JP2011256767A - 作業機の排気ガス浄化システム - Google Patents

Abstract

【課題】排気ガス浄化装置５０の粒子状物質捕集能力を回復させる再生制御を簡単な構成で効率よく実行できるようにする。
【解決手段】本願発明に係る作業機の排気ガス浄化システムは、エンジン７０の排気経路７７に配置された排気ガス浄化装置５０と、油圧アクチュエータ１６０，１６３と、前記エンジン７０の動力にて前記油圧アクチュエータ１６０，１６３に作動油を供給する油圧ポンプ１０１と、前記油圧ポンプ１０１とその下流側にある作業部油圧回路１０３との間に配置された調整弁手段１００とを備える。前記排気ガス浄化装置５０の詰り状態が規定水準以上になると、前記調整弁手段１００の作動にて前記油圧ポンプ１０１側の圧力を増大させることによって、エンジン回転速度を維持しながらエンジン負荷を増大させるように構成する。
【選択図】図８

Description

本願発明は、例えば建設機械、農作業機及びエンジン発電機といった作業機の排気ガス浄化システムに関するものである。

昨今、ディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）に関する高次の排ガス規制が適用されるのに伴い、エンジンが搭載される建設機械、農作業機及びエンジン発電機等に、排気ガス中の大気汚染物質を浄化処理する排気ガス浄化装置を搭載することが要望されつつある。排気ガス浄化装置としては、ディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦという）が知られている。ＤＰＦは、排気ガス中の粒子状物質（以下、ＰＭという）等を捕集するためのものである。この場合、ＤＰＦにて捕集されたＰＭが規定量を超えると、ＤＰＦ内の流通抵抗が増大してエンジン出力の低下をもたらすため、排気ガスの昇温によってＤＰＦに堆積したＰＭを除去し、ＤＰＦのＰＭ捕集能力を回復させる（ＤＰＦを再生させる）こともよく行われている。

例えば特許文献１には、エンジンの排気経路のうちＤＰＦの上流側に電熱式のヒータを設け、ＤＰＦに導かれる排気ガスをヒータ加熱にて昇温させることによって、ＤＰＦに堆積したＰＭを燃焼除去することが開示されている。

特開２００１−２８０１２１号公報

しかし、特許文献１の構成では、排気ガス昇温専用のヒータが必要であるため、部品点数が嵩み、コスト上昇の一因になるという問題があった。また、ヒータによる排気ガスの加熱が局部的とならざるを得ず、排気ガスを一様に加熱できないから、排気ガスを均一に浄化できないばかりか、ヒータに近接するＤＰＦ自体の温度も不均一になって、ＤＰＦに割れ等の損傷が発生するおそれが高いという問題もあった。

そこで、本願発明は、これらの問題を解消した作業機の排気ガス浄化システムを提供することを技術的課題とするものである。

請求項１の発明に係る作業機の排気ガス浄化システムは、エンジンの排気経路に配置された排気ガス浄化装置と、油圧アクチュエータと、前記エンジンの動力にて前記油圧アクチュエータに作動油を供給する油圧ポンプと、前記油圧ポンプとその下流側にある作業部油圧回路との間に配置された調整弁手段とを備えており、前記排気ガス浄化装置の詰り状態が規定水準以上になると、前記調整弁手段の作動にて前記油圧ポンプ側の圧力を増大させることによって、エンジン回転速度を維持しながらエンジン負荷を増大させるように構成されているというものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載した作業機の排気ガス浄化システムにおいて、前記排気ガス浄化装置の詰り状態が前記規定水準より低い許容水準以下になるか、若しくは、前記調整弁手段を作動させてからの経過時間が予め設定された設定時間以上になると、前記調整弁手段による前記油圧ポンプ側の圧力増大を解除するように構成されているというものである。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載した作業機の排気ガス浄化システムにおいて、前記調整弁手段を非作動状態から作動状態にするまでの遷移時間が変更可能になっているというものである。

請求項４の発明は、請求項１〜３のうちいずれかに記載した作業機の排気ガス浄化システムにおいて、前記調整弁手段はパルス幅変調制御によって作動するように構成されているというものである。

請求項１の発明に係る作業機の排気ガス浄化システムによると、エンジンの排気経路に配置された排気ガス浄化装置と、油圧アクチュエータと、前記エンジンの動力にて前記油圧アクチュエータに作動油を供給する油圧ポンプと、前記油圧ポンプとその下流側にある作業部油圧回路との間に配置された圧力調整弁とを備えており、前記排気ガス浄化装置の詰り状態が規定水準以上になると、前記調整弁手段の作動にて前記油圧ポンプ側の圧力を増大させることによって、エンジン回転速度を維持しながらエンジン負荷を増大させるように構成されているから、例えば前記エンジンの燃料噴射制御や吸排気絞り装置の開閉制御の設定を変更することなく、前記油圧ポンプ側の圧力増大によって、エンジン出力を増大させて排気ガス温度を上昇させ、前記排気ガス浄化装置を再生できる。つまり、前記排気ガス浄化装置の粒子状物質捕集能力を回復できる。

請求項２の発明では、請求項１に記載した作業機の排気ガス浄化システムにおいて、前記排気ガス浄化装置の詰り状態が前記規定水準より低い許容水準以下になるか、若しくは、前記調整弁手段を作動させてからの経過時間が予め設定された設定時間以上になると、前記調整弁手段による前記油圧ポンプ側の圧力増大を解除するように構成されている。上記いずれかの条件を満たした場合というのは、前記排気ガス浄化装置の詰り状態が改善したとみなせるから、前記調整弁手段による前記油圧ポンプ側の圧力増大を解除することによって、オペレータの戻し操作等に依らずに、前記調整弁手段を非作動状態にして、前記油圧ポンプから前記エンジンに過剰な負荷が掛かるのを防止できる。従って、前記排気ガス浄化装置の再生動作の効率化を図れ、前記排気ガス浄化装置の再生に伴う燃費の悪化を抑制できる。

