排気ガス浄化システム
【課題】ＰＭ堆積量が限界値に達するまでの時間を延長できる排気ガス浄化システムを提供する。
【解決手段】自動再生中に、再生禁止スイッチ３８を操作して再生を禁止すると、モード切換機能４１ｂは通常モードからＰＭ排出量低減モードに切換える。通常モードにおいて、操作性や燃費の観点から、第1動作ポイントを選択している。ＰＭ排出量低減モードにおいて、ＰＭ排出マップに基づき、第１動作ポイントと同じ等馬力線上にあり、第1動作ポイントよりもＰＭ排出量の少ない動作ポイントを第２動作ポイントとして選択する。ＰＭ排出マップは、実験結果に基づいてＰＭ排出量指標値をプロットしたコンター図である。ＰＭ排出量指標値は、排気ガスのスモーク透過率に基づいて定められる。
【解決手段】自動再生中に、再生禁止スイッチ３８を操作して再生を禁止すると、モード切換機能４１ｂは通常モードからＰＭ排出量低減モードに切換える。通常モードにおいて、操作性や燃費の観点から、第1動作ポイントを選択している。ＰＭ排出量低減モードにおいて、ＰＭ排出マップに基づき、第１動作ポイントと同じ等馬力線上にあり、第1動作ポイントよりもＰＭ排出量の少ない動作ポイントを第２動作ポイントとして選択する。ＰＭ排出マップは、実験結果に基づいてＰＭ排出量指標値をプロットしたコンター図である。ＰＭ排出量指標値は、排気ガスのスモーク透過率に基づいて定められる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は排気ガス浄化システムに係わり、特に、フィルタにより排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集して排気ガスを浄化するとともに、適宜フィルタに捕集した粒子状物質を焼却除去し、フィルタを再生させる排気ガス浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
油圧ショベル等の作業車両はその駆動源としてディーゼルエンジンを搭載しているが、このディーゼルエンジンから排出される粒子状物質（ＰＭ：パティキュレート・マター：以下ＰＭとする）の排出量は、ＮＯｘ、ＣＯ、ＨＣ等とともに年々規制が強化されてきている。このような規制に対して、ＰＭをディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ：Diesel Particulate Filter ）と呼ばれるフィルタで捕集して、外部へ排出される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。この排気ガス浄化システムでは、フィルタのＰＭ堆積量が増加してくるとフィルタは目詰まりを起こしてゆき、そのことによりエンジンの排圧が上昇し、燃費の悪化等を誘発するため、フィルタに捕集したＰＭを適宜燃焼してフィルタの目詰まりを除去し、フィルタを再生している。
【０００３】
フィルタの再生は、通常、酸化触媒を用いることにより行われる。酸化触媒はフィルタの上流側に配置される場合と、フィルタに直接担持される場合と、その両方の場合とがあるが、いずれの場合も酸化触媒を活性化するためには、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以上に上昇させる強制再生と呼ばれる技術がある。この強制再生には、エンジンの筒内主噴射後の膨張行程において燃料を噴射する副噴射（後噴射）を行って排気ガスを昇温する手法、排気管に設けた再生用燃料噴射装置により排気管を流れる排気ガス中に燃料を噴射して排気ガスを昇温する手法等がある。
【０００４】
また、フィルタの強制再生にはオペレータの操作入力により再生を開始する手動再生と、自動的に再生を開始する自動再生とがある。手動再生は以下のように行われる。まず、フィルタのＰＭ堆積量（蓄積量）を推定し、そのＰＭ堆積量が予め設定した閾値に到達すると、手動再生を行う旨をオペレータに警告する。オペレータが手動再生スイッチを操作すると、再生が開始する。特許文献１には、手動再生に係る技術が開示されている。一方、ＰＭ堆積量が閾値に到達するか、予め設定した所定時間が経過すると、自動再生が行われる。特許文献２には、自動再生に係る技術が開示されている。手動再生、自動再生とも、ＰＭ堆積量は、フィルタの前後差圧を検出し、この差圧の検出値に基づいて演算することにより求めるのが一般的である。
【０００５】
ところで、ホイールローダや油圧ショベル等の作業車両は、周囲に可燃物が存在する環境で作業することもある。例えば、そのような作業として、屋内での木材チップの運搬作業や、粉塵等が発生する解体作業などがある。フィルタを強制再生する際には、排気温度が所定の時間（例えば数分間）にわたって高温に保持されるので、上記のような環境でフィルタを強制再生すると、引火のおそれがあり危険である。
【０００６】
このような状況で手動再生においては、オペレータの判断により手動再生スイッチを操作せず、周囲に可燃物がない場所（再生可能場所）まで作業車両を移動させ、安全を確保して手動再生を開始する。
【０００７】
自動再生においては、再生禁止手段を設け、オペレータの判断により再生禁止手段を操作して自動再生を禁止し、周囲に可燃物がない場所（再生可能場所）まで作業車両を移動させ、安全を確保して再生禁止を解除し、自動再生を再開する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開第ＷＯ２００９／０６０７１９号公報
【特許文献２】特開２００９−７９５００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
例えば、トンネル現場での作業のように、再生可能場所まで長距離の移動を要する場合もある。作業車両を再生可能場所まで移動させる間にも、更にＰＭが堆積する。排気ガス浄化システムは、ＰＭ堆積量が限界値を超えたと判断すると、異常燃焼に由来するフィルタの溶損を防止するため、自動再生、手動再生とも禁止している。つまり、オペレータは手動再生できず、かつ作業車両を移動させることもできないという状況も考えられる。この場合、オペレータはメンテナンスを頼むしかなく、以降の作業に支障をきたす。
【００１０】
このような課題に対し本願出願人は先行出願において、自動再生制御が禁止されると、再生禁止状態にある旨と、ＰＭ堆積量画面と、残り使用可能予測時間とを追加表示する排気ガス浄化システムを提案している（特願２００９−１８４７１４）。オペレータは、表示画面を見ながら、ＰＭ堆積量が限界値に達するまでの時間を予測し、適切な作業計画を立て、かつ随時作業計画を修正する。これにより、ＰＭ堆積量が限界値に達する前に、オペレータは作業車両を再生可能場所まで移動させることができる。
【００１１】
しかし、この先行技術は、ＰＭ堆積量が限界値に達するまでの時間を延長するものではない。オペレータの立てた作業計画が不適切であると、作業車両を再生可能場所まで移動させる前に、ＰＭ堆積量が限界値に達する可能性もある。
【００１２】
本発明の目的は、ＰＭ堆積量が限界値に達するまでの時間を延長できる排気ガス浄化システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、ディーゼルエンジンと、このエンジンの排気系に配置され、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、このフィルタに堆積した粒子状物質を前記エンジンからの燃料噴射により焼却除去し、このフィルタを再生する再生手段と、前記エンジンの回転数とトルクとを制御する制御手段とを備える排気ガス浄化システムにおいて、前記制御手段は、車体操作性と燃費の観点から設定される第1回転数と第1トルクの組み合わせである第1動作ポイントを選択する通常モードと、排気ガス中に含まれる粒子状物質の排出量低減の観点から設定される第２回転数と第２トルクの組み合わせである第２動作ポイントを選択する粒子状物質排出量低減モードとを切換えるモード切換機能を有する。
【００１４】
このように、モード切換機能が通常モードから粒子状物質排出量低減モードに切換え、エンジンの動作ポイントが第１ポイントから第1動作ポイントよりも粒子状物質排出量の少ない第２ポイントに移ることにより、粒子状物質排出量は低減し、粒子状物質堆積量が限界値に達するまでの時間を延長できる。
【００１５】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記再生手段の作動を禁止する再生禁止手段を更に備え、前記モード切換機能は、前記再生禁止手段が作動すると、前記通常モードから前記粒子状物質排出量低減モードに切換える。
【００１６】
これにより、再生禁止手段の作動に伴って半自動的に、粒子状物質排出量を低減できる。
【００１７】
（３）上記（１）において、好ましくは、前記フィルタに堆積した粒子状物質の堆積量を推定する堆積量推定手段を更に備え、前記モード切換機能は、前記堆積量推定手段が推定する堆積量が所定の閾値より多くなると、前記通常モードから前記粒子状物質排出量低減モードに切換える。
【００１８】
これにより、堆積量が閾値より多くなると自動的に、粒子状物質排出量を低減できる。
【００１９】
（４）上記（１）において、好ましくは、前記通常モードと前記粒子状物質排出量低減モードとの切換操作を指令する切換操作手段を更に備え、前記モード切換機能は、前記切換操作手段が前記通常モードから前記粒子状物質排出量低減モードに切換えるように操作されると、前記通常モードから前記粒子状物質排出量低減モードに切換える。
【００２０】
オペレータの判断に基づく切換操作手段の操作に伴って手動的に、粒子状物質排出量を低減できる。
【００２１】
（４）上記（１）において、好ましくは、前記モード切換機能は、前記第２動作ポイントを設定するマップを有する。
【００２２】
これにより、マップに基づき、第1動作ポイントよりも粒子状物質排出量の少ない第２ポイントを選択できる。
【００２３】
（５）上記（１）において、好ましくは、前記第１動作ポイントと前記第２動作ポイントとは同じ等馬力線上にある。
【００２４】
これにより、操作性や燃費に対する影響は、等馬力線上にない場合に比べて少ない。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、ＰＭ堆積量が限界値に達するまでの時間を延長できる。これにより、確実に作業車両を再生可能場所まで移動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】排気ガス浄化システムの全体構成を示す図である（第１実施形態）。
【図２】制御装置４の詳細を示す図である。
【図３】油圧ショベルの外観を示す図である。
【図４】車体制御装置４１の再生制御機能４１ａの演算処理の内容を示すフローチャートである。
【図５】フィルタ３２の圧力損失ΔＰ（前後差圧）とＰＭの堆積量Ｗの関係を示す図である。
【図６】車体制御装置４１のモード切換機能４１ｂの演算処理の内容を示すフローチャートである。
【図７】ＰＭ排出マップの一例である。
【図８】通常モードからＰＭ排出量低減モードへの切換制御の一例を説明する図である。
【図９】ＰＭ堆積量の時間経過を示す図である。
【図１０】モード切換機能４１ｂの演算処理の内容を示すフローチャートである（第２実施形態）。
【図１１】表示装置６に表示されるＰＭ排出モード設定画面６ｃである。
