WO2011016454A1

WO2011016454A1 - ディーゼル機関における排気ガス浄化装置

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Publication number: WO2011016454A1
Application number: PCT/JP2010/063109
Authority: WO
Inventors: 義彰関
Original assignee: ヤンマー株式会社
Priority date: 2009-08-04
Filing date: 2010-08-03
Publication date: 2011-02-10
Also published as: JP2011032975A

Abstract

　ディーゼル機関５における排気ガス浄化用のフィルタ手段５０において、その再生制御を、前記ディーゼル機関にエンストの発生を招来することなく確実に実行することを課題とする。本願発明は、ディーゼル機関にて駆動の油圧負荷機構１０１と、この油圧負荷機構の作動油圧を増加する状態と作動油圧の増加を解除する状態とに切換作動する強制作動弁手段１０４とを備え、前記フィルタ手段に詰まりが発生したとき、前記強制作動弁手段は、前記油圧負荷機構の作動油圧を増加して、前記ディーゼル機関におけるエンジン負荷を増大させることによってフィルタ手段の再生を実行する構成であり、更に、前記エンジン負荷が最高エンジン負荷よりも低い側に設定した上限エンジン負荷を越えたときに、前記油圧負荷機構における作動油圧の増加を解除する状態に切換作動する構成である。

Description

ディーゼル機関における排気ガス浄化装置

　本発明は、例えばトラクタやコンバインを含む走行型の農作業車両、バックホウ等の建設機械といった走行車両に、その動力源として搭載されるディーゼル機関において、その排気ガスを浄化処理するための排気ガス浄化装置に関するものである。

　一般に、走行車両に動力源として搭載される等のディーゼル機関においては、その排気ガスを浄化するために、パティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタと称する）を用いて排気ガス中の粒子状物質（以下、単にＰＭと称する）等を捕集することが行われていることは周知のとおりであり、この場合、前記フィルタにて捕集されたＰＭが所定量を超えると、フィルタ内の流通抵抗が増大し、排気抵抗が増大することによって、エンジン出力の低下をもたらすため、フィルタに堆積したＰＭを除去して、フィルタのＰＭ捕集能力を回復させる（フィルタを再生させる）ことが必要である。

　このフィルタの再生は、排気ガスの温度が高いときに行なわれる。先行技術としての特許文献１においては、ディーゼル機関からの排気経路のうち前記フィルタよりも上流側（ディーゼル機関側）の部位に電熱式のヒータを設けることにより、このヒータにて排気ガスの温度を上昇させることが開示されている。

特開２００１－２８０１２１号公報

　しかし、特許文献１の構成では、排気ガスの温度を上昇することのために専用のヒータを必要とするから、部品点数が嵩み、コスト上昇の一因になるという問題があった。また、ヒータによる排気ガスの加熱が局部的とならざるを得ず、排気ガスを一様に加熱できないから、排気ガスを均一に浄化できないばかりか、ヒータに近接する酸化触媒付きフィルタの温度も不均一になって、酸化触媒付きフィルタに割れ等の損傷が発生するおそれが高いという問題もあった。

　本発明は、ディーゼル機関における排気ガスの温度は、このディーゼル機関が受け持つエンジン負荷に比例して高くなることを利用して、前記ディーゼル機関に運転停止（エンスト）等を招来することなく、前記した問題を解消した排気ガス浄化装置を提供することを技術的課題とするものである。

　この技術的課題を達成するため請求項１は、
「ディーゼル機関からの排気経路に配置された排気ガス浄化用のフィルタ手段と、前記ディーゼル機関にて駆動される油圧負荷機構と、この油圧負荷機構における作動油圧を増加する状態と作動油圧の増加を解除する状態とに切換作動するようにした強制作動弁手段とを備え、前記フィルタ手段に詰まりが発生したとき、前記強制作動弁手段にて前記油圧負荷機構における作動油圧を増加することによって、前記ディーゼル機関が受け持つエンジン負荷を増大させて、前記フィルタ手段を再生するように構成されており、更に、前記強制作動弁手段は、前記エンジン負荷が、当該エンジン負荷のうち最高エンジン負荷よりも低い側に設定した上限エンジン負荷を越えたときに、前記油圧負荷機構における作動油圧の増加を解除する状態に切換作動する構成である。」
ことを特徴としている。

　また、請求項２は、
「前記請求項１の記載において、前記強制作動弁手段は、適宜時間を経過してから切換作動する構成である。」
ことを特徴としている。

　更にまた、請求項３は、
「前記請求項１又は２の記載において、前記上限エンジン負荷は、前記ディーゼル機関に運転停止が発生しない状態にまで前記最高エンジン負荷に近づけた値に設定されている。」
ことを特徴としている。

　請求項１によると、ディーゼル機関からの排気ガスに対するフィルタ手段に詰まりが発生すると、強制作動弁手段にて前記油圧負荷機構における作動油圧が増加されることにより、前記ディーゼル機関が受け持つエンジン負荷が増大され、排気ガスの温度が高くなるから、前記フィルタ手段の再生を行なうことができる。

