JP2001200796A - ファンの制御システムおよび制御方法 - Google Patents

ファンの制御システムおよび制御方法

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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 作業機械における複数の流体を冷却するため
の複数のファンの速度を制御するための制御システムお
よび方法を提供する。 【解決手段】 各々のファン１０，１２、の速度は、個
々のファンによって冷却される個々の熱伝達コア１６，
１８，２０の別々の熱放散要求にあわせて制御され、各
々が個々の流体の温度を示す信号を出力すできる複数の
センサと、複数のセンサと結合された電子制御器とを含
む。それらの温度信号に基づいて、ＥＣＭは、各々のそ
れら流体についての対応する温度誤差を決定でき、そし
て制御器は複数のファンについての速度を個々に制御す
るために、複数のファンの各々に対して、各々が複数の
センサの信号によって決定された温度誤差信号のうちの
少なくともいくつかについての比較に基づく個々のファ
ンについての望ましいファン速度を示す信号を出力す
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、一般的には作業機
械の制御システムおよび制御方法に関し、より詳細に
は、作業機械の周囲に配置される複数の熱伝達コアの冷
却を行なう装置に配置される複数のファンの作動を制御
するためのシステムおよび方法に関する。
【０００２】
【従来技術】種々の建設および土木工事には、建設作業
用および土木作業用の装置と共に、多様な他のタイプの
作業機械が普通用いられている。熱は、作業機械に関連
するエンジンやその他の機能装置の当然の副産物であ
り、性能を最適かつ連続的に維持するための適切な作動
温度内にエンジンや他の装置を保つためには、その熱は
効果的に放散されなければならない。その結果、多様な
異なった型の冷却システムがこの課題を遂行するため用
いられている。適切に制御された冷却システムによる制
御された熱の放散は、それに関連する機能的機械部品の
性能と共に作業機械全体の性能を最適化する。
【０００３】作業機械において複数の熱伝達コアを冷却
するために、１つまたはそれ以上のファンを用いること
は全く普通である。単一のファンが用いられる場合、そ
のファンは一般的には複数の熱交換コアと直列に設置さ
れる。このような従来技術のファン配置は、一般的に、
最適な放熱および熱交換コアの最適配置を阻害し、機械
全体としての効率とバランスに悪影響を及ぼす。さら
に、このような従来技術の設計は、スペースの制限や操
縦者の視界の妨害の点から最小に保つべき機械全体の寸
法を増加させる。この点については、冷却システムの装
置全体の長さは、一般的にパワートレイン要素の軸方向
のスペースで制限され、そして、冷却システムの幅は、
一般的に現状のフレームレールの大きさで制限される。
また、このような熱交換コアの直列配置は、空気の流れ
によって運び込まれ多様な直列配置された熱交換コアの
フィンに吹き付けられたごみの清掃を困難にする。フィ
ンに集積したごみは熱伝達を遮断し、放熱装置や機械全
体の性能および効率に悪影響を及ぼす。
【０００４】また、複数の熱交換コアの冷却に単一のフ
ァンを用いると、必要な冷却を行うためには、より大口
径のファンを使用する必要がある。通常、ファンの奥行
きはファン寸法に伴って増大するので、このことは、一
般的に、より軸方向の長さが長くなることを意味する。
【０００５】複数の熱伝達コアの冷却に複数のファンが
使用されるとき、これらのファンは通常ドライブベルト
または他の機構を用いて作業機械のエンジンで直接駆動
され、それによってファン速度は作業機械のエンジン速
度の直接の関数となる。このような従来技術の冷却シス
テムにおいては、冷却が望ましくないときでも、熱伝達
コアの冷却が起こる可能性がある。冷却を要しない時に
速度を低下させる能力がないことは、有用な仕事に用い
ることのできる動力を不要に消費する。加えて、殆どの
ファンは、寒い天候でも不必要に作動して、油圧作動オ
イル、変速機オイルおよびエンジン冷却液のような流体
を過冷却しがちである。同様に、望ましくない冷却はい
つでも熱伝達コアにより運ばれる流体が望ましくない過
冷却状態になる原因となり得る。このことが起これば、
作業機械の性能が低下するだけでなく、このような環境
での冷却システムの運転は不要で非効率的であり、不要
な燃料消費や動力浪費を招く。不必要な燃料消費のほ
か、望ましくないファンの運転は作業機械全体の騒音発
生を増加させる。さらに、過冷却された熱伝達コア中の
流体が用いられる機能的要素は、これもまた過冷却さ
れ、信頼性と性能との両方についての問題をこの要素
に、さらには作業機械全体に惹き起こす。
【０００６】熱伝達コアの冷却のための既知の制御シス
テムは、その熱伝達コアの熱伝達に関連する温度条件に
基づいて冷却ファンの運転を制御する手段を用いている
が、このような既知の手段は、冷却空気流を必ずしも必
要な程度だけ提供するとは限らず、またこのような既知
の手段は、熱伝達コアの流体温度を、温度の設計限界を
外れさせずに変化させるためには必ずしも満足できる応
答性を有しない。同様に、このような既知のシステム
は、その流体に用いられる個別の熱伝達コアにおけるそ
の流体の過冷却を必ずしも防止できない。
【０００７】そこで、作業機械の複数の熱伝達コアの冷
却用の複数のファンの作動を制御して必要なレベルの空
気流のみを提供し、それらのファンを用いる熱伝達コア
中の流体の急速な温度変化にも温度の設計限界を超える
ことなく充分に応答し、個々のファンを用いる個々の熱
伝達コア中の流体の過冷却を防止し、そして作業機械全
体としての燃料消費と騒音発生を最小限にする、冷却フ
ァンの制御システムを提供することが要望されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、上
記の問題点の１つあるいはそれ以上を克服しようとする
ものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の１つの形態で
は、作業機械において、複数の流体の各々が予め定めら
れた最低閾値温度と予め定められた最高閾値温度の間で
