WO2014188997A1 - 建設機械 - Google Patents

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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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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).
  • PM particulate Matter
  • NOx nitrogen oxides
  • an exhaust gas purification device for purifying exhaust gas is provided in an exhaust pipe that forms an exhaust gas passage of an 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 performing a fuel injection for regeneration called post injection to raise the temperature of the exhaust gas and burning particulate matter deposited on the filter.
  • the filter regeneration is carried out in a state where the particulate matter is excessively deposited (overdeposited) on the filter, the temperature of the exhaust gas becomes excessively high (the combustion temperature of the particulate matter becomes excessively high) , The filter may be melted away. Therefore, according to the prior art, the collection amount of the particulate matter collected by the filter is estimated, and the regeneration is performed before the estimated collection amount becomes excessive.
  • the emission amount (generation amount) of particulate matter discharged from the engine is estimated from the engine speed (rotational speed) and the fuel injection amount, and the estimated amount reaches a preset threshold value. It is comprised so that reproduction
  • the amount of trapped particulate matter collected by the filter is estimated from the difference between the pressure on the inlet side of the filter and the pressure on the outlet side (differential pressure), It is comprised so that it may be judged whether it performs reproduction
  • the engine speed has suddenly dropped from a medium or high speed operating condition (medium or high speed condition) to an auto idle control (automatic control to lower the engine speed to a low idle speed).
  • the decrease in the exhaust flow rate and the decrease in the differential pressure may combine to make it possible to estimate the collection amount as an excessive value over the actual collection amount.
  • Patent Document 3 when the configuration disclosed in Patent Document 3 is adopted for a small hydraulic excavator, there are the following problems. That is, in the case of a small hydraulic shovel, unnecessary regeneration is performed each time a predetermined determination time elapses while waiting in a low rotation state, which may lead to deterioration of fuel efficiency and durability. . In addition, when the regeneration is performed in a low rotation state, the fuel adhering to the cylinder inner wall surface of the engine may fall into the oil pan as the post injection is performed, and the fuel may be mixed in the engine oil. This may lead to engine oil dilution (oil dilution) by the fuel.
  • oil dilution oil dilution
  • 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 suppressing unnecessary regeneration when an engine is in a low rotation state.
  • the construction machine of the present invention has a self-propelled vehicle body, an engine mounted on the vehicle body, and a filter for collecting particulate matter in exhaust gas discharged from the engine.
  • the system comprises an exhaust gas purification device provided, and a regeneration device for regenerating the filter by burning particulate matter collected by the filter of the exhaust gas purification device, the regeneration device collecting the particulate matter in the filter
  • the second computing means Calculating at least the number of particulate matter collected by the filter based on at least the number of revolutions (N) of the engine, the amount of fuel injection (F), and the exhaust gas temperature (GT).
  • the second computing means, and the first performance It is determined whether or not the regeneration is performed using the first estimated collection amount (H1) estimated by the means and the second estimated collection amount (H2) estimated by the second calculation means. And means for determining whether to perform reproduction.
  • the regeneration determination unit performs second estimation by the second calculation unit when the engine is in a predetermined low rotation state.
  • the determination is performed using only the collected amount (H2), or the first estimated collected amount (H1) by the first calculation means when the engine reaches a predetermined low rotation state It comprises in the structure provided with the low rotation time processing means which carries out the judgment.
  • the first estimated collection amount (H1) estimated based on the differential pressure ( ⁇ P) of the filter or the like by the low rotation processing means The determination is performed using only the second estimated collected amount (H2) estimated based on the fuel injection amount (F) or the like without using.
  • the low rotation processing means uses the first estimated collection amount (H1) which may decrease in accuracy as it is to determine whether or not to perform regeneration. Not (disabled or fixed to the value of the first estimated collection amount (H1) at the time when the engine reaches a predetermined low rotation state). For this reason, it is possible to suppress unnecessary regeneration caused by the decrease in the accuracy of the first estimated collection amount (H1). As a result, it is possible to improve fuel efficiency, improve durability, and suppress engine oil dilution (oil dilution).
  • the regeneration determination means automatically determines whether to perform regeneration automatically, and manually determines whether to notify the operator to perform regeneration manually.
  • the low revolution processing means performs the automatic regeneration determination and the manual regeneration determination as the second estimated collection by the second computing means when the engine is in a predetermined low revolution state. Configuration using only the amount (H2), or using the first estimated collection amount (H1) by the first computing means when the engine reaches a predetermined low rotation state It is to have done.
  • the automatic regeneration determination and the manual regeneration determination do not use the first estimated collection amount (H1). It is performed using only the second estimated collected amount (H2).
  • the automatic regeneration determination and the manual regeneration determination are the first estimated collection at the time when the engine is in a predetermined low rotation state. It is performed using the amount (H1) and the second estimated collected amount (H2).
  • the low rotation processing means does not use the first estimated collection amount (H1) which may decrease in accuracy for the automatic regeneration determination and the manual regeneration determination (as it is) Deactivation or fixing to the value of the first estimated collection amount (H1) when the engine reaches a predetermined low rotation state). For this reason, unnecessary automatic regeneration and manual regeneration can be suppressed because of the decrease in the accuracy of the first estimated collection amount (H1). As a result, it is possible to improve fuel efficiency, improve durability, and suppress engine oil dilution (oil dilution) at high levels.
  • the regeneration determination means automatically determines whether to perform regeneration automatically, and manually determines whether to notify the operator to perform regeneration manually.
  • the over-discharge determination is performed to determine whether the particulate matter is excessively deposited on the filter
  • the low-rotation processing means is configured to determine whether the engine is in a predetermined low rotation state.
  • the automatic regeneration determination, the manual regeneration determination, and the excessive deposition determination may be performed using only the second estimated collection amount (H2) by the second calculation unit, or the engine may be in a predetermined low rotation state.
  • the present invention is configured to be performed using the first estimated collection amount (H1) by the first calculation means at the time point of time.
  • the automatic regeneration determination, the manual regeneration determination, and the excessive deposition determination determine the first estimated collection amount (H1). It is performed using only the second estimated collected amount (H2) without using it.
  • the automatic regeneration determination, the manual regeneration determination, and the excessive deposition determination are performed first when the engine is in the predetermined low rotation state. This is performed using the estimated amount of collection (H1) and the second estimated amount of collection (H2).
  • the low rotation processing means determines the first estimated collection amount (H1) which may decrease in accuracy in the automatic regeneration determination, the manual regeneration determination, and the excessive deposition determination when the engine is in the low rotation state Do not use as it is (disable or fix to the value of the first estimated collection amount (H1) at the time when the engine reaches a predetermined low rotation state). For this reason, it is possible to suppress unnecessary automatic regeneration, manual regeneration, and notification of excessive deposition caused by the decrease in the accuracy of the first estimated collection amount (H1). As a result, in addition to the improvement of fuel consumption, the improvement of durability, and the suppression of engine oil dilution (oil dilution), the reliability of notification of excessive deposition can be improved.
  • the low revolution processing means determines whether or not the engine is in a predetermined low revolution state by the differential pressure ( ⁇ P), and the differential pressure ( ⁇ P) has a predetermined value In the case of ⁇ Pa1) or less, the determination is performed using only the second estimated collected amount (H2) by the second computing means, or the differential pressure ( ⁇ P) is a predetermined value ( ⁇ Pa1) or less The determination is made using the first estimated collection amount (H1) by the first calculation means at the time of
  • the low rotation speed processing means is configured to determine whether or not the engine is in a predetermined low rotation state based on the differential pressure ( ⁇ P) of the filter. Therefore, it is possible to stably determine, based on the differential pressure ( ⁇ P), the low rotation state of the engine in which the accuracy of the first estimated collection amount (H1) may be reduced.
  • the low revolution processing means is configured to determine whether or not the engine is in a predetermined low revolution state by the number of revolutions (N) of the engine, and the number of revolutions (N) is predetermined. In the case of the value (N1) or less, the determination is performed using only the second estimated collected amount (H2) by the second computing means, or the number of revolutions (N) is a predetermined value (N1). )
  • the present invention is configured to perform the determination using the first estimated collection amount (H1) by the first calculation means at the time of becoming below.
  • the low revolution processing means is configured to determine whether or not the engine is in the predetermined low revolution state based on the number of revolutions (N) of the engine. Therefore, it is possible to stably determine, based on the number of revolutions (N), the low rotation state of the engine in which the accuracy of the first estimated collection amount (H1) may be reduced.
  • the number of revolutions (N) of the engine is reduced from the state higher than the predetermined value (N1) to the predetermined value (N1) or less. (N1) until the engine reaches a predetermined low rotational speed, the rotational speed (N) of the engine becomes equal to or lower than a predetermined value (N1).
  • the first estimated collection amount (H1) by the first computing means is again a predetermined value (when the number of revolutions (N) of the engine becomes equal to or less than a predetermined value (N1).
  • the configuration is such that the value at the above-mentioned time (when becoming the predetermined value (N1) or less) is continuously used until the time when it becomes higher than N1).
  • FIG. 2 is a circuit configuration diagram showing an engine, an exhaust gas purification device, a regeneration device, and the like. It is a characteristic diagram which shows an example of the time change of the 1st presumed collection amount H1 and the 2nd presumed collection amount H2.
  • FIG. 6 is a characteristic diagram showing an example of temporal changes of an engine rotational speed N, a first estimated collection amount H1, and a differential pressure ⁇ P.
  • FIG. 6 is a characteristic diagram showing an example of temporal changes of an engine rotational speed N, a first estimated collection amount H1, and a differential pressure ⁇ P. It is a flowchart which shows the reproduction
  • FIG. 3 shows an engine, an exhaust gas purification device, a regeneration device and the like according to a fifth embodiment of the present invention.
  • 1 to 8 show a first embodiment of the present invention.
  • the hydraulic shovel 1 is a crawler-type lower traveling body 2 capable of self-propelled travel, and an upper revolving body mounted on the lower traveling body 2 so as to be able to turn via the turning device 3 and constituting the vehicle body together with the lower traveling body 2 4 and a 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 and the bucket cylinder 5H are provided (see FIG. 2).
  • the upper swing body 4 includes 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 swing frame 6 is provided with a counterweight 9 and an engine 10 described later on the rear side, a cab 8 described later on the left front side, and a fuel tank 16 described later on the right front side.
  • the turning frame 6 is provided with an exterior cover 7 extending from the right side to the rear side of the cab 8.
  • the exterior cover 7 together with the turning frame 6, the cab 8 and the counterweight 9 includes an engine 10, a hydraulic pump 15, and a heat exchanger 17.
  • a space for housing the fuel tank 16, the exhaust gas purification device 18 and the like is defined.
  • the cab 8 is mounted on the left front side of the turning frame 6, and the inside of the cab 8 defines an operator's cab on which an operator boardes. Inside the cab 8, in addition to a driver's seat on which an operator is seated and various operation levers, an alarm 27, a manual regeneration switch 28 and the like (see FIG. 3) described later 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. The counterweight 9 is configured to fit within the 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 (see FIG. 3) for taking in external air, and an exhaust pipe 12 forming a part of an exhaust gas passage for discharging exhaust gas.
  • the intake pipe 11 receives external air (air) flowing toward the engine 10, and an air cleaner 13 for cleaning the external air is connected to the tip of the intake pipe 11.
  • An exhaust gas purification device 18 described later is connected to the exhaust pipe 12 and provided.
  • 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 of the fuel injected into the cylinder (not shown) of the engine 10 based on a control signal output from the controller 29 described later.
  • a fuel injection device 14 such as an electronically controlled injection valve. That is, the fuel injection device 14 variably controls the injection amount of the fuel injected into the cylinder (not shown) of the engine 10 based on a control signal output from the controller 29 described later.
  • the fuel injection device 14 constitutes a regenerating device 22 (see FIG. 3) together with a controller 29 described later, etc.
  • the fuel injection device 14 performs, for example, a regeneration process called post injection according to a control signal of the controller 29. Fuel injection (additional injection after the combustion process) is performed. As a result, the temperature of the exhaust gas is raised, and the particulate matter deposited on the particulate matter removal filter 21 of the exhaust gas purification device 18 described later is burned and removed.
  • the hydraulic pump 15 is mounted on the left side of the engine 10, and the hydraulic pump 15 constitutes a hydraulic source together with a hydraulic oil tank (not shown).
  • the hydraulic pump 15 is driven by the engine 10 to discharge pressure oil (hydraulic oil) toward a control valve (not shown).
  • the hydraulic pump 15 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 15 is not necessarily limited to a variable displacement hydraulic pump, and may be configured using, for example, a fixed displacement hydraulic pump.
  • the fuel tank 16 is located on the right side of the cab 8 and provided on the swing frame 6 and is covered with an exterior cover 7 together with a hydraulic oil tank (not shown).
  • the fuel tank 16 is formed, for example, as a rectangular pressure-resistant pressure tank, and stores fuel supplied to the engine 10.
  • the heat exchanger 17 is located on the right side of the engine 10 and provided on the revolving frame 6, and the heat exchanger 17 includes, for example, a radiator, an oil cooler, and an intercooler. That is, the heat exchanger 17 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 18 for purifying the exhaust gas discharged from the engine 10 will be described.
  • reference numeral 18 denotes an exhaust gas purification device provided on the exhaust side of the engine 10. As shown in FIG. 2, the exhaust gas purification device 18 is disposed at the upper left side of the engine 10, for example, at a position above the hydraulic pump 15, and the exhaust pipe 12 of the engine 10 is connected upstream thereof. .
  • the exhaust gas purification device 18 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.
  • 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). Therefore, as shown in FIG. 3, the exhaust gas purification device 18 attached to the exhaust pipe 12 includes an oxidation catalyst 20 described later that oxidizes and removes carbon monoxide (CO) and the like in the exhaust gas, and in the exhaust gas. And a particulate matter removal filter 21 described later that collects and removes particulate matter (PM).
  • the exhaust gas purification device 18 has, for example, a cylindrical casing 19 configured by detachably connecting a plurality of cylinders before and after.
  • an oxidation catalyst 20 called DOC and a particulate matter removal filter 21 called DPF (hereinafter, referred to as a filter 21) are removably accommodated.
  • the outlet 19A is located downstream of the filter 21 and connected to the outlet of the casing 19.
  • the exhaust port 19A includes, for example, a chimney for discharging exhaust gas after purification processing into the atmosphere, and a silencer.
