排気ガス浄化装置
【課題】 エンジンの軽負荷運転により排気ガスの温度が下がったときでも、粒子除去手段のフィルタを再生することができるようにする。
【解決手段】 排気管１０の下流側に流路切換弁３５を介して直列通路部３１と短絡通路部３４とを設ける。短絡通路部３４側では第１酸化触媒装置２２を排気管１０に短絡させて接続する。直列通路部３１側では、第１酸化触媒装置２２の上流側となる位置に屈曲パイプ３３を介して第２酸化触媒装置２８を直列に接続する。エンジン９の軽負荷運転により排気ガスの温度が下がっているときには、流路切換弁３５を短絡通路部３４から直列通路部３１側に切換える。これにより、エンジン９からの排気ガスを第２酸化触媒装置２８と第１酸化触媒装置２２とに流通させ、排気ガスの温度を高めた状態でフィルタ装置２５に導く構成とする。
【解決手段】 排気管１０の下流側に流路切換弁３５を介して直列通路部３１と短絡通路部３４とを設ける。短絡通路部３４側では第１酸化触媒装置２２を排気管１０に短絡させて接続する。直列通路部３１側では、第１酸化触媒装置２２の上流側となる位置に屈曲パイプ３３を介して第２酸化触媒装置２８を直列に接続する。エンジン９の軽負荷運転により排気ガスの温度が下がっているときには、流路切換弁３５を短絡通路部３４から直列通路部３１側に切換える。これにより、エンジン９からの排気ガスを第２酸化触媒装置２８と第１酸化触媒装置２２とに流通させ、排気ガスの温度を高めた状態でフィルタ装置２５に導く構成とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば油圧ショベル等の建設機械に搭載され、ディーゼルエンジン等の内燃機関による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に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、油圧ショベル等の建設機械は、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。また、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、前記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。
【０００３】
ここで、油圧ショベル等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。そして、この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、油圧ショベル等の建設機械には、エンジンの排気ガス通路を形成する排気管に排気ガス浄化装置が設けられている。
【０００４】
この排気ガス浄化装置は、例えば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装置（通常、Diesel Oxdation Catalyst、略してＤＯＣとも呼ばれている）と、該酸化触媒装置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フィルタ装置（通常、Diesel Particulate Filter、略してＤＰＦとも呼ばれている）等とからなる後処理装置を備えている（例えば、特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１８８４３２号公報
【特許文献２】特開２００３−１２０２７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述した従来技術では、排気ガス中の粒子状物質を捕集して除去するフィルタ装置の上流側に１つの酸化触媒装置を設けているだけであるため、例えばフィルタ装置のフィルタを再生するときに燃焼温度が不足することがあり、この場合には、前記フィルタに付着して堆積した粒子状物質を十分に燃焼することができず、当該フィルタの連続再生作業が難しくなってしまう。
【０００７】
特に、所謂標準機と呼ばれる中型の油圧ショベルよりも小型で、コンパクトな構造となった小旋回式（小型）の油圧ショベルの場合は、例えば土砂の掘削力、走行能力等が相対的に小さく、エンジンを軽負荷状態で運転することが多いので、例えば排気ガスの温度が２５０℃よりも下がってしまう。このため、前記酸化触媒を通過した後にフィルタ装置内に流入する排気ガスの温度を所要の温度まで上昇させるのが難しくなり、フィルタに堆積した粒子状物質を燃焼させてフィルタを再生することが困難になるという問題がある。
【０００８】
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、本発明の目的は、エンジンの軽負荷運転により排気ガスの温度が下がったときでも、フィルタ装置のフィルタに付着し堆積した粒子状物質を燃焼させてフィルタを再生することができ、排気ガスの浄化処理を安定して行うことができるようにした排気ガス浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決するために、本発明は、建設機械の車体に搭載されたエンジンの排気ガス通路に、排気ガス中の成分を酸化するための一の酸化触媒装置と、該一の酸化触媒装置の下流側に配置され前記排気ガス中の粒子状物質を捕集して除去するフィルタ装置とを設けてなる排気ガス浄化装置に適用される。
【００１０】
そして、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、前記排気ガス通路の途中には、前記一の酸化触媒装置の上流側に位置して前記排気ガス中の成分を酸化する他の酸化触媒装置と、該他の酸化触媒装置と前記一の酸化触媒装置とに対する排気ガスの流れを選択的に切換える流路切換弁とを設け、該流路切換弁は、前記エンジンから排出される排気ガスの温度が予め決められた基準温度よりも低いときに排気ガスを前記他の酸化触媒装置を経由して前記一の酸化触媒装置に流通させ、排気ガスの温度が前記基準温度を越えるときには、前記他の酸化触媒装置に対する排気ガスの流れを遮断し前記一の酸化触媒装置に排気ガスを流通させる構成としたことにある。
【００１１】
また、請求項２の発明によると、前記排気ガス通路は、前記一の酸化触媒装置と他の酸化触媒装置とが直列に接続される直列通路部と、前記他の酸化触媒装置を介することなく前記一の酸化触媒装置と短絡的に接続される短絡通路部とを有する構成とし、前記流路切換弁は、前記直列通路部と短絡通路部とのいずれか一方に前記エンジンからの排気ガスを流通させる構成としている。
【００１２】
さらに、請求項３の発明によると、前記基準温度は、２４０〜２８０℃の範囲内にある温度としている。
【発明の効果】
【００１３】
上述の如く、請求項１の発明によれば、エンジンから排出される排気ガスの温度が基準温度よりも低いときには、この排気ガスを他の酸化触媒装置を経由して一の酸化触媒装置に流通させるため、２つの酸化触媒装置により排気ガスは大きな絞り抵抗を受けて圧損が増大し、エンジンの負荷が増加する。これにより、エンジンは燃料の噴射量を増やすことになり、これに伴って排気ガスの温度を上昇することができる。しかも、２つの酸化触媒装置による酸化触媒反応によっても排気ガスの温度を上昇することができる。
【００１４】
この結果、一の酸化触媒装置の下流側に位置するフィルタ装置に対しては、温度の高い排気ガスを導くことができ、例えばフィルタ装置のフィルタを再生するときの燃焼温度を高くすることができる。これによって、粒子状物質を焼き切ることができ、フィルタの再生を円滑に行うことができる。また、エンジンから排出される排気ガスの温度が基準温度を越えるようなときには、他の酸化触媒装置に対する排気ガスの流れを遮断し、一の酸化触媒装置に排気ガスを直接的に流通させることにより、フィルタ装置においてフィルタの再生を行うことができる。
【００１５】
従って、請求項１の発明によれば、エンジンの軽負荷運転により排気ガスの温度が下がったときでも、フィルタ装置のフィルタに堆積した粒子状物質を燃焼させてフィルタを再生することができ、排気ガスの浄化処理を安定して行うことができ、これにより、排気ガス浄化装置としての信頼性を向上することができる。
【００１６】
また、請求項２の発明によれば、排気ガス通路は、一の酸化触媒装置と他の酸化触媒装置とが直列に接続される直列通路部と、一の酸化触媒装置と短絡的に接続される短絡通路部とを有する構成としている。これにより、排気ガスの温度が基準温度よりも低いときには、この排気ガスを直列通路部側に流通させ、２つの酸化触媒により排気ガスの温度を上昇させることができる。また、排気ガスの温度が基準温度を越えるようなときには、排気ガスを短絡通路部側を介して一の酸化触媒装置のみに流通させ、フィルタ装置においてフィルタの再生を行うことができる。
【００１７】
さらに、請求項３の発明は、基準温度を、２４０〜２８０℃の範囲内にある温度としているので、流路切換弁は、この温度を基準として一の酸化触媒装置と他の酸化触媒装置とに対する排気ガスの流れを選択的に切換えることができ、排気ガスの浄化処理を安定して行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施の形態による排気ガス浄化装置を備えた油圧ショベルを示す正面図である。
【図２】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拡大して示す平面図である。
【図３】図２中の排気ガス浄化装置をエンジンに取付けた状態で示す要部拡大の平面図である。
【図４】第１酸化触媒装置、フィルタ装置および第２酸化触媒装置等の内部構造を示す部分断面図である。
【図５】第１の実施の形態による排気ガス浄化装置の制御ブロック図である。
【図６】図５中のコントローラによる流路切換制御処理を示す流れ図である。
【図７】第２の実施の形態による排気ガス浄化装置を示す平面図である。
【図８】図７中の第１酸化触媒装置、フィルタ装置および第２酸化触媒装置等の内部構造を示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態による排気ガス浄化装置を、小型の油圧ショベルに搭載した場合を例に挙げ、添付図面に従って詳細に説明する。
【００２０】
ここで、図１ないし図６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ある。この油圧ショベル１は、自走可能なクローラ式の下部走行体２と、該下部走行体２上に旋回装置３を介して旋回可能に搭載され、該下部走行体２と共に車体を構成する上部旋回体４と、該上部旋回体４の前側に俯仰動可能に設けられた作業装置５とにより大略構成されている。また、上部旋回体４は、後述の旋回フレーム６、外装カバー７、キャブ８およびカウンタウエイト１４等により構成されている。
【００２１】
６は上部旋回体４の旋回フレームで、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。そして、旋回フレーム６には、その後部側に後述のエンジン９、カウンタウエイト１４が設けられ、左前側には後述のキャブ８が設けられている。また、旋回フレーム６には、キャブ８とカウンタウエイト１４との間に位置して外装カバー７が設けられ、この外装カバー７は、旋回フレーム６、キャブ８およびカウンタウエイト１４と共に、エンジン９等を内部に収容する空間を画成するものである。
【００２２】
８は旋回フレーム６の左前側に搭載されたキャブを示し、該キャブ８は、オペレータが搭乗するものである。また、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（いずれも図示せず）等が配設されている。
【００２３】
