジン７０の回転速度保持動作（Ｓ１６参照）を実行することになる。

さて、ステップＳ０９に戻り、回転速度保持スイッチ２７が押下状態でロックされていれば（Ｓ０９：ＯＮ）、エンジン７０の回転速度保持動作（Ｓ１６参照）を再生装置の作動に優先して実行する。すなわち、低速点滅していた再生ランプ２４を点灯させてから（Ｓ１５）、手動補助再生モードや強制再生モードを実行せずに、コモンレールシステム１１７の電子制御にて各気筒への燃料の噴射状態を調節して、エンジン７０の回転速度Ｎを中間回転速度Ｎｍに保持する（Ｓ１６）。

このように制御すると、再生スイッチ２１の押下（許可）操作をしていたとしても、回転速度保持スイッチ２７の入り操作によって、ＤＰＦ５０の再生動作を禁止できる。これに加えて、エンジン７０の駆動状態を、オペレータがエンジン音を頼りに実行する緻密作業に適した回転速度に保持できる。すなわち、バックホウ１４０の作業状態等に応じオペレータの意思によって、ＤＰＦ５０の再生動作を禁止しながら、エンジン７０の駆動状態を前記緻密作業に適した回転速度に保持できる。従って、ＤＰＦ５０のＰＭ捕集能力を回復させる再生制御を実行可能なものでありながら、前記緻密作業をスムーズに行える。つまり、前記緻密作業を阻害しかねないＤＰＦ５０再生動作の欠点をなくして、前記緻密作業を集中して行えるのである。

特にステップＳ１２の流れから分かるように、手動補助再生モードの実行中（再生装置の作動中）において回転速度保持スイッチ２７の入り操作をした場合は、手動補助再生モード（再生装置の作動）を中断してエンジン７０の回転速度保持動作を実行するから、手動補助再生モードの実行中であっても前記緻密作業を行いたい場合は、回転速度保持スイッチ２７を入り操作するだけで、前記緻密作業に適したエンジン７０の駆動状態に簡単に切り換えできる。従って、バックホウ１４０の作業状態（特に前記緻密作業）に応じてエンジン７０の駆動状態を的確に設定でき、ＤＰＦ５０のＰＭ捕集能力を回復させる再生制御を実行可能なものでありながら、作業性の向上を図れる。

また、ステップＳ０３〜Ｓ１６の流れから分かるように、エンジン７０の回転速度保持動作は再生スイッチ２１の押下（許可）操作をした状態で実行されるから、ＤＰＦ５０の詰り状態が規定量（規定水準）以上の場合に、回転速度保持スイッチ２７を切り操作すれば、手動補助再生モードに確実に移行する（再生装置によるＤＰＦ５０再生動作が確実に行われる）ことになる。このため、特に前記緻密作業の際に、再生スイッチ２１の操作忘れといった人為的ミスを格段に少なくでき、前記人為的ミスによってＤＰＦ５０再生動作を実行できずにＤＰＦ５０が詰るといった不具合を効果的に防止できる。

ステップＳ１６に続き、差圧センサ６８の検出結果に基づきＤＰＦ５０内のＰＭ堆積量を推定し、当該推定結果が限界量（限界水準）以上か否かを判別する（Ｓ１７）。この場合の限界量は前述の規定量（Ｓ０１参照）を超える値に設定される。推定結果が限界量以上とは、ＤＰＦ５０内がＰＭ過堆積であってＰＭ暴走燃焼の可能性が懸念される状態を意味している。そこで、ＰＭ堆積量が限界量未満と判断した場合は（Ｓ１７：ＮＯ）、ステップＳ０９に戻る。ＰＭ堆積量が限界量以上と判断した場合は（Ｓ１７：ＹＥＳ）、再生ランプ２４を点灯させてから（Ｓ１８）、コモンレールシステム１１７の電子制御によって、エンジン７０の回転速度保持動作を停止させ（Ｓ１９）、次いで、手動補助再生モードを実行する（Ｓ２０）。ステップＳ２０の手動補助再生モードは例えば約２０分程度実行され（Ｓ２１参照）、当該所定時間の経過後（Ｓ２１：ＹＥＳ）、吸気絞り装置８１や排気絞り装置８２の開度がこれを狭める前の元の状態に戻る。そして、再生ランプ２４を消灯させ（Ｓ２２）、手動補助再生モードの終了を報知し、ステップＳ０９に戻る。

