JP3853255B2 - 油圧駆動冷却ファン装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば建設機械のエンジン室に設けられる冷却ファンに係わり、特に、冷却ファンを油圧駆動する油圧モータを備えた油圧駆動冷却ファン装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
建設機械、例えば油圧ショベルは、ブーム、アーム、バケット等のフロント装置や上部旋回体を、油圧シリンダや油圧モータ等の油圧アクチュエータによって動作させる。これら油圧アクチュエータは、エンジンによって駆動される油圧ポンプからの吐出圧油によって作動される。上部旋回体は、カバーで覆われており、エンジンや油圧ポンプは、カバー内に設けたエンジン室に配置されている。通常、この種の建設機械では、エンジンの冷却を行うために、エンジン室内に設けた冷却ファンを駆動して、カバーに設けた吸気孔から外気を導入し冷却風を生起する。冷却ファンによって生起された冷却風は、エンジン室内に導入された後、例えばラジエータ、オイルクーラ、インタクーラ等の各種熱交換器を通過して冷却し、カバーに設けた排気孔からエンジン室外部に排出される。
【０００３】
ここで、冷却ファンとしては、エンジンのクランク軸からの駆動力で回転されるものが用いられる場合もあるが、例えば極めて大きな冷却能力が要求されるいわゆる超大型油圧ショベルや、エンジン室内のスペースが極めて小さくレイアウト上の制約が大きい小型油圧ショベル等においては、エンジンとは切り離して冷却ファン駆動用油圧モータを別途設け、これによってファンを駆動するようになっている。このような従来技術としては、例えば特開２０００−１６１２３３号公報に記載のものがある。
【０００４】
この従来技術においては、エンジンを冷却する冷却風を生起する冷却ファンと、この冷却ファンを駆動するファン用油圧モータと、このファン用油圧モータへの圧油を吐出する第１油圧ポンプと、油圧作業機を駆動する油圧アクチュエータへの圧油を吐出する可変容量型の第２油圧ポンプと、第２油圧ポンプの吐出管路から分岐して第１油圧ポンプの吐出管路へ合流する合流管路に設けた制御弁と、第１油圧ポンプから前記ファン用油圧モータへの圧油供給管路から分岐する管路に設けられ、ラジエータ水温に応じて通過流量を変化させるサーモバルブとを有する油圧駆動冷却ファン装置が開示されている。
【０００５】
そして、冷却ファンの風量が不足してラジエータの水温が上昇すると、サーモバルブが閉じてその上流側の制御圧力が上昇して第２油圧ポンプの傾転角（すなわち吐出流量）が増大し、これによって制御弁が開いて第２油圧ポンプからの圧油の一部が第１油圧ポンプからの圧油と合流してファン用油圧モータへ供給され、この結果冷却ファンが高速で回転して冷却風量が増大する。ラジエータの水温が低下すると、サーモバルブが開いて制御圧力が低下し、第２油圧ポンプの吐出流量が減少して制御弁が閉じ、ファン用油圧モータには第１油圧ポンプからの圧油のみが供給されて冷却ファンは低速で回転し冷却風量が減少するようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術には、以下の課題が存在する。
【０００７】
すなわち、上記従来技術では、冷却の過不足に応じて冷却ファンを制御するために、ラジエータ冷却水の温度に応じて開閉動作する高機能なサーモバルブを用いている。このサーモバルブは、精密な電子部品が多数必要となり、コスト高となるとともに、屋外において粉塵等の舞う劣悪な環境下で稼動することの多い建設機械では、信頼性や耐久性を確保することが困難である。
【０００８】
本発明の目的は、安価でかつ高い信頼性及び高い耐久性を確保できる油圧駆動ファン冷却装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、エンジンを冷却する冷却風を生起する冷却ファンと、この冷却ファンを駆動するファン用油圧モータと、このファン用油圧モータへの圧油を吐出する第１油圧ポンプとを有する油圧駆動冷却ファン装置において、略一定圧力の油圧源と、この油圧源からの圧油供給管路に設けられ、圧油の粘性に応じた通過流量特性が互いに異なる２つの絞り手段と、これら２つの絞り手段の間の圧力を用いて、前記ファン用油圧モータの回転数を制御する回転数制御手段とを有する。
【００１０】
本発明においては、略一定圧力の油圧源からの圧油は圧油供給管路に導かれ、２つの絞り手段にてそれぞれ絞られる。このとき、これら２つの絞り手段の圧油粘性−流量特性が異なることにより、圧油供給管路に配置されたこれら２つの絞り手段に同一流量の圧油が流れるために、これら絞り手段の間には、当該圧油の粘度に応じた圧力が生じる。
【００１１】
例えば上流側の絞り手段が粘性依存性が大きく下流側の絞り手段が粘性依存性が小さい場合、下流側の絞り手段は圧油が比較的高温で粘度が小さくても圧油が比較的低温で粘度が大きくてもほぼ同じくらいの通過流量特性となる。これに対し、上流側の絞り手段は圧油が比較的高温となって粘度が小さくなると通過流量が増大する特性となるため、上流側絞り手段と下流側絞り手段で同一の流量とするためには上流側絞り手段の前後差圧を低下させ下流側絞り手段の前後差圧を上昇させなければならないため、２つの絞り手段の間の圧力が増大する。また例えば上流側の絞り手段が粘性依存性が小さく下流側の絞り手段が粘性依存性が大きい場合は、上記と逆で、下流側の絞り手段は圧油が比較的高温となって粘度が小さくなると通過流量が増大する特性となるため、上流側絞り手段の前後差圧を上昇させ下流側絞り手段の前後差圧を低下させなければならず、２つの絞り手段の間の圧力が低下する。このようにして２つの絞り手段の間において圧油温度に応じて圧力を発生させ、この圧力を用いて、回転数制御手段でファン用油圧モータの回転数を制御する。
【００１２】
本発明は、以上のようにして、冷却の過不足を圧油の温度として検出するとともにこれを２つの絞り手段の間の制御圧力に変換してファンの駆動回転数を制御する。このように油圧回路のみで構成されたシステムとできることにより、高機能なサーモバルブを用いる従来構造と異なり、安価にシステムを構成でき、また高い信頼性及び高い耐久性を確保することができる。
【００１３】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記２つの絞り手段のうち一方はチョーク手段であり、他方はオリフィス手段である。
【００１４】
（３）上記（１）において、また好ましくは、油圧作業機を駆動する油圧アクチュエータへの圧油を吐出する可変容量型の第２油圧ポンプと、前記第１油圧ポンプの吐出圧及び前記第２油圧ポンプの吐出圧に応じて前記第２油圧ポンプの吐出流量を制御するポンプ制御手段とをさらに有する。
【００１５】
（４）上記（１）において、また好ましくは、前記回転数制御手段は、前記２つの絞り手段の間の圧力の値に応じ、前記ファン用油圧モータへ供給する流量を制御する流量制御手段である。
【００１６】
（５）上記（４）において、さらに好ましくは、前記流量制御手段は、前記第１油圧ポンプの吐出管路から前記ファン用油圧モータへの油圧管路から分岐して設けた管路のブリードオフ流量を制御する油圧制御弁である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１８】
本発明の第１実施形態を図１〜図３により説明する。
図１は、本発明の油圧駆動冷却ファン装置の一実施形態を油圧作業機の駆動装置とともに表す油圧回路図である。
【００１９】
図１において、図示しない油圧作業機を駆動する油圧アクチュエータ（例えば図１中では油圧シリンダにて図示）１と、エンジン（原動機）２と、このエンジン２により駆動され油圧アクチュエータ１への圧油を吐出する可変容量型のメインポンプ３と、このメインポンプ３の吐出圧に応じてメインポンプ３の吐出流量を制御する斜板制御シリンダ４と、メインポンプ３から油圧アクチュエータ１への圧油の流れを制御するパイロット操作式のコントロールバルブ５と、このコントロールバルブ５を切り換え操作するための油圧パイロット操作式の操作レバー装置６と、略一定圧力の油圧源としての固定容量型のパイロットポンプ７と、このパイロットポンプ７に接続され操作レバー装置６へパイロット元圧を供給するためのパイロット管路８と、このパイロット管路８から分岐されたパイロット管路９に設けたチョーク１０と、このチョーク１０の下流側に圧力検出管路１１を介して設けたオリフィス１２と、パイロットポンプ７の吐出圧の最大値を規定するリリーフ弁１３と、例えば油圧作業機を備えた建設機械のエンジン室内に設けられたオイルクーラ１４、ラジエータ１５、及びエンジン２等を冷却する冷却風を生起する冷却ファン１６と、この冷却ファン１６を駆動するファン用油圧モータ１７と、エンジン２に駆動されファン用油圧モータ１７への圧油を吐出管路１８を介して吐出するファン用ポンプ１９と、吐出管路１８から分岐されたバイパス管路２０のブリードオフ流量を制御するブリードオフ弁２１と、ファン用ポンプ１９の吐出圧の最大値を規定するリリーフ弁２２とが設けられている。
【００２０】
操作レバー装置６は、操作レバー６ａと、その操作量に応じてパイロットポンプ７からパイロット管路８を介しての吐出圧（１次パイロット圧）を減圧した操作パイロット圧（２次パイロット圧）を出力する減圧弁６ｂ，６ｃとを備えている。そして、操作レバー装置６の操作レバー６ａを図１中矢印Ａ側（又はその反対側、以下かっこ内対応関係同じ）に操作すると、その操作量に応じて減圧弁６ｂ（又は６ｃ）で生成した操作パイロット圧をコントロールバルブ５の操作パイロット部５ａ（又は５ｂ）へ出力するようになっている。これによって、コントロールバルブ５を切換位置５Ａ（又は５Ｂ）に切り換え、メインポンプ３からの圧油を油圧アクチュエータ１に導くようになっている。
【００２１】
