CN1701165A - 风扇旋转速度控制方法 - Google Patents

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CN1701165A CNA2004800007876A CN200480000787A CN1701165A CN 1701165 A CN1701165 A CN 1701165A CN A2004800007876 A CNA2004800007876 A CN A2004800007876A CN 200480000787 A CN200480000787 A CN 200480000787A CN 1701165 A CN1701165 A CN 1701165A
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丰浦信海
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Abstract

本发明提供一种风扇转速控制方法，通过控制泵·马达系统(19)来控制由风扇用马达(15)驱动旋转的用于冷却被冷却流体的冷却风扇(17)的风扇转速，在该泵·马达系统(19)中，由被发动机(11)驱动的风扇用泵(13)所供给的动作流体来驱动风扇用马达(15)旋转，起动发动机时，控制泵·马达系统(19)，使风扇转速从风扇最低转速(Nmin)开始(步骤1)；将该风扇最低转速(Nmin)至少维持数秒(步骤2)；经过了至少数秒后，使风扇转速从风扇最低转速(Nmin)逐渐增加(步骤3)；控制泵·马达系统(19)，使经过至少数秒之后，转换到风扇目标转速(Ntf)(步骤4)。由此，可以防止发生将会导致泵·马达系统(19)损坏的峰值压和压力振荡。

Description

风扇旋转速度控制方法
技术领域
本发明涉及对用于冷却被冷却流体的冷却风扇的风扇旋转速度进行控制的风扇旋转速度控制方法。
以下，将旋转速度即单位时间转速简称为“转速”。
背景技术
存在一种对利用由发动机驱动的风扇用泵所供给的动作油而使风扇用马达动作的泵·马达系统进行控制，并对利用风扇用马达旋转的冷却风扇的风扇转速进行控制的风扇转速控制方法，其利用温度检测传感器检测被冷却流体的温度，根据该被冷却流体的检测温度，决定用于冷却被冷却流体的冷却风扇的风扇目标转速(例如，参照专利第3295650号公报)。
该专利第3295650号公报中记载的风扇转速控制方法的特征在于风扇目标转速的决定方法，一旦决定了风扇目标转速，则如图7的中段所示，与发动机起动时的风扇目标转速或最大转速对应的控制信号、即泵容量指令电流，被阶跃输入给对风扇用泵的容量可变单元进行控制的电磁比例阀等电油转换阀。
即，风扇目标转速的指示值可以进行从风扇最低转速到最大转速的指示，但是，根据专利第3295650号公报中记载的方法，由于根据目标温度决定风扇目标转速，所以，该转速的指示范围是在风扇最低转速(例如300rpm)至最大转速(例如873rpm)之间，根据来自温度检测传感器的检测温度信息，如果风扇目标转速被指示成873rpm，则由于最初起动时是风扇最低转速，所以转速瞬时从300rpm跳至873rpm。图7的中段示出了阶跃输入风扇用泵的容量指令电流值。
这样，在以往的方法中，由于利用阶跃输入来指示与发动机起动时的风扇目标转速或最大转速对应的控制信号，所以，从风扇用泵向风扇用马达的泵·马达系统施加大的负荷，泵·马达系统产生峰值压和压力振荡，有可能造成损坏。
例如，如图7的上段所示的与风扇用泵和风扇用马达的压力有关的计测数据也具有的那样，风扇用泵的泵排出压(或者风扇用马达的马达入口压)产生峰值压，或者由于风扇用马达的马达入口压和马达出口压的压差大而使马达出口压产生压力振荡，从而，从风扇用泵经过配管至风扇用马达的泵·马达系统有可能产生损坏。在该情况下，如图7的下段所示，风扇转速也产生振荡。
发明内容
本发明就是鉴于以上问题点而做出的，其目的在于提供一种对利用由发动机驱动的风扇用泵所供给的动作流体而使风扇用马达动作的泵·马达系统进行控制，并对由风扇用马达驱动旋转的冷却风扇的风扇转速进行控制的风扇转速控制方法，其能够防止关系到泵·马达系统的损坏的峰值压和压力振荡。
