JP2013104386A

JP2013104386A - 冷却ファン制御装置

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Publication number: JP2013104386A
Application number: JP2011250021A
Authority: JP
Inventors: Koji Hyodo; 幸次兵藤; Atsushi Shimazu; 淳志島津; Isamu Aoki; 勇青木; Tetsuji Tanaka; 哲二田中; Keigo Kikuchi; 圭吾菊池
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd; KCM Corp
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd; KCM Corp
Priority date: 2011-11-15
Filing date: 2011-11-15
Publication date: 2013-05-30
Anticipated expiration: 2031-11-15
Also published as: EP2781713A4; US9458758B2; KR20140099236A; CN103946505A; EP2781713B1; CN103946505B; US20140311140A1; JP5868663B2; EP2781713A1; WO2013073631A1

Abstract

【課題】回路内の各部の耐久性能を低下させることなく、正回転されている冷却ファンをスムーズに逆回転させる。
【解決手段】冷却ファン制御装置は、油圧ポンプ２と、冷却ファン４を回転させるファンモータ３と、方向切換弁５と、油圧ポンプ２の吐出圧を制御する可変リリーフ弁２３と、油圧ポンプ２の吐出圧を検出する圧力センサ１４と、冷却ファン４の回転方向を切り換えるための切換スイッチ１９と、冷却ファン４が正回転されているときに切換スイッチ１９が逆転側に操作されると、可変リリーフ弁２３の設定リリーフ圧を所定の下限値（Ｐ３）まで所定時間かけて低下させ、圧力センサ１４により検出される油圧ポンプ２の吐出圧が予め定めた切換用圧力（Ｐ２）まで低下した後に方向切換弁５を切り換えて油圧モータ３への圧油の流れ方向を逆方向に制御するとともに、可変リリーフ弁２３の設定リリーフ圧を油圧モータ３の逆転用設定圧（Ｐ４）まで所定時間かけて上昇させるコントローラ１７とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、冷却ファン制御装置に関する。

ラジエータなどの熱交換器に冷却風を送風するための冷却ファンを備えた作業車両が知られている。このような冷却ファンは、送風方向が一方向であると、塵芥が冷却風とともに熱交換器に送り込まれ、目詰まりの原因となる。そこで、冷却ファンを逆回転させて、送風方向を逆にすることで、塵芥を取り除くことができる冷却ファン制御装置が提案されている（特許文献１参照）。

特許文献１に記載の冷却ファン制御装置は、正回転中の冷却ファンを逆回転させるための操作が行われると、設定圧可変式のリリーフ弁に対して、油圧ポンプの吐出側圧力（油圧モータの入口側圧力）を切換用圧力まで低下させる制御信号を出力し、油圧モータの回転速度が下がるために必要な時間経過後、油圧モータを逆方向に回転させる制御信号を出力する。その後、可変リリーフ弁に対して、油圧ポンプの吐出側圧力を逆転用圧力まで上昇させる制御信号を出力する。

特許第４３９０２０１号公報

上記のとおり、特許文献１に記載の冷却ファン制御装置では、油圧モータの回転速度が下がるために必要な時間経過後に、油圧モータを逆方向に回転させる制御信号を出力する構成とされている。したがって、コントローラや可変リリーフ弁の誤作動などにより、必要な時間内に油圧モータの回転速度が十分に下がらなかった場合であっても油圧モータを逆方向に回転させる制御信号を出力してしまう。

そのため、正回転から逆回転させる反転動作の際に回路内の圧力が急上昇して、回路内各部に過度な負荷がかかり、各部の耐久性能が低下するおそれがある。

請求項１に係る発明は、エンジンにより駆動される油圧ポンプと、油圧ポンプから吐出される圧油によって駆動され、熱交換器に冷却風を送風するための冷却ファンを回転させる油圧モータと、油圧ポンプからの吐出油の流れ方向を切り換えて油圧モータを正逆転させる方向切換弁と、油圧ポンプの吐出圧を制御する可変リリーフ弁と、油圧ポンプの吐出圧を検出する圧力センサと、冷却ファンの回転方向を切り換えるための回転方向切換スイッチと、冷却ファンが正回転されているときに回転方向切換スイッチが逆転側に操作されると、可変リリーフ弁の設定リリーフ圧を所定の下限値まで所定時間かけて低下させ、圧力センサにより検出される油圧ポンプの吐出圧が予め定めた切換用圧力まで低下した後に方向切換弁を切り換えて油圧モータへの圧油の流れ方向を逆方向に制御するとともに、可変リリーフ弁の設定リリーフ圧を油圧モータの逆転用設定圧まで所定時間かけて上昇させる制御手段とを備えることを特徴とする冷却ファン制御装置である。
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の冷却ファン制御装置において、制御手段は、冷却ファンが逆回転されているときに回転方向切換スイッチが正転側に操作されると、可変リリーフ弁の設定リリーフ圧を所定の下限値まで所定時間かけて低下させ、圧力センサにより検出される油圧ポンプの吐出圧が予め定めた切換用圧力まで低下した後に方向切換弁を切り換えて油圧モータへの圧油の流れ方向を正方向に制御するとともに、可変リリーフ弁の設定リリーフ圧を油圧モータの正転用設定圧まで所定時間かけて上昇させることを特徴とする。
請求項３に係る発明は、請求項２に記載の冷却ファン制御装置において、油圧モータの正転用設定圧は油圧モータの逆転用設定圧よりも高く、切換用圧力は油圧モータの逆転用設定圧よりも低いことを特徴とする。
請求項４に係る発明は、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の冷却ファン制御装置において、制御手段は、可変リリーフ弁と制御手段との間の接続状態が正常であるか否かを判定する接続状態判定手段を含み、制御手段は、接続状態判定手段により接続状態が正常でないと判定された場合には、冷却ファンが正回転されているときに、回転方向切換スイッチが逆転側に操作されたとしても、方向切換弁を切り換えずに冷却ファンの現在の回転方向を維持することを特徴とする。

