JP4107454B2 - 油圧駆動冷却ファン装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建設機械の油圧駆動冷却ファン装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、建設機械の油圧駆動冷却ファンは、専用の油圧ポンプにより駆動され、冷却水温度により作動するサーモバルブにより吐出量を制御されている。図６は従来の油圧駆動冷却ファンの駆動装置の一例を示す回路図である。
図６において、エンジン１の冷却水冷却用のラジエータ２の前方には、油圧モータ４により駆動される冷却ファン３が配設されている。油圧モータ４駆動用の可変容量型のフアン駆動ポンプ５０はエンジン１により駆動され、その吐出回路５１は油圧モータ４に接続し、油圧モータ４のドレン回路５２はオイルタンク５に接続している。ラジエータ２の冷却水路６にはサーモバルブ７が介装されている。サーモバルブ７はラジエータ２の冷却水温が高い場合には閉じ、水温が低くなると温度に応じて開くようになっている。
可変容量型のフアン駆動ポンプ５０は斜板制御用の第１シリンダ５３と第２シリンダ５４とを有している。第１シリンダ５３のボトム側とフアン駆動ポンプ５０の吐出回路５１とは回路５５により接続され、第２シリンダ５４のボトム側と前記フアン駆動ポンプ５０の吐出回路５１とは回路５６により、カットオフバルブ１２又はロードセンシングバルブ１３を介して接続されている。ファン駆動ポンプ５０の吐出量は、第１シリンダ５３が伸長するとMAX 方向に増大し、第２シリンダ５４が伸長するとMIN 方向に減少する。ロードセンシングバルブ１３はドレン位置Ａと加圧位置Ｂとを有する。ロードセンシングバルブ１３のドレン位置Ａ側のパイロット操作部とサーモバルブ７の一側とはパイロット回路５７により接続され、サーモバルブ７の他側はドレン回路８を介してオイルタンク５に接続されている。また、ロードセンシングバルブ１３の加圧位置Ｂ側のパイロット操作部は回路５６と接続されている。また、回路５６とパイロット回路５７は回路５８により接続され、回路５８には絞り５９が設けられている。
【０００３】
次に、作動について説明する。カットオフバルブ１２はファン駆動ポンプ５０のリリーフ弁の役目を果たすものであり、ここでは詳細説明は省略する。
ラジエータ２の冷却水温度が高い場合には、サーモバルブ７は閉じられており、パイロット回路５７の油圧は吐出回路５１の圧力と同一になる。そのためロードセンシングバルブ１３はＡ位置となり、第２シリンダ５４のボトム側はオイルタンク５に接続する。第１シリンダ５３はボトム側に吐出回路５１の圧力を受けて伸長し、ファン駆動ポンプ５０は大油量を吐出し、油圧モータ４を高速駆動し、冷却ファン３を高速回転させてラジエータ２の冷却能力を大にする。
ラジエータ２の冷却水温が低くなると、サーモバルブ７は開き、パイロット回路５７はドレン回路８を経てオイルタンク５にドレンされる。したがって、パイロット回路５７の圧力は低下し、ロードセンシングバルブ１３はＢ位置に切り換わる。そのため、ファン駆動ポンプ５０の吐出回路５１の油圧は第２シリンダ５４のボトム側に加わり、第２シリンダ５４は伸長してファン駆動ポンプ５０の吐出量を低減する。これにより、油圧モータ４の回転数は低下し、冷却ファン３は低速回転となって風量は減少し、ラジエータ２の冷却容能力は低減して冷却水温は上昇する。
【０００４】
上記の状況を図７のグラフにより説明する。図７はエンジン回転数と冷却ファン駆動用ポンプの吐出量との関係を示すグラフであり、グラフの横軸はエンジン回転数、縦軸は油圧ポンプ（本例ではファン駆動ポンプ５０）の吐出量である。油圧ポンプの吐出量は図中の線Ｅのようにエンジンローアイドルからハイアイドルの間で回転に比例して直線的に増大する。しかしながら、前述のように、ラジエータ水温が低い場合には実線ｅのようにMIN 流量となり、ラジエータ水温が高い場合には実線ｆのようにMAX 流量となる。すなわち、油圧ポンプ吐出量はサーモバルブ７によって実線で囲まれた範囲内で制御される。
