(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクセル操作により回転数を上げることが可能なディーゼルエンジンと、前記ディーゼルエンジンから排出された排出ガスに含まれる粒子状物質を捕集するフィルタを備えた排出ガス浄化装置と、前記排出ガス浄化装置のフィルタに堆積した粒子状物質を燃焼させて除去するフィルタ再生手段とを備えた作業機であって、
前記フィルタ再生手段は、
前記フィルタに堆積した粒子状物質の堆積量が第１の堆積量閾値以上になったときに、前記フィルタ装置に堆積した粒子状物質を自動的に燃焼させて除去する自動再生を行う第１の再生制御モードと、
前記自動再生を行っている場合であって、前記粒子状物質の堆積量が前記第１の堆積量閾値よりも高い第２の堆積量閾値以上になったときに、前記ディーゼルエンジンの回転数を上げることを要求する第２の再生制御モードと、を有することを特徴とする作業機。
【請求項２】
前記要求がなされている段階で前記粒子状物質の堆積量が前記第２の堆積量閾値よりも高い第３の堆積量閾値以上になると、前記ディーゼルエンジンに対して出力を所定範囲に制限するように指示する第３の再生制御モードを有することを特徴とする請求項１に記載の作業機。
【請求項３】
前記第２の再生制御モードは、前記粒子状物質の堆積量が第２の堆積量閾値以上で且つ前記ディーゼルエンジンの回転数が予め定められた所定値未満である場合に、前記ディーゼルエンジンの回転数を上げることを要求することを特徴とする請求項１又は２に記載の作業機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルパーティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）を備えたバックホー、ホイルローダ、及びトラクタ等の作業機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の環境問題を改善及び解決するために、ディーゼルエンジンなどに対する排出ガス規制が強化されている。建設機械や農業機械などの作業機においても、このような排出ガス規制に対処するために排出ガスに含まれる粒子状物質（パーティキュレートマター）を低減させる技術が様々に開発されている。
一般的にディーゼルエンジンには、排出ガスに含まれる粒子状物質を捕集する排出ガス浄化装置が設けられている。排出ガス浄化装置は、排出ガスを内部に設けたディーゼルパーティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）に通過させて粒子状物質を捕集する。この捕集された粒子状物質は排出ガス浄化装置のＤＰＦに徐々に堆積するので、ＤＰＦが目詰まりを起こして排気系の空気抵抗が大きくならないように、粒子状物質を適宜除去してＤＰＦを再生しなくてはならない。
【０００３】
このようなＤＰＦの再生に関する技術として特許文献１に開示された作業車両がある。
特許文献１に開示の作業車両は、エンジン停止直前の圧力センサの差圧が所定値以上の圧力を検出すると、エンジン停止後であっても作業車両の電源を自動的に起動して作業者への報知を行ない、作業者が選択スイッチで再生モードを選択すると、エンジンが自動的に始動してアイドリング回転数でＤＰＦの再生を行なう構成を有し、圧力センサの差圧が所定値以下になると、自動的にエンジン停止と電源停止を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−７７９５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の技術は、粒子状物質の堆積量が所定値以上となったＤＰＦを再生するにあたって、作業車両の動作を停止させて、かつ一旦エンジンを止めることを前提としている。このように、特許文献１は、エンジンを止めることを前提としたＤＰＦ再生の技術を開示しているため、特許文献１の技術によっては、ＤＰＦの再生中に作業を継続することができない。つまり、ＤＰＦの再生のためには、作業車両による作業時であっても、わざわざ作業車両の動作を停止させなければならず、非常に使い勝手の悪い作業車両となっている。
【０００６】
さらに、特許文献１の技術では、アイドリング回転数という非常に低いエンジン回転数でＤＰＦを再生しているため、ＤＰＦの再生に時間がかかるだけでなく、十分にＤＰＦの再生を行うことができないおそれがある。
そこで、本発明は、走行時や作業時であっても効率よく十分にＤＰＦを再生することができる作業機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するために、本発明は、次の手段を講じた。
即ち、本発明における課題解決のための技術的手段は、アクセル操作により回転数を上げることが可能なディーゼルエンジンと、前記ディーゼルエンジンから排出された排出ガスに含まれる粒子状物質を捕集するフィルタを備えた排出ガス浄化装置と、前記排出ガス浄化装置のフィルタに堆積した粒子状物質を燃焼させて除去するフィルタ再生手段とを備えた作業機であって、前記フィルタ再生手段は、前記フィルタに堆積した粒子状物質の堆積量が第１の堆積量閾値以上になったときに、前記フィルタ装置に堆積した粒子状物質を自動的に燃焼させて除去する自動再生を行う第１の再生制御モードと、前記自動再生を行っている場合であって、前記粒子状物質の堆積量が前記第１の堆積量閾値よりも高い第２の堆積量閾値以上になったときに、作業者に前記ディーゼルエンジンの回転数を上げることを要求する第２の再生制御モードと、を有することを特徴とする。
【０００８】
ここで、前記第１の再生制御モードは、前記粒子状物質の堆積量が第１の堆積量閾値以上になったときに前記自動再生を行い、前記第２の再生制御モードは、前記第１の再生制御モードによる自動再生の開始時からの所定時間内に、前記粒子状物質の堆積量が前記第１の堆積量閾値よりも低い警告解除閾値未満になっていなければ、作業者に前記ディーゼルエンジンの回転を上げることを要求することが好ましい。