９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９は、前述の如く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。また、エンジン９の右側には、図２、図３に示すように、排気ガスを排出する排気ガス通路の一部をなす排気管１０が設けられ、該排気管１０には後述の排気ガス浄化装置２１が取付けられている。
【００２４】
また、ディーゼルエンジン９は、高効率で耐久性にも優れているが、粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）等の有害物質が排気ガスと一緒に排出されてしまう。そこで、排気管１０に取付けられる排気ガス浄化装置２１は、一酸化炭素（ＣＯ）等を酸化して除去する後述の酸化触媒装置２２，２８、粒子状物質（ＰＭ）を捕集して除去する後述のフィルタ装置２５とを含んで構成されている。
【００２５】
１１はエンジン９の右側に取付けられた油圧ポンプで、該油圧ポンプ１１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。ここで、油圧ポンプ１１は、図２、図３に示すようにエンジン９の右側に動力伝達装置１２を介して取付けられ、この動力伝達装置１２によりエンジン９の回転出力が伝えられる。そして、油圧ポンプ１１は、エンジン９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。
【００２６】
１３はエンジン９の左側に位置して設けられた熱交換器で、この熱交換器１３は、例えばラジエータ、オイルクーラ、インタクーラ等を前，後方向に並べて配置する構成となっている。
【００２７】
１４はエンジン９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たカウンタウエイトで、該カウンタウエイト１４は、作業装置５との重量バランスをとるものである。
【００２８】
１５はエンジン９からの排気ガスを外部に排出する煙突で、該煙突１５は、図１に示す如く上部旋回体４の外装カバー７から上方に突出して設けられている。そして、煙突１５は、図２〜図５に示すように後述する排気ガス浄化装置２１の下流側に配置され、浄化処理された後の排気ガスを大気中に放出する。また、煙突１５の下端側には、消音器筒体（図示せず）等が設けられ、この消音器筒体はエンジン９の排気音を低減する機能を有している。
【００２９】
次に、エンジン９の排気ガスに含まれる有害物質を除去して浄化する第１の実施の形態による排気ガス浄化装置２１について、図３ないし図６を参照しつつ説明する。即ち、排気ガス浄化装置２１はエンジン９の上部右側に位置して排気管１０に接続されて設けられている。
【００３０】
ここで、排気ガス浄化装置２１は、排気管１０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。そして、排気ガス浄化装置２１は、後述の第１酸化触媒装置２２、フィルタ装置２５、第２酸化触媒装置２８および流路切換弁３５を含んで構成されている。
【００３１】
２２は排気管１０の下流側に設けられた一の酸化触媒装置（以下、第１酸化触媒装置２２という）で、該第１酸化触媒装置２２は、図４に示すように後述の短絡通路部３４を介して流路切換弁３５に接続された筒状ケース２３と、該筒状ケース２３内に収容して設けられた酸化触媒２４（通常、Diesel Oxdation Catalyst、略してＤＯＣと呼ばれる）とにより構成されている。
【００３２】
ここで、酸化触媒２４は、図４に示すように、例えば筒状ケース２３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り、その軸方向には多数の貫通孔２４Ａが形成され、その内面に貴金属等がコーティングされている。そして、酸化触媒２４は、所定の温度下で各貫通孔２４Ａ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）等を酸化し二酸化炭素（ＣＯ２）として除去し、窒素酸化物（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ２）として除去するものである。
【００３３】
２５は第１酸化触媒装置２２の下流側に配置されたフィルタ装置で、該フィルタ装置２５は、図４に示すように第１酸化触媒装置２２の筒状ケース２３にフランジ接続された他の筒状ケース２６と、該筒状ケース２６内に収容して設けられた粒子状物質除去フィルタ２７（通常、Diesel Particulate Filterと呼ばれるが、以下、「ＤＰＦ」２７という）とにより構成されている。
【００３４】
ここで、ＤＰＦ２７は、エンジン９から排出される排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）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。また、ＤＰＦ２７は、例えばセラミックス材料等からなる多孔質な部材に軸方向に多数の小孔２７Ａを設けたセル状筒体により構成され、各小孔２７Ａは、隣同士で交互に異なる端部が目封じ部材２７Ｂによって閉塞されている。
【００３５】
これにより、ＤＰＦ２７は、一方から小孔２７Ａに流入する排気ガスを多孔質材料に通すことで粒子状物質を捕集し、隣の小孔２７Ａから他方に流出させる。そして、捕集した粒子状物質は、前述の如く燃焼して除去され、これにより、ＤＰＦ２７は再生されるものである。また、フィルタ装置２５の筒状ケース２６には、その下流側に煙突１５が接続して設けられている。そして、フィルタ装置２５により浄化処理された後の排気ガスは、煙突１５内へと流入して大気中に放出される。
【００３６】
２８は本実施の形態で採用した他の酸化触媒装置（以下、第２酸化触媒装置２８という）を示し、該第２酸化触媒装置２８は、後述の連結パイプ３２を介して流路切換弁３５に接続されたケース筒２９と、該ケース筒２９内に収容して設けられた他の酸化触媒３０（ＤＯＣ）とにより構成されている。そして、この場合の酸化触媒３０は、第１酸化触媒装置２２の酸化触媒２４と同様に構成されている。
【００３７】
即ち、酸化触媒３０は、図４に示すように、例えばケース筒２９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り、その軸方向には多数の貫通孔３０Ａが形成され、内面に貴金属等がコーティングされている。そして、酸化触媒３０も、所定の温度下で各貫通孔３０Ａ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）等を酸化し二酸化炭素（ＣＯ２）として除去し、窒素酸化物（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ２）として除去するものである。
【００３８】
３１は第１酸化触媒装置２２と第２酸化触媒装置２８とを直列な状態で接続する直列通路部で、該直列通路部３１は、後述の連結パイプ３２、屈曲パイプ３３および第２酸化触媒装置２８のケース筒２９を含んで構成される。そして、直列通路部３１は、後述の流路切換弁３５が図５中の戻り位置（Ａ）から切換位置（Ｂ）に切換わったときに、第２酸化触媒装置２８と第１酸化触媒装置２２とをエンジン９の排気管１０に対して直列に接続するものである。
【００３９】
３２は第２酸化触媒装置２８の上流側に接続して設けられた連結パイプで、該連結パイプ３２は、図３、図４に示す如く第２酸化触媒装置２８のケース筒２９を後述の流路切換弁３５を介して排気管１０に接続する。そして、連結パイプ３２は、後述の屈曲パイプ３３と共に直列通路部３１を構成し、流路切換弁３５が図５中の戻り位置（Ａ）から切換位置（Ｂ）に切換わったときには、第２酸化触媒装置２８のケース筒２９を排気管１０に連通させるものである。
【００４０】
３３は第１酸化触媒装置２２と第２酸化触媒装置２８との間を接続する屈曲パイプで、該屈曲パイプ３３は、図４に示すように略Ｕ字状に屈曲して形成され、その一側端部３３Ａが第２酸化触媒装置２８のケース筒２９に接続されている。また、屈曲パイプ３３の他側端部３３Ｂは、後述の短絡通路部３４と酸化触媒２４との中間になる位置で、第１酸化触媒装置２２の筒状ケース２３に径方向から接続されている。
【００４１】
そして、屈曲パイプ３３は、連結パイプ３２と共に直列通路部３１を構成し、後述の流路切換弁３５が図５中の戻り位置（Ａ）から切換位置（Ｂ）に切換わったときには、第２酸化触媒装置２８と第１酸化触媒装置２２とをエンジン９の排気管１０に対して直列に接続するものである。
【００４２】
３４は第１酸化触媒装置２２の上流側に接続して設けられた短絡通路部で、該短絡通路部３４は、図３〜図５に示す如く第１酸化触媒装置２２の筒状ケース２３を後述の流路切換弁３５を介して排気管１０に直接的に短絡させて接続するものである。そして、短絡通路部３４は、後述の流路切換弁３５が戻り位置（Ａ）となったときに、第１酸化触媒装置２２の筒状ケース２３を排気管１０に直接的に短絡させて連通させる。
【００４３】
３５は流路の切換えを行う流路切換弁で、該流路切換弁３５は、例えば図５に示す如く、後述するコントローラ４０からの制御信号により戻り位置（Ａ）と切換位置（Ｂ）とに切換制御される。そして、流路切換弁３５は、戻り位置（Ａ）となったときに、排気管１０からの排気ガスを短絡通路部３４を介して第１酸化触媒装置２２の筒状ケース２３内へと流通させ、連結パイプ３２（第２酸化触媒装置２８）側に排気ガスが流通するのを遮断する。
【００４４】
一方、流路切換弁３５は、図５中の戻り位置（Ａ）から切換位置（Ｂ）に切換えられたときに、排気管１０からの排気ガスを直列通路部３１（即ち、連結パイプ３２および第２酸化触媒装置２８のケース筒２９）内に向けて流通させ、短絡通路部３４内に向けて排気ガスが流通するのを遮断する。
【００４５】
この場合、流路切換弁３５は、図３、図４中に点線で示すように内部通路３５Ａを有し、この内部通路３５Ａは、例えば点Ｏを中心にして回動されることにより図３、図４に示す如く流路の切換えを行うものである。即ち、流路切換弁３５が図５に示す戻り位置（Ａ）となったときには、内部通路３５Ａが図３に示す位置に配置され、排気管１０は短絡通路部３４に接続され、直列通路部３１（連結パイプ３２）側から遮断される。また、流路切換弁３５が図５に示す切換位置（Ｂ）に切換わったときには、内部通路３５Ａが図４に示す位置に配置され、排気管１０は短絡通路部３４から遮断され、直列通路部３１（連結パイプ３２）側に接続される。
【００４６】
３６は排気ガスの温度を検出するための温度センサで、該温度センサ３６は、図５に示すように、例えば流路切換弁３５と排気管１０との間に配置され、排気管１０から排出される排気ガスの温度Ｔを検出する。そして、温度センサ３６で検出した温度Ｔは、検出信号として後述のコントローラ４０に出力されるものである。
【００４７】
３７，３８はフィルタ装置２５に設けられた圧力センサで、この圧力センサ３７，３８は、ＤＰＦ２７（図４参照）の上流側と下流側とに離間して配置され、それぞれの検出信号をコントローラ４０に出力する。そして、コントローラ４０は、圧力センサ３７で検出した上流側の圧力Ｐ1 （図６参照）と圧力センサ３８で検出した下流側の圧力Ｐ2 とにより、後述の差圧ΔＰを演算し、この演算結果からＤＰＦ２７（図４参照）に付着した粒子状物質、未燃焼残留物等の堆積量を推定するものである。
【００４８】
３９はエンジン９の回転数を検出する回転センサで、この回転センサ３９は、エンジン回転数Ｎを検出し、その検出信号をコントローラ４０に出力する。そして、コントローラ４０は、エンジン回転数Ｎの検出信号に基づいてエンジン９の運転状態を判別するものである。
【００４９】
４０はマイクロコンピュータ等からなる制御手段としてのコントローラで、該コントローラ４０は、その入力側が温度センサ３６、圧力センサ３７，３８および回転センサ３９等に接続され、その出力側はエンジン９および流路切換弁３５等に接続されている。また、コントローラ４０は、ＲＯＭ，ＲＡＭ等からなる記憶部４０Ａを有し、この記憶部４０Ａ内には、後述の図６に示す流路切換制御用の処理プログラムと、予め決められたエンジン回転数Ｎの判定値Ｎｔ、圧力の判定値Ｐｔ、基準温度Ｔａ等とが格納されている。
【００５０】
ここで、エンジン回転数Ｎの判定値Ｎｔとは、例えばエンジン９の定格回転数等から決められる回転数であり、エンジン回転数Ｎが判定値Ｎｔ以下となったときには、エンジン９は軽負荷状態で運転される可能性が高くなるものである。また、圧力の判定値Ｐｔは、フィルタ装置２５のＤＰＦ２７（図４参照）に付着した粒子状物質、未燃焼残留物等の堆積量を推定するための判定値であり、後述の差圧ΔＰが判定値Ｐｔ以上となったときに、前記堆積量が多くなってフィルタ（ＤＰＦ２７）の再生処理が必要と判定することができる。また、基準温度Ｔａは、Ｔａ＝２４０〜２８０℃の温度範囲内に設定されるものである。
【００５１】
そして、コントローラ４０は、後述する図６の処理プログラムに従って排気管１０を、直列通路部３１と短絡通路部３４とのいずれか一方に選択的に接続する流路切換制御を行う。即ち、コントローラ４０は、回転センサ３９、圧力センサ３７，３８および温度センサ３６からの検出信号により、フィルタ装置２５のＤＰＦ２７（図４参照）に付着した粒子状物質、未燃焼残留物等の堆積量が多くなり、これらを燃焼により焼き切ってＤＰＦ２７の再生を行う必要があり、しかも排気ガスの温度Ｔが基準温度Ｔａよりも低いと判定したときに、流路切換弁３５を戻り位置（Ａ）から切換位置（Ｂ）に切換える制御を行うものである。
【００５２】
本実施の形態による小型の油圧ショベル１に搭載された排気ガス浄化装置２１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。
【００５３】
まず、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９を始動して油圧ポンプ１１を駆動する。これにより、油圧ポンプ１１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。そして、キャブ８に搭乗したオペレータが走行用の操作レバー（図示せず）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。
【００５４】
一方、キャブ８内のオペレータが作業用の操作レバー（図示せず）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。また、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、例えば市街地等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、このような場合には、エンジン９を負荷の軽い状態で稼働することにより騒音の低減化を図るものである。
【００５５】
また、エンジン９の運転時には、その排気管１０から有害物質である粒子状物質等が排出される。このときに排気ガス浄化装置２１は、例えば第１酸化触媒装置２２によって排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯ）、一酸化炭素（ＣＯ）を酸化除去することができる。そして、フィルタ装置２５は、図４に示すＤＰＦ２７によって粒子状物質を捕集し、捕集した粒子状物質を燃焼して除去（再生）する。これにより、浄化した排気ガスを下流側の煙突１５から外部に排出することができる。
【００５６】
ところで、小型でコンパクトな構造となった小旋回式（小型）の油圧ショベル１は、大型、中型の機種等に比較して作業装置５による土砂の掘削力、走行能力等が相対的に小さく、エンジン９も比較的小型となっている。しかも、この場合のエンジン９は軽負荷状態で運転することが多いので、例えば排気ガスの温度が前述した基準温度よりも下がってしまう。
【００５７】
このため、例えば第１酸化触媒装置２２のみを通過した排気ガスを下流側のフィルタ装置２５に導いた場合には、フィルタ装置２５内に流入する排気ガスの温度を所要の温度まで上昇させるのが難しくなり、ＤＰＦ２７に堆積した粒子状物質を燃焼させてＤＰＦ２７を再生することが困難になることがある。
【００５８】
そこで、第１の実施の形態では、排気管１０を基準にして第１酸化触媒装置２２よりも上流側となる位置に、第１酸化触媒装置２２と第２酸化触媒装置２８とを直列に接続する直列通路部３１と、第１酸化触媒装置２２に短絡して接続される短絡通路部３４とを設け、この直列通路部３１と短絡通路部３４とに対する排気ガスの流れを流路切換弁３５により選択的に切換える構成としている。
【００５９】
そして、コントローラ４０は、図６に示す処理プログラム従って流路切換弁３５を、戻り位置（Ａ）と切換位置（Ｂ）とのいずれか一方に切換制御し、これにより、フィルタ装置２５のＤＰＦ２７を安定して再生させる構成としたものである。
【００６０】
即ち、エンジン９の稼働により図６の処理動作がスタートすると、ステップ１では回転センサ３９からエンジン回転数Ｎを読込む。次に、ステップ２では、エンジン回転数Ｎが予め決められた判定値Ｎｔ以下であるか否かを判定する。そして、ステップ２で「ＮＯ」と判定する間は、エンジン回転数Ｎが十分に高く、エンジン９は高負荷状態で運転される可能性が高くなるものである。
【００６１】
そこで、ステップ２で「ＮＯ」と判定するときには、次なるステップ３に移って流路切換弁３５を戻り位置（Ａ）として短絡通路部３４側に切換制御し、排気管１０からの排気ガスを第１酸化触媒装置２２に直接的に流通させる。そして、次なるステップ４でリターンし、その後はステップ１以降の処理を繰返すようにする。
【００６２】
一方、ステップ２で「ＹＥＳ」と判定したときには、エンジン回転数Ｎが判定値Ｎｔ以下となって、エンジン９は軽負荷状態で運転される可能性が高くなっている。そこで、この場合には、次なるステップ５に移って圧力センサ３７，３８から圧力Ｐ1 ，Ｐ2 を読込む。即ち、フィルタ装置２５のＤＰＦ２７（図４参照）に対し、その上流側の圧力Ｐ1 と下流側の圧力Ｐ2 とを読込む。
【００６３】
そして、次なるステップ６では、ＤＰＦ２７の上流側の圧力Ｐ1 と下流側の圧力Ｐ2 との差圧ΔＰを、下記の数１式により演算する。そして、次のステップ７では、差圧ΔＰが予め決められた判定値Ｐｔ以上となっているか否かを判定する。
【００６４】
【数１】
【００６５】
ここで、ステップ７により「ＮＯ」と判定するときには、前記差圧ΔＰが小さく、フィルタ装置２５のＤＰＦ２７（図４参照）には粒子状物質、未燃焼残留物等がそれほどには堆積してないと判断することができる。そこで、この場合もステップ３に移って流路切換弁３５を戻り位置（Ａ）として短絡通路部３４側に切換制御し、排気管１０からの排気ガスを第１酸化触媒装置２２に直接的に流通させる。そして、次なるステップ４でリターンし、その後はステップ１以降の処理を繰返すようにする。
【００６６】
一方、ステップ７で「ＹＥＳ」と判定したときには、差圧ΔＰが判定値Ｐｔ以上となって、フィルタ装置２５のＤＰＦ２７に付着した粒子状物質、未燃焼残留物等の堆積量が多くなっていると判断することができる。このため、次なるステップ８では、温度センサ３６から排気ガスの温度Ｔを読込む。そして、ステップ９に移って、排気ガスの温度Ｔが基準温度Ｔａ（例えば、Ｔａ＝２４０〜２８０℃）よりも低いか否かを判定する。
【００６７】
この場合、ステップ９で「ＮＯ」と判定するときには、排気ガスの温度Ｔが基準温度Ｔａ以上となって高いため、フィルタ装置２５のＤＰＦ２７に捕集した粒子状物質等を燃焼して除去する上で、燃焼温度が不足することはないと判断することができる。従って、この場合もステップ３に移って流路切換弁３５を戻り位置（Ａ）として短絡通路部３４側に切換制御し、排気管１０からの排気ガスを第１酸化触媒装置２２に直接的に流通させる。そして、次なるステップ４でリターンし、その後はステップ１以降の処理を繰返すようにする。
【００６８】
一方、ステップ９で「ＹＥＳ」と判定したときには、排気ガスの温度Ｔが基準温度Ｔａよりも低いために、フィルタ装置２５のＤＰＦ２７に捕集した粒子状物質等を燃焼して除去する上で、燃焼温度が不足する可能性が高い。そこで、この場合には、ステップ１０に移って流路切換弁３５を戻り位置（Ａ）から切換位置（Ｂ）に切換え、直列通路部３１側に切換える制御を行う。
【００６９】
これにより、排気管１０からの排気ガスは、短絡通路部３４内に流通するのが遮断され、連結パイプ３２側から第２酸化触媒装置２８を経由して第１酸化触媒装置２２へと流通する。このため、排気ガス中の成分は、図４中に示すように２つの酸化触媒３０，２４を通過することにより、それぞれの酸化触媒３０，２４で反応を繰返し、例えば炭化水素（ＨＣ）を酸化するとき等に排気ガスの温度を上昇させることができる。
【００７０】
しかも、この場合の排気ガスは、直列状態となった２つの酸化触媒３０，２４により大きな絞り抵抗を受けて圧損が増大し、エンジン９の負荷が増加する。これにより、エンジン９は燃料の噴射量を増やすことになり、これに伴って排気ガスの温度をさらに上昇することができる。
【００７１】
この結果、第１酸化触媒装置２２の下流側に位置するフィルタ装置２５に対しては、温度の高い排気ガスを導くことができ、例えばＤＰＦ２７を再生するときの燃焼温度を高くすることができる。これによって、ＤＰＦ２７内に堆積した粒子状物質を焼き切ることができ、ＤＰＦ２７の再生を円滑に行うことができる。
【００７２】
また、ステップ１０の処理後はステップ８に戻って、これ以降の処理を繰返すようにする。そして、ステップ９で「ＹＥＳ」と判定する間は、流路切換弁３５を切換位置（Ｂ）に切換えた状態に保ち、排気管１０からの排気ガスを連結パイプ３２、第２酸化触媒装置２８を経由して第１酸化触媒装置２２へと流通させる。
【００７３】
一方、ステップ９で「ＮＯ」と判定したときには、排気ガスの温度Ｔが基準温度Ｔａ以上となっているため、燃焼温度が不足することはないと判断できる。従って、この場合はステップ３に移って流路切換弁３５を戻り位置（Ａ）とし、排気管１０からの排気ガスを第１酸化触媒装置２２に直接的に流通させ、その後はステップ４でリターンする。
【００７４】
かくして、本実施の形態によれば、排気管１０の下流側に流路切換弁３５を介して直列通路部３１と短絡通路部３４とを設け、短絡通路部３４は第１酸化触媒装置２２に直接的に短絡して接続され、直列通路部３１側には、第１酸化触媒装置２２よりも上流側となる位置に屈曲パイプ３３を介して第２酸化触媒装置２８を直列に接続して設け、直列通路部３１と短絡通路部３４とに対する排気ガスの流れを流路切換弁３５により選択的に切換える構成としている。
【００７５】
そして、エンジン９から排出される排気ガスの温度Ｔが基準温度Ｔａよりも低いときには、この排気ガスを直列通路部３１側に導いて第２酸化触媒装置２８と第１酸化触媒装置２２とに流通させる。これにより、排気ガスは２つの酸化触媒装置２８，２２から大きな絞り抵抗を受けて圧損が増大し、エンジン９の負荷が増加するので、エンジン９は燃料の噴射量を増やすようになり、これに伴って排気ガスの温度を上昇することができる。しかも、２つの酸化触媒装置２８，２２による酸化触媒反応によっても排気ガスの温度を上昇することができる。
【００７６】
この結果、第１酸化触媒装置２２の下流側に位置するフィルタ装置２５に対しては、温度の高い排気ガスを導くことができ、例えばＤＰＦ２７を再生するときの燃焼温度を高くすることができる。これによって、ＤＰＦ２７内に堆積した粒子状物質を焼き切ることができ、ＤＰＦ２７の再生を円滑に行うことができる。