請求項３の発明によると、請求項１又は２に記載した作業機の排気ガス浄化システムにおいて、前記調整弁手段を非作動状態から作動状態にするまでの遷移時間が変更可能になっているから、例えば作業機の特性に応じて前記遷移時間を設定することが可能になる。このため、前記排気ガス浄化装置の再生にあたり、きめ細かい対処が図れるという効果を奏する。

請求項４の発明によると、請求項１〜３のうちいずれかに記載した作業機の排気ガス浄化システムにおいて、前記調整弁手段はパルス幅変調制御によって作動するように構成されているから、前記油圧ポンプ側の圧力が急増又は急減するおそれを抑制できる。このため、エンジン出力が急激に変化するのを未然に防止して、エンジン出力急変に起因した衝撃（ショック）を少なくできる。

エンジンが搭載されたバックホウの側面図である。 バックホウの平面図である。 エンジンの燃料系統説明図である。 エンジン及び排気ガス浄化装置の関係を示す機能ブロック図である。 燃料の噴射タイミングを説明する図である。 出力特性マップの説明図である。 計器パネルの説明図である。 ＤＰＦ再生制御の流れを示すフローチャートである。 ＤＰＦ再生制御の別例を示すフローチャートである。 調整弁手段の別例を示す機能ブロック図である。 （ａ）はパイロット圧付加状態に移行する場合の電磁切換弁の駆動出力線図、（ｂ）はこの場合の到達デューティ比と時間との関係を示す説明図、（ｃ）はパイロット圧排出状態に移行する場合の電磁切換弁の駆動出力線図、（ｄ）はこの場合の到達デューティ比と時間との関係を示す説明図である。

以下に、本願発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

（１）．バックホウの概略構造
まず始めに、図１及び図２を参照して、エンジン７０が搭載される作業機の一例であるバックホウ１４１の概略構造について説明する。なお、図２では説明の便宜上、キャビン６の図示を省略している。

作業機の一例であるバックホウ１４１は、左右一対の走行クローラ１４３（図１では左側のみ示す）を有するクローラ式の走行装置１４２と、走行装置１４２上に設けられた旋回台１４４（機体）とを備えている。旋回台１４４は、旋回モータ（図示省略）にて、３６０°の全方位にわたって水平旋回可能に構成されている。走行装置１４２の前部には排土板１４５が昇降回動可能に装着されている。

旋回台１４４には、操縦部としてのキャビン１４６とディーゼル４気筒タイプのエンジン７０とが搭載されている。旋回台１４４の前部には、掘削作業のためのブーム１５１、アーム１５２及びバケット１５３を有する作業部１５０が設けられている。図２に示すように、キャビン１４６の内部には、オペレータが着座する操縦座席１４８、エンジン回転速度を設定保持するスロットル操作手段としてのスロットルレバー１６６、並びに、作業部操作手段としてのレバー・スイッチ群１６７〜１７０（旋回操作レバー１６７、アーム操作レバー１６８、バケット操作スイッチ１６９及びブーム操作レバー１７０）等が配置されている。

作業部１５０の構成要素であるブーム１５１は、先端側を前向きに突き出して側面視く字状に屈曲した形状に形成されている。ブーム１５１の基端部は、旋回台１４４の前部に取り付けられたブームブラケット１５４に、横向きのブーム軸１５５を中心にして首振り回動可能に枢着されている。ブーム１５１の内面（前面）側には、これを上下に首振り回動させるための片ロッド複動形のブームシリンダ１５６が配置されている。ブームシリンダ１５６のシリンダ側端部は、ブームブラケット１５４の前端部に回動可能に枢支されている。ブームシリンダ１５６のロッド側端部は、ブーム１５１における屈曲部の前面側（凹み側）に固定された前ブラケット１５７に回動可能に枢支されている。

ブーム１５１の先端部には、長手角筒状のアーム１５２の基端部が、横向きのアーム軸１５９を中心にして首振り回動可能に枢着されている。ブーム１５１の上面前部側には、アーム１５２を首振り回動させるための片ロッド複動形のアームシリンダ１６０が配置されている。アームシリンダ１６０のシリンダ側端部は、ブーム１５１における屈曲部の背面側（突出側）に固定された後ブラケット１５８に回動可能に枢支されている。アームシリンダ１６０のロッド側端部は、アーム１５２の基端側外面（前面）に固着されたアームブラケット１６１に回動可能に枢支されている。

アーム１５２の先端部には、掘削用アタッチメントとしてのバケット１５３が、横向きのバケット軸１６２を中心にして掬い込み回動可能に枢着されている。アーム１５２の外面（前面）側には、バケット１５３を掬い込み回動させるための片ロッド複動形のバケットシリンダ１６３が配置されている。バケットシリンダ１６３のシリンダ側端部は、アームブラケット１６１に回動可能に枢支されている。バケットシリンダ１６３のロッド側端部は、連結リンク１６４及び中継ロッド１６５を介してバケット１５３に回動可能に枢支されている。

（２）．エンジン及びその周辺の構造
次に、図３及び図４を参照しながら、エンジン７０及びその周辺の構造を説明する。図４に示すように、エンジン７０は、前述の通り４気筒型のディーゼルエンジンであり、上面にシリンダヘッド７２が締結されたシリンダブロック７５を備えている。シリンダヘッド７２の一側面には吸気マニホールド７３が接続されており、他側面には排気マニホールド７１が接続されている。シリンダブロック７５の側面のうち吸気マニホールド７３の下方には、エンジン７０の各気筒に燃料を供給するコモンレールシステム１１７が設けられている。吸気マニホールド７３の吸気上流側に接続された吸気管７６には、エンジン７０の吸気圧（吸気量）を調節するための吸気絞り装置８１とエアクリーナ（図示省略）とが接続される。

