特許 5688188 排気ガス浄化装置の異常判定装置、および排気ガス浄化装置の異常判定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】5688188

(24)【登録日】2015年1月30日

(45)【発行日】2015年3月25日

(54)【発明の名称】排気ガス浄化装置の異常判定装置、および排気ガス浄化装置の異常判定方法

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/023 20060101AFI20150305BHJP

   F02D 45/00 20060101ALI20150305BHJP

【ＦＩ】

   F01N3/02 321K

   F02D45/00 358K

   F02D45/00 360Z

【請求項の数】6

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2014-530041(P2014-530041)

(86)(22)【出願日】2014年2月26日

(86)【国際出願番号】JP2014054713

【審査請求日】2014年7月14日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000001236

【氏名又は名称】株式会社小松製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110000637

【氏名又は名称】特許業務法人樹之下知的財産事務所

(72)【発明者】

【氏名】斎藤 真一

(72)【発明者】

【氏名】長坂 昇平

(72)【発明者】

【氏名】木村 光良

(72)【発明者】

【氏名】仲野 賢

【審査官】 山本 健晴

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−００２６９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−００２３６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２１５５３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−１３２０２６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｎ ３／００−３／３８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関から排出される排気ガスの排気通路に設けられ、排気ガスに含まれる残留物質を除去するフィルタ装置と、前記フィルタ装置に設けられて排気ガスの圧力を測定する圧力測定装置とを有した排気ガス浄化装置の異常判定装置であって、
前記圧力測定装置で測定した圧力および排気ガス流量に基づいて当該圧力測定装置が使用可能であるかを判定する使用可能判定部と、
前記圧力測定装置が凍結しているかを判定する凍結状態判定部と、
前記使用可能判定部により前記圧力測定装置が使用不可能であると判定され、かつ、前記凍結状態判定部により前記圧力測定装置が凍結していないと判定された場合に、前記圧力測定装置に異常があると判定する異常判定部と、
前記使用可能判定部により前記圧力測定装置が使用不可能であると判定され、かつ、前記凍結状態判定部により前記圧力測定装置が凍結していると判定された場合に、前記フィルタ装置での理論上の粒子状物質の堆積量をモデル堆積量として算出するモデル堆積量算出部とを備える
ことを特徴とする排気ガス浄化装置の異常判定装置。

【請求項2】

請求項１に記載の排気ガス浄化装置の異常判定装置において、
前記異常判定部により前記圧力測定装置に異常があると判定された場合に、前記圧力測定装置の異常を通知する異常通知部をさらに備える
ことを特徴とする排気ガス浄化装置の異常判定装置。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の排気ガス浄化装置の異常判定装置において、
前記圧力測定装置は、前記フィルタ装置に用いられるフィルタでの排気ガスの入口側の圧力および出口側の圧力の差圧を測定する圧力測定装置であり、
前記使用可能判定部は、前記圧力測定装置で測定した差圧および排気ガス流量に基づいて前記圧力測定装置が使用可能であるかを判定する
ことを特徴とする排気ガス浄化装置の異常判定装置。

【請求項4】

請求項１から請求項３のいずれかに記載の排気ガス浄化装置の異常判定装置において、
前記凍結状態判定部は、大気温度または前記圧力測定装置の温度を測定する温度センサを有し、前記温度センサで測定された温度が設定温度よりも高い場合に、前記圧力測定装置は凍結していないと判定する
ことを特徴とする排気ガス浄化装置の異常判定装置。

【請求項5】

請求項１から請求項３のいずれかに記載の排気ガス浄化装置の異常判定装置において、
前記凍結状態判定部は、前記内燃機関の始動からの経過時間を計測するタイマを有し、前記タイマによる計測時間が設定時間を超えた場合に、前記圧力測定装置は凍結していないと判定する
ことを特徴とする排気ガス浄化装置の異常判定装置。

【請求項6】

内燃機関から排出される排気ガスの排気通路に設けられ、排気ガスに含まれる残留物質を除去するフィルタ装置と、前記フィルタ装置に設けられて排気ガスの圧力を測定する圧力測定装置とを備えた排気ガス浄化装置の異常判定方法であって、
前記圧力測定装置で測定した圧力および排気ガス流量に基づいて当該圧力測定装置が使用可能であるかを判定するステップと、
前記圧力測定装置が使用不可能であると判定された場合に、前記圧力測定装置が凍結しているかを判定するステップと、
前記圧力測定装置が凍結していないと判定された場合に、前記圧力測定装置に異常があると判定するステップと、
前記使用可能判定部により前記圧力測定装置が使用不可能であると判定され、かつ、前記凍結状態判定部により前記圧力測定装置が凍結していると判定された場合に、前記フィルタ装置での理論上の粒子状物質の堆積量をモデル堆積量として算出するステップとを備える
ことを特徴とする排気ガス浄化装置の異常判定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、排気ガス浄化装置の異常判定装置、および排気ガス浄化装置の異常判定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、油圧ショベルやホイールローダなどの建設機械や、バス、貨物用トラック、ダンプトラック、オンロードトラックなどの運搬車両、定置式の発電機等のディーゼルエンジン等の内燃機関を備える車両や機械では、内燃機関から排出される排気ガス中の粒子状物質（Particulate Matter（ＰＭ））をDiesel Particulate Filter（ＤＰＦ）で除去する排気ガス浄化装置を備えている。この排気ガス浄化装置は、ＤＰＦで用いられるフィルタにおいて、排気ガスの入口側の圧力および出口側の圧力の差圧を検出する圧力センサ（差圧センサ）を備え、この圧力センサによって検出された差圧に基づき、フィルタでのＰＭの堆積量を推定している。例えば、特許文献１，２には、圧力センサや圧力センサに接続された圧力導入用のホースの異常を判定する構成が記載されている。