【図１２】モード切換機能４１ｂの演算処理の内容を示すフローチャートである（第３実施形態）。
【図１３】ＰＭ堆積量の時間経過を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
<第１実施形態>
以下、本発明の第１実施形態を図面を用いて説明する。
【００２８】
〜構成〜
図１は第１実施形態に係わる排気ガス浄化システムの全体構成を示す図である。
【００２９】
図１において、本実施の形態に係わる作業車両は例えば油圧ショベルであり、この油圧ショベルは、電子ガバナ１ａ（電子制御式の燃料噴射制御装置）を備えたディーゼルエンジン（以下単にエンジンという）１を有している。エンジン１の目標回転数は、油圧ショベルのキャビン（運転室）１０７（図４参照）内に設けられたエンジンコントロールダイヤル２により指令され、エンジン１の実回転数は回転数検出装置３により検出される。エンジンコントロールダイヤル２の指令信号及び回転数検出装置３の検出信号は制御装置４に入力され、制御装置４はその指令信号（目標回転数）と検出信号（実回転数）とに基づいて電子ガバナ１ａを制御し、エンジン１の回転数とトルクを制御する。
【００３０】
排気ガス浄化システムは、上記のような作業車両（油圧ショベル）に搭載され、エンジン１の排気系を構成する排気管３１に配置され、排気ガスに含まれる粒子状物質（ＰＭ）を捕集するフィルタ３２及びフィルタ３２の上流側に配置された酸化触媒３３を含むＤＰＦ装置３４と、排気温度検出装置３５と、フィルタ３２の圧力損失（フィルタ３２の上流側と下流側の前後差圧）を検出する差圧検出装置３６と、手動再生スイッチ３７と、再生禁止スイッチ３８と、排気管３１のエンジン１とＤＰＦ装置３４との間に設けられた再生用燃料噴射装置３９とを備えている。
【００３１】
再生用燃料噴射装置３９は排気ガスの温度を上昇させ、フィルタ３２に堆積したＰＭを焼却除去するフィルタ３２の再生手段を構成している。手動再生スイッチ３７、再生禁止スイッチ３８は、油圧ショベルのキャビン１０７内のオペレータが操作しやすい位置に配置されている。手動再生スイッチ３７は再生用燃料噴射装置３９の作動開始（フィルタ３２の再生制御開始）を指示する操作手段であり、手動再生スイッチ３７がＯＮ位置に操作されると再生制御の開始を指示する指令信号が出力される。再生禁止スイッチ３８は再生用燃料噴射装置３９の作動禁止（フィルタ３２の再生制御禁止）を指示する操作手段であり、再生禁止スイッチ３８がＯＮ位置に操作されると再生制御の禁止を指示する指令信号が出力される。
【００３２】
なお、手動再生スイッチ３７、再生禁止スイッチ３８は、表示装置６（後述）に表示される設定画面であってもよい。操作スイッチ６ｂを操作してＯＮ／ＯＦＦを設定する。
【００３３】
制御装置４は、手動再生スイッチ３７、再生禁止スイッチ３８からの指令信号を入力し、これらの指令信号や、差圧検出装置３６からの検出信号、上記エンジンコントロールダイヤル２からの指令信号及び回転数検出装置３の検出信号に基づいて再生制御の演算処理を行い、その演算結果に応じて電子ガバナ１ａ及び再生用燃料噴射装置３９を制御する。また、制御装置４は、回転数検出装置３、差圧検出装置３６、手動再生スイッチ３７、再生禁止スイッチ３８からの各種信号が示す情報や制御装置４の再生制御の演算処理結果を表示信号として表示装置６に送り、それら情報を表示画面６ａに表示させる。
【００３４】
表示装置６は、油圧ショベルのキャビン１０７内のオペレータが見やすい位置に配置され、本来、燃料残量、冷却水温等の油圧ショベルの車体基本情報を表示するものである。表示装置６は、表示画面６ａと操作スイッチ６ｂを有し、制御装置４の表示制御装置４２（後述）により制御される。操作スイッチ６ｂは表示画面６ａの下側に配置され、操作スイッチ６ｂを操作することにより車体基本情報以外の車体情報も選択的に表示する。更に適宜、自動再生制御中である旨、手動再生スイッチ３７の操作を促す警告等、車体情報のうち再生に係る情報も表示する。
【００３５】
図２は制御装置４の詳細を示す図である。制御装置４は、再生制御機能４１ａとモード切換機能４１ｂを含む車体制御装置４１と、表示制御装置４２と、エンジン制御装置４３とを有し、これら制御装置４１〜４３は通信ライン４４を介して相互に接続され、車体ネットワークを構成している。エンジンコントロールダイヤル２の指令信号、差圧検出装置３６の検出信号、手動再生スイッチ３７、再生禁止スイッチ３８からの指令信号は車体制御装置４１に入力され、回転数検出装置３の検出信号はエンジン制御装置４３に入力される。
【００３６】
エンジン制御装置４３は、エンジンコントロールダイヤル２の指令信号を通信ライン４４を介して受信し、この指令信号と回転数検出装置３の検出信号に基づいて上記のようにエンジン１の回転数とトルクを制御する。制御の詳細については後述する。
【００３７】
車体制御装置４１は、油圧ショベルの油圧システム（図示せず）全般を制御するものであり、例えば、操作レバーの操作量を検出し、その操作量に応じた流量を吐出するように油圧ポンプの傾転角（容量）を制御する。更に、車体制御装置４１は再生制御機能４１ａを有し、再生制御機能４１ａは差圧検出装置３６の検出信号（圧力損失）に基づいて、このフィルタ３２に堆積したＰＭ堆積量を推定し、通信ライン４４を介して受信した回転数検出装置３の検出信号、エンジンコントロールダイヤル２の指令信号、手動再生スイッチ３７、再生禁止スイッチ３８からの指令信号に基づいて再生制御の演算処理を行い、その演算結果に応じた制御信号を通信ライン４４を介してエンジン制御装置４３に送信し、エンジン制御装置４３はその制御信号に応じて電子ガバナ１ａ及び再生用燃料噴射装置３９を制御する。
【００３８】
本実施形態の特徴的構成であるモード切換機能４１ｂは車体制御装置４１の一機能であり、状況に応じて最適なエンジン回転数とトルクの組み合わせである動作ポイントを選択し、その結果を通信ライン４４を介してエンジン制御装置４３に送信する。制御の詳細については後述する。
【００３９】
表示制御装置４２は、回転数検出装置３、差圧検出装置３６、手動再生スイッチ３７、再生禁止スイッチ３８からの各種信号や強制再生制御の演算処理結果を通信ライン４４を介して受信し、上記のようにこれら信号情報や演算処理結果を表示信号として表示装置６に送り、それら情報を表示画面６ａに表示する。
【００４０】
図３は作業車両の一例である油圧ショベルの外観を示す図である。油圧ショベルは下部走行体１００と上部旋回体１０１とフロント作業機１０２を備えている。下部走行体１００は左右のクローラ式走行装置１０３ａ，１０３ｂを有し、左右の走行モータ１０４ａ，１０４ｂにより駆動される。上部旋回体１０１は旋回モータ１０５により下部走行体１００上に旋回可能に搭載され、フロント作業機１０２は上部旋回体１０１の前部に俯仰可能に取り付けられている。上部旋回体１０１にはエンジンルーム１０６、キャビン（運転室）１０７が備えられ、エンジンルーム１０６にエンジン１が配置され、キャビン１０７内の適所にエンジンコントロールダイヤル２、表示装置６、手動再生スイッチ３７、再生禁止スイッチ３８が設置されている。
【００４１】
フロント作業機１０２はブーム１１１、アーム１１２、バケット１１３を有する多関節構造であり、ブーム１１１はブームシリンダ１１４の伸縮により上下方向に回動し、アーム１１２はアームシリンダ１１５の伸縮により上下、前後方向に回動し、バケット１１３はバケットシリンダ１１６の伸縮により上下、前後方向に回動する。
【００４２】
なお、作業車両はホイルローダでもホイール式油圧ショベルでもよい。
【００４３】
〜制御〜
〈再生制御〉
図４は車体制御装置４１の再生制御機能４１ａの演算処理の内容を示すフローチャートである。再生制御機能４１ａは、自動再生制御機能と手動再生制御機能とを有している。
【００４４】
図４において、再生制御機能４１ａは、まず、再生禁止スイッチ３８が操作された（再生禁止スイッチＯＮ）かどうかを判定し（ステップＳ１００）、再生禁止スイッチ３８が操作されていない（再生禁止スイッチＯＦＦ）と判定すると、差圧検出装置３６の検出信号に基づいた推定堆積量が手動再生開始値である第２閾値より多いかどうかを判定し（ステップＳ１１０）、推定堆積量が第２閾値より多くないと判定すると、推定堆積量が自動再生開始値である第１閾値より多いかどうかを判定する（ステップＳ１２０）。
【００４５】
ステップＳ１２０において、推定堆積量が第１閾値より多くないと判定すると、スタート直後の手順に戻り、再生禁止スイッチ３８が操作されるか、推定堆積量が第１閾値または第２閾値より多くなるまで、ステップＳ１００，Ｓ１１０，Ｓ１２０の処理を繰り返す。
【００４６】
ステップＳ１２０において、推定堆積量が第１閾値より多いと判定すると、自動再生制御を開始する（ステップＳ１３０）。自動再生制御中に、再生禁止スイッチ３８が操作された（再生禁止スイッチＯＮ）かどうかを判定し（ステップＳ１４０）、再生禁止スイッチ３８が操作されていない（再生禁止スイッチＯＦＦ）と判定すると、推定堆積量が再生終了値である第４閾値より少なくなったかどうかを判定し（ステップＳ１５０）、推定堆積量が第４閾値より少なくなったと判定すると、自動再生制御を停止し（ステップＳ１６０）、演算処理を終了する（ステップＳ１７０）。ステップＳ１５０において、推定堆積量が第４閾値より少なくないと判定すると、再生禁止スイッチ３８が操作されるか、推定堆積量が第４閾値より少なくなるまで、ステップＳ１４０，Ｓ１５０の処理を繰り返す。
【００４７】
ステップＳ１１０において、推定堆積量が第２閾値より多いと判定すると、オペレータに手動再生スイッチ３７の操作を促す警告信号を出力する（ステップＳ２１０）。なお、表示制御装置４２は、通信ライン４４を介して警告信号を入力し、手動再生を促す旨の警告を表示画面６ａに表示する。
【００４８】
手動再生スイッチ３７が操作された（再生開始スイッチＯＮ）かどうかを判定し（ステップＳ２２０）、手動再生スイッチ３７が操作されていない（再生開始スイッチＯＦＦ）と判定すると、スタート直後の手順に戻り、手動再生スイッチ３７が操作されるまで、ステップＳ１００，Ｓ１１０，Ｓ２１０，Ｓ２２０の処理を繰り返す。すなわち、手動再生スイッチ３７が操作されるまで、警告を表示する。
【００４９】
ステップＳ２２０において、手動再生スイッチ３７が操作された（再生開始スイッチＯＮ）と判定すると、手動再生制御を開始する（ステップＳ２３０）。手動再生制御中に、再生禁止スイッチ３８が操作された（再生禁止スイッチＯＮ）かどうかを判定し（ステップＳ２４０）、再生禁止スイッチ３８が操作されていない（再生禁止スイッチＯＦＦ）と判定すると、推定堆積量が再生終了値である第４閾値より少なくなったかどうかを判定し（ステップＳ２５０）、推定堆積量が第４閾値より少なくなったと判定すると、手動再生制御を停止し（ステップＳ２６０）、演算処理を終了する（ステップＳ１７０）。ステップＳ２５０において、推定堆積量が第４閾値より少なくないと判定すると、再生禁止スイッチ３８が操作されるか、推定堆積量が第４閾値より少なくなるまで、ステップＳ２４０，Ｓ２５０の処理を繰り返す。
【００５０】
