JP4222984B2 - 建設機械の冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は油圧ショベル等の建設機械の冷却装置に関するものであり、特に、エンジンを冷却する冷却ファンの正転・反転の切り換えが可能で、且つ、該冷却ファンの反転による冷却能力の低下でエンジンがオーバーヒートすることがないようにした建設機械の冷却装置に関するものである。

従来、油圧ショベル等の建設機械では、エンジン及びラジエータの冷却に、油圧モータにより冷却ファンを一方向に回転させ、この冷却ファンの回転によって起こされる風で冷却するようにした構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。

又、冷却ファンを一方向に回転させている冷却構造では、風を送る方向が一方向であることから、枯葉やゴミ等が冷却風と共にラジエータ等に送り込まれ、目詰まりを起こす場合もある。そこで、この冷却ファンの回転方向を正逆２方向に切り換えできるようにし、冷却ファンの反転で逆風を起こさせ、この逆風でラジエータ等に詰まったゴミを吸い出して排出させるようにした冷却構造も知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開平１１−１５８９１７号公報。 特開平１０−６８１４２号公報。

しかしながら、特許文献２記載の発明は、冷却ファンを逆転させると、エンジンに対して吹き付ける風が無くなり、冷却風量が減少するため、エンジン及びラジエータの放熱性が低下する。このため、建設機械が頻繁に走行したり、或いは作業機構が頻繁に駆動されてエンジンが過負荷状態にあるときに、一定の時間、冷却ファンが逆回転されると、エンジン冷却能力が低下し、オーバーヒートが起きてエンジン等にダメージを与える虞がある。

そこで、エンジンのオーバーヒートが生じないように考慮しながら冷却ファンの回転を反転できるようにするために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、エンジンと、該エンジンにより回転される油圧ポンプと、該油圧ポンプから供給される作動油の流れを駆動源として回転駆動する油圧モータと、該油圧モータの回転軸と一体に回転してエンジン冷却用の風を起こす冷却ファンと、前記作動油が流れる向きを正方向から負方向に切り換えて前記油圧モータの回転を逆転させるコントロールバルブと、前記コントロールバルブによる前記作動油の流れの方向の切り換えを、エンジン冷却用水の温度が設定温度以上のときには禁止する制御手段と、該油圧ポンプから供給される作動油により駆動される作業機構と、前記作業機構の操作が行えないようにロックする作業機構操作禁止ロック手段と、前記作業機構操作禁止ロック手段が前記ロックを行うための信号出力を、前記作動油の流れの方向が負方向に切り換えられたときに出力する制御手段、とを備えた建設機械の冷却装置に於いて、上記コントロールバルブの上記切り換え操作を、上記制御手段からの信号で動作するソレノイドを用いてなると共に、上記作業機構操作禁止ロック手段の上記切り換え制御を、上記制御手段からの信号で動作するソレノイドを用いてなり、更に、上記冷却装置内には、エンジンの駆動を制御する電子制御モジュールを前記制御手段とエンジン間に介在させて設けた建設機械の冷却装置を提供する。

この構成によれば、エンジンを冷却するための冷却用水の温度が、例えばオーバーヒートの危険性がある設定温度以上になっているとき、制御手段は、作動油の流れが正方向から負方向に切り換えられるのを禁止する。すなわち、作動油の流れが正方向から負方向に切り換えられることにより、冷却ファンが油圧モータと共に反転するのを禁止し、冷却ファンの反転によってエンジン冷却能力が低下するのを抑える。

本発明は、上記コントロールバルブの上記切り換え操作を、前記制御手段からの信号で動作するソレノイドを用いてなるので、制御手段からの信号でソレノイドを制御すると、このソレノイドがコントロールバルブを操作し、作動油の流れが正方向から負方向に切り換えられる。

本発明は、エンジンと、該エンジンにより回転される油圧ポンプと、該油圧ポンプから供給される作動油により駆動される作業機構と、該油圧ポンプから供給される作動油の流れを駆動源として回転駆動する油圧モータと、該油圧モータの回転軸と一体に回転してエンジン冷却用の風を起こす冷却ファンと、前記作動油が流れる向きを正方向から負方向に切り換えて前記油圧モータの回転を逆転させるコントロールバルブと、前記作業機構の操作が行えないようにロックする作業機構操作禁止ロック手段と、前記作業機構操作禁止ロック手段が前記ロックを行うための信号出力を、前記作動油の流れの方向が負方向に切り換えられたときに出力する制御手段、とを備えた建設機械の冷却装置であるので、冷却ファンの回転が反転し、これによってエンジンに対する冷却能力が低下することが予想されるとき、作業機構が操作されることを禁止し、エンジンに新たな負荷が加わるのを防止する。

本発明は、上記作業機構操作禁止ロック手段の上記切り換え制御を、上記制御手段からの信号で動作するソレノイドを用いてなる建設機械の冷却装置であるから、制御手段からの信号でソレノイドを制御すると、このソレノイドが作業機構操作禁止ロック手段を操作し、作業機構操作禁止ロック手段が前記作業機構の操作が行えないようにロックする。