可変容量型のメインポンプ３は、例えば斜板３ａの傾転角（押しのけ容積）を変えることによりその１回転あたりの吐出量（容量）を調整する斜板ポンプであり、斜板３ａの傾転角は斜板制御シリンダ４により制御されている。
【００２２】
斜板制御シリンダ４は、吐出管路２３のメインポンプ３の吐出圧を管路２４を介し導くボトム側（図１中上側）油圧室４ａと、管路２５を介しタンク２６に接続されるロッド側（図１中下側）油圧室４ｂと、メインポンプ３の基準トルクを設定するためのバネ４ｃと、このバネ４ｃの付勢力及びその受圧面積のバランスにより駆動されるピストン４ｄとを備えている。そして、ボトム側油圧室４ａに導かれるメインポンプ３の吐出圧がバネ４ｃによって設定された基準トルクに対応する吐出圧より低いときは、ピストン４ｄが図１中上方に駆動されて、メインポンプ３の斜板３ａの傾転角すなわちポンプ傾転が増大して、メインポンプ３の吐出量を増大させる。また、逆にボトム側油圧室４ａに導かれるメインポンプ３の吐出圧が上記基準トルクに対応する吐出圧より高いときは、ピストン４ｄが図１中下方に駆動されて、メインポンプ３の斜板３ａの傾転角すなわちポンプ傾転が減少し、メインポンプ３の吐出量を低減させる。
【００２３】
ここで、本実施形態の大きな特徴として、上記したパイロット管路９に設けたチョーク１０及びオリフィス１２による圧油の通過流量特性の違いにより、これらチョーク１０とオリフィス１２との間に設けた圧力検出管路１１において圧油の油温ｔに応じた圧力Ｐａが生成されている。その詳細について説明する。
【００２４】
チョーク１０はその開口面積に比べて流路が比較的長くなっており、その通過流量Ｑ１は式（１）に示すように圧油の粘性の影響を受ける特性となる。
【００２５】
Ｑ１＝Ｋ（Ｐ０−Ｐ１）／μ （１）
Ｐ０：チョーク入口側圧力、Ｐ１：チョーク出口側圧力、
Ｋ：比例定数（開口面積、流路長さ等により決まる定数）、
μ：圧油の粘度
但し、本実施形態では、チョーク１０の入口側圧力Ｐ０はパイロットポンプ７の吐出圧となり一定圧である。
【００２６】
オリフィス１２はその開口面積に比べて流路が短くなっており、その通過流量Ｑ２は式（２）に示すように粘性の影響をほとんど受けない特性である。
【００２７】
【数１】
【００２８】
Ｐ２：オリフィス入口側圧力、Ｐ３：オリフィス出口側圧力
Ｊ：比例定数（開口面積等により決まる定数）
但し、本実施形態では、オリフィス１２下流側はタンク２３に接続されており、出口側圧力Ｐ３はタンク圧となり一定圧である。
【００２９】
本実施形態においては、上記したようにチョーク１０下流側に圧力検出管路１１を介してオリフィス１２を直列に配置していることから、チョーク１０の通過流量Ｑ１及びオリフィス１２の通過流量Ｑ２は等しくなり（Ｑ１＝Ｑ２）、またチョーク１０の出口側圧力Ｐ１及びオリフィス１２の入口側圧力Ｐ２は等しくて圧力検出管路１１の圧力Ｐａである（すなわちＰ１＝Ｐ２＝Ｐａ）。よって、式（１）（２）より圧力検出管路１１内の圧油の粘度μと圧力Ｐａとの関係が算出され、また粘度μは温度ｔに依存するので、圧力検出管路１１内の圧油の温度ｔと圧力Ｐａとの関係が導き出される。すなわち、圧力検出管路１１の圧力Ｐａは圧油の温度ｔに応じた値となる。
【００３０】
なお、圧油供給管路８，９及び圧力検出管路１１内は常に圧油の流れが生じており、圧力検出管路１１内の圧油の温度ｔは油圧回路全体の温度とみなせる。
【００３１】
このようにして生成された圧力検出管路１１内の圧力Ｐａがブリードオフ弁２１の操作パイロット部２１ａに出力され、ブリードオフ弁２１は圧力Ｐａに応じてブリードオフ開口面積を操作して、バイパス管路２０内の流量を制御するようになっている。この結果、ファン用ポンプ１９から吐出管路１８を介したファン用油圧モータ１７への圧油流量が制御されて、ファン用油圧モータ１７及び冷却ファン１６の回転数Ｎを制御するようになっている。
【００３２】
なお、以上において、ファン用油圧ポンプ１９は請求項１記載の第１油圧ポンプを構成し、メインポンプ３は請求項３記載の第２油圧ポンプを構成する。また、パイロットポンプ７は略一定圧力の油圧源を構成し、パイロット管路９は油圧源からの圧力供給管路を構成する。また、斜板制御シリンダ４は、第２油圧ポンプの吐出圧に応じて第２油圧ポンプの吐出流量を制御するポンプ制御手段を構成する。
【００３３】
また、吐出管路１８は第１油圧ポンプからファン用油圧モータへの油圧管路を構成し、バイパス管路２０は第１油圧ポンプからファン用油圧モータへの油圧管路から分岐して設けた管路を構成し、ブリードオフ弁２１は第１油圧ポンプからファン用油圧モータへの油圧管路から分岐して設けた管路のブリードオフ流量を制御する油圧制御弁を構成する。
【００３４】
次に、本実施形態の動作及び作用効果を以下に説明する。
【００３５】
例えば建設機械の油圧作業機を駆動して掘削積み込み作業等を行うために、操作者がパイロット操作式の操作レバー装置６を操作すると、操作レバー装置６の減圧弁６ｂ，６ｃからその操作量に応じた操作パイロット圧をコントロールバルブ５の操作パイロット部５ａ，５ｂに出力する。これによってコントロールバルブ５が切り換えられ、エンジン２により駆動する油圧ポンプ３からの吐出油によりアクチュエータ１が駆動される。
【００３６】
一方このとき、エンジン２の駆動とともにファン用ポンプ１９が駆動され、このファン用ポンプ１９からの吐出油によりファン用油圧モータ１７を駆動し、これによって冷却ファン１６が回転駆動して冷却風を生起して、エンジン室内に備えられたラジエータ１４、オイルクーラ１５、及びエンジン２等を冷却する。
【００３７】
ここで、本実施形態においては、略一定圧力のパイロットポンプ７からの圧油がパイロット管路８，９に導かれ、チョーク１０、圧力検出管路１１、オリフィス１２の順で介してタンク２６に導かれる。このとき、これらチョーク１０及びオリフィス１２による圧油の流量特性の違いにより、これらチョーク１０とオリフィス１２との間に設けた圧力検出管路１１において圧油の油温ｔに応じた圧力Ｐａが生じる。このことを図２及び図３を用いて説明する。
【００３８】
図２は、圧油の油温ｔと圧力検出管路１１の圧力Ｐａとの関係を表す特性図である。横軸は圧油の油温ｔを、縦軸は圧力検出管路１１の圧力Ｐａをとって表している。図３は、圧力検出管路１１の圧力Ｐａと冷却ファン１６の回転数Ｎとの関係を表す特性図である。横軸は圧力検出管路１１の圧力Ｐａを、縦軸は冷却ファン１６の回転数Ｎをとって表している。
【００３９】
例えば上述した作業の開始直後は、圧油の油温ｔが低く粘度μが大きいため、オリフィス１２は粘性の影響をほとんど受けないのに対して、粘性の影響を受けるチョーク１０は通過流量Ｑ１が少なくなるような特性となる。しかしながら、チョーク１０及びオリフィス１２は直列に配置されており、これらの通過流量Ｑ１と通過流量Ｑ２は等しくなくてはならないため、これを実現するためにチョーク１０側の前後差圧（Ｐ０−Ｐａ）が大きくなり、オリフィス１２側の前後差圧（Ｐａ−Ｐａ）が小さくなる。この結果、図２に示すように、圧力検出管路１１内の圧力Ｐａは比較的低くなる。これにより、ブリードオフ弁２１はバネ２１ｂの付勢力でブリードオフ位置２１Ｂに切り換えられ、ファン用油圧ポンプ１９からの圧油の一部をバイパス管路２０及び絞り２１Ｂａを介してタンク２６に導く。この結果、ファン用油圧ポンプ１９から吐出管路１８を介したファン用油圧モータ１７への圧油流量が少なくなり、図３に示すようにファン用油圧モータ１７及び冷却ファン１６の回転数Ｎは低くなる。
【００４０】
一方、作業の進展とともに圧油の温度ｔが高くなって粘度μが小さくなるにつれて、チョーク１０は通過流量Ｑ１が多くなるような特性となるため、チョーク１０の通過流量Ｑ１とオリフィス１２の通過流量Ｑ２とを等しくするためのチョーク１０側の前後差圧（Ｐ０−Ｐａ）が小さくなり、これに伴ってオリフィス１２側の前後差圧（Ｐａ−Ｐａ）が大きくなる。この結果、図２に示すように圧力検出管路１１内の圧力Ｐａは指数関数的に高くなる。これにより、ブリードオフ弁２１は遮断位置２１Ａに切り換えられ、バイパス管路２０を遮断する。この結果、ファン用油圧ポンプ１９から吐出管路１８を介したファン用油圧モータ１７への圧油流量が多くなり、図３に示すようにファン用油圧モータ１７及び冷却ファン１６の回転数Ｎは高くなる。
【００４１】
以上のようにして、本実施形態では、オイルクーラ１４を冷却する冷却ファン１６の冷却風量の過不足を圧油の油温ｔとして検出するとともに、圧油の油温ｔをチョーク１０下流側とオリフィス１２上流側の間に設けた圧力検出管路１１における圧力Ｐａに変換し、この圧力Ｐａに応じて冷却ファン１６の駆動回転数Ｎを制御する。これにより、オイルクーラ１４を過不足なく最適に冷却することができる。
【００４２】
なお、一般的に建設機械において、オイルクーラ１４の油温ｔと大気温との温度差ΔＴａは、ラジエータ１５の冷却水温度と大気温との温度差ΔＴｂと同じ値若しくはそれ以上（ΔＴａ≧ΔＴｂ）となるように、オイルクーラ１４及びラジエータ１５の容量が設定されている。これにより、本実施形態のように、圧油の油温ｔに応じてオイルクーラ１４を冷却する必要風量を確保できるように冷却ファン１６の回転数Ｎを制御することで、ラジエータ１５も過不足なく最適に冷却することができる。
【００４３】
以上のようにして油圧回路のみで構成された冷却システムとできることにより、従来構造のように高機能なサーモバルブ等を用いることなく、安価にシステムを構成でき、また高い信頼性及び高い耐久性を確保することができる。
【００４４】
また、本実施形態では、ファン用油圧モータ１７へ圧油を吐出する専用のファン用ポンプ１９を設け、冷却ファン１６の駆動を必要な回転数Ｎに制御しているので、従来構造の冷却ファン駆動の場合（例えば冷却ファンをエンジン２のクランク軸を介して駆動させたり、メインポンプ３等からの吐出圧油で駆動させたりする場合）と異なり、油圧作業機を駆動するような掘削積み込み作業時等においても冷却ファン１６の不要な回転駆動を抑え、またオイルクーラ１４の圧油を過冷却して粘性が高くなることで油圧駆動装置のエネルギー効率が低下することを防ぐことができる。
