KR20160003026A - 건설 기계 - Google Patents

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히다치 겡키 가부시키 가이샤
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Abstract

재생 장치(22)는, 배기 가스 정화 장치(18)의 필터(21)에 포집된 입자상 물질을 연소시킴으로써 당해 필터(21)의 재생을 행한다. 재생 장치(22)는, 필터(21)의 입구측의 압력(P1)과 출구측의 압력(P2)의 차인 차압(ΔP = P1 - P2)에 기초하여 추정되는 제 1 추정 포집량(H1)과, 엔진(10)의 회전수(N)와 연료 분사량(F)과 배기 가스 온도(GT)에 기초하여 추정되는 제 2 추정 포집량(H2)을 이용하여 재생을 행할지 여부의 판정을 행한다. 이 경우에, 엔진(10)이 소정의 저회전 상태에 있는 경우에는, 재생을 행할지 여부의 판정을, 제 2 추정 포집량(H2)만을 이용하여 행한다.

Description

건설 기계{CONSTRUCTION MACHINE}
본 발명은, 예를 들면, 디젤 엔진 등의 배기 가스 중으로부터 유해 물질을 제거하는 데에 적절하게 이용되는 배기 가스 정화 장치를 구비한 건설 기계에 관한 것이다.
일반적으로, 유압 셔블, 유압 크레인 등의 건설 기계는, 자주(自走) 가능한 하부 주행체와, 당해 하부 주행체 상에 선회 가능하게 탑재된 상부 선회체와, 당해 상부 선회체의 전측(前側)에 부앙동(俯仰動) 가능하게 설치된 작업 장치에 의해 구성되어 있다. 상부 선회체는, 선회 프레임의 후부(後部)에 유압 펌프를 구동하기 위한 엔진을 탑재하고, 선회 프레임의 전측에 캡, 연료 탱크, 작동유(油) 탱크 등을 탑재하고 있다.
여기서, 건설 기계의 원동기가 되는 엔진에는, 일반적으로 디젤 엔진이 이용되고 있다. 이와 같은 디젤 엔진으로부터 배출되는 배기 가스 중에는, 예를 들면, 입자상 물질(PM: Particulate Matter), 질소산화물(NOx) 등의 유해 물질이 포함되는 일이 있다. 이 때문에, 건설 기계에서는, 엔진의 배기 가스 통로를 형성하는 배기관에 배기 가스를 정화하는 배기 가스 정화 장치가 설치되어 있다.
배기 가스 정화 장치는, 배기 가스 중에 포함되는 일산화질소(NO), 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC) 등을 산화하여 제거하는 산화 촉매(예를 들면, Diesel Oxidation Catalyst, 생략하여 DOC라고도 불리고 있다)와, 당해 산화 촉매의 하류측에 배치되어 배기 가스 중의 입자상 물질을 포집하여 제거하는 입자상 물질 제거 필터(예를 들면, Diesel Particulate Filter, 생략하여 DPF라고도 불리고 있다)를 포함하여 구성되어 있다(특허문헌 1).
그런데, 입자상 물질 제거 필터는, 입자상 물질이 포집됨에 따라서 당해 필터에 입자상 물질이 퇴적하고, 이에 의해 필터가 막힌다. 이 때문에, 입자상 물질을 일정량 포집한 단계에서, 필터로부터 입자상 물질을 제거하고, 필터를 재생할 필요가 있다. 이 필터의 재생은, 예를 들면, 포스트 분사라고 불리는 재생용의 연료 분사를 행하여 배기 가스의 온도를 상승시키고, 필터에 퇴적한 입자상 물질을 연소함으로써 행할 수 있다.
한편, 필터의 재생은, 입자상 물질이 필터에 과잉으로 퇴적(과(過)퇴적)되어 있는 상태에서 행하면, 배기 가스의 온도가 과도하게 높아져(입자상 물질의 연소 온도가 과도하게 높아져), 필터가 용손(溶損)될 우려가 있다. 그래서, 종래 기술에 의하면, 필터에 포집되는 입자상 물질의 포집량을 추정하고, 그 추정 포집량이 과잉해지기 전에 재생을 행하도록 구성하고 있다.
보다 구체적으로는, 엔진으로부터 배출되는 입자상 물질의 배출량(발생량)을, 엔진의 회전수(회전 속도)와 연료 분사량으로부터 추정하고, 그 추정량이 미리 설정한 역치에 도달하였을 때에 재생을 행하도록 구성하고 있다(특허문헌 2).
한편, 다른 종래 기술에 의하면, 필터에 포집된 입자상 물질의 포집량을, 필터의 입구측의 압력과 출구측의 압력과의 차(차압)로부터 추정하고, 그 추정 포집량에 기초하여 재생을 행할지 여부의 판정을 행하도록 구성하고 있다(특허문헌 3).
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그런데, 엔진의 회전수가 저속의 운전 상태, 즉, 저회전 상태에서는, 엔진으로부터의 배기 유량이 적어져, 필터의 입구측과 출구측의 차압이 작아짐과 함께, 차압의 맥동이 불안정해지기 쉽다. 이 때문에, 필터에 포집되는 입자상 물질의 포집량을 필터의 입구측과 출구측의 차압에 기초하여 추정하는 구성인 경우, 저회전 상태에서의 포집량의 추정 정밀도를 확보하기가 어렵다.
예를 들면, 엔진의 회전수가 중속이나 고속의 운전 상태(중·고속 회전 상태)로부터 오토 아이들 제어(자동적으로 엔진 회전수를 로우 아이들 회전수까지 낮추는 제어)에 의해 급격하게 저회전 상태가 된 경우에는, 배기 유량이 적어지는 것과 차압이 작아지는 것이 서로 합쳐져, 포집량이 실제의 포집량보다 과대한 값으로서 추정될 우려가 있다. 저회전 상태를 계속하고 있는 경우에도, 마찬가지로, 포집량이 실제의 포집량보다 과대한 값으로서 추정될 우려가 있다. 이와 같은 경우에는, 재생을 행할 필요가 없음에도 불구하고, 재생이 행해질 우려가 있다.
그래서, 특허문헌 3에 개시된 구성의 경우에는, 저회전 상태일 때에, 그 계속 시간을 계측하고, 계속 시간이 소정의 판정 시간을 경과한 것을 조건으로, 재생을 행하도록 구성하고 있다. 이에 비하여, 예를 들면, 미니 셔블이라고 불리는 소형의 유압 셔블의 경우에는, 굴삭 작업을 행하고 있지 않은 작업 동안에는, 저회전 상태에서 대기(유지)되는 일이 많다.
이 때문에, 특허문헌 3에 개시된 구성을 소형의 유압 셔블에 채용한 경우에는, 다음과 같은 문제가 있다. 즉, 소형의 유압 셔블의 경우, 저회전 상태에서 대기하고 있는 동안에, 소정의 판정 시간이 경과할 때마다, 불필요한 재생이 행해져, 연비의 악화, 내구성의 저하로 연결될 우려가 있다. 더욱이, 저회전 상태에서 재생을 행하였을 때에, 포스트 분사에 따라서 엔진의 실린더 내벽면에 부착된 연료가 오일 팬 내에 떨어져, 엔진 오일에 연료가 혼입될 우려가 있다. 이에 의해, 연료에 의한 엔진 오일의 희석화(오일 딜루션)로 연결될 우려가 있다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 엔진이 저회전 상태일 때에 불필요한 재생이 행해지는 것을 억제할 수 있는 건설 기계를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
(1) 본 발명의 건설 기계는, 자주 가능한 차체와, 당해 차체에 탑재된 엔진과, 당해 엔진으로부터 배출되는 배기 가스 중의 입자상 물질을 포집하는 필터를 갖고 상기 엔진의 배기측에 설치되는 배기 가스 정화 장치와, 당해 배기 가스 정화 장치의 필터에 포집되는 입자상 물질을 연소시킴으로써 당해 필터의 재생을 행하는 재생 장치로 이루어지며, 상기 재생 장치는, 상기 필터에 포집되는 입자상 물질의 포집량을, 적어도 상기 필터의 입구측의 압력(P1)과 출구측의 압력(P2)의 차인 차압(ΔP = P1 - P2)에 기초하여 추정하는 제 1 연산 수단과, 상기 필터에 포집되는 입자상 물질의 포집량을, 적어도 상기 엔진의 회전수(N)와 연료 분사량(F)과 배기 가스 온도(GT)에 기초하여 추정하는 제 2 연산 수단과, 상기 제 1 연산 수단에 의해 추정되는 제 1 추정 포집량(H1)과 상기 제 2 연산 수단에 의해 추정되는 제 2 추정 포집량(H2)을 이용하여 상기 재생을 행할지 여부의 판정을 행하는 재생 판정 수단을 가지고 이루어진다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명이 채용하는 구성의 특징은, 상기 재생 판정 수단은, 상기 엔진이 소정의 저회전 상태에 있는 경우에는, 상기 제 2 연산 수단에 의한 제 2 추정 포집량(H2)만을 이용하여 판정을 행하거나, 또는, 상기 엔진이 소정의 저회전 상태가 된 시점에서의 상기 제 1 연산 수단에 의한 제 1 추정 포집량(H1)을 이용하여 판정을 행하는 저회전시 처리 수단을 구비하는 구성으로 한 데에 있다.
이 구성에 의하면, 저회전시 처리 수단에 의해, 엔진이 소정의 저회전 상태에 있는 경우에는, 필터의 차압(ΔP) 등에 기초하여 추정되는 제 1 추정 포집량(H1)을 이용하지 않고, 연료 분사량(F) 등에 기초하여 추정되는 제 2 추정 포집량(H2)만을 이용하여 판정이 행해진다. 또는, 저회전시 처리 수단에 의해, 엔진이 소정의 저회전 상태에 있는 경우에는, 엔진이 소정의 저회전 상태가 된 시점에서의 제 1 추정 포집량(H1)과, 제 2 추정 포집량(H2)을 이용하여 판정이 행해진다.
즉, 저회전시 처리 수단은, 엔진이 저회전 상태에 있는 경우에는, 재생을 행할지 여부의 판정에, 정밀도가 저하될 우려가 있는 제 1 추정 포집량(H1)을 그대로 이용하지 않는다(무효화하거나, 또는, 엔진이 소정의 저회전 상태가 된 시점에서의 제 1 추정 포집량(H1)의 값에 고정한다). 이 때문에, 제 1 추정 포집량(H1)의 정밀도가 저하되는 것에 기인하는 불필요한 재생을 억제할 수 있다. 그 결과, 연비의 향상, 내구성의 향상, 엔진 오일의 희석화(오일 딜루션)의 억제를 도모할 수 있다.
(2) 본 발명에 의하면, 상기 재생 판정 수단은, 자동으로 재생을 행할지 여부를 판정하는 자동 재생 판정과, 오퍼레이터에 대하여 수동으로 재생을 행하도록 통지할지 여부를 판정하는 수동 재생 판정을 행하는 구성으로 하고, 상기 저회전시 처리 수단은, 상기 엔진이 소정의 저회전 상태에 있는 경우에는, 상기 자동 재생 판정과 수동 재생 판정을, 상기 제 2 연산 수단에 의한 제 2 추정 포집량(H2)만을 이용하여 행하거나, 또는, 상기 엔진이 소정의 저회전 상태가 된 시점에서의 상기 제 1 연산 수단에 의한 제 1 추정 포집량(H1)을 이용하여 행하는 구성으로 한 데에 있다.
이 구성에 의하면, 저회전시 처리 수단에 의해, 엔진이 소정의 저회전 상태에 있는 경우에는, 자동 재생 판정과 수동 재생 판정이, 제 1 추정 포집량(H1)을 이용하지 않고, 제 2 추정 포집량(H2)만을 이용하여 행해진다. 또는, 저회전시 처리 수단에 의해, 엔진이 소정의 저회전 상태에 있는 경우에는, 자동 재생 판정과 수동 재생 판정이, 엔진이 소정의 저회전 상태가 된 시점에서의 제 1 추정 포집량(H1)과, 제 2 추정 포집량(H2)을 이용하여 행해진다.