【００７７】
また、エンジン９から排出される排気ガスの温度Ｔが基準温度Ｔａを越えるようなときには、流路切換弁３５を戻り位置（Ａ）に保持することにより、第２酸化触媒装置２８に対する排気ガスの流れを遮断でき、第１酸化触媒装置２２に排気ガスを直接的に流通させることにより、フィルタ装置２５においてＤＰＦ２７の再生を行うことができる。
【００７８】
従って、第１の実施の形態によれば、エンジン９の軽負荷運転により排気ガスの温度が下がったときでも、フィルタ装置２５のＤＰＦ２７に堆積した粒子状物質を燃焼させてＤＰＦ２７を再生することができ、排気ガスの浄化処理を安定して行うことができ、これにより、排気ガス浄化装置２１としての信頼性を向上することができる。
【００７９】
次に、図７および図８は本発明の第２の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、２つの酸化触媒装置を直接的に突合わせて接続する構成とし、このうち下流側に位置する酸化触媒装置には、屈曲パイプからなる短絡通路部を介して排気ガスを直接的に導ける構成としたことにある。なお、第２の実施の形態では、前述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００８０】
図中、５１は第２の実施の形態による排気ガス浄化装置を示し、該排気ガス浄化装置５１は、第１の実施の形態で述べた排気ガス浄化装置２１とほぼ同様に構成され、後述の第１酸化触媒装置５２、フィルタ装置５５、第２酸化触媒装置５８および流路切換弁６６を有している。しかし、この場合の排気ガス浄化装置５１は、後述する２つの酸化触媒装置５２，５８が直接的に突合わせるように接続されている点で、第１の実施の形態とは異なっている。
【００８１】
５２は一の酸化触媒装置（以下、第１酸化触媒装置５２という）で、該第１酸化触媒装置５２は、第１の実施の形態で述べた第１酸化触媒装置２２と同様に構成され、図８に示すように筒状ケース５３と、多数の貫通孔５４Ａを有した酸化触媒５４（ＤＯＣ）とを備えている。しかし、この場合の第１酸化触媒装置５２は、筒状ケース５３が円筒状の筒体として形成され、その両端が後述の筒状ケース５６，５９間に挟まれた状態でフランジ接続されている。
【００８２】
５５は第１酸化触媒装置５２の下流側に配置されたフィルタ装置で、該フィルタ装置５５は、第１の実施の形態で述べたフィルタ装置２５と同様に構成され、図８に示すように第１酸化触媒装置５２の筒状ケース５３にフランジ接続された他の筒状ケース５６と、該筒状ケース５６内に収容して設けられ多数の小孔５７Ａ、目封じ部材５７Ｂを有したＤＰＦ５７とを備えている。また、フィルタ装置５５の筒状ケース５６にも、その下流側に煙突１５が接続して設けられている。
【００８３】
５８は本実施の形態で採用した他の酸化触媒装置（以下、第２酸化触媒装置５８という）で、該第２酸化触媒装置５８は、後述の連結パイプ６２を介して流路切換弁６６に接続された別の筒状ケース５９と、該筒状ケース５９内に収容して設けられた他の酸化触媒６０（ＤＯＣ）とにより構成されている。そして、この場合の酸化触媒６０は、第１酸化触媒装置５２の酸化触媒５４と同様に構成されている。
【００８４】
即ち、酸化触媒６０は、図８に示すように、例えば筒状ケース５９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り、その軸方向には多数の貫通孔６０Ａが形成され、内面に貴金属等がコーティングされている。そして、酸化触媒６０も、所定の温度下で各貫通孔６０Ａに排気ガスを流通させることにより、この排気ガスに含まれる一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）等を酸化して除去し、窒素酸化物（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ２）として除去するものである。
【００８５】
６１は第１酸化触媒装置５２と第２酸化触媒装置５８を直列に接続する直列通路部で、該直列通路部６１は、後述の連結パイプ６２と第２酸化触媒装置５８の筒状ケース５９とを含んで構成される。そして、直列通路部６１は、後述する流路切換弁６６の内部通路６６Ａが図７中に点線で示す位置に切換わったときに、第２酸化触媒装置５８と第１酸化触媒装置５２とをエンジン９の排気管１０に対して直列に接続するものである。
【００８６】
６２は第２酸化触媒装置５８の上流側に接続して設けられた連結パイプで、該連結パイプ６２は、図７、図８に示す如く第２酸化触媒装置５８の筒状ケース５９等と共に直列通路部６１を構成するものである。
【００８７】
６３は第１酸化触媒装置５２の筒状ケース５３を排気管１０に短絡して接続する短絡通路部で、該短絡通路部６３は、連結パイプ６４と屈曲パイプ６５とを含んで構成されている。ここで、屈曲パイプ６５は、図７、図８に示すように略Ｕ字状またはコ字状に屈曲して形成され、その一側端部６５Ａが後述の流路切換弁６６に連結パイプ６４を介して接続されている。また、屈曲パイプ６５の他側端部６５Ｂは、図８に示すように第１酸化触媒装置５２の酸化触媒５４よりも上流側となり、第２酸化触媒装置５８の酸化触媒６０よりも下流側となる位置で筒状ケース５９に径方向から接続されている。
【００８８】
そして、屈曲パイプ６５は、後述する流路切換弁６６の内部通路６６Ａが図８中に点線で示すように切換わったときに、第１酸化触媒装置５２の筒状ケース５３を排気管１０に直接的に短絡させて接続するものである。これにより、屈曲パイプ６５と連結パイプ６４とは短絡通路部６３を構成し、第１酸化触媒装置５２を排気管１０側に流路切換弁６６を介して直接的に連通させる。
【００８９】
６６は流路切換弁を構成する流路切換弁で、該流路切換弁６６は、第１の実施の形態で述べた流路切換弁３５とほぼ同様に構成され、コントローラ（図示せず）からの制御信号により切換制御される。この場合、流路切換弁６６は、図７、図８中に点線で示すように内部通路６６Ａを有し、この内部通路６６Ａは、例えば点Ｏを中心にして回動されることにより図７、図８に示す如く流路の切換えを行うものである。
【００９０】
即ち、流路切換弁６６は、内部通路６６Ａが図７に示す位置に配置されたときに、排気管１０を直列通路部６１（連結パイプ６２）側に接続し、連結パイプ６４側からは遮断する。これにより、排気管１０からの排気ガスは、連結パイプ６２を介して第２酸化触媒装置５８の筒状ケース５９内に向けて流通し、その後に第１酸化触媒装置５２の筒状ケース５３内に向けて流通する。
【００９１】
また、流路切換弁６６は、内部通路６６Ａが図８に示す位置に配置されると、排気管１０を連結パイプ６２に対して遮断し、短絡通路部６３（連結パイプ６４）側に接続する。これにより、排気管１０からの排気ガスは、短絡通路部６３を介して第１酸化触媒装置５２の筒状ケース５３内へと流通し、第２酸化触媒装置５８側に排気ガスが流通するのを遮断する。
【００９２】
かくして、このように構成された第２の実施の形態においても、前述した第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。特に、第２の実施の形態では、排気ガス浄化装置５１の第１，第２酸化触媒装置５２，５８を直接的に突合わせるように接続する構成としているので、下記のような効果を得ることができる。
【００９３】
即ち、第１酸化触媒装置５２の筒状ケース５３と第２酸化触媒装置５８の筒状ケース５９とは直接的にフランジ接続され、流路切換弁６６の内部通路６６Ａが図７中に点線で示す位置に切換わったときには、第２酸化触媒装置５８と第１酸化触媒装置５２とをエンジン９の排気管１０に対して直列に接続することができる。このため、例えば第１酸化触媒装置５２内を流通する排気ガスが周囲温度の影響を受けて温度低下するのを抑えることができ、フィルタ装置５５側に高い温度の排気ガスを導くことができる。
【００９４】
なお、前記第１の実施の形態では、フィルタ装置２５の下流側に煙突１５を設ける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、例えばフィルタ装置２５の下流側に別の酸化触媒装置を設ける構成としてもよい。また、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。そして、この点は第２の実施の形態についても同様である。
【００９５】
また、前記第１の実施の形態では、第１酸化触媒装置２２の筒状ケース２３とフィルタ装置２５の筒状ケース２６とを互いに突合わせてフランジ接続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、例えば印籠嵌合等の手段を用いて前，後２つの筒状ケース間を接続する構成としてもよく、要は前，後の筒状ケース間を着脱可能に接続する構成とすればよいものである。そして、この点は、第２の実施の形態についても同様である。
【００９６】
さらに、各実施の形態では、排気ガス浄化装置２１，５１をクローラ式の下部走行体２を備えた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、本発明はこれに限るものではなく、例えばタイヤ等からなるホイール式の下部走行体を備えた油圧ショベルに搭載する構成としてもよい。それ以外にも、リフトトラック、油圧クレーン等の他の建設機械にも広く搭載することができる。
【符号の説明】
【００９７】
１ 油圧ショベル
２ 下部走行体（車体）
４ 上部旋回体（車体）
９ エンジン
１０ 排気管（排気ガス通路）
１１ 油圧ポンプ
１３ 熱交換器
１４ カウンタウエイト
１５ 煙突
２１，５１ 排気ガス浄化装置
２２，５２ 第１酸化触媒装置（一の酸化触媒装置）
２３，２６，５３，５６，５９ 筒状ケース
２４，３０，５４，６０ 酸化触媒（ＤＯＣ）
２５，５５ フィルタ装置（フィルタ装置）
２７，５７ ＤＰＦ（粒子状物質除去フィルタ）
２８，５８ 第２酸化触媒装置（他の酸化触媒装置）
２９ ケース筒
３１，６１ 直列通路部
３３，６５ 屈曲パイプ
３４，６３ 短絡通路部
３５，６６ 流路切換弁
３６ 温度センサ
３７，３８ 圧力センサ
３９ 回転センサ
４０ コントローラ（制御手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば油圧ショベル等の建設機械に搭載され、ディーゼルエンジン等の内燃機関による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に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、油圧ショベル等の建設機械は、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。また、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、前記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。
【０００３】
ここで、油圧ショベル等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。そして、この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、油圧ショベル等の建設機械には、エンジンの排気ガス通路を形成する排気管に排気ガス浄化装置が設けられている。
【０００４】
