JP2007255216A - 冷却ファンの制御装置及び作業機械の冷却ファンの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却ファンの制御装置に関し、負荷状態に応じて冷却ファンの回転数を最適に制御し、冷却ファンにより生じる騒音を抑制する。
【解決手段】被冷却流体を冷却するために外気を冷却風として導入する冷却ファンの回転数を制御する制御装置において、被冷却流体の流体温度Ｔ_oを検知する流体温度センサ４０と、外気の温度Ｔ_aを検知する外気温センサ３０と、流体温度センサ４０により検知された流体温度Ｔ_oと外気温センサ３０により検知された外気の温度Ｔ_aとの差分を算出し、差分の大きさに応じて冷却ファンの目標回転数Ｎ_fを設定する制御手段２０とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、油圧ショベル等の作業機械に搭載された冷却ファンに用いて好適の、冷却ファンの回転数を制御する制御装置に関するものである。

近年、油圧ショベルに代表される作業機械は、都市部や住宅地で使用されることが多く、作業時に発生する騒音が問題となっている。そして、この騒音の発生には、オイルクーラやラジエータ等の冷却装置に外気を冷却風として導入する冷却ファンの存在が大きく影響している。
冷却ファンは、一般に、苛酷な作業環境を考慮して設計がなされている。つまり、例えば外気温度が３０℃程度の高温且つエンジンが全開の状態のような、エンジンにかかる負荷が最大の状態で連続運転を行なったとしてもエンジンがオーバーヒートしないように、冷却ファンの回転数を大きくし、冷却風をより多く吸入して冷却装置の冷却性能を上げるような設計がなされている。

ところが、冷却ファンの回転数が大きいと、空気による回転抵抗が大きくなり、冷却ファンの回転による風きり音が大きくなり、騒音発生に大きく影響することになる。
騒音低減のためには、高負荷時等の必要なとき以外は、冷却ファンの回転数をできるだけ下げることが好ましい。
これに対して、冷却ファンの回転数を制御する種々の技術が開発されている。

例えば、作業機械の作業や走行のために用いられる作動油の油温に応じて冷却ファンの回転数を制御することが行なわれている。
また、例えば、特許文献１には、建設機械（作業機械）に関し、エンジン冷却水の温度（水温）Ｔｗと建設機械の油圧システム内の作動油の温度（油温）Ｔｏとに応じて、ファン制御装置により冷却ファンの回転数を制御する技術が開示されている。

詳しくは、特許文献１記載の技術では、水温Ｔｗを水温センサにより検出するとともに油温Ｔｏを油温センサにより検出する。そして、検出された水温Ｔｗと油温Ｔｏとがともに予め設定された第１温度Ｔｗ₁，Ｔｏ₁よりも小さいときは冷却ファンを駆動しない。
水温Ｔｗが第１温度Ｔｗ₁と第１温度Ｔｗ₁よりも高い温度の第２温度Ｔｗ₂との間にあり且つ油温Ｔｏが第１温度Ｔｏ₁よりも小さいとき、及び、水温Ｔｗが第１温度Ｔｗ₁よりも小さく且つ油温Ｔｏが第１温度Ｔｏ₁と第１温度Ｔｏ₁よりも高い温度の第２温度Ｔｏ₂との間にあるときは、冷却ファンを低速運転する。

水温Ｔｗと油温Ｔｏとがともに第１温度Ｔｗ₁，Ｔｏ₁と第２温度Ｔｗ₂，Ｔｏ₂との間にあるときは、冷却ファンを中速運転する。
水温Ｔｗが第２温度Ｔｗ₂よりも大きく且つ油温Ｔｏが第１温度Ｔｏ₁と第２温度Ｔｏ₂との間にあるとき、水温Ｔｗが第１温度Ｔｗ₁と第２温度Ｔｗ₂との間にあり且つ油温Ｔｏが第２温度Ｔｏ₂よりも大きいとき、及び、水温Ｔｗと油温Ｔｏとがともに第２温度Ｔｗ₂，Ｔｏ₂よりも大きいときは、冷却ファンを高速運転するようになっている。
特開平５−２８８０５３号公報

しかしながら、エンジンの負荷状態（即ちエンジンの発熱状態）は、油温や水温の状態以外にも影響されるものである。
ここで、作動油やエンジン冷却水を冷却する冷却装置の冷却性能は、冷却ファンにより導入される冷却風の温度と風量とに比例することが知られている。つまり、冷却風が冷たく風量が多いほど、作動油やエンジン冷却水が良く冷やされることになる。

しかし、例えば、ある所定の風量の冷却風で作動油を冷却する際に、冷却風が０℃程度と低温の条件下において油温は７０℃程度の状態が続く状況と、冷却風が３０℃程度と高温の条件下において油温は７０℃程度の状態が続く状況がある。つまり、冷却風による冷却性能が異なるにも関わらず、油温は同一温度を保持する状況がある。

