JP7186040B2 - 建設機械 - Google Patents

Description

本発明は、建設機械に関し、特に選択還元型触媒を備えた建設機械に関する。

近年、排ガス規制に対応するため、エンジンの排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元し、無害な物質として大気に放出する排気ガス浄化装置を搭載した建設機械が知られている。このような排気ガス浄化装置において、排気ガスに曝される還元触媒には、時間の経過と共に硫黄酸化物などが付着（「被毒」と表記する）する。その結果、図７に示されるように、排気ガス浄化装置のＮＯｘ浄化率は、稼働時間の増加に伴って低下する。

なお、Ｘ_０（Ｔ_１）は、前回の触媒の再生が完了した時刻を稼働時間０［ｓｅｃ］とした時のＮＯｘ浄化率、すなわち、前回の触媒の再生直後におけるＮＯｘ浄化率であって、後述する図６と同様である。Ｘ_Ａ（Ｔ_１）は、規制内の硫黄を使用し、前回の触媒の再生から時間ｔｓだけ稼働させた際のＮＯｘ浄化率である。Ｘ_Ｂ（Ｔ_１）は、規制外の硫黄を使用し、前回の触媒の再生から時間ｔｓだけ稼働させた際のＮＯｘ浄化率である。

特に、硫黄の含有量が規制値を超える燃料を使用した場合のＮＯｘ浄化率の変化量ΔＸ_２は、硫黄の含有量が規制範囲内の燃料を使用した場合の変化量ΔＸ_１より遥かに大きい。そして、被毒した還元触媒を継続して使用すると、排気ガス中のＮＯｘを十分に浄化できないだけでなく、排気ガス浄化装置の破損を引き起こす可能性がある。

そこで特許文献１には、還元触媒の性能が温度によって変化することを利用して、測定したＮＯｘ浄化率と温度に対応する閾値とを比較し、還元触媒の劣化の度合いを診断する技術が記載されている。また特許文献２には、還元触媒が被毒した際に、硫黄酸化物を脱離させて触媒性能を回復させる再生制御の技術が開示されている。

特開平１１－１１７７２６号公報 国際公開第２０１６／１０４７７４号

一般的な還元触媒は、白金などの貴金属によって構成されている。そして、排気ガス中の硫黄酸化物が貴金属の表面に付着した状態を「一時被毒」と言う。一方、排気ガス中のリンなどの触媒毒が貴金属と化学反応を起こして化合物を生成した状態を「永久被毒」と言う。一時被毒と永久被毒とは、いずれも還元触媒のＮＯｘ浄化率を低下させる点で共通する。一方、一時被毒は再生制御によってＮＯｘ浄化率が回復するのに対して、永久被毒は通常の再生制御でＮＯｘ浄化率を回復させるのが難しい。

しかしながら、特許文献１、２では、ＮＯｘ浄化率の低下の原因が、一時被毒によるものか、永久被毒によるものかを判定していない。そのため、永久被毒した還元触媒に対して、ＮＯｘ浄化率の回復が見込めない再生制御を繰り返し実行してしまうという課題がある。

本発明は、上記した実状に鑑みてなされたものであり、その目的は、排気ガス浄化装置を搭載した建設機械において、還元触媒の状態を判別して適切に対処する技術を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る建設機械は、燃料を燃焼させて駆動力を発生させるエンジンと、前記エンジンから排出される排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置と、コントローラとを備える建設機械において、前記排気ガス浄化装置は、前記エンジンの排気通路に配置されて、排気ガスに含まれるＮＯｘを還元する還元触媒と、前記還元触媒より前記排気通路の上流において、排気ガス中のＮＯｘ濃度を検知する第１濃度センサと、前記還元触媒より前記排気通路の下流において、排気ガス中のＮＯｘ濃度を検知する第２濃度センサと、前記還元触媒より前記排気通路の上流において、排気ガス温度を検知する温度センサとを備えており、前記コントローラは、前記第１濃度センサ及び前記第２濃度センサから取得したＮＯｘ濃度に基づいて、前記還元触媒によるＮＯｘの浄化率を演算し、演算された前記浄化率が閾値浄化率未満か否かを判定し、前記浄化率が前記閾値浄化率未満だと判定されたことに応じて、前記還元触媒の性能を再生させる触媒再生処理を実行し、前記触媒再生処理の実行後に前記温度センサから取得した前記排気ガス温度が、前記浄化率を演算したときの前記排気ガス温度に達したことに応じて、前記触媒再生処理の実行後に前記第１濃度センサ及び前記第２濃度センサから取得したＮＯｘ濃度に基づいて、前記触媒再生処理による前記還元触媒の性能の回復量を演算し、演算された前記回復量が閾値回復量未満か否かを判定し、前記回復量が前記閾値回復量未満だと判定されたことに応じて、前記触媒再生処理で前記還元触媒の性能が不十分であることを報知することを特徴とする。