この排気ガス浄化装置は、例えば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装置（通常、Diesel Oxdation Catalyst、略してＤＯＣとも呼ばれている）と、該酸化触媒装置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フィルタ装置（通常、Diesel Particulate Filter、略してＤＰＦとも呼ばれている）等とからなる後処理装置を備えている（例えば、特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１８８４３２号公報
【特許文献２】特開２００３−１２０２７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述した従来技術では、排気ガス中の粒子状物質を捕集して除去するフィルタ装置の上流側に１つの酸化触媒装置を設けているだけであるため、例えばフィルタ装置のフィルタを再生するときに燃焼温度が不足することがあり、この場合には、前記フィルタに付着して堆積した粒子状物質を十分に燃焼することができず、当該フィルタの連続再生作業が難しくなってしまう。
【０００７】
特に、所謂標準機と呼ばれる中型の油圧ショベルよりも小型で、コンパクトな構造となった小旋回式（小型）の油圧ショベルの場合は、例えば土砂の掘削力、走行能力等が相対的に小さく、エンジンを軽負荷状態で運転することが多いので、例えば排気ガスの温度が２５０℃よりも下がってしまう。このため、前記酸化触媒を通過した後にフィルタ装置内に流入する排気ガスの温度を所要の温度まで上昇させるのが難しくなり、フィルタに堆積した粒子状物質を燃焼させてフィルタを再生することが困難になるという問題がある。
【０００８】
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、本発明の目的は、エンジンの軽負荷運転により排気ガスの温度が下がったときでも、フィルタ装置のフィルタに付着し堆積した粒子状物質を燃焼させてフィルタを再生することができ、排気ガスの浄化処理を安定して行うことができるようにした排気ガス浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決するために、本発明は、建設機械の車体に搭載されたエンジンの排気ガス通路に、排気ガス中の成分を酸化するための一の酸化触媒装置と、該一の酸化触媒装置の下流側に配置され前記排気ガス中の粒子状物質を捕集して除去するフィルタ装置とを設けてなる排気ガス浄化装置に適用される。
【００１０】
そして、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、前記排気ガス通路の途中には、前記一の酸化触媒装置の上流側に位置して前記排気ガス中の成分を酸化する他の酸化触媒装置と、該他の酸化触媒装置と前記一の酸化触媒装置とに対する排気ガスの流れを選択的に切換える流路切換弁とを設け、該流路切換弁は、前記エンジンから排出される排気ガスの温度が予め決められた基準温度よりも低いときに排気ガスを前記他の酸化触媒装置を経由して前記一の酸化触媒装置に流通させ、排気ガスの温度が前記基準温度を越えるときには、前記他の酸化触媒装置に対する排気ガスの流れを遮断し前記一の酸化触媒装置に排気ガスを流通させる構成としたことにある。
【００１１】
また、請求項２の発明によると、前記排気ガス通路は、前記一の酸化触媒装置と他の酸化触媒装置とが直列に接続される直列通路部と、前記他の酸化触媒装置を介することなく前記一の酸化触媒装置と短絡的に接続される短絡通路部とを有する構成とし、前記流路切換弁は、前記直列通路部と短絡通路部とのいずれか一方に前記エンジンからの排気ガスを流通させる構成としている。
【００１２】
さらに、請求項３の発明によると、前記基準温度は、２４０〜２８０℃の範囲内にある温度としている。
【発明の効果】
【００１３】
上述の如く、請求項１の発明によれば、エンジンから排出される排気ガスの温度が基準温度よりも低いときには、この排気ガスを他の酸化触媒装置を経由して一の酸化触媒装置に流通させるため、２つの酸化触媒装置により排気ガスは大きな絞り抵抗を受けて圧損が増大し、エンジンの負荷が増加する。これにより、エンジンは燃料の噴射量を増やすことになり、これに伴って排気ガスの温度を上昇することができる。しかも、２つの酸化触媒装置による酸化触媒反応によっても排気ガスの温度を上昇することができる。
【００１４】
この結果、一の酸化触媒装置の下流側に位置するフィルタ装置に対しては、温度の高い排気ガスを導くことができ、例えばフィルタ装置のフィルタを再生するときの燃焼温度を高くすることができる。これによって、粒子状物質を焼き切ることができ、フィルタの再生を円滑に行うことができる。また、エンジンから排出される排気ガスの温度が基準温度を越えるようなときには、他の酸化触媒装置に対する排気ガスの流れを遮断し、一の酸化触媒装置に排気ガスを直接的に流通させることにより、フィルタ装置においてフィルタの再生を行うことができる。
【００１５】
従って、請求項１の発明によれば、エンジンの軽負荷運転により排気ガスの温度が下がったときでも、フィルタ装置のフィルタに堆積した粒子状物質を燃焼させてフィルタを再生することができ、排気ガスの浄化処理を安定して行うことができ、これにより、排気ガス浄化装置としての信頼性を向上することができる。
【００１６】
また、請求項２の発明によれば、排気ガス通路は、一の酸化触媒装置と他の酸化触媒装置とが直列に接続される直列通路部と、一の酸化触媒装置と短絡的に接続される短絡通路部とを有する構成としている。これにより、排気ガスの温度が基準温度よりも低いときには、この排気ガスを直列通路部側に流通させ、２つの酸化触媒により排気ガスの温度を上昇させることができる。また、排気ガスの温度が基準温度を越えるようなときには、排気ガスを短絡通路部側を介して一の酸化触媒装置のみに流通させ、フィルタ装置においてフィルタの再生を行うことができる。
【００１７】
さらに、請求項３の発明は、基準温度を、２４０〜２８０℃の範囲内にある温度としているので、流路切換弁は、この温度を基準として一の酸化触媒装置と他の酸化触媒装置とに対する排気ガスの流れを選択的に切換えることができ、排気ガスの浄化処理を安定して行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施の形態による排気ガス浄化装置を備えた油圧ショベルを示す正面図である。
【図２】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拡大して示す平面図である。
【図３】図２中の排気ガス浄化装置をエンジンに取付けた状態で示す要部拡大の平面図である。
【図４】第１酸化触媒装置、フィルタ装置および第２酸化触媒装置等の内部構造を示す部分断面図である。
【図５】第１の実施の形態による排気ガス浄化装置の制御ブロック図である。
【図６】図５中のコントローラによる流路切換制御処理を示す流れ図である。
【図７】第２の実施の形態による排気ガス浄化装置を示す平面図である。
【図８】図７中の第１酸化触媒装置、フィルタ装置および第２酸化触媒装置等の内部構造を示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態による排気ガス浄化装置を、小型の油圧ショベルに搭載した場合を例に挙げ、添付図面に従って詳細に説明する。
【００２０】
ここで、図１ないし図６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ある。この油圧ショベル１は、自走可能なクローラ式の下部走行体２と、該下部走行体２上に旋回装置３を介して旋回可能に搭載され、該下部走行体２と共に車体を構成する上部旋回体４と、該上部旋回体４の前側に俯仰動可能に設けられた作業装置５とにより大略構成されている。また、上部旋回体４は、後述の旋回フレーム６、外装カバー７、キャブ８およびカウンタウエイト１４等により構成されている。
【００２１】
６は上部旋回体４の旋回フレームで、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。そして、旋回フレーム６には、その後部側に後述のエンジン９、カウンタウエイト１４が設けられ、左前側には後述のキャブ８が設けられている。また、旋回フレーム６には、キャブ８とカウンタウエイト１４との間に位置して外装カバー７が設けられ、この外装カバー７は、旋回フレーム６、キャブ８およびカウンタウエイト１４と共に、エンジン９等を内部に収容する空間を画成するものである。
【００２２】
８は旋回フレーム６の左前側に搭載されたキャブを示し、該キャブ８は、オペレータが搭乗するものである。また、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（いずれも図示せず）等が配設されている。
【００２３】
９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９は、前述の如く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。また、エンジン９の右側には、図２、図３に示すように、排気ガスを排出する排気ガス通路の一部をなす排気管１０が設けられ、該排気管１０には後述の排気ガス浄化装置２１が取付けられている。
【００２４】
また、ディーゼルエンジン９は、高効率で耐久性にも優れているが、粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）等の有害物質が排気ガスと一緒に排出されてしまう。そこで、排気管１０に取付けられる排気ガス浄化装置２１は、一酸化炭素（ＣＯ）等を酸化して除去する後述の酸化触媒装置２２，２８、粒子状物質（ＰＭ）を捕集して除去する後述のフィルタ装置２５とを含んで構成されている。
【００２５】
１１はエンジン９の右側に取付けられた油圧ポンプで、該油圧ポンプ１１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。ここで、油圧ポンプ１１は、図２、図３に示すようにエンジン９の右側に動力伝達装置１２を介して取付けられ、この動力伝達装置１２によりエンジン９の回転出力が伝えられる。そして、油圧ポンプ１１は、エンジン９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。
【００２６】
１３はエンジン９の左側に位置して設けられた熱交換器で、この熱交換器１３は、例えばラジエータ、オイルクーラ、インタクーラ等を前，後方向に並べて配置する構成となっている。
【００２７】
１４はエンジン９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たカウンタウエイトで、該カウンタウエイト１４は、作業装置５との重量バランスをとるものである。
【００２８】
１５はエンジン９からの排気ガスを外部に排出する煙突で、該煙突１５は、図１に示す如く上部旋回体４の外装カバー７から上方に突出して設けられている。そして、煙突１５は、図２〜図５に示すように後述する排気ガス浄化装置２１の下流側に配置され、浄化処理された後の排気ガスを大気中に放出する。また、煙突１５の下端側には、消音器筒体（図示せず）等が設けられ、この消音器筒体はエンジン９の排気音を低減する機能を有している。
【００２９】
次に、エンジン９の排気ガスに含まれる有害物質を除去して浄化する第１の実施の形態による排気ガス浄化装置２１について、図３ないし図６を参照しつつ説明する。即ち、排気ガス浄化装置２１はエンジン９の上部右側に位置して排気管１０に接続されて設けられている。
【００３０】