【００４５】
本発明の第２実施形態を図４〜図６により説明する。本実施形態は、ファン用ポンプ１９の入力トルクに応じてメインポンプ３の入力トルクを制御するいわゆるパワーシフト制御を行う実施形態である。
【００４６】
図４は、本実施形態による油圧駆動冷却ファン装置を油圧作業機の駆動装置とともに表す油圧回路図である。図４において上記実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００４７】
本実施形態において、ファン用ポンプ１９の吐出圧Ｐｘに応じてメインポンプ３の吐出流量を制御する斜板制御シリンダ２７が追設されている。この斜板制御シリンダ２７は、上記斜板制御シリンダ４同様、ファン用ポンプ１９の吐出管路１８の吐出圧Ｐｘを管路２８を介し導くボトム側（図４中上側）油圧室２７ａと、管路２５を介しタンク２６に接続されるロッド側（図４中下側）油圧室２７ｂと、ファン用ポンプ１９の吐出圧Ｐｘに応じてメインポンプ３の増減トルクを設定するためのバネ２７ｃと、このバネ２７ｃの付勢力及びその受圧面積のバランスにより駆動されるピストン２７ｄとを備えている。そして、ボトム側油圧室２７ａに導かれるファン用ポンプ１９の吐出圧Ｐｘがバネ２７ｃによって設定された所定の吐出圧より低いときは、ピストン２７ｄが図４中上方に駆動されて、メインポンプ３の斜板３ａの傾転角すなわちポンプ傾転が増大して、メインポンプ３の吐出量を増大させる。また、逆にボトム側油圧室２７ａに導かれるファン用ポンプ１９の吐出圧Ｐｘがバネ２７ｃによって設定された所定の吐出圧より高いときは、ピストン２７ｄが図４中下方に駆動されて、メインポンプ３の斜板３ａの傾転角すなわちポンプ傾転が減少し、メインポンプ３の吐出量を低減させる。この結果、上述した斜板制御シリンダ４の機能と合わせ、ファン用ポンプ１９の吐出圧Ｐｘすなわちファン用ポンプ１９の入力トルクに応じて、メインポンプ３の吐出流量すなわちメインポンプ３の入力トルク制限値を制御するようになっている。
【００４８】
なお、上記において、斜板制御シリンダ２７は、請求項３記載の第１油圧ポンプの吐出圧に応じて第２油圧ポンプの吐出流量を制御するポンプ制御手段を構成する。
【００４９】
以上のように構成した本実施形態によれば、上記した本発明の一実施形態と同様、安価にシステムを構成でき、高い信頼性及び高い耐久性を確保することができる。
【００５０】
また、本実施形態の斜板制御シリンダ２７においては、ファン用ポンプ１９の吐出圧Ｐｘすなわちファン用ポンプ１９の入力トルクに応じて、メインポンプ３の吐出流量すなわちメインポンプ３の入力トルク制限値を制御する。詳細には、例えば、図５に示す状態Ａのようにファン用ポンプ１９の吐出圧Ｐｘが低圧でその入力トルクが比較的小さい場合は、斜板制御シリンダ２７によりメインポンプ３の入力トルク制限値を比較的高い値に設定してメインポンプ３側により多くのトルクを分配するようにし、図６に示す高流量側の特性線に基づき、斜板制御シリンダ４によりメインポンプ３の吐出圧に応じてメインポンプ３の吐出流量を制御する。また、図５に示す状態Ｂのようにファン用ポンプ１９の吐出圧Ｐｘが高圧でその入力トルクが比較的大きい場合は、斜板制御シリンダ２７によりメインポンプ３の入力トルク制限値を比較的低い値に設定してファン用ポンプ１９側に分配される入力トルクを増大させ、図６に示す低流量側の特性線に基づき、斜板制御シリンダ４によりメインポンプ３の吐出圧に応じてメインポンプ３の吐出流量を制御する。
【００５１】
このように、メインポンプ３及びファン用ポンプ１９の入力トルクを合わせた入力トルクの最大値を制限するように制御を行うことにより、エンジン２に過負荷がかかりエンスト等が発生するのを防止しつつ、入力トルクを最適に分配してエネルギの有効活用を図ることができる。
【００５２】
本発明の第３実施形態を図７〜図９により説明する。本実施形態は、前述の第２実施形態においてチョークとオリフィスの位置を入れ替えた実施形態である。
【００５３】
図７は、本実施形態による油圧駆動冷却ファン装置を油圧作業機の駆動装置とともに表す油圧回路図である。図７において上記実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００５４】
この図７において、本実施形態では、パイロット管路９に設けたオリフィス１２の下流側に圧力検出管路１１を介してチョーク１０が設けられており、バイパス管路２０にはブリードオフ流量を制御するブリードオフ弁２９が設けられている。本実施形態の圧力検出管路１１においても、上記第１実施形態及び第２実施形態と同様、チョーク１０及びオリフィス１２による圧油の流量特性の違いにより、圧油の油温ｔに応じた圧力Ｐｂが生じる。その詳細について説明する。
【００５５】
まず、オリフィス１２及びチョーク１０は直列に配置されているので、オリフィス１２の通過流量Ｑ２及びチョーク１０の通過流量Ｑ１は等しくなる（Ｑ２＝Ｑ１）。また、オリフィス１２の出口側圧力Ｐ３及びチョーク１０の入口側圧力Ｐ０は等しくて圧力検出管路１１の圧力Ｐｂであり（すなわちＰ３＝Ｐ０＝Ｐｂ）、オリフィス１２の入口側圧力Ｐ２はパイロットポンプ７の吐出圧となり一定圧であり、チョーク１０下流側はタンク２６に接続されて出口側圧力Ｐ１はタンク圧となり一定圧である。よって、先に述べた式（１）（２）より圧力検出管路１１内の圧油の粘度μと圧力Ｐｂとの関係が算出され、また粘度μは温度ｔに依存するので、圧力検出管路１１内の圧油の温度ｔと圧力Ｐｂとの関係が導き出される。すなわち、圧力検出管路１１の圧力Ｐｂは、圧油の温度ｔに応じた値となる。
【００５６】
このようにして生成された圧力検出管路１１内の圧力Ｐｂがブリードオフ弁２９の操作パイロット部２９ａに出力され、ブリードオフ弁２９は圧力Ｐｂに応じてブリードオフ開口面積を操作して、バイパス管路２０内の流量を制御するようになっている。この結果、ファン用ポンプ１９から吐出管路１８を介したファン用油圧モータ１７への圧油流量が制御されて、ファン用油圧モータ１７及び冷却ファン１６の回転数Ｎを制御するようになっている。
【００５７】
なお、上記において、ブリードオフ弁２９は、請求項５記載の第１油圧ポンプからファン用油圧モータへの油圧管路から分岐して設けた管路のブリードオフ流量を制御する油圧制御弁を構成する。
【００５８】
次に、本実施形態の作用・効果を図８及び図９を用いて説明する。
図８は、圧油の油温ｔと圧力検出管路１１の圧力Ｐｂとの関係を表す特性図である。横軸は圧油の油温ｔを、縦軸は圧力検出管路１１の圧力Ｐｂをとって表している。図９は、圧力検出管路１１の圧力Ｐｂと冷却ファン１６の回転数Ｎとの関係を表す特性図である。横軸は圧力検出管路１１の圧力Ｐｂを、縦軸は冷却ファン１６の回転数Ｎをとって表している。これら図８及び図９は第１実施形態における図２及び図３にそれぞれ対応する図であり、図示のように、それぞれ図２及び図３とちょうど逆の特性となっている。
【００５９】
すなわち、例えば油圧作業機を駆動させる作業の開始直後は、圧油の油温ｔが低く粘度μが大きいので、チョーク１０は通過流量Ｑ１が少なくなるような特性となるため、チョーク１０の通過流量Ｑ１とオリフィス１２の通過流量Ｑ２とを等しくするためのチョーク１０側の前後差圧（Ｐｂ−Ｐ１）が大きくなり、オリフィス１２側の前後差圧（Ｐ２−Ｐｂ）が小さくなる。この結果、図８に示すように、圧力検出管路１１内の圧力Ｐｂは比較的高くなる。これにより、ブリードオフ弁２９はブリードオフ位置２９Ｂに切り換えられ、ファン用油圧ポンプ１９からの圧油の一部をバイパス管路２０及び絞り２９Ｂａを介してタンク２６に導く。この結果、ファン用油圧ポンプ１９から吐出管路１８を介したファン用油圧モータ１７への圧油流量が少なくなり、図９に示すようにファン用油圧モータ１７及び冷却ファン１６の回転数Ｎは低くなる。
【００６０】
一方、圧油の温度ｔが高くなって粘度μが小さくなるにつれて、チョーク１０は通過流量Ｑ１が多くなるような特性となるため、オリフィス１２の通過流量Ｑ２とチョーク１０の通過流量Ｑ１とを等しくするためのチョーク１０側の前後差圧（Ｐｂ−Ｐ１）が小さくなり、これに伴ってオリフィス１２側の前後差圧（Ｐ２−Ｐｂ）が大きくなる。この結果、図８に示すように圧力検出管路１１内の圧力Ｐｂは指数関数的に低くなる。これにより、ブリードオフ弁２９はバネ２９ｂの付勢力で遮断位置２９Ａに切り換えられ、バイパス管路２０を遮断する。この結果、ファン用油圧ポンプ１９から吐出管路１８を介したファン用油圧モータ１７への圧油流量が多くなり、図９に示すようにファン用油圧モータ１７及び冷却ファン１６の回転数Ｎは高くなる。
【００６１】
このようにして、本実施形態は、上記第１実施形態及び第２実施形態と同様、オイルクーラ１４を冷却する冷却ファン１６の冷却風量の過不足を圧油の油温ｔとして検出するとともに、圧油の油温ｔをオリフィス１２下流側とチョーク１０上流側との間に設けた圧力検出管路１１における圧力Ｐｂに変換し、この圧力Ｐｂに応じて冷却ファン１６の駆動回転数Ｎを制御する。これにより、オイルクーラ１４及びラジエータ１５を過不足なく最適に冷却することができる。
【００６２】
以上のように構成した本実施形態によっても、油圧回路のみで構成された冷却システムとできることにより、安価にシステムを構成でき、また高い信頼性及び高い耐久性を確保することができる。
【００６３】
