JP2001182535A - 油圧駆動冷却ファン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷却水温度、作動油温度及びエンジン回転数
に応じて冷却ファンの回転数を連続的に制御することに
より最適な冷却効率が得られる油圧駆動冷却ファンの制
御装置を提供する。 【解決手段】 冷却ファン(13)と、冷却ファン(13)を駆
動する油圧モータ(16)と、油圧モータ(16)の回転数を制
御可能な可変容量型油圧ポンプ(14)と、冷却水温度セン
サ(21)と、作動油温度センサ(22)と、エンジン回転数セ
ンサ(23)と、これらのセンサ(21,22,23)の検出信号を入
力し、冷却水温度(Tw)、作動油温度(To)及びエンジン回
転数(E) に応じて可変容量型油圧ポンプ(14)の吐出容量
指令値を演算して出力し、可変容量型油圧ポンプ(14)に
より冷却ファン(13)の回転数(N) を連続的に制御するコ
ントローラ(20)とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ブルドーザ、油圧
ショベル、ホイールローダ等の建設機械の油圧駆動冷却
ファンに係り、特に、可変容量型油圧ポンプにより冷却
ファンの回転数を連続的に制御して冷却効率の向上を図
った油圧駆動冷却ファンに関する。

【０００２】

【従来の技術】建設機械のエンジン及び油圧機器系統の
冷却には、一般にエンジンによりベルト駆動される冷却
ファンによって冷却風を得ているタイプのものが多い。
しかし、このタイプの場合は、冷却ファンの回転数はエ
ンジンの回転数に比例するので、エンジン始動直後など
の、エンジン冷却水及び作動油等の温度が機械稼働に適
した暖気温度に達していない時にも冷却風をラジエータ
及びオイルクーラに送ることになり、よって冷却水、作
動油が過冷却になったり、また暖気運転に余計な時間が
かかったりしている。

【０００３】この問題を解決する先行技術として、エン
ジン回転から独立して回転数制御される電動モータ又は
油圧モータによって冷却ファンを駆動するタイプのもの
が考案されている。このタイプの冷却ファン駆動を適用
した建設機械の冷却装置の先行技術としては、例えば特
開平１０−６８１４２号公報に開示されたものがあり、
図１３は同公報に記載された冷却装置の回路図を示して
いる。同図において、エンジン４１に対してラジエータ
４２ａ及びオイルクーラ４２ｂを別置きで配置し、これ
らを冷却ファン４５によって冷却する。オイルクーラ４
２ｂは、冷却ファン４５の逆転時に生ずる空気流にとっ
てラジエータ４２ａよりも下流に設置されている。冷却
ファン４５は、ファン駆動回路４６の電磁切換弁４７に
より制御された油圧モータ４８によって停止、正転又は
逆転に駆動される。電磁切換弁４７は、外気温度センサ
５１，冷却水温度センサ５２及び作動油温度センサ５３
を有する制御装置５０により自動的に切り換えられる。
制御装置５０は、エンジン始動時に、外気温度、冷却水
温度及び作動油温度がともに設定温度よりも低い場合
は、エンジンが始動しても冷却ファンの回転を停止した
ままの状態とし、冷却水温度が設定温度以上に上昇し、
かつ作動油温度が設定温度より低い場合は、冷却ファン
４５を逆転させることにより、ラジエータ４２ａを通過
した温風でオイルクーラ４２ｂ内の作動油を暖めるとと
もに、ラジエータ４２ａなどに詰まったゴミを逆風によ
り除去する。さらに、冷却水温度及び作動油温度がとも
に設定温度以上になった場合は、冷却ファンを正転させ
て、冷却水及び作動油をともに冷却するようにしてい
る。これにより、油圧機器の暖機運転時間の短縮化と、
ラジエータ４２ａ及びオイルクーラ４２ｂに詰まったゴ
ミの除去による冷却効率の向上とを図ることができると
記載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記特
開平１０−６８１４２号公報に開示された技術では、以
下のような問題が生じている。冷却水温度、作動油温度
及び外気温度に応じて、冷却ファン４５の正転、停止及
び逆転を制御しているが、これらがＯＮ−ＯＦＦ制御で
あるため、きめ細かな制御ができず、最適な冷却効率が
得られていない。また、冷却ファン４５はエンジン４１
の負荷に応じた制御が行われていないため、エンジン４
１の負荷が変動すると冷却ファン４５の回転数も変動
し、よって冷却水温度、作動油温度及び外気温度に応じ
た最適な効率での冷却ができないという問題がある。

【０００５】本発明は上記従来の問題点に着目し、冷却
水温度、作動油温度及びエンジン回転数に応じて冷却フ
ァンの回転数を連続的に制御することにより最適な冷却
効率が得られる油圧駆動冷却ファンの制御装置を提供す
ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段及び作用効果】上記目的を
達成するために、本発明に係る油圧駆動冷却ファンの制
御装置の第１発明は、エンジンの冷却水を冷却するラジ
エータ、及び油圧装置の作動油を冷却するオイルクーラ
を冷却ファンにより強制冷却する冷却装置をエンジンか
ら独立して設けた油圧駆動冷却ファンの制御装置におい
て、冷却ファンと、冷却ファンを駆動する油圧モータ
と、油圧モータの回転数を制御可能な可変容量型油圧ポ
ンプと、冷却水温度を検出する冷却水温度センサと、作
動油温度を検出する作動油温度センサと、エンジン回転
数を検出するエンジン回転数センサと、これらのセンサ
の検出信号を入力し、冷却水温度、作動油温度及びエン
ジン回転数に応じて可変容量型油圧ポンプの吐出容量指
令値を演算して出力し、可変容量型油圧ポンプにより冷
却ファンの回転数を連続的に制御するコントローラとを
備えた構成としている。

