JP5001778B2 - ディーゼルエンジンの排気ガス浄化システム - Google Patents

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Description

本発明は、建設機械に搭載されるディーゼルエンジンの排気ガス浄化システムに係わり、特に、フィルタの前後差圧を演算し、その前後差圧を用いてフィルタに堆積した粒子状物質を焼却除去する再生処理の要否を判断するディーゼルエンジンの排気ガス浄化システムに関する。
ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排気ガスに関する規制は年々強化されてきており、このような規制の強化に対応して、排気ガスフィルタや、そのフィルタに用いる触媒の技術も急速に進歩している。例えば、ディーゼルエンジンから排出される排気ガス中に含まれる粒子状物質（Particulate Matter：以下、単にＰＭと記載する）を低減する技術として、粒子状物質除去フィルタ（Diesel Particulate Filter：以下、単にＤＰＦと記載する）が開発されている。
ＤＰＦは、ディーゼルエンジンから排出される排気ガス中に含まれるＰＭを捕集することにより、大気中に排出されるＰＭの量を低減するものである。ＤＰＦは、捕集し、堆積したＰＭを燃焼除去することで捕集能力を回復する（ＤＰＦの再生）。通常、ＤＰＦに堆積したＰＭは、ある一定以上の高温の排気ガスにさらされる事により燃焼除去される（自然再生）が、ディーゼルエンジンに対する負荷が軽い場合は、排気ガスの温度はＰＭの燃焼に必要な高温に達しないのでＤＰＦは自然再生されず、この状態を放置するとＰＭが過度に堆積してＤＰＦの目詰まりが発生する。
このような事態を防ぐために、例えば、一定時間毎に排気ガスの温度を強制的に上昇させて捕集されているＰＭを燃焼除去したり、ＤＰＦの前後差圧から目詰まり量を算出し、目詰まりが所定の量を超えた場合にＰＭを強制的に燃焼除去したりすることが必要である。
ＤＰＦの前後差圧を検出するものとして、例えば、特許文献１には、１つの差圧センサに圧力導入管を介して、ＤＰＦの上流側及び下流側のそれぞれの圧力を入力し、ＤＰＦの前後差圧を検出する技術が記載されている。また、特許文献２には、ＤＰＦの上流側及び下流側のそれぞれに設けた圧力センサにより圧力を検出し、その差をとることによりＤＰＦの前後差圧を検出する技術が記載されている。
特開２００５−３４４６１９号公報 特開７−３１７５２９号公報
ＰＭの堆積状況に対して、ＤＰＦの再生時期が遅すぎる場合は、堆積したＰＭが急速燃焼することによりＤＰＦが溶損する可能性があり、また、再生時期が早すぎる場合は、燃費が悪化するので、ＰＭの堆積量の演算に用いるＤＰＦの前後差圧の検出には正確性が求められる。ＤＰＦの前後差圧検出において、特許文献１記載のように差圧センサを用いる場合は、センサの構造が複雑であるため、通常の圧力センサと比較して高価であり、耐久性も相対的に低い。また、特許文献２記載の技術のように２つの圧力センサを用いる場合は、それぞれのセンサのばらつきにより、公差範囲内においてセンサの検出値に誤差があり、正確な差圧を測定することは困難である。
本発明の目的は、フィルタの前後差圧の検出に構造が簡単で耐久性の高いセンサを用い、かつフィルタの前後差圧を正確に測定することができるディーゼルエンジンの排気ガス浄化システムを提供することである。
（１）上記目的を達成するために、本発明は、ディーゼルエンジンの排気系に配置され、排気ガスの中に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタと、このフィルタの上流側及び下流側にそれぞれ配置された第１及び第２圧力センサと、この第１及び第２圧力センサの検出値に基づいて前記フィルタの前後差圧を演算する差圧演算手段とを有し、前記差圧演算手段により演算した前記フィルタの前後差圧を用いて前記フィルタに堆積した粒子状物質を焼却除去する再生処理の要否を判断するディーゼルエンジンの排気ガス浄化システムにおいて、前記フィルタの上流側に設置された第１温度センサと、前記フィルタの下流側に設置された第２温度センサとを備え、前記第１及び第２圧力センサは、それぞれダイヤフラムの片側に被測定圧力を導入し、反対側を大気圧に開放して大気圧に対する被測定圧の相対圧を検出するものであり、前記ディーゼルエンジンのキースイッチのＯＮ操作により前記ディーゼルエンジンの起動処理を行う都度、前記ディーゼルエンジンを起動する前に、前記第１及び第２圧力センサのそれぞれの検出値と予め定めた基準値との差を第１及び第２補正値として演算する補正値演算手段と、前記補正値演算手段により演算した第１及び第２補正値を記憶する補正値記憶手段とを備え、前記差圧演算手段は、前記第１及び第２圧力センサの検出値と前記補正値記憶手段に記憶した第１及び第２補正値とを用いて前記フィルタの前後差圧を演算し、前記補正値演算手段は、前記第１及び第２温度センサの検出値の差が規定値の範囲内で、かつ前記第１及び第２温度センサの検出値がそれぞれ規定値の範囲内の場合にのみ前記補正値を計算して前記記憶手段に記憶するものとする。
このように補正値演算手段と補正値記憶手段を設け、ディーゼルエンジンの起動処理を行う都度、第１及び第２圧力センサのそれぞれの検出値と予め定めた基準値との差を第１及び第２補正値として演算し、その値を記憶し、差圧演算手段が第１及び第２圧力センサの検出値とその第１及び第２補正値とを用いてフィルタの前後差圧を演算することにより、第１及び第２圧力センサのばらつきによるセンサの検出値の誤差が補正されるため、２つの圧力センサ（第１及び第２圧力センサ）を用いた場合でも、フィルタの前後差圧を正確に測定することができる。また、第１及び第２圧力センサは通常の圧力センサでよいため、差圧センサを用いる場合に比べて構造が簡単になり、かつ耐久性も向上することができる。
また、圧力センサは温度依存性があり、温度が変化すると被測定圧力が同じでも、圧力センサの検出値（出力値）が変化するので、この検出値に基づいて求める補正値も変化するが、本発明においては、フィルタの上流側及び下流側に設けた圧力センサ間において、同等の温度条件で圧力を検出して補正値を計算することができるので、フィルタの前後差圧をより正確に測定することができる。
さらに、フィルタの上流側及び下流側に設けられた圧力センサのそれぞれにおいて、予め定めた温度条件で圧力を検出して補正値を計算することができるので、フィルタの前後差圧を正確に測定することができる。
（２）上記（１）において、好ましくは、前記差圧演算手段により演算された前記フィルタの前後差圧が所定の値よりも大きい場合に、前記フィルタに堆積した粒子状物質を焼却除去する再生処理の開始を促す表示を行う表示手段と、再生制御スイッチを有し、この再生制御スイッチが操作されると前記フィルタの再生処理を開始する手動再生手段とを備えるものとする。
これにより、オペレータがフィルタの粒子状物質の堆積状況を知り、その情報に基づいて、フィルタの再生処理を行うことができる。
（３）また、上記（１）において、好ましくは、前記フィルタに堆積した粒子状物質を焼却除去する再生処理を定期的に行う自動再生手段を備え、前記補正値演算手段は、前記第１及び第２圧力センサの少なくとも一方が故障した場合には、前記第１及び第２補正値の演算を行わないと共に、前記自動再生手段は、再生処理を実行する間隔を短くするものとする。
これにより、圧力センサの故障でフィルタの上流側及び下流側の圧力が検出できない場合においても、間隔を短くして自動でフィルタの再生処理を行うので、フィルタの目詰まりを確実に防止することができる。
本発明によれば、フィルタの前後差圧の検出に構造が簡単で耐久性の高いセンサを用い、かつフィルタの前後差圧を正確に測定することができる。
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係わる作業車両の排気ガス浄化システムをエンジン制御システムと共に示す図である。
図１において、２はディーゼルエンジンであり、ディーゼルエンジン（以下、単にエンジンと記載する）２は、エンジン２の回転数を制御する電子ガバナ２ａと、エンジン２からの排気ガスを外部に排出する排気管３とを備えている。
１００はエンジン制御システムであり、エンジン制御システム１００は、エンジン２の始動を指示するキーＳＷ２０と、エンジン２の目標回転数を指示するエンジンコントロールダイヤル２６と、エンジン２の回転数を検出するエンジン回転センサ２５と、キーＳＷ２０、エンジンコントロールダイヤル２６及びエンジン回転センサ２５からの信号を基に所定の演算処理を行い、電子ガバナ２ａに制御信号を出力するエンジン制御装置８とを備えている。エンジン制御装置８は、車体ネットワーク１２を介して、作業車両全体の動作を制御する車体制御装置１１と接続され、各種情報のやり取りを行う。