このように制御すると、エンジン７０の回転速度保持動作の実行中においてＤＰＦ５０の詰り状態が限界量（限界水準）以上になった場合は、例えばモード変更のための戻し操作をしたりしなくても、手動補助再生モードにスムーズに移行する（再生装置によるＤＰＦ５０再生動作が行われる）ことになる。従って、操作の手間を省きながらも、ＤＰＦ５０内のＰＭ過堆積の状態を確実に回避して、ＰＭ過堆積に起因したＤＰＦ５０やエンジン７０の故障を未然に防止できる。特に、エンジン７０の回転速度保持動作を中断するにあたり、オペレータは、再生ランプ２４の作動によって手動補助再生モード（再生装置によるＤＰＦ５０再生動作）に移行する事実を予め把握でき、その後に生ずる出力変動の衝撃やエンジン音の変化を前もって想定できる。従って、ＤＰＦ５０の再生動作に起因するオペレータの違和感を少なくできる。

（５）．まとめ
上記の記載並びに図３、図７及び図８から明らかなように、作業機１４０に搭載されるエンジン７０と、前記エンジン７０の排気系７７に配置された排気ガス浄化装置５０と、前記排気ガス浄化装置５０内の粒子状物質を燃焼除去するための再生装置７０，８１，８２，１１７とを備えており、前記排気ガス浄化装置５０の詰り状態が規定水準以上の場合に前記再生装置７０，８１，８２，１１７が作動可能になっている排気ガス浄化システムであって、前記再生装置７０，８１，８２，１１７の作動を許可する再生許可入力手段２１と、前記エンジン７０の回転速度Ｎを所定回転速度Ｎｍに保持するための回転速度保持入力手段２７とを備えており、前記再生許可入力手段２１の許可操作をした状態で前記回転速度保持入力手段２７の入り操作をした場合は、前記エンジン７０の回転速度保持動作を前記再生装置７０，８１，８２，１１７の作動に優先して実行するように構成されているから、前記再生許可入力手段２１の許可操作をしていたとしても、前記回転速度保持入力手段２７の入り操作によって、前記排気ガス浄化装置５０の再生動作を禁止できる。これに加えて、前記エンジン７０の駆動状態を、オペレータがエンジン音を頼りに実行する緻密作業に適した回転速度に保持できる。すなわち、前記作業機１４０の作業状態等に応じオペレータの意思によって、前記排気ガス浄化装置５０の再生動作を禁止しながら、前記エンジン７０の駆動状態を前記緻密作業に適した回転速度に保持できる。従って、前記排気ガス浄化装置５０の粒子状物質捕集能力を回復させる再生制御を実行可能なものでありながら、前記緻密作業をスムーズに行える。つまり、前記緻密作業を阻害しかねない前記排気ガス浄化装置５０再生動作の欠点をなくして、前記緻密作業を集中して行えるという効果を奏する。

上記の記載並びに図３、図７及び図８から明らかなように、前記エンジン７０の回転速度保持動作は、前記再生許可入力手段２１の許可操作をした状態で実行されるように構成されているから、前記排気ガス浄化装置５０の詰り状態が規定水準以上の場合に、前記回転速度保持入力手段２７を切り操作すれば、前記再生装置７０，８１，８２，１１７による前記排気ガス浄化装置５０再生動作が確実に行われることになる。このため、特に前記緻密作業の際に、前記再生許可入力手段２１の操作忘れといった人為的ミスを格段に少なくでき、前記人為的ミスによって前記排気ガス浄化装置５０再生動作を実行できずに前記排気ガス浄化装置５０が詰るといった不具合を効果的に防止できるという効果を奏する。

上記の記載並びに図３、図７及び図８から明らかなように、前記再生装置７０，８１，８２，１１７の作動中において前記回転速度保持入力手段２７の入り操作をした場合は、前記再生装置７０，８１，８２，１１７の作動を中断して前記エンジン７０の回転速度保持動作を実行するように構成されているから、前記再生装置７０，８１，８２，１１７の作動中であっても前記緻密作業を行いたい場合は、前記回転速度保持入力手段２７を入り操作するだけで、前記緻密作業に適した前記エンジン７０の駆動状態に簡単に切り換えできる。従って、前記作業機１４０の作業状態（特に前記緻密作業）に応じて前記エンジン７０の駆動状態を的確に設定でき、前記排気ガス浄化装置５０の粒子状物質捕集能力を回復させる再生制御を実行可能なものでありながら、作業性の向上を図れるという効果を奏する。