図３に示すように、エンジン７０における４気筒分の各インジェクタ１１５に、コモンレールシステム１１７及び燃料供給ポンプ１１６を介して、燃料タンク１１８が接続される。各インジェクタ１１５は電磁開閉制御型の燃料噴射バルブ１１９を備えている。コモンレールシステム１１７は円筒状のコモンレール１２０を備えている。燃料供給ポンプ１１６の吸入側には、燃料フィルタ１２１及び低圧管１２２を介して燃料タンク１１８が接続されている。燃料タンク１１８内の燃料が燃料フィルタ１２１及び低圧管１２２を介して燃料供給ポンプ１１６に吸い込まれる。実施形態の燃料供給ポンプ１１６は吸気マニホールド７３の近傍に配置されている。一方、燃料供給ポンプ１１６の吐出側には、高圧管１２３を介してコモンレール１２０が接続されている。コモンレール１２０には、４本の燃料噴射管１２６を介して、４気筒分のインジェクタ１１５が接続されている。

上記の構成において、燃料タンク１１８の燃料は燃料供給ポンプ１１６によってコモンレール１２０に圧送され、高圧の燃料がコモンレール１２０に蓄えられる。各燃料噴射バルブ１１９がそれぞれ開閉制御されることによって、コモンレール１２０内の高圧の燃料が各インジェクタ１１５からエンジン７０の各気筒に噴射される。すなわち、各燃料噴射バルブ１１９を電子制御することによって、各インジェクタ１１５から供給される燃料の噴射圧力、噴射時期、噴射期間（噴射量）が高精度にコントロールされる。従って、エンジン７０からの窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減できると共に、エンジン７０の騒音振動を低減できる。

図５に示すように、コモンレールシステム１１７は、上死点（ＴＤＣ）を挟む付近でメイン噴射Ａを実行するように構成されている。また、コモンレールシステム１１７は、メイン噴射Ａ以外に、上死点より約６０°以前のクランク角度θ１の時期に、ＮＯｘ及び騒音の低減を目的として少量のパイロット噴射Ｂを実行したり、上死点直前のクランク角度θ２の時期に、騒音低減を目的としてプレ噴射Ｃを実行したり、上死点後のクランク角度θ３及びθ４の時期に、粒子状物質（以下、ＰＭという）の低減や排気ガスの浄化促進を目的としてアフタ噴射Ｄ及びポスト噴射Ｅを実行したりするように構成されている。

なお、図３に示すように、燃料タンク１１８には、燃料戻り管１２９を介して燃料供給ポンプ１１６が接続されている。円筒状のコモンレール１２０の長手方向の端部に、コモンレール１２０内の燃料の圧力を制限する戻り管コネクタ１３０を介して、コモンレール戻り管１３１が接続されている。すなわち、燃料供給ポンプ１１６の余剰燃料とコモンレール１２０の余剰燃料とが、燃料戻り管１２９及びコモンレール戻り管１３１を介して燃料タンク１１８に回収されることになる。

排気マニホールド７１の排気下流側に接続された排気管７７には、エンジン７０の排気圧を調節するための排気絞り装置８２と、排気ガス浄化装置の一例であるディーゼルパティキュレートフィルタ５０（以下、ＤＰＦという）とが接続される。各気筒から排気マニホールド７１に排出された排気ガスは、排気管７７、排気絞り装置８２及びＤＰＦ５０を経由して浄化処理をされてから外部に放出される。

ＤＰＦ５０は、排気ガス中のＰＭ等を捕集するためのものである。実施形態のＤＰＦ５０は、耐熱金属材料製のケーシング５１内にある略筒型のフィルタケース５２に、例えば白金等のディーゼル酸化触媒５３とスートフィルタ５４とを直列に並べて収容してなるものである。実施形態では、フィルタケース５２内のうち排気上流側にディーゼル酸化触媒５３が配置され、排気下流側にスートフィルタ５４が配置されている。スートフィルタ５４は、多孔質な（ろ過可能な）隔壁にて区画された多数のセルを有するハニカム構造になっている。

ケーシング５１の一側部には、排気管７６のうち排気絞り装置８２より排気下流側に連通する排気導入口５５が設けられている。ケーシング５１の一端部は第１底板５６にて塞がれ、フィルタケース５２のうち第１底板５６に臨む一端部は第２底板５７にて塞がれている。ケーシング５１とフィルタケース５２との間の環状隙間、並びに両底板５６，５７間の隙間には、ガラスウールのような断熱材５８がディーゼル酸化触媒５３及びスートフィルタ５４の周囲を囲うように充填されている。ケーシング５１の他側部は２枚の蓋板５９，６０にて塞がれていて、これら両蓋板５９，６０を略筒型の排気排出口６１が貫通している。また、両蓋板５９，６０の間は、フィルタケース５２内に複数の連通管６２を介して連通する共鳴室６３になっている。

ケーシング５１の一側部に形成された排気導入口５５には排気ガス導入管６５が挿入されている。排気ガス導入管６５の先端は、ケーシング５１を横断して排気導入口５５と反対側の側面に突出している。排気ガス導入管６５の外周面には、フィルタケース５２に向けて開口する複数の連通穴６６が形成されている。排気ガス導入管６５のうち排気導入口５５と反対側の側面に突出する部分は、これに着脱可能に螺着された蓋体６７にて塞がれている。

ＤＰＦ５０には、検出手段の一例として、ＤＰＦ５０内の排気ガス温度を検出するＤＰＦ温度センサ２６が設けられている。実施形態のＤＰＦ温度センサ２６は、ケーシング５１及びフィルタケース５２を貫通して装着されており、その先端はディーゼル酸化触媒５３とスートフィルタ５４との間に位置させている。