ここで、排気ガス浄化装置２１は、排気管１０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。そして、排気ガス浄化装置２１は、後述の第１酸化触媒装置２２、フィルタ装置２５、第２酸化触媒装置２８および流路切換弁３５を含んで構成されている。
【００３１】
２２は排気管１０の下流側に設けられた一の酸化触媒装置（以下、第１酸化触媒装置２２という）で、該第１酸化触媒装置２２は、図４に示すように後述の短絡通路部３４を介して流路切換弁３５に接続された筒状ケース２３と、該筒状ケース２３内に収容して設けられた酸化触媒２４（通常、Diesel Oxdation Catalyst、略してＤＯＣと呼ばれる）とにより構成されている。
【００３２】
ここで、酸化触媒２４は、図４に示すように、例えば筒状ケース２３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り、その軸方向には多数の貫通孔２４Ａが形成され、その内面に貴金属等がコーティングされている。そして、酸化触媒２４は、所定の温度下で各貫通孔２４Ａ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）等を酸化し二酸化炭素（ＣＯ２）として除去し、窒素酸化物（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ２）として除去するものである。
【００３３】
２５は第１酸化触媒装置２２の下流側に配置されたフィルタ装置で、該フィルタ装置２５は、図４に示すように第１酸化触媒装置２２の筒状ケース２３にフランジ接続された他の筒状ケース２６と、該筒状ケース２６内に収容して設けられた粒子状物質除去フィルタ２７（通常、Diesel Particulate Filterと呼ばれるが、以下、「ＤＰＦ」２７という）とにより構成されている。
【００３４】
ここで、ＤＰＦ２７は、エンジン９から排出される排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）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。また、ＤＰＦ２７は、例えばセラミックス材料等からなる多孔質な部材に軸方向に多数の小孔２７Ａを設けたセル状筒体により構成され、各小孔２７Ａは、隣同士で交互に異なる端部が目封じ部材２７Ｂによって閉塞されている。
【００３５】
これにより、ＤＰＦ２７は、一方から小孔２７Ａに流入する排気ガスを多孔質材料に通すことで粒子状物質を捕集し、隣の小孔２７Ａから他方に流出させる。そして、捕集した粒子状物質は、前述の如く燃焼して除去され、これにより、ＤＰＦ２７は再生されるものである。また、フィルタ装置２５の筒状ケース２６には、その下流側に煙突１５が接続して設けられている。そして、フィルタ装置２５により浄化処理された後の排気ガスは、煙突１５内へと流入して大気中に放出される。
【００３６】
２８は本実施の形態で採用した他の酸化触媒装置（以下、第２酸化触媒装置２８という）を示し、該第２酸化触媒装置２８は、後述の連結パイプ３２を介して流路切換弁３５に接続されたケース筒２９と、該ケース筒２９内に収容して設けられた他の酸化触媒３０（ＤＯＣ）とにより構成されている。そして、この場合の酸化触媒３０は、第１酸化触媒装置２２の酸化触媒２４と同様に構成されている。
【００３７】
即ち、酸化触媒３０は、図４に示すように、例えばケース筒２９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り、その軸方向には多数の貫通孔３０Ａが形成され、内面に貴金属等がコーティングされている。そして、酸化触媒３０も、所定の温度下で各貫通孔３０Ａ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）等を酸化し二酸化炭素（ＣＯ２）として除去し、窒素酸化物（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ２）として除去するものである。
【００３８】
３１は第１酸化触媒装置２２と第２酸化触媒装置２８とを直列な状態で接続する直列通路部で、該直列通路部３１は、後述の連結パイプ３２、屈曲パイプ３３および第２酸化触媒装置２８のケース筒２９を含んで構成される。そして、直列通路部３１は、後述の流路切換弁３５が図５中の戻り位置（Ａ）から切換位置（Ｂ）に切換わったときに、第２酸化触媒装置２８と第１酸化触媒装置２２とをエンジン９の排気管１０に対して直列に接続するものである。
【００３９】
３２は第２酸化触媒装置２８の上流側に接続して設けられた連結パイプで、該連結パイプ３２は、図３、図４に示す如く第２酸化触媒装置２８のケース筒２９を後述の流路切換弁３５を介して排気管１０に接続する。そして、連結パイプ３２は、後述の屈曲パイプ３３と共に直列通路部３１を構成し、流路切換弁３５が図５中の戻り位置（Ａ）から切換位置（Ｂ）に切換わったときには、第２酸化触媒装置２８のケース筒２９を排気管１０に連通させるものである。
【００４０】
３３は第１酸化触媒装置２２と第２酸化触媒装置２８との間を接続する屈曲パイプで、該屈曲パイプ３３は、図４に示すように略Ｕ字状に屈曲して形成され、その一側端部３３Ａが第２酸化触媒装置２８のケース筒２９に接続されている。また、屈曲パイプ３３の他側端部３３Ｂは、後述の短絡通路部３４と酸化触媒２４との中間になる位置で、第１酸化触媒装置２２の筒状ケース２３に径方向から接続されている。
【００４１】
そして、屈曲パイプ３３は、連結パイプ３２と共に直列通路部３１を構成し、後述の流路切換弁３５が図５中の戻り位置（Ａ）から切換位置（Ｂ）に切換わったときには、第２酸化触媒装置２８と第１酸化触媒装置２２とをエンジン９の排気管１０に対して直列に接続するものである。
【００４２】
３４は第１酸化触媒装置２２の上流側に接続して設けられた短絡通路部で、該短絡通路部３４は、図３〜図５に示す如く第１酸化触媒装置２２の筒状ケース２３を後述の流路切換弁３５を介して排気管１０に直接的に短絡させて接続するものである。そして、短絡通路部３４は、後述の流路切換弁３５が戻り位置（Ａ）となったときに、第１酸化触媒装置２２の筒状ケース２３を排気管１０に直接的に短絡させて連通させる。
【００４３】
３５は流路の切換えを行う流路切換弁で、該流路切換弁３５は、例えば図５に示す如く、後述するコントローラ４０からの制御信号により戻り位置（Ａ）と切換位置（Ｂ）とに切換制御される。そして、流路切換弁３５は、戻り位置（Ａ）となったときに、排気管１０からの排気ガスを短絡通路部３４を介して第１酸化触媒装置２２の筒状ケース２３内へと流通させ、連結パイプ３２（第２酸化触媒装置２８）側に排気ガスが流通するのを遮断する。
【００４４】
一方、流路切換弁３５は、図５中の戻り位置（Ａ）から切換位置（Ｂ）に切換えられたときに、排気管１０からの排気ガスを直列通路部３１（即ち、連結パイプ３２および第２酸化触媒装置２８のケース筒２９）内に向けて流通させ、短絡通路部３４内に向けて排気ガスが流通するのを遮断する。
【００４５】
この場合、流路切換弁３５は、図３、図４中に点線で示すように内部通路３５Ａを有し、この内部通路３５Ａは、例えば点Ｏを中心にして回動されることにより図３、図４に示す如く流路の切換えを行うものである。即ち、流路切換弁３５が図５に示す戻り位置（Ａ）となったときには、内部通路３５Ａが図３に示す位置に配置され、排気管１０は短絡通路部３４に接続され、直列通路部３１（連結パイプ３２）側から遮断される。また、流路切換弁３５が図５に示す切換位置（Ｂ）に切換わったときには、内部通路３５Ａが図４に示す位置に配置され、排気管１０は短絡通路部３４から遮断され、直列通路部３１（連結パイプ３２）側に接続される。
【００４６】
３６は排気ガスの温度を検出するための温度センサで、該温度センサ３６は、図５に示すように、例えば流路切換弁３５と排気管１０との間に配置され、排気管１０から排出される排気ガスの温度Ｔを検出する。そして、温度センサ３６で検出した温度Ｔは、検出信号として後述のコントローラ４０に出力されるものである。
【００４７】
３７，３８はフィルタ装置２５に設けられた圧力センサで、この圧力センサ３７，３８は、ＤＰＦ２７（図４参照）の上流側と下流側とに離間して配置され、それぞれの検出信号をコントローラ４０に出力する。そして、コントローラ４０は、圧力センサ３７で検出した上流側の圧力Ｐ1 （図６参照）と圧力センサ３８で検出した下流側の圧力Ｐ2 とにより、後述の差圧ΔＰを演算し、この演算結果からＤＰＦ２７（図４参照）に付着した粒子状物質、未燃焼残留物等の堆積量を推定するものである。
【００４８】
３９はエンジン９の回転数を検出する回転センサで、この回転センサ３９は、エンジン回転数Ｎを検出し、その検出信号をコントローラ４０に出力する。そして、コントローラ４０は、エンジン回転数Ｎの検出信号に基づいてエンジン９の運転状態を判別するものである。
【００４９】
４０はマイクロコンピュータ等からなる制御手段としてのコントローラで、該コントローラ４０は、その入力側が温度センサ３６、圧力センサ３７，３８および回転センサ３９等に接続され、その出力側はエンジン９および流路切換弁３５等に接続されている。また、コントローラ４０は、ＲＯＭ，ＲＡＭ等からなる記憶部４０Ａを有し、この記憶部４０Ａ内には、後述の図６に示す流路切換制御用の処理プログラムと、予め決められたエンジン回転数Ｎの判定値Ｎｔ、圧力の判定値Ｐｔ、基準温度Ｔａ等とが格納されている。
【００５０】
ここで、エンジン回転数Ｎの判定値Ｎｔとは、例えばエンジン９の定格回転数等から決められる回転数であり、エンジン回転数Ｎが判定値Ｎｔ以下となったときには、エンジン９は軽負荷状態で運転される可能性が高くなるものである。また、圧力の判定値Ｐｔは、フィルタ装置２５のＤＰＦ２７（図４参照）に付着した粒子状物質、未燃焼残留物等の堆積量を推定するための判定値であり、後述の差圧ΔＰが判定値Ｐｔ以上となったときに、前記堆積量が多くなってフィルタ（ＤＰＦ２７）の再生処理が必要と判定することができる。また、基準温度Ｔａは、Ｔａ＝２４０〜２８０℃の温度範囲内に設定されるものである。
【００５１】
そして、コントローラ４０は、後述する図６の処理プログラムに従って排気管１０を、直列通路部３１と短絡通路部３４とのいずれか一方に選択的に接続する流路切換制御を行う。即ち、コントローラ４０は、回転センサ３９、圧力センサ３７，３８および温度センサ３６からの検出信号により、フィルタ装置２５のＤＰＦ２７（図４参照）に付着した粒子状物質、未燃焼残留物等の堆積量が多くなり、これらを燃焼により焼き切ってＤＰＦ２７の再生を行う必要があり、しかも排気ガスの温度Ｔが基準温度Ｔａよりも低いと判定したときに、流路切換弁３５を戻り位置（Ａ）から切換位置（Ｂ）に切換える制御を行うものである。
【００５２】
本実施の形態による小型の油圧ショベル１に搭載された排気ガス浄化装置２１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。
【００５３】
まず、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９を始動して油圧ポンプ１１を駆動する。これにより、油圧ポンプ１１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。そして、キャブ８に搭乗したオペレータが走行用の操作レバー（図示せず）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。
【００５４】
