WO2013105372A1 - 建設機械 - Google Patents

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WO2013105372A1
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engine
particulate matter
filter
exhaust gas
differential pressure
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PCT/JP2012/081792
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野口 修平
吉田 肇
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日立建機株式会社
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Priority to EP12865127.0A priority patent/EP2803832B1/en
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Definitions

  • the present invention relates to a construction machine provided with an exhaust gas purification device which is suitably used for removing harmful substances from exhaust gas, such as a diesel engine.
  • construction machines such as hydraulic shovels and hydraulic cranes are capable of raising and lowering on the front side of the upper revolving structure, a lower traveling unit capable of self-propelled, an upper revolving unit pivotally mounted on the lower traveling unit, and It is comprised by the provided working device.
  • the upper revolving superstructure mounts an engine for driving a hydraulic pump at the rear of the revolving frame, and a cab, a fuel tank, a hydraulic oil tank and the like are installed on the front side of the revolving frame.
  • a diesel engine is generally used as an engine serving as a prime mover for construction machinery.
  • the exhaust gas emitted from such a diesel engine may contain harmful substances such as particulate matter (PM: Particulate Matter) and nitrogen oxides (NOx).
  • the construction machine is provided with an exhaust gas purification device for purifying the exhaust gas in an exhaust pipe forming an exhaust gas passage of the engine.
  • An exhaust gas purification apparatus is an oxidation catalyst (eg, Diesel Oxidation Catalyst, abbreviated DOC) that oxidizes and removes nitrogen monoxide (NO), carbon monoxide (CO), hydrocarbons (HC), etc. contained in exhaust gas. And a particulate matter removal filter (eg, Diesel Particulate Filter, abbreviated as DPF) disposed downstream of the oxidation catalyst to capture and remove particulate matter in exhaust gas.
  • Diesel Oxidation Catalyst abbreviated DOC
  • DPF Diesel Particulate Filter
  • the particulate matter removing filter By the way, in the particulate matter removing filter, the particulate matter is deposited on the filter as the particulate matter is collected, whereby the filter is clogged. For this reason, when a certain amount of particulate matter is collected, it is necessary to remove the particulate matter from the filter and regenerate the filter.
  • the regeneration of the filter can be performed, for example, by raising the temperature of the exhaust gas by performing fuel injection for regeneration processing called post injection, and burning the particulate matter deposited on the filter.
  • Patent Document 2 Patent Document 3
  • Patent Document 2 when an abnormality is detected in a regeneration related device, that is, a device such as a sensor used to estimate the amount of collection of particulate matter collected by the filter, any abnormality is detected. Even in the case of this device, the output of the engine is limited. However, depending on the device in which the abnormality is detected, it may be possible to continue the operation or it may be preferable to take measures to stop the engine as soon as possible.
  • a regeneration related device that is, a device such as a sensor used to estimate the amount of collection of particulate matter collected by the filter.
  • Patent Document 2 when it is preferable to take measures to stop the engine, there is a possibility that the operation may be continued.
  • the filter has enough room to collect particulate matter, the output of the engine is excessively limited, for example, the construction machine is operated from the work site to the maintenance site There is also a risk that it will not be possible.
  • the present invention has been made in view of the problems of the prior art described above, and it is an object of the present invention to provide a construction machine capable of taking necessary failsafe measures depending on a failed detector.
  • the construction machine collects particulate matter in exhaust gas discharged from the engine by means of a vehicle body on which an operator boardes, an engine mounted on the vehicle body, and an exhaust side of the engine and a filter.
  • An exhaust gas purification device, a regeneration device for regenerating the filter by burning particulate matter collected by the filter, and detecting an operating state of the engine, the exhaust gas purification device and the regeneration device It comprises a state detection device configured of a plurality of types of detectors, and a control device that controls the engine and the reproduction device based on detection values of the detectors that configure the state detection device.
  • the state detection device is a differential pressure which is a difference between the pressure on the inlet side and the pressure on the outlet side of the filter of the exhaust gas purification device.
  • a differential pressure detector to be detected is included, and the control device determines whether there is a failure in the differential pressure detector that constitutes the state detection device or a failure in a detector other than the differential pressure detector.
  • the filter is particulated based on the differential pressure detected by the differential pressure detector.
  • Over-deposition determining means for determining whether or not the substance is excessively deposited, and when the fault determining means determines that the detector has a fault, and / or particles of the filter are determined by the over-deposition determining means. Determined that the material was deposited excessively If it was notified the failure to the operator, and / or that has a structure and a driving limiting means for limiting the output of the engine.
  • the over-accumulation determination means detects particulate matter in the filter based on the differential pressure detected by the differential pressure detector. It is determined whether excessive deposition has occurred. For this reason, while it is determined that the particulate matter is not excessively deposited on the filter by the over-deposition determination means, the operation can be continued by performing a slight operation restriction by the operation restriction means. . This can prevent the engine output from being excessively limited if there is a failure in a detector other than the differential pressure detector, and operate the construction machine from the work site to the maintenance site and perform necessary repairs , Exchange, maintenance.
  • the operation restriction means By performing the operation restriction of the above, it is possible to prevent the operation from being forced to continue. In this case, the construction machine can be moved from the work site by not stopping the engine immediately. Thereby, while the construction machine is moved from the work site, necessary repair, replacement, and maintenance can be performed.
  • the operation limiting means is determined by the fault determining means that there is a fault in a detector other than the differential pressure detector, and the excess deposition determining means determines that the particulate matter is excessively contained in the filter. If it is determined that the differential pressure detector is not deposited, a slight operation restriction is performed, and if the fault determining unit determines that the differential pressure detector has a fault, or if the over-deposited determining unit determines particulates in the filter If it is determined that the substance is excessively deposited, it is configured to perform heavy operation restriction heavier than the light operation restriction.
  • the mild operation limitation notifies the operator of the failure and performs the engine speed limitation
  • the severe operation limitation notifies the operator of the failure and the engine speed limitation.
  • the configuration of performing the fuel injection amount restriction According to this configuration, it is possible to prevent the continuation of the driving force while suppressing the output of the engine from being excessively limited.
  • the operation limiting means determines that the differential pressure detector has a fault by the fault determining means, or that the particulate matter is excessively deposited on the filter by the over deposition determining means.
  • the engine is stopped when a predetermined time set in advance has passed. According to this configuration, by appropriately setting the predetermined time until the engine is stopped, it is possible to simultaneously move the construction machine from the work site and prevent the operation from being forcibly continued. be able to.
  • the differential pressure detector is a pair of pressure sensors for detecting the pressure on the inlet side and the outlet side of the filter
  • the state detection device is configured Detectors other than the differential pressure detector among the detectors that detect the speed of the engine, a rotation sensor that detects the number of revolutions of the engine, a cooling water temperature sensor that detects the temperature of cooling water of the engine, and air drawn into the engine
  • FIG. 1 It is a front view which shows the hydraulic shovel applied to embodiment of this invention. It is a top view of the partially broken figure which expands and shows a hydraulic shovel in the state which removed a cab and some exterior covers among the upper revolving superstructures in FIG. It is a block diagram which shows an engine, an exhaust gas purification apparatus, a regeneration apparatus, a control apparatus, and a state detection apparatus. It is a flowchart which shows the control content by the control apparatus in FIG. It is a flowchart which shows the reproduction
  • 1 is a small hydraulic shovel used for excavation work of earth and sand.
  • the hydraulic shovel 1 is mounted on a self-propelled crawler lower traveling body 2 and the lower traveling body 2 so as to be able to turn via the turning device 3, and the upper turning which constitutes the vehicle body together with the lower traveling body 2.
  • It is roughly constituted by the body 4 and the working device 5 provided on the front side of the upper swing body 4 so as to be able to move up and down.
  • the work device 5 is configured as a swing post type work device, and for example, a swing post 5A, a boom 5B, an arm 5C, a bucket 5D as a work tool, and a swing cylinder 5E that swings the work device 5 left and right.
  • the boom cylinder 5F, the arm cylinder 5G, the bucket cylinder 5H and the like are provided (see FIG. 2).
  • the upper swing body 4 is composed of a swing frame 6, an exterior cover 7, a cab 8 and a counterweight 9 which will be described later.
  • the pivoting frame 6 forms a structure of the upper pivoting body 4, and the pivoting frame 6 is mounted on the lower traveling body 2 via the pivoting device 3.
  • the turning frame 6 is provided with a counterweight 9 and an engine 10 described later on the rear side, and a cab 8 described later is provided on the left front side.
  • the revolving frame 6 is provided with an exterior cover 7 located between the cab 8 and the counterweight 9, and this exterior cover 7 together with the revolving frame 6, the cab 8 and the counterweight 9 is an engine 10 and a hydraulic pump 17.
  • a space for accommodating the heat exchanger 19, the exhaust gas purification device 20 and the like is defined.
  • the cab 8 is mounted on the left front side of the turning frame 6, and the cab 8 internally defines an operator's cab on which the operator rides. Inside the cab 8, a driver's seat on which an operator is seated, various operation levers, an alarm 40 described later (see FIG. 3) and the like are disposed.
  • the counterweight 9 balances the weight with the working device 5, and the counterweight 9 is attached to the rear end of the swing frame 6 while being located on the rear side of the engine 10 described later. As shown in FIG. 2, the rear surface side of the counterweight 9 is formed in an arc shape so that the counterweight 9 is accommodated within the vehicle width of the lower traveling body 2.
  • Reference numeral 10 denotes an engine disposed laterally on the rear side of the swing frame 6.
  • the engine 10 is mounted on a small hydraulic excavator 1 as a prime mover, and is configured using, for example, a small diesel engine.
  • the engine 10 is provided with an intake pipe 11 for drawing in the outside air, and an exhaust pipe 12 forming a part of an exhaust gas passage for discharging the exhaust gas.
  • An exhaust gas purification device 20 described later is connected to the exhaust pipe 12 and provided.
  • the intake pipe 11 is provided on the intake side of the engine 10, and the connection portion of the intake pipe 11 to the engine 10 is an intake manifold including a plurality of branch pipes.
  • An air cleaner 13 for cleaning the outside air is connected to the tip end side of the intake pipe 11, and an intake throttle valve 25 described later is provided in the middle of the intake pipe 11.
  • the exhaust pipe 12 is provided on the exhaust side of the engine 10, and a portion of the exhaust pipe 12 connected to the engine 10 is an exhaust manifold including a plurality of branch pipes.
  • An exhaust throttle valve 26 described later is provided in the middle of the exhaust pipe 12.
  • the engine 10 is an electronically controlled engine, and the amount of supplied fuel is variably controlled by a fuel injection device 14 (see FIG. 3) such as an electronically controlled injection valve. That is, the fuel injection device 14 variably controls the injection amount (fuel injection amount) of the fuel injected into the cylinder (not shown) of the engine 10 based on the control signal output from the control device 41 described later. Do.
  • the fuel injection device 14 together with the intake throttle valve 25 and the exhaust throttle valve 26 constitute a regeneration device 24 described later.
  • the regeneration device 24 adjusts the opening degree of the intake throttle valve 25 and the exhaust throttle valve 26 in accordance with the control signal of the control device 41 and adjusts the fuel injection amount to the cylinder by the fuel injection device 14
  • the temperature of the exhaust gas is raised, and the particulate matter deposited on the particulate matter removal filter 23 of the exhaust gas purification device 20 described later is burned and removed.
  • the reflux pipe 15 is provided between the intake pipe 11 and the exhaust pipe 12, and the reflux pipe 15 is configured to recirculate a part of the exhaust gas discharged from the engine 10 into the exhaust pipe 12 to the intake pipe 11. is there.
  • an exhaust gas recirculation valve (EGR valve) 16 which is opened and closed by a control signal from a control device 41 described later is provided at a midway portion of the reflux pipe 15.
  • the exhaust gas recirculation valve 16 regulates the amount of recirculation of the exhaust gas that is recirculated from the exhaust pipe 12 to the intake pipe 11, and nitrogen oxides in the exhaust gas (the exhaust gas is recirculated to the intake side) NOx can be reduced.
  • the hydraulic pump 17 is mounted on the left side of the engine 10, and the hydraulic pump 17 constitutes a hydraulic source together with a hydraulic oil tank (not shown).
  • the hydraulic pump 17 is constituted of, for example, a variable displacement swash plate type, an oblique axis type or a radial piston type hydraulic pump.
  • the hydraulic pump 17 is not necessarily limited to a variable displacement hydraulic pump, and may be configured using, for example, a fixed displacement hydraulic pump.
  • a power transmission 18 is mounted on the left side of the engine 10, and the hydraulic pump 17 transmits the rotational output of the engine 10 via the power transmission 18.
  • the hydraulic pump 17 is driven by the engine 10 to discharge pressure oil (hydraulic oil) toward a control valve (not shown).
  • the heat exchanger 19 is located on the right side of the engine 10 and provided on the swing frame 6, and the heat exchanger 19 includes, for example, a radiator, an oil cooler, and an intercooler. That is, the heat exchanger 19 not only cools the engine 10 but also cools the pressure oil (hydraulic oil) returned to the hydraulic oil tank.
  • an exhaust gas purification device 20 for purifying the exhaust gas discharged from the engine 10 will be described.
  • reference numeral 20 denotes an exhaust gas purification device provided on the exhaust side of the engine 10.
