JP2014224485A - 建設機械の排気ガス浄化システム - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン排気管路等における尿素析出量を抑制するとともに、尿素水を効率的に使用することで、生産コストを改善し、良好な排気ガスのＮＯｘ浄化を実現可能とする。
【解決手段】窒素酸化物を還元浄化する選択還元型ＮＯｘ触媒と、還元剤溶液を選択還元型ＮＯｘ触媒の上流側の排気中に噴射する噴射装置と、還元剤溶液の噴射量を検出する流量センサと、排気ガスの温度を検出する排気温度センサと、外気温度を検出する外気温度センサと、排気ガスの温度と外気温度とを取込み、排気管の壁面温度を算出する排気管壁面温度算出手段と、排気管の壁面温度と、外気温度センサが検出した外気温度と、流量センサが検出した還元剤溶液の噴射量とを取込み、排気ガスの温度を上昇させるか否かを判定する昇温判定手段と、昇温判定手段の出力信号に応じて排気ガスの温度を上昇させる排気ガス昇温手段とを備えた。
【選択図】 図３

Description

本発明は、建設機械の排気ガス浄化システムに関する。

ディーゼルエンジンから排出される粒子状物質（以下、ＰＭという）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、エンジンの排気中に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）を浄化するための排気浄化装置として、エンジン排気管に配設された選択還元型ＮＯｘ触媒（Selective Catalytic Reduction、以下、ＳＣＲ触媒という）の排気上流に、エンジン運転状態に応じた流量の液体還元剤又はその前駆体を噴射供給し、ＳＣＲ触媒上でＮＯｘを還元反応させることで、ＮＯｘを無害成分に浄化するようにした排気浄化装置が知られている。

このような排気浄化装置では、尿素水を排気中に供給するのが一般的であり、尿素水噴射弁などを用いて排気中に尿素水を噴射する。尿素水噴射弁から排気中に供給された霧状の尿素水は排気の熱により加水分解し、その生成されるアンモニアがＳＣＲ触媒に供給される。こうしてＳＣＲ触媒に供給されたアンモニアと排気中のＮＯｘとの間の脱硝反応がＳＣＲ触媒によって促進されることによりＮＯｘが還元されて排気の浄化が行われる。

このとき、尿素水噴射弁から噴射された霧状の尿素水の一部は、排気通路内の壁面などに衝突することにより液化して排気通路や尿素水噴射弁などに付着する。こうして付着した尿素水は、その水分が気化することにより固形の尿素結晶等となって排気通路内の壁面や尿素水噴射弁に堆積し、尿素由来堆積物となる。

このようにして尿素由来堆積物の生成が継続すると、排気通路における排気流動抵抗の増大や排気通路の閉塞のほか、尿素由来堆積物の生成により、本来ＮＯｘの還元に必要とされるアンモニアの量が不足し、排気浄化率が低下してしまうという問題が生じる。また、排気温度が高温となった場合に、大量に堆積している尿素由来堆積物が一気にアンモニアに転化して、選択還元型ＮＯｘ触媒に必要以上のアンモニアが供給され、余剰となったアンモニアの大気中への放出、即ちアンモニアスリップが発生するという問題がある。

このような問題に対して、エンジン排気管の壁面温度が所定温度未満であるときには、排気温度の高低に関わらず、液体還元剤又はその前駆体の噴射供給を減量又は中止することで、エンジン排気管への還元剤成分の析出を抑制したエンジンの排気浄化装置がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−１０６３１３号公報

上述したエンジンの排気浄化装置によれば、エンジン運転状態に応じた流量、又は、壁面温度が所定温度未満であるために補正された流量に基づいて、噴射装置から噴射供給される尿素水の流量が制御される。このため、壁面温度が所定温度未満であるときには、尿素水の流量補正を適切に行うことで、エンジン排気管の内壁に付着する尿素水の絶対量が減り、エンジン排気管への尿素成分の析出を抑制することができる。

しかし、この場合、尿素水供給量が減少するので、ＳＣＲ触媒に十分なアンモニアを供給することができなくなる。このため、ＮＯｘ浄化はできなくなり、全体の排気浄化効率は低下してしまうという問題がある。

本発明は、上述の事柄に基づいてなされたもので、その目的は、エンジン排気管路等における尿素析出量を抑制するとともに、尿素水を効率的に使用することで、生産コストを改善し、良好な排気ガスのＮＯｘ浄化を実現可能とする建設機械の排気ガス浄化システムを提供することにある。