【０００７】第１発明によれば、冷却水温度、作動油温
度及びエンジン回転数に応じて、可変容量型油圧ポンプ
により冷却ファン回転数は連続的に制御されるので、エ
ンジンの回転変動に影響されることなく、冷却ファン回
転数は急激な変化を伴わないでスムーズに制御される。
したがって、冷却水温度及び作動油温度をきめ細かく制
御できるので、最適な冷却効率を得ることができる。

【０００８】第２発明は、第１発明の構成において、コ
ントローラは、所定のエンジン回転数以上のときに、エ
ンジン回転数の変化にかかわらず冷却ファン回転数の上
限を所定回転数に制御する構成としている。

【０００９】第２発明によれば、冷却ファン回転数の上
限は、所定のエンジン回転数以上のときに、エンジン回
転数の変化にかかわらず所定回転数に制御される。した
がって、エンジン負荷が大きくなりエンジン回転数が低
下しても、冷却ファンの回転数は略一定であるので冷却
能力は低下せず、またエンジン負荷が小さくなりエンジ
ン回転数が上昇しても、冷却ファンの回転数は略一定な
ので、過冷却もなく不必要なエネルギの消費がなく、こ
の結果効率的な冷却が可能となる。さらにまた、一般的
に冷却ファンはある回転数域より回転数が大きくなる
と、急激に発生音が大きくなる一方で、ファン駆動エネ
ルギの増大に見合う冷却能力の増加が見られなくなる。
第２発明の構成によると、そのような過剰な高速でのフ
ァン回転を避けることができるので、冷却ファンの騒音
低減及びファン駆動エネルギの観点からの効率的な冷却
が可能である。また、冷却ファンの破損防止にも役立
つ。

【００１０】第３発明は、第２発明の構成において、前
記冷却ファン回転数の上限は、冷却水温度及び作動油温
度に応じて設定されるものである。

【００１１】第３発明によれば、冷却ファン回転数の上
限は、冷却水温度及び作動油温度に応じて設定されるの
で、冷却ファンはエンジン回転数の変化にかかわらず、
冷却水温度及び作動油温度に基づいて略一定の回転数で
駆動される。したがって、冷却不足になったり、過冷却
になったりせず、効率的な冷却が可能となる。

【００１２】第４発明は、第１発明の構成において、コ
ントローラは、冷却水温度及び作動油温度が所定低温度
以下の時に、冷却ファン回転数を所定低速回転数に制御
する構成としている。

【００１３】第４発明によれば、冷却ファン回転数は、
冷却水温度及び作動油温度が所定低温度以下の時、冷却
能力の無い程度の所定低速回転数に制御されるので、低
温度時においては作動油が常にごく少量オイルクーラに
循環されるため、作動油の温度の過冷却を防止できる。
また、冷却ファン用ポンプが少量の作動油を吐出し循環
させるため、このポンプのオーバヒートや焼付きを防止
することができる。

【００１４】第５発明は、エンジンの冷却水を冷却する
ラジエータ、及び油圧装置の作動油を冷却するオイルク
ーラを冷却ファンにより強制冷却する冷却装置をエンジ
ンから独立して設けた油圧駆動冷却ファンの制御装置に
おいて、冷却ファンと、冷却ファンを駆動する油圧モー
タと、油圧モータの回転数を制御可能な可変容量型油圧
ポンプと、冷却ファンの上限回転数を設定する制限スイ
ッチと、制限スイッチの信号を入力し、この入力信号が
制限信号のときに可変容量型油圧ポンプの吐出容量を所
定値以下に制限する指令値を出力し、冷却ファンの回転
数を所定の制限回転数以下に制御するコントローラとを
備えた構成としている。

【００１５】第５発明によれば、制限スイッチにより冷
却ファンの回転数を所定の制限回転数以下に制御するこ
とができるので、市街地などで稼働する場合には冷却フ
ァンの上限回転数を臨機応変に下げることが可能とな
る。これにより、作業現場の要求度に応じて騒音を低減
し、騒音規制に容易に対応できる。また、制限スイッチ
により冷却ファンへのエンジン出力を制限することがで
きるので、エンジン負荷に応じてエンジン出力を車体及
び作業機に有効に活用することができる。