  • the exhaust gas purification device 20 is disposed at the upper left side of the engine 10, for example, at a position above the power transmission device 18, and the exhaust pipe 12 of the engine 10 is connected upstream thereof.
  • the exhaust gas purification device 20 constitutes an exhaust gas passage together with the exhaust pipe 12, and removes harmful substances contained in the exhaust gas while the exhaust gas flows from the upstream side to the downstream side. More specifically, particulate matter in exhaust gas exhausted from the engine 10 is collected by a particulate matter removal filter 23 described later.
  • the engine 10 formed of a diesel engine is highly efficient and excellent in durability.
  • the exhaust gas of the engine 10 contains harmful substances such as particulate matter (PM), nitrogen oxides (NOx) and carbon monoxide (CO).
  • the exhaust gas purification device 20 attached to the exhaust pipe 12 includes an oxidation catalyst 22 described later that oxidizes and removes carbon monoxide (CO) and the like in the exhaust gas, and And a particulate matter removal filter 23 described later for collecting and removing the particulate matter (PM).
  • the exhaust gas purification device 20 has, for example, a cylindrical casing 21 configured by detachably connecting a plurality of cylinders before and after.
  • a oxidation catalyst 22 and a particulate matter removal filter 23 as a filter are removably accommodated.
  • the oxidation catalyst 22 is made of, for example, a ceramic cell-like cylinder having an outer diameter size equal to the inner diameter size of the casing 21.
  • a large number of through holes (not shown) are formed in the axial direction, and the inner surface is coated with a noble metal.
  • the oxidation catalyst 22 oxidizes carbon monoxide (CO), hydrocarbon (HC), etc. contained in the exhaust gas by circulating the exhaust gas in the respective through holes under the condition of a predetermined temperature. It removes and removes nitrogen oxide (NO) as nitrogen dioxide (NO2).
  • the particulate matter removal filter 23 is disposed downstream of the oxidation catalyst 22 in the casing 21.
  • the particulate matter removal filter 23 purifies exhaust gas by collecting particulate matter in exhaust gas discharged from the engine 10 and burning and removing the collected particulate matter.
  • the particulate matter removal filter 23 is formed of a cellular cylinder in which a large number of small holes (not shown) are provided in the axial direction in a porous member made of, for example, a ceramic material.
  • the particulate matter removal filter 23 collects particulate matter through many small holes, and the trapped particulate matter is burned and removed by the regeneration treatment of the regeneration device 24 described later. As a result, the particulate matter removal filter 23 is regenerated.
  • Reference numeral 24 denotes a regenerating apparatus for regenerating the filter 23 by burning particulate matter collected by the particulate matter removing filter 23.
  • the regenerating apparatus 24 includes the fuel injection device 14 described above and an intake air described later.
  • the throttle valve 25 and the exhaust throttle valve 26 are generally configured.
  • the regeneration device 24 drives at least one of the intake throttle valve 25 and the exhaust throttle valve 26 in the direction to narrow the flow path in accordance with a command signal (control signal) of the control device 41 described later.
  • the fuel injection amount to the cylinder by the fuel injection device 14 is adjusted. Thereby, as described later, the temperature of the exhaust gas in the exhaust pipe 12 is raised, and the particulate matter deposited on the particulate matter removal filter 23 is burned and removed.
  • the intake throttle valve 25 is provided on the side of the intake pipe 11 of the engine 10, and the intake throttle valve 25 constitutes a regeneration device 24 that performs regeneration of the particulate matter removal filter 23.
  • the intake air throttle valve 25 is normally held in an open state (for example, an opening degree corresponding to a fuel injection amount or a fully open state) by a control signal from the control device 41.
  • the intake throttle valve 25 is driven in the direction to narrow the flow path by the control signal from the control device 41.
  • the intake air throttle valve 25 throttles the amount of intake air so that the air-fuel ratio of air and fuel tends to be rich.
  • the temperature of the exhaust gas discharged to the exhaust pipe 12 side rises by burning the fuel whose air-fuel ratio tends to be rich, and is collected by the particulate matter removal filter 23 Particulate matter can be burned and removed.
  • the exhaust throttle valve 26 is provided on the exhaust pipe 12 side of the engine 10, and the exhaust throttle valve 26 also constitutes a regeneration device 24 that performs regeneration processing of the particulate matter removal filter 23.
  • the exhaust throttle valve 26 is held in a fully open state at normal times by a control signal from the control device 41.
  • the regeneration processing is performed, the exhaust throttle valve 26 is driven in the direction to narrow the flow path by the control signal from the control device 41, and control is performed to narrow the opening degree.
  • the exhaust throttle valve 26 throttles the flow rate of the exhaust gas flowing in the exhaust pipe 12 to apply a back pressure to the engine 10 to increase the load on the engine 10.
  • the control device 41 increases the fuel injection amount by the fuel injection device 14 of the engine 10 correspondingly to the load. As a result, the temperature of the exhaust gas rises, and the particulate matter collected by the particulate matter removal filter 23 can be burned and removed.
  • Reference numeral 27 denotes a state detection device for detecting the operating states of the engine 10, the exhaust gas purification device 20 and the regeneration device 24.
  • the state detection device 27 includes a plurality of types of detectors, specifically, a rotation sensor 28 described later, a cooling water temperature sensor 29, an intake temperature sensor 30, an exhaust temperature sensor 31, 32, 33, 34, and a pressure sensor It is roughly configured by 35 and 36 and opening degree sensors 37, 38 and 39.
  • the pressure sensors 35, 36 correspond to differential pressure detectors
  • the other sensors 28 to 34, 37 to 39 correspond to detectors other than differential pressure detectors.
  • the state detection device 27 is an example of a sensor (detector) provided in the small hydraulic excavator 1. Therefore, the sensors 28 to 34 and 37 to 39 other than the pressure sensors 35 and 36 are appropriately attached depending on the structure of the engine 10, the exhaust gas purification device 20 and the like.
  • the rotation sensor 28 detects the number of rotations (rotational speed) of the engine 10.
  • the rotation sensor 28 detects the number of rotations of the engine 10 and outputs a detection signal to a control device 41 described later.
  • the control device 41 has, for example, an engine speed N detected by the rotation sensor 28, a fuel injection amount F injected by the fuel injection device 14, and exhaust gas before the oxidation catalyst 22 detected by the exhaust temperature sensor 32 described later.
  • the amount of particulate matter collected by the particulate matter removal filter 23 is estimated, and based on the first estimated amount of collection Q1, which is the estimated amount of collection. , It is determined whether or not the reproduction process is to be performed.
  • the fuel injection amount F can be determined from, for example, the intake air amount detected from an air flow meter (air flow meter) (not shown) provided on the intake side of the engine 10 and the engine speed N, for example, control It can also be calculated from a control signal (fuel injection command) output from the device 41 to the fuel injection device 14.
  • the cooling water temperature sensor 29 detects the temperature (water temperature) of the cooling water for the engine 10.
  • the cooling water temperature sensor 29 detects the temperature of the engine cooling water, and outputs a detection signal to the control device 41 described later. Do.
  • the temperature of the engine cooling water is used to monitor the operating state of the engine 10, to control the engine 10 and the regeneration device 24 as necessary, to calculate the state quantity, and the like.
  • the intake air temperature sensor 30 detects the temperature of the intake air (intake air temperature). As shown in FIG. 3, the intake air temperature sensor 30 is attached downstream of the intake throttle valve 25 in the middle of the intake pipe 11 to detect the temperature of the air taken into the engine 10. The intake air temperature detected by the intake air temperature sensor 30 is output to a control device 41 described later as a detection signal. The intake air temperature is used to monitor the operating state of the engine 10, to control the engine 10 and the regeneration device 24 as necessary, to calculate the state quantity, and the like.
  • the exhaust temperature sensors 31, 32, 33, 34 detect the temperature of the exhaust gas (exhaust temperature). As shown in FIG. 3, among the exhaust temperature sensors 31, 32, 33 and 34, the throttle valve front exhaust temperature sensor 31 is attached to the upstream side of the exhaust throttle valve 26 in the middle of the exhaust pipe 12.
  • the pre-catalyst exhaust temperature sensor 32 is mounted upstream of the oxidation catalyst 22 in the casing 21 of the exhaust gas purification device 20.
  • the pre-filter exhaust temperature sensor 33 is mounted on the upstream side of the particulate matter removal filter 23 in the casing 21 of the exhaust gas purification device 20.
  • the post-filter exhaust temperature sensor 34 is attached to the downstream side of the particulate matter removal filter 23 in the casing 21 of the exhaust gas purification device 20.
  • the pre-throttling valve exhaust temperature sensor 31 detects the temperature of the exhaust gas on the upstream side of the exhaust throttle valve 26.
  • the pre-catalyst exhaust temperature sensor 32 detects the temperature of the exhaust gas on the upstream side of the oxidation catalyst 22.
  • the pre-filter exhaust temperature sensor 33 detects the temperature of the exhaust gas on the upstream side of the particulate matter removal filter 23.
  • the post-filter exhaust temperature sensor 34 detects the temperature of the exhaust gas on the downstream side of the particulate matter removal filter 23. Exhaust temperature detected by each exhaust temperature sensor 31, 32, 33, 34 is output to a control device 41 described later as a detection signal. Each exhaust temperature is used to monitor the operating state of the engine 10, the exhaust gas purification device 20 and the regeneration device 24, or to estimate the amount of particulate matter collected by the particulate matter removal filter 23, for example. .
  • Reference numerals 35 and 36 denote pressure sensors provided on the casing 21 of the exhaust gas purification device 20 as differential pressure detectors. As shown in FIG. 3, the pair of pressure sensors 35, 36 are disposed apart from each other on the inlet side (upstream side) and the outlet side (downstream side) of the particulate matter removal filter 23, and It outputs to the control apparatus 41 mentioned later.
  • the control device 41 calculates, for example, the differential pressure ⁇ P from the pressure P1 on the inlet side detected by the pressure sensor 35 and the pressure P2 on the outlet side detected by the pressure sensor 36.
  • the amount of particulate matter collected by the particulate matter removal filter 23 is estimated based on the differential pressure ⁇ P, the exhaust temperature and the exhaust gas flow rate, and the second amount Based on the estimated collection amount Q2, it is determined whether or not the regeneration process is to be performed.
  • the opening degree sensors 37, 38, 39 detect the open state of the throttle valve (the intake throttle valve 25, the exhaust throttle valve 26, the exhaust gas recirculation valve 16) for narrowing the flow path of the intake or the exhaust.
  • the intake throttle valve opening degree sensor 37 is attached to the intake throttle valve 25 and detects the opening degree.
  • An exhaust throttle valve opening degree sensor 38 is attached to the exhaust throttle valve 26 and detects the opening degree.
  • the exhaust gas recirculation valve opening degree sensor 39 is attached to the exhaust gas recirculation valve 16 and detects the opening degree.
  • the opening degree detected by each opening degree sensor 37, 38, 39 is output to a control device 41 described later as a detection signal.
  • Each opening degree is used to monitor the operating state of the engine 10, the exhaust gas purification device 20 and the regeneration device 24, or to estimate the amount of particulate matter collected by the particulate matter removal filter 23, for example. .
  • the alarm 40 is provided in the cab 8 near the driver's seat.
  • the annunciator 40 is connected to a control device 41 described later, and indicates to the operator that there is a fault in the sensors 28 to 39 constituting the state detection device 27 based on a command (notification signal) from the control device 41, It is informed that the operation restriction is performed according to the failure.
  • the annunciator 40 can be configured by a buzzer for emitting an alarm sound, a speaker for emitting an audio, a light or a monitor for displaying information contents, or the like.
  • the alarm device 40 determines that the detector of the state detection device 27 has a fault, the alarm device 40 emits an alarm sound, an alarm display, etc., based on a command (alarm signal) from the controller device 41, etc. The operator is notified accordingly.
  • Reference numeral 41 denotes a control unit (control unit) including a microcomputer and the like.
  • the control device 41 controls the engine 10 and the reproduction device 24 based on the detection values of the respective sensors 28 to 39 constituting the state detection device 27.
  • the input side is each detector of the fuel injection device 14 and the state detection device 27, that is, the rotation sensor 28, the cooling water temperature sensor 29, the intake temperature sensor 30, the exhaust temperature sensors 31, 32, 33, 34, pressure sensors 35, 36, opening degree sensors 37, 38, 39, etc. are connected.
  • the output side of the control device 41 is connected to the fuel injection device 14, the intake throttle valve 25, the exhaust throttle valve 26, the exhaust gas recirculation valve 16, the alarm 40 and the like.
  • the control device 41 has a storage unit 41A composed of a ROM, a RAM, etc.
  • this storage unit 41A processing programs for regeneration processing and operation restriction shown in FIG. 4 and FIG. 5 described later, particles prepared in advance
  • a first map, a second map, a calculation formula, a preset collection amount threshold value Qs, a differential pressure threshold value ⁇ Ps, a predetermined time Ts, and the like for estimating the amount of the collection material are stored.
  • the first map for estimating the amount of particulate matter collected by the particulate matter removal filter 23 is a collection amount based on at least the number of revolutions N of the engine and the fuel injection amount F.