作動するように、複数の流体を冷却する複数のファンの
速度を制御する制御システムが開示される。制御システ
ムは、複数の流体の各々の温度を検知するため配置さ
れ、各々が個々の流体温度を示す信号を出力できる複数
のセンサと、複数のセンサから信号を受けるために複数
のセンサと結合され、複数の流体の各々の温度を示す複
数のセンサの各々からの信号を受信できる電子制御器と
を含み、制御器は、さらに、複数のセンサから受信され
る信号に基づいて、複数のファンの各々についての望ま
しいファン速度を決定でき、そして制御器は、複数のフ
ァンの速度を制御するために、複数のファンの各々に、
各々が個々のファンについての望ましいファン速度を示
し、かつ複数のセンサから受信された信号のうちの少な
くともいくつかについての比較に基づいている信号を出
力する。
【００１０】本発明の別の形態では、作業機械におい
て、複数の流体の各々が予め定められた最低閾値温度と
予め定められた最高閾値温度の間で作動するように、複
数の流体を冷却する複数のファンの速度を制御する方法
が開示される。この方法は、複数の流体の各々の温度を
検知し、各々が個々の流体温度を示す信号を出力できる
複数のセンサを配置する段階と、複数のセンサから信号
を受けるために、複数の流体の各々の温度を示す複数の
センサの各々からの信号を受信できるように複数のセン
サに電子制御器を結合する段階と、制御器を用いて、複
数のセンサから受信された信号に基づいて、複数のファ
ンの各々についての望ましいファン速度を実行可能に決
定する段階と、制御器を用いて、複数のファンの速度を
制御するために、各々が個々のファンについての望まし
いファン速度を示し、かつ複数のセンサから受信された
信号のうちの少なくともいくつかについての比較に基づ
いている信号を複数のファンの各々に出力する段階とを
含む。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明のさらなる理解のために、
添付図面を参照して説明する。図１および図２で最適に
示される本発明の１つの実施形態においては、ある特定
の作業機械に関連するエンジンおよびその他の機能装置
からの発熱を放散するために、２つの実質的に同一なラ
ジアルファン１０および１２が、垂直方向に上下に配置
される。ラジアルファン１０および１２は、前面から空
気を吸入し周辺から放射状に吐出するように作動する。
ファン１０および１２は、その３面を熱伝達コア１４、
１６、１８および２０で取り囲まれるような位置に配置
され、より詳しくは以下で説明するが、冷却システム全
体がスペースを節約し、冷却効果を改善し、騒音が減少
されるように効果的にまとめられる。
【００１２】より詳細には、空気対空気後部冷却コア
（ＡＴＡＡＣコア）１４が、２つの垂直に積み重ねられ
たファン１０および１２の前面の上流に両方のファンの
前面全部を実質的に覆って配置される。このようにした
装置は、ＡＴＡＡＣコア１４の全部分を通過するより多
くの空気流れをもたらす。エンジン冷却液熱伝達コア１
６は、ＡＴＡＡＣコア１４の下流で各ファンの一方の吐
出側に配置され、エンジン冷却液熱伝達コア１６は両方
のファンのその側からの放射状に吐出される空気を受け
る。２つに区画されたオイル熱伝達コアが、ＡＴＡＡＣ
コア１４の下流で各ファン１０および１２の他方の吐出
側に配置され、各々のオイルコア区画は各ファンから放
射状に吐出される空気を受ける。例えば上部のコア区画
１８は上部のファン１０からの空気を受けて油圧作動オ
イルが冷却され、一方下部のコア区画２０は下部のファ
ン１２から空気を受けて変速機オイルが冷却される。エ
ンジン冷却液コア１６および２つのオイルコア１８およ
び２０はファン１０および１２から空気を並列に受け、
そして各コアはファン１０および１２の両方の吐出側の
圧力降下を同じにし、従って空気の流れの負荷が均一に
なるようなコア密度に設計される。各ファンは独立に駆
動されることが好ましく、それにより各ファンの速度
が、そのファンにより冷却される個々の熱伝達コアの放
熱要求に対応して制御されることが可能になる。それら
のファンの上流と下流の両方に配置されたシュラウドや
その他のダクト手段は、２つのファンの空気流を分離
し、ファン１０と１２が異なる速度で作動した場合に空
気流が内部で再循環するのを防ぐ。
【００１３】図３に説明される、本発明の１つの実施形
態においては、ファン１０および１２の作動は電子制御
モジュール（ＥＣＭ）２２あるいは以下述べられるよう
な信号入出力が可能である制御器あるいはプロセッサ手
段によって制御される。ＥＣＭ２２のような電子制御器
またはモジュールは、一般的に作業機械に用いられて、
エンジン速度、エンジン負荷、種々のモータの速度、燃
料噴射など多様なエンジン機能の監視や制御を含む、種
々の機能や役割を制御し遂行する。ＥＣＭ２２のような
制御器および電子モジュールは、作業機械の作動を制御
するための、コントロールバルブ、ポンプ、アクチュエ
ータ、モータ制御器および多様なその他種々の機械的構
成要素のような装置に制御電流信号を供給するために一
般的に用いられている。この点に関しては、ＥＣＭ２２
は、一般的に、マイクロコントローラまたはマイクロプ
ロセッサのような処理手段、入／出力回路のような関連
電子回路、アナログ回路、プログラムされた論理アレイ
および関連メモリを備える。
【００１４】図３に示されるように、ＥＣＭ２２は、好
ましくは、作業機械に存在するいくつかの流体の温度を
監視する複数のセンサと結合される。より具体的にはＥ
ＣＭ２２は、作業機械に関連するエンジン冷却液の近く
に配置される温度センサと好ましくは結合され、エンジ
ンを出るエンジン冷却液の温度の指示信号２４を受信す
るようにされる。当業者は、このエンジン冷却液センサ
が、他の以下に論ずるセンサと同様に、その流体の温度
が最も高くなると予想される、またはその流体の温度が
最高閾値温度に達すると予想される場所で連続的にその
流体の温度を監視するように、検出されるその流体に対
して配置されるべきであると理解するであろう。同様
に、ＥＣＭ２２は、ＡＴＡＡＣコア１４に関連する吸気
マニホールド空気温度を示す信号２６を受信するため
に、ＡＴＡＡＣコア１４の近くに配置されるセンサと、
油圧作動オイル温度を示す信号２８を受信するために、