ステップＳ１００において、再生禁止スイッチ３８が操作された（再生禁止スイッチＯＮ）と判定すると、演算処理を終了する（ステップＳ１７０）。ステップ１４０において、自動再生制御中に再生禁止スイッチ３８が操作された（再生禁止スイッチＯＮ）と判定すると、自動再生制御を停止し（ステップＳ１６０）、演算処理を終了する（ステップＳ１７０）。ステップ２４０において、手動再生制御中に再生禁止スイッチ３８が操作された（再生禁止スイッチＯＮ）と判定すると、手動再生制御を停止し（ステップＳ２６０）、演算処理を終了する（ステップＳ１７０）。
【００５１】
なお、再生制御機能４１ａは、ステップＳ１５０およびステップＳ２５０では、差圧検出装置３６の検出信号に基づいた推定堆積量が第４閾値より少なくなったかどうか判定して再生制御を終了しているが、再生制御時間が所定時間を経過したかどうかを判定して再生制御を終了してもよい。
【００５２】
ステップＳ１３０における自動再生制御およびステップＳ２３０における手動再生制御は、例えば次のように行う。まず、エンジン１の回転数を強制再生制御に適した所定の回転数Ｎａに制御する。強制再生制御に適した所定の回転数Ｎａとは、そのときの排気ガスの温度を酸化触媒３３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中速回転数である。この制御では、車体制御装置４１は、エンジン１の目標回転数をエンジンコントロールダイヤル２が指示する目標回転数（低速アイドル回転数）から所定の回転数Ｎａに切り換え、その所定の回転数Ｎａ（目標回転数）を通信ライン４４を介してエンジン制御装置４３に送信する。エンジン制御装置４３は、その目標回転数（所定の回転数Ｎａ）と回転数検出装置３により検出したエンジン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の回転数がその所定の回転数Ｎａとなるよう制御する。
【００５３】
次いで、排気温度検出装置３５により検出した排気ガス温度が所定の温度（酸化触媒３３の活性温度よりも高い温度）まで上昇したことが確認されると、再生用燃料噴射装置３９を制御して排気管３１内への燃料噴射を行う。排気管３１内に燃料噴射を行うことで未燃燃料が酸化触媒３３に供給され、その未燃燃料を酸化触媒３３によって酸化させ、そのときに得られる反応熱により排気ガス温度が更に上昇し、フィルタ３２に堆積したＰＭが焼却除去される。
【００５４】
ステップＳ１６０およびステップＳ２６０において強制再生制御を停止させるときは、目標回転数をエンジンコントロールダイヤル２が指示する目標回転数（低速アイドル回転数）に戻し、再生用燃料噴射装置３９の制御を停止させる。目標回転数をエンジンコントロールダイヤル２が指示する目標回転数（低速アイドル回転数）に戻す代わりに、エンジン１を停止させてもよい。
【００５５】
図５は、フィルタ３２の圧力損失ΔＰ（前後差圧）とＰＭの堆積量Ｗの関係を示す図である。圧力損失ΔＰとＰＭの堆積量Ｗとの関係は実験データに基づいて事前に決めておく。なお、図５では便宜上、圧力損失ΔＰとＰＭの堆積量Ｗとの関係を直線比例で示したが、実際の圧力損失ΔＰとＰＭの堆積量Ｗとの関係は直線比例ではない。フィルタ３２に堆積したＰＭ堆積量は差圧検出装置３６による圧力損失に基づいて推定される。フィルタ３２にＰＭが堆積していないときは、ＰＭ堆積の影響による圧力損失はなく、圧力損失ΔＰはΔＰ０であり、フィルタ３２にＰＭが堆積しその堆積量Ｗが増加するにしたがって差圧ΔＰは上昇する。
【００５６】
第１閾値は、自動再生制御を開始すべき堆積量に相当する値である。第２閾値は、オペレータに手動再生制御を促すべき堆積量に相当する値である。第３閾値は、再生可能な上限値（限界値）である。つまり、ＰＭが第３閾値より多く堆積した状態でＰＭの燃焼をするとフィルタの内部温度の異常上昇やそれに由来するフィルタの溶損といった問題を引起す可能性があるため、自動再生制御、手動再生制御とも停止される。第４閾値は、自動再生制御、手動再生制御とも終了したとみなせる堆積量に相当する値である。
【００５７】
再生制御と閾値の関係について説明する。第２閾値は、第１閾値より大きく設定されており、自動再生制御が手動再生制御に優先して行われる。しかし、諸因より自動再生制御によっても良好にＰＭを燃焼除去できずＰＭが更に堆積する場合もある。堆積量が第２閾値より多くなると、手動再生制御が行われる。ただし、堆積量が第３閾値より多くなると、自動再生制御も手動再生制御も行われない。良好にＰＭを燃焼除去でき堆積量が第４閾値より少なくなると、自動再生制御も手動再生制御も終了する。
【００５８】
〈モード切換制御〉
図６は車体制御装置４１のモード切換機能４１ｂの演算処理の内容を示すフローチャートである。
【００５９】
モード切換機能４１ｂは、通常時には通常モードを設定する（ステップＳ３１０）。
【００６０】
通常モードについて説明する。エンジン１の目標回転数はエンジンコントロールダイヤル２により指令され、この回転数において操作性や燃費の観点から最適なトルクが演算される。エンジンアイドル時にはエンジン１の回転数は低速アイドル回転数に、再生制御時には中速回転数Ｎａに切り換えられ、この回転数において操作性や燃費の観点から最適なトルクが演算される。その演算結果に応じた制御信号を通信ライン４４を介してエンジン制御装置４３に送信し、エンジン制御装置４３はその制御信号に応じて電子ガバナ１ａを制御する。
【００６１】
ステップＳ３１０の通常モードにおいて、再生禁止スイッチ３８がＯＮ位置にあるかどうかを判定し（ステップＳ３２０）、再生禁止スイッチ３８がＯＮ位置にあると判定すると、ＰＭ排出量低減モードを設定する（ステップＳ３３０）。再生禁止スイッチ３８がＯＮ位置にないと判定する場合、通常モードを維持する。
【００６２】
ＰＭ排出量低減モードについて説明する。
【００６３】
図7は、モード切換機能４１ｂが有するＰＭ排出マップの一例である。ＰＭ排出マップは、全負荷線の範囲内において、エンジン回転数とトルクとの組み合わせである動作ポイントごとに、実験結果に基づいてＰＭ排出量指標値をプロットしたコンター図である。ＰＭ排出量指標値は、排気ガスのスモーク透過率に基づいて定められ、指標値が大きくなればＰＭ排出量増を意味し、指標値が小さくなればＰＭ排出量減を意味する。Ｌ１は最も小さい指標値であり、Ｌ４は最も大きい指標値である。点線にて等量線を示し、Ｌ１〜Ｌ４にレベル分けする。
【００６４】
上述の通り、通常モードにおいて動作ポイントは操作性や燃費の観点から選択されており、ＰＭ排出量の多寡の観点は考慮されていない。通常モードで選択された第1動作ポイントにおけるＰＭ排出量が他の動作ポイントにおけるＰＭ排出量に比べて多い可能性もある。その場合、ＰＭ排出量低減モードにおいて、ＰＭ排出マップに基づき、第1動作ポイントよりもＰＭ排出量の少ない動作ポイントを第２動作ポイントとして選択する。
【００６５】
図８はモード切換機能４１ｂの通常モードからＰＭ排出量低減モードへの切換制御の一例を説明する図であり、図7に示すＰＭ排出マップの一部である。ＰＭ排出マップの拡大図に、破線で示す等馬力線ＨＰ０１〜０４を追加し、簡略化のためプロットを省略している。この例では、通常モードにおいて、操作性や燃費の観点から、エンジン回転数Ｎ１，トルクＴ１となる第1動作ポイントを選択している。第1動作ポイントにおけるＰＭ排出量の指標値はＬ３である。ＰＭ排出量低減モードに切り換わると、第１動作ポイントと同じ等馬力線ＨＰ０３上にあり、ＰＭ排出量の指標値はＬ２である第２動作ポイント（エンジン回転数Ｎ２（＜Ｎ１），トルクＴ２（＞Ｔ１））を選択する。
【００６６】
モード切換機能４１ｂは、第２動作ポイントに係る制御信号を通信ライン４４を介してエンジン制御装置４３に送信し、エンジン制御装置４３はその制御信号に応じて電子ガバナ１ａを制御する。
【００６７】
ステップＳ３３０のＰＭ排出量低減モードにおいて、再生禁止スイッチ３８がＯＦＦ位置にあるかどうかを判定し（ステップＳ３４０）、再生禁止スイッチ３８がＯＦＦ位置にあると判定すると、通常モードに戻る（ステップＳ３１０）。再生禁止スイッチ３８がＯＦＦ位置にないと判定する場合、ＰＭ排出量低減モードを維持する。
【００６８】
〜動作〜
第１実施形態の排気ガス浄化システムの動作を説明する。例えば、トンネル現場での作業を想定する。
【００６９】
トンネル現場での作業では粉塵等が発生しやすく、ＰＭがフィルタに堆積する。再生禁止スイッチ３８がＯＦＦ位置にあり、ＰＭ堆積量が第１閾値より多ければ、自動再生が開始する（Ｓ１００→Ｓ１１０→Ｓ１２０→Ｓ１３０）。
【００７０】
しかし、周囲に可燃物が有り引火のおそれがあるとオペレータが判断し、再生禁止スイッチ３８をＯＮ位置に操作すると、自動再生が停止する（Ｓ１４０→Ｓ１６０）。
【００７１】
このとき、モード切換機能４１ｂは通常モードからＰＭ排出量低減モードに切換える（Ｓ３１０→Ｓ３２０→Ｓ３３０）。再生がおこなわれないためＰＭ堆積は継続するが、ＰＭ排出量は低減する。これにより、ＰＭ堆積量が限界値に達するまでの時間を延長できる。
【００７２】
オペレータは最小限の作業を完了させるか、直ちに作業を終了して、トンネル外の再生可能場所まで油圧ショベルを移動させる。そして、周囲の安全を確認し、再生禁止スイッチ３８をＯＦＦ位置に操作すると、モード切換機能４１ｂはＰＭ排出量低減モードから通常モードに戻す（Ｓ３３０→Ｓ３４０→Ｓ３１０）。
【００７３】
このとき、ＰＭ堆積量が第１閾値より多い可能性が高く、自動再生が再開する（Ｓ１００→Ｓ１１０→Ｓ１２０→Ｓ１３０）。良好な再生がおこなわれてＰＭ堆積量が第４閾値より少なくなると、自動再生は終了する（Ｓ１４０→Ｓ１５０→Ｓ１６０）。
【００７４】
再生終了後、オペレータはトンネル現場での作業を再開する。
【００７５】
〜効果〜
第１実施形態の排気ガス浄化システムの効果を説明する。図９は第１実施形態の排気ガス浄化システムの効果を説明する為に示すＰＭ堆積量の時間経過を示す図である。
【００７６】
上述したように、再生禁止スイッチ３８をＯＮ位置に操作すると、再生がおこなわれないためＰＭ堆積は継続する。ここで、モード切換機能４１ｂは通常モードを維持したと仮想する。通常モードにおいて第１動作ポイントは操作性や燃費の観点から選択されており、ＰＭ排出量の多寡の観点は考慮されていない。図８の例では第1動作ポイントにおけるＰＭ排出量の指標値はＬ３である。ＰＭ堆積が継続すると、やがてＰＭ堆積量が限界値（第３閾値）に達する。このときの仮想履歴を破線で示す。仮想到達時刻が早いと、油圧ショベルの移動中に仮想到達時刻になり、油圧ショベルを再生可能場所まで移動させることができない。
【００７７】
本実施形態では、再生禁止スイッチ３８をＯＮ位置に操作すると、通常モードからＰＭ排出量低減モードに切換える。ＰＭ排出量低減モードにおいて第２動作ポイントが選択され、図８の例ではＰＭ排出量の指標値はＬ２である。説明の便宜の為、指標値がＰＭ排出量に比例すると仮定すると、ＰＭ排出量はおおよそ３割低減（Ｌ３→Ｌ２）し、ＰＭ堆積量が限界値（第３閾値）に達するまでの時間を延長できる。このときの履歴を実線で示す。
【００７８】
なお、ＰＭ排出量低減モードでは操作性や燃費の観点では好ましくない可能性もあるが、トンネル等の作業現場から再生可能場所へ移動する間のみであり、影響は限定的である。
【００７９】
また、第１動作ポイントと第２動作ポイントとは同じ等馬力線ＨＰ０３上にあるため、操作性や燃費に対する影響は、等馬力線上にない場合に比べて少ない。
【００８０】
〜変形例〜
本実施形態の動作において、第１動作ポイントと第２動作ポイントとは同じ等馬力線上にあることが好ましいが、等馬力線上にない場合でも、ＰＭ堆積量が限界値に達するまでの時間を延長できる。