上記の目的を達成するために、第１の発明は、エンジンと、エンジンの回転数を制御する回転数制御手段と、前記エンジンによって駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプから吐出される圧油が供給される複数の油圧アクチュエータを含む油圧駆動回路とを有する建設機械の排気ガス浄化システムにおいて、還元剤溶液を蓄える還元剤溶液タンクと、前記窒素酸化物を還元浄化する選択還元型ＮＯｘ触媒と、前記還元剤溶液タンクに蓄えられた前記還元剤溶液を前記選択還元型ＮＯｘ触媒の上流側の排気中に噴射する噴射装置と、前記噴射装置から噴射される前記還元剤溶液の噴射量を検出する流量センサと、前記排気ガスの温度を検出する排気温度センサと、外気温度を検出する外気温度センサと、前記排気温度センサが検出した前記排気ガスの温度と前記外気温度センサが検出した前記外気温度とを取込み、前記噴射装置と選択還元型ＮＯｘ触媒との間に位置する排気管の壁面温度を算出する排気管壁面温度算出手段と、前記排気管壁面温度算出手段が算出した前記排気管の壁面温度と、前記外気温度センサが検出した前記外気温度と、前記流量センサが検出した前記還元剤溶液の噴射量とを取込み、前記排気ガスの温度を上昇させるか否かを判定する昇温判定手段と、前記昇温判定手段の出力信号に応じて前記排気ガスの温度を上昇させる排気ガス昇温手段とを備えたものとする。

また、第２の発明は、第１の発明において、前記昇温判定手段は、前記排気管の壁面温度に対する前記還元剤溶液の噴射量における外気温度毎の析出特性を記憶する記憶部と、前記流量センサが検出した前記還元剤溶液の噴射量が、前記記憶部における前記排気管の壁面温度の析出特性の噴射量よりも高い場合に、前記排気ガスの温度を上昇させる信号を出力する演算部とを備えたことを特徴とする。

更に、第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記排気ガス昇温手段として、前記回転数制御手段によって、前記エンジンの回転数を上昇させることを特徴とする。

また、第４の発明は、第１又は第２の発明において、前記油圧ポンプは可変容量油圧ポンプであって、前記可変容量油圧ポンプの傾転角を制御するレギュレータを備え、前記排気ガス昇温手段として、前記レギュレータを制御して、前記油圧ポンプの吸収トルクを上昇させることを特徴とする。

更に、第５の発明は、第１又は第２の発明において、前記建設機械は、前記エンジンによって駆動されるアシスト発電モータと、前記アシスト発電モータに接続された蓄電デバイスと、前記蓄電デバイスと前記アシスト発電モータとの間の電力授受を行うインバータとを備え、前記排気ガス昇温手段として、前記インバータを制御して、前記アシスト発電モータの発電トルクを上昇させることを特徴とする。

また、第６の発明は、第１乃至第５の発明のいずれかにおいて、前記建設機械は、前記複数の油圧アクチュエータの非操作状態を検出する非操作状態検出手段と、前記非操作状態検出手段が、前記複数の油圧アクチュエータすべての非操作状態を検出したときに、前記エンジンの回転数をアイドル回転数に設定するオートアイドル制御手段とを更に備え、前記昇温判定手段が、前記排気ガスの温度を上昇させると判定した場合には、前記オートアイドル制御手段を無効にすると共に、前記排気ガス昇温手段により、前記排気ガスの温度を上昇させることを特徴とする。

本発明によれば、エンジン排気管路等における尿素析出量を抑制するとともに、効率的な尿素水の使用による良好な排気ガスのＮＯｘ浄化が実現できる。この結果、生産コストの改善が図れ、未浄化排気ガスの大気放出が防止できる。

本発明の建設機械の排気ガス浄化システムの第１の実施の形態を備えた油圧ショベルを示す側面図である。 本発明の建設機械の排気ガス浄化システムの第１の実施の形態を備えた油圧ショベルの構成を示すシステム構成図である。 本発明の建設機械の排気ガス浄化システムの第１の一実施の形態を示すシステム構成図である。 本発明の建設機械の排気ガス浄化システムの第１の実施の形態を構成する排気管壁面温度示に対する尿素水噴射量における外気温度毎の析出特性を示す特性図である。 本発明の建設機械の排気ガス浄化システムの第１の実施の形態の制御内容を示すフローチャート図である。 本発明の建設機械の排気ガス浄化システムの第２の実施の形態を備えた油圧ショベルを示すシステム構成図である。 本発明の建設機械の排気ガス浄化システムの第３の実施の形態を備えた油圧ショベルを示すシステム構成図である。 本発明の建設機械の排気ガス浄化システムの第３の実施の形態の制御内容を示すフローチャート図である。

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。

本発明の建設機械の排気ガス浄化システムの第１の実施の形態を図１乃至図４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第１の実施の形態を備えた油圧ショベルを示す側面図、図２は本発明の建設機械の排気ガス浄化システムの第１の実施の形態を備えた油圧ショベルの構成を示すシステム構成図、図３は本発明の建設機械の排気ガス浄化システムの第１の一実施の形態を示すシステム構成図である。

図１において、油圧ショベルの車体は下部走行体１と、下部走行体１上に旋回可能に設けた上部旋回体２とにより構成されていて、この上部旋回体２の前部には、フロント装置３が起伏自在に装着されている。

下部走行体１は、左右のクローラフレーム４及びクローラ５（いずれも片側のみ図示）からなり、両側のクローラ５が、左右の走行モータ７により個別に回転駆動されて走行する。