油圧作動オイルの近傍に配置されるセンサと、変速機オ
イル温度を示す信号２８を受信するために、変速機オイ
ルの近くに配置されるセンサと、および周囲大気温度を
示す信号３２を受信するために、周囲大気に曝されるセ
ンサと、好ましくは結合される。これらのセンサはそれ
らの各々の流体の温度を好ましくは連続的に監視し、そ
れらの各々はＥＣＭ２２にその検知したパラメータを示
す適切な信号を出力する。
【００１５】ＥＣＭ２２は、図３に示される入力信号２
４、２６、２８、３０および３２に基づき両方のファン
１０および１２について適切なファン速度を決定する。
本発明の１つの実施形態では、ＥＣＭ２２は、図４Ａお
よび図４Ｂに示される論理ダイアグラムに基づいて、フ
ァン１０および１２についてのファン速度を決定する。
この特定の実施形態においては、ＥＣＭ２２はまずステ
ップ３３で、油圧作動オイルについての予め定められた
望ましい閾値温度から信号２８で示される油圧作動オイ
ルの温度を差し引いて、油圧作動オイル温度誤差を算出
する。この油圧作動オイルについての予め定められた望
ましい閾値温度は、通常の作業機械の作動の間にその油
圧作動オイルを好ましく保つ温度として設定される。次
いで、ＥＣＭ２２はステップ３４で、そこで計算された
油圧作動オイル温度誤差が過冷却状態を示しているかチ
ェックする。このチェックはセンサ信号２８により検知
された実際の油圧作動オイル温度を油圧作動オイルにつ
いての既知の過冷却温度と比較するか、あるいは算定さ
れた油圧作動オイル温度誤差を過冷却状態を示す誤差値
と比較して行うことが出来る。ステップ３４で油圧作動
オイル温度誤差が予め定められた油圧作動オイル過冷却
状態の存在を示す場合には、ＥＣＭ２２はステップ３６
で上方のファン１０の速度をゼロに設定し、ステップ３
８に進むことになる。他方、ステップ３４で油圧作動オ
イル温度誤差が予め定められた油圧作動オイル過冷却状
態の存在を示さない場合には、ＥＣＭ２２は、好ましく
は、ステップ４０で、予め定められたゲイン値で油圧作
動オイル温度誤差を評価し、そしてステップ４１に進
む。
【００１６】同様に、ＥＣＭ２２はステップ４２で、変
速機オイルについての予め定められた望ましい閾値温度
から信号３０で示される変速機オイルの温度を再び差し
引いて、変速機オイル温度誤差を算出する。ＥＣＭ２２
は、ついでステップ４４で、そこで計算された変速機オ
イル温度誤差が過冷却状態を示しているか再びチェック
する。ステップ４４での変速機オイル温度誤差が、予め
定められた変速機オイル過冷却状態の存在を示す場合に
は、ＥＣＭ２２はステップ４６で下方のファン１２の速
度をゼロに設定し、ステップ４８に進むことになる。他
方、ステップ４４での変速機オイル温度誤差が、予め定
められた変速機オイル過冷却状態の存在をステップ４４
で示さない場合には、ＥＣＭ２２は、好ましくは、ステ
ップ５０で予め定められたゲイン値で変速機オイル温度
誤差を評価し、そしてステップ５２に進む。
【００１７】同様に、ＥＣＭ２２はステップ５４で、エ
ンジン冷却液についての予め定められた望ましい閾値温
度から信号２４で示されるエンジン冷却液の温度を差し
引いて、エンジン冷却液温度誤差を算出する。次いでＥ
ＣＭ２２は、好ましくは、ステップ５６で、予め定めら
れたゲイン値でエンジン冷却液温度誤差を評価し、そし
てステップ５７に進む。また同様に、ＥＣＭ２２はステ
ップ６０で、ＡＴＡＡＣコア１４についての望ましい吸
気マニホールド空気閾値温度から信号２６で示される吸
気マニホールド空気温度を差し引いて、ＡＴＡＡＣ吸気
マニホールド空気温度誤差を算出する。この点に関して
は、ＡＴＡＡＣコア１４についての吸気マニホールド空
気の望ましい閾値温度は周囲大気温度の関数であるの
で、ＥＣＭ２２はステップ５８で連続的に、望ましい吸
気マニホールド閾値温度を、周囲大気温度を示すセンサ
信号３２に基づいて算出する。本発明の１つの実施形態
においては、ＥＣＭ２２は図５のグラフに示される関係
により、ＡＴＡＡＣコア１４についての望ましい吸気マ
ニホールド閾値温度を決定する。図５の検知された周囲
大気温度は変化するので、同様にＡＴＡＡＣコアについ
ての望ましい閾値吸気マニホールド温度も変化し、この
望ましい閾値温度は連続的にＥＣＭ２２により算出され
て、ステップ６０でのＡＴＡＡＣ吸気マニホールド温度
の決定に用いられる。ＡＴＡＡＣコア１４についての望
ましい閾値吸気マニホールド空気温度とそれに対応する
温度誤差が決定されたら、次いでＥＣＭ２２は、好まし
くは、ステップ６２で、予め定められたゲイン値で、ス
テップ６０で決定されたＡＴＡＡＣ温度誤差を評価し、
そしてステップ５７に進む。ステップ５７では、ＥＣＭ
２２は、ステップ５６で決定された、評価されたエンジ
ン冷却液温度誤差と、ステップ６２で決定された、評価
されたＡＴＡＡＣ吸気マニホールド温度誤差について、
いずれが大きいか決定するが、この大きい方の温度誤差
は当業者によりエンジン温度誤差と呼ばれている。こ
の、より大きいエンジン温度誤差がステップ５７で選択
されたら、ＥＣＭ２２はステップ４１および５２に進
む。
【００１８】ステップ４１で、ＥＣＭ２２は、ステップ
４０で決定された、評価された油圧作動オイル温度誤差
と、ステップ５７で決定されたエンジン温度誤差につい
て、いずれが大きいかを決定する。ついでＥＣＭ２２
は、２つの評価された温度誤差４０および５７の中の大
きい方および下記の１つの実施形態に記載されるような
他のパラメータに基づいて、ステップ４３で上方のファ
ン１０についての最大許容ファン速度を決定する。本発
明の１つの実施形態において、もし評価された油圧作動
オイル温度誤差４０がステップ４１でより大きいとされ
たら、ＥＣＭ２２は、検知された油圧作動オイル温度２
８を用いた図６のグラフの関係に相当する油圧作動オイ
ルコアの冷却要求に基づいて、ステップ４３で上方ファ
ン１０についての最大許容ファン速度を決定し、ステッ
プ３８に進む。他方、もし評価されたエンジン温度誤差
５７がステップ４１でより大きいとされたら、ＥＣＭ２
２は、評価されたエンジン冷却液温度誤差５６がステッ
プ５７でより大きい場合は、検知されたエンジン冷却液
温度２４を用いた図７のグラフの関係に相当するエンジ
ン冷却液コアの冷却要求に基づいて、ステップ４３でフ
ァン１０についての最大許容ファン速度を決定し、ある