また、エンジン制御システム１００には、本実施の形態に係わる排気ガス浄化システム１が設けられている。この排気ガス浄化システム１は、排気管３の途中に備えられ、エンジン２からの排気ガスに含まれるＰＭ（Ｐarticulate Matter：以下、単にＰＭと記載する）を捕集するフィルタ４ｂとその上流側に位置する酸化触媒４ａとを有するＤＰＦ（Diesel Particulate Filter：以下、単にＤＰＦと記載する）４と、ＤＰＦ４の上流側及び下流側の排気管３の内部の温度を検出する第１及び第２温度センサ２３，２４と、ＤＰＦ４の上流側及び下流側の排気管３の内部の圧力を検出する第１及び第２圧力センサ２１，２２と、ＤＰＦ４の再生制御（後述）を指示するＤＰＦ再生ＳＷ２７とを備えており、これらセンサ類及びスイッチからの信号はエンジン制御装置８に入力される。エンジン制御装置８は、それらの信号を基に排気ガス浄化システム１としての所定の演算処理を行う。排気ガス浄化システム１は、また、表示部１０と、この表示部１０を制御するモニタ制御装置９とを有し、モニタ制御装置９は車体ネットワーク１２に接続されており、エンジン制御装置８の処理結果に基づいた各種情報（後述）が車体ネットワーク１２を介してモニタ制御装置９に送られて、表示部１０に表示される。排気ガス浄化システム１は、さらに、エンジン制御装置８の処理結果に基づいてＤＰＦの上流側に未燃燃料を噴射する再生燃料噴射装置７を備えている。キーＳＷ２０、エンジンコントロールダイヤル２６、ＤＰＦ再生ＳＷ２７及び表示部１０は、作業車両の運転室（図示せず）内に配置されており、オペレータが容易に操作できるようになっている。
図２は、エンジン制御装置８の処理機能の詳細を示す機能ブロック図である。
エンジン制御装置８は、キーＳＷ判定部３０、第１圧力センサ出力値演算部３１、第２圧力センサ出力値演算部３２、第１温度センサ出力値演算部３３、第２温度センサ出力値演算部３４、エンジン回転演算部３５、エンジン目標回転演算部３６、ＤＰＦ再生ＳＷ判定部３７、温度差演算部４０、センサエラー判定部４１、補正値記憶部４２、エンジン制御部５０、通信部４３の各種機能を有している。
キーＳＷ判定部３０及びＤＰＦ再生ＳＷ判定部３７は、それぞれキーＳＷ２０及びＤＰＦ再生ＳＷ２７からの各スイッチ信号を入力し、その判定結果をそれぞれエンジン制御部５０に入力する。
第１圧力演算部３１及び第２圧力演算部３２は、それぞれ第１圧力センサ２１及び第２圧力センサ２２からの各信号を入力し、その演算結果をそれぞれ第１圧力及び第２圧力としてエンジン制御部５０に入力する。
第１温度演算部３３及び第２温度演算部３４は、それぞれ第１温度センサ２３及び第２温度センサ２４からの各信号を入力し、その演算結果をそれぞれ第１温度及び第２温度として温度差演算部４０及びエンジン制御部５０に入力する。
エンジン回転演算部３５は、エンジン回転センサ２５からの信号を入力し、その演算結果（エンジン回転数）をエンジン制御部５０に入力する。
エンジン目標回転演算部３６は、エンジンコントロールダイヤル２６からの電圧信号を入力し、その演算結果（エンジン目標回転数）をエンジン制御部５０に入力する。
また、センサエラー判定部４１は、第１圧力演算部３１、第２圧力演算部３２、第１温度演算部３３、第２温度演算部３４及びエンジン回転演算部３５からの各種信号を入力し、これらの信号に基づいてセンサ２１〜２５のエラー判定を行い、その判定結果をエンジン制御部５０に入力する。
補正値記憶部４２は、エンジン制御部５０で演算された第１及び第２圧力センサ２１，２２の補正値（後述）を記憶する。
通信部４３は、車体ネットワーク１２を介してモニタ制御装置９及び車体制御装置１１と接続されており、エンジン制御部５０からの情報をモニタ制御部９及び車体制御装置１１に送信したり、モニタ制御部９及び車体制御装置１１からの情報を受信してエンジン制御部５０に入力したりする。
図３は、エンジン制御部５０の処理機能の概要を示す図である。エンジン制御部５０は、圧力センサ補正制御部５０ａ、ＤＰＦ監視制御部５０ｂ、エンジン回転制御部５０ｃ、ＤＰＦ手動再生制御部５０ｄ、ＤＰＦ自動再生制御部５０ｅの各種機能を有している。