　この場合、前記強制作動弁手段は、前記エンジン負荷が、当該エンジン負荷のうち最高エンジン負荷よりも低い側に設定した上限エンジン負荷を越えたときに、前記油圧負荷機構における作動油圧の増加を解除するように構成されていることにより、前記強制作動弁手段によるエンジン負荷の増加を、前記上限エンジン負荷を越えることがないように規制することができるから、前記強制作動弁手段によるエンジン負荷の増加によって、ディーゼル機関に運転停止（エンスト）が発生することを確実に回避できる。

　その一方において、前記強制作動弁手段は、前記エンジン負荷が、当該エンジン負荷のうち最高エンジン負荷よりも低い側に設定した上限エンジン負荷を越えたときに、前記油圧負荷機構における作動油圧の増加を解除するように構成されていることにより、前記フィルタ手段を再生しているときにおける排気ガスの温度を、ディーゼル機関における最高エンジン負荷のときにおける最高の排気ガス温度に近づけることができるから、前記フィルタ手段における再生を、短い時間で達成できる。

　また、請求項２によると、前記強制作動弁手段における切換作動の回数を少なくできるから、前記強制作動弁手段の耐久性を向上できる利点がある。

　特に、請求項３によると、排気ガスの温度をより高くすることができるから、再生に要する時間を一層に短縮できる。

第１実施形態におけるトラクタの側面図である。トラクタの平面図である。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。トラクタの油圧負荷機構における回路図である。電子ガバナコントローラの機能ブロック図である。エンジンにおけるエンジン負荷とエンジン回転数との関係を示す図である。フィルタ再生制御のフローチャートである。強制作動弁手段の第２例を示す機能ブロック図である。強制作動弁手段の第３例を示す機能ブロック図である。強制作動弁手段の第４例を示す機能ブロック図である。第２実施形態におけるバックホウの側面図である。バックホウの平面図である。

　以下に、本発明を具体化した実施形態を、走行車両の一例としてのトラクタやバックホウに適用した場合の図面（図１～図１２）に基づいて説明する。

　（１）．トラクタの概要
　先ず、図１及び図２を参照しながら、第１実施形態であるトラクタ１の概要について説明する。

　前記トラクタ１の走行機体２は、走行部としての左右一対の前車輪３と同じく左右一対の後車輪４とで支持されている。このトラクタ１は、走行機体２の前部に搭載したディーゼル機関５にて後車輪４及び前車輪３を駆動することにより、前後進走行するように構成されている。

　前記ディーゼル機関５はボンネット６にて覆われており、このディーゼル機関５はその下面側に、当該ディーゼル機関５内のクランク軸（図示省略）等を潤滑する潤滑油を貯留するためのオイルパン１０が設けられている。

　前記走行機体２の上面にはキャビン７が設置され、該キャビン７の内部には、操縦座席８と、かじ取りすることによって前車輪３の操向方向を左右に動かすようにしたパワーステアリングによる操縦ハンドル（丸ハンドル）９とが配置されている。キャビン７の底部より下側には、ディーゼル機関５に燃料を供給する燃料タンク１１が設けられている。

　前記キャビン７内の操縦ハンドル９は、操縦座席８の前方に立設されたステアリングコラム２５上に設けられている。ステアリングコラム２５の右側には、前記ディーゼル機関５の出力回転数を設定保持するスロットルレバー３０と、走行機体２を制動操作するための左右一対のブレーキペダル３１とが配置されている。

　前記ステアリングコラム２５の左側には、走行機体２の進行方向を前進と後進とに切り換え操作するための前後進切換レバー３２と、メインクラッチ（図示省略）を切り作動させるためのクラッチペダル３３とが配置されている。また、前記ステアリングコラム２５の背面側には、左右ブレーキペダル３１を踏み込み位置に保持するための駐車ブレーキレバー３４が配置されている。

　前記キャビン７内の床板２８のうちステアリングコラム２５の右側には、スロットルレバー３０にて設定されたエンジン回転数を、図６に示すように、最低のアイドル回転数Ｒｏと最高回数Ｒｘとの範囲内で増減速させるためのアクセルペダル３５が配置されている。

　前記操縦座席８の左側には、後述するミッションケース１７からの走行出力を低速と高速とに切り換えるための副変速レバー４０と、後述するＰＴＯ軸２３の駆動速度を切り換え操作するためのＰＴＯ変速レバー３６とが配置されている。また、前記操縦座席８の右側には、変速操作用の主変速レバー３８と、後述するロータリ耕耘機１５の高さ位置を手動で変更調節するための作業部ポジションレバー３９とが配置されている。操縦座席８の下方には、左右の後車輪４を等速で回転駆動させる操作を実行するためのデフロックペダル３７が配置されている。

　一方、前記走行機体２は、フロントバンパ１２及び前車軸ケース１３を有するエンジンフレーム１４と、このエンジンフレーム１４の後部にボルトにて着脱自在に固定する左右の機体フレーム１６とにより構成されている。この機体フレーム１６の後部には、前記ディーゼル機関５からの回転動力を適宜変速して前後四輪３、３、４、４に伝達するミッションケース１７が搭載されている。この後車輪４は、ミッションケース１７の外側面から外向きに突出するように装着された後車軸ケース１８を介して、ミッションケース１７に取り付けられている。左右の後車輪４の上方は、機体フレーム１６に固定されたフェンダ１９にて覆われている。

