建設機械の排気ガス浄化システム
【課題】作動油や冷却水等の熱交換器を冷却する油圧駆動の冷却ファンを備えた建設機械において、強制再生時のエンジン負荷を最適に制御できる建設機械の排気ガス浄化システムを提供する。
【解決手段】ディーゼルエンジンと、前記エンジンの排気口に連設されて、排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタと、粒子状物質を焼却除去しフィルタを再生する再生装置と、エンジンによって駆動される可変容量型の第１及び第２の油圧ポンプと、第１及び第２の油圧ポンプから吐出される圧油の吐出量を制御する機能と、再生装置を作動させる機能とを有する制御装置とを備えた建設機械の排気ガス浄化システムにおいて、制御装置は、再生装置が作動しているときに、第２の油圧ポンプの負荷を算出し、第１の油圧ポンプから吐出される圧油の吐出量及び吐出圧力を制御することで、エンジンに掛かる負荷を所定の値に保つ。
【解決手段】ディーゼルエンジンと、前記エンジンの排気口に連設されて、排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタと、粒子状物質を焼却除去しフィルタを再生する再生装置と、エンジンによって駆動される可変容量型の第１及び第２の油圧ポンプと、第１及び第２の油圧ポンプから吐出される圧油の吐出量を制御する機能と、再生装置を作動させる機能とを有する制御装置とを備えた建設機械の排気ガス浄化システムにおいて、制御装置は、再生装置が作動しているときに、第２の油圧ポンプの負荷を算出し、第１の油圧ポンプから吐出される圧油の吐出量及び吐出圧力を制御することで、エンジンに掛かる負荷を所定の値に保つ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は建設機械の排気ガス浄化システムに係り、特に、熱交換器を冷却する油圧駆動ファンを備えた建設機械の排気ガス浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、油圧ショベル等の建設機械には、その駆動源としてディーゼルエンジン（以下エンジンという。）を搭載しているが、このエンジンから排出される粒子状物質（ＰＭ：particulate matter，パティキュレートマター）の排出量の規制が年々強化されてきている。このような規制に対して、粒子状物質（ＰＭ）をディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ：Diesel Particulate Filter、以下ＤＰＦという。）と呼ばれるフィルタで補集して、外部へ排出される粒子状物質（ＰＭ）の量を低減する排気ガス浄化システムが知られている。
【０００３】
ＤＰＦで補集された粒子状物質（ＰＭ）は、活性化された酸化触媒との酸化反応により燃焼させて除却し、フィルタを再生している。酸化触媒を活性化するためには、エンジンの排気ガスの温度が酸化触媒の活性温度よりも高くなければならず、そのために、例えば、エンジンに負荷をかけて、エンジンの排気ガス温度を強制的に酸化触媒の活性温度よりも高い温度に上昇させる強制再生と呼ばれる技術がある。ＤＰＦの入口側にエンジンの排気抵抗を検出する圧力検出器を設け、この検出値が所定値以上になったときに、エンジンによって駆動するメイン油圧ポンプの作動油の吐出流量を上昇させ、エンジンに負荷をかけて排気ガス温度を上昇させる油圧作業機械がある（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０７−１６６８４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
大型の建設機械において、エンジンのラジエータや作動油のオイルクーラなどの熱交換器を冷却する冷却ファンの駆動源として、油圧モータが使用される場合がある。この油圧モータは、例えば、ファン駆動用油圧ポンプからの圧縮された作動油によって駆動されるので、この作動油の吐出流量を制御することで、油圧モータと冷却ファンの回転数を可変できる。
【０００６】
この冷却ファンの回転数制御は、例えば、ファン駆動用油圧ポンプの傾斜板の傾き角度を制御することによって、ファン駆動用油圧ポンプの作動油の吐出流量を変化させて行われる。一般的には、作動油や冷却水の温度を検出し、検出値が設定値に比べて高い場合には、冷却ファンの回転数を上げるべくファン駆動用油圧ポンプの作動油の吐出流量を増大させ、低い場合には、作動油の吐出流量を減少させている。
【０００７】
このような大型の建設機械において、例えば、ＤＰＦの再生処理のために、メイン油圧ポンプの作動油の吐出流量を増加させているときに、作動油や冷却水を更に冷却する必要が生じると、ファン駆動用油圧ポンプの作動油の吐出流量も増加させなければならない。この結果、エンジンには、強制再生に必要な負荷以上の負荷がかかるため、エンジンの排気ガス温度は上昇し、強制再生は問題なく行われる。しかしながら、適切な油圧負荷以上の負荷がエンジンにかかるため、燃料消費量が増加する。
【０００８】
本発明は、上述の事柄に基づいてなされたもので、その目的とするところは、作動油や冷却水等の熱交換器を冷却する油圧駆動の冷却ファンを備えた建設機械において、ＤＰＦの強制再生時のエンジン負荷を最適に制御することができる建設機械の排気ガス浄化システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、第１の発明は、ディーゼルエンジンと、前記エンジンの排気口に連設されて、排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタと、前記フィルタに堆積した粒子状物質を焼却除去し、前記フィルタを再生する再生装置と、前記エンジンによって駆動される可変容量型の第１及び第２の油圧ポンプと、作動油と冷却水を冷却する熱交換器と、この熱交換器を冷却する冷却ファンと、前記第２の油圧ポンプから吐出される圧油により回転し、前記冷却ファンを駆動する油圧モータと、前記第１及び第２の油圧ポンプから吐出される圧油の吐出量を制御する機能と、前記再生装置を作動させる機能とを有する制御装置とを備えた建設機械の排気ガス浄化システムにおいて、前記制御装置は、前記再生装置が作動しているときに、前記第２の油圧ポンプの負荷を算出し、前記第１の油圧ポンプから吐出される圧油の吐出量及び吐出圧力を制御することで、前記エンジンに掛かる負荷を所定の値に保つものとする。
【００１０】
また、第２の発明は、上記第１の発明において、前記作動油と冷却水の温度をそれぞれ検出する温度検出器を更に備え、前記制御装置は、前記温度検出器で検出した作動油と冷却水の温度信号を取込み、これらの信号に基づいて前記第２の油圧ポンプの負荷を算出するものとする。
【００１１】
更に、第３の発明は、上記第１又は第２の発明において、前記第１の油圧ポンプから吐出される圧油の吐出圧力を検出する圧力検出器をさらに備え、前記制御装置は、前記圧力検出器で検出した圧油の圧力信号を取込み、この信号に基づいて前記第１の油圧ポンプの目標ポンプ容積を算出するものとする。
【００１２】