【００１６】第６発明は、エンジンの冷却水を冷却する
ラジエータ、及び油圧装置の作動油を冷却するオイルク
ーラを冷却ファンにより強制冷却する冷却装置をエンジ
ンから独立して設けた油圧駆動冷却ファンの制御装置で
あって、冷却ファンと、この冷却ファンを駆動する油圧
モータと、油圧モータを駆動する油圧ポンプと、冷却水
温度を検出する冷却水温度センサと、作動油温度を検出
する作動油温度センサと、エンジン回転数を検出するエ
ンジン回転数センサと、これらのセンサの検出信号を入
力し、その入力値から冷却ファンの回転数の上限値を演
算して、その上限値により冷却ファンの回転数を制御す
るコントローラとを備えた構成としている。

【００１７】第６発明によれば、冷却水温度、作動油温
度及びエンジン回転数に応じて冷却ファンの回転数の上
限値が設定され、この上限値により油圧モータを介して
冷却ファン回転数は制御されるので、エンジンの回転変
動に影響されることなく、かつ冷却ファン回転数が急激
な変化を伴わずに連続的に制御される。したがって、冷
却水温度及び作動油温度をきめ細かく制御できるので、
最適な冷却効率を得ることができる。さらに、冷却ファ
ン回転数の上限は、冷却水温度及び作動油温度に応じて
設定されるので、冷却ファンはエンジン回転数の変化に
かかわらず、冷却水温度及び作動油温度に基づいて略一
定の回転数で駆動される。したがって、冷却不足になっ
たり、過冷却になったりせず、効率的な冷却が可能とな
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に、実施形態について図面を
参照して詳細に説明する。先ず、本発明が適用される建
設機械例としてブルドーザ１の概略を図１１により説明
する。図１はブルドーザ１の側面図であり、図２は同ブ
ルドーザ１の冷却ファン近傍の上面図である。図１に示
すように、ブルドーザ１は下部に走行自在な下部走行体
２を備え、下部走行体２の上部には車体３を備えてい
る。車体３の前部に設けられたエンジンルームにはエン
ジン４及び後述するようにラジエータ１２及び冷却ファ
ン１３等を含む冷却装置１０が搭載されており、車体３
の中央後部寄りには運転室６が配設されている。また、
車体３の前方及び後方には作業機として、ブレード７及
びリッパー８がそれぞれ装着され、それぞれ油圧シリン
ダ７ａ，８ａ等により上下動自在となっている。また、
これらの油圧シリンダ７ａ，８ａ等は図示しない油圧装
置からの圧油によって駆動されている。図２に詳細に示
すように、冷却装置１０は、エンジン４の前方に配置さ
れ、エンジン４の冷却水を冷却するラジエータ１１と、
前記図示しない油圧装置の作動油を冷却するオイルクー
ラ１２と、エンジン４の回転から独立して駆動され、こ
れらのラジエータ１１及びオイルクーラ１２に冷却風を
送る冷却ファン１３とを有している。

【００１９】次に、冷却ファン１３の駆動システムにつ
いて、図３により説明する。図３は冷却ファン制御装置
の回路図である。図３に示すように、エンジン４は可変
容量型の油圧ポンプ１４，３１を駆動している。油圧ポ
ンプ１４から吐出された圧油は管路１４ａを経由して電
磁切換弁１５の入力ポートに流入し、電磁切換弁１５に
より固定容量型の油圧モータ１６に供給される。油圧モ
ータ１６の出力回転軸には、冷却ファン１３が回転自在
に取着されている。油圧モータ１６からの戻り油は、電
磁切換弁１５、管路１５ａ及び管路３２ａを経由してオ
イルクーラ１２に入り、オイルクーラ１２で冷却されて
管路１２ａを通って作動油タンク１７へ戻る循環回路を
形成している。また、管路１４ａと管路１５ａの間に
は、油圧ポンプ１４及び油圧モータ１６の停止時に慣性
で回転する油圧モータ１６の油を循環させるチェック弁
１８が接続されている。

【００２０】作動油タンク１７には作動油の温度を検出
する作動油温度センサ２２が設けられており、その検出
温度信号はコントローラ２０に入力されている。油圧ポ
ンプ１４は、サーボ弁１４ｂの作動により出力容量が制
御されて吐出量を変化させる。この可変吐出量により、
冷却ファン１３の回転数が制御されている。電磁比例弁
１４ｃは、後述する作業機回路の減圧弁３５からのコン
トロール圧ｐ１を受け、コントローラ２０からの指令電
流値Ｉ１に応じたパイロット圧をサーボ弁１４ｂに出力
し、サーボ弁１４ｂはこのパイロット圧に基づいて油圧
ポンプ１４の傾転角を制御するようになっている。電磁
切換弁１５は２位置弁で、コントローラ２０からの電流
指令信号Ｉ２によりＡ位置、Ｂ位置に切り換わって出力
流量及びその方向を制御し、油圧モータ１６即ち冷却フ
ァン１３を正転及び逆転に制御している。

【００２１】図１に示した作業機（ここでは代表として
ブレード７とする）用として、エンジン４により可変容
量型の油圧ポンプ３１が駆動されている。油圧ポンプ３
１から吐出された圧油は管路３１ａを経由してコントロ
ールバルブ３２に流入し、コントロールバルブ３２の作
動により油圧シリンダ７ａに供給されている。油圧シリ
ンダ７ａの伸縮により、ブレード７の上下動が駆動され
ている。油圧シリンダ７ａからの戻り油は、コントロー
ルバルブ３２及び管路３２ａを経由してオイルクーラ１
２に入り、オイルクーラ１２で冷却されて、管路１２ａ
を通って作動油タンク１７へ戻る循環回路を形成してい
る。