なお、上記第１〜第３実施形態において、ブリードオフ弁２１，２９は、それぞれバネ２１ｂ，２９ｂを備えており、これらバネ２１ｂ，２９ｂの付勢力とパイロット操作部２１ａ，２９ａの圧力Ｐａ，Ｐｂとのバランスによりそれぞれ切り換えられるような構造を例にとり説明したが、これに限らない。すなわち、例えば図１０に示すブリードオフ弁２９’のように、バネ２９ｂの代わりに、絞り３０ａを設けた管路３０を介してパイロットポンプ７のパイロット管路９の吐出圧を減圧した基準圧を導くパイロット操作部２９ｃを備え、前記基準圧とパイロット操作部２９ａの圧力Ｐｂとの圧力差により切り換えられるような構造としてもよい。この場合も同様の効果を得る。
【００６４】
本発明の第４実施形態を図１１により説明する。本実施形態は、ファン用ポンプ１９からファン用油圧モータ１７へ供給される流量を直接制御する実施形態である。
【００６５】
図１１は、本実施形態による油圧駆動冷却ファン装置を油圧作業機の駆動装置とともに表す油圧回路図である。図１１において上記第１〜第３実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００６６】
この図１１において、本実施形態では、ファン用ポンプ１９から吐出管路１８を介しファン用油圧モータ１７への圧油供給配管１８ａに、圧力検出管路１１の圧力Ｐｂに応じて開閉し流量を制御する油圧制御弁３１が設けられている。この油圧制御弁３１は、操作パイロット部３１ａに入力された圧力検出管路１１の圧力Ｐｂに応じて開口面積が操作され、ファン用ポンプ１９から吐出管路１８及び圧油供給配管１８ａを介したファン用油圧モータ１７への圧油流量を制御して、ファン用油圧モータ１７及び冷却ファン１６の回転数Ｎを制御するようになっている。
【００６７】
なお、上記において、油圧制御弁３１は、請求項４記載のファン用油圧モータへ供給する流量を制御する流量制御手段を構成する。
【００６８】
本実施形態においては、圧力検出管路１１の圧力Ｐｂが比較的高い場合（言い換えれば圧油の油温ｔが低く粘度μが大きい場合、前述の図８参照）、油圧制御弁３１は遮断位置３１Ａに切り換えられ、ファン用油圧モータ１７への圧油供給配管１８ａを遮断するので、冷却ファン１６が回転駆動されない。また、逆に圧力検出管路１１の圧力Ｐｂが低くなるにつれて（言い換えれば圧油の油温ｔが高く粘度μが小さくなるにつれて、前述の図８参照）、油圧制御弁３１はバネ３１ｂの付勢力で連通位置３１Ｂに切り換えられ、ファン用油圧ポンプ１９からの圧油を絞り３１Ｂａを介してファン用油圧モータ１７に導くので冷却ファン１６が駆動し、吐出管路１８の圧油流量の増大とともに冷却ファン１６の回転数Ｎは高くなる（前述の図９参照）。
【００６９】
以上のようにして、本実施形態は、上記第１〜第３実施形態と同様、圧力検出管路１１の圧力Ｐｂに応じて冷却ファン１６の駆動回転数Ｎを制御する。これにより、オイルクーラ１４及びラジエータ１５を過不足なく最適に冷却することができる。また、油圧回路のみで構成された冷却システムとできることにより、安価にシステムを構成でき、また高い信頼性及び高い耐久性を確保することができる。
【００７０】
本発明の第５実施形態を図１２により説明する。本実施形態は、圧力検出管路１１で生成された圧力Ｐｂを用いて直接可変容量型のファン用油圧モータの斜板の傾転角を制御することにより、冷却ファン１６の回転数Ｎを制御する実施形態である。
【００７１】
図１２は、本実施形態による油圧駆動冷却ファン装置を油圧作業機の駆動装置とともに表す油圧回路図である。図１２において上記第１〜第４実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００７２】
この図１２において、本実施形態では、吐出管路１８に設けられ冷却ファン１６を駆動する可変容量型のファン用油圧モータ３２と、このファン用油圧モータ３２の回転数を圧力検出管路１１の圧力Ｐｂに応じて制御する斜板制御シリンダ３３とが設けられている。
【００７３】
ファン用油圧モータ３２は、例えば斜板３２ａの傾転角を変えることによりその回転数を調整する斜板モータであり、斜板３２ａの傾転角は斜板制御シリンダ３３により制御されている。
【００７４】
斜板制御シリンダ３３は、圧力検出管路１１の圧力Ｐｂを管路３４を介し導くボトム側（図１２中上側）油圧室３３ａと、管路３５を介しタンク２６に接続されるロッド側（図１２中下側）油圧室３３ｂと、ファン用油圧モータ３２の基準回転数を設定するためのバネ３３ｃと、このバネ３３ｃの付勢力及びその受圧面積のバランスにより駆動されるピストン３３ｄとを備えている。そして、ボトム側油圧室３３ａに導かれる圧力検出管路１１の圧力Ｐｂがバネ３３ｃによって設定された基準回転数に対応する圧力より低いときは、ピストン３３ｄが図１２中上方に駆動されて、ファン用油圧モータ３２の斜板３２ａの傾転角が変化してその容量が小さくなり、ファン用油圧モータ３２の駆動回転を増大させる。また、逆にボトム側油圧室３３ａに導かれる圧力検出管路１１の圧力Ｐｂが上記基準回転数に対応する圧力より高いときは、ピストン３３ｄが図１２中下方に駆動されて、ファン用油圧モータ３２の斜板３２ａの傾転角が変化してその容量が大きくなり、ファン用油圧モータ３２の駆動回転を低減させる。
【００７５】
なお、上記において、ファン用油圧モータ３２の斜板３２ａ及び斜板制御シリンダ３３は、請求項１記載の２つの絞り手段の間の圧力を用いて、ファン用油圧モータの回転数を制御する回転数制御手段を構成する。
【００７６】
本実施形態においては、圧力検出管路１１の圧力Ｐｂが比較的高い場合（言い換えれば圧油の油温ｔが低く粘度μが大きい場合、前述の図８参照）、斜板制御シリンダ３３にてファン用油圧モータ３２の駆動回転を小さくし、冷却ファン１６の回転数Ｎが低減する（前述の図９参照）。また、逆に圧力検出管路１１の圧力Ｐｂが低くなるにつれて（言い換えれば圧油の油温ｔが高く粘度μが小さくなるにつれて、前述の図８参照）、斜板制御シリンダ３３にてファン用油圧モータ３２の駆動回転を大きくし、冷却ファン１６の回転数Ｎが増大する（前述の図９参照）。
【００７７】
以上のようにして、本実施形態は、上記第１〜第４実施形態と同様、圧力検出管路１１の圧力Ｐｂに応じて冷却ファン１６の駆動回転数Ｎを制御する。この結果、オイルクーラ１４及びラジエータ１５を過不足なく最適に冷却することができる。また、油圧回路のみで構成された冷却システムとできることにより、安価にシステムを構成でき、また高い信頼性及び高い耐久性を確保することができる。
【００７８】
【発明の効果】
本発明によれば、冷却の過不足を圧油の温度として検出するとともにこれを２つの絞り手段の間の制御圧力に変換してファンの駆動回転数を制御する、油圧回路のみで構成されたシステムとできるので、安価にシステムを構成でき、また高い信頼性及び高い耐久性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の油圧駆動冷却ファン装置の第１実施形態を油圧作業機の駆動装置とともに表す油圧回路図である。
【図２】本発明の油圧駆動冷却ファン装置の第１実施形態を構成する圧力検出管路の圧油の油温ｔと圧力Ｐａとの関係を表す特性図である。
【図３】本発明の油圧駆動冷却ファン装置の第１実施形態を構成する圧力検出管路の圧力Ｐａと冷却ファンの回転数Ｎとの関係を表す特性図である。
【図４】本発明の油圧駆動冷却ファン装置の第２実施形態を油圧作業機の駆動装置とともに表す油圧回路図である。
【図５】本発明の油圧駆動冷却ファン装置の第２実施形態を構成するメインポンプ及びファン用ポンプのトルク配分を表す特性図である。
【図６】本発明の油圧駆動冷却ファン装置の第２実施形態を構成する斜板制御シリンダのパワーシフト制御によるメインポンプの吐出流量を表す特性図である。
【図７】本発明の油圧駆動冷却ファン装置の第３実施形態を油圧作業機の駆動装置とともに表す油圧回路図である。
【図８】本発明の油圧駆動冷却ファン装置の第３実施形態を構成する圧力検出管路の圧油の油温ｔと圧力Ｐｂとの関係を表す特性図である。
【図９】本発明の油圧駆動冷却ファン装置の第３実施形態を構成する圧力検出管路の圧力Ｐｂと冷却ファンの回転数Ｎとの関係を表す特性図である。
【図１０】本発明の油圧駆動冷却ファン装置の第３実施形態の変形例を油圧作業機の駆動装置とともに表す油圧回路図である。
【図１１】本発明の油圧駆動冷却ファン装置の第４実施形態を油圧作業機の駆動装置とともに表す油圧回路図である。
【図１２】本発明の油圧駆動冷却ファン装置の第５実施形態を油圧作業機の駆動装置とともに表す油圧回路図である
【符号の説明】
１ 油圧アクチュエータ
２ エンジン
３ メインポンプ（第２油圧ポンプ）
４ 斜板制御シリンダ（ポンプ制御手段）
７ パイロットポンプ（略一定圧力の油圧源）
９ パイロット管路（圧油供給管路）
１０ チョーク
１１ 圧力検出管路
１２ オリフィス
１６ 冷却ファン
１７ ファン用油圧モータ
１８ 吐出管路
１９ ファン用ポンプ（第１油圧ポンプ）
２０ バイパス管路
２１ ブリードオフ弁（油圧制御弁）
２７ 斜板制御シリンダ（ポンプ制御手段）
２９ ブリードオフ弁（油圧制御弁）
３１ 油圧制御弁
３２ 可変容量型油圧モータ
３３ 斜板制御シリンダ
Ｎ 冷却ファンの回転数
Ｐａ 圧力検出管路の圧力
Ｐｂ 圧力検出管路の圧力
Ｑ１ チョークの通過流量
Ｑ２ オリフィスの通過流量
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば建設機械のエンジン室に設けられる冷却ファンに係わり、特に、冷却ファンを油圧駆動する油圧モータを備えた油圧駆動冷却ファン装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
建設機械、例えば油圧ショベルは、ブーム、アーム、バケット等のフロント装置や上部旋回体を、油圧シリンダや油圧モータ等の油圧アクチュエータによって動作させる。これら油圧アクチュエータは、エンジンによって駆動される油圧ポンプからの吐出圧油によって作動される。上部旋回体は、カバーで覆われており、エンジンや油圧ポンプは、カバー内に設けたエンジン室に配置されている。通常、この種の建設機械では、エンジンの冷却を行うために、エンジン室内に設けた冷却ファンを駆動して、カバーに設けた吸気孔から外気を導入し冷却風を生起する。冷却ファンによって生起された冷却風は、エンジン室内に導入された後、例えばラジエータ、オイルクーラ、インタクーラ等の各種熱交換器を通過して冷却し、カバーに設けた排気孔からエンジン室外部に排出される。
