JP2009250081A - ホイール式作業車両の冷却ファン駆動回路およびホイールローダ - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成により油圧モータのキャビテーションを防止する。
【解決手段】エンジン１０により駆動される油圧ポンプ１と、熱交換器１１，１２に冷却風を送風するための冷却ファン１３を駆動する油圧モータ３と、油圧ポンプ１から油圧モータ３への圧油の流れ方向を制御する方向切換弁２１と、方向切換弁２１と油圧モータ３を接続する一対の主管路Ｌ１，Ｌ２と、一対の主管路の間に設けられた一対のチェック弁２２Ａ，２２Ｂと、油圧モータ３が冷却ファン１３の慣性力によって回転させられたときに、方向切換弁２１を通過した戻り油を、チェック弁２２Ａ，２２Ｂを介して油圧モータの吸い込み側の主管路に導く補給回路Ｌ２１〜Ｌ２３と、油圧モータ３の回転時に、補給回路Ｌ２１〜Ｌ２３の圧力を上昇させる弁装置２３とを備え、方向切換弁２１、チェック弁２２Ａ，２２Ｂ、および弁装置２３を一体のブロック２０に設ける。
【選択図】図３

Description

本発明は、油圧モータにより冷却ファンを駆動するホイール式作業車両の冷却ファン駆動回路およびホイールローダに関する。

従来、ホイールショベルやホイールローダなどのホイール式作業車両において、油圧モータにより冷却ファンを駆動し、熱交換器に冷却風を送風するようにした回路が知られている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１記載の回路は、油圧ポンプと油圧モータの間に方向切換弁を設け、方向切換弁の切換により油圧モータへの圧油の流れ方向を変更し、冷却ファンを正方向および逆方向に回転させる。

この種の回路では、アクセルペダルを瞬時に戻し操作すると、エンジン回転数が低下してポンプ吐出量が急激に減少するが、冷却ファンは慣性力が大きいためすぐには停止せず、油圧モータが冷却ファンの慣性力により回転させられて、油圧モータにタンク側から圧油が吸い込まれる。

特開２００４−２５１１２４号公報

しかしながら、上記特許文献１記載の回路は、方向切換弁を介して圧油が吸い込まれるため、管路抵抗（圧損）が大きくなって吸い込み量が不足し、キャビテーションが発生するおそれがある。圧損を小さくするためには、方向切換弁やタンクを油圧モータに近づけて配置することが好ましいが、その場合には車両の大幅な設計変更を伴い、コストの面で問題がある。

本発明によるホイール式作業車両の冷却ファン駆動回路は、エンジンにより駆動される油圧ポンプと、熱交換器に冷却風を送風するための冷却ファンを駆動する油圧モータと、油圧ポンプから油圧モータへの圧油の流れ方向を制御する方向切換弁と、方向切換弁と油圧モータを接続する一対の主管路と、一対の主管路の間に設けられた一対のチェック弁と、油圧モータが冷却ファンの慣性力によって回転させられたときに、方向切換弁を通過した油圧モータからの戻り油を、チェック弁を介して油圧モータの吸い込み側の主管路に導く補給回路と、油圧モータの回転時に、補給回路の圧力を上昇させる弁装置とを備え、方向切換弁、一対のチェック弁、および弁装置は、一体のブロックに設けられることを特徴とする。
本発明によるホイールローダは、上記冷却ファン駆動回路を有するホイールローダであって、４つのタイヤと、タイヤに支持され屈曲可能に設けられた車体と、車体を構成する前側フレームおよび後側フレームと、後側フレームの前方側に設けられた運転室と、後側フレームの後方側に設けられたエンジン室と、前側フレームに対し上下方向に回動可能に設けられたアームと、アームの先端に回動可能に設けられたバケットと、エンジン室に搭載されたエンジンと、エンジン室内のエンジンの後方に配置された熱交換器と、熱交換器に面して熱交換器の後方に配置された冷却ファンと、運転室の下方または側方に設けられた作動油タンクとを備え、油圧ポンプはエンジンの前方または側方に配置され、ブロックは、エンジン室の下方の車体フレームの内側かつエンジンおよび熱交換器の側方に配置されることを特徴とする。

本発明によれば、方向切換弁とチェック弁と弁装置をブロックにより一体化し、油圧モータの回転時に油圧モータからの戻り油の圧力を上昇させるようにしたので、簡易な構成により油圧モータのキャビテーションを防止することができる。