圧力センサ補正制御部５０ａは、キーＳＷ判定部３０の判定結果、第１圧力演算部３１、第２圧力演算部３２、第１温度演算部３３、第２温度演算部３４、温度差演算部４０の演算結果、及びセンサエラー判定部４１の判定結果を入力し、所定の演算処理を行い、補正値記憶部４２、通信部４３、エンジン回転制御部５０ｃ及びＤＰＦ自動再生制御部５０ｅに制御信号を出力する。ＤＰＦ監視制御部５０ｂは、第１圧力演算部３１と第２圧力演算部３２の演算結果、及び補正値記憶部４２に記憶した補正値を入力し、所定の演算処理を行い、通信部４３及びＤＰＦ手動再生制御部５０ｄに制御信号を出力する。エンジン回転制御部５０ｃは、キーＳＷ判定部３０の判定結果、エンジン回転演算部３５とエンジン目標回転演算部３６の演算結果、及び圧力センサ補正制御部５０ａとＤＰＦ手動再生制御部５０ｄからの制御信号を入力し、電子ガバナ２ａに制御信号を出力する。ＤＰＦ手動再生制御部５０ｄは、ＤＰＦ監視制御部５０ｂからの制御信号、及びＤＰＦ再生ＳＷ判定部３７の判定結果を入力し、所定の演算処理を行い、エンジン回転制御部５０ｃ及び再生燃料噴射装置７に制御信号を出力しＤＰＦ４の再生制御を行う（後述）。ＤＰＦ自動再生制御部５０ｅは、圧力センサ補正制御部５０ａからの制御信号を入力し、この制御信号に応じてエンジン回転制御部５０ｃ及び再生燃料噴射装置７に制御信号を出力し、ＤＰＦ手動再生制御部５０ｅと同様にＤＰＦ４の再生制御を行う。
図３に示した圧力センサ補正制御部５０ａ、ＤＰＦ監視制御部５０ｂ、ＤＰＦ手動再生制御部５０ｄ，ＤＰＦ自動再生制御部５０ｅの演算処理の詳細を図４〜図７のフローチャートを用いて説明する。
図４は、圧力センサ補正制御部５０ａの演算処理の詳細を示すフローチャートである。圧力センサ補正制御部５０ａは、キーＳＷ２０がＯＦＦからＯＮに切り換えられると、エンジン２の起動処理として図４に示す演算処理を行う。まず、センサエラー判定部４１の判定結果からセンサ類が正常かどうかを判定し（ステップＳ１００）、判定結果がＹＥＳであれば、エンジン回転演算部３５の演算結果からエンジン２が停止中であるかどうかと、温度差演算部４０の演算結果からＤＰＦ４の前後温度差が一定範囲内（例えば、０〜３℃）にあるかどうかと、第１及び第２温度演算部３３，３４の演算結果からＤＰＦ４の上流側及び下流側の温度の両方が補正可能範囲内（例えば、１０〜３０℃）にあるかどうかを判定し（ステップＳ１０２，Ｓ１０４，Ｓ１０６）、全ての判定結果がＹＥＳであれば、第１及び第２圧力センサ２１，２２の検出値を補正する補正値ΔＰ１，ΔＰ２を算出する（ステップＳ１０８，Ｓ１１０）。この補正値ΔＰ１，ΔＰ２は、第１及び第２圧力センサ２１，２２の検出値Ｐ１，Ｐ２と第１及び第２圧力センサ２１，２２の基準出力値Ｐｒｅｆとの差であり、
補正値ΔＰ１＝検出値Ｐ１−基準出力値Ｐｒｅｆ
補正値ΔＰ２＝検出値Ｐ２−基準出力値Ｐｒｅｆ
の計算により算出する。第１及び第２圧力センサ２１，２２の基準出力値Ｐｒｅｆは、排気管３内の圧力が周囲大気圧と同圧であるときの第１及び第２圧力センサ２１，２２の出力値の設計値である。すなわち、第１及び第２圧力センサ２１，２２は、測定回路の一部を構成する歪ゲージを貼着したダイヤフラムの片側に圧力導入室を設けて被測定圧力を導入し、反対側を大気圧に開放することで、大気圧に対する被測定圧の相対圧を検出するものであり、ステップＳ１０８，Ｓ１１０では、ダイヤフラムの片側に導入される被測定圧力が大気圧と等しい場合の圧力を相対圧Ｐ１，Ｐ２として検出し、その値とその設計値（通常０）との差を補正値ΔＰ１，ΔＰ２として算出するものである。
次に、その２つの補正値ΔＰ１，ΔＰ２が予め定めた補正可能範囲内であるかどうかを判定し（ステップＳ１１２）、判定結果がＹＥＳであれば、その２つの補正値ΔＰ１，ΔＰ２を補正値記憶部４２に記憶し（ステップＳ１１４）、その後、通常エンジン制御を行う（ステップＳ１２０）。補正値ΔＰ１，ΔＰ２が補正可能範囲であるかどうかとは、それらの値が設計値に対して公差（設計上の許容誤差）の範囲内かどうかということを意味する。また、ステップＳ１０２，Ｓ１０４，Ｓ１０６，Ｓ１１２のうちの少なくとも１つのステップにおける判定結果がＮＯであれば、補正範囲外警告処理を行い（ステップＳ１１８）、その後、通常エンジン制御を行う（ステップＳ１２０）。また、ステップＳ１００での判定結果がＮＯであれば、センサ異常警告処理と補正範囲外警告処理を行い（ステップＳ１１６，Ｓ１１８）、その後、通常エンジン制御を行う（ステップＳ１２０）。