また、第４の発明は、上記第１乃至第３の発明のいずれかにおいて、前記第１の油圧ポンプの吐出管路には、方向切換弁を介した油圧アクチュエータが接続されると共に、前記方向切換弁のセンターバイパスに接続された管路には、制御弁を介して作動油タンクが接続され、前記制御装置は、前記再生装置が作動しているときには、前記制御弁を駆動して前記第１の油圧ポンプの吐出圧を上昇させるものとする。
【００１３】
更に、第５の発明は、上記第１乃至第４の発明のいずれかにおいて、前記第１の油圧ポンプはメイン油圧ポンプであって、前記第２の油圧ポンプは、ファン制御用油圧ポンプであるものとする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、作動油や冷却水等の熱交換器を冷却する油圧駆動の冷却ファンの運転状態に関らず、エンジンに掛かる負荷が所定の値となるように、メイン油圧ポンプのトルクを制御するため、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）の強制再生運転を効率的に実行することができる。この結果、適切な燃料消費量での運転が可能となり、建設機械の生産効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の建設機械の排気ガス浄化システムの一実施の形態を備えた大型油圧ショベルを示す側面図である。
【図２】本発明の建設機械の排気ガス浄化システムの一実施の形態を示す構成図である。
【図３】本発明の建設機械の排気ガス浄化システムの一実施の形態によるフィルタ再生制御の演算内容を示すフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明の建設機械の排気ガス浄化システムの実施の形態を図面を用いて説明する。
図１は、本発明の建設機械の排気ガス浄化システムの一実施の形態を備えた大型油圧ショベルを示す側面図である。この図１において、１０１は建設機械としての大型油圧ショベルを示している。１０２はその走行フレーム、１０３は走行フレームの左右両側に装設した無限軌道式走行装置、１０４は走行フレーム１０２の上部に旋回可能に搭載された旋回フレーム、１０５はこの旋回フレーム１０４上の前方部に上下方向に回動可能に（俯仰動可能に）取り付けられた多関節型のフロント装置、１０６は旋回フレーム１０４上の左側前方部に配設された運転室、１０７は旋回フレーム１０４上に配設されエンジン１等各種機器を収納する機械室、１０８は旋回フレーム１０４上の後方部に取り付けられたカウンタウエイトである。
【００１７】
上述したフロント装置１０５は、基端部が旋回フレーム１０４に回動可能に接続されたブーム１１１と、このブーム１１１の先端部に回動可能に接続されたアーム１１２と、このアーム１１２の先端に回動可能に接続されたバケット１１３とを備えており、ブーム１１１、アーム１１２、及びバケット１１３は、それぞれブーム用油圧シリンダ１１４、アーム用油圧シリンダ１１５、及びバケット用油圧シリンダ１１６により動作する。
【００１８】
図２は、本発明の建設機械の排気ガス浄化システムの一実施の形態を示す構成図である。この図２において、１はエンジン、２はエンジン１の排気口に連設された排ガス浄化装置を示している。エンジン１には、建設機械における各種アクチュエータの駆動油圧源となる可変容量型の第１の油圧ポンプとしてのメイン油圧ポンプ３と、冷却ファンの回転数を制御する可変容量型の第２の油圧ポンプとしてのファン制御用油圧ポンプ４と、固定容量型のパイロット油圧ポンプ５とが、同軸の回転軸で連結されている。
【００１９】
排ガス浄化装置２は、図２に示すように、エンジン１の排気系を構成する排気管１Ｂに配置され、排気ガスに含まれる粒子状物質（ＰＭ）を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ（（ＤＰＦ）：以下フィルタと言う。）２Ａと、フィルタ２Ａの上流側に配置された酸化触媒２Ｂとを備えている。酸化触媒２Ｂで排気ガスを昇温し、フィルタ２Ａに堆積した粒子上物質（ＰＭ）を焼却除去し、フィルタ２Ａを再生する再生装置を構成する。
【００２０】
メイン油圧ポンプ３からは、レギュレータ３Ａにより吐出流量の制御された作動油が管路３０を介して方向切換弁６に供給されている。方向切換弁６は、メイン油圧ポンプ３からの作動油を、後述する操作レバー１５が操作された際に建設機械におけるアクチュエータである油圧シリンダ７に供給している。また、操作レバー１５が中立状態の場合には、方向切換弁６のセンターバイパス部から圧力制御弁８を介して作動油タンク９やオイルクーラ１０へ作動油を供給している。オイルクーラ１０においては、管路３１を介して上述した作動油が流入し、管路３２を通して、作動油タンク９へ流出している。図２において、油圧シリンダ７は例えばブーム用油圧シリンダ１１４に対応する。図２では、その他の例えばアーム用油圧シリンダ１１５、及びバケット用油圧シリンダ１１６等に対応する油圧シリンダや、これらの油圧シリンダに対応する方向切換弁等の図示を省略している。
【００２１】
ファン制御用油圧ポンプ４からは、レギュレータ４Ａにより吐出流量の制御された作動油が管路４０を介してファン駆動用油モータ１１に供給されている。ファン駆動用油モータ１１からの流出する作動油は、管路４１を介して連結している管路３１に流入している。ファン駆動用油モータ１１の出力軸には、冷却用ファン１２が取り付けられている。
【００２２】
冷却用ファン１２に対向する箇所には、オイルクーラ１０と、エンジン１の冷却媒体であるクーラント（冷却水）の放熱器としてのラジエータ１３とが配置されている。ラジエータ１３は管路１３ａ，１３ｂによって、エンジン１の冷却系に連結されている。
【００２３】
パイロット油圧ポンプ５からは、ポンプの吐出圧の最大値を制御するリリーフ弁１４を通過したパイロット油が、管路５０を介して操作レバー装置１５と電磁切換弁１６に供給されている。電磁切換弁１６は、後述するコントローラ２０からの電気信号によりポートが切換えられて、パイロット油を圧力制御弁８の操作部に供給する。この結果、上述した圧力制御弁８のポートがパイロット油で操作され、作動油の圧力が制御されている。
【００２４】
操作レバー装置１５からは、操作レバー上げ操作時に管路５１を介して方向切換弁６のパイロット操作部６Ａにパイロット油を供給し、操作レバー下げ操作時に管路５２を介して方向切換弁６のパイロット操作部６Ｂにパイロット油を供給している。
【００２５】
上述した作動油の温度、エンジン１の冷却系に供給される冷却水の温度、メイン油圧ポンプ３の吐出圧力をそれぞれ検出するために、作動油タンク９の底部には、作動油の温度を検出する作動油温度センサ１８が取り付けられている。ラジエータ１３の管路１３ａには、エンジン１の冷却系に供給される冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ１９が取り付けられている。また、メイン油圧ポンプ３の吐出側の管路３０には、作動油の圧力を検出する圧力センサ１７が取り付けられている。
【００２６】
コントローラ２０は、予め各種設定値を記憶する記憶部（メモリ）２０１と、各種手順を実行する演算部（ＣＰＵ）２０２と、入力部２０３と、出力部２０４とを備えるコントローラユニットで構成されている。
【００２７】