【０００３】
ここで、冷却ファンとしては、エンジンのクランク軸からの駆動力で回転されるものが用いられる場合もあるが、例えば極めて大きな冷却能力が要求されるいわゆる超大型油圧ショベルや、エンジン室内のスペースが極めて小さくレイアウト上の制約が大きい小型油圧ショベル等においては、エンジンとは切り離して冷却ファン駆動用油圧モータを別途設け、これによってファンを駆動するようになっている。このような従来技術としては、例えば特開２０００−１６１２３３号公報に記載のものがある。
【０００４】
この従来技術においては、エンジンを冷却する冷却風を生起する冷却ファンと、この冷却ファンを駆動するファン用油圧モータと、このファン用油圧モータへの圧油を吐出する第１油圧ポンプと、油圧作業機を駆動する油圧アクチュエータへの圧油を吐出する可変容量型の第２油圧ポンプと、第２油圧ポンプの吐出管路から分岐して第１油圧ポンプの吐出管路へ合流する合流管路に設けた制御弁と、第１油圧ポンプから前記ファン用油圧モータへの圧油供給管路から分岐する管路に設けられ、ラジエータ水温に応じて通過流量を変化させるサーモバルブとを有する油圧駆動冷却ファン装置が開示されている。
【０００５】
そして、冷却ファンの風量が不足してラジエータの水温が上昇すると、サーモバルブが閉じてその上流側の制御圧力が上昇して第２油圧ポンプの傾転角（すなわち吐出流量）が増大し、これによって制御弁が開いて第２油圧ポンプからの圧油の一部が第１油圧ポンプからの圧油と合流してファン用油圧モータへ供給され、この結果冷却ファンが高速で回転して冷却風量が増大する。ラジエータの水温が低下すると、サーモバルブが開いて制御圧力が低下し、第２油圧ポンプの吐出流量が減少して制御弁が閉じ、ファン用油圧モータには第１油圧ポンプからの圧油のみが供給されて冷却ファンは低速で回転し冷却風量が減少するようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術には、以下の課題が存在する。
【０００７】
すなわち、上記従来技術では、冷却の過不足に応じて冷却ファンを制御するために、ラジエータ冷却水の温度に応じて開閉動作する高機能なサーモバルブを用いている。このサーモバルブは、精密な電子部品が多数必要となり、コスト高となるとともに、屋外において粉塵等の舞う劣悪な環境下で稼動することの多い建設機械では、信頼性や耐久性を確保することが困難である。
【０００８】
本発明の目的は、安価でかつ高い信頼性及び高い耐久性を確保できる油圧駆動ファン冷却装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、エンジンを冷却する冷却風を生起する冷却ファンと、この冷却ファンを駆動するファン用油圧モータと、このファン用油圧モータへの圧油を吐出する第１油圧ポンプとを有する油圧駆動冷却ファン装置において、略一定圧力の油圧源と、この油圧源からの圧油供給管路に設けられ、圧油の粘性に応じた通過流量特性が互いに異なる２つの絞り手段と、これら２つの絞り手段の間の圧力を用いて、前記ファン用油圧モータの回転数を制御する回転数制御手段とを有する。
【００１０】
本発明においては、略一定圧力の油圧源からの圧油は圧油供給管路に導かれ、２つの絞り手段にてそれぞれ絞られる。このとき、これら２つの絞り手段の圧油粘性−流量特性が異なることにより、圧油供給管路に配置されたこれら２つの絞り手段に同一流量の圧油が流れるために、これら絞り手段の間には、当該圧油の粘度に応じた圧力が生じる。
【００１１】
例えば上流側の絞り手段が粘性依存性が大きく下流側の絞り手段が粘性依存性が小さい場合、下流側の絞り手段は圧油が比較的高温で粘度が小さくても圧油が比較的低温で粘度が大きくてもほぼ同じくらいの通過流量特性となる。これに対し、上流側の絞り手段は圧油が比較的高温となって粘度が小さくなると通過流量が増大する特性となるため、上流側絞り手段と下流側絞り手段で同一の流量とするためには上流側絞り手段の前後差圧を低下させ下流側絞り手段の前後差圧を上昇させなければならないため、２つの絞り手段の間の圧力が増大する。また例えば上流側の絞り手段が粘性依存性が小さく下流側の絞り手段が粘性依存性が大きい場合は、上記と逆で、下流側の絞り手段は圧油が比較的高温となって粘度が小さくなると通過流量が増大する特性となるため、上流側絞り手段の前後差圧を上昇させ下流側絞り手段の前後差圧を低下させなければならず、２つの絞り手段の間の圧力が低下する。このようにして２つの絞り手段の間において圧油温度に応じて圧力を発生させ、この圧力を用いて、回転数制御手段でファン用油圧モータの回転数を制御する。
【００１２】
本発明は、以上のようにして、冷却の過不足を圧油の温度として検出するとともにこれを２つの絞り手段の間の制御圧力に変換してファンの駆動回転数を制御する。このように油圧回路のみで構成されたシステムとできることにより、高機能なサーモバルブを用いる従来構造と異なり、安価にシステムを構成でき、また高い信頼性及び高い耐久性を確保することができる。
【００１３】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記２つの絞り手段のうち一方はチョーク手段であり、他方はオリフィス手段である。
【００１４】
（３）上記（１）において、また好ましくは、油圧作業機を駆動する油圧アクチュエータへの圧油を吐出する可変容量型の第２油圧ポンプと、前記第１油圧ポンプの吐出圧及び前記第２油圧ポンプの吐出圧に応じて前記第２油圧ポンプの吐出流量を制御するポンプ制御手段とをさらに有する。
【００１５】
（４）上記（１）において、また好ましくは、前記回転数制御手段は、前記２つの絞り手段の間の圧力の値に応じ、前記ファン用油圧モータへ供給する流量を制御する流量制御手段である。
【００１６】
（５）上記（４）において、さらに好ましくは、前記流量制御手段は、前記第１油圧ポンプの吐出管路から前記ファン用油圧モータへの油圧管路から分岐して設けた管路のブリードオフ流量を制御する油圧制御弁である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１８】
本発明の第１実施形態を図１〜図３により説明する。
図１は、本発明の油圧駆動冷却ファン装置の一実施形態を油圧作業機の駆動装置とともに表す油圧回路図である。
【００１９】
図１において、図示しない油圧作業機を駆動する油圧アクチュエータ（例えば図１中では油圧シリンダにて図示）１と、エンジン（原動機）２と、このエンジン２により駆動され油圧アクチュエータ１への圧油を吐出する可変容量型のメインポンプ３と、このメインポンプ３の吐出圧に応じてメインポンプ３の吐出流量を制御する斜板制御シリンダ４と、メインポンプ３から油圧アクチュエータ１への圧油の流れを制御するパイロット操作式のコントロールバルブ５と、このコントロールバルブ５を切り換え操作するための油圧パイロット操作式の操作レバー装置６と、略一定圧力の油圧源としての固定容量型のパイロットポンプ７と、このパイロットポンプ７に接続され操作レバー装置６へパイロット元圧を供給するためのパイロット管路８と、このパイロット管路８から分岐されたパイロット管路９に設けたチョーク１０と、このチョーク１０の下流側に圧力検出管路１１を介して設けたオリフィス１２と、パイロットポンプ７の吐出圧の最大値を規定するリリーフ弁１３と、例えば油圧作業機を備えた建設機械のエンジン室内に設けられたオイルクーラ１４、ラジエータ１５、及びエンジン２等を冷却する冷却風を生起する冷却ファン１６と、この冷却ファン１６を駆動するファン用油圧モータ１７と、エンジン２に駆動されファン用油圧モータ１７への圧油を吐出管路１８を介して吐出するファン用ポンプ１９と、吐出管路１８から分岐されたバイパス管路２０のブリードオフ流量を制御するブリードオフ弁２１と、ファン用ポンプ１９の吐出圧の最大値を規定するリリーフ弁２２とが設けられている。
【００２０】
操作レバー装置６は、操作レバー６ａと、その操作量に応じてパイロットポンプ７からパイロット管路８を介しての吐出圧（１次パイロット圧）を減圧した操作パイロット圧（２次パイロット圧）を出力する減圧弁６ｂ，６ｃとを備えている。そして、操作レバー装置６の操作レバー６ａを図１中矢印Ａ側（又はその反対側、以下かっこ内対応関係同じ）に操作すると、その操作量に応じて減圧弁６ｂ（又は６ｃ）で生成した操作パイロット圧をコントロールバルブ５の操作パイロット部５ａ（又は５ｂ）へ出力するようになっている。これによって、コントロールバルブ５を切換位置５Ａ（又は５Ｂ）に切り換え、メインポンプ３からの圧油を油圧アクチュエータ１に導くようになっている。
【００２１】
可変容量型のメインポンプ３は、例えば斜板３ａの傾転角（押しのけ容積）を変えることによりその１回転あたりの吐出量（容量）を調整する斜板ポンプであり、斜板３ａの傾転角は斜板制御シリンダ４により制御されている。
【００２２】
斜板制御シリンダ４は、吐出管路２３のメインポンプ３の吐出圧を管路２４を介し導くボトム側（図１中上側）油圧室４ａと、管路２５を介しタンク２６に接続されるロッド側（図１中下側）油圧室４ｂと、メインポンプ３の基準トルクを設定するためのバネ４ｃと、このバネ４ｃの付勢力及びその受圧面積のバランスにより駆動されるピストン４ｄとを備えている。そして、ボトム側油圧室４ａに導かれるメインポンプ３の吐出圧がバネ４ｃによって設定された基準トルクに対応する吐出圧より低いときは、ピストン４ｄが図１中上方に駆動されて、メインポンプ３の斜板３ａの傾転角すなわちポンプ傾転が増大して、メインポンプ３の吐出量を増大させる。また、逆にボトム側油圧室４ａに導かれるメインポンプ３の吐出圧が上記基準トルクに対応する吐出圧より高いときは、ピストン４ｄが図１中下方に駆動されて、メインポンプ３の斜板３ａの傾転角すなわちポンプ傾転が減少し、メインポンプ３の吐出量を低減させる。