ステップＳ１１６で示したセンサ異常警告処理では、制御信号としてセンサ異常警告信号をＤＰＦ自動再生制御部５０ｅに出力すると共に、通信部４３及び車体ネットワーク１２を介してモニタ制御装置９にセンサ異常警告信号を送信し、モニタ制御装置９はその信号に基づき表示部１０にセンサ異常警告を表示する。また、ステップＳ１１８で示した補正範囲外警告処理では、通信部４３及び車体ネットワークを介してモニタ制御装置９に補正範囲外警告信号を送信し、モニタ制御装置９はその信号に基づき表示部１０に補正範囲外警告を表示する。
図５は、ＤＰＦ監視制御部５０ｂの演算処理の詳細を示すフローチャートである。ＤＰＦ監視制御部５０ｂは、まず、第１及び第２圧力センサ２１，２２の検出値Ｐ１，Ｐ２を入力し（ステップＳ２００）、この検出値Ｐ１，Ｐ２と補正値記憶部４２から読み出した補正値ΔＰ１，ΔＰ２を用いて下記の演算を行い、補正圧力Ｐ１１，Ｐ２２を演算する（ステップＳ２０２）。
補正圧力Ｐ１１＝Ｐ１−ΔＰ１
補正圧力Ｐ２２＝Ｐ２−ΔＰ２
続いて、補正圧力Ｐ１１から補正圧力Ｐ２２を差し引いて差圧（ＤＰＦ４の前後差圧）Ｐ１２を計算する（ステップＳ２０４）。次に、差圧Ｐ１２が予め定めた第１基準差圧Ｐｃよりも大きいかどうかを判定し（ステップＳ２０６）、判定結果がＹＥＳであれば、オペレータに手動再生制御の開始を促すＤＰＦ手動再生警告を表示部１０に表示し（ステップＳ２０８）、差圧Ｐ１２をＤＰＦ手動再生制御部に出力し（ステップＳ２１０）、処理を終了する。また、判定結果がＮＯであれば、差圧Ｐ１２をＤＰＦ手動再生制御部に出力し（ステップＳ２１０）、処理を終了する。ＤＰＦ監視制御部５０ｂは、図５に示した演算処理を定期的（例えば０．１秒毎）に行っている。
図６は、ＤＰＦ手動再生制御部５０ｄの演算処理の詳細を示すフローチャートである。ＤＰＦ手動再生制御部５０ｄは、まず、ＤＰＦ再生ＳＷ２７がＯＮされたかどうかを判定し（ステップＳ３００）、判定結果がＮＯであればその処理を繰り返し、判定結果がＹＥＳであれば、図５のステップＳ２１０にて出力されたＤＰＦ監視制御部５０ｂからのＤＰＦ４の前後差圧Ｐ１２が第１基準差圧Ｐｃよりも大きいかどうかを判定する（ステップＳ３０２）。判定結果がＹＥＳであれば、ＤＰＦ再生制御を行い（ステップＳ３０４）、更に、差圧Ｐ１２が第２基準差圧Ｐｃ２よりも大きいかどうかを判定し（ステップＳ３０６）、判定結果がＹＥＳであれば、再度ステップＳ３０４，Ｓ３０６の処理を行い、ステップＳ３０６の判定結果がＮＯになれば、ＤＰＦ再生制御を終了し、通常エンジン制御を行う（ステップＳ３０８）。また、ステップＳ３０２において、判定結果がＮＯであれば、同様にＤＰＦ再生制御を終了し、通常エンジン制御を行う（ステップＳ３０８）。ＤＰＦ再生制御は、排気ガスの温度を強制的に上昇させフィルタ４ｂに捕集されているＰＭを燃焼除去する制御である。例えば、エンジン２の回転数を所定の回転数（例えば１８００ｒｐｍ）に維持し、排気ガスの温度を上昇させ、この状態で再生燃料噴射装置７により排気管３内に未燃燃料を噴射し、この燃料をＤＰＦ４内の酸化触媒４ａより燃焼させ、この燃焼熱によりフィルタ４ｂに捕集されたＰＭを燃焼除去する。
図７は、ＤＰＦ自動再生制御部５０ｅの演算処理の詳細を示すフローチャートである。ＤＰＦ自動再生制御部５０ｅは、まず、圧力センサ補正制御部５０ａからセンサ異常警告信号が出力されているかどうかを判定し（ステップＳ４００）、判定結果がＮＯであれば基準時間Ｔａ＝Ｔａ１を設定し（ステップＳ４０２）、判定結果がＹＥＳであれば基準時間Ｔａ＝Ｔａ２を設定する（ステップＳ４０４）。次に、前回ＤＰＦ再生制御を行ってからの時間Ｔ１が基準時間Ｔａを経過したかどうかを判定し（ステップＳ４０６）、判定結果がＮＯであれば、ステップＳ４０６の判定処理を再度行う。ステップＳ４０６において、判定結果がＹＥＳでれば、ＤＰＦ再生制御を開始し（ステップＳ４０８）、続いてＤＰＦ再生制御を開始してからの時間Ｔ２が予め設定した時間Ｔｂを経過したかどうかを判定し（ステップＳ４１０）、判定結果がＮＯであれば、ＤＰＦ再生制御を続行して、再度ステップＳ４１０の判定を行い（ステップ４０８，Ｓ４１０）、ステップＳ４１０の判定結果がＹＥＳであれば、ＤＰＦ再生制御を終了し、通常エンジン制御を行う（ステップＳ４１２）。
以上において、エンジン制御部５０の圧力センサ補正制御部５０ａは、エンジン２のキースイッチ２０のＯＮ操作によりエンジン２の起動処理を行う都度、エンジン２を起動する前に、第１及び第２圧力センサ２１，２２のそれぞれの検出値と予め定めた基準値との差を第１及び第２補正値として演算する補正値演算手段を構成し、補正値記憶部４２は、補正値演算手段（圧力センサ補正値制御部５０ａ）により演算した第１及び第２補正値を記憶する補正値記憶手段を構成する。また、ＤＰＦ監視制御部５０ｂは、第１及び第２圧力センサの検出値に基づいてフィルタの前後差圧を演算する差圧演算手段を構成し、かつその差圧演算手段は、第１及び第２圧力センサの検出値と前記補正値記憶手段に記憶した第１及び第２補正値とを用いてフィルタの前後差圧を演算するものである。