  • the oxidation catalyst 20 is made of, for example, a ceramic cell-like cylinder having an outer diameter size equal to the inner diameter size of the casing 19.
  • 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 20 oxidizes and removes carbon monoxide (CO), hydrocarbons (HC) and the like contained in the exhaust gas by circulating the exhaust gas in the respective through holes under predetermined temperature conditions. and, for example, it is to remove nitric oxide (NO) as the nitrogen dioxide (NO 2).
  • the filter 21 is disposed downstream of the oxidation catalyst 20 in the casing 19.
  • the filter 21 collects particulate matter in the exhaust gas discharged from the engine 10, and burns and removes the collected particulate matter to thereby purify the exhaust gas.
  • the filter 21 is formed of, for example, a cellular cylinder in which a large number of small holes (not shown) are provided axially in a porous member made of a ceramic material. Thereby, the filter 21 collects the particulate matter through the large number of small holes, and the collected particulate matter is burned and removed by the regeneration treatment of the regeneration device 22 described later. As a result, the filter 21 is regenerated.
  • reference numeral 22 denotes a regenerating apparatus for regenerating the filter 21 by burning particulate matter collected by the filter 21 of the exhaust gas purification device 18.
  • the regeneration device 22 includes the above-described fuel injection device 14, a rotation sensor 23 described later, pressure sensors 24 and 25, an exhaust temperature sensor 26, an alarm 27, a manual regeneration switch 28, and a controller 29.
  • the regeneration device 22 performs post injection by the fuel injection device 14 in accordance with a command signal (control signal) of the controller 29. As described later, this post injection is configured to raise the temperature of the exhaust gas in the exhaust pipe 12 and burn and remove the particulate matter deposited on the filter 21.
  • the reproduction device 22 performs the reproduction manually for the operator automatically based on the judgment of the controller 29, that is, automatically reproducing without performing the operation of the operator, and the judgment on the controller 29. And a manual regeneration function of performing regeneration based on the operation of the operator. Furthermore, the regeneration device 22 also has an over-deposition notifying function of notifying the operator of the fact that the controller 29 determines that the particulate matter is excessively deposited on the filter 21.
  • the rotation sensor 23 detects the number of rotations (rotational speed) N of the engine 10.
  • the rotation sensor 23 detects the number of rotations N of the engine 10 and outputs a detection signal to a controller 29 described later.
  • the controller 29 is based on the engine speed N detected by the rotation sensor 23, the fuel injection amount F injected by the fuel injection device 14, and the exhaust gas temperature GT detected by the exhaust temperature sensor 26 described later.
  • the amount of trapped particulate matter collected is estimated, and whether or not regeneration is to be performed is determined based on the second estimated amount of collection H2, which is the estimated amount of collection.
  • the fuel injection amount F can be determined from, for example, the amount of intake air 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 It can also be calculated from a control signal (fuel injection command) output to the fuel injection device 14 from 29.
  • the pressure sensors 24, 25 are provided on the casing 19 of the exhaust gas purification device 18. As shown in FIG. 3, the pressure sensors 24 and 25 are disposed apart from each other on the inlet side (upstream side) and the outlet side (downstream side) of the filter 21 and output their detection signals to the controller 29 described later Do.
  • the controller 29 calculates the differential pressure ⁇ P from the pressure P1 on the inlet side detected by the pressure sensor 24 and the pressure P2 on the outlet side detected by the pressure sensor 25, and the differential pressure ⁇ P, the exhaust gas temperature GT, and the exhaust gas flow rate Estimate the amount of particulate matter collected by the filter 21 based on the above, and based on the first estimated amount of collection H1 that is the estimated amount of collection, it is determined whether or not to perform regeneration. Do.
  • the exhaust temperature sensor 26 detects an exhaust gas temperature (exhaust temperature) GT. As shown in FIG. 3, the exhaust temperature sensor 26 is attached to the casing 19 of the exhaust gas purification device 18 and detects, for example, the temperature GT of the exhaust gas discharged from the exhaust pipe 12 side. The exhaust gas temperature GT detected by the exhaust temperature sensor 26 is output to a controller 29 described later as a detection signal. The exhaust gas temperature GT is used to estimate the amount of particulate matter collected by the filter 21.
  • the annunciator 27 is provided in the cab 8 near the driver's seat.
  • the annunciator 27 is connected to the controller 29 and has a function of notifying the operator of the following contents based on a command (notification signal) from the controller 29. That is, the annunciator 27 has a first function of informing the operator to perform manual regeneration, and a second function of informing that the particulate matter has excessively deposited on the filter 21. .
  • the annunciator 27 can be configured by a buzzer for emitting an alarm sound, a speaker for emitting sound, a light emitter for displaying information contents by light, or a monitor device for displaying information contents on a screen.
  • a buzzer for emitting an alarm sound a speaker for emitting sound
  • a light emitter for displaying information contents by light
  • a monitor device for displaying information contents on a screen.
  • the manual regeneration switch 28 is provided in the cab 8 near the driver's seat.
  • the manual regeneration switch 28 is connected to a controller 29 described later, and outputs a signal indicating that manual regeneration is to be performed to the controller 29 based on the operation of the operator. That is, when the operator operates the manual regeneration switch 28 by the notification of the manual regeneration from the annunciator 27, a signal indicating that the switch is operated is output from the manual regeneration switch 28 to the controller 29.
  • the controller 29 outputs a command (control signal) to the fuel injection device 14 to perform regeneration (post injection). Thereby, the operator can perform manual regeneration.
  • the controller 29 includes a microcomputer, and the controller 29 has an input side of the fuel injection device 14, the rotation sensor 23, the pressure sensors 24, 25, the exhaust temperature sensor 26, the manual regeneration switch 28, the air flow meter (not shown) Connected to etc.
  • the output side of the controller 29 is connected to the fuel injection device 14, the annunciator 27, and the like.
  • the controller 29 has a memory 29A composed of a ROM, a RAM, etc.
  • a processing program for regeneration processing shown in FIGS. 6 to 8 described later, the amount of collected particulate matter prepared in advance A first map, a second map, a calculation formula, an automatic regeneration threshold T1 shown in FIGS. 4 and 5, a manual regeneration threshold T2, an over-deposition threshold T3 and the like are stored.
  • the first map is for estimating the collection amount based on the differential pressure ⁇ P of the filter 21.
  • the correspondence between the differential pressure ⁇ P, the flow rate of the exhaust gas, and the first estimated trapped amount H1 is obtained in advance by experiment, calculation, simulation, etc., and the correspondence is mapped It was created as
  • the flow rate of the exhaust gas can be determined, for example, from the engine speed N and the fuel injection amount F.
  • the differential pressure ⁇ P of the filter 21 is calculated by the following equation (1).
  • the second map is for determining the amount Hm of emission of particulate matter discharged from the engine 10 based on the number of revolutions N of the engine 10 and the fuel injection amount F.
  • the second map for example, the correspondence relationship between the engine speed N, the fuel injection amount F, and the discharge amount Hm of the particulate matter is obtained in advance by experiment, calculation, simulation, etc. It was created.
  • a calculation formula for estimating the amount of collection is a particle to be removed from the filter 21 by regeneration, where H2 is the second estimated amount of collection, Hm is the amount of emission of particulate matter obtained by the second map. Assuming that the amount of substance (regeneration amount) is J, it can be expressed as the following equation 2.
  • the amount of particulate matter removed by regeneration is, for example, the flow rate of exhaust gas determined from the engine speed N and the fuel injection amount F, the exhaust gas temperature GT, and the engine rotation It can be calculated from the relationship between the NO 2 conversion ratio obtained by adding the exhaust gas temperature GT to the emission amount of nitrogen oxide (NOx) obtained from the number N and the fuel injection amount F.
  • the regeneration amount J is, for example, the flow rate of exhaust gas determined from the engine speed N and the fuel injection amount F, the exhaust gas temperature GT, and the engine rotation It can be calculated from the relationship between the NO 2 conversion ratio obtained by adding the exhaust gas temperature GT to the emission amount of nitrogen oxide (NOx) obtained from the number N and the fuel injection amount F.
  • the automatic regeneration threshold value T1 is a threshold value of an estimated collection amount for determining whether or not to perform automatic regeneration. That is, the automatic regeneration threshold value T1 is the first estimated collection amount H1 estimated by the above-described first map, and / or the second estimated collection estimated by the above-described second map and calculation formula. When the amount H2 becomes equal to or more than the automatic regeneration threshold value T1, it becomes a determination value for determining that the automatic regeneration is necessary.
  • the manual regeneration threshold T2 is a threshold of an estimated collection amount for determining whether or not to perform manual regeneration. That is, the manual regeneration threshold value T2 is the first estimated collection amount H1 estimated by the above-mentioned first map, and / or the second estimated collection estimated by the above-mentioned second map and calculation formula When the amount H2 becomes equal to or more than the manual regeneration threshold value T2, it becomes a determination value for determining that manual regeneration is necessary. In this case, the manual regeneration threshold T2 is set to a value larger than the automatic regeneration threshold T1.
  • the over deposition threshold T3 is a threshold of the estimated collection amount for determining whether or not the particulate matter has excessively deposited on the filter 21.
  • the over-deposition threshold T3 is set as a boundary value at which the filter 21 is melted away when regeneration is performed with a collection amount exceeding the value.
  • the over deposition threshold T3 is a first estimated collection amount H1 estimated by the first map described above, and / or a second estimated collection amount H2 estimated by the second map and the calculation formula described above.
  • the over deposition threshold T3 or more is reached, the particulate matter is excessively deposited, which is a determination value for determining that regeneration can not be performed.
  • the over deposition threshold T3 is set to a value larger than the manual regeneration threshold T2 and the automatic regeneration threshold T1.
  • the controller 29 controls automatic regeneration processing to automatically perform regeneration without based on the operation of the operator according to the processing program of FIG. 6 to FIG. 8 described later, and informs the operator to perform regeneration manually. And control of manual regeneration processing for performing regeneration based on the operation of Furthermore, when it is determined that the particulate matter is excessively deposited on the filter 21, the controller 29 notifies the operator to that effect, and also performs control of over-deposition notification processing for prompting inspection, maintenance, repair, replacement and the like.
  • the controller 29 estimates the collection amount of the particulate matter collected by the filter 21 based on at least the differential pressure ⁇ P of the filter 21 (first calculation means). In addition to this, the controller 29 estimates the collection amount of particulate matter collected by the filter 21 based on at least the engine speed N, the fuel injection amount F, and the exhaust gas temperature GT (second calculation) means). The controller 29 determines whether or not to regenerate the filter 21 using the two estimated collection amounts, that is, the first estimated collection amount H1 and the second estimated collection amount H2 Reproduction judgment means).
  • the automatic regeneration is performed depending on whether the estimated collection amount of at least one of the first estimated collection amount H1 and the second estimated collection amount H2 is equal to or more than the automatic regeneration threshold value T1. It is determined whether or not to perform (automatic reproduction determination).
  • the controller 29 outputs, for example, a control signal to the effect that the post injection is performed to the fuel injection device 14, and controls the automatic regeneration process to perform the automatic regeneration without the operator's operation. I do.
  • the controller 29 performs manual regeneration depending on whether the estimated collection amount of at least one of the first estimated collection amount H1 and the second estimated collection amount H2 has become equal to or more than the manual regeneration threshold value T2. It is determined whether or not to perform (manual regeneration determination). When the controller 29 determines that the manual regeneration is necessary, the controller 29 outputs a notification signal to the annunciator 27 so that the operator performs the regeneration manually. Thus, the annunciator 27 generates an alarm sound and displays an alarm. In this case, the operator operates the manual regeneration switch 28, and the controller 29 controls a manual regeneration process in which regeneration is performed on the condition of the operator's operation.
  • the controller 29 determines whether or not the estimated collected amount of at least one of the first estimated collected amount H1 and the second estimated collected amount H2 is equal to or greater than the over-deposition threshold T3. It is determined whether or not the particulate matter is excessively deposited in 21 (over-deposition determination).
  • the controller 29 determines that the deposition is excessive, the controller 29 outputs a signal (notification signal) for notifying the operator that the deposition is excessive, to the annunciator 27.
  • the annunciator 27 generates an alarm sound and displays an alarm.
  • the controller 29 performs notification until the necessary inspection, maintenance, repair, replacement, and the like are performed, and controls the over-deposition notification processing for prohibiting the regeneration.
  • the operator can know that the particulate matter is excessively deposited on the filter 21, so that, for example, the operator is notified to the maintenance worker of the maintenance plant.
  • maintenance personnel can perform necessary inspections, maintenance, repairs, replacements, etc.
  • the characteristic line 30 indicates the time change of the engine speed N.
  • the characteristic line 31 indicates the time change of the differential pressure ⁇ P.
  • the differential pressure .DELTA.P of the filter 21 becomes smaller, for example, below .DELTA.Pa1 in the low idle state. Then, the decrease in the exhaust gas flow rate and the decrease in the pressure difference ⁇ P combine to greatly change the first estimated collection amount H1.
  • a characteristic line 32 of a two-dot chain line indicates a first estimated collection amount H1 when the differential pressure ⁇ P becomes smaller than ⁇ Pa1.
  • the first estimated collection amount H1 may be estimated as an excessive value.
  • the controller 29 calculates the second estimated collection amount H2 The determination is made using only That is, when the differential pressure ⁇ P is equal to or less than the predetermined value ⁇ Pa1, the controller 29 performs the determination using only the second estimated collection amount H2 without using the first estimated collection amount H1.
  • a configuration is provided that includes time processing means. More specifically, the controller 29 performs automatic regeneration determination to determine whether or not to perform regeneration automatically, and manual regeneration determination to determine whether to notify the operator to perform regeneration manually. It is determined whether the particulate matter is excessively deposited on the filter 21 or not.
  • the differential pressure ⁇ P is equal to or less than a predetermined value ⁇ Pa1
  • the first estimated collection amount H1 is not used.
  • the second estimated collection amount H2 is used.
  • the regeneration process shown in FIGS. 6 to 8 executed by the controller 29 including the process performed in the low rotation state will be described later.
  • the hydraulic shovel 1 according to the first embodiment has the above-described configuration, and its operation will be described next.
  • the operator of the hydraulic shovel 1 gets into the cab 8 of the upper revolving superstructure 4 and starts the engine 10 to drive the hydraulic pump 15. Thereby, the pressure oil from the hydraulic pump 15 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 18 can oxidize and remove hydrocarbons (HC), nitrogen oxides (NOx) and carbon monoxide (CO) in the exhaust gas by the oxidation catalyst 20.