本発明によれば、還元触媒の被毒の状態を判別して適切に対処することができる。なお、上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明に係る建設機械の代表例である油圧ショベルの側面図。 図１に示す油圧ショベルに搭載された排気ガス浄化装置のブロック図。 図１に示す油圧ショベルのコントローラの機能ブロック図。 排気ガス温度、閾値浄化率、及び閾値温度範囲の関係を示す図。 本発明に係る再生制御処理のフローチャート。 排気ガス浄化装置の稼働時間とＮＯｘ浄化率との関係を示す図。 燃料内の硫黄酸化物の含有量とＮＯｘ浄化率の変化量の関係を示す図。

本発明に係る建設機械の実施形態について、図面を用いて説明する。図１は本発明に係る建設機械の代表例である油圧ショベル１の側面図である。なお、本明細書中の前後左右は、特に断らない限り、油圧ショベル１に搭乗して操作するオペレータの視点を基準としている。また、建設機械の具体例は油圧ショベル１に限定されず、ダンプトラック、モータグレーダー、ホイールローダー等であってもよい。

図１に示すように、油圧ショベル１は、走行体２と、この走行体２の上側に旋回可能に取り付けられる旋回体３とを備える。旋回体３は、ベースとなる旋回フレーム１０と、この旋回フレーム１０の前方左側に配置されるキャブ７と、旋回フレーム１０の前方中央に上下方向に回動可能に取り付けられるフロント作業機（作業機械）４と、旋回フレーム１０の後方に配置されるカウンタウェイト６とを備える。

キャブ７には、油圧ショベル１を操作するオペレータが搭乗する内部空間が形成されている。フロント作業機４は、ブーム４ａ、アーム４ｂ、バケット４ｃ、及び油圧シリンダ（油圧アクチュエータ）４ｄ～４ｆを含む。カウンタウェイト６は、フロント作業機４との重量バランスを取るためのもので、円弧状をした重量物である。

キャブ７の内部空間には、走行体２を走行させ、旋回体３を旋回させ、フロント作業機４の動作させるためのオペレータの操作を受け付け、受け付けた操作に対応する信号をコントローラ４０（図３参照）に出力する操作装置（ステアリング、ペダル、レバー、スイッチなど）が配置されている。すなわち、キャブ７に搭乗したオペレータが操作装置を操作することによって、油圧ショベル１が動作する。

また、操作装置は、ゲートロックレバー１６（図３参照）を含む。ゲートロックレバー１６は、油圧シリンダ４ｄ～４ｆを動作可能な状態（「ＯＮ状態」と表記する）及び動作不能な状態（「ＯＦＦ状態」と表記する）の一方から他方に切り替えるオペレータの操作を受け付けるものである。例えば、ゲートロックレバー１６をＯＮ状態にすると、作動油タンク（図示省略）から油圧シリンダ４ｄ～４ｆに至る作動油流路が連通する。一方、ゲートロックレバー１６をＯＦＦ状態にすると、前述の流路が遮断される。

すなわち、ゲートロックレバー１６をＯＮ状態にした状態で操作装置を操作すれば、操作に応じた向き及び流量の作動油が油圧ポンプ１５（図３参照）からアクチュエータ４ｄ～４ｆに供給されて、フロント作業機４が動作する。一方、ゲートロックレバー１６をＯＦＦ状態にした状態で操作装置を操作しても、アクチュエータ４ｄ～４ｆに作動油が供給されないので、フロント作業機４が動作しない。

図２は、排気ガス浄化装置２０のブロック図である。旋回体３の内部には、油圧ショベル１を動作させる駆動力を発生させるエンジン１３と、エンジン１３から排出される排気ガスを油圧ショベル１の外部に導く排気管（排気通路）１４と、排気管１４を通過する排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置２０とが配置されている。

エンジン１３は、例えば、軽油（燃料）と空気との混合物を燃焼させて駆動力を発生させるディーゼルエンジンである。エンジン１３の駆動力は、走行体２の転輪（図示省略）、油圧シリンダ４ｄ～４ｆに作動油を供給する油圧ポンプ１５、コントローラ４０などに供給する電力を発生させる発電機（図示省略）に伝達されて、走行体２を走行させ、フロント作業機４を動作させ、コントローラ４０を動作させる。