  • the correspondence relationship between the engine speed N, the fuel injection amount F, and the particulate matter discharge amount Hm is obtained in advance by experiment etc., and the correspondence relationship is created as a map is there.
  • the calculation formula for estimating the amount of collection is assumed that the estimated amount of collection is Q1, the amount of emission of particulate matter obtained by the first map is Hm, and it is removed from the particulate matter removal filter 23 by the regeneration process.
  • the amount of particulate matter (regeneration amount) is J, it can be expressed as the following equation 1.
  • the amount of particulate matter removed by the regeneration process is, for example, the flow rate of the exhaust gas determined from the engine speed N and the fuel injection amount F, and the exhaust temperature before the oxidation catalyst 22 And, it can be calculated from the relationship between the NO 2 conversion rate which is obtained by adding the exhaust temperature to the nitrogen oxide (NOx) emission amount obtained from the engine speed N and the fuel injection amount F.
  • the regeneration amount J is, for example, the flow rate of the exhaust gas determined from the engine speed N and the fuel injection amount F, and the exhaust temperature before the oxidation catalyst 22
  • NOx nitrogen oxide
  • the second map for estimating the trapped amount of particulate matter collected by the particulate matter removal filter 23 is for estimating the trapped amount based on at least the differential pressure ⁇ P of the particulate matter removal filter 23. belongs to. Specifically, in the second map, for example, the correspondence relationship between the differential pressure ⁇ P, the exhaust gas flow rate, and the estimated trapped amount Q2 is obtained in advance by experiments and the like, and the correspondence relationship is created as a map.
  • the differential pressure ⁇ P of the particulate matter removing filter 23 is calculated by the following equation 2: (See Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-132358).
  • the collection amount threshold Qs is a reference value for determining whether or not the regeneration process is to be performed. That is, the collection amount threshold Qs is a first estimated collection amount Q1 estimated by the first map and the calculation formula, and a second estimated collection amount Q2 estimated by the second map and When at least one of them becomes more than the collection amount threshold Qs, it is for judging that regeneration processing is necessary.
  • This collection amount threshold value Qs can be performed in advance based on experiments, calculations, simulations, etc. so that regeneration processing can be performed in an appropriate state, for example, in a state where sufficient particulate matter has been collected by the particulate matter removal filter 23. Set that value.
  • the differential pressure threshold ⁇ Ps is a reference value for determining whether the particulate matter has excessively deposited on the particulate matter removal filter 23. That is, the differential pressure threshold ⁇ Ps is for determining that the particulate matter is excessively deposited on the filter 23 when the differential pressure ⁇ P exceeds the differential pressure threshold ⁇ Ps.
  • the differential pressure threshold ⁇ Ps is excessively deposited, for example, although the filter 23 has a sufficient margin for trapping the particulate matter so as to appropriately determine whether the particulate matter is excessively deposited or not. In order not to be determined, the value is set in advance based on experiments, calculations, simulations and the like.
  • the predetermined time Ts is a time from when it is determined that a failure occurs to when the engine 10 is stopped. Specifically, it is determined that the pressure sensor 35, 36 is determined to have a failure, and the predetermined time Ts is determined to have a failure in a sensor other than the pressure sensor 35, 36. It is the time from the determination until the engine 10 is stopped when it is determined that the heavy matter has accumulated excessively. For a predetermined time Ts, if a failure occurs, it is possible to secure a time for moving the hydraulic shovel 1 from the work site, and to prevent an excessive malfunction due to the continuation of the operation, in advance. Set based on etc.
  • the control device 41 causes failure in the automatic reproduction control (first function) for automatically performing the reproduction processing according to the processing program of FIG. 4 and FIG. 5 described later, and the sensors 28 to 39 constituting the state detection device 27. In the case where an operation restriction control (second function) is performed to restrict the operation according to the failure.
  • the control device 41 estimates the collection amount of particulate matter collected by the particulate matter removal filter 23 based on at least the fuel injection amount F and the engine speed N, and at least the particulate matter removal filter 23 It is also estimated based on the differential pressure ⁇ P of Next, the control device 41 performs at least the first estimated collection amount Q1 estimated based on the two estimated collection amounts, that is, at least the fuel injection amount F and the engine speed N, and at least the particulate matter removal
  • the estimated collection amount of at least one of the second estimated collection amount Q2 estimated based on the differential pressure ⁇ P of the filter 23 is equal to or larger than the collection amount threshold Qs, and the regeneration process needs to be performed.
  • the fuel injection amount to the cylinder by the fuel injection device 14 is adjusted.
  • the particulate matter deposited on the particulate matter removal filter 23 is burned and removed.
  • the control device 41 determines whether or not the sensors 28 to 39 constituting the state detection device 27 have a failure such as malfunction, abnormality, malfunction, failure or the like. Next, when it is determined that the control device 41 has a fault in at least one of the sensors 28 to 39 constituting the state detection device 27, the pressure sensor 35 or 36 has a fault or the pressure sensor It is determined whether there is a failure in the sensors 28 to 34 and 37 to 39 other than 35 and 36. Next, when it is determined that there is a failure in a sensor other than the pressure sensors 35, 36, the control device 41 causes the particulate matter removal filter 23 to be detected based on the differential pressure ⁇ P detected by the pressure sensors 35, 36. It is determined whether particulate matter has deposited excessively.
  • control device 41 performs operation restriction in accordance with the failure of the sensors 28 to 39 and whether or not the particulate matter is excessively deposited on the particulate matter removal filter 23. Specifically, if it is determined that the sensors 28 to 39 have a fault, and if it is determined that the particulate matter has excessively deposited on the particulate matter removal filter 23, there is a fault to the operator Inform the effect that excessive particulate matter has accumulated. In this case, the control device 41 outputs a signal (notification signal) for notifying the notification to the notification device 40, thereby causing the notification device 40 to issue an notification sound and a notification display to perform failure notification.
  • a signal notification signal
  • control device 41 limits the output of the engine 10 such as limiting the number of revolutions of the engine 10 or limiting the amount of fuel injection.
  • control device 41 outputs a control signal to the fuel injection device 14 of the engine 10 so that the engine speed N and the fuel injection amount F become smaller as compared with the case where there is no failure in the sensors 28 to 39.
  • the exhaust port 42 is provided on the downstream side of the exhaust gas purification device 20, and the exhaust port 42 is located on the downstream side of the particulate matter removal filter 23 and connected to the outlet side of the casing 21.
  • the exhaust port 42 includes, for example, a chimney for discharging exhaust gas after the purification processing into the atmosphere, and a silencer.
  • the hydraulic shovel 1 according to the present embodiment has the above-described configuration, and the operation thereof will be described next.
  • the operator of the hydraulic shovel 1 gets into the cab 8 of the upper revolving superstructure 4, starts the engine 10, and drives the hydraulic pump 17. Thereby, the pressure oil from the hydraulic pump 17 is supplied to various actuators via the control valve.
  • the traveling control lever When the operator boarding the cab 8 operates the traveling control lever, the lower traveling body 2 can be moved forward or backward.
  • the work device 5 can be raised and lowered to carry out a digging operation of earth and sand.
  • the small hydraulic excavator 1 has a small turning radius by the upper turning body 4, it is possible to perform side groove excavation work while turning the top turning body 4 even in a narrow work site such as an urban area, for example.
  • the exhaust gas purification device 20 can oxidize and remove hydrocarbons (HC), nitrogen oxides (NO) and carbon monoxide (CO) in the exhaust gas by the oxidation catalyst 22.
  • the particulate matter removal filter 23 collects particulate matter contained in the exhaust gas.
  • the purified exhaust gas can be discharged to the outside through the downstream exhaust port 42.
  • the collected particulate matter is burned and removed (regeneration treatment) by the regeneration device 24.
  • faults such as malfunction, malfunction, malfunction, or the like may occur in the sensors 28 to 39 constituting the state detection device 27.
  • it is preferable to take measures to stop the engine 10 if the operation is continued, it may lead to a major obstacle.
  • the control device 41 determines the failure of the sensors 28 to 39 constituting the state detection device 27 and is necessary according to the sensors 28 to 39 where the failure occurs. It is configured to be able to take various failsafe measures. Specifically, the controller 41 performs the processing shown in FIGS. 4 and 5 to perform the regeneration processing and the operation restriction processing.
  • step 1 when the processing operation of FIG. 4 is started by the start (operation) of the engine 10, in step 1, whether or not the sensors 28 to 39 constituting the state detection device 27 are normal, ie, the sensors 28 to 39 have abnormality It is determined whether or not a failure such as a malfunction or failure has occurred. This determination can be made, for example, based on whether a predetermined detection result is obtained from each of the sensors 28 to 39 (given a self-diagnosis) when a predetermined operation state or a predetermined signal (self-check signal) is given. . If it is determined in this step 1 that "YES", that is, all the sensors 28 to 39 constituting the state detection device 27 are normal (all the sensors 28 to 39 have no fault), the operation restriction process is performed. Since it is not necessary to perform the process, the process proceeds to the reproduction process of step 2.
  • step 2 the amount of particulate matter collected by the particulate matter removal filter 23 is estimated, and the regeneration process is automatically performed according to the estimated amount of collection.
  • this malfunction determination process as shown in FIG. 5, it is determined from the first estimated collection amount Q1 and the second estimated collection amount Q2 whether the regeneration process is necessary, and it is determined that the regeneration process is necessary.
  • a control signal indicating that the reproduction is to be performed is output to the reproduction device 24 to control the automatic reproduction.
  • the estimation process of the first estimated collection amount Q1 will be described. That is, at step 21 of the regeneration process, the engine speed N is read from the rotation sensor 28. Next, at step 22, the fuel injection amount F is read.
  • the fuel injection amount F can be determined from, for example, an intake air amount detected from an air flow meter (air flow meter) (not shown) provided on the intake side of the engine 10 and the engine speed N, for example, a control device It can also be calculated from a control signal (fuel injection command) output from the fuel injection device 41 to the fuel injection device 14.
  • step 23 based on the engine speed N and the fuel injection amount F read in the previous steps 21 and 22, the amount of particulate matter collected by the particulate matter removal filter 23, that is, The estimated collection amount Q1 of 1 is estimated (calculated).
  • the first estimated collection amount Q1 can be estimated using the above-described first map stored in the storage unit 41A of the control device 41 and a calculation formula.
  • the emission amount per unit time is determined from the engine speed N and the fuel injection amount F using the above-described first map, and the emission amount is integrated to calculate the total emission from the start of the operation to the present time Find the quantity Hm. Then, based on the above equation (1), the first estimated collection at the present time is achieved by reducing the amount (regeneration amount) J of the particulate matter removed in the regeneration processing up to the present time from the total discharge amount Hm.
  • the quantity Q1 can be estimated.
  • step 24 the pressures P1 and P2 are read from the pressure sensors 35 and 36. That is, the pressure P1 on the upstream side of the particulate matter removal filter 23 and the pressure P2 on the downstream side are read.
  • step 25 the differential pressure ⁇ P between the pressure P1 on the upstream side of the particulate matter removal filter 23 and the pressure P2 on the downstream side is calculated by the above-mentioned equation (2).
  • the trapped amount of particulate matter trapped by the particulate matter removal filter 23, that is, the second estimated trapped amount Q2 is estimated (calculated) based on the differential pressure ⁇ P.
  • the second estimated collection amount Q2 can be estimated using the above-described second map stored in the storage unit 41A of the control device 41. That is, the second estimated collection amount Q2 at the present time can be estimated based on the second map in which the differential pressure ⁇ P, the exhaust gas flow rate, and the estimated collection amount Q2 correspond to each other.
  • first estimated collection amount Q1 is estimated in step 23 and the second estimated collection amount Q2 is estimated in step 26, these first estimated collection amounts Q1 and / or in step 27 Whether or not the regeneration process is to be performed is determined depending on whether the second estimated collected amount Q2 is equal to or greater than a predetermined collected amount threshold Qs. If "YES" is determined in this step 27, that is, if it is determined that at least one of the estimated collection amounts Q1 and Q2 is equal to or more than the collection amount threshold Qs, the particulate matter is removed from the particulate matter removal filter 23 Since there is sufficient collection amount, the routine proceeds to step 28, where automatic regeneration is started.
  • step 28 the control device 41 outputs a control signal indicating that at least one of the intake throttle valve 25 and the exhaust throttle valve 26 is driven in the valve closing direction (the direction in which the flow path is narrowed).
  • a control signal to increase the fuel injection amount is output to the fuel injection device 14.
  • step 27 determines whether the particulate matter is removed from the particulate matter removal filter 23 Since it is not collected sufficiently, it proceeds to return without going through step 28. Then, the process returns to the start of FIG. 4 through the return of FIG. 5 and the return of FIG. 4, and the processing after step 1 is repeated.
  • step 1 "NO", that is, all the sensors 28 to 39 constituting the state detection device 27 are not normal (at least one of the sensors 28 to 39 has a failure) If it is determined, the operation restriction process needs to be performed, so the process proceeds to step 3.
