JP2007016659A

JP2007016659A - 冷却ファンの制御装置

Info

Publication number: JP2007016659A
Application number: JP2005197664A
Authority: JP
Inventors: Yoshimi Saotome; 吉美早乙女
Original assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2005-07-06
Filing date: 2005-07-06
Publication date: 2007-01-25
Also published as: US20070006824A1; EP1741893A1; CN1891995A

Abstract

【課題】ファン回転数を流体温度に応じて適正に制御しながら、ファン回転数の変動を抑える。
【解決手段】油圧ポンプ５によって油圧モータ４を駆動し、冷却ファン１を回転させてラジエータ２及びオイルクーラー３を冷却するシステムにおいて、冷却対象である冷却水及び作動油の温度をそれぞれセンサ８,９で検出してコントローラ６に入力する。コントローラ６には、予め水温及び油温とそれぞれに要求されるモータ速度の関係を設定・記憶させておき、検出された水温及び油温に対応する要求モータ速度のうち高い方を目標値としてモータ速度を制御するように構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は油圧モータにより駆動されてエンジン冷却用のラジエータや作動油冷却用のオイルクーラー等の熱交換器を冷却する冷却ファンの制御装置に関するものである。

たとえば油圧ショベルにおいては、冷却装置としてエンジンを冷却するエンジン冷却装置や、油圧アクチュエータを作動させるための作動油を冷却する作動油冷却装置、キャビン内を冷房するためのキャビン冷却装置等が設けられる。

これら冷却装置には個々に、または共通の冷却ファンが設けられ、この冷却ファンは油圧ポンプを油圧源とする油圧モータによって回転駆動される。

この油圧駆動式のファンシステムにおいて、動力の無駄遣いを防止する策として、冷却対象となる流体の温度に応じて、油圧モータの回転速度(ファン回転数)を高低二段階に切換える技術が公知である(特許文献１参照)。

この公知技術においては、二種の流体(冷却水とモータ作動油)の温度を検出し、双方の温度が予め設定された温度よりも高いときにモータを高速で回転させ、低いときに低速に切換える構成をとっている。
特許第３２３８７７５号

ところが、この公知技術によると、ファン速度を高くするか低くするかだけの制御であるため、制御による速度変化が大きくなる。

とくに油圧ショベルの場合、同じ種類の作業を連続して行っていても、作業内容(負荷)に応じてモータ速度が激しく変化し、その度にファン音が急激に変化するためオペレータに不安感や不快感を与え易い。

また、モータ速度の高低変化が激しいことから、ファンに費やされるエンジン馬力の変動も大きくなる。従って、作業に使用できる馬力(エンジン馬力−ファン馬力)が大きく変化するため、アタッチメントの作動速度が変化して作業しづらくなるという問題があった。

そこで本発明は、ファン回転数を流体温度に応じて適正に制御しながら、ファン回転数の大きな変動を抑えることができる冷却ファンの制御装置を提供するものである。

請求項１の発明は、冷却ファンを駆動する油圧モータと、この油圧モータの油圧源としての油圧ポンプと、上記油圧モータの回転速度を制御するモータ速度制御手段と、冷却対象である複数の流体の温度を検出する温度センサとを備え、上記モータ速度制御手段は、上記温度センサによって検出される各流体の温度から、予め流体ごとに温度と要求されるモータ速度との関係について設定された温度／速度特性に基づいて、流体ごとに要求されるモータ速度を求め、これらのうちから高位選択された値を目標値としてモータ速度を制御するように構成されたものである。

請求項２の発明は、請求項１の構成において、温度センサとして、エンジン冷却装置を構成するラジエータの水温を検出する水温センサと、油圧アクチュエータ駆動用の作動油の温度を検出する油温センサとが設けられ、速度制御手段は、予め設定された水温／速度特性及び油温／速度特性に基づいて求められたモータ速度のうち高い方を目標値としてモータ速度を制御するように構成されたものである。