排気ガス浄化装置２０は、排気ガス中のＮＯｘを除去する装置であって、第１酸化触媒２１と、還元剤噴射装置２２と、還元触媒２３と、第２酸化触媒２４と、温度センサ２５と、ＮＯｘセンサ２６、２７とを備える。なお、排気ガス浄化装置２０は、排気ガスに含まれる一酸化窒素（ＮＯ）、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）などを酸化して除去するＰＭ処理装置をさらに備えてもよい。

第１酸化触媒２１は、排気ガス中のＮＯを酸化してＮＯ_２を生成し、後述する還元触媒２３における還元反応を加速させる役割を担う。また、第１酸化触媒２１は、後述する触媒再生処理において、エンジン１３から排出される未燃燃料を酸化して、排気ガス温度を上昇させる役割を担う。ただし、第１酸化触媒２１は省略することができる。

還元剤噴射装置２２は、尿素水（還元剤）を貯留するタンク２２ａと、タンク２２ａに貯留された尿素水を排気管１４内で噴射するノズル２２ｂとを有する。ノズル２２ｂは、第１酸化触媒２１より下流で且つ還元触媒２３より上流において、コントローラ４０の支持に従って排気管１４内に尿素水を噴射する。排気管１４内に噴射された尿素水は、熱分解されてアンモニア（ＮＨ_３）となる。

還元触媒２３は、尿素水から生成されたアンモニアを用いて、排気ガス中の窒素酸化物を除去する役割を担う。より詳細には、還元触媒２３は、アンモニアとＮＯｘとを還元反応させて水と窒素（Ｎ_２）とに分解する。第２酸化触媒２４は、ＮＯｘと反応しなかったアンモニアを酸化させて除去する役割を担う。ただし、第２酸化触媒２４は省略することができる。

温度センサ２５は、ノズル２２ｂより下流で且つ還元触媒２３より上流に配置されて、排気管１４を通過する排気ガスの温度（排気ガス温度）を検知する。ＮＯｘセンサ２６は、第１酸化触媒２１より下流で且つ還元触媒２３（より詳細には、ノズル２２ｂ）より上流に配置されて、排気管１４を通過する排気ガス中のＮＯｘの割合（ＮＯｘ濃度）を検知する第１濃度センサである。ＮＯｘセンサ２７は、還元触媒２３（より詳細には、第２酸化触媒２４）より下流に配置されて、排気管１４を通過する排気ガス中のＮＯｘ濃度を検知する第２濃度センサである。温度センサ２５及びＮＯｘセンサ２６、２７は、検知した排気ガス温度及びＮＯｘ濃度を示す信号を、所定の時間間隔毎に繰り返しコントローラ４０に出力する。

図３は、油圧ショベル１に搭載されたコントローラ４０の機能ブロック図である。コントローラ４０には、ゲートロックレバー１６を含む操作装置、回転数センサ１７、流量センサ１８、温度センサ２５、ＮＯｘセンサ２６、２７、エンジン１３、油圧ポンプ１５、還元剤噴射装置２２、及び報知装置１９が接続されている。

回転数センサ１７は、エンジン１３の回転数を検知し、検知した回転数を示す信号をコントローラ４０に出力する。流量センサ１８は、油圧ポンプ１５から油圧シリンダ４ｄ～４ｆに供給される作動油の向き及び流量を検知し、検知した向き及び流量を示す信号をコントローラ４０に出力する。報知装置１９は、例えば、文字、画像、映像を表示させるディスプレイ、警告灯、或いは音声を出力するスピーカである。

コントローラ４０は、操作装置から取得した信号に従ってエンジン１３及び油圧ポンプ１５を駆動させ、エンジン１３の回転中は還元剤噴射装置２２に尿素水を噴射させる。図示は省略するが、コントローラ４０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、及びＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）を備える。ただし、コントローラ４０の具体的な構成はこれに限定されず、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）などのハードウェアによって実現されてもよい。

コントローラ４０は、ＲＯＭに格納されたプログラムコードをＣＰＵが読み出して実行することによって、ソフトウェアとハードウェアとが協働して、回転制御部４１、定常状態判定部４２、温度判定部４３、浄化率演算部４４、浄化率判定部４５、再生処理部４６、回復量演算部４７、回復量判定部４８、報知処理部４９として機能する。また、ＲＡＭは、ＣＰＵがプログラムを実行する際のワークエリアとして用いられる。各処理部４１～４９の処理の詳細は、図５を参照して後述する。