いは、ＥＣＭ２２は、評価されたＡＴＡＡＣコア吸気マ
ニホールド温度誤差６２がステップ５７でより大い場合
には、ＡＴＡＡＣ温度誤差６０を用いた図８のグラフの
関係に相当するＡＴＡＡＣコア１４の冷却要求に基づい
て、ステップ４３で上方ファン１０についての最大許容
ファン速度を決定することになる。
【００１９】同様に、ステップ５２で、ＥＣＭ２２は、
ステップ５０で決定され、評価された変速機オイル温度
誤差と、ステップ５７で決定されたエンジン温度誤差の
いずれが大きいかを決定する。次いでＥＣＭ２２は、２
つの評価された温度誤差５０および５７の中の大きい方
および下記の１つの実施形態に記載されるような他のパ
ラメータに基づいて、ステップ４５で下方のファン１２
についての最大許容ファン速度を決定する。本発明の１
つの実施形態においては、評価された変速機オイル温度
誤差５０がステップ５２でより大きい場合には、ＥＣＭ
２２は、検知された変速機オイル温度３０を用いた図９
のグラフの関係に相当する変速機オイルコア２０の冷却
要求に基づいて、ステップ４５で下方ファン１２につい
ての最大許容ファン速度を決定し、ステップ４８に進
む。他方で、検知されたエンジン温度誤差５７がステッ
プ５２でより大きい場合には、ＥＣＭ２２は、評価され
たエンジン冷却液温度誤差５６がステップ５７でより大
きかった場合、検知されたエンジン冷却液温度２４を用
いた図７のグラフの関係に相当するエンジン冷却液コア
１６の冷却要求に基づいて、ステップ４５で下方のファ
ン１２についての最大許容ファン速度を決定し、あるい
は、ＥＣＭ２２は、評価されたＡＴＡＡＣコア吸気マニ
ホールド温度誤差６２がステップ５７でより大きかった
場合、ＡＴＡＡＣ温度誤差６０を用いた図８のグラフの
関係に相当するＡＴＡＡＣコア１４の冷却要求に基づい
て、ステップ４５で下方ファン１２についての最大許容
ファン速度を決定することになる。
【００２０】そして、ＥＣＭ２２は、ステップ４１にお
ける上方ファン１０のファン速度について要求される変
更を示す信号をＰＩＤ制御器にステップ３８で発信し、
さらに、ステップ５２における下方ファン１２のファン
速度について要求される変更を示す信号をＰＩＤ速度制
御器にステップ４８で発信する。ＰＩＤ制御器は、当業
者に既知であり、作業機械や他の機械装置における機械
装置の作動の制御に通常用いられる。この点に関して
は、ステップ３８および４８で用いられるＰＩＤ制御器
は、本発明の精神と範囲を逸脱しない限りどのようなタ
イプのものでもよい。
【００２１】ステップ６４で、ＥＣＭ２２は、ステップ
５７で決定されたエンジン温度誤差が、ステップ４０で
の油圧作動オイル温度誤差とステップ５０の変速機オイ
ル温度誤差の両方より大きいかを決定する。もし真であ
れば、そのことは、両方のファン１０および１２がＡＴ
ＡＡＣコア１４およびエンジン冷却液コア１６の冷却要
求に用いられていることを示している。この場合は、Ｅ
ＣＭ２２はステップ６６に進み、ファン１０および１２
についてステップ３８および４８で決定された２つのフ
ァン速度の平均を計算する。ＥＣＭ２２はその平均速度
から上方ファン１０についてのファン速度を差し引き、
その結果の速度を、正の値であっても負の値であっても
ステップ１００で評価し、ステップ４１で決定される上
方ファン１０の温度誤差信号に、その信号がステップ３
８においてＰＩＤ速度制御器に送信される前に、加える
（あるいはそれから差し引く）。もし否であれば、ファ
ン１０に関連するステップ６６の出力は、ファン１０お
よび１２の平均速度の代わりにファン１０の速度とさ
れ、それはそれ自身から差し引くことによってステップ
１００におけるゼロの値となる。ＰＩＤ制御器３８の出
力はステップ４３で決定される最高許容ファン速度に制
限される。同様に、ＥＣＭ２２は下方ファン１２につい
てのファン速度を平均速度から差し引き、その結果の速
度を、正の値であっても負の値であってもステップ１０
１で評価し、ステップ５２で決定される下方ファン１２
の温度誤差信号に、その信号がステップ４８においてＰ
ＩＤ速度制御器に送信される前に、加える（あるいはそ
れから差し引く）。もし否であれば、ファン１２に関連
するステップ６６の出力はファン１０および１２の平均
速度の代わりにファン１２の速度とされ、それはそれ自
身から差し引くことによってステップ１０１におけるゼ
ロの値となる。ＰＩＤ制御器３８の出力はステップ４５
で決定される最高許容ファン速度に制限される。結果と
して、両方のファン１０および１２の速度は各々のファ
ン速度を増加するか減少するかして平均速度に調整さ
れ、全４つの熱伝達コア１４、１６、１８および２０の
冷却要求を満たしつつ、両方のファン１０および１２に
ついて最適な動力消費と騒音発生をもたらす。
【００２２】本発明の別の実施形態においては、好まし
くは、ステップ７２で、ＥＣＭ２２はまた、作業機械の
作動中に作業機械の操縦者からの制動信号６８および動
力要請信号７０に応答する。これらの信号は当業者に既
知の方法で入力される。信号６８が制動要請を示す場合
は、ＥＣＭ２２は、ファン１０および１２の両方のファ
ン速度を熱伝達コア１４、１６、１８および２０の冷却
要求にかかわらず自動的に予め定められた最高閾値速度
に決定し、作業機械の全体的な減速を促進するように作
業機械のエンジンに寄生的な負荷を一時的に加える。こ
の実施形態においては、寄生的負荷は制動要請が事実上
続いている限り続行する。これにかわり、信号７０が出
力増加要求を示している場合は、ＥＣＭ２２は自動的に
両方のファン１０および１２のファン速度を予め定めら
れた最低の閾値速度に決定し、作業機械のエンジンにつ
いての負荷を一時的に減少させ、エンジンからより多く
の動力が作業機械のパワートレインに供給されることを
可能にする。この実施形態においては、コア１４、１
６、１８および２０で冷却された流体が高められた設定
温度に達するまでは、ファン１０および１２の速度を最
低の運転速度に保つ。冷却された流体が高められた設定
温度の１つまたはそれ以上に到達したら、これらのファ
ン速度は、図４Ａおよび図４Ｂで説明され上記内容に記
載された論理図によって再び制御される。当業者は、多
くの場合、ＥＣＭ２２が、一度には作業機械の制動要請
あるいは出力増加要請を示す２つの信号６８および７０
の１つのみを受信することを理解するであろう。両方の