【００８１】
<第２実施形態>
〜制御〜
第１実施形態において、モード切換機能４１ｂは、再生禁止スイッチ３８がＯＮ位置に操作されると、半手動（半自動）的に、通常モードからＰＭ排出量低減モードに切換えるが、ＰＭ堆積量が第２閾値より多くなると、自動的に、通常モードからＰＭ排出量低減モードに切換えてもよい。
【００８２】
図１０はモード切換機能４１ｂの演算処理の内容を示すフローチャートである。
【００８３】
モード切換機能４１ｂは、通常時には通常モードを設定し（ステップＳ３１０）、通常モードにおいて、ＰＭ堆積量が第２閾値より多いかどうかを判定し（ステップＳ３２０Ａ）、ＰＭ堆積量が第２閾値より多いと判定すると、ＰＭ排出量低減モードを設定する（ステップＳ３３０）。ＰＭ堆積量が第２閾値より多くないと判定する場合、通常モードを維持する。
【００８４】
ＰＭ排出量低減モードにおいて、手動再生スイッチ３７がＯＮ位置にあるかどうかを判定し（ステップＳ３４０）、手動再生スイッチ３７がＯＮ位置にあると判定すると、通常モードに戻る（ステップＳ３１０）。手動再生スイッチ３７がＯＮにないと判定する場合、ＰＭ排出量低減モードを維持する。
【００８５】
〜動作〜
第２実施形態の排気ガス浄化システムの動作を説明する。
【００８６】
トンネル現場での作業では粉塵等が発生しやすく、ＰＭがフィルタに堆積する。自動再生が禁止されたり、良好な自動再生が行われなかったり等の理由で、ＰＭ堆積量が第２閾値より多くなると、手動再生を促す警告がされる。（Ｓ１００→Ｓ１１０→Ｓ２１０）。
【００８７】
しかし、周囲に可燃物が有り引火のおそれがあるとオペレータが判断し、手動再生スイッチ３７をＯＮ位置に操作しなければ、手動再生は開始しない。
【００８８】
このとき、モード切換機能４１ｂは通常モードからＰＭ排出量低減モードに切換える（Ｓ３１０→Ｓ３２０Ａ→Ｓ３３０）。再生がおこなわれないためＰＭ堆積は継続するが、ＰＭ排出量は低減する。これにより、ＰＭ堆積量が限界値に達するまでの時間を延長できる。
【００８９】
オペレータは最小限の作業を完了させるか、直ちに作業を終了して、トンネル外の再生可能場所まで油圧ショベルを移動させる。そして、周囲の安全を確認し、手動再生スイッチ３７をＯＮ位置に操作すると、モード切換機能４１ｂはＰＭ排出量低減モードから通常モードに戻す（Ｓ３３０→Ｓ３４０→Ｓ３１０）。
【００９０】
同時に、手動再生が開始する（Ｓ２２０→Ｓ２３０）。良好な再生がおこなわれてＰＭ堆積量が第４閾値より少なくなると、手動再生は終了する（Ｓ２４０→Ｓ２５０→Ｓ２６０）。
【００９１】
再生終了後、オペレータはトンネル現場での作業を再開する。
【００９２】
〜効果〜
第２実施形態の排気ガス浄化システムの効果を説明する。
【００９３】
上述したように、ＰＭ堆積量が第２閾値より多くなり、手動再生を促す警告がされても、手動再生スイッチ３７をＯＮ位置に操作しなければ、再生がおこなわれないためＰＭ堆積は継続する。ここで、モード切換機能４１ｂは通常モードを維持したと仮想する。やがてＰＭ堆積量が限界値（第３閾値）に達するが、ＰＭ排出量の指標値の大きい第1動作ポイントが選択され、仮想到達時刻が早いと、油圧ショベルを再生可能場所まで移動させることができない。
【００９４】
本実施形態では、ＰＭ堆積量が第２閾値より多くなると、通常モードからＰＭ排出量低減モードに切換える。ＰＭ排出量低減モードにおいてＰＭ排出量の指標値の小さい第２動作ポイントが選択され、ＰＭ排出量は低減し、ＰＭ堆積量が限界値に達するまでの時間を延長できる。
【００９５】
〜変形例〜
本実施形態では、一例として、ＰＭ堆積量が第２閾値より多くなると切換制御がおこなわれるとしたが、閾値は第３閾値以下であれば、任意に設定可能である。たとえば、ＰＭ堆積量が第１閾値より多くなると切換制御がおこなわれるようにすれば、更にＰＭ堆積量が限界値に達するまでの時間を延長できる。
【００９６】
<第３実施形態>
〜構成と制御〜
モード切換機能４１ｂは、第１実施形態において半手動（半自動）的な切換制御をおこない、第２実施形態において自動的な切換制御をおこなうが、オペレータの判断に基づく手動的な切換制御をおこなってもよい。
【００９７】
モード切換操作手段として、手動再生スイッチ３７や再生禁止スイッチ３８と同様なモード切換スイッチを油圧ショベルのキャビン１０７内のオペレータが操作しやすい位置に設けてもよいが、本実施形態では、図１１に示す表示装置６に表示されるＰＭ排出モード設定画面６ｃにおいて、ＰＭ排出モードを設定する。ＰＭ排出モード設定画面６ｃは、「通常モード」項目と「ＰＭ排出量低減モード」項目とから構成され、各項目は操作スイッチ６ｂの上下ボタンの操作により選択可能である。
【００９８】
図１２はモード切換機能４１ｂの演算処理の内容を示すフローチャートである。
【００９９】
モード切換機能４１ｂは、通常時には通常モードを設定し（ステップＳ３１０）、通常モードにおいて、「ＰＭ排出量低減モード」項目が選択されたかどうかを判定し（ステップＳ３２０Ｂ）、「ＰＭ排出量低減モード」項目が選択されたと判定すると、ＰＭ排出量低減モードを設定する（ステップＳ３３０）。「ＰＭ排出量低減モード」項目が選択されていないと判定する場合、通常モードを維持する。
【０１００】
ＰＭ排出量低減モードにおいて、「通常モード」項目が選択されたかどうかを判定し（ステップＳ３４０Ｂ）、「通常モード」項目が選択されたと判定すると、通常モードに戻る（ステップＳ３１０）。「通常モード」項目が選択されていないと判定する場合、ＰＭ排出量低減モードを維持する。
【０１０１】
〜動作〜
第３実施形態の排気ガス浄化システムの動作を説明する。
【０１０２】
屋内での木材チップの運搬作業では粉塵等が発生しやすく、ＰＭがフィルタに堆積しやすい。一方、作業エリアが著しく狭く周囲に可燃物が有り引火のおそれがあり、再生をおこなうこと自体が好ましくない場合もありうる。再生禁止スイッチ３８により再生を禁止することも有効な手段であるが、再生を禁止するとすぐにＰＭ堆積量が限界値に達する。
【０１０３】
このような作業環境においては、屋内での作業を開始する前に、オペレータはＰＭ排出モード設定画面６ｃを介してＰＭ排出量低減モードに設定する。モード切換機能４１ｂは通常モードからＰＭ排出量低減モードに切換える（Ｓ３１０→Ｓ３２０Ｂ→Ｓ３３０）。
【０１０４】
ＰＭ排出量低減モードにおいては、通常モードに比べＰＭ排出量が低減するため、ＰＭ堆積量も低減する。そして、ＰＭ堆積量が第１閾値に達しなければ自動再生は開始しない（Ｓ１００→Ｓ１１０→Ｓ１２０→Ｓ１００）。
【０１０５】
オペレータは自動再生が開始する前に所定の作業を完了させ、屋外の再生可能場所まで油圧ショベルを移動させる。そして、ＰＭ排出モード設定画面６ｃを介して通常モードに設定すると、モード切換機能４１ｂはＰＭ排出量低減モードから通常モードに戻す（Ｓ３３０→Ｓ３４０Ｂ→Ｓ３１０）。
【０１０６】
その後、通常モードにおいて、屋外の作業を行い、ＰＭ堆積量が第１閾値より多くなれば、自動再生が開始し（Ｓ１００→Ｓ１１０→Ｓ１２０→Ｓ１３０）、良好な再生がおこなわれてＰＭ堆積量が第４閾値より少なくなると、自動再生は終了する（Ｓ１４０→Ｓ１５０→Ｓ１６０）。
【０１０７】
〜効果〜
第３実施形態の排気ガス浄化システムの効果を説明する。図１３は第３実施形態の排気ガス浄化システムの効果を説明する為に示すＰＭ堆積量の時間経過を示す図である。
【０１０８】
モード切換機能４１ｂは通常モードを維持したと仮想する。通常モードにおいてＰＭ排出量の指標値の大きい第1動作ポイントが選択される。ＰＭが堆積し第１閾値より多くなれば自動再生が開始する。このときの仮想履歴を破線で示す。仮想自動再生開始時刻が早いと、油圧ショベルが屋内作業中に仮想自動再生開始時刻になり、充分な屋内での作業時間を確保できない。
【０１０９】
本実施形態では、屋内作業前にＰＭ排出モード設定画面６ｃを介してＰＭ排出量低減モードに設定する。ＰＭ排出量低減モードにおいてＰＭ排出量の指標値の小さい第２動作ポイントが選択され、ＰＭ排出量は低減し、ＰＭ堆積量が第１閾値に達するまでの時間を延長できる。このときの履歴を実線で示す。
【０１１０】
これにより、充分な屋内での作業時間を確保でき、自動再生が開始する前に作業を完了することができる。
【符号の説明】
【０１１１】
１ ディーゼルエンジン
１ａ 電子ガバナ
２ エンジンコントロールダイヤル
３ 回転数検出装置
４ 制御装置
６ 表示装置
６ａ 表示画面
６ｂ 操作スイッチ
６ｃ ＰＭ排出モード設定画面
３１ 排気管
３２ フィルタ
３３ 酸化触媒
３４ ＤＰＦ装置
３５ 排気温度検出装置
３６ 差圧検出装置
３７ 手動再生スイッチ
３８ 再生禁止スイッチ
３９ 再生用燃料噴射装置
４１ 車体制御装置
４１ａ 再生制御機能
４１ｂ モード切換機能
４２ 表示制御装置
４３ エンジン制御装置
４４ 通信ライン
１００ 下部走行体
１０１ 上部旋回体
１０２ フロント作業機
１０３ａ，１０３ｂ クローラ式走行装置
１０４ａ，１０４ｂ 走行モータ
１０５ 旋回モータ
１０６ エンジンルーム
１０７ 運転室
１０８ 運転席
１１１ ブーム
１１２ アーム
１１３ バケット
１１４ ブームシリンダ
１１５ アームシリンダ
１１６ バケットシリンダ
【技術分野】
【０００１】
本発明は排気ガス浄化システムに係わり、特に、フィルタにより排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集して排気ガスを浄化するとともに、適宜フィルタに捕集した粒子状物質を焼却除去し、フィルタを再生させる排気ガス浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
油圧ショベル等の作業車両はその駆動源としてディーゼルエンジンを搭載しているが、このディーゼルエンジンから排出される粒子状物質（ＰＭ：パティキュレート・マター：以下ＰＭとする）の排出量は、ＮＯｘ、ＣＯ、ＨＣ等とともに年々規制が強化されてきている。このような規制に対して、ＰＭをディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ：Diesel Particulate Filter ）と呼ばれるフィルタで捕集して、外部へ排出される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。この排気ガス浄化システムでは、フィルタのＰＭ堆積量が増加してくるとフィルタは目詰まりを起こしてゆき、そのことによりエンジンの排圧が上昇し、燃費の悪化等を誘発するため、フィルタに捕集したＰＭを適宜燃焼してフィルタの目詰まりを除去し、フィルタを再生している。
【０００３】
フィルタの再生は、通常、酸化触媒を用いることにより行われる。酸化触媒はフィルタの上流側に配置される場合と、フィルタに直接担持される場合と、その両方の場合とがあるが、いずれの場合も酸化触媒を活性化するためには、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以上に上昇させる強制再生と呼ばれる技術がある。この強制再生には、エンジンの筒内主噴射後の膨張行程において燃料を噴射する副噴射（後噴射）を行って排気ガスを昇温する手法、排気管に設けた再生用燃料噴射装置により排気管を流れる排気ガス中に燃料を噴射して排気ガスを昇温する手法等がある。
【０００４】
また、フィルタの強制再生にはオペレータの操作入力により再生を開始する手動再生と、自動的に再生を開始する自動再生とがある。手動再生は以下のように行われる。まず、フィルタのＰＭ堆積量（蓄積量）を推定し、そのＰＭ堆積量が予め設定した閾値に到達すると、手動再生を行う旨をオペレータに警告する。オペレータが手動再生スイッチを操作すると、再生が開始する。特許文献１には、手動再生に係る技術が開示されている。一方、ＰＭ堆積量が閾値に到達するか、予め設定した所定時間が経過すると、自動再生が行われる。特許文献２には、自動再生に係る技術が開示されている。手動再生、自動再生とも、ＰＭ堆積量は、フィルタの前後差圧を検出し、この差圧の検出値に基づいて演算することにより求めるのが一般的である。
【０００５】
ところで、ホイールローダや油圧ショベル等の作業車両は、周囲に可燃物が存在する環境で作業することもある。例えば、そのような作業として、屋内での木材チップの運搬作業や、粉塵等が発生する解体作業などがある。フィルタを強制再生する際には、排気温度が所定の時間（例えば数分間）にわたって高温に保持されるので、上記のような環境でフィルタを強制再生すると、引火のおそれがあり危険である。
【０００６】
このような状況で手動再生においては、オペレータの判断により手動再生スイッチを操作せず、周囲に可燃物がない場所（再生可能場所）まで作業車両を移動させ、安全を確保して手動再生を開始する。
【０００７】
自動再生においては、再生禁止手段を設け、オペレータの判断により再生禁止手段を操作して自動再生を禁止し、周囲に可燃物がない場所（再生可能場所）まで作業車両を移動させ、安全を確保して再生禁止を解除し、自動再生を再開する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開第ＷＯ２００９／０６０７１９号公報
【特許文献２】特開２００９−７９５００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
例えば、トンネル現場での作業のように、再生可能場所まで長距離の移動を要する場合もある。作業車両を再生可能場所まで移動させる間にも、更にＰＭが堆積する。排気ガス浄化システムは、ＰＭ堆積量が限界値を超えたと判断すると、異常燃焼に由来するフィルタの溶損を防止するため、自動再生、手動再生とも禁止している。つまり、オペレータは手動再生できず、かつ作業車両を移動させることもできないという状況も考えられる。この場合、オペレータはメンテナンスを頼むしかなく、以降の作業に支障をきたす。
【００１０】
このような課題に対し本願出願人は先行出願において、自動再生制御が禁止されると、再生禁止状態にある旨と、ＰＭ堆積量画面と、残り使用可能予測時間とを追加表示する排気ガス浄化システムを提案している（特願２００９−１８４７１４）。オペレータは、表示画面を見ながら、ＰＭ堆積量が限界値に達するまでの時間を予測し、適切な作業計画を立て、かつ随時作業計画を修正する。これにより、ＰＭ堆積量が限界値に達する前に、オペレータは作業車両を再生可能場所まで移動させることができる。
【００１１】
しかし、この先行技術は、ＰＭ堆積量が限界値に達するまでの時間を延長するものではない。オペレータの立てた作業計画が不適切であると、作業車両を再生可能場所まで移動させる前に、ＰＭ堆積量が限界値に達する可能性もある。
【００１２】
本発明の目的は、ＰＭ堆積量が限界値に達するまでの時間を延長できる排気ガス浄化システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、ディーゼルエンジンと、このエンジンの排気系に配置され、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、このフィルタに堆積した粒子状物質を前記エンジンからの燃料噴射により焼却除去し、このフィルタを再生する再生手段と、前記エンジンの回転数とトルクとを制御する制御手段とを備える排気ガス浄化システムにおいて、前記制御手段は、車体操作性と燃費の観点から設定される第1回転数と第1トルクの組み合わせである第1動作ポイントを選択する通常モードと、排気ガス中に含まれる粒子状物質の排出量低減の観点から設定される第２回転数と第２トルクの組み合わせである第２動作ポイントを選択する粒子状物質排出量低減モードとを切換えるモード切換機能を有する。
【００１４】
このように、モード切換機能が通常モードから粒子状物質排出量低減モードに切換え、エンジンの動作ポイントが第１ポイントから第1動作ポイントよりも粒子状物質排出量の少ない第２ポイントに移ることにより、粒子状物質排出量は低減し、粒子状物質堆積量が限界値に達するまでの時間を延長できる。
【００１５】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記再生手段の作動を禁止する再生禁止手段を更に備え、前記モード切換機能は、前記再生禁止手段が作動すると、前記通常モードから前記粒子状物質排出量低減モードに切換える。
【００１６】
これにより、再生禁止手段の作動に伴って半自動的に、粒子状物質排出量を低減できる。
【００１７】
（３）上記（１）において、好ましくは、前記フィルタに堆積した粒子状物質の堆積量を推定する堆積量推定手段を更に備え、前記モード切換機能は、前記堆積量推定手段が推定する堆積量が所定の閾値より多くなると、前記通常モードから前記粒子状物質排出量低減モードに切換える。
【００１８】
これにより、堆積量が閾値より多くなると自動的に、粒子状物質排出量を低減できる。
【００１９】
（４）上記（１）において、好ましくは、前記通常モードと前記粒子状物質排出量低減モードとの切換操作を指令する切換操作手段を更に備え、前記モード切換機能は、前記切換操作手段が前記通常モードから前記粒子状物質排出量低減モードに切換えるように操作されると、前記通常モードから前記粒子状物質排出量低減モードに切換える。
【００２０】
オペレータの判断に基づく切換操作手段の操作に伴って手動的に、粒子状物質排出量を低減できる。
【００２１】
（４）上記（１）において、好ましくは、前記モード切換機能は、前記第２動作ポイントを設定するマップを有する。
【００２２】
これにより、マップに基づき、第1動作ポイントよりも粒子状物質排出量の少ない第２ポイントを選択できる。
【００２３】
（５）上記（１）において、好ましくは、前記第１動作ポイントと前記第２動作ポイントとは同じ等馬力線上にある。
【００２４】
これにより、操作性や燃費に対する影響は、等馬力線上にない場合に比べて少ない。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、ＰＭ堆積量が限界値に達するまでの時間を延長できる。これにより、確実に作業車両を再生可能場所まで移動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】排気ガス浄化システムの全体構成を示す図である（第１実施形態）。
【図２】制御装置４の詳細を示す図である。
【図３】油圧ショベルの外観を示す図である。
【図４】車体制御装置４１の再生制御機能４１ａの演算処理の内容を示すフローチャートである。
【図５】フィルタ３２の圧力損失ΔＰ（前後差圧）とＰＭの堆積量Ｗの関係を示す図である。
【図６】車体制御装置４１のモード切換機能４１ｂの演算処理の内容を示すフローチャートである。
【図７】ＰＭ排出マップの一例である。
【図８】通常モードからＰＭ排出量低減モードへの切換制御の一例を説明する図である。
【図９】ＰＭ堆積量の時間経過を示す図である。
【図１０】モード切換機能４１ｂの演算処理の内容を示すフローチャートである（第２実施形態）。
【図１１】表示装置６に表示されるＰＭ排出モード設定画面６ｃである。
【図１２】モード切換機能４１ｂの演算処理の内容を示すフローチャートである（第３実施形態）。
【図１３】ＰＭ堆積量の時間経過を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
<第１実施形態>
以下、本発明の第１実施形態を図面を用いて説明する。
【００２８】
〜構成〜
図１は第１実施形態に係わる排気ガス浄化システムの全体構成を示す図である。
【００２９】
図１において、本実施の形態に係わる作業車両は例えば油圧ショベルであり、この油圧ショベルは、電子ガバナ１ａ（電子制御式の燃料噴射制御装置）を備えたディーゼルエンジン（以下単にエンジンという）１を有している。エンジン１の目標回転数は、油圧ショベルのキャビン（運転室）１０７（図４参照）内に設けられたエンジンコントロールダイヤル２により指令され、エンジン１の実回転数は回転数検出装置３により検出される。エンジンコントロールダイヤル２の指令信号及び回転数検出装置３の検出信号は制御装置４に入力され、制御装置４はその指令信号（目標回転数）と検出信号（実回転数）とに基づいて電子ガバナ１ａを制御し、エンジン１の回転数とトルクを制御する。
【００３０】
排気ガス浄化システムは、上記のような作業車両（油圧ショベル）に搭載され、エンジン１の排気系を構成する排気管３１に配置され、排気ガスに含まれる粒子状物質（ＰＭ）を捕集するフィルタ３２及びフィルタ３２の上流側に配置された酸化触媒３３を含むＤＰＦ装置３４と、排気温度検出装置３５と、フィルタ３２の圧力損失（フィルタ３２の上流側と下流側の前後差圧）を検出する差圧検出装置３６と、手動再生スイッチ３７と、再生禁止スイッチ３８と、排気管３１のエンジン１とＤＰＦ装置３４との間に設けられた再生用燃料噴射装置３９とを備えている。
【００３１】
再生用燃料噴射装置３９は排気ガスの温度を上昇させ、フィルタ３２に堆積したＰＭを焼却除去するフィルタ３２の再生手段を構成している。手動再生スイッチ３７、再生禁止スイッチ３８は、油圧ショベルのキャビン１０７内のオペレータが操作しやすい位置に配置されている。手動再生スイッチ３７は再生用燃料噴射装置３９の作動開始（フィルタ３２の再生制御開始）を指示する操作手段であり、手動再生スイッチ３７がＯＮ位置に操作されると再生制御の開始を指示する指令信号が出力される。再生禁止スイッチ３８は再生用燃料噴射装置３９の作動禁止（フィルタ３２の再生制御禁止）を指示する操作手段であり、再生禁止スイッチ３８がＯＮ位置に操作されると再生制御の禁止を指示する指令信号が出力される。
【００３２】
なお、手動再生スイッチ３７、再生禁止スイッチ３８は、表示装置６（後述）に表示される設定画面であってもよい。操作スイッチ６ｂを操作してＯＮ／ＯＦＦを設定する。
【００３３】
制御装置４は、手動再生スイッチ３７、再生禁止スイッチ３８からの指令信号を入力し、これらの指令信号や、差圧検出装置３６からの検出信号、上記エンジンコントロールダイヤル２からの指令信号及び回転数検出装置３の検出信号に基づいて再生制御の演算処理を行い、その演算結果に応じて電子ガバナ１ａ及び再生用燃料噴射装置３９を制御する。また、制御装置４は、回転数検出装置３、差圧検出装置３６、手動再生スイッチ３７、再生禁止スイッチ３８からの各種信号が示す情報や制御装置４の再生制御の演算処理結果を表示信号として表示装置６に送り、それら情報を表示画面６ａに表示させる。
【００３４】