以上のようにしてエンジン１の冷却水温を常にほぼ最適な温度に保ち、エンジン性能を良好に保つと共に、冷却ファンの消費馬力を最小限にする。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、建設機械では、作業機、ステアリング、パイロット式操作弁、変速機等を作動するための複数の油圧ポンプを備えているのに加えて、上記構成においては冷却ファン駆動用専用の油圧ポンプを用いるため、車両全体として油圧ポンプの個数が増加し、よって構造が複雑となり、多くの場積を必要とすると共に、コストも高くなるという問題点がある。
【０００６】
本発明は、上記の問題点に着目し、油圧ポンプの個数が少なく、場積が少なくてすみ、コストも安い油圧駆動冷却ファン装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段、作用および効果】
上記の目的を達成するために、本発明に係る油圧駆動冷却ファン装置の第１発明は、作業機、ステアリング、パイロット式操作弁、変速機等を作動する少なくとも２個以上の油圧ポンプと、エンジンラジエータの冷却ファン駆動用の油圧モータとを備えた建設機械の油圧駆動冷却ファン装置において、前記油圧ポンプのうち、ステアリング回路に圧油を供給する第１油圧ポンプの吐出回路から分岐した分岐回路、及び前記油圧ポンプのうち、パイロット回路に圧油を供給する第２油圧ポンプの吐出回路を合流し、冷却ファン駆動用の油圧モータに圧油を供給する合流回路と、冷却ファン駆動用の油圧モータよりも上流側の合流回路から分岐し、かつラジエータの水温を検出するサーモバルブが設けられた制御回路と、前記サーモバルブの検出油圧信号によりラジエータの水温に応じて第１油圧ポンプの吐出量を制御するポンプ容量制御手段とを備えた構成としている。
【０００８】
上記構成においては、既設の第１油圧ポンプと第２油圧ポンプとを合流して冷却ファン駆動用の油圧モータを駆動するようにしたため、冷却ファン専用の油圧ポンプを設ける必要がなくなる。したがって、油圧ポンプの個数が少なく、構造簡単で場積も少なくてすみ、コストも安い。しかも、ラジエータの水温により第１油圧ポンプの吐出量制御を行うようにしたため、第１油圧ポンプの油量を有効に利用し、冷却ファン駆動のための消費馬力を低減することができ、経済的である。また、第１油圧ポンプは既設の可変容量型のステアリングポンプであるため、常時は全量使用しないステアリングポンプを有効に利用することができると共に、容量変更に伴うロスも少ない。さらに、第２油圧ポンプも既設のパイロットポンプであるため、各油圧ポンプの能力を有効に利用することが可能であると共に、ステアリング回路及びパイロット回路を利用しているので、構造が簡単で経済的である。
【０００９】
第２発明は、作業機、ステアリング、パイロット式操作弁、変速機等を作動する少なくとも２個以上の油圧ポンプと、エンジンラジエータの冷却ファン駆動用の油圧モータとを備えた建設機械の油圧駆動冷却ファン装置において、前記油圧ポンプのうち、ステアリング回路に圧油を供給する第１油圧ポンプの吐出回路から分岐した分岐回路、及び前記油圧ポンプのうち、パイロット回路に圧油を供給する第２油圧ポンプの吐出回路を合流し、冷却ファン駆動用の油圧モータに圧油を供給する合流回路と、冷却ファン駆動用の油圧モータよりも上流側の合流回路から分岐し、かつラジエータの水温を検出するサーモバルブが設けられた制御回路と、前記サーモバルブの検出油圧信号によりラジエータの水温に応じて第１油圧ポンプ及び第２油圧ポンプの吐出量を制御するポンプ容量制御手段とを備えた構成としている。
【００１０】
上記構成においては、既設の第１油圧ポンプと第２油圧ポンプとを合流して冷却ファン駆動用の油圧モータを駆動するようにしたため、冷却ファン専用の油圧ポンプを設ける必要がなくなる。したがって、油圧ポンプの個数が少なく、構造簡単で場積も少なくてすみ、コストも安い。しかも、ラジエータの水温により第１油圧ポンプ及び第２油圧ポンプの吐出量制御を行うようにしたため、第１油圧ポンプ及び第２油圧ポンプの油量を有効に利用し、冷却ファン駆動のための消費馬力を低減することができ、経済的である。また、第１油圧ポンプは既設の可変容量型のステアリングポンプであるため、常時は全量使用しないステアリングポンプを有効に利用することができると共に、容量変更に伴うロスも少ない。さらに、第２油圧ポンプも既設のパイロットポンプであるため、各油圧ポンプの能力を有効に利用することが可能であると共に、ステアリング回路及びパイロット回路を利用しているので、構造が簡単で経済的である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る油圧駆動冷却ファン装置の実施形態について、図１〜図５を参照して詳述する。