これは、前者の状況は、作動油の発熱量が大きい、即ち作動油に対して大きな仕事がなされ、エンジン負荷が高いということを意味している。一方、後者の状況は、作動油の発熱量が小さい、即ち、あまり作動油に対して仕事がなされておらず、エンジン負荷が低いということを意味している。そのため、前者の状況は、後者の状況に比べて冷却性能が良好であるにも関わらず、後者の状況と同一の油温までしか冷却されない。
したがって、単に油温だけで冷却ファンの回転数を制御すると、実際はエンジンに大きな負荷がかかっているのに冷却ファンの回転が不足してエンジンをオーバーヒートさせてしまったり、エンジンに大きな負荷がかかっていないのに過剰に冷却ファンを回転させて余計な騒音を発生させたりしてしまうことがある。

また、特許文献１記載のような油温や水温による制御でも、エンジンの負荷に厳密に応じているとは言い難く、上述したように冷却ファンの回転が不足したり、過剰に冷却ファンを回転させたりしてしまうことが考えられる。
冷却ファンの回転数は、エンジンの負荷に応じてきめ細やかに制御されることが好ましい。

本発明はこのような課題に鑑み案出されたもので、負荷状態に応じて冷却ファンの回転数を最適に制御し、冷却ファンにより生じる騒音を抑制する、冷却ファンの制御装置及び作業機械の冷却ファンの制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１記載の本発明の冷却ファンの制御装置は、被冷却流体を冷却するために外気を冷却風として導入する冷却ファンの回転数を制御する制御装置であって、前記被冷却流体の流体温度を検知する流体温度センサと、前記外気の温度を検知する外気温センサと、前記流体温度センサにより検知された前記流体温度と前記外気温センサにより検知された前記外気の温度との差分を算出し、前記差分の大きさに応じて前記冷却ファンの目標回転数を設定する制御手段とを備えたことを特徴としている。

請求項２記載の本発明の冷却ファンの制御装置は、請求項１記載の冷却ファンの制御装置において、前記差分の基準値として、第１基準差分及び該第１基準差分よりも大きい値の第２基準差分を予め定めるとともに、前記目標回転数の下限値としての第１最小回転数及び前記目標回転数の上限値としての第１最大回転数を予め定め、前記制御手段は、前記差分が前記第１基準差分以下であれば、前記目標回転数を前記第１最小回転数に設定し、前記差分が前記第２基準差分よりも大きければ、前記目標回転数を前記第１最大回転数に設定し、前記差分が前記第１基準差分よりも大きく前記第２基準差分以下であれば、前記目標回転数を、前記差分の大きさに応じて前記第１最小回転数と前記第１最大回転数との間で直線補間した回転数に設定することを特徴としている。

請求項３記載の本発明の冷却ファンの制御装置は、請求項２記載の冷却ファンの制御装置において、前記流体温度の基準値として、第１基準流体温度及び該第１基準流体温度よりも大きい値の第２基準流体温度を予め定めるとともに、前記目標回転数の第２の下限値としての第２最小回転数及び前記目標回転数の第２の上限値としての第２最大回転数を予め定め、前記制御手段は、前記流体温度が前記第１基準流体温度以下であれば、前記目標回転数を前記第２最小回転数に設定し、前記流体温度が前記第２基準流体温度よりも大きければ、前記目標回転数を前記第２最大回転数に設定し、前記流体温度が前記第１基準流体温度よりも大きく前記第２基準流体温度以下であれば、前記目標回転数を、前記流体温度の大きさに応じて前記第２最小回転数と前記第２最大回転数との間で直線補間した回転数に設定し、前記差分により設定された目標回転数と、前記流体温度により設定された目標回転数とのうち大きいほうを最終的な目標回転数として決定することを特徴としている。

請求項４記載の本発明の作業機械の冷却ファンの制御装置は、請求項１〜３の何れか１項に記載の冷却ファンの制御装置が作業機械に適用されていることを特徴としている。
請求項５記載の本発明の作業機械の冷却ファンの制御装置は、請求項４記載の作業機械の冷却ファンの制御装置において、前記被冷却流体は、前記作業機械の作業や走行に用いられる作動油であることを特徴としている。

請求項１記載の本発明の冷却ファンの制御装置によれば、冷却ファンの回転数制御において、流体温度と外気の温度との差分を用いるので、冷却ファンの駆動源の負荷状態を適切に判断することができる。
そして、その判断された負荷状態に応じて冷却ファンの目標回転数を設定するので、冷却ファンの回転数をきめ細やかに最適に制御することができる。したがって、冷却ファンは必要以上に回転されることがなく、冷却ファンにより生じる騒音を抑制することができる。