上部旋回体２は、旋回フレーム８、運転室としてのキャブ９、機械室１０等からなるが、このうちのキャブ９は、外部の騒音や塵埃等から運転者を保護するために外気と遮断された略密閉構造となっており、その居住性を確保するために空気調和装置（エアコン）などが備えられている。

フロント装置３は、ブーム１１と、このブーム１１を起伏させるブームシリンダ１２と、アーム１３と、このアーム１３を回動させるアームシリンダ１４と、バケット１５と、このバケット１５を回動させるバケットシリンダ１６とを備えている。

さらに、上部旋回体２の旋回フレーム８上には、上述したブームシリンダ１２、アームシリンダ１４、バケットシリンダ１６等の油圧アクチュエータを駆動するための図示しない油圧システムが搭載されている。

次に、この油圧ショベルのシステム構成を図２を用いて説明する。図２に示すように、本実施の形態における油圧ショベルは、エンジン１００と、このエンジン１００によって駆動される可変容量型の油圧ポンプ１２０と、この油圧ポンプ１２０の押しのけ容積を制御するレギュレータ１４０と、油圧ポンプ１２０の最大吐出圧を規定するメインリリーフ弁１５０と、油圧ポンプ１２０の吐出する圧油が供給される油圧駆動回路１８０と、油圧ポンプ１２０の吸収トルクがエンジン１００の出力トルクを超えないようにトルク制御するとともにその他の制御も行う制御装置９０とを備えている。

制御装置９０には、エンジン１００の目標回転数を指示する回転数指示装置１３０から目標回転数信号が入力され、制御装置９０は、目標回転数に応じた制御信号を回転制御手段１６０に出力するとともに、油圧ポンプ１２０の押しのけ容積を算出し、駆動信号をレギュレータ１４０に出力する。

本実施の形態においては、エンジン１００にかかる負荷（トルク）が上昇すると、エンジン１００の排気ガスの温度は上昇する。エンジン１００の負荷を上昇させる手段としては、例えば、油圧ポンプ１２０の吸収トルクを増加することや、エンジン回転数を増加させること等のトルク増加に関連する事項が該当する。

次に、本発明の建設機械の排気ガス浄化システムの第１の実施の形態を図３を用いて説明する。
図３において、本発明の建設機械の排気ガス浄化システムは、尿素水溶液を液体還元剤として使用し、エンジン排気中に含まれるＮＯｘを触媒還元反応により浄化するものである。図３において、１００はエンジン、１００Ａはエンジンの排気通路に連設された排気ガス浄化装置を示している。エンジン１００は各気筒共通のコモンレール（図示せず）を備えていて、コモンレールに蓄えられた高圧の燃料（軽油）が、各気筒に設けられた燃料噴射弁２５に供給され、各燃料噴射弁２５からそれぞれの気筒内に噴射されている。

吸気通路１７にはターボチャージャ１８が装備されていて、図示しないエアクリーナから吸入された吸気は、吸気通路１７からターボチャージャ１８のコンプレッサ１８ａへと流入し、コンプレッサ１８ａで過給された吸気はインタークーラ１９及び吸気弁１９ａを介して吸気マニフォールド２０に導入されている。なお、吸気通路１７には、外気温度を検出する外気温度センサ２７が設けられている。
一方、エンジン１００からの排気ガスは、排気マニフォールド２１及びターボチャージャ１８のタービン１８ｂを介して排気管２２に流入している。排気マニフォールド２１と吸気マニフォールド２０との間には、ＥＧＲ弁２３を介して連通するＥＧＲ通路２４が設けられている。

排気ガス浄化装置１００Ａは、排気管２２の上流側から排気流通方向に沿って、一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ２）へと酸化させる酸化触媒（ＤＯＣ）３０と、排気ガスに含まれるＰＭを捕集するＤＰＦ３１と、液体還元剤である尿素水溶液を噴射供給する噴射ノズル３２と、尿素水溶液を加水分解して得られるアンモニアによりＮＯｘを還元浄化するＳＣＲ触媒３３と、ＳＣＲ触媒３３を通過したアンモニアを酸化させるアンモニア酸化触媒３４とを備えている。

酸化触媒３０の上流の排気管２２には、排気ガス浄化装置１００Ａ前の排気温度を検出する排気温度センサ４２が設けられている。また、ＳＣＲ触媒３３の上流には、噴射ノズル３２とＳＣＲ触媒３３の入口側の排気温度を検出する排気温度センサ２８とＮＯｘの濃度を検出するＮＯｘセンサ４６とが設けられている。

ここで、ＳＣＲ触媒３３は、通常脱硝に用いられている触媒であればどのような物でも良く、例えば酸化チタンにバナジウム、タングステン等の脱硝活性成分を担持した触媒や、銅、鉄、セリウムなどの遷移金属をイオン交換したゼオライトを、コージェライトハニカム構造体などに担持した触媒などが好適である。