一方、キャブ８内のオペレータが作業用の操作レバー（図示せず）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。また、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、例えば市街地等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、このような場合には、エンジン９を負荷の軽い状態で稼働することにより騒音の低減化を図るものである。
【００５５】
また、エンジン９の運転時には、その排気管１０から有害物質である粒子状物質等が排出される。このときに排気ガス浄化装置２１は、例えば第１酸化触媒装置２２によって排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯ）、一酸化炭素（ＣＯ）を酸化除去することができる。そして、フィルタ装置２５は、図４に示すＤＰＦ２７によって粒子状物質を捕集し、捕集した粒子状物質を燃焼して除去（再生）する。これにより、浄化した排気ガスを下流側の煙突１５から外部に排出することができる。
【００５６】
ところで、小型でコンパクトな構造となった小旋回式（小型）の油圧ショベル１は、大型、中型の機種等に比較して作業装置５による土砂の掘削力、走行能力等が相対的に小さく、エンジン９も比較的小型となっている。しかも、この場合のエンジン９は軽負荷状態で運転することが多いので、例えば排気ガスの温度が前述した基準温度よりも下がってしまう。
【００５７】
このため、例えば第１酸化触媒装置２２のみを通過した排気ガスを下流側のフィルタ装置２５に導いた場合には、フィルタ装置２５内に流入する排気ガスの温度を所要の温度まで上昇させるのが難しくなり、ＤＰＦ２７に堆積した粒子状物質を燃焼させてＤＰＦ２７を再生することが困難になることがある。
【００５８】
そこで、第１の実施の形態では、排気管１０を基準にして第１酸化触媒装置２２よりも上流側となる位置に、第１酸化触媒装置２２と第２酸化触媒装置２８とを直列に接続する直列通路部３１と、第１酸化触媒装置２２に短絡して接続される短絡通路部３４とを設け、この直列通路部３１と短絡通路部３４とに対する排気ガスの流れを流路切換弁３５により選択的に切換える構成としている。
【００５９】
そして、コントローラ４０は、図６に示す処理プログラム従って流路切換弁３５を、戻り位置（Ａ）と切換位置（Ｂ）とのいずれか一方に切換制御し、これにより、フィルタ装置２５のＤＰＦ２７を安定して再生させる構成としたものである。
【００６０】
即ち、エンジン９の稼働により図６の処理動作がスタートすると、ステップ１では回転センサ３９からエンジン回転数Ｎを読込む。次に、ステップ２では、エンジン回転数Ｎが予め決められた判定値Ｎｔ以下であるか否かを判定する。そして、ステップ２で「ＮＯ」と判定する間は、エンジン回転数Ｎが十分に高く、エンジン９は高負荷状態で運転される可能性が高くなるものである。
【００６１】
そこで、ステップ２で「ＮＯ」と判定するときには、次なるステップ３に移って流路切換弁３５を戻り位置（Ａ）として短絡通路部３４側に切換制御し、排気管１０からの排気ガスを第１酸化触媒装置２２に直接的に流通させる。そして、次なるステップ４でリターンし、その後はステップ１以降の処理を繰返すようにする。
【００６２】
一方、ステップ２で「ＹＥＳ」と判定したときには、エンジン回転数Ｎが判定値Ｎｔ以下となって、エンジン９は軽負荷状態で運転される可能性が高くなっている。そこで、この場合には、次なるステップ５に移って圧力センサ３７，３８から圧力Ｐ1 ，Ｐ2 を読込む。即ち、フィルタ装置２５のＤＰＦ２７（図４参照）に対し、その上流側の圧力Ｐ1 と下流側の圧力Ｐ2 とを読込む。
【００６３】
そして、次なるステップ６では、ＤＰＦ２７の上流側の圧力Ｐ1 と下流側の圧力Ｐ2 との差圧ΔＰを、下記の数１式により演算する。そして、次のステップ７では、差圧ΔＰが予め決められた判定値Ｐｔ以上となっているか否かを判定する。
【００６４】
【数１】
【００６５】
ここで、ステップ７により「ＮＯ」と判定するときには、前記差圧ΔＰが小さく、フィルタ装置２５のＤＰＦ２７（図４参照）には粒子状物質、未燃焼残留物等がそれほどには堆積してないと判断することができる。そこで、この場合もステップ３に移って流路切換弁３５を戻り位置（Ａ）として短絡通路部３４側に切換制御し、排気管１０からの排気ガスを第１酸化触媒装置２２に直接的に流通させる。そして、次なるステップ４でリターンし、その後はステップ１以降の処理を繰返すようにする。
【００６６】
一方、ステップ７で「ＹＥＳ」と判定したときには、差圧ΔＰが判定値Ｐｔ以上となって、フィルタ装置２５のＤＰＦ２７に付着した粒子状物質、未燃焼残留物等の堆積量が多くなっていると判断することができる。このため、次なるステップ８では、温度センサ３６から排気ガスの温度Ｔを読込む。そして、ステップ９に移って、排気ガスの温度Ｔが基準温度Ｔａ（例えば、Ｔａ＝２４０〜２８０℃）よりも低いか否かを判定する。
【００６７】
この場合、ステップ９で「ＮＯ」と判定するときには、排気ガスの温度Ｔが基準温度Ｔａ以上となって高いため、フィルタ装置２５のＤＰＦ２７に捕集した粒子状物質等を燃焼して除去する上で、燃焼温度が不足することはないと判断することができる。従って、この場合もステップ３に移って流路切換弁３５を戻り位置（Ａ）として短絡通路部３４側に切換制御し、排気管１０からの排気ガスを第１酸化触媒装置２２に直接的に流通させる。そして、次なるステップ４でリターンし、その後はステップ１以降の処理を繰返すようにする。
【００６８】
一方、ステップ９で「ＹＥＳ」と判定したときには、排気ガスの温度Ｔが基準温度Ｔａよりも低いために、フィルタ装置２５のＤＰＦ２７に捕集した粒子状物質等を燃焼して除去する上で、燃焼温度が不足する可能性が高い。そこで、この場合には、ステップ１０に移って流路切換弁３５を戻り位置（Ａ）から切換位置（Ｂ）に切換え、直列通路部３１側に切換える制御を行う。
【００６９】
これにより、排気管１０からの排気ガスは、短絡通路部３４内に流通するのが遮断され、連結パイプ３２側から第２酸化触媒装置２８を経由して第１酸化触媒装置２２へと流通する。このため、排気ガス中の成分は、図４中に示すように２つの酸化触媒３０，２４を通過することにより、それぞれの酸化触媒３０，２４で反応を繰返し、例えば炭化水素（ＨＣ）を酸化するとき等に排気ガスの温度を上昇させることができる。
【００７０】
しかも、この場合の排気ガスは、直列状態となった２つの酸化触媒３０，２４により大きな絞り抵抗を受けて圧損が増大し、エンジン９の負荷が増加する。これにより、エンジン９は燃料の噴射量を増やすことになり、これに伴って排気ガスの温度をさらに上昇することができる。
【００７１】
この結果、第１酸化触媒装置２２の下流側に位置するフィルタ装置２５に対しては、温度の高い排気ガスを導くことができ、例えばＤＰＦ２７を再生するときの燃焼温度を高くすることができる。これによって、ＤＰＦ２７内に堆積した粒子状物質を焼き切ることができ、ＤＰＦ２７の再生を円滑に行うことができる。
【００７２】
また、ステップ１０の処理後はステップ８に戻って、これ以降の処理を繰返すようにする。そして、ステップ９で「ＹＥＳ」と判定する間は、流路切換弁３５を切換位置（Ｂ）に切換えた状態に保ち、排気管１０からの排気ガスを連結パイプ３２、第２酸化触媒装置２８を経由して第１酸化触媒装置２２へと流通させる。
【００７３】
一方、ステップ９で「ＮＯ」と判定したときには、排気ガスの温度Ｔが基準温度Ｔａ以上となっているため、燃焼温度が不足することはないと判断できる。従って、この場合はステップ３に移って流路切換弁３５を戻り位置（Ａ）とし、排気管１０からの排気ガスを第１酸化触媒装置２２に直接的に流通させ、その後はステップ４でリターンする。
【００７４】
かくして、本実施の形態によれば、排気管１０の下流側に流路切換弁３５を介して直列通路部３１と短絡通路部３４とを設け、短絡通路部３４は第１酸化触媒装置２２に直接的に短絡して接続され、直列通路部３１側には、第１酸化触媒装置２２よりも上流側となる位置に屈曲パイプ３３を介して第２酸化触媒装置２８を直列に接続して設け、直列通路部３１と短絡通路部３４とに対する排気ガスの流れを流路切換弁３５により選択的に切換える構成としている。
【００７５】
そして、エンジン９から排出される排気ガスの温度Ｔが基準温度Ｔａよりも低いときには、この排気ガスを直列通路部３１側に導いて第２酸化触媒装置２８と第１酸化触媒装置２２とに流通させる。これにより、排気ガスは２つの酸化触媒装置２８，２２から大きな絞り抵抗を受けて圧損が増大し、エンジン９の負荷が増加するので、エンジン９は燃料の噴射量を増やすようになり、これに伴って排気ガスの温度を上昇することができる。しかも、２つの酸化触媒装置２８，２２による酸化触媒反応によっても排気ガスの温度を上昇することができる。
【００７６】
この結果、第１酸化触媒装置２２の下流側に位置するフィルタ装置２５に対しては、温度の高い排気ガスを導くことができ、例えばＤＰＦ２７を再生するときの燃焼温度を高くすることができる。これによって、ＤＰＦ２７内に堆積した粒子状物質を焼き切ることができ、ＤＰＦ２７の再生を円滑に行うことができる。
【００７７】
また、エンジン９から排出される排気ガスの温度Ｔが基準温度Ｔａを越えるようなときには、流路切換弁３５を戻り位置（Ａ）に保持することにより、第２酸化触媒装置２８に対する排気ガスの流れを遮断でき、第１酸化触媒装置２２に排気ガスを直接的に流通させることにより、フィルタ装置２５においてＤＰＦ２７の再生を行うことができる。
【００７８】
従って、第１の実施の形態によれば、エンジン９の軽負荷運転により排気ガスの温度が下がったときでも、フィルタ装置２５のＤＰＦ２７に堆積した粒子状物質を燃焼させてＤＰＦ２７を再生することができ、排気ガスの浄化処理を安定して行うことができ、これにより、排気ガス浄化装置２１としての信頼性を向上することができる。
【００７９】
次に、図７および図８は本発明の第２の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、２つの酸化触媒装置を直接的に突合わせて接続する構成とし、このうち下流側に位置する酸化触媒装置には、屈曲パイプからなる短絡通路部を介して排気ガスを直接的に導ける構成としたことにある。なお、第２の実施の形態では、前述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００８０】
図中、５１は第２の実施の形態による排気ガス浄化装置を示し、該排気ガス浄化装置５１は、第１の実施の形態で述べた排気ガス浄化装置２１とほぼ同様に構成され、後述の第１酸化触媒装置５２、フィルタ装置５５、第２酸化触媒装置５８および流路切換弁６６を有している。しかし、この場合の排気ガス浄化装置５１は、後述する２つの酸化触媒装置５２，５８が直接的に突合わせるように接続されている点で、第１の実施の形態とは異なっている。
【００８１】
５２は一の酸化触媒装置（以下、第１酸化触媒装置５２という）で、該第１酸化触媒装置５２は、第１の実施の形態で述べた第１酸化触媒装置２２と同様に構成され、図８に示すように筒状ケース５３と、多数の貫通孔５４Ａを有した酸化触媒５４（ＤＯＣ）とを備えている。しかし、この場合の第１酸化触媒装置５２は、筒状ケース５３が円筒状の筒体として形成され、その両端が後述の筒状ケース５６，５９間に挟まれた状態でフランジ接続されている。
【００８２】
５５は第１酸化触媒装置５２の下流側に配置されたフィルタ装置で、該フィルタ装置５５は、第１の実施の形態で述べたフィルタ装置２５と同様に構成され、図８に示すように第１酸化触媒装置５２の筒状ケース５３にフランジ接続された他の筒状ケース５６と、該筒状ケース５６内に収容して設けられ多数の小孔５７Ａ、目封じ部材５７Ｂを有したＤＰＦ５７とを備えている。また、フィルタ装置５５の筒状ケース５６にも、その下流側に煙突１５が接続して設けられている。