本発明によれば、圧力センサにより検出される油圧ポンプの吐出圧が予め定めた切換用圧力まで低下した後に、油圧モータを逆方向に回転させる制御を行うため、反転動作の際の回路内の圧力の上昇を抑制し、回路内の各部の耐久性能を低下させることなく、正回転されている冷却ファンをスムーズに逆回転させることができる。

作業車両の一例であるホイールローダの側面図。ホイールローダの冷却系の概略構成を示す図。リリーフ弁の設定圧を制御するためのテーブルを示す図。冷却ファンの反転動作についての処理内容を示すフローチャート。正回転中の冷却ファンを逆回転させる反転動作についての作動状態を説明するタイムチャート。逆回転中の冷却ファンを正回転させる反転動作についての作動状態を説明するタイムチャート。

以下、図面を参照して、本発明による冷却ファン制御装置の一実施の形態を説明する。図１は、本実施の形態に係る冷却ファン制御装置が搭載される作業車両の一例であるホイールローダの側面図である。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。エンジン室１２２は、建屋カバー１３１で覆われている。後部車体１２０の後方にはカウンタウェイト１２４が取り付けられている。

アーム１１１は不図示のアームシリンダの駆動により上下方向に回動し、バケット１１２はバケットシリンダ１１５の駆動により上下方向に回動する。前部車体１１０と後部車体１２０とはセンタピン１０１により互いに回動自在に連結され、ステアリングシリンダ１１６の伸縮により後部車体１２０に対し前部車体１１０が左右に屈折する。

建屋カバー１３１の後方には、ラジエータフレーム１３５と、冷却ファンユニット１５０とが配設されている。ラジエータフレーム１３５には、後述する図２に示した、エンジン１の冷却水を冷却するラジエータ６や、作動油を冷却するオイルクーラ７等が取り付けられている。ラジエータフレーム１３５は、後部車体１２０に固定されている。冷却ファンユニット１５０は、後述する図２に示した、ファンモータ３で駆動される冷却ファン４と、ファンシュラウド１５１とを備えており、ラジエータフレーム１３５の後方に配設されている。

ラジエータフレーム１３５および冷却ファンユニット１５０は、その側面および上面が冷却器用建屋カバー１３２で覆われている（図１）。冷却器用建屋カバー１３２は後方で開口しており、開閉可能に取り付けられたグリル１４０によって覆われている。グリル１４０は、冷却ファン４による吸気または排気が外部と流通するように複数の開口が設けられた覆いである。

図２は、ホイールローダ１００の冷却系の概略構成を示す図である。ホイールローダ１００は、エンジン１と、エンジン１により駆動される補機用の油圧ポンプ２と、油圧ポンプ２から吐出される圧油によって駆動するファンモータ３と、ファンモータ３によって回転される冷却ファン４とを備えている。エンジン１の回転数は、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２の回転数が上昇し、ポンプ吐出量が増大する。ファンモータ３は、油圧ポンプ２から供給される圧油によって駆動され、ラジエータ６およびオイルクーラ７に冷却風を送風するための冷却ファン４を回転させる。

ホイールローダ１００は、冷却ファン４の回転方向を切り換えるための切換スイッチ１９と、油圧ポンプ２からの吐出油の流れ方向を切り換えてファンモータ３を正逆転させる方向切換弁５とを備えている。

方向切換弁５は電磁式切換弁であり、運転室１２１内の切換スイッチ１９の操作によりＬ位置（正転側）またはＭ位置（逆転側）に切り換わる。切換スイッチ１９がオフ操作されると、方向切換弁５がＬ位置（正転側）に切り換わり、油圧ポンプ２からの圧油が管路Ｌ１，Ｌ２を介してファンモータ３に供給され、ファンモータ３および冷却ファン４が正方向に回転する。ファンモータ３に供給された油は管路Ｌ３，Ｌ４を介してタンク１０に戻る。切換スイッチ１９がオン操作されると、方向切換弁５がＭ位置（逆転側）に切り換わり、油圧ポンプ２からの圧油が管路Ｌ１，Ｌ３を介してファンモータ３に供給され、ファンモータ３および冷却ファン４が逆方向に回転する。ファンモータ３に供給された油は管路Ｌ２，Ｌ４を介してタンク１０に戻る。

ファンモータ３の入口側圧力（モータ駆動圧）である油圧ポンプ２の吐出側圧力（以下、ポンプ吐出圧Ｐｐと記載する）を制限する設定圧可変式のリリーフ弁２３が管路Ｌ１と管路Ｌ４との間に介装され、油圧ポンプ２の吐出側の管路Ｌ１にはポンプ吐出圧Ｐｐを検出する圧力センサ１４が設けられている。圧力センサ１４で検出されたポンプ吐出圧Ｐｐの情報は、コントローラ１７に入力される。

コントローラ１７は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，その他の周辺回路などを有する演算処理装置を含んで構成される。コントローラ１７には切換スイッチ１９からのオンオフ操作情報が入力されている。コントローラ１７は、入力される切換スイッチ１９のオンオフ操作情報に基づいて、切換信号を方向切換弁５に出力し、方向切換弁５の切換位置を制御する。