本发明的风扇旋转速度控制方法，通过控制泵·马达系统来控制由风扇用马达驱动旋转的用于冷却被冷却流体的冷却风扇的风扇转速，在该泵·马达系统中，由被发动机驱动的风扇用泵所供给的动作流体驱动风扇用马达旋转，其特征在于，检测被冷却流体的温度；根据该被冷却流体的检测温度来决定用于冷却被冷却流体的冷却风扇的风扇目标转速；在发动机起动时，控制对泵·马达系统，使风扇转速从风扇最低转速开始；控制泵·马达系统，使风扇转速从风扇最低转速逐渐增加，直到转换为风扇目标转速为止。并且，通过发动机起动时，对泵·马达系统进行控制，使风扇转速从风扇最低转速开始，并且使风扇转速从风扇最低转速逐渐增加，直到转换为风扇目标转速为止，可以防止与发动机起动时根据被冷却流体的检测温度所决定的风扇目标转速对应的控制信号阶跃输入到泵·马达系统中，所以，可以减轻作用在风扇用泵和风扇用马达上的负荷，并可防止产生风扇用泵和风扇用马达之间的峰值压，同时，可以防止产生基于风扇用泵的泵排出压、即风扇用马达的马达入口压和马达出口压的压差的压力振荡，并可防止风扇用马达的损坏，同时，可以防止风扇转速的振荡。
另外，本发明的风扇旋转速度控制方法的特征在于，在上述风扇旋转速度控制方法中，把发动机起动时的风扇最低转速维持一定时间。并且，通过维持一定时间的发动机起动时的风扇最低转速，可以避免发动机负荷的变动，并可实现发动机起动时的发动机转速的提前稳定化。
附图说明
图1是表示本发明的风扇转速控制方法的一实施方式的流程图。
图2是表示上述控制方法的转速增加的曲线图。
图3是表示上述控制方法的压力、电流、转速的变化的曲线图。
图4是表示实施上述控制方法的风扇转速控制装置的方框图。
图5是表示利用上述控制装置的控制器，根据被冷却流体的检测温度，对风扇转速进行控制的算法的方框图。
图6是表示上述控制器中的PI控制器的结构的方框图。
图7是表示以往的风扇转速控制方法中的压力、电流、转速的变化的曲线图。
具体实施方式
以下，参照图1至图6所示的实施例对本发明进行说明。
图4表示风扇转速控制装置的概要，安装在油压挖掘机等建筑机械的车辆上的发动机11具有用于压送供给动作油的作业用主泵12和风扇用泵13，该发动机11同时驱动该主泵12和风扇用泵13。另外，油压挖掘机在具备履带等行使系统的下部行使体上设置有通过旋转系统可以旋转的上部旋转体，该上部旋转体上设置有作业机系统。该作业机系统具备吊杆、臂、抓斗、以及使它们动作的油压缸。
主泵12向上述车辆所装备的行使系统的油压马达、旋转系统的油压马达、作业机系统的油压缸等各种油压致动器供给作为动作流体的动作油。
风扇用泵13利用作为向配管14排出的动作流体的动作油来使风扇用马达15动作。该风扇用马达15与冷却风扇17一体地安装在其旋转轴16上，以使该冷却风扇17转动。
风扇用泵13是可变容量型泵，具备将输入信号作为电信号、将输出信号作为油压信号的电磁比例阀等电油转换阀18，利用从该电油转换阀18输出的油压信号可以对风扇用泵13的泵排出流量进行可变控制，可对风扇用马达15的转速进行可变控制。
将从电油转换阀18所进行的容量可变控制的可变容量型的风扇用泵13开始经配管14至风扇用马达15的油压回路作为通过由风扇用泵13供给的动作油流量对风扇用马达15的风扇转速进行控制的泵·马达系统19。
在与冷却风扇17相对置的位置上依次配置有进气冷却器21、油冷却器22、以及散热器23等，进气冷却器21上配置有进气配管24；油冷却器22上配置有动作油配管25；散热器23上配置有冷却剂配管26。
进气配管24上设置有用于检测作为被冷却流体的进气温度的进气温度检测传感器27；动作油配管25上设置有用于检测作为被冷却流体的油压回路的动作油温度的动作油温度检测传感器28；冷却剂配管26上设置有用于检测作为被冷却流体的冷却剂(冷却水)温度的冷却剂温度检测传感器29，这些温度传感器27、28、29经过各自的输入信号线31、32、33与控制器34的信号输入部连接。
另外，该控制器34的信号输出部经过输出信号线35与上述电油转换阀18的信号输入部连接。