還元剤タンク５０に貯蔵された尿素水溶液は、供給配管５１とポンプ５２と供給装置５３とを介して、噴射ノズル３２へ供給されている。噴射ノズル３２には尿素水溶液の噴射量を検出する流量センサ５４が設けられている。また、還元剤タンク５０は、尿素水溶液の残量を検出する還元剤レベルセンサ５０ａと、尿素水溶液の濃度を検出する還元剤濃度センサ５０ｂとを備えていて、それぞれの検出信号が後述のＤＣＵ７０に入力されている。

供給装置５３は、還元剤供給コントロールユニット（以下ＤＣＵという）７０からの指令信号で制御される。具体的には、エンジン１００の運転状態に対応した流量の尿素水溶液を噴射ノズル３２へ断続的に供給するように、例えばその開度が制御される。また、流量センサ５４が検出した尿素水溶液の噴射量の信号は、ＤＣＵ７０に入力される。

噴射ノズル３２から噴射供給された尿素水溶液は、排気ガス熱及び排気ガス中の水蒸気により加水分解され、アンモニアを発生させる。発生したアンモニアは、ＳＣＲ触媒３３において排気ガス中のＮＯｘと反応し、水及び無害なガスに浄化される。また、ＳＣＲ触媒３３を通過したアンモニアは、その排気下流に配設されたアンモニア酸化触媒３４により酸化されるので、異臭を放つアンモニアの大気中への放出が防止できる。

制御装置９０は、メインコントロールユニット（以下ＭＣＵという）８０と、ＤＣＵ７０と、エンジンコントロールユニット（以下ＥＣＵという）６０とを備えている。これらのコントロールユニットは、ＣＡＮ（Controller Area Networkの略称）でそれぞれ接続されていて、各種入出力信号や、演算信号を多重通信している。

ＭＣＵ８０は、建設機械の総合的な制御を行うための統括制御装置であり、各種処理を実行する演算部（ＣＰＵ）と、予め各種設定値を記憶する記憶部（メモリ）と、入出力装置等を備えるコントローラユニットで構成されている。具体的には、ＥＣＵ６０やＤＣＵ７０へ統括的な指令信号を出力している。本実施の形態においては、図示しない作動油センサが検出した作動油の温度と、図示しない油圧センサが検出した作動油の圧力と、図示しないゲートロックレバー位置センセーが検出したゲートロックレバーの位置とを入力している。

ＥＣＵ６０は、エンジン１００の運転制御をはじめとして総合的な制御を行うための制御装置であり、ＭＣＵ８０と同様のコントロールユニットで構成されている。ＥＣＵ６０の入力側には、各種制御に必要な情報を収集するため、上述した外気温度センサ２７、排気温度センサ（ＤＯＣ前）４２、排気温度センサ２８、ＮＯｘセンサ４６のほか、エンジン回転数を検出する回転速度センサや、冷却水の水温を検出する水温センサなどの各種センサ類が接続されていて、出力側には演算した制御量に基づき制御が行われる各気筒の燃料噴射弁２５、吸気制御弁１９及びＥＧＲ弁２３などの各種デバイス類が接続されている。

ＤＣＵ７０は、尿素水溶液噴射制御を行うための制御装置であり、ＭＣＵ８０と同様のコントローラユニットで構成されている。ＤＣＵ７０の入力側には、上述した尿素水溶液レベルセンサ５０ａ、尿素水溶液濃度センサ５０ｂ、及び尿素水溶液の噴射量を検出する流量センサ５４などの各種センサ類が接続されていて、出力側には演算した制御量に基づき制御が行われる供給装置５３などの各種デバイス類が接続されている。また、ＤＣＵ７０は、ＲＯＭ（Read Only Memory）などに記憶された制御プログラムを実行することで、排気温度、回転速度及び負荷に応じて供給装置５３を制御する。

ここで、エンジン１００の負荷としては、例えば、燃料噴射流量、吸気流量、過給圧力、アクセル開度、スロットル開度、など、トルクと密接に関連する状態量を適用することができる。また、エンジン１００の回転速度及び負荷は、ＥＣＵ６０から読み込む構成に限らず、公知のセンサによって直接検出するようにしてもよい。

制御装置９０が行う制御の大略としては、排気温度センサ２８で検出された排気温度と外気温度センサ２７で検出された外気温度とから排気管２２の壁面温度を算出し、予め設定された排気管壁面温度に対する尿素水溶液の噴射量の外気温度毎の析出特性と、流量センサ５４が検出した尿素水溶液の噴射量とを比較し、検出した尿素水溶液の噴射量が析出特性の噴射量よりも高い場合に排気ガスの温度を上昇させるべく、エンジン１００の増負荷制御を行う。この結果、排気管壁面温度が上昇し、尿素水溶液の噴射量が析出特性と合致すれば、エンジンの増負荷制御を停止する。

