JP2011184911A - Driving circuit for cooling fan - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ホイールローダ、油圧ショベルなどの建設機械やトラクタなどの農業用車両を一例とする産業用車両に備えられた油圧駆動される冷却ファンの駆動回路に関する。 The present invention relates to a drive circuit for a hydraulically driven cooling fan provided in an industrial vehicle such as a construction machine such as a wheel loader or a hydraulic excavator or an agricultural vehicle such as a tractor.
従来、ホイールローダ、油圧ショベルなどの建設機械やトラクタなどの農業用車両を一例とする産業用車両において、エンジン冷却水を冷却するラジエータや作動油を冷却するオイルクーラーなどの冷却器(熱交換器)を、冷却ファンから供給される冷却風で冷却する構造を採用したものがある。一般的に、この冷却ファンは油圧モータの出力軸に取り付けられて、この油圧モータの回転駆動により回転するように構成されている。 Conventionally, in industrial vehicles such as wheel loaders, hydraulic excavators and other agricultural machines such as construction machines and tractors, coolers (heat exchangers) such as radiators that cool engine coolant and oil coolers that cool hydraulic fluid ) Is cooled by cooling air supplied from a cooling fan. Generally, this cooling fan is attached to the output shaft of a hydraulic motor, and is configured to rotate by rotational driving of this hydraulic motor.
例えば、特許文献1に開示された冷却ファンの駆動回路は、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する可変容量式油圧ポンプとを備え、冷却水温度と作動油温度とエンジン回転数とに応じて冷却ファンの回転数を連続的に制御するように構成されている。冷却ファンの回転数は油圧ポンプの吐出量により制御されており、油圧ポンプは作動油の吐出量を制御するサーボ弁を備えている。このサーボ弁は、建設機械に付帯された作業機を駆動する作業機回路の減圧弁からコントロール圧を受けた電磁比例弁より、コントローラからの冷却水温度と作動油温度とエンジン回転数とに基づく指令電流値に応じたパイロット圧を受けて、このパイロット圧に基づいて油圧ポンプの傾転角を制御するように構成されている。 For example, a cooling fan drive circuit disclosed in Patent Document 1 includes a hydraulic motor that drives the cooling fan, and a variable displacement hydraulic pump that controls the rotational speed of the hydraulic motor, and includes a cooling water temperature and a hydraulic oil temperature. The rotation speed of the cooling fan is continuously controlled according to the engine speed. The number of revolutions of the cooling fan is controlled by the discharge amount of the hydraulic pump, and the hydraulic pump includes a servo valve that controls the discharge amount of the hydraulic oil. This servo valve is based on the cooling water temperature, hydraulic oil temperature, and engine speed from the controller from the electromagnetic proportional valve that receives the control pressure from the pressure reducing valve of the work machine circuit that drives the work machine attached to the construction machine. The pilot pressure corresponding to the command current value is received, and the tilt angle of the hydraulic pump is controlled based on the pilot pressure.
また、例えば、特許文献2に開示された冷却ファンの駆動回路は、冷却ファンを回転駆動する油圧モータと、油圧モータの回転方向を切り換える切換弁と、油圧モータへ作動油を供給する油圧ポンプと、油圧ポンプから油圧モータへの油圧供給量を増減するべく駆動回路の回路圧を変化させる可変リリーフ弁とを備え、冷却ファンを正逆回転できるように構成されている。この駆動回路では、可変リリーフ弁によって駆動回路の回路圧を変化させることで、冷却ファンを回転させる油圧モータの回転速度を可変制御するようになっている。 Further, for example, a cooling fan drive circuit disclosed in Patent Document 2 includes a hydraulic motor that rotationally drives the cooling fan, a switching valve that switches a rotation direction of the hydraulic motor, and a hydraulic pump that supplies hydraulic oil to the hydraulic motor. And a variable relief valve that changes the circuit pressure of the drive circuit so as to increase or decrease the amount of hydraulic pressure supplied from the hydraulic pump to the hydraulic motor, and is configured to rotate the cooling fan forward and backward. In this drive circuit, the rotational pressure of the hydraulic motor that rotates the cooling fan is variably controlled by changing the circuit pressure of the drive circuit using a variable relief valve.