즉, 저회전시 처리 수단은, 엔진이 저회전 상태인 경우에는, 자동 재생 판정과 수동 재생 판정에, 정밀도가 저하될 우려가 있는 제 1 추정 포집량(H1)을 그대로 이용하지 않는다(무효화하거나, 또는, 엔진이 소정의 저회전 상태가 된 시점에서의 제 1 추정 포집량(H1)의 값에 고정한다). 이 때문에, 제 1 추정 포집량(H1)의 정밀도가 저하되는 것에 기인하는 불필요한 자동 재생, 수동 재생을 억제할 수 있다. 이 결과, 연비의 향상, 내구성의 향상, 엔진 오일의 희석화 (오일 딜루션)의 억제를 고차원으로 도모할 수 있다.
(3) 본 발명에 의하면, 상기 재생 판정 수단은, 자동으로 재생을 행할지 여부를 판정하는 자동 재생 판정과, 오퍼레이터에 대하여 수동으로 재생을 행하도록 통지할지 여부를 판정하는 수동 재생 판정과, 상기 필터에 입자상 물질이 과잉으로 퇴적되어 있는지 여부를 판정하는 과퇴적 판정을 행하는 구성으로 하고, 상기 저회전시 처리 수단은, 상기 엔진이 소정의 저회전 상태에 있는 경우에는, 상기 자동 재생 판정과 수동 재생 판정과 과퇴적 판정을, 상기 제 2 연산 수단에 의한 제 2 추정 포집량(H2)만을 이용하여 행하거나, 또는, 상기 엔진이 소정의 저회전 상태가 된 시점에서의 상기 제 1 연산 수단에 의한 제 1 추정 포집량(H1)을 이용하여 행하는 구성으로 한 데에 있다.
이 구성에 의하면, 저회전시 처리 수단에 의해, 엔진이 소정의 저회전 상태에 있는 경우에는, 자동 재생 판정과 수동 재생 판정과 과퇴적 판정이, 제 1 추정 포집량(H1)을 이용하지 않고, 제 2 추정 포집량(H2)만을 이용하여 행해진다. 또는, 저회전시 처리 수단에 의해, 엔진이 소정의 저회전 상태에 있는 경우에는, 자동 재생 판정과 수동 재생 판정과 과퇴적 판정이, 엔진이 소정의 저회전 상태가 된 시점에서의 제 1 추정 포집량(H1)과, 제 2 추정 포집량(H2)을 이용하여 행해진다.
즉, 저회전시 처리 수단은, 엔진이 저회전 상태인 경우에는, 자동 재생 판정과 수동 재생 판정과 과퇴적 판정에, 정밀도가 저하될 우려가 있는 제 1 추정 포집량(H1)을 그대로 이용하지 않는다(무효화하거나, 또는, 엔진이 소정의 저회전 상태가 된 시점에서의 제 1 추정 포집량(H1)의 값에 고정한다). 이 때문에, 제 1 추정 포집량(H1)의 정밀도가 저하되는 것에 기인하는 불필요한 자동 재생, 수동 재생, 과퇴적의 통지를 억제할 수 있다. 그 결과, 연비의 향상, 내구성의 향상, 엔진 오일의 희석화(오일 딜루션)의 억제에 추가하여, 과퇴적 통지의 신뢰성의 향상을 도모할 수 있다.
(4) 본 발명에 의하면, 상기 저회전시 처리 수단은, 상기 엔진이 소정의 저회전 상태인지 여부를 상기 차압(ΔP)에 의해 판정하는 구성으로 하고, 당해 차압(ΔP)이 소정의 값(ΔPa1) 이하인 경우에는, 상기 제 2 연산 수단에 의한 제 2 추정 포집량(H2)만을 이용하여 판정을 행하거나, 또는, 상기 차압(ΔP)이 소정의 값(ΔPa1) 이하가 된 시점에서의 상기 제 1 연산 수단에 의한 제 1 추정 포집량(H1)을 이용하여 판정을 행하는 구성으로 한 데에 있다.
이 구성에 의하면, 저회전시 처리 수단은, 엔진이 소정의 저회전 상태인지 여부를, 필터의 차압(ΔP)에 의해 판정하는 구성으로 하고 있다. 이 때문에, 제 1 추정 포집량(H1)의 정밀도가 저하될 우려가 있는 엔진의 저회전 상태를, 차압(ΔP)에 기초하여 안정적으로 판정할 수 있다.
(5) 본 발명에 의하면, 상기 저회전시 처리 수단은, 상기 엔진이 소정의 저회전 상태인지 여부를 당해 엔진의 회전수(N)에 의해 판정하는 구성으로 하고, 당해 회전수(N)가 소정의 값(N1) 이하인 경우에는, 상기 제 2 연산 수단에 의한 제 2 추정 포집량(H2)만을 이용하여 판정을 행하거나, 또는, 상기 회전수(N)가 소정의 값(N1) 이하가 된 시점에서의 상기 제 1 연산 수단에 의한 제 1 추정 포집량(H1)을 이용하여 판정을 행하는 구성으로 한 데에 있다.
이 구성에 의하면, 저회전시 처리 수단은, 엔진이 소정의 저회전 상태인지 여부를, 엔진의 회전수(N)에 의해 판정하는 구성으로 하고 있다. 이 때문에, 제 1 추정 포집량(H1)의 정밀도가 저하될 우려가 있는 엔진의 저회전 상태를, 회전수(N)에 기초하여 안정적으로 판정할 수 있다.
(6) 본 발명에 의하면, 상기 엔진이 소정의 저회전 상태에 있는 경우는, 당해 엔진의 회전수(N)가 소정의 값(N1)보다 높은 상태로부터 소정의 값(N1) 이하가 되고, 다시 소정의 값(N1)보다 높은 상태가 될 때까지의 동안이고, 상기 엔진이 소정의 저회전 상태가 된 시점은, 당해 엔진의 회전수(N)가 소정의 값(N1) 이하가 된 시점이며, 상기 제 1 연산 수단에 의한 제 1 추정 포집량(H1)은, 상기 엔진의 회전수(N)가 소정의 값(N1) 이하가 된 시점부터 다시 소정의 값(N1)보다 높아지는 시점까지의 동안은, 상기 시점(소정의 값(N1) 이하가 된 시점)에서의 값을 계속해서 이용하는 구성으로 한 데에 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시 형태에 적용되는 유압 셔블을 나타낸 정면도이다.
도 2는 도 1 중의 상부 선회체 중 캡, 외장 커버의 일부를 제거한 상태에서 유압 셔블을 확대하여 나타낸 일부 파단의 평면도이다.
도 3은 엔진, 배기 가스 정화 장치, 재생 장치 등을 나타낸 회로 구성도이다.
도 4는 제 1 추정 포집량(H1)과 제 2 추정 포집량(H2)의 시간 변화의 일례를 나타낸 특성선도이다.
도 5는 엔진 회전수(N)와 제 1 추정 포집량(H1)과 차압(ΔP)의 시간 변화의 일례를 나타낸 특성선도이다.
도 6은 재생 장치에 의한 필터의 재생 처리를 나타낸 흐름도이다.
도 7은 도 6 중의 단계 9의 「제 1 추정 포집량(H1)과 제 2 추정 포집량(H2)의 양방을 이용한 처리」를 나타낸 흐름도이다.
도 8은 도 6 중의 단계 10의 「제 2 추정 포집량(H2)만을 이용한 처리」를 나타낸 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 제 2 실시 형태에 의한 재생 처리를 나타낸 흐름도이다.
도 10은 엔진 회전수(N)와 제 1 추정 포집량(H1)과 차압(ΔP)의 시간 변화의 일례를 나타낸 특성선도이다.
도 11은 본 발명의 제 3 실시 형태에 의한 재생 처리를 나타낸 흐름도이다.
도 12는 본 발명의 제 4 실시 형태에 의한 재생 처리를 나타낸 흐름도이다.
도 13은 본 발명의 제 5 실시 형태에 의한 엔진, 배기 가스 정화 장치, 재생 장치 등을 나타낸 도 3과 마찬가지의 구성도이다.
이하에서, 본 발명에 관련된 건설 기계의 실시 형태를, 미니 셔블이라고 불리는 소형의 유압 셔블에 적용한 경우를 예로 들어, 첨부 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 8은 본 발명의 제 1 실시 형태를 나타내고 있다.
도면 중, 1은 토사의 굴삭 작업 등에 이용되는 소형의 유압 셔블로, 이 유압 셔블(1)은, 통상 미니 셔블이라고 불리고 있다. 유압 셔블(1)은, 자주 가능한 크롤러식의 하부 주행체(2)와, 당해 하부 주행체(2) 상에 선회 장치(3)를 개재하여 선회 가능하게 탑재되고, 당해 하부 주행체(2)와 함께 차체를 구성하는 상부 선회체(4)와, 당해 상부 선회체(4)의 전측에 부앙동 가능하게 설치된 작업 장치(5)를 포함하여 구성되어 있다.
여기서, 작업 장치(5)는, 스윙 포스트식의 작업 장치로서 구성되고, 예를 들면, 스윙 포스트(5A), 부움(5B), 아암(5C), 작업 도구로서의 버킷(5D), 작업 장치(5)를 좌, 우로 요동하는 스윙 실린더(5E)(도 2 참조), 부움 실린더(5F), 아암 실린더(5G) 및 버킷 실린더(5H)를 구비하고 있다. 상부 선회체(4)는, 후술의 선회 프레임(6), 외장 커버(7), 캡(8), 카운터 웨이트(9)를 포함하여 구성되어 있다.
선회 프레임(6)은, 상부 선회체(4)의 구조체를 형성하는 것으로, 당해 선회 프레임(6)은, 선회 장치(3)를 개재하여 하부 주행체(2) 상에 장착되어 있다. 선회 프레임(6)에는, 그 후부측에 후술의 카운터 웨이트(9), 엔진(10)이 설치되고, 왼쪽 전측에는 후술의 캡(8)이 설치되고, 오른쪽 전측에는 후술의 연료 탱크(16)가 설치되어 있다. 선회 프레임(6)에는, 캡(8)의 우측으로부터 후측(後側)에 걸쳐 외장 커버(7)가 설치되고, 이 외장 커버(7)는 선회 프레임(6), 캡(8) 및 카운터 웨이트(9)와 함께, 엔진(10), 유압 펌프(15), 열교환기(17), 연료 탱크(16), 배기 가스 정화 장치(18) 등을 수용하는 공간을 획성(劃成)하는 것이다.
캡(8)은, 선회 프레임(6)의 왼쪽 전측에 탑재되고, 당해 캡(8)의 내부는, 오퍼레이터가 탑승하는 운전실을 획성하고 있다. 캡(8)의 내부에는, 오퍼레이터가 착석하는 운전석, 각종의 조작 레버에 추가하여, 후술의 통지기(27), 수동 재생 스위치(28) 등(도 3 참조)이 배치되어 있다.
카운터 웨이트(9)는, 작업 장치(5)와의 중량 밸런스를 잡는 것으로, 당해 카운터 웨이트(9)는, 후술하는 엔진(10)의 후측에 위치하여 선회 프레임(6)의 후단부에 장착되어 있다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 카운터 웨이트(9)의 후면측은, 원호 형상을 이루어 형성되어 있다. 카운터 웨이트(9)는, 하부 주행체(2)의 차체 폭 내에 들어가는 구성으로 되어 있다.
10은 선회 프레임(6)의 후측에 가로놓기 상태로 배치된 엔진이고, 당해 엔진(10)은, 소형의 유압 셔블(1)에 원동기로서 탑재되기 때문에, 예를 들면, 소형의 디젤 엔진을 이용하여 구성되어 있다. 엔진(10)에는, 외기를 흡입하는 흡기관(11)(도 3 참조)과, 배기 가스를 배출하는 배기 가스 통로의 일부를 이루는 배기관(12)이 설치되어 있다. 흡기관(11)은, 엔진(10)을 향하여 외기(공기)가 유입되는 것으로, 그 선단측에는, 외기를 청정화하는 에어 클리너(13)가 접속되어 있다. 배기관(12)에는, 후술의 배기 가스 정화 장치(18)가 접속하여 설치되어 있다.
여기서, 엔진(10)은, 전자 제어식 엔진에 의해 구성되고, 연료의 공급량이 전자 제어 분사 밸브 등의 연료 분사 장치(14)(도 3 참조)에 의해 가변으로 제어된다. 즉, 이 연료 분사 장치(14)는, 후술의 컨트롤러(29)로부터 출력되는 제어 신호에 기초하여 엔진(10)의 실린더(도시 생략) 내에 분사되는 연료의 분사량을 가변으로 제어한다.