【0003】

すなわち、特許文献１では、ＤＰＦの圧力センサに接続された圧力導入ホースの破損を診断するために、フィルタでの排気ガスの入口側および出口側の温度に基づくＤＰＦでの異常の判定結果と、圧力センサによる差圧の検出結果とを用いて、ホース破損の異常を判定する。
特許文献２では、フィルタの出口側に接続された配管に切換弁を設けて大気開放可能とし、この際のフィルタ上流側の圧力変化に基づいて圧力センサに関する異常を判定する。

【0004】

従って、特許文献１，２によれば、圧力センサに圧力が正しく導入されない状況や圧力センサ自身を異常と判定することで、その異常を示す発報によりオペレータに通知することができる。通知を受けたオペレータがサービスマンに連絡することで、サービスマンは圧力センサやホースを交換する等のメンテナンスを行うことができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１３−２３６６号公報

【特許文献2】特開２００８−１１１４０９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、寒冷地で稼働する車両や機械のように、低温状態でエンジンを始動した時に、排気ガス浄化装置の圧力センサでの異常を示す発報が行われることがあった。この場合、オペレータは、建設機械の稼働を停止し、サービスマンを呼んで点検してもらうこととなる。

【0007】

ただし、エンジン低温状態での始動時の圧力センサに関する異常は、圧力センサ自体が故障していることは少なく、多くの場合は、圧力導入用の配管内の凝縮水が凍結し、圧力センサへ圧力が正しく導入されないことが原因であるとわかった。このような場合、時間経過に伴って外気温度が上昇したり、稼働中の排気ガスによって排気ガス浄化装置の温度が上昇したりすることにより、凍結した凝縮水が次第に解凍するため、圧力センサに圧力が導入されるようになり、圧力センサの機能が回復して異常が解消されることが多い。

【0008】

しかしながら、特許文献１，２においては、凍結が原因で生じる圧力センサに関する異常に対しては何ら記載されていないことから、その原因に関係なく異常と判断されることで通知を行うこととなる。このため、そのまま稼働を継続することで異常が解消される可能性が高いにもかかわらず、サービスマンを呼び、車両や機械の稼働を停止して点検を実施することとなり、車両や機械の稼働率が低下するという問題が生じる。

【0009】

本発明の目的は、圧力センサの異常が凍結によるものであるかを判定でき、車両や機械の稼働率を維持できる排気ガス浄化装置の異常判定装置、および排気ガス浄化装置の異常判定方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の排気ガス浄化装置の異常判定装置は、内燃機関から排出される排気ガスの排気通路に設けられ、排気ガスに含まれる残留物質を除去するフィルタ装置と、前記フィルタ装置に設けられて排気ガスの圧力を測定する圧力測定装置とを有した排気ガス浄化装置の異常判定装置であって、前記圧力測定装置で測定した圧力および排気ガス流量に基づいて当該圧力測定装置が使用可能であるかを判定する使用可能判定部と、前記圧力測定装置が凍結しているかを判定する凍結状態判定部と、前記使用可能判定部により前記圧力測定装置が使用不可能であると判定され、かつ、前記凍結状態判定部により前記圧力測定装置が凍結していないと判定された場合に、前記圧力測定装置に異常があると判定する異常判定部とを備えることを特徴とする。

【0011】

本発明によれば、使用可能判定部は、圧力測定装置が使用不可能であるか否かを判定する。凍結状態判定部は、使用可能判定部で圧力測定装置が使用不可能と判定された場合、使用できない原因が凍結によるものかを判定する。圧力測定装置は、圧力センサと、この圧力センサに排気ガス等の圧力を導入する圧力導入用の配管とを備える。そして、圧力測定装置内で水蒸気が凝縮し、この凝縮水が圧力センサや配管内で凍結すると、圧力が圧力センサまで導かれず圧力測定装置は排気ガス等の圧力を正しく測定できなくなる。このように圧力測定装置は、圧力センサが故障したり、配管が破損して使用不可能と判定される場合の他に、凍結が原因で使用不可能と判定される場合がある。
そして、凍結状態判定部が前記原因を凍結によるものであると判定した場合、異常判定部は、圧力センサが故障したり、圧力センサに圧力を導入する配管等に破損が生じているものではなく、凍結による異常であるため、凍結部分が解凍すれば圧力測定装置も正常に機能し、圧力測定装置の修理や交換が不要であると判定できる。この場合、異常判定装置は、圧力測定装置に異常があることを報知しないため、オペレータはサービスマンを呼ばずに排気ガス浄化装置の使用を継続できる。
これに対して、異常判定部は、圧力測定装置を使用できない原因が凍結によるものでない場合には、圧力センサ自身や配管等に異常があると判定する。このため、異常判定装置は、オペレータに対して異常を報知でき、圧力センサや配管の修理や交換を行うことができる。
従って、異常判定部は、使用可能判定部で圧力測定装置が使用不可能と判定され、かつ、凍結状態判定部で圧力測定装置は凍結していないと判定した場合に、圧力測定装置に異常があると判定する。このため、圧力測定装置が凍結していると判定された場合は、異常判定部は異常と判定しないので、車両や機械の稼働を継続でき、稼働率を良好に維持できる。

