(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気ガスから粒子状物質を除去する粒子状物質除去フィルタに堆積した粒子状物質の堆積量が所定値を超えた場合に、堆積した前記粒子状物質を燃焼させ、前記粒子状物質除去フィルタを再生させるための再生制御手段を備え、
前記再生制御手段は、前記再生時、及び前記再生終了後所定時間継続して、エンジン回転数の下限値を所定閾値以上にする下限値制御を行うことを特徴とする粒子状物質除去フィルタの再生制御装置。
【請求項２】
前記再生制御手段は、前記再生時に、所定の制御開始条件を満足した場合に、エンジン回転数の下限値を所定閾値以上にする下限値制御を開始することを特徴とする請求項１に記載の粒子状物質除去フィルタの再生制御装置。
【請求項３】
前記所定の制御開始条件は、前記所定閾値以上のエンジン回転数である状態が所定時間以上となることであることを特徴とする請求項２に記載の粒子状物質除去フィルタの再生制御装置。
【請求項４】
さらに前記エンジンの周囲の環境温度あるいは標高を検知する環境状態検出手段を備え、前記所定閾値および前記所定時間は、前記環境状態検出手段が検知した環境温度あるいは標高に応じて可変であることを特徴とする請求項３に記載の粒子状物質除去フィルタの再生制御装置。
【請求項５】
前記所定の制御開始条件は、前記粒子量物質除去フィルタ内の温度が所定温度以上となることであることを特徴とする請求項２に記載の粒子状物質除去フィルタの再生制御装置。
【請求項６】
前記所定の制御開始条件は、排気ガス流量が所定流量以下となることであることを特徴とする請求項２に記載の粒子状物質除去フィルタの再生制御装置。
【請求項７】
前記下限値制御を行うことを設定指示する設定手段を備え、
前記再生制御手段は、前記設定手段による下限値制御の設定指示がある場合に、前記下限値制御を行うことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の粒子状物質除去フィルタの再生制御装置。
【請求項８】
前記再生制御手段は、前記設定手段による下限値制御の設定指示がない場合、前記粒子量物質除去フィルタの自動再生処理を実行しないことを特徴とする請求項７に記載の粒子状物質除去フィルタの再生制御装置。
【請求項９】
エンジンの排気ガスから粒子状物質を除去する粒子状物質除去フィルタに堆積した粒子状物質の堆積量が所定値を超えた場合に、堆積した前記粒子状物質を燃焼させ、前記粒子状物質除去フィルタを再生させるための再生制御ステップを含み、
前記再生制御ステップは、前記再生時、及び前記再生終了後所定時間継続して、エンジン回転数の下限値を所定閾値以上にする下限値制御を行うことを特徴とする粒子状物質除去フィルタの再生制御方法。
【請求項１０】
前記再生制御ステップは、前記再生時に、所定の制御開始条件を満足した場合に、エンジン回転数の下限値を所定値以上にする下限値制御を開始することを特徴とする請求項９に記載の粒子状物質除去フィルタの再生制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、エンジンの排気ガスに含まれる粒子状物質（ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ）を除去する粒子状物質除去フィルタ（ＤＰＦと称される。ＤＰＦ：Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）の再生処理を行う際における粒子状物質除去フィルタの再生制御装置およびその再生制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン（以下、エンジン）では、排気ガス中に含まれるＰＭを低減するため、排気管路に粒子状物質除去フィルタが設けられる。この粒子状物質除去フィルタは、排気ガス中に含まれるススなどのＰＭを捕集し、このＰＭが低減された排気ガスを外気に排出する。粒子状物質除去フィルタで捕集したＰＭが多くなるとフィルタ機能が低下するため、粒子状物質除去フィルタでは、捕集されたＰＭを燃焼させる再生が行われる。この再生には、排気ガスの温度が高いときに堆積したＰＭが自然に燃焼する自然再生と、ＰＭ堆積量が所定の基準値を超えたときに行う強制再生とがある。この強制再生では、排気ガスの温度を高めるようエンジンの運転状態を調整し、さらに粒子状物質除去フィルタ前段で燃料を噴射する外部ドージング、またはエンジンのシリンダ内に燃料を噴射する内部ドージングを行うことによって、ＰＭを強制的に燃焼させる。この強制再生には、さらに自動強制再生と手動強制再生とがある。ＰＭ堆積量が、自動強制再生が行われるときの基準値よりもさらに多くなって、粒子状物質除去フィルタが閉塞される可能性がある場合には、手動による強制再生の実行を促す警告が運転者に発せられる。
【０００３】
ここで、特許文献１には、自動強制再生時に、吸入空気量を減少させて粒子状物質除去フィルタ温度を上昇させる場合、粒子状物質除去フィルタに流入する排気ガス量の減少速度を低下させる排気ガス量調整手段を備え、粒子状物質除去フィルタの過剰昇温を防止するものが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２７８４０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
エンジンを動力源として稼動する建設機械などの作業車両において、排気ガスを浄化するために粒子状物質除去フィルタが備えられる。このような車両を操作するオペレータは、上述した自動強制再生中に車両の操縦（例えば走行操作）や作業機の操作を任意に行ってもよい。このため、オペレータによる車両の操縦や作業機の操作が行なわれない状態で自動強制再生が開始、継続され、あるいは自動強制再生が終了しても依然としてオペレータによる車両の操縦や作業機の操作が行われない状態が継続した場合、エンジン回転数が低い状態（例えばエンジンがアイドリング状態）が継続するために排気ガスの流量が少なくなる。排気ガスの流量が少なくなることによって、粒子状物質除去フィルタ内に高温の排気ガスが滞留し、熱がこもり粒子状物質除去フィルタ温度が急激に高くなる。その結果、熱応力によって粒子状物質除去フィルタの一部が破壊し、フィルタ機能が低下することが考えられる。