  • the filter 21 collects particulate matter contained in the exhaust gas.
  • the purified exhaust gas can be discharged to the outside through the downstream outlet 19A. Further, the collected particulate matter is burned and removed by the regenerator 22 and the filter 21 is regenerated.
  • FIGS. 6 to 8 are repeatedly executed by the controller 29 at predetermined control times (at a predetermined sampling frequency) while the controller 29 is energized.
  • the controller 29 is activated by energization of the accessory or start of the engine 10 (ignition ON).
  • the pressures P1 and P2 are read from the pressure sensors 24 and 25, respectively. That is, the pressure P1 on the upstream side of the filter 21 and the pressure P2 on the downstream side are read.
  • the differential pressure ⁇ P between the pressure P1 on the upstream side of the filter 21 and the pressure P2 on the downstream side is calculated by the equation 1 described above.
  • the amount of particulate matter collected by the filter 21 based on the differential pressure ⁇ P that is, the first estimated amount of collection H1 is estimated (calculated).
  • the first estimated collection amount H1 can be estimated using the above-described first map stored in the memory 29A of the controller 29. That is, the first estimated collection amount H1 at the present time can be estimated based on the first map in which the differential pressure ⁇ P, the exhaust gas flow rate, and the estimated collection amount H1 are associated with each other.
  • the engine speed N is read from the rotation sensor 23.
  • the fuel injection amount F injected from the fuel injection device 14 is read.
  • the fuel injection amount F can be determined from, for example, an intake air amount detected by an air flow meter (not shown) provided on the intake side of the engine 10 and the engine rotational speed N. Furthermore, the fuel injection amount F can also be calculated from, for example, a control signal (fuel injection command) output from the controller 29 to the fuel injection device 14.
  • the exhaust gas temperature GT is read from the exhaust temperature sensor 26.
  • Step 7 estimates the collected amount of particulate matter collected by the filter 21, ie, the second estimated collected amount H2, based on the engine speed N, the fuel injection amount F and the exhaust gas temperature GT (see FIG. calculate.
  • the second estimated collection amount H2 can be estimated using the second map stored in the memory 29A of the controller 29 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-mentioned second map, and the emission amount is integrated to obtain the total emission from the start of the operation to the present time Find the quantity Hm.
  • the second estimated collection amount H2 at this time is the amount of particulate matter removed by the regeneration processing up to the present time from the total discharge amount Hm based on the above-mentioned equation (2) (regeneration The quantity can be estimated by subtracting J.
  • step 8 it is determined whether the engine 10 is in a low rotation state. That is, as shown in FIG. 5, when the engine 10 is in the low rotation state, the decrease of the exhaust flow rate and the decrease of the differential pressure ⁇ P are combined, so that the first estimated collection amount H1 is actually It may be estimated (computed) as an excessive value with respect to the amount of collection of Therefore, in step 8, whether or not the first estimated collection amount H1 by the first calculation means may be used (whether to make the first estimated collection amount H1 valid or invalid) is determined. judge. In this case, whether or not the engine is in a low rotation state (whether to make the first estimated collected amount H1 valid or invalid) is determined by the differential pressure ⁇ P of the filter 21. Specifically, in step 8, it is determined whether the differential pressure ⁇ P of the filter 21 is larger than a predetermined value ⁇ Pa1.
  • the predetermined value ⁇ Pa1 is a boundary value as to whether or not the engine 10 is in a predetermined low rotation state. That is, when the number of revolutions of the first estimated collection amount H1 can not be reduced when the number of revolutions N of the engine 10 becomes lower than this, the number of revolutions N1 is set as the value ⁇ Pa1 of the differential pressure corresponding to the number of revolutions N1. It is The predetermined value ⁇ Pa1 is a boundary value (determination value) that can suppress unnecessary regeneration processing (automatic regeneration, manual regeneration, notification of excessive deposition) caused by the decrease in accuracy of the first estimated collection amount H1. As described above, they are obtained in advance by experiments, calculations, simulations, etc., and stored in the memory 29A of the controller 29.
  • step 8 If it is determined in step 8 that “YES”, that is, the differential pressure ⁇ P of the filter 21 is larger than the predetermined value ⁇ Pa1 (the engine 10 is not in the low rotation state), the first computing means It is possible to determine the regeneration process with the estimated collection amount H1 as effective. Therefore, the process proceeds to step 9, and processing using both the first estimated collection amount H1 and the second estimated collection amount H2 is performed.
  • step 11 it is determined whether or not the first estimated collection amount H1 and / or the second estimated collection amount H2 is equal to or greater than a preset automatic regeneration threshold value T1. Whether or not to perform automatic reproduction is determined depending on If it is determined in this step 11 that "NO", that is, both estimated collection amounts H1 and H2 are smaller than the automatic regeneration threshold T1, particulate matter is collected to the extent that the filter 21 needs to be regenerated. (The filter 21 is not clogged). In this case, the process returns to the start of FIG. 6 through the return of FIG. 7 and the return of FIG. 6, and the processing after step 1 is repeated.
  • step 11 determines whether or not the manual regeneration is to be performed. That is, whether or not to perform the manual regeneration is determined depending on whether or not the first estimated collection amount H1 and / or the second estimation collection amount H2 is equal to or more than the preset manual regeneration threshold value T2.
  • step 12 If it is determined in step 12 that "NO", that is, both estimated collection amounts H1 and H2 are smaller than the manual regeneration threshold value T2, particulate matter having a degree to which manual regeneration is necessary is collected in the filter 21. It is not considered. In this case, the process proceeds to step 13 to start automatic reproduction. That is, in step 13, the controller 29 outputs a control signal to the effect that post injection is performed to the fuel injection device 14. As a result, the temperature of the exhaust gas from the engine 10 is raised, and the particulate matter collected (deposited) on the filter 21 is burned and removed.
  • step 14 it is determined in step 14 whether or not the automatic regeneration has ended, that is, whether the particulate matter of the filter 21 has been sufficiently burned and removed. This determination can be made, for example, based on whether or not the amount of particulate matter in the filter 21 has become equal to or less than a predetermined value.
  • automatic regeneration is continued (post injection is continued) until the amount of particulate matter in the filter 21 becomes less than or equal to a predetermined value.
  • the predetermined value is obtained in advance by experiment, calculation, simulation or the like so as to be a boundary value (determination value) as to whether or not the particulate matter in the filter 21 is sufficiently reduced, and stored in the memory 29A of the controller 29. .
  • step 14 It can be determined, for example, from the estimated amount of collection H1 estimated by the first calculation means and / or the estimated amount of collection H2 estimated by the second calculation means whether or not the predetermined value or less is obtained.
  • step 14 “YES”, that is, when the amount of particulate matter in the filter 21 becomes less than a predetermined value, the automatic regeneration is ended (post injection is ended), and the return of FIG. 7 and the return of FIG. The process returns to the start of FIG.
  • step 12 determines whether the filter 21 needs to be manually regenerated. It is considered that the above particulate matter is collected. Therefore, in this case, the process proceeds to step 15, and it is determined whether the particulate matter is excessively deposited on the filter 21 or not. That is, it is determined whether or not it is an over-deposition condition based on whether or not the first estimated collected amount H1 and / or the second estimated collected amount H2 is equal to or more than a preset over-deposition threshold T3.
  • step 15 If it is determined in step 15 that "NO", that is, both estimated collection amounts H1 and H2 are smaller than the over deposition threshold T3, it is considered that the particulate matter is not excessively deposited on the filter 21. . In this case, the process proceeds to step 16 to start manual regeneration. That is, in step 16, the controller 29 outputs a notification signal to the annunciator 27 to notify the operator to perform the regeneration manually.
  • step 17 it is determined whether or not the manual regeneration has ended.
  • the operator operates the manual regeneration switch 28, and based on this operation, it is determined whether or not a control signal to the effect that post injection is performed from the controller 29 to the fuel injection device 14 is output. At the same time, for example, it is determined whether the amount of particulate matter in the filter 21 has become equal to or less than a predetermined value.
  • the manual regeneration is continued (post injection is continued) until the amount of particulate matter in the filter 21 becomes equal to or less than a predetermined value.
  • the predetermined value is obtained in advance by experiment, calculation, simulation or the like so as to be a boundary value (determination value) as to whether or not the particulate matter in the filter 21 is sufficiently reduced, and stored in the memory 29A of the controller 29. . It can be determined, for example, from the estimated amount of collection H1 estimated by the first calculation means and / or the estimated amount of collection H2 estimated by the second calculation means whether or not the predetermined value or less is obtained.
  • step 17 “YES”, that is, when the amount of particulate matter in the filter 21 becomes less than a predetermined value, the manual regeneration is ended (post injection is ended), and the return of FIG. 7, return of FIG. The process returns to the start of FIG.
  • step 15 determines whether the particles will It is thought that the particulate matter is collected. Therefore, in this case, the process proceeds to step 18 where the controller 29 outputs an informing signal to the annunciator 27 to notify the operator of the occurrence of the excessive deposition failure.
  • step 19 it is informed that excessive deposition failure is observed until necessary inspection, maintenance, repair, replacement and the like are performed, and regeneration is prohibited. If it is determined in step 19 that the necessary inspection, maintenance, repair, replacement, etc. are performed, the process returns to the start of FIG. 6 through the return of FIG. 7 and the return of FIG. repeat.
  • step 8 of FIG. 6 determines whether the differential pressure .DELTA.P of the filter 21 is less than or equal to the predetermined value .DELTA.Pa1 (the engine 10 is in a low rotation state).
  • the regeneration process is determined with the first estimated collected amount H1 by the means invalidated. That is, in this case, the process proceeds to step 10, and a process using only the second estimated collected amount H2 is performed.
  • the process of step 10 is the process of steps 21 to 29 shown in FIG.
  • determination of automatic regeneration step 11
  • determination of manual regeneration step 12
  • determination of excessive deposition step 15
  • the processes of steps 21 to 29 shown in FIG. 8 are the same as the processes of steps 11 to 19 shown in FIG. 7 except this point being different, further description will be omitted.
  • step 10 when it is determined by the processing of step 8 that the engine 10 is in the predetermined low rotation state, that is, the differential pressure ⁇ P of the filter 21 is equal to or less than the predetermined value ⁇ Pa1. If it is determined, the process proceeds to step 10. In this step 10, the determination is performed using only the second estimated collected amount H2 without using the first estimated collected amount H1. That is, as shown in FIG. 8, the automatic regeneration determination in step 21, the manual regeneration determination in step 22, and the over-deposition determination in step 25 do not use the first estimated collection amount H1, but use the second estimation. It is performed using only the collection amount H2.
  • step 8 when it is determined in step 8 that the engine 10 is in a low rotation state (the differential pressure ⁇ P of the filter 21 is less than or equal to the predetermined value ⁇ Pa1), automatic regeneration determination, manual regeneration determination, excessive deposition Regarding the determination, the first estimated collection amount H1 is invalidated without using the first estimated collection amount H1 that may decrease in accuracy, and only the second estimated collection amount H2 is used. For this reason, it is possible to suppress unnecessary automatic regeneration, manual regeneration, and notification of excessive deposition caused by the decrease in the accuracy of the first estimated collection amount H1.
  • the exhaust flow rate decreases and the differential pressure ⁇ P decreases in combination.
  • the first estimated collection amount H1 is estimated to be a value that exceeds the automatic regeneration threshold T1, the manual regeneration threshold T2, and the excessive deposition threshold T3 despite the fact that regeneration is not necessary. It is possible to suppress the need for regeneration and the notification of an erroneous over-deposition condition. As a result, it is possible to improve the fuel consumption, the durability, the engine oil dilution (oil dilution), and the reliability of notification of excessive deposition.
  • the differential pressure ⁇ P of the filter 21 is used to determine whether the engine 10 is in a predetermined low rotation state. For this reason, whether the engine 10 is in a low rotation state in which the accuracy of the first estimated collection amount H1 may decrease, that is, whether the engine 10 is operated at a rotational speed N1 or less It can be stably determined based on the pressure ⁇ P.
  • the process of steps 1 to 3 in FIG. 6 shows a specific example of the first arithmetic means which is a component of the present invention, and the process of steps 4 to 7 in FIG.
  • the specific example of the calculating means of is shown.
  • the process of steps 8 and 10 of FIG. 6 shows a specific example of the low rotation time processing means.
  • FIGS. 9 and 10 show a second embodiment of the present invention.
  • a feature of the second embodiment is that, when the engine is in a predetermined low rotation state, the first estimated collection amount by the first computing means at the time when the engine is in the predetermined low rotation state ( It comprises in the structure provided with the low rotation time processing means which performs determination using H1).
  • the same components as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
  • the controller 29 is activated by energization of the accessory or start of the engine 10 (ignition ON).
  • the processing operation of FIG. 9 is started, the first estimated collection amount H1 and the second estimated collection amount H2 are estimated (calculated) as in the above-described step 1 to step 7 of FIG. Similar to step 8 of 6, it is determined whether the engine 10 is in a low rotation state, that is, whether the differential pressure ⁇ P of the filter 21 is larger than a predetermined value ⁇ Pa1.
  • step 8 When it is determined in step 8 that "NO", that is, the differential pressure .DELTA.P of the filter 21 is less than or equal to the predetermined value .DELTA.Pa1 (the engine 10 is in the low rotation state), the engine 10 is in the predetermined low rotation state.
  • the regeneration process (automatic regeneration, manual regeneration, or the like) is performed using the first estimated collection amount H1 by the first calculation means. Determination of over deposition notification).
  • the process proceeds to step 31, and the first estimated trapping amount H1 estimated in step 3 is calculated as the first estimated trapping amount when the differential pressure .DELTA.P of the filter 21 becomes equal to or less than a predetermined value .DELTA.Pa1. It corrects to the value of collection amount H1.
  • step 9 the processing of the subsequent step 9 is performed using the corrected first estimated collection amount H1 and the second estimated collection amount H2 estimated in step 7. If “YES” is determined in step 8, that is, if the differential pressure ⁇ P of the filter 21 is determined to be larger than the predetermined value ⁇ Pa1 (the engine 10 is not in a low rotation state), then step 31 is not performed. Go to step 9.