【0012】

本発明の排気ガス浄化装置の異常判定装置において、前記異常判定部により前記圧力測定装置に異常があると判定された場合に、前記圧力測定装置の異常を通知する異常通知部をさらに備えることが好ましい。

【0013】

本発明によれば、凍結していない場合の圧力測定装置の異常をオペレータに通知できる。したがって、オペレータは、凍結以外の理由で圧力測定装置に異常が発生したことを把握でき、車両や機械を停止できる。このため、圧力測定装置に異常が存在している状況で排気ガス浄化装置が稼働されることを防止できる。

【0014】

本発明の排気ガス浄化装置の異常判定装置において、前記圧力測定装置は、前記フィルタ装置に用いられるフィルタでの排気ガスの入口側の圧力および出口側の圧力の差圧を測定する圧力測定装置であり、前記使用可能判定部は、前記圧力測定装置で測定した差圧および排気ガス流量に基づいて前記圧力測定装置が使用可能であるかを判定することが好ましい。

【0015】

排気ガス浄化装置では、捕集されたＰＭ等の残留物質の堆積量が増加するとフィルタの目詰まりが生じるため、捕集した残留物質を燃焼してフィルタの目詰まりを除去する再生処理を行っている。そして、前記フィルタでの残留物質の堆積量は、通常、前記圧力測定装置の圧力センサで測定される差圧および排気ガス流量により推定する場合が多い。ここで、圧力測定装置に異常があったり、凍結状態で使用できない場合には、排気ガス流量に対する差圧が異常値を示すため、圧力測定装置が使用できない状態であることを容易に判定できる。

【0016】

本発明の排気ガス浄化装置の異常判定装置において、前記凍結状態判定部は、大気温度または前記圧力測定装置の温度を測定する温度センサを有し、前記温度センサで測定された温度が設定温度よりも高い場合に、前記圧力測定装置は凍結していないと判定してもよい。

【0017】

本発明によれば、凍結状態判定部は、大気温度を測定する温度センサや圧力測定装置の温度を測定する温度センサを有し、前記温度センサで測定した温度（大気温度や圧力測定装置の温度）が設定温度よりも高いか否かを判定する。前記設定温度として、凝縮水が凍結する可能性が低い温度、たとえば１０℃等に設定することで、測定温度が設定温度よりも高い場合には圧力測定装置は凍結していないと判定できる。
なお、圧力測定装置の温度を測定する温度センサとしては、圧力測定装置の圧力センサの配置部分や配管内に温度センサを組み込むことで構成してもよいし、圧力測定装置が配置される空間内に温度センサを配置して構成してもよい。
また、大気温度を測定する温度センサは、車両の車体などの内燃機関の熱の影響を受けにくい場所に配置すればよい。圧力測定装置が凍結する可能性があるのは、大気温度が低温のために、車両や機械を停止して排気ガス浄化装置や圧力測定装置が大気で冷却される場合である。したがって、大気温度がそもそも凍結の可能性が低い温度、たとえば１０℃以上であれば、圧力測定装置は凍結しないと判定できる。このため、圧力測定装置の温度を直接測定できなくても、大気温度を測定することで、圧力測定装置が凍結する可能性を判定できる。

【0018】

本発明の排気ガス浄化装置の異常判定装置において、前記凍結状態判定部は、前記内燃機関の始動からの経過時間を計測するタイマを有し、前記タイマによる計測時間が設定時間を超えた場合に、前記圧力測定装置は凍結していないと判定してもよい。

【0019】

本発明によれば、凍結状態判定部は、内燃機関の始動からの経過時間をタイマで計測し、計測時間が設定時間を超えたか否かを判定する。前記設定時間として、仮に圧力測定装置が凍結していた場合でも、排気ガスによって温められて圧力測定装置で凍結した凝縮水が解凍される時間、例えば８時間などに設定することで、前記計測時間が設定時間を超えた場合には圧力測定装置は凍結していないと判定できる。

【0020】

本発明の排気ガス浄化装置の異常判定方法は、内燃機関から排出される排気ガスの排気通路に設けられ、排気ガスに含まれる残留物質を除去するフィルタ装置と、前記フィルタ装置に設けられて排気ガスの圧力を測定する圧力測定装置とを備えた排気ガス浄化装置の異常判定方法であって、前記圧力測定装置で測定した圧力および排気ガス流量に基づいて当該圧力測定装置が使用可能であるかを判定するステップと、前記圧力測定装置が使用不可能であると判定された場合に、前記圧力測定装置が凍結しているかを判定するステップと、前記圧力測定装置が凍結していないと判定された場合に、前記圧力測定装置に異常があると判定するステップとを備えることを特徴とする。
本発明の異常判定方法においても、前記異常判定装置と同様の作用効果を奏することができる。すなわち、圧力測定装置が使用不可能と判定されても、圧力測定装置が凍結していると判定された場合は、車両や機械の稼働を継続できるので、稼働率を良好に維持できる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の一実施形態に係る排気ガス浄化装置の異常判定装置を含む内燃機関を示す模式図。