【０００６】
なお、特許文献１では、自動強制再生時に、エンジンの吸入空気量を減少させる運転条件が成立する場合、吸気絞り弁の閉弁速度を低下させ粒子状物質除去フィルタに流入する排気ガス量の減少速度を低下させる技術が開示されている。
【０００７】
この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、粒子状物質除去フィルタのフィルタ機能の低下を未然に防止することができる粒子状物質除去フィルタの再生制御装置およびその再生制御方法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】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明にかかる粒子状物質除去フィルタの再生制御装置は、エンジンの排気ガスから粒子状物質を除去する粒子状物質除去フィルタに堆積した粒子状物質の堆積量が所定値を超えた場合に、堆積した前記粒子状物質を燃焼させ、前記粒子状物質除去フィルタを再生させるための再生制御手段を備え、前記再生制御手段は、前記再生時に、エンジン回転数の下限値を所定閾値以上にする下限値制御を行うことを特徴とする。
【０００９】
また、この発明にかかる粒子状物質除去フィルタの再生制御装置は、上記の発明において、前記再生制御手段は、前記再生終了後、所定時間継続してエンジン回転数の下限値を所定閾値以上にする下限値制御を行うことを特徴とする。
【００１０】
また、この発明にかかる粒子状物質除去フィルタの再生制御装置は、上記の発明において、前記再生制御手段は、前記再生時に、所定の制御開始条件を満足した場合に、エンジン回転数の下限値を所定閾値以上にする下限値制御を開始することを特徴とする。
【００１１】
また、この発明にかかる粒子状物質除去フィルタの再生制御装置は、上記の発明において、前記所定の制御開始条件は、前記所定閾値以上のエンジン回転数である状態が所定時間以上となることであることを特徴とする。
【００１２】
また、この発明にかかる粒子状物質除去フィルタの再生制御装置は、上記の発明において、さらに前記エンジンの周囲の環境温度あるいは標高を検知する環境状態検出手段を備え、前記所定閾値および前記所定時間は、環境状態検出手段が検知した環境温度あるいは標高に応じて可変であることを特徴とする。
【００１３】
また、この発明にかかる粒子状物質除去フィルタの再生制御装置は、上記の発明において、前記所定の制御開始条件は、前記粒子量物質除去フィルタ内の温度が所定温度以上となることであることを特徴とする。
【００１４】
また、この発明にかかる粒子状物質除去フィルタの再生制御装置は、上記の発明において、前記所定の制御開始条件は、排気ガス流量が所定流量以下となることであることを特徴とする。
【００１５】
また、この発明にかかる粒子状物質除去フィルタの再生制御装置は、上記の発明において、前記下限値制御を行うことを設定指示する設定手段を備え、前記再生制御手段は、前記設定手段による下限値制御の設定指示がある場合に、前記下限値制御を行うことを特徴とする。
【００１６】
また、この発明にかかる粒子状物質除去フィルタの再生制御装置は、上記の発明において、前記再生制御手段は、前記設定手段による下限値制御の設定指示がない場合、前記粒子量物質除去フィルタの自動再生処理を実行しないことを特徴とする。
【００１７】
また、この発明にかかる粒子状物質除去フィルタの再生制御方法は、エンジンの排気ガスから粒子状物質を除去する粒子状物質除去フィルタに堆積した粒子状物質の堆積量が所定値を超えた場合に、堆積した前記粒子状物質を燃焼させ、前記粒子状物質除去フィルタを再生させるための再生制御ステップを含み、前記再生制御ステップは、前記再生時に、エンジン回転数の下限値を所定閾値以上にする下限値制御を行うことを特徴とする。
【００１８】
また、この発明にかかる粒子状物質除去フィルタの再生制御方法は、上記の発明において、前記再生制御ステップは、前記再生終了後、所定時間継続してエンジン回転数の下限値を所定閾値以上にする下限値制御を行うことを特徴とする。
【００１９】
また、この発明にかかる粒子状物質除去フィルタの再生制御方法は、上記の発明において、前記再生制御ステップは、前記再生時に、所定の制御開始条件を満足した場合に、エンジン回転数の下限値を所定値以上にする下限値制御を開始することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
この発明によれば、前記再生制御手段が、前記自動強制再生時さらには前記自動強制再生終了後に、エンジン回転数の下限値を所定閾値以上にする下限値制御を行うようにしているので、粒子状物質除去フィルタ内への排気ガス流量が増大し、粒子状物質除去フィルタ内の熱のこもりによる粒子状物質除去フィルタの破壊を未然に防止し、結果的にフィルタ機能の低下を未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、この発明の実施の形態１にかかる粒子状物質除去フィルタの再生制御装置を含むディーゼルエンジン１００の概要構成を示す模式図である。
【図２】図２は、図１に示した再生制御部による下限値制御を示すタイムチャートである。
【図３】図３は、図１に示した再生制御部による下限値制御処理時に用いるカウンタおよびフラグの設定処理手順を示すフローチャートである。
【図４】図４は、図１に示した再生制御部による下限値制御処理手順を示すフローチャートである。
【図５】図５は、実施の形態２による再生制御部による下限値制御を示すタイムチャートである。