또한, 연료 분사 장치(14)는, 후술하는 컨트롤러(29) 등과 함께 재생 장치(22)(도 3 참조)를 구성하는 것으로, 연료 분사 장치(14)는, 컨트롤러(29)의 제어 신호에 따라서, 예를 들면, 포스트 분사라고 불리는 재생 처리용의 연료 분사(연소 공정 후의 추가 분사)를 행한다. 이에 의해, 배기 가스의 온도를 상승시키고, 후술하는 배기 가스 정화 장치(18)의 입자상 물질 제거 필터(21)에 퇴적한 입자상 물질을 연소하여 제거하는 구성으로 되어 있다.
유압 펌프(15)는, 엔진(10)의 좌측에 장착되고, 당해 유압 펌프(15)는, 작동유 탱크(도시 생략)와 함께 유압원을 구성하는 것이다. 유압 펌프(15)는, 엔진(10)에 의해서 구동됨으로써 제어 밸브(도시 생략)를 향하여 압유(작동유)를 토출하는 것이다. 유압 펌프(15)는, 예를 들면, 가변 용량형의 사판(斜板)식, 사축(斜軸)식 또는 레이디얼 피스톤식 유압 펌프에 의해서 구성된다. 또한, 유압 펌프(15)는, 반드시 가변 용량형의 유압 펌프에 한정하지 않고, 예를 들면, 고정 용량형의 유압 펌프를 이용하여 구성해도 된다.
연료 탱크(16)는, 캡(8)의 우측에 위치하여 선회 프레임(6) 상에 설치되고, 도시하지 않은 작동유 탱크 등과 함께 외장 커버(7)에 덮여 있다. 연료 탱크(16)는, 예를 들면, 직육면체 형상의 내압(耐壓) 탱크로서 형성되고, 엔진(10)에 공급되는 연료를 모아두는 것이다.
열교환기(17)는, 엔진(10)의 우측에 위치하여 선회 프레임(6) 상에 설치되고, 이 열교환기(17)는, 예를 들면, 라디에이터, 오일 쿨러, 인터쿨러를 포함하여 구성되어 있다. 즉, 열교환기(17)는, 엔진(10)의 냉각을 행함과 함께, 작동유 탱크로 되돌려지는 압유(작동유)의 냉각도 행하는 것이다.
다음으로, 엔진(10)으로부터 배출되는 배기 가스를 정화하는 배기 가스 정화 장치(18)에 대하여 설명한다.
즉, 18은 엔진(10)의 배기측에 설치된 배기 가스 정화 장치를 나타내고 있다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 배기 가스 정화 장치(18)는, 엔진(10)의 상부 좌측에서, 예를 들면, 유압 펌프(15)의 상측이 되는 위치에 배치되고, 그 상류측은 엔진(10)의 배기관(12)이 접속되어 있다. 배기 가스 정화 장치(18)는, 배기관(12)과 함께 배기 가스 통로를 구성하고, 상류측으로부터 하류측으로 배기 가스가 유통하는 동안에, 이 배기 가스에 포함되는 유해 물질을 제거하는 것이다.
즉, 디젤 엔진으로 이루어지는 엔진(10)은, 고효율이고 내구성도 우수하다. 그러나, 엔진(10)의 배기 가스 중에는, 입자상 물질(PM), 질소 산화물(NOx), 일산화탄소(CO) 등의 유해 물질이 포함되어 있다. 이 때문에, 도 3에 나타낸 바와 같이, 배기관(12)에 장착되는 배기 가스 정화 장치(18)는, 배기 가스 중의 일산화탄소(CO) 등을 산화하여 제거하는 후술의 산화 촉매(20)와, 배기 가스 중의 입자상 물질(PM)을 포집하여 제거하는 후술의 입자상 물질 제거 필터(21)를 포함하여 구성되어 있다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 배기 가스 정화 장치(18)는, 예를 들면, 복수의 통체(筒體)를 전, 후에서 착탈 가능하게 연결하여 구성된 통 형상의 케이싱(19)을 갖고 있다. 이 케이싱(19) 내에는, DOC라고 불리는 산화 촉매(20)와, DPF라고 불리는 입자상 물질 제거 필터(21)(이하, 필터(21)라고 함)가 분리 가능하게 수용되어 있다. 배출구(19A)는, 필터(21)보다 하류측에 위치하여 케이싱(19)의 출구측에 접속되어 있다. 이 배출구(19A)는, 예를 들면, 정화 처리된 후의 배기 가스를 대기중에 방출하는 굴뚝, 소음기를 포함하여 구성된다.
산화 촉매(20)는, 예를 들면, 케이싱(19)의 내경(內徑) 치수와 동등한 외경(外徑) 치수를 가진 세라믹스제의 셀 형상 통체로 이루어지는 것이다. 산화 촉매(20) 내에는, 그 축 방향으로 다수의 관통 구멍(도시 생략)이 형성되고, 그 내면에 귀금속이 코팅되어 있다. 산화 촉매(20)는, 소정의 온도 조건하에서 각 관통 구멍 내에 배기 가스를 유통시킴으로써, 이 배기 가스에 포함되는 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC) 등을 산화하여 제거하고, 예를 들면, 일산화질소(NO)를 이산화질소(NO2)로서 제거하는 것이다.
한편, 필터(21)는, 케이싱(19) 내에서 산화 촉매(20)의 하류측에 배치되어 있다. 필터(21)는, 엔진(10)으로부터 배출되는 배기 가스 중의 입자상 물질을 포집함과 함께, 포집한 입자상 물질을 연소하여 제거함으로써 배기 가스의 정화를 행하는 것이다. 이 때문에, 필터(21)는, 예를 들면, 세라믹스 재료로 이루어지는 다공질 부재에 축 방향으로 다수의 작은 구멍(도시 생략)을 형성한 셀 형상 통체에 의해 구성되어 있다. 이에 의해, 필터(21)는, 다수의 작은 구멍을 거쳐 입자상 물질을 포집하고, 포집한 입자상 물질은, 후술의 재생 장치(22)의 재생 처리에 의해서 연소하여 제거된다. 그 결과, 필터(21)는 재생된다.
다음으로, 필터(21)의 재생을 행하는 재생 장치(22)에 대하여 설명한다.
즉, 22는 배기 가스 정화 장치(18)의 필터(21)에 포집되는 입자상 물질을 연소시킴으로써 당해 필터(21)의 재생을 행하는 재생 장치를 나타내고 있다. 재생 장치(22)는, 전술의 연료 분사 장치(14), 후술의 회전 센서(23), 압력 센서(24, 25), 배기 온도 센서(26), 통지기(27), 수동 재생 스위치(28), 컨트롤러(29)를 포함하여 구성되어 있다. 재생 장치(22)는, 컨트롤러(29)의 지령 신호(제어 신호)에 따라서 연료 분사 장치(14)에 의해 포스트 분사를 행한다. 이 포스트 분사는, 후술하는 바와 같이, 배기관(12) 내의 배기 가스의 온도를 상승시키고, 필터(21)에 퇴적한 입자상 물질을 연소하여 제거하는 구성으로 되어 있다.
여기서, 재생 장치(22)는, 컨트롤러(29)의 판정에 의해 자동적으로, 즉, 오퍼레이터의 조작에 기초하지 않고 재생을 자동으로 행하는 자동 재생 기능과, 컨트롤러(29)의 판정에 의해 오퍼레이터에 대하여 수동으로 재생을 행하도록 통지하고, 오퍼레이터의 조작에 기초하여 재생을 행하는 수동 재생 기능을 갖고 있다. 또한, 재생 장치(22)는, 컨트롤러(29)에 의해 필터(21)에 입자상 물질이 과잉으로 퇴적되어 있다고 판정된 경우에, 그 취지를 오퍼레이터에 통지하는 과퇴적 통지 기능도 갖고 있다.
회전 센서(23)는, 엔진(10)의 회전수(회전 속도)(N)를 검출하는 것으로, 당해 회전 센서(23)는, 엔진(10)의 회전수(N)를 검출하고, 그 검출 신호를 후술의 컨트롤러(29)에 출력한다. 컨트롤러(29)는, 회전 센서(23)에 의해 검출한 엔진 회전수(N)와, 연료 분사 장치(14)에 의해 분사된 연료 분사량(F)과, 후술의 배기 온도 센서(26)에 의해 검출한 배기 가스 온도(GT)에 기초하여 필터(21)에 포집되는 입자상 물질의 포집량을 추정하고, 그 추정 포집량인 제 2 추정 포집량(H2)에 기초하여 재생을 행할지 여부의 판정을 행한다. 또한, 연료 분사량(F)은, 예를 들면, 엔진(10)의 흡기측에 설치된 도시하지 않은 에어플로우 미터(공기유량계)로부터 검출되는 흡입 공기량과 엔진 회전수(N)로부터 구할 수 있는 것 외에, 예를 들면, 컨트롤러(29)로부터 연료 분사 장치(14)에 출력되는 제어 신호(연료 분사 지령)로부터 산출할 수도 있다.
압력 센서(24, 25)는, 배기 가스 정화 장치(18)의 케이싱(19)에 설치되어 있다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 압력 센서(24, 25)는, 필터(21)의 입구측(상류측)과 출구측(하류측)에 서로 이간하여 배치되어, 각각의 검출 신호를 후술의 컨트롤러(29)에 출력한다. 컨트롤러(29)는, 압력 센서(24)에 의해 검출한 입구측의 압력(P1)과 압력 센서(25)에 의해 검출한 출구측의 압력(P2)에 의하여 차압(ΔP)을 산출함과 함께, 그 차압(ΔP)과 배기 가스 온도(GT)와 배기 가스 유량에 기초하여 필터(21)에 포집되는 입자상 물질의 포집량을 추정하고, 그 추정 포집량인 제 1 추정 포집량(H1)에 기초하여 재생을 행할지 여부의 판정을 행한다.
배기 온도 센서(26)는, 배기 가스 온도(배기 온도)(GT)를 검출하는 것이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 배기 온도 센서(26)는, 배기 가스 정화 장치(18)의 케이싱(19)에 장착되고, 예를 들면, 배기관(12)측으로부터 배출되는 배기 가스의 온도(GT)를 검출한다. 배기 온도 센서(26)에 의해 검출한 배기 가스 온도(GT)는, 검출 신호로서 후술의 컨트롤러(29)에 출력된다. 배기 가스 온도(GT)는, 필터(21)에 포집되는 입자상 물질의 포집량의 추정에 이용된다.
통지기(27)는, 캡(8) 내에서 운전석의 근방에 설치되어 있다. 통지기(27)는, 컨트롤러(29)에 접속되고, 당해 컨트롤러(29)로부터의 지령(통지 신호)에 기초하여, 오퍼레이터에 대하여 하기의 내용을 통지하는 기능을 갖고 있다. 즉, 통지기(27)는, 오퍼레이터에 대하여 수동 재생을 행하도록 통지하는 제 1 기능과, 필터(21)에 입자상 물질이 과잉으로 퇴적하였다는 취지를 통지하는 제 2 기능을 갖고 있다.
여기서, 통지기(27)는, 통지음를 발하는 버저, 음성을 발하는 스피커, 통지 내용을 빛에 의해 표시하는 발광기 또는 통지 내용을 화면에 의해 표시하는 모니터 장치 등에 의해 구성할 수 있다. 통지기(27)는, 컨트롤러(29)가 수동 재생을 행할 필요가 있다고 판정한 경우, 필터(21)에 입자상 물질이 과잉으로 퇴적되어 있다고 판정한 경우에, 당해 컨트롤러(29)로부터의 지령(통지 신호)에 기초하여, 오퍼레이터에 대하여 그 취지를 알린다.
수동 재생 스위치(28)는, 캡(8) 내에서 운전석의 근방에 설치되어 있다. 수동 재생 스위치(28)는, 후술의 컨트롤러(29)에 접속되고, 오퍼레이터의 조작에 기초하여 컨트롤러(29)에 대하여 수동 재생을 행한다는 취지의 신호를 출력하는 것이다. 즉, 통지기(27)로부터의 수동 재생의 통지에 의해, 오퍼레이터가 수동 재생 스위치(28)를 조작하면, 수동 재생 스위치(28)로부터 컨트롤러(29)에 대하여 스위치가 조작되었다는 취지의 신호가 출력된다. 이에 의해, 컨트롤러(29)는, 연료 분사 장치(14)에 대하여 재생(포스트 분사)을 행한다는 취지의 지령(제어 신호)을 출력한다. 이에 의해, 오퍼레이터는 수동 재생을 행할 수 있다.