また、ＤＰＦ５０には、検出手段の一例として、スートフィルタ５４の詰まり状態を検出する差圧センサ６８が設けられている。実施形態の差圧センサ６８は、ＤＰＦ５０内におけるスートフィルタ５４を挟んだ上下流間の圧力差（差圧）を検出するものである。この場合、排気ガス導入管６５の蓋体６７に、差圧センサ６８を構成する上流側排気圧センサ６８ａが装着され、スートフィルタ５４と共鳴室６３との間に、下流側排気圧センサ６８ｂが装着されている。ＤＰＦ５０上下流間の圧力差とＤＰＦ５０内のＰＭ堆積量との間に一定の法則性があることはよく知られている。実施形態では、差圧センサ６８にて検出される圧力差からＤＰＦ５０内のＰＭ堆積量を推定し、当該推定結果に基づいて後述する調整弁手段１００並びにコモンレール１２０を作動させることにより、スートフィルタ５４の再生制御（ＤＰＦ再生制御）が実行される。

なお、スートフィルタ５４の詰まり状態を検出するのは、差圧センサ６８に限らず、ＤＰＦ５０内におけるスートフィルタ５４上流側の圧力を検出する排気圧センサであってもよい。排気圧センサを採用した場合は、スートフィルタ５４にＰＭが堆積していない新品時のスートフィルタ５４上流側の圧力（基準圧力）と、排気圧センサにて検出された現在の圧力とを比較することによって、スートフィルタ５４の詰まり状態を判断することになる。

上記の構成において、エンジン５からの排気ガスは、排気導入口５５を介して排気ガス導入管６５に入って、排気ガス導入管６５に形成された各連通穴６６からフィルタケース５２内に噴出し、フィルタケース５２内の広い領域に分散したのち、ディーゼル酸化触媒５３からスートフィルタ５４の順に通過して浄化処理される。排気ガス中のＰＭは、この段階でスートフィルタ５４における各セル間の多孔質な仕切り壁を通り抜けできずに捕集される。その後、ディーゼル酸化触媒５３及びスートフィルタ５４を通過した排気ガスが排気排出口６１から放出される。

排気ガスがディーゼル酸化触媒５３及びスートフィルタ５４を通過するに際して、排気ガス温度が再生境界温度（例えば約３００℃程度）を超えていれば、ディーゼル酸化触媒５３の作用にて、排気ガス中のＮＯ（一酸化窒素）が不安定なＮＯ_２（二酸化窒素）に酸化する。そして、ＮＯ_２がＮＯに戻る際に放出するＯ（酸素）にて、スートフィルタ５４に堆積したＰＭを酸化除去することにより、スートフィルタ５４のＰＭ捕集能力が回復（ＤＰＦ５０が再生）することになる。

図４に示すように、エンジン７０の一側方には、当該エンジン７０から突出した出力軸８０（クランク軸）の回転動力にて駆動する作業部用油圧ポンプ１０１及びパイロットポンプ１０２が設けられている。作業部用油圧ポンプ１０１は、油圧アクチュエータとしてのアームシリンダ１６０及びバケットシリンダ１６３等に作動油を供給する可変容量形のものである。パイロットポンプ１０２は、後述する電磁切換弁１０６にパイロット圧を付加する固定容量形のものである。

作業部用油圧ポンプ１０１の吸引側は作動油タンク１０８に接続されている。作業部用油圧ポンプ１０１の吐出側は、後述する背圧機構１０５付きの圧力調整弁１０４を介して作業部油圧回路１０３に接続されている。言うまでもないが、作業部油圧回路１０３中には、油圧アクチュエータとしてのアームシリンダ１６０及びバケットシリンダ１６３等が配置されている。パイロットポンプ１０２の吸引側は作動油タンク１０８に接続されている。パイロットポンプ１０２の吐出側は電磁切換弁１０６のポンプ側第１ポート１０６ａに接続されている。

圧力調整弁１０４は、作業部油圧回路１０３側の圧力及び流量を一定に保持し、作業部用油圧ポンプ１０１側の圧力を２段階に切り換えるためのものである。実施形態の圧力調整弁１０４は、背圧機構１０５におけるピストン１０５ｂを介したバネ１０５ｃの弾性力によって、作業部用油圧ポンプ１０１側で圧力上昇のない通常状態と、作業部用油圧ポンプ１０１側の圧力を所定圧だけ増大させる高圧状態とに切換駆動するように構成されている。

電磁切換弁１０６は、パイロットポンプ１０２からのパイロット圧を圧力調整弁１０４の背圧機構１０５に付加する３ポート２位置切換形のものである。実施形態の電磁切換弁１０６は、後述するＥＣＵ１１からの制御情報に基づく電磁ソレノイド１０７の励磁によって、背圧機構１０５の背圧室１０５ａへのパイロット圧付加状態と、背圧室１０５ａからのパイロット圧排出状態とに切換駆動するように構成されている。

前述の通り、電磁切換弁１０６のポンプ側第１ポート１０６ａはパイロットポンプ１０２の吐出側に接続されている。電磁切換弁１０６のポンプ側第２ポート１０６ｂは作動油タンク１０８に接続されている。電磁切換弁１０６の背圧側ポート１０６ｃは背圧機構１０５の背圧室１０５ａに接続されている。電磁切換弁１０６がパイロット圧付加状態に切換駆動すると、パイロットポンプ１０２から電磁切換弁１０６を経由した作動油が背圧機構１０５の背圧室１０５ａに流入し、ピストン１０５ｂを介してバネ１０５ｃを圧縮させ、圧力調整弁１０４が作業部用油圧ポンプ１０１側の圧力を所定圧だけ増大させる高圧状態に切換駆動する。

そうすると、圧力調整弁１０４の作用によって、作業部用油圧ポンプ１０１にダミー負荷が掛かり、作業部用油圧ポンプ１０１の吐出圧力（作動量又は負荷といってもよい）が増大する。これに伴いエンジン負荷が増大する結果、スロットルレバー１６６による設定回転速度維持のためにエンジン出力（燃料噴射量）が増大して、排気ガス温度が上昇することになる。