  • step 3 it is determined whether the pressure sensors 35 and 36 are normal. This determination can also be made by self-diagnosis. If it is determined in this step 3 that "YES", that is, the pressure sensors 35 and 36 are normal (the pressure sensors 35 and 36 have no obstacles), the pressure sensors 35 and 36 are used to remove particulate matter. Since it can be determined whether or not the particulate matter has excessively deposited on the filter 23, the process proceeds to step 4, and the pressures P1 and P2 are read from the pressure sensors 35 and 36. That is, the pressure P1 on the upstream side of the particulate matter removal filter 23 and the pressure P2 on the downstream side are read. In the next step 5, the differential pressure ⁇ P between the pressure P1 on the upstream side of the particulate matter removal filter 23 and the pressure P2 on the downstream side is calculated by the above-mentioned equation (2).
  • step 6 it is determined whether the particulate matter is excessively deposited on the particulate matter removal filter 23 based on whether or not the differential pressure ⁇ P exceeds a preset differential pressure threshold value ⁇ Ps. That is, when the differential pressure ⁇ P is equal to or less than the differential pressure threshold ⁇ Ps set in advance, the particulate matter is not excessively deposited on the particulate matter removal filter 23 (the filter 23 has a margin for collecting the particulate matter) It is determined that On the other hand, when the differential pressure ⁇ P exceeds the differential pressure threshold ⁇ Ps set in advance, it is assumed that the particulate matter is excessively deposited on the particulate matter removal filter 23 (the filter 23 has no time to collect the particulate matter). judge.
  • step 6 If it is determined in step 6 that “YES”, that is, it is determined that the particulate matter is not excessively deposited on the particulate matter removal filter 23, the process proceeds to step 7 and the fail safe 1 is determined. That is, if “YES” is determined in the step 3 and “YES” is determined in the step 6, the sensors 28 to 34, 37 to 39 other than the pressure sensors 35 and 36 have a fault and are particulate Since it is a case where the particulate matter is not excessively deposited on the substance removal filter 23, the operation limit of failsafe 1 which is a slight operation limit is performed.
  • the operator is informed that there is a failure in the sensors 28 to 34, 37 to 39 other than the pressure sensors 35, 36. That is, the control device 41 outputs a notification signal indicating that a notification sound, notification display, etc. is issued to the notification device 40, and that the sensors 28 to 34, 37 to 39 other than the pressure sensors 35, 36 have a fault to the operator.
  • the control device 41 outputs a notification signal indicating that a notification sound, notification display, etc. is issued to the notification device 40, and that the sensors 28 to 34, 37 to 39 other than the pressure sensors 35, 36 have a fault to the operator.
  • the rotational speed limit of the engine 10 is performed. That is, when there is a fault in the sensors 28 to 34 and 37 to 39 other than the pressure sensors 35 and 36, it is found from the detection results of the pressure sensors 35 and 36 that the particulate matter is not excessively deposited on the particulate matter removal filter 23. While the determination is made, the number of rotations of the engine 10 is limited so that, for example, the hydraulic shovel 1 can continue to be operated from the work site to the maintenance site. If the engine speed is limited at step 10, the process returns to the start, and the processes after step 1 are repeated.
  • step 3 determines whether the pressure sensors 35 and 36 are normal (the pressure sensors 35 and 36 have a fault) or if it is determined in step 6, "NO", that is, particulate If it is determined that the particulate matter is excessively deposited on the material removal filter 23, the process proceeds to step 10 and is determined as fail safe 2.
  • step 3 when “NO” is determined in step 3, the pressure sensors 35 and 36 have a fault, and the pressure sensors 35 and 36 cause particulate matter to be removed from the particulate matter removal filter 23. It is in a state where it can not be determined whether or not it is excessively deposited.
  • step 6 if “NO” in step 6, the pressure sensors 35, 36 are normal, but the sensors 28 to 34, 37 to 39 other than the pressure sensors 35, 36 have a fault, and The particulate matter removing filter 23 is in a state where particulate matter is excessively deposited. Therefore, in these two cases, failsafe 2 operation limitation is performed, which is a severe operation limitation that is heavier than the above-described failsafe 1 mild operation limitation.
  • step 11 the operator is informed that there is a fault in the pressure sensors 35, 36 or that the particulate matter is excessively deposited on the particulate matter removal filter 23. That is, the control device 41 outputs a notification signal indicating that a notification sound, notification display, etc. is issued to the notification device 40, to the operator that there is a failure in the pressure sensors 35, 36, or the particulate matter is excessive in the filter 23. Report that it is deposited in the area (over deposition).
  • step 12 the engine speed limit and the fuel injection amount limit of the engine 10 are performed. That is, the fact that the process has proceeded to step 12 is, first, when there is a failure in the pressure sensors 35, 36, secondly, even if there is no failure in the pressure sensors 35, 36, sensors 28 other than the pressure sensors 35, 36 This is a case where there is a defect of ⁇ 34, 37 ⁇ 39 and the particulate matter is excessively deposited on the particulate matter removal filter 23. Therefore, in step 12, the engine 10 is limited in its rotational speed and the fuel injection amount so that excessive load is not applied to the engine 10, the exhaust gas purification device 20 and the regeneration device 24 or the operation is not continued forcibly.
  • step 13 After notifying the operator in step 11 and limiting the rotation speed and fuel injection amount of the engine 10 in step 12, proceed to step 13 and determine whether or not a predetermined time Ts has passed in advance. Do. That is, after the pressure sensors 35 and 36 are determined not to be normal in step 3 or the elapsed time from when it is determined that the particulate matter is excessively deposited on the particulate matter removal filter 23 in step 6 is specified. It is determined whether time Ts has been exceeded. If it is determined in step 13 that "YES", that is, it is determined that the preset predetermined time Ts has elapsed, the process proceeds to step 14, and the engine 10 is stopped. That is, since it is not preferable to continue the operation, the engine 10 is stopped.
  • step 14 is performed to secure the time for moving the hydraulic shovel 1 from the work site, for example. Instead, the process proceeds to return and returns to the start, and repeats the processing from step 1 onward.