以上のように構成した本実施の形態の動作を説明する。
＜エンジン起動時＞
オペレータがキーＳＷ２０をＯＦＦからＯＮに切り換えると、キーＳＷ判定部３０がキーＳＷ２０のＯＮを判定し、その判定結果がエンジン制御部５０の圧力センサ補正制御部５０ａに入力される。圧力センサ補正制御部５０ａはその判定結果を受けて、エンジン２の起動処理をして図４に示した演算処理を行う。これにより、センサ類２１，２２，２３，２４，２５が全て正常であり、エンジン２が停止中であり、ＤＰＦ４の上流側及び下流側の排気ガス（排気管３内）の温度が予め定めた規定値の範囲内であり、ＤＰＦ４の上流側と下流側の排気ガス（排気管３内）の温度差が予め定めた規定値の範囲内である場合は、第１及び第２圧力センサ２１，２２の補正値ΔＰ１，ΔＰ２が算出され（図４のステップＳ１００→Ｓ１０２→Ｓ１０４→Ｓ１０６）、この補正値が予め定めた規定値の範囲内であると、その補正値が補正値記憶部４２に記憶され（図４のステップＳ１１２，Ｓ１１４）、その後、通常のエンジンの２の起動制御が行われる（図４のステップＳ１２０）。また、センサ類２１，２２，２３，２４，２５の何れか１つでも正常でない場合、ＤＰＦ４の上流側及び下流側の排気ガス（排気管３内）の温度が予め定めた規定値の範囲内でない場合、ＤＰＦ４の上流側と下流側の排気ガス（排気管３内）の温度差が予め定めた規定値の範囲内でない場合は、補正範囲外警告が表示部１０に表示され、通常エンジン制御を行う（図４のステップＳ１１８，Ｓ１２０）。更に、センサ類２１，２２，２３，２４，２５に異常がある場合は、センサ異常警告が表示部１０に表示され、かつＤＰＦ４の自動再生制御処理部（図示せず）にセンサ異常警告の制御信号を出力して、その後、エンジン起動制御を行う（図４のステップＳ１１６，Ｓ１１８，Ｓ１２０）。
このように、ＤＰＦ４の上流側及び下流側に配置した圧力センサ２１，２２のそれぞれについて補正値ΔＰ１，ΔＰ２を算出し、この補正値を用いて圧力センサ２１，２２の検出値Ｐ１，Ｐ２を補正するので、より正確な検出値Ｐ１１，Ｐ２２を得ることができる。
また、ＤＰＦ４の上流側及び下流側の温度差が規定値の範囲内である場合にのみ圧力センサ２１，２２の補正値ΔＰ１，ΔＰ２を算出する。ここで、圧力センサ２１，２２は温度依存性があり、圧力センサ２１，２２の検出値Ｐ１，Ｐ２は温度によって変化し、この検出値を用いて算出する補正値ΔＰ１，ΔＰ２も温度の影響を受ける。したがって、ＤＰＦ４の前後温度差が規定の範囲内である場合（同等の温度条件である場合）にのみ補正値ΔＰ１，ΔＰ２を算出することにより、より正確な検出値Ｐ１１，Ｐ２２を得ることができる。
また、ＤＰＦ４の上流側及び下流側に配置した圧力センサ２１，２２のそれぞれの温度が予め定めた温度条件である場合にのみ検出値Ｐ１，Ｐ２を検出し、補正値ΔＰ１，ΔＰ２を算出するので、より正確な検出値Ｐ１１，Ｐ２２を得ることができる。
＜通常作動時＞
１．ＤＰＦ監視制御
エンジン起動後の通常作動時はＤＰＦ監視制御部５０ｂによりＤＰＦ４の前後差圧Ｐ１２が演算され監視されている。ここで、ＤＰＦ監視制御部５０ｂは、エンジン起動時に演算した圧力センサ２１，２２の補正値ΔＰ１，ΔＰ２を補正値記憶部４２から読み出し、この補正値ΔＰ１，ΔＰ２を用いて圧力センサ２１，２２の検出値Ｐ１，Ｐ２を補正して圧力Ｐ１１，Ｐ２２を算出し、この圧力Ｐ１１，Ｐ２２を用いてＤＰＦ４の前後差圧Ｐ１２を算出する（図５のステップＳ２００〜Ｓ２０４）。このように、補正値ΔＰ１，ΔＰ２を用いて検出値Ｐ１，Ｐ２を補正し、補正後の圧力Ｐ１１，Ｐ２２を用いてＤＰＦ４の前後差圧Ｐ１２を算出するので、ＤＰＦ４の前後差圧を正確に測定することができる。
このようにして得られた前後差圧Ｐ１２と予め定めた第１基準差圧Ｐｃを比較し、前後差圧Ｐ１２が第１基準差圧Ｐｃよりも小さい場合は何もせず、前後差圧Ｐ１２が第１基準差圧Ｐｃよりも大きい場合は、ＤＰＦ４のＰＭ堆積量が規定値を超えたとして、表示部１０に手動再生警告を表示し、オペレータに手動再生の開始を促す（図５のステップＳ２０６，Ｓ２０８）。このステップＳ２００〜Ｓ２１０の処理は定期的（例えば０．１秒毎）に実行されている。