電磁切換弁１０６がパイロット圧排出状態に切換駆動すると、背圧機構１０５の背圧室１０５ａから作動油が流出して、バネ１０５ｃが自身の弾性復元力にて伸長し、圧力調整弁１０４の作用にて作業部用油圧ポンプ１０１の吐出圧力が通常状態まで低下する。これに伴いエンジン負荷が低減することになる。この場合、作業部油圧回路１０３側へは、圧力調整弁１０４のない場合とほぼ同じ圧力及び流量の作動油が供給されるため、圧力調整弁１０４の存在に起因した作業部油圧回路１０３への影響は最小限に抑えられる。

圧力調整弁１０４と電磁切換弁１０６との組合せが調節弁手段１００に相当するものである。なお、電磁切換弁１０６は通常（ＥＣＵ１１からの制御指令がないとき）、作業部用油圧ポンプ１０１と作業部油圧回路１０３との間での作動油の循環供給をスムーズに行うために、パイロット圧排出状態になっている。従って、圧力調整弁１０４は普段、作業部用油圧ポンプ１０１側で圧力上昇のない通常状態になっている。

（３）．エンジンの制御関連の構成
次に、図３、図６及び図７等を参照しながら、エンジン７０の制御関連の構成を説明する。図３に示す如く、エンジン７０における各気筒の燃料噴射バルブ１１９を作動させるＥＣＵ１１を備えている。ＥＣＵ１１は、各種演算処理や制御を実行するＣＰＵ３１の他、各種データを予め固定的に記憶させたＲＯＭ３２、制御プログラムや各種データを書換可能に記憶するＥＥＰＲＯＭ３３、制御プログラムや各種データを一時的に記憶するＲＡＭ３４、時間計測用のタイマ３５、及び入出力インターフェイス等を有しており、エンジン７０又はその近傍に配置される。

ＥＣＵ１１の入力側には、少なくともコモンレール１２０内の燃料圧力を検出するレール圧センサ１２、燃料ポンプ１１６を回転又は停止させる電磁クラッチ１３、エンジン７０の回転速度Ｎ（クランク軸のカムシャフト位置）を検出するエンジン速度センサ１４、インジェクタ１１５の燃料噴射回数（１行程の燃料噴射期間中の回数）を検出及び設定する噴射設定器１５、スロットルレバー１６６の操作位置を検出するスロットル位置センサ１６、吸気経路中の吸気温度を検出する吸気温度センサ１７、排気経路中の排気ガス温度を検出する排気温度センサ１８、エンジン７０の冷却水温度を検出する冷却水温度センサ１９、コモンレール１２０内の燃料温度を検出する燃料温度センサ２０、ＤＰＦ５０再生動作の可否を選択操作する再生許可入力手段としての再生スイッチ２１、差圧センサ６８（上流側排気圧センサ６８ａ及び下流側排気圧センサ６８ｂ）、並びに、ＤＰＦ５０内の排気ガス温度を検出するＤＰＦ温度センサ２６等が接続されている。

ＥＣＵ１１の出力側には、少なくとも４気筒分の各燃料噴射バルブ１１９の電磁ソレノイドがそれぞれ接続されている。すなわち、コモンレール１２０に蓄えた高圧燃料が燃料噴射圧力、噴射時期及び噴射期間等を制御しながら、１行程中に複数回に分けて燃料噴射バルブ１１９から噴射されることによって、窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生を抑えると共に、ＰＭや二酸化炭素等の発生も低減した完全燃焼を実行し、燃費を向上させるように構成されている。

また、ＥＣＵ１１の出力側には、エンジン７０の吸気圧（吸気量）を調節するための吸気絞り装置８１、エンジン７０の排気圧を調節するための排気絞り装置８２、ＥＣＵ１１の故障を警告報知するＥＣＵ故障ランプ２２、ＤＰＦ５０内における排気ガス温度の異常高温を報知する異常高温報知手段としての排気温度警告ランプ２３、ＤＰＦ５０再生動作に伴い点灯する再生ランプ２４、及び、電磁切換弁１０６の駆動を制御する電磁ソレノイド１０７等が接続されている。各ランプ２２〜２４の明滅に関するデータは予めＥＣＵ１１のＥＥＰＲＯＭ３３に記憶されている。詳細は後述するが、再生ランプ２４は、ＤＰＦ５０の詰り状態が規定水準以上又は限界水準以上になると作動する再生予告手段としての役割と、ＤＰＦ５０再生動作中である旨を報知する再生報知手段としての役割とを兼ねる単一の表示具を構成している。なお、図２及び図７に示すように、再生スイッチ２１及び各ランプ２２〜２４は、エンジン７０搭載対象の作業機（バックホウ１４１）にある計器パネル４０に設けられている。

再生スイッチ２１はオルタネイト動作タイプのものである。すなわち、再生スイッチ２１は、１回押下するとその押下位置でロックされ、もう１回押下すると元の位置に復帰するロック形のプッシュスイッチである。ＤＰＦ５０の詰り状態が規定水準に達したことを告げる再生ランプ２４の点滅時に再生スイッチ２１が押下位置でロックされていれば、後述する各モードに移行し得るように構成されている。

ＥＣＵ１１のＥＥＰＲＯＭ３３には、エンジン７０の回転速度ＮとトルクＴ（負荷）との関係を示す出力特性マップＭ（図６参照）が予め記憶されている。出力特性マップＭは実験等にて求められる。図６に示す出力特性マップＭでは、回転速度Ｎを横軸に、トルクＴを縦軸に採っている。出力特性マップＭは、上向き凸に描かれた実線Ｔｍｘで囲まれた領域である。実線Ｔｍｘは、各回転速度Ｎに対する最大トルクを表した最大トルク線である。この場合、エンジン７０の型式が同じであれば、ＥＣＵ１１に記憶される出力特性マップＭはいずれも同一（共通）のものになる。図６に示すように、出力特性マップＭは、排気ガス温度が再生境界温度（約３００℃程度）の場合における回転速度ＮとトルクＴとの関係を表した境界ラインＢＬによって上下に分断される。境界ラインＢＬを挟んで上側の領域は、スートフィルタ５４に堆積したＰＭを酸化除去できる（酸化触媒５３の酸化作用が働く）再生可能領域であり、下側の領域は、ＰＭが酸化除去されずにスートフィルタ５４に堆積する再生不能領域である。