  • step 9 is the same process as the process of step 9 of FIG. 6 described above (steps 11 to 19 of FIG. 7). If “YES” is determined in step 8, the first estimated collection amount estimated in step 3 is the same as when “YES” is determined in step 8 of the first embodiment described above. A process using H1 and the second estimated collection amount H2 estimated in step 7 is performed. On the other hand, when it is determined “NO” in step 8, the first estimated collection amount H1 corrected in step 31 without using the first estimated collection amount H1 estimated in step 3 And a process using the second estimated collection amount H2 estimated in step 7 is performed.
  • the process of step 9 is performed using the first estimated collection amount H1 corrected in step 31 and the second estimated collection amount H2 estimated in step 7.
  • the automatic regeneration determination of step 11 of the process of FIG. 7 corresponding to the process of step 9, the manual regeneration determination of step 12, and the over-deposition determination of step 15 are first corrected in step 31. It is performed using the estimated amount of collection H1 and the second estimated amount of collection H2 estimated in step 7.
  • step 8 when it is determined in step 8 that the engine 10 is in the low rotation state (the differential pressure ⁇ P of the filter 21 is less than or equal to the predetermined value ⁇ Pa1), the automatic regeneration determination, the manual regeneration determination, and the excessive deposition are performed.
  • the first estimated collection amount H1 at the time when the differential pressure ⁇ P of the filter 21 becomes equal to or less than a predetermined value ⁇ Pa1 is used.
  • a thick double-dashed dashed characteristic line 33 in FIG. 10 indicates the corrected first estimated collection amount H1 used in the second embodiment.
  • the characteristic line 33 is 31A when the differential pressure ⁇ P becomes less than or equal to ⁇ Pa1, ie, when the rotational speed N of the engine 10 becomes N1 or less in the process of changing from high idle (NH) to low idle (NL).
  • the first estimated collection amount H1 of 30A is shown.
  • the value at the time point 33A is used for the regeneration process on the characteristic line 33 indicating the first estimated collection amount H1 in FIG.
  • the characteristic line 33 in FIG. 10 continues from the state where the differential pressure ⁇ P is higher than the predetermined value ⁇ Pa1 to the predetermined value Pa1 or less, and continues until it is again higher than the predetermined value Pa1. It is used for the regeneration process.
  • the characteristic line 33 By using the characteristic line 33 in this manner, even when the first estimated collection amount H1 is estimated to be an excessive value when the engine 10 is in the low rotation state, the engine 10 is in the low rotation state during this period.
  • the first estimated collection amount H1 (value of time point 33A) at time point 30A (time point 31A when the differential pressure ⁇ P of the filter 21 becomes less than or equal to a predetermined value ⁇ Pa1) is held.
  • the first estimated collection amount H1 is the automatic regeneration threshold value T1, the manual regeneration threshold value T2 as shown by the thin double-dashed dotted characteristic line 32. It is not estimated as a value exceeding the over deposition threshold T3. As a result, it is possible to suppress unnecessary regeneration and erroneous notification of excessive deposition failure. As a result, it is possible to improve the fuel consumption, the durability, the engine oil dilution (oil dilution), and the reliability of notification of excessive deposition.
  • the process of steps 1 to 3 in FIG. 9 shows a specific example of the first arithmetic means which is a component of the present invention, and the process of steps 4 to 7 in FIG.
  • the specific example of the calculating means of is shown.
  • the process of steps 8, 9 and 31 of FIG. 9 shows a specific example of the reproduction judging means which is a constituent feature of the present invention.
  • 31 and the process of step 9 (including the processes of steps 11 to 19 in FIG. 7) following step 31 show a specific example of the low rotation time processing means.
  • FIG. 11 shows a third embodiment of the present invention.
  • a feature of the third embodiment is that it is configured to determine whether or not the engine is in a predetermined low rotation state by the number of revolutions (N) of the engine.
  • N the number of revolutions
  • Step 41 of FIG. 11 is used in the third embodiment instead of step 8 of FIG. 6 of the first embodiment described above.
  • this step 41 it is determined whether or not the engine 10 is in a low rotation state, based on whether or not the rotational speed N of the engine 10 is larger than a predetermined value N1.
  • the predetermined value N1 is set as the number of rotations at which the decrease in the accuracy of the first estimated collection amount H1 can not be tolerated when the number of rotations N of the engine 10 is further lowered.
  • the predetermined value N1 is a boundary value (determination value) that can suppress unnecessary regeneration processing (automatic regeneration, manual regeneration, notification of excessive deposition) caused by the decrease in accuracy of the first estimated collection amount H1. As described above, they are obtained in advance by experiments, calculations, simulations, etc., and stored in the memory 29A of the controller 29.
  • the third embodiment it is determined whether or not the engine 10 is in the low rotation state by the step 41 as described above, and the basic operation thereof is the same as that according to the first embodiment described above. There is no special difference.
  • the third embodiment it is possible to stably determine, based on the number of revolutions N, the low rotation state of the engine 10 in which the accuracy of the first estimated collection amount H1 may decrease. .
  • the process of steps 1 to 3 in FIG. 11 shows a specific example of the first arithmetic means which is a component of the present invention, and the process of steps 4 to 7 in FIG.
  • the specific example of the calculating means of is shown.
  • the processing of steps 41, 9 and 10 of FIG. 11 (including the processing of steps 11 to 19 of FIG. 7 and the processing of steps 21 to 29 of FIG. 8) is a component of the present invention.
  • a specific example is shown, and the processes of step 41 and step 10 of FIG. 11 show a specific example of the low rotation time processing means.
  • FIG. 12 shows a fourth embodiment of the present invention.
  • the feature of the fourth embodiment is that, when the engine is in a predetermined low rotation state, the first estimated collection amount by the first calculation means at the time when the engine is in a predetermined low rotation state ( It comprises a low revolution processing means for making determination using H1), and determines whether or not the engine is in a predetermined low revolution state based on the number of revolutions (N) of the engine.
  • N number of revolutions
  • Step 51 of FIG. 12 performs the same processing as step 41 of FIG. 11 of the third embodiment described above. That is, in step 51, it is determined whether or not the engine 10 is in the low rotation state based on whether the rotational speed N of the engine 10 is larger than a predetermined value N1.
  • Step 52 in FIG. 12 is for correcting the first estimated collection amount H1 estimated in step 3 as in step 31 in FIG. 9 of the second embodiment described above.
  • step 31 of FIG. 9 the value of the first estimated collection amount H1 at time 31A when the differential pressure .DELTA.P of the filter 21 becomes less than or equal to the predetermined value .DELTA.Pa1. That is, the value is corrected to the value at the point of time 33A.
  • step 52 of FIG. 12 as shown in FIG. 10, the value of the first estimated collection amount H1 at time 30A when the number of revolutions N of the engine 10 becomes less than or equal to the predetermined value N1. That is, the correction is made to the value of the time point 33A).
  • the predetermined value N1 is set as a value of 1.
  • Different determination values may be set between when changing to the low idle side and when increasing (when changing from the low idle side to the high idle side). The same applies to the predetermined value N1 used in the third embodiment.
  • the rotational speed N of the engine 10 decreases (when the differential pressure ⁇ P decreases) with respect to the predetermined value ⁇ Pa1 of the differential pressure ⁇ P used in the first embodiment and the second embodiment And may be set as different judgment values.
  • whether or not the engine 10 is in a predetermined low rotation state is determined by the number of revolutions N of the engine 10, and the point in time when the number of revolutions N of the engine 10 becomes equal to or less than a predetermined value N1.
  • the determination of the regeneration process (automatic regeneration, manual regeneration, notification of excessive deposition) is performed using the first estimated collection amount H1 by the first calculation means at 30A, that is, the value of the time point 33A.
  • the first estimated collection amount H1 is between the time 30A when the rotational speed N of the engine 10 becomes less than or equal to the predetermined value N1 and the time 30B when it becomes higher than the predetermined value N1 again.
  • the value is used continuously.
  • Such a fourth embodiment can also obtain the same operation and effect as those of the first, second, and third embodiments described above.
  • the process of steps 1 to 3 of FIG. 12 shows a specific example of the first arithmetic means which is a component of the present invention, and the process of steps 4 to 7 of FIG.
  • the specific example of the calculating means of is shown.
  • the processing of steps 51, 9 and 52 of FIG. 12 shows a specific example of the reproduction judging means which is a constituent element of the present invention.
  • 52 and the process of step 9 (including the processes of steps 11 to 19 in FIG. 7) following step 52 show a specific example of the low rotation time processing means.
  • FIG. 13 shows a fifth embodiment of the present invention.
  • the feature of the fifth embodiment is that in the automatic regeneration, the flow path of at least one of an intake throttle valve provided on the intake side of the engine and an exhaust throttle valve provided on the exhaust side, not post injection.
  • the same components as those in the first embodiment described above are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
  • reference numeral 41 denotes a regenerating apparatus for regenerating the filter 21 by burning the particulate matter collected by the filter 21.
  • the regeneration device 41 includes a fuel injection device 14, an intake throttle valve 42, an exhaust throttle valve 43, a rotation sensor 23, pressure sensors 24, 25, an exhaust temperature sensor 26, an alarm 27, a manual regeneration switch 28, and a controller 29. It is done.
  • automatic regeneration is performed by the regeneration device 41, particulate matter deposited on the filter 21 by operating the flow passage of at least one of the intake throttle valve 42 and the exhaust throttle valve 43 in a direction to narrow the flow path Burn and remove.
  • the manual regeneration is performed, the notification sound or the like from the annunciator 27 is received, the fuel injection device 14 performs the post injection manually by the operator, and the particulate matter accumulated on the filter 21 is burned and removed.
  • the intake throttle valve 42 is provided on the side of the intake pipe 11 of the engine 10, and the intake throttle valve 42 constitutes a regeneration device 41 that regenerates the filter 21.
  • the intake air throttle valve 42 is normally held in an open state (for example, an opening degree corresponding to the fuel injection amount F or a fully open state) by a control signal from the controller 29.
  • the intake throttle valve 42 is operated in the direction to narrow the flow path by the control signal from the controller 29.
  • the intake air throttle valve 42 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 the particulate matter collected by the filter 21 Can be burned and removed.
  • the exhaust throttle valve 43 is provided on the exhaust pipe 12 side of the engine 10, and the exhaust throttle valve 43 also constitutes a regeneration device 41 that regenerates the filter 21.
  • the exhaust throttle valve 43 is normally kept fully open by the control signal from the controller 29.
  • the exhaust throttle valve 43 is operated in the direction to narrow the flow path by the control signal from the controller 29, and the control to narrow the opening degree is performed.
  • the exhaust throttle valve 43 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 controller 29 increases the fuel injection amount F 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 filter 21 can be burned and removed.
  • automatic regeneration is performed by operating the flow passage of at least one of the intake throttle valve 42 and the exhaust throttle valve 43 as described above in the direction to narrow the flow path.
  • the operation is not particularly different from the one according to the first embodiment described above.
  • the automatic regeneration is performed by operating the flow passage of at least one of the intake throttle valve 42 and the exhaust throttle valve 43 in the direction to narrow the flow. It can be performed at a lower temperature as compared with the case of the post injection. Thereby, the durability of the filter 21 can be improved.
  • the controller 29 has been described by way of an example in which the automatic regeneration determination, the manual regeneration determination, and the excessive deposition determination are performed.
  • the present invention is not limited to this.
  • the controller may be configured to perform two determinations of an automatic regeneration determination and a manual regeneration determination.
  • the processing can be configured by omitting the processing of steps 15, 18 and 19 in FIG. 7 and the steps 25, 28 and 29 of FIG.
  • the second estimated collection amount H2 is described as being estimated based on the engine speed N, the fuel injection amount F, and the exhaust gas temperature GT.
  • the present invention is not limited to this, and for example, the second estimated collection amount H2 can be calculated not only by the engine rotation speed N, the fuel injection amount F and the exhaust gas temperature GT, but also the temperature of each part such as the filter, the engine It is good also as composition performed using state quantities, such as load (state quantity showing an operation state), etc. collectively.
  • exhaust gas purification device 18 was constituted by oxidation catalyst 20 and filter 21 was mentioned as an example, and was explained.