【０００９】
また、前記第１の再生制御モードは、前記粒子状物質の堆積量が第１の堆積量閾値以上になったときに、前記自動再生を行い、前記第２の再生制御モードは、前記粒子状物質の堆積量が前記第１の堆積量閾値よりも高い第２の堆積量閾値以上になると、前記ディーゼルエンジンの回転を所定の回転数以上に上げることを要求することが好ましい。
また、前記要求がなされている段階で前記粒子状物質の堆積量が前記第２の堆積量閾値よりも高い第３の堆積量閾値以上になると、前記ディーゼルエンジンに対して出力を制限するように指示する第３の再生制御モードを有することが好ましい。
前記第２の再生制御モードは、前記粒子状物質の堆積量が第２の堆積量閾値以上で且つ前記ディーゼルエンジンの回転数が予め定められた所定値未満である場合に、前記ディーゼルエンジンの回転数を上げることを要求することが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１によれば、作業機を停止させなくても、ＤＰＦの再生を行うことができる。このとき、エンジン回転数の上昇を警告によって作業者に促しているため、警告に気がついた作業者は、作業中においても適宜エンジン回転数を上昇させることができる。その結果、エンジン回転数の上昇に伴う排気温度のさらなる上昇によってＤＰＦの温度が上昇し、粒子状物質が燃焼する。このようにして粒子状物質の堆積量の減少が進むことになり、ＤＰＦの再生を効率よく行うことができる。
【００１１】
請求項２によれば、自動再生を開始してから所定時間後の堆積量の減少傾向（警告解除閾値未満になっているか否か）を見て、エンジンの回転数を上げる必要性を判断している（ＤＰＦの再生を作業者に促すか否かを判断している）。これによって、早い段階（堆積量がそれほど多くない段階）で、ＤＰＦの再生を行うことができる。
請求項３によれば、自動再生を開始後、堆積量の増加傾向（第２の堆積量閾値以上か否か）を見てエンジンの回転数を上げる必要性を判断している（ＤＰＦの再生を作業者に促すか否かを判断している）。これによって、ある程度堆積量が増加した場合（第２の堆積量以上のとき）だけ、エンジン回転数の上昇によってＤＰＦの再生を促進することができる。その結果、堆積量が、第２の堆積量よりも多くなることを抑制しつつ、ＤＰＦの再生による燃料の消費を抑えることができる。
【００１２】
請求項４によれば、堆積量が第２の堆積量閾値よりも高い第３の堆積量閾値以上となっている場合において、ディーゼルエンジンに対して出力を制限し、第３の堆積量閾値を超えた後の粒子状物質の増加を抑制することができる。即ち、エンジンの出力を抑制しつつエンジンの回転数を上げる警告を継続しているため、堆積量が過多となってしまう前に、作業者にエンジンの回転数を上げさせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態によるバックホーに設けられたディーゼルエンジンの排気系に設けられる排出ガス浄化装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態における、メインＥＣＵのフィルタ再生手段，エンジンＥＣＵ，及び表示装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１実施形態における、経過時間に対する粒子状物質の堆積量（ＰＭ堆積量）の変化の一例を表すグラフである。
【図４】堆積量取得手段によって再生制御レベルが決まった後の動作を示すフロー図である。
【図５】各再生制御レベルにおける表示装置の表示態様を示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態における、メインＥＣＵのフィルタ再生手段，エンジンＥＣＵ，及び表示装置の概略構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第２実施形態における、経過時間に対する粒子状物質の堆積量（ＰＭ堆積量）の変化の一例を表すグラフである。
【図８】本発明の実施形態によるバックホーの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、図面を参照しながら、本発明の各実施形態を説明する。
［第１実施形態］
本発明の作業機は、ディーゼルパーティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）を備えたものである。作業機としては、バックホーやコンパクトトラックローダ（ＣＴＬ）などの建設機械、及びトラクタなどの農業機械があるが、本実施形態では、作業機の一例としてバックホーを説明する。
【００１５】
図８は、バックホー１の概略構成を示す側面図である。図８に示すように、バックホー１は、下部の走行装置２と、上部の旋回体３とを備えている。
走行装置２は、ゴム製覆帯を有する左右一対の走行体４を備えたクローラ式走行装置である。また、走行装置２の前部にはドーザ５が設けられている。
旋回体３は、走行装置２上に旋回ベアリング６を介して上下方向の旋回軸回りに左右旋回自在に支持された旋回台７と、旋回台７の前部に備えられた作業装置８（掘削装置）とを有している。旋回台７上には、ディーゼルエンジン９、ラジエータ、運転席１０、燃料タンク、作動油タンク、作動油タンクからの作動油を制御する制御弁等が設けられている。運転席１０の周囲には、バックホー１に関する様々な情報を表示する表示装置１１が設けられている。運転席１０は、旋回台７上に設けられたキャビン１２により囲まれている。
【００１６】