【００２３】
ここで、本実施形態の大きな特徴として、上記したパイロット管路９に設けたチョーク１０及びオリフィス１２による圧油の通過流量特性の違いにより、これらチョーク１０とオリフィス１２との間に設けた圧力検出管路１１において圧油の油温ｔに応じた圧力Ｐａが生成されている。その詳細について説明する。
【００２４】
チョーク１０はその開口面積に比べて流路が比較的長くなっており、その通過流量Ｑ１は式（１）に示すように圧油の粘性の影響を受ける特性となる。
【００２５】
Ｑ１＝Ｋ（Ｐ０−Ｐ１）／μ （１）
Ｐ０：チョーク入口側圧力、Ｐ１：チョーク出口側圧力、
Ｋ：比例定数（開口面積、流路長さ等により決まる定数）、
μ：圧油の粘度
但し、本実施形態では、チョーク１０の入口側圧力Ｐ０はパイロットポンプ７の吐出圧となり一定圧である。
【００２６】
オリフィス１２はその開口面積に比べて流路が短くなっており、その通過流量Ｑ２は式（２）に示すように粘性の影響をほとんど受けない特性である。
【００２７】
【数１】
Ｐ２：オリフィス入口側圧力、Ｐ３：オリフィス出口側圧力
Ｊ：比例定数（開口面積等により決まる定数）
但し、本実施形態では、オリフィス１２下流側はタンク２３に接続されており、出口側圧力Ｐ３はタンク圧となり一定圧である。
【００２９】
本実施形態においては、上記したようにチョーク１０下流側に圧力検出管路１１を介してオリフィス１２を直列に配置していることから、チョーク１０の通過流量Ｑ１及びオリフィス１２の通過流量Ｑ２は等しくなり（Ｑ１＝Ｑ２）、またチョーク１０の出口側圧力Ｐ１及びオリフィス１２の入口側圧力Ｐ２は等しくて圧力検出管路１１の圧力Ｐａである（すなわちＰ１＝Ｐ２＝Ｐａ）。よって、式（１）（２）より圧力検出管路１１内の圧油の粘度μと圧力Ｐａとの関係が算出され、また粘度μは温度ｔに依存するので、圧力検出管路１１内の圧油の温度ｔと圧力Ｐａとの関係が導き出される。すなわち、圧力検出管路１１の圧力Ｐａは圧油の温度ｔに応じた値となる。
【００３０】
なお、圧油供給管路８，９及び圧力検出管路１１内は常に圧油の流れが生じており、圧力検出管路１１内の圧油の温度ｔは油圧回路全体の温度とみなせる。
【００３１】
このようにして生成された圧力検出管路１１内の圧力Ｐａがブリードオフ弁２１の操作パイロット部２１ａに出力され、ブリードオフ弁２１は圧力Ｐａに応じてブリードオフ開口面積を操作して、バイパス管路２０内の流量を制御するようになっている。この結果、ファン用ポンプ１９から吐出管路１８を介したファン用油圧モータ１７への圧油流量が制御されて、ファン用油圧モータ１７及び冷却ファン１６の回転数Ｎを制御するようになっている。
【００３２】
なお、以上において、ファン用油圧ポンプ１９は請求項１記載の第１油圧ポンプを構成し、メインポンプ３は請求項３記載の第２油圧ポンプを構成する。また、パイロットポンプ７は略一定圧力の油圧源を構成し、パイロット管路９は油圧源からの圧力供給管路を構成する。また、斜板制御シリンダ４は、第２油圧ポンプの吐出圧に応じて第２油圧ポンプの吐出流量を制御するポンプ制御手段を構成する。
【００３３】
また、吐出管路１８は第１油圧ポンプからファン用油圧モータへの油圧管路を構成し、バイパス管路２０は第１油圧ポンプからファン用油圧モータへの油圧管路から分岐して設けた管路を構成し、ブリードオフ弁２１は第１油圧ポンプからファン用油圧モータへの油圧管路から分岐して設けた管路のブリードオフ流量を制御する油圧制御弁を構成する。
【００３４】
次に、本実施形態の動作及び作用効果を以下に説明する。
【００３５】
例えば建設機械の油圧作業機を駆動して掘削積み込み作業等を行うために、操作者がパイロット操作式の操作レバー装置６を操作すると、操作レバー装置６の減圧弁６ｂ，６ｃからその操作量に応じた操作パイロット圧をコントロールバルブ５の操作パイロット部５ａ，５ｂに出力する。これによってコントロールバルブ５が切り換えられ、エンジン２により駆動する油圧ポンプ３からの吐出油によりアクチュエータ１が駆動される。
【００３６】
一方このとき、エンジン２の駆動とともにファン用ポンプ１９が駆動され、このファン用ポンプ１９からの吐出油によりファン用油圧モータ１７を駆動し、これによって冷却ファン１６が回転駆動して冷却風を生起して、エンジン室内に備えられたラジエータ１４、オイルクーラ１５、及びエンジン２等を冷却する。
【００３７】
ここで、本実施形態においては、略一定圧力のパイロットポンプ７からの圧油がパイロット管路８，９に導かれ、チョーク１０、圧力検出管路１１、オリフィス１２の順で介してタンク２６に導かれる。このとき、これらチョーク１０及びオリフィス１２による圧油の流量特性の違いにより、これらチョーク１０とオリフィス１２との間に設けた圧力検出管路１１において圧油の油温ｔに応じた圧力Ｐａが生じる。このことを図２及び図３を用いて説明する。
【００３８】
図２は、圧油の油温ｔと圧力検出管路１１の圧力Ｐａとの関係を表す特性図である。横軸は圧油の油温ｔを、縦軸は圧力検出管路１１の圧力Ｐａをとって表している。図３は、圧力検出管路１１の圧力Ｐａと冷却ファン１６の回転数Ｎとの関係を表す特性図である。横軸は圧力検出管路１１の圧力Ｐａを、縦軸は冷却ファン１６の回転数Ｎをとって表している。
【００３９】
例えば上述した作業の開始直後は、圧油の油温ｔが低く粘度μが大きいため、オリフィス１２は粘性の影響をほとんど受けないのに対して、粘性の影響を受けるチョーク１０は通過流量Ｑ１が少なくなるような特性となる。しかしながら、チョーク１０及びオリフィス１２は直列に配置されており、これらの通過流量Ｑ１と通過流量Ｑ２は等しくなくてはならないため、これを実現するためにチョーク１０側の前後差圧（Ｐ０−Ｐａ）が大きくなり、オリフィス１２側の前後差圧（Ｐａ−Ｐａ）が小さくなる。この結果、図２に示すように、圧力検出管路１１内の圧力Ｐａは比較的低くなる。これにより、ブリードオフ弁２１はバネ２１ｂの付勢力でブリードオフ位置２１Ｂに切り換えられ、ファン用油圧ポンプ１９からの圧油の一部をバイパス管路２０及び絞り２１Ｂａを介してタンク２６に導く。この結果、ファン用油圧ポンプ１９から吐出管路１８を介したファン用油圧モータ１７への圧油流量が少なくなり、図３に示すようにファン用油圧モータ１７及び冷却ファン１６の回転数Ｎは低くなる。
【００４０】
一方、作業の進展とともに圧油の温度ｔが高くなって粘度μが小さくなるにつれて、チョーク１０は通過流量Ｑ１が多くなるような特性となるため、チョーク１０の通過流量Ｑ１とオリフィス１２の通過流量Ｑ２とを等しくするためのチョーク１０側の前後差圧（Ｐ０−Ｐａ）が小さくなり、これに伴ってオリフィス１２側の前後差圧（Ｐａ−Ｐａ）が大きくなる。この結果、図２に示すように圧力検出管路１１内の圧力Ｐａは指数関数的に高くなる。これにより、ブリードオフ弁２１は遮断位置２１Ａに切り換えられ、バイパス管路２０を遮断する。この結果、ファン用油圧ポンプ１９から吐出管路１８を介したファン用油圧モータ１７への圧油流量が多くなり、図３に示すようにファン用油圧モータ１７及び冷却ファン１６の回転数Ｎは高くなる。
【００４１】
以上のようにして、本実施形態では、オイルクーラ１４を冷却する冷却ファン１６の冷却風量の過不足を圧油の油温ｔとして検出するとともに、圧油の油温ｔをチョーク１０下流側とオリフィス１２上流側の間に設けた圧力検出管路１１における圧力Ｐａに変換し、この圧力Ｐａに応じて冷却ファン１６の駆動回転数Ｎを制御する。これにより、オイルクーラ１４を過不足なく最適に冷却することができる。
【００４２】
なお、一般的に建設機械において、オイルクーラ１４の油温ｔと大気温との温度差ΔＴａは、ラジエータ１５の冷却水温度と大気温との温度差ΔＴｂと同じ値若しくはそれ以上（ΔＴａ≧ΔＴｂ）となるように、オイルクーラ１４及びラジエータ１５の容量が設定されている。これにより、本実施形態のように、圧油の油温ｔに応じてオイルクーラ１４を冷却する必要風量を確保できるように冷却ファン１６の回転数Ｎを制御することで、ラジエータ１５も過不足なく最適に冷却することができる。
【００４３】
以上のようにして油圧回路のみで構成された冷却システムとできることにより、従来構造のように高機能なサーモバルブ等を用いることなく、安価にシステムを構成でき、また高い信頼性及び高い耐久性を確保することができる。
【００４４】
また、本実施形態では、ファン用油圧モータ１７へ圧油を吐出する専用のファン用ポンプ１９を設け、冷却ファン１６の駆動を必要な回転数Ｎに制御しているので、従来構造の冷却ファン駆動の場合（例えば冷却ファンをエンジン２のクランク軸を介して駆動させたり、メインポンプ３等からの吐出圧油で駆動させたりする場合）と異なり、油圧作業機を駆動するような掘削積み込み作業時等においても冷却ファン１６の不要な回転駆動を抑え、またオイルクーラ１４の圧油を過冷却して粘性が高くなることで油圧駆動装置のエネルギー効率が低下することを防ぐことができる。
【００４５】
本発明の第２実施形態を図４〜図６により説明する。本実施形態は、ファン用ポンプ１９の入力トルクに応じてメインポンプ３の入力トルクを制御するいわゆるパワーシフト制御を行う実施形態である。
【００４６】
図４は、本実施形態による油圧駆動冷却ファン装置を油圧作業機の駆動装置とともに表す油圧回路図である。図４において上記実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００４７】