以下、図１〜図３を参照して本発明の実施の形態に係る冷却ファン駆動回路について説明する。
図１は、本実施の形態に係る冷却ファン駆動回路を有する作業車両の一例であるホイールローダの側面図であり、図２は平面図である。なお、図１，２には冷却ファン駆動回路を構成する各部品の配置を示している。

ホイールローダ１００は、アーム１１１，バケット１１２，タイヤ１１３等を有する前部車体１１０と、運転室１２１，エンジン室１２２，タイヤ１２３等を有する後部車体１２０とで構成される。前部車体１１０と後部車体１２０はセンタピン１０１により互いに回動自在に連結され、ステアリングの操作により後部車体１２０に対し前部車体１１０が左右に屈折する。アーム１１１とバケット１１２はそれぞれシリンダの駆動によって上下方向に回動し、これにより掘削作業を行う。

エンジン室１２２は車体フレーム１２４の上方に形成される。エンジン室１２２内にはエンジン１０が搭載され、エンジン１０の前方に油圧ポンプ１が配置されている。エンジン１０の後方には、熱交換器であるラジエータ１１とオイルクーラ１２が前後に並設され、さらにその後方にオイルクーラ１２に面して冷却ファン１３が配設されている。運転室１２１の下方かつ車両側方側には作動油タンク２が配設されている。

冷却ファン１３は油圧モータ３により駆動される。油圧モータ３は後述するように正逆回転可能であり、油圧モータ３が正転すると、冷却ファン１３が正方向に回転し、エンジン１０、ラジエータ１１、オイルクーラ１２にそれぞれ冷却風が送風される。これによりエンジン１０を冷却するとともに、冷却風との熱交換により作動油とエンジン冷却水をそれぞれ冷却することができる。

油圧モータ３が逆回転すると、冷却ファン１３が逆方向に回転し、ラジエータ１１とオイルクーラ１２側から空気が吸い込まれる。これによりラジエータ１１とオイルクーラ１２に詰まった塵や藁屑などのゴミを除去することができ、熱交換器の良好な性能を維持できる。

図３は、油圧モータ３の駆動用油圧回路図である。この油圧回路は、エンジン１０により駆動される油圧ポンプ１と、油圧ポンプ１の吐出油により駆動される油圧モータ３と、油圧ポンプ１から油圧モータ３への圧油の流れ方向を変更する方向切換弁２１と、方向切換弁２１と油圧モータ３を接続する一対の主管路Ｌ１，Ｌ２と、主管路Ｌ１，Ｌ２の間に設けられた一対のチェック弁２２Ａ，２２Ｂと、方向切換弁２１の下流のタンク２への戻り管路Ｌ３に設けられた低圧チェック弁２３とを有する。

方向切換弁２１とチェック弁２２Ａ，２２Ｂと低圧チェック弁２３は、ブロック２０内に一体に設けられている。図１，２に示すようにブロック２０は、フレーム１２４に囲まれたエンジン室１２２の下方かつエンジン１０と熱交換器１１，１２の側方空間に配置されている。この辺りは余剰スペースができやすく、ブロック２０の配置は容易である。また、ブロック２０の上方空間は開放されており、管路Ｌ１，Ｌ２と管路Ｌ３，Ｌ４の間にブロック２０を後から取り付けることも容易である。

図３において、エンジン回転数は、アクセルペダル１５の踏み込み量の増加に伴い上昇する。エンジン回転数が上昇すると、油圧ポンプ１の回転数が上昇し、ポンプ吐出量が増大する。方向切換弁２１は電磁式切換弁であり、運転室内の切換スイッチ２１ａの操作により位置ＡまたはＢに切り換わる。方向切換弁２１が位置Ａに切り換わると、油圧ポンプ１からの圧油が管路Ｌ４，Ｌ１を介して油圧モータ３に供給され、油圧モータ３が正転する。方向切換弁２１が位置Ｂに切り換わると、油圧ポンプ１からの圧油が管路Ｌ４，Ｌ２を介して油圧モータ３に供給され、油圧モータ３が逆転する。