【００２２】パイロット圧操作弁３３は、管路３１ａか
ら分岐して設けられた減圧弁３５からのコントロール圧
ｐ１を受け、操作レバー３４の操作量に応じたパイロッ
ト圧ｐ２を出力する。コントロールバルブ３２は、この
パイロット圧操作弁３３からのパイロット圧ｐ２に応じ
た量の吐出油を油圧シリンダ７ａに供給するようになっ
ている。油圧ポンプ３１は、サーボ弁３１ｂの作動によ
り吐出量が制御され、この可変吐出量により油圧シリン
ダ７ａの速度を制御している。ロードセンシング弁（Ｌ
Ｓ弁）３１ｃは、コントロールバルブ３２からの負荷圧
ｐ３と減圧弁３５からのコントロール圧ｐ１とを受けて
サーボ弁３１ｂにパイロット圧を出力し、サーボ弁３１
ｂはこのパイロット圧に基づいて油圧ポンプ３１の傾転
角を制御するようになっている。

【００２３】エンジン４の水ポンプ４ａから出た冷却水
は、管路４ｂを通ってラジエータ１１に入り、ラジエー
タ１１で冷却され、管路１１ａを通ってエンジン４のウ
ォータジャケット４ｃへ戻る循環回路を形成している。
エンジン４には回転数を検出するエンジン回転数センサ
２３が、またラジエータ１１の入口管路４ｂにはエンジ
ン冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ２１が設け
られており、それぞれのセンサの検出信号はコントロー
ラ２０に入力されている。

【００２４】操作パネル２４には、冷却ファン１３の上
限回転数の設定値を切換える制限スイッチ２５、及び電
磁切換弁１５を切り換える切換スイッチ２６が設けられ
ており、それぞれのスイッチ信号はコントローラ２０に
入力されている。

【００２５】コントローラ２０はマイクロコンピュータ
や数値演算プロセッサ等の演算処理装置を主体にして構
成されており、制御データ等を記憶する記憶部２０ａを
有している。コントローラ２０は、上記の冷却水温度セ
ンサ２１、作動油温度センサ２２及びエンジン回転数セ
ンサ２３で検出されたそれぞれの信号、及び制限スイッ
チ２５のＯＮ−ＯＦＦ信号に基づいて後述するような所
定の演算処理を行って、冷却ファン１３の回転数を指令
する指令電流値Ｉを求め、この指令電流値Ｉを電磁比例
弁１４ｃに出力するようになっている。また、コントロ
ーラ２０は、切換スイッチ２６の正転、逆転の切換信号
に基づいて電磁切換弁１５にそれぞれの切換信号Ｉ２を
出力している。

【００２６】次に、コントローラ２０について図４〜９
に基づいて説明する。記憶部２０ａには、例えば図４乃
至図８に示すような、各種の検出値や設定値に対する目
標ファン回転数がデータ（グラフ）で記憶されている。
なお、これらのデータ（グラフ）は予め、実験等に基づ
き作成され、入力されている。図４は冷却水温度Ｔw と
目標ファン回転数Ｎw 、図５は作動油温度Ｔo と目標フ
ァン回転数Ｎo 、図６はエンジン回転数Ｅと上限目標フ
ァン回転数Ｎe 、のそれぞれの関係図の一例を示してい
る。図７は制限スイッチがオン又はオフ時の目標ファン
回転数Ｎp の一例を、図８は冷却水温度Ｔw 及び作動油
温度Ｔo が所定低温度Ｔc 以下の時の目標ファン回転数
Ｎc の一例をそれぞれ示している。また、図９は目標ポ
ンプ容量Ｄp と電磁比例弁１４ｃへの指令電流値Ｉとの
関係図の一例である。これらの各データは、テーブルデ
ータ又は所定の関係式として記憶されている。

【００２７】次に、図１０に示すコントローラ２０の制
御フローチャート例に基づいて、制御手順を説明する。 （１）Ｓ１で、冷却水温度センサ２１から入力された冷
却水温度Ｔw に応じた目標ファン回転数Ｎw が、例えば
図４に示すようなテーブル等に基づいて求められる。 （２）またＳ２で、作動油温度センサ２２から入力され
た作動油温度Ｔo に応じた目標ファン回転数Ｎo が、例
えば図５に示すようなテーブル等に基づいて求められ
る。 （３）次にＳ３で、前記求めた目標ファン回転数Ｎw と
目標ファン回転数Ｎo が比較され、大きい方の回転数が
選択される。

【００２８】（４）この後Ｓ４において、エンジン回転
センサ２３から入力されたエンジン回転数Ｅに応じた目
標ファン回転数Ｎe が、例えば図６に示すようなテーブ
ル等に基づいて求められる。 （５）次にＳ５において、Ｓ３で求めた目標ファン回転
数Ｎw と目標ファン回転数Ｎo との大きい方とＳ４で求
めた目標ファン回転数Ｎe とが比較され、小さい方の回
転数が選択される。