  • 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

 再生装置(22)は、排気ガス浄化装置(18)のフィルタ(21)に捕集された粒子状物質を燃焼させることにより該フィルタ(21)の再生を行う。再生装置(22)は、フィルタ(21)の入口側の圧力(P1)と出口側の圧力(P2)の差である差圧(ΔP=P1-P2)に基づいて推定される第1の推定捕集量(H1)と、エンジン(10)の回転数(N)と燃料噴射量(F)と排気ガス温度(GT)に基づいて推定される第2の推定捕集量(H2)とを用いて再生を行うか否かの判定を行う。この場合に、エンジン(10)が所定の低回転状態にある場合には、再生を行うか否かの判定を、第2の推定捕集量(H2)のみを用いて行う。

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、建設機械では、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用の燃料噴射を行って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、フィルタの再生は、粒子状物質がフィルタに過剰に堆積(過堆積)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を行うように構成している。
 より具体的には、エンジンから排出される粒子状物質の排出量(発生量)を、エンジンの回転数(回転速度)と燃料噴射量とから推定し、その推定量が予め設定した閾値に達したときに再生を行うように構成している(特許文献2)。
 一方、他の従来技術によれば、フィルタに捕集された粒子状物質の捕集量を、フィルタの入口側の圧力と出口側の圧力との差(差圧)から推定し、その推定捕集量に基づいて再生を行うか否かの判定を行うように構成している(特許文献3)。
特開2010-65577号公報 特開平11-13455号公報 特開2007-332801号公報
 ところで、エンジンの回転数が低速の運転状態、即ち、低回転状態では、エンジンからの排気流量が少なくなり、フィルタの入口側と出口側との差圧が小さくなると共に、差圧の脈動が不安定になりやすい。このため、フィルタに捕集される粒子状物質の捕集量をフィルタの入口側と出口側との差圧に基づいて推定する構成の場合、低回転状態での捕集量の推定精度を確保することが難しい。
 例えば、エンジンの回転数が中速や高速の運転状態(中・高速回転状態)からオートアイドル制御(自動的にエンジン回転数をローアイドル回転数まで下げる制御)により急に低回転状態になった場合には、排気流量が少なくなることと差圧が小さくなることとが相まって、捕集量が実際の捕集量よりも過大な値として推定されるおそれがある。低回転状態を継続している場合も、同様に、捕集量が実際の捕集量よりも過大な値として推定されるおそれがある。このような場合には、再生を行う必要がないにも拘わらず、再生が行われるおそれがある。
 そこで、特許文献3に開示された構成の場合は、低回転状態のときに、その継続時間を計測し、継続時間が所定の判定時間を経過したことを条件に、再生を行うように構成している。これに対し、例えばミニショベルと呼ばれる小型の油圧ショベルの場合は、掘削作業を行っていない作業の合間は、低回転状態で待機(保持)されることが多い。
 このため、特許文献3に開示された構成を小型の油圧ショベルに採用した場合は、次のような問題がある。即ち、小型の油圧ショベルの場合、低回転状態で待機している間に、所定の判定時間が経過する都度、不必要な再生が行われ、燃費の悪化、耐久性の低下に繋がるおそれがある。しかも、低回転状態で再生を行ったときに、ポスト噴射に伴ってエンジンのシリンダ内壁面に付着した燃料がオイルパン内に落ち、エンジンオイルに燃料が混入するおそれがある。これにより、燃料によるエンジンオイルの希釈化(オイルダイリューション)に繋がるおそれがある。
 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、エンジンが低回転状態のときに不要の再生が行われることを抑制す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).本発明の建設機械は、自走可能な車体と、該車体に搭載されたエンジンと、該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フィルタを有し前記エンジンの排気側に設けられる排気ガス浄化装置と、該排気ガス浄化装置の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を行う再生装置とからなり、前記再生装置は、前記フィルタに捕集される粒子状物質の捕集量を、少なくとも前記フィルタの入口側の圧力(P1)と出口側の圧力(P2)の差である差圧(ΔP=P1-P2)に基づいて推定する第1の演算手段と、前記フィルタに捕集される粒子状物質の捕集量を、少なくとも前記エンジンの回転数(N)と燃料噴射量(F)と排気ガス温度(GT)に基づいて推定する第2の演算手段と、前記第1の演算手段により推定される第1の推定捕集量(H1)と前記第2の演算手段により推定される第2の推定捕集量(H2)とを用いて前記再生を行うか否かの判定を行う再生判定手段とを有してなる。
 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、前記再生判定手段は、前記エンジンが所定の低回転状態にある場合には、前記第2の演算手段による第2の推定捕集量(H2)のみを用いて判定を行うか、または、前記エンジンが所定の低回転状態になった時点での前記第1の演算手段による第1の推定捕集量(H1)を用いて判定を行う低回転時処理手段を備える構成としたことにある。
 この構成によれば、低回転時処理手段により、エンジンが所定の低回転状態にある場合には、フィルタの差圧(ΔP)等に基づいて推定される第1の推定捕集量(H1)を用いずに、燃料噴射量(F)等に基づいて推定される第2の推定捕集量(H2)のみを用いて判定が行われる。または、低回転時処理手段により、エンジンが所定の低回転状態にある場合には、エンジンが所定の低回転状態になった時点での第1の推定捕集量(H1)と、第2の推定捕集量(H2)とを用いて判定が行われる。
 即ち、低回転時処理手段は、エンジンが低回転状態にある場合には、再生を行うか否かの判定に、精度が低下するおそれのある第1の推定捕集量(H1)をそのまま用いない(無効化する、または、エンジンが所定の低回転状態になった時点での第1の推定捕集量(H1)の値に固定する)。このため、第1の推定捕集量(H1)の精度が低下することに起因する不要な再生を抑制することができる。この結果、燃費の向上、耐久性の向上、エンジンオイルの希釈化(オイルダイリューション)の抑制を図ることができる。
 (2).本発明によると、前記再生判定手段は、自動で再生を行うか否かを判定する自動再生判定と、オペレータに対して手動で再生を行うように報知するか否かを判定する手動再生判定とを行う構成とし、前記低回転時処理手段は、前記エンジンが所定の低回転状態にある場合には、前記自動再生判定と手動再生判定を、前記第2の演算手段による第2の推定捕集量(H2)のみを用いて行うか、または、前記エンジンが所定の低回転状態になった時点での前記第1の演算手段による第1の推定捕集量(H1)を用いて行う構成としたことにある。
 この構成によれば、低回転時処理手段により、エンジンが所定の低回転状態にある場合には、自動再生判定と手動再生判定が、第1の推定捕集量(H1)を用いずに、第2の推定捕集量(H2)のみを用いて行われる。または、低回転時処理手段により、エンジンが所定の低回転状態にある場合には、自動再生判定と手動再生判定が、エンジンが所定の低回転状態になった時点での第1の推定捕集量(H1)と、第2の推定捕集量(H2)とを用いて行われる。
 即ち、低回転時処理手段は、エンジンが低回転状態の場合には、自動再生判定と手動再生判定に、精度が低下するおそれのある第1の推定捕集量(H1)をそのまま用いない(無効化する、または、エンジンが所定の低回転状態になった時点での第1の推定捕集量(H1)の値に固定する)。このため、第1の推定捕集量(H1)の精度が低下することに起因する不要な自動再生、手動再生を抑制することができる。この結果、燃費の向上、耐久性の向上、エンジンオイルの希釈化(オイルダイリューション)の抑制を高次元で図ることができる。
 (3).本発明によると、前記再生判定手段は、自動で再生を行うか否かを判定する自動再生判定と、オペレータに対して手動で再生を行うように報知するか否かを判定する手動再生判定と、前記フィルタに粒子状物質が過剰に堆積しているか否かを判定する過堆積判定とを行う構成とし、前記低回転時処理手段は、前記エンジンが所定の低回転状態にある場合には、前記自動再生判定と手動再生判定と過堆積判定を、前記第2の演算手段による第2の推定捕集量(H2)のみを用いて行うか、または、前記エンジンが所定の低回転状態になった時点での前記第1の演算手段による第1の推定捕集量(H1)を用いて行う構成としたことにある。
 この構成によれば、低回転時処理手段により、エンジンが所定の低回転状態にある場合には、自動再生判定と手動再生判定と過堆積判定が、第1の推定捕集量(H1)を用いずに、第2の推定捕集量(H2)のみを用いて行われる。または、低回転時処理手段により、エンジンが所定の低回転状態にある場合には、自動再生判定と手動再生判定と過堆積判定が、エンジンが所定の低回転状態になった時点での第1の推定捕集量(H1)と、第2の推定捕集量(H2)とを用いて行われる。
 即ち、低回転時処理手段は、エンジンが低回転状態の場合には、自動再生判定と手動再生判定と過堆積判定に、精度が低下するおそれのある第1の推定捕集量(H1)をそのまま用いない(無効化する、または、エンジンが所定の低回転状態になった時点での第1の推定捕集量(H1)の値に固定する)。このため、第1の推定捕集量(H1)の精度が低下することに起因する不要な自動再生、手動再生、過堆積の報知を抑制することができる。この結果、燃費の向上、耐久性の向上、エンジンオイルの希釈化(オイルダイリューション)の抑制に加えて、過堆積の報知の信頼性の向上を図ることができる。
 (4).本発明によると、前記低回転時処理手段は、前記エンジンが所定の低回転状態であるか否かを前記差圧(ΔP)により判定する構成とし、該差圧(ΔP)が所定の値(ΔPa1)以下の場合には、前記第2の演算手段による第2の推定捕集量(H2)のみを用いて判定を行うか、または、前記差圧(ΔP)が所定の値(ΔPa1)以下になった時点での前記第1の演算手段による第1の推定捕集量(H1)を用いて判定を行う構成としたことにある。
 この構成によれば、低回転時処理手段は、エンジンが所定の低回転状態であるか否かを、フィルタの差圧(ΔP)により判定する構成としている。このため、第1の推定捕集量(H1)の精度が低下するおそれのあるエンジンの低回転状態を、差圧(ΔP)に基づいて安定して判定することができる。
 (5).本発明によると、前記低回転時処理手段は、前記エンジンが所定の低回転状態であるか否かを該エンジンの回転数(N)により判定する構成とし、該回転数(N)が所定の値(N1)以下の場合には、前記第2の演算手段による第2の推定捕集量(H2)のみを用いて判定を行うか、または、前記回転数(N)が所定の値(N1)以下になった時点での前記第1の演算手段による第1の推定捕集量(H1)を用いて判定を行う構成としたことにある。
 この構成によれば、低回転時処理手段は、エンジンが所定の低回転状態であるか否かを、エンジンの回転数(N)により判定する構成としている。このため、第1の推定捕集量(H1)の精度が低下するおそれのあるエンジンの低回転状態を、回転数(N)に基づいて安定して判定することができる。
 (6).本発明によると、前記エンジンが所定の低回転状態にある場合とは、該エンジンの回転数(N)が所定の値(N1)よりも高い状態から所定の値(N1)以下となり、再び所定の値(N1)よりも高い状態となるまでの間であり、前記エンジンが所定の低回転状態になった時点とは、該エンジンの回転数(N)が所定の値(N1)以下になった時点であり、前記第1の演算手段による第1の推定捕集量(H1)は、前記エンジンの回転数(N)が所定の値(N1)以下になった時点から再び所定の値(N1)よりも高くなる時点までの間は、前記時点(所定の値(N1)以下になった時点)での値を継続して用いる構成としたことにある。
本発明の第1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、再生装置等を示す回路構成図である。 第1の推定捕集量H1と第2の推定捕集量H2の時間変化の一例を示す特性線図である。 エンジン回転数Nと第1の推定捕集量H1と差圧ΔPの時間変化の一例を示す特性線図である。 再生装置によるフィルタの再生処理を示す流れ図である。 図6中のステップ9の「第1の推定捕集量H1と第2の推定捕集量H2との両方を用いた処理」を示す流れ図である。 図6中のステップ10の「第2の推定捕集量H2のみを用いた処理」を示す流れ図である。 本発明の第2の実施の形態による再生処理を示す流れ図である。 エンジン回転数Nと第1の推定捕集量H1と差圧ΔPの時間変化の一例を示す特性線図である。 本発明の第3の実施の形態による再生処理を示す流れ図である。 本発明の第4の実施の形態による再生処理を示す流れ図である。 本発明の第5の実施の形態によるエンジン、排気ガス浄化装置、再生装置等を示す図3と同様の構成図である。
 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1ないし図8は本発明の第1の実施の形態を示している。
 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、この油圧ショベル1は、通常ミニショベルと呼ばれている。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とを含んで構成されている。
 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、カウンタウエイト9を含んで構成されている。
 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、右前側には後述の燃料タンク16が設けられている。旋回フレーム6には、キャブ8の右側から後側にわたって外装カバー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15、熱交換器17、燃料タンク16、排気ガス浄化装置18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の内部は、オペレータが搭乗する運転室を画成している。キャブ8の内部には、オペレータが着座する運転席、各種の操作レバーに加え、後述の報知器27、手動再生スイッチ28等(図3参照)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ている。カウンタウエイト9は、下部走行体2の車体幅内に収ま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(図3参照)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。吸気管11は、エンジン10に向けて外気(空気)が流入するもので、その先端側には、外気を清浄化するエアクリーナ13が接続されている。排気管12には、後述の排気ガス浄化装置18が接続して設けられている。
 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、後述のコントローラ29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を可変に制御する。
 さらに、燃料噴射装置14は、後述するコントローラ29等と共に再生装置22(図3参照)を構成するもので、燃料噴射装置14は、コントローラ29の制御信号に応じて、例えばポスト噴射と呼ばれる再生処理用の燃料噴射(燃焼工程後の追加噴射)を行う。これにより、排気ガスの温度を上昇させ、後述する排気ガス浄化装置18の粒子状物質除去フィルタ21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。
 油圧ポンプ15は、エンジン10の左側に取付けられ、該油圧ポンプ15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15は、エンジン10によって駆動されることにより制御弁(図示せず)に向けて圧油(作動油)を吐出するものである。油圧ポンプ15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15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。
 燃料タンク16は、キャブ8の右側に位置して旋回フレーム6上に設けられ、図示しない作動油タンク等と共に外装カバー7に覆われている。燃料タンク16は、例えば直方体状の耐圧タンクとして形成され、エンジン10に供給される燃料を貯えるものである。
 熱交換器17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、この熱交換器17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17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18について説明する。