請求項３の発明は、請求項２の構成において、エンジン冷却装置は、冷却ポンプから出た冷却水をエンジン、ラジエータを通過する経路で循環させてエンジンを冷却するとともに、サーモスタットにより、冷却水の低温時にエンジンから出た冷却水をラジエータに通さずにエンジンに戻す循環路中で循環させるように構成され、水温センサは、上記循環路の外側で水温を検出するように構成されたものである。

請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかの構成において、油圧ポンプとして可変容量型の油圧ポンプが用いられ、モータ速度制御手段は、上記油圧ポンプの容量を制御するポンプレギュレータと、温度センサによって検出された流体温度と予め設定された温度／速度特性とに基づいて上記レギュレータにポンプ容量指令信号を出力するコントローラとによって構成されたものである。

請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれかの構成において、外気温を検出する外気温センサが設けられ、モータ速度制御手段は、外気温が低いときにモータ速度を低下させる方向に制御するように構成されたものである。

本発明によると、冷却対象である複数(請求項２ではラジエータ冷却水と作動油)の流体ごとに温度／速度特性を定めておき、検出された流体温度に基づいて求められるモータ速度(ファン回転数)のうちから高位選択された値を目標値としてモータ速度を制御する(請求項４ではポンプ容量の調整によってモータ速度を制御する)構成としたから、公知の高速／低速の二段階制御と比較して、流体温度、つまり、必要な冷却能力の変化に即応した、変化の小さい速度制御が可能となる。

これにより、ファン音の急激な変化を抑えることができるとともに、ファン駆動のための消費馬力の大きな変動を抑えて作業馬力を安定化させることができる。

ところで、エンジン冷却装置においては、冷却ポンプから出た冷却水をエンジン、ラジエータを通過する経路で循環させてエンジンを冷却する一方、冷却水が低温の間はサーモスタットを閉じ、エンジンから出た冷却水をラジエータに通さずにエンジンに戻す循環路中で循環させるように構成されている。

従って、この循環路の水温を水温センサで検出すると、ラジエータ水温は低いにもかかわらずモータ速度が増速側に制御されるという無駄な制御が行われてしまう。

この点、請求項３の発明によると、上記循環路の外側で水温を検出するため、無駄な制御が行われるおそれがない。また、サーモスタットが開く水温は一定であるため、この一定以上の水温に基づいて制御を行えばよいことから、制御が簡単となる。

また、請求項５の発明によると、外気温をも検出し、外気温が低いときに要求モータ速度を低下させる方向の制御を行うため、外気温が低い環境で使用する場合に冷却し過ぎを抑え、エネルギーの無駄遣いを防止することができる。

第１実施形態(図１〜図４参照)
ここでは、図１に示すように一つの冷却ファン１によってエンジン冷却装置のラジエータ２と作動油冷却装置のオイルクーラー３とを冷却する場合を例示している。従って、冷却対象となる流体は、ラジエータ用の冷却水と作動油となる。

図１において、４は冷却ファン１を駆動する油圧モータ、５はこの油圧モータ４の油圧源としての可変容量型の油圧ポンプで、速度制御手段を構成するコントローラ６とポンプレギュレータ７とによって油圧モータ４の回転速度(ファン回転数)が制御される。

すなわち、コントローラ６からの指令信号によりポンプレギュレータ７が作動して油圧ポンプ５の容量が調整され、これによりポンプ圧力が制御されてモータ速度が変わる。

また、センサとして、ラジエータ冷却水の温度(以下、水温という)を検出する水温センサ８と、作動油の温度(以下、油温という)を検出する油温センサ９とが設けられ、この両センサ８,９で検出された水温及び油温がコントローラ６に入力される。図１中、Ｔはタンクである。

コントローラ６には、図２に示す水温とその水温に対して要求されるモータ速度(＝ファン速度であって冷却能力)Ｖ１の特性、及び図３に示す油温とその油温に対して要求されるモータ速度Ｖ２の特性が予め設定・記憶され、検出された水温及び油温のそれぞれについて要求モータ速度Ｖ１,Ｖ２がこの特性から求められる。