信号６８および７０がオフの状態では、ＥＣＭ２２は、
再び、先に説明したように、ファン１０および１２につ
いての適切な速度を決定する。
【００２３】次いで、ＥＣＭ２２は、上方ファン１０に
ついての望ましいファン速度を示す信号７４をモータ制
御器７６に送信し、下方ファン１２についての望ましい
ファン速度を示す信号７８をモータ制御器８０に送信す
る。これによりモータ制御器７６および８０は両方のフ
ァン１０および１２のファン速度が信号７４および７８
でそれぞれ示される速度となるように駆動する。こうし
て、ＥＣＭ２２は両方のファン１０および１２の速度を
個々に制御し、全４つの熱伝達コア１４、１６、１８お
よび２０の冷却要求を効果的に満たす。
【００２４】（産業上の利用可能性）本明細書に記載し
たように、本発明の制御システムは、複数の熱伝達コア
の冷却を要する全ての型の作業機械、車両およびエンジ
ンにおいて特に有用である。本発明の制御システムは作
業機械における複数のファンの速度を、その瞬間のエン
ジン速度に対応するかわりに、複数の熱伝達コアの各々
の冷却要求に対応して制御することを可能にする。熱伝
達コア中の流体温度はそれらのそれぞれの熱伝達コアの
瞬間的な冷却要求を決定するのを助け、これによりＥＣ
Ｍ２２は各ファンについての適切な速度を決定し、その
特定のファンの速度を制御するため各々のファンについ
て個々のモータ制御器に個別に信号を発信することがで
きる。本発明は、各熱伝達コアの冷却要求も同時に満た
されるように各ファンの性能を制限することにより、流
体の過冷却を防止し、動力を節約する。さらに、エンジ
ンの最初のスタート時はファンの作動が停止され、これ
により、コールドスタートの信頼性とエンジンのクラン
キング力が改善される。
【００２５】当業者は、作業機械の始動時に、ＡＴＡＡ
Ｃコアおよびエンジン冷却液コアが最初に昇温する流体
となることは理解するであろう。従って、油圧作動オイ
ルあるいは変速機オイルの温度が過冷却閾値温度よりも
昇温するまでに、ＡＴＡＡＣコアおよびエンジン冷却液
の温度は少なくとも最低過冷却温度閾値をすでに超過し
ている筈である。それゆえに、ＥＣＭ２２で実行される
論理には、上方ファン１０あるいは下方ファン１２にお
けるファン速度を決定するときにＡＴＡＡＣコア１４あ
るいはエンジン冷却液１６の過冷却温度閾値を考慮にい
れていないし、また一般的には考慮を必要としない。
【００２６】もし、油圧作動オイルあるいは変速機オイ
ルのいずれかの温度が（それぞれに）個々の予め定めら
れた過冷却温度閾値にあるかあるいはより低いかの理由
で、ファン１０あるいは１２いずれかのファン速度がゼ
ロと決定されたならば、ＥＣＭ２２において負荷のステ
ップが実行されて他のファンの速度を増加させ、残りの
３つのコア全ての冷却要求を満たすことは、理解される
しまた予想されることである。さらに、もし他のファン
が最大の閾値速度で運転されていてもＡＴＡＡＣコアお
よびエンジン冷却液コアの冷却要求を満足させることが
できなければ、過冷却のオイルコアに関連するファンの
速度をそれらの要求を満たす最低の速度とするように制
御するステップをＥＣＭ２２で実行することができる。
このようなステップは上記と同様な方法で上記の各事項
に付け加えて実行させることができ、このような手段は
当業者にはよく知られていることである。従って、この
ような追加のステップは認識され予想されるものであ
り、本発明の精神と範囲を逸脱しない限り本発明で保護
されることが意図される。
【００２７】図４Ａおよび図４Ｂの論理ダイアグラムに
表されるステップは、少なくとも作業機械が作動してい
る限りあるいはエンジンが停止されるまで予め定められ
た間隔で繰り返されることが好ましい。この予め定めら
れた間隔は特定の時間周期に基づくこともでき、あるい
はこのような間隔は１つまたはそれ以上の各種流体の温
度の予め定められた増加する変化に基づくこともでき、
また他のパラメータや他の基準に基づくこともできる。
加えて、ステップ７６および８０で、ＥＣＭ２２はルー
プを元に帰ってその各ステップを繰り返すようにプログ
ラムされることができるか、あるいはＥＣＭ２２は終了
しそのステップはその後予め定められた繰返し基準にも
とづいてそのステップの作動を再び起動させるように繰
り返される。
【００２８】作業機械において用いられる流体がいくつ
であっても、その流体用の熱伝達コアには本発明の各ス
テップを実質的に用いることができ、また本発明の論理
回路はファンの数がいくつであってもほぼ制御可能なよ
うに拡張でき、個々の熱伝達コアの冷却要求を充分に満
たす。同様に図５、図６、図７、図８および図９のグラ
フに示されるファン速度の関係は、個々のファンのサイ
ズ、容量、所要動力、またあるいはいずれかの個々の実
施形態において冷却される要素の温度の要求によって目
盛りが変えられるものである。従って、全てのこのよう
な変形、修正は認識され予想されるものであり、本発明
の精神と範囲を逸脱しない限り本発明によって保護され
ることが意図される。
【００２９】図４Ａおよび図４Ｂの論理ダイアグラムに
示される操作ステップの変形は、本発明の精神と範囲か
ら逸脱することなく実施できることもまた認識される。
特に、ステップの追加は可能であろうし、あるいは若干
のステップの削除も可能であろう。全てのこのような変
形は本発明により保護されることが意図される。
【００３０】先行の記載で明らかなごとく、本発明の形
態は本明細書で説明した実施例の個々の詳細によって制
限されるものではなく、そしてまた、当業者が他の変形
や応用を考えつくことも予想される。従って本発明の特
許請求の範囲が全ての本発明の精神と範囲を逸脱しない
このような変形および応用を保護することが意図され
る。本発明の他の形態、目的および利点は図面、開示お
よび添付の特許制空の範囲を検討することによって得る
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従って組み立てられた一対の冷却ファ
ンおよび熱伝達コア装置の１つの実施形態の斜視図であ
り、ある特定の作業機械に関連する他の装置は、仮線で
示される。
【図２】図１に示された冷却装置の斜視図であって、個
々のファンの各向かい合う側に配置された熱伝達コアに
対する２つのラジアルファンがその中間に配置されてい
ることを示し、上流の熱伝達コアとそれに伴う若干のダ