  • step 6 Based on the pressure difference ⁇ P detected by the pressure sensors 35 and 36 by the process of 6, it is determined whether the particulate matter is excessively deposited on the particulate matter removal filter 23 or not. For this reason, while it is determined in step 6 that the particulate matter is not excessively deposited on the filter 23, a slight operation restriction (engine speed restriction) is performed by the processing of step 8 and step 9. It can be made possible to continue driving.
  • the engine 10 is stopped after the predetermined time Ts elapses by the processes of step 13 and step 14. Therefore, the hydraulic shovel 1 can be moved from the work site before the predetermined time Ts elapses. Thereby, necessary repair, exchange, and maintenance can be performed in a state where the hydraulic shovel 1 is moved from the work site.
  • the predetermined time Ts appropriately, it is possible to make the hydraulic shovel 1 movable from the work site and to prevent the operation from being forced to continue.
  • steps 1 and 3 shown in FIG. 4 is a specific example of the failure determining means which is a constituent feature of the present invention
  • the processing of step 6 is a specific example of the over deposition determining means.
  • the processes of steps 7 to 14 show specific examples of the operation limiting means.
  • the alarm 40 notifies the operator, restricts the number of revolutions of the engine 10 and restricts the amount of fuel injection, and stops the engine 10 after the predetermined time Ts has elapsed.
  • the present invention is not limited to this. For example, it may be configured to perform notification to the operator by an alarm as light operation restriction, and to limit engine speed and fuel injection amount as heavy operation restriction. .
  • the warning level can be used to continue normal work simply by warning the operator as a light limit, and the work can be performed as a heavy limit.
  • the operation restriction can be appropriately selected, for example, to a level at which the hydraulic shovel 1 can not move but can not continue.
  • the rotation sensor 28, the cooling water temperature sensor 29, the intake temperature sensor 30, the exhaust temperature sensors 31, 32, 33, 34, and the pressure sensor 35 are used as detectors that constitute the state detection device 27. , 36 and the opening degree sensors 37, 38 and 39 have been described as an example.
  • a detector such as an intake air flow rate sensor that detects an intake air amount, or an exhaust gas flow rate sensor that detects an exhaust gas flow rate may be used. That is, the detector which comprises a state detection apparatus can use various detectors as a detector which detects the working state of an engine, an exhaust gas purification apparatus, and a regeneration device.
  • the exhaust temperature sensor 32 may be omitted.
  • the exhaust gas purification device 20 is configured by the oxidation catalyst 22 and the particulate matter removal filter 23 has been described as an example.
  • the present invention is not limited to this.
  • a urea injection valve, a selective reduction catalyst device or the like may be used in combination.
  • the construction machine provided with the exhaust gas purification device according to the present invention is not limited to this, and may be applied to, for example, medium-sized or larger hydraulic shovels.
  • the present invention can be widely applied to construction machines such as hydraulic excavators, wheel loaders, forklifts, hydraulic cranes and the like provided with a wheel type lower traveling body.

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Abstract

 エンジン(10)、排気ガス浄化装置(20)、再生装置(24)には、これらの稼働状態を検出するための検出器、例えば、回転センサ(28)、冷却水温センサ(29)、吸気温センサ(30)、排気温センサ(31,32,33,34)、圧力センサ(35,36)、開度センサ(37,38,39)を設ける。このうちの圧力センサ(35,36)以外のセンサ(28~34,37~39)に障害が生じたときは、圧力センサ(35,36)の検出値から粒子状物質除去フィルタ(23)に粒子状物質が過剰に堆積していないと判定できる間は、エンジン(10)の回転数を制限する軽度の運転制限を行う。一方、粒子状物質除去フィルタ(23)に粒子状物質が過剰に堆積したとき、または、圧力センサ(35,36)に障害が生じたときは、エンジン(10)の燃料噴射量制限を伴う重度の運転制限を行う。

Description

建設機械
 本発明は、例えばディーゼルエンジン等の排気ガス中から有害物質を除去するのに好適に用いられる排気ガス浄化装置を備えた建設機械に関する。
 一般に、油圧ショベル、油圧クレーン等の建設機械は、自走可能な下部走行体と、該下部走行体上に旋回可能に搭載された上部旋回体と、該上部旋回体の前側に俯仰動可能に設けられた作業装置とにより構成されている。上部旋回体は、旋回フレームの後部に油圧ポンプを駆動するためのエンジンを搭載し、旋回フレームの前側にキャブ、燃料タンク、作動油タンク等を搭載している。
 ここで、建設機械の原動機となるエンジンには、一般的にディーゼルエンジンが用いられている。このようなディーゼルエンジンから排出される排気ガス中には、例えば粒子状物質(PM:Particulate Matter)、窒素酸化物(NOx)等の有害物質が含まれることがある。このため、建設機械には、エンジンの排気ガス通路を形成する排気管に排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置が設けられている。
 排気ガス浄化装置は、排気ガス中に含まれる一酸化窒素(NO)、一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)等を酸化して除去する酸化触媒(例えば、Diesel Oxidation Catalyst、略してDOCとも呼ばれている)と、該酸化触媒の下流側に配置され排気ガス中の粒子状物質を捕集して除去する粒子状物質除去フィルタ(例えば、Diesel Particulate Filter、略してDPFとも呼ばれている)とを含んで構成されている(特許文献1)。
 ところで、粒子状物質除去フィルタは、粒子状物質が捕集されることに伴って当該フィルタに粒子状物質が堆積し、これによりフィルタが目詰まりする。このため、粒子状物質を一定量捕集した段階で、フィルタから粒子状物質を除去し、フィルタを再生する必要がある。このフィルタの再生は、例えばポスト噴射と呼ばれる再生処理用の燃料噴射を行うことにより排気ガスの温度を上昇させ、フィルタに堆積した粒子状物質を燃焼することにより行うことができる。
 一方、再生処理は、フィルタに粒子状物質が過剰に堆積している状態で行うと、排気ガスの温度が過度に高くなり(粒子状物質の燃焼温度が過度に高くなり)、フィルタが溶損する虞がある。そこで、従来技術によれば、フィルタに捕集される粒子状物質の捕集量を推定し、その推定捕集量が過剰になる前に再生処理を行うように構成している(特許文献2,特許文献3)。
特開2010-65577号公報 特開2006-322375号公報 特開2004-132358号公報
 ところで、特許文献2による従来技術は、再生関連デバイス、即ち、フィルタに捕集される粒子状物質の捕集量の推定に用いられるセンサ等のデバイスに異常が検出されると、その異常が何れのデバイスであっても、エンジンの出力を制限する構成としている。しかし、異常が検出されたデバイスによっては、運転を継続できる場合もあれば、可及的速やかにエンジンを停止する措置を取ることが好ましい場合もある。
 このため、特許文献2による従来技術によれば、例えばエンジンを停止する措置を取ることが好ましい場合に、運転が継続される虞がある。一方、これとは逆に、例えばフィルタに粒子状物質を捕集するのに十分な余裕があるにも拘わらず、エンジンの出力が過度に制限され、例えば建設機械を作業現場から整備場所まで運転することができなくなる虞もある。
 なお、エンジンを停止する措置を取ることが好ましい場合に運転が継続されることを防止するために、再生関連デバイスに異常があった場合に、その異常が何れのデバイスであっても、エンジンを直ちに停止するようにすることが考えられる。しかし、この場合は、例えば建設機械を作業現場から移動することができなくなる虞があり、好ましくない。
 本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、障害が生じた検出器に応じて必要なフェールセーフ措置を取ることができる建設機械を提供することを目的としている。
 (1).本発明による建設機械は、オペレータが搭乗する車体と、該車体に搭載されたエンジンと、該エンジンの排気側に設けられフィルタによって前記エンジンから排出される排気ガス中の粒子状物質を捕集する排気ガス浄化装置と、前記フィルタに捕集される粒子状物質を燃焼させることにより該フィルタの再生処理を行う再生装置と、前記エンジン、排気ガス浄化装置および再生装置の稼働状態を検出するための複数種類の検出器により構成される状態検出装置と、該状態検出装置を構成する各検出器の検出値に基づいて前記エンジンおよび再生装置の制御を行う制御装置とを備えてなる。
 上述した課題を解決するために、本発明が採用する構成の特徴は、前記状態検出装置は、前記排気ガス浄化装置のフィルタの入口側の圧力と出口側の圧力との差である差圧を検出する差圧検出器を含んで構成し、前記制御装置は、前記状態検出装置を構成する差圧検出器に障害があるか該差圧検出器以外の検出器に障害があるかを判定する障害判定手段と、該障害判定手段により前記差圧検出器以外の検出器に障害があると判定された場合に、前記差圧検出器により検出される差圧に基づいて、前記フィルタに粒子状物質が過剰に堆積したか否かを判定する過堆積判定手段と、前記障害判定手段により前記検出器に障害があると判定された場合、および/または前記過堆積判定手段により前記フィルタに粒子状物質が過剰に堆積したと判定された場合に、前記オペレータにその障害を報知し、および/または前記エンジンの出力を制限する運転制限手段とを備える構成としたことにある。
 この構成によれば、障害が生じた検出器に応じて必要なフェールセーフ措置を取ることができ、建設機械の信頼性を向上することができる。即ち、障害判定手段により差圧検出器以外の検出器に障害があると判定された場合は、過堆積判定手段が、差圧検出器で検出される差圧に基づいてフィルタに粒子状物質が過剰に堆積したか否かを判定する。このため、過堆積判定手段によりフィルタに粒子状物質が過剰に堆積していないと判定される間は、運転制限手段により軽度の運転制限を行うことにより、運転を継続できるようにすることができる。これにより、差圧検出器以外の検出器に障害がある場合に、エンジンの出力が過度に制限されることを防止することができ、建設機械を作業現場から整備場所まで運転し、必要な修理、交換、整備を行うことができる。
 一方、障害判定手段により差圧検出器に障害があると判定された場合、または過堆積判定手段によりフィルタに粒子状物質が過剰に堆積していると判定された場合は、運転制限手段により重度の運転制限を行うことにより、運転が無理に継続されないようにすることができる。この場合、エンジンを直ちに停止しないようにすることにより、建設機械を作業現場から移動させることができる。これにより、建設機械を作業現場から移動した状態で、必要な修理、交換、整備を行うことができる。
 (2).本発明によると、前記運転制限手段は、前記障害判定手段により前記差圧検出器以外の検出器に障害があると判定され、かつ、前記過堆積判定手段により前記フィルタに粒子状物質が過剰に堆積していないと判定された場合は、軽度の運転制限を行い、前記障害判定手段により前記差圧検出器に障害があると判定された場合、または前記過堆積判定手段により前記フィルタに粒子状物質が過剰に堆積したと判定された場合は、前記軽度の運転制限よりも重い重度の運転制限を行う構成としたことにある。
 この構成によれば、差圧検出器以外の検出器に障害があり、フィルタに粒子状物質が過剰に堆積していない場合は、軽度の運転制限を行うにとどめる。一方、差圧検出器に障害がある場合、またはフィルタに粒子状物質が過剰に堆積した場合は、重度の運転制限を行い、エンジン、排気ガス浄化装置および再生装置に過度の負荷が加わったり、無理に運転が継続されないようにする。