表示装置６は、油圧ショベルのキャビン１０７内のオペレータが見やすい位置に配置され、本来、燃料残量、冷却水温等の油圧ショベルの車体基本情報を表示するものである。表示装置６は、表示画面６ａと操作スイッチ６ｂを有し、制御装置４の表示制御装置４２（後述）により制御される。操作スイッチ６ｂは表示画面６ａの下側に配置され、操作スイッチ６ｂを操作することにより車体基本情報以外の車体情報も選択的に表示する。更に適宜、自動再生制御中である旨、手動再生スイッチ３７の操作を促す警告等、車体情報のうち再生に係る情報も表示する。
【００３５】
図２は制御装置４の詳細を示す図である。制御装置４は、再生制御機能４１ａとモード切換機能４１ｂを含む車体制御装置４１と、表示制御装置４２と、エンジン制御装置４３とを有し、これら制御装置４１〜４３は通信ライン４４を介して相互に接続され、車体ネットワークを構成している。エンジンコントロールダイヤル２の指令信号、差圧検出装置３６の検出信号、手動再生スイッチ３７、再生禁止スイッチ３８からの指令信号は車体制御装置４１に入力され、回転数検出装置３の検出信号はエンジン制御装置４３に入力される。
【００３６】
エンジン制御装置４３は、エンジンコントロールダイヤル２の指令信号を通信ライン４４を介して受信し、この指令信号と回転数検出装置３の検出信号に基づいて上記のようにエンジン１の回転数とトルクを制御する。制御の詳細については後述する。
【００３７】
車体制御装置４１は、油圧ショベルの油圧システム（図示せず）全般を制御するものであり、例えば、操作レバーの操作量を検出し、その操作量に応じた流量を吐出するように油圧ポンプの傾転角（容量）を制御する。更に、車体制御装置４１は再生制御機能４１ａを有し、再生制御機能４１ａは差圧検出装置３６の検出信号（圧力損失）に基づいて、このフィルタ３２に堆積したＰＭ堆積量を推定し、通信ライン４４を介して受信した回転数検出装置３の検出信号、エンジンコントロールダイヤル２の指令信号、手動再生スイッチ３７、再生禁止スイッチ３８からの指令信号に基づいて再生制御の演算処理を行い、その演算結果に応じた制御信号を通信ライン４４を介してエンジン制御装置４３に送信し、エンジン制御装置４３はその制御信号に応じて電子ガバナ１ａ及び再生用燃料噴射装置３９を制御する。
【００３８】
本実施形態の特徴的構成であるモード切換機能４１ｂは車体制御装置４１の一機能であり、状況に応じて最適なエンジン回転数とトルクの組み合わせである動作ポイントを選択し、その結果を通信ライン４４を介してエンジン制御装置４３に送信する。制御の詳細については後述する。
【００３９】
表示制御装置４２は、回転数検出装置３、差圧検出装置３６、手動再生スイッチ３７、再生禁止スイッチ３８からの各種信号や強制再生制御の演算処理結果を通信ライン４４を介して受信し、上記のようにこれら信号情報や演算処理結果を表示信号として表示装置６に送り、それら情報を表示画面６ａに表示する。
【００４０】
図３は作業車両の一例である油圧ショベルの外観を示す図である。油圧ショベルは下部走行体１００と上部旋回体１０１とフロント作業機１０２を備えている。下部走行体１００は左右のクローラ式走行装置１０３ａ，１０３ｂを有し、左右の走行モータ１０４ａ，１０４ｂにより駆動される。上部旋回体１０１は旋回モータ１０５により下部走行体１００上に旋回可能に搭載され、フロント作業機１０２は上部旋回体１０１の前部に俯仰可能に取り付けられている。上部旋回体１０１にはエンジンルーム１０６、キャビン（運転室）１０７が備えられ、エンジンルーム１０６にエンジン１が配置され、キャビン１０７内の適所にエンジンコントロールダイヤル２、表示装置６、手動再生スイッチ３７、再生禁止スイッチ３８が設置されている。
【００４１】
フロント作業機１０２はブーム１１１、アーム１１２、バケット１１３を有する多関節構造であり、ブーム１１１はブームシリンダ１１４の伸縮により上下方向に回動し、アーム１１２はアームシリンダ１１５の伸縮により上下、前後方向に回動し、バケット１１３はバケットシリンダ１１６の伸縮により上下、前後方向に回動する。
【００４２】
なお、作業車両はホイルローダでもホイール式油圧ショベルでもよい。
【００４３】
〜制御〜
〈再生制御〉
図４は車体制御装置４１の再生制御機能４１ａの演算処理の内容を示すフローチャートである。再生制御機能４１ａは、自動再生制御機能と手動再生制御機能とを有している。
【００４４】
図４において、再生制御機能４１ａは、まず、再生禁止スイッチ３８が操作された（再生禁止スイッチＯＮ）かどうかを判定し（ステップＳ１００）、再生禁止スイッチ３８が操作されていない（再生禁止スイッチＯＦＦ）と判定すると、差圧検出装置３６の検出信号に基づいた推定堆積量が手動再生開始値である第２閾値より多いかどうかを判定し（ステップＳ１１０）、推定堆積量が第２閾値より多くないと判定すると、推定堆積量が自動再生開始値である第１閾値より多いかどうかを判定する（ステップＳ１２０）。
【００４５】
ステップＳ１２０において、推定堆積量が第１閾値より多くないと判定すると、スタート直後の手順に戻り、再生禁止スイッチ３８が操作されるか、推定堆積量が第１閾値または第２閾値より多くなるまで、ステップＳ１００，Ｓ１１０，Ｓ１２０の処理を繰り返す。
【００４６】
ステップＳ１２０において、推定堆積量が第１閾値より多いと判定すると、自動再生制御を開始する（ステップＳ１３０）。自動再生制御中に、再生禁止スイッチ３８が操作された（再生禁止スイッチＯＮ）かどうかを判定し（ステップＳ１４０）、再生禁止スイッチ３８が操作されていない（再生禁止スイッチＯＦＦ）と判定すると、推定堆積量が再生終了値である第４閾値より少なくなったかどうかを判定し（ステップＳ１５０）、推定堆積量が第４閾値より少なくなったと判定すると、自動再生制御を停止し（ステップＳ１６０）、演算処理を終了する（ステップＳ１７０）。ステップＳ１５０において、推定堆積量が第４閾値より少なくないと判定すると、再生禁止スイッチ３８が操作されるか、推定堆積量が第４閾値より少なくなるまで、ステップＳ１４０，Ｓ１５０の処理を繰り返す。
【００４７】
ステップＳ１１０において、推定堆積量が第２閾値より多いと判定すると、オペレータに手動再生スイッチ３７の操作を促す警告信号を出力する（ステップＳ２１０）。なお、表示制御装置４２は、通信ライン４４を介して警告信号を入力し、手動再生を促す旨の警告を表示画面６ａに表示する。
【００４８】
手動再生スイッチ３７が操作された（再生開始スイッチＯＮ）かどうかを判定し（ステップＳ２２０）、手動再生スイッチ３７が操作されていない（再生開始スイッチＯＦＦ）と判定すると、スタート直後の手順に戻り、手動再生スイッチ３７が操作されるまで、ステップＳ１００，Ｓ１１０，Ｓ２１０，Ｓ２２０の処理を繰り返す。すなわち、手動再生スイッチ３７が操作されるまで、警告を表示する。
【００４９】
ステップＳ２２０において、手動再生スイッチ３７が操作された（再生開始スイッチＯＮ）と判定すると、手動再生制御を開始する（ステップＳ２３０）。手動再生制御中に、再生禁止スイッチ３８が操作された（再生禁止スイッチＯＮ）かどうかを判定し（ステップＳ２４０）、再生禁止スイッチ３８が操作されていない（再生禁止スイッチＯＦＦ）と判定すると、推定堆積量が再生終了値である第４閾値より少なくなったかどうかを判定し（ステップＳ２５０）、推定堆積量が第４閾値より少なくなったと判定すると、手動再生制御を停止し（ステップＳ２６０）、演算処理を終了する（ステップＳ１７０）。ステップＳ２５０において、推定堆積量が第４閾値より少なくないと判定すると、再生禁止スイッチ３８が操作されるか、推定堆積量が第４閾値より少なくなるまで、ステップＳ２４０，Ｓ２５０の処理を繰り返す。
【００５０】
ステップＳ１００において、再生禁止スイッチ３８が操作された（再生禁止スイッチＯＮ）と判定すると、演算処理を終了する（ステップＳ１７０）。ステップ１４０において、自動再生制御中に再生禁止スイッチ３８が操作された（再生禁止スイッチＯＮ）と判定すると、自動再生制御を停止し（ステップＳ１６０）、演算処理を終了する（ステップＳ１７０）。ステップ２４０において、手動再生制御中に再生禁止スイッチ３８が操作された（再生禁止スイッチＯＮ）と判定すると、手動再生制御を停止し（ステップＳ２６０）、演算処理を終了する（ステップＳ１７０）。
【００５１】
なお、再生制御機能４１ａは、ステップＳ１５０およびステップＳ２５０では、差圧検出装置３６の検出信号に基づいた推定堆積量が第４閾値より少なくなったかどうか判定して再生制御を終了しているが、再生制御時間が所定時間を経過したかどうかを判定して再生制御を終了してもよい。
【００５２】
ステップＳ１３０における自動再生制御およびステップＳ２３０における手動再生制御は、例えば次のように行う。まず、エンジン１の回転数を強制再生制御に適した所定の回転数Ｎａに制御する。強制再生制御に適した所定の回転数Ｎａとは、そのときの排気ガスの温度を酸化触媒３３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中速回転数である。この制御では、車体制御装置４１は、エンジン１の目標回転数をエンジンコントロールダイヤル２が指示する目標回転数（低速アイドル回転数）から所定の回転数Ｎａに切り換え、その所定の回転数Ｎａ（目標回転数）を通信ライン４４を介してエンジン制御装置４３に送信する。エンジン制御装置４３は、その目標回転数（所定の回転数Ｎａ）と回転数検出装置３により検出したエンジン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の回転数がその所定の回転数Ｎａとなるよう制御する。
【００５３】
次いで、排気温度検出装置３５により検出した排気ガス温度が所定の温度（酸化触媒３３の活性温度よりも高い温度）まで上昇したことが確認されると、再生用燃料噴射装置３９を制御して排気管３１内への燃料噴射を行う。排気管３１内に燃料噴射を行うことで未燃燃料が酸化触媒３３に供給され、その未燃燃料を酸化触媒３３によって酸化させ、そのときに得られる反応熱により排気ガス温度が更に上昇し、フィルタ３２に堆積したＰＭが焼却除去される。
【００５４】
ステップＳ１６０およびステップＳ２６０において強制再生制御を停止させるときは、目標回転数をエンジンコントロールダイヤル２が指示する目標回転数（低速アイドル回転数）に戻し、再生用燃料噴射装置３９の制御を停止させる。目標回転数をエンジンコントロールダイヤル２が指示する目標回転数（低速アイドル回転数）に戻す代わりに、エンジン１を停止させてもよい。
【００５５】
図５は、フィルタ３２の圧力損失ΔＰ（前後差圧）とＰＭの堆積量Ｗの関係を示す図である。圧力損失ΔＰとＰＭの堆積量Ｗとの関係は実験データに基づいて事前に決めておく。なお、図５では便宜上、圧力損失ΔＰとＰＭの堆積量Ｗとの関係を直線比例で示したが、実際の圧力損失ΔＰとＰＭの堆積量Ｗとの関係は直線比例ではない。フィルタ３２に堆積したＰＭ堆積量は差圧検出装置３６による圧力損失に基づいて推定される。フィルタ３２にＰＭが堆積していないときは、ＰＭ堆積の影響による圧力損失はなく、圧力損失ΔＰはΔＰ０であり、フィルタ３２にＰＭが堆積しその堆積量Ｗが増加するにしたがって差圧ΔＰは上昇する。
【００５６】
第１閾値は、自動再生制御を開始すべき堆積量に相当する値である。第２閾値は、オペレータに手動再生制御を促すべき堆積量に相当する値である。第３閾値は、再生可能な上限値（限界値）である。つまり、ＰＭが第３閾値より多く堆積した状態でＰＭの燃焼をするとフィルタの内部温度の異常上昇やそれに由来するフィルタの溶損といった問題を引起す可能性があるため、自動再生制御、手動再生制御とも停止される。第４閾値は、自動再生制御、手動再生制御とも終了したとみなせる堆積量に相当する値である。