請求項２記載の本発明の冷却ファンの制御装置によれば、目標回転数は、流体温度と外気の温度との差分の大きさに応じて直線補間された回転数に設定されるので、よりきめ細やかに冷却ファンの回転数を制御することができる。
また、目標回転数に上限値及び下限値を設定し、第１基準差分以下であれば第１最小回転数に設定され、第２基準差分以下よりも大きければ第１最大回転数に設定されるので、冷却性能を十分に確保しながら、騒音を抑制したり、燃費を良好にしたりすることができる。

請求項３記載の本発明の冷却ファンの制御装置によれば、流体温度と外気の温度との差分により設定された目標回転数と流体温度により設定された目標回転数とのうち大きいほうを最終的な目標回転数として決定するので、さらにきめ細やかに冷却ファンの回転数を制御することができる。そして、冷却性能を十分に確保しながら、騒音を抑制したり、燃費を良好にしたりすることができる。

請求項４記載の本発明の冷却ファンの制御装置によれば、作業機械に搭載される冷却ファンの回転数を最適に制御することができる。そして、冷却ファンが作業機械の動力源であるエンジン出力により駆動される場合には、冷却ファンを駆動するために消費される余分なエンジン出力を減少させることが可能である。
請求項５記載の本発明の冷却ファンの制御装置によれば、機体の負荷が反映されやすい作動油の温度を用いるので、エンジンの負荷状態を高精度で判断することができる。

以下、図面により、本発明の実施の形態について説明する。
［一実施形態］
図１〜図６は本発明の一実施形態に係る冷却ファンの制御装置を示すもので、図１はそのブロック図、図２はその制御装置が行う制御内容を示すフローチャート、図３（ａ）及び（ｂ）はその制御装置により設定される冷却ファンの回転数（目標回転数）を示すグラフ、図３（ｃ）は従来の油温情報のみを利用する冷却ファンの制御装置により設定される冷却ファンの回転数（目標回転数）を示すグラフ、図４はその制御装置及び従来の制御装置により制御された実験結果の冷却ファンの回転数と油温とをそれぞれ比較して示すグラフであって、（ａ）は高負荷時，（ｂ）は中負荷時，（ｃ）は低負荷時を示している。また、図５はその制御装置を備えた油圧ショベルの斜視図、図６は図５のＡ−Ａ矢視断面図である。なお、図６においてはハッチを省略して示している。

＜構成＞
ここでは、作業機械の代表的な例である油圧ショベル１に搭載された冷却ファンの制御装置について説明する。
図５に示すように、油圧ショベル１は、下部走行体２と、下部走行体２上に回転自在に結合された上部旋回体（機体）３と、上部旋回体３から前方へ延出するように取り付けられた作業装置４とから構成されている。

上部旋回体３は、架台となるスイングフレーム３ａを有し、スイングフレーム３ａ上の後端部には、作業装置４との重量バランスをとるためのカウンタウエイト５が配設されている。そして、カウンタウエイト５の前方には、図６に示すように、油圧ショベル１の動力源であるエンジン１０と、エンジン１０により駆動される油圧ポンプ１１と、エンジン冷却水を冷却するラジエータや作動油（被冷却流体）を冷却するオイルクーラ等の冷却装置１２と、冷却装置１２に冷却風を導入させる冷却ファン１３と、作動油を貯留する作動油タンク（図示略）と、冷却ファン１３の目標回転数（ファン回転数ともいう）Ｎ_fを設定するコントローラ（制御手段）２０（図１参照）とが備えられている。

冷却ファン１３は、その駆動軸（ファン駆動軸）１４がエンジン１０の駆動軸と同軸となっており、ファン駆動軸１４と冷却ファン１３との間には回転伝達手段であるビスカスクラッチ（流体継手）１５が介装されている。
ビスカスクラッチ１５は、粘度の高いシリコンオイルの剪断を利用して差動回転数に応じたトルクを発生させる装置である。つまり、ファン駆動軸１４の回転力がシリコンオイルの流れを生み、冷却ファン１３に回転力を伝えるようになっているが、シリコンオイルの粘性によってビスカスクラッチ１５内部に滑りが生じファン駆動軸１４の回転力は冷却ファン１３に全て伝わらず、冷却ファン１３はエンジン１０の回転数と異なる回転数に制御されるようになっている。コントローラ２０は、このシリコンオイルの滑り率を調整することで、冷却ファン１３の回転数Ｎ_fを制御することができるようになっている。

ここで、機体３の適宜の箇所に、作業中の機体周囲の温度（外気の温度，外気温）Ｔ_aを検知する外気温センサ３０（図１参照）が設置されている。また、作動油タンクに対し、作動油の温度（流体温度，油温）Ｔ_oを検知する油温センサ（流体温度センサ）４０（図１参照）が設置されている。
そして、外気温センサ３０で検知された外気温Ｔ_aと、油温センサ４０で検知された油温Ｔ_oとは、コントローラ２０に入力されるようになっている。