コントローラ２０の入力部２０３には、作動油温度センサ１８と圧力センサ１７と冷却水温度センサ１９とが接続されていて、各センサからの検出信号が入力されている。また、コントローラ２０の入力部２０３には、再生スイッチ２２が接続されていて、排ガス浄化装置２における再生処理の起動停止信号が入力されている。
【００２８】
コントローラ２０の出力部２０４からは、例えば斜板式ピストンポンプで構成される可変容量型のメイン油圧ポンプ３とファン制御用油圧ポンプ４とのそれぞれの斜板の傾きを駆動制御するレギュレータ３Ａ，４Ａに電流信号を出力する。電流信号を受けたレギュレータ３Ａ，４Ａは、これら油圧ポンプの斜板をそれぞれ駆動制御することによって、吐出油流量を変化させる。この結果、メイン油圧ポンプ３及びファン制御用油圧ポンプ４のポンプ負荷がそれぞれ制御され、ファン回転用油圧モータ１１の回転数すなわち冷却用ファン１２の回転数も制御される。
【００２９】
また、電磁切換弁１６に励磁／非励磁の信号を出力することにより、圧力制御弁８を制御し、上述したように方向切換弁６のセンターバイパス部から作動油タンク９やオイルクーラ１０へ流れる作動油の流量を絞ることにより、作動油の圧力を制御可能とする。
【００３０】
コントローラ２０は、例えば、シリアル通信２３によってエンジンコントローラ２１と接続されていて、エンジンコントローラ２１にエンジン回転数指令を出力したり、エンジン回転数を入力したりする。
【００３１】
エンジンコントローラ２１は、エンジン１の動作状態をモニタリングすると共に、燃料噴射装置（図示せず）からエンジン１へ噴射される燃料の噴射量を制御する電子ガバナ１Ａの制御を行う。具体的には、コントローラ２０から伝送されるエンジン回転数指令に基づいて、必要な燃料噴射量を演算し、例えば、電子ガバナ１Ａのアクチュエータを制御するサーボ機構に電流信号を出力することによって、エンジン１の回転数とトルクを制御する。なお、本実施の形態にあっては、冷却水温度センサ１９からの冷却水温度検出信号は、エンジンコントローラ２１にも入力されている。
【００３２】
ところで、コントローラ２０の記憶部２０１には、排ガス浄化装置２のフィルタ２Ａを強制再生するときのエンジン回転数Ｎａと、強制再生に必要な排気ガス温度を発生させるために必要なエンジントルクＴｅ（kgf m）と強制再生の実行に必要な時間Ｔが、予め設定記憶されている。また、検出した作動油温度と冷却水温度から冷却ファンを駆動するファン制御用油圧ポンプ４の必要トルクＴｆ（kgf m）を演算するための各種データが、予め記憶されている。
【００３３】
コントローラ２０とエンジンコントローラ２１とは、上述した入力信号に基づいて、ファン制御用油圧ポンプ４のファントルクＴｆ（kgf m）とメイン油圧ポンプ４のトルクＴｍ（kgf m）を制御しつつ、フィルタ再生演算処理を行い、その演算結果に応じて電子ガバナ１ａを制御する。
【００３４】
次に、上述した本発明の建設機械の排気ガス浄化システムの一実施の形態の動作を図３に示すフィルタ再生制御の演算内容を示すフローチャート図を用いて説明する。
【００３５】
まず、ステップ（Ｓ１００）では、再生スイッチ２２が投入されたかどうかを判断する。具体的には、コントローラの演算部２０２において、再生スイッチ２２からの再生処理の起動停止信号のＯＮ／ＯＦＦにより判断し、ＯＮであれば、ＹＥＳと判断される。このステップ（Ｓ１００）でＹＥＳと判断された場合には、ステップ（Ｓ１０２）に移り排ガス浄化装置２の再生演算のための処理が開始される。このステップ（Ｓ１００）でＮＯと判断された場合には、スタートに戻る。
【００３６】
ステップ（Ｓ１０２）では、エンジン１の回転数を所定回転数にＮａに変更する制御がなされる。具体的には、コントローラ２０から再生開始の信号がエンジンコントローラ２１へ伝送される。エンジンコントローラ２１では、排ガス浄化装置２のフィルタ２Ａを再生するときのエンジン回転数Ｎａが読み出され、エンジン回転数Ｎａとなるように電子ガバナ１Ａを制御する。この結果、エンジンコントローラ２１において、エンジン１の目標回転数が、例えば図示しないエンジンコントロールダイヤルが指示する通常回転数から低速アイドル回転数よりもやや高い強制再生に適した所定の回転数Ｎａに切り換り、エンジンコントローラ２１が、この所定回転数Ｎａとエンジン１の実回転数とに基づいて電子ガバナ１ａの燃料噴射量をフィードバック制御し、エンジン１の回転数をその所定の回転数Ｎａになるように制御する。強制再生に適した所定の回転数ＮａとエンジントルクＴｅ（kgf m）とは、そのときの排気ガスの温度を酸化触媒２Ｂの活性温度よりも高い温度まで上昇させることができる回転数とトルクである。
【００３７】
一方、コントローラ２０からは、電磁切換弁１６のソレノイド部に励磁信号が出力される。電磁切換弁１６のポートが切り替わり、パイロット油圧ポンプ５からのパイロット油が、圧力制御弁８の駆動部に供給される。この結果、圧力制御弁８のポートが駆動し、方向切換弁６のセンターバイパス部を介して作動油タンク９やオイルクーラ１０へ流れる作動油の流量を減少させ、メイン油圧ポンプ３の吐出圧を上昇させる。つまり、強制再生に際しては、メイン油圧ポンプ３の吐出圧を上昇させ、メイン油圧ポンプ３のトルクを増加させている。
【００３８】
次のステップ（Ｓ１０４）では、検出した作動油の温度と冷却水の温度からファン制御用油圧ポンプ４のトルクＴｆ（kgf m）を計算する。具体的には、コントローラ２０の演算部２０２において、まず、記憶部２０１から検出した作動油温度と冷却水温度から冷却ファンを駆動するファン制御用油圧ポンプ４の必要トルクＴｆ（kgf m）を演算するための各種データが読み出される。次に、入力した作動油温度の検出値と冷却水温度の検出値から、冷却用ファン１２の必要回転数を算出し、この回転数でファン回転用油圧モータ１１を回転させるべくファン制御用油圧ポンプ４のレギュレータ４ａへの電流信号が算出される。算出された電流信号は、コントローラ２０の出力部２０４からレギュレータ４ａへ出力され、ファン制御用油圧ポンプ４の斜板が駆動することによって、吐出油流量が変化する。一方、ファン制御用油圧ポンプ４の必要トルクＴｆ（kgf m）は、ファン制御用油圧ポンプ４の吐出流量から算出することができる。算出されたこのファン制御用油圧ポンプ４の必要トルクＴｆ（kgf m）は、記憶部２０１に一時的に記憶される。
【００３９】
次のステップ（Ｓ１０６）では、エンジン１のトルクＴｅ（kgf m）が所定の値になる負荷としてのメイン油圧ポンプ３のトルクＴｍ（kgf m）を計算する。具体的には、コントローラ２０の演算部２０２において、まず、記憶部２０１から強制再生に必要な排気ガス温度を発生させるエンジントルクＴｅ（kgf m）と、前のステップ（Ｓ１０４）で一時的に記憶されたファン制御用油圧ポンプ４の必要トルクＴｆ（kgf m）とが読み出される。その後、次の式（１）に従ってメイン油圧ポンプ３のトルクＴｍ（kgf m）を算出する。
Ｔｍ＝Ｔｅ−Ｔｆ・・・・（１）
算出されたこのメイン油圧ポンプ３の必要トルクＴｍ（kgf m）は、記憶部２０１に一時的に記憶される。
【００４０】