制御装置９０は、排気温度センサ２８が検出した排気ガスの温度と外気温度センサ２７が検出した外気温度とを取込み、噴射ノズル３２とＳＣＲ３３触媒との間に位置する排気管２２の壁面温度を算出する排気管壁面温度算出手段と、排気管壁面温度算出手段が算出した排気管２２の壁面温度と、外気温度センサ２８が検出した外気温度と、流量センサ５４が検出した尿素水溶液の噴射量とを取込み、排気ガスの温度を上昇させるか否かを判定する昇温判定手段と、昇温判定手段の出力信号に応じて排気ガスの温度を上昇させる排気ガス昇温手段とを備えている。

具体的には、予め設定された排気管壁面温度に対する尿素水溶液の噴射量の外気温度毎の析出特性と、流量センサ５４が検出した尿素水溶液の噴射量とを比較し、検出した尿素水溶液の噴射量が析出特性の噴射量よりも高い場合に排気ガスの温度を上昇させるべく、エンジン１００の増負荷制御を行う。この結果、排気管２２の壁面温度が上昇し、上昇した排気管２２の壁面温度における析出特性と尿素水溶液の噴射量とが合致すれば、エンジン１００の増負荷制御を停止する。

ここで、昇温判定手段は、排気管２２の壁面温度に対する尿素水溶液の噴射量における外気温度毎の析出特性を記憶する記憶部と、流量センサ５４が検出した尿素水溶液の噴射量が、記憶部における排気管２２の壁面温度の析出特性の噴射量よりも高い場合に、排気ガスの温度を上昇させる信号を出力する演算部とを備えている。

次に、昇温判定手段の記憶部に記憶された排気管２２の壁面温度に対する尿素水溶液の噴射量における外気温度毎の析出特性を図４を用いて説明する。図４は本発明の建設機械の排気ガス浄化システムの第１の実施の形態を構成する排気管壁面温度示に対する尿素水噴射量における外気温度毎の析出特性を示す特性図である。

図４において、横軸は排気管壁面温度算出手段が算出した排気管壁面温度を、縦軸は尿素水噴射量を示す。図４において特性線Ａは外気温度ｔo１のときの尿素析出特性を、特性線Ｂはｔo２のときの尿素析出特性をそれぞれ示している。ここで、外気温度ｔo１＞外気温度ｔo２であって、外気温度が高いときは、特性線Ａのように尿素水噴射量が大きい上方に位置し、外気温度が低いときは、特性線低Ｂのように尿素水噴射量が小さい下方に位置している。

図４の特性線Ａにおいて、排気管壁面温度がｔ１のとき尿素水噴射量は交点（ア）からＬ１となる。ここでＬ１は、排気管壁面温度ｔ１かつ外気温度ｔo１のときに、尿素が析出開始する尿素水噴射量を示している。同じ状態において、例えば、流量センサ５４が検出した尿素水溶液の噴射量がＬ１以上のＬ２となると、尿素の析出が想定される。一方、流量センサ５４が検出した尿素水溶液の噴射量がＬ１以下であれば、尿素の析出は想定されない。つまり、特性線Ａと尿素水溶液の噴射量Ｌ２の交点（イ）における配管壁面温度ｔ２まで、配管壁面温度を昇温させれば、尿素の析出を防止することができる。配管壁面温度を上昇させるためには、排気ガス温度を上昇させる必要があり、このためエンジン１００を増負荷制御する。

具体的には、制御装置９０の昇温判定手段が、記憶部に記憶された排気管２２の壁面温度に対する尿素水溶液の噴射量における外気温度毎の析出特性と、流量センサ５４が検出した尿素水溶液の噴射量とを比較して、検出した尿素水溶液の噴射量が析出特性より高い場合には、排気ガス昇温手段に排気ガスの温度を上昇させる指令を出力する。

排気ガス昇温手段は、例えば、図２に示す回転数制御手段１６０に指令信号を出力し、回転数制御手段１６０によってエンジン１００の回転数を上昇させることで、排気ガスの温度を上昇させる。
また、同様に、図２に示すレギュレータ１４０に指令信号を出力し、油圧ポンプ１２０の吸収トルクを増加することで、排気ガスの温度を上昇させる。

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第１の実施の形態の制御内容を図５を用いて説明する。図５は本発明の建設機械の排気ガス浄化システムの第１の実施の形態の制御内容を示すフローチャート図である。

エンジン１００の起動と共にフローチャートのスタートの信号が確立する。
制御装置９０は、排気温度を読み込む（ステップＳ１）。具体的には、排気温度センサ２８で検出された排気温度を読み込む。

制御装置９０は、外気温度を読み込む（ステップＳ２）。具体的には、外気温度センサ２７で検出された外気温度を読み込む。

制御装置９０は、回転数及び負荷を読み込む（ステップＳ３）。具体的には、ＥＣＵ６０からエンジン１００の回転数及び負荷を読み込む。

制御装置９０は、尿素水添加量を算出する（ステップＳ４）。具体的には、ＮＯｘセンサ４６が検出したＮＯｘ濃度を読み込み、ＮＯｘ排出量を算出し、このＮＯｘを還元浄化するのに必要な尿素水溶液の添加流量（噴射量）を算出する。