【００２９】（６）この後Ｓ６で、制限スイッチ２５の
オン信号又はオフ信号に応じた目標ファン回転数Ｎp
が、例えば図７に示すようなテーブル等に基づいて求め
られる。 （７）次にＳ７において、Ｓ５で選択された回転数とＳ
６で求めた目標ファン回転数Ｎp とが比較され、小さい
方の回転数が選択される。

【００３０】（８）さらに、この後Ｓ８で、例えば図８
に示すようなテーブルに基づいて制御対象温度（冷却水
温度Ｔw 又は作動油温度Ｔo のいずれか大きい方）が所
定低温度Ｔc 以下の場合に対する目標ファン回転数Ｎc
が求められる。 （９）次にＳ９において、Ｓ７で求めた小さい方の回転
数とＳ８で求めた目標ファン回転数Ｎc とが比較され、
大きい方が最終の目標ファン回転数Ｎとして選択され
る。

【００３１】（１０）次にＳ１０において、Ｓ９で選択
した目標ファン回転数Ｎに対する目標ポンプ容量Ｄｐ
（cc/rev）が目標ファン回転数Ｎ（rpm)とその時のエン
ジン回転数Ｅ（rpm)とに基づいて次式１により算出され
る。 Ｄｐ＝Ｎ×Ｄｍ／（Ｅ×ρ） ・・・・（式１） 但し、Ｄｍ（cc/rev）は油圧モータ１６の固定容量、ま
たρはエンジン４と油圧ポンプ１４の間の減速比であ
る。 （１１）この後Ｓ１１において、Ｓ１０で求めた目標ポ
ンプ容量Ｄｐに対応した電磁比例弁１４ｃへの指令電流
値Ｉ１が例えば図９に示すようなテーブルに基づいて求
められる。 （１２）そしてＳ１２において、Ｓ１１で求めた指令電
流値Ｉ１をコントローラ２０から電磁比例弁１４ｃに出
力する。これにより、冷却ファン回転数Ｎは冷却水温度
Ｔw 、作動油温度Ｔo 、エンジン回転数Ｅ及び制限スイ
ッチ２５の状態に応じて各目標ファン回転数Ｎw ，Ｎ
o，Ｎe ，Ｎp ，Ｎc のいずれかの回転数に制御され
る。

【００３２】また、コントローラ２０は、切換スイッチ
２６の正転及び逆転の切換信号に基づいて電流指令Ｉ２
を電磁切換弁１５に出力し、冷却ファン１３をそれぞれ
正転及び逆転に制御している。

【００３３】次に、作用及び効果について、図４乃至図
８を参照して、図１０乃至図１２により説明する。図１
１は冷却水温度Ｔw に対するエンジン回転数Ｅとファン
回転数Ｎとの関係図である。図１２は作業機の負荷状態
に対応する冷却ファン回転数を示す図であり、同図では
ブレード７による土工作業（いわゆるドージング作業）
時を例にとってファン回転数Ｎを示している。

【００３４】（１）図１０において、Ｓ３では冷却水温
度Ｔw 又は作動油温度Ｔo のいずれか大きい方を制御対
象温度として選択しているので、冷却水温度Ｔw 及び作
動油温度Ｔo が共に所定値以下の温度になるような冷却
ファン１３の目標回転数が設定される。これにより、冷
却ファン１３の回転数制御によって冷却水温度Ｔw 及び
作動油温度Ｔo を同時に所定値以下に制御することがで
きる。

【００３５】（２）図４に示すように、冷却水温度Ｔw
に対する目標ファン回転数Ｎw は所定の水温制御範囲
（本例では、最低温度８０度〜最高温度１００度まで）
において、０〜最大回転数Ｎmaxまで略線形に増加して
設定されており、また図５に示すように、作動油温度Ｔ
o に対する目標ファン回転数Ｎo は所定の油温制御範囲
（本例では、最低温度８０度〜最高温度１１０度まで）
において、０〜最大回転数Ｎmax まで略線形に増加して
設定されている。一方、図６に示すように、エンジン回
転数Ｅに対する目標ファン回転数Ｎe は、所定回転数
（本例では、１５００rpm ）までは最大回転数Ｎmax に
向けて略線形に増加し、所定回転数以上では最大回転数
Ｎmax に制限されている。このとき、制限スイッチ２５
がオフで、かつ冷却水温度Ｔw 及び作動油温度Ｔo がそ
れぞれ所定の水温制御範囲及び油温制御範囲内の値のと
き（通常稼働状態）に、Ｓ３にて選択された目標ファン
回転数Ｎw 又は目標ファン回転数Ｎo の大きい方は、所
定エンジン回転数以上になると、エンジン回転数Ｅから
求まる目標ファン回転数Ｎe よりも小さい値となるの
で、Ｓ５において選択され、また制限スイッチ２５がオ
フ時に対応する目標ファン回転数Ｎp （本例では、図７
に示すように９８８rpm ）よりも小さい値に設定されて
いるので、Ｓ７で選択される。さらに、制御対象温度
（冷却水温度Ｔw 又は作動油温度Ｔo のいずれか大きい
方）が所定低温度Ｔc （本例では、８０度）以下である
場合に対する目標ファン回転数Ｎc （本例では、図８に
示すように１０rpm ）よりも大きいので、Ｓ９では最終
の目標ファン回転数Ｎとして選択される。したがって、
所定エンジン回転数以上のときの目標ファン回転数Ｎの
上限値は、図１１に示すような冷却水温度Ｔw に応じた
目標ファン回転数Ｎw 、あるいは図１１と同様に作動油
温度Ｔo に応じた目標ファン回転数Ｎo にそれぞれ設定
され、制御される。なお、所定エンジン回転数以下のと
きは、エンジン回転数Ｅから求まる目標ファン回転数Ｎ
e の方がＳ３にて選択された目標ファン回転数Ｎw 又は
目標ファン回転数Ｎo の大きい方よりも小さいので、目
標ファン回転数Ｎe （エンジン回転数Ｅに略比例する）
が設定される。