【図2】異常判定装置を示すブロック図。

【図3】排気ガス流量、差圧、およびＰＭ堆積量の関係を示す図。

【図4】異常判定方法を説明するためのフローチャート。

【図5】本発明の変形例の異常判定装置を示すブロック図。

【図6】本発明の変形例を示すフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態に係る排気ガス浄化装置の異常判定装置を含む内燃機関としてのディーゼルエンジン１００の概要構成を示す模式図である。

【0023】

［ディーゼルエンジンの概略全体説明］
図１において、ディーゼルエンジン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の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、排気ガス浄化装置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、異常判定装置としての再生制御部４０と、モニタ装置５０とを有する。

【0024】

本実施形態のディーゼルエンジン１００としては、例えば油圧ショベル、ホイールローダ、オフロードダンプトラック等の建設機械に搭載されることを想定しているが、この限りではない。ディーゼルエンジン１００は、オンロードトラックや定置式の発電機等に搭載されるものであってもよい。

【0025】

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。

【0026】

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によって回転駆動されるファン１４によって、その冷却作用が促進されるようになっている。

【0027】

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２１の回転数を制御する。タービン２１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への給気が行われる。なお、可変ターボノズル２３は、全閉時には、バイパス路２４を介して排気ガス浄化装置７側に排気するようにしている。すなわち、可変ターボノズル２３の開時には、排気ガスをタービン翼車２１Ａに供給して仕事をさせ、可変ターボノズル２３の全閉時には、バイパス路２４を介して排気ガスを排気ガス浄化装置７側に出力し、タービン翼車２１Ａへの仕事を小さくして排気温度を高めるようにしている。

【0028】

排気ガス浄化装置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（残量物質）を除去するものであり、ディーゼル酸化触媒（Diesel Oxidation Catalyst（ＤＯＣ））７１、フィルタ装置としてのＤＰＦ７２、圧力測定装置７３、排気ガス温度センサ７４を有する。ＤＯＣ７１およびＤＰＦ７２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ＤＰＦ７２が設けられる。また、タービン２１と排気ガス浄化装置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、強制再生が指示された場合に行われる。ドージング燃料は、ディーゼルエンジン１００を稼働させるための燃料と同じである。なお、ドージング燃料供給装置７０にてドージング燃料を供給するのに代えて、燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射装置にてポスト噴射を行ってもよい。

【0029】

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ＮＯ_２（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。

【0030】

ＤＰＦ７２は、ＰＭを捕集するフィルタとしてのCatalyzed Soot Filter（ＣＳＦ）７２Ａを有している。ＣＳＦ７２Ａは、炭化珪素、アルミナ等を基材として実現される。排気ガスに含まれるＰＭは、ＣＳＦ７２Ａに形成された微細な穴を通過する際に捕集される。そして、ＣＳＦ７２Ａは、図１に示すように、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ＮＯ_２によって酸化（燃焼）されることになる。

【0031】

圧力測定装置７３は、ＣＳＦ７２Ａの上流側に接続された配管７３１と、ＣＳＦ７２Ａの下流側に接続された配管７３２と、配管７３１を通して導入される排気ガスの入口側の圧力および配管７３２を通して導入される排気ガスの出口側の圧力の差圧を測定し、測定した差圧（圧力）を再生制御部４０に出力する圧力センサ７３３と、前記配管７３２を通して導入される圧力を測定して再生制御部４０に出力する出口圧センサ７３４とを有する。さらに、ディーゼルエンジン１００が搭載された建設機械の車体には、大気圧センサ７３５が取り付けられている。この大気圧センサ７３５も、測定した圧力（大気圧）を再生制御部４０に出力する。

【0032】

排気ガス温度センサ７４は、ＣＳＦ７２Ａの上流側に配置され、ＣＳＦ７２Ａの入口の排気温度を検出し、ＤＰＦ温度として再生制御部４０に出力する。
また、建設機械の車体には、大気温度センサ７５が取り付けられている。大気温度センサ７５は、車体外部の大気の温度を測定し、大気温度として再生制御部４０に出力する。

【0033】

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。

【0034】

ここで、ディーゼルエンジン１００は、流量センサ１０５を備える。流量センサ１０５は、マスフローセンサとして構成され、エンジン本体１に供給される空気の吸気質量流量を検出し、吸気質量流量を示す信号をエンジンコントローラ３０に入力する。

【0035】

［エンジンコントローラ］
エンジンコントローラ３０は、図示しないアクセルペダルなどのオペレータの要求に応じた入力部の入力値に応じて、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制御を行うとともに、再生制御部４０からの指示によって、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、強制再生制御を行う。特に、エンジンコントローラ３０は、強制再生制御を行う場合、燃料噴射量を抑え、ＥＧＲバルブ３２、可変ターボノズル２３をそれぞれ閉にすることによって排気温度を上昇させる。