制御装置９０は、排気管壁面温度を算出する（ステップＳ５）。具体的には、排気管壁面温度算出手段において、（ステップＳ１）及び（ステップＳ２）で取込んだ排気温度と外気温度とを基にＲＯＭなどに記憶された計算プログラムを実行することで排気管壁面温度を算出する。

制御装置９０は、尿素水添加量（噴射量）が所定流量以上であるか否かを判断する（ステップＳ６）。具体的には、昇温判定手段において、記憶部に記憶された排気管の壁面温度に対する尿素水溶液の添加量（噴射量）における外気温度毎の析出特性と、流量センサ５４が検出した尿素水の噴射量とを比較することで行う。ここで、所定流量は、現在の排気管２２の壁面温度に対して尿素が析出しない噴射量のことで、これは、記憶部に記憶された排気管の壁面温度に対する尿素水溶液の添加量（噴射量）における外気温度毎の析出特性で定まる。流量センサ５４が検出した尿素水の噴射量が、析出特性の噴射量（所定流量）以上であれば、（ステップＳ７）へ進み、それ以外であれば、（ステップＳ４）に戻る。

制御装置９０は、昇温制御を開始する（ステップＳ７）。具体的には、昇温判定手段が排気ガス昇温手段へ排気ガスの温度を上昇させる指令を出力し、排気ガス昇温手段によりエンジン１００を増負荷制御する。

制御装置９０は、排気管壁面温度が所定温度以上であるか否かを判断する（ステップＳ８）。具体的には、流量センサ５４が検出した尿素水の現在の噴射量と、昇温判定手段の析出特性との交点における排気管壁面温度と、排気管壁面温度算出手段で算出された現在の排気管壁面温度とを比較することで行う。すなわち、所定温度とは、現在の尿素水噴射量に対して、尿素水溶液が排気管２２の内壁に付着して、尿素成分が析出しない壁面温度のことである。排気管壁面温度算出手段で算出された現在の排気管壁面温度が、所定温度以上であれば、（ステップＳ９）へ進み、それ以外であれば、（ステップＳ７）へ戻る。

制御装置９０は昇温制御を停止する（ステップＳ９）。具体的には、昇温判定手段が排気ガス昇温手段へ排気ガスの温度を上昇させる指令の出力を停止し、排気ガス昇温手段によるエンジン１００の増負荷制御を停止する。

上述した本発明の建設機械の排気ガス浄化システムの第１の実施の形態によれば、エンジン排気管路等における尿素析出量を抑制するとともに、効率的な尿素水の使用による良好な排気ガスのＮＯｘ浄化が実現できる。この結果、生産コストの改善が図れ、未浄化排気ガスの大気放出が防止できる。

以下、本発明の建設機械の排気ガス浄化システムの第２の実施の形態を図面を用いて説明する。図６は本発明の建設機械の排気ガス浄化システムの第２の実施の形態を備えた油圧ショベルを示すシステム構成図である。図６において、図１乃至図５に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

図６に示す本発明の建設機械の排気ガス浄化システムの第２の実施の形態は、大略第１の実施の形態と同様の機器で構成されるが、ハイブリッド式建設機械に適用される点が異なる。
図６に示すハイブリッド式建設機械は、第１の実施の形態の油圧ショベルの構成に加えて、エンジン１００により駆動されるアシスト発電モータ２００と、アシスト発電モータ２００に接続されるキャパシタ等の蓄電デバイス２１０と、アシスト発電モータ２００を駆動するためのインバータ２２０とを備えている。インバータ２２０は、蓄電デバイス２１０とアシスト発電モータ２００との間の電力授受を行い、アシスト発電モータ２００の駆動状態（力行しているか回生しているか）によって、蓄電デバイス２１０は充放電されている。

インバータ２２０は、制御装置９０からの駆動指令により、アシスト発電モータ２００の駆動状態を制御する。エンジン１００をアシストする場合には、制御装置９０からインバータ２２０へ力行指令が出力され、アシスト発電モータ２００のトルクがエンジン１００の駆動トルクに加えられる。一方、制御装置９０からインバータへ回生指令が出力された場合には、アシスト発電モータ２００は、発電機として動作するので、エンジン１００には、発電トルクが負荷されることになる。

本実施の形態においては、制御装置９０の昇温判定手段が、排気ガス昇温手段に排気ガスの温度を上昇させる指令を出力した場合に、排気ガス昇温手段が、インバータへ回生指令を出力し、アシスト発電モータ２００を発電機として動作させて、エンジン１００に発電トルクを負荷させることで、排気ガスの温度を上昇させて、排気管壁面温度を上昇させている。

上述した本発明の建設機械の排気ガス浄化システムの第２の実施の形態によれば、上述した第１の実施の形態と同様な効果を得ることができる。

また、上述した本発明の建設機械の排気ガス浄化システムの第２の実施の形態によれば、ハイブリッド式建設機械に適用する場合であっても、良好な効果を得ることができる。

以下、本発明の建設機械の排気ガス浄化システムの第３の実施の形態を図面を用いて説明する。図７は本発明の建設機械の排気ガス浄化システムの第３の実施の形態を備えた油圧ショベルを示すシステム構成図、図８は本発明の建設機械の排気ガス浄化システムの第３の実施の形態の制御内容を示すフローチャート図である。図７及び図８において、図１乃至図６に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