 即ち、18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18は、エンジン10の上部左側で、例えば油圧ポンプ15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18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ものである。
 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18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20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21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18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19を有している。このケーシング19内には、DOCと呼ばれる酸化触媒20と、DPFと呼ばれる粒子状物質除去フィルタ21(以下、フィルタ21という)とが取外し可能に収容されている。排出口19Aは、フィルタ21よりも下流側に位置してケーシング19の出口側に接続されている。この排出口19A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。
 酸化触媒20は、例えばケーシング19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20内には、その軸方向に多数の貫通孔(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20は、所定の温度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、例えば一酸化窒素(NO)を二酸化窒素(NO)として除去するものである。
 一方、フィルタ21は、ケーシング19内で酸化触媒20の下流側に配置されている。フィルタ21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、フィルタ21は、例えばセラミックス材料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、フィルタ21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、後述の再生装置22の再生処理によって燃焼して除去される。この結果、フィルタ21は再生される。
 次に、フィルタ21の再生を行う再生装置22について説明する。
 即ち、22は排気ガス浄化装置18のフィルタ21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21の再生を行う再生装置を示している。再生装置22は、前述の燃料噴射装置14、後述の回転センサ23、圧力センサ24,25、排気温センサ26、報知器27、手動再生スイッチ28、コントローラ29を含んで構成されている。再生装置22は、コントローラ29の指令信号(制御信号)に応じて燃料噴射装置14によりポスト噴射を行う。このポスト噴射は、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、フィルタ21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。
 ここで、再生装置22は、コントローラ29の判定により自動的に、即ち、オペレータの操作に基づくことなく再生を自動で行う自動再生機能と、コントローラ29の判定によりオペレータに対して手動で再生を行うように報知し、オペレータの操作に基づいて再生を行う手動再生機能とを有している。さらに、再生装置22は、コントローラ29によりフィルタ21に粒子状物質が過剰に堆積していると判定された場合に、その旨をオペレータに報知する過堆積報知機能も有している。
 回転センサ23は、エンジン10の回転数(回転速度)Nを検出するもので、該回転センサ23は、エンジン10の回転数Nを検出し、その検出信号を後述のコントローラ29に出力する。コントローラ29は、回転センサ23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26で検出した排気ガス温度GTとに基づいて、フィルタ21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H2に基づいて、再生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、例えばコントローラ29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。
 圧力センサ24,25は、排気ガス浄化装置18のケーシング19に設けられている。図3に示すように、圧力センサ24,25は、フィルタ21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コントローラ29に出力する。コントローラ29は、圧力センサ24で検出した入口側の圧力P1と圧力センサ25で検出した出口側の圧力P2とにより差圧ΔPを算出すると共に、その差圧ΔPと排気ガス温度GTと排気ガス流量とに基づいてフィルタ21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H1に基づいて、再生を行うか否かの判定を行う。
 排気温センサ26は、排気ガス温度(排気温度)GTを検出するものである。図3に示すように、排気温センサ26は、排気ガス浄化装置18のケーシング19に取付けられ、例えば排気管12側から排出される排気ガスの温度GTを検出する。排気温センサ26で検出した排気ガス温度GTは、検出信号として後述のコントローラ29に出力される。排気ガス温度GTは、フィルタ21に捕集される粒子状物質の捕集量の推定に用いられる。
 報知器27は、キャブ8内で運転席の近傍に設けられている。報知器27は、コントローラ29に接続され、該コントローラ29からの指令(報知信号)に基づいて、オペレータに対して下記の内容を報知する機能を有している。即ち、報知器27は、オペレータに対して手動再生を行うように報知する第1の機能と、フィルタ21に粒子状物質が過剰に堆積した旨を報知する第2の機能とを有している。
 ここで、報知器27は、報知音を発するブザー、音声を発するスピーカ、報知内容を光により表示する発光器または報知内容を画面により表示するモニタ装置等により構成することができる。報知器27は、コントローラ29が手動再生を行う必要があると判定した場合、フィルタ21に粒子状物質が過剰に堆積していると判定した場合に、該コントローラ29からの指令(報知信号)に基づいて、オペレータに対してその旨を知らせる。
 手動再生スイッチ28は、キャブ8内で運転席の近傍に設けられている。手動再生スイッチ28は、後述のコントローラ29に接続され、オペレータの操作に基づいてコントローラ29に対して手動再生を行う旨の信号を出力するものである。即ち、報知器27からの手動再生の報知により、オペレータが手動再生スイッチ28を操作すると、手動再生スイッチ28からコントローラ29に対してスイッチが操作された旨の信号が出力される。これにより、コントローラ29は、燃料噴射装置14に対して再生(ポスト噴射)を行う旨の指令(制御信号)を出力する。これにより、オペレータは、手動再生を行うことができる。
 コントローラ29は、マイクロコンピュータを含んで構成され、該コントローラ29は、その入力側が燃料噴射装置14、回転センサ23、圧力センサ24,25、排気温センサ26、手動再生スイッチ28、図示しない空気流量計等に接続されている。コントローラ29の出力側は、燃料噴射装置14、報知器27等に接続されている。コントローラ29は、ROM,RAM等からなるメモリ29Aを有し、このメモリ29A内には、後述の図6ないし図8に示す再生処理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、予め設定された図4および図5に示す自動再生閾値T1、手動再生閾値T2、過堆積閾値T3等が格納されている。
 ここで、第1のマップは、フィルタ21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1のマップは、例えば、差圧ΔPと排気ガスの流量と第1の推定捕集量H1との対応関係を予め実験、計算、シミュレーション等により求め、その対応関係をマップとして作成したものである。なお、排気ガスの流量は、例えばエンジン回転数Nと燃料噴射量Fとから求めることができる。フィルタ21の差圧ΔPは、圧力センサ24で検出した入口側の圧力をP1とし、圧力センサ25で検出した出口側の圧力をP2とした場合に、下記の数1式により算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 一方、第2のマップは、エンジン10の回転数Nと燃料噴射量Fとに基づいてエンジン10から排出される粒子状物質の排出量Hmを求めるためのものである。具体的には、第2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、計算、シミュレーション等により求め、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、第2の推定捕集量をH2とし、第2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、再生によりフィルタ21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2式として表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 この場合、再生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、排気ガス温度GT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)の排出量に排気ガス温度GT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。
 次に、図4を参照して述べるに、自動再生閾値T1は、自動再生を行うか否かを判定するための推定捕集量の閾値である。即ち、自動再生閾値T1は、上述の第1のマップにより推定された第1の推定捕集量H1、および/または、上述の第2のマップと計算式により推定された第2の推定捕集量H2が、自動再生閾値T1以上になったときに、自動再生が必要と判定するための判定値となる。
 一方、手動再生閾値T2は、手動再生を行うか否かを判定するための推定捕集量の閾値である。即ち、手動再生閾値T2は、上述の第1のマップにより推定された第1の推定捕集量H1、および/または、上述の第2のマップと計算式により推定された第2の推定捕集量H2が、手動再生閾値T2以上になったときに、手動再生が必要と判定するための判定値となる。この場合、手動再生閾値T2は、自動再生閾値T1よりも大きい値に設定されている。
 さらに、過堆積閾値T3は、フィルタ21に粒子状物質が過剰に堆積したか否かを判定するための推定捕集量の閾値である。具体的には、過堆積閾値T3は、その値を超える捕集量で再生を行うとフィルタ21が溶損する境界値として設定されるものである。過堆積閾値T3は、上述の第1のマップにより推定された第1の推定捕集量H1、および/または、上述の第2のマップと計算式により推定された第2の推定捕集量H2が、過堆積閾値T3以上になったときに、粒子状物質が過剰に堆積し、再生を行うことができないと判定するための判定値となる。この場合、過堆積閾値T3は、手動再生閾値T2および自動再生閾値T1よりも大きい値に設定されている。
 コントローラ29は、後述する図6ないし図8の処理プログラムに従って、オペレータの操作に基づくことなく再生を自動で行う自動再生処理の制御と、オペレータに対して手動で再生を行うように報知し、オペレータの操作に基づいて再生を行う手動再生処理の制御とを行う。さらに、コントローラ29は、フィルタ21に粒子状物質が過剰に堆積したと判定した場合に、オペレータにその旨を報知し、点検、整備、修理、交換等を促す過堆積報知処理の制御も行う。
 即ち、コントローラ29は、フィルタ21に捕集される粒子状物質の捕集量を、少なくともこのフィルタ21の差圧ΔPに基づいて推定する(第1の演算手段)。これに加えて、コントローラ29は、フィルタ21に捕集される粒子状物質の捕集量を、少なくともエンジン回転数Nと燃料噴射量Fと排気ガス温度GTに基づいて推定する(第2の演算手段)。コントローラ29は、推定された2つの捕集量、即ち、第1の推定捕集量H1と第2の推定捕集量H2とを用いてフィルタ21の再生を行うか否かの判定を行う(再生判定手段)。
 具体的には、第1の推定捕集量H1と第2の推定捕集量H2とのうちの少なくとも何れか一方の推定捕集量が自動再生閾値T1以上となったか否かにより、自動再生を行うか否かを判定する(自動再生判定)。コントローラ29は、自動再生が必要であると判定したときは、例えば燃料噴射装置14にポスト噴射する旨の制御信号を出力し、オペレータの操作を介することなく自動で再生を行う自動再生処理の制御を行う。
 コントローラ29は、第1の推定捕集量H1と第2の推定捕集量H2とのうちの少なくとも何れか一方の推定捕集量が手動再生閾値T2以上となったか否かにより、手動再生を行うか否かを判定する(手動再生判定)。コントローラ29は、手動再生が必要であると判定したときは、オペレータに対して手動で再生を行うように報知信号を報知器27に出力する。これにより、報知器27は、報知音の発生、報知表示を行う。この場合、オペレータは、手動再生スイッチ28を操作し、コントローラ29は、オペレータの操作を条件に再生を行う手動再生処理の制御を行う。
 さらに、コントローラ29は、第1の推定捕集量H1と第2の推定捕集量H2とのうちの少なくとも何れか一方の推定捕集量が過堆積閾値T3以上となったか否かにより、フィルタ21に粒子状物質が過剰に堆積しているか否かを判定する(過堆積判定)。コントローラ29は、過堆積であると判定したときは、オペレータに対して過堆積である旨を報知するための信号(報知信号)を報知器27に出力する。これにより、報知器27は、報知音の発生、報知表示を行う。この場合、コントローラ29は、必要な点検、整備、修理、交換等が行われるまでその報知を行うと共に、再生を禁止する過堆積報知処理の制御を行う。この結果、オペレータは、フィルタ21に粒子状物質が過剰に堆積していることを知ることができるので、その旨を例えば整備工場の整備員に伝える。これにより、整備員は、必要な点検、整備、修理、交換等を行うことができる。
 ところで、エンジン10の回転数が低速の運転状態、即ち、低回転状態では、エンジン10からの排気流量が少なくなり、フィルタ21の入口側と出口側との差圧が小さくなると共に、差圧の脈動が不安定になりやすい。このため、エンジン10が低回転状態にあるときは、第1の推定捕集量H1の推定精度を確保することが難しい。
 例えば、図5中で、特性線30は、エンジン回転数Nの時間変化を示している。この特性線30のように、エンジン10の運転状況が、回転数の高いハイアイドル状態から回転数の低いローアイドル状態になると、エンジン10からの排気流量が少なくなる。図5中で、特性線31は、差圧ΔPの時間変化を示している。この特性線31のように、フィルタ21の差圧ΔPは、ローアイドル状態になると、例えばΔPa1を下回るように小さくなる。そして、排気流量が少なくなることと、差圧ΔPが小さくなることとが相まって、第1の推定捕集量H1は、大きく変化する。図5中で二点鎖線の特性線32は、差圧ΔPがΔPa1より小さくなったときの第1の推定捕集量H1を示している。この特性線32のように、差圧ΔPがΔPa1より小さくなると、第1の推定捕集量H1は、過大な値として推定されるおそれがある。
 そこで、第1の実施の形態では、コントローラ29は、エンジン10が所定の低回転状態にある場合、即ち、差圧ΔPが所定の値ΔPa1以下の場合には、第2の推定捕集量H2のみを用いて判定を行う構成としている。即ち、コントローラ29は、差圧ΔPが所定の値ΔPa1以下の場合には、第1の推定捕集量H1を用いずに、第2の推定捕集量H2のみを用いて判定を行う低回転時処理手段を備える構成としている。より具体的には、コントローラ29は、自動で再生を行うか否かを判定する自動再生判定と、オペレータに対して手動で再生を行うように報知するか否かを判定する手動再生判定と、フィルタ21に粒子状物質が過剰に堆積しているか否かを判定する過堆積判定とを、差圧ΔPが所定の値ΔPa1以下の場合には、第1の推定捕集量H1を用いずに、第2の推定捕集量H2のみを用いて行う構成としている。このような低回転状態のときに行われる処理を含む、コントローラ29により実行される図6ないし図8に示す再生処理については、後述する。
 第1の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15を駆動する。これにより、油圧ポンプ15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が排出される。このときに排気ガス浄化装置18は、酸化触媒20によって排気ガス中の炭化水素(HC)、窒素酸化物(NOx)、一酸化炭素(CO)を酸化除去することができる。フィルタ21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19Aを通じて外部に排出することができる。さらに、捕集した粒子状物質は、再生装置22によって燃焼し除去され、フィルタ21は再生される。