ＥＣＵ１１は基本的に、出力特性マップＭと、エンジン速度センサ１４にて検出される回転速度Ｎと、スロットル位置センサ１６にて検出されるスロットル位置とに基づき、トルクＴを演算して目標燃料噴射量を求め、当該演算結果に基づきコモンレールシステム１１７を作動させるという燃料噴射制御を実行する。ここで、燃料噴射量は、各燃料噴射バルブ１１９の開弁期間を調節して、各インジェクタ１１５への噴射期間を変更することによって調節される。

（４）．ＤＰＦ再生制御の態様
次に、図８のフローチャート等を参照しながら、ＥＣＵ１１によるＤＰＦ再生制御の一例について説明する。さて、エンジン７０の制御モード（ＤＰＦ再生に関する制御形式）としては少なくとも、路上走行や各種作業をする通常運転モードと、ＤＰＦ５０の詰り状態が規定水準以上になると、再生スイッチ２１を押下した場合に排気ガス温度を上昇させる手動補助再生モードと、ポスト噴射ＥにてＤＰＦ５０内に燃料を供給する強制再生モードとがある。

手動補助再生モードでは、差圧センサ６８の検出情報に基づく圧力調整弁１０４の圧力調整によって、作業部用油圧ポンプ１０１の吐出圧力を増大させ、間接的にエンジン負荷を増大させる。そうすると、エンジン負荷の増大に伴いエンジン出力（燃料噴射量）を増大させ、エンジン７０からの排気ガス温度を上昇させる。その結果、ＤＰＦ５０（スートフィルタ５４）内のＰＭを燃焼除去できることになる。

強制再生モードは、ＤＰＦ５０の詰り状態が規定水準以上にも拘らず、再生スイッチ２１の非押下状態が長く続いてＤＰＦ５０の詰り状態が改善しない場合に実行されるものである。当該強制再生モードでは、ポスト噴射ＥにてＤＰＦ５０内に燃料を供給し、当該燃料をディーゼル酸化触媒５３にて燃焼させることによって、ＤＰＦ５０内の排気ガス温度を上昇させる（約５６０℃程度）。その結果、ＤＰＦ５０（スートフィルタ５４）内のＰＭを強制的に燃焼除去できることになる。

図８に示すように、上記の各モードはＥＣＵ１１の指令に基づき実行される。すなわち、図８のフローチャートにて示すアルゴリズムは、ＥＥＰＲＯＭ３３に記憶されている。そして、当該アルゴリズムをＲＡＭ３４に呼び出してからＣＰＵ３１にて処理することによって、前述の各モードが実行されることになる。

図８のフローチャートに示すように、ＤＰＦ５０再生制御では、まず差圧センサ６８からの検出結果に基づきＤＰＦ５０内のＰＭ堆積量を推定し、当該推定結果が規定量（規定水準）以上か否かを判別し（Ｓ０１）、ＰＭ堆積量が規定量以上と判断した場合は（Ｓ０１：ＮＯ）、タイマ３５の時間情報に基づく計測を開始して再生ランプ２４を低速点滅させ（Ｓ０２）、オペレータにＤＰＦ５０再生動作（手動補助再生モード）の実行を予告する。実施形態の規定量は例えば８ｇ／ｌに設定される。再生ランプ２４の点滅周波数は例えば１Ｈｚに設定される。

次いで、再生スイッチ２１が押下されているか否かを判別し（Ｓ０３）、押下状態でロックされていなければ（Ｓ０３：ＯＦＦ）、再生ランプ２４低速点滅開始から所定時間（例えば３０分程度）経過したか否かを判別する（Ｓ０４）。所定時間が経過していなければ（Ｓ０４：ＮＯ）、ステップＳ０３に戻る。Ｓ０３〜Ｓ０４のステップでは、ＰＭ堆積量が規定量以上であるにも拘らず、エンジン７０の制御モードが通常運転モードのままであり、エンジン７０における現状の駆動状態が維持されることになる。すなわち、手動補助再生モードへの移行（ＤＰＦ５０再生動作と言ってもよい）が禁止されるのである。なお、再生ランプ２４の点滅周期は、ＤＰＦ５０内のＰＭ堆積量の増加に従い短くなるように設定される（再生ランプ２４はＤＰＦ５０内のＰＭ堆積量の増加に従い短い間隔で点滅する）。このため、再生ランプ２４の点滅の速さによって、オペレータの注意を喚起できる。

ステップＳ０４において所定時間が経過した場合は（Ｓ０４：ＹＥＳ）、ＰＭ堆積量が規定量以上の状態で、再生スイッチ２１を押下せずに長時間放置したような状態が想定されるので、低速点滅していた再生ランプ２４を点灯させてから（Ｓ０５）、強制再生モードを実行する（Ｓ０６）。強制再生モードでは前述の通り、コモンレールシステム１１７のポスト噴射ＥにてＤＰＦ５０内に燃料を供給し、当該燃料をディーゼル酸化触媒５３にて燃焼させることによって、ＤＰＦ５０内の排気ガス温度を上昇させる。その結果、ＤＰＦ５０内のＰＭが強制的に燃焼除去され、ＤＰＦ５０のＰＭ捕集能力が回復する。ステップＳ０６の強制再生モードは例えば約１５分程度実行され、当該時間の経過後（Ｓ０７：ＹＥＳ）、コモンレールシステム１１７がポスト噴射Ｅを終了して（Ｓ０８）、再生ランプ２４を消灯させ（Ｓ０９）、強制再生モードの終了を報知する。