컨트롤러(29)는, 마이크로 컴퓨터를 포함하여 구성되고, 당해 컨트롤러(29)는, 그 입력측이 연료 분사 장치(14), 회전 센서(23), 압력 센서(24, 25), 배기 온도 센서(26), 수동 재생 스위치(28), 도시하지 않은 공기유량계 등에 접속되어 있다. 컨트롤러(29)의 출력측은 연료 분사 장치(14), 통지기(27) 등에 접속되어 있다. 컨트롤러(29)는, ROM, RAM 등으로 이루어지는 메모리(29A)를 갖고, 이 메모리(29A) 내에는, 후술의 도 6 내지 도 8에 나타낸 재생 처리용의 처리 프로그램, 미리 작성된 입자상 물질의 포집량을 추정하기 위한 제 1 맵, 제 2 맵, 계산식, 미리 설정된 도 4 및 도 5에 나타낸 자동 재생 역치 T1, 수동 재생 역치 T2, 과퇴적 역치 T3 등이 저장되어 있다.
여기서, 제 1 맵은, 필터(21)의 차압(ΔP)에 기초하여 포집량을 추정하기 위한 것이다. 구체적으로는, 제 1 맵은, 예를 들면 차압(ΔP)과 배기 가스의 유량과 제 1 추정 포집량(H1)과의 대응 관계를 미리 실험, 계산, 시뮬레이션 등에 의해 구하여, 그 대응 관계를 맵으로서 작성한 것이다. 또한, 배기 가스의 유량은, 예를 들면 엔진 회전수(N)와 연료 분사량(F)으로부터 구할 수 있다. 필터(21)의 차압(ΔP)은, 압력 센서(24)에 의해 검출한 입구측의 압력을 P1이라고 하고, 압력 센서(25)에 의해 검출한 출구측의 압력을 P2라고 한 경우에, 하기의 수학식 1에 의해 산출한다.
Figure pct00001
한편, 제 2 맵은, 엔진(10)의 회전수(N)와 연료 분사량(F)에 기초하여 엔진(10)으로부터 배출되는 입자상 물질의 배출량(Hm)을 구하기 위한 것인다. 구체적으로는, 제 2 맵은, 예를 들면 엔진 회전수(N)와 연료 분사량(F)과 입자상 물질의 배출량(Hm)과의 대응 관계를 미리 실험, 계산, 시뮬레이션 등에 의해 구하여, 그 대응 관계를 맵으로서 작성한 것이다. 포집량을 추정하기 위한 계산식은, 제 2 추정 포집량을 H2라고 하고, 제 2 맵에 의해 구해진 입자상 물질의 배출량을 Hm이라고 하고, 재생에 의해 필터(21)로부터 제거되는 입자상 물질의 양(재생량)을 J라고 한 경우에, 하기의 수학식 2로서 나타낼 수 있다.
Figure pct00002
이 경우, 재생에 의해 제거되는 입자상 물질의 양, 즉, 재생량 J는, 예를 들면 엔진 회전수(N)와 연료 분사량(F)으로부터 구해지는 배기 가스의 유량과, 배기 가스 온도(GT)와, 엔진 회전수(N)와 연료 분사량(F)으로부터 구해지는 질소산화물(NOx)의 배출량에 배기 가스 온도(GT)를 가미하여 구해지는 NO2 전환율과의 관계로부터 산출할 수 있다.
다음으로, 도 4를 참조하여 서술하건대, 자동 재생 역치 T1은, 자동 재생을 행할지 여부를 판정하기 위한 추정 포집량의 역치이다. 즉, 자동 재생 역치 T1은, 상술의 제 1 맵에 의해 추정된 제 1 추정 포집량(H1), 및/또는, 상술의 제 2 맵과 계산식에 의해 추정된 제 2 추정 포집량(H2)이, 자동 재생 역치 T1 이상이 되었을 때에, 자동 재생이 필요하다고 판정하기 위한 판정값이 된다.
한편, 수동 재생 역치 T2는, 수동 재생을 행할지 여부를 판정하기 위한 추정 포집량의 역치이다. 즉, 수동 재생 역치 T2는, 상술의 제 1 맵에 의해 추정된 제 1 추정 포집량(H1), 및/또는, 상술의 제 2 맵과 계산식에 의해 추정된 제 2 추정 포집량(H2)이, 수동 재생 역치 T2 이상이 되었을 때에, 수동 재생이 필요하다고 판정하기 위한 판정값이 된다. 이 경우, 수동 재생 역치 T2는, 자동 재생 역치 T1보다 큰 값으로 설정되어 있다.
또한, 과퇴적 역치 T3은, 필터(21)에 입자상 물질이 과잉으로 퇴적되었는지 여부를 판정하기 위한 추정 포집량의 역치이다. 구체적으로는, 과퇴적 역치 T3은, 그 값을 초과하는 포집량으로 재생을 행하면 필터(21)가 용손되는 경계값으로서 설정되는 것이다. 과퇴적 역치 T3은, 상술의 제 1 맵에 의해 추정된 제 1 추정 포집량(H1), 및/또는, 상술의 제 2 맵과 계산식에 의해 추정된 제 2 추정 포집량(H2)이, 과퇴적 역치 T3 이상이 되었을 때에, 입자상 물질이 과잉으로 퇴적되어, 재생을 행할 수 없다고 판정하기 위한 판정값이 된다. 이 경우, 과퇴적 역치 T3은, 수동 재생 역치 T2 및 자동 재생 역치 T1보다 큰 값으로 설정되어 있다.
컨트롤러(29)는, 후술하는 도 6 내지 도 8의 처리 프로그램에 따라서, 오퍼레이터의 조작에 기초하지 않고 재생을 자동으로 행하는 자동 재생 처리의 제어와, 오퍼레이터에 대하여 수동으로 재생을 행하도록 통지하고, 오퍼레이터의 조작에 기초하여 재생을 행하는 수동 재생 처리의 제어를 행한다. 또한, 컨트롤러(29)는, 필터(21)에 입자상 물질이 과잉으로 퇴적되었다고 판정한 경우에, 오퍼레이터에 그 취지를 통지하고, 점검, 정비, 수리, 교환 등을 촉구하는 과퇴적 통지 처리의 제어도 행한다.
즉, 컨트롤러(29)는, 필터(21)에 포집되는 입자상 물질의 포집량을, 적어도 이 필터(21)의 차압(ΔP)에 기초하여 추정한다(제 1 연산 수단). 이에 추가하여, 컨트롤러(29)는, 필터(21)에 포집되는 입자상 물질의 포집량을, 적어도 엔진 회전수(N)와 연료 분사량(F)과 배기 가스 온도(GT)에 기초하여 추정한다(제 2 연산 수단). 컨트롤러(29)는, 추정된 2개의 포집량, 즉, 제 1 추정 포집량(H1)과 제 2 추정 포집량(H2)을 이용하여 필터(21)의 재생을 행할지 여부의 판정을 행한다(재생 판정 수단).
구체적으로는, 제 1 추정 포집량(H1)과 제 2 추정 포집량(H2) 중 적어도 어느 일방의 추정 포집량이 자동 재생 역치 T1 이상이 되었는지 여부에 따라, 자동 재생을 행할지 여부를 판정한다(자동 재생 판정). 컨트롤러(29)는, 자동 재생이 필요하다고 판정하였을 때에는, 예를 들면 연료 분사 장치(14)에 포스트 분사한다는 취지의 제어 신호를 출력하여, 오퍼레이터의 조작을 거치지 않고 자동으로 재생을 행하는 자동 재생 처리의 제어를 행한다.
컨트롤러(29)는, 제 1 추정 포집량(H1)과 제 2 추정 포집량(H2) 중 적어도 어느 일방의 추정 포집량이 수동 재생 역치 T2 이상이 되었는지 여부에 따라, 수동 재생을 행할지 여부를 판정한다(수동 재생 판정). 컨트롤러(29)는, 수동 재생이 필요하다고 판정하였을 때에는, 오퍼레이터에 대하여 수동으로 재생을 행하도록 통지 신호를 통지기(27)에 출력한다. 이에 의해, 통지기(27)는 통지음의 발생, 통지 표시를 행한다. 이 경우, 오퍼레이터는, 수동 재생 스위치(28)를 조작하고, 컨트롤러(29)는, 오퍼레이터의 조작을 조건으로 재생을 행하는 수동 재생 처리의 제어를 행한다.
또한, 컨트롤러(29)는, 제 1 추정 포집량(H1)과 제 2 추정 포집량(H2) 중 적어도 어느 일방의 추정 포집량이 과퇴적 역치 T3 이상이 되었는지 여부에 따라, 필터(21)에 입자상 물질이 과잉으로 퇴적되어 있는지 여부를 판정한다(과퇴적 판정). 컨트롤러(29)는, 과퇴적이라고 판정하였을 때에는, 오퍼레이터에 대하여 과퇴적이라는 취지를 통지하기 위한 신호(통지 신호)를 통지기(27)에 출력한다. 이에 의해, 통지기(27)는 통지음의 발생, 통지 표시를 행한다. 이 경우, 컨트롤러(29)는 필요한 점검, 정비, 수리, 교환 등이 행해질 때까지 그 통지를 행함과 함께, 재생을 금지하는 과퇴적 통지 처리의 제어를 행한다. 그 결과, 오퍼레이터는, 필터(21)에 입자상 물질이 과잉으로 퇴적되어 있다는 것을 알 수 있으므로, 그 취지를 예를 들면 정비 공장의 정비원에게 전달한다. 이에 의해, 정비원은 필요한 점검, 정비, 수리, 교환 등을 행할 수 있다.
그런데, 엔진(10)의 회전수가 저속의 운전 상태, 즉, 저회전 상태에서는, 엔진(10)으로부터의 배기 유량이 적어지고, 필터(21)의 입구측과 출구측의 차압이 작아짐과 함께, 차압의 맥동이 불안정해지기 쉽다. 이 때문에, 엔진(10)이 저회전 상태에 있을 때에는, 제 1 추정 포집량(H1)의 추정 정밀도를 확보하기가 어렵다.
예를 들면, 도 5 내에서, 특성선 30은 엔진 회전수(N)의 시간 변화를 나타내고 있다. 이 특성선 30과 같이, 엔진(10)의 운전 상황이, 회전수가 높은 하이 아이들 상태로부터 회전수가 낮은 로우 아이들 상태가 되면, 엔진(10)으로부터의 배기 유량이 적어진다. 도 5 내에서, 특성선 31은 차압(ΔP)의 시간 변화를 나타내고 있다. 이 특성선 31과 같이, 필터(21)의 차압(ΔP)은, 로우 아이들 상태가 되면, 예를 들면 ΔPa1을 하회하도록 작아진다. 그리고, 배기 유량이 적어지는 것과, 차압(ΔP)이 작아지는 것이 서로 합쳐져, 제 1 추정 포집량(H1)은 크게 변화된다. 도 5 내에서 2점쇄선의 특성선 32는, 차압(ΔP)이 ΔPa1보다 작아졌을 때의 제 1 추정 포집량(H1)을 나타내고 있다. 이 특성선 32와 같이, 차압(ΔP)이 ΔPa1보다 작아지면, 제 1 추정 포집량(H1)은 과대한 값으로서 추정될 우려가 있다.
그래서, 제 1 실시 형태에서는, 컨트롤러(29)는, 엔진(10)이 소정의 저회전 상태에 있는 경우, 즉, 차압(ΔP)이 소정의 값(ΔPa1) 이하인 경우에는, 제 2 추정 포집량(H2)만을 이용하여 판정을 행하는 구성으로 하고 있다. 즉, 컨트롤러(29)는, 차압(ΔP)이 소정의 값(ΔPa1) 이하인 경우에는, 제 1 추정 포집량(H1)을 이용하지 않고, 제 2 추정 포집량(H2)만을 이용하여 판정을 행하는 저회전시 처리 수단을 구비하는 구성으로 하고 있다. 보다 구체적으로는, 컨트롤러(29)는, 자동으로 재생을 행할지 여부를 판정하는 자동 재생 판정과, 오퍼레이터에 대하여 수동으로 재생을 행하도록 통지할지 여부를 판정하는 수동 재생 판정과, 필터(21)에 입자상 물질이 과잉으로 퇴적되어 있는지 여부를 판정하는 과퇴적 판정을, 차압(ΔP)이 소정의 값(ΔPa1) 이하인 경우에는, 제 1 추정 포집량(H1)을 이용하지 않고, 제 2 추정 포집량(H2)만을 이용하여 행하는 구성으로 하고 있다. 이와 같은 저회전 상태일 때에 행해지는 처리를 포함하는, 컨트롤러(29)에 의해 실행되는 도 6 내지 도 8에 나타낸 재생 처리에 대해서는, 후술한다.