【００５７】
再生制御と閾値の関係について説明する。第２閾値は、第１閾値より大きく設定されており、自動再生制御が手動再生制御に優先して行われる。しかし、諸因より自動再生制御によっても良好にＰＭを燃焼除去できずＰＭが更に堆積する場合もある。堆積量が第２閾値より多くなると、手動再生制御が行われる。ただし、堆積量が第３閾値より多くなると、自動再生制御も手動再生制御も行われない。良好にＰＭを燃焼除去でき堆積量が第４閾値より少なくなると、自動再生制御も手動再生制御も終了する。
【００５８】
〈モード切換制御〉
図６は車体制御装置４１のモード切換機能４１ｂの演算処理の内容を示すフローチャートである。
【００５９】
モード切換機能４１ｂは、通常時には通常モードを設定する（ステップＳ３１０）。
【００６０】
通常モードについて説明する。エンジン１の目標回転数はエンジンコントロールダイヤル２により指令され、この回転数において操作性や燃費の観点から最適なトルクが演算される。エンジンアイドル時にはエンジン１の回転数は低速アイドル回転数に、再生制御時には中速回転数Ｎａに切り換えられ、この回転数において操作性や燃費の観点から最適なトルクが演算される。その演算結果に応じた制御信号を通信ライン４４を介してエンジン制御装置４３に送信し、エンジン制御装置４３はその制御信号に応じて電子ガバナ１ａを制御する。
【００６１】
ステップＳ３１０の通常モードにおいて、再生禁止スイッチ３８がＯＮ位置にあるかどうかを判定し（ステップＳ３２０）、再生禁止スイッチ３８がＯＮ位置にあると判定すると、ＰＭ排出量低減モードを設定する（ステップＳ３３０）。再生禁止スイッチ３８がＯＮ位置にないと判定する場合、通常モードを維持する。
【００６２】
ＰＭ排出量低減モードについて説明する。
【００６３】
図7は、モード切換機能４１ｂが有するＰＭ排出マップの一例である。ＰＭ排出マップは、全負荷線の範囲内において、エンジン回転数とトルクとの組み合わせである動作ポイントごとに、実験結果に基づいてＰＭ排出量指標値をプロットしたコンター図である。ＰＭ排出量指標値は、排気ガスのスモーク透過率に基づいて定められ、指標値が大きくなればＰＭ排出量増を意味し、指標値が小さくなればＰＭ排出量減を意味する。Ｌ１は最も小さい指標値であり、Ｌ４は最も大きい指標値である。点線にて等量線を示し、Ｌ１〜Ｌ４にレベル分けする。
【００６４】
上述の通り、通常モードにおいて動作ポイントは操作性や燃費の観点から選択されており、ＰＭ排出量の多寡の観点は考慮されていない。通常モードで選択された第1動作ポイントにおけるＰＭ排出量が他の動作ポイントにおけるＰＭ排出量に比べて多い可能性もある。その場合、ＰＭ排出量低減モードにおいて、ＰＭ排出マップに基づき、第1動作ポイントよりもＰＭ排出量の少ない動作ポイントを第２動作ポイントとして選択する。
【００６５】
図８はモード切換機能４１ｂの通常モードからＰＭ排出量低減モードへの切換制御の一例を説明する図であり、図7に示すＰＭ排出マップの一部である。ＰＭ排出マップの拡大図に、破線で示す等馬力線ＨＰ０１〜０４を追加し、簡略化のためプロットを省略している。この例では、通常モードにおいて、操作性や燃費の観点から、エンジン回転数Ｎ１，トルクＴ１となる第1動作ポイントを選択している。第1動作ポイントにおけるＰＭ排出量の指標値はＬ３である。ＰＭ排出量低減モードに切り換わると、第１動作ポイントと同じ等馬力線ＨＰ０３上にあり、ＰＭ排出量の指標値はＬ２である第２動作ポイント（エンジン回転数Ｎ２（＜Ｎ１），トルクＴ２（＞Ｔ１））を選択する。
【００６６】
モード切換機能４１ｂは、第２動作ポイントに係る制御信号を通信ライン４４を介してエンジン制御装置４３に送信し、エンジン制御装置４３はその制御信号に応じて電子ガバナ１ａを制御する。
【００６７】
ステップＳ３３０のＰＭ排出量低減モードにおいて、再生禁止スイッチ３８がＯＦＦ位置にあるかどうかを判定し（ステップＳ３４０）、再生禁止スイッチ３８がＯＦＦ位置にあると判定すると、通常モードに戻る（ステップＳ３１０）。再生禁止スイッチ３８がＯＦＦ位置にないと判定する場合、ＰＭ排出量低減モードを維持する。
【００６８】
〜動作〜
第１実施形態の排気ガス浄化システムの動作を説明する。例えば、トンネル現場での作業を想定する。
【００６９】
トンネル現場での作業では粉塵等が発生しやすく、ＰＭがフィルタに堆積する。再生禁止スイッチ３８がＯＦＦ位置にあり、ＰＭ堆積量が第１閾値より多ければ、自動再生が開始する（Ｓ１００→Ｓ１１０→Ｓ１２０→Ｓ１３０）。
【００７０】
しかし、周囲に可燃物が有り引火のおそれがあるとオペレータが判断し、再生禁止スイッチ３８をＯＮ位置に操作すると、自動再生が停止する（Ｓ１４０→Ｓ１６０）。
【００７１】
このとき、モード切換機能４１ｂは通常モードからＰＭ排出量低減モードに切換える（Ｓ３１０→Ｓ３２０→Ｓ３３０）。再生がおこなわれないためＰＭ堆積は継続するが、ＰＭ排出量は低減する。これにより、ＰＭ堆積量が限界値に達するまでの時間を延長できる。
【００７２】
オペレータは最小限の作業を完了させるか、直ちに作業を終了して、トンネル外の再生可能場所まで油圧ショベルを移動させる。そして、周囲の安全を確認し、再生禁止スイッチ３８をＯＦＦ位置に操作すると、モード切換機能４１ｂはＰＭ排出量低減モードから通常モードに戻す（Ｓ３３０→Ｓ３４０→Ｓ３１０）。
【００７３】
このとき、ＰＭ堆積量が第１閾値より多い可能性が高く、自動再生が再開する（Ｓ１００→Ｓ１１０→Ｓ１２０→Ｓ１３０）。良好な再生がおこなわれてＰＭ堆積量が第４閾値より少なくなると、自動再生は終了する（Ｓ１４０→Ｓ１５０→Ｓ１６０）。
【００７４】
再生終了後、オペレータはトンネル現場での作業を再開する。
【００７５】
〜効果〜
第１実施形態の排気ガス浄化システムの効果を説明する。図９は第１実施形態の排気ガス浄化システムの効果を説明する為に示すＰＭ堆積量の時間経過を示す図である。
【００７６】
上述したように、再生禁止スイッチ３８をＯＮ位置に操作すると、再生がおこなわれないためＰＭ堆積は継続する。ここで、モード切換機能４１ｂは通常モードを維持したと仮想する。通常モードにおいて第１動作ポイントは操作性や燃費の観点から選択されており、ＰＭ排出量の多寡の観点は考慮されていない。図８の例では第1動作ポイントにおけるＰＭ排出量の指標値はＬ３である。ＰＭ堆積が継続すると、やがてＰＭ堆積量が限界値（第３閾値）に達する。このときの仮想履歴を破線で示す。仮想到達時刻が早いと、油圧ショベルの移動中に仮想到達時刻になり、油圧ショベルを再生可能場所まで移動させることができない。
【００７７】
本実施形態では、再生禁止スイッチ３８をＯＮ位置に操作すると、通常モードからＰＭ排出量低減モードに切換える。ＰＭ排出量低減モードにおいて第２動作ポイントが選択され、図８の例ではＰＭ排出量の指標値はＬ２である。説明の便宜の為、指標値がＰＭ排出量に比例すると仮定すると、ＰＭ排出量はおおよそ３割低減（Ｌ３→Ｌ２）し、ＰＭ堆積量が限界値（第３閾値）に達するまでの時間を延長できる。このときの履歴を実線で示す。
【００７８】
なお、ＰＭ排出量低減モードでは操作性や燃費の観点では好ましくない可能性もあるが、トンネル等の作業現場から再生可能場所へ移動する間のみであり、影響は限定的である。
【００７９】
また、第１動作ポイントと第２動作ポイントとは同じ等馬力線ＨＰ０３上にあるため、操作性や燃費に対する影響は、等馬力線上にない場合に比べて少ない。
【００８０】
〜変形例〜
本実施形態の動作において、第１動作ポイントと第２動作ポイントとは同じ等馬力線上にあることが好ましいが、等馬力線上にない場合でも、ＰＭ堆積量が限界値に達するまでの時間を延長できる。
【００８１】
<第２実施形態>
〜制御〜
第１実施形態において、モード切換機能４１ｂは、再生禁止スイッチ３８がＯＮ位置に操作されると、半手動（半自動）的に、通常モードからＰＭ排出量低減モードに切換えるが、ＰＭ堆積量が第２閾値より多くなると、自動的に、通常モードからＰＭ排出量低減モードに切換えてもよい。
【００８２】
図１０はモード切換機能４１ｂの演算処理の内容を示すフローチャートである。
【００８３】
モード切換機能４１ｂは、通常時には通常モードを設定し（ステップＳ３１０）、通常モードにおいて、ＰＭ堆積量が第２閾値より多いかどうかを判定し（ステップＳ３２０Ａ）、ＰＭ堆積量が第２閾値より多いと判定すると、ＰＭ排出量低減モードを設定する（ステップＳ３３０）。ＰＭ堆積量が第２閾値より多くないと判定する場合、通常モードを維持する。
【００８４】
ＰＭ排出量低減モードにおいて、手動再生スイッチ３７がＯＮ位置にあるかどうかを判定し（ステップＳ３４０）、手動再生スイッチ３７がＯＮ位置にあると判定すると、通常モードに戻る（ステップＳ３１０）。手動再生スイッチ３７がＯＮにないと判定する場合、ＰＭ排出量低減モードを維持する。
【００８５】
〜動作〜
第２実施形態の排気ガス浄化システムの動作を説明する。
【００８６】
トンネル現場での作業では粉塵等が発生しやすく、ＰＭがフィルタに堆積する。自動再生が禁止されたり、良好な自動再生が行われなかったり等の理由で、ＰＭ堆積量が第２閾値より多くなると、手動再生を促す警告がされる。（Ｓ１００→Ｓ１１０→Ｓ２１０）。
【００８７】
しかし、周囲に可燃物が有り引火のおそれがあるとオペレータが判断し、手動再生スイッチ３７をＯＮ位置に操作しなければ、手動再生は開始しない。
【００８８】
このとき、モード切換機能４１ｂは通常モードからＰＭ排出量低減モードに切換える（Ｓ３１０→Ｓ３２０Ａ→Ｓ３３０）。再生がおこなわれないためＰＭ堆積は継続するが、ＰＭ排出量は低減する。これにより、ＰＭ堆積量が限界値に達するまでの時間を延長できる。
【００８９】
オペレータは最小限の作業を完了させるか、直ちに作業を終了して、トンネル外の再生可能場所まで油圧ショベルを移動させる。そして、周囲の安全を確認し、手動再生スイッチ３７をＯＮ位置に操作すると、モード切換機能４１ｂはＰＭ排出量低減モードから通常モードに戻す（Ｓ３３０→Ｓ３４０→Ｓ３１０）。
【００９０】
同時に、手動再生が開始する（Ｓ２２０→Ｓ２３０）。良好な再生がおこなわれてＰＭ堆積量が第４閾値より少なくなると、手動再生は終了する（Ｓ２４０→Ｓ２５０→Ｓ２６０）。
【００９１】
再生終了後、オペレータはトンネル現場での作業を再開する。
【００９２】
〜効果〜
第２実施形態の排気ガス浄化システムの効果を説明する。
【００９３】
上述したように、ＰＭ堆積量が第２閾値より多くなり、手動再生を促す警告がされても、手動再生スイッチ３７をＯＮ位置に操作しなければ、再生がおこなわれないためＰＭ堆積は継続する。ここで、モード切換機能４１ｂは通常モードを維持したと仮想する。やがてＰＭ堆積量が限界値（第３閾値）に達するが、ＰＭ排出量の指標値の大きい第1動作ポイントが選択され、仮想到達時刻が早いと、油圧ショベルを再生可能場所まで移動させることができない。
【００９４】
本実施形態では、ＰＭ堆積量が第２閾値より多くなると、通常モードからＰＭ排出量低減モードに切換える。ＰＭ排出量低減モードにおいてＰＭ排出量の指標値の小さい第２動作ポイントが選択され、ＰＭ排出量は低減し、ＰＭ堆積量が限界値に達するまでの時間を延長できる。