而且，该控制器34对各种温度检测传感器27、28、29所检测出的温度信息信号进行运算处理，利用来自该控制器34的输出信号，经过电油转换阀18，对风扇用泵13的泵排出流量进行可变控制，由此，对风扇用马达15的转速进行可变控制，并对冷却风扇17的风扇转速进行可变控制，以使温度检测传感器27、28、29所检测的进气、动作油、以及冷却剂的各被冷却流体的检测温度达到预先设定的目标温度，对各被冷却流体进行适当地冷却，使其不过热。
这样，控制器34具有如下功能：对风扇转速进行可变控制，以使被冷却风扇17冷却的被冷却流体的检测温度达到目标温度，同时，通过降低冷却风扇17的风扇转速，间接地使主泵12的输出上升。
即，利用发动机11和主泵12同时被驱动的风扇用泵13所排出的动作油使风扇用马达15动作，通过该风扇用马达15，使冷却风扇17转动，但是，控制器34通过控制风扇用泵13使该冷却风扇17的风扇转速降低，从而使风扇用泵13和风扇用马达15所浪费的风扇驱动马力下降，相应地，也可以使主泵12的输出相对地上升。
接下来，如图5所示，控制器34具有根据各被冷却流体的检测温度决定风扇目标转数的算法。
在该图5中，将预先设定的进气目标温度Tti、由进气温度检测传感器27检测的进气检测温度Tmi、预先设定的动作油目标温度Tto、由动作油温度检测传感器28检测的动作油检测温度Tmo、预先设定的冷却剂目标温度Ttc、由冷却剂温度检测传感器29检测的冷却剂检测温度Tmc的各信号输入给各自的比例积分控制器(以下，将这些比例积分控制器称为“PI控制器37、38、39”)。
由于这些PI控制器37、38、39根据进气、动作油、以及冷却剂的各被冷却流体的发热量和周围温度，对每种被冷却流体分别决定被调整的多个风扇目标转速，因此从这些PI控制器37、38、39输出的进气用风扇目标转速Nti、动作油用风扇目标转速Nto、以及冷却剂用风扇目标转速Ntc的各信号分别利用具有饱和特性的限制器42、43、44来设定上限和下限。
经过这些限制器42、43、44的进气用风扇目标转速Nti’、动作油用风扇目标转速Nto’、以及冷却剂用风扇目标转速Ntc’被输入给综合目标转速决定器45，利用该综合目标转速决定器45，通过多个风扇目标转速Nti’、Nto’、Ntc’运算并决定一个综合目标转速Ntt。
例如，该综合目标转速决定器45将各个被冷却流体的风扇目标转速Nti’、Nto’、Ntc’平方，然后将它们相加，求出其平方根，由此，计算出综合目标转速Ntt。即，
Ntt＝{∑(被冷却流体n的风扇目标转速)2}1/2
或者，Ntt＝{(Nti’)2+(Nto’)2+(Ntc’)2}1/2
该综合目标转速Ntt经过利用饱和特性而设定了下限和上限的限制器46，变成了最终的风扇目标转速Ntf。
图6是表示与上述动作油温度有关的PI控制器38的详细内容的图。
在该图6中，动作油目标温度Tto和动作油检测温度Tmo被导入到用于计算它们的误差的比较器51中，将从该比较器51输出的误差信号乘以增益52之后，通过具有设定了下限和上限的饱和特性的限制器53进行限制处理后的信号值，与将上述误差信号乘以增益54，并通过积分器55积分处理，然后通过限制器56限制处理后的信号值，以及与期望的风扇转速Nef通过利用加法器57进行加法运算，来决定上述动作油用风扇目标转速Nto。
同样，对进气目标温度Tti和进气检测温度Tmi利用PI控制器37进行处理，以决定上述进气用风扇目标转速Nti，另外，对冷却剂目标温度Ttc和冷却剂检测温度Tmc利用PI控制器39进行处理，以决定上述冷却剂用风扇目标转速Ntc。
接着，上述控制器34对利用从发动机11所驱动的风扇用泵13中供给的动作油使风扇用马达15动作的泵·马达系统19的电油转换阀18进行控制，并对通过风扇用马达15而旋转的冷却风扇17的风扇转速进行控制，其虽然根据温度检测传感器27、28、29所检测出的进气、动作油、以及冷却剂的各被冷却流体的检测温度来决定冷却风扇17的风扇目标转速Ntf，但是却进行如下控制：该风扇目标转速Ntf不与发动机起动同时输出，而是经过一段时间才到达该目标转速Ntf。