次のステップ（Ｓ１０８）では、メイン油圧ポンプ３のトルクが必要トルクＴｍ（kgf m）になるように、ポンプ流量を制御するメイン油圧ポンプ３のトルク制御が行われる。具体的には、コントローラ２０の演算部２０２において、まず、記憶部２０１から前のステップ（Ｓ１０６）で一時的に記憶されたメイン油圧ポンプ３の必要トルクＴｍ（kgf m）が読み出される。次に、圧力センサ１７から検出されたメイン油圧ポンプ３の吐出圧力Ｐ（kgf/cm2）の値とＴｍ（kgf m）の値を次の式（２）に導入してメイン油圧ポンプ３の目標ポンプ容積ｑ（cc/rev）を算出する。
ｑ＝Ｔｍ×２００×π÷Ｐ・・・・（２）
算出されたこのメイン油圧ポンプ３の目標ポンプ容積ｑ（cc/rev）から、このポンプ容積ｑ（cc/rev）となるようにメイン油圧ポンプ３のレギュレータ３ａへの電流信号が算出される。算出された電流信号は、コントローラ２０の出力部２０４からレギュレータ３ａへ出力され、メイン油圧ポンプ３の斜板が駆動することによって、吐出油流量が変化する。この結果、メイン油圧ポンプ３で所定のトルクＴｍ（kgf m）が得られるトルク制御が実行される。
【００４１】
このように、メイン油圧ポンプ３のトルクＴｍ（kgf m）が制御されていることから、ファン制御用油圧ポンプ４の必要トルクＴｆ（kgf m）が、作動油の温度や冷却水の温度の変化によって変わったとしても、エンジン１に掛かるトルクは、予め定めているエンジントルクＴｅ（kgf m）が確保されることになる。
【００４２】
エンジンコントローラ２１としては、エンジン１が、所定回転数Ｎａと所定トルクＴｅ（kgf m）を保つように電子ガバナ１ａの燃料噴射量をフィードバック制御している。
【００４３】
次のステップ（Ｓ１１０）では、再生が開始される。強制再生の開始処理では、まず、タイマーを起動して強制再生の実行に必要な時間Ｔの計測を開始すると共に、例えばエンジン１の筒内噴射後の膨張行程において、再度燃料を噴射する副噴射を行う。この結果、排気管１Ｂで未燃燃料を酸化触媒２Ｂに供給し、その未燃燃料を酸化触媒２Ｂによって酸化させ、そのときに得られる反応熱をフィルタ２Ａに送り込み、フィルタ２Ａに蓄積したＰＭを焼却除去する。
【００４４】
次のステップ（Ｓ１１２）では、所定の強制再生の実行に必要な時間Ｔが経過して、タイマーが停止すると、強制再生を終了させる。
【００４５】
次のステップ（Ｓ１１４）では、エンジン１を強制再生制御から通常の制御に復帰させる。具体的には、強制再生の際の副噴射を停止し、エンジン１の目標回転数を、図示しないエンジンコントロールダイヤルが指示する通常回転数に切換えると共に、電磁切換弁１６のソレノイド部への励磁信号を取りやめ、メイン油圧ポンプ３の一連のトルク制御を終了させる。このような通常の制御にエンジン１を復帰させた後、先のステップ（Ｓ１００）に戻る。
【００４６】
上述した本発明の一実施の形態によれば、作動油や冷却水等の熱交換器を冷却する油圧駆動の冷却ファンの運転状態に関らず、エンジン１に掛かる負荷が所定の値となるように、メイン油圧ポンプ３のトルクを制御するため、フィルタ２Ａの強制再生運転を効率的に実行することができる。この結果、適切な燃料消費量での運転が可能となり、建設機械の生産効率が向上する。
【００４７】
また、上述の一実施の形態によれば、強制再生の状態においても、作動油や冷却水を冷却する冷却ファンの回転数制御がなされているので、オーバーヒート等が発生する虞がない。
【００４８】
さらに、コントローラ２０とエンジンコントローラ２１との制御により、エンジン１に掛かる負荷が所定の値となることから、排気ガス温度が適正に保たれ、いつでも同じ条件の下で適切な強制再生を実施することができる。
【００４９】
なお、本実施の形態においては、エンジン１の筒内噴射後の膨張行程において、再度燃料を噴射する副噴射を行う排気ガス浄化装置について説明したが、これに限らない。例えば、エンジン１と酸化触媒２Ｂとの間に再生用燃料噴射装置を設けていて、ここで燃料噴射を行う排気ガス浄化装置であっても良い。
【００５０】
また、制御装置として、コントローラ２０とエンジンコントローラ２１を別置した場合について説明したが、これらを同一のコントローラとして構成しても良い。
【符号の説明】
【００５１】
１ ディーゼルエンジン
１ａ 電子ガバナ
２ 排ガス浄化装置
２Ａ フィルタ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）
２Ｂ 酸化触媒
３ メイン油圧ポンプ
３Ａ レギュレータ
４ ファン制御用油圧ポンプ
４Ａ レギュレータ
５ パイロット油圧ポンプ
６ 方向切換弁
８ 圧力制御弁
９ 作動油タンク
１０ オイルクーラ
１１ ファン駆動用油モータ
１２ 冷却用ファン
１３ ラジエータ
１４ リリーフ弁
１５ 操作レバー装置
１６ 電磁切換弁
１７ 圧力センサ
１８ 作動油温度センサ
１９ 冷却水温度センサ
２０ コントローラ
２１ エンジンコントローラ
【技術分野】
【０００１】
本発明は建設機械の排気ガス浄化システムに係り、特に、熱交換器を冷却する油圧駆動ファンを備えた建設機械の排気ガス浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、油圧ショベル等の建設機械には、その駆動源としてディーゼルエンジン（以下エンジンという。）を搭載しているが、このエンジンから排出される粒子状物質（ＰＭ：particulate matter，パティキュレートマター）の排出量の規制が年々強化されてきている。このような規制に対して、粒子状物質（ＰＭ）をディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ：Diesel Particulate Filter、以下ＤＰＦという。）と呼ばれるフィルタで補集して、外部へ排出される粒子状物質（ＰＭ）の量を低減する排気ガス浄化システムが知られている。
【０００３】
ＤＰＦで補集された粒子状物質（ＰＭ）は、活性化された酸化触媒との酸化反応により燃焼させて除却し、フィルタを再生している。酸化触媒を活性化するためには、エンジンの排気ガスの温度が酸化触媒の活性温度よりも高くなければならず、そのために、例えば、エンジンに負荷をかけて、エンジンの排気ガス温度を強制的に酸化触媒の活性温度よりも高い温度に上昇させる強制再生と呼ばれる技術がある。ＤＰＦの入口側にエンジンの排気抵抗を検出する圧力検出器を設け、この検出値が所定値以上になったときに、エンジンによって駆動するメイン油圧ポンプの作動油の吐出流量を上昇させ、エンジンに負荷をかけて排気ガス温度を上昇させる油圧作業機械がある（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０７−１６６８４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
大型の建設機械において、エンジンのラジエータや作動油のオイルクーラなどの熱交換器を冷却する冷却ファンの駆動源として、油圧モータが使用される場合がある。この油圧モータは、例えば、ファン駆動用油圧ポンプからの圧縮された作動油によって駆動されるので、この作動油の吐出流量を制御することで、油圧モータと冷却ファンの回転数を可変できる。
【０００６】