【図６】図６は、実施の形態２による再生制御部による下限値制御処理手順を示すフローチャートである。
【図７】図７は、この発明の実施の形態３にかかる粒子状物質除去フィルタの再生制御装置を含むディーゼルエンジン１００の概要構成を示す模式図である。
【図８】図８は、実施の形態４による再生制御部による下限値制御処理手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、添付図面を参照してこの発明を実施するための形態について説明する。
【００２３】
［実施の形態１］
（エンジン系の概要構成）
図１は、この発明の実施の形態１にかかる粒子状物質除去フィルタ（ＤＰＦ）の再生制御装置を含むディーゼルエンジン１００（以下、特に断りがない限りエンジン１００）の概要構成を示す模式図である。また、エンジン１００は、油圧ショベルやダンプトラックといった建設機械やフォークリフトなどの産業車両といった作業車両の動力源として用いられることを想定する。図１において、エンジン１００は、内部に複数の燃焼室が形成されたエンジン本体１と、吸入される空気を、フィルタを用いて濾過し、埃などの異物が燃焼室に混入するのを防止するエアクリーナ２と、エンジン本体１内部の各燃焼室に給気を供給する給気管路３と、エンジン本体１内部の各燃焼室から排出された排気ガスを排出する排気管路４と、冷却機構５と、排気タービン過給機６と、排気浄化装置７と、排気再循環システム８と、エンジンコントローラ３０と、モニタ装置５０と、アクセルペダル６０と、燃料調整ダイヤル８０とを備える。
【００２４】
エンジン本体１と給気管路３との間には、給気管路３からの給気がエンジン本体１内部の各燃焼室に分配されるように、給気マニホールド３Ａが取り付けられている。エンジン本体１と排気管路４との間には、エンジン本体１内部の各燃焼室から排出された排気ガスがまとめて排気管路４に流入するように、排気マニホールド４Ａが取り付けられている。
【００２５】
給気管路３には、排気タービン過給機６によって圧縮された空気を冷却するためのアフタークーラ１１が設けられている。冷却機構５は、エンジン本体１内に収められた図示しないクランクシャフト等の回転運動により駆動されるポンプ１２を備える。ポンプ１２によって圧送された冷却水は、エンジン本体１，排気タービン過給機６，図示しないオイルクーラ等の冷却が必要な部位を冷却した後、冷却機構５に設けられたラジエータ１３によって空冷されるようになっている。アフタークーラ１１とラジエータ１３とは、エンジン本体１に設けられ、且つ、図示しないクランクシャフト等の回転運動によって回転駆動されるファン１４によって、その冷却性能が満たされる構造となっている。
【００２６】
排気タービン過給機６は、排気管路４の途中に設けられたタービン２１と、給気管路３の途中に設けられ、タービン２１に連結されて駆動されるコンプレッサ２２と、タービン２１に供給される排気ガスの流速を制御するために可変ターボノズル２３とを備える。排気タービン過給機６は、可変ターボノズル２３の開度を制御することにより、タービン翼車２１ａの回転数を制御する。タービン２１（タービン翼車２１ａ）の回転によってコンプレッサ２２が駆動し、エンジン本体１への給気過給が行われる。
【００２７】
排気浄化装置７は、タービン２１の下流側に設けられ、排気ガスに含まれるＰＭ（粒子状物質）を除去するものであり、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣと称される。ＤＯＣ：Ｄｉｅｓｅｌ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  Ｃａｔａｌｙｓｔ）７１、粒子状物質除去フィルタ７２、差圧センサ７３、温度センサ７４，７５，７６を有する。ＤＯＣ７１および粒子状物質除去フィルタ７２は、円筒状の排気管路内部に設けられ、排気管路の上流側にＤＯＣ７１が設けられ、排気管路の下流側に粒子状物質除去フィルタ７２が設けられる。また、タービン２１と排気浄化装置７との間には、ドージング燃料供給装置７０から供給されるドージング燃料を噴射するドージングノズル７０ａが配置される。このドージング燃料の噴射は、強制再生時に行われる。
【００２８】
ＤＯＣ７１は、Ｐｔ（白金）などによって実現され、排気ガスに含まれるＣＯ（一酸化炭素）、ＨＣ（炭化水素）、ＰＭに含まれるＳＯＦ（有機可溶成分）を酸化して除去する。さらに、ＤＯＣ７１は、排気ガスに含まれるＮＯ（一酸化窒素）を酸化してＮＯ２（二酸化窒素）に変化させ、さらにはドージングノズル７０ａから噴射されたドージング燃料を酸化することによって排気ガス温度を上昇させる。
【００２９】
粒子状物質除去フィルタ７２は、ＰＭを捕集する。粒子状物質除去フィルタ７２は、炭化珪素等を基材として実現される。排気ガスに含まれるＰＭは、粒子状物質除去フィルタ７２に形成された微細な穴を通過する際に捕集される。粒子状物質除去フィルタ７２は、排気ガスの流れ方向に沿った微細流路を有するセルが円筒状の排気管路内に密集配置される。そして、上流側端部を目封じさせたセルと、下流側端部を目封じさせたセルとを交互に配置したウォールフロー型粒子状物質除去フィルタである。捕集されたＰＭは、排気ガスが酸化反応を進行させることができる温度であることを条件として、排気ガスに含まれる酸素およびＤＯＣ７１で生成されたＮＯ２によって酸化（燃焼）されることになる。
【００３０】
差圧センサ７３は、粒子状物質除去フィルタ７２の上流側に配置されて粒子状物質除去フィルタ７２の上流側の圧力を検出する圧力センサ７３ａと、粒子状物質除去フィルタ７２の下流側に配置されて粒子状物質除去フィルタ７２の下流側の圧力を検出する圧力センサ７３ｂと、圧力センサ７３ａが検出した圧力から圧力センサ７３ｂが検出した圧力を減算した差圧をエンジンコントローラ３０に出力する差圧検出部７３ｃとを有する。
【００３１】