コントローラ２０は、図１に示すように、入力された外気温Ｔ_aと油温Ｔ_oとの差（以下、気油差という）ΔＴを算出する演算部２１と、演算部２１に入力される外気温Ｔ_aにフィルターをかけるフィルター部２２と、予め設定された外気温Ｔ_a，油温Ｔ_o及び冷却ファン１３の目標回転数Ｎ_fの基準値（所定値）をそれぞれ記憶する記憶部２３と、油温Ｔ_oのみを用いて冷却ファン１３の第１目標回転数Ｎ_f1を設定する第１設定部２４と、気油差ΔＴを用いて冷却ファン１３の第２目標回転数Ｎ_f2を設定する第２設定部２５と、第１設定部２４及び第２設定部２５でそれぞれ設定された目標回転数Ｎ_f1，Ｎ_f2のうちの大きいほうを最終的な目標回転数Ｎ_fとして決定する決定部２６と、決定部２６により決定された最終目標回転数Ｎ_fとなるように冷却ファン１３の回転数を制御する制御部２７とを有している。

演算部２１には、まず、フィルター部２２によりフィルターをかけられた外気温Ｔ_aと油温センサ４０で検知された油温Ｔ_oとが入力される。そして、演算部２１は、これら外気温Ｔ_aと油温Ｔ_oとを用いて算出した気油差ΔＴを、第２設定部２５へ出力するようになっている。ここで、気油差ΔＴとは、作業中の機体負荷（エンジン１０の負荷）に相関するものであって、気油差ΔＴが大きいほど負荷が高いことが判明している。

フィルター部２２は、演算部２１にフィルターをかけた外気温Ｔ_aを出力するものであって、フィルター部２２には、外気温センサ３０により検知された外気温Ｔ_aと記憶部２３に記憶されている後述する最小外気温Ｔ_aminとが入力される。そして、フィルター部２２は、まず、検知された外気温Ｔ_aと記憶部２３の最小外気温Ｔ_aminとを比較する。そして、検知された外気温Ｔ_aが最小外気温Ｔ_amin以下（Ｔ_a≦Ｔ_amin）であれば、演算部２１に対して外気温Ｔ_aとして最小外気温Ｔ_aminを出力する。一方、検知された外気温Ｔ_aが最小外気温Ｔ_aminよりも大きければ（Ｔ_a＞Ｔ_amin）、演算部２１に対して外気温Ｔ_aとして外気温センサ３０で検知された通りの外気温Ｔ_aを出力するようになっている。つまり、ここでは、演算部２１に入力される外気温Ｔ_aの下限値Ｔ_aminが規定されるようになっている。

また、記憶部２３には、冷却ファン１３の目標回転数Ｎ_fの下限値として予め設定された最小回転数Ｎ_fmin、及び、冷却ファン１３の目標回転数Ｎ_fの上限値として予め設定された第１最大回転数Ｎ_fmax1，第２最大回転数Ｎ_fmax2が記憶されている。ここで、第２最大回転数Ｎ_fmax2は第１最大回転数Ｎ_fmax1よりも高い値に設定されている。つまり、目標回転数Ｎ_fの上限値Ｎ_fmaxが２段階に設定されている。

また、記憶部２３には、気油差ΔＴの基準値として予め設定された第１基準気油差（第１基準差分）ΔＴ₁及び第１基準差分ΔＴ₁よりも大きい値の第２基準気油差（第２基準差分）ΔＴ₂が記憶されている。同時に、記憶部２３には、油温Ｔ_oの基準値として予め設定された第１基準油温（第１基準流体温度）Ｔ_o1及び第１基準油温Ｔ_o1よりも大きい値の第２基準油温（第２基準流体温度）Ｔ_o2も記憶されている。

さらに、記憶部２３には、外気温Ｔ_aの基準値として予め設定された最小外気温Ｔ_aminも記憶されている。
ここで、最小外気温Ｔ_aminは、第２設定部２５の気油差ΔＴによる制御が開始される最小油温Ｔ_o3を設定するためのものである。ある油温（第３基準油温）Ｔ_o3以下では、油圧機器性能の観点から、ファン回転数Ｎ_fを上げて作動油を冷却する必要はなく、油圧機器に熱疲労が生じない程度の最小回転数Ｎ_fminに固定しておくことが、騒音・燃費の観点から望ましいことが判明している。このような要望に対し、最小外気温Ｔ_aminを設定することで、油温Ｔ_oが所定の温度Ｔ_o3に上昇するまでは、冷却ファン１３は第２設定部２５により第２目標回転数Ｎ_f2が最小回転数Ｎ_fminに設定されるようになっている。