 次に、再生装置22により行われる再生処理について、図6ないし図8の流れ図を用いて説明する。なお、図6ないし図8の処理は、コントローラ29に通電している間、コントローラ29により所定の制御時間毎に(所定のサンプリング周波数で)繰り返し実行される。
 アクセサリの通電、または、エンジン10の始動(イグニッションON)により、コントローラ29が起動される。図6の処理動作がスタートすると、ステップ1では、圧力センサ24,25から圧力P1,P2をそれぞれ読込む。即ち、フィルタ21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2では、フィルタ21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1式により演算する。
 次のステップ3では、差圧ΔPに基づいてフィルタ21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H1を推定(算出)する。この第1の推定捕集量H1は、コントローラ29のメモリ29Aに格納された前述の第1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H1とを対応させた第1のマップに基づいて、現時点の第1の推定捕集量H1を推定することができる。
 次のステップ4では、回転センサ23からエンジン回転数Nを読込む。ステップ5では、燃料噴射装置14から噴射される燃料噴射量Fを読込む。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。さらに、燃料噴射量Fは、例えばコントローラ29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6では、排気温センサ26から排気ガス温度GTを読込む。
 ステップ7は、エンジン回転数N、燃料噴射量Fおよび排気ガス温度GTに基づいて、フィルタ21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H2を推定(算出)する。この第2の推定捕集量H2は、コントローラ29のメモリ29Aに格納された第2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2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。具体的には、現時点での第2の推定捕集量H2は、上述した数2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推定することができる。
 次のステップ8では、エンジン10が低回転状態にあるか否かを判定する。即ち、図5に示すように、エンジン10が低回転状態にある場合には、排気流量が少なくなることと、差圧ΔPが小さくなることとが相まって、第1の推定捕集量H1が実際の捕集量に対して過大な値として推定(演算)されるおそれがある。そこで、ステップ8では、第1の演算手段による第1の推定捕集量H1を用いてよいか否か(第1の推定捕集量H1を有効とするか、または、無効とするか)を判定する。この場合、エンジンが低回転状態であるか否か(第1の推定捕集量H1を有効とするか、または、無効とするか)は、フィルタ21の差圧ΔPにより判定する。具体的には、ステップ8では、フィルタ21の差圧ΔPが所定の値ΔPa1よりも大きいか否かを判定する。
 なお、所定の値ΔPa1は、エンジン10が所定の低回転状態にあるか否かの境界値となるものである。即ち、それ以上エンジン10の回転数Nが低くなると第1の推定捕集量H1の精度の低下を許容できなくなる回転数をN1とすると、この回転数N1に対応する差圧の値ΔPa1として設定されるものである。所定の値ΔPa1は、第1の推定捕集量H1の精度が低下することに起因する不要な再生処理(自動再生、手動再生、過堆積の報知)を抑制できる境界値(判定値)となるように、予め実験、計算、シミュレーション等により求め、コントローラ29のメモリ29Aに格納しておく。
 ステップ8で、「YES」、即ち、フィルタ21の差圧ΔPが所定の値ΔPa1よりも大きい(エンジン10が低回転状態ではない)と判定された場合は、第1の演算手段による第1の推定捕集量H1を有効として再生処理の判定を行うことができる。そこで、ステップ9に進み、第1の推定捕集量H1と第2の推定捕集量H2との両方を用いた処理を行う。
 このステップ9の処理は、図7に示すように、ステップ11で、第1の推定捕集量H1および/または第2の推定捕集量H2が予め設定した自動再生閾値T1以上であるか否かにより、自動再生を行うか否かの判定を行う。このステップ11で、「NO」、即ち、両方の推定捕集量H1,H2が自動再生閾値T1よりも小さいと判定された場合は、フィルタ21に再生が必要なほど粒子状物質が捕集されていない(フィルタ21が目詰まりしていない)と考えられる。この場合は、図7のリターン、図6のリターンを介して、図6のスタートに戻り、ステップ1以降の処理を繰り返す。
 一方、ステップ11で、「YES」、即ち、少なくとも何れか一方の推定捕集量H1,H2が自動再生閾値T1以上であると判定された場合は、フィルタ21に再生が必要なほどないしそれ以上の粒子状物質が捕集されていると考えられる。そこで、この場合は、ステップ12に進み、手動再生を行うか否かの判定を行なう。即ち、第1の推定捕集量H1および/または第2の推定捕集量H2が予め設定した手動再生閾値T2以上であるか否かにより、手動再生を行うか否かの判定を行う。
 ステップ12で、「NO」、即ち、両方の推定捕集量H1,H2が手動再生閾値T2よりも小さいと判定された場合は、フィルタ21に手動再生が必要なほどの粒子状物質が捕集されていないと考えられる。この場合は、ステップ13に進み、自動再生を開始する。即ち、ステップ13では、コントローラ29から燃料噴射装置14にポスト噴射する旨の制御信号を出力する。これにより、エンジン10からの排気ガスの温度を上昇させ、フィルタ21に捕集(堆積)された粒子状物質を燃焼し除去する。
 次いで、ステップ14で自動再生が終了したか否か、即ち、フィルタ21の粒子状物質を十分に燃焼し除去したか否かを判定する。この判定は、例えば、フィルタ21内の粒子状物質の量が所定の値以下となったか否かにより判定することができる。ステップ14では、フィルタ21内の粒子状物質の量が所定の値以下となるまで自動再生を継続する(ポスト噴射を継続する)。所定値は、フィルタ21の粒子状物質が十分に少なくなったか否かの境界値(判定値)となるように、予め実験、計算、シミュレーション等により求め、コントローラ29のメモリ29Aに格納しておく。所定値以下となったか否かは、例えば、第1の演算手段により推定される推定捕集量H1および/または第2の演算手段により推定される推定捕集量H2から判定することができる。ステップ14で、「YES」、即ち、フィルタ21内の粒子状物質の量が所定の値以下となったら、自動再生を終了し(ポスト噴射を終了し)、図7のリターン、図6のリターンを介して、図6のスタートに戻り、ステップ1以降の処理を繰り返す。
 一方、ステップ12で、「YES」、即ち、少なくとも何れか一方の推定捕集量H1,H2が手動再生閾値T2以上であると判定された場合は、フィルタ21に手動再生が必要なほどないしそれ以上の粒子状物質が捕集されていると考えられる。そこで、この場合は、ステップ15に進み、フィルタ21に粒子状物質が過剰に堆積しているか否かの判定を行なう。即ち、第1の推定捕集量H1および/または第2の推定捕集量H2が予め設定した過堆積閾値T3以上であるか否かにより、過堆積不調であるか否かの判定を行う。
 ステップ15で、「NO」、即ち、両方の推定捕集量H1,H2が過堆積閾値T3よりも小さいと判定された場合は、フィルタ21に粒子状物質が過剰に堆積していないと考えられる。この場合は、ステップ16に進み、手動再生を開始する。即ち、ステップ16では、コントローラ29から報知器27に報知信号を出力し、オペレータに対して、手動で再生を行うように報知する。
 次のステップ17では、手動再生が終了したか否かの判定を行う。この判定は、オペレータが手動再生スイッチ28を操作し、この操作に基づいて、コントローラ29から燃料噴射装置14にポスト噴射する旨の制御信号が出力されたか否かを判定する。これと共に、例えば、フィルタ21内の粒子状物質の量が所定の値以下となったか否かを判定する。ステップ17では、フィルタ21内の粒子状物質の量が所定の値以下となるまで手動再生を継続する(ポスト噴射を継続する)。所定値は、フィルタ21の粒子状物質が十分に少なくなったか否かの境界値(判定値)となるように、予め実験、計算、シミュレーション等により求め、コントローラ29のメモリ29Aに格納しておく。所定値以下となったか否かは、例えば、第1の演算手段により推定される推定捕集量H1および/または第2の演算手段により推定される推定捕集量H2から判定することができる。ステップ17で、「YES」、即ち、フィルタ21内の粒子状物質の量が所定の値以下となったら、手動再生を終了し(ポスト噴射を終了し)、図7のリターン、図6のリターンを介して、図6のスタートに戻り、ステップ1以降の処理を繰り返す。
 一方、ステップ15で、「YES」、即ち、少なくとも何れか一方の推定捕集量H1,H2が過堆積閾値T3以上であると判定された場合は、再生を行うとフィルタ21が溶損するほど粒子状物質が捕集されていると考えられる。そこで、この場合は、ステップ18に進み、コントローラ29から報知器27に報知信号を出力し、オペレータに対して、過堆積不調である旨を報知する。次いで、ステップ19に進み、必要な点検、整備、修理、交換等が行われるまで過堆積不調である旨を報知すると共に、再生を禁止する。ステップ19で、必要な点検、整備、修理、交換等が行われと判定された場合は、図7のリターン、図6のリターンを介して、図6のスタートに戻り、ステップ1以降の処理を繰り返す。
 一方、図6のステップ8で、「NO」、即ち、フィルタ21の差圧ΔPが所定の値ΔPa1以下である(エンジン10が低回転状態にある)と判定された場合は、第1の演算手段による第1の推定捕集量H1を無効として再生処理の判定を行う。即ち、この場合は、ステップ10に進み、第2の推定捕集量H2のみを用いた処理を行う。
 このステップ10の処理は、図8に示すステップ21~ステップ29の処理となる。上述した図7に示す処理では、自動再生の判定(ステップ11)、手動再生の判定(ステップ12)、過堆積の判定(ステップ15)を、第1の推定捕集量H1と第2の推定捕集量H2との両方を用いて行うのに対して、図8に示す処理では、自動再生の判定(ステップ21)、手動再生の判定(ステップ22)、過堆積の判定(ステップ25)を、第2の推定捕集量H2のみを用いて行う。この点が相違する以外、図8に示すステップ21~ステップ29の処理は、図7に示すステップ11~ステップ19の処理と同様であるため、これ以上の説明は省略する。
 かくして、第1の実施の形態によれば、ステップ8の処理により、エンジン10が所定の低回転状態にあると判定された場合、即ち、フィルタ21の差圧ΔPが所定の値ΔPa1以下であると判定された場合には、ステップ10に進む。このステップ10では、第1の推定捕集量H1を用いずに、第2の推定捕集量H2のみを用いて判定が行われる。即ち、図8に示すように、ステップ21の自動再生判定と、ステップ22の手動再生判定と、ステップ25の過堆積判定が、第1の推定捕集量H1を用いずに、第2の推定捕集量H2のみを用いて行われる。
 換言すれば、ステップ8により、エンジン10が低回転状態にある(フィルタ21の差圧ΔPが所定の値ΔPa1以下である)と判定された場合には、自動再生判定、手動再生判定、過堆積判定について、精度が低下するおそれのある第1の推定捕集量H1を用いずにこの第1の推定捕集量H1を無効化し、第2の推定捕集量H2のみを用いる。このため、第1の推定捕集量H1の精度が低下することに起因する不要な自動再生、手動再生、過堆積の報知を抑制することができる。
 即ち、図5中に二点鎖線の特性線32で示すように、エンジン10が低回転状態の場合に、排気流量が少なくなることと、差圧ΔPが小さくなることとが相まって、第1の推定捕集量H1が過大な値として推定されても、この間は、第2の推定捕集量H2のみを判定に用いる。このため、再生を行う必要がないにも拘わらず、第1の推定捕集量H1が自動再生閾値T1、手動再生閾値T2、過堆積閾値T3を超えるような値として推定されることにより、不必要な再生が行われたり、誤った過堆積不調の報知が行われることを抑制することができる。この結果、燃費の向上、耐久性の向上、エンジンオイルの希釈化(オイルダイリューション)の抑制、過堆積の報知の信頼性の向上を図ることができる。
 第1の実施の形態によれば、エンジン10が所定の低回転状態であるか否かを、フィルタ21の差圧ΔPにより判定する構成としている。このため、第1の推定捕集量H1の精度が低下するおそれのあるエンジン10の低回転状態であるか否か、即ち、エンジン10が回転数N1以下で運転されているか否かを、差圧ΔPに基づいて安定して判定することができる。
 なお、第1の実施の形態では、図6のステップ1~3の処理が本発明の構成要件である第1の演算手段の具体例を示し、図6のステップ4~7の処理が第2の演算手段の具体例を示している。さらに、図6のステップ8~10の処理(図7のステップ11~19の処理、および、図8のステップ21~29の処理を含む)が本発明の構成要件である再生判定手段の具体例を示し、図6のステップ8とステップ10の処理が低回転時処理手段の具体例を示している。
 次に、図9および図10は本発明の第2の実施の形態を示している。第2の実施の形態の特徴は、エンジンが所定の低回転状態にある場合には、エンジンが所定の低回転状態になった時点での第1の演算手段による第1の推定捕集量(H1)を用いて判定を行う低回転時処理手段を備える構成としたことにある。なお、第2の実施の形態では、上述した第1の実施の形態と同一の構成要素に同一符号を付し、その説明を省略するものとする。
 アクセサリの通電、または、エンジン10の始動(イグニッションON)により、コントローラ29が起動される。図9の処理動作がスタートすると、上述した図6のステップ1~ステップ7と同様に、第1の推定捕集量H1と第2の推定捕集量H2が推定(算出)され、上述した図6のステップ8と同様に、エンジン10が低回転状態にあるか否かの判定、即ち、フィルタ21の差圧ΔPが所定の値ΔPa1よりも大きいか否かの判定が行われる。
 ステップ8で、「NO」、即ち、フィルタ21の差圧ΔPが所定の値ΔPa1以下である(エンジン10が低回転状態にある)と判定された場合は、エンジン10が所定の低回転状態になった時点、即ち、フィルタ21の差圧ΔPが所定の値ΔPa1以下となった時点での第1の演算手段による第1の推定捕集量H1を用いて再生処理(自動再生、手動再生、過堆積の報知)の判定を行う。即ち、この場合は、ステップ31に進み、ステップ3で推定された第1の推定捕集量H1を、フィルタ21の差圧ΔPが所定の値ΔPa1以下となった時点での第1の推定捕集量H1の値に補正する。
 そして、この補正された第1の推定捕集量H1と、ステップ7で推定された第2の推定捕集量H2とを用いて、続くステップ9の処理を行う。なお、ステップ8で、「YES」、即ち、フィルタ21の差圧ΔPが所定の値ΔPa1よりも大きい(エンジン10が低回転状態ではない)と判定された場合は、ステップ31を介することなく、ステップ9に進む。
 ステップ9の処理は、上述した図6のステップ9(図7のステップ11~19)の処理と同様の処理である。ステップ8で「YES」と判定された場合は、上述した第1の実施の形態のステップ8で「YES」と判定された場合と同様に、ステップ3で推定された第1の推定捕集量H1とステップ7で推定された第2の推定捕集量H2を用いた処理が行われる。これに対し、ステップ8で「NO」と判定された場合は、ステップ3で推定された第1の推定捕集量H1を用いずに、ステップ31で補正された第1の推定捕集量H1とステップ7で推定された第2の推定捕集量H2を用いた処理が行われる。
 第2の実施の形態によれば、ステップ8の処理により、エンジン10が所定の低回転状態にあると判定された場合、即ち、フィルタ21の差圧ΔPが所定の値ΔPa1以下であると判定された場合には、ステップ9の処理が、ステップ31で補正された第1の推定捕集量H1とステップ7で推定された第2の推定捕集量H2とを用いて行われる。具体的には、ステップ9の処理に対応する図7の処理のステップ11の自動再生判定と、ステップ12の手動再生判定と、ステップ15の過堆積判定が、ステップ31で補正された第1の推定捕集量H1とステップ7で推定された第2の推定捕集量H2とを用いて行われる。換言すれば、ステップ8により、エンジン10が低回転状態にある(フィルタ21の差圧ΔPが所定の値ΔPa1以下である)と判定された場合には、自動再生判定と手動再生判定と過堆積判定に、精度が低下するおそれのある第1の推定捕集量H1をそのまま用いずに、ステップ31で補正した第1の推定捕集量H1、即ち、エンジン10が低回転状態になった(フィルタ21の差圧ΔPが所定の値ΔPa1以下になった)時点での第1の推定捕集量H1を用いる。