温度センサ７４は、粒子状物質除去フィルタ７２の上流側に配置され、粒子状物質除去フィルタ７２の入口の排気温度を検出し、粒子状物質除去フィルタ温度としてエンジンコントローラ３０に出力する。また、温度センサ７５は、ＤＯＣ７１の上流側に配置され、ＤＯＣ７１の入口の排気温度を検出し、この排気温度をエンジンコントローラ３０に出力する。また、温度センサ７６は、粒子状物質除去フィルタ７２の出口の排気温度を検出し、この排気温度をエンジンコントローラ３０に出力する。
【００３２】
排気再循環システム８は、排気マニホールド４Ａと給気管路３とを連通する排気再循環通路３１を備える。排気再循環通路３１は、排気マニホールド４Ａから排気ガスの一部を抽出して給気管路３に再循環させる。排気再循環通路３１には、排気再循環通路３１を開閉するＥＧＲバルブ３２と、排気マニホールド４Ａからの排気ガスを冷却するＥＧＲクーラ３３とが設けられている。排気再循環システム８は、排気再循環通路３１を介して排気ガスの一部を給気マニホールド３Ａに還流させることによって、給気中の酸素濃度を低下させ、エンジン本体１の燃焼温度を下げる。これにより、排気ガス中に含まれる窒素酸化物の量を低減させることができる。
【００３３】
ここで、エンジン１００は、制御系として、エンジン回転速度センサ３ａと、給気圧センサ３ｃと、排気圧センサ３ｄと、タービン回転速度センサ３ｅ、流量センサ３ｆを備える。エンジン回転速度センサ３ａは、エンジン本体１の図示しないクランクシャフトの回転速度を検出し、図示しないクランクシャフトの回転速度を示す信号をエンジンコントローラ３０に出力する。
【００３４】
給気圧センサ３ｃは、コンプレッサ２２の出口通路と給気マニホールド３Ａとの間の給気圧力を検出し、エンジンコントローラ３０に出力する。排気圧センサ３ｄは、排気マニホールド４Ａとタービン２１の入口通路との間の排気圧力を検出し、排気圧力を示す信号をエンジンコントローラ３０に入力する。タービン回転速度センサ３ｅは、タービン２１の回転速度を検出し、タービン２１の回転速度を示す信号をエンジンコントローラ３０に出力する。
【００３５】
エンジンコントローラ３０は、オペレータにより操作されるアクセルペダル６０および燃料調整ダイヤル８０などの入力手段の入力値に応じて、燃料噴射量、燃料噴射タイミング、ＥＧＲバルブ３２、可変ターボノズル２３を調整してエンジン回転数やトルクの制御を行う。エンジンコントローラ３０の記憶装置（たとえばＲＯＭやＲＡＭなどのメモリ）には、後述する制御パラメータ（下限値制御を行うためのエンジン回転数の所定値Ｎｔｈ、所定時間Ｔｔｈ、継続期間ＴＢ）が記憶されている。
【００３６】
また、エンジンコントローラ３０は、堆積量算出部４１および再生制御部４２を有する。堆積量算出部４１は、排気ガス流量情報、ＰＭ発生量情報、ＰＭ燃焼量情報、差圧センサ７３から得られる差圧、および温度センサ７４から得られる粒子状物質除去フィルタ温度をもとに粒子状物質除去フィルタ７２に堆積するＰＭ堆積量を推定する。
【００３７】
再生制御部４２は、ＰＭ堆積量の推定値が所定の閾値を超えた場合に、燃料噴射量、燃料噴射タイミング、ＥＧＲバルブ３２、可変ターボノズル２３を調整して排気温度を上昇させ、その後ドージングノズル７０ａからドージング燃料を噴射することによって、粒子状物質除去フィルタ７２を強制再生させる制御を行う。すなわち、再生制御部４２は、この強制再生時に、ＥＧＲバルブ３２および可変ターボノズル２３をそれぞれ絞ることによって排気温度を上昇させる。特に、この実施の形態では、再生制御部４２は、自動強制再生時に、エンジン回転数を所定値以上にする下限値制御を行い、粒子状物質除去フィルタ７２に流入する排気ガスの熱が粒子状物質除去フィルタ７２内にこもらないようにしている。なお、再生制御部４２は、モニタ装置５０からの手動強制再生指示を受けて、手動強制再生を行う。自動強制再生は、ＰＭ堆積量が第１の閾値以上の場合に行い、手動強制再生は、ＰＭ堆積量が第１の閾値よりもさらに大きい第２の閾値以上の場合に行う。なお、自動強制再生時には、作業車両のオペレータは通常の運転や作業を行ってもよく、手動強制再生時には、作業車両を停止させて強制再生のみを行う。
【００３８】
モニタ装置５０は、エンジンコントローラ３０に接続され、作業車両の運転席近傍に設けられる。モニタ装置５０は、液晶ディスプレイなどで構成される。なお、エンジンコントローラ３０は、ＰＭ堆積量が第２の閾値を超えた場合、手動強制再生指示をモニタ装置５０に通知し、モニタ装置５０は、手動強制再生を促す警告表示を行う。エンジンコントローラ３０は、モニタ装置５０に備えられた図示しない手動強制再生指示ボタンが、作業車両のオペレータあるいはサービスマンによって押された場合に手動強制再生処理を行う。
【００３９】
（エンジン回転数の下限値制御）
ここで、図２を参照して、再生制御部４２による自動強制再生時におけるエンジン回転数の下限値制御の概要について説明する。図２は、横軸に時間の経過、縦軸にエンジン回転数の変化を示す。図２において、時点ｔ１は、自動強制再生の開始時点である。また、時点ｔ２は、自動強制再生の終了時点である。また、時点ｔ３は、時点ｔ２から下限値制御を継続する継続期間の終了時点である。したがって、自動強制再生処理は、時点ｔ１から時点ｔ２まで行われる（自動強制再生期間ＴＡ）。ここで、上述したように自動強制再生時には、自動強制再生時にかかわらず、作業車両の運転や作業機の操作（たとえば、作業車両が油圧ショベルの場合、掘削作業のために備えられた作業機（ブーム、アーム、バケット）の操作）を任意に行うことができる。そのような作業車両の運転や作業機の操作に応じて、エンジン回転数は、時々刻々と変化する。作業車両には、走行速度を調整するためのアクセルペダル６０や作業機を動かすための操作レバーが運転室内に備えられている。オペレータが、それらアクセルペダル６０や操作レバーを操作すると、操作に応じてエンジンコントローラ３０はエンジン回転数を制御する。すなわち、作業機による掘削などを行うべく、オペレータが操作レバーを操作すれば、それに応じてエンジン回転数は上昇し、オペレータが、その操作をやめるとエンジン回転数は、所定のアイドリング回転数に下降し、図２に示す波形の実線（Ｃ１部を除く）及び破線のように上下にエンジン回転数は変動する。しかし、自動強制再生時におけるエンジン回転数の下限値制御が行われると、オペレータが操作レバーを操作すれば、それに応じてエンジン回転数は上昇するものの、オペレータが何ら操作しなければ、図２に示す破線のようにエンジン回転数が下降するのではなく、エンジン回転数Ｎｔｈ以下に下降しない。つまり、エンジン回転数は、図２に示す実線（Ｃ１部を含む）をたどって変動することとなる。以上のように、下限値制御の期間は、継続期間ＴＢを含め、時点ｔ１から時点ｔ３までの下限値制御期間Ｔ１となる。