【００２０】
図１は、第１実施形態の油圧駆動冷却ファン装置の油圧回路図である。
可変容量型のステアリングポンプ１０の吐出回路であるステアリング回路１４は第１チェックバルブ１５を経てステアリングバルブ１６と接続している。ステアリングポンプ１０は斜板制御シリンダ１１を有しており、斜板制御シリンダ１１は、ボトム側に油圧が加わって伸長すると斜板はMIN 側に移動して吐出量は低減し、ヘッド側に油圧が加わって縮小すると斜板はMAX 側に移動して吐出量は増大する。斜板制御シリンダ１１のヘッド側はステアリング回路１４と接続し、ボトム側はカットオフバルブ１２およびロードセンシングバルブ１３を介してステアリング回路１４と接続している。ロードセンシングバルブ１３はドレン位置Ａと加圧位置Ｂとを有している。カットオフバルブ１２の一側のパイロット操作部はステアリング回路１４に接続し、他側のパイロット操作部はオイルタンク５に接続している。ステアリング回路１４の分岐回路２０は第２チェックバルブ２１及び制御弁２２を経て、固定容量型のパイロットポンプ３０の吐出回路であるパイロット回路３１と合流して合流回路３２を形成する。合流回路３２は冷却ファン３を駆動する油圧モータ４に接続して圧油を供給する。又、分岐回路２０は圧力制御弁２４を介してアキュムレータ２５及びパイロット圧力で図示しない作業機操作弁を作動する圧力比例制御弁２６に接続している。
次に、ポンプ容量制御手段の構成について説明する。合流回路３２は制御回路３３によりラジエータ水温に対応して作動するサーモバルブ７に接続しており、サーモバルブ７はドレン回路８によりオイルタンク５に接続している。制御回路３３には絞り３４が設けられている。ステアリングバルブ１６に接続するポンプ制御回路２３と制御回路３３とは両方向チェックバルブ３５を介して回路３６によりロードセンシングバルブ１３の一側のパイロット操作部に接続している。又、ロードセンシングバルブ１３の他側のパイロット操作部はステアリング回路１４に接続している。
【００２１】
次に作動について説明する。カットオフバルブ１２はステアリングポンプ１０のリリーフバルブの役目を果たすものであり、ここでは詳細説明は省略する。
パイロットポンプ３０の圧油はパイロット回路３１、合流回路３２を通り油圧モータ４を駆動して冷却ファン３を回転させる。
ラジエータ水温が高い場合にはサーモバルブ７は閉じており、制御回路３３の圧力は高い。ステアリングバルブ１６が中立状態ではポンプ制御回路２３はオイルタンク５に連通しており、圧力は低い。したがって、制御回路３３の圧油は両方向チェックバルブ３５及び回路３６を経てロードセンシングバルブ１３の一側のパイロット操作部に作用してドレン位置Ａに切り換える。したがって、斜板制御シリンダ１１のヘッド側は高圧、ボトム側はドレンされて低圧となり、斜板制御シリンダ１１は縮小してステアリングポンプ１０の吐出量を増大する。ステアリングポンプ１０の圧油はステアリング回路１４、分岐回路２０を経て制御弁２２を開き、合流回路３２でパイロット油圧ポンプ３０の吐出油と合流して油圧モータ４を駆動する。したがって、油圧モータ４は高速で駆動され、冷却ファン３は高速回転してラジエータを冷却する。一方、アキュムレータ２５の油圧が所定の圧力より低下すると圧力制御弁２４は開き、分岐回路２０の圧油はアキュムレータ２５及び圧力比例制御弁２６に供給される。
【００２２】
ラジエータ水温が低くなると、サーモバルブ７は水温に応じて所定量開く。制御回路３３の絞り３４の下流の圧油はサーモバルブ７を経てドレン回路８からドレンし、回路３６の油圧は低下してロードセンシングバルブ１３は加圧位置Ｂに切り換わる。そのため、ステアリング回路１４の圧油は斜板制御シリンダ１１のボトム側に供給され、ステアリングポンプ１０の吐出量は低下する。したがって、油圧モータ４に供給される油量は低減し、冷却ファン３の回転数は低下してラジエータ水温を上昇させる。
【００２３】