第１設定部２４には、まず、記憶部２３から第１基準油温Ｔ_o1，第２基準油温Ｔ_o2，最小回転数Ｎ_fmin及び第２最大回転数Ｎ_fmax2が入力されるとともに、油温センサ４０で検知された油温Ｔ_oが入力される。
そして、第１設定部２４は、図３（ａ）に実線で示すように、油温Ｔ_oが第１基準油温Ｔ_o1以下である（Ｔ_o≦Ｔ_o1）ときは、第１目標回転数Ｎ_f1を最小回転数Ｎ_fminに設定するようになっている。また、油温Ｔ_oが第２基準油温Ｔ_o2よりも大きい（Ｔ_o＞Ｔ_o2）ときは、第１目標回転数Ｎ_f1を第２最大回転数Ｎ_fmax2に設定するようになっている。

さらに、油温Ｔ_oが第１基準油温Ｔ_o1よりも大きく第２基準油温Ｔ_o2以下である（Ｔ_o1＜Ｔ_o≦Ｔ_o2）ときは、次式（１）のように、第１目標回転数Ｎ_f1を油温Ｔ_oの大きさに応じて最小回転数Ｎ_fminと第２最大回転数Ｎ_fmax2の間で直線補間した値に設定するようになっている。

つまり、油温Ｔ_oが第１基準油温Ｔ_o1から第２基準油温Ｔ_o2に上昇するまで、第１目標回転数Ｎ_f1を最小回転数Ｎ_fminから第２最大回転数Ｎ_fmax2まで直線状に上昇させるようになっている。なお、第１基準油温Ｔ_o1は、図３（ｃ）に示す従来の制御装置による目標回転数上昇開始時の油温Ｔ_o1′よりも高い温度に設定されている。ここで、従来の制御装置は、油温Ｔ_oのみにより目標回転数Ｎ_fを設定するものであって、図３（ｃ）に示すように、油温Ｔ_oが予め設定された温度Ｔ_o1′を超えると、目標回転数Ｎ_f1を上限値Ｎ_fmax2に達するまで所定の勾配で直線状に上昇させるものである。

第２設定部２５には、まず、演算部２１で算出された気油差ΔＴが入力されるととともに、記憶部２３から第１基準気油差ΔＴ₁，第２基準気油差ΔＴ₂，最小回転数Ｎ_fmin，第１最大回転数Ｎ_fmax1及び最小外気温Ｔ_aminが入力される。
そして、第２設定部２５は、図３（ｂ）に示すように、気油差ΔＴが第１基準気油差ΔＴ₁以下である（ΔＴ≦ΔＴ₁）ときは、第２目標回転数Ｎ_f2を最小回転数Ｎ_fminに設定し、気油差ΔＴが第２基準気油差ΔＴ₂よりも大きい（ΔＴ＞ΔＴ₂）ときは、第２目標回転数Ｎ_f2を第１最大回転数Ｎ_fmax1に設定するようになっている。

また、気油差ΔＴが第１基準気油差ΔＴ₁よりも大きく第２基準気油差ΔＴ₂以下である（ΔＴ₁＜ΔＴ≦ΔＴ₂）ときは、第２設定部２５は、図３（ａ）に点線，一点鎖線及び二点鎖線で示すとともに図３（ｂ）に示すように、第２目標回転数Ｎ_f2を、気油差ΔＴに応じて最小回転数Ｎ_fminと第１最大回転数Ｎ_fmax1の間で直線補間した値に設定するようになっている。

つまり、数式（２）のように、第２目標回転数Ｎ_f2を、所定の勾配を有して直線状に第１最大回転数Ｎ_fmax1に達するまで上昇させるようになっている。さらに換言すれば、第２目標回転数Ｎ_f2が上昇する時点の油温Ｔ_oを、外気温Ｔ_aが低くなるに従い低温側にシフトさせるようになっている。
なお、図３（ａ）では、グラフ中左側に進むにつれ、外気温Ｔ_aが低くなるようになっている（Ｔ_a1＜Ｔ_a2＜Ｔ_a3）。また、ここでの目標回転数Ｎ_f2が上昇を始める最初の油温Ｔ_o3は、最小外気温Ｔ_aminに第１基準気油差ΔＴ₁を足した温度（Ｔ_o3＝Ｔ_amin＋ΔＴ₁）である。

決定部２６は、第１設定部２４から入力された第１目標回転数Ｎ_f1と第２設定部２５から入力された第２目標回転数Ｎ_f2とのうちの大きいほうを最終的な目標回転数Ｎ_fとして決定し、最終目標回転数Ｎ_fを制御部へ出力するようになっている。
制御部２７は、決定部２６から入力された最終目標回転数Ｎ_fに対応するビスカスクラッチ１５の滑り率を設定し、その設定信号をビスカスクラッチ１５に送信し、冷却ファン１３の回転数が最終目標回転数Ｎ_fとなるように制御するようになっている。