　前記ミッションケース１７の後部上面には、作業部としてのロータリ耕耘機１５等を昇降動させるための油圧式昇降機構２０が着脱可能に取り付けられている。前記ロータリ耕耘機１５は、前記ミッションケース１７の後部に、一対の左右ロワーリンク２１及びトップリンク２２からなる３点リンク機構を介して連結されている。ミッションケース１７の後側面には、ロータリ耕耘機１５にＰＴＯ駆動力を伝達するためのＰＴＯ軸２３が後ろ向きに突設されている。

　前記油圧式昇降機構２０には、単動形の昇降制御油圧シリンダ９５（図４参照）にて上下回動可能な一対の左右リフトアーム９６が設置されている。進行方向に向かって左側のロワーリンク２１とリフトアーム９６とは、左リフトロッド９７を介して連結されている。進行方向に向かって右側のロワーリンク２１とリフトアーム９６とは、右リフトロッドとしての複動形の傾斜制御油圧シリンダ９８及びそのピストンロッド９９を介して連結されている。

　（２）．ディーゼル機関及びその周辺の構造
　次に、図３～図５を参照しながら、前記ディーゼル機関５及びその周辺の構造について説明する。

　前記トラクタ１において、その動力源としての前記ディーゼル機関５は、上面にシリンダヘッド４１が締結されたシリンダブロック（図示省略）を備えており、シリンダブロックの下面に潤滑油貯留用のオイルパン１０が締結されている。シリンダヘッド４１の一側面には吸気マニホールド４２が接続されており、他側面には排気マニホールド４３が接続されている。

　シリンダブロックの側面のうち吸気マニホールド４２の下方には、ディーゼル機関５の各燃焼室（副室）内に燃料を送り込むための燃料噴射ポンプ４４（図５参照）が設けられている。詳細は図示していないが、吸気マニホールド４２の上流側には吸気管４５を介してエアクリーナが取り付けられている。

　この場合、エアクリーナにて一旦ろ過された空気が、吸気管４５及び吸気マニホールド４２を介して、ディーゼル機関５の各気筒内（吸気行程の気筒内）に導入される。そして、各気筒の圧縮行程完了時に、燃料タンク１１から吸い上げられた燃料を燃料噴射ポンプ４４にて各燃焼室（副室）内に圧送することにより、各燃焼室にて混合気の自己着火燃焼に伴う膨張行程が行われる。

　前記排気マニホールド４３の先端側には、排気管４６を介して、フィルタ手段の一例であるパティキュレートフィルタ５０（以下、単にフィルタ手段と称する）が接続されている。膨張行程後の排気行程において各気筒から排気マニホールド４３に排出された排気ガスは、排気管４６及び前記フィルタ手段５０を経由して浄化処理をされてから外部に放出される。

　前記ディーゼル機関５は、以下に述べるように、トラクタ１に搭載したコントローラ８０にて制御される。

　すなわち、このコントローラ８０には、燃料供給装置である燃料噴射ポンプ４４に設けられた電子ガバナ８７と、ディーゼル機関５におけるエンジン回転数Ｒを検出する回転センサ８８と、燃料噴射ポンプ４４のラック位置から燃料噴射量を検出する負荷検出手段としてのラック位置センサ８９と、スロットルレバー３０の操作位置を検出するスロットルポテンショ９０とが接続されている。

　前記スロットルレバー３０を手動操作すると、コントローラ８０は、エンジン回転数Ｒがスロットルレバー３０による設定回転数となるように、スロットルポテンショ９０の検出情報に基づいてラック駆動用の電磁ソレノイド（図示省略）を駆動させ、燃料噴射ポンプ４４のラック位置を調節する。

　このため、前記ディーゼル機関５におけるエンジン回転数Ｒはスロットルレバー３０の位置に応じた値に保持されるように自動制御される。

　一方、前記フィルタ手段５０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り、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、例えば白金等の酸化触媒５３とフィルタ本体５４とを直列に並べて収容してなるものである。

　前記フィルタ本体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。

　前記ケーシング５１の一端部の側面には、排気管４６に連通する排気導入口５５が設けられている。前記ケーシング５１の一端部は第１底板５６にて塞がれており、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が酸化触媒５３及びフィルタ本体５４の周囲を囲うように充填されている。

　前記ケーシング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。

　前記ケーシング５１の一端部における側面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。この排気ガス導入管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。

　前記蓋体６７には、フィルタ本体５４の詰まり状態を検出する詰まり検出手段の一例として、圧力センサ６８が設けられている。圧力センサ６８は、例えばピエゾ抵抗効果を利用した周知構造のものでよい。この場合は、フィルタ本体５４にＰＭが堆積していないとき（フィルタ５０が新品のとき）におけるフィルタ５０上流側の圧力Ｐｓ（基準圧力値）を、後述するコントローラ８０のＲＯＭ８２等に予め記憶させておき、同じ測定箇所における現在の圧力Ｐを圧力センサ６８にて検出し、基準圧力値Ｐｓと圧力センサ６８の検出値Ｐとの圧力差ΔＰを求め、当該圧力差ΔＰに基づいてフィルタ本体５４のＰＭ堆積量が換算（推定）される。