クト機構はこの一対のファンを見え易くするために取り
除いてある。
【図３】本発明に基づき構成されたファン制御システム
の１つの実施形態の概要図である。
【図４Ａ】本発明の１つの実施形態における、各ファン
についての望ましいファン速度の決定および設定のため
の論理を説明するフローチャートである。
【図４Ｂ】本発明の１つの実施形態における、各ファン
についての望ましいファン速度の決定および設定のため
の論理を説明するフローチャートである。
【図５】本発明の１つの実施形態における、検知された
周囲大気温度と、ＡＴＡＡＣコアについての望ましい吸
気マニホールド閾値温度との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の１つの実施形態における、検知された
作動油オイル温度と、これに相当するファン速度との関
係を示すグラフである。
【図７】本発明の１つの実施形態における、検知された
エンジン冷却液温度と、これに相当するファン速度との
関係を示すグラフである。
【図８】本発明の１つの実施形態における、吸気マニホ
ールド温度誤差と、これに相当するファン速度との関係
を示すグラフである。
【図９】本発明の１つの実施形態における、検知された
変速機オイル温度と、これに相当するファン速度との関
係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ 上方ファン １２ 下方ファン １６ エンジン冷却液コア １８ 油圧作動オイルコア ２０ 変速機オイルコア
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マーセロ シー オルグレイン アメリカ合衆国 イリノイ州 61615− 9317 ピオーリア ノース キャッスルベ リー ドライヴ 5307

Claims (35)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 作業機械において、各々が予め定められ
    た最低閾値温度と予め定められた最高閾値温度の間で作
    動するようになった複数の流体を冷却する複数のファン
    の速度を制御する制御システムであって、 前記複数の流体の各々の温度を検知するため配置され、
    各々が個々の流体温度を示す信号を出力できる複数のセ
    ンサと； 前記複数のセンサから信号を受けるために前記複数のセ
    ンサと結合され、前記複数の流体の各々の温度を示す前
    記複数のセンサの各々からの信号を受信できる電子制御
    器とを含み；前記制御器は、前記複数のセンサから受信
    される信号に基づいて、前記複数のファンの各々につい
    ての望ましいファン速度を決定でき、 前記制御器は、前記複数のファンの速度を制御するため
    に、各々が個々のファンについての望ましいファン速度
    を示し、前記複数のセンサから受信された前記信号のう
    ちの少なくとも幾つかについての比較に基づいている信
    号を、前記複数のファンの各々に出力する；ことを特徴
    とする前記制御システム。
  2. 【請求項２】 各出力信号が、前記比較される流体のう
    ちの１つに基づいて決定され、該１つの流体は、それに
    ついて予め定められた最高閾値温度に、残りの比較され
    る流体に比べて、より近い温度であることを特徴とする
    請求項１に記載の制御システム。
  3. 【請求項３】 前記制御器が、複数の比較される流体の
    うちの１つがその流体について予め定められた前記最低
    閾値温度より低い温度である場合に、該１つのファンに
    ついてファン速度をゼロにするように決定することを特
    徴とする請求項１に記載の制御システム。
  4. 【請求項４】 前記複数のファンが少なくとも２つのフ
    ァンを含み、前記複数の流体が少なくとも４つの流体を
    含むことを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
  5. 【請求項５】 第１のファンが、第１の流体に関連する
    第１の熱伝達コアの少なくとも一部、第２の流体に関連
    する第２の熱伝達コアの少なくとも一部、および第３の
    流体に関連する第３の熱伝達コアのために作動し、第２
    のファンが、前記第１の流体に関連する前記第１の熱伝
    達コアの少なくとも一部、前記第２の流体に関連する前
    記第２の熱伝達コアの少なくとも一部、および第４の流
    体に関連する第４の熱伝達コアのために作動することを
    特徴とする請求項４に記載の制御システム。
  6. 【請求項６】 前記制御器は、前記第１、第２および第
    ３の流体に関連する前記複数のセンサから受信した前記
    信号の比較に基づいて前記第１のファンの速度を決定
    し、前記第１、第２および前記第４の流体に関連する前
    記複数のセンサから受信した前記信号の比較に基づいて
    前記第２のファンの速度を決定することを特徴とする請
    求項５に記載の制御システム。
  7. 【請求項７】 前記第１のファンの速度が、前記第１、
    第２および第３の流体のうちの１つに基づいて決定さ
    れ、該１つの流体はそれについて予め定められた最高閾
    値温度に、前記残りの２つの流体に比べて、より近い温
    度であることを特徴とする請求項６に記載の制御システ
    ム。
  8. 【請求項８】 前記第２のファンの速度が、前記第１、
    第２および第４の流体のうちの１つに基づいて決定さ
    れ、該１つの流体はそれについて予め定められた最高閾
    値温度に、前記残りの２つの流体に比べて、より近い温
    度であることを特徴とする請求項６に記載の制御システ
    ム。
  9. 【請求項９】 前記第１の熱伝達コアがＡＴＡＡＣコア
    であり、前記第１の流体が前記ＡＴＡＡＣコアへの吸気
    マニホールド空気であることを特徴とする請求項５に記
    載の制御システム。
  10. 【請求項１０】 前記第２の熱伝達コアがエンジン冷却
    液コアであり、前記第２の流体がエンジン冷却液である
    ことを特徴とする請求項５に記載の制御システム。
  11. 【請求項１１】 前記第３の熱伝達コアが油圧作動オイ