제 1 실시 형태에 의한 유압 셔블(1)은, 상술한 바와 같은 구성을 갖는 것으로, 다음으로, 그 동작에 대하여 설명한다.
유압 셔블(1)의 오퍼레이터는, 상부 선회체(4)의 캡(8)에 탑승하여, 엔진(10)을 시동하여 유압 펌프(15)를 구동한다. 이에 의해, 유압 펌프(15)로부터의 압유는, 제어 밸브를 거쳐 각종 액추에이터에 공급된다. 캡(8)에 탑승한 오퍼레이터가 주행용의 조작 레버를 조작하였을 때에는, 하부 주행체(2)를 전진 또는 후퇴시킬 수 있다.
한편, 캡(8) 내의 오퍼레이터가 작업용의 조작 레버를 조작함으로써, 작업 장치(5)를 부앙동시켜 토사의 굴삭 작업 등을 행할 수 있다. 이 경우, 소형의 유압 셔블(1)은, 상부 선회체(4)에 의한 선회 반경이 작기 때문에, 예를 들면 시가지와 같이 좁은 작업 현장에서도, 상부 선회체(4)를 선회 구동하면서 측구(側溝) 굴삭 작업 등을 행할 수 있다.
엔진(10)의 운전시에는, 그 배기관(12)으로부터 유해 물질인 입자상 물질이 배출된다. 이 때에 배기 가스 정화 장치(18)는, 산화 촉매(20)에 의해서 배기 가스 중의 탄화수소(HC), 질소산화물(NOx), 일산화탄소(CO)를 산화 제거할 수 있다. 필터(21)는, 배기 가스 중에 포함되는 입자상 물질을 포집한다. 이에 의해, 정화한 배기 가스를 하류측의 배출구(19A)를 통하여 외부로 배출할 수 있다. 또한, 포집한 입자상 물질은, 재생 장치(22)에 의해서 연소하여 제거되고, 필터(21)는 재생된다.
다음으로, 재생 장치(22)에 의해 행해지는 재생 처리에 대하여, 도 6 내지 도 8의 흐름도를 이용하여 설명한다. 또한, 도 6 내지 도 8의 처리는, 컨트롤러(29)에 통전하고 있는 동안, 컨트롤러(29)에 의해 소정의 제어 시간마다(소정의 샘플링 주파수로) 반복해서 실행된다.
악세사리의 통전, 또는, 엔진(10)의 시동(이그니션 ON)에 의해, 컨트롤러(29)가 기동된다. 도 6의 처리 동작이 개시되면, 단계 1에서는, 압력 센서(24, 25)로부터 압력 P1, P2를 각각 판독한다. 즉, 필터(21)의 상류측의 압력 P1과 하류측의 압력 P2를 판독한다. 다음의 단계 2에서는, 필터(21)의 상류측의 압력 P1과 하류측의 압력 P2의 차압(ΔP)을, 전술한 수학식 1에 의해 연산한다.
다음의 단계 3에서는, 차압(ΔP)에 기초하여 필터(21)에 포집되는 입자상 물질의 포집량, 즉, 제 1 추정 포집량(H1)을 추정(산출)한다. 이 제 1 추정 포집량(H1)은, 컨트롤러(29)의 메모리(29A)에 저장된 전술의 제 1 맵을 이용하여 추정할 수 있다. 즉, 차압(ΔP)과 배기 가스 유량과 추정 포집량(H1)을 대응시킨 제 1 맵에 기초하여, 현 시점의 제 1 추정 포집량(H1)을 추정할 수 있다.
다음의 단계 4에서는, 회전 센서(23)로부터 엔진 회전수(N)를 판독한다. 단계 5에서는, 연료 분사 장치(14)로부터 분사되는 연료 분사량(F)을 판독한다. 또한, 연료 분사량(F)은, 예를 들면, 엔진(10)의 흡기측에 설치된 도시하지 않은 공기유량계로부터 검출되는 흡입 공기량과 엔진 회전수(N)로부터 구할 수 있다. 또한, 연료 분사량(F)은, 예를 들면 컨트롤러(29)로부터 연료 분사 장치(14)에 출력되는 제어 신호(연료 분사 지령)로부터 산출할 수도 있다. 단계 6에서는, 배기 온도 센서(26)로부터 배기 가스 온도(GT)를 판독한다.
단계 7은, 엔진 회전수(N), 연료 분사량(F) 및 배기 가스 온도(GT)에 기초하여, 필터(21)에 포집되는 입자상 물질의 포집량, 즉, 제 2 추정 포집량(H2)를 추정(산출)한다. 이 제 2 추정 포집량(H2)은, 컨트롤러(29)의 메모리(29A)에 저장된 제 2 맵과 계산식을 이용하여 추정할 수 있다.
즉, 엔진 회전수(N)와 연료 분사량(F)으로부터 전술의 제 2 맵을 이용하여 단위시간당 배출량을 구함과 함께, 그 배출량을 적산함으로써, 운전 개시부터 현 시점까지의 합계의 배출량(Hm)을 구한다. 구체적으로는, 현 시점에서의 제 2 추정 포집량(H2)은, 상술한 수학식 2에 기초하여, 합계의 배출량(Hm)으로부터, 현 시점까지의 재생 처리에 의해 제거된 입자상 물질의 양(재생량) J를 뺌으로써 추정할 수 있다.
다음의 단계 8에서는, 엔진(10)이 저회전 상태에 있는지 여부를 판정한다. 즉, 도 5에 나타낸 바와 같이, 엔진(10)이 저회전 상태에 있는 경우에는, 배기 유량이 적어지는 것과, 차압(ΔP)이 작아지는 것이 함께 합쳐져, 제 1 추정 포집량(H1)이 실제의 포집량에 대하여 과대한 값으로서 추정(연산)될 우려가 있다. 그래서, 단계 8에서는, 제 1 연산 수단에 의한 제 1 추정 포집량(H1)을 이용해도 될지 여부(제 1 추정 포집량(H1)을 유효로 할지 또는 무효로 할지)를 판정한다. 이 경우, 엔진이 저회전 상태인지 여부(제 1 추정 포집량(H1)을 유효로 할지 또는 무효로 할지)는, 필터(21)의 차압(ΔP)에 의해 판정한다. 구체적으로는, 단계 8에서는, 필터(21)의 차압(ΔP)이 소정의 값(ΔPa1)보다 큰지 여부를 판정한다.
또한, 소정의 값(ΔPa1)은, 엔진(10)이 소정의 저회전 상태에 있는지 여부의 경계값이 되는 것이다. 즉, 그 이상 엔진(10)의 회전수(N)가 낮아지면 제 1 추정 포집량(H1)의 정밀도의 저하를 허용할 수 없게 되는 회전수를 N1이라고 하면, 이 회전수(N1)에 대응하는 차압의 값(ΔPa1)으로서 설정되는 것이다. 소정의 값(ΔPa1)은, 제 1 추정 포집량(H1)의 정밀도가 저하되는 것에 기인하는 불필요한 재생 처리(자동 재생, 수동 재생, 과퇴적의 통지)를 억제할 수 있는 경계값(판정값)이 되도록, 미리 실험, 계산, 시뮬레이션 등에 의해 구하여, 컨트롤러(29)의 메모리(29A)에 저장해 둔다.
단계 8에서, 「YES」, 즉, 필터(21)의 차압(ΔP)이 소정의 값(ΔPa1)보다 크다(엔진(10)이 저회전 상태는 아니다)고 판정된 경우에는, 제 1 연산 수단에 의한 제 1 추정 포집량(H1)을 유효로 하여 재생 처리의 판정을 행할 수 있다. 그래서, 단계 9로 진행되어, 제 1 추정 포집량(H1)과 제 2 추정 포집량(H2)의 양방(兩方)을 이용한 처리를 행한다.
이 단계 9의 처리는, 도 7에 나타낸 바와 같이, 단계 11에서, 제 1 추정 포집량(H1) 및/또는 제 2 추정 포집량(H2)이 미리 설정한 자동 재생 역치 T1 이상인지 여부에 따라, 자동 재생을 행할지 여부의 판정을 행한다. 이 단계 11에서, 「NO」, 즉, 양방의 추정 포집량(H1, H2)이 자동 재생 역치 T1보다 작다고 판정된 경우에는, 필터(21)에 재생이 필요한 만큼 입자상 물질이 포집되어 있지 않다(필터(21)가 막혀 있지 않다)고 생각된다. 이 경우에는, 도 7의 리턴, 도 6의 리턴을 거쳐, 도 6의 개시로 되돌아가, 단계 1 이후의 처리를 반복한다.
한편, 단계 11에서, 「YES」, 즉, 적어도 어느 일방의 추정 포집량(H1, H2)이 자동 재생 역치 T1 이상이라고 판정된 경우에는, 필터(21)에 재생이 필요한 만큼 내지 그 이상의 입자상 물질이 포집되어 있다고 생각된다. 그래서, 이 경우에는, 단계 12로 진행되어, 수동 재생을 행할지 여부의 판정을 행한다. 즉, 제 1 추정 포집량(H1) 및/또는 제 2 추정 포집량(H2)이 미리 설정한 수동 재생 역치 T2 이상인지 여부에 따라, 수동 재생을 행할지 여부의 판정을 행한다.
단계 12에서, 「NO」, 즉, 양방의 추정 포집량(H1, H2)이 수동 재생 역치 T2보다 작다고 판정된 경우에는, 필터(21)에 수동 재생이 필요한 만큼의 입자상 물질이 포집되어 있지 않다고 생각된다. 이 경우에는, 단계 13으로 진행되어, 자동 재생을 개시한다. 즉, 단계 13에서는, 컨트롤러(29)로부터 연료 분사 장치(14)에 포스트 분사한다는 취지의 제어 신호를 출력한다. 이에 의해, 엔진(10)으로부터의 배기 가스의 온도를 상승시키고, 필터(21)에 포집(퇴적)된 입자상 물질을 연소하여 제거한다.
이어서, 단계 14에서 자동 재생이 종료되었는지 여부, 즉, 필터(21)의 입자상 물질을 충분히 연소하여 제거하였는지 여부를 판정한다. 이 판정은, 예를 들면, 필터(21) 내의 입자상 물질의 양이 소정의 값 이하가 되었는지 여부에 의해 판정할 수 있다. 단계 14에서는, 필터(21) 내의 입자상 물질의 양이 소정의 값 이하가 될 때까지 자동 재생을 계속한다(포스트 분사를 계속한다). 소정값은, 필터(21)의 입자상 물질이 충분히 적어졌는지 여부의 경계값(판정값)이 되도록, 미리 실험, 계산, 시뮬레이션 등에 의해 구하여, 컨트롤러(29)의 메모리(29A)에 저장해 둔다. 소정값 이하가 되었는지 여부는, 예를 들면, 제 1 연산 수단에 의해 추정되는 추정 포집량(H1) 및/또는 제 2 연산 수단에 의해 추정되는 추정 포집량(H2)으로부터 판정할 수 있다. 단계 14에서, 「YES」, 즉, 필터(21) 내의 입자상 물질의 양이 소정의 값 이하가 되면, 자동 재생을 종료하고(포스트 분사를 종료하고), 도 7의 리턴, 도 6의 리턴을 거쳐, 도 6의 개시로 되돌아가, 단계 1 이후의 처리를 반복한다.
한편, 단계 12에서, 「YES」, 즉, 적어도 어느 일방의 추정 포집량(H1, H2)이 수동 재생 역치 T2 이상이라고 판정된 경우에는, 필터(21)에 수동 재생이 필요한 만큼 내지 그 이상의 입자상 물질이 포집되어 있다고 생각된다. 그래서, 이 경우에는, 단계 15로 진행되어, 필터(21)에 입자상 물질이 과잉으로 퇴적되어 있는지 여부의 판정을 행한다. 즉, 제 1 추정 포집량(H1) 및/또는 제 2 추정 포집량(H2)이 미리 설정한 과퇴적 역치 T3 이상인지 여부에 따라, 과퇴적 부조(不調)인지 여부의 판정을 행한다.