図４は、排気管１４内の排気ガス温度、浄化率判定部４５が使用する閾値浄化率、及び温度判定部４３が使用する閾値温度範囲の関係を示す図である。図４において、プロット“〇”は、例えば新品（理想状態）の還元触媒２３のＮＯｘ浄化率と、排気ガス温度との関係を示す。プロット“□”は、後述する触媒再生処理を実行しても性能が回復できないほど被毒（再生不能状態）した還元触媒２３のＮＯｘ浄化率と、排気ガス温度との関係を示す。プロット“△”は、開発者によって設定された閾値浄化率と、排気ガス温度との関係を示す。

図４を参照すれば明らかなように、排気ガス温度がＴａより低いと、還元触媒２３はＮＯｘを還元できない。また、排気ガス温度がＴｂより高くなると、ＮＯｘ還元率は徐々に低下する。一方、排気ガス温度がＴａ～Ｔｂの範囲内では、排気ガス温度の増加に追従（正の相関）して、還元触媒２３のＮＯｘ浄化率が向上する。ただし、還元触媒２３の被毒が進むと、還元触媒２３がＮＯｘを還元できる排気ガス温度の下限値が高くなる傾向がある。

そして、排気ガス温度に対応する閾値浄化率は、理想状態のＮＯｘ浄化率と、再生不能状態のＮＯｘ浄化率との間の値に設定される。すなわち、閾値浄化率のプロット“△”は、同一の排気ガス温度に対応する理想状態のプロット“〇”及び再生不能状態のプロット“□”の間に位置する。閾値浄化率と排気ガス温度との関係は、例えば、テーブルの形式或いは関数の形式で、ＲＯＭ或いはＲＡＭに記憶される。また、閾値温度範囲は、還元触媒２３が被毒しているか否かによってＮＯｘ浄化率が変化する温度範囲に設定される。例えば図４において、理想状態と再生不能状態とでＮＯｘ浄化率とが異なる温度の下限値Ｔａ（例えば、２００℃）と上限値Ｔｂ（例えば、３５０℃）との間を、閾値温度範囲に設定すればよい。

図５及び図６を参照して、本発明に係るコントローラ４０の動作を説明する。図５は、コントローラ４０が実行する再生制御処理のフローチャートである。図６は、油圧ショベル１の稼働時間に対するＮＯｘ浄化率の推移の一例を示す図である。図６に示されるように、エンジン１３の回転中は還元触媒２３が排気ガス中の硫黄酸化物に曝されるので、油圧ショベル１の稼働時間に追従して還元触媒２３の被毒が進み、その結果としてＮＯｘ浄化率が徐々に低下する。

なお、図６の横軸の稼働時間［ｓｅｃ］は、前回再生時からの稼働時間である。時刻ｔ_１は、触媒の再生の開始時刻であって、ＮＯｘ浄化率が閾値Ｘ_ｔｈ（Ｔ_１）を下回ったときの時刻である。時刻ｔ_２は、触媒の再生が完了した時刻である。Ｘ_０（Ｔ_１）は、前回の触媒の再生が完了した時刻を稼働時間０［ｓｅｃ］とした時のＮＯｘ浄化率、すなわち、前回の触媒の再生直後におけるＮＯｘ浄化率である。

そこで、回転制御部４１は、ゲートロックレバー１６がＯＦＦ状態に切り替えられるのを監視する（Ｓ１０１）。そして、回転制御部４１は、ゲートロックレバー１６がＯＦＦ状態に切り替えられたことを示す信号を取得したことに応じて（Ｓ１０１：Ｙｅｓ）、エンジン１３を“Ｈｉ ＩＤＬＥ”状態にする（Ｓ１０２）。“Ｈｉ ＩＤＬＥ”状態とは、予め定められた定常回転数（例えば、２５００ｒｐｍ）でエンジン１３を継続して回転させる状態である。定常回転数は、例えば、排気ガス温度を閾値範囲内（Ｔａ～Ｔｂ）に維持できる回転数であって、通常のアイドリング状態（アクセルペダルを踏んでいない状態）の回転数より高く設定される。