　なお、ディーゼル機関５の排気経路のうちフィルタ５０を挟んで上下流側に、それぞれ圧力センサを配置し、両者の検出値の差からフィルタ本体５４のＰＭ堆積量を換算（推定）するようにしてもよい。

　上記の構成において、ディーゼル機関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、酸化触媒５３からフィルタ本体５４の順に通過して浄化処理される。排気ガス中のＰＭは、この段階でフィルタ本体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、酸化触媒５３及びフィルタ本体５４を通過した排気ガスが排気排出口６１から放出される。

　前記排気ガスが酸化触媒５３及びフィルタ本体５４を通過するに際して、排気ガス温度が再生可能温度（例えば約３００℃）を超えていれば、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、フィルタ本体５４に堆積したＰＭが酸化除去されることにより、フィルタ本体５４のＰＭ捕集能力が回復する（フィルタ本体５４が再生する）ことになる。

　前記ディーゼル機関５における動力は、トラクタ１の走行することのためにミッションケース１７に出力されるほか、前記作業部としてのロータリ耕耘機１５及びパワーステアリング機構にも出力されることに加えて、後述する油圧負荷機構に対しても、勿論前記以外の機構に対しても出力される。

　この油圧負荷機構の一例として、ディーゼル機関５における出力軸２４の回転動力にて駆動する作業部用油圧ポンプ１０１及びパイロットポンプ１０２が設けられている。

　この作業部用油圧ポンプ１０１は、油圧式昇降機構２０内にある昇降制御油圧シリンダ９５や傾斜制御油圧シリンダ９８に作動油を供給するためのものである。

　一方、パイロットポンプ１０２は、後述する切換電磁弁１０６にパイロット圧を付加するためのものである。

　両ポンプ１０１、１０２にはディーゼル機関５から突出した油圧駆動軸２４が貫通しており、両ポンプ１０１、１０２は油圧駆動軸２４の回転にて駆動するように構成されている。すなわち、両ポンプ１０１、１０２を駆動させる油圧駆動軸２４は共通する１本の軸になっている。

　前記作業部用油圧ポンプ１０１の吸引側は、作動油タンクとしてのミッションケース１７に接続されている。この作業部用油圧ポンプ１０１の吐出側は、後述する背圧機構１０５付きの圧力調整弁１０４を介して作業部油圧回路１０３に接続されている。

　一方、前記パイロットポンプ１０２の吸引側は、作動油タンクとしてのミッションケース１７に接続されている。パイロットポンプ１０２の吐出側は、切換電磁弁１０６のポンプ側第１ポート１０６ａに接続されている。

　前記圧力調整弁１０４は、作業部油圧回路１０３側の圧力・流量を一定に保持し、作業部用油圧ポンプ１０１の吐出側の圧力を２段階に切り換えるためのものであり、背圧機構１０５におけるピストン１０５ｂを介してのバネ１０５ｃの弾性力にて、作業部用油圧ポンプ１０１側で圧力上昇のない通常状態と、作業部用油圧ポンプ１０１側の圧力を所定圧だけ増大させる高圧状態とに切換作動するように構成されている。

　前記切換電磁弁１０６は、パイロットポンプ１０２からのパイロット圧を圧力調整弁１０４の背圧機構１０５に付加する３ポート２位置切換形のものであり、後述するコントローラ８０からの制御情報に基づく電磁ソレノイド１０７の励磁にて、背圧機構１０５の背圧室１０５ａへのパイロット圧付加状態と、背圧室１０５ａからのパイロット圧排出状態とに切換駆動するように構成されている。

　前述の通り、切換電磁弁１０６のポンプ側第１ポート１０６ａはパイロットポンプ１０２の吐出側に接続されている。切換電磁弁１０６のポンプ側第２ポート１０６ｂは作動油タンクとしてのミッションケース１７に接続されている。切換電磁弁１０６の背圧側ポート１０６ｃは背圧機構１０５の背圧室１０５ａに接続されている。

　前記切換電磁弁１０６がパイロット圧付加状態に切換駆動すると、パイロットポンプ１０２から切換電磁弁１０６を経由した作動油が背圧機構１０５の背圧室１０５ａに流入して、ピストン１０５ｂを介してバネ１０５ｃを圧縮することにより、圧力調整弁１０４が作業部用油圧ポンプ１０１側の圧力を所定圧だけ増大させる高圧状態に切換作動する。

　そうすると、圧力調整弁１０４の作用にて、作業部用油圧ポンプ１０１の吐出圧力（作動量又は負荷といってもよい）が増大し、これに伴い前記ディーゼル機関５が全体として受け持つエンジン負荷は、これに走行駆動のためのエンジン負荷、ロータリ耕耘機１５を駆動するためのエンジン負荷、及びパワーステアリングを駆動するためのエンジン負荷の合計に、前記作業部用油圧ポンプ１０１側の吐出圧力を所定圧だけ増大させた分のエンジン負荷が加算されることにより、前記作業部用油圧ポンプ１０１側の吐出圧力を所定圧だけ増大した分だけ増加する。