【0036】

［再生制御部］
再生制御部４０は、図２に示すように、差圧堆積量算出部４１、モデル堆積量算出部４２、再生指示部４３、使用可能判定部４４、凍結状態判定部４５、異常判定部４６、異常通知部４７を有する。
再生制御部４０は、差圧堆積量算出部４１またはモデル堆積量算出部４２でＣＳＦ７２Ａに堆積するＰＭ堆積量の推定値を算出し、ＰＭ堆積量が所定の閾値を越える場合に、ＣＳＦ７２Ａの再生を行う指示をエンジンコントローラ３０に出力する。
また、再生制御部４０は、モニタ装置５０を通して手動再生指示があった場合に、エンジンコントローラ３０に手動強制再生を行わせる。また、手動強制再生が終了した場合、その旨を通知する。
さらに、再生制御部４０は、圧力測定装置７３に異常があるかを判定し、異常があると判定した場合にその旨を通知する。
なお、図１では、エンジンコントローラ３０の外部に再生制御部４０を設けているが、エンジンコントローラ３０の内部に再生制御部４０を設けてもよい。

【0037】

［差圧堆積量算出部］
差圧堆積量算出部４１には、圧力測定装置７３の圧力センサ７３３で測定された差圧ＤＰと、出口圧センサ７３４で測定されたＤＰＦ下流圧Ｐｄと、大気圧センサ７３５で測定された大気圧Ｐａと、排気ガス温度センサ７４で測定されたＤＰＦ温度Ｔと、エンジンコントローラ３０から出力される排気ガス流量情報とが入力される。排気ガス流量情報は、流量センサ１０５が検出した吸入質量流量と、燃料噴射量から推定される燃料質量流量とを加算した排気質量流量ｍである。そして、差圧堆積量算出部４１は、エンジンコントローラ３０から入力された排気質量流量ｍ、前記ＤＰＦ温度Ｔ、ＤＰＦ上流圧Ｐｕ、既知のガス定数Ｒをもとに、以下の状態方程式（１）からＣＳＦ７２Ａに入力される排気ガス流量Ｖを算出する。この算出された排気ガス流量Ｖは、体積流量である。
Ｐｕ・Ｖ＝ｍ・Ｒ・Ｔ ・・・（１）
この際、ＤＰＦ上流圧Ｐｕは、大気圧Ｐａ、ゲージ圧であるＤＰＦ下流圧Ｐｄ、および差圧ＤＰを加算した圧力であり、絶対圧である。

【0038】

差圧堆積量算出部４１は、この算出した排気ガス流量Ｖと差圧ＤＰとＰＭ堆積量との関係を示す３次元マップを有し、前記排気ガス流量Ｖと差圧ＤＰとを入力値としてＰＭ堆積量を出力する。図３は、ＰＭ堆積量をパラメータとした排気ガス流量Ｖと差圧ＤＰとの関係を示す図である。排気ガス流量Ｖが一定の場合、差圧ＤＰの増大に伴ってＰＭ堆積量は増大する。また、差圧ＤＰが一定の場合、排気ガス流量Ｖの増大に伴ってＰＭ堆積量は減少する。例えば、図３に示すように、排気ガス流量がＶ１で差圧がＤＰ１〜ＤＰ４の場合、それぞれＰＭ堆積量は、Ｐ１〜Ｐ４となる。すなわち、ＰＭ堆積量は、Ｐ１よりＰ４のほうが大きい。Ｌ１〜Ｌ４は、ＰＭ堆積量の堆積レベルを示す線である。差圧堆積量算出部４１は、推定したＰＭ堆積量を差圧堆積量ＰＭａとして再生指示部４３に出力する。

【0039】

［モデル堆積量算出部］
図２に示すモデル堆積量算出部４２は、エンジンコントローラ３０から出力される吸入質量流量、燃料質量流量、噴射タイミングの各情報と、排気ガス温度センサ７４から出力されるＤＰＦ温度Ｔとを用いて、所定の燃焼モデルにより、理論上のＰＭ堆積量を算出し、このＰＭ堆積量をモデル堆積量ＰＭｂとして再生指示部４３に出力する。
したがって、モデル堆積量算出部４２は、圧力センサ７３３の差圧ＤＰを用いずに、ＰＭ堆積量を推定できる。

【0040】

［再生指示部］
再生指示部４３は、差圧堆積量算出部４１で算出される差圧堆積量ＰＭａ、または、モデル堆積量算出部４２で算出されるモデル堆積量ＰＭｂに基づいて、エンジンコントローラ３０に自動再生処理を指示する。
また、再生指示部４３は、堆積量ＰＭａ，ＰＭｂがあらかじめ設定した閾値ＰＭｔｈを越えている場合は、モニタ装置５０に手動強制再生をすべき旨の指示を出力し、オペレータがモニタ装置５０で手動強制再生を指示する操作を行った場合は、エンジンコントローラ３０に対して手動強制再生の制御を指示する。

【0041】

この際、本実施形態では、図３に示す堆積レベルＬ４を閾値ＰＭｔｈとしている。このため、圧力測定装置７３（図１）が使用可能な状況で行われる通常の制御では、再生指示部４３は、差圧堆積量算出部４１で算出された差圧堆積量ＰＭａが、閾値ＰＭｔｈ（堆積レベルＬ４）を超えた場合は、モニタ装置５０に手動強制再生をすべき旨を指示する。
一方、以下に説明する異常判定部４６で圧力測定装置７３が凍結していて使用不可能な状態と判定されている状況で行われるモデルによる制御では、再生指示部４３は、モデル堆積量算出部４２で算出されたモデル堆積量ＰＭｂが、燃焼モデルから得られるＰＭ堆積量の閾値ＰＭｔｈを超えた場合に、モニタ装置５０に手動強制再生をすべき旨を指示する。
さらに、再生指示部４３は、手動強制再生指示の終了通知があった場合、その旨をモニタ装置５０に表示する。