【００３６】また、図６に示すように、冷却ファン１３
にはエンジン回転数Ｅに対して上限目標ファン回転数Ｎ
e が予め設定されている。そして、冷却水温度Ｔw 及び
作動油温度Ｔo が徐々に上昇して、Ｓ３にて選択された
目標ファン回転数Ｎw 又は目標ファン回転数Ｎo が最大
目標回転数（本例では、９８８rpm ）になっても、所定
のエンジン回転数Ｅｓ以上ではこの最大目標回転数より
も前記上限目標ファン回転数Ｎe が小さくなるように設
定されている。したがって、冷却水温度Ｔw 又は作動油
温度Ｔo が所定の最高温度に達し、かつエンジンが所定
の回転数Ｅｓ（本例では、Ｅｓ＝１５００rpm ）以上に
なったときには、Ｓ５では上限目標ファン回転数Ｎe が
選択される。また、この上限目標ファン回転数Ｎe は、
制限スイッチ２５がオフ時に対応する前記目標ファン回
転数Ｎp よりも小さい値に設定されているので、Ｓ７で
選択され、さらに所定低温度Ｔc 以下である場合に対す
る目標ファン回転数Ｎc よりも大きいので、Ｓ９では最
終の目標ファン回転数Ｎとして選択される。これによ
り、冷却水温度Ｔw 又は作動油温度Ｔo が所定の最高温
度に達し、かつエンジンが所定のエンジン回転数Ｅｓ以
上のときには、目標ファン回転数Ｎは上限目標ファン回
転数Ｎe に設定され、制御される。

【００３７】即ち、冷却水温度Ｔw をパラメータにする
と、冷却水温度Ｔw 又は作動油温度Ｔo が所定の最高温
度に達するまでは、目標ファン回転数Ｎは図１１に示す
ように、冷却水温度Ｔw 又は作動油温度Ｔo に応じた目
標ファン回転数に制限され、冷却水温度Ｔw 又は作動油
温度Ｔo が所定の最高温度に達したら、所定のエンジン
回転数Ｅｓ以上では上限目標ファン回転数Ｎe に制限さ
れる。作動油温度Ｔoをパラメータにしても、ファン回
転数Ｎは同様に制限される。したがって、ファン回転数
Ｎは、過冷却にならないような必要充分な回転数に、エ
ンジン回転数Ｅの変動に対しても急激な回転数変化を伴
わないで連続的にスムーズに制御される。したがって、
冷却水温度及び作動油温度をきめ細かく制御できるの
で、最適な冷却効率を得ることができる。

【００３８】（３）またファン回転数Ｎは、エンジン回
転数Ｅの変化にかかわらず、冷却水温度Ｔw 及び作動油
温度Ｔo に応じて所定の目標回転数以下に制御されるの
で、エンジン負荷が大きくなりエンジン回転数Ｅが低下
しても、またエンジン負荷が小さくなりエンジン回転数
Ｅが上昇しても、ファン回転数Ｎはほぼ一定に制御され
る。これにより、図１２に示すように、例えばブレード
７による土木作業（いわゆるドージング作業）と車両後
進とを組み合わせた作業時でも、ファン回転数Ｎは略一
定に制御される。したがって、冷却能力の低下や、過冷
却による不必要なエネルギの消費がなく、効率的な冷却
が可能となる。また、過剰な高速でのファン回転が無い
ように抑制されるので、冷却ファン１３の騒音低減がで
きると共に、ファン駆動エネルギの増大に見合う冷却能
力の増加が得られるような効率的な冷却が可能である。
さらに、冷却ファン１６の破損防止を図ることができ
る。さらにまた、冷却ファン１３を必要充分な回転数以
上に回さないので、エンジン負荷を軽減して、作業機に
よる作業に必要なエンジン出力に余裕を持たせることが
できる。この結果、従来に比して、高負荷での作業時に
作業性を向上できる。