 (3).本発明によると、前記軽度の運転制限は、オペレータにその障害を報知すると共に前記エンジンの回転数制限を行い、前記重度の運転制限は、オペレータにその障害を報知すると共に前記エンジンの回転数制限および燃料噴射量制限を行う構成としたことにある。この構成によれば、エンジンの出力が過度に制限されることを抑制しつつ、無理に運転が継続されないようにすることができる。
 (4).本発明によると、前記運転制限手段は、前記障害判定手段により前記差圧検出器に障害があると判定された場合、または前記過堆積判定手段により前記フィルタに粒子状物質が過剰に堆積したと判定された場合は、予め設定した所定時間を経過すると前記エンジンを停止させる構成としたことにある。この構成によれば、エンジンを停止するまでの所定時間を適宜設定することにより、建設機械を作業現場から移動できるようにすることと、運転が無理に継続されないようにすることとを、両立することができる。
 (5).本発明によると、前記状態検出装置を構成する検出器のうち前記差圧検出器は、前記フィルタの入口側と出口側との圧力を検出する一対の圧力センサであり、前記状態検出装置を構成する検出器のうち前記差圧検出器以外の検出器は、前記エンジンの回転数を検出する回転センサと、前記エンジンの冷却水の温度を検出する冷却水温センサと、前記エンジンに吸入される空気の温度を検出する吸気温センサと、排気ガスの温度を検出する排気温センサと、吸気または排気の流路を絞る絞り弁の開度を検出する開度センサとのうちの少なくとも何れかのセンサとしたことにある。
本発明の実施の形態に適用される油圧ショベルを示す正面図である。 図1中の上部旋回体のうちキャブ、外装カバーの一部を取除いた状態で油圧ショベルを拡大して示す一部破断の平面図である。 エンジン、排気ガス浄化装置、再生装置、制御装置、状態検出装置を示す構成図である。 図3中の制御装置による制御内容を示す流れ図である。 図4中の再生処理を示す流れ図である。
 以下、本発明に係る建設機械の実施の形態を、ミニショベルと呼ばれる小型の油圧ショベルに適用した場合を例に挙げ、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
 図中、1は土砂の掘削作業等に用いられる小型の油圧ショベルである。この油圧ショベル1は、自走可能なクローラ式の下部走行体2と、該下部走行体2上に旋回装置3を介して旋回可能に搭載され、該下部走行体2と共に車体を構成する上部旋回体4と、該上部旋回体4の前側に俯仰動可能に設けられた作業装置5とにより大略構成されている。
 ここで、作業装置5は、スイングポスト式の作業装置として構成され、例えばスイングポスト5A、ブーム5B、アーム5C、作業具としてのバケット5D、作業装置5を左,右に揺動するスイングシリンダ5E(図2参照)、ブームシリンダ5F、アームシリンダ5Gおよびバケットシリンダ5H等を備えている。上部旋回体4は、後述の旋回フレーム6、外装カバー7、キャブ8およびカウンタウエイト9等により構成されている。
 旋回フレーム6は、上部旋回体4の構造体を形成するもので、該旋回フレーム6は、旋回装置3を介して下部走行体2上に取付けられている。旋回フレーム6には、その後部側に後述のカウンタウエイト9、エンジン10が設けられ、左前側には後述のキャブ8が設けられている。旋回フレーム6には、キャブ8とカウンタウエイト9との間に位置して外装カバー7が設けられ、この外装カバー7は、旋回フレーム6、キャブ8およびカウンタウエイト9と共に、エンジン10、油圧ポンプ17、熱交換器19、排気ガス浄化装置20等を収容する空間を画成するものである。
 キャブ8は、旋回フレーム6の左前側に搭載され、該キャブ8は、オペレータが搭乗する運転室を内部に画成している。キャブ8の内部には、オペレータが着座する運転席、各種の操作レバー、後述の報知器40(図3参照)等が配設されている。
 カウンタウエイト9は、作業装置5との重量バランスをとるもので、該カウンタウエイト9は、後述するエンジン10の後側に位置して旋回フレーム6の後端部に取付けられている。図2に示すように、カウンタウエイト9の後面側は、円弧状をなして形成され、カウンタウエイト9を下部走行体2の車体幅内に収める構成となっている。
 10は旋回フレーム6の後側に横置き状態で配置されたエンジンで、該エンジン10は、小型の油圧ショベル1に原動機として搭載されるため、例えば小型のディーゼルエンジンを用いて構成されている。エンジン10には、外気を吸込む吸気管11と、排気ガスを排出する排気ガス通路の一部をなす排気管12とが設けられている。排気管12には、後述の排気ガス浄化装置20が接続して設けられている。
 図3に示すように、吸気管11は、エンジン10の吸気側に設けられ、該吸気管11のうちエンジン10との接続部位は、複数の分岐管を含んだ吸気マニホールドとなっている。吸気管11の先端側には、外気を清浄化するエアクリーナ13が接続され、吸気管11の途中には、後述の吸気絞り弁25が設けられている。排気管12は、エンジン10の排気側に設けられ、該排気管12のうちエンジン10との接続部位は、複数の分岐管を含んだ排気マニホールドとなっている。排気管12の途中には、後述の排気絞り弁26が設けられている。
 ここで、エンジン10は、電子制御式エンジンにより構成され、燃料の供給量が電子制御噴射弁等の燃料噴射装置14(図3参照)により可変に制御される。即ち、この燃料噴射装置14は、後述の制御装置41から出力される制御信号に基づいてエンジン10のシリンダ(図示せず)内に噴射される燃料の噴射量(燃料噴射量)を可変に制御する。
 ここで、燃料噴射装置14は、吸気絞り弁25、排気絞り弁26等とともに後述の再生装置24を構成するものである。具体的には、再生装置24は、制御装置41の制御信号に応じて、吸気絞り弁25、排気絞り弁26の開度を調節すると共に、燃料噴射装置14によるシリンダへの燃料噴射量を調節することにより、排気ガスの温度を上昇させ、後述する排気ガス浄化装置20の粒子状物質除去フィルタ23に堆積した粒子状物質を燃焼し除去する構成となっている。
 還流管15は、吸気管11と排気管12との間に設けられ、該還流管15は、エンジン10から排気管12内に排出される排気ガスの一部を吸気管11に還流させるものである。ここで、還流管15の途中部位には、後述する制御装置41からの制御信号により開,閉弁される排気還流弁(EGRバルブ)16が設けられている。排気還流弁16は、排気管12から吸気管11に還流する排気ガスの還流量を調節するもので、排気ガスの一部を吸気側に再循環させることにより、排気ガス中の窒素酸化物(NOx)を低減することができる。
 油圧ポンプ17は、エンジン10の左側に取付けられ、該油圧ポンプ17は、作動油タンク(図示せず)と共に油圧源を構成するものである。油圧ポンプ17は、例えば可変容量型の斜板式、斜軸式またはラジアルピストン式油圧ポンプによって構成される。なお、油圧ポンプ17は、必ずしも可変容量型の油圧ポンプに限らず、例えば固定容量型の油圧ポンプを用いて構成してもよい。
 図2に示すように、エンジン10の左側に動力伝達装置18が取付けられ、油圧ポンプ17は、この動力伝達装置18を介してエンジン10の回転出力が伝えられる。油圧ポンプ17は、エンジン10によって駆動されることにより、コントロールバルブ(図示せず)に向けて圧油(作動油)を吐出するものである。
 熱交換器19は、エンジン10の右側に位置して旋回フレーム6上に設けられ、該熱交換器19は、例えばラジエータ、オイルクーラ、インタクーラを含んで構成されている。即ち、熱交換器19は、エンジン10の冷却を行うと共に、作動油タンクに戻される圧油(作動油)の冷却も行うものである。
 次に、エンジン10から排出される排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置20について説明する。
 即ち、20はエンジン10の排気側に設けられた排気ガス浄化装置を示している。図2に示すように、排気ガス浄化装置20は、エンジン10の上部左側で、例えば動力伝達装置18の上側となる位置に配設され、その上流側はエンジン10の排気管12が接続されている。排気ガス浄化装置20は、排気管12と共に排気ガス通路を構成し、上流側から下流側に排気ガスが流通する間に、この排気ガスに含まれる有害物質を除去する。より具体的には、後述の粒子状物質除去フィルタ23によってエンジン10から排出される排気ガス中の粒子状物質を捕集する。
 即ち、ディーゼルエンジンからなるエンジン10は、高効率で耐久性にも優れている。しかし、エンジン10の排気ガス中には、粒子状物質(PM)、窒素酸化物(NOx)、一酸化炭素(CO)等の有害物質が含まれている。このため、図3に示すように、排気管12に取付けられる排気ガス浄化装置20は、排気ガス中の一酸化炭素(CO)等を酸化して除去する後述の酸化触媒22と、排気ガス中の粒子状物質(PM)を捕集して除去する後述の粒子状物質除去フィルタ23とを含んで構成されている。
 図3に示すように、排気ガス浄化装置20は、例えば複数の筒体を前,後で着脱可能に連結して構成された筒状のケーシング21を有している。このケーシング21内には、酸化触媒22と、フィルタとしての粒子状物質除去フィルタ23とが取外し可能に収容されている。
 酸化触媒22は、例えばケーシング21の内径寸法と同等の外径寸法をもったセラミックス製のセル状筒体からなるものである。酸化触媒22内には、その軸方向には多数の貫通孔(図示せず)が形成され、その内面に貴金属がコーティングされている。酸化触媒22は、所定の温度の条件のもとで各貫通孔内に排気ガスを流通させることにより、この排気ガスに含まれる一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)等を酸化して除去し、窒素酸化物(NO)を二酸化窒素(NO2)として除去するものである。
 一方、粒子状物質除去フィルタ23は、ケーシング21内で酸化触媒22の下流側に配置されている。粒子状物質除去フィルタ23は、エンジン10から排出される排気ガス中の粒子状物質を捕集すると共に、捕集した粒子状物質を燃焼して除去することにより排気ガスの浄化を行うものである。このために、粒子状物質除去フィルタ23は、例えばセラミックス材料等からなる多孔質な部材に軸方向に多数の小孔(図示せず)を設けたセル状筒体により構成されている。これにより、粒子状物質除去フィルタ23は、多数の小孔を介して粒子状物質を捕集し、捕集した粒子状物質は、後述する再生装置24の再生処理によって燃焼して除去される。この結果、粒子状物質除去フィルタ23は再生される。
 24は粒子状物質除去フィルタ23に捕集される粒子状物質を燃焼させることにより該フィルタ23の再生処理を行う再生装置で、該再生装置24は、前述の燃料噴射装置14と、後述の吸気絞り弁25と、排気絞り弁26とにより大略構成されている。再生装置24は、後述する制御装置41の指令信号(制御信号)に応じて、吸気絞り弁25と排気絞り弁26とのうちの少なくとも一方の絞り弁を流路を絞る方向に駆動すると共に、燃料噴射装置14によるシリンダへの燃料噴射量を調節する。これにより、後述するように、排気管12内の排気ガスの温度を上昇させ、粒子状物質除去フィルタ23に堆積した粒子状物質を燃焼し除去する構成となっている。
 吸気絞り弁25は、エンジン10の吸気管11側に設けられ、該吸気絞り弁25は、粒子状物質除去フィルタ23の再生処理を行う再生装置24を構成している。ここで、吸気絞り弁25は、制御装置41からの制御信号により通常時は開弁状態(例えば、燃料噴射量に対応した開度、または全開状態)に保持される。一方、再生処理を行うときは、制御装置41からの制御信号により吸気絞り弁25は流路を絞る方向に駆動される。
 これにより、吸気絞り弁25は、空気と燃料との空燃比がリッチ傾向となるように吸入空気量を絞る。このとき、エンジン10の燃焼室内では、空燃比がリッチ傾向となった燃料を燃焼させることにより、排気管12側に排出する排気ガスの温度が上昇し、粒子状物質除去フィルタ23に捕集された粒子状物質を燃焼し除去することができる。
 排気絞り弁26は、エンジン10の排気管12側に設けられ、該排気絞り弁26も、粒子状物質除去フィルタ23の再生処理を行う再生装置24を構成している。ここで、排気絞り弁26は、制御装置41からの制御信号により通常時は全開状態に保持される。一方、再生処理を行うときは、制御装置41からの制御信号により排気絞り弁26は流路を絞る方向に駆動され、その開度を小さく絞る制御を行う。
 これにより、排気絞り弁26は、排気管12内を流れる排気ガスの流量を絞ってエンジン10に背圧を与え、エンジン10の負荷を増大させる。このとき、制御装置41は、エンジン10の燃料噴射装置14による燃料噴射量を上記負荷に対応して増大させる。この結果、排気ガスの温度が上昇し、粒子状物質除去フィルタ23に捕集された粒子状物質を燃焼し除去することができる。
 27はエンジン10、排気ガス浄化装置20および再生装置24の稼働状態を検出するための状態検出装置を示している。状態検出装置27は、複数種類の検出器、具体的には、後述の回転センサ28と、冷却水温センサ29と、吸気温センサ30と、排気温センサ31,32,33,34と、圧力センサ35,36と、開度センサ37,38,39とにより大略構成されている。この場合、各検出器のうち、圧力センサ35,36が差圧検出器に対応し、それ以外のセンサ28~34,37~39は差圧検出器以外の検出器に対応する。なお、本実施の形態にあっては、状態検出装置27は、小型の油圧ショベル1に設けられたセンサ(検出器)の例示である。従って、圧力センサ35,36以外のセンサ28~34,37~39は、エンジン10、排気ガス浄化装置20等の構造に応じて、適宜に取付けられるものである。
 回転センサ28は、エンジン10の回転数(回転速度)を検出するもので、該回転センサ28は、エンジン10の回転数を検出し、その検出信号を後述の制御装置41に出力する。制御装置41は、例えば、回転センサ28で検出したエンジン回転数Nと、燃料噴射装置14で噴射された燃料噴射量Fと、後述の排気温センサ32で検出した酸化触媒22前の排気ガスの温度(排気温度)とに基づいて、粒子状物質除去フィルタ23に捕集される粒子状物質の捕集量を推定し、その推定捕集量である第1の推定捕集量Q1に基づいて、再生処理を行うか否かの判定を行う。なお、燃料噴射量Fは、例えば、エンジン10の吸気側に設けられた図示しないエアフロメータ(空気流量計)から検出される吸入空気量とエンジン回転数Nとから求めることができる他、例えば制御装置41から燃料噴射装置14に出力される制御信号(燃料噴射指令)から算出することもできる。
 冷却水温センサ29は、エンジン10用の冷却水の温度(水温)を検出するもので、該冷却水温センサ29は、エンジン冷却水の温度を検出し、その検出信号を後述の制御装置41に出力する。エンジン冷却水の温度は、エンジン10の稼動状態の監視や、必要に応じてエンジン10や再生装置24の制御、状態量の演算等に用いられる。
 吸気温センサ30は、吸入空気の温度(吸気温度)を検出するものである。図3に示すように、吸気温センサ30は、吸気管11の途中で吸気絞り弁25よりも下流側に取付けられ、エンジン10に吸入される空気の温度を検出する。吸気温センサ30で検出した吸気温度は、検出信号として後述の制御装置41に出力される。吸気温度は、エンジン10の稼動状態の監視や、必要に応じてエンジン10や再生装置24の制御、状態量の演算等に用いられる。
 排気温センサ31,32,33,34は、排気ガスの温度(排気温度)を検出するものである。図3に示すように、各排気温センサ31,32,33,34のうち、絞り弁前排気温センサ31は、排気管12の途中で排気絞り弁26よりも上流側に取付けられている。触媒前排気温センサ32は、排気ガス浄化装置20のケーシング21で酸化触媒22よりも上流側に取付けられている。フィルタ前排気温センサ33は、排気ガス浄化装置20のケーシング21で粒子状物質除去フィルタ23よりも上流側に取付けられている。フィルタ後排気温センサ34は、排気ガス浄化装置20のケーシング21で粒子状物質除去フィルタ23よりも下流側に取付けられている。
 絞り弁前排気温センサ31は、排気絞り弁26の上流側の排気ガスの温度を検出する。触媒前排気温センサ32は、酸化触媒22の上流側の排気ガスの温度を検出する。フィルタ前排気温センサ33は、粒子状物質除去フィルタ23の上流側の排気ガスの温度を検出する。フィルタ後排気温センサ34は、粒子状物質除去フィルタ23よりも下流側の排気ガスの温度を検出する。各排気温センサ31,32,33,34で検出した排気温度は、検出信号として後述の制御装置41に出力される。それぞれの排気温度は、エンジン10、排気ガス浄化装置20および再生装置24の稼働状態の監視や、例えば粒子状物質除去フィルタ23に捕集される粒子状物質の捕集量の推定等に用いられる。