【００８３】
５８は本実施の形態で採用した他の酸化触媒装置（以下、第２酸化触媒装置５８という）で、該第２酸化触媒装置５８は、後述の連結パイプ６２を介して流路切換弁６６に接続された別の筒状ケース５９と、該筒状ケース５９内に収容して設けられた他の酸化触媒６０（ＤＯＣ）とにより構成されている。そして、この場合の酸化触媒６０は、第１酸化触媒装置５２の酸化触媒５４と同様に構成されている。
【００８４】
即ち、酸化触媒６０は、図８に示すように、例えば筒状ケース５９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り、その軸方向には多数の貫通孔６０Ａが形成され、内面に貴金属等がコーティングされている。そして、酸化触媒６０も、所定の温度下で各貫通孔６０Ａに排気ガスを流通させることにより、この排気ガスに含まれる一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）等を酸化して除去し、窒素酸化物（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ２）として除去するものである。
【００８５】
６１は第１酸化触媒装置５２と第２酸化触媒装置５８を直列に接続する直列通路部で、該直列通路部６１は、後述の連結パイプ６２と第２酸化触媒装置５８の筒状ケース５９とを含んで構成される。そして、直列通路部６１は、後述する流路切換弁６６の内部通路６６Ａが図７中に点線で示す位置に切換わったときに、第２酸化触媒装置５８と第１酸化触媒装置５２とをエンジン９の排気管１０に対して直列に接続するものである。
【００８６】
６２は第２酸化触媒装置５８の上流側に接続して設けられた連結パイプで、該連結パイプ６２は、図７、図８に示す如く第２酸化触媒装置５８の筒状ケース５９等と共に直列通路部６１を構成するものである。
【００８７】
６３は第１酸化触媒装置５２の筒状ケース５３を排気管１０に短絡して接続する短絡通路部で、該短絡通路部６３は、連結パイプ６４と屈曲パイプ６５とを含んで構成されている。ここで、屈曲パイプ６５は、図７、図８に示すように略Ｕ字状またはコ字状に屈曲して形成され、その一側端部６５Ａが後述の流路切換弁６６に連結パイプ６４を介して接続されている。また、屈曲パイプ６５の他側端部６５Ｂは、図８に示すように第１酸化触媒装置５２の酸化触媒５４よりも上流側となり、第２酸化触媒装置５８の酸化触媒６０よりも下流側となる位置で筒状ケース５９に径方向から接続されている。
【００８８】
そして、屈曲パイプ６５は、後述する流路切換弁６６の内部通路６６Ａが図８中に点線で示すように切換わったときに、第１酸化触媒装置５２の筒状ケース５３を排気管１０に直接的に短絡させて接続するものである。これにより、屈曲パイプ６５と連結パイプ６４とは短絡通路部６３を構成し、第１酸化触媒装置５２を排気管１０側に流路切換弁６６を介して直接的に連通させる。
【００８９】
６６は流路切換弁を構成する流路切換弁で、該流路切換弁６６は、第１の実施の形態で述べた流路切換弁３５とほぼ同様に構成され、コントローラ（図示せず）からの制御信号により切換制御される。この場合、流路切換弁６６は、図７、図８中に点線で示すように内部通路６６Ａを有し、この内部通路６６Ａは、例えば点Ｏを中心にして回動されることにより図７、図８に示す如く流路の切換えを行うものである。
【００９０】
即ち、流路切換弁６６は、内部通路６６Ａが図７に示す位置に配置されたときに、排気管１０を直列通路部６１（連結パイプ６２）側に接続し、連結パイプ６４側からは遮断する。これにより、排気管１０からの排気ガスは、連結パイプ６２を介して第２酸化触媒装置５８の筒状ケース５９内に向けて流通し、その後に第１酸化触媒装置５２の筒状ケース５３内に向けて流通する。
【００９１】
また、流路切換弁６６は、内部通路６６Ａが図８に示す位置に配置されると、排気管１０を連結パイプ６２に対して遮断し、短絡通路部６３（連結パイプ６４）側に接続する。これにより、排気管１０からの排気ガスは、短絡通路部６３を介して第１酸化触媒装置５２の筒状ケース５３内へと流通し、第２酸化触媒装置５８側に排気ガスが流通するのを遮断する。
【００９２】
かくして、このように構成された第２の実施の形態においても、前述した第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。特に、第２の実施の形態では、排気ガス浄化装置５１の第１，第２酸化触媒装置５２，５８を直接的に突合わせるように接続する構成としているので、下記のような効果を得ることができる。
【００９３】
即ち、第１酸化触媒装置５２の筒状ケース５３と第２酸化触媒装置５８の筒状ケース５９とは直接的にフランジ接続され、流路切換弁６６の内部通路６６Ａが図７中に点線で示す位置に切換わったときには、第２酸化触媒装置５８と第１酸化触媒装置５２とをエンジン９の排気管１０に対して直列に接続することができる。このため、例えば第１酸化触媒装置５２内を流通する排気ガスが周囲温度の影響を受けて温度低下するのを抑えることができ、フィルタ装置５５側に高い温度の排気ガスを導くことができる。
【００９４】
なお、前記第１の実施の形態では、フィルタ装置２５の下流側に煙突１５を設ける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、例えばフィルタ装置２５の下流側に別の酸化触媒装置を設ける構成としてもよい。また、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。そして、この点は第２の実施の形態についても同様である。
【００９５】
また、前記第１の実施の形態では、第１酸化触媒装置２２の筒状ケース２３とフィルタ装置２５の筒状ケース２６とを互いに突合わせてフランジ接続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、例えば印籠嵌合等の手段を用いて前，後２つの筒状ケース間を接続する構成としてもよく、要は前，後の筒状ケース間を着脱可能に接続する構成とすればよいものである。そして、この点は、第２の実施の形態についても同様である。
【００９６】
さらに、各実施の形態では、排気ガス浄化装置２１，５１をクローラ式の下部走行体２を備えた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、本発明はこれに限るものではなく、例えばタイヤ等からなるホイール式の下部走行体を備えた油圧ショベルに搭載する構成としてもよい。それ以外にも、リフトトラック、油圧クレーン等の他の建設機械にも広く搭載することができる。
【符号の説明】
【００９７】
１ 油圧ショベル
２ 下部走行体（車体）
４ 上部旋回体（車体）
９ エンジン
１０ 排気管（排気ガス通路）
１１ 油圧ポンプ
１３ 熱交換器
１４ カウンタウエイト
１５ 煙突
２１，５１ 排気ガス浄化装置
２２，５２ 第１酸化触媒装置（一の酸化触媒装置）
２３，２６，５３，５６，５９ 筒状ケース
２４，３０，５４，６０ 酸化触媒（ＤＯＣ）
２５，５５ フィルタ装置（フィルタ装置）
２７，５７ ＤＰＦ（粒子状物質除去フィルタ）
２８，５８ 第２酸化触媒装置（他の酸化触媒装置）
２９ ケース筒
３１，６１ 直列通路部
３３，６５ 屈曲パイプ
３４，６３ 短絡通路部
３５，６６ 流路切換弁
３６ 温度センサ
３７，３８ 圧力センサ
３９ 回転センサ
４０ コントローラ（制御手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体に搭載されたエンジンの排気ガス通路に、排気ガス中の成分を酸化するための一の酸化触媒装置と、該一の酸化触媒装置の下流側に配置され前記排気ガス中の粒子状物質を捕集して除去するフィルタ装置とを設けてなる排気ガス浄化装置において、
前記排気ガス通路の途中には、前記一の酸化触媒装置の上流側に位置して前記排気ガス中の成分を酸化する他の酸化触媒装置と、該他の酸化触媒装置と前記一の酸化触媒装置とに対する排気ガスの流れを選択的に切換える流路切換弁とを設け、
該流路切換弁は、前記エンジンから排出される排気ガスの温度が予め決められた基準温度よりも低いときに排気ガスを前記他の酸化触媒装置を経由して前記一の酸化触媒装置に流通させ、排気ガスの温度が前記基準温度を越えるときには、前記他の酸化触媒装置に対する排気ガスの流れを遮断し前記一の酸化触媒装置に排気ガスを流通させる構成としたことを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項２】
前記排気ガス通路は、前記一の酸化触媒装置と他の酸化触媒装置とが直列に接続される直列通路部と、前記他の酸化触媒装置を介することなく前記一の酸化触媒装置と短絡的に接続される短絡通路部とを有する構成とし、前記流路切換弁は、前記直列通路部と短絡通路部とのいずれか一方に前記エンジンからの排気ガスを流通させる構成としてなる請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項３】
前記基準温度は、２４０〜２８０℃の範囲内にある温度としてなる請求項１または２に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項１】
車体に搭載されたエンジンの排気ガス通路に、排気ガス中の成分を酸化するための一の酸化触媒装置と、該一の酸化触媒装置の下流側に配置され前記排気ガス中の粒子状物質を捕集して除去するフィルタ装置とを設けてなる排気ガス浄化装置において、
前記排気ガス通路の途中には、前記一の酸化触媒装置の上流側に位置して前記排気ガス中の成分を酸化する他の酸化触媒装置と、該他の酸化触媒装置と前記一の酸化触媒装置とに対する排気ガスの流れを選択的に切換える流路切換弁とを設け、
該流路切換弁は、前記エンジンから排出される排気ガスの温度が予め決められた基準温度よりも低いときに排気ガスを前記他の酸化触媒装置を経由して前記一の酸化触媒装置に流通させ、排気ガスの温度が前記基準温度を越えるときには、前記他の酸化触媒装置に対する排気ガスの流れを遮断し前記一の酸化触媒装置に排気ガスを流通させる構成としたことを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項２】
前記排気ガス通路は、前記一の酸化触媒装置と他の酸化触媒装置とが直列に接続される直列通路部と、前記他の酸化触媒装置を介することなく前記一の酸化触媒装置と短絡的に接続される短絡通路部とを有する構成とし、前記流路切換弁は、前記直列通路部と短絡通路部とのいずれか一方に前記エンジンからの排気ガスを流通させる構成としてなる請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項３】
前記基準温度は、２４０〜２８０℃の範囲内にある温度としてなる請求項１または２に記載の排気ガス浄化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−２３６３６３（Ｐ２０１０−２３６３６３Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−８２１５６（Ｐ２００９−８２１５６）
【出願日】平成２１年３月３０日（２００９．３．３０）
【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２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月３０日（２００９．３．３０）
【出願人】（０００００５５２２）日立建機株式会社 (2,611)
【Ｆターム（参考）】
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