(57)【要約】  【課題】パーティキュレートマターの堆積量を正確に推定して、ＤＰＦの目詰まりによるエンジン停止、並びにエンジンの燃費性能の悪化を防止する。  【解決手段】排ガス中のパーティキュレートマターを捕集するディーゼルパーティキュレートフィルター１２を備えた建設機械の排ガス後処理装置において、ディーゼルパーティキュレートフィルター１２におけるパーティキュレートマター堆積量を推定するコントローラ６を設ける。コントローラ６は、エンジン始動直後にエンジン動作状態を検出したデータ、即ち、エンジン回転数センサ９及び／又は差圧センサ１３の検出データに基づいてパーティキュレートマター堆積量を正確に推定する。【選択図】図２
2010223132.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガス中のパーティキュレートマターを捕集するディーゼルパーティキュレートフィルターを備えた建設機械の排ガス後処理装置において、ディーゼルパーティキュレートフィルターにおけるパーティキュレートマター堆積量を推定するコントローラを設け、該コントローラは、エンジン始動直後のエンジン動作状態の検出データに基づいて前記パーティキュレートマター堆積量を推定するように構成したことを特徴とする建設機械の排ガス後処理装置。
【請求項２】
上記エンジン始動直後のエンジン動作状態が、エンジンの排気系におけるディーゼルパーティキュレートフィルター前後の差圧であることを特徴とする請求項１記載の建設機械の排ガス後処理装置。
【請求項３】
上記エンジン始動直後のエンジン動作状態が，エンジンのアイドル回転数であることを特徴とする請求項１記載の建設機械の排ガス後処理装置。
【請求項４】
上記エンジン始動直後のパーティキュレートマター堆積量の推定値は、建設機械の稼動中のパーティキュレートマター堆積量を推定する際のデータとして利用されることを特徴とする請求項１，２又は３記載の建設機械の排ガス後処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は建設機械の排ガス後処理装置に関するものであり、特に、ディーゼルパーティキュレートフィルターにおけるパーティキュレートマターの堆積量を高精度に推定できる建設機械の排ガス後処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、油圧ショベル等の建設機械は、下部走行体上に上部旋回体が搭載され、該上部旋回体の後部にエンジンが設置されている。そして、エンジンの排気系には、排ガス後処理装置であるディーゼルパーティキュレートフィルター（Diesel Particulate Filter 、以下「ＤＰＦ」という。）が設置され、該ＤＰＦは、排ガス中に含まれているカーボンを主成分とするパーティキュレートマター（ Particulate Matter ：粒子状物質）を吸着除去して排ガスを浄化処理する。
【０００３】
前記排ガス浄化処理に伴い、ＤＰＦの内部にはパーティキュレートマターが堆積し、該パーティキュレートマターの堆積量が一定値に達すると、エンジンの出力効率が低下する。このため、然る時はパーティキュレートマターを燃焼除去すべく、ＤＰＦの自動再生処理が行われる（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−１２９９００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ＤＰＦの自動再生処理を行う際は、建設機械稼動中に、ＤＰＦに捕集されるパーティキュレートマターの堆積量を正確に検出する必要があるが、パーティキュレートマターの堆積量を逐次正確に検出することはできない。そのため、実際にはエンジンの動作状態、例えば、排気系におけるＤＰＦ前後の差圧を検出して、パーティキュレートマターの堆積量を推定している。
【０００５】
しかし、機械稼動中のエンジンの動作状態は、建設機械の作業内容や外気温等の環境条件によって大きく変化する。その結果、パーティキュレートマターの堆積量を正確に推定することは極めて難しい。パーティキュレートマターの堆積量が不正確に推定されると、ＤＰＦに目詰まりが生じて、エンジン停止を招くだけでなく、ＤＰＦの自動再生処理時間が必要以上に長くなり、エンジンの燃費性能が悪化するという問題があった。
【０００６】
そこで、パーティキュレートマターの堆積量を正確に推定して、ＤＰＦの目詰まりによるエンジン停止、並びにエンジンの燃費性能の悪化を防止するために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、排ガス中のパーティキュレートマターを捕集するディーゼルパーティキュレートフィルターを備えた建設機械の排ガス後処理装置において、ディーゼルパーティキュレートフィルターにおけるパーティキュレートマター堆積量を推定するコントローラを設け、該コントローラは、エンジン始動直後のエンジン動作状態の検出データに基づいて前記パーティキュレートマター堆積量を推定するように構成したことを特徴とする建設機械の排ガス後処理装置を提供する。