作業装置８は、旋回台７の前部に設けられた支持ブラケット１３に左右揺動自在に支持されたスイングブラケット１４と、上下揺動自在となるように基部側がスイングブラケット１４に支持されたブーム１５とを備えている。ブーム１５の先端側には、前後揺動自在となるようにアーム１６が支持されており、アーム１６の先端側に、スクイ・ダンプ動作が可能となるようにバケット１７が設けられている。
【００１７】
スイングブラケット１４は、旋回台１２内に備えられたスイングシリンダの伸縮によって揺動される。ブーム１５は、ブーム１５とスイングブラケット１４との間に介装されたブームシリンダ１８の伸縮によって揺動される。アーム１６は、アーム１６とブーム１５との間に介装されたアームシリンダ１９の伸縮によって揺動される。バケット１７は、バケット１７とアーム１６との間に介装されたバケットシリンダ２０の伸縮によってスクイ・ダンプ動作される。
【００１８】
スイングシリンダ、ブームシリンダ１８、アームシリンダ１９、及びバケットシリンダ２０の各シリンダは、制御弁によって流量が制御された作動油によって伸縮動作するように構成されている。
ここで図２を参照しながら、運転席１０の周囲に設けられた表示装置１１について説明する。
【００１９】
図２に示すように、表示装置１１は、液晶パネル１１２と、ＬＥＤ表示部１１３とを備えている。液晶パネル１１２は、液晶表示によって文字や図形を自由に表示できると共に、表示する文字や図形を自在に変更することが可能である。例えば、図２において、液晶パネル１１２の左側には、燃料の残量を棒グラフ状のゲージで示す燃料計が表示されており、ゲージの長さ、つまり棒グラフの長さが燃料の残量に対応している。また、液晶パネルの右側には、冷却水の水温をゲージで示す水温計が表示されており、現在の水温を示すカーソルが水温に応じて上下に移動する。
【００２０】
さらに図２において、液晶パネル１１２の中央部には、現在ＤＰＦの自動再生が行われていることを表すアイコンＡと、ＤＰＦ（ディーゼルパーティキュレートフィルタ）の再生に関する注意を喚起する文字情報が表示されている。液晶パネル１１２に表示される情報の種類や、図形や文字などの表示形態の選択は任意である。
ＬＥＤ表示部１１３は、ＬＥＤ素子の点灯、消灯、点滅によって、後述する制御部４６（エンジンＥＣＵ３２及びメインＥＣＵ３３）に接続された各センサで検出された検出情報を表示するものである。詳しくは、ＬＥＤ表示部１１３として、何らかの警告が発せられていることを示す警告ＬＥＤ表示部１１３ａ、エンジン油圧の警告を示す油圧ＬＥＤ表示部１１３ｂ、バッテリの充電状態の警告を示すバッテリＬＥＤ表示部１１３ｃ、速度警告を示す速度ＬＥＤ表示部１１３ｄ、排気温度の警告を示す排気ＬＥＤ表示部などがある。これらＬＥＤ表示部１１３は、点灯、消灯、点滅だけでなく、点灯時間、消灯時間、点滅間隔、点灯時の明るさを変更することによっても自由に表示の形態を変えることができる。
【００２１】
このように図２では、液晶パネル１１２を備えている表示装置１１を示しているが、表示装置１１は、上記の表示が可能なものであれば、液晶パネル１１２にて表示するものに限定されない。
図１は、ディーゼルエンジン９及びディーゼルエンジン９の排気系の構造を示した図である。まず、ディーゼルエンジン９の排気系について説明する。なお、ディーゼルエンジン９は、複数のシリンダ（気筒）を有する多気筒エンジンである場合が多いが、図１では、そのうちの１つのシリンダ３４の構成を示し説明する。
【００２２】
図１に示すように、ディーゼルエンジン９のシリンダ３４の上部には、シリンダ３４内に空気を導入するための開口である吸気ポート３５が形成されると共に、燃焼後のガス（燃焼ガス）をシリンダ３４から排出するための開口である排気ポート３６が形成されている。さらにシリンダ３４の上部には、吸気ポート３５を開閉するための吸気バルブ３７と、排気ポート３６を開閉するための排気バルブ３８とが設けられている。
【００２３】
吸気ポート３５には、シリンダ３４内に導入される空気の流路となる管状の吸気マニホールド３９が接続されている。また、排気ポート３６には、シリンダ３４から排出される燃焼ガスの流路となる管状の排気マニホールド３０が接続されている。排気マニホールド３０の端部には排気音を低減するためのサイレンサ４０が設けられていて、燃焼ガスはサイレンサ４０を通過して環境中に排出される。
【００２４】
排気マニホールド３０において、排気ポート３６とサイレンサ４０との間には排出ガス浄化装置３１が設けられている。排出ガス浄化装置３１は、通過する燃焼ガスに含まれる粒子状物質（ＰＭ）を捕集して浄化するものである。つまり、シリンダ３４から排気ポート３６を経て排出された燃焼ガスは、排出ガスとして排気マニホールド３０を通り、排出ガス浄化装置３１で浄化されてサイレンサ４０に至る。
【００２５】
この排出ガス浄化装置３１は、内部にディーゼルパーティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）４１を有している。ＤＰＦ４１は、排出ガスに含まれる粒子状物質ＰＭを捕集するためのフィルタであり、例えば、セラミック製又は金属製で断面がハニカム構造となるように形成されている。つまり、ＤＰＦ４１の一端から他端にわたる長手方向に沿って、例えば六角柱のストロー状の多角形貫通孔が多数隣接しており、各貫通孔内には、ＤＰＦ４１の長手方向に沿って所定間隔で多孔質の隔壁が設けられている。このようなハニカム構造を有するＤＰＦ４１は、貫通孔内に形成された隔壁のＤＰＦ４１の長手方向における位置が、隣り合う貫通孔に形成された隔壁の位置とは異なるように構成されている。
【００２６】
ＤＰＦ４１の一端側から進入した排出ガスは、貫通孔内に形成された多孔質の隔壁を通過しつつＤＰＦ４１の他端側へ向かって流れる。排出ガスに含まれる粒子状物質は、多孔質の隔壁に付着したり、貫通孔の内壁に付着したりすることでＤＰＦ４１に捕集されて堆積する。つまり、ＤＰＦ４１は、堆積した粒子状物質の量が多くなると目詰まりを起こす構造を有しているので、粒子状物質の堆積量（ＰＭ堆積量）が多くなり過ぎないように適宜クリーニングをしなくてはならない。