【００９５】
〜変形例〜
本実施形態では、一例として、ＰＭ堆積量が第２閾値より多くなると切換制御がおこなわれるとしたが、閾値は第３閾値以下であれば、任意に設定可能である。たとえば、ＰＭ堆積量が第１閾値より多くなると切換制御がおこなわれるようにすれば、更にＰＭ堆積量が限界値に達するまでの時間を延長できる。
【００９６】
<第３実施形態>
〜構成と制御〜
モード切換機能４１ｂは、第１実施形態において半手動（半自動）的な切換制御をおこない、第２実施形態において自動的な切換制御をおこなうが、オペレータの判断に基づく手動的な切換制御をおこなってもよい。
【００９７】
モード切換操作手段として、手動再生スイッチ３７や再生禁止スイッチ３８と同様なモード切換スイッチを油圧ショベルのキャビン１０７内のオペレータが操作しやすい位置に設けてもよいが、本実施形態では、図１１に示す表示装置６に表示されるＰＭ排出モード設定画面６ｃにおいて、ＰＭ排出モードを設定する。ＰＭ排出モード設定画面６ｃは、「通常モード」項目と「ＰＭ排出量低減モード」項目とから構成され、各項目は操作スイッチ６ｂの上下ボタンの操作により選択可能である。
【００９８】
図１２はモード切換機能４１ｂの演算処理の内容を示すフローチャートである。
【００９９】
モード切換機能４１ｂは、通常時には通常モードを設定し（ステップＳ３１０）、通常モードにおいて、「ＰＭ排出量低減モード」項目が選択されたかどうかを判定し（ステップＳ３２０Ｂ）、「ＰＭ排出量低減モード」項目が選択されたと判定すると、ＰＭ排出量低減モードを設定する（ステップＳ３３０）。「ＰＭ排出量低減モード」項目が選択されていないと判定する場合、通常モードを維持する。
【０１００】
ＰＭ排出量低減モードにおいて、「通常モード」項目が選択されたかどうかを判定し（ステップＳ３４０Ｂ）、「通常モード」項目が選択されたと判定すると、通常モードに戻る（ステップＳ３１０）。「通常モード」項目が選択されていないと判定する場合、ＰＭ排出量低減モードを維持する。
【０１０１】
〜動作〜
第３実施形態の排気ガス浄化システムの動作を説明する。
【０１０２】
屋内での木材チップの運搬作業では粉塵等が発生しやすく、ＰＭがフィルタに堆積しやすい。一方、作業エリアが著しく狭く周囲に可燃物が有り引火のおそれがあり、再生をおこなうこと自体が好ましくない場合もありうる。再生禁止スイッチ３８により再生を禁止することも有効な手段であるが、再生を禁止するとすぐにＰＭ堆積量が限界値に達する。
【０１０３】
このような作業環境においては、屋内での作業を開始する前に、オペレータはＰＭ排出モード設定画面６ｃを介してＰＭ排出量低減モードに設定する。モード切換機能４１ｂは通常モードからＰＭ排出量低減モードに切換える（Ｓ３１０→Ｓ３２０Ｂ→Ｓ３３０）。
【０１０４】
ＰＭ排出量低減モードにおいては、通常モードに比べＰＭ排出量が低減するため、ＰＭ堆積量も低減する。そして、ＰＭ堆積量が第１閾値に達しなければ自動再生は開始しない（Ｓ１００→Ｓ１１０→Ｓ１２０→Ｓ１００）。
【０１０５】
オペレータは自動再生が開始する前に所定の作業を完了させ、屋外の再生可能場所まで油圧ショベルを移動させる。そして、ＰＭ排出モード設定画面６ｃを介して通常モードに設定すると、モード切換機能４１ｂはＰＭ排出量低減モードから通常モードに戻す（Ｓ３３０→Ｓ３４０Ｂ→Ｓ３１０）。
【０１０６】
その後、通常モードにおいて、屋外の作業を行い、ＰＭ堆積量が第１閾値より多くなれば、自動再生が開始し（Ｓ１００→Ｓ１１０→Ｓ１２０→Ｓ１３０）、良好な再生がおこなわれてＰＭ堆積量が第４閾値より少なくなると、自動再生は終了する（Ｓ１４０→Ｓ１５０→Ｓ１６０）。
【０１０７】
〜効果〜
第３実施形態の排気ガス浄化システムの効果を説明する。図１３は第３実施形態の排気ガス浄化システムの効果を説明する為に示すＰＭ堆積量の時間経過を示す図である。
【０１０８】
モード切換機能４１ｂは通常モードを維持したと仮想する。通常モードにおいてＰＭ排出量の指標値の大きい第1動作ポイントが選択される。ＰＭが堆積し第１閾値より多くなれば自動再生が開始する。このときの仮想履歴を破線で示す。仮想自動再生開始時刻が早いと、油圧ショベルが屋内作業中に仮想自動再生開始時刻になり、充分な屋内での作業時間を確保できない。
【０１０９】
本実施形態では、屋内作業前にＰＭ排出モード設定画面６ｃを介してＰＭ排出量低減モードに設定する。ＰＭ排出量低減モードにおいてＰＭ排出量の指標値の小さい第２動作ポイントが選択され、ＰＭ排出量は低減し、ＰＭ堆積量が第１閾値に達するまでの時間を延長できる。このときの履歴を実線で示す。
【０１１０】
これにより、充分な屋内での作業時間を確保でき、自動再生が開始する前に作業を完了することができる。
【符号の説明】
【０１１１】
１ ディーゼルエンジン
１ａ 電子ガバナ
２ エンジンコントロールダイヤル
３ 回転数検出装置
４ 制御装置
６ 表示装置
６ａ 表示画面
６ｂ 操作スイッチ
６ｃ ＰＭ排出モード設定画面
３１ 排気管
３２ フィルタ
３３ 酸化触媒
３４ ＤＰＦ装置
３５ 排気温度検出装置
３６ 差圧検出装置
３７ 手動再生スイッチ
３８ 再生禁止スイッチ
３９ 再生用燃料噴射装置
４１ 車体制御装置
４１ａ 再生制御機能
４１ｂ モード切換機能
４２ 表示制御装置
４３ エンジン制御装置
４４ 通信ライン
１００ 下部走行体
１０１ 上部旋回体
１０２ フロント作業機
１０３ａ，１０３ｂ クローラ式走行装置
１０４ａ，１０４ｂ 走行モータ
１０５ 旋回モータ
１０６ エンジンルーム
１０７ 運転室
１０８ 運転席
１１１ ブーム
１１２ アーム
１１３ バケット
１１４ ブームシリンダ
１１５ アームシリンダ
１１６ バケットシリンダ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルエンジンと、
このエンジンの排気系に配置され、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、
このフィルタに堆積した粒子状物質を前記エンジンからの燃料噴射により焼却除去し、このフィルタを再生する再生手段と、
前記エンジンの回転数とトルクとを制御する制御手段と
を備える排気ガス浄化システムにおいて、
前記制御手段は、車体操作性と燃費の観点から設定される第1回転数と第1トルクの組み合わせである第1動作ポイントを選択する通常モードと、排気ガス中に含まれる粒子状物質の排出量低減の観点から設定される第２回転数と第２トルクの組み合わせである第２動作ポイントを選択する粒子状物質排出量低減モードとを切換えるモード切換機能を有する
ことを特徴とする排気ガス浄化システム。
【請求項２】
請求項１記載の排気ガス浄化システムにおいて、
前記再生手段の作動を禁止する再生禁止手段を更に備え、
前記モード切換機能は、前記再生禁止手段が作動すると、前記通常モードから前記粒子状物質排出量低減モードに切換える
ことを特徴とする排気ガス浄化システム。
【請求項３】
請求項１記載の排気ガス浄化システムにおいて、
前記フィルタに堆積した粒子状物質の堆積量を推定する堆積量推定手段を更に備え、
前記モード切換機能は、前記堆積量推定手段が推定する堆積量が所定の閾値より多くなると、前記通常モードから前記粒子状物質排出量低減モードに切換える
ことを特徴とする排気ガス浄化システム。
【請求項４】
請求項１記載の排気ガス浄化システムにおいて、
前記通常モードと前記粒子状物質排出量低減モードとの切換操作を指令する切換操作手段を更に備え、
前記モード切換機能は、前記切換操作手段が前記通常モードから前記粒子状物質排出量低減モードに切換えるように操作されると、前記通常モードから前記粒子状物質排出量低減モードに切換える
ことを特徴とする排気ガス浄化システム。
【請求項５】
請求項１記載の排気ガス浄化システムにおいて、
前記モード切換機能は、前記第２動作ポイントを設定するマップを有する
ことを特徴とする排気ガス浄化システム。
【請求項６】
請求項１記載の排気ガス浄化システムにおいて、
前記第１動作ポイントと前記第２動作ポイントとは同じ等馬力線上にある
ことを特徴とする排気ガス浄化システム。
【請求項１】
ディーゼルエンジンと、
このエンジンの排気系に配置され、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、
このフィルタに堆積した粒子状物質を前記エンジンからの燃料噴射により焼却除去し、このフィルタを再生する再生手段と、
前記エンジンの回転数とトルクとを制御する制御手段と
を備える排気ガス浄化システムにおいて、
前記制御手段は、車体操作性と燃費の観点から設定される第1回転数と第1トルクの組み合わせである第1動作ポイントを選択する通常モードと、排気ガス中に含まれる粒子状物質の排出量低減の観点から設定される第２回転数と第２トルクの組み合わせである第２動作ポイントを選択する粒子状物質排出量低減モードとを切換えるモード切換機能を有する
ことを特徴とする排気ガス浄化システム。
【請求項２】
請求項１記載の排気ガス浄化システムにおいて、
前記再生手段の作動を禁止する再生禁止手段を更に備え、
前記モード切換機能は、前記再生禁止手段が作動すると、前記通常モードから前記粒子状物質排出量低減モードに切換える
ことを特徴とする排気ガス浄化システム。
【請求項３】
請求項１記載の排気ガス浄化システムにおいて、
前記フィルタに堆積した粒子状物質の堆積量を推定する堆積量推定手段を更に備え、
前記モード切換機能は、前記堆積量推定手段が推定する堆積量が所定の閾値より多くなると、前記通常モードから前記粒子状物質排出量低減モードに切換える
ことを特徴とする排気ガス浄化システム。
【請求項４】
請求項１記載の排気ガス浄化システムにおいて、
前記通常モードと前記粒子状物質排出量低減モードとの切換操作を指令する切換操作手段を更に備え、
前記モード切換機能は、前記切換操作手段が前記通常モードから前記粒子状物質排出量低減モードに切換えるように操作されると、前記通常モードから前記粒子状物質排出量低減モードに切換える
ことを特徴とする排気ガス浄化システム。
【請求項５】
請求項１記載の排気ガス浄化システムにおいて、
前記モード切換機能は、前記第２動作ポイントを設定するマップを有する
ことを特徴とする排気ガス浄化システム。
【請求項６】
請求項１記載の排気ガス浄化システムにおいて、
前記第１動作ポイントと前記第２動作ポイントとは同じ等馬力線上にある
ことを特徴とする排気ガス浄化システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−１０２６５３（Ｐ２０１２−１０２６５３Ａ）
【公開日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５１０２５（Ｐ２０１０−２５１０２５）
【出願日】平成２２年１１月９日（２０１０．１１．９）
【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２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月９日（２０１０．１１．９）
【出願人】（０００００５５２２）日立建機株式会社 (2,611)
【Ｆターム（参考）】
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