この冷却ファンの回転数制御は、例えば、ファン駆動用油圧ポンプの傾斜板の傾き角度を制御することによって、ファン駆動用油圧ポンプの作動油の吐出流量を変化させて行われる。一般的には、作動油や冷却水の温度を検出し、検出値が設定値に比べて高い場合には、冷却ファンの回転数を上げるべくファン駆動用油圧ポンプの作動油の吐出流量を増大させ、低い場合には、作動油の吐出流量を減少させている。
【０００７】
このような大型の建設機械において、例えば、ＤＰＦの再生処理のために、メイン油圧ポンプの作動油の吐出流量を増加させているときに、作動油や冷却水を更に冷却する必要が生じると、ファン駆動用油圧ポンプの作動油の吐出流量も増加させなければならない。この結果、エンジンには、強制再生に必要な負荷以上の負荷がかかるため、エンジンの排気ガス温度は上昇し、強制再生は問題なく行われる。しかしながら、適切な油圧負荷以上の負荷がエンジンにかかるため、燃料消費量が増加する。
【０００８】
本発明は、上述の事柄に基づいてなされたもので、その目的とするところは、作動油や冷却水等の熱交換器を冷却する油圧駆動の冷却ファンを備えた建設機械において、ＤＰＦの強制再生時のエンジン負荷を最適に制御することができる建設機械の排気ガス浄化システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、第１の発明は、ディーゼルエンジンと、前記エンジンの排気口に連設されて、排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタと、前記フィルタに堆積した粒子状物質を焼却除去し、前記フィルタを再生する再生装置と、前記エンジンによって駆動される可変容量型の第１及び第２の油圧ポンプと、作動油と冷却水を冷却する熱交換器と、この熱交換器を冷却する冷却ファンと、前記第２の油圧ポンプから吐出される圧油により回転し、前記冷却ファンを駆動する油圧モータと、前記第１及び第２の油圧ポンプから吐出される圧油の吐出量を制御する機能と、前記再生装置を作動させる機能とを有する制御装置とを備えた建設機械の排気ガス浄化システムにおいて、前記制御装置は、前記再生装置が作動しているときに、前記第２の油圧ポンプの負荷を算出し、前記第１の油圧ポンプから吐出される圧油の吐出量及び吐出圧力を制御することで、前記エンジンに掛かる負荷を所定の値に保つものとする。
【００１０】
また、第２の発明は、上記第１の発明において、前記作動油と冷却水の温度をそれぞれ検出する温度検出器を更に備え、前記制御装置は、前記温度検出器で検出した作動油と冷却水の温度信号を取込み、これらの信号に基づいて前記第２の油圧ポンプの負荷を算出するものとする。
【００１１】
更に、第３の発明は、上記第１又は第２の発明において、前記第１の油圧ポンプから吐出される圧油の吐出圧力を検出する圧力検出器をさらに備え、前記制御装置は、前記圧力検出器で検出した圧油の圧力信号を取込み、この信号に基づいて前記第１の油圧ポンプの目標ポンプ容積を算出するものとする。
【００１２】
また、第４の発明は、上記第１乃至第３の発明のいずれかにおいて、前記第１の油圧ポンプの吐出管路には、方向切換弁を介した油圧アクチュエータが接続されると共に、前記方向切換弁のセンターバイパスに接続された管路には、制御弁を介して作動油タンクが接続され、前記制御装置は、前記再生装置が作動しているときには、前記制御弁を駆動して前記第１の油圧ポンプの吐出圧を上昇させるものとする。
【００１３】
更に、第５の発明は、上記第１乃至第４の発明のいずれかにおいて、前記第１の油圧ポンプはメイン油圧ポンプであって、前記第２の油圧ポンプは、ファン制御用油圧ポンプであるものとする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、作動油や冷却水等の熱交換器を冷却する油圧駆動の冷却ファンの運転状態に関らず、エンジンに掛かる負荷が所定の値となるように、メイン油圧ポンプのトルクを制御するため、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）の強制再生運転を効率的に実行することができる。この結果、適切な燃料消費量での運転が可能となり、建設機械の生産効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の建設機械の排気ガス浄化システムの一実施の形態を備えた大型油圧ショベルを示す側面図である。
【図２】本発明の建設機械の排気ガス浄化システムの一実施の形態を示す構成図である。
【図３】本発明の建設機械の排気ガス浄化システムの一実施の形態によるフィルタ再生制御の演算内容を示すフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明の建設機械の排気ガス浄化システムの実施の形態を図面を用いて説明する。
図１は、本発明の建設機械の排気ガス浄化システムの一実施の形態を備えた大型油圧ショベルを示す側面図である。この図１において、１０１は建設機械としての大型油圧ショベルを示している。１０２はその走行フレーム、１０３は走行フレームの左右両側に装設した無限軌道式走行装置、１０４は走行フレーム１０２の上部に旋回可能に搭載された旋回フレーム、１０５はこの旋回フレーム１０４上の前方部に上下方向に回動可能に（俯仰動可能に）取り付けられた多関節型のフロント装置、１０６は旋回フレーム１０４上の左側前方部に配設された運転室、１０７は旋回フレーム１０４上に配設されエンジン１等各種機器を収納する機械室、１０８は旋回フレーム１０４上の後方部に取り付けられたカウンタウエイトである。
【００１７】
上述したフロント装置１０５は、基端部が旋回フレーム１０４に回動可能に接続されたブーム１１１と、このブーム１１１の先端部に回動可能に接続されたアーム１１２と、このアーム１１２の先端に回動可能に接続されたバケット１１３とを備えており、ブーム１１１、アーム１１２、及びバケット１１３は、それぞれブーム用油圧シリンダ１１４、アーム用油圧シリンダ１１５、及びバケット用油圧シリンダ１１６により動作する。
【００１８】
図２は、本発明の建設機械の排気ガス浄化システムの一実施の形態を示す構成図である。この図２において、１はエンジン、２はエンジン１の排気口に連設された排ガス浄化装置を示している。エンジン１には、建設機械における各種アクチュエータの駆動油圧源となる可変容量型の第１の油圧ポンプとしてのメイン油圧ポンプ３と、冷却ファンの回転数を制御する可変容量型の第２の油圧ポンプとしてのファン制御用油圧ポンプ４と、固定容量型のパイロット油圧ポンプ５とが、同軸の回転軸で連結されている。
【００１９】
排ガス浄化装置２は、図２に示すように、エンジン１の排気系を構成する排気管１Ｂに配置され、排気ガスに含まれる粒子状物質（ＰＭ）を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ（（ＤＰＦ）：以下フィルタと言う。）２Ａと、フィルタ２Ａの上流側に配置された酸化触媒２Ｂとを備えている。酸化触媒２Ｂで排気ガスを昇温し、フィルタ２Ａに堆積した粒子上物質（ＰＭ）を焼却除去し、フィルタ２Ａを再生する再生装置を構成する。
【００２０】