＜作用＞
本発明の一実施形態にかかる冷却ファンの制御装置は、図１に示すように外気温センサ３０と油温センサ４０とコントローラ２０とにより構成され、図２に示すようなフローチャートに従い制御される。
図２に示すように、まず、ステップＡ１では、外気温センサ３０により検知された外気温Ｔ_aがコントローラ２０のフィルター部２２に入力されるとともに、油温センサ４０により検知された油温Ｔ_oがコントローラ２０の演算部２１及び第１設定部２４に入力され、ステップＡ２に進む。

ステップＡ２では、フィルター部２２が、入力された外気温Ｔ_aと記憶部２３に記憶されている最小外気温Ｔ_aminとを比較する。そして、入力された外気温Ｔ_aが最小外気温Ｔ_amin以下（Ｔ_a≦Ｔ_amin）であればステップＡ３に進み、外気温Ｔ_aが最小外気温Ｔ_aminよりも大きい（Ｔ_a＞Ｔ_amin）のであればステップＡ４に進む。
ステップＡ３では、フィルター部２２は、演算部２１に対して、外気温Ｔ_aとして最小外気温Ｔ_aminを出力する。そして、ステップＢ１及びステップＣ１に進む。

ステップＡ４では、フィルター部２２は、演算部２１に対して外気温Ｔ_aとして外気温センサ３０で検知された通りの外気温Ｔ_aを出力し、ステップＢ１及びステップＣ１に進む。
ステップＢ１では、第１設定部２４が、油温Ｔ_oが記憶部２３に記憶されている第１基準油温Ｔ_o1以下（Ｔ_o≦Ｔ_o1）であるかを判定する。そして、Ｙｅｓ（Ｔ_o≦Ｔ_o1）であればステップＢ２に進み、Ｎｏ（Ｔ_o＞Ｔ_o1）であればステップＢ３に進む。

ステップＢ２では、油温制御による第１目標回転数Ｎ_f1が最小回転数Ｎ_fminに設定される。
ステップＢ３では、第１設定部２４がさらに、油温Ｔ_oが記憶部２３に記憶されている第２基準油温Ｔ_o2以下（Ｔ_o≦Ｔ_o2）であるかを判定する。Ｙｅｓ（Ｔ_o1＜Ｔ_o≦Ｔ_o2）であればステップＢ４に進み、Ｎｏ（Ｔ_o＞Ｔ_o2）であればステップＢ５に進む。

ステップＢ４では、油温制御による第１目標回転数Ｎ_f1が、数式（１）のように、最小回転数Ｎ_fminと第２最大回転数Ｎ_fmax2との間で油温に応じて直線補間されて設定される。
ステップＢ５では、油温制御による第１目標回転数Ｎ_f1が第２最大回転数Ｎ_fmax2に設定される。

そして、ステップＢ６で、第１設定部２４は、油温制御による第１目標回転数Ｎ_f1を決定部２６に出力し、ステップＡ５に進む。
ステップＣ１では、演算部２１により、油温Ｔ_oと外気温Ｔ_aとの差（気油差）ΔＴが算出され、第２設定部２５に入力される。そして、第２設定部２５が、気油差ΔＴが記憶部２３に記憶されている第１基準気油差ΔＴ₁以下（ΔＴ≦ΔＴ₁）であるかを判定する。Ｙｅｓ（ΔＴ≦ΔＴ₁）であればステップＣ２に進み、Ｎｏ（ΔＴ＞ΔＴ₁）であればステップＣ３に進む。

ステップＣ２では、気油差制御による第２目標回転数Ｎ_f2が最小回転数Ｎ_fminに設定される。
ステップＣ３では、第２設定部２５がさらに、油温Ｔ_oが記憶部２３に記憶されている第２基準気油差ΔＴ₂以下（ΔＴ₁＜ΔＴ≦ΔＴ₂）であるかを判定する。Ｙｅｓ（ΔＴ₁＜ΔＴ≦ΔＴ₂）であればステップＣ４に進み、Ｎｏ（ΔＴ＞ΔＴ₂）であればステップＣ５に進む。

ステップＣ４では、気油差制御による第２目標回転数Ｎ_f2が、数式（２）のように、最小回転数Ｎ_fminと第１最大回転数Ｎ_fmax1との間で気油差ΔＴに応じて直線補間されて設定される。
ステップＣ５では、気油差制御による第２目標回転数Ｎ_f2が第１最大回転数Ｎ_fmax1に設定される。