 図10中の太い二点鎖線の特性線33は、第2の実施の形態で用いる補正された第1の推定捕集量H1を示している。この場合、特性線33は、差圧ΔPがΔPa1以下となった時点31A、即ち、エンジン10の回転数Nがハイアイドル(NH)からローアイドル(NL)になる過程でN1以下となった時点30Aの第1の推定捕集量H1を示している。このように第2の実施の形態では、図10中で第1の推定捕集量H1を示している特性線33で、時点33Aでの値を再生処理に用いるものである。図10中の特性線33は、エンジン10の回転数Nが所定の値N1よりも高い状態から所定の値N1以下となり、再び所定の値N1よりも高い状態となるまでの間、継続して再生処理に用いられるものである。換言すれば、図10中の特性線33は、差圧ΔPが所定の値ΔPa1よりも高い状態から所定の値Pa1以下となり、再び所定の値Pa1よりも高い状態となるまでの間、継続して再生処理に用いられるものである。
 このように特性線33を用いることにより、エンジン10が低回転状態のときに、第1の推定捕集量H1が過大な値として推定されても、この間は、エンジン10が低回転状態になった時点30A(フィルタ21の差圧ΔPが所定の値ΔPa1以下になった時点31A)での第1の推定捕集量H1(時点33Aの値)が保持される。
 このため、第2の実施の形態では、特性線33を用いることにより、細い二点鎖線の特性線32で示すような、第1の推定捕集量H1が自動再生閾値T1、手動再生閾値T2、過堆積閾値T3を超えるような値として推定されることがない。これにより、不必要な再生が行われたり、誤った過堆積不調の報知が行われることを抑制することができる。この結果、燃費の向上、耐久性の向上、エンジンオイルの希釈化(オイルダイリューション)の抑制、過堆積の報知の信頼性の向上を図ることができる。
 なお、第2の実施の形態では、図9のステップ1~3の処理が本発明の構成要件である第1の演算手段の具体例を示し、図9のステップ4~7の処理が第2の演算手段の具体例を示している。さらに、図9のステップ8,9,31の処理(図7のステップ11~19の処理を含む)が本発明の構成要件である再生判定手段の具体例を示し、図9のステップ8とステップ31とこのステップ31に続くステップ9の処理(図7のステップ11~19の処理を含む)が低回転時処理手段の具体例を示している。
 次に、図11は本発明の第3の実施の形態を示している。第3の実施の形態の特徴は、エンジンが所定の低回転状態であるか否かを該エンジンの回転数(N)により判定する構成としたことにある。なお、第3の実施の形態では、上述した第1の実施の形態と同一の構成要素に同一符号を付し、その説明を省略するものとする。
 図11のステップ41は、上述した第1の実施の形態の図6のステップ8に代えて、第3の実施の形態で用いたものである。このステップ41では、エンジン10が低回転状態にあるか否かを、エンジン10の回転数Nが所定の値N1よりも大きいか否かにより判定する。なお、所定の値N1は、それ以上エンジン10の回転数Nが低くなると第1の推定捕集量H1の精度の低下を許容できなくなる回転数として設定する。所定の値N1は、第1の推定捕集量H1の精度が低下することに起因する不要な再生処理(自動再生、手動再生、過堆積の報知)を抑制できる境界値(判定値)となるよう、予め実験、計算、シミュレーション等により求め、コントローラ29のメモリ29Aに格納しておく。
 第3の実施の形態は、上述の如きステップ41によりエンジン10が低回転状態にあるか否かの判定を行うもので、その基本的作用については、上述した第1の実施の形態によるものと格別差異はない。特に、第3の実施の形態によれば、第1の推定捕集量H1の精度が低下するおそれのあるエンジン10の低回転状態を、回転数Nに基づいて安定して判定することができる。
 なお、第3の実施の形態では、図11のステップ1~3の処理が本発明の構成要件である第1の演算手段の具体例を示し、図11のステップ4~7の処理が第2の演算手段の具体例を示している。さらに、図11のステップ41,9,10の処理(図7のステップ11~19の処理、および、図8のステップ21~29の処理を含む)が本発明の構成要件である再生判定手段の具体例を示し、図11のステップ41とステップ10の処理が低回転時処理手段の具体例を示している。
 次に、図12は本発明の第4の実施の形態を示している。第4の実施の形態の特徴は、エンジンが所定の低回転状態にある場合には、エンジンが所定の低回転状態になった時点での第1の演算手段による第1の推定捕集量(H1)を用いて判定を行う低回転時処理手段を備えると共に、エンジンが所定の低回転状態であるか否かを該エンジンの回転数(N)により判定する構成としたことにある。なお、第4の実施の形態では、上述した第1の実施の形態、第2の実施の形態、第3の実施の形態と同一の構成要素に同一符号を付し、その説明を省略するものとする。
 図12のステップ51は、上述した第3の実施の形態の図11のステップ41と同様の処理を行うものである。即ち、ステップ51では、エンジン10が低回転状態にあるか否かを、エンジン10の回転数Nが所定の値N1よりも大きいか否かにより判定する。
 図12のステップ52は、上述した第2の実施の形態の図9のステップ31と同様に、ステップ3で推定された第1の推定捕集量H1の補正を行うものである。この場合、図9のステップ31では、前述の図10に示されるように、フィルタ21の差圧ΔPが所定の値ΔPa1以下となった時点31Aでの第1の推定捕集量H1の値(即ち、時点33Aの値)に補正する構成である。これに対して、図12のステップ52では、図10に示されるように、エンジン10の回転数Nが所定の値N1以下になった時点30Aでの第1の推定捕集量H1の値(即ち、時点33Aの値)に補正する構成としている。
 なお、第4の実施の形態では、図10に示すように、所定の値N1を、1の値として設定しているが、例えば、エンジン10の回転数Nが減少するとき(ハイアイドル側からローアイドル側に変化するとき)と増大するとき(ローアイドル側からハイアイドル側に変化するとき)とで異なる判定値として設定してもよい。この点は、第3の実施の形態で用いた所定の値N1についても同様である。また、第1の実施の形態および第2の実施の形態で用いた差圧ΔPの所定の値ΔPa1についても、例えば、エンジン10の回転数Nが減少するとき(差圧ΔPが減少するとき)と増大するときとで異なる判定値として設定してもよい。
 第4の実施の形態は、エンジン10が所定の低回転状態にあるか否かを該エンジン10の回転数Nにより判定すると共に、エンジン10の回転数Nが所定の値N1以下になった時点30Aでの第1の演算手段による第1の推定捕集量H1、即ち、時点33Aの値を用いて再生処理(自動再生、手動再生、過堆積の報知)の判定を行うものである。この場合に、第1の推定捕集量H1は、エンジン10の回転数Nが所定の値N1以下になった時点30Aから再び所定の値N1よりも高くなる時点30Bまでの間、時点33Aの値が継続して用いられる。このような第4の実施の形態も、上述した第1の実施の形態、第2の実施の形態、第3の実施の形態によるものと同様の作用、効果を得ることができる。
 なお、第4の実施の形態では、図12のステップ1~3の処理が本発明の構成要件である第1の演算手段の具体例を示し、図12のステップ4~7の処理が第2の演算手段の具体例を示している。さらに、図12のステップ51,9,52の処理(図7のステップ11~19の処理を含む)が本発明の構成要件である再生判定手段の具体例を示し、図12のステップ51とステップ52とこのステップ52に続くステップ9の処理(図7のステップ11~19の処理を含む)が低回転時処理手段の具体例を示している。
 次に、図13は本発明の第5の実施の形態を示している。第5の実施の形態の特徴は、自動再生を、ポスト噴射ではなく、エンジンの吸気側に設けた吸気絞り弁と排気側に設けた排気絞り弁とのうちの少なくとも一方の絞り弁の流路を絞る方向に操作することにより行う構成としたことにある。なお、第5の実施の形態では、上述した第1の実施の形態と同一の構成要素に同一符号を付し、その説明を省略するものとする。
 図中、41はフィルタ21に捕集された粒子状物質を燃焼させることにより該フィルタ21の再生を行う再生装置である。再生装置41は、燃料噴射装置14、吸気絞り弁42、排気絞り弁43、回転センサ23、圧力センサ24,25、排気温センサ26、報知器27、手動再生スイッチ28およびコントローラ29を含んで構成されている。この再生装置41により、自動再生を行うときは、吸気絞り弁42と排気絞り弁43とのうちの少なくとも一方の絞り弁の流路を絞る方向に操作することによりフィルタ21に堆積した粒子状物質を燃焼して除去する。一方、手動再生を行うときは、報知器27からの報知音等を受け、オペレータの手動により燃料噴射装置14でポスト噴射を行い、フィルタ21に堆積した粒子状物質を燃焼して除去する。
 吸気絞り弁42は、エンジン10の吸気管11側に設けられ、該吸気絞り弁42は、フィルタ21の再生を行う再生装置41を構成している。ここで、吸気絞り弁42は、コントローラ29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Fに対応した開度、または全開状態)に保持される。一方、自動再生を行うときは、コントローラ29からの制御信号により吸気絞り弁42は流路を絞る方向に操作される。
 これにより、吸気絞り弁42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、フィルタ21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43は、エンジン10の排気管12側に設けられ、該排気絞り弁43も、フィルタ21の再生を行う再生装置41を構成している。ここで、排気絞り弁43は、コントローラ29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、自動再生を行うときは、コントローラ29からの制御信号により排気絞り弁43は流路を絞る方向に操作され、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43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、コントローラ29は、エンジン10の燃料噴射装置14による燃料噴射量F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、フィルタ21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。
 第5の実施の形態は、上述の如き吸気絞り弁42と排気絞り弁43とのうちの少なくとも一方の絞り弁の流路を絞る方向に操作することにより自動再生を行うもので、その基本的作用については、上述した第1の実施の形態によるものと格別差異はない。
 特に、第5の実施の形態の場合は、自動再生を吸気絞り弁42と排気絞り弁43とのうちの少なくとも一方の絞り弁の流路を絞る方向に操作することにより行うため、自動再生をポスト噴射により行う場合と比較して低温で行うことができる。これにより、フィルタ21の耐久性を向上することができる。
 なお、上述した各実施の形態では、コントローラ29は、自動再生判定、手動再生判定および過堆積判定の3つの判定を行う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、コントローラを、自動再生判定と手動再生判定との2つの判定を行う構成としてもよい。この場合は、図7中のステップ15,18,19の処理と図8のステップ25,28,29を省略することにより構成することができる。
 上述した各実施の形態では、第2の推定捕集量H2は、エンジン回転数N、燃料噴射量Fおよび排気ガス温度GTに基づいて推定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、第2の推定捕集量H2を、エンジン回転速度N、燃料噴射量Fおよび排気ガス温度GTだけでなく、フィルタ等の各部の温度、エンジン負荷等の状態量(運転状態を表す状態量)等を合せて用いて行う構成としてもよい。
 上述した各実施の形態では、排気ガス浄化装置18を、酸化触媒20とフィルタ21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、前述した各実施の形態では、排気ガス浄化装置18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
 18 排気ガス浄化装置
 21 フィルタ
 22,41 再生装置
 24,25 圧力センサ
 26 排気温センサ
 27 報知器
 28 手動再生スイッチ
 29 コントローラ
 30 特性線(エンジン回転数Nの特性)
 31 特性線(差圧ΔPの特性)
 32 特性線(差圧ΔP低下時の誤った第1の推定捕集量H1の特性)
 33 特性線(差圧ΔPがΔPa1となった時点での第1の推定捕集量H1の特性)
 30A,30B,31A,33A 時点

Claims (6)

  1.  自走可能な車体(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)から排出される排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタ(21)を有し前記エンジン(10)の排気側に設けられる排気ガス浄化装置(18)と、該排気ガス浄化装置(18)のフィルタ(21)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(21)の再生を行う再生装置(22,41)とからなり、
     前記再生装置(22,41)は、前記フィルタ(21)に捕集される粒子状物質の捕集量を、少なくとも前記フィルタ(21)の入口側の圧力(P1)と出口側の圧力(P2)の差である差圧(ΔP=P1-P2)に基づいて推定する第1の演算手段と、前記フィルタ(21)に捕集される粒子状物質の捕集量を、少なくとも前記エンジン(10)の回転数(N)と燃料噴射量(F)と排気ガス温度(GT)に基づいて推定する第2の演算手段と、前記第1の演算手段により推定される第1の推定捕集量(H1)と前記第2の演算手段により推定される第2の推定捕集量(H2)とを用いて前記再生を行うか否かの判定を行う再生判定手段とを有してなる建設機械において、
     前記再生判定手段は、
     前記エンジン(10)が所定の低回転状態にある場合には、前記第2の演算手段による第2の推定捕集量(H2)のみを用いて判定を行うか、または、前記エンジン(10)が所定の低回転状態になった時点での前記第1の演算手段による第1の推定捕集量(H1)を用いて判定を行う低回転時処理手段を備える構成としたことを特徴とする建設機械。
  2.  前記再生判定手段は、自動で再生を行うか否かを判定する自動再生判定と、オペレータに対して手動で再生を行うように報知するか否かを判定する手動再生判定とを行う構成とし、
     前記低回転時処理手段は、前記エンジン(10)が所定の低回転状態にある場合には、前記自動再生判定と手動再生判定を、前記第2の演算手段による第2の推定捕集量(H2)のみを用いて行うか、または、前記エンジン(10)が所定の低回転状態になった時点での前記第1の演算手段による第1の推定捕集量(H1)を用いて行う構成としてなる請求項1に記載の建設機械。
  3.  前記再生判定手段は、自動で再生を行うか否かを判定する自動再生判定と、オペレータに対して手動で再生を行うように報知するか否かを判定する手動再生判定と、前記フィルタ(21)に粒子状物質が過剰に堆積しているか否かを判定する過堆積判定とを行う構成とし、
     前記低回転時処理手段は、前記エンジン(10)が所定の低回転状態にある場合には、前記自動再生判定と手動再生判定と過堆積判定を、前記第2の演算手段による第2の推定捕集量(H2)のみを用いて行うか、または、前記エンジン(10)が所定の低回転状態になった時点での前記第1の演算手段による第1の推定捕集量(H1)を用いて行う構成としてなる請求項1に記載の建設機械。
  4.  前記低回転時処理手段は、前記エンジン(10)が所定の低回転状態であるか否かを前記差圧(ΔP)により判定する構成とし、
     該差圧(ΔP)が所定の値(ΔPa1)以下の場合には、前記第2の演算手段による第2の推定捕集量(H2)のみを用いて判定を行うか、または、前記差圧(ΔP)が所定の値(ΔPa1)以下になった時点での前記第1の演算手段による第1の推定捕集量(H1)を用いて判定を行う構成としてなる請求項1に記載の建設機械。
  5.  前記低回転時処理手段は、前記エンジン(10)が所定の低回転状態であるか否かを該エンジン(10)の回転数(N)により判定する構成とし、
     該回転数(N)が所定の値(N1)以下の場合には、前記第2の演算手段による第2の推定捕集量(H2)のみを用いて判定を行うか、または、前記回転数(N)が所定の値(N1)以下になった時点での前記第1の演算手段による第1の推定捕集量(H1)を用いて判定を行う構成としてなる請求項1に記載の建設機械。
  6.  前記エンジン(10)が所定の低回転状態にある場合とは、該エンジン(10)の回転数(N)が所定の値(N1)よりも高い状態から所定の値(N1)以下となり、再び所定の値(N1)よりも高い状態となるまでの間であり、
     前記エンジン(10)が所定の低回転状態になった時点とは、該エンジン(10)の回転数(N)が所定の値(N1)以下になった時点(30A)であり、
     前記第1の演算手段による第1の推定捕集量(H1)は、前記エンジン(10)の回転数(N)が所定の値(N1)以下になった時点(30A)から再び所定の値(N1)よりも高くなる時点(30B)までの間は、前記時点(30A)での値を継続して用いる構成としてなる請求項1に記載の建設機械。
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