請求項１記載の発明は、エンジン冷却用水の温度が、例えばオーバーヒートの危険性がある設定温度以上になっているときには、冷却ファンが反転することによってエンジンの冷却能力が低下するのを抑えるので、エンジンのオーバーヒートを防ぐことができる。

本発明は、制御手段からの信号出力でソレノイドを制御し、該ソレノイドでコントロールバルブを操作すると、作動油の流れを正方向から負方向に切り換えることができるので、上記効果に加えて、冷却ファンに於ける回転の反転切り換えを簡単に行うことができる。

本発明は、冷却ファンの回転が反転し、これによってエンジンに対する冷却能力が低下することが予想されるとき、新たに作業機構が操作されるのを禁止し、エンジンに新たな負荷が加わってオーバーヒートするのを防ぐことができる。

本発明は、制御手段からの信号でソレノイドを制御すると、このソレノイドが作業機構操作禁止ロック手段を操作し、前記作業機構の操作が行えないようにロックするので、上記効果に加えて、作業機構操作禁止ロック手段の操作を簡単に行うことができる。
さらに、本発明は、上記冷却装置内には、エンジンの駆動を制御する電子制御モジュールを前記制御手段とエンジン間に介在させて設けたから、エンジンの駆動状態を最適な状態に維持することができる。

以下、本発明に係る建設機械の冷却装置について、好適な実施例をあげて説明する。エンジンのオーバーヒートが生じないように考慮しながら冷却ファンの回転を反転できるようにするという目的を、エンジンを冷却するための冷却用水の温度が、例えばオーバーヒートの危険性がある設定温度以上になっているときには、制御手段の制御で、コントロールバルブによる作動油の流れの方向の切り換えを禁止するようにし、冷却ファンが反転することによってエンジン冷却能力が低下するのを抑えるようにして実現した。

図１は、本発明に係る建設機械の冷却装置を適用した油圧ショベルを示す。図１に於いて、油圧ショベル１０は、下部走行体１１と、この下部走行体１１上に旋回機構１２を介して旋回可能に取れ付けられている上部旋回体１３とを備えている。又、上部旋回体１３には、その前方一側部に運転室（キャブ）１４が設けられていると共に、前方中央部に土砂の掘削、その他の作業を行う作業機構１８が設けられている。更に、作業機構１８は、バケット１７を支持するブーム１５及びアーム１６と、これらを作動させる各種の油圧シリンダ、リンクロッド等からなるアクチュエータとから構成されている。

図２に、本発明に係る建設機械の冷却装置に於ける要部回路構成を示す。図２に於いて、冷却装置１９は、油圧ショベル１０の上部旋回体１３上に搭載されている。冷却装置１９には、装置全体の制御を行うプログラムが組み込れているマイクロコンピュータで構成された制御手段としての制御部２０と、原動機であるエンジン２１と、このエンジン２１の駆動を制御するＥＣＭ（電子制御モジュール）２２と、エンジン２１を駆動源として駆動される油圧ポンプ２３と、この油圧ポンプ２３から吐出される圧油（作動油）の流れを駆動源として回転する油圧モータ２４と、リレー２５等で構成されている。

又、制御部２０には、スロットルバルブ２６、ファンリバーススイッチ２７、エンジン２１の始動を行うキースイッチ２８、モニタ２９、リバースセンサ３０、コントロールバルブ３１のソレノイド３１ａ、モータ速度制御バルブ３２のソレノイド３２ａ、リレー２５のソレノイド２５ａ等が接続されている。

油圧モータ２４は出力軸２４ａを有し、この出力軸２４ａに冷却ファン３３が一体回転可能に取り付けられている。この油圧モータ２４と油圧ポンプ２３との間には、前記コントロールバルブ３１とモータ速度制御バルブ３２が配設されている。

前記コントロールバルブ３１は、制御部２０からの信号で駆動されるソレノイド３１ａの操作により、正転位置Ａと逆転位置Ｂとに切り換えできるようになっている。そして、コントロールバルブ３１が、図２中に示す正転位置Ａに切り換えられているとき、油圧ポンプ２３から吐出された作動油は油圧モータ２４内を正方向に流れ、該油圧モータ２４が正方向に回転する。反対に、逆転位置Ｂに切り換えられると、作動油は油圧モータ２４内を逆方向に流れ、該油圧モータ２４が負方向に回転する。

ファンリバーススイッチ２７は、油圧モータ２４の回転を正方向から負方向に切り換える信号を、外部から制御部２０に入力するスイッチである。このファンリバーススイッチ２７は、通常、オフ状態に保持されており、オペレータ等によって押下されるとオン状態に切り換わり、押下力が取り除かれると再びオフ状態に自動復帰するモーメンタリー式のスイッチである。従って、該ファンリバーススイッチ２７は、エンジン２１を再始動させたときには、常にオフの状態にあり、これにより油圧モータ２４及び後述する冷却ファン３３は常に正方向回転でスタートする設定になっている。

モータ速度制御バルブ３２は、制御部２０からの信号で駆動されるソレノイド３２ａの操作により、油圧モータ２４内を流れる作動油の流量を調節し、油圧モータ２４の回転速度及び冷却ファン３３の回転速度を制御