メイン油圧ポンプ３からは、レギュレータ３Ａにより吐出流量の制御された作動油が管路３０を介して方向切換弁６に供給されている。方向切換弁６は、メイン油圧ポンプ３からの作動油を、後述する操作レバー１５が操作された際に建設機械におけるアクチュエータである油圧シリンダ７に供給している。また、操作レバー１５が中立状態の場合には、方向切換弁６のセンターバイパス部から圧力制御弁８を介して作動油タンク９やオイルクーラ１０へ作動油を供給している。オイルクーラ１０においては、管路３１を介して上述した作動油が流入し、管路３２を通して、作動油タンク９へ流出している。図２において、油圧シリンダ７は例えばブーム用油圧シリンダ１１４に対応する。図２では、その他の例えばアーム用油圧シリンダ１１５、及びバケット用油圧シリンダ１１６等に対応する油圧シリンダや、これらの油圧シリンダに対応する方向切換弁等の図示を省略している。
【００２１】
ファン制御用油圧ポンプ４からは、レギュレータ４Ａにより吐出流量の制御された作動油が管路４０を介してファン駆動用油モータ１１に供給されている。ファン駆動用油モータ１１からの流出する作動油は、管路４１を介して連結している管路３１に流入している。ファン駆動用油モータ１１の出力軸には、冷却用ファン１２が取り付けられている。
【００２２】
冷却用ファン１２に対向する箇所には、オイルクーラ１０と、エンジン１の冷却媒体であるクーラント（冷却水）の放熱器としてのラジエータ１３とが配置されている。ラジエータ１３は管路１３ａ，１３ｂによって、エンジン１の冷却系に連結されている。
【００２３】
パイロット油圧ポンプ５からは、ポンプの吐出圧の最大値を制御するリリーフ弁１４を通過したパイロット油が、管路５０を介して操作レバー装置１５と電磁切換弁１６に供給されている。電磁切換弁１６は、後述するコントローラ２０からの電気信号によりポートが切換えられて、パイロット油を圧力制御弁８の操作部に供給する。この結果、上述した圧力制御弁８のポートがパイロット油で操作され、作動油の圧力が制御されている。
【００２４】
操作レバー装置１５からは、操作レバー上げ操作時に管路５１を介して方向切換弁６のパイロット操作部６Ａにパイロット油を供給し、操作レバー下げ操作時に管路５２を介して方向切換弁６のパイロット操作部６Ｂにパイロット油を供給している。
【００２５】
上述した作動油の温度、エンジン１の冷却系に供給される冷却水の温度、メイン油圧ポンプ３の吐出圧力をそれぞれ検出するために、作動油タンク９の底部には、作動油の温度を検出する作動油温度センサ１８が取り付けられている。ラジエータ１３の管路１３ａには、エンジン１の冷却系に供給される冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ１９が取り付けられている。また、メイン油圧ポンプ３の吐出側の管路３０には、作動油の圧力を検出する圧力センサ１７が取り付けられている。
【００２６】
コントローラ２０は、予め各種設定値を記憶する記憶部（メモリ）２０１と、各種手順を実行する演算部（ＣＰＵ）２０２と、入力部２０３と、出力部２０４とを備えるコントローラユニットで構成されている。
【００２７】
コントローラ２０の入力部２０３には、作動油温度センサ１８と圧力センサ１７と冷却水温度センサ１９とが接続されていて、各センサからの検出信号が入力されている。また、コントローラ２０の入力部２０３には、再生スイッチ２２が接続されていて、排ガス浄化装置２における再生処理の起動停止信号が入力されている。
【００２８】
コントローラ２０の出力部２０４からは、例えば斜板式ピストンポンプで構成される可変容量型のメイン油圧ポンプ３とファン制御用油圧ポンプ４とのそれぞれの斜板の傾きを駆動制御するレギュレータ３Ａ，４Ａに電流信号を出力する。電流信号を受けたレギュレータ３Ａ，４Ａは、これら油圧ポンプの斜板をそれぞれ駆動制御することによって、吐出油流量を変化させる。この結果、メイン油圧ポンプ３及びファン制御用油圧ポンプ４のポンプ負荷がそれぞれ制御され、ファン回転用油圧モータ１１の回転数すなわち冷却用ファン１２の回転数も制御される。
【００２９】
また、電磁切換弁１６に励磁／非励磁の信号を出力することにより、圧力制御弁８を制御し、上述したように方向切換弁６のセンターバイパス部から作動油タンク９やオイルクーラ１０へ流れる作動油の流量を絞ることにより、作動油の圧力を制御可能とする。
【００３０】
コントローラ２０は、例えば、シリアル通信２３によってエンジンコントローラ２１と接続されていて、エンジンコントローラ２１にエンジン回転数指令を出力したり、エンジン回転数を入力したりする。
【００３１】
エンジンコントローラ２１は、エンジン１の動作状態をモニタリングすると共に、燃料噴射装置（図示せず）からエンジン１へ噴射される燃料の噴射量を制御する電子ガバナ１Ａの制御を行う。具体的には、コントローラ２０から伝送されるエンジン回転数指令に基づいて、必要な燃料噴射量を演算し、例えば、電子ガバナ１Ａのアクチュエータを制御するサーボ機構に電流信号を出力することによって、エンジン１の回転数とトルクを制御する。なお、本実施の形態にあっては、冷却水温度センサ１９からの冷却水温度検出信号は、エンジンコントローラ２１にも入力されている。
【００３２】
ところで、コントローラ２０の記憶部２０１には、排ガス浄化装置２のフィルタ２Ａを強制再生するときのエンジン回転数Ｎａと、強制再生に必要な排気ガス温度を発生させるために必要なエンジントルクＴｅ（kgf m）と強制再生の実行に必要な時間Ｔが、予め設定記憶されている。また、検出した作動油温度と冷却水温度から冷却ファンを駆動するファン制御用油圧ポンプ４の必要トルクＴｆ（kgf m）を演算するための各種データが、予め記憶されている。
【００３３】
コントローラ２０とエンジンコントローラ２１とは、上述した入力信号に基づいて、ファン制御用油圧ポンプ４のファントルクＴｆ（kgf m）とメイン油圧ポンプ４のトルクＴｍ（kgf m）を制御しつつ、フィルタ再生演算処理を行い、その演算結果に応じて電子ガバナ１ａを制御する。
【００３４】
次に、上述した本発明の建設機械の排気ガス浄化システムの一実施の形態の動作を図３に示すフィルタ再生制御の演算内容を示すフローチャート図を用いて説明する。
【００３５】
まず、ステップ（Ｓ１００）では、再生スイッチ２２が投入されたかどうかを判断する。具体的には、コントローラの演算部２０２において、再生スイッチ２２からの再生処理の起動停止信号のＯＮ／ＯＦＦにより判断し、ＯＮであれば、ＹＥＳと判断される。このステップ（Ｓ１００）でＹＥＳと判断された場合には、ステップ（Ｓ１０２）に移り排ガス浄化装置２の再生演算のための処理が開始される。このステップ（Ｓ１００）でＮＯと判断された場合には、スタートに戻る。
【００３６】
ステップ（Ｓ１０２）では、エンジン１の回転数を所定回転数にＮａに変更する制御がなされる。具体的には、コントローラ２０から再生開始の信号がエンジンコントローラ２１へ伝送される。エンジンコントローラ２１では、排ガス浄化装置２のフィルタ２Ａを再生するときのエンジン回転数Ｎａが読み出され、エンジン回転数Ｎａとなるように電子ガバナ１Ａを制御する。この結果、エンジンコントローラ２１において、エンジン１の目標回転数が、例えば図示しないエンジンコントロールダイヤルが指示する通常回転数から低速アイドル回転数よりもやや高い強制再生に適した所定の回転数Ｎａに切り換り、エンジンコントローラ２１が、この所定回転数Ｎａとエンジン１の実回転数とに基づいて電子ガバナ１ａの燃料噴射量をフィードバック制御し、エンジン１の回転数をその所定の回転数Ｎａになるように制御する。強制再生に適した所定の回転数ＮａとエンジントルクＴｅ（kgf m）とは、そのときの排気ガスの温度を酸化触媒２Ｂの活性温度よりも高い温度まで上昇させることができる回転数とトルクである。