【００４０】
ところで、自動強制再生時に、粒子状物質除去フィルタ温度を上昇させるために、少なくとも可変ターボノズル２３を絞るが、この時、粒子状物質除去フィルタ７２内に流入する排気ガス流量が少ないと粒子状物質除去フィルタ７２内に熱がこもってしまう。この実施の形態１では、自動強制再生時に、可変ターボノズル２３を絞った場合であっても、エンジン回転数の下限値が所定値Ｎｔｈ以上となるように制御し、粒子状物質除去フィルタ７２に所定流量以上の排気ガスを供給し、通過させて、粒子状物質除去フィルタ７２内に熱がこもらないようにしている。すなわち、自動強制再生が行われる自動強制再生期間ＴＡでは、エンジン回転数が常に所定値Ｎｔｈ以上となるようにしている。これによって、粒子状物質除去フィルタ７２の熱による破損を防止でき、フィルタ機能の低下を未然に防止することができる。
【００４１】
さらに、この実施の形態１では、自動強制再生が終了した時点ｔ２後も所定の時間（継続時間ＴＢ）は、継続してエンジン回転数の下限値制御を行うようにしている。これによって、自動強制再生が終了した後も、継続期間ＴＢの間は、エンジン回転数の下限値を所定値Ｎｔｈ以上にする制御が実行される。その結果、粒子状物質除去フィルタ７２に、排気ガスが継続して供給され、高温の排気ガスが外部に排出され、粒子状物質除去フィルタ７２内の熱のこもりを確実になくすことができる。
【００４２】
ここで、図３および図４に示すフローチャートを参照して、再生制御部４２による下限値制御処理手順について説明する。図３に示すように、再生制御部４２は、自動強制再生終了後の継続期間ＴＢ内であるかを判断するためのタイマ手段である自動強制再生終了後時間計測カウンタの値と、自動強制再生期間ＴＡと継続期間ＴＢとのいずれかの期間中であることを示す自動強制再生中フラグの値とを設定する処理を行っているとともに、図４に示すように、この自動強制再生中フラグの値を用いたエンジン回転数の下限値制御を行っている。自動強制再生終了後時間計測カウンタの値は、自動強制再生終了後からの時間を示し、自動強制再生中フラグが「１」の場合には、自動強制再生期間ＴＡと継続期間ＴＢとのいずれかの期間中であることを示し、「０」の場合には、それ以外の期間であることを示す。
【００４３】
図３において、まず、再生制御部４２は、初期設定として、自動強制再生終了後時間計測カウンタの初期値を「０」に設定するとともに、自動強制再生中フラグの初期値を「０」に設定する（ステップＳ１０１）。その後、再生制御部４２は、現在、自動強制再生が実施されているか否かを判断する（ステップＳ１０２）。すなわち、ＰＭ堆積量が第１の閾値を超えて自動強制再生が開始されているか否かを判断する。自動強制再生が実施されている場合（ステップＳ１０２、Ｙｅｓ）には、自動強制再生が終了していないため、自動強制再生終了後時間計測カウンタの値を「０」に設定し（ステップＳ１０３）、さらに、自動強制再生中フラグを「１」に設定し（ステップＳ１０４）、ステップＳ１０２に移行する。
【００４４】
一方、自動強制再生が実施されていない場合（ステップＳ１０２，Ｎｏ）には、さらに自動強制再生中フラグが「１」であるか否かを判断する（ステップＳ１０５）。自動強制再生中フラグが「１」でない場合（ステップＳ１０５、Ｎｏ）には、自動強制再生フラグを「０」に設定し（ステップＳ１０６）、さらに、自動強制再生終了後時間計測カウンタの値を「０」に設定し（ステップＳ１０７）、ステップＳ１０２に移行する。自動強制再生中フラグが「１」である場合（ステップＳ１０５，Ｙｅｓ）には、現在、自動強制再生が実施されていないため、自動強制再生後時間計測カウンタの値が所定時間（継続期間ＴＢ）未満であるか否かを判断する（ステップＳ１０８）。自動強制再生後時間計測カウンタの値が所定時間（継続期間ＴＢ）未満でない場合（ステップＳ１０８，Ｎｏ）には、既に所定時間（継続期間ＴＢ）を経過しているため、自動強制再生フラグを「０」に設定し（ステップＳ１０６）、さらに、自動強制再生終了後時間計測カウンタの値を「０」に設定し（ステップＳ１０７）、ステップＳ１０２に移行する。一方、自動強制再生終了後時間計測カウンタの値が所定時間（継続期間ＴＢ）未満である場合（ステップＳ１０８，Ｙｅｓ）には、自動強制再生終了後時間計測カウンタの値を増加させ（ステップＳ１０９）、自動強制再生中フラグを「１」の設定を維持し（ステップＳ１０４）、ステップＳ１０２に移行する。
【００４５】
一方、図４に示すように、再生制御部４２は、自動強制再生中フラグが「１」であるか否かを判断する（ステップＳ２０１）。自動強制再生中フラグが「１」である場合（ステップＳ２０１，Ｙｅｓ）には、再生制御部４２は、エンジン本体１への燃料噴射量等を調整しエンジン回転数の下限値を所定値Ｎｔｈ以上にする制御を実施し（ステップＳ２０２）、ステップＳ２０１に移行する。一方、自動強制再生中フラグが「１」でない場合（ステップＳ２０１，Ｎｏ）には、エンジン回転数の下限値を所定値Ｎｔｈ以上にする制御を実施せずに（ステップＳ２０３）、ステップＳ２０１に移行する。なお、所定時間（経過期間ＴＢ）は、数分程度とすることが好ましい。
【００４６】