【０００８】
この構成によれば、エンジン始動直後のエンジン動作状態は、建設機械の作業条件に左右されないので、エンジン動作状態の検出データが安定する。その結果、該検出データに基づいてパーティキュレートマター堆積量を正確に推定できる。
【０００９】
請求項２の発明は、上記エンジン始動直後のエンジン動作状態が、エンジンの排気系におけるディーゼルパーティキュレートフィルター前後の差圧であることを特徴とする請求項１記載の建設機械の排ガス後処理装置を提供する。
【００１０】
この構成によれば、機械作業や外部環境に左右されないＤＰＦ前後の排気ガスの差圧を検出し、該検出データに基づいてパーティキュレートマター堆積量が推定される。
【００１１】
請求項３の発明は、エンジン始動直後のエンジン動作状態が、エンジンのアイドル回転数であることを特徴とする請求項１記載の建設機械の排ガス後処理装置を提供する。
【００１２】
この構成によれば、パーティキュレートマター堆積量は、エンジン始動直後のアイドル回転数、即ち、常に一定値に固定された回転数に基づいて推定される。
【００１３】
請求項４の発明は、上記エンジン始動直後のパーティキュレートマター堆積量の推定値は、建設機械の稼動中のパーティキュレートマター堆積量を推定する際のデータとして利用されることを特徴とする請求項１，２又は３記載の建設機械の排ガス後処理装置を提供する。
【００１４】
この構成によれば、機械稼動中のパーティキュレートマター堆積量は、エンジン始動直後に推定したパーティキュレートマター堆積量を標準値として、これにその後の機械稼動時間に応じたパーティキュレートマター堆積量を積算して推定される。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１記載の発明は、エンジン始動直後に、作業条件や外部環境に左右されないエンジン動作状態のデータに基づいてパーティキュレートマター堆積量を正確に推定できるので、パーティキュレートマター堆積量の推定精度が向上する。更に、ＤＰＦの目詰まりを抑制してエンジン停止を未然に防止でき、加えて、ＤＰＦの自動再生処理時間を従来例に比して短縮でき、エンジンの燃費性能の悪化を効率良く防止できる。
【００１６】
請求項２記載の発明は、パーティキュレートマター堆積量は、安定したＤＰＦ前後の差圧に基づいて推定されるので、パーティキュレートマター堆積量の推定をより正確、且つ、容易に行うことができる。
【００１７】
請求項３記載の発明は、パーティキュレートマター堆積量は、一定値に固定されたアイドル回転数に基づいて推定するので、請求項２記載の発明の効果と同様に、パーティキュレートマター堆積量をより正確、且つ、容易に推定することができる。
【００１８】
請求項４記載の発明は、機械稼動中のパーティキュレートマター堆積量は、エンジン始動直後に推定したパーティキュレートマター堆積量を標準値として推定されるので、請求項１，２又は３記載の発明の効果に加えて、機械稼動中にパーティキュレートマター堆積量が大きく変化した場合でも、現在のパーティキュレートマター堆積量を安定して推定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明は、パーティキュレートマターの堆積量を正確に推定して、ＤＰＦの目詰まりによるエンジン停止、並びにエンジンの燃費性能の悪化を防止するという目的を達成するために、排ガス中のパーティキュレートマターを捕集するＤＰＦを備えた建設機械の排ガス後処理装置において、ＤＰＦにおけるパーティキュレートマター堆積量を推定するコントローラを設け、該コントローラは、エンジン始動直後のエンジン動作状態の検出データに基づいて前記パーティキュレートマター堆積量を推定することにより実現した。
【実施例】
【００２０】
以下、本発明の好適な一実施例を図１乃至図３に従って説明する。尚、本実施例はＤＰＦの自動再生処理機能を有する排ガス後処理装置が搭載された建設機械に適用したものである。
【００２１】
図１は、本実施例に係る建設機械としての油圧ショベルを示す平面図である。同図において、１は下部走行体（図示せず）上に旋回自在に搭載された上部旋回体であり、該上部旋回体１の前方中央部にはブーム、アーム及びバケットから成る作業機２が上下回動可能に枢着されている。又、上部旋回体１の前方一側部にはキャブ３が設けられ、該キャブ３内にオペレータシート４が配設されている。更に、オペレータシート４の前方にモニター５が設置されていると共に、該モニター５には機体コントローラ６の出力部が接続されている。
【００２２】
上部旋回体１の後部には、燃料噴射装置を備えたディーゼルエンジン７が搭載され、該ディーゼルエンジン７の出力軸には油圧ポンプ８が連結されている。又、ディーゼルエンジン７にはエンジン回転数センサ９及び燃料噴射量センサ（図示せず）等の各種センサが取り付けられ、該エンジン回転数センサ９等の各種センサは機体コントローラ６の入力部に接続されている。
【００２３】