コントローラ１７は、制御ライン２０でリリーフ弁２３と接続されている。リリーフ弁２３は、電磁式の可変リリーフ弁であって、コントローラ１７からの出力電流値（指示値）に応じて、油圧ポンプ２からファンモータ３へ供給される圧油の最高圧を規定し、ポンプ吐出圧Ｐｐを制御する。コントローラ１７は、リリーフ弁２３の設定リリーフ圧（以下、リリーフセット圧と記す）を制御する、すなわちファンモータ３の入口側圧力であるポンプ吐出圧Ｐｐを制御することで、ファンモータ３の回転速度を制御できる。

コントローラ１７は、制御ライン２１でリリーフ弁２３と接続されており、コントローラ１７では、リリーフ弁２３からのフィードバック電流値が検出される。

なお、図示しないが、ホイールローダ１００は、エンジン１で駆動される作業用油圧ポンプと、作業用油圧ポンプから吐出される圧油を制御するコントロールバルブと、作業用油圧シリンダ（たとえばバケットシリンダ１１５やアームシリンダ）とを備えている。コントロールバルブは不図示の操作レバーの操作により駆動され、操作レバーの操作量に応じてアクチュエータを駆動できる。

このように構成されるホイールローダ１００では、通常、エンジン１の作動時にはファンモータ３が正転するように、コントローラ１７が方向切換弁５をＬ位置（正転側）に切り換えるように制御する。これにより、ファンモータ３は、油圧ポンプ２から供給される圧油によって正転する。ファンモータ３が正転することで、図２の矢印１２で示すように、冷却ファン４からラジエータ６およびオイルクーラ７に向けて冷却風が送風され、冷却風との熱交換によりエンジン１の冷却水および作動油が冷却される。

しかしながら、外気を冷却風として一方向に送風していると、外気に含まれる塵埃などがラジエータ６やオイルクーラ７の風路に蓄積して、この風路を狭めてしまう。そのため、外気との熱交換の効率が低下して、エンジン１のオーバーヒートや作動油温の上昇等の不具合を招くおそれがある。このような不具合を防止するため、本実施の形態では、ファンモータ３の逆転を可能とし、外気を通常の送風方向とは反対方向から送風することで、風路に蓄積した塵埃を吹き飛ばして除去できるようにしている。その結果、ラジエータ６やオイルクーラ７の性能を維持できる。

オペレータにより切換スイッチ１９がオン操作されると、コントローラ１７は方向切換弁５をＭ位置（逆転側）に切り換えるように制御する。これにより、ファンモータ３は、油圧ポンプ２から供給される圧油によって逆転する。ファンモータ３が逆転する、すなわち冷却ファン４が逆転することで、図２の矢印１３で示すように、ラジエータ６およびオイルクーラ７に対して通常とは逆向きに外気が送風される。

しかしながら、切換スイッチ１９がオン操作されたと同時に、ファンモータ３を逆転させるように方向切換弁５をＭ位置（逆転側）に切り換える制御が行われると、回路内圧力が急激に高まり、ファンモータ３や方向切換弁５、リリーフ弁２３に大きな負荷がかかり、各部の耐久性能を低下させてしまうおそれがある。

そこで、本実施の形態では、切換スイッチ１９がオン操作されると、リリーフ弁２３の設定圧を変更し、ポンプ吐出圧Ｐｐを減少させ、ファンモータ３の回転速度を十分に低下させた上で、方向切換弁５をＭ位置（逆転側）に切り換えるように制御する。

コントローラ１７のＲＯＭまたはＲＡＭには、リリーフ弁２３の設定圧を制御するためのテーブルが記憶されている（図３参照）。図３（ａ）は、リリーフセット圧を正転用設定圧（Ｐ１＝１９ＭＰａ）から下限値である切換用設定圧（Ｐ３＝５ＭＰａ）まで所定時間（Ｔ_１−３秒）かけて低下させるために用いられるテーブルであり、時間の経過に伴い直線的にリリーフセット圧が減少するように定められている。図３（ｂ）は、リリーフセット圧を切換用設定圧（Ｐ３＝５ＭＰａ）から逆転用設定圧（Ｐ４＝１５ＭＰａ）まで所定時間（Ｔ_３−４秒）かけて上昇させるために用いられるテーブルであり、時間の経過に伴い直線的にリリーフセット圧が増加するように定められている。

図３（ｃ）は、リリーフセット圧を逆転用設定圧（Ｐ４＝１５ＭＰａ）から切換用設定圧（Ｐ３＝５ＭＰａ）まで所定時間（Ｔ_４−３秒）かけて低下させるために用いられるテーブルであり、時間の経過に伴い直線的にリリーフセット圧が減少するように定められている。図３（ｄ）は、リリーフセット圧を切換用設定圧（Ｐ３＝５ＭＰａ）から正転用設定圧（Ｐ１＝１９ＭＰａ）まで所定時間（Ｔ_３−１秒）かけて上昇させるために用いられるテーブルであり、時間の経過に伴い直線的にリリーフセット圧が増加するように定められている。

コントローラ１７は、条件に応じて、これらのテーブルを参照し、参照したテーブルに基づいて、リリーフセット圧を変化させるようにリリーフ弁２３に出力電流値を出力する。時間Ｔ_１−３，Ｔ_３−４，Ｔ_４−３，Ｔ_３−１はそれぞれ、リリーフ圧が安定して低下あるいは上昇されるように、２〜３秒程度と定められている。