단계 15에서, 「NO」, 즉, 양방의 추정 포집량(H1, H2)이 과퇴적 역치 T3보다 작다고 판정된 경우에는, 필터(21)에 입자상 물질이 과잉으로 퇴적되어 있지 않다고 생각된다. 이 경우에는, 단계 16으로 진행되어, 수동 재생을 개시한다. 즉, 단계 16에서는, 컨트롤러(29)로부터 통지기(27)에 통지 신호를 출력하고, 오퍼레이터에 대하여, 수동으로 재생을 행하도록 통지한다.
다음의 단계 17에서는, 수동 재생이 종료되었는지 여부의 판정을 행한다. 이 판정은, 오퍼레이터가 수동 재생 스위치(28)를 조작하고, 이 조작에 기초하여, 컨트롤러(29)로부터 연료 분사 장치(14)에 포스트 분사한다는 취지의 제어 신호가 출력되었는지 여부를 판정한다. 이와 함께, 예를 들면, 필터(21) 내의 입자상 물질의 양이 소정의 값 이하가 되었는지 여부를 판정한다. 단계 17에서는, 필터(21) 내의 입자상 물질의 양이 소정의 값 이하가 될 때까지 수동 재생을 계속한다(포스트 분사를 계속한다). 소정값은, 필터(21)의 입자상 물질이 충분히 적어졌는지 여부의 경계값(판정값)이 되도록, 미리 실험, 계산, 시뮬레이션 등에 의해 구하여, 컨트롤러(29)의 메모리(29A)에 저장해 둔다. 소정값 이하가 되었는지 여부는, 예를 들면, 제 1 연산 수단에 의해 추정되는 추정 포집량(H1) 및/또는 제 2 연산 수단에 의해 추정되는 추정 포집량(H2)으로부터 판정할 수 있다. 단계 17에서, 「YES」, 즉, 필터(21) 내의 입자상 물질의 양이 소정의 값 이하가 되면, 수동 재생을 종료하고(포스트 분사를 종료하고), 도 7의 리턴, 도 6의 리턴을 거쳐, 도 6의 개시로 되돌아가, 단계 1 이후의 처리를 반복한다.
한편, 단계 15에서, 「YES」, 즉, 적어도 어느 일방의 추정 포집량(H1, H2)이 과퇴적 역치 T3 이상이라고 판정된 경우에는, 재생을 행하면 필터(21)가 용손되는 만큼 입자상 물질이 포집되어 있다고 생각된다. 그래서, 이 경우에는, 단계 18로 진행되어, 컨트롤러(29)로부터 통지기(27)에 통지 신호를 출력하고, 오퍼레이터에 대하여, 과퇴적 부조라는 취지를 통지한다. 이어서, 단계 19로 진행되어, 필요한 점검, 정비, 수리, 교환 등이 행해질 때까지 과퇴적 부조라는 취지를 통지함과 함께, 재생을 금지한다. 단계 19에서, 필요한 점검, 정비, 수리, 교환 등이 행해진다고 판정된 경우에는, 도 7의 리턴, 도 6의 리턴을 거쳐, 도 6의 개시로 되돌아가, 단계 1 이후의 처리를 반복한다.
한편, 도 6의 단계 8에서, 「NO」, 즉, 필터(21)의 차압(ΔP)이 소정의 값(ΔPa1) 이하(엔진(10)이 저회전 상태에 있다)라고 판정된 경우에는, 제 1 연산 수단에 의한 제 1 추정 포집량(H1)을 무효로 하여 재생 처리의 판정을 행한다. 즉, 이 경우에는, 단계 10으로 진행되어, 제 2 추정 포집량(H2)만을 이용한 처리를 행한다.
이 단계 10의 처리는, 도 8에 나타낸 단계 21∼단계 29의 처리가 된다. 상술한 도 7에 나타낸 처리에서는, 자동 재생의 판정(단계 11), 수동 재생의 판정(단계 12), 과퇴적의 판정(단계 15)을, 제 1 추정 포집량(H1)과 제 2 추정 포집량(H2)의 양방을 이용하여 행하는 것에 비하여, 도 8에 나타낸 처리에서는, 자동 재생의 판정(단계 21), 수동 재생의 판정(단계 22), 과퇴적의 판정(단계 25)을, 제 2 추정 포집량(H2)만을 이용하여 행한다. 이 점이 다른 것 이외에, 도 8에 나타낸 단계 21∼단계 29의 처리는, 도 7에 나타낸 단계 11∼단계 19의 처리와 마찬가지이기 때문에, 더 이상의 설명은 생략한다.
이렇게 하여, 제 1 실시 형태에 의하면, 단계 8의 처리에 의해, 엔진(10)이 소정의 저회전 상태에 있다고 판정된 경우, 즉, 필터(21)의 차압(ΔP)이 소정의 값(ΔPa1) 이하라고 판정된 경우에는, 단계 10으로 진행된다. 이 단계 10에서는, 제 1 추정 포집량(H1)을 이용하지 않고, 제 2 추정 포집량(H2)만을 이용하여 판정이 행해진다. 즉, 도 8에 나타낸 바와 같이, 단계 21의 자동 재생 판정과, 단계 22의 수동 재생 판정과, 단계 25의 과퇴적 판정이, 제 1 추정 포집량(H1)을 이용하지 않고, 제 2 추정 포집량(H2)만을 이용하여 행해진다.
환언하면, 단계 8에 의해, 엔진(10)이 저회전 상태에 있다(필터(21)의 차압(ΔP)이 소정의 값(ΔPa1) 이하이다)고 판정된 경우에는, 자동 재생 판정, 수동 재생 판정, 과퇴적 판정에 대하여, 정밀도가 저하될 우려가 있는 제 1 추정 포집량(H1)을 이용하지 않고 이 제 1 추정 포집량(H1)을 무효화하고, 제 2 추정 포집량(H2)만을 이용한다. 이 때문에, 제 1 추정 포집량(H1)의 정밀도가 저하되는 것에 기인하는 불필요한 자동 재생, 수동 재생, 과퇴적의 통지를 억제할 수 있다.
즉, 도 5 내에 2점쇄선의 특성선 32로 나타낸 바와 같이, 엔진(10)이 저회전 상태인 경우에, 배기 유량이 적어지는 것과, 차압(ΔP)이 작아지는 것이 함께 합쳐져, 제 1 추정 포집량(H1)이 과대한 값으로서 추정되더라도, 그 동안에는, 제 2 추정 포집량(H2)만을 판정에 이용한다. 이 때문에, 재생을 행할 필요가 없는데도 불구하고, 제 1 추정 포집량(H1)이 자동 재생 역치 T1, 수동 재생 역치 T2, 과퇴적 역치 T3을 초과하는 값으로서 추정됨으로써, 불필요한 재생이 행해지거나, 잘못된 과퇴적 부조의 통지가 행해지는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 연비의 향상, 내구성의 향상, 엔진 오일의 희석화(오일 딜루션)의 억제, 과퇴적의 통지의 신뢰성의 향상을 도모할 수 있다.
제 1 실시 형태에 의하면, 엔진(10)이 소정의 저회전 상태인지 여부를, 필터(21)의 차압(ΔP)에 의해 판정하는 구성으로 하고 있다. 이 때문에, 제 1 추정 포집량(H1)의 정밀도가 저하될 우려가 있는 엔진(10)의 저회전 상태인지 여부, 즉, 엔진(10)이 회전수(N1) 이하로 운전되고 있는지 여부를, 차압(ΔP)에 기초하여 안정적으로 판정할 수 있다.
또한, 제 1 실시 형태에서는, 도 6의 단계 1∼3의 처리가 본 발명의 구성 요건인 제 1 연산 수단의 구체예를 나타내고, 도 6의 단계 4∼7의 처리가 제 2 연산 수단의 구체예를 나타내고 있다. 또한, 도 6의 단계 8∼10의 처리(도 7의 단계 11∼19의 처리 및 도 8의 단계 21∼29의 처리를 포함한다)가 본 발명의 구성 요건인 재생 판정 수단의 구체예를 나타내고, 도 6의 단계 8과 단계 10의 처리가 저회전시 처리 수단의 구체예를 나타내고 있다.
다음으로, 도 9 및 도 10은 본 발명의 제 2 실시 형태를 나타내고 있다. 제 2 실시 형태의 특징은, 엔진이 소정의 저회전 상태에 있는 경우에는, 엔진이 소정의 저회전 상태가 된 시점에서의 제 1 연산 수단에 의한 제 1 추정 포집량(H1)을 이용하여 판정을 행하는 저회전시 처리 수단을 구비하는 구성으로 한 데에 있다. 또한, 제 2 실시 형태에서는, 상술한 제 1 실시 형태와 동일한 구성 요소에 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략하는 것으로 한다.
악세사리의 통전, 또는, 엔진(10)의 시동(이그니션 ON)에 의해, 컨트롤러(29)가 기동된다. 도 9의 처리 동작이 개시하면, 상술한 도 6의 단계 1∼단계 7과 마찬가지로, 제 1 추정 포집량(H1)과 제 2 추정 포집량(H2)이 추정(산출)되어, 상술한 도 6의 단계 8과 마찬가지로, 엔진(10)이 저회전 상태에 있는지 여부의 판정, 즉, 필터(21)의 차압(ΔP)이 소정의 값(ΔPa1)보다 큰지 여부의 판정이 행해진다.
단계 8에서, 「NO」, 즉, 필터(21)의 차압(ΔP)이 소정의 값(ΔPa1) 이하(엔진(10)이 저회전 상태에 있다)라고 판정된 경우는, 엔진(10)이 소정의 저회전 상태가 된 시점, 즉, 필터(21)의 차압(ΔP)이 소정의 값(ΔPa1) 이하가 된 시점에서의 제 1 연산 수단에 의한 제 1 추정 포집량(H1)을 이용하여 재생 처리(자동 재생, 수동 재생, 과퇴적의 통지)의 판정을 행한다. 즉, 이 경우에는, 단계 31로 진행되어, 단계 3에서 추정된 제 1 추정 포집량(H1)을, 필터(21)의 차압(ΔP)이 소정의 값(ΔPa1) 이하가 된 시점에서의 제 1 추정 포집량(H1)의 값으로 보정한다.
그리고, 이 보정된 제 1 추정 포집량(H1)과, 단계 7에서 추정된 제 2 추정 포집량(H2)을 이용하여, 계속되는 단계 9의 처리를 행한다. 또한, 단계 8에서, 「YES」, 즉, 필터(21)의 차압(ΔP)이 소정의 값(ΔPa1)보다 크다(엔진(10)이 저회전 상태는 아니다)고 판정된 경우에는, 단계 31을 거치지 않고, 단계 9로 진행된다.
단계 9의 처리는, 상술한 도 6의 단계 9(도 7의 단계 11∼19)의 처리와 마찬가지의 처리이다. 단계 8에서 「YES」라고 판정된 경우에는, 상술한 제 1 실시 형태의 단계 8에서 「YES」라고 판정된 경우와 마찬가지로, 단계 3에서 추정된 제 1 추정 포집량(H1)과 단계 7에서 추정된 제 2 추정 포집량(H2)을 이용한 처리가 행해진다. 이에 비하여, 단계 8에서 「NO」라고 판정된 경우에는, 단계 3에서 추정된 제 1 추정 포집량(H1)을 이용하지 않고, 단계 31에서 보정된 제 1 추정 포집량(H1)과 단계 7에서 추정된 제 2 추정 포집량(H2)을 이용한 처리가 행해진다.
제 2 실시 형태에 의하면, 단계 8의 처리에 의해, 엔진(10)이 소정의 저회전 상태에 있다고 판정된 경우, 즉, 필터(21)의 차압(ΔP)이 소정의 값(ΔPa1) 이하라고 판정된 경우에는, 단계 9의 처리가, 단계 31에서 보정된 제 1 추정 포집량(H1)과 단계 7에서 추정된 제 2 추정 포집량(H2)을 이용하여 행해진다. 구체적으로는, 단계 9의 처리에 대응하는 도 7의 처리의 단계 11의 자동 재생 판정과, 단계 12의 수동 재생 판정과, 단계 15의 과퇴적 판정이, 단계 31에서 보정된 제 1 추정 포집량(H1)과 단계 7에서 추정된 제 2 추정 포집량(H2)을 이용하여 행해진다. 환언하면, 단계 8에 의해, 엔진(10)이 저회전 상태에 있다(필터(21)의 차압(ΔP)이 소정의 값(ΔPa1) 이하이다)고 판정된 경우에는, 자동 재생 판정과 수동 재생 판정과 과퇴적 판정에, 정밀도가 저하될 우려가 있는 제 1 추정 포집량(H1)을 그대로 이용하지 않고, 단계 31에서 보정한 제 1 추정 포집량(H1), 즉, 엔진(10)이 저회전 상태가 된(필터(21)의 차압(ΔP)이 소정의 값(ΔPa1) 이하가 된) 시점에서의 제 1 추정 포집량(H1)을 이용한다.