図７に示す本発明の建設機械の排気ガス浄化システムの第３の実施の形態は、大略第１の実施の形態と同様の機器で構成されるが、以下の構成が異なる。
本実施の形態においては、オートアイドルスイッチ３００を設けた建設機械に適用した点が異なる。オートアイドル制御は、燃費の節減や騒音の低減等を目的としたものであって、建設機械の被駆動体の動作を指示する操作レバーの全てが中立状態となった時点から予め設定された遅延時間まで、この状態が継続した場合、エンジンの回転数を回転数指示装置１３０が指示する回転数より低いアイドル回転数（エンジン停止も含む）に制御するものである。

このような建設機械においては、オートアイドルスイッチ３００をＯＮの状態とした場合、条件が成立するとオートアイドル制御が実行される。したがって、例えば、制御装置９０の昇温判定手段が、排気ガス昇温手段に排気ガスの温度を上昇させる指令を出力した場合と、オートアイドル制御の条件が成立した場合には、相反する制御が要求されることになる。

本実施の形態において制御装置９０は、複数の油圧アクチュエータの非操作状態を検出する非操作状態検出手段と、この非操作状態検出手段が、複数の油圧アクチュエータすべての非操作状態を検出したときであって、オートアイドルスイッチ３００のＯＮ信号を入力した場合に、エンジン１００の回転数を予め定めたアイドル回転数に設定するオートアイドル制御手段を更に備えている。

制御装置９０の昇温判定手段は、排気ガスの温度を上昇させると判定した場合には、オートアイドルスイッチ３００がＯＮの場合であっても、オートアイドル制御手段を無効にすると共に、排気ガス昇温手段により、排気ガスの温度を上昇させる制御を行う。

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第３の実施の形態の制御内容を図８を用いて説明する。図８において、（ステップＳ１１）から（ステップＳ１６）までは、図５に示す本発明の建設機械の排気ガス浄化システムの第１の実施の形態の制御内容を示すフローチャート図の（ステップＳ１）から（ステップＳ６）までと同じなので説明を省略し、（ステップＳ１７）から説明する。

制御装置９０は、オートアイドルスイッチ３００がＯＮか否かを判断する。具体的には、オートアイドル制御手段がオートアイドルスイッチ３００の状態を判断する。オートアイドルスイッチ３００がＯＮであれば、（ステップＳ１８）へ進み、それ以外であれば、（ステップＳ１９）へ進む。

制御装置９０は、オートアイドル制御を無効とする（ステップＳ１８）。具体的には、オートアイドル動作を無効にするとともに、図示しない報知装置にオートアイドル無効信号を出力し、オペレータにこの旨を報知する。例えば、エンジン１００の回転数は、オートアイドル制御のアイドル回転数の設定がなくなる。

（ステップＳ１７）においてオートアイドルスイッチ３００がＯＮ以外であると判断された場合、または、（ステップＳ１８）の処理終了後、制御装置９０は、昇温制御を開始する（ステップＳ１９）。具体的には、昇温判定手段が排気ガス昇温手段へ排気ガスの温度を上昇させる指令を出力し、排気ガス昇温手段によりエンジン１００を増負荷制御する。

制御装置９０は、排気管壁面温度が所定温度以上であるか否かを判断する（ステップＳ２０）。具体的には、流量センサ５４が検出した尿素水の現在の噴射量と、昇温判定手段の析出特性との交点における排気管壁面温度と、排気管壁面温度算出手段で算出された現在の排気管壁面温度とを比較することで行う。すなわち、所定温度とは、現在の尿素水噴射量に対して、尿素水溶液が排気管２２の内壁に付着して、尿素成分が析出しない壁面温度のことである。排気管壁面温度算出手段で算出された現在の排気管壁面温度が、所定温度以上であれば、（ステップＳ２１）へ進み、それ以外であれば、（ステップＳ１９）へ戻る。

制御装置９０は昇温制御を停止する（ステップＳ２１）。具体的には、昇温判定手段が排気ガス昇温手段へ排気ガスの温度を上昇させる指令の出力を停止し、排気ガス昇温手段によるエンジン１００の増負荷制御を停止する。

上述した本発明の建設機械の排気ガス浄化システムの第３の実施の形態によれば、上述した第１の実施の形態と同様な効果を得ることができる。

また、上述した本発明の建設機械の排気ガス浄化システムの第３の実施の形態によれば、オートアイドル制御機能を備えた建設機械に適用する場合であっても、制御装置９０の昇温判定手段が、排気ガス昇温手段に排気ガスの温度を上昇させる指令を出力した場合に適切な制御が実行できる。この結果、建設機械の操作性が向上する。