 35,36は排気ガス浄化装置20のケーシング21に設けられた差圧検出器としての圧力センサを示している。図3に示すように、一対の圧力センサ35,36は、粒子状物質除去フィルタ23の入口側(上流側)と出口側(下流側)とに互いに離間して配置され、それぞれの検出信号を後述の制御装置41に出力する。制御装置41は、例えば、圧力センサ35で検出した入口側の圧力P1と圧力センサ36で検出した出口側の圧力P2とにより差圧ΔPを算出する。これと共に、その差圧ΔPと排気温度と排気ガス流量とに基づいて粒子状物質除去フィルタ23に捕集される粒子状物質の捕集量を推定し、その推定捕集量である第2の推定捕集量Q2に基づいて、再生処理を行うか否かの判定を行う。
 開度センサ37,38,39は、吸気または排気の流路を絞る絞り弁(吸気絞り弁25、排気絞り弁26、排気還流弁16)の開弁状態を検出するものである。図3に示すように、各開度センサ37,38,39のうち、吸気絞り弁開度センサ37は、吸気絞り弁25に取付けられその開度を検出する。排気絞り弁開度センサ38は、排気絞り弁26に取付けられその開度を検出する。排気還流弁開度センサ39は、排気還流弁16に取付けられその開度を検出する。各開度センサ37,38,39で検出した開度は、検出信号として後述の制御装置41に出力される。それぞれの開度は、エンジン10、排気ガス浄化装置20および再生装置24の稼働状態の監視や、例えば粒子状物質除去フィルタ23に捕集される粒子状物質の捕集量の推定等に用いられる。
 報知器40は、キャブ8内で運転席の近傍に設けられている。報知器40は、後述の制御装置41に接続され、該制御装置41からの指令(報知信号)に基づいて、オペレータに対し、状態検出装置27を構成するセンサ28~39に障害がある旨、その障害に応じた運転制限を行っている旨を報知するものである。ここで、報知器40は、報知音を発するブザー、音声を発するスピーカ、報知内容を表示するライトもしくはモニタ等により構成することができる。報知器40は、制御装置41が状態検出装置27の検出器に障害があると判定した場合に、該制御装置41からの指令(報知信号)に基づいて報知音、報知表示を発する等により、オペレータに対してその旨を報知する。
 41はマイクロコンピュータ等からなる制御装置(コントロールユニット)を示している。制御装置41は、状態検出装置27を構成する各センサ28~39の検出値に基づいて、エンジン10および再生装置24の制御を行うものである。ここで、制御装置41は、その入力側が燃料噴射装置14、状態検出装置27の各検出器、即ち、回転センサ28、冷却水温センサ29、吸気温センサ30、排気温センサ31,32,33,34、圧力センサ35,36、開度センサ37,38,39等に接続されている。制御装置41の出力側は、燃料噴射装置14、吸気絞り弁25、排気絞り弁26、排気還流弁16、報知器40等に接続されている。制御装置41は、ROM,RAM等からなる記憶部41Aを有し、この記憶部41A内には、後述の図4および図5に示す再生処理および運転制限用の処理プログラム、予め作成された粒子状物質の捕集量を推定するための第1のマップ、第2のマップ、計算式、予め設定された捕集量閾値Qs、差圧閾値ΔPs、所定時間Ts等が格納されている。
 ここで、粒子状物質除去フィルタ23に捕集される粒子状物質の捕集量を推定するための第1のマップは、少なくともエンジンの回転数Nと燃料噴射量Fとに基づいて捕集量を推定するためのものである。具体的には、第1のマップは、例えばエンジン回転数Nと燃料噴射量Fと粒子状物質の排出量Hmとの対応関係を予め実験等により求め、その対応関係をマップとして作成したものである。捕集量を推定するための計算式は、推定捕集量をQ1とし、第1のマップにより求められた粒子状物質の排出量をHmとし、再生処理により粒子状物質除去フィルタ23から除去される粒子状物質の量(再生量)をJとした場合に、下記の数1式として表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 この場合、再生処理により除去される粒子状物質の量、即ち、再生量Jは、例えば、エンジン回転数Nと燃料噴射量Fとから求められる排気ガスの流量と、酸化触媒22前の排気温度と、エンジン回転数Nと燃料噴射量Fとから求められる窒素酸化物(NOx)の排出量に排気温度を加味して求められるNO転換率との関係から算出することができる。
 粒子状物質除去フィルタ23に捕集される粒子状物質の捕集量を推定するための第2のマップは、少なくとも粒子状物質除去フィルタ23の差圧ΔPに基づいて捕集量を推定するためのものである。具体的には、第2のマップは、例えば、差圧ΔPと排気ガス流量と推定捕集量Q2との対応関係を予め実験等により求め、その対応関係をマップとして作成したものである。なお、粒子状物質除去フィルタ23の差圧ΔPは、圧力センサ35で検出した入口側の圧力をP1とし圧力センサ36で検出した出口側の圧力P2とした場合に、下記の数2式により算出する(特開2004-132358号公報参照)。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 捕集量閾値Qsは、再生処理を行うか否かを判定するための基準値である。即ち、捕集量閾値Qsは、前記第1のマップと計算式とにより推定された第1の推定捕集量Q1と、前記第2のマップにより推定された第2の推定捕集量Q2との少なくとも何れか一方が、捕集量閾値Qs以上になったときに、再生処理が必要と判定するためのものである。この捕集量閾値Qsは、再生処理を適切な状態、例えば、粒子状物質除去フィルタ23に十分な粒子状物質が捕集された状態で行えるように、予め実験、計算、シミュレーション等に基づいてその値を設定する。
 差圧閾値ΔPsは、粒子状物質除去フィルタ23に粒子状物質が過剰に堆積した否かを判定するための基準値である。即ち、差圧閾値ΔPsは、差圧ΔPが差圧閾値ΔPsを超えたときに、フィルタ23に粒子状物質が過剰に堆積したと判定するためのものである。この差圧閾値ΔPsは、粒子状物質が過剰に堆積した否かを適切に行えるように、例えばフィルタ23に粒子状物質を捕集するのに十分な余裕があるにも拘わらず過剰に堆積したと判定されないように、予め実験、計算、シミュレーション等に基づいてその値を設定する。
 所定時間Tsは、不具合の発生を判断したときからエンジン10を停止するまでの時間である。具体的には、所定時間Tsは、圧力センサ35,36に障害があると判定された場合と、圧力センサ35,36以外のセンサに障害があると判定され、粒子状物質除去フィルタ23に粒子状物質が過剰に堆積したと判定された場合とにおいて、その判定からエンジン10を停止させるまでの時間である。所定時間Tsは、障害が発生した場合に、油圧ショベル1を作業現場から移動させる時間を確保でき、かつ、運転が継続されることによる過度の不調を防止できるように、予め実験、計算、シミュレーション等に基づいて設定する。
 制御装置41は、後述する図4および図5の処理プログラムに従って、再生処理を自動的に行う自動再生制御(第1の機能)と、状態検出装置27を構成するセンサ28~39に障害が生じた場合にその障害に応じた運転制限を行う運転制限制御(第2の機能)とを行う。
 まず、第1の機能である自動再生制御に関して述べる。制御装置41は、粒子状物質除去フィルタ23に捕集される粒子状物質の捕集量を、少なくとも燃料噴射量Fとエンジン回転数Nとに基づいて推定する他、少なくとも粒子状物質除去フィルタ23の差圧ΔPに基づいても推定する。次に、制御装置41は、推定された2つの捕集量、即ち、少なくとも燃料噴射量Fとエンジン回転数Nとに基づいて推定される第1の推定捕集量Q1と少なくとも粒子状物質除去フィルタ23の差圧ΔPに基づいて推定される第2の推定捕集量Q2とのうちの少なくとも何れか一方の推定捕集量が、捕集量閾値Qs以上となり、再生処理を行う必要があるかを判定する。次に、制御装置41は、再生処理が必要であると判定したときは、再生装置24に再生を行う旨の制御信号を出力し、自動再生の制御を行う。具体的には、吸気絞り弁25と排気絞り弁26とのうちの少なくとも一方の絞り弁を流路を絞る方向に駆動すると共に、燃料噴射装置14によるシリンダへの燃料噴射量を調節することにより、粒子状物質除去フィルタ23に堆積した粒子状物質を燃焼し除去する。
 次に、第2の機能である運転制限制御に関して述べる。制御装置41は、状態検出装置27を構成するセンサ28~39に不調、異常、誤動作、故障等の障害があるか否かを判定する。次に、制御装置41は、状態検出装置27を構成するセンサ28~39の少なくとも何れかに障害があると判定された場合に、圧力センサ35,36に障害があるか、または、該圧力センサ35,36以外のセンサ28~34,37~39に障害があるかを判定する。次に、制御装置41は、圧力センサ35,36以外のセンサに障害があると判定された場合に、圧力センサ35,36により検出される差圧ΔPに基づいて、粒子状物質除去フィルタ23に粒子状物質が過剰に堆積したか否かを判定する。
 さらに、制御装置41は、センサ28~39の障害と粒子状物質除去フィルタ23に粒子状物質が過剰に堆積したか否かとに応じて、運転制限を行う。具体的には、センサ28~39に障害があると判定された場合、および粒子状物質除去フィルタ23に粒子状物質が過剰に堆積したと判定された場合には、オペレータに対して障害がある旨と粒子状物質が過剰に堆積した旨とを報知する。この場合、制御装置41は、その報知をするための信号(報知信号)を報知器40に出力することにより、該報知器40から報知音、報知表示を発し、障害報知を行う。これと共に、制御装置41は、エンジン10の回転数制限や燃料噴射量制限等のエンジン10の出力の制限を行う。例えば、制御装置41は、センサ28~39に障害がない場合と比較してエンジン回転数Nや燃料噴射量Fが小さくなるように、エンジン10の燃料噴射装置14に制御信号を出力する。
 なお、排出口42は、排気ガス浄化装置20の下流側に設けられ、該排出口42は、粒子状物質除去フィルタ23よりも下流側に位置してケーシング21の出口側に接続されている。この排出口42は、例えば浄化処理された後の排気ガスを大気中に放出する煙突、消音器を含んで構成される。
 本実施の形態による油圧ショベル1は、上述の如き構成を有するもので、次に、その動作について説明する。
 油圧ショベル1のオペレータは、上部旋回体4のキャブ8に搭乗し、エンジン10を始動して油圧ポンプ17を駆動する。これにより、油圧ポンプ17からの圧油は、制御弁を介して各種アクチュエータに供給される。キャブ8に搭乗したオペレータが走行用の操作レバーを操作したときには、下部走行体2を前進または後退させることができる。
 一方、キャブ8内のオペレータが作業用の操作レバーを操作することにより、作業装置5を俯仰動させて土砂の掘削作業等を行うことができる。この場合、小型の油圧ショベル1は、上部旋回体4による旋回半径が小さいため、例えば市街地のように狭い作業現場でも、上部旋回体4を旋回駆動しながら側溝堀作業等を行うことができる。
 エンジン10の運転時には、その排気管12から有害物質である粒子状物質等が排出される。このときに排気ガス浄化装置20は、酸化触媒22によって排気ガス中の炭化水素(HC)、窒素酸化物(NO)、一酸化炭素(CO)を酸化除去することができる。粒子状物質除去フィルタ23は、排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集する。これにより、浄化した排気ガスを下流側の排出口42を通じて外部に排出することができる。なお、捕集した粒子状物質は、再生装置24によって燃焼し除去(再生処理)される。
 ところで、状態検出装置27を構成するセンサ28~39に不調、異常、誤動作、故障等の障害が発生することがある。この場合、その障害の程度によっては、運転を継続できる場合もあれば、エンジン10を停止する措置を取ることが好ましい場合もある。例えばエンジン10を停止する措置を取ることが好ましいにも拘わらず、運転が継続されれば、大きな障害に繋がるおそれがある。これとは逆に、例えば粒子状物質除去フィルタ23に粒子状物質を捕集するのに十分な余裕があるにも拘わらず、エンジン10を直ちに停止することは、好ましくない。
 そこで、本実施の形態では、制御装置41は、再生処理の制御に加え、状態検出装置27を構成するセンサ28~39の障害を判定すると共に、障害が生じたセンサ28~39に応じて必要なフェールセーフ措置を取ることができるように構成している。具体的には、制御装置41により、図4および図5に示す処理を実行することにより、再生処理と運転制限処理とを行う構成としている。
 即ち、エンジン10の始動(稼働)により、図4の処理動作がスタートすると、ステップ1では、状態検出装置27を構成するセンサ28~39が正常か否か、即ち、センサ28~39に異常、誤動作、故障等の障害が発生していないか否かの判定を行う。この判定は、例えば、所定の運転状態や所定の信号(セルフチェック信号)を与えた場合に各センサ28~39から所定の検出結果が得られるか否かにより行う(自己診断する)ことができる。このステップ1で、「YES」、即ち、状態検出装置27を構成する全てのセンサ28~39が正常である(全てのセンサ28~39に障害がない)と判定された場合は、運転制限処理を行う必要がないので、ステップ2の再生処理に進む。
 ステップ2では、粒子状物質除去フィルタ23に捕集される粒子状物質の量を推定し、その推定捕集量に応じて再生処理を自動的に行う。この不調判定処理は、図5に示すように、第1の推定捕集量Q1と第2の推定捕集量Q2とから再生処理が必要か否かを判定し、再生処理が必要と判定されたときは、再生装置24に再生を行う旨の制御信号を出力し、自動再生の制御を行うものである。
 まず、第1の推定捕集量Q1の推定処理について述べる。即ち、再生処理のステップ21では、回転センサ28からエンジン回転数Nを読込む。次に、ステップ22では、燃料噴射量Fを読込む。この燃料噴射量Fは、例えば、エンジン10の吸気側に設けられた図示しないエアフロメータ(空気流量計)から検出される吸入空気量とエンジン回転数Nとから求めることができる他、例えば制御装置41から燃料噴射装置14に出力される制御信号(燃料噴射指令)から算出することもできる。
 ステップ23では、前のステップ21,22で読込んだエンジン回転数Nと燃料噴射量Fとに基づいて、粒子状物質除去フィルタ23に捕集される粒子状物質の捕集量、即ち、第1の推定捕集量Q1を推定(算出)する。この第1の推定捕集量Q1は、制御装置41の記憶部41Aに格納された前述の第1のマップと計算式とを用いて推定することができる。
 即ち、エンジン回転数Nと燃料噴射量Fとから前述の第1のマップを用いて単位時間当たりの排出量を求めると共に、その排出量を積算することにより、運転開始から現時点までの合計の排出量Hmを求める。そして、上述した数1式に基づいて、合計の排出量Hmから、現時点までの再生処理で除去された粒子状物質の量(再生量)Jを減ずることにより、現時点の第1の推定捕集量Q1を推定することができる。
 次に、第2の推定捕集量Q2の推定処理について述べる。ステップ24では、圧力センサ35,36から圧力P1,P2を読込む。即ち、粒子状物質除去フィルタ23の上流側の圧力P1と下流側の圧力P2とを読込む。次なるステップ25では、粒子状物質除去フィルタ23の上流側の圧力P1と下流側の圧力P2との差圧ΔPを、前述した数2式により演算する。
 次のステップ26では、差圧ΔPに基づいて粒子状物質除去フィルタ23に捕集される粒子状物質の捕集量、即ち、第2の推定捕集量Q2を推定(算出)する。この第2の推定捕集量Q2は、制御装置41の記憶部41Aに格納された前述の第2のマップを用いて推定することができる。即ち、差圧ΔPと排気ガス流量と推定捕集量Q2とを対応させた第2のマップに基づいて、現時点の第2の推定捕集量Q2を推定することができる。
 前述のステップ23で第1の推定捕集量Q1を推定すると共にステップ26で第2の推定捕集量Q2を推定したならば、ステップ27で、これら第1の推定捕集量Q1および/または第2の推定捕集量Q2が予め設定した捕集量閾値Qs以上であるか否かにより、再生処理を行うか否かの判定を行う。このステップ27で、「YES」、即ち、少なくとも何れか一方の推定捕集量Q1,Q2が捕集量閾値Qs以上であると判定された場合は、粒子状物質除去フィルタ23に粒子状物質が十分に捕集量されているから、ステップ28に進み、自動再生を開始する。