【００３９】（４）図４，５に示すように、冷却水温度
Ｔw 及び作動油温度Ｔo が所定低温度Ｔc （本例では８
０度）以下の時は、目標ファン回転数Ｎw 及び目標ファ
ン回転数Ｎo が０rpm に設定されているので、図１０の
Ｓ５，７においては目標ファン回転数Ｎw 及び目標ファ
ン回転数Ｎo が選択され、よってＳ９においては目標フ
ァン回転数Ｎc が選択され、ファン回転数Ｎはこの冷却
能力の無い程度の低回転の目標ファン回転数Ｎc に制御
される。従って、所定温度Ｔc 以下の時においては、作
動油が停止されることなく常にごく少量オイルクーラ１
２に循環されるため、作動油の温度の過冷却を防止でき
る。また、このとき冷却ファン１３用の油圧ポンプ１４
は少量の油を吐出して循環させるため、油圧ポンプ１４
のオーバヒート及び焼付きを防止することができる。

【００４０】（５）また制限スイッチ２５がオンの場合
は、図７に示すようにオンに対応した目標ファン回転数
Ｎp （同図では、６９２rpm ）が設定される。これによ
り、エンジン回転数Ｅが上昇し、この回転数Ｅに対する
上限目標ファン回転数Ｎe 、目標ファン回転数Ｎw 及び
目標ファン回転数Ｎo が目標ファン回転数Ｎp を超えた
ら、図１０のＳ７，９において目標ファン回転数Ｎp が
選択されるので、ファン回転数Ｎの上限が目標ファン回
転数Ｎp に制限され制御される。従って、市街地などで
稼働する場合には、制限スイッチ２５を操作して冷却フ
ァン１３の上限回転数を臨機応変に下げることにより騒
音を低減し、騒音規制に容易に対応することができる。
例えば、目標ファン回転数Ｎp を最大回転数Ｎmax の７
０％に設定し、このときの騒音が規制値をクリアするよ
うに設定することができる。また、制限スイッチ２５に
より冷却ファン１３の駆動出力を制限できるので、エン
ジンの必要負荷に応じてエンジン出力を車体及び作業機
に有効に活用することもできる。

【００４１】（６）また切換スイッチ２６を逆転位置に
操作することにより、冷却ファン１３を逆転できるの
で、ラジエータ１１及びオイルクーラ１２に詰まったゴ
ミ等を排出することができ、よって清掃が容易となり、
また冷却能力を一定に保つことができる。

【００４２】なお、上記実施形態では、冷却ファン１６
の回転数制御は、油圧モータ１６を駆動する可変容量型
油圧ポンプ１４の吐出量を制御することにより行われて
いるが、本発明はこれに限定されず、例えば定容量型油
圧ポンプと可変容量型油圧モータとを用いて可変容量型
油圧モータの容量を制御するようにしてよい。

【００４３】以上説明したように、本発明による油圧駆
動冷却ファンによれば、エンジンに負荷変動があって回
転数が変動しても、冷却ファンは冷却水温度及び作動油
温度に応じて一定の回転数に制御されるので、冷却能力
の低下や、不必要なエネルギの消費がなく、効率的な冷
却が可能である。また、冷却水温度、作動油温度に応じ
て冷却ファン回転数が連続的にスムーズに所定値以下に
制御されるので、従来に比して回転数の変動が小さくき
め細かに制御されて最適な冷却効率が得られ、さらにエ
ンジン出力に余裕を持たせることが可能となり、エンジ
ン出力を車体及び作業機に有効に活用することができ
る。さらに、低温度時には、冷却ファンは冷却能力の小
さい低速回転数に制御されるので、ラジエータシャッタ
ー等の高価な機器を使用することなく、冷却水及び作動
油の過冷却を防止できる。

【００４４】また、冷却ファンの上限目標回転数を作業
現場の要求度に適合させて臨機応変に下げることができ
るので、騒音を低減し、騒音規制に容易に対応できる。
さらにまた、回転方向切換スイッチにより冷却ファンを
逆転させることができるので、高価なリバーシブルファ
ンを使用することなく、ラジエータ及びオイルクーラに
詰まったゴミ等を容易に排出して冷却能力を保持するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用される建設機械例のブルドーザの
側面図である。