【0042】

［使用可能判定部］
使用可能判定部４４は、圧力測定装置７３（図１）が正常な状態であるか、つまり使用可能な状態であるかを判定する。
すなわち、使用可能判定部４４は、図３に示す図より、排気ガス流量Ｖおよび差圧ＤＰから得られるＰＭ堆積量が、堆積レベルＬ１未満であって領域Ｒ１内の値として検出された場合、および堆積レベルＬ４を超えた領域Ｒ２内の値として検出された場合に、圧力測定装置７３で測定された差圧ＤＰが異常値であり、圧力測定装置７３が正常な状態になく、圧力測定装置７３を使用できないと判定する。
使用可能判定部４４は、圧力測定装置７３が使用可能であるか使用不可能であるかの判定結果を、異常判定部４６に出力する。

【0043】

ここで、使用可能判定部４４において、圧力測定装置７３が使用不可能と判定する原因としては、凍結による場合と、圧力測定装置７３が故障した場合とが想定できる。
凍結が原因となるのは、配管７３１，７３２内で凝結水が凍結して排気ガスの圧力が圧力測定装置７３に導入されない場合や、圧力センサ７３３の受圧部分に付着した凝結水が凍結して圧力センサ７３３が何らかの外力を受けた状態になっている場合等である。
これらの場合、圧力センサ７３３で測定される差圧ＤＰが異常値となるため、使用可能判定部４４は、圧力測定装置７３を使用不可能であると判定する。
一方、圧力センサ７３３が故障したり、配管７３１，７３２が破損等した場合も、差圧ＤＰが異常値となる。このような場合も、使用可能判定部４４は、圧力測定装置７３を使用不可能であると判定する。

【0044】

［凍結状態判定部］
凍結状態判定部４５は、圧力測定装置７３が凍結している可能性があるか否かを判定する。凍結状態判定部４５は、建設機械の適宜な位置に設けられた大気温度センサ７５で測定した大気温度Ｔａと、予め設定された設定温度Ｔｄとを比較して判定する。凍結状態判定部４５は、凍結が生じていないと推定できる温度、例えば１０℃を設定温度Ｔｄとして設定する。
凍結状態判定部４５は、大気温度Ｔａが設定温度Ｔｄよりも小さい場合に、圧力測定装置７３は凍結している可能性があると判定し、大気温度Ｔａが設定温度Ｔｄ以上の場合は、圧力測定装置７３は凍結していないと判定する。そして、凍結状態判定部４５は、判定結果を異常判定部４６に出力する。
なお、大気温度Ｔａはエンジン制御やその他の制御のパラメータとして多用されていることから、大気温度センサ７５は建設機械にもともと設置されていることが多い。従って、凍結判定に用いられる大気温度Ｔａを測定する大気温度センサ７５を新規に設ける必要はない。

【0045】

［異常判定部］
異常判定部４６は、使用可能判定部４４から出力される圧力測定装置７３の使用可能判定結果と、凍結状態判定部４５から出力される凍結状態の判定結果に基づいて、圧力測定装置７３（図１）に異常があるかを判定する。そして、異常判定部４６は、判定結果を再生指示部４３や異常通知部４７に出力する。
すなわち、圧力測定装置７３は、使用可能判定部４４で圧力測定装置７３が使用可能と判定された場合は、圧力測定装置７３が正常に動作しており、異常は無いと判定し、判定結果を再生指示部４３に出力する。この場合、再生指示部４３は、圧力測定装置７３が正常であるため、圧力センサ７３３で測定された差圧ＤＰを利用する差圧堆積量算出部４１の差圧堆積量ＰＭａに基づいて再生制御を行う。

【0046】

一方、圧力測定装置７３は、使用可能判定部４４で圧力測定装置７３が使用不可能と判定され、かつ、凍結状態判定部４５で凍結状態ではないと判定された場合は、圧力測定装置７３（圧力センサ７３３や配管７３１，７３２）に異常があると判定し、判定結果をエンジンコントローラ３０、再生指示部４３、異常通知部４７に出力する。
圧力測定装置７３に異常があると判定された場合、再生指示部４３は適切な再生処理が行えないため、再生処理を禁止する。また、異常通知部４７は、モニタ装置５０に圧力測定装置７３に異常があることを示すコーションを表示する。これにより、オペレータはサービスマンを呼んで、圧力測定装置７３のメンテナンスを依頼できる。
さらに、エンジンコントローラ３０は、再生処理が禁止されており、また、コーション表示を見落としたオペレータに異常を伝えるために、エンジン本体１の出力を所定割合低下させる。

【0047】

また、異常判定部４６は、使用可能判定部４４で圧力測定装置７３が使用不可能と判定され、かつ、凍結状態判定部４５で凍結状態であると判定された場合は、圧力測定装置７３が凍結しているために使用不可能となったと判定し、判定結果を再生指示部４３に出力する。この場合、再生指示部４３は、圧力測定装置７３が凍結しているため、モデル堆積量算出部４２のモデル堆積量ＰＭｂに基づいて再生制御を行う。一方で、モニタ装置５０に圧力測定装置７３が異常であることは報知しない。