即，如图1的流程图所示，上述控制器34在发动机起动时，对泵·马达系统19的电油转换阀18进行控制，以使风扇转速从风扇最低转速Nmin开始(步骤1)，将该风扇最低转速Nmin至少维持数秒(步骤2)，经过至少数秒之后，将风扇转速从风扇最低转速Nmin逐渐增加(步骤3)，进入到增加控制之后，在至少经过了数秒以后，对泵·马达系统10的电油转换阀18进行控制，将风扇转速转换到风扇目标转速Ntf(步骤4)。
并且，如图2所示，作为发动机起动时的风扇转速，上述控制器34将风扇最低转速Nmin从发动机起动时开始维持所设定的一定时间T1、例如10秒，再经过所设定的一定时间T2、例如10秒，以一定的倾斜度将风扇转速从风扇最低转速Nmin逐渐增加到风扇目标转速Ntf。这些一定时间T1、T2可以是固定的时间，但也可以利用软件上的设定变更进行简单地可变调整。
接下来，按照顺序对该风扇旋转控制方法进行说明。
(1)利用温度传感器27、28、29分别对发动机11的进气、动作油、和冷却剂(冷却水)的温度进行检测。
(2)利用PI控制器37、38、39的比较器51来计算分别设定在控制器34的内部的各被冷却流体的目标温度和各温度检测传感器27、28、29所检测出的各被冷却流体的检测温度的差，利用增益52、54、以及积分器55对该差进行比例积分控制。
(3)通过该PI控制，对应各个被冷却流体，决定风扇目标转速Nti、Nto、Ntc，另外，经过限制器42、43、44，决定风扇目标转速Nti’、Nto’、Ntc’。
(4)通过综合目标转速决定器45，用这些多个风扇目标转速Nti’、Nto’、Ntc’决定一个综合目标转速Ntt。例如，使用综合目标转速Ntt＝{∑(被冷却流体n的风扇目标转速)2}1/2来运算。
并且，综合目标转速Ntt经过限制器46可以最终决定风扇目标转速Ntf。
(5)这样，即使决定了风扇目标转速Ntf，在发动机起动时，也不能将冷却风扇17的风扇转速控制成风扇目标转速Ntf，通常，从风扇最低转速Mmin开始风扇转速控制，为了能够得到该风扇最低转速Nmin，控制器34通过驱动电磁比例阀等电油转换阀18来控制风扇用泵13的泵吞吐量，由此，控制风扇用马达15的马达转速，将冷却风扇17的风扇转速控制成风扇最低转速Nmin。
(6)该风扇最低转速Nmin被控制成至少维持数秒、例如10秒。由此，减轻了风扇用泵13和风扇用马达15的负荷。维持该风扇最低转速Nmin的时间可以固定成一定的时间，但也可以通过在软件上的设定变更而简单地进行变更。
(7)该风扇最低转速Nmin维持例如10秒之后，对风扇转速进行增速控制，使其经过至少数秒、例如10秒转换成风扇目标转速Ntf。转换成该风扇目标转速Ntf的时间可以固定成一定的时间，但也可以通过在软件上的设定变更而简单地进行变更。
此时，为了得到该风扇目标转速Ntf，使从控制器34输出给电油转换阀18的指令电流值逐渐变化，对风扇用泵13的泵吞吐量进行增量控制，对风扇用马达15的马达转速进行增速控制，将冷却风扇17的风扇转速控制成风扇目标转速Ntf。
(8)为了使各被冷却流体的检测温度达到各自的目标温度，返回到上述(2)，继续进行反馈控制。
即、如图5和图6所示，为了使各被冷却流体的检测温度到达目标温度，根据温度检测传感器27、28、29检测出的进气、动作油、以及冷却剂的各被冷却流体的温度信息，利用通过包含比较器51等的PI控制器37、38、39、以及限制器46等所得到的风扇目标转速Ntf，对冷却风扇17的风扇转速进行控制。
总之，进气、动作油、以及冷却剂中的任意一种被冷却流体的检测温度比它们的目标温度高时，为了根据该温度误差，使风扇目标转速Ntf上升，从而得到更强的冷却效果，通常或者定期地将由温度检测传感器27、28、29检测出的温度信息反馈给风扇转速，而不需使用转速传感器就可以控制风扇转速。
此时，在各个被冷却流体的发热量增加的情况下，要想使温度检测传感器27、28、29所检测出的检测温度达到预先设定的目标温度，必须运行PI控制器37、38、39，以达到更高的转速。
例如，在动作油的目标温度为60℃，检测温度为61℃时，开始增加冷却风扇17的风扇转速，以使检测温度变为60℃。如果发热量少，则即使上升少量的风扇转速，也能使动作油温度返回到60℃，但是，如果发热量大，则上升少量的风扇转速，动作油温度仍继续上升，同时，风扇转速也上升。经过一段时间后，当风扇转速变得很高时，动作油温度开始下降，如果达到了目标温度，则停止风扇转速的增加。