正転用設定圧（Ｐ１）および逆転用設定圧（Ｐ４）は、冷却ファン４の仕様に応じて定められている。正転用設定圧（Ｐ１）は、冷却ファン４を定格回転数Ｎｒで正回転させるための設定圧である。逆転用設定圧（Ｐ４）は、冷却ファン４を定格回転数Ｎｒで逆回転させるための設定圧である。

通常、冷却ファン４は、定格回転数Ｎｒで正回転されたときの送風量に比べて、定格回転数Ｎｒで逆回転されたときの送風量の方が小さい。このような冷却ファン４は、正回転時の空気抵抗に比べて逆回転時の空気抵抗の方が小さい。その結果、冷却ファン４を定格回転数Ｎｒで逆回転させるために必要なポンプ吐出圧Ｐｐは、正回転させる場合に比べて小さくてよい。そこで、本実施の形態では、上記したようにファンモータ３の正転用設定圧をＰ１＝１９ＭＰａと定め、ファンモータ３の逆転用設定圧をＰ４＝１５ＭＰａと定めた。

これに対して、正転用設定圧と逆転用設定圧とを同じ値にした場合、正転時には定格回転数Ｎｒで回転させることができるが、逆転時には定格回転数Ｎｒを上回る回転数で冷却ファン４が回転するため、冷却ファン４およびファンモータ３の耐久性に悪影響を与えてしまうおそれがある。

コントローラ１７のＲＯＭまたはＲＡＭには、圧力センサ１４で検出されたポンプ吐出圧Ｐｐが十分に低下したか否かを判定するために用いられる閾値として切換用圧力（Ｐ２）が記憶されている。切換用圧力（Ｐ２）は、ファンモータ３が十分に減速して反転動作がスムーズに行えるように予め定められている。切換用設定圧（Ｐ３）は、切換用圧力（Ｐ２）よりも小さい値となるように定められている。本実施の形態では、切換用圧力をＰ２＝６．５ＭＰａと定め、切換用設定圧をＰ３＝５ＭＰａと定めた。

コントローラ１７は、次のように各部を制御することで、油圧ポンプ２の吐出圧を十分に低下させた後に冷却ファン４を逆転させる。図４は、上述したような冷却ファン４の反転動作についての処理内容を示すフローチャートである。図５は正回転中の冷却ファン４を逆回転させる反転動作についての作動状態を説明するタイムチャートであり、図６は逆回転中の冷却ファン４を正回転させる反転動作についての作動状態を説明するタイムチャートである。ホイールローダ１００の不図示のイグニッションスイッチがオン操作されると、図４に示す処理を行うプログラムが起動されて、コントローラ１７で繰り返し実行される。

ステップＳ１０１において、コントローラ１７は、切換スイッチ１９のオンオフ操作を判定し、切換スイッチ１９がオフ操作されている場合には、冷却ファン４が正回転するように、方向切換弁５をＬ位置（正転側）に切り換えるとともに、リリーフセット圧を正転用設定圧（Ｐ１）に設定する。一方、切換スイッチ１９がオン操作されている場合には、冷却ファン４が逆回転するように、方向切換弁５をＭ位置（逆転側）に切り換えるとともに、リリーフセット圧を逆転用設定圧（Ｐ４）に設定する。

すなわち、コントローラ１７は、ステップＳ１０１において、切換スイッチ１９のオンオフ操作情報に基づいてリリーフセット圧が正転用設定圧（Ｐ１）または逆転用設定圧（Ｐ４）となるようにリリーフ弁２３に対応する出力電流値（指示値）Ａｉを出力する。

ステップＳ１０２において、リリーフ弁２３から制御ライン２１を介してコントローラ１７に入力されるフィードバック電流値Ａｆの情報、ならびに、冷却ファン４の回転方向の情報、すなわち切換スイッチ１９のオンオフ操作情報を取得して、ステップＳ１０６へ進む。

ステップＳ１０６では、コントローラ１７とリリーフ弁２３との間の接続線（制御ライン２０，２１）の接続状態が正常であるか否かを判定する。コントローラ１７は、ステップＳ１０１でリリーフ弁２３へ出力された電流値（指示値）Ａｉと、ステップＳ１０２で検出されたリリーフ弁２３からコントローラ１７へ戻ってくるフィードバック電流値Ａｆとを比較する。コントローラ１７は、出力電流値Ａｉとフィードバック電流値Ａｆとの差が所定値Ａｔ未満である場合（｜Ａｉ−Ａｆ｜＜Ａｔ）には非断線状態、すなわち正常と判定する。一方、出力電流値Ａｉとフィードバック電流値Ａｆとの差が所定値Ａｔ以上である場合（｜Ａｉ−Ａｆ｜≧Ａｔ）には断線状態、すなわち異常と判定する。

ステップＳ１０６で肯定判定されると、すなわち、コントローラ１７とリリーフ弁２３との間の接続線（制御ライン２０，２１）の接続状態が正常と判定されるとステップＳ１１１へ進む。ステップＳ１１１では、ステップＳ１０１で検出された切換スイッチ１９のオンオフ操作情報から冷却ファン４が正回転するように制御されている状態にあるのかどうかを判定する。

ステップＳ１１１で肯定判定されると、すなわち、冷却ファン４が正回転するように制御されている状態にあると判定されると、ステップＳ１１６に進み、切換スイッチ１９がオン操作（逆転側に操作）されたか否かを判定する、すなわち切換スイッチ１９のオン操作を監視する。