【００２７】
本実施形態では、このＤＰＦ４１のクリーニングを「ＤＰＦの再生」といい、そのための動作を「ＤＰＦの再生動作」という。ＤＰＦ４１の再生では、ＤＰＦ４１の温度を所定温度以上に上昇させることで堆積した粒子状物質を燃焼させてガス化し、排出ガスとともに環境中に排出する。
排出ガス浄化装置３１は、このＤＰＦ４１の他に、図示しないが、粒子状物質中の燃料及び燃焼ガス中の窒素酸化物を酸化するための酸化触媒などを有している。
【００２８】
排出ガス浄化装置３１の入側には、排出ガス浄化装置３１の入口付近の排気圧力を検出する入側圧力センサ４２が設けられ、出側には出口付近の排気圧力を検出する出側圧力センサ４３が設けられている。入側圧力センサ４２及び出側圧力センサ４３は、例えば圧電素子などで構成される一般的な圧力センサである。入側圧力センサ４２及び出側圧力センサ４３は、次に説明する差圧センサ４４に接続されている。
【００２９】
差圧センサ４４は、入側圧力センサ４２が検出した排気圧力と、出側圧力センサ４３が検出した排気圧力とから、排出ガス浄化装置３１の入側と出側での排気圧力の差、つまり差圧を検出する。一般に、ＤＰＦ４１に粒子状物質の堆積がなく目詰まりがない場合、ＤＰＦ４１による圧力損失は非常に小さいので、入側圧力センサ４２と出側圧力センサ４３が検出した排気圧力の差はわずかであり、差圧センサ４４が検出する差圧も小さな値となる。しかし、ＤＰＦ４１に粒子状物質が堆積し目詰まりの程度が大きくなってくると、ＤＰＦ４１による圧力損失が大きくなるので差圧センサ４４が検出する差圧も大きくなる。この差圧の大きさは、ＤＰＦ４１の目詰まりの程度に対応するので、差圧の大きさを、ＤＰＦ４１の目詰まりの程度、すなわちＤＰＦ４１におけるＰＭ堆積量に換算することができる。
【００３０】
図１に示すように、ディーゼルエンジン９と排出ガス浄化装置３１とをつなぐ排気マニホールド３０には、ディーゼルエンジン９から排出されて排出ガス浄化装置３１へ向かう燃焼ガスの温度（排気温度）を検出する排気温度センサ４５が設けられている。排気温度センサ４５は、例えばサーミスタなどから構成されている。上述のような差圧センサ４４が検出した差圧や、排気温度センサ４５が検出した排気温度は、制御部４６へ送られる。
【００３１】
制御部４６は、バックホー１を制御するものであって、複数の制御装置（ＥＣＵ）から構成されたもので、例えば、ディーゼルエンジン９を制御するエンジンＥＣＵ３２と、バックホー１全体の動作を制御するメインＥＣＵ３３とを有している。エンジンＥＣＵ３２及びメインＥＣＵ３３は、例えば、ＣＰＵ等から構成されている。
エンジンＥＣＵ３２は、ディーゼルエンジン９や動力伝達系の各所に設置したセンサから情報を得て、ディーゼルエンジン９の状態に応じた最適な燃料噴射量や噴射時期、点火時期、アイドル回転数などを演算してディーゼルエンジン９等に制御指令を出すものである。例えば、運転席１０の周囲に設けたアクセルを操作すれば（アクセル操作を行うことによって）、エンジンＥＣＵがアクセルの操作量（開度）を検出して燃料噴射量などを増加させる。このようにして、ディーゼルエンジン９のエンジン回転数を上昇させることができる。
【００３２】
エンジンＥＣＵ３２に情報を提供するセンサとしては、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ、排出ガス浄化装置３１の差圧を検出する差圧センサ４４、排気温度を検出する排気温度センサ４５、吸入空気量を検出するためのエアフロメータ、エンジン回転数を検出するためのクランクポジションセンサ、冷却水の水温を検出するための水温センサ、バルブの開度を検出するためのスロットルポジションセンサなどがある。これら以外にも、クランク位置を検出するためのカムポジションセンサ、吸入空気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサなどがある。
【００３３】
メインＥＣＵ３３は、エンジンＥＣＵ３２と連携しながらバックホー１に備えられた各種装置（走行装置、作業装置など）を制御するものである。例えば、メインＥＣＵ３３では、スイングシリンダ、ブームシリンダ１８、アームシリンダ１９及びバケットシリンダ２０などの各シリンダに所定の作動油を供給する流量制御を行う。
この流量制御は、運転席１０の周囲に設けられた操作部材（操作レバー）の操作量に基づいて行うもので、詳しくは、操作レバーを中立位置より一方（左側）に揺動させて左側の操作量を入力すると、操作したアクチュエータ（スイングシリンダ、ブームシリンダ１８、アームシリンダ１９及びバケットシリンダ２０）に対応する電磁比例弁のソレノイドに所定値の電流（作動信号）を出力する。そうすると、電磁比例弁は電流値に応じて開き、操作したアクチュエータに対応する制御弁のパイロット圧が制御され、アクチュエータが一方に動作する。操作レバーを中立位置より上記とは反対側に揺動させて右側の操作量を入力すると、左側に揺動したときとは反対側にアクチュエータを動作させる。このように、操作レバーを操作することによって、バックホー１を作動させることができる。
【００３４】
また、メインＥＣＵ３３は、運転席１０の周囲に設けられたメータ及びモニタ等であってバックホー１の動作状態を表示する表示装置１１を含むバックホー１全体の動作を制御するものでもある。本実施形態におけるメインＥＣＵ３３は、排出ガス浄化装置３１のＤＰＦ４１を再生するためのフィルタ再生手段４７を有している。フィルタ再生手段４７は、メインＥＣＵ３３で実行されるコンピュータプログラムによって実現されるものである。
【００３５】