【００３７】
一方、コントローラ２０からは、電磁切換弁１６のソレノイド部に励磁信号が出力される。電磁切換弁１６のポートが切り替わり、パイロット油圧ポンプ５からのパイロット油が、圧力制御弁８の駆動部に供給される。この結果、圧力制御弁８のポートが駆動し、方向切換弁６のセンターバイパス部を介して作動油タンク９やオイルクーラ１０へ流れる作動油の流量を減少させ、メイン油圧ポンプ３の吐出圧を上昇させる。つまり、強制再生に際しては、メイン油圧ポンプ３の吐出圧を上昇させ、メイン油圧ポンプ３のトルクを増加させている。
【００３８】
次のステップ（Ｓ１０４）では、検出した作動油の温度と冷却水の温度からファン制御用油圧ポンプ４のトルクＴｆ（kgf m）を計算する。具体的には、コントローラ２０の演算部２０２において、まず、記憶部２０１から検出した作動油温度と冷却水温度から冷却ファンを駆動するファン制御用油圧ポンプ４の必要トルクＴｆ（kgf m）を演算するための各種データが読み出される。次に、入力した作動油温度の検出値と冷却水温度の検出値から、冷却用ファン１２の必要回転数を算出し、この回転数でファン回転用油圧モータ１１を回転させるべくファン制御用油圧ポンプ４のレギュレータ４ａへの電流信号が算出される。算出された電流信号は、コントローラ２０の出力部２０４からレギュレータ４ａへ出力され、ファン制御用油圧ポンプ４の斜板が駆動することによって、吐出油流量が変化する。一方、ファン制御用油圧ポンプ４の必要トルクＴｆ（kgf m）は、ファン制御用油圧ポンプ４の吐出流量から算出することができる。算出されたこのファン制御用油圧ポンプ４の必要トルクＴｆ（kgf m）は、記憶部２０１に一時的に記憶される。
【００３９】
次のステップ（Ｓ１０６）では、エンジン１のトルクＴｅ（kgf m）が所定の値になる負荷としてのメイン油圧ポンプ３のトルクＴｍ（kgf m）を計算する。具体的には、コントローラ２０の演算部２０２において、まず、記憶部２０１から強制再生に必要な排気ガス温度を発生させるエンジントルクＴｅ（kgf m）と、前のステップ（Ｓ１０４）で一時的に記憶されたファン制御用油圧ポンプ４の必要トルクＴｆ（kgf m）とが読み出される。その後、次の式（１）に従ってメイン油圧ポンプ３のトルクＴｍ（kgf m）を算出する。
Ｔｍ＝Ｔｅ−Ｔｆ・・・・（１）
算出されたこのメイン油圧ポンプ３の必要トルクＴｍ（kgf m）は、記憶部２０１に一時的に記憶される。
【００４０】
次のステップ（Ｓ１０８）では、メイン油圧ポンプ３のトルクが必要トルクＴｍ（kgf m）になるように、ポンプ流量を制御するメイン油圧ポンプ３のトルク制御が行われる。具体的には、コントローラ２０の演算部２０２において、まず、記憶部２０１から前のステップ（Ｓ１０６）で一時的に記憶されたメイン油圧ポンプ３の必要トルクＴｍ（kgf m）が読み出される。次に、圧力センサ１７から検出されたメイン油圧ポンプ３の吐出圧力Ｐ（kgf/cm2）の値とＴｍ（kgf m）の値を次の式（２）に導入してメイン油圧ポンプ３の目標ポンプ容積ｑ（cc/rev）を算出する。
ｑ＝Ｔｍ×２００×π÷Ｐ・・・・（２）
算出されたこのメイン油圧ポンプ３の目標ポンプ容積ｑ（cc/rev）から、このポンプ容積ｑ（cc/rev）となるようにメイン油圧ポンプ３のレギュレータ３ａへの電流信号が算出される。算出された電流信号は、コントローラ２０の出力部２０４からレギュレータ３ａへ出力され、メイン油圧ポンプ３の斜板が駆動することによって、吐出油流量が変化する。この結果、メイン油圧ポンプ３で所定のトルクＴｍ（kgf m）が得られるトルク制御が実行される。
【００４１】
このように、メイン油圧ポンプ３のトルクＴｍ（kgf m）が制御されていることから、ファン制御用油圧ポンプ４の必要トルクＴｆ（kgf m）が、作動油の温度や冷却水の温度の変化によって変わったとしても、エンジン１に掛かるトルクは、予め定めているエンジントルクＴｅ（kgf m）が確保されることになる。
【００４２】
エンジンコントローラ２１としては、エンジン１が、所定回転数Ｎａと所定トルクＴｅ（kgf m）を保つように電子ガバナ１ａの燃料噴射量をフィードバック制御している。
【００４３】
次のステップ（Ｓ１１０）では、再生が開始される。強制再生の開始処理では、まず、タイマーを起動して強制再生の実行に必要な時間Ｔの計測を開始すると共に、例えばエンジン１の筒内噴射後の膨張行程において、再度燃料を噴射する副噴射を行う。この結果、排気管１Ｂで未燃燃料を酸化触媒２Ｂに供給し、その未燃燃料を酸化触媒２Ｂによって酸化させ、そのときに得られる反応熱をフィルタ２Ａに送り込み、フィルタ２Ａに蓄積したＰＭを焼却除去する。
【００４４】
次のステップ（Ｓ１１２）では、所定の強制再生の実行に必要な時間Ｔが経過して、タイマーが停止すると、強制再生を終了させる。
【００４５】
次のステップ（Ｓ１１４）では、エンジン１を強制再生制御から通常の制御に復帰させる。具体的には、強制再生の際の副噴射を停止し、エンジン１の目標回転数を、図示しないエンジンコントロールダイヤルが指示する通常回転数に切換えると共に、電磁切換弁１６のソレノイド部への励磁信号を取りやめ、メイン油圧ポンプ３の一連のトルク制御を終了させる。このような通常の制御にエンジン１を復帰させた後、先のステップ（Ｓ１００）に戻る。
【００４６】
上述した本発明の一実施の形態によれば、作動油や冷却水等の熱交換器を冷却する油圧駆動の冷却ファンの運転状態に関らず、エンジン１に掛かる負荷が所定の値となるように、メイン油圧ポンプ３のトルクを制御するため、フィルタ２Ａの強制再生運転を効率的に実行することができる。この結果、適切な燃料消費量での運転が可能となり、建設機械の生産効率が向上する。
【００４７】
また、上述の一実施の形態によれば、強制再生の状態においても、作動油や冷却水を冷却する冷却ファンの回転数制御がなされているので、オーバーヒート等が発生する虞がない。
【００４８】
さらに、コントローラ２０とエンジンコントローラ２１との制御により、エンジン１に掛かる負荷が所定の値となることから、排気ガス温度が適正に保たれ、いつでも同じ条件の下で適切な強制再生を実施することができる。
【００４９】
なお、本実施の形態においては、エンジン１の筒内噴射後の膨張行程において、再度燃料を噴射する副噴射を行う排気ガス浄化装置について説明したが、これに限らない。例えば、エンジン１と酸化触媒２Ｂとの間に再生用燃料噴射装置を設けていて、ここで燃料噴射を行う排気ガス浄化装置であっても良い。
【００５０】
また、制御装置として、コントローラ２０とエンジンコントローラ２１を別置した場合について説明したが、これらを同一のコントローラとして構成しても良い。
【符号の説明】
【００５１】