　その結果、スロットルレバー３０による設定回転数維持のために、前記ディーゼル機関５が受け持つエンジン負荷（燃料噴射量）が増大して、排気ガス温度が上昇することになる。

　前記切換電磁弁１０６がパイロット圧排出状態に切換作動すると、背圧機構１０５の背圧室１０５ａから作動油が流出して、バネ１０５ｃが自身の弾性復元力にて伸長することにより、圧力調整弁１０４の作用にて作業部用油圧ポンプ１０１の吐出圧力が通常状態まで低下し、これに伴い前記ディーゼル機関５が受け持つエンジン負荷が低減することになる。

　この場合、作業部油圧回路１０３側へは、圧力調整弁１０４のない場合とほぼ同じ圧力及び流量の作動油が供給されるため、圧力調整弁１０４の存在に起因した作業部油圧回路１０３への影響は最小限に抑えられることになる。

　前記圧力調整弁１０４と切換電磁弁１０６との組合せは、強制作動弁手段に相当するものである。なお、切換電磁弁１０６は通常（コントローラ８０からの制御情報がないとき）、作業部用油圧ポンプ１０１と作業部油圧回路１０３との間での作動油の循環供給をスムーズに行うために、パイロット圧排出状態になっている。従って、圧力調整弁１０４は普段、作業部用油圧ポンプ１０１側で圧力上昇のない通常状態になっている。

　図４に詳細に示すように、前記作業部油圧回路１０３は、単動形の昇降制御油圧シリンダ９５と複動形の傾斜制御油圧シリンダ９８とを備えており、作業部用油圧ポンプ１０１は、昇降制御油圧シリンダ９５への作動油の供給を制御するための昇降用油圧切換弁１１１と、傾斜制御油圧シリンダ９８に作動油を供給制御するための傾斜制御電磁弁１１２とに、分流弁１１３を介して接続されている。

　前記昇降用油圧切換弁１１１は、作業部ポジションレバー３９の手動操作にて切換作動可能に構成されている。傾斜制御電磁弁１１２は、油圧式昇降機構２０の上面に配置されたローリングセンサ（図示省略）及び作業部ポジションセンサ（図示省略）の検出情報に対応した電磁ソレノイドの駆動にて自動的に切換作動するように構成されている。

　前記作業部ポジションレバー３９の手動操作にて昇降用油圧切換弁１１１が切換作動すると、昇降制御油圧シリンダ９５が伸縮駆動して、左右リフトアーム９６を昇降回動させる。その結果、左右ロワーリンク２１を介してロータリ耕耘機１５が昇降動することになる。

　また、ローリングセンサ及び作業機ポジションセンサの検出情報に基づいて傾斜制御電磁弁１１２が自動的に切換作動すると、傾斜制御油圧シリンダ９８が伸縮駆動して、ピストンロッド９９の長さが変化する。その結果、左右ロワーリンク２１を介してロータリ耕耘機１５が左右に傾斜することになる。なお、作業部油圧回路１０３には、リリーフ弁や流量調整弁、チェック弁等も備えている（図４参照）。

　（３）．フィルタ再生制御を実行するための構成
　次に、図３、図５及び図６を参照しながら、フィルタ再生制御を実行するための構成について説明する。

　前記トラクタ１に搭載された制御手段としてのコントローラ８０は、前記したようにディーゼル機関５を制御するほか、フィルタ５０における圧力センサ６８の検出情報に基づいて、前記強制作動弁手段における圧力調整弁１０４の圧力調整にて、作業部用油圧ポンプ１０１の吐出圧力を増大させることにより、ディーゼル機関５が受け持つエンジン負荷Ｌを増大させるフィルタ再生制御を実行するものであり、各種演算処理や制御を実行するＣＰＵ８１の他、制御プログラムやデータを記憶させるためのＲＯＭ８２、制御プログラムやデータを一時的に記憶させるためのＲＡＭ８３、及び入出力インターフェイス等を備えている。

　このコントローラ８０には、詰まり検出手段としての圧力センサ６８と、切換電磁弁１０６の駆動を制御する電磁ソレノイド１０７とが接続されている。

　（４）．フィルタ再生制御の説明
　次に、図６及び図７を参照しながら、フィルタ再生制御の一例について説明する。

　図６は、前記ディーゼル機関５の駆動時において、その最低のアイドル回転数Ｒｏと最高回数Ｒｘとの間における任意のエンジン回転数Ｒと、このときにおける最高エンジン負荷Ｌｘとのエンジン負荷ラインＬＰを示しており、このエンジン負荷ラインＬＰは、実線で示すように、上向き凸の形状であり、このエンジン負荷ラインＬＰの範囲内において、前記トラクタ１における全ての駆動、つまり、走行駆動、ロータリ耕耘機１５の駆動、油圧負荷機構の駆動及びパワーステアリングの駆動等の全ての駆動をトータル的に負担している。

　また、エンジン負荷ラインＬＰの範囲内における排気ガスの温度は、エンジン負荷に比例するから、前記エンジン負荷ラインＬＰの内側においては、排気ガスの温度が、前記フィルタ５０を再生することが可能な温度（例えば約３００℃）の場合における境界ラインＢＬにて上下に分断される。