２．ＤＰＦ自動再生制御
エンジン起動後の通常動作時は、上述したＤＰＦ監視制御部５０ｂによるＤＰＦ監視制御と平行して、ＤＰＦ手動再生制御部５０ｅによりＤＰＦ４の自動再生制御が行われている。
自動再生制御部５０ｅは、センサ異常警告の制御信号が入力されていない通常時は、ＰＭの堆積量やその他の条件によらず、定期的（例えば３時間毎）にＤＰＦ４の再生制御を行う。センサ異常警告の制御信号が入力されている場合は、ＤＰＦ４の再生制御を実行する間隔を短くし（例えば２時間毎）、この時間毎にＤＰＦ４の再生制御を行う。
このように、ＤＰＦ４のＰＭの堆積状態を正確に検出できない場合（センサ異常時）においても、ＰＭが堆積し、目詰まりすることによるＰＭ捕集能力の低下を抑えることができる。また、ＰＭの堆積量に対してＤＰＦ４の再生処理が遅れるのを防止することができ、ＰＭの急速燃焼によるＤＰＦ４の溶損を防止することができる。
３．ＤＰＦ手動再生制御
エンジン起動後において、ＤＰＦ監視制御部５０ｂにより表示部１０に手動再生警告が表示された場合、オペレータはＤＰＦ再生ＳＷ２７を押して手動再生制御部５０ｄを制御することにより、ＤＰＦ４の再生制御を行う。
オペレータがＤＰＦ再生ＳＷ２７を押すと、ＤＰＦ４の再生制御が開始され、ＤＰＦ４の前後差圧Ｐ１２が予め定めた第２基準差圧Ｐｃ２よりも小さくなるまで、すなわち、ＤＰＦ４に堆積したＰＭが除去されたと判断する基準差圧よりも小さくなるまでＤＰＦ再生制御を継続し、この条件を満たしたら、ＤＰＦ再生制御を終了する（図６のステップＳ３００〜Ｓ３１０）。
表示部１０に手動再生警告が表示されない場合にオペレータがＤＰＦ再生ＳＷ２７を押すと、ＤＰＦ再生制御は開始されない（図６のステップＳ３０２，Ｓ３０８）。
このように、オペレータは手動再生警告によりＤＰＦ４の再生が必要であることを知ることができ、ＤＰＦ４の手動再生を開始することができるので、ＰＭが堆積し、目詰まりすることによるＰＭ捕集能力の低下を抑えることができる。また、ＰＭの堆積量に対してＤＰＦ４の再生処理が遅れるのを防止することができ、ＰＭの急速燃焼によるＤＰＦ４の溶損を防止することができる。
以上のように本実施の形態によれば、圧力センサ補正制御部５０ａにより演算し、補正値記憶部４２に記憶した第１及び第２補正値を用いて、ＤＰＦ４の上流側及び下流側のそれぞれに設けた圧力センサ２１，２２で検出した圧力Ｐ１，Ｐ２を補正し、その補正後の圧力Ｐ１１、Ｐ２２に基づいてＤＰＦ４の前後差圧Ｐ１２を算出するので、２つの圧力センサ（第１及び第２圧力センサ）を用いた場合でも、ＤＰＦ４の前後差圧を正確に測定することができる。また、第１及び第２圧力センサ２１，２２は通常の圧力センサでよいため、差圧センサを用いる場合に比べて構造が簡単になり、かつ耐久性も向上することができる。
また、ＤＰＦ４の上流側及び下流側に設けられた圧力センサ２１，２２の周囲の温度差が予め定めた規定値の範囲内の場合のみ第１及び第２補正値ΔＰ１，ΔＰ２を演算するので、圧力センサ２１，２２の周囲温度の違いによる補正値ΔＰ１，ΔＰ２の相対的な誤差を抑制することができ、ＤＰＦ４の前後差圧をより正確に測定することができる。
更に、ＤＰＦ４の上流側及び下流側に設けられた圧力センサ２１，２２の周囲温度が、それぞれ予め定めた所望の範囲内の場合のみ第１及び第２補正値ΔＰ１，ΔＰ２を演算するので、補正値ΔＰ１，ΔＰ２の誤差を抑制することができ、ＤＰＦ４の前後差圧をより正確に測定することができる。
また、ＤＰＦ監視制御部５０ｂによりＤＰＦ４の前後差圧Ｐ１２を測定し、その前後差圧Ｐ１２が予め定めた所定の値よりも大きくなった場合、すなわち、ＰＭの堆積によりＤＰＦ４の再生処理が必要となった場合には、表示部１０の表示によりオペレータに再生処理の開始を促し、オペレータはそれを見てＤＰＦ４の手動再生を開始するので、ＰＭの堆積状態に応じた適切なタイミングでＤＰＦ４の再生処理を行うことができる。これにより、無駄な再生処理を行うことが無くなるので燃費を抑えることができ、また、ＰＭが過度に堆積した状態での再生処理によるＤＰＦ４の焼損を防止することができる。
更に、ＤＰＦ自動再生制御部５０ｅは、ＤＰＦ４の再生処理を定期的に行うと共に、第１及び第２圧力センサ２１，２２の少なくとも一方が故障した場合には、自動再生処理を行う間隔を短くするので、圧力センサ２１，２２の故障によりフィルタの上流側及び下流側の圧力が検出できない場合においても、フィルタの目詰まりを確実に防止することができる。