ブロック２０内では、管路Ｌ２１〜Ｌ２３を介して方向切換弁２１とチェック弁２２Ａ，２２Ｂと低圧チェック弁２３が互いに接続されている。低圧チェック弁２３は管路Ｌ２１〜Ｌ２３内に背圧を立たせるためのものであり、管路Ｌ２３内の圧力が設定圧Ｐ１以上になると開放し、管路Ｌ２３からタンク２へ油を戻す。これにより、油圧ポンプ１からの圧油により油圧モータ３が回転しているときは、管路Ｌ２１〜Ｌ２３内の圧力が設定圧Ｐ１まで上昇する。

油圧モータ３の戻り側の背圧が高すぎると、油圧モータ３の回転に対する抵抗が大きくなり、好ましくない。そこで、設定圧Ｐ１は、油圧モータ３が冷却ファン１３の慣性力により回転させられた際の油圧モータ３の吸い込み側の管路抵抗（圧損）を考慮して、必要最小限の値（例えば０．０５〜０．３ＭＰａ程度）に設定される。なお、油温が低いときは管路抵抗が大きいため、油温も考慮して設定圧Ｐ１を設定することが好ましい。

次に、本実施の形態に係る冷却ファン駆動回路の主要な動作を説明する。例えば方向切換弁２１を位置Ａに切り換えた状態で、アクセルペダル１５をフルに踏み込み操作すると、油圧ポンプ１からの圧油が管路Ｌ４，Ｌ１を介して油圧モータ３に供給され、油圧モータ３からの油が管路Ｌ２，Ｌ２１，Ｌ２３およびＬ３を介してタンク２に戻る。このとき低圧チェック弁２３の上流側の管路Ｌ２１〜Ｌ２３内の圧力は設定圧Ｐ１となり、タンク圧よりも上昇する。

この状態からアクセルペダル１５を瞬時に戻し操作すると、エンジン回転数は即座に低下し、油圧ポンプ１の吐出量も即座に低下する。これに対し、冷却ファン１３は質量が大きいため慣性力によって回転し、この慣性力により油圧モータ３が回転させられ、油圧モータ３はポンプとして作用する。このとき油圧モータ３の吸い込み側管路Ｌ１にはチェック弁２２Ａを介して管路Ｌ２２から圧油が供給されるが、管路Ｌ２２側の圧力は予め設定圧Ｐ１まで高められているため、管路抵抗に対抗して油圧モータ３に十分な圧油を供給することができ、キャビテーションの発生を防止することができる。

本実施の形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）油圧モータ３の戻り側管路Ｌ３に低圧チェック弁２３を設け、低圧チェック弁２３により方向切換弁２１の下流側の圧力をタンク圧よりも高めて、この圧力上昇した圧油をチェック弁２２Ａ，２２Ｂを介して油圧モータ３に供給可能とした。これによりアクセルペダル１５を瞬時に戻し操作した場合であっても、油圧モータ３は十分な量の油を吸い込むことができ、キャビテーションの発生を防ぐことができる。とくにホイールローダのように作業時にアクセルペダル１５を頻繁に踏み込みおよび戻し操作する車両にあっては効果が大きい。
（２）方向切換弁２１を介さずに油圧モータ３に吸い込み圧を供給するので、吸い込み側の圧損を低減でき、油圧モータ３の自吸性を高めることができる。

（３）方向切換弁２１とチェック弁２２Ａ，２２Ｂと低圧チェック弁２３をブロック２０により一体化したので、車両の大幅な設計変更を伴わず、簡易な構成により冷却回路の仕様変更することができる。すなわち油圧モータ３を正方向のみ回転させる仕様から正方向と逆方向に回転させる仕様に変更する場合、フレーム１２４内の余剰のスペースにブロック２０を配置して配管をつなぎ替えるだけでよいので、仕様変更が容易である。
（４）方向切換弁２１やタンク２を油圧モータ３に近づけて配置する必要がなく、部品の配置の自由度が高まる。
（５）方向切換弁２１とチェック弁２２Ａ，２２Ｂと低圧チェック弁２３をブロック２０内に収めたので、これらを接続するための外部配管を省略することができ、レイアウトが容易である。