　この境界ラインＢＬを挟んで上側の領域は、フィルタ本体５４に堆積したＰＭを酸化除去できる（酸化触媒５３による酸化作用が働く）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フィルタ本体５４に堆積する再生不能領域である。

　更に、前記境界ラインＢＬを挟んで上側の再生可能領域のうち、任意のエンジン回転数Ｒのときにおける最高エンジン負荷Ｌｘよりも適宜負荷ΔＬ１だけ低い上限エンジン負荷ＬＳ１の位置には、上限エンジン負荷ラインＬＳ１′が、一点鎖線で示すように、前記エンジン負荷ラインＬＰと略平行に延びるように設定されいる。

　これに加えて、前記境界ラインＢＬを挟んで上側の領域のうち、前記上限エンジン負荷ＬＳ１よりも適宜負荷ΔＬ２だけ低い下限エンジン負荷ＬＳ２の位置には、下限エンジン負荷ラインＬＳ２′が、二点鎖線で示すように、前記エンジン負荷ラインＬＰと略平行に延びるように設定されている。

　これらエンジン負荷ラインＬＰ、上限エンジン負荷ラインＬＳ１′及び下限エンジン負荷ラインＬＳ２′の各々は、コントローラ８０のＲＯＭ８２等に、例えばマップとして記憶させる等して、予め設定されているものであり、前記上限エンジン負荷ラインＬＳ１′及び下限エンジン負荷ラインＬＳ２′の両方を、前記強制作動弁手段における切換え作動のトリガーとしている。

　図７に示すフローチャートを用いて、フィルタ再生制御の流れを説明する。

　先ず、スタートに続くステップＳ１において、前記基準圧力値Ｐｓと圧力センサ６８の検出値Ｐとを読み込み、ステップＳ２で、フィルタ本体５４にＰＭが堆積しているか否かを判別し、堆積していないと判別されたとき（ＮＯ）には、そのままリターンするが、ＰＭが堆積していると判別されたとき（ＹＥＳ）には、ステップＳ３に移行する。

　このステップＳ３において、前記エンジン負荷ラインＬＰ上における所定エンジン回転数Ｒでのエンジン負荷Ｌ、及び前記上限エンジン負荷ラインＬＳ１′上における所定エンジン回転数Ｒでの上限エンジン負荷ＬＳ１、並びに前記下限エンジン負荷ラインＬＳ２′上における所定エンジン回転数Ｒでの下限エンジン負荷ＬＳ２を読み込んだのち、ステップＳ４に移行して、ここで、所定エンジン回転数Ｒにおけるエンジン負荷Ｌが、下限エンジン負荷ＬＳ２よりも小さいか否かを判別する。

　このステップＳ４において、所定のエンジン回転数Ｒにおけるエンジン負荷Ｌが、下限エンジン負荷ＬＳ２よりも小さいと判別されたとき（ＹＥＳ）には、ステップＳ５に移行し、前記強制作動弁手段における圧力調整弁１０４を作動させて、切換電磁弁１０６をパイロット圧付加状態に切換え作動する。

　これにより、前記ディーゼル機関５が受け持つエンジン負荷は、作業部用油圧ポンプ１０１側の吐出圧力を所定圧だけ増大させる高圧状態にする分だけ増加して、排気ガスの温度が上昇するから、フィルタ本体５４の再生が実行される。

　これに対して、前記ステップＳ４において、所定エンジン回転数Ｒにおけるエンジン負荷Ｌが、下限エンジン負荷ＬＳ２よりも大きいと判別されたとき（ＮＯ）には、ステップＳ６に移行することにより、このステップＳ６において、所定のエンジン回転数Ｒにおけるエンジン負荷Ｌが、上限エンジン負荷ＬＳ１よりも大きいか否かを判別する。

　このステップＳ６において、所定のエンジン回転数Ｒにおけるエンジン負荷Ｌが、上限エンジン負荷ＬＳ１よりも小さいと判別されたとき（ＮＯ）には、そのまま、前記強制作動弁手段によるフィルタ本体５４の再生実行が継続される。

　これに対し、前記ステップＳ６において、所定のエンジン回転数Ｒにおけるエンジン負荷Ｌが、上限エンジン負荷ＬＳ１よりも大きいと判別されたとき（ＹＥＳ）には、ステップＳ７に移行して、前記強制作動弁手段における圧力調整弁１０４の作動を止めて、切換電磁弁１０６をパイロット圧排出状態に切換え作動することにより、前記強制作動弁手段によるエンジン負荷の増加を解除する。

　次いで、ステップＳ８において、前記した切換え作動の状態を、適宜の所定時間を経過するまで保持し、この所定時間を経過すると、ステップＳ９に移行して、ここで、前記ステップＳ１と同様に、前記基準圧力値Ｐｓと圧力センサ６８の検出値Ｐとを読み込んだのち、ステップＳ１０に移行し、このステップＳ１０において、フィルタ本体５４にＰＭが堆積しているか否かを判別する。