本発明の一実施の形態に係わる作業車両の排気ガス浄化システムをエンジン制御システムと共に示す図である。 エンジン制御装置の処理機能の詳細を示す機能ブロック図である。 エンジン制御部の処理機能の概要を示す図である。 圧力センサ補正制御部の演算処理の詳細を示すフローチャートである。 ＤＰＦ監視制御部の演算処理の詳細を示すフローチャートである。 ＤＰＦ手動再生制御部の演算処理の詳細を示すフローチャートである。 ＤＰＦ自動再生制御部の演算処理の詳細を示すフローチャートである。
符号の説明
１ エンジン制御システム
２ エンジン
２ａ 電子ガバナ
３ 排気管
４ ＤＰＦ
４ａ 酸化触媒
４ｂ フィルタ
５ａ，５ｂ 温度センサ
６ａ，６ｂ 圧力センサ
７ 再生燃料噴射装置
８ エンジン制御装置
９ モニタ制御装置
１０ 表示部
１１ 車体制御装置
１２ 車体ネットワーク
２０ キーＳＷ
２１ 第１圧力センサ
２２ 第２圧力センサ
２３ 第１温度センサ
２４ 第２温度センサ
２５ エンジン回転センサ
２６ エンジンコントロールダイヤル
２７ ＤＰＳ再生ＳＷ
３０ キーＳＷ判定部
３１ 第１圧力演算部
３２ 第２圧力演算部
３３ 第１温度演算部
３４ 第２温度演算部
３５ エンジン回転演算部
３６ エンジン目標回転演算部
３７ ＤＰＦ再生ＳＷ判定部
４０ 温度差演算部
４１ センサエラー判定部
４２ 補正値記憶部
４３ 通信部
５０ エンジン制御部

Claims (3)

  1. ディーゼルエンジンの排気系に配置され、排気ガスの中に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタと、このフィルタの上流側及び下流側にそれぞれ配置された第１及び第２圧力センサと、この第１及び第２圧力センサの検出値に基づいて前記フィルタの前後差圧を演算する差圧演算手段とを有し、前記差圧演算手段により演算した前記フィルタの前後差圧を用いて前記フィルタに堆積した粒子状物質を焼却除去する再生処理の要否を判断するディーゼルエンジンの排気ガス浄化システムにおいて、
    前記フィルタの上流側に設置された第１温度センサと、
    前記フィルタの下流側に設置された第２温度センサとを備え、
    前記第１及び第２圧力センサは、それぞれダイヤフラムの片側に被測定圧力を導入し、反対側を大気圧に開放して大気圧に対する被測定圧の相対圧を検出するものであり、
    前記ディーゼルエンジンのキースイッチのＯＮ操作により前記ディーゼルエンジンの起動処理を行う都度、前記ディーゼルエンジンを起動する前に、前記第１及び第２圧力センサのそれぞれの検出値と予め定めた基準値との差を第１及び第２補正値として演算する補正値演算手段と、
    前記補正値演算手段により演算した第１及び第２補正値を記憶する補正値記憶手段とを備え、
    前記差圧演算手段は、前記第１及び第２圧力センサの検出値と前記補正値記憶手段に記憶した第１及び第２補正値とを用いて前記フィルタの前後差圧を演算し、
    前記補正値演算手段は、前記第１及び第２温度センサの検出値の差が規定値の範囲内で、かつ前記第１及び第２温度センサの検出値がそれぞれ規定値の範囲内の場合にのみ前記補正値を計算して前記記憶手段に記憶することを特徴とするディーゼルエンジンの排気ガス浄化システム。
  2. 請求項１記載のディーゼルエンジンの排気ガス浄化システムにおいて、
    前記差圧演算手段により演算された前記フィルタの前後差圧が所定の値よりも大きい場合に、前記フィルタに堆積した粒子状物質を焼却除去する再生処理の開始を促す表示を行う表示手段と、
    再生制御スイッチを有し、この再生制御スイッチが操作されると前記フィルタの再生処理を開始する手動再生手段とを備えることを特徴とするディーゼルエンジンの排気ガス浄化システム。
  3. 請求項１記載のディーゼルエンジンの排気ガス浄化システムにおいて、
    前記フィルタに堆積した粒子状物質を焼却除去する再生処理を定期的に行う自動再生手段を備え、
    前記補正値演算手段は、前記第１及び第２圧力センサの少なくとも一方が故障した場合には、前記第１及び第２補正値の演算を行わないと共に、
    前記自動再生手段は、再生処理を実行する間隔を短くすることを特徴とするディーゼルエンジンの排気ガス浄化システム。
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