次に、定常状態判定部４２は、エンジン１３が定常状態に維持されている時間が閾値時間（例えば、５分間）継続したか否かを判定する（Ｓ１０３）。定常状態とは、エンジン１３に加わる負荷の変動幅が閾値幅未満の状態を指す。“Ｈｉ ＩＤＬＥ”状態は、定常状態の一例である。ゲートロックレバー１６がＯＦＦ状態の場合、油圧ポンプ１５からエンジン１３に加わる負荷は変動しない（常に０）ので、定常状態判定部４２は、所定の時間間隔で回転数センサ１７から信号を取得して、エンジン１３の回転数が定常回転数に維持されている時間が閾値時間に達したか否かを判定すればよい。

また、温度判定部４３は、定常状態判定部４２の処理（Ｓ１０３）と並行して、排気ガス温度が閾値範囲内か否かを判定する（Ｓ１０４）。すなわち、温度判定部４３は、所定の時間間隔で温度センサ２５から信号を取得して、排気ガス温度が閾値範囲内か否かを判定すればよい。そして、定常状態が閾値時間継続していないと定常状態判定部４２が判定するか（Ｓ１０３：Ｎｏ）、排気ガス温度が閾値範囲外だと温度判定部４３が判定している（Ｓ１０４：Ｎｏ）間は、Ｓ１０５以降の処理に進まずにＳ１０３、Ｓ１０４の処理が繰り返し実行される。

次に、浄化率演算部４４は、定常状態が閾値時間継続したと定常状態判定部４２が判定し、排気ガス温度が閾値範囲内（Ｔａ≦Ｔ_１≦Ｔｂ）だと温度判定部４３が判定したことに応じて（Ｓ１０３：Ｙｅｓ＆Ｓ１０４：Ｙｅｓ）、ＮＯｘセンサ２６、２７から取得したＮＯｘ濃度に基づいて、還元触媒２３の現在のＮＯｘ濃度Ｘ_１（Ｔ_１）を演算し、演算結果をＲＡＭに記憶させる（Ｓ１０５）。また、温度判定部４３は、Ｓ１０４でＹｅｓと判定したときの排気ガス温度Ｔ_１をＲＡＭに記憶させる。

浄化率演算部４４は、例えば、ＮＯｘセンサ２６から取得した還元触媒２３より上流のＮＯｘ濃度Ｃ_１と、ＮＯｘセンサ２７から取得した還元触媒２３より下流のＮＯｘ濃度Ｃ_２とを、下記式１に代入することによって、還元触媒２３の現在（すなわち、触媒再生処理前で且つ排気ガス温度Ｔ_１のとき）のＮＯｘ濃度Ｘ_１（Ｔ_１）を演算すればよい。ただし、ＮＯｘ還元率の演算方法は、これに限定されない。
Ｘ_１（Ｔ_１）＝｛（Ｃ_１－Ｃ_２）／Ｃ_１｝×１００ ・・・（式１）

なお図示は省略するが、回転制御部４１は、定常状態が閾値時間継続したと定常状態判定部４２が判定し、排気ガス温度が閾値範囲内だと温度判定部４３が判定したことに応じて（Ｓ１０３：Ｙｅｓ＆Ｓ１０４：Ｙｅｓ）、“Ｈｉ ＩＤＬＥ”状態を維持する処理を終了すればよい。また、Ｓ１０５の実行前にゲートロックレバー１６がＯＮ状態に切り替えられた場合も、“Ｈｉ ＩＤＬＥ”状態が解除されて、再生制御処理を終了してもよい。

次に、浄化率判定部４５は、図４に示される閾値浄化率及び排気ガス温度の対応関係に基づいて、温度判定部４３がＲＡＭに記憶させた排気ガス温度Ｔ_１に対応する閾値浄化率Ｘ_ｔｈ（Ｔ_１）を特定する。すなわち、浄化率判定部４５は、排気ガス温度が高いほど閾値浄化率を大きくする。そして、浄化率判定部４５は、浄化率演算部４４が演算したＮＯｘ濃度Ｘ_１（Ｔ_１）が閾値浄化率Ｘ_ｔｈ（Ｔ_１）未満か否かを判定する（Ｓ１０６）。そして、浄化率判定部４５がＸ_１（Ｔ_１）≧Ｘ_ｔｈ（Ｔ_１）だと判定すると（Ｓ１０６：Ｎｏ）、Ｓ１０７～Ｓ１１１の処理が実行されずに、再生制御処理が終了する。