ここで、表示装置１１、エンジンＥＣＵ３２、及びメインＥＣＵ３３は、互いにController Area Network（ＣＡＮ通信）などの車両用通信ネットワークＮを介して接続されていて、相互にデータの送受信が可能である。なお、車両用通信ネットワークは、表示装置１１、エンジンＥＣＵ３２、及びメインＥＣＵ３３間でデータを送受信できるものであれば特に規格を限定するものではない。例えば、FlexRay（フレックスレイ）であっても、その他のネットワークであってもよい。
【００３６】
図２は、フィルタ再生手段４７の構成を示すブロック図である。図２に示すように、フィルタ再生手段４７は、ＤＰＦ４１に堆積する粒子状物質の堆積量（ＰＭ堆積量）を取得する堆積量取得手段５０と、この堆積量取得手段５０によって取得したＰＭ堆積量に基づいてＤＰＦ４１の再生を行うフィルタ再生制御手段６０とを備えている。
堆積量取得手段５０は、エンジンＥＣＵ３２から、排出ガス浄化装置３１の差圧（差圧センサ４４で検出した値）、排気温度センサ４５で検出した排気温度、冷却水の水温、吸入空気中の酸素濃度、燃料の噴射量などの情報を得て、ＤＰＦ４１に堆積する粒子状物質の堆積量を算出し取得する。
【００３７】
フィルタ再生制御手段６０は、ＤＰＦ４１を再生するための再生動作を複数の態様（モード）に分けて段階的に行うものであり、具体的には、第１の再生制御モード５１、第２の再生制御モード５２、第３の再生制御モード５３との３つのモードで再生動作を段階的に行う。つまり、フィルタ再生制御手段６０は、堆積量取得手段５０が取得したＰＭ堆積量に応じて第１の再生制御モード５１〜第３の再生制御モード５３のうち動作させる再生制御モードを決定し、決定した各再生制御モードにてＤＰＦ４１の再生を行う。
【００３８】
例えば、フィルタ再生制御手段６０は、ＰＭ堆積量に応じて再生制御モードを決定のための基準となる所定値として４つの閾値を有している。これら４つの閾値は、値が小さなものから順に、警告解除閾値、閾値ＴＨ１（第１の堆積閾値）、閾値ＴＨ２（第２の堆積閾値）、閾値ＴＨ３（第３の堆積閾値）である。これら４つの閾値は、実行されるＤＰＦ４１の再生動作の内容に対応した再生制御レベルに対応している。このフィルタ再生制御手段６０は、堆積量取得手段５０にて算出したＰＭ堆積量と、上記４つの閾値と比較して、現在のＰＭ堆積量がどの閾値の間にあるのかを判断した上で、該当する再生制御レベルを決定する。
【００３９】
図３は、経過時間に対する粒子状物質の堆積量（ＰＭ堆積量）の変化の一例を表すグラフである。図３を用いてＤＰＦ４１の再生について詳しく説明する。
バックホー１のディーゼルエンジン９が始動すると、堆積量取得手段５０は、継続的にＤＰＦ４１のＰＭ堆積量を算出し取得する。図３のグラフでは、原点側からスタートしてディーゼルエンジン９の稼働時間の増加に従ってＰＭ堆積量が増加している。
【００４０】
まず、堆積量取得手段５０がＰＭ堆積量を算出すると、フィルタ再生制御手段６０は、取得したＰＭ堆積量と、警告解除閾値、閾値ＴＨ１、閾値ＴＨ２、及び閾値ＴＨ３の４つの閾値との比較を行う。
ＰＭ堆積量が閾値ＴＨ１未満であるとき、フィルタ再生制御手段６０は、再生制御レベルをＬｅｖｅｌ０とし、Ｌｅｖｅｌ０であるときはＤＰＦ４１の再生を必要としないと判断して、ＤＰＦ４１の再生を行わない(ＤＰＦ４１の再生を開始しない)。
【００４１】
次に、ＰＭ堆積量が閾値ＴＨ１以上閾値ＴＨ２未満となったとき、フィルタ再生制御手段６０は、再生制御レベルをＬｅｖｅｌ０からＬｅｖｅｌ１に移行（シフト）する。Ｌｅｖｅｌ１以上では、ＰＭ堆積量がＤＰＦ４１の自動再生を開始しなくてはならない程度となっていることを示すものである。フィルタ再生制御手段６０は、再生制御レベルがＬｅｖｅｌ１となったことを受けて、ＤＰＦ４１の自動再生を行うための第１の再生制御モード５１を選択して、第１の再生制御モード５１における自動再生のための指令を制御部４６等に出力し、ＤＰＦ４１の再生を行う。自動再生の動作として例えばディーゼルエンジン９の吸気スロットルが絞られ、この吸気スロットルの絞りによって排気温度が上昇する。
【００４２】
第１の再生制御モード５１では、粒子状物質の堆積量が閾値ＴＨ１以上（再生制御レベルがＬｅｖｅｌ１）になった場合に、ＤＰＦ４１の自動再生を開始し、フィルタに堆積した粒子状物質を燃焼させて除去する。
さらに、第１の再生制御モード５１では、表示装置１１に対して自動再生が実行されていることを示すアイコンＡを表示させ、連続的な警告音を発生させる。
【００４３】
上述したように、自動再生とは、バックホー１を操作している作業者に対して特別な操作を要求しない再生動作のことであって、バックホー１が独自に、つまり作業者から見れば自動的にＤＰＦ４１の温度を上昇させて堆積した粒子状物質を燃焼させようとする動作である。
次に、自動再生の開始後、Ｌｅｖｅｌ１における第１の再生制御モード５１の実行にもかかわらず、ＰＭ堆積量が閾値ＴＨ２以上閾値ＴＨ３未満となったとき、排気温度を上昇させてＤＰＦ４１の自動再生をさらに効率的に行うために、フィルタ再生制御手段６０は、再生制御レベルをＬｅｖｅｌ１からＬｅｖｅｌ２に移行（シフト）し、第２の再生制御モード５２に移行する。
【００４４】
第２の再生制御モード５２では、自動再生は継続して行いつつ、ディーゼルエンジン９の回転数を上げることを要求する警告を発する。ここで、エンジン９の回転数を上げるとは、少なくともアイドリング回転数以上にエンジンの回転数を上げることであって、好ましくは、エンジン回転数を、アイドリング回転数の２倍以上にすることである。
具体的には、第２の再生制御モード５２では、作業者に対して、エンジン回転数を、例えば１８００回転以上に上昇させることを指示するアイコンＢを表示装置１１に表示させて、かつ間欠的な警告音を発生させる。第２再生制御モード５２であるとき、作業者がこの表示及び警告音に従ってアクセル操作をして、エンジン回転数を所定の回転数以上（アイドリングの回転数よりも高い回転数であって、例えば、１８００回転以上）に上昇させた場合は、さらに排気温度が上昇することとなり、ＤＰＦ４１に堆積した粒子状物質の燃焼が促進されてＰＭ堆積量が減少する。ここで、ＰＭ堆積量が警告解除閾値を下回れば、フィルタ再生制御手段６０は、再生制御レベルをＬｅｖｅｌ０に戻し、ＤＰＦ４１の自動再生及び表示装置１１でのアイコンＡ及びアイコンＢの表示を終了する。