上記の作動状況を図２のグラフにより説明する。図２はエンジン回転数と冷却ファン駆動用油圧モータに供給される油圧ポンプの吐出量との関係を示すグラフであり、横軸はエンジン回転数、縦軸は油圧ポンプの吐出量を示す。図中、線Ａはパイロットポンプ３０の吐出量曲線であり、線Ｂはステアリングポンプ１０とパイロットポンプ３０の合流吐出量曲線であって、いずれもエンジンローアイドル回転からハイアイドル回転まで吐出量は直線的に増加する。冷却水が低温時には流量はサーモバルブ７によって実線ａに示すMIN に制御され、高温時には流量は実線ｂに示すMAX に制御される。本例においては、パイロットポンプ３０の吐出量はエンジンハイアイドル回転時にほぼMIN である。したがって、流量制御はステアリングポンプ１０において行われ、運転中は図に示す実線に囲まれた範囲内でポンプ容量制御手段により制御される。図中、細い２点鎖線に示す線は従来の冷却ファン用油圧ポンプの流量を示しており、図に明らかなように、本発明の冷却ファン装置の合流流量は従来のものより多くなっており、エンジン低速回転時にも十分な油量を供給することができる。したがって、ラジエータ水温を常時適切な温度に保持することが可能であると共に、ファン駆動用の消費馬力を少なくすることがてきる。又、上記構成においては、冷却ファン駆動専用の油圧ポンプは必要なく、コストを低減できる。
【００２４】
図３は第２実施形態の油圧駆動冷却ファン装置の油圧回路図である。パイロットポンプ３０の流量制御手段以外の部分は第１実施形態と同一なので説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
合流回路３２には第１流量制御弁４１を有するドレン回路４０が接続され、合流回路３２のドレン回路４０の接続点と制御回路３３の接続点との間には第２流量制御弁４２が設けられている。第１流量制御弁４１と第２流量制御弁４２の一側受圧部はサーモバルブ７と接続しており、第１流量制御弁４１の他側受圧部はパイロット回路３１と接続し、第２流量制御弁４２の他側受圧部は制御回路３３と接続していて、ロードセンシングバルブ１３と合わせてポンプ容量制御手段を構成している。
【００２５】
つぎに作動について説明する。ラジエータ水温が高い場合にはサーモバルブ７は閉じており、制御回路３３は高圧のため、第１流量制御弁４１は閉じ、第２流量制御弁４２は開いている。したがって、パイロットポンプ３０及びステアリングポンプ１０の吐出油は全量油圧モータ４に供給され、冷却ファン３は高速で駆動される。ラジエータ水温が低温になると、サーモバルブ７は温度に対応して開き、第１流量制御弁４１及び第２流量制御弁４２の一側受圧部は低圧となり、第１流量制御弁４１は所定量開き、第２流量制御弁４２は所定量閉じる。そのため、パイロットポンプ３０及びステアリングポンプ１０の吐出油の一部は第１流量制御弁４１を通じてドレンされると共に、合流回路３２は第２流量制御弁４２により一部絞られ、油圧モータ４に供給される油は低減し、よって冷却ファン３の回転数は低下する。
【００２６】
上記の作動状況を図４のグラフにより説明する。グラフの横軸はエンジン回転数、縦軸は油圧ポンプの流量を示す。図中の線Ｃはパイロットポンプ３０の吐出量曲線であり、線Ｄはステアリングポンプ１０とパイロットポンプ３０との合流吐出量曲線である。本例においては、パイロットポンプ３０の吐出量はエンジン回転数が所定値Ｋより高くなるとMIN 流量より多くなるようになっている。したがってMIN 流量で、エンジン回転数Ｋ以下の場合にはステアリングポンプ１０の吐出量をサーモバルブ７により制御し、Ｋを越えるとステアリングポンプ１０の吐出量を制御すると共に、パイロットポンプ３０の吐出量を、第１，第２流量制御弁４１，４２を制御することにより制御する。
【００２７】
図５は第３実施形態の油圧駆動冷却ファン装置の油圧回路図である。第１実施形態に対してパイロットポンプ部が異なるのみで他は同一である。したがって、同一部分の説明は省略し、異なる部分についてのみ説明する。
可変容量型のパイロットポンプ３０ａのパイロット回路３１はステアリング回路１４の分岐回路２０と合流して合流回路３２を形成する。合流回路３２は冷却ファン駆動用の油圧モータ４に接続している。パイロットポンプ３０ａの斜板制御シリンダ１１ａのヘッド側はパイロット回路３１に接続し、ボトム側はカットオフバルブ１２ａ及びロードセンシングバルブ１３ａを介してパイロット回路３１に接続している。サーモバルブ７の上流側は回路４３により両方向チェッバルブ３５及びロードセンシングバルブ１３の一側のパイロット操作部に接続すると共に、絞り４４を有する回路４５によりロードセンシングバルブ１３ａと接続している。サーモバルブ７の下流側はオイルタンク５に接続している。すなわち、ロードセンシングバルブ１３，１３ａと合わせてポンプ容量制御手段を構成している。