　前記ステップＳ１０において、フィルタ本体５４にＰＭが堆積していると判別されたとき（ＹＥＳ）には、前記ステップＳ３の前に戻して、前記したことを繰り返す。

　一方、前記ステップＳ１０において、フィルタ本体５４にＰＭが堆積していないと判別されたとき（ＮＯ）には、ステップＳ１１に移行して、前記強制作動弁手段における圧力調整弁１０４を作動を止めて、切換電磁弁１０６をパイロット圧排出状態に切換駆動することにより、前記強制作動弁手段によるエンジン負荷の増加を解除する。

　以上の制御により、ディーゼル機関５からの排気ガスに対するフィルタ本体５４に詰まりが発生すると、強制作動弁手段にて前記油圧負荷機構における作動油圧が増加されることにより、前記ディーゼル機関５が受け持つエンジン負荷が増大され、排気ガスの温度が高くなるから、前記フィルタ本体５４の再生を行なうことができる。

　この場合、前記強制作動弁手段は、前記エンジン負荷が、当該エンジン負荷のうち最高エンジン負荷Ｌｘよりも適宜負荷ΔＬ１だけ低い側に設定した上限エンジン負荷ＬＳ１を越えたときに、前記油圧負荷機構における作動油圧の増加を解除するように構成されていることにより、前記強制作動弁手段によるエンジン負荷の増加を、前記上限エンジン負荷ＬＳ１を越えることがないように規制できる。

　この場合、前記エンジン負荷のうち最高エンジン負荷Ｌｘよりも適宜負荷ΔＬ１だけ低い側に設定した上限エンジン負荷ＬＳ１は、これを前記最高エンジン負荷Ｌｘに近づけること、つまり、前記負荷ΔＬ１を小さくすることにより、排気ガスの温度を高くすることができるが、その反面、前記強制作動弁手段にてエンジン負荷を増加したときに前記ディーゼル機関５に運転停止（エンスト）が発生する頻度が増大することになるから、前記ディーゼル機関５に運転停止（エンスト）が発生する頻度を確実に低減できる程度の値に設定することが好ましく、これにより、前記ディーゼル機関５に運転停止（エンスト）が発生する頻度を確実に低減した状態のもとで、前記フィルタ本体５４の確実な再生を実行できる。

　一方、エンジン負荷Ｌが、前記上限エンジン負荷ＬＳ１を越えることで、油圧負荷機構による作動油圧の増加が解除されると、前記エンジン負荷Ｌは低下する。このエンジン負荷Ｌの低下が、前記下限エンジン負荷ＬＳ２を下回ると、再度、油圧負荷機構による作動油圧の増加が実行されて、エンジン負荷Ｌが高い状態に保たれる。

　この場合、前記下限エンジン負荷ＬＳ２は、これを前記上限エンジン負荷ＬＳ１に近づけるほど、つまり、前記適宜負荷ΔＬ２を小さくするほど、排気ガスの温度を高くすることができるからフィルタ本体５４の再生を促進できる。

　しかし、前記負荷ΔＬ２を小さくするほど、前記強制作動弁手段における切換え作動が頻繁に行なわれることにより、ハンチングによる制御不安定性を招来するばかりか、前記強制作動弁手段の耐久性の低下を招来することになるから、この点を考慮して設定することが好ましい。

　また、前記した制御中のステップＳ８において、前記強制作動弁手段における切換え作動の状態を、適宜の所定時間を経過するまで保持するようにしていることにより、前記強制作動弁手段における切換え作動の回数を少なくできて、その耐久性を向上できるとともに、ハンチングを防止できて制御の安定性を向上できる。

　特に、前記した実施の形態においては、前記ディーゼル機関５におけるエンジン回転数を一定又は略一定に保持した状態で、前記ディーゼル機関５が受け持つエンジ負荷を前記油圧負荷機構にて増減してフィルタ本体５４の再生を実行するという構成であり、換言すると、所定のエンジン回転数を維持しながら前記強制作動弁手段を切換え作動するように構成しているから、前記トラクタ１における走行速度や、ロータリ耕耘機１５等による各種の作業速度が、前記フィルタ本体５４の再生実行によって変動することを確実に回避できる。

　（５）．強制作動弁手段の別例
　図８には、強制作動弁手段の第２例を示している。

　この第２例では、第１実施形態のパイロットポンプ１０２をなくして、切換電磁弁１０６のポンプ側第１ポート１０６ａを作業部用油圧ポンプ１０１の吐出側に接続した点において、前述の実施形態と相違している。その他の構成は第１実施形態と同様である。

　更に、この第２例では、図８に示すように、圧力調整弁１０４を作業部用油圧ポンプ１０１から吐出される作動油の自己圧によって制御することも可能である。

　すなわち、作業部用油圧ポンプ１０１の吐出側を、切換電磁弁１０６のポンプ側第１ポート１０６ａに分岐接続し、コントローラ８０からの切換指令にて背圧機構１０５の背圧室１０５ａに自己圧が流入するように構成すればよい。この場合、背圧室１０５ａのピストン断面積を圧力調整弁１０４の調圧室断面積よりも大きく取ることによって、圧力調整弁１０４の切換作動（圧力調整）が可能になる。かかる構成を採用すると、第１実施形態の場合よりも必要ポンプ数が少なくて済むので、構成が簡単になり、製造コストの抑制に寄与できるのである。