本実施形態において、ファン用ポンプ１９の吐出圧Ｐｘに応じてメインポンプ３の吐出流量を制御する斜板制御シリンダ２７が追設されている。この斜板制御シリンダ２７は、上記斜板制御シリンダ４同様、ファン用ポンプ１９の吐出管路１８の吐出圧Ｐｘを管路２８を介し導くボトム側（図４中上側）油圧室２７ａと、管路２５を介しタンク２６に接続されるロッド側（図４中下側）油圧室２７ｂと、ファン用ポンプ１９の吐出圧Ｐｘに応じてメインポンプ３の増減トルクを設定するためのバネ２７ｃと、このバネ２７ｃの付勢力及びその受圧面積のバランスにより駆動されるピストン２７ｄとを備えている。そして、ボトム側油圧室２７ａに導かれるファン用ポンプ１９の吐出圧Ｐｘがバネ２７ｃによって設定された所定の吐出圧より低いときは、ピストン２７ｄが図４中上方に駆動されて、メインポンプ３の斜板３ａの傾転角すなわちポンプ傾転が増大して、メインポンプ３の吐出量を増大させる。また、逆にボトム側油圧室２７ａに導かれるファン用ポンプ１９の吐出圧Ｐｘがバネ２７ｃによって設定された所定の吐出圧より高いときは、ピストン２７ｄが図４中下方に駆動されて、メインポンプ３の斜板３ａの傾転角すなわちポンプ傾転が減少し、メインポンプ３の吐出量を低減させる。この結果、上述した斜板制御シリンダ４の機能と合わせ、ファン用ポンプ１９の吐出圧Ｐｘすなわちファン用ポンプ１９の入力トルクに応じて、メインポンプ３の吐出流量すなわちメインポンプ３の入力トルク制限値を制御するようになっている。
【００４８】
なお、上記において、斜板制御シリンダ２７は、請求項３記載の第１油圧ポンプの吐出圧に応じて第２油圧ポンプの吐出流量を制御するポンプ制御手段を構成する。
【００４９】
以上のように構成した本実施形態によれば、上記した本発明の一実施形態と同様、安価にシステムを構成でき、高い信頼性及び高い耐久性を確保することができる。
【００５０】
また、本実施形態の斜板制御シリンダ２７においては、ファン用ポンプ１９の吐出圧Ｐｘすなわちファン用ポンプ１９の入力トルクに応じて、メインポンプ３の吐出流量すなわちメインポンプ３の入力トルク制限値を制御する。詳細には、例えば、図５に示す状態Ａのようにファン用ポンプ１９の吐出圧Ｐｘが低圧でその入力トルクが比較的小さい場合は、斜板制御シリンダ２７によりメインポンプ３の入力トルク制限値を比較的高い値に設定してメインポンプ３側により多くのトルクを分配するようにし、図６に示す高流量側の特性線に基づき、斜板制御シリンダ４によりメインポンプ３の吐出圧に応じてメインポンプ３の吐出流量を制御する。また、図５に示す状態Ｂのようにファン用ポンプ１９の吐出圧Ｐｘが高圧でその入力トルクが比較的大きい場合は、斜板制御シリンダ２７によりメインポンプ３の入力トルク制限値を比較的低い値に設定してファン用ポンプ１９側に分配される入力トルクを増大させ、図６に示す低流量側の特性線に基づき、斜板制御シリンダ４によりメインポンプ３の吐出圧に応じてメインポンプ３の吐出流量を制御する。
【００５１】
このように、メインポンプ３及びファン用ポンプ１９の入力トルクを合わせた入力トルクの最大値を制限するように制御を行うことにより、エンジン２に過負荷がかかりエンスト等が発生するのを防止しつつ、入力トルクを最適に分配してエネルギの有効活用を図ることができる。
【００５２】
本発明の第３実施形態を図７〜図９により説明する。本実施形態は、前述の第２実施形態においてチョークとオリフィスの位置を入れ替えた実施形態である。
【００５３】
図７は、本実施形態による油圧駆動冷却ファン装置を油圧作業機の駆動装置とともに表す油圧回路図である。図７において上記実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００５４】
この図７において、本実施形態では、パイロット管路９に設けたオリフィス１２の下流側に圧力検出管路１１を介してチョーク１０が設けられており、バイパス管路２０にはブリードオフ流量を制御するブリードオフ弁２９が設けられている。本実施形態の圧力検出管路１１においても、上記第１実施形態及び第２実施形態と同様、チョーク１０及びオリフィス１２による圧油の流量特性の違いにより、圧油の油温ｔに応じた圧力Ｐｂが生じる。その詳細について説明する。
【００５５】
まず、オリフィス１２及びチョーク１０は直列に配置されているので、オリフィス１２の通過流量Ｑ２及びチョーク１０の通過流量Ｑ１は等しくなる（Ｑ２＝Ｑ１）。また、オリフィス１２の出口側圧力Ｐ３及びチョーク１０の入口側圧力Ｐ０は等しくて圧力検出管路１１の圧力Ｐｂであり（すなわちＰ３＝Ｐ０＝Ｐｂ）、オリフィス１２の入口側圧力Ｐ２はパイロットポンプ７の吐出圧となり一定圧であり、チョーク１０下流側はタンク２６に接続されて出口側圧力Ｐ１はタンク圧となり一定圧である。よって、先に述べた式（１）（２）より圧力検出管路１１内の圧油の粘度μと圧力Ｐｂとの関係が算出され、また粘度μは温度ｔに依存するので、圧力検出管路１１内の圧油の温度ｔと圧力Ｐｂとの関係が導き出される。すなわち、圧力検出管路１１の圧力Ｐｂは、圧油の温度ｔに応じた値となる。
【００５６】
このようにして生成された圧力検出管路１１内の圧力Ｐｂがブリードオフ弁２９の操作パイロット部２９ａに出力され、ブリードオフ弁２９は圧力Ｐｂに応じてブリードオフ開口面積を操作して、バイパス管路２０内の流量を制御するようになっている。この結果、ファン用ポンプ１９から吐出管路１８を介したファン用油圧モータ１７への圧油流量が制御されて、ファン用油圧モータ１７及び冷却ファン１６の回転数Ｎを制御するようになっている。
【００５７】
なお、上記において、ブリードオフ弁２９は、請求項５記載の第１油圧ポンプからファン用油圧モータへの油圧管路から分岐して設けた管路のブリードオフ流量を制御する油圧制御弁を構成する。
【００５８】
次に、本実施形態の作用・効果を図８及び図９を用いて説明する。
図８は、圧油の油温ｔと圧力検出管路１１の圧力Ｐｂとの関係を表す特性図である。横軸は圧油の油温ｔを、縦軸は圧力検出管路１１の圧力Ｐｂをとって表している。図９は、圧力検出管路１１の圧力Ｐｂと冷却ファン１６の回転数Ｎとの関係を表す特性図である。横軸は圧力検出管路１１の圧力Ｐｂを、縦軸は冷却ファン１６の回転数Ｎをとって表している。これら図８及び図９は第１実施形態における図２及び図３にそれぞれ対応する図であり、図示のように、それぞれ図２及び図３とちょうど逆の特性となっている。
【００５９】
すなわち、例えば油圧作業機を駆動させる作業の開始直後は、圧油の油温ｔが低く粘度μが大きいので、チョーク１０は通過流量Ｑ１が少なくなるような特性となるため、チョーク１０の通過流量Ｑ１とオリフィス１２の通過流量Ｑ２とを等しくするためのチョーク１０側の前後差圧（Ｐｂ−Ｐ１）が大きくなり、オリフィス１２側の前後差圧（Ｐ２−Ｐｂ）が小さくなる。この結果、図８に示すように、圧力検出管路１１内の圧力Ｐｂは比較的高くなる。これにより、ブリードオフ弁２９はブリードオフ位置２９Ｂに切り換えられ、ファン用油圧ポンプ１９からの圧油の一部をバイパス管路２０及び絞り２９Ｂａを介してタンク２６に導く。この結果、ファン用油圧ポンプ１９から吐出管路１８を介したファン用油圧モータ１７への圧油流量が少なくなり、図９に示すようにファン用油圧モータ１７及び冷却ファン１６の回転数Ｎは低くなる。
【００６０】
一方、圧油の温度ｔが高くなって粘度μが小さくなるにつれて、チョーク１０は通過流量Ｑ１が多くなるような特性となるため、オリフィス１２の通過流量Ｑ２とチョーク１０の通過流量Ｑ１とを等しくするためのチョーク１０側の前後差圧（Ｐｂ−Ｐ１）が小さくなり、これに伴ってオリフィス１２側の前後差圧（Ｐ２−Ｐｂ）が大きくなる。この結果、図８に示すように圧力検出管路１１内の圧力Ｐｂは指数関数的に低くなる。これにより、ブリードオフ弁２９はバネ２９ｂの付勢力で遮断位置２９Ａに切り換えられ、バイパス管路２０を遮断する。この結果、ファン用油圧ポンプ１９から吐出管路１８を介したファン用油圧モータ１７への圧油流量が多くなり、図９に示すようにファン用油圧モータ１７及び冷却ファン１６の回転数Ｎは高くなる。
【００６１】
このようにして、本実施形態は、上記第１実施形態及び第２実施形態と同様、オイルクーラ１４を冷却する冷却ファン１６の冷却風量の過不足を圧油の油温ｔとして検出するとともに、圧油の油温ｔをオリフィス１２下流側とチョーク１０上流側との間に設けた圧力検出管路１１における圧力Ｐｂに変換し、この圧力Ｐｂに応じて冷却ファン１６の駆動回転数Ｎを制御する。これにより、オイルクーラ１４及びラジエータ１５を過不足なく最適に冷却することができる。
【００６２】
以上のように構成した本実施形態によっても、油圧回路のみで構成された冷却システムとできることにより、安価にシステムを構成でき、また高い信頼性及び高い耐久性を確保することができる。
【００６３】
なお、上記第１〜第３実施形態において、ブリードオフ弁２１，２９は、それぞれバネ２１ｂ，２９ｂを備えており、これらバネ２１ｂ，２９ｂの付勢力とパイロット操作部２１ａ，２９ａの圧力Ｐａ，Ｐｂとのバランスによりそれぞれ切り換えられるような構造を例にとり説明したが、これに限らない。すなわち、例えば図１０に示すブリードオフ弁２９’のように、バネ２９ｂの代わりに、絞り３０ａを設けた管路３０を介してパイロットポンプ７のパイロット管路９の吐出圧を減圧した基準圧を導くパイロット操作部２９ｃを備え、前記基準圧とパイロット操作部２９ａの圧力Ｐｂとの圧力差により切り換えられるような構造としてもよい。この場合も同様の効果を得る。
【００６４】
本発明の第４実施形態を図１１により説明する。本実施形態は、ファン用ポンプ１９からファン用油圧モータ１７へ供給される流量を直接制御する実施形態である。
【００６５】
図１１は、本実施形態による油圧駆動冷却ファン装置を油圧作業機の駆動装置とともに表す油圧回路図である。図１１において上記第１〜第３実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００６６】