一方、再生処理部４６は、浄化率判定部４５がＸ_１（Ｔ_１）＜Ｘ_ｔｈ（Ｔ_１）だと判定したことに応じて（Ｓ１０６：Ｙｅｓ）、触媒再生処理を実行する（Ｓ１０７）。触媒再生処理は、一時被毒によって低下した還元触媒２３の性能（すなわち、ＮＯｘ浄化率）を回復させる処理である。再生処理部４６は、例えば、燃料噴射装置（不図示）にポスト噴射を実行させればよい。ポスト噴射とは、エンジン１３内で燃焼させる燃料を噴射する主噴射の直後に、さらに燃料を噴射することを指す。

ポスト噴射でエンジン１３内に噴射された燃料の大部分は、燃焼されずに排気ガスに混じって排気管１４に排出される。燃焼されずに排出された燃料（未燃燃料）は、第１酸化触媒２１で酸化反応を起こして、排気ガスの温度を上昇させる。そして、排気ガスの温度が６００℃程度まで上昇すると、還元触媒２３の貴金属部分に付着した硫黄酸化物が脱離する。その結果、図６に示すように、一時被毒によって低下した還元触媒２３のＮＯｘ浄化率が改善する。一方、６００℃程度の昇温では永久被毒は解消されないので、図６に示すように、触媒再生処理を実行してもＮＯｘ浄化率が完全に回復するとは限らない。

触媒再生処理が終了すると、排気ガス温度がＳ１０４で測定されたＴ_１に到達するまで（Ｓ１０８：Ｎｏ）、Ｓ１０９以降の処理が実行されない。すなわち、回復量演算部４７は、ＲＡＭに記憶された排気ガス温度Ｔ_１を読み出し、所定の時間間隔で温度センサ２５から取得した排気ガス温度と比較する（Ｓ１０８）。一般的には、触媒再生処理で排気ガス温度がＴ_１より上昇するので、回復量演算部４７は、排気ガス温度が低下してＴ_１に達するまで、Ｓ１０９の実行を待機すればよい。

そして、回復量演算部４７は、現在の排気ガス温度Ｔ_２がＳ１０５の時点の排気ガス温度Ｔ_１に達したことに応じて（Ｓ１０８：Ｙｅｓ）、ＮＯｘセンサ２６、２７から取得したＮＯｘ濃度に基づいて、触媒再生処理による還元触媒２３の性能の回復量（浄化率回復量）を演算し、演算結果をＲＡＭに記憶させる（Ｓ１０９）。

より詳細には、回復量演算部４７は、ＮＯｘセンサ２６から取得した還元触媒２３より上流のＮＯｘ濃度Ｃ_１’と、ＮＯｘセンサ２７から取得した還元触媒２３より下流のＮＯｘ濃度Ｃ_２’とを、式１に代入することによって、還元触媒２３の現在（すなわち、触媒再生処理後で且つ排気ガス温度Ｔ_１のとき）のＮＯｘ濃度Ｘ_２（Ｔ_１）を演算する。そして、回復量演算部４７は、Ｓ１０９で演算したＮＯｘ濃度Ｘ_２（Ｔ_１）からＳ１０５でＲＡＭに記憶させたＮＯｘ濃度Ｘ_１（Ｔ_１）を減じて、浄化率回復量ΔＸ（Ｔ_１）を演算すればよい。ただし、浄化率回復量ΔＸ（Ｔ_１）の演算方法は、これに限定されない。

次に、回復量判定部４８は、回復量演算部４７が演算した浄化率回復量ΔＸ（Ｔ_１）が閾値回復量ΔＸ_ｔｈ（Ｔ_１）未満か否かを判定する（Ｓ１１０）。閾値回復量ΔＸ_ｔｈ（Ｔ_１）は、硫黄の含有量が規制範囲内の燃料で油圧ショベル１を時間ｔｓ稼働させたときのＮＯｘ浄化率の変化量ΔＸ_１（図７参照）より大きな値に設定するのが望ましい。閾値回復量ΔＸ_ｔｈ（Ｔ_１）は、閾値浄化率Ｘ_ｔｈ（Ｔ_１）と同様に、排気ガス温度毎に異なる値が設定されていてもよいし、全ての排気ガス温度に共通の値であってもよい。いずれの場合も、閾値回復量ΔＸ_ｔｈ（Ｔ_１）は、ＲＯＭ或いはＲＡＭに記憶されている。