【００２８】
次に作動について説明する。ラジエータ水温が高い場合にはサーモバルブ７は閉じている。したがって、ロードセンシングバルブ１３，１３ａはＡ位置にあり、ステアリングポンプ１０及びパイロットポンプ３０ａの吐出量は多くなっていて油圧モータ４を高速で回転させる。ラジエータ水温が低い場合にはサーモバルブ７は開く。したがって、ロードセンシングバルブ１３，１３ａの一側のパイロット操作部は低圧となり、Ｂ位置に切り換わってステアリングポンプ１０及びパイロットポンプ３０ａの吐出量は減少し、油圧モータ４は低速回転する。
【００２９】
上記の作動状況をグラフで示すと図４と同一となり、流量制御はサーモバルブ７によりステアリングポンプ１０及びパイロットポンプ３０ａの吐出量を制御して行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の油圧駆動冷却ファン装置の油圧回路図である。
【図２】第１実施形態のエンジン回転とポンプ吐出量の関係を示すグラフである。
【図３】本発明の第２実施形態の油圧駆動冷却ファン装置の油圧回路図である。
【図４】第２実施形態のエンジン回転とポンプ吐出量の関係を示すグラフである。
【図５】本発明の第３実施形態の油圧駆動冷却ファン装置の油圧回路図である。
【図６】従来の油圧駆動冷却ファン装置の油圧回路図である。
【図７】従来のエンジン回転とポンプ吐出量の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
３ 冷却ファン
４ 油圧モータ
７ サーモバルブ
１０ ステアリングポンプ
１１ 斜板制御シリンダ
１２，１２ａ カットオフバルブ
１３，１３ａ ロードセンシングバルブ
１４ ステアリング回路
２０ 分岐回路
２２ 制御弁
３０，３０ａ パイロットポンプ
３１ パイロット回路
３２ 合流回路
３５ 両方向チェックバルブ
４１ 第１流量制御弁
４２ 第２流量制御弁

Claims (2)

1. 作業機、ステアリング、パイロット式操作弁、変速機等を作動する少なくとも２個以上の油圧ポンプと、エンジンラジエータの冷却ファン駆動用の油圧モータとを備えた建設機械の油圧駆動冷却ファン装置において、
   前記油圧ポンプのうち、ステアリング回路に圧油を供給する第１油圧ポンプの吐出回路から分岐した分岐回路、及び前記油圧ポンプのうち、パイロット回路に圧油を供給する第２油圧ポンプの吐出回路を合流し、冷却ファン駆動用の油圧モータ(4) に圧油を供給する合流回路(32)と、
   冷却ファン駆動用の油圧モータ (4) よりも上流側の合流回路から分岐し、かつラジエータの水温を検出するサーモバルブ (7)
   が設けられた制御回路と、
   前記サーモバルブ (7) の検出油圧信号によりラジエータの水温に応じて第１油圧ポンプの吐出量を制御するポンプ容量制御手段とを備えた
   ことを特徴とする油圧駆動冷却ファン装置。
2. 作業機、ステアリング、パイロット式操作弁、変速機等を作動する少なくとも２個以上の油圧ポンプと、エンジンラジエータの冷却ファン駆動用の油圧モータとを備えた建設機械の油圧駆動冷却ファン装置において、
   前記油圧ポンプのうち、ステアリング回路に圧油を供給する第１油圧ポンプの吐出回路から分岐した分岐回路、及び前記油圧ポンプのうち、パイロット回路に圧油を供給する第２油圧ポンプの吐出回路を合流し、冷却ファン駆動用の油圧モータ(4) に圧油を供給する合流回路(32)と、
   冷却ファン駆動用の油圧モータ (4) よりも上流側の合流回路から分岐し、かつラジエータの水温を検出するサーモバルブ (7)
   が設けられた制御回路と、
   前記サーモバルブ (7) の検出油圧信号によりラジエータの水温に応じて第１油圧ポンプ及び第２油圧ポンプの吐出量を制御するポンプ容量制御手段とを備えた
   ことを特徴とする油圧駆動冷却ファン装置。

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