【0048】

［異常通知部］
異常通知部４７は、異常判定部４６で異常があると判定した場合、モニタ装置５０に圧力測定装置７３が異常であることを発報し、オペレータに通知する。

【0049】

［異常判定方法］
以下に、図１〜３を用いて説明した排気ガス浄化装置７の異常判定方法を図４に基づいて説明する。
オペレータがディーゼルエンジン１００のキースイッチをＯＮ（オン）にすると、バッテリからの電源にてエンジンコントローラ３０や再生制御部４０が起動する（ステップＳ１）。
すると、再生制御部４０（図１）の差圧堆積量算出部４１は、差圧堆積量ＰＭａを算出する。具体的には、差圧堆積量算出部４１は、エンジンコントローラ３０から排気ガス流量情報である排気質量流量ｍを取得し（ステップＳ２）、この排気質量流量ｍ、ＤＰＦ温度Ｔ、ＤＰＦ上流圧Ｐｕ、およびガス定数Ｒから排気ガス流量Ｖを算出し（ステップＳ３）、圧力測定装置７３から差圧ＤＰを取得する（ステップＳ４）。

【0050】

続いて、使用可能判定部４４は圧力測定装置７３が使用可能であるかを判定する（ステップＳ５）。具体的には、使用可能判定部４４は、排気ガス流量Ｖおよび差圧ＤＰが図３に示すマップ上の堆積レベルＬ１〜Ｌ４で挟まれた領域の値である場合は圧力測定装置７３が使用可能であると判定し（ステップＳ５でＹｅｓ）、堆積レベルＬ１未満の領域Ｒ１や、堆積レベルＬ４を超えた領域Ｒ２内の値である場合は圧力測定装置７３が使用不可能であると判定する（ステップＳ５でＮｏ）。

【0051】

ステップＳ５でＹｅｓと判定された場合、再生制御部４０は通常制御を行う（ステップＳ６）。すなわち、使用可能判定部４４の判定結果は異常判定部４６に出力され、異常判定部４６は圧力測定装置７３が使用可能であることを再生指示部４３に通知する。
再生指示部４３は、圧力測定装置７３が使用可能であるため、圧力測定装置７３で測定された実際の差圧ＤＰに基づいて差圧堆積量算出部４１で差圧堆積量ＰＭａを算出し、差圧堆積量ＰＭａに基づいて再生処理を実行する。以後、再生制御部４０は、ステップＳ２からＳ６の処理を繰り返す。

【0052】

ステップＳ５でＮｏと判定された場合、凍結状態判定部４５は、圧力測定装置７３が凍結状態であるかを判定する（ステップＳ７）。具体的には、凍結状態判定部４５は、大気温度センサ７５で測定された大気温度Ｔａが設定温度Ｔｄ未満であれば、圧力測定装置７３は凍結状態であると判定し（ステップＳ７でＹｅｓ）、大気温度Ｔａが設定温度Ｔｄ以上であれば圧力測定装置７３は凍結状態ではないと判定する（ステップＳ７でＮｏ）。

【0053】

ステップＳ７でＹｅｓと判定された場合、再生制御部４０はモデルによる制御を行う（ステップＳ８）。すなわち、凍結状態判定部４５の判定結果は異常判定部４６に出力され、異常判定部４６は圧力測定装置７３が凍結状態で使用できないことを再生指示部４３に通知する。
再生指示部４３は、圧力測定装置７３が使用不可能であるため、モデル堆積量算出部４２でモデル堆積量ＰＭｂを算出し、モデル堆積量ＰＭｂに基づいて再生処理を実行する。以後、再生制御部４０は、ステップＳ２からＳ８の処理を繰り返す。
ディーゼルエンジン１００の始動から時間が経過すると、排気ガスの熱で圧力測定装置７３も温められ、凍結されていた凝結水が徐々に解凍される。圧力測定装置７３が解凍されて使用可能な状態になると、ステップＳ５でＹｅｓと判定されるため、それ以降は、通常制御（ステップＳ６）を実行することになる。

【0054】

一方、ステップＳ７でＮｏと判定された場合は、圧力測定装置７３が凍結している可能性が低いのにもかかわらず、圧力測定装置７３が使用不可能であることになる。このため、異常判定部４６は、圧力センサ７３３が故障したり、配管７３１，７３２が破損しているために、圧力測定装置７３に異常が発生したと判定する（ステップＳ９）。
すると、異常通知部４７は、モニタ装置５０に異常を報知する（ステップＳ１０）。このため、オペレータはサービスマンを呼んで圧力測定装置７３のメンテナンスを依頼できる。さらに、異常判定部４６は、エンジンコントローラ３０および再生指示部４３に圧力測定装置７３に異常が発生したことを通知する。また、エンジンコントローラ３０は、再生処理が禁止されており、また、コーション表示を見落としたオペレータに異常を伝えるために、エンジン本体１の出力を所定割合低下させる。