    ルコアであり、前記第３の流体が油圧作動オイルである
    ことを特徴とする請求項５に記載の制御システム。
  12. 【請求項１２】 前記第４の熱伝達コアが変速機オイル
    コアであり、前記第４の流体が変速機オイルであること
    を特徴とする請求項５に記載の制御システム。
  13. 【請求項１３】 前記制御システムが、個々の流体につ
    いて予め定められた望ましい閾値温度とその流体のセン
    サから受信した前記信号により示される個々の流体の温
    度の間の差に基づいて算定される温度誤差を、前記第
    １、第２、第３および第４の流体の各々の温度を検知す
    る前記センサから受信した各信号について決定するよう
    に作動できるものであり；前記制御器が、前記第１、第
    ２および第３の流体から受信した前記センサ信号間に存
    在する最大温度誤差に基づいて、前記第１のファンにつ
    いてのファン速度を決定でき；前記制御器が、該第１、
    第２および第４の流体から受信した前記センサ信号間に
    存在する最大温度誤差に基づいて、前記第２のファンに
    ついてのファン速度を決定できることを特徴とする請求
    項５に記載の制御システム。
  14. 【請求項１４】 前記制御器は、前記第１および第２の
    流体の前記温度誤差のうちの大きいものが、前記第３お
    よび第４の温度誤差の両方を超えている場合は、前記第
    １のファンについてのファン速度を、前記第２のファン
    についてのファン速度と実質的に等しくなるよう決定で
    きることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 前記制御器が、前記作業機械からの出
    力要求信号を受信するように前記作業機械と結合され、
    前記制御システムは、前記出力要求信号の受信時に、前
    記複数のファンの各々についての前記ファン速度を、予
    め定められた最低速度となるよう決定することを特徴と
    する請求項１に記載の制御システム。
  16. 【請求項１６】 前記複数のファンの各々についての前
    記ファン速度を、前記流体の１つが予め定められた最高
    閾値温度に達するまでは、予め定められた最低速度に保
    つことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
  17. 【請求項１７】 前記制御器が、前記作業機械からの制
    動信号を受信するように前記作業機械と結合され、前記
    制御器は、前記制動信号を受信している間は、前記複数
    のファンの各々についての前記ファン速度を、予め定め
    られた最高速度となるよう決定することを特徴とする請
    求項１に記載の制御システム。
  18. 【請求項１８】 作業機械において、各々が個々の熱伝
    達コアと関連し、かつ予め定められた最低閾値温度と予
    め定められた最高閾値温度の間で作動するようになっ
    た、４つの流体を冷却する２つのファンの速度を制御す
    る制御システムであって、前記第１の流体の温度を検知
    して、それを示す信号を出力するように配置される第１
    のセンサと；前記第２の流体の温度を検知して、それを
    示す信号を出力するように配置される第２のセンサと；
    前記第３の流体の温度を検知して、それを示す信号を出
    力するように配置される第３のセンサと；前記第４の流
    体の温度を検知して、それを示す信号を出力するように
    配置される第４のセンサと；前記各々のセンサから信号
    を受けるために前記第１、第２、第３および第４のセン
    サと結合され、前記第１、第２、第３および第４の流体
    のそれぞれの温度を示す前記センサの各々からの信号を
    受信できる電子制御器とを含み；温度誤差を、個々の流
    体について予め定められた望ましい閾値温度とその流体
    のセンサから受信した前記信号により示される温度の間
    の差に基づいて算定されるものとしたとき、前記制御シ
    ステムが、前記第１のセンサから受信した前記信号につ
    いての第１の温度誤差、前記第２のセンサから受信した
    前記信号についての第２の温度誤差、前記第３のセンサ
    から受信した前記信号についての第３の温度誤差および
    前記第４のセンサから受信した前記信号についての第４
    の温度誤差を決定でき；前記制御器が、前記第１、第
    ２、第３および第４のセンサによって決定される前記温
    度誤差のうちの少なくともいくつかについての比較に基
    づいて、前記第１および第２のファンについてのファン
    速度を決定でき；前記制御器が、前記第１のファンの駆
    動モータおよび前記第２のファンの駆動モータと結合さ
    れ、前記第１および第２のファンの速度を制御するため
    に、個々のファンについての望ましいファン速度を示す
    信号をそれぞれ前記第１のファンの駆動モータおよび前
    記第２のファンの駆動モータに出力する；ことを特徴と
    する制御システム。
  19. 【請求項１９】 前記第１のファンが、前記第１の流体
    に関連する第１の熱伝達コアの少なくとも一部、前記第
    ２の流体に関連する第２の熱伝達コアの少なくとも一
    部、および前記第３の流体に関連する第３の熱伝達コア
    のために作動し、前記第２のファンが、前記第１の流体
    に関連する前記第１の熱伝達コアの少なくとも一部、前
    記第２の流体に関連する前記第２の熱伝達コアの少なく
    とも一部、および前記第４の流体に関連する第４の熱伝
    達コアのために作動することを特徴とする請求項１８に
    記載の制御システム。
  20. 【請求項２０】 前記制御器が、前記第１、第２および
    第３のセンサから受信した前記センサ信号間に存在する
    最大温度誤差に基づいて、前記第１のファンについての
    ファン速度を決定でき；前記制御器が、前記第１、第２
    および第４のセンサから受信した前記センサ信号間に存
    在する最大温度誤差に基づいて、前記第２のファンにつ
    いてのファン速度を決定できることを特徴とする請求項
    １９に記載の制御システム。