上述の通り、特許文献1に記載された冷却ファンの駆動回路では、油圧ポンプの吐出量を変化させることにより冷却ファンの回転数を制御するように構成されているが、エンジン回転数や冷却水及び作動油の温度を検出したり、パイロット圧と作業機回路からのコントロール圧とを利用したりするなど、コントローラが複数の機器からの出力に基づき所定の演算を行ったうえで、この演算の結果に基づいて油圧ポンプの制御を行うので、油圧ポンプの吐出量の制御は煩雑なものとなっている。 As described above, the cooling fan drive circuit described in Patent Document 1 is configured to control the number of revolutions of the cooling fan by changing the discharge amount of the hydraulic pump. In addition, the controller performs predetermined calculations based on outputs from multiple devices, such as detecting the temperature of hydraulic fluid and using the pilot pressure and the control pressure from the work machine circuit. Since the hydraulic pump is controlled based on the result, the control of the discharge amount of the hydraulic pump is complicated.
一方、特許文献2に記載された冷却ファンの駆動回路では、冷却ファンの回転数を制御するために可変リリーフ弁の弁開度を制御するが、この可変リリーフ弁のサイズ(径)は流量に比例して大きなものを選定する必要がある。弁のサイズが大きくなれば、弁のためにそれに応じた大きな空間が必要となるだけでなく、弁にかかるコストも増大する。更に、弁の流量が多いほど負荷は大きく、また可変リリーフ弁から逃がす流量が多くなってエネルギーの損失が増大する。 On the other hand, in the cooling fan drive circuit described in Patent Document 2, the valve opening degree of the variable relief valve is controlled in order to control the number of rotations of the cooling fan. It is necessary to select a proportionally larger one. Increasing the size of the valve not only requires a large space for the valve, but also increases the cost of the valve. Furthermore, the greater the flow rate of the valve, the greater the load, and the greater the flow rate escaped from the variable relief valve, resulting in increased energy loss.
本発明は上記のような課題を解決するためになされたものであって、建設機械などの産業用車両が備えるラジエータ、オイルクーラーなどの冷却器に冷却風を供給するための冷却ファンを油圧モータで回転駆動するようにした冷却ファンの駆動回路であって、単純な仕組みでよりコンパクトな構成を実現できるものを提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and a hydraulic fan is provided with a cooling fan for supplying cooling air to a radiator, an oil cooler or the like included in an industrial vehicle such as a construction machine. An object of the present invention is to provide a cooling fan drive circuit that can be rotationally driven with a simple mechanism that can realize a more compact configuration.
本発明に係る冷却ファンの駆動回路は、冷却ファンを駆動する油圧モータと、作動油の吐出量を制御する吐出量制御部を備え作動油タンクから作動油を吸引して吐出する可変容量式の油圧ポンプと、前記油圧ポンプから前記油圧モータへ至る作動油のポンプ吐出路と、前記油圧モータから前記作動油タンクへ至る作動油の戻り路と、前記ポンプ吐出路に分岐形成されて前記作動油タンクへ至る分岐路と、前記分岐路に設けられた絞りと、前記分岐路の前記絞りよりも下流側に設けられた圧力制御弁と、前記分岐路の前記絞りと前記圧力制御弁との間に接続されて前記油圧ポンプの吐出量を制御するための吐出量制御圧を前記吐出量制御部へ供給する吐出量制御圧供給路とを、有するものである。 The cooling fan drive circuit according to the present invention includes a hydraulic motor that drives the cooling fan and a discharge amount control unit that controls the discharge amount of the hydraulic oil. A hydraulic pump, a pump discharge path for hydraulic oil from the hydraulic pump to the hydraulic motor, a return path for hydraulic oil from the hydraulic motor to the hydraulic oil tank, and a branch formed in the pump discharge path to form the hydraulic oil A branch path to the tank; a throttle provided in the branch path; a pressure control valve provided downstream of the throttle in the branch path; and between the throttle and the pressure control valve in the branch path And a discharge amount control pressure supply path for supplying a discharge amount control pressure for controlling the discharge amount of the hydraulic pump to the discharge amount control unit.