【0055】

そして、サービスマンのメンテナンスで、圧力測定装置７３の異常が解消された状態でキーオンされるとステップＳ１、ステップＳ２以降の処理を繰り返し実行する。

【0056】

以上に説明した実施形態によれば、使用可能判定部４４で圧力測定装置７３が使用不可能と判定された場合でも、凍結状態判定部４５で圧力測定装置７３が凍結していると判定した場合は、異常判定部４６は圧力測定装置７３に異常があると判定せず、再生制御部４０はモデル堆積量算出部４２で算出されたモデル堆積量ＰＭｂに基づいて制御を継続する。このため、作業車両の稼働を継続でき、稼働率を良好に維持できる。

【0057】

なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
前記実施形態では、凍結状態判定部４５は、大気温度Ｔａと設定温度Ｔｄとの比較により圧力測定装置７３が凍結しているかを判定していたが、これに限定されない。例えば、図５に示すように、大気温度センサ７５の代わりにディーゼルエンジン１００の始動（キーＯＮ状態を含む）からの経過時間を計測可能なタイマ７６を設け、再生制御部４０Ａの凍結状態判定部４５Ａは、タイマ７６による計測時間Ｈａが設定時間Ｈｄを超えた場合に、圧力測定装置７３は凍結していないと判定してもよい。

【0058】

この変形例の再生制御部４０Ａによる処理を、図６のフローチャートに示す。図６において、前記実施形態の図４のフローチャートと同じ処理には同じ符号を付し、説明を省略する。
図６に示すように、ステップＳ１のキーＯＮ後に、タイマ７６は計測を開始する（ステップＳ１１）。そして、ステップＳ５でＮｏと判定された場合に、凍結状態判定部４５Ａはタイマ７６による計測時間Ｈａが予め設定された設定時間Ｈｄ未満であれば（ステップＳ７ＡでＹｅｓ）、圧力測定装置７３が凍結している可能性があると判定し、モデルによる制御を行う(ステップＳ８)。
一方、凍結状態判定部４５Ａは、タイマ７６による計測時間Ｈａが予め設定された設定時間Ｈｄ以上であれば（ステップＳ７ＡでＮｏ）、圧力測定装置７３が凍結している可能性は低いため、凍結によって異常が発生しているのでは無く、圧力測定装置７３自体に異常があると判定する（ステップＳ９）。
したがって、前記設定時間Ｈｄは、凍結している圧力測定装置７３が排気ガスなどの熱で解凍するに十分な時間、たとえば８時間に設定すればよい。この変形例では、大気温度センサ７５を設けずに凍結状態を判定できるため、大気温度センサ７５を備えていない車両などに容易に適用できる。

【0059】

前記実施形態では、凍結状態の判定に用いられる大気温度Ｔａは、もともと作業車両に用いられていた大気温度センサ７５から得られるものとして説明したが、凍結状態の判定専用に新たに大気温度センサを設け、この大気温度センサから得られる大気温度を用いてもよい。
また、大気温度センサ７５を用いずに、エンジンルーム内の温度を計測する温度センサを設け、この温度センサで測定される温度で圧力測定装置７３の温度を推定して凍結状態を判定してもよい。さらに、圧力測定装置７３の温度、例えば圧力センサ７３３、配管７３１，７３２の温度を直接検出する温度センサを設け、凍結状態判定部４５は、各温度センサの測定温度で圧力測定装置７３の凍結状態を判定してもよい。

【0060】

また、本発明の異常判定を行う圧力測定装置は、圧力測定装置７３に限らない。例えば、出口圧センサ７３４の異常判定に利用してもよいし、ＤＰＦ７２の下流側に選択還元触媒（Selective Catalytic Reduction（ＳＣＲ））を配置した場合には、ＳＣＲに設けられる圧力測定装置の異常判定に利用してもよい。すなわち、本発明は、排気ガス浄化装置に用いられる圧力測定装置の異常を判定する場合に利用できる。

【0061】

本発明は、油圧ショベル、ホイールローダ、オフロードダンプトラック等の建設機械を含む作業車両に利用できる他、定置式の発電機などにも利用できる。

【符号の説明】

【0062】

１…エンジン本体、４０、４０Ａ…再生制御部、４１…差圧堆積量算出部、４２…モデル堆積量算出部、４３…再生指示部、４４…使用可能判定部、４５、４５Ａ…凍結状態判定部、４６…異常判定部、４７…異常通知部、５０…モニタ装置、７０…ドージング燃料供給装置、７１…ＤＯＣ、７２…ＤＰＦ、７２Ａ…ＣＳＦ、７３…圧力測定装置、７４…排気ガス温度センサ、７５…大気温度センサ、７６…タイマ、１００…ディーゼルエンジン、７３１，７３２…配管、７３３…圧力センサ、７３４…出口圧センサ、７３５…大気圧センサ。

【要約】

フィルタ装置（７２）と圧力測定装置（７３）を有する排気ガス浄化装置（７）の異常判定装置（４０）は、圧力測定装置（７３）で測定した圧力および排気ガス流量に基づいて圧力測定装置（７３）が使用可能であるかを判定する使用可能判定部（４４）と、圧力測定装置（７３）が凍結しているかを判定する凍結状態判定部（４５）と、使用可能判定部（４４）により圧力測定装置（７３）が使用不可能であると判定され、かつ、凍結状態判定部（４５）により圧力測定装置（７３）が凍結していないと判定された場合に、圧力測定装置（７３）に異常があると判定する異常判定部（４６）とを備える。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】