ステップＳ１１６で肯定判定されると、すなわち、定格回転数Ｎｒで正方向に回転している冷却ファン４を逆回転させるために切換スイッチ１９がオン操作されたと判定されるとステップＳ１２１へ進む。ステップＳ１２１では、図３（ａ）に示すテーブルを参照し、予め設定された特性にしたがってリリーフセット圧が正転用設定圧（Ｐ１）から切換用設定圧（Ｐ３）まで所定時間かけて低下するように、リリーフ弁２３へ制御信号（電流値Ａｉ）を出力する。

図５に示すように、時点Ｔ１で切換スイッチ１９がオン操作されると、リリーフセット圧が時点Ｔ１から時点Ｔ３の間で正転用設定圧（Ｐ１）から切換用設定圧（Ｐ３）まで低下するように、リリーフ弁２３に制御信号（電流値Ａｉ）が入力される。そのため、ポンプ吐出圧Ｐｐは、リリーフセット圧の低下に伴って減少する。

図４に示すように、次のステップＳ１２３では、圧力センサ１４で検出された油圧ポンプ２の吐出圧Ｐｐの情報を取得し、ステップＳ１２６では、検出されたポンプ吐出圧Ｐｐが切換用圧力であるＰ２以下（Ｐｐ≦Ｐ２）であるか否かを判定する。

ステップＳ１２６で肯定判定されると、すなわち、ポンプ吐出圧ＰｐがＰ２以下（Ｐｐ≦Ｐ２）であると判定されると、ステップＳ１３１へ進む。ステップＳ１２６で否定判定されると、すなわちポンプ吐出圧ＰｐがＰ２より大きいと判定されると、ステップＳ１２３に戻ってポンプ吐出圧Ｐｐの情報を取得する。すなわち、コントローラ１７は、ステップＳ１２１で切換用設定圧（Ｐ３）まで所定時間かけてリリーフセット圧を低下させる制御を実行するとともに、ポンプ吐出圧Ｐｐを監視して、リリーフセット圧の低下に応じてポンプ吐出圧Ｐｐが切換用圧力（Ｐ２）まで低下したか否かを判定する。

コントローラ１７は、ステップＳ１３１でファンモータ３への圧油の流れ方向を逆方向に制御するために、切換信号（電流または電圧）を方向切換弁５に出力して方向切換弁５をＭ位置（逆転側）に切り換え、次ステップＳ１３６でコントローラ１７に内蔵のタイマのカウントを開始する。図５に示すように、時点Ｔ２において、圧力センサ１４でポンプ吐出圧ＰｐがＰ２以下まで低下したことが検出され、方向切換弁５の切り換え制御が実行されると、方向切換弁５のスプール（不図示）が移動し始める。ファンモータ３の入口側圧力Ｐｐは、アンダーシュートにより、Ｐ３以下まで減少した後、方向切換弁５のスプールの移動に伴って増加し、一時的にリリーフセット圧を上回るが、方向切換弁５やリリーフ弁２３、ファンモータ３に過度な負荷が作用するような圧力まで急激に上昇することはない。

図４に示すように、コントローラ１７は、ステップＳ１４１において、タイマによる計測時間ｔが予め定められた設定時間Ｔ以上（ｔ≧Ｔ）になったか否かを判定する。設定時間Ｔは、方向切換弁５の位置が切り換わるのに要する時間に相当する値（たとえば、Ｔ＝２秒）とされ、予めコントローラ１７のＲＯＭまたはＲＡＭに記憶されている。つまり、コントローラ１７は、計測時間ｔが設定時間Ｔ以上になったか否かを判定することで、方向切換弁５の切り換えが完了したか否かを判定する。

ステップＳ１４１で肯定判定されると、すなわち、タイマによる計測時間ｔが設定時間Ｔ以上（ｔ≧Ｔ）になったと判定されるとステップＳ１４６へ進む。ステップＳ１４６では、図３（ｂ）に示すテーブルを参照し、予め設定された特性にしたがってリリーフセット圧が切換用設定圧（Ｐ３）から逆転用設定圧（Ｐ４）まで所定時間かけて上昇するように、リリーフ弁２３へ制御信号（電流値Ａｉ）を出力し、リターンする。

図５に示すように、時点Ｔ４において、計測時間ｔが設定時間Ｔ以上となったと判定されると、すなわち方向切換弁５の切り換えの完了が判定されると、リリーフセット圧が時点Ｔ４から時点Ｔ５の間で切換用設定圧（Ｐ３）から逆転用設定圧（Ｐ４）まで上昇するように、リリーフ弁２３に制御信号（電流値Ａｉ）が入力される。そのため、ポンプ吐出圧Ｐｐは、リリーフセット圧の上昇に伴って逆転用圧力（Ｐ４）まで上昇する。その結果、冷却ファン４が定格回転数Ｎｒで逆方向に回転し、熱交換器に付着する塵芥が吹き飛ばされる。

図４に示すように、ステップＳ１１１で否定判定されると、すなわち、冷却ファン４が逆回転するように制御されている状態にあると判定されると、ステップＳ２１６に進む。上述したステップＳ１１６〜ステップＳ１４６までは、正回転する冷却ファン４を逆回転させる反転動作についての処理内容であるが、ステップＳ２１６〜ステップ２４６までは逆回転する冷却ファン４を正回転させる反転動作についての処理内容であり、上述したステップＳ１１６〜ステップＳ１４６の処理と同様の処理がなされる。