そして、ステップＣ６では、第２設定部２５は、気油差制御による第２目標回転数Ｎ_f2を決定部２６に出力し、ステップＡ５に進む。
ステップＡ５では、決定部２６が、ステップＢ６で設定された油温による第１目標回転数Ｎ_f1とステップＣ６で設定された気油差ΔＴによる第２目標回転数Ｎ_f2とを比較し、第１目標回転数Ｎ_f1と第２目標回転数Ｎ_f2とのうち大きいほうを最終目標回転数Ｎ_fとして決定する。

そして、制御部２７が、冷却ファン１３の回転数が決定部２６で決定された最終目標回転数Ｎ_fとなるように制御する。
このフローは、所定の周期で繰り返し実行される。

＜効果＞
したがって、本実施形態の冷却ファンの制御装置によれば、油温Ｔ_oによる第１目標回転数Ｎ_f1と気油差ΔＴによる第２目標回転数Ｎ_f2とのうち最大の方を最終的な目標回転数Ｎ_fとするので、図４（ａ）〜（ｃ）に示したような目標回転数Ｎ_fで冷却ファン１３を制御することができる。なお、図４（ａ）〜（ｃ）には、比較のために、従来の油温Ｔ_oのみで制御する制御装置によるファン回転数を破線で示している。また、図４（ａ）〜（ｃ）は、上述の各パラメータ値が、Ｎ_fmin＝９８０ｒｐｍ，Ｎ_fmax1＝１４００ｒｐｍ，Ｎ_fmax2＝１２８０ｒｐｍ，Ｔ_o1＝７６℃，Ｔ_o2＝８４℃，Ｔ_o1′＝５０℃，Ｔ_amin＝２０℃，ΔＴ₁＝４１℃，ΔＴ₂＝４７℃、として設定された際のグラフである。

詳述すると、図４（ａ）に示すように、高負荷時（即ち、気油差ΔＴが比較的大きいとき）においては、従来の油温Ｔ_oのみによる制御に比べて略全体的にファン回転数Ｎ_fが上がり、冷却性能を確保することができる。
また、図４（ｂ）に示すように、中負荷時においては、従来と比べて略全体的にファン回転数Ｎ_fが抑えられ、冷却性能を十分に確保しながら冷却ファン１３が回転することを回避することができる。

また、図４（ｃ）に示すように、低負荷時（即ち、気油差ΔＴが比較的小さいとき）においても、従来と比べて全体的にファン回転数Ｎ_fが抑えられ、冷却性能を十分に確保しながらも冷却ファン１３が過剰に回転することを回避することができる。
したがって、負荷状態に応じて冷却ファン１３の回転数Ｎ_fを最適に制御し、高負荷時の冷却性能を保証しつつ、低負荷時や中負荷時の作業で騒音・燃費を改善することができる。

また、最大回転数Ｎ_fmaxが２段階に設定されているので、外気温Ｔ_aが高温のときには、最大回転数Ｎ_f2が通常温度時の最大回転数Ｎ_f1と比べて高い値に設定されることになり、エンジン１０のオーバーヒートを確実に防止することができる。
また、油圧機器に使用する油温Ｔ_oを用いて、外気温Ｔ_aと油温Ｔ_oとの差である気油差ΔＴを算出するので、作業中の機体負荷に関する情報を適切に利用することができる。

［その他］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
例えば、上記実施形態において、第１設定部２４が利用する最小回転数Ｎ_fminと第２設定部２５が利用する最小回転数Ｎ_fminとは同じ値に設定されているが、それぞれ異なる値に設定されていても良い。

また、上記実施形態では、油温センサ４０は作動油タンクに対して設置されているが、作動油が流れる油圧回路上の適宜の位置に設置されていても良い。
また、上記実施形態では油温により制御したが、エンジン冷却水等の被冷却流体の温度に代えても良い。
また、上記実施形態では、エンジン駆動軸と同軸のファン駆動軸１４と冷却ファン１３との間にビスカスクラッチ１５が介装されることで、ファン回転数は任意の値に制御されているが、エンジン回転数とファン回転数とを可変にし得るクラッチ（流体継手）であれば、どのようなクラッチが介装されていても良い。

また、ファン駆動軸１４は、エンジン駆動軸と別になっていても良い。つまり、上記実施形態では、冷却ファン１３はエンジン１０の駆動力の一部が利用され回転していたが、専用の電動モータにより駆動され回転しているものであっても良い。この場合、冷却ファン１３とファン駆動軸１４との間のクラッチは不要であり、コントローラ２０は、電動モータの回転数を制御することでファン回転数を制御することができる。

さらに、上記実施形態では、本発明の冷却ファンの制御装置を油圧ショベル１に適用した場合について説明したが、本発明の冷却ファンの制御装置は、ブルドーザやクレーン等の他の作業機械や、冷却ファンを有する様々な工業製品にも適宜変形して適用することが可能である。