上記の記載並びに図３、図７及び図８から明らかなように、前記エンジン７０の回転速度保持動作の実行中において前記排気ガス浄化装置５０の詰り状態が前記規定水準を超える限界水準以上になった場合は、前記エンジン７０の回転速度保持動作を中断して前記再生装置７０，８１，８２，１１７を作動させるように構成されているから、例えばモード変更のための戻し操作をしたりしなくても、前記再生装置７０，８１，８２，１１７による前記排気ガス浄化装置５０の再生動作にスムーズに移行できることになる。従って、操作の手間を省きながらも、前記排気ガス浄化装置５０内の粒子状物質過堆積の状態を確実に回避して、粒子状物質過堆積に起因した前記排気ガス浄化装置５０や前記エンジン７０の故障を未然に防止できるという効果を奏する。

上記の記載並びに図３、図７及び図８から明らかなように、前記排気ガス浄化装置５０の詰り状態が前記限界水準以上になると作動する再生予告手段２４を備えているから、前記エンジン７０の回転速度保持動作を中断するにあたり、オペレータは、前記再生予告手段２４の作動によって、前記再生装置７０，８１，８２，１１７による前記排気ガス浄化装置５０再生動作に移行する事実を予め把握でき、その後に生ずる出力変動の衝撃やエンジン音の変化を前もって想定できる。従って、前記排気ガス浄化装置５０の再生動作に起因するオペレータの違和感を少なくできるという効果を奏する。

（６）．その他
本願発明は、前述の実施形態に限らず、様々な態様に具体化できる。各部の構成は図示の実施形態に限定されるものではなく、本願発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能である。

１１ ＥＣＵ
２１ 再生スイッチ（再生許可入力手段）
２３ 排気温度警告ランプ（異常高温報知手段）
２４ 再生ランプ（再生予告手段）
２６ ＤＰＦ温度センサ
２７ 回転速度保持スイッチ（回転速度保持入力手段）
５０ ＤＰＦ（排気ガス浄化装置）
７０ エンジン
１１７ コモンレールシステム
１２０ コモンレール

Claims (5)

1. 作業機に搭載されるエンジンと、前記エンジンの排気系に配置された排気ガス浄化装置と、前記排気ガス浄化装置内の粒子状物質を燃焼除去するための再生装置とを備えており、前記排気ガス浄化装置の詰り状態が規定水準以上の場合に前記再生装置が作動可能になっている排気ガス浄化システムであって、
   前記再生装置の作動を許可する再生許可入力手段と、前記エンジンの回転速度を所定回転速度に保持するための回転速度保持入力手段とを備えており、
   前記再生許可入力手段の許可操作をした状態で前記回転速度保持入力手段の入り操作をした場合は、前記エンジンの回転速度保持動作を前記再生装置の作動に優先して実行するように構成されている、
   作業機の排気ガス浄化システム。
2. 前記エンジンの回転速度保持動作は、前記再生許可入力手段の許可操作をした状態で実行されるように構成されている、
   請求項１に記載した作業機の排気ガス浄化システム。
3. 前記再生装置の作動中において前記回転速度保持入力手段の入り操作をした場合は、前記再生装置の作動を中断して前記エンジンの回転速度保持動作を実行するように構成されている、
   請求項２に記載した作業機の排気ガス浄化システム。
4. 前記エンジンの回転速度保持動作の実行中において前記排気ガス浄化装置の詰り状態が前記規定水準を超える限界水準以上になった場合は、前記エンジンの回転速度保持動作を中断して前記再生装置を作動させるように構成されている、
   請求項２又は３に記載した作業機の排気ガス浄化システム。
5. 前記排気ガス浄化装置の詰り状態が前記限界水準以上になると作動する再生予告手段を備えている、
   請求項４に記載した作業機の排気ガス浄化システム。
   
   

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