ステップＳ２１６では、切換スイッチ１９がオフ操作（正転側に操作）されたか否かを判定する、すなわち切換スイッチ１９のオフ操作を監視する。

ステップＳ２１６で肯定判定されると、すなわち、定格回転数Ｎｒで逆方向に回転している冷却ファン４を正回転させるために切換スイッチ１９がオフ操作されたと判定されるとステップＳ２２１へ進む。ステップＳ２２１では、図３（ｃ）に示すテーブルを参照し、予め設定された特性にしたがってリリーフセット圧が逆転用設定圧（Ｐ４）から切換用設定圧（Ｐ３）まで所定時間かけて低下するように、リリーフ弁２３へ制御信号（電流値Ａｉ）を出力する。

図６に示すように、時点Ｔ６で切換スイッチ１９がオフ操作されると、リリーフセット圧が時点Ｔ６から時点Ｔ８の間で逆転用設定圧（Ｐ４）から切換用設定圧（Ｐ３）まで低下するように、リリーフ弁２３に制御信号（電流値Ａｉ）が入力される。そのため、ポンプ吐出圧Ｐｐは、リリーフセット圧の低下に伴って減少する。

図４に示すように、次のステップＳ２２３では、圧力センサ１４で検出された油圧ポンプ２の吐出圧Ｐｐの情報を取得し、ステップＳ２２６では、検出されたポンプ吐出圧Ｐｐが切換用圧力であるＰ２以下（Ｐｐ≦Ｐ２）であるか否かを判定する。

ステップＳ２２６で肯定判定されると、すなわち、ポンプ吐出圧ＰｐがＰ２以下（Ｐｐ≦Ｐ２）であると判定されると、ステップＳ２３１へ進む。ステップＳ２２６で否定判定されると、すなわちポンプ吐出圧ＰｐがＰ２より大きいと判定されると、ステップＳ２２３に戻ってポンプ吐出圧Ｐｐの情報を取得する。すなわち、コントローラ１７は、ステップＳ２２１で切換用設定圧（Ｐ３）まで所定時間かけてリリーフセット圧を低下させる制御を実行するとともに、ポンプ吐出圧Ｐｐを監視して、リリーフセット圧の低下に応じてポンプ吐出圧Ｐｐが切換用圧力であるＰ２まで低下したか否かを判定する。

コントローラ１７は、ステップＳ２３１でファンモータ３への圧油の流れ方向を逆方向に制御するために、切換信号（電流または電圧）を方向切換弁５に出力して方向切換弁５をＬ位置（正転側）に切り換え、次ステップＳ２３６でコントローラ１７に内蔵のタイマのカウントを開始する。図６に示すように、時点Ｔ７において、圧力センサ１４でポンプ吐出圧ＰｐがＰ２以下まで低下したことが検出され、方向切換弁５の切り換え制御が実行されると、方向切換弁５のスプール（不図示）が移動し始める。ファンモータ３の入口側圧力Ｐｐは、アンダーシュートにより、Ｐ３以下まで減少した後、方向切換弁５のスプールの移動に伴って増加し、一時的にリリーフセット圧を上回るが、方向切換弁５やリリーフ弁２３、ファンモータ３に過度な負荷が作用するような圧力まで急激に上昇することはない。

図４に示すように、コントローラ１７は、ステップＳ２４１において、タイマによる計測時間ｔが予め定められた設定時間Ｔ以上（ｔ≧Ｔ）になったか否かを判定する。設定時間Ｔは、方向切換弁５の位置が切り換わるのに要する時間に相当する値（たとえば、Ｔ＝２秒）とされ、予めコントローラ１７のＲＯＭまたはＲＡＭに記憶されている。つまり、コントローラ１７は、計測時間ｔが設定時間Ｔ以上になったか否かを判定することで、方向切換弁５の切り換えが完了したか否かを判定する。

ステップＳ２４１で肯定判定されると、すなわち、タイマによる計測時間ｔが設定時間Ｔ以上（ｔ≧Ｔ）になったと判定されるとステップＳ２４６へ進む。ステップＳ２４６では、図３（ｄ）に示すテーブルを参照し、予め設定された特性にしたがってリリーフセット圧が切換用設定圧（Ｐ３）から正転用設定圧（Ｐ１）まで所定時間かけて上昇するように、リリーフ弁２３へ制御信号（電流値Ａｉ）を出力し、リターンする。

図６に示すように、時点Ｔ９において、計測時間ｔが設定時間Ｔ以上となったと判定されると、すなわち方向切換弁５の切り換えの完了が判定されると、リリーフセット圧が時点Ｔ９から時点Ｔ１０の間で切換用設定圧（Ｐ３）から正転用設定圧（Ｐ１）まで上昇するように、リリーフ弁２３に制御信号（電流値Ａｉ）が入力される。そのため、ポンプ吐出圧Ｐｐは、リリーフセット圧の上昇に伴ってＰ１まで上昇する。その結果、冷却ファン４が定格回転数Ｎｒで正方向に回転し、熱交換器に冷却風を導いて冷却水および作動油を冷却する。

ステップＳ１０６で否定判定されると、すなわち、コントローラ１７とリリーフ弁２３との間の接続線（制御ライン２０，２１）が断線するなどして、その接続状態が正常でないと判定されると、ステップＳ３１０へ進む。ステップＳ３１０では、コントローラ１７とリリーフ弁２３との接続状態が正常な状態にないことをオペレータに知らせるために報知ランプなどの報知手段を作動（点灯）させ、上述した反転動作を実行せずにリターンする。なお、報知ランプを点灯させることに代えて、報知音を発生させてもよい。