 即ち、ステップ28では、例えば、制御装置41から吸気絞り弁25と排気絞り弁26とのうちの少なくとも一方の絞り弁に閉弁方向(流路を絞る方向)に駆動する旨の制御信号を出力すると共に、燃料噴射装置14に燃料噴射量を増大する旨の制御信号を出力する。これにより、エンジン10から排出される排気ガスの温度を上昇させ、粒子状物質除去フィルタ23に捕集された粒子状物質を燃焼し除去する。そして、図5のリターンと図4のリターンを介して、図4のスタートに戻り、ステップ1以降の処理を繰返す。
 これに対し、ステップ27で、「NO」、即ち、両方の推定捕集量Q1,Q2が捕集量閾値Qsよりも小さいと判定された場合は、粒子状物質除去フィルタ23に粒子状物質が十分に捕集されていないから、ステップ28を介することなく、リターンに進む。そして、図5のリターンと図4のリターンを介して、図4のスタートに戻り、ステップ1以降の処理を繰返す。
 一方、図4に戻って、ステップ1で、「NO」、即ち、状態検出装置27を構成する全てのセンサ28~39が正常ではない(少なくとも何れかのセンサ28~39に障害がある)と判定された場合は、運転制限処理を行う必要があるので、ステップ3に進む。
 ステップ3では、圧力センサ35,36が正常か否かを判定する。この判定も、自己診断により行うことができる。このステップ3で、「YES」、即ち、圧力センサ35,36が正常である(圧力センサ35,36に障害がない)と判定された場合は、圧力センサ35,36を用いて粒子状物質除去フィルタ23に粒子状物質が過剰に堆積した否かを判定できるから、ステップ4に進み、圧力センサ35,36から圧力P1,P2を読込む。即ち、粒子状物質除去フィルタ23の上流側の圧力P1と下流側の圧力P2とを読込む。次のステップ5では、粒子状物質除去フィルタ23の上流側の圧力P1と下流側の圧力P2との差圧ΔPを、前述した数2式により演算する。
 続くステップ6では、差圧ΔPが予め設定した差圧閾値ΔPsを超えたか否かにより、粒子状物質除去フィルタ23に粒子状物質が過剰に堆積したか否かを判定する。即ち、差圧ΔPが予め設定した差圧閾値ΔPs以下である場合は、粒子状物質除去フィルタ23に粒子状物質が過剰に堆積していない(フィルタ23に粒子状物質を捕集する余裕がある)と判定する。一方、差圧ΔPが予め設定した差圧閾値ΔPsを超えた場合は、粒子状物質除去フィルタ23に粒子状物質が過剰に堆積した(フィルタ23に粒子状物質を捕集する余裕がない)と判定する。
 ステップ6で、「YES」、即ち、粒子状物質除去フィルタ23に粒子状物質が過剰に堆積していないと判定された場合は、ステップ7に進みフェールセーフ1と判定する。即ち、ステップ3で「YES」と判定されると共にステップ6で「YES」と判定された場合は、圧力センサ35,36以外のセンサ28~34,37~39に障害があり、かつ、粒子状物質除去フィルタ23に粒子状物質が過剰に堆積していない場合であるため、軽度の運転制限となるフェールセーフ1の運転制限を行う。
 具体的には、続くステップ8で、オペレータに対して圧力センサ35,36以外のセンサ28~34,37~39に障害がある旨を報知する。即ち、制御装置41から報知器40に報知音、報知表示等を発する旨の報知信号を出力し、オペレータに対して圧力センサ35,36以外のセンサ28~34,37~39に障害がある旨を報知する。
 続くステップ9では、エンジン10の回転数制限を行う。即ち、圧力センサ35,36以外のセンサ28~34,37~39に障害がある場合は、圧力センサ35,36の検出結果から粒子状物質除去フィルタ23に粒子状物質が過剰に堆積してないと判定できる間は、例えば油圧ショベル1を作業現場から整備場所まで運転を継続できるように、エンジン10の回転数を制限する。ステップ10で、エンジン10の回転数制限を行ったならば、スタートに戻り、ステップ1以降の処理を繰返す。
 一方、ステップ3で、「NO」、即ち、圧力センサ35,36が正常でない(圧力センサ35,36に障害がある)と判定された場合、またはステップ6で、「NO」、即ち、粒子状物質除去フィルタ23に粒子状物質が過剰に堆積していると判定された場合は、ステップ10に進みフェールセーフ2と判定する。
 具体的には、第1に、ステップ3で「NO」と判定された場合は、圧力センサ35,36に障害があり、この圧力センサ35,36により粒子状物質除去フィルタ23に粒子状物質が過剰に堆積しているか否かを判定できない状態である。第2に、ステップ6で「NO」と判定された場合は、圧力センサ35,36は正常であるが、圧力センサ35,36以外のセンサ28~34,37~39には障害があり、かつ、粒子状物質除去フィルタ23には粒子状物質が過剰に堆積している状態である。このため、これら2つの場合は、上述したフェールセーフ1の軽度の運転制限よりも重い重度の運転制限となるフェールセーフ2の運転制限を行う。
 ステップ11では、オペレータに対して圧力センサ35,36に障害がある旨、または粒子状物質除去フィルタ23に粒子状物質が過剰に堆積している旨を報知する。即ち、制御装置41から報知器40に報知音、報知表示等を発する旨の報知信号を出力し、オペレータに対して圧力センサ35,36に障害がある旨、またはフィルタ23に粒子状物質が過剰に堆積している旨(過堆積の旨)を報知する。
 次に、続くステップ12では、エンジン10の回転数制限および燃料噴射量制限を行う。即ち、ステップ12まで進んだということは、第1に、圧力センサ35,36に障害がある場合、第2に、圧力センサ35,36に障害がなくても圧力センサ35,36以外のセンサ28~34,37~39に障害があり、かつ、粒子状物質除去フィルタ23に粒子状物質が過剰に堆積している場合である。このため、ステップ12では、エンジン10、排気ガス浄化装置20および再生装置24に過度の負荷が加わったり、無理に運転が継続されないように、エンジン10の回転数制限および燃料噴射量制限を行う。
 ステップ11でオペレータへの報知を行うと共に、ステップ12でエンジン10の回転数制限および燃料噴射量制限を行ったならば、ステップ13に進み、予め設定した所定時間Tsが経過したか否かを判定する。即ち、ステップ3で圧力センサ35,36が正常でないと判定されてから、またはステップ6で粒子状物質除去フィルタ23に粒子状物質が過剰に堆積していると判定されてからの経過時間が所定時間Tsを超えたか否かを判定する。このステップ13で、「YES」、即ち、予め設定した所定時間Tsを経過したと判定された場合は、ステップ14に進み、エンジン10を停止させる。即ち、これ以上の運転の継続は好ましくないため、エンジン10を停止させる。
 一方、ステップ14で、「NO」、即ち、予め設定した所定時間Tsを経過していないと判定された場合は、例えば油圧ショベル1を作業現場から移動させる時間を確保すべく、ステップ14を介することなく、リターンに進むと共にスタートに戻り、ステップ1以降の処理を繰返す。
 かくして、本実施の形態によれば、障害が生じたセンサ28~39に応じて必要なフェールセーフ措置を取ることができ、油圧ショベル1の信頼性を向上することができる。
 即ち、ステップ1とステップ3の処理により、圧力センサ35,36が正常であるが、該圧力センサ35,36以外のセンサ28~34,37~39に障害があると判定された場合は、ステップ6の処理により圧力センサ35,36で検出される差圧ΔPに基づいて粒子状物質除去フィルタ23に粒子状物質が過剰に堆積したか否かを判定する。このため、ステップ6によりフィルタ23に粒子状物質が過剰に堆積していないと判定される間は、ステップ8とステップ9との処理により軽度の運転制限(エンジン回転数制限)を行うことにより、運転を継続できるようにすることができる。これにより、圧力センサ35,36以外のセンサ28~34,37~39に障害がある場合に、エンジン10の出力が過度に制限されることを防止することができ、油圧ショベル1を作業現場から整備場所まで運転し、必要な修理、交換、整備を行うことができる。
 一方、第1にステップ1とステップ3の処理により圧力センサ35,36に障害があると判定された場合、第2にステップ1とステップ3の処理により圧力センサ35,36以外のセンサ28~34,37~39に障害があると判定され、かつ、ステップ6の処理により粒子状物質除去フィルタ23に粒子状物質が過剰に堆積したと判定された場合は、ステップ11~ステップ14の処理により重度の運転制限(エンジン回転数制限と燃料噴射量制限)を行う。これより、エンジン10、排気ガス浄化装置20および再生装置24に過度の負荷が加わったり、無理に運転が継続されないようにすることができる。
 この場合、ステップ13とステップ14の処理により、所定時間Tsの経過後にエンジン10を停止する構成としているので、所定時間Tsが経過する前に油圧ショベル1を作業現場から移動させることができる。これにより、油圧ショベル1を作業現場から移動した状態で、必要な修理、交換、整備を行うことができる。しかも、所定時間Tsを適宜設定することにより、油圧ショベル1を作業現場から移動できるようにすることと運転が無理に継続されないようにすることとを両立することができる。
 なお、上述した実施の形態では、図4に示すステップ1,3の処理が本発明の構成要件である障害判定手段の具体例であり、ステップ6の処理が過堆積判定手段の具体例であり、ステップ7~14の処理が運転制限手段の具体例を示している。
 上述した実施の形態では、軽度の運転制限としては、報知器40によりオペレータに報知すると共にエンジン10の回転数制限を行う場合を例示した。また、重度の運転制限としては、報知器40によりオペレータに報知すると共にエンジン10の回転数制限および燃料噴射量制限を行い、さらに、所定時間Tsの経過後にエンジン10を停止する構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えば、軽度の運転制限として報知器によりオペレータへの報知を行い、重度の運転制限としてエンジンの回転数制限および燃料噴射量制限を行う構成としてもよい。即ち、障害が生じた検出器に応じて必要な運転制限、例えば、軽度の運転制限として単にオペレータに警告するのみで通常の作業を継続することができる警告レベルとし、重度の運転制限として作業は継続できないが油圧ショベル1を移動できるレベルにする等、運転制限を適宜選択することができる。
 上述した実施の形態では、状態検出装置27を構成する検出器として、回転センサ28と、冷却水温センサ29と、吸気温センサ30と、排気温センサ31,32,33,34と、圧力センサ35,36と、開度センサ37,38,39とを用いた場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えば、吸入空気量を検出する吸入空気流量センサ、排気ガスの流量を検出する排気ガス流量センサ等の検出器を用いてもよい。即ち、状態検出装置を構成する検出器は、エンジン、排気ガス浄化装置および再生装置の稼働状態を検出する検出器として各種の検出器を用いることができる。逆に、実施の形態で用いた各センサ28~39の全てを用いる必要はなく、圧力センサ35,36以外のセンサは、必要に応じて設ければよい。従って、例えば、排気ガス浄化装置20に酸化触媒22を備えていない場合は、排気温センサ32を省略してもよい。
 上述した実施の形態では、排気ガス浄化装置20を、酸化触媒22と粒子状物質除去フィルタ23とにより構成した場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えば、酸化触媒と粒子状物質除去フィルタの他、尿素噴射弁、選択還元触媒装置等を組合せて用いる構成としてもよい。
 さらに、上述した実施の形態では、排気ガス浄化装置20を小型の油圧ショベル1に搭載した場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明による排気ガス浄化装置を備えた建設機械はこれに限るものではなく、例えば中型以上の油圧ショベルに適用してもよい。また、ホイール式の下部走行体を備えた油圧ショベル、ホイールローダ、フォークリフト、油圧クレーン等の建設機械にも広く適用することができるものである。
 1 油圧ショベル(建設機械)
 2 下部走行体(車体)
 4 上部旋回体(車体)
 10 エンジン
 14 燃料噴射装置
 20 排気ガス浄化装置
 23 粒子状物質除去フィルタ(フィルタ)
 24 再生装置
 27 状態検出装置
 28 回転センサ(検出器)
 29 冷却水温センサ(検出器)
 30 吸気温センサ(検出器)
 31 絞り弁前排気温センサ(検出器)
 32 触媒前排気温センサ(検出器)
 33 フィルタ前排気温センサ(検出器)
 34 フィルタ後排気温センサ(検出器)
 35,36 圧力センサ(差圧検出器)
 37 吸気絞り弁開度センサ(検出器)
 38 排気絞り弁開度センサ(検出器)
 39 排気還流弁開度センサ(検出器)
 40 報知器
 41 制御装置

Claims (5)

  1.  オペレータが搭乗する車体(2,4)と、該車体(2,4)に搭載されたエンジン(10)と、該エンジン(10)の排気側に設けられフィルタ(23)によって前記エンジン(10)から排出される排気ガス中の粒子状物質を捕集する排気ガス浄化装置(20)と、前記フィルタ(23)に捕集される粒子状物質を燃焼させることにより該フィルタの再生処理を行う再生装置(24)と、前記エンジン(10)、排気ガス浄化装置(20)および再生装置(24)の稼働状態を検出するための複数種類の検出器により構成される状態検出装置(27)と、該状態検出装置(27)を構成する各検出器の検出値に基づいて前記エンジン(10)および再生装置(24)の制御を行う制御装置(41)とを備えてなる建設機械において、
     前記状態検出装置(27)は、前記排気ガス浄化装置(20)のフィルタ(23)の入口側の圧力と出口側の圧力との差である差圧を検出する差圧検出器(35,36)を含んで構成し、
     前記制御装置(41)は、
     前記状態検出装置(27)を構成する差圧検出器(35,36)に障害があるか該差圧検出器(35,36)以外の検出器に障害があるかを判定する障害判定手段と、
     該障害判定手段により前記差圧検出器(35,36)以外の検出器に障害があると判定された場合に、前記差圧検出器(35,36)により検出される差圧に基づいて、前記フィルタ(23)に粒子状物質が過剰に堆積したか否かを判定する過堆積判定手段と、
     前記障害判定手段により前記検出器に障害があると判定された場合、および/または前記過堆積判定手段により前記フィルタ(23)に粒子状物質が過剰に堆積したと判定された場合に、前記オペレータにその障害を報知し、および/または前記エンジン(10)の出力を制限する運転制限手段とを備える構成としたことを特徴とする建設機械。
  2.  前記運転制限手段は、
     前記障害判定手段により前記差圧検出器(35,36)以外の検出器に障害があると判定され、かつ、前記過堆積判定手段により前記フィルタ(23)に粒子状物質が過剰に堆積していないと判定された場合は、軽度の運転制限を行い、
     前記障害判定手段により前記差圧検出器(35,36)に障害があると判定された場合、または前記過堆積判定手段により前記フィルタ(23)に粒子状物質が過剰に堆積したと判定された場合は、前記軽度の運転制限よりも重い重度の運転制限を行う構成としてなる請求項1に記載の建設機械。
  3.  前記軽度の運転制限は、オペレータにその障害を報知すると共に前記エンジン(10)の回転数制限を行い、
     前記重度の運転制限は、オペレータにその障害を報知すると共に前記エンジン(10)の回転数制限および燃料噴射量制限を行う構成としてなる請求項2に記載の建設機械。
  4.  前記運転制限手段は、前記障害判定手段により前記差圧検出器(35,36)に障害があると判定された場合、または前記過堆積判定手段により前記フィルタ(23)に粒子状物質が過剰に堆積したと判定された場合は、予め設定した所定時間を経過すると前記エンジン(10)を停止させる構成としてなる請求項1に記載の建設機械。
  5.  前記状態検出装置(27)を構成する検出器のうち前記差圧検出器(35,36)は、前記フィルタ(23)の入口側と出口側との圧力を検出する一対の圧力センサ(35,36)であり、
     前記状態検出装置(27)を構成する検出器のうち前記差圧検出器(35,36)以外の検出器は、前記エンジン(10)の回転数を検出する回転センサ(28)と、前記エンジン(10)の冷却水の温度を検出する冷却水温センサ(29)と、前記エンジン(10)に吸入される空気の温度を検出する吸気温センサ(30)と、排気ガスの温度を検出する排気温センサ(31,32,33,34)と、吸気または排気の流路を絞る絞り弁(16,25,26)の開度を検出する開度センサ(37,38,39)とのうちの少なくとも何れかのセンサである請求項1に記載の建設機械。
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