上記構成によれば、分岐路に設けられた絞りの下流側の圧力を、油圧ポンプの吐出量を制御するために必要な圧力として利用することができる。この油圧ポンプの吐出量を制御するために必要な流量は、ポンプ吐出路を流れる作動油の流量と比較して十分に少ない。従って、絞りより下流側に設けられた圧力制御弁は、絞りを設けない場合と比較して小型の弁を用いることができる。このように少ない流量で油圧ポンプの吐出量を制御することで、圧力制御弁から逃がす作動油の流量が少なくなり、エネルギーの損失を低減することができる。さらに、小型の圧力制御弁を用いることで、圧力制御弁の専有空間を小さくして駆動回路のコンパクト化を図ることができるとともに、弁にかかるコストを低減することができる。また、ポンプ吐出路と吐出量制御圧供給路とは絞りを介して連通しているので、油圧ポンプの吐出圧の変化が即時に吐出量制御圧に反映される。よって、油圧ポンプの吐出圧と吐出量制御圧との差圧を一定とするようにロードセンシング制御することで、油圧ポンプの吐出量、ひいては、冷却ファンの回転数を良好な精度で制御することができる。さらに、上述のような効果を得るために複雑な制御を必要とせず仕組みの単純な絞りを回路に設けるだけでよいので、駆動回路の構造が複雑とならない。 According to the above configuration, the pressure on the downstream side of the throttle provided in the branch path can be used as a pressure necessary for controlling the discharge amount of the hydraulic pump. The flow rate required to control the discharge amount of the hydraulic pump is sufficiently smaller than the flow rate of the hydraulic oil flowing through the pump discharge path. Therefore, the pressure control valve provided on the downstream side of the throttle can be a small valve as compared with the case where no throttle is provided. By controlling the discharge amount of the hydraulic pump with such a small flow rate, the flow rate of hydraulic oil that escapes from the pressure control valve is reduced, and energy loss can be reduced. Furthermore, by using a small pressure control valve, the space occupied by the pressure control valve can be reduced, the drive circuit can be made compact, and the cost for the valve can be reduced. In addition, since the pump discharge path and the discharge amount control pressure supply path communicate with each other via a throttle, a change in the discharge pressure of the hydraulic pump is immediately reflected in the discharge amount control pressure. Therefore, the load sensing control is performed so that the differential pressure between the discharge pressure of the hydraulic pump and the discharge amount control pressure is constant, so that the discharge amount of the hydraulic pump and thus the rotation speed of the cooling fan can be controlled with good accuracy. Can do. Furthermore, in order to obtain the above-described effect, it is only necessary to provide the circuit with a simple aperture of the mechanism without requiring complicated control, so that the structure of the drive circuit is not complicated.
前記冷却ファンの駆動回路において、前記圧力制御弁は、可変リリーフ弁であることがよい。これにより、吐出量制御圧を任意に設定することができる。 In the cooling fan drive circuit, the pressure control valve may be a variable relief valve. Thereby, the discharge amount control pressure can be arbitrarily set.
さらに、前記冷却ファンの駆動回路において、前記可変リリーフ弁は、逆比例リリーフ弁であることがよい。これにより、圧力制御弁を制御するコントローラが故障などにより制御できない状態になったときに吐出量制御圧は最大となって冷却ファンは最大回転数で回転駆動されることとなり、オーバーヒートが発生しない。 Furthermore, in the cooling fan drive circuit, the variable relief valve may be an inverse proportional relief valve. As a result, when the controller that controls the pressure control valve becomes uncontrollable due to a failure or the like, the discharge amount control pressure is maximized and the cooling fan is driven to rotate at the maximum number of rotations, so that no overheating occurs.
本発明によれば、分岐路に絞りを設けることによって、絞りの下流側に設ける圧力制御弁を、絞りを設けない場合と比較して小型化でき、小流量でポンプ吐出量を制御することができるので、単純な仕組みで冷却ファンの駆動回路をよりコンパクトに構成することが可能となり、エネルギー損失の低減も図ることができる。 According to the present invention, by providing a throttle in the branch path, the pressure control valve provided on the downstream side of the throttle can be reduced in size compared to the case where no throttle is provided, and the pump discharge amount can be controlled with a small flow rate. Thus, the cooling fan drive circuit can be configured more compactly with a simple mechanism, and energy loss can be reduced.
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。本発明に係る冷却ファンの駆動回路は、例えばホイールローダや油圧ショベル等の建設機械を初めとする産業用車両に採用することができる。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The cooling fan drive circuit according to the present invention can be employed in industrial vehicles including construction machines such as wheel loaders and hydraulic excavators.