そして、報知処理部４９は、浄化率回復量ΔＸ（Ｔ_１）が閾値回復量ΔＸ_ｔｈ（Ｔ_１）未満だと回復量判定部４８が判定したことに応じて（Ｓ１１０：Ｙｅｓ）、還元触媒２３の交換を報知する（Ｓ１１１）。報知の具体的な内容は特に限定されないが、還元触媒２３の永久被毒が進んでいることなど、触媒再生処理を実行しても還元触媒２３の性能が不十分であることをオペレータが理解できる内容であればよい。一方、浄化率回復量ΔＸ（Ｔ_１）が閾値回復量ΔＸ_ｔｈ（Ｔ_１）以上だと回復量判定部４８が判定したことに応じて（Ｓ１１０：Ｎｏ）、Ｓ１１１の処理が実行されずに、再生制御処理が終了する。

上記の再生制御処理を実行することにより、以下の作用効果を奏する。

コントローラ４０は、浄化率回復量ΔＸ（Ｔ_１）が閾値回復量ΔＸ_ｔｈ（Ｔ_１）未満なら、還元触媒２３が永久被毒していると判定し、その旨をオペレータに報知する。その結果、触媒再生処理を無駄に繰り返すことなく、還元触媒２３の交換などの適切な対応をオペレータに促すことができる。なお、報知の方法は油圧ショベル１に搭載された報知装置を用いることに限定されない。他の例として、油圧ショベル１を遠隔地から管理する管理端末、或いは油圧ショベル１の管理者が所持する携帯端末に報知情報を送信してもよい。

また、排気ガスの温度が低過ぎる或いは高過ぎると、還元触媒２３によるＮＯｘの還元反応が不活性になる。そのため、永久被毒によって還元触媒２３の性能が回復しないのか、還元反応が不活性なだけなのかを正確に区別することができない。そこでＳ１０４のように、排気ガス温度Ｔ_１が還元反応を活性化させる範囲（Ｔａ～Ｔｂ）の場合にのみ、Ｓ１０５以降の処理を実行させるのが望ましい。ただし、Ｓ１０４の処理は必須ではなく、省略することができる。

また、エンジン１３の負荷が大きく変動すると、排気ガス温度が大きく変化すると共に、排気ガス中のＮＯｘ濃度も大きく変化するので、還元触媒２３が永久被毒しているか否かを正確に判定できない。そこでＳ１０３のように、定常状態が閾値時間継続した場合のみ、Ｓ１０５の処理を実行させるのが望ましい。ただし、Ｓ１０３の処理は必須ではなく、省略することができる。

また、油圧シリンダ４ｄ～４ｆを動作させるとエンジン１３に加わる負荷が大きく変動する。そのため、オペレータが油圧シリンダ４ｄ～４ｆを動作不能にしたタイミングでエンジン１３を定常回転数で駆動させることによって、エンジン１３に加わる負荷を安定させた状態でＳ１０５の処理を実行できる。その結果、還元触媒２３が永久被毒したか否かをさらに正確に判定することができる。ただし、Ｓ１０１、Ｓ１０２の処理は必須ではなく、省略することができる。

例えば、コントローラ４０は、油圧ショベル１の稼働時間が所定の時間を超えるたびに、再生制御処理を実行してもよい。そして、コントローラ４０は、Ｓ１０１、Ｓ１０２の処理に代えて、エンジン１３の負荷を安定させるための操作を、報知装置１９を通じてオペレータに促してもよい。エンジン１３の負荷を安定させるための操作とは、例えば、フロント作業機４を引き込む操作、エンジン１３が定常回転数で回転するようにアクセルペダルを踏み込む操作などである。

また、定常状態判定部４２は、回転数センサ１７及び流量センサ１８から出力された信号に基づいて、定常状態が閾値時間継続したか否かを判定してもよい。より詳細には、定常状態判定部４２は、回転数センサ１７から取得した回転数の変動幅が第１閾値幅未満で、且つ流量センサ１８から取得した送油量の変動幅が第２閾値幅未満の状態が閾値時間継続したことに応じて、Ｓ１０３でＹｅｓと判定してもよい。

また、油圧ショベル１を通常使用したときの排気ガス温度の範囲内では、排気ガス温度が高いほど還元反応が活性化する。そこでＳ１０５のように、排気ガス温度に応じた閾値浄化率Ｘ_ｔｈ（Ｔ_１）を選択することによって、還元触媒２３の性能低下を適切に判定することができる。ただし、閾値浄化率Ｘ_ｔｈ（Ｔ_１）は、排気ガス温度によって変化しない固定値でもよい。