さて、ステップＳ０３に戻り、再生スイッチ２１が押下状態でロックされていれば（Ｓ０３：ＯＮ）、次いで、低速点滅していた再生ランプ２４を点灯させ（Ｓ１０）、再生スイッチ２１の押下から遷移時間Ｔｔ経過後に（Ｓ１１：ＹＥＳ）、手動補助再生モードを実行する（Ｓ１２）。

遷移時間Ｔｔのデータは、例えばＥＣＵ１１のＲＯＭ１９２に予め記憶されていて、ＲＯＭ３２とＥＥＰＲＯＭ３３との最初のアクセス時、すなわち、初めてバックホウ１４１（作業機）に電源投入してＲＯＭ３２及びＥＥＰＲＯＭ３３が電気的に接続されたときに、ＥＥＰＲＯＭ３３側に書き込まれる（コピーされる）。また、遷移時間Ｔｔのデータは変更可能になっている。具体的には、ＥＣＵ１１に通信端末線を介して接続されるＲＯＭライタ等の外部ツール３９（図３参照）を用いて、ＥＥＰＲＯＭ３３側に記憶された遷移時間Ｔｔのデータを後から書き換えできる。

ステップＳ１２の手動補助再生モードでは、電磁切換弁１０６の電磁ソレノイド１０７を励磁させて、電磁切換弁１０６をパイロット圧付加状態に切換駆動させる。そうすると、圧力調整弁１０４が背圧機構１０５の作用にて、作業部用油圧ポンプ１０１側の圧力を所定圧だけ増大させる高圧状態に切換駆動し、作業部用油圧ポンプ１０１にダミー負荷が掛かって、作業部用油圧ポンプ１０１の吐出圧力が増大する。これに伴い、エンジン負荷が前記ダミー負荷に対応する分だけ増大すると共に、スロットルレバー１６６による設定回転速度維持のために、エンジン出力が増大して排気ガス温度が上昇する。その結果、ＤＰＦ５０内のＰＭが燃焼除去され、ＤＰＦ５０のＰＭ捕集能力が回復するのである。

次いでステップＳ１３では、再びＤＰＦ５０内のＰＭ堆積量を推定し、当該推定結果が許容量（許容水準）以下か否かを判別する。許容量（許容水準）は、前述の規定量（規定水準）よりも少なく（低く）設定される。実施形態の許容量は例えば４ｇ／ｌに設定される。ＰＭ堆積量が許容量以下であれば（Ｓ１３：ＹＥＳ）、電磁ソレノイド１０７の励磁にて電磁切換弁１０６をパイロット圧排出状態に戻して、圧力調整弁１０４を通常状態に切換駆動させ、作業部用油圧ポンプ１０１の吐出圧力を元の状態まで低下させる（Ｓ１４）。そして、再生ランプ２４を消灯させ（Ｓ１５）、手動補助再生モードの終了を報知する。ステップＳ１３において、ＰＭ堆積量が許容量を超えていれば（Ｓ１３：ＮＯ）、未だＤＰＦ５０内のＰＭを十分に燃焼除去できていない状態であるから、ステップＳ１２に戻る。

なお、図９の別例に示すように、手動補助再生モードを設定時間Ｔｗ（例えば約２０分程度）以上実行したら、作業部用油圧ポンプ１０１の吐出圧力を元の状態まで低下させると共に、再生ランプ２４を消灯させ、手動補助再生モードの終了を報知するように設定してもよい。すなわち、ステップＳ１３において、許容量判別に代えて、圧力調整弁１０４を作動させてからの経過時間が予め設定された設定時間Ｔｗ以上か否かを判別するようにしてもよい。排気ガス温度を上昇させた状態が設定時間Ｔｗだけ継続すれば、普通はＤＰＦ５０の詰り状態が十分に改善したとみなせるからである。前述の設定時間Ｔｗは、例えば圧力調整弁１０４を作動開始時から、タイマ３５の時間情報に基づいて計測することになる。

図１０は調整弁手段１００の別例を示している。当該別例では、先の実施例に例示したＯＮ・ＯＦＦ制御タイプの電磁切換弁１０６を、背圧室１０５ａへの作動油供給圧力を調節可能なパイロット圧調整電磁弁１０６′に変更している。圧力調整弁１０４における作業部用油圧ポンプ１０１側の調整圧力は、パイロット圧調整電磁弁１０６′を経由した作動油供給圧力に応じて調節される。この場合、パイロット圧調整電磁弁１０６′をパルス幅変調制御（ＰＷＭ制御）によって作動させている（図１１（ａ）〜（ｄ）参照）。

すなわち、図１１（ａ）（ｂ）に示すように、制御時間帯δＴの間、パルス幅τ（通電時間）を徐々に大きくして到達デューティ比Ｄ（τ／Ｔ：Ｔはスイッチング周期）が徐々に大きくなるように、パイロット圧調整電磁弁１０６′の電磁ソレノイド１０７′に駆動信号を間欠的に伝送する。この場合、到達デューティ比Ｄは見掛け上、時間の経過と共に正の傾きにて０％から１００％まで直線的に増大する。

また、図１１（ｃ）（ｄ）に示すように、制御時間帯δＴの間、パルス幅τを徐々に小さくして到達デューティ比Ｄが徐々に小さくなるように、電磁ソレノイド１０７′に駆動信号を間欠的に伝送する。この場合、到達デューティ比Ｄは見掛け上、時間の経過と共に負の傾きにて１００％から０％まで直線的に減少することになる。