なお、ステップＳ２０２における下限値制御は、エンジンコントローラ３０が行うのではなく、アクセルペダル６０の踏み込み量を検出するスロットル開度センサ６１自体がエンジンコントローラ３０からの自動強制再生情報を受けて行うようにしてもよい。開度センサ６１として、たとえばポテンショメータを用いることでアクセルペダル６０の踏み込み量を電気的に検出することができる。この開度センサ６１自体が下限値制御を行う場合、エンジンコントローラ３０自体の設計変更が少なくて済む。また、燃料調整ダイヤル８０が、同様に、燃料調整ダイヤル８０の設定値にかかわらず、エンジンコントローラ３０からの自動強制再生情報を受けて、下限値制御を行うようにしてもよい。この場合も、エンジンコントローラ３０自体の設計変更が少なくて済む。なお、エンジン１００が建設機械などの作業車両に搭載され、その作業車両がブルドーザや油圧ショベルなどのクローラ系（履帯を備えた走行体を有する作業車両）である場合、オペレータがエンジン１００のエンジン回転数を所望のエンジン回転数に設定するための手段である燃料調整ダイヤル８０が運転室内に備えられている。したがって、この燃料調整ダイヤル８０の設定値（設定されるエンジン回転数）に対する下限値制御を行う。一方、作業車両がホイールローダやダンプトラックなどのタイヤ系（タイヤを備えた走行体を有する作業車両）である場合には、アクセルペダル６０が運転室内に備えられているため、このアクセルペダル６０の踏み込み量（踏み込み量に対応するエンジン回転数）に対して下限値制御を行う。
【００４７】
ところで、上述した下限値制御の所定値Ｎｔｈの回転数は、排気ガス流量を計測し、粒子状物質除去フィルタを破損しない程度の排気ガス流量を確保することができるエンジン回転数（ここで、この回転数を回転数Ａと称する）を設定したものである。ここで、エンジン１００のアイドリング回転数は、作業車両の車種などによって異なる場合がある。このため、たとえば、ある車両においてアイドリング回転数の設定が、下限値制御の所定値Ｎｔｈの回転数よりも大きい場合（たとえば、アンドリング回転数が１２００ｒｐｍ、回転数Ａである下限値制御の所定値Ｎｔｈの回転数が１０００ｒｐｍの場合）には、下限値制御は不要となる。一方、他の車両においてアイドリング回転数の設定が、下限値制御の所定値Ｎｔｈの回転数よりも小さい場合（たとえば、アイドリング回転数が８００ｒｐｍ、回転数Ａである下限値制御の所定値Ｎｔｈの回転数が１１００ｒｐｍ）には、下限値制御が必要となる。
【００４８】
［実施の形態２］
つぎに、実施の形態２について説明する。上述した実施の形態１では、自動強制再生期間ＴＡは常に下限値制御を行うようにしていたが、この実施の形態２では、自動強制再生期間ＴＡ内に下限値制御を行う制御開始条件を満足した場合に下限値制御を開始するようにしている。
【００４９】
図５は、制御開始条件が、自動強制再生期間ＴＡ内でエンジン回転数が継続して所定値Ｎｔｈ以上で、その継続が所定時間Ｔｔｈ以上であるとする場合の下限値制御を示すタイムチャートである。図５に示すように、エンジン回転数が所定値Ｎｔｈ以上となる期間ＴＣ１は、所定時間Ｔｔｈ未満であるため、制御開始条件を満足しない。したがって、図５の実線Ｃ０部に示すように、エンジン回転数は所定値Ｎｔｈを超えて低下する。一方、オペレータが作業機を操作するために操作レバーを操作することにより、エンジン１００が必要な出力を出すために制御されエンジン回転数が上昇し、エンジン回転数が所定値Ｎｔｈ以上となっている期間ＴＣ２は、所定時間Ｔｔｈ以上であるため、制御開始条件を満足する。この結果、所定期間Ｔｔｈを過ぎた時点ｔ１２から、下限値制御を開始するようにしている。そして、この下限値制御の期間は、継続期間ＴＢを含め、制御開始条件を満たす時点ｔ１２から時点ｔ３までの下限値制御期間Ｔ２となる。下限値制御期間Ｔ２では、図５の実線（Ｃ１部を含む）にそってエンジン回転数が変動することになる。
【００５０】
以上に説明した制御開始条件を設けた理由について説明する。オペレータは、自動強制再生が行われていることを認識することがないため、オペレータが操作レバーなど何らの操作をしていないときに、下限値制御が実行されることにより急にエンジン回転数が上昇すると、このようなエンジン回転数の上昇は、オペレータにとって操作上の違和感と感じる。つまり、図５に示す、期間ＴＣ１の操作が行われただけで、下限値制御を実行し、図５の実線Ｃ０部のようにエンジン回転数を低下させずにエンジン回転数Ｎｔｈに上昇させるとオペレータは違和感を感じる。よって、この実施の形態２では、オペレータが何らかの操作、たとえばアクセルペダルを踏み込む操作があったことを検出してから、下限値制御を実行するようにしている。つまり、上述したように、エンジン回転数が所定値Ｎｔｈ以上を所定時間Ｔｔｈ以上継続するようなオペレータの操作があれば、この操作を下限値制御の開始条件としている。オペレータによる明らかな意思によってエンジン回転数が上昇した後に下限値制御を実行するのであるから、急にエンジン回転数が上昇することによる違和感を感じないのである。
【００５１】
図６は、実施の形態２の再生制御部４２による下限値制御処理手順を示すフローチャートである。なお、この場合も、図３に示したように、再生制御部４２は、自動強制再生終了後の継続期間ＴＢ内であるかを判断するためのタイマ手段である自動強制再生終了後時間計測カウンタの値と、自動強制再生期間ＴＡと継続期間ＴＢとのいずれかの期間中であることを示す自動強制再生中フラグの値とを設定する処理を行っている。
【００５２】
図６において、まず、再生制御部４２は、初期設定として、エンジン回転数所定値以上時間計測カウンタの値を「０」に設定し、エンジン回転数下限値制御実施フラグの値を「０」に設定する（ステップＳ３０１）。エンジン回転数所定値以上時間計測カウンタの値は、エンジン回転数が所定値Ｎｔｈ以上となっている時間の計測値であり、エンジン回転数下限値制御実施フラグの値が「１」の場合は、下限値制御期間Ｔ２中であることを示し、「０」の場合は、それ以外の期間であることを示す。