本発明の一実施形態に係る冷却ファンの制御装置を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る冷却ファンの制御装置の制御内容を示すフローチャートである。 （ａ）及び（ｂ）は本発明の一実施形態に係る冷却ファンの制御装置により設定される冷却ファンの回転数を示すグラフ、（ｃ）は従来の制御装置により設定される冷却ファンの回転数を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る冷却ファンの制御装置の実験結果と従来の制御装置により制御された実験結果とを同時に示すグラフであって、（ａ）は高負荷時，（ｂ）は中負荷時，（ｃ）は低負荷時を示している。 本発明の一実施形態に係る冷却ファンの制御装置を備えた油圧ショベルの斜視図である。 本発明の一実施形態に係る冷却ファンの制御装置を備えた油圧ショベルの要部断面図（図５のＡ−Ａ矢視断面図）である。

符号の説明

１ 油圧ショベル
２ 下部走行体
３ 上部旋回体
３ａ スイングフレーム
４ 作業装置
５ カウンタウエイト
１０ エンジン
１１ 油圧ポンプ
１２ 冷却装置
１３ 冷却ファン
１４ ファン駆動軸
１５ ビスカスクラッチ（流体継手）
２０ コントローラ（制御手段）
２１ 演算部
２２ フィルター部
２３ 記憶部
２４ 第１設定部
２５ 第２設定部
２６ 決定部
２７ 制御部
３０ 外気温センサ
４０ 油温センサ（流体温度センサ）
Ｎ_f 冷却ファンの回転数（目標回転数）
Ｎ_fmin 最小回転数（第１最小回転数，第２最小回転数）
Ｎ_fmax1 第１最大回転数
Ｎ_fmax2 第２最大回転数
ΔＴ 気油差（差分）
ΔＴ₁ 第１基準気油差（第１基準差分）
ΔＴ₂ 第２基準気油差（第２基準差分）
Ｔ_o 油温
Ｔ_o1 第１基準油温（第１基準流体温度）
Ｔ_o2 第２基準油温（第２基準流体温度）
Ｔ_o3 第３基準油温（第３基準流体温度）
Ｔ_a 外気温
Ｔ_amin 最小外気温
Ｔ_o1′ 従来の目標回転数上昇開始時の油温

Claims (5)

1. 被冷却流体を冷却するために外気を冷却風として導入する冷却ファンの回転数を制御する制御装置であって、
   前記被冷却流体の流体温度を検知する流体温度センサと、
   前記外気の温度を検知する外気温センサと、
   前記流体温度センサにより検知された前記流体温度と前記外気温センサにより検知された前記外気の温度との差分を算出し、前記差分の大きさに応じて前記冷却ファンの目標回転数を設定する制御手段とを備えた
   ことを特徴とする、冷却ファンの制御装置。
2. 前記差分の基準値として、第１基準差分及び該第１基準差分よりも大きい値の第２基準差分を予め定めるとともに、前記目標回転数の下限値としての第１最小回転数及び前記目標回転数の上限値としての第１最大回転数を予め定め、
   前記制御手段は、
   前記差分が前記第１基準差分以下であれば、前記目標回転数を前記第１最小回転数に設定し、
   前記差分が前記第２基準差分よりも大きければ、前記目標回転数を前記第１最大回転数に設定し、
   前記差分が前記第１基準差分よりも大きく前記第２基準差分以下であれば、前記目標回転数を、前記差分の大きさに応じて前記第１最小回転数と前記第１最大回転数との間で直線補間した回転数に設定する
   ことを特徴とする、請求項１記載の冷却ファンの制御装置。
3. 前記流体温度の基準値として、第１基準流体温度及び該第１基準流体温度よりも大きい値の第２基準流体温度を予め定めるとともに、前記目標回転数の第２の下限値としての第２最小回転数及び前記目標回転数の第２の上限値としての第２最大回転数を予め定め、
   前記制御手段は、
   前記流体温度が前記第１基準流体温度以下であれば、前記目標回転数を前記第２最小回転数に設定し、
   前記流体温度が前記第２基準流体温度よりも大きければ、前記目標回転数を前記第２最大回転数に設定し、
   前記流体温度が前記第１基準流体温度よりも大きく前記第２基準流体温度以下であれば、前記目標回転数を、前記流体温度の大きさに応じて前記第２最小回転数と前記第２最大回転数との間で直線補間した回転数に設定し、
   前記差分により設定された目標回転数と、前記流体温度により設定された目標回転数とのうち大きいほうを最終的な目標回転数として決定する
   ことを特徴とする、請求項２記載の冷却ファンの制御装置。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載の冷却ファンの制御装置が作業機械に適用されている
   ことを特徴とする、作業機械の冷却ファンの制御装置。
5. 前記被冷却流体は、前記作業機械の作業や走行に用いられる作動油である
   ことを特徴とする、請求項４記載の作業機械の冷却ファンの制御装置。

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