【００４５】
さて、エンジン回転数を上昇させなかったときなど、ＰＭ堆積量がさらに増加して、ＰＭ堆積量が閾値ＴＨ３以上となった場合、フィルタ再生制御手段６０は、再生制御レベルをＬｅｖｅｌ２からＬｅｖｅｌ３に移行（シフト）し、第３の再生制御モード５３に移行する。
第３の再生制御モード５３では、第２の再生制御モード５２によって警告が発せられている段階でＰＭ堆積量が閾値ＴＨ２よりも高い閾値ＴＨ３以上になると、ディーゼルエンジン９に対して出力を所定範囲に制限するように指示する再生動作のことである。この第３の再生制御モード５３では、自動再生を継続しつつ、エンジンの出力を制限する。
【００４６】
第３の再生制御モード５３である場合、フィルタ再生制御手段６０は、ディーゼルエンジン９の最大出力を所定値以下（例えば、規定最大出力の５０％以下）に制限する馬力制限をエンジンＥＣＵ３２に指示すると共に、表示装置１１に対してＰＭ堆積量が多くなりすぎていることを示すアイコンを表示させて連続的な警告音を発生させる。
このＬｅｖｅｌ３においても、Ｌｅｖｅｌ２と同じく、エンジン回転数を上昇させることを指示するアイコンＢを表示装置１１に表示させている。作業者が、この警告に従ってエンジン回転数を上昇させ、ＰＭ堆積量が警告解除閾値を下回れば、フィルタ再生制御手段６０は、再生制御レベルをＬｅｖｅｌ０に戻し、ＤＰＦ４１の自動再生及び表示装置１１での各アイコンの表示を終了する。
【００４７】
このように、Ｌｅｖｅｌ１〜Ｌｅｖｅｌ３のいずれであっても、ＰＭ堆積量が警告解除閾値を下回れば、堆積量取得手段５０は、再生制御レベルをＬｅｖｅｌ０に戻し、ＤＰＦ４１の自動再生及び表示装置１１での各アイコンの表示を終了する。
図４及び図５を参照しながら、上述したＤＰＦ４１の再生制御についてさらに説明する。図４は、フィルタ再生制御手段６０によって再生制御レベルが決まった後の動作を示すフロー図であり、図５は、各再生制御レベルにおける表示装置１１の表示態様を示す図である。
【００４８】
図４において、再生制御レベルがＬｅｖｅｌ１のとき（第１の再生制御モード５１のとき）、フィルタ再生制御手段６０は、エンジンＥＣＵ３２に対して燃焼処理として自動再生を実行させる（Ｓ１）と共に、自動再生が実行されていることを示すアイコン（ＤＰＦ燃焼中ランプ）Ａを、メインＥＣＵ３３によって表示装置１１に点灯させる（Ｓ２）。
図５に示すように、第１の再生制御モード５１のとき、表示装置１１は、フィルタ再生制御手段６０による指令に従って、液晶パネル１１２にアイコン（ＤＰＦ燃焼中ランプ）Ａを表示すると共に、「ＤＰＦ再生中」、「排気温度上昇」のメッセージを表示する。このとき表示装置１１は、ＬＥＤ表示部１１３の最上部に設けられた警告ＬＥＤ表示部１１３ａを橙色で点滅させる。
【００４９】
次に、再生制御レベルがＬｅｖｅｌ２のとき（第２の再生制御モード５２のとき）、フィルタ再生制御手段６０は、エンジンＥＣＵ３２に対して燃焼処理として自動再生を継続する（Ｓ３）と共に、自動再生が実行されていることを示すアイコン（ＤＰＦ燃焼中ランプ）Ａとエンジン回転数を上昇させることを指示するアイコン（Ｅｎｇ回転数上昇要求ランプ）Ｂを、メインＥＣＵ３３によって表示装置１１に点灯させる（Ｓ４）。さらに、第２の再生制御モード５２であるとき、フィルタ再生制御手段６０は、エンジンＥＣＵ３２から取得したエンジン回転数が、例えば１８００回転以上であるか否かを判断し（Ｓ５）、１８００回転以上であれば（Ｓ５：ＹＥＳ）、Ｅｎｇ回転数上昇要求ランプＢを消灯するように表示装置１１に指示する（Ｓ６）。また、エンジン回転数が１８００回転未満であれば（Ｓ５：ＮＯ）、フィルタ再生制御手段６０は、Ｅｎｇ回転数上昇要求ランプＢを点滅させるように表示装置１１に指示する（Ｓ７）。
【００５０】
図５に示すように、第２の再生制御モード５２のとき、表示装置１１は、第２の再生制御モード５２によって、ＤＰＦ燃焼中ランプ（アイコン）Ａを表示する画面とＥｎｇ回転数上昇要求ランプ（アイコン）Ｂを表示する画面とを液晶パネル１１２に交互に表示する。このとき表示装置１１は、ＬＥＤ表示部１１３の最上部に設けられた警告ＬＥＤ表示部１１３ａを橙色で点滅させている。
【００５１】
作業者が、表示された指示通りにエンジン回転数を上昇させ、エンジンＥＣＵ３２から取得したエンジン回転数が１８００回転以上であると、フィルタ再生制御手段６０は、表示装置１１に対してＥｎｇ回転数上昇要求ランプ（アイコン）Ｂを表示する画面を表示させず、ＤＰＦ燃焼中ランプ（アイコン）Ａを表示する画面だけを表示するように指示する。
【００５２】
続いて、再生制御レベルがＬｅｖｅｌ３のとき（第３の再生制御モード５３のとき）は、フィルタ再生制御手段６０は、エンジンＥＣＵ３２に対して燃焼処理として自動再生を継続する（Ｓ８）と共に、自動再生が実行されていることを示すアイコン（ＤＰＦ燃焼中ランプ）Ａとエンジン回転数を上昇させることを指示するアイコン（Ｅｎｇ回転数上昇要求ランプ）Ｂを、表示装置１１に点灯させる（Ｓ９）。さらに、第３の再生制御モード５３であるとき、フィルタ再生制御手段６０は、エンジンＥＣＵ３２から取得したエンジン回転数が、例えば１８００回転以上であるか否かを判断し（Ｓ１０）、１８００回転以上であれば（Ｓ１０：ＹＥＳ）、Ｅｎｇ回転数上昇要求ランプＢを消灯するように表示装置１１に指示する（Ｓ１１）。また、エンジン回転数が１８００回転未満であれば（Ｓ１０：ＮＯ）、フィルタ再生制御手段６０は、Ｅｎｇ回転数上昇要求ランプＢを点滅させるように表示装置１１に指示し（Ｓ１２）、ＬＥＤ表示部１１３の最上部に設けられた警告ＬＥＤ表示部１１３ａを赤色で点滅させるようメインＥＣＵ３３によって表示装置１１に指示する（Ｓ１３）。