また、還元触媒２３のＮＯｘ浄化率は、排気ガス温度によって大きく変動する。そこでＳ１０８、Ｓ１０９のように、浄化率演算部４４でＮＯｘ浄化率を演算したときと同じ排気ガス温度Ｔ_１下で、回復量演算部４７による浄化率回復量の演算を行うことによって、還元触媒２３が永久被毒したか否かをさらに正確に判定することができる。ただし、Ｓ１０８の処理は必須ではなく、省略することができる。すなわち、Ｓ１０５及びＳ１０９の実行時における排気ガス温度は、厳密に一致していなくてもよい。

上述した実施形態は、本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をそれらの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。当業者は、本発明の要旨を逸脱することなしに、他の様々な態様で本発明を実施することができる。

１ 油圧ショベル（建設機械）
２ 走行体
３ 旋回体
４ フロント作業機（作業装置）
１３ エンジン
１４ 排気管
１５ 油圧ポンプ
１６ ゲートロックレバー（操作装置）
１７ 回転数センサ
１８ 流量センサ
１９ 報知装置
２０ 排気ガス浄化装置
２１ 第１酸化触媒
２２ 還元剤噴射装置
２３ 還元触媒
２４ 第２酸化触媒
２５ 温度センサ
２６，２７ ＮＯｘセンサ
４０ コントローラ
４１ 回転制御部
４２ 定常状態判定部
４３ 温度判定部
４４ 浄化率演算部
４５ 浄化率判定部
４６ 再生処理部
４７ 回復量演算部
４８ 回復量判定部
４９ 報知処理部

Claims (5)

1. 燃料を燃焼させて駆動力を発生させるエンジンと、
   前記エンジンから排出される排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置と、
   コントローラとを備える建設機械において、
   前記排気ガス浄化装置は、
   前記エンジンの排気通路に配置されて、排気ガスに含まれるＮＯｘを還元する還元触媒と、
   前記還元触媒より前記排気通路の上流において、排気ガス中のＮＯｘ濃度を検知する第１濃度センサと、
   前記還元触媒より前記排気通路の下流において、排気ガス中のＮＯｘ濃度を検知する第２濃度センサと、
   前記還元触媒より前記排気通路の上流において、排気ガス温度を検知する温度センサとを備えており、
   前記コントローラは、
   前記第１濃度センサ及び前記第２濃度センサから取得したＮＯｘ濃度に基づいて、前記還元触媒によるＮＯｘの浄化率を演算し、
   演算された前記浄化率が閾値浄化率未満か否かを判定し、
   前記浄化率が前記閾値浄化率未満だと判定されたことに応じて、前記還元触媒の性能を再生させる触媒再生処理を実行し、
   前記触媒再生処理の実行後に前記温度センサから取得した前記排気ガス温度が、前記浄化率を演算したときの前記排気ガス温度に達したことに応じて、前記触媒再生処理の実行後に前記第１濃度センサ及び前記第２濃度センサから取得したＮＯｘ濃度に基づいて、前記触媒再生処理による前記還元触媒の性能の回復量を演算し、
   演算された前記回復量が閾値回復量未満か否かを判定し、
   前記回復量が前記閾値回復量未満だと判定されたことに応じて、前記触媒再生処理で前記還元触媒の性能が不十分であることを報知することを特徴とする建設機械。
2. 請求項１に記載の建設機械において、
   前記コントローラは、
   前記温度センサから取得した前記排気ガス温度が閾値温度範囲内か否かを判定し、
   前記排気ガス温度が前記閾値温度範囲内だと判定されたことに応じて、前記浄化率を演算することを特徴とする建設機械。
3. 請求項１に記載の建設機械において、
   前記コントローラは、
   前記エンジンに加わる負荷の変動幅が閾値幅未満である定常状態が閾値時間継続したか否かを判定し、
   前記定常状態が前記閾値時間継続したと判定されたことに応じて、前記浄化率を演算することを特徴とする建設機械。
4. 請求項３に記載の建設機械において、
   前記エンジンの駆動力によって駆動される油圧アクチュエータと、
   前記油圧アクチュエータを動作可能な状態から動作不能な状態に切り替えるオペレータの操作を受け付ける操作装置とを備え、
   前記コントローラは、
   前記操作装置を通じて前記油圧アクチュエータが動作不能な状態に切り替えられたことに応じて、前記エンジンの回転数を予め定められた定常回転数に維持し、
   前記エンジンの回転数が前記定常回転数に維持されている時間が前記閾値時間に達したか否かを判定することを特徴とする建設機械。
5. 請求項１に記載の建設機械において、
   前記コントローラは、前記温度センサから取得した前記排気ガス温度が高いほど、前記閾値浄化率を大きくすることを特徴とする建設機械。

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