　図９には、強制作動弁手段の第３例を示している。

　この第３例では、ＯＮ・ＯＦＦ制御タイプの切換電磁弁１０６を、背圧室１０５ａへの作動油供給圧力を調節可能なパイロット圧調整電磁弁１１６に変更した点において、前記した実施形態と相違している。

　パイロット圧調整電磁弁１１６は、コントローラ８０からの制御情報に基づいた電磁ソレノイド１１７の励磁にて、背圧機構１０５の背圧室１０５ａに付加されるパイロット圧を調節するように構成されている。このため、圧力調整弁１０４における作業部用油圧ポンプ１０１側の吐出圧力は、パイロット圧調整電磁弁１１６を経由した作動油供給圧力に応じて調節されることになる。圧力調整弁１０４における作業部油圧回路１０３側の圧力は、第１例の実施形態の場合と同様に一定に保持される。

　なお、パイロット圧調整電磁弁１１６は通常（コントローラ８０からの制御情報がないとき）、圧力調整弁１０４にパイロット圧を付加しないように設定されている。その他の構成は第１実施形態と同様である。

　図１０は、強制作動弁手段の第４例を示している。

　この第４例では、圧力調整弁１０４を、作業部用油圧ポンプ１０１から吐出される作動油の自己圧によって制御するものである。

　すなわち、作業部用油圧ポンプ１０１の吐出側を、パイロット圧調整電磁弁１１６の吸引側に分岐接続し、コントローラ８０からの切換指令にて背圧機構１０５の背圧室１０５ａに自己圧が流入するように構成したものであり、その他の構成は第１実施形態と同様である。

　（７）．バックホウの概略構造
　図１１及び図１２を参照しながら、ディーゼル機関５が搭載される走行車両の第２実施形態として、バックホウ１４１を採用した場合に説明する。なお、図１２では説明の便宜上、キャビン１４６の図示を省略している。

　第２実施形態であるバックホウ１４１は、左右一対の走行クローラ１４３（図１１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とディーゼル機関５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１２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、エンジン回転速度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。

　前記バックホウ１４１において、その動力源としての前記ディーゼル機関５及びその周辺の構造は、図３に示すものと基本的に同じである。ただし、作業部油圧回路１０３中には、アームシリンダ１６０やバケットシリンダ１６３等が配置され、作業部用油圧ポンプ１０１は、アームシリンダ１６０やバケットシリンダ１６３に作動油を供給する構成になっている。

　第２実施形態の場合も、第１実施形態で示したフィルタ再生制御（図６及び図７）、並びに、図８～図１０の強制作動弁手段の別例を採用でき、第１実施形態と同様の作用効果を奏する。

　（８）．その他
　本発明は、前述のように、トラクタやバックホウに搭載したディーゼル機関に適用した場合に限らず、コンバイン又は乗用型田植機等の走行型農作業車両や、その他の走行車両に搭載したディーゼル機関に対しても適用できることはいうまでもない。

　　１　　　　　　トラクタ
　　５　　　　　　ディーゼル機関
　　３０　　　　　スロットルレバー
　　４４　　　　　燃料噴射ポンプ
　　５０　　　　　パティキュレートフィルタ（フィルタ手段）
　　５３　　　　　酸化触媒
　　５４　　　　　フィルタ本体
　　６８　　　　　圧力センサ（詰まり検出手段）
　　８０　　　　　制御手段としてのコントローラ
　　８７　　　　　電子ガバナ
　　８８　　　　　エンジン回転センサ
　　８９　　　　　ラック位置（エンジン負荷）センサ
　　１０１　　　　作業部用油圧ポンプ（油圧負荷機構）
　　１０４　　　　圧力調整弁（強制作動弁手段）
　　１０６　　　　切換電磁弁　　　　　　　　

Claims

　ディーゼル機関からの排気経路に配置された排気ガス浄化用のフィルタ手段と、前記ディーゼル機関にて駆動される油圧負荷機構と、この油圧負荷機構における作動油圧を増加する状態と作動油圧の増加を解除する状態とに切換作動するようにした強制作動弁手段とを備え、前記フィルタ手段に詰まりが発生したとき、前記強制作動弁手段にて前記油圧負荷機構における作動油圧を増加することによって、前記ディーゼル機関が受け持つエンジン負荷を増大させて、前記フィルタ手段を再生するように構成されており、更に、前記強制作動弁手段は、前記エンジン負荷が、当該エンジン負荷のうち最高エンジン負荷よりも低い側に設定した上限エンジン負荷を越えたときに、前記油圧負荷機構における作動油圧の増加を解除する状態に切換作動する構成であることを特徴とするディーゼル機関における排気ガス浄化装置。
　前記請求項１の記載において、前記強制作動弁手段は、適宜時間を経過してから切換作動する構成であることを特徴とするディーゼル機関における排気ガス浄化装置。
　前記請求項１又は２の記載において、前記上限エンジン負荷は、前記ディーゼル機関に運転停止が発生しない状態にまで前記最高エンジン負荷に近づけた値に設定されていることを特徴とするディーゼル機関における排気ガス浄化装置。