【００５３】
図５に示すように、Ｌｅｖｅｌ３における表示装置１１は、フィルタ再生制御手段６０からの指示に従って、ＤＰＦ燃焼中ランプ（アイコン）Ａを表示する画面とＥｎｇ回転数上昇要求ランプ（アイコン）Ｂを表示する画面とを液晶パネル１１２に交互に表示する。Ｌｅｖｅｌ３ではバックホー１の馬力制限が行われているので、Ｅｎｇ回転数上昇要求ランプ（アイコン）Ｂを表示する画面の下段には、「出力制限中」のメッセージが表示されている。このとき表示装置１１は、ＬＥＤ表示部１１３の最上部に設けられた警告ＬＥＤ表示部１１３ａを赤色で点滅させている。
【００５４】
作業者が、表示された指示通りにエンジン回転数を上昇させ、エンジンＥＣＵ３２から取得したエンジン回転数が１８００回転以上であると、フィルタ再生制御手段６０によって表示装置１１に対して、Ｅｎｇ回転数上昇要求ランプ（アイコン）Ｂを表示する画面において、「エンジン回転を上げてください」というメッセージの表示をしないように指示する。これによって、エンジン回転数が１８００回転以上である場合には、表示装置１１は、フィルタ再生制御手段６０からの指示に従って、ＤＰＦ燃焼中ランプ（アイコン）Ａを表示する画面と、「エンジン回転を上げてください」というメッセージの表示がされないＥｎｇ回転数上昇要求ランプ（アイコン）Ｂを表示する画面とを液晶パネル１１２に交互に表示する。このとき表示装置１１は、ＬＥＤ表示部１１３の最上部に設けられた警告ＬＥＤ表示部１１３ａを赤色の点滅から橙色の点滅に変更する。
【００５５】
本実施形態によれば、作業者に警告を発してエンジン回転数の上昇を促しているため、警告に気づいた作業者は、作業中においても適宜ディーゼルエンジン９の回転数を上昇させて、排気温度を上昇させることができる。排気温度が上昇した結果、吸気スロットルの絞りなどの自動再生によって上昇したＤＰＦ４１の温度がさらに上昇し、ＤＰＦ４１に堆積した粒子状物質が燃焼する。このように本実施形態によれば、自動再生をバックアップする操作（エンジン回転数の上昇）を作業者に促すことができるので、ＰＭ堆積量の減少を促進させることができ、ＤＰＦ４１の再生を効率よく行うことができる。
【００５６】
上述したような自動再生のバックアップ操作であるエンジン回転数の上昇は、作業者によるアクセル操作によって行われるようになっているため、従来のように、ＤＰＦ４１の再生のためだけにバックホー１を停止させて作業を中断する必要がなくなる。
例えば、作業現場内で移動するためや作業現場から退避するために、バックホー１を走行させる場合がある。その場合、作業者は、運転席１０の周囲に設けられた操作レバーを操作してバックホー１を走行させる。このような走行は、作業時に断続的に繰り返し行われることが多いので、繰り返し行われる走行の合間である空き時間に作業者の任意のタイミングでアクセル操作を手動で行うことによってエンジン回転数を上昇させて排気温度を上げることができる。
【００５７】
また、作業現場において作業者は、バックホー１の走行に用いたものとは別の操作レバーを操作することで作業装置などを動作させて、例えば掘削作業などを実施することもある。作業現場で行われる作業は複数の作業単位が連続しているので、作業者は、一つの作業単位が終了してから次の作業単位を開始するまでの間である空き時間に、任意のタイミングでアクセル操作を手動で行うことによって走行時と同様にエンジン回転数を上昇させて排気温度を上げることができる。
【００５８】
また、本実施形態によれば、走行中や作業中であっても、ＤＰＦ４１の再生をさらに促進する必要がある場合には、まず、エンジン回転数を上昇させることを警告によって作業者に知らせたうえで、任意にエンジン回転数の上昇をアクセル操作によって行えるようにしている。そのため、従来のように、ＤＰＦ４１の再生のためだけにバックホー１を安全な場所に停車させる必要はなく、簡単にＤＰＦ４１の再生を行うことができる。
【００５９】
また、本実施形態によれば、ＰＭ堆積量が閾値ＴＨ１以上となって自動再生が開始した後に、ＰＭ堆積量の増加傾向（閾値ＴＨ２以上となったか否か）に基づいてディーゼルエンジン９の回転数を上げる必要性（ＤＰＦ４１の再生を作業者に促すか否か）を判断している。即ち、自動再生を開始したにもかかわらず十分な再生効果を得ることができずにＰＭ堆積量がさらに増加した場合（閾値ＴＨ２以上の場合）だけ、エンジン回転数の上昇する必要があることを作業者に、警報によって通知することとしている。
【００６０】
つまり、再生効果が十分である場合（閾値ＴＨ２未満）は、エンジン回転数を上昇させる警告を行わないため、不必要なエンジン回転数の上昇を回避することができ、その結果、エンジン回転数の上昇に伴う燃料悪化を防止することができる。
加えて、本実施形態によれば、再生制御レベルがＬｅｖｅｌ３になるとディーゼルエンジン９の出力（馬力）を制限している。このＬｅｖｅｌ３は、ＤＰＦ４１にて捕集可能なＰＭ堆積量に対して、現状のＰＭ堆積量が多くなってきている段階であるが、この段階でディーゼルエンジン９の馬力制限をすることによって、多くなったＰＭ堆積量を低減させることが可能である。
【００６１】
即ち、ディーゼルエンジン９の馬力制限を行う段階では、自動再生によってＰＭ堆積量を低減させる（燃焼によって減らす）ことも行われ、さらに、この馬力制限によって排出ガスの排出量が抑えてＰＭ堆積量の増加を抑えることも行われており、燃焼によるＰＭ堆積量の低減と、排出ガスの排出量の抑制によるＰＭ堆積量の低減との両面から全体のＰＭ堆積量の増加が抑制されることになる。しかも、ディーゼルエンジン９の馬力制限では、ディーゼルエンジン９は回転中であるため、負荷の軽い作業であれば続けることができる。
本実施形態では、ＰＭ堆積量が閾値ＴＨ３以上となっても、エンジン回転数の上昇を促す警告を継続して発しているため、ＰＭ堆積量が過多となってしまう前に、作業者にディーゼルエンジン９の回転数を上げさせ、排気温度を上昇させることができる。