なお、上記実施の形態では、油圧モータ３からの戻り油を低圧チェック弁２３により圧力上昇させるようにしたが、低圧チェック弁２３の代わりに管路Ｌ２３に、管路Ｌ２３の圧油を設定圧Ｐ１でリリーフするリリーフ弁を設けるようにしてもよく、弁装置の構成は上述したものに限らない。方向切換弁２１とチェック弁２２Ａ，２２Ｂと低圧チェック弁２３を管路Ｌ２１〜Ｌ２３により互いに接続し、方向切換弁２１を通過した油圧モータ３からの戻り油をチェック弁２２Ａ，２２Ｂを介してモータ吸い込み側管路Ｌ１，Ｌ２に導くようにしたが、補給回路の構成はこれに限らない。

図１，２に示したホイールローダは一例であり、エンジン室内のエンジン１０の後方に配置された熱交換器１１，１２と、熱交換器１１，１２に面して熱交換器１１，１２の後方に配置された冷却ファン１３と、運転室１２１の下方または側方に設けられた作動油タンク２とを有し、油圧ポンプ１をエンジン１０の前方または側方に配置し、ブロック２０をエンジン室１２２の下方の車体フレーム１２４の内側かつエンジン１０および熱交換器１１，１２の側方に配置するのであれば、図示した以外の構成であってもよい。

以上では、冷却ファン駆動回路をホイールローダに適用したが、ホイールショベル等、他のホイール式作業車両にも同様に適用することができる。すなわち、本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態の冷却ファン駆動回路に限定されない。

本発明の実施の形態に係るホイールローダの側面図。 本発明の実施の形態に係るホイールローダの平面図。 本発明の実施の形態に係る冷却ファン駆動回路の構成を示す油圧回路図。

符号の説明

１ 油圧ポンプ
２ タンク
３ 油圧モータ
１１ ラジエータ
１２ オイルクーラ
１３ 冷却ファン
２０ ブロック
２１ 方向切換弁
２２Ａ，２２Ｂ チェック弁
２３ 低圧チェック弁
１１０ 前部車体
１１１ アーム
１１２ バケット
１１３ タイヤ
１２０ 後部車体
１２１ 運転室
１２２ エンジン室
１２３ タイヤ
Ｌ１，Ｌ２ 主管路
Ｌ２１〜Ｌ２３ 管路

Claims (3)

1. エンジンにより駆動される油圧ポンプと、
   熱交換器に冷却風を送風するための冷却ファンを駆動する油圧モータと、
   前記油圧ポンプから前記油圧モータへの圧油の流れ方向を制御する方向切換弁と、
   前記方向切換弁と前記油圧モータを接続する一対の主管路と、
   前記一対の主管路の間に設けられた一対のチェック弁と、
   前記油圧モータが前記冷却ファンの慣性力によって回転させられたときに、前記方向切換弁を通過した前記油圧モータからの戻り油を、前記チェック弁を介して前記油圧モータの吸い込み側の前記主管路に導く補給回路と、
   前記油圧モータの回転時に、前記補給回路の圧力を上昇させる弁装置とを備え、
   前記方向切換弁、前記一対のチェック弁、および前記弁装置は、一体のブロックに設けられることを特徴とするホイール式作業車両の冷却ファン駆動回路。
2. 請求項１に記載のホイール式作業車両の冷却ファン駆動回路において、
   前記弁装置は、前記補給回路の圧力が予め定めた設定圧以上になるとタンクへの圧油の流れを許可する弁であることを特徴とするホイール式作業車両の冷却ファン駆動回路。
3. 請求項１または２に記載の冷却ファン駆動回路を有するホイールローダであって、
   ４つのタイヤと、
   前記タイヤに支持され屈曲可能に設けられた車体と、
   前記車体を構成する前側フレームおよび後側フレームと、
   前記後側フレームの前方側に設けられた運転室と、
   前記後側フレームの後方側に設けられたエンジン室と、
   前記前側フレームに対し上下方向に回動可能に設けられたアームと、
   前記アームの先端に回動可能に設けられたバケットと、
   前記エンジン室に搭載されたエンジンと、
   前記エンジン室内のエンジンの後方に配置された熱交換器と、
   前記熱交換器に面して熱交換器の後方に配置された冷却ファンと、
   前記運転室の下方または側方に設けられた作動油タンクとを備え、
   前記油圧ポンプは前記エンジンの前方または側方に配置され、
   前記ブロックは、前記エンジン室の下方の車体フレームの内側かつ前記エンジンおよび前記熱交換器の側方に配置されることを特徴とするホイールローダ。

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