この図１１において、本実施形態では、ファン用ポンプ１９から吐出管路１８を介しファン用油圧モータ１７への圧油供給配管１８ａに、圧力検出管路１１の圧力Ｐｂに応じて開閉し流量を制御する油圧制御弁３１が設けられている。この油圧制御弁３１は、操作パイロット部３１ａに入力された圧力検出管路１１の圧力Ｐｂに応じて開口面積が操作され、ファン用ポンプ１９から吐出管路１８及び圧油供給配管１８ａを介したファン用油圧モータ１７への圧油流量を制御して、ファン用油圧モータ１７及び冷却ファン１６の回転数Ｎを制御するようになっている。
【００６７】
なお、上記において、油圧制御弁３１は、請求項４記載のファン用油圧モータへ供給する流量を制御する流量制御手段を構成する。
【００６８】
本実施形態においては、圧力検出管路１１の圧力Ｐｂが比較的高い場合（言い換えれば圧油の油温ｔが低く粘度μが大きい場合、前述の図８参照）、油圧制御弁３１は遮断位置３１Ａに切り換えられ、ファン用油圧モータ１７への圧油供給配管１８ａを遮断するので、冷却ファン１６が回転駆動されない。また、逆に圧力検出管路１１の圧力Ｐｂが低くなるにつれて（言い換えれば圧油の油温ｔが高く粘度μが小さくなるにつれて、前述の図８参照）、油圧制御弁３１はバネ３１ｂの付勢力で連通位置３１Ｂに切り換えられ、ファン用油圧ポンプ１９からの圧油を絞り３１Ｂａを介してファン用油圧モータ１７に導くので冷却ファン１６が駆動し、吐出管路１８の圧油流量の増大とともに冷却ファン１６の回転数Ｎは高くなる（前述の図９参照）。
【００６９】
以上のようにして、本実施形態は、上記第１〜第３実施形態と同様、圧力検出管路１１の圧力Ｐｂに応じて冷却ファン１６の駆動回転数Ｎを制御する。これにより、オイルクーラ１４及びラジエータ１５を過不足なく最適に冷却することができる。また、油圧回路のみで構成された冷却システムとできることにより、安価にシステムを構成でき、また高い信頼性及び高い耐久性を確保することができる。
【００７０】
本発明の第５実施形態を図１２により説明する。本実施形態は、圧力検出管路１１で生成された圧力Ｐｂを用いて直接可変容量型のファン用油圧モータの斜板の傾転角を制御することにより、冷却ファン１６の回転数Ｎを制御する実施形態である。
【００７１】
図１２は、本実施形態による油圧駆動冷却ファン装置を油圧作業機の駆動装置とともに表す油圧回路図である。図１２において上記第１〜第４実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００７２】
この図１２において、本実施形態では、吐出管路１８に設けられ冷却ファン１６を駆動する可変容量型のファン用油圧モータ３２と、このファン用油圧モータ３２の回転数を圧力検出管路１１の圧力Ｐｂに応じて制御する斜板制御シリンダ３３とが設けられている。
【００７３】
ファン用油圧モータ３２は、例えば斜板３２ａの傾転角を変えることによりその回転数を調整する斜板モータであり、斜板３２ａの傾転角は斜板制御シリンダ３３により制御されている。
【００７４】
斜板制御シリンダ３３は、圧力検出管路１１の圧力Ｐｂを管路３４を介し導くボトム側（図１２中上側）油圧室３３ａと、管路３５を介しタンク２６に接続されるロッド側（図１２中下側）油圧室３３ｂと、ファン用油圧モータ３２の基準回転数を設定するためのバネ３３ｃと、このバネ３３ｃの付勢力及びその受圧面積のバランスにより駆動されるピストン３３ｄとを備えている。そして、ボトム側油圧室３３ａに導かれる圧力検出管路１１の圧力Ｐｂがバネ３３ｃによって設定された基準回転数に対応する圧力より低いときは、ピストン３３ｄが図１２中上方に駆動されて、ファン用油圧モータ３２の斜板３２ａの傾転角が変化してその容量が小さくなり、ファン用油圧モータ３２の駆動回転を増大させる。また、逆にボトム側油圧室３３ａに導かれる圧力検出管路１１の圧力Ｐｂが上記基準回転数に対応する圧力より高いときは、ピストン３３ｄが図１２中下方に駆動されて、ファン用油圧モータ３２の斜板３２ａの傾転角が変化してその容量が大きくなり、ファン用油圧モータ３２の駆動回転を低減させる。
【００７５】
なお、上記において、ファン用油圧モータ３２の斜板３２ａ及び斜板制御シリンダ３３は、請求項１記載の２つの絞り手段の間の圧力を用いて、ファン用油圧モータの回転数を制御する回転数制御手段を構成する。
【００７６】
本実施形態においては、圧力検出管路１１の圧力Ｐｂが比較的高い場合（言い換えれば圧油の油温ｔが低く粘度μが大きい場合、前述の図８参照）、斜板制御シリンダ３３にてファン用油圧モータ３２の駆動回転を小さくし、冷却ファン１６の回転数Ｎが低減する（前述の図９参照）。また、逆に圧力検出管路１１の圧力Ｐｂが低くなるにつれて（言い換えれば圧油の油温ｔが高く粘度μが小さくなるにつれて、前述の図８参照）、斜板制御シリンダ３３にてファン用油圧モータ３２の駆動回転を大きくし、冷却ファン１６の回転数Ｎが増大する（前述の図９参照）。
【００７７】
以上のようにして、本実施形態は、上記第１〜第４実施形態と同様、圧力検出管路１１の圧力Ｐｂに応じて冷却ファン１６の駆動回転数Ｎを制御する。この結果、オイルクーラ１４及びラジエータ１５を過不足なく最適に冷却することができる。また、油圧回路のみで構成された冷却システムとできることにより、安価にシステムを構成でき、また高い信頼性及び高い耐久性を確保することができる。
【００７８】
【発明の効果】
本発明によれば、冷却の過不足を圧油の温度として検出するとともにこれを２つの絞り手段の間の制御圧力に変換してファンの駆動回転数を制御する、油圧回路のみで構成されたシステムとできるので、安価にシステムを構成でき、また高い信頼性及び高い耐久性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の油圧駆動冷却ファン装置の第１実施形態を油圧作業機の駆動装置とともに表す油圧回路図である。
【図２】本発明の油圧駆動冷却ファン装置の第１実施形態を構成する圧力検出管路の圧油の油温ｔと圧力Ｐａとの関係を表す特性図である。
【図３】本発明の油圧駆動冷却ファン装置の第１実施形態を構成する圧力検出管路の圧力Ｐａと冷却ファンの回転数Ｎとの関係を表す特性図である。
【図４】本発明の油圧駆動冷却ファン装置の第２実施形態を油圧作業機の駆動装置とともに表す油圧回路図である。
【図５】本発明の油圧駆動冷却ファン装置の第２実施形態を構成するメインポンプ及びファン用ポンプのトルク配分を表す特性図である。
【図６】本発明の油圧駆動冷却ファン装置の第２実施形態を構成する斜板制御シリンダのパワーシフト制御によるメインポンプの吐出流量を表す特性図である。
【図７】本発明の油圧駆動冷却ファン装置の第３実施形態を油圧作業機の駆動装置とともに表す油圧回路図である。
【図８】本発明の油圧駆動冷却ファン装置の第３実施形態を構成する圧力検出管路の圧油の油温ｔと圧力Ｐｂとの関係を表す特性図である。
【図９】本発明の油圧駆動冷却ファン装置の第３実施形態を構成する圧力検出管路の圧力Ｐｂと冷却ファンの回転数Ｎとの関係を表す特性図である。
【図１０】本発明の油圧駆動冷却ファン装置の第３実施形態の変形例を油圧作業機の駆動装置とともに表す油圧回路図である。
【図１１】本発明の油圧駆動冷却ファン装置の第４実施形態を油圧作業機の駆動装置とともに表す油圧回路図である。
【図１２】本発明の油圧駆動冷却ファン装置の第５実施形態を油圧作業機の駆動装置とともに表す油圧回路図である
【符号の説明】
１ 油圧アクチュエータ
２ エンジン
３ メインポンプ（第２油圧ポンプ）
４ 斜板制御シリンダ（ポンプ制御手段）
７ パイロットポンプ（略一定圧力の油圧源）
９ パイロット管路（圧油供給管路）
１０ チョーク
１１ 圧力検出管路
１２ オリフィス
１６ 冷却ファン
１７ ファン用油圧モータ
１８ 吐出管路
１９ ファン用ポンプ（第１油圧ポンプ）
２０ バイパス管路
２１ ブリードオフ弁（油圧制御弁）
２７ 斜板制御シリンダ（ポンプ制御手段）
２９ ブリードオフ弁（油圧制御弁）
３１ 油圧制御弁
３２ 可変容量型油圧モータ
３３ 斜板制御シリンダ
Ｎ 冷却ファンの回転数
Ｐａ 圧力検出管路の圧力
Ｐｂ 圧力検出管路の圧力
Ｑ１ チョークの通過流量
Ｑ２ オリフィスの通過流量
Claims (5)
- エンジンを冷却する冷却風を生起する冷却ファンと、この冷却ファンを駆動するファン用油圧モータと、このファン用油圧モータへの圧油を吐出する第１油圧ポンプとを有する油圧駆動冷却ファン装置において、
略一定圧力の油圧源と、
この油圧源からの圧油供給管路に設けられ、圧油の粘性に応じた通過流量特性が互いに異なる２つの絞り手段と、
これら２つの絞り手段の間の圧力を用いて、前記ファン用油圧モータの回転数を制御する回転数制御手段とを有することを特徴とする油圧駆動冷却ファン装置。 - 請求項１記載の油圧駆動冷却ファン装置において、前記２つの絞り手段のうち一方はチョーク手段であり、他方はオリフィス手段であることを特徴とする油圧駆動冷却ファン装置。
- 請求項１記載の油圧駆動冷却ファン装置において、油圧作業機を駆動する油圧アクチュエータへの圧油を吐出する可変容量型の第２油圧ポンプと、前記第１油圧ポンプの吐出圧及び前記第２油圧ポンプの吐出圧に応じて前記第２油圧ポンプの吐出流量を制御するポンプ制御手段とをさらに有すること特徴とする油圧駆動冷却ファン装置。
- 請求項１記載の油圧駆動冷却ファン装置において、前記回転数制御手段は、前記２つの絞り手段の間の圧力の値に応じ、前記ファン用油圧モータへ供給する流量を制御する流量制御手段であることを特徴とする油圧駆動冷却ファン装置。
- 請求項４記載の油圧駆動冷却ファン装置において、前記流量制御手段は、前記第１油圧ポンプから前記ファン用油圧モータへの油圧管路から分岐して設けた管路のブリードオフ流量を制御する油圧制御弁であることを特徴とする油圧駆動冷却ファン装置。
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