【００６２】
［第２実施形態］
第２実施形態は、再生制御レベルをＬｅｖｅｌ１からＬｅｖｅｌ２に移行させる際の基準が、上述の第１実施形態とは異なっている。
【００６３】
図６及び図７を参照しながら、第１実施形態と異なる点について説明する。
図６を参照すると、ＰＭ堆積量が閾値ＴＨ１以上となったときに再生制御レベルはＬｅｖｅｌ１となっている。その後、ＰＭ堆積量が閾値ＴＨ２以上となっていなくても、Ｌｅｖｅｌ１となった時点から所定時間Ｔ秒（ｓｅｃ）後のＰＭ堆積量が、閾値ＴＨ１よりも小さい警告解除閾値未満となっていなければ（警告解除閾値以上であれば）、再生制御レベルをＬｅｖｅｌ１からＬｅｖｅｌ２に移行している。以下、このような第１実施形態とは異なる点について詳しく説明する。
【００６４】
フィルタ再生手段４７は、計時部５４を備えている。この計時部５４は、再生制御レベルがＬｅｖｅｌ１となった時点から計時を開始して、Ｌｅｖｅｌ１となった時点からの経過時間を計測する。
フィルタ再生制御手段６０は、ＰＭ堆積量が閾値ＴＨ２以上であるか否かを判断して、閾値ＴＨ２以上の場合は、再生制御レベルをＬｅｖｅｌ２に移行する。
【００６５】
また、フィルタ再生制御手段６０は、ＰＭ堆積量が閾値ＴＨ２未満であると判断しても、所定時間後のＰＭ堆積量が警告解除閾値未満でなければ、再生制御レベルをＬｅｖｅｌ２に移行する。即ち、Ｌｅｖｅｌ１となった時点から所定時間Ｔ秒（ｓｅｃ）後においてＰＭ堆積量が警告解除閾値未満となっていなければ、再生制御レベルをＬｅｖｅｌ２に移行する。
【００６６】
このように第２実施形態によるフィルタ再生制御手段６０は、再生制御レベルがＬｅｖｅｌ１にある時間が所定時間Ｔ秒（ｓｅｃ）以上だと自動再生動作において吸気スロットルを絞るのみでは十分な再生効果が得られていないと判断できるので、次の再生制御レベルに移行する。
このような動作を行う堆積量取得手段５０を有するフィルタ再生手段４７によって、ＰＭ堆積量の上昇を待つことなく、作業者にエンジン回転数を上昇させる警告を発することができる。よって、常に早めにＤＰＦ再生を実行することができる。
【００６７】
本実施形態によれば、自動再生を開始してからの経過時間（所定時間Ｔ秒）後のＰＭ堆積量の減少傾向（警告解除閾値未満になっているか否か）に基づいてディーゼルエンジン９の回転数を上げる必要性（ＤＰＦ４１の再生を作業者に促すか否か）を判断している。即ち、自動再生の開始後、ＰＭ堆積量が警告解除閾値未満となっていて減少傾向にあるときは、エンジン９の回転数を上げる必要はなく、一方で、ＰＭ堆積量が警告解除閾値以上であって減少傾向でない場合は、エンジン９の回転数を上げることを作業者に通知して、出来るだけ早く自動再生のバックアップを行えるようにしている。つまり、常に早い段階（ＰＭ堆積量があまり多くなっていない段階）で、自動再生をバックアップしてＤＰＦを再生することができるので、ＤＰＦの初期性能の低下及び劣化を抑制することができる。
【００６８】
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
上述した実施形態における自動再生について、「吸気スロットルの絞り」を一例として説明したが、自動再生は「吸気スロットルの絞り」だけに限定されず、燃料のポスト噴射によるＤＰＦの再生を自動再生に加えてもよい。ポスト噴射とは燃焼後のガスに燃料を噴射することによって、ＤＰＦ４１の温度上昇を促進する動作のことである。
【００６９】
また、各再生制御モードで行う自動再生において、「吸気スロットルの絞り」を行うか、「ポスト噴射」を行うかは、適宜組み合わせてもよい。例えば、第１の再生制御モード５１〜第３の再生制御モード５３は、全て吸気スロットルの絞りを行うこととし、そのうえで、第２の再生制御モード５２において、水温や排気温度が第１の再生制御モード５１のときよりも高くなったときに、吸気スロットルの絞りに加えてポスト噴射を開始してもよい。この場合、第３の再生制御モード５３でも、継続してポスト噴射を行うことが好ましい。また、ＤＰＦ４１の制御は、バックホー１の他、コンパクトトラックローダ（ＣＴＬ）、トラクタなどの作業を行う建設機械や農業機械についても、適用することができる。
【符号の説明】
【００７０】
１  バックホー
２  走行装置
３  旋回体
４  走行体
５  ドーザ
６  旋回ベアリング
７  旋回台
８  作業装置
９  ディーゼルエンジン
１０  運転席
１１  表示装置
１２  キャビン
１３  支持ブラケット
１４  スイングブラケット
１５  ブーム
１６  アーム
１７  バケット
１８  ブームシリンダ
１９  アームシリンダ
２０  バケットシリンダ
３０  排気マニホールド
３１  排出ガス浄化装置
３２  エンジンＥＣＵ
３３  メインＥＣＵ
３４  シリンダ
３５  吸気ポート
３６  排気ポート
３７  吸気バルブ
３８  排気バルブ
３９  吸気マニホールド
４０  サイレンサ
４１  ＤＰＦ
４２  入側圧力センサ
４３  出側圧力センサ
４４  差圧センサ
４５  排気温度センサ
４６  制御部
４７  フィルタ再生手段
５０  堆積量取得手段
５１  第１の再生制御モード
５２  第２の再生制御モード
５３  第３の再生制御モード
５４  計時部
Ａ，Ｂ  アイコン
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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【図３】
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【図７】
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