  21. 【請求項２１】 前記制御器は、前記第１および第２の
    温度誤差のうちの大きいものが、前記第３および第４の
    温度誤差の両方を超えている場合は、前記第１ファンに
    ついてのファン速度を、前記第２のファンについてのフ
    ァン速度と実質的に等しくなるよう決定できることを特
    徴とする請求項２０に記載の制御システム。
  22. 【請求項２２】 前記制御器は、前記第３の流体の温度
    が、個々の流体について予め定められた過冷却閾値温度
    である場合に、前記第１のファンについてのファン速度
    をゼロに決定することを特徴とする請求項１９に記載の
    制御システム。
  23. 【請求項２３】 前記制御器は、前記第４の流体の温度
    が、個々のの流体について予め定められた過冷却閾値温
    度である場合に、前記第２のファンについてのファン速
    度がゼロになるよう決定することを特徴とする請求項１
    ９に記載の制御システム。
  24. 【請求項２４】 前記制御器が、前記作業機械からの出
    力要求信号を受信するように前記作業機械と結合され、
    前記制御システムは、前記出力要求信号の受信時に、前
    記第１および第２のファンについてのファン速度を、前
    記ファンの各々についての予め定められた最低速度とな
    るよう決定することを特徴とする請求項１８に記載の制
    御システム。
  25. 【請求項２５】 前記第１および第２のファンについて
    のファン速度を、前記流体の１つが予め定められる最高
    閾値温度に達するまでは、予め定められた最低速度に保
    つことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
  26. 【請求項２６】 前記制御器が、前記作業機械からの制
    動信号を受信するように前記作業機械と結合され、前記
    制御器は、前記制動信号を受信している間は、前記第１
    および第２のファンについてのファン速度を、前記ファ
    ンの各々について予め定められた最高速度となるよう決
    定することを特徴とする請求項１８に記載の制御システ
    ム。
  27. 【請求項２７】 前記制御器は、さらに前記第１、第
    ２、第３および第４の温度誤差の各々を、対応する第
    １、第２、第３および第４の予め定められた値によって
    評価できることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
  28. 【請求項２８】 前記第１の熱伝達コアがＡＴＡＡＣコ
    アであり、前記第１の流体が前記ＡＴＡＡＣコアへの前
    記吸気マニホールド空気であることを特徴とする請求項
    １９の制御システム。
  29. 【請求項２９】 前記第１の流体の前記予め定められた
    望ましい閾値温度が周囲大気温度の関数であり、前記制
    御システムはさらに、前記周囲大気温度を検知してそれ
    を示す信号を出力するように配置された第５のセンサを
    含み、前記制御器は、前記周囲大気温度を示す信号を前
    記第５のセンサから受信するために前記第５のセンサと
    結合されており、そして、該制御器は、さらに前記第１
    の流体の前記予め定められた望ましい閾値温度を、前記
    第５のセンサから受信した前記信号に基づいて、少なく
    とも周期的に更新できることを特徴とする請求項２８に
    記載の制御システム。
  30. 【請求項３０】 前記第２の熱伝達コアがエンジン冷却
    液コアであり、前記第２の流体が前記エンジン冷却液で
    あることを特徴とする請求項１９に記載の制御システ
    ム。
  31. 【請求項３１】 前記第３の熱伝達コアが油圧作動オイ
    ルコアであり、前記第３の流体が前記油圧作動オイルで
    あることを特徴とする請求項１９に記載の制御システ
    ム。
  32. 【請求項３２】 前記第４の熱伝達コアが変速機オイル
    コアであり、前記第４の流体が前記変速機オイルである
    ことを特徴とする請求項１９に記載の制御システム。
  33. 【請求項３３】 作業機械において、複数の流体の各々
    が予め定められた最低閾値温度と予め定められた最高閾
    値温度の間で作動するように、複数の流体を冷却する複
    数のファンの速度を制御する方法であって、 前記複数の流体の各々の温度を検知し、各々が個々の流
    体温度を示す信号を出力できる複数のセンサを配置する
    段階と；前記複数のセンサから信号を受けるために、前
    記複数の流体の各々の温度を示す前記複数のセンサの各
    々からの信号を受信できるように前記複数のセンサに電
    子制御器を結合する段階と；前記制御器を用いて、前記
    複数のセンサから受信された信号に基づいて、前記複数
    のファンの各々についての望ましいファン速度を実行可
    能に決定する段階と；前記制御器を用いて、前記複数の
    ファンの速度を制御するために、個々のファンについて
    の望ましいファン速度を示し、前記複数のセンサから受
    信された前記信号のうちの少なくともいくつかについて
    の比較に基づいている信号を前記複数のファンの各々に
    出力する段階と；を含むことを特徴とする方法。
  34. 【請求項３４】 前記信号を出力する前記段階は各々の
    出力信号が、比較される流体のうち、残りの比較される
    流体に比べて予め定められた最高閾値温度により近い温
    度である１つの流体に基づくものとする段階を含むこと
    を特徴とする請求項３３に記載の方法。
  35. 【請求項３５】 前記複数のセンサから受信される信号
    に基づき、前記複数のファンの各々についての望ましい
    ファン速度を実行可能に決定する段階が、前記複数の比
    較される流体の１つが個々の流体についての前記予め定
    められた最低閾値温度より低い場合に、前記複数のファ
    ンの１つについてのファン速度をゼロに決定することを
    特徴とする請求項３３に記載の方法。
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