【００５３】
その後、再生制御部４２は、自動強制再生中フラグが「１」であるか否かを判断する（ステップＳ３０２）。自動強制再生中フラグが「１」である場合（ステップＳ３０２，Ｙｅｓ）には、さらにエンジン回転数が所定値Ｎｔｈ以上、またはエンジン回転数下限値制御実施フラグが「１」であるか否かを判断する（ステップＳ３０３）。
【００５４】
エンジン回転数が所定値Ｎｔｈ以上、またはエンジン回転数下限値制御実施フラグが「１」である場合（ステップＳ３０３，Ｙｅｓ）には、さらに、エンジン回転数所定値以上時間計測カウンタの値が所定時間Ｔｔｈ以上であるか否かを判断する（ステップＳ３０４）。エンジン回転数所定値以上時間計測カウンタの値が所定時間Ｔｔｈ以上である場合（ステップＳ３０４，Ｙｅｓ）には、エンジン回転数所定値以上時間計測カウンタの値をＴｔｈに設定した（ステップＳ３０５）後、エンジン回転数の下限値を所定値Ｎｔｈ以上にする制御を実施する（ステップＳ３０６）。その後、エンジン回転数下限値制御実施フラグを「１」に設定した（ステップＳ３０７）後、ステップＳ３０２に移行する。
【００５５】
一方、自動強制再生中フラグが「１」でない場合（ステップＳ３０２，Ｎｏ）、およびエンジン回転数が所定値Ｎｔｈ以上、またはエンジン回転数下限値制御実施フラグが「１」でない場合（ステップＳ３０３，Ｎｏ）には、エンジン回転数所定値以上時間計測カウンタの値を「０」に設定し（ステップＳ３０８）、エンジン回転数の下限値を所定値Ｎｔｈ以上にする制御を実施せずに（ステップＳ３１０）、エンジン回転数下限値制御実施フラグを「０」に設定した（ステップＳ３１１）後、ステップＳ３０２に移行する。また、エンジン回転数所定値以上時間計測カウンタの値が所定時間Ｔｔｈ以上でない場合（ステップＳ３０４，Ｎｏ）には、エンジン回転数所定値以上時間計測カウンタの値を増加し（ステップＳ３０９）、エンジン回転数の下限値を所定値Ｎｔｈ以上にする制御を実施せずに（ステップＳ３１０）、エンジン回転数下限値制御実施フラグを「０」に設定した（ステップＳ３１１）後、ステップＳ３０２に移行する。
【００５６】
この実施の形態２であっても、粒子状物質除去フィルタ７２の熱による破損を防止しフィルタ機能の低下を未然に防止することができ、粒子状物質除去フィルタ７２の長寿命化を促進することができる。
【００５７】
［実施の形態３］
つぎに、実施の形態３について説明する。この実施の形態３では、図７に示すように、さらに、モニタ装置５０は、入出力操作が可能な操作パネルを有し、上述した下限値制御を行うか否かを予め設定しておく設定手段である設定スイッチ５１を備える。ただし、この実施の形態２の設定スイッチ５１は、オペレータではなく、サービスマンが操作パネルを特殊操作することによって操作できるものである。この特殊操作は、サービスマンしか知りえない操作であり、たとえば、複数のボタンを連続して押下あるいは同時に押下する操作である。あるいは、設定スイッチ５１そのものが、サービスマンしか知りえないハード構成の隠しスイッチであってもよい。
【００５８】
サービスマンは、この設定スイッチ５１による設定によって、エンジン１００が搭載される作業機械に上述した下限値制御を行うか否かを予め設定しておく。このような下限値制御の有効／無効の設定を行うことができることによって、たとえば、作業車両の定期点検などの際に、下限値制御を無効にし、エンジン単体の動作確認などを行うことができる。また、上述したように、エンジン１００のアイドリング回転数の設定値が変更された場合、下限値制御の有効、あるいは無効の設定を容易に変更することができる。
【００５９】
［実施の形態４］
つぎに、実施の形態４について説明する。この実施の形態４では、オペレータが設定スイッチ５１を操作できるようにしている。すなわち、オペレータが設定スイッチ５１を操作することによって、下限値制御が実行されることをオペレータが自ら認識することができるため、オペレータは、下限値制御によるエンジン回転数の上昇やエンジン回転数が低下しないことに対する違和感を感じることがなくなる。
【００６０】
ここで、図８に示したフローチャートを参照して、この実施の形態４による、設定スイッチによる下限値制御への移行処理について説明する。まず、再生制御部４２は、自動再生開始条件が成立したか否かを判断する（ステップＳ４０１）。この自動再生開始条件とは、上述したように、ＰＭ堆積量が第１の閾値以上になることである。この自動再生開始条件が成立しない場合（ステップＳ４０１，Ｎｏ）には、この判断処理を繰り返す。一方、自動再生開始条件が成立した場合（ステップＳ４０１，Ｙｅｓ）には、再生制御部４２は、モニタ装置５０の表示画面上に、「自動再生に伴い、エンジン回転数の下限値制御を行うことをスタート？」とするメッセージの表示を行わせるとともに、下限値制御のスタートを指示操作する設定スイッチ５１を表示させる（ステップＳ４０２）。その後、設定スイッチ５１が所定時間内に操作（スタート指示）されたか否かを判断する（ステップＳ４０３）。設定スイッチ５１が所定時間内に操作された場合（ステップＳ４０３，Ｙｅｓ）には、下限値制御の実行に移行し（ステップＳ４０４）、本処理を終了する。この場合、上述した実施の形態１，２に示したように、下限値制御の条件を満たすことによって下限値制御が実行されることになる。一方、設定スイッチ５１が所定時間内に操作されない場合（ステップＳ４０３，Ｎｏ）には、自動再生制御自体も行わず（ステップＳ４０５）、本処理を終了する。すなわち、自動再生開始条件を満足するにもかかわらず、自動再生を実行しない。この場合、自動再生が実行されないので、排気ガス温度は上昇せず、高温の排気ガスが粒子状物質除去フィルタ７２内に滞留せず、粒子状物質除去フィルタ７２は破損しない。
【００６１】