前記ディーゼルエンジン７には吸気管１０及び排気管１１が接続され、該排気管１１の下流側にはＤＰＦ１２が設置されている。該ＤＰＦ１２は、排ガス中に含まれているパーティキュレートマター（以下、「ＰＭ」という。）を吸着捕集して、排ガスを浄化処理する。
【００２４】
ＤＰＦ１２は、多数の小孔を有するハニカム構造のセラミック製筒体から成り、小孔の内壁面には白金などの酸化触媒が担持されている。又、ＤＰＦ１２には差圧センサ１３が取り付けられ、該差圧センサ１３は、排気系におけるＤＰＦ１２前後の差圧、即ち、ＤＰＦ１２の上流側排気圧と該ＤＰＦ１２の下流側排気圧との差を検出する。
【００２５】
ＤＰＦ１２の内部には排ガス中のＰＭを吸着捕集するに伴い該ＰＭが堆積し、そして、該ＰＭの堆積量が所定値（自動再生処理が必要な限界堆積値）に達した時は、機体コントローラ６から自動再生処理指令信号が発せられて、ＤＰＦ１２の自動再生処理が実施される。
【００２６】
図２は機体コントローラ６の構成例を示す。同図に示すように、機体コントローラ６は主としてマイクロコンピュータから成り、入力部６１、記憶手段６２、計時手段６３、ＰＭ堆積量推定手段６４、再生制御手段６５及び出力部６６などを具備している。入力部６１には前記エンジン回転数センサ９及び差圧センサ１３が接続され、該エンジン回転数センサ９及び差圧センサ１３の検出結果が逐次入力される。
【００２７】
前記記憶手段６２には、エンジン回転数センサ９及び差圧センサ１３の検出結果と、機械稼動時間及びＰＭ堆積量との関係を示すマップデータ、並びにＤＰＦ１２の自動再生処理プログラム等のデータが格納されている。又、計時手段６３は機械稼動時間及び自動再生処理時間などを計測する。
【００２８】
更に、ＰＭ堆積量推定手段６４は、エンジン始動直後にエンジン回転数センサ９及び／又は差圧センサ１３の検出結果、即ち、ディーゼルエンジン７のアイドル回転数及び／又はＤＰＦ前後の排気の差圧に基づいて、前記マップデータを参照しながらＰＭ堆積量を推定する。
【００２９】
そして、そのあと油圧ショベルの機械を稼動した時には、始動直後のＰＭ堆積量の推定値は、機械稼動中のＰＭ堆積量を推定する際の基礎データとして利用される。具体的には、エンジン始動直後に推定したＰＭ堆積量を標準値として、該標準値に機械稼動時間に応じたＰＭ堆積量を逐次積算することにより、機械稼動中のＰＭ堆積量が推定される。前記ＰＭ堆積量の推定値は、出力部６６からモニター５に送信されて、図３に例示するように、該モニター５の画面上にリアルタイムで表示される。
【００３０】
再生制御手段６５はＰＭ堆積量が所定値に達したときに自動再生処理信号を生成する。生成した自動再生処理信号は、再生処理駆動手段１４に出力され、これにより、ＤＰＦ１２の自動再生制御が実行される。例えば、ディーゼルエンジン７の排気温度が上昇するように運転制御することにより、ＤＰＦ１２に堆積したＰＭが速やかに燃焼除去される。
【００３１】
叙上の如く本発明によると、エンジン始動直後に、エンジン回転数センサ９及び／又は差圧センサ１３の検出結果に基づいて、前記マップデータを参照しながらＰＭ堆積量を推定する。この場合、エンジン始動直後のエンジン動作状態は、油圧ショベルの作業条件や外部環境条件に左右されないので、エンジン回転数センサ９及び／又は差圧センサ１３の検出結果は常に安定したデータとなる。
【００３２】
斯くして、エンジン回転数センサ９及び／又は差圧センサ１３の検出結果に基づいて、ＰＭ堆積量を正確、且つ、容易に推定でき、ＰＭ堆積量の推定精度が大幅に向上する。特に、エンジン始動直後のアイドル回転数は一定値に固定されているので、信頼性の高いＰＭ堆積量の推定が可能になる。
【００３３】
更に、ＰＭ堆積量の推定が正確になるに伴い、ＤＰＦ１２の目詰まりを効率的に抑制してエンジン停止を未然に防止できる。しかも、ＤＰＦ１２の自動再生処理時間が必要以上に長くならないので、ディーゼルエンジン７の燃費性能が大幅に改善される。
【００３４】
本実施例では、機械稼動中のＰＭ堆積量ＳＰは、エンジン始動直後に推定したＰＭ堆積量Ｓ０を標準値として、これに機械稼動時間に応じたＰＭ堆積量ＳＴを積算して随時推定される。従って、機械稼動中にＰＭ堆積量ＳＴが大きく変化しても、現在のＰＭ堆積量ＳＰをより正確、且つ、容易に推定することができる。
【００３５】
なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施例を示し、排ガス後処理装置を備えた油圧ショベルの上部旋回体を概念的に説明する平面図。
【図２】本発明に係る機体コントローラの構成を説明するブロック図。
【図３】本発明に係るモニターの表示画面の一例を示す説明図。
【符号の説明】
【００３７】
５    モニター
６    機体コントローラ
７    ディーゼルエンジン
９    エンジン回転数センサ
１１  排気管
１２  ＤＰＦ
１３  差圧センサ
６４  ＰＭ堆積量推定手段
６５  再生制御手段
【図１】
2010223132.tif 000003
【図２】
2010223132.tif 000004
【図３】
2010223132.tif 000005