つまり、コントローラ１７とリリーフ弁２３との接続状態が異常である場合には、冷却ファン４が正回転されているときに、切換スイッチ１９が逆転側（オン）に操作されたとしても、コントローラ１７は、方向切換弁５をＭ位置（逆転側）に切り換える切換信号を出力しない。その結果、冷却ファン４は、現在の回転方向（正回転）を維持する。同様に、コントローラ１７とリリーフ弁２３との接続状態が異常である場合には、冷却ファン４が逆回転されているときに、切換スイッチ１９が正転側（オフ）に操作されたとしても、コントローラ１７は、方向切換弁５をＬ位置（正転側）に切り換える切換信号を出力しない。その結果、冷却ファン４は、現在の回転方向（逆回転）を維持する。

以上説明した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）冷却ファン４が正回転されているときに、切換スイッチ１９が逆転側に操作（オン操作）されると、コントローラ１７が、リリーフ弁２３の設定圧を制御して油圧ポンプ２の吐出圧Ｐｐが切換用圧力（Ｐ２）まで低下するようにした。圧力センサ１４で油圧ポンプ２の吐出圧Ｐｐが切換用圧力（Ｐ２）まで低下したことが検出されると、コントローラ１７が、方向切換弁５をＬ位置（正転側）からＭ位置（逆転）に切り換えて、油圧ポンプ２からファンモータ３への圧油の流れ方向が逆方向になるようにした。その後、コントローラ１７により方向切換弁５の切り換えの完了が判定されると、コントローラ１７が、リリーフ弁２３の設定圧を制御して油圧ポンプ２の吐出圧Ｐｐを逆転用圧力（Ｐ４）まで上昇させるようにした。

このように、油圧ポンプ２の吐出圧Ｐｐが切換用圧力（Ｐ２）まで低下したことを圧力センサ１４により検出した後にファンモータ３を逆方向に回転させる制御を行うため、反転動作の際の回路内の圧力の上昇を抑制し、リリーフ弁２３や方向切換弁５、ファンモータ３等の耐久性能を低下させることなく、正回転されている冷却ファン４をスムーズに逆回転させることができる。なお、同様の処理を逆回転されている冷却ファン４を反転動作させる際にも実行することで、各部の耐久性能を低下させることなく、逆回転されている冷却ファン４をスムーズに正回転させることができる。

これに対して、切換スイッチ１９がオン操作された後、所定時間が経過すると、ポンプ吐出圧Ｐｐを検出することなく冷却ファン４を逆転させる従来技術では、以下のような問題が生じる。

従来技術では、コントローラ１７やリリーフ弁２３の誤作動等により、所定時間経過後にポンプ吐出圧Ｐｐが切換用圧力（Ｐ２）まで低下していない場合であっても、冷却ファン４を逆転させる制御を行ってしまうという問題がある。その結果、反転動作の際に回路内の圧力が急上昇して、方向切換弁５やリリーフ弁２３、ファンモータ３に過度な負荷がかかり、方向切換弁５やリリーフ弁２３、ファンモータ３の耐久性能が低下するおそれがある。なお、回路内の圧力が過度に高くなることを防止するためにオーバーロードリリーフ弁を設ける場合は、その分コスト高となる。

従来技術では、ファンモータ３の入口側圧力が十分に低下したことを切換スイッチ１９のオン操作後の経過時間によって推定して反転動作の制御を実行するため、切換スイッチ１９のオン操作後の時間に十分な裕度を見込んでおく必要がある。その結果、冷却ファン４の反転動作に時間がかかってしまう。

（２）リリーフ弁２３とコントローラ１７との間の接続線（制御ライン２０，２１）の接続状態が正常であるか否かを判定し、正常でないと判定された場合には、切換スイッチ１９のオンオフ操作に拘わらず、方向切換弁５を切り換える切換信号を出力しないようにして、冷却ファン４の現在の回転方向を維持するようにした。つまり、断線などにより接続状態が異常である場合には、上述した反転動作処理を実行しない。これにより、リリーフ弁２３とコントローラ１７との接続状態が正常である場合にのみ、反転動作処理を行って、ポンプ吐出圧Ｐｐ（モータ駆動圧）を安定して低下または上昇させることができる。

（３）正転用設定圧（Ｐ１）を逆転用設定圧（Ｐ４）よりも高く定め、正回転時の油圧ポンプ吐出圧Ｐｐが逆回転時の油圧ポンプ吐出圧Ｐｐよりも高くなるようにした。これにより、定格回転数Ｎｒで正回転されたときの送風量に比べて、定格回転数Ｎｒで逆回転されたときの送風量の方が小さい一般的な冷却ファン４を使用する場合に、ファンモータ３や冷却ファン４の耐久性に悪影響を与えることなくファンモータ３を作動させることができる。

次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。
［変形例］
（１）上述の説明では、出力電流値Ａｉとフィードバック電流値Ａｆとの差が所定値Ａｔ以上であった場合には、コントローラ１７とリリーフ弁２３との間の接続線の接続状態が正常でないと判定したが、本発明はこれに限定されない。
出力電流値Ａｉとフィードバック電流値Ａｆとの差が所定値Ａｔ以上になった回数が所定回数を超えたときに、コントローラ１７とリリーフ弁２３との間の接続線の接続状態が異常であると判定してもよい。この場合、誤検出が防止される。さらにこの場合、接続線が断線しかかっていることを判定することもできる。接続線が断線しかかっていることが判定された場合にも、上述した処理と同様に、断線しかかっていることをオペレータに知らせるために報知ランプなどの報知手段を動作させ、冷却ファン４の反転動作を行わないように制御する。
出力電流値Ａｉとフィードバック電流値Ａｆとの差が所定値Ａｔ以上である状態が所定時間継続されたときに、コントローラ１７とリリーフ弁２３との間の接続線の接続状態が異常であると判定してもよい。