１ 下部走行体
２ 上部旋回体
３ フロント装置
４ クローラフレーム
５ クローラ
７ 走行モータ
８ 旋回フレーム
１１ ブーム
１２ ブームシリンダ
１３ アーム
１４ アームシリンダ
１５ バケット
１６ バケットシリンダ
１７ 吸気通路
１８ ターボチャージャ
１９ インタークーラ
２０ 吸気マニフォールド
２１ 排気マニフォールド
２２ 排気管
２５ 燃料噴射弁
２７ 外気温度センサ
２８ 排気温度センサ
３０ 酸化触媒（ＤＯＣ）
３１ ＤＰＦ
３２ 噴射ノズル（噴射装置）
３３ ＳＣＲ触媒（選択還元型ＮＯｘ触媒）
３４ アンモニア酸化触媒
４２ 排気温度センサ（ＤＯＣ前）
４６ ＮＯｘセンサ
５０ 還元剤タンク（還元剤溶液タンク）
５３ 供給装置
５４ 流量センサ
６０ エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）
７０ 還元剤供給コントロールユニット（ＤＣＵ）
８０ メインコントロールユニット（ＭＣＵ）
９０ 制御装置
１００ エンジン
１００Ａ 排気ガス浄化装置

Claims (6)

1. エンジンと、エンジンの回転数を制御する回転数制御手段と、前記エンジンによって駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプから吐出される圧油が供給される複数の油圧アクチュエータを含む油圧駆動回路とを有する建設機械の排気ガス浄化システムにおいて、
   還元剤溶液を蓄える還元剤溶液タンクと、前記窒素酸化物を還元浄化する選択還元型ＮＯｘ触媒と、前記還元剤溶液タンクに蓄えられた前記還元剤溶液を前記選択還元型ＮＯｘ触媒の上流側の排気中に噴射する噴射装置と、前記噴射装置から噴射される前記還元剤溶液の噴射量を検出する流量センサと、前記排気ガスの温度を検出する排気温度センサと、外気温度を検出する外気温度センサと、
   前記排気温度センサが検出した前記排気ガスの温度と前記外気温度センサが検出した前記外気温度とを取込み、前記噴射装置と選択還元型ＮＯｘ触媒との間に位置する排気管の壁面温度を算出する排気管壁面温度算出手段と、
   前記排気管壁面温度算出手段が算出した前記排気管の壁面温度と、前記外気温度センサが検出した前記外気温度と、前記流量センサが検出した前記還元剤溶液の噴射量とを取込み、前記排気ガスの温度を上昇させるか否かを判定する昇温判定手段と、
   前記昇温判定手段の出力信号に応じて前記排気ガスの温度を上昇させる排気ガス昇温手段とを備えた
   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に記載の建設機械の排気ガス浄化システムにおいて、
   前記昇温判定手段は、前記排気管の壁面温度に対する前記還元剤溶液の噴射量における外気温度毎の析出特性を記憶する記憶部と、
   前記流量センサが検出した前記還元剤溶液の噴射量が、前記記憶部における前記排気管の壁面温度の析出特性の噴射量よりも高い場合に、前記排気ガスの温度を上昇させる信号を出力する演算部とを備えた
   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又は２に記載の建設機械の排気ガス浄化システムにおいて、
   前記排気ガス昇温手段として、前記回転数制御手段によって、前記エンジンの回転数を上昇させる
   ことを特徴とする建設機械の排気ガス浄化システム。
4. 請求項１又は２に記載の建設機械の排気ガス浄化システムにおいて、
   前記油圧ポンプは可変容量油圧ポンプであって、
   前記可変容量油圧ポンプの傾転角を制御するレギュレータを備え、
   前記排気ガス昇温手段として、前記レギュレータを制御して、前記油圧ポンプの吸収トルクを上昇させる
   ことを特徴とする建設機械の排気ガス浄化システム。
5. 請求項１又は２に記載の建設機械の排気ガス浄化システムにおいて、
   前記建設機械は、前記エンジンによって駆動されるアシスト発電モータと、前記アシスト発電モータに接続された蓄電デバイスと、前記蓄電デバイスと前記アシスト発電モータとの間の電力授受を行うインバータとを備え、
   前記排気ガス昇温手段として、前記インバータを制御して、前記アシスト発電モータの発電トルクを上昇させる
   ことを特徴とする建設機械の排気ガス浄化システム。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の建設機械の排気ガス浄化システムにおいて、
   前記建設機械は、前記複数の油圧アクチュエータの非操作状態を検出する非操作状態検出手段と、
   前記非操作状態検出手段が、前記複数の油圧アクチュエータすべての非操作状態を検出したときに、前記エンジンの回転数をアイドル回転数に設定するオートアイドル制御手段とを更に備え、
   前記昇温判定手段が、前記排気ガスの温度を上昇させると判定した場合には、前記オートアイドル制御手段を無効にすると共に、
   前記排気ガス昇温手段により、前記排気ガスの温度を上昇させる
   ことを特徴とする建設機械の排気ガス浄化システム。

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