【図２】同ブルドーザの冷却ファン近傍の上面図であ
る。

【図３】同、油圧駆動冷却ファン制御装置の回路図であ
る。

【図４】同、冷却水温度と目標ファン回転数との関係図
である。

【図５】同、作動油温度と目標ファン回転数との関係図
である。

【図６】同、エンジン回転数と上限目標ファン回転数と
の関係図である。

【図７】同、制限スイッチオン、オフ時の目標ファン回
転数Ｎp の一例を示す。

【図８】同、冷却水温度及び作動油温度が所定低温度以
下の時の目標ファン回転数の一例を示す。

【図９】同、目標ポンプ容量と電磁比例弁への電流値と
の関係図である。

【図１０】同、制御フローチャート例を示す。

【図１１】同、冷却水温度に対するエンジン回転数とフ
ァン回転数との関係図である。

【図１２】同、作業機の負荷状態に対応する冷却ファン
回転数を示す。

【図１３】従来技術に係る冷却装置の回路図である。

【符号の説明】

１…ブルドーザ、２…下部走行体、３…車体、４…エン
ジン、５…冷却装置、６…運転室６、７…ブレード、８
…リッパー、７ａ，８ａ…油圧シリンダ、１１…ラジエ
ータ、１２…オイルクーラ、１３…冷却ファン、１４…
油圧ポンプ、１４ｂ…サーボ弁、１４ｃ…電磁比例弁、
１５…電磁切換弁、１６…油圧モータ、１７…作動油タ
ンク、１８…チェック弁、２０…コントローラ、２０ａ
…入力部、２０ｂ…記憶部、２０ｃ…演算部、２０ｄ…
出力部、２１…冷却水温度センサ、２２…作動油温度セ
ンサ、２３…エンジン回転数センサ、２４…操作パネ
ル、２５…制限スイッチ、２６…切換スイッチ、３１…
油圧ポンプ、３１ｂ…サーボ弁、３１ｃ…ＬＳ弁、３２
…コントロールバルブ、３３…パイロット圧操作弁、３
４…操作レバー、３５…減圧弁３５。

フロントページの続き (72)発明者 山本 茂 大阪府枚方市上野３丁目１−１ 株式会社 小松製作所大阪工場内 (72)発明者 中川 智裕 大阪府枚方市上野３丁目１−１ 株式会社 小松製作所大阪工場内 Ｆターム(参考） 2D015 CA02

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンの冷却水を冷却するラジエー
   タ、及び油圧装置の作動油を冷却するオイルクーラを冷
   却ファンにより強制冷却する冷却装置をエンジンから独
   立して設けた油圧駆動冷却ファンの制御装置において、 冷却ファン(13)と、冷却ファン(13)を駆動する油圧モー
   タ(16)と、油圧モータ(16)の回転数を制御可能な可変容
   量型油圧ポンプ(14)と、冷却水温度(Tw)を検出する冷却
   水温度センサ(21)と、作動油温度(To)を検出する作動油
   温度センサ(22)と、エンジン回転数(E) を検出するエン
   ジン回転数センサ(23)と、これらのセンサ(21,22,23)の
   検出信号を入力し、冷却水温度(Tw)、作動油温度(To)及
   びエンジン回転数(E) に応じて可変容量型油圧ポンプ(1
   4)の吐出容量指令値を演算して出力し、可変容量型油圧
   ポンプ(14)により冷却ファン(13)の回転数(N) を連続的
   に制御するコントローラ(20)とを備えたことを特徴とす
   る油圧駆動冷却ファンの制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の油圧駆動冷却ファンの制
   御装置において、 コントローラ(20)は、所定のエンジン回転数以上のとき
   に、エンジン回転数(E) の変化にかかわらず冷却ファン
   回転数(N) の上限を所定回転数に制御することを特徴と
   する油圧駆動冷却ファンの制御装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の油圧駆動冷却ファンの制
   御装置において、 前記冷却ファン回転数(N) の上限は、冷却水温度(Tw)及
   び作動油温度(To)に応じて設定されることを特徴とする
   油圧駆動冷却ファンの制御装置。
4. 【請求項４】 請求項１記載の油圧駆動冷却ファンの制
   御装置において、 コントローラ(20)は、冷却水温度(Tw)及び作動油温度(T
   o)が所定低温度(Tc)以下の時に、冷却ファン回転数(N)
   を所定低速回転数(Nc)に制御することを特徴とする油圧
   駆動冷却ファンの制御装置。
5. 【請求項５】 エンジンの冷却水を冷却するラジエー
   タ、及び油圧装置の作動油を冷却するオイルクーラを冷
   却ファンにより強制冷却する冷却装置をエンジンから独
   立して設けた油圧駆動冷却ファンの制御装置において、 冷却ファン(13)と、冷却ファン(13)を駆動する油圧モー
   タ(16)と、油圧モータ(16)の回転数を制御可能な可変容
   量型油圧ポンプ(14)と、冷却ファン(13)の上限回転数を
   設定する制限スイッチ(25)と、制限スイッチ(25)の信号
   を入力し、この入力信号が制限信号のときに可変容量型
   油圧ポンプ(14)の吐出容量を所定値以下に制限する指令
   値を出力し、冷却ファン(13)の回転数(N) を所定の制限
   回転数(Np)以下に制御するコントローラ(20)とを備えた
   ことを特徴とする油圧駆動冷却ファンの制御装置。
6. 【請求項６】 エンジンの冷却水を冷却するラジエー
   タ、及び油圧装置の作動油を冷却するオイルクーラを冷
   却ファンにより強制冷却する冷却装置をエンジンから独
   立して設けた油圧駆動冷却ファンの制御装置であって、 冷却ファン(13)と、この冷却ファン(13)を駆動する油圧
   モータ(16)と、油圧モータ(16)を駆動する油圧ポンプ(1
   4)と、冷却水温度(Tw)を検出する冷却水温度センサ(21)
   と、作動油温度(To)を検出する作動油温度センサ(22)
   と、エンジン回転数(E) を検出するエンジン回転数セン
   サ(23)と、これらのセンサ(21,22,23)の検出信号を入力
   し、その入力値から冷却ファン(13)の回転数(N) の上限
   値を演算して、その上限値により冷却ファン(13)の回転
   数(N) を制御するコントローラ(20)とを備えたことを特
   徴とする油圧駆動冷却ファンの制御装置。