도 10 내의 굵은 2점쇄선의 특성선 33은, 제 2 실시 형태에서 이용하는 보정된 제 1 추정 포집량(H1)을 나타내고 있다. 이 경우, 특성선 33은, 차압(ΔP)이 ΔPa1 이하가 된 시점(31A), 즉, 엔진(10)의 회전수(N)가 하이 아이들(NH)로부터 로우 아이들(NL)이 되는 과정에서 N1 이하가 된 시점(30A)의 제 1 추정 포집량(H1)을 나타내고 있다. 이와 같이 제 2 실시 형태에서는, 도 10 내에서 제 1 추정 포집량(H1)을 나타내고 있는 특성선 33에 의해, 시점(33A)에서의 값을 재생 처리에 이용하는 것이다. 도 10 내의 특성선 33은, 엔진(10)의 회전수(N)가 소정의 값(N1)보다 높은 상태로부터 소정의 값(N1) 이하가 되고, 다시 소정의 값(N1)보다 높은 상태가 될 때까지의 동안, 계속해서 재생 처리에 이용되는 것이다. 환언하면, 도 10 내의 특성선 33은, 차압(ΔP)이 소정의 값(ΔPa1)보다 높은 상태로부터 소정의 값(Pa1) 이하가 되고, 다시 소정의 값(Pa1)보다 높은 상태가 될 때까지의 동안, 계속해서 재생 처리에 이용되는 것이다.
이와 같이 특성선 33을 이용함으로써, 엔진(10)이 저회전 상태일 때에, 제 1 추정 포집량(H1)이 과대한 값으로서 추정되더라도, 그 동안에는, 엔진(10)이 저회전 상태가 된 시점(30A)(필터(21)의 차압(ΔP)이 소정의 값(ΔPa1) 이하가 된 시점(31A))에서의 제 1 추정 포집량(H1)(시점(33A)의 값)이 유지된다.
이 때문에, 제 2 실시 형태에서는, 특성선 33을 이용함으로써, 가느다란 2점쇄선의 특성선 32로 나타낸 바와 같은, 제 1 추정 포집량(H1)이 자동 재생 역치 T1, 수동 재생 역치 T2, 과퇴적 역치 T3을 초과하는 값으로서 추정되는 일이 없다. 이에 의해, 불필요한 재생이 행해지거나, 잘못된 과퇴적 부조의 통지가 행해지는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 연비의 향상, 내구성의 향상, 엔진 오일의 희석화(오일 딜루션)의 억제, 과퇴적 통지의 신뢰성의 향상을 도모할 수 있다.
또한, 제 2 실시 형태에서는, 도 9의 단계 1∼3의 처리가 본 발명의 구성 요건인 제 1 연산 수단의 구체예를 나타내고, 도 9의 단계 4∼7의 처리가 제 2 연산 수단의 구체예를 나타내고 있다. 또한, 도 9의 단계 8, 9, 31의 처리(도 7의 단계 11∼19의 처리를 포함한다)가 본 발명의 구성 요건인 재생 판정 수단의 구체예를 나타내고, 도 9의 단계 8과 단계 31과 이 단계 31에 이어지는 단계 9의 처리(도 7의 단계 11∼19의 처리를 포함한다)가 저회전시 처리 수단의 구체예를 나타내고 있다.
다음으로, 도 11은 본 발명의 제 3 실시 형태를 나타내고 있다. 제 3 실시 형태의 특징은, 엔진이 소정의 저회전 상태인지 여부를 당해 엔진의 회전수(N)에 의해 판정하는 구성으로 한 데에 있다. 또한, 제 3 실시 형태에서는, 상술한 제 1 실시 형태와 동일한 구성 요소에 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략하기로 한다.
도 11의 단계 41은, 상술한 제 1 실시 형태의 도 6의 단계 8 대신에, 제 3 실시 형태에서 이용한 것이다. 이 단계 41에서는, 엔진(10)이 저회전 상태에 있는지 여부를, 엔진(10)의 회전수(N)가 소정의 값(N1)보다 큰지 여부에 의해 판정한다. 또한, 소정의 값(N1)은, 그 이상 엔진(10)의 회전수(N)가 낮아지면 제 1 추정 포집량(H1)의 정밀도의 저하를 허용할 수 없게 되는 회전수로서 설정한다. 소정의 값(N1)은, 제 1 추정 포집량(H1)의 정밀도가 저하되는 것에 기인하는 불필요한 재생 처리(자동 재생, 수동 재생, 과퇴적의 통지)를 억제할 수 있는 경계값(판정값)이 되도록, 미리 실험, 계산, 시뮬레이션 등에 의해 구하여, 컨트롤러(29)의 메모리(29A)에 저장해 둔다.
제 3 실시 형태는, 상술한 바와 같은 단계 41에 의해 엔진(10)이 저회전 상태에 있는지 여부의 판정을 행하는 것으로, 그 기본적 작용에 대해서는, 상술한 제 1 실시 형태에 의한 것과 각별히 차이는 없다. 특히, 제 3 실시 형태에 의하면, 제 1 추정 포집량(H1)의 정밀도가 저하될 우려가 있는 엔진(10)의 저회전 상태를, 회전수(N)에 기초하여 안정적으로 판정할 수 있다.
또한, 제 3 실시 형태에서는, 도 11의 단계 1∼3의 처리가 본 발명의 구성 요건인 제 1 연산 수단의 구체예를 나타내고, 도 11의 단계 4∼7의 처리가 제 2 연산 수단의 구체예를 나타내고 있다. 또한, 도 11의 단계 41, 9, 10의 처리(도 7의 단계 11∼19의 처리 및 도 8의 단계 21∼29의 처리를 포함한다)가 본 발명의 구성 요건인 재생 판정 수단의 구체예를 나타내고, 도 11의 단계 41과 단계 10의 처리가 저회전시 처리 수단의 구체예를 나타내고 있다.
다음으로, 도 12는 본 발명의 제 4 실시 형태를 나타내고 있다. 제 4 실시 형태의 특징은, 엔진이 소정의 저회전 상태에 있는 경우에는, 엔진이 소정의 저회전 상태가 된 시점에서의 제 1 연산 수단에 의한 제 1 추정 포집량(H1)을 이용하여 판정을 행하는 저회전시 처리 수단을 구비함과 함께, 엔진이 소정의 저회전 상태인지 여부를 당해 엔진의 회전수(N)에 의해 판정하는 구성으로 한 데에 있다. 또한, 제 4 실시 형태에서는, 상술한 제 1 실시 형태, 제 2 실시 형태, 제 3 실시 형태와 동일한 구성 요소에 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략하기로 한다.
도 12의 단계 51은, 상술한 제 3 실시 형태의 도 11의 단계 41과 마찬가지의 처리를 행하는 것이다. 즉, 단계 51에서는, 엔진(10)이 저회전 상태에 있는지 여부를, 엔진(10)의 회전수(N)가 소정의 값(N1)보다 큰지 여부에 의해 판정한다.
도 12의 단계 52는, 상술한 제 2 실시 형태의 도 9의 단계 31과 마찬가지로, 단계 3에서 추정된 제 1 추정 포집량(H1)의 보정을 행하는 것이다. 이 경우, 도 9의 단계 31에서는, 전술의 도 10에 나타난 바와 같이, 필터(21)의 차압(ΔP)이 소정의 값(ΔPa1) 이하가 된 시점(31A)에서의 제 1 추정 포집량(H1)의 값(즉, 시점(33A)의 값)으로 보정하는 구성이다. 이에 비하여, 도 12의 단계 52에서는, 도 10에 나타난 바와 같이, 엔진(10)의 회전수(N)가 소정의 값(N1) 이하가 된 시점(30A)에서의 제 1 추정 포집량(H1)의 값(즉, 시점(33A)의 값)으로 보정하는 구성으로 하고 있다.
또한, 제 4 실시 형태에서는, 도 10에 나타낸 바와 같이, 소정의 값(N1)을, 1의 값으로서 설정하고 있지만, 예를 들면, 엔진(10)의 회전수(N)가 감소할 때(하이 아이들측으로부터 로우 아이들측으로 변화될 때)와 증대할 때(로우 아이들측으로부터 하이 아이들측으로 변화될 때)에 다른 판정값으로서 설정해도 된다. 이 점은, 제 3 실시 형태에서 이용한 소정의 값(N1)에 대해서도 마찬가지이다. 또, 제 1 실시 형태 및 제 2 실시 형태에서 이용한 차압(ΔP)의 소정의 값(ΔPa1)에 대해서도, 예를 들면, 엔진(10)의 회전수(N)가 감소할 때(차압(ΔP)이 감소할 때)와 증대할 때에 다른 판정값으로서 설정해도 된다.
제 4 실시 형태는, 엔진(10)이 소정의 저회전 상태에 있는지 여부를 당해 엔진(10)의 회전수(N)에 의해 판정함과 함께, 엔진(10)의 회전수(N)가 소정의 값(N1) 이하가 된 시점(30A)에서의 제 1 연산 수단에 의한 제 1 추정 포집량(H1), 즉, 시점(33A)의 값을 이용하여 재생 처리(자동 재생, 수동 재생, 과퇴적의 통지)의 판정을 행하는 것이다. 이 경우에, 제 1 추정 포집량(H1)은, 엔진(10)의 회전수(N)가 소정의 값(N1) 이하가 된 시점(30A)으로부터 다시 소정의 값(N1)보다 높아지는 시점(30B)까지의 동안, 시점(33A)의 값이 계속해서 이용된다. 이와 같은 제 4 실시 형태도, 상술한 제 1 실시 형태, 제 2 실시 형태, 제 3 실시 형태에 의한 것과 마찬가지의 작용, 효과를 얻을 수 있다.
또한, 제 4 실시 형태에서는, 도 12의 단계 1∼3의 처리가 본 발명의 구성 요건인 제 1 연산 수단의 구체예를 나타내고, 도 12의 단계 4∼7의 처리가 제 2 연산 수단의 구체예를 나타내고 있다. 또한, 도 12의 단계 51, 9, 52의 처리(도 7의 단계 11∼19의 처리를 포함한다)가 본 발명의 구성 요건인 재생 판정 수단의 구체예를 나타내고, 도 12의 단계 51과 단계 52와 이 단계 52에 이어지는 단계 9의 처리(도 7의 단계 11∼19의 처리를 포함한다)가 저회전시 처리 수단의 구체예를 나타내고 있다.
다음으로, 도 13은 본 발명의 제 5 실시 형태를 나타내고 있다. 제 5 실시 형태의 특징은, 자동 재생을, 포스트 분사가 아니라, 엔진의 흡기측에 설치한 흡기 스로틀 밸브와 배기측에 설치한 배기 스로틀 밸브 중 적어도 일방의 스로틀 밸브의 유로를 좁히는 방향으로 조작함으로써 행하는 구성으로 한 데에 있다. 또한, 제 5 실시 형태에서는, 상술한 제 1 실시 형태와 동일한 구성 요소에 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략하기로 한다.
도면 중, 41은 필터(21)에 포집된 입자상 물질을 연소시킴으로써 당해 필터(21)의 재생을 행하는 재생 장치이다. 재생 장치(41)는 연료 분사 장치(14), 흡기 스로틀 밸브(42), 배기 스로틀 밸브(43), 회전 센서(23), 압력 센서(24, 25), 배기 온도 센서(26), 통지기(27), 수동 재생 스위치(28) 및 컨트롤러(29)를 포함하여 구성되어 있다. 이 재생 장치(41)에 의해, 자동 재생을 행할 때에는, 흡기 스로틀 밸브(42)와 배기 스로틀 밸브(43) 중 적어도 일방의 스로틀 밸브의 유로를 좁히는 방향으로 조작함으로써 필터(21)에 퇴적한 입자상 물질을 연소하여 제거한다. 한편, 수동 재생을 행할 때에는, 통지기(27)로부터의 통지음 등을 받아, 오퍼레이터의 수동에 의해 연료 분사 장치(14)에 의해 포스트 분사를 행하고, 필터(21)에 퇴적한 입자상 물질을 연소하여 제거한다.