另外，即使目标温度和发热量的条件相同，当周围温度提高时，冷却风扇17也同样变成高的风扇转速。
这样，根据各个被冷却流体的发热量和周围温度来调整风扇转速的值不同。换言之，在进行控制时，不用针对每个温度而决定的风扇转速的对应表。
如上所述，该风扇转速控制方法对于用图5和图6所示的算法算出的风扇目标转速Ntf，如图1和图2所示，将风扇最低转速Nmin维持发动机起动后的所设定的一定时间T1(例如10秒)，经过该一定时间T1后，经过所设定的一定时间T2(例如10秒)，以在时间上成比例的方式，使风扇转速逐渐从风扇最低转速Nmin上升到风扇目标转速Ntf。
即、发动机起动时，对于泵·马达系统19的电油转换阀18，如图3的中段中的T1所示，通过供给一定的泵容量指令电流，不是将风扇转速控制成利用运算所决定的风扇目标转速Ntf，而是通常从风扇最低转速Nmin开始风扇转速控制，另外，由于将风扇最低转速Nmin维持至少数秒，因此，可以减轻风扇用泵13和风扇用马达15的负载，同时，通过将发动机起动时的风扇最低转速Nmin维持一定时间，可以避免发动机负载的变动，实现发动机起动时的发动机转速的提前稳定化。
另外，发动机起动之后，对于泵·马达系统19的电油转换阀18，如图3的中段中的T2所示，为了通过供给与时间成比例而逐渐变化的泵容量指令电流，使风扇转速从风扇最低转速Nmin逐渐增加到风扇目标转速Ntf，至少花费数秒来渐渐转换风扇转速，由此，可防止将与根据发动机起动时被冷却流体的检测温度而决定的风扇目标转速Ntf对应的控制信号阶跃输入给泵·马达系统19，因此，如图3的上段所示，可防止在风扇用泵13和风扇用马达15间产生峰值压，并且可防止风扇用泵13、风扇用马达15、以及泵·马达间的配管14的损坏，同时，通过减少风扇用泵13的泵排出压、即风扇用马达15的马达入口压和马达出口压的压差，可以防止发生马达出口压的压力振荡，并可以使马达出口压平稳地上升，因此，能够防止风扇用马达15的损坏。
另外，如图3的下段所示，也可以防止发生风扇转速的振荡。
另外，由于动作油不会急剧地变动，所以，可以防止从风扇用泵13和风扇用马达15中产生动作油的异音。由于风扇转速不会急剧地变动，来自风扇的声音为自然的上升，可以防止发生对于操作员来说是妨碍听力的风扇音。利用峰值压可以防止发生冷却风扇17不旋转这样的故障的发生。
而且，由于可以用与通过软件来实现的电油转换阀(即电磁比例阀)18相对应的电流指示很容易地实现本控制方法，所以，可以防止在风扇用泵13和风扇用马达15间设置释放阀等、利用油压成分来防止峰值压的情况下的成本增加。
本发明不仅在油压挖掘机等的建筑机械上可以使用，在通过控制泵·马达系统来对冷却风扇的风扇转速进行控制的其他作业机械上也可以使用。

Claims (2)

1、一种风扇旋转速度控制方法，通过控制泵·马达系统来控制由风扇用马达驱动旋转的用于冷却被冷却流体的冷却风扇的风扇转速，在该泵·马达系统中，由被发动机驱动的风扇用泵所供给的动作流体驱动风扇用马达旋转，其特征在于，
检测被冷却流体的温度；
根据该被冷却流体的检测温度来决定用于冷却被冷却流体的冷却风扇的风扇目标转速；
在发动机起动时，控制对泵·马达系统，使风扇转速从风扇最低转速开始；
控制泵·马达系统，使风扇转速从风扇最低转速逐渐增加，直到转换为风扇目标转速为止。
2、根据权利要求1所述的风扇旋转速度控制方法，其特征在于，
把发动机起动时的风扇最低转速维持一定的时间。
CNA2004800007876A 2003-08-29 2004-03-18 风扇旋转速度控制方法 Pending CN1701165A (zh)

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PB01 Publication
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication

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