そして、この二種類の要求モータ速度Ｖ１,Ｖ２のうち高い方が選択され、この選択された要求モータ速度を目標値として、油圧ポンプ５を通じて油圧モータ４の速度が制御される。

たとえば、検出された水温及び油温がいずれも７５°Ｃの場合、図２,３の特性から、水温に対する要求モータ速度は８００rｐｍ、油温に対する要求モータ速度は１,１８０rｐｍとなるため、高位選択によって１,１８０rｐｍが目標値となり、モータ速度が１１８０rｐｍに向けて制御される。

このように、水温または油温の連続変化に対してモータ速度も連続的に変化するため、検出温度に基づいて高速と低速の二種類のうちから選択して速度制御を行う公知技術と比較して、流体温度(必要な冷却能力)の変化に即応した、速度変化の小さい速度制御が可能となる。

しかも、水温及び油温に対応する要求モータ速度のうち高い方を目標値としてモータ速度を制御するため、過不足のない適正な制御を行うことができる。

これにより、ファン音の急激な変化を抑えることができるとともに、ファン駆動のためのエンジンの消費馬力の大きな変動を抑えて作業馬力を安定化させることができる。

図４はエンジン冷却装置のシステム構成を示す。

図において１０は冷却ポンプで、この冷却ポンプ１０から吐出された冷却水がエンジン(ウォータージャケット)１１を通ってラジエータ２に入り、冷却された後、冷却ポンプ１０に戻る冷却回路１２が構成されている。

また、エンジン１１の出口側にサーモスタット(水温によって開閉する弁)１３が設けられ、水温が設定温度以下の低温時にこのサーモスタット１３が閉じて冷却回路１２が遮断され、冷却水が循環路１４中を循環する。

従って、もし水温センサ８を循環路１４中に設けると、この循環によって上昇した水温を検出し、冷却対象であるラジエータ水温はまだ低いにもかかわらず、モータ速度が増速側に制御されるという無駄な制御が行われてしまう。

そこでこの実施形態においては、図示のように循環路１４の外側(冷却回路１２中)で水温を検出するように構成している。

これにより、上記のような無駄な制御が行われるおそれがなくなる。

また、サーモスタット１３は一定の水温で開くため、この一定以上の水温のみに基づいて制御を行えばよい(低い水温を考慮する必要がない)ことから、制御が簡単となる。

第２実施形態(図５,６参照)
第１実施形態との相違点のみを説明する。

冷却ファン１の回転数が同じでも外気温によって冷却効果に差が生じる。つまり、外気温が高ければ冷却効果は低く、外気温が低ければ冷却効果は高くなる。一方、地域や季節によって外気温に数十°Ｃの差があることが考えられる。

そこで、通常は、外気温が最高の場合でも冷却能力が確保されるようにファン能力が設定される。

従って、単に水温及び油温のみに基づいてモータ速度を制御すると、外気温が低い環境で使用した場合に、冷却能力が過剰となって過冷却が発生するおそれがある。

第２実施形態においては、この点に着目し、センサとして外気温を検出する外気温センサ１５を設ける一方、コントローラ６に設定・記憶される温度／モータ速度の特性として、図６実線で示す外気温が設定温度を超える場合の特性Ｉと、同破線で示す外気温が設定温度以下の場合の特性ＩＩを定め、外気温に応じて該当する特性を選択してモータ速度を制御するように構成している。

こうすれば、外気温が低い環境で使用する場合に冷却し過ぎを抑え、エネルギーの無駄遣いを防止することができる。

なお、図６には油温／モータ速度特性を例示しているが、水温／モータ速度特性についても同様に設定される。

他の実施形態
(１) 第２実施形態の変形形態として、外気温に応じて係数を設定・記憶し、水温(または油温)／モータ要求速度の特性から得られるモータ要求速度に対して、外気温が低くなるほどモータ速度が低くなるように係数を掛けて目標速度を決めるようにしてもよい。