흡기 스로틀 밸브(42)는, 엔진(10)의 흡기관(11)측에 설치되고, 당해 흡기 스로틀 밸브(42)는, 필터(21)의 재생을 행하는 재생 장치(41)를 구성하고 있다. 여기서, 흡기 스로틀 밸브(42)는, 컨트롤러(29)로부터의 제어 신호에 의해 통상시에는 밸브 개방 상태(예를 들면, 연료 분사량(F)에 대응한 개도(開度), 또는 전개(全開) 상태)로 유지된다. 한편, 자동 재생을 행할 때에는, 컨트롤러(29)로부터의 제어 신호에 의해 흡기 스로틀 밸브(42)는 유로를 좁히는 방향으로 조작된다.
이에 의해, 흡기 스로틀 밸브(42)는, 공기와 연료의 공연비가 리치 경향이 되도록 흡입 공기량을 줄인다. 이 때, 엔진(10)의 연소실 내에서는, 공연비가 리치 경향이 된 연료를 연소시킴으로써, 배기관(12)측에 배출하는 배기 가스의 온도가 상승하고, 필터(21)에 포집된 입자상 물질을 연소하여 제거할 수 있다.
배기 스로틀 밸브(43)는, 엔진(10)의 배기관(12)측에 설치되고, 당해 배기 스로틀 밸브(43)도, 필터(21)의 재생을 행하는 재생 장치(41)를 구성하고 있다. 여기서, 배기 스로틀 밸브(43)는, 컨트롤러(29)로부터의 제어 신호에 의해 통상시에는 전개 상태로 유지된다. 한편, 자동 재생을 행할 때에는, 컨트롤러(29)로부터의 제어 신호에 의해 배기 스로틀 밸브(43)는 유로를 좁히는 방향으로 조작되어, 그 개도를 작게 좁히는 제어를 행한다.
이에 의해, 배기 스로틀 밸브(43)는, 배기관(12) 내를 흐르는 배기 가스의 유량을 줄여 엔진(10)에 배압을 부여하고, 엔진(10)의 부하를 증대시킨다. 이 때, 컨트롤러(29)는, 엔진(10)의 연료 분사 장치(14)에 의한 연료 분사량(F)을 상기 부하에 대응하여 증대시킨다. 그 결과, 배기 가스의 온도가 상승하여, 필터(21)에 포집된 입자상 물질을 연소하여 제거할 수 있다.
제 5 실시 형태는, 상술한 바와 같은 흡기 스로틀 밸브(42)와 배기 스로틀 밸브(43) 중 적어도 일방의 스로틀 밸브의 유로를 좁히는 방향으로 조작함으로써 자동 재생으로 행하는 것으로, 그 기본적 작용에 대해서는, 상술한 제 1 실시 형태에 의한 것과 각별한 차이는 없다.
특히, 제 5 실시 형태의 경우에는, 자동 재생을 흡기 스로틀 밸브(42)와 배기 스로틀 밸브(43) 중 적어도 일방의 스로틀 밸브의 유로를 좁히는 방향으로 조작함으로써 행하기 때문에, 자동 재생을 포스트 분사에 의해 행하는 경우와 비교하여 저온에서 행할 수 있다. 이에 의해, 필터(21)의 내구성을 향상할 수 있다.
또한, 상술한 각 실시 형태에서는, 컨트롤러(29)는, 자동 재생 판정, 수동 재생 판정 및 과퇴적 판정의 3개의 판정을 행하는 구성으로 한 경우를 예로 들어 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이것에 한정하는 것이 아니라, 예를 들면, 컨트롤러를, 자동 재생 판정과 수동 재생 판정의 2개의 판정을 행하는 구성으로 해도 된다. 이 경우에는, 도 7 내의 단계 15, 18, 19의 처리와 도 8의 단계 25, 28, 29를 생략함으로써 구성할 수 있다.
상술한 각 실시 형태에서는, 제 2 추정 포집량(H2)은, 엔진 회전수(N), 연료 분사량(F) 및 배기 가스 온도(GT)에 기초하여 추정하는 구성으로 한 경우를 예로 들어 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이것에 한정하는 것이 아니라, 예를 들면, 제 2 추정 포집량(H2)을, 엔진 회전 속도(N), 연료 분사량(F) 및 배기 가스 온도(GT)뿐만 아니라, 필터 등의 각 부분의 온도, 엔진 부하 등의 상태량(운전 상태를 나타내는 상태량) 등을 합쳐서 이용하여 행하는 구성으로 해도 된다.
상술한 각 실시 형태에서는, 배기 가스 정화 장치(18)를, 산화 촉매(20)와 필터(21)에 의해 구성한 경우를 예로 들어 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이것에 한정하는 것이 아니라, 예를 들면, 산화 촉매와 입자상 물질 제거 필터 외에, 요소(尿素) 분사 밸브, 선택 환원 촉매 장치 등을 조합하여 이용하는 구성으로 해도 된다.
또한, 전술한 각 실시 형태에서는, 배기 가스 정화 장치(18)를 소형의 유압 셔블(1)에 탑재한 경우를 예로 들어 설명하였다. 그러나, 본 발명에 의한 배기 가스 정화 장치를 구비한 건설 기계는 이것에 한정하는 것이 아니라, 예를 들면 중형 이상의 유압 셔블에 적용해도 된다. 또, 휠식의 하부 주행체를 구비한 유압 셔블, 휠 로더, 포크리프트, 유압 크레인 등의 건설 기계에도 널리 적용할 수 있는 것이다.
1: 유압 셔블(건설 기계)
2: 하부 주행체(차체)
4: 상부 선회체(차체)
10: 엔진
14: 연료 분사 장치
18: 배기 가스 정화 장치
21: 필터
22, 41: 재생 장치
24, 25: 압력 센서
26: 배기 온도 센서
27: 통지기
28: 수동 재생 스위치
29: 컨트롤러
30: 특성선(엔진 회전수(N)의 특성)
31: 특성선(차압(ΔP)의 특성)
32: 특성선(차압(ΔP) 저하시의 잘못된 제 1 추정 포집량(H1)의 특성)
33: 특성선(차압(ΔP)이 ΔPa1이 된 시점에서의 제 1 추정 포집량(H1)의 특성)
30A, 30B, 31A, 33A: 시점

Claims (6)

  1. 자주 가능한 차체(2, 4)와, 당해 차체(2, 4)에 탑재된 엔진(10)과, 당해 엔진(10)으로부터 배출되는 배기 가스 중의 입자상 물질을 포집하는 필터(21)를 갖고 상기 엔진(10)의 배기측에 설치되는 배기 가스 정화 장치(18)와, 당해 배기 가스 정화 장치(18)의 필터(21)에 포집되는 입자상 물질을 연소시킴으로써 당해 필터(21)의 재생을 행하는 재생 장치(22, 41)로 이루어지며,
    상기 재생 장치(22, 41)는, 상기 필터(21)에 포집되는 입자상 물질의 포집량을, 적어도 상기 필터(21)의 입구측의 압력(P1)과 출구측의 압력(P2)의 차인 차압(ΔP = P1 - P2)에 기초하여 추정하는 제 1 연산 수단과, 상기 필터(21)에 포집되는 입자상 물질의 포집량을, 적어도 상기 엔진(10)의 회전수(N)와 연료 분사량(F)과 배기 가스 온도(GT)에 기초하여 추정하는 제 2 연산 수단과, 상기 제 1 연산 수단에 의해 추정되는 제 1 추정 포집량(H1)과 상기 제 2 연산 수단에 의해 추정되는 제 2 추정 포집량(H2)을 이용하여 상기 재생을 행할지 여부의 판정을 행하는 재생 판정 수단을 갖고 이루어지는 건설 기계에 있어서,
    상기 재생 판정 수단은,
    상기 엔진(10)이 소정의 저회전 상태에 있는 경우에는, 상기 제 2 연산 수단에 의한 제 2 추정 포집량(H2)만을 이용하여 판정을 행하거나, 또는, 상기 엔진(10)이 소정의 저회전 상태가 된 시점에서의 상기 제 1 연산 수단에 의한 제 1 추정 포집량(H1)을 이용하여 판정을 행하는 저회전시 처리 수단을 구비하는 구성으로 하는 것을 특징으로 하는 건설 기계.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 재생 판정 수단은, 자동으로 재생을 행할지 여부를 판정하는 자동 재생 판정과, 오퍼레이터에 대하여 수동으로 재생을 행하도록 통지할지 여부를 판정하는 수동 재생 판정을 행하는 구성으로 하고,
    상기 저회전시 처리 수단은, 상기 엔진(10)이 소정의 저회전 상태에 있는 경우에는, 상기 자동 재생 판정과 수동 재생 판정을, 상기 제 2 연산 수단에 의한 제 2 추정 포집량(H2)만을 이용하여 행하거나, 또는, 상기 엔진(10)이 소정의 저회전 상태가 된 시점에서의 상기 제 1 연산 수단에 의한 제 1 추정 포집량(H1)을 이용하여 행하는 구성으로 하여 이루어지는 건설 기계.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 재생 판정 수단은, 자동으로 재생을 행할지 여부를 판정하는 자동 재생 판정과, 오퍼레이터에 대하여 수동으로 재생을 행하도록 통지할지 여부를 판정하는 수동 재생 판정과, 상기 필터(21)에 입자상 물질이 과잉으로 퇴적되어 있는지 여부를 판정하는 과퇴적 판정을 행하는 구성으로 하고,
    상기 저회전시 처리 수단은, 상기 엔진(10)이 소정의 저회전 상태에 있는 경우에는, 상기 자동 재생 판정과 수동 재생 판정과 과퇴적 판정을, 상기 제 2 연산 수단에 의한 제 2 추정 포집량(H2)만을 이용하여 행하거나, 또는, 상기 엔진(10)이 소정의 저회전 상태가 된 시점에서의 상기 제 1 연산 수단에 의한 제 1 추정 포집량(H1)을 이용하여 행하는 구성으로 하여 이루어지는 건설 기계.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 저회전시 처리 수단은, 상기 엔진(10)이 소정의 저회전 상태인지 여부를 상기 차압(ΔP)에 의해 판정하는 구성으로 하고,
    당해 차압(ΔP)이 소정의 값(ΔPa1) 이하인 경우에는, 상기 제 2 연산 수단에 의한 제 2 추정 포집량(H2)만을 이용하여 판정을 행하거나, 또는, 상기 차압(ΔP)이 소정의 값(ΔPa1) 이하가 된 시점에서의 상기 제 1 연산 수단에 의한 제 1 추정 포집량(H1)을 이용하여 판정을 행하는 구성으로 하여 이루어지는 건설 기계.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 저회전시 처리 수단은, 상기 엔진(10)이 소정의 저회전 상태인지 여부를 당해 엔진(10)의 회전수(N)에 의해 판정하는 구성으로 하고,
    당해 회전수(N)가 소정의 값(N1) 이하인 경우에는, 상기 제 2 연산 수단에 의한 제 2 추정 포집량(H2)만을 이용하여 판정을 행하거나, 또는, 상기 회전수(N)가 소정의 값(N1) 이하가 된 시점에서의 상기 제 1 연산 수단에 의한 제 1 추정 포집량(H1)을 이용하여 판정을 행하는 구성으로 하여 이루어지는 건설 기계.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 엔진(10)이 소정의 저회전 상태에 있는 경우는, 당해 엔진(10)의 회전수(N)가 소정의 값(N1)보다 높은 상태로부터 소정의 값(N1) 이하가 되고, 다시 소정의 값(N1)보다 높은 상태가 될 때까지의 동안이고,
    상기 엔진(10)이 소정의 저회전 상태가 된 시점은, 당해 엔진(10)의 회전수(N)가 소정의 값(N1) 이하가 된 시점(30A)이며,
    상기 제 1 연산 수단에 의한 제 1 추정 포집량(H1)은, 상기 엔진(10)의 회전수(N)가 소정의 값(N1) 이하가 된 시점(30A)으로부터 다시 소정의 값(N1)보다 높아지는 시점(30B)까지의 동안에는, 상기 시점(30A)에서의 값을 계속해서 이용하는 구성으로 하여 이루어지는 건설 기계.
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