つまり、パイロット圧調整電磁弁１０６′ひいては圧力調整弁１０４をパルス幅変調制御にてスムーズに作動させることによって、作業部用油圧ポンプ１０１の吐出圧力が急増又は急減するのを抑制している。従って、エンジン出力が急激に変化するのを未然に防止でき、エンジン出力急変に起因した衝撃（ショック）を少なくできる。パルス幅変調制御を利用して、作動油温度に余り影響されずに、圧力調整弁１０４の圧力調整動作を信頼性高く実行できる。また、圧力調整弁１０４の調整圧力、ひいてはエンジン負荷の上昇幅（ダミー負荷）を任意に調節できるから、ＤＰＦ再生制御に伴う燃費悪化の抑制に効果的である。

（５）．まとめ
上記の記載並びに図３及び図８から明らかなように、エンジン７０の排気経路７７に配置された排気ガス浄化装置５０と、油圧アクチュエータ１６０，１６３と、前記エンジン７０の動力にて前記油圧アクチュエータ１６０，１６３に作動油を供給する油圧ポンプ１０１と、前記油圧ポンプ１０１とその下流側にある作業部油圧回路１０３との間に配置された調整弁手段１００とを備えており、前記排気ガス浄化装置５０の詰り状態が規定水準以上になると、前記調整弁手段１００の作動にて前記油圧ポンプ１０１側の圧力を増大させることによって、エンジン回転速度を維持しながらエンジン負荷を増大させるように構成されているから、例えば前記エンジン７０の燃料噴射制御や吸排気絞り装置８１，８２の開閉制御の設定を変更することなく、前記油圧ポンプ１０１側の圧力増大によって、エンジン出力を増大させて排気ガス温度を上昇させ、前記排気ガス浄化装置５０を再生できる。つまり、前記排気ガス浄化装置５０の粒子状物質捕集能力を回復できる。

上記の記載並びに図３、図８及び図１０から明らかなように、前記排気ガス浄化装置５０の詰り状態が前記規定水準より低い許容水準以下になるか、若しくは、前記調整弁手段１００を作動させてからの経過時間が予め設定された設定時間Ｔｗ以上になった場合は、前記排気ガス浄化装置５０の詰り状態が改善したとみなせるから、前記調整弁手段１００による前記油圧ポンプ１０１側の圧力増大を解除することによって、オペレータの戻し操作等に依らずに、前記調整弁手段１００を非作動状態にして、前記油圧ポンプ１０１から前記エンジン７０に過剰な負荷が掛かるのを防止できる。従って、前記排気ガス浄化装置５０の再生動作の効率化を図れ、前記排気ガス浄化装置５０の再生に伴う燃費の悪化を抑制できる。

上記の記載並びに図３及び図８から明らかなように、前記調整弁手段１００を非作動状態から作動状態にするまでの遷移時間Ｔｔが変更可能になっているから、例えば作業機１４１の特性に応じて前記遷移時間Ｔｔを設定することが可能になる。このため、前記排気ガス浄化装置５０の再生にあたり、きめ細かい対処が図れるのである。

上記の記載並びに図１０及び図１１から明らかなように、前記調整弁手段１００はパルス幅変調制御によって作動するように構成されているから、前記油圧ポンプ１０１側の圧力が急増又は急減するおそれを抑制できる。このため、エンジン出力が急激に変化するのを未然に防止して、エンジン出力急変に起因した衝撃（ショック）を少なくできる。

（６）．その他
本願発明は、前述の実施形態に限らず、様々な態様に具体化できる。各部の構成は図示の実施形態に限定されるものではなく、本願発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能である。例えば、パイロットポンプ１０２をなくして、電磁切換弁１０６又はパイロット圧調整電磁弁１０６′を作業部用油圧ポンプ１０１の吐出側に接続し、圧力調整弁１０４を作業部用油圧ポンプ１０１から吐出される作動油の自己圧によって制御してもよい。この場合は、必要ポンプ数が少なくて済むので、構成が簡単になり、製造コストの抑制を図れることになる。

１１ ＥＣＵ
５０ ＤＰＦ（排気ガス浄化装置）
７０ エンジン
１００ 調整弁手段
１０１ 作業部用油圧ポンプ
１０２ パイロットポンプ
１０３ 作業部油圧回路
１０４ 圧力調整弁
１０５ 背圧機構
１０６ 電磁切換弁
１０６′ パイロット圧調整電磁弁
１０７ 電磁ソレノイド
１０８ 作動油タンク
１１７ コモンレールシステム
１２０ コモンレール
１４１ バックホウ（作業機）
１６０ アームシリンダ（油圧アクチュエータ）
１６３ バケットシリンダ（油圧アクチュエータ）
１６６ スロットルレバー

Claims (4)

1. エンジンの排気経路に配置された排気ガス浄化装置と、油圧アクチュエータと、前記エンジンの動力にて前記油圧アクチュエータに作動油を供給する油圧ポンプと、前記油圧ポンプとその下流側にある作業部油圧回路との間に配置された調整弁手段とを備えており、
   前記排気ガス浄化装置の詰り状態が規定水準以上になると、前記調整弁手段の作動にて前記油圧ポンプ側の圧力を増大させることによって、エンジン回転速度を維持しながらエンジン負荷を増大させるように構成されている、
   作業機の排気ガス浄化システム。
2. 前記排気ガス浄化装置の詰り状態が前記規定水準より低い許容水準以下になるか、若しくは、前記調整弁手段を作動させてからの経過時間が予め設定された設定時間以上になると、前記調整弁手段による前記油圧ポンプ側の圧力増大を解除するように構成されている、
   請求項１に記載した作業機の排気ガス浄化システム。
3. 前記調整弁手段を非作動状態から作動状態にするまでの遷移時間が変更可能になっている、
   請求項１又は２に記載した作業機の排気ガス浄化システム。
4. 前記調整弁手段はパルス幅変調制御によって作動するように構成されている、
   請求項１〜３のうちいずれかに記載した作業機の排気ガス浄化システム。
   

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