(２) モータ速度の制御の仕方として、油圧モータ４を可変モータとし、モータ容量を調整して速度を制御するようにしてもよい。

(３) 上記実施形態では、一つの冷却ファン１でラジエータ２とオイルクーラー３を冷却する場合を例にとったが、一つの冷却ファン１でラジエータ２とオイルクーラー３とキャビン冷却装置の熱交換器を冷却する場合にも上記同様に適用することができる。この場合は、冷媒温度をも検出し、水温、油温、冷媒温度のそれぞれについて設定されたモータ速度のうちから高位選択して目標値を決めるように構成すればよい。

あるいは、冷却対象となる流体が多い場合は、複数の冷却ファンを設け、それぞれの油圧モータについて上記同様の制御を行うように構成してもよい。

この場合、各油圧モータは一つの油圧ポンプ５に対して直列に接続してもよいし、並列に接続してもよい。

本発明の第１実施形態にかかる制御装置の構成図である。同装置のコントローラに設定・記憶された水温／要求モータ速度特性を示す図である。同油温／モータ速度特性を示す図である。エンジン冷却装置の構成と水温センサの設置位置を示す図である。本発明の第２実施形態にかかる制御装置の構成図である。同装置のコントローラに設定・記憶された油温／要求モータ速度特性を示す図である。

符号の説明

１冷却ファン
２ラジエータ
３オイルクーラー
４油圧モータ
５油圧ポンプ
６制御手段を構成するコントローラ
７同ポンプレギュレータ
８水温センサ
９油温センサ
１０冷却ポンプ
１１エンジン
１２冷却回路
１３サーモスタット
１４循環路
１５外気温センサ

Claims

冷却ファンを駆動する油圧モータと、この油圧モータの油圧源としての油圧ポンプと、上記油圧モータの回転速度を制御するモータ速度制御手段と、冷却対象である複数の流体の温度を検出する温度センサとを備え、上記モータ速度制御手段は、上記温度センサによって検出される各流体の温度から、予め流体ごとに温度と要求されるモータ速度との関係について設定された温度／速度特性に基づいて、流体ごとに要求されるモータ速度を求め、これらのうちから高位選択された値を目標値としてモータ速度を制御するように構成されたことを特徴とする冷却ファンの制御装置。
請求項１記載の冷却ファンの制御装置において、温度センサとして、エンジン冷却装置を構成するラジエータの水温を検出する水温センサと、油圧アクチュエータ駆動用の作動油の温度を検出する油温センサとが設けられ、速度制御手段は、予め設定された水温／速度特性及び油温／速度特性に基づいて求められたモータ速度のうち高い方を目標値としてモータ速度を制御するように構成されたことを特徴とする冷却ファンの制御装置。
請求項２記載の冷却ファンの制御装置において、エンジン冷却装置は、冷却ポンプから出た冷却水をエンジン、ラジエータを通過する経路で循環させてエンジンを冷却するとともに、サーモスタットにより、冷却水の低温時にエンジンから出た冷却水をラジエータに通さずにエンジンに戻す循環路中で循環させるように構成され、水温センサは、上記循環路の外側で水温を検出するように構成されたことを特徴とする冷却ファンの制御装置。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の冷却ファンの制御装置において、油圧ポンプとして可変容量型の油圧ポンプが用いられ、モータ速度制御手段は、上記油圧ポンプの容量を制御するポンプレギュレータと、温度センサによって検出された流体温度と予め設定された温度／速度特性とに基づいて上記レギュレータにポンプ容量指令信号を出力するコントローラとによって構成されたことを特徴とする冷却ファンの制御装置。
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の冷却ファンの制御装置において、外気温を検出する外気温センサが設けられ、モータ速度制御手段は、外気温が低いときにモータ速度を低下させる方向に制御するように構成されたことを特徴とする冷却ファンの制御装置。