なお、ステップＳ４０５で自動再生を行わない場合、ステップＳ４０５からステップＳ４０１へのルーチンの回数Ｎをたとえば２回まで実行するようにしておく（ステップＳ４０６，Ｎｏ）。それでもオペレータが自動再生を行わない場合（ステップＳ４０３，Ｎｏ、ステップＳ４０５、ステップＳ４０６，Ｙｅｓ）は、ＰＭ堆積量が第２の閾値以上となると、上述したように、手動強制再生を促す警告表示が行われる。
【００６２】
上述した実施の形態１〜４では、下限値制御をおこなうためのエンジン回転数の所定値Ｎｔｈや所定時間Ｔｔｈ、継続期間ＴＢといった制御パラメータは、あらかじめ設定された値であった。作業車両は極寒地から酷暑地と様々な環境温度で使用されることがある。また、作業車両は湾岸工事などの標高が低い場所で使用されることや鉱山など標高が高い場所で使用されることがある。つまり、粒子状物質除去フィルタ７２の自動強制再生を行う際に、環境温度や標高に基づく酸素濃度の影響を無視することはできない。したがって、ドージング燃料の噴射量、ＥＧＲバルブ３２および可変ターボノズル２３の絞り量などを環境温度や酸素濃度に応じて適宜、調整することで適切な再生を行うことができる。さらに、環境温度や酸素濃度に応じて、制御パラメータ（下限値制御を行うためのエンジン回転数の所定値Ｎｔｈ、所定時間Ｔｔｈ、継続期間ＴＢ）を変えるようにすれば、下限値制御時の無駄な燃料消費を抑制することができる。
【００６３】
作業車両に外気温度センサや気圧センサ、高度センサ、ＧＰＳセンサといった環境状態検出手段を搭載し、それら環境状態検出手段に環境温度や標高を検知させ、その検知された情報をもとに、制御パラメータ（下限値制御を行うためのエンジン回転数の所定値Ｎｔｈ、所定時間Ｔｔｈ、継続期間ＴＢ）をエンジンコントローラ３０で補正し、補正された制御パラメータを下限値制御の制御パラメータとして使用する。また、あらかじめ環境温度や標高と制御パラメータ（下限値制御を行うためのエンジン回転数の所定値Ｎｔｈ、所定時間Ｔｔｈ、継続期間ＴＢ）との関係をテーブルデータとしてエンジンコントローラ３０の記憶装置（たとえばＲＯＭやＲＡＭなどのメモリ）に記憶させておき、各種センサにて検出された環境温度や標高を基にテーブルデータから制御パラメータを引き出して下限値制御を実行してもよい。このように環境温度や標高を考慮した下限値制御を行うことで、環境に応じたエンジン回転数の制御を行い、燃料消費を抑制することができる。たとえば、環境温度が低い場所では、エンジン回転数の所定値Ｎｔｈを低めに設定し、継続期間ＴＢを短めに設定することで下限値制御が実行されている間のエンジン１００の燃料消費を抑制することができる。
【００６４】
なお、上述した実施の形態２では、制御開始条件を、エンジン回転数が所定値Ｎｔｈ以上を所定時間Ｔｔｈ以上継続することとしたが、これに限らず、温度センサ７４、７５、７６が検出した温度が所定温度以上となることとしてもよい。さらに、この場合、温度勾配が所定値以上となることを条件としてもよい。また、制御開始条件として、排気ガス流量が所定未満となることとしてもよい。この排気ガス流量は、たとえば、エアクリーナ２の後段に設けられた流量センサ３ｆの値をもとに、エンジンコントローラ３０が排気ガス流量を推定して求めることができる。もちろん、粒子状物質除去フィルタ７２近傍に排気ガス流量を計測するための流量サンサを設け、この流量センサが計測した排気ガス流量を直接、制御開始条件の条件成立の判断に用いてもよい。
【００６５】
また、上述した実施の形態１〜４において、上述した下限値制御が行われる場合、再生制御部４２は、モニタ装置５０の表示画面上に、下限値制御が行われている旨を表示する。あるいは、パイロットランプを設け、このパイロットランプの点灯あるいは点滅によって、下限値制御が実行中であることを報知する。あるいは、ブザーを設け、このブザーから下限値制御が実行中であることを示すブザー音を鳴動させて報知するようにしてもよい。いずれにしても、この下限値制御実行中である報知手段を設けることによって、オペレータは、下限値制御によるエンジン回転数の上昇やエンジン回転数が低下しないことに対する違和感を感じることがなくなる。
【００６６】
なお、上述した実施の形態１〜４では、排気タービン過給機６を有したディーゼルエンジンを用いて説明したが、本発明はこれに限らず、排気タービン過給機６を有しないエンジンであっても適用することができ、この場合、排気浄化装置７の前段に設けられる排気ガスの開閉弁を絞って粒子状物質除去フィルタ７２の温度を上昇させることになるが、上述した実施の形態１〜４と同様に、エンジン回転数の下限値制御を行って粒子状物質除去フィルタ７２への排気ガス流量を増大すればよい。
【符号の説明】
【００６７】
１  エンジン本体
２  エアクリーナ
３  給気管路
４  排気管路
５  冷却機構
６  排気タービン過給機
７  排気浄化装置
８  排気再循環システム
３ａ  エンジン回転速度センサ
３ｃ  給気圧センサ
３ｄ  排気圧センサ
３ｅ  タービン回転速度センサ
３ｆ  流量センサ
２１  タービン
２１ａ  タービン翼車
２２  コンプレッサ
２３  可変ターボノズル
３０  エンジンコントローラ
３１  排気再循環通路
３２  ＥＧＲバルブ
３３  ＥＧＲクーラ
４１  堆積量算出部
４２  再生制御部
５０  モニタ装置
５１  設定スイッチ
７０  ドージング燃料供給装置
７０ａ  ドージングノズル
７１  ＤＯＣ
７２  粒子状物質除去フィルタ
７３  差圧センサ
７４〜７６  温度センサ
８０  燃料調整ダイヤル
１００  ディーゼルエンジン（エンジン）
ＴＡ  自動強制再生期間
ＴＢ  継続期間
Ｔ１，Ｔ２  下限値制御期間
【図１】
0005235229.tif 000002
【図２】
0005235229.tif 000003
【図３】
0005235229.tif 000004
【図４】
0005235229.tif 000005
【図５】
0005235229.tif 000006
【図６】
0005235229.tif 000007
【図７】
0005235229.tif 000008
【図８】
0005235229.tif 000009