（２）上述の説明では、コントローラ１７とリリーフ弁２３との間の接続線の接続状態の判定を出力電流値Ａｉとフィードバック電流値Ａｆとの差が所定値Ａｔ未満であるのか否かに基づいて判定したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、電圧値に基づいて接続状態を判定してもよい。

（３）上述の説明では、ファンモータ３の正転用設定圧（Ｐ１）を逆転用設定圧（Ｐ４）よりも高く定めたが本発明はこれに限定されない。たとえば、正回転時の風量と、逆回転時の風量とに大きな差がない冷却ファン４などを使用する場合には、正転用設定圧と逆転用設定圧とを同じ値にしてもよい。

（４）上述の説明では、コントローラ１７で方向切換弁５の切り換えの完了をタイマによる計測時間で判定したが、本発明はこれに限定されない。方向切換弁５の切り換え位置を機械的に検出する位置検出手段を設け、位置検出手段からの検出信号に基づいてコントローラ１７が方向切換弁５の切り換えの完了を判定してもよい。

（５）上述の説明では、手動で切換スイッチ１９をオンオフ操作することで、冷却ファン４を正転または逆転させることとしたが、本発明はこれに限定されない。冷却ファン４の運転中、設定時間経過ごとに冷却ファン４を正転から逆転に反転動作させてもよい。反転動作により逆方向に回転している冷却ファン４は、所定時間だけ逆転動作を継続させた後、正転動作に復帰する。

（６）上述の説明では、冷却ファン４を反転させる際に、リリーフセット圧を切換用圧力Ｐ２よりも低いＰ３に設定したが、本発明はこれに限定されない。冷却ファン４を反転させる際に設定するリリーフセット圧は、切換用圧力Ｐ２と同じ値に設定してもよい。

（７）上述の説明では、作業車両の一例としてホイールローダ１００を例に説明したが、本発明はこれに限定されず、たとえば、フォークリフト、テレハンドラー、リフトトラック等、他の作業車両であってもよい。

本発明は、上述した実施の形態に限定されるものでなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で自由に変更、改良が可能である。

１エンジン、２油圧ポンプ、３ファンモータ、４冷却ファン、５方向切換弁、６ラジエータ、７オイルクーラ、１０タンク、１４圧力センサ、１５アクセルペダル、１７コントローラ、１９切換スイッチ、２０制御ライン、２１制御ライン、２３リリーフ弁、１００ホイールローダ、１０１センタピン、１１０前部車体、１１１アーム、１１２バケット、１１３タイヤ、１１５バケットシリンダ、１１６ステアリングシリンダ、１２０後部車体、１２１運転室、１２２エンジン室、１２３タイヤ、１２４カウンタウェイト、１３１建屋カバー、１３２冷却器用建屋カバー、１３５ラジエータフレーム、１４０グリル、１５０冷却ファンユニット、１５１ファンシュラウド

Claims

エンジンにより駆動される油圧ポンプと、
前記油圧ポンプから吐出される圧油によって駆動され、熱交換器に冷却風を送風するための冷却ファンを回転させる油圧モータと、
前記油圧ポンプからの吐出油の流れ方向を切り換えて前記油圧モータを正逆転させる方向切換弁と、
前記油圧ポンプの吐出圧を制御する可変リリーフ弁と、
前記油圧ポンプの吐出圧を検出する圧力センサと、
前記冷却ファンの回転方向を切り換えるための回転方向切換スイッチと、
前記冷却ファンが正回転されているときに前記回転方向切換スイッチが逆転側に操作されると、前記可変リリーフ弁の設定リリーフ圧を所定の下限値まで所定時間かけて低下させ、圧力センサにより検出される前記油圧ポンプの吐出圧が予め定めた切換用圧力まで低下した後に前記方向切換弁を切り換えて前記油圧モータへの圧油の流れ方向を逆方向に制御するとともに、前記可変リリーフ弁の設定リリーフ圧を前記油圧モータの逆転用設定圧まで所定時間かけて上昇させる制御手段とを備えることを特徴とする冷却ファン制御装置。
請求項１に記載の冷却ファン制御装置において、
前記制御手段は、前記冷却ファンが逆回転されているときに前記回転方向切換スイッチが正転側に操作されると、前記可変リリーフ弁の設定リリーフ圧を所定の下限値まで所定時間かけて低下させ、圧力センサにより検出される前記油圧ポンプの吐出圧が予め定めた切換用圧力まで低下した後に前記方向切換弁を切り換えて前記油圧モータへの圧油の流れ方向を正方向に制御するとともに、前記可変リリーフ弁の設定リリーフ圧を前記油圧モータの正転用設定圧まで所定時間かけて上昇させることを特徴とする冷却ファン制御装置。
請求項２に記載の冷却ファン制御装置において、
前記油圧モータの正転用設定圧は前記油圧モータの逆転用設定圧よりも高く、前記切換用圧力は前記油圧モータの逆転用設定圧よりも低いことを特徴とする冷却ファン制御装置。
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の冷却ファン制御装置において、
前記制御手段は、前記可変リリーフ弁と前記制御手段との間の接続状態が正常であるか否かを判定する接続状態判定手段を含み、
前記制御手段は、前記接続状態判定手段により前記接続状態が正常でないと判定された場合には、前記冷却ファンが正回転されているときに、前記回転方向切換スイッチが逆転側に操作されたとしても、前記方向切換弁を切り換えずに前記冷却ファンの現在の回転方向を維持することを特徴とする冷却ファン制御装置。