図1は冷却ファンの駆動回路図である。冷却ファンの駆動回路は、冷却ファン12を駆動する油圧モータ13と、作動油タンク15から作動油を吸引して吐出する可変容量式の油圧ポンプ5と、油圧ポンプ5から油圧モータ13へ至る作動油のポンプ吐出路31と、油圧モータ13から作動油タンク15へ至る作動油の戻り路34とを備えている。このポンプ吐出路31には、作動油タンク15へ至る分岐路41が分岐形成されており、この分岐路41に絞り51と圧力制御弁52とが上流側から順に設けられている。そして、油圧ポンプ5は作動油の吐出量を変化させる吐出量制御部5aを備えており、この吐出量制御部5aへ吐出量制御圧を供給する吐出量制御圧供給路42が、分岐路41の絞り51と圧力制御弁52との間から分岐形成されている。以下、冷却ファンの駆動回路について詳細に説明する。
FIG. 1 is a drive circuit diagram of a cooling fan. The cooling fan drive circuit includes a hydraulic motor 13 that drives the
冷却ファン12を回転駆動する油圧モータ13は、油圧ポンプ5から圧油の供給を受けて回転する固定容量式の油圧モータである。油圧ポンプ5と油圧モータ13との間には、油圧ポンプ5から油圧モータ13へ至る作動油のポンプ吐出路31と、油圧モータ13から作動油タンク15へ至る作動油の戻り路34とが、それぞれ管路として形成されている。
The hydraulic motor 13 that rotationally drives the
本実施の形態に係る油圧ポンプ5は、吐出量制御部5aとしてレギュレータを備えている。このレギュレータは、油圧ポンプ5の吐出容量をコントロールする制御装置であって、油圧ポンプ5の吐出量を変化させる斜板と連結されたサーボピストンを備え、このサーボピストンに付与される油圧に応じて斜板の傾転角を変化させて、付与された圧力と吐出圧とが一定となるように吐出容量を制御するように構成されている。なお、油圧ポンプ5及びそれが具備する吐出量制御部5aは、公知の一般的な可変容量式油圧ポンプを油圧ポンプ5として採用することができる。
The hydraulic pump 5 according to the present embodiment includes a regulator as the discharge
油圧ポンプ5の吐出量制御部5aに付与する油圧(吐出量制御圧)を取り出すために、ポンプ吐出路31の油圧ポンプ5から油圧モータ13までの間に、作動油タンク15へ至る分岐路41が分岐形成されている。分岐路41は、作動油タンク15までの間に、絞り51と圧力制御弁52とを上流側から順に備えている。そして、分岐路41の絞り51と圧力制御弁52との間に、吐出量制御圧を吐出量制御部5aへ供給する吐出量制御圧供給路42が分岐形成されている。なお、分岐路41及び吐出量制御圧供給路42はいずれも管路で形成することができ、分岐路41は油圧ブロックで形成することもできる。
In order to take out the hydraulic pressure (discharge amount control pressure) to be applied to the discharge
絞り51は、油圧ポンプ5から吐出された作動油から、油圧ポンプ5の吐出量を制御するために必要な圧力の作動油を取り出すことを目的として設けられている。従って、絞り51は、吐出量制御部5aを動作させるために必要最小限の流量で十分であり、ポンプ吐出路31を形成している管路と比較して十分に小さい径(例えば、φ=1mm)にすることができる。
The
また、圧力制御弁52は、分岐路41の絞り51よりも下流側の油圧、即ち、吐出量制御部5aへ供給される吐出量制御圧を制御するための弁である。圧力制御弁52は、流量が一定の固定リリーフ弁であってもよいが、可変リリーフ弁であることが、吐出量制御圧を任意に設定することができるので望ましい。本実施の形態では、圧力制御弁52として、後述するコントローラ17により弁開度が制御される電磁式比例弁を用いている。なお、この電磁式比例弁は、電流が流れないときに最大圧に設定される逆比例弁であることがより望ましい。これにより、万が一コントローラ17が故障して圧力制御弁52が制御不能となったとしても、吐出量制御部5aへ最大の吐出量制御圧が供給されるので、油圧モータ13は最大回転数で回転し続けることとなる。即ち、コントローラ17の故障時にも冷却ファン12は最大回転数で回転し続けるので、オーバーヒートを発生させずにホイールローダ等の本実施の形態に係る冷却ファンの駆動回路が適用された産業用車両は作業を継続することができる。
The
上述の通り油圧ポンプ5の吐出量制御圧を制御する圧力制御弁52は、絞り51を設けない場合と比較して小流量で圧力制御が可能となり小型の弁を採用することができる。このように小流量で圧力を制御することで、圧力制御弁52から作動油タンク15へ逃がす作動油の流量が少なくなり、エネルギーの損失を低減することができる。そして、小型の圧力制御弁52を採用することで、圧力制御弁52の専有空間を小さくして回路のコンパクト化を図ることができるとともに、弁にかかるコストを低減することができる。さらに、複雑な制御を必要としない絞り51を設けるだけでよいので、駆動回路の構造は単純であってコストを抑えることができる。
As described above, the
圧力制御弁52の弁開度を制御するコントローラ17には、温度検出手段23が接続されている。温度検出手段23は、エンジンの冷却水の温度、作動油の温度、トルクコンバータ油の温度などを検出してその検出信号をコントローラ17へ出力するように構成されている。そして、コントローラ17は温度検出手段23からの入力信号に基づいて、油圧モータ13の駆動制御を行うべく圧力制御弁52に対して制御信号を出力するように構成されている。
The temperature detection means 23 is connected to the
上述のコントローラ17の制御と並行して、油圧ポンプ5では吐出量制御部5aによるロードセンシング制御が行われている。このロードセンシング制御では、油圧ポンプ5の吐出圧と吐出量制御圧との差圧が一定となるように油圧ポンプ5の吐出量が制御される。この駆動回路では、ポンプ吐出路31と吐出量制御圧供給路42とが連通しているので、絞り51を通過することで多少のタイムラグが発生するものの、吐出量制御圧に応じて油圧ポンプ5の吐出量が即時に変化するため、精度の良いロードセンシング制御を行うことが可能であり、冷却ファン12の回転数を精度良く制御することができる。
In parallel with the control of the
ここで、冷却ファン12の駆動回路の動作について説明する。コントローラ17は、温度検出手段23からの検出信号を受けて、検出された温度(冷却水の温度、作動油の温度、トルクコンバータ油の温度、エアコン用冷媒圧、アクスル油の温度、及びエアクーラーの温度のうち少なくとも一つ以上の温度)に基づいてこれに適した冷却ファン12の回転数を決定し、この回転数に対応する吐出量制御圧となる制御電流値を求め、これを圧力制御弁52へ出力する。このようにして、温度検出手段23で検出された温度が高温になるほど高速回転するように回転数が変化する冷却ファン12によって、冷却風がラジエータ10及びオイルクーラー11へ供給される。
Here, the operation of the drive circuit of the cooling
本発明は、ホイールローダなどの建設機械に限定されず、エンジンを搭載し、このエンジンの動力を受けて回転する油圧ポンプからの圧油で作動する油圧モータで回転駆動される冷却ファンを備えた他の産業用車両にも広く適用することができる。 The present invention is not limited to a construction machine such as a wheel loader, and includes a cooling fan mounted with an engine and driven to rotate by a hydraulic motor that operates with pressure oil from a hydraulic pump that rotates by receiving the power of the engine. It can be widely applied to other industrial vehicles.
10 ラジエータ
11 オイルクーラー
12 冷却ファン
13 油圧モータ
15 作動油タンク
17 コントローラ
18 リリーフ弁
23 温度検出手段
31 ポンプ吐出路
34 戻り路
35 リリーフ路
41 分岐路
42 油路
51 絞り
52 圧力制御弁
DESCRIPTION OF
Claims (3)
作動油の吐出量を制御する吐出量制御部を備え作動油タンクから作動油を吸引して吐出する可変容量式の油圧ポンプと、
前記油圧ポンプから前記油圧モータへ至る作動油のポンプ吐出路と、
前記油圧モータから前記作動油タンクへ至る作動油の戻り路と、
前記ポンプ吐出路に分岐形成されて前記作動油タンクへ至る分岐路と、
前記分岐路に設けられた絞りと、
前記分岐路の前記絞りよりも下流側に設けられた圧力制御弁と、
前記分岐路の前記絞りと前記圧力制御弁との間に接続されて前記油圧ポンプの吐出量を制御するための吐出量制御圧を前記吐出量制御部へ供給する吐出量制御圧供給路とを、有する冷却ファンの駆動回路。 A hydraulic motor that drives the cooling fan;
A variable displacement hydraulic pump that includes a discharge amount control unit that controls the discharge amount of the hydraulic oil and sucks and discharges the hydraulic oil from the hydraulic oil tank;
A pump discharge path for hydraulic oil from the hydraulic pump to the hydraulic motor;
A return path of hydraulic oil from the hydraulic motor to the hydraulic oil tank;
A branch path formed in the pump discharge path to reach the hydraulic oil tank;
An aperture provided in the branch path;
A pressure control valve provided downstream of the throttle in the branch path;
A discharge amount control pressure supply path connected between the throttle of the branch passage and the pressure control valve to supply a discharge amount control pressure for controlling the discharge amount of the hydraulic pump to the discharge amount control unit; A cooling fan drive circuit.
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