１ ディーゼルエンジン
１ａ 電子ガバナ
２ 排ガス浄化装置
２Ａ フィルタ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）
２Ｂ 酸化触媒
３ メイン油圧ポンプ
３Ａ レギュレータ
４ ファン制御用油圧ポンプ
４Ａ レギュレータ
５ パイロット油圧ポンプ
６ 方向切換弁
８ 圧力制御弁
９ 作動油タンク
１０ オイルクーラ
１１ ファン駆動用油モータ
１２ 冷却用ファン
１３ ラジエータ
１４ リリーフ弁
１５ 操作レバー装置
１６ 電磁切換弁
１７ 圧力センサ
１８ 作動油温度センサ
１９ 冷却水温度センサ
２０ コントローラ
２１ エンジンコントローラ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルエンジンと、
前記エンジンの排気口に連設されて、排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記フィルタに堆積した粒子状物質を焼却除去し、前記フィルタを再生する再生装置と、
前記エンジンによって駆動される可変容量型の第１及び第２の油圧ポンプと、
作動油と冷却水を冷却する熱交換器と、この熱交換器を冷却する冷却ファンと、
前記第２の油圧ポンプから吐出される圧油により回転し、前記冷却ファンを駆動する油圧モータと、
前記第１及び第２の油圧ポンプから吐出される圧油の吐出量を制御する機能と、前記再生装置を作動させる機能とを有する制御装置とを備えた建設機械の排気ガス浄化システムにおいて、
前記制御装置は、前記再生装置が作動しているときに、前記第２の油圧ポンプの負荷を算出し、前記第１の油圧ポンプから吐出される圧油の吐出量及び吐出圧力を制御することで、前記エンジンに掛かる負荷を所定の値に保つ
ことを特徴とする建設機械の排気ガス浄化システム。
【請求項２】
請求項１記載の建設機械の排気ガス浄化システムにおいて、
前記作動油と冷却水の温度をそれぞれ検出する温度検出器を更に備え、
前記制御装置は、前記温度検出器で検出した作動油と冷却水の温度信号を取込み、これらの信号に基づいて前記第２の油圧ポンプの負荷を算出する
ことを特徴とする建設機械の排気ガス浄化システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の建設機械の排気ガス浄化システムにおいて、
前記第１の油圧ポンプから吐出される圧油の吐出圧力を検出する圧力検出器をさらに備え、
前記制御装置は、前記圧力検出器で検出した圧油の圧力信号を取込み、この信号に基づいて前記第１の油圧ポンプの目標ポンプ容積を算出する
ことを特徴とする建設機械の排気ガス浄化システム。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の建設機械の排気ガス浄化システムにおいて、
前記第１の油圧ポンプの吐出管路には、方向切換弁を介した油圧アクチュエータが接続されると共に、前記方向切換弁のセンターバイパスに接続された管路には、制御弁を介して作動油タンクが接続され、
前記制御装置は、前記再生装置が作動しているときには、前記制御弁を駆動して前記第１の油圧ポンプの吐出圧を上昇させる
ことを特徴とする建設機械の排気ガス浄化システム。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の建設機械の排気ガス浄化システムにおいて、
前記第１の油圧ポンプはメイン油圧ポンプであって、前記第２の油圧ポンプは、ファン制御用油圧ポンプである
ことを特徴とする建設機械の排気ガス浄化システム。
【請求項１】
ディーゼルエンジンと、
前記エンジンの排気口に連設されて、排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記フィルタに堆積した粒子状物質を焼却除去し、前記フィルタを再生する再生装置と、
前記エンジンによって駆動される可変容量型の第１及び第２の油圧ポンプと、
作動油と冷却水を冷却する熱交換器と、この熱交換器を冷却する冷却ファンと、
前記第２の油圧ポンプから吐出される圧油により回転し、前記冷却ファンを駆動する油圧モータと、
前記第１及び第２の油圧ポンプから吐出される圧油の吐出量を制御する機能と、前記再生装置を作動させる機能とを有する制御装置とを備えた建設機械の排気ガス浄化システムにおいて、
前記制御装置は、前記再生装置が作動しているときに、前記第２の油圧ポンプの負荷を算出し、前記第１の油圧ポンプから吐出される圧油の吐出量及び吐出圧力を制御することで、前記エンジンに掛かる負荷を所定の値に保つ
ことを特徴とする建設機械の排気ガス浄化システム。
【請求項２】
請求項１記載の建設機械の排気ガス浄化システムにおいて、
前記作動油と冷却水の温度をそれぞれ検出する温度検出器を更に備え、
前記制御装置は、前記温度検出器で検出した作動油と冷却水の温度信号を取込み、これらの信号に基づいて前記第２の油圧ポンプの負荷を算出する
ことを特徴とする建設機械の排気ガス浄化システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の建設機械の排気ガス浄化システムにおいて、
前記第１の油圧ポンプから吐出される圧油の吐出圧力を検出する圧力検出器をさらに備え、
前記制御装置は、前記圧力検出器で検出した圧油の圧力信号を取込み、この信号に基づいて前記第１の油圧ポンプの目標ポンプ容積を算出する
ことを特徴とする建設機械の排気ガス浄化システム。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の建設機械の排気ガス浄化システムにおいて、
前記第１の油圧ポンプの吐出管路には、方向切換弁を介した油圧アクチュエータが接続されると共に、前記方向切換弁のセンターバイパスに接続された管路には、制御弁を介して作動油タンクが接続され、
前記制御装置は、前記再生装置が作動しているときには、前記制御弁を駆動して前記第１の油圧ポンプの吐出圧を上昇させる
ことを特徴とする建設機械の排気ガス浄化システム。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の建設機械の排気ガス浄化システムにおいて、
前記第１の油圧ポンプはメイン油圧ポンプであって、前記第２の油圧ポンプは、ファン制御用油圧ポンプである
ことを特徴とする建設機械の排気ガス浄化システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−３８４６４（Ｐ２０１１−３８４６４Ａ）
【公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８６０５４（Ｐ２００９−１８６０５４）
【出願日】平成２１年８月１０日（２００９．８．１０）
【出願人】（０００００５５２２）日立建機株式会社 (2,611)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月１０日（２００９．８．１０）
【出願人】（０００００５５２２）日立建機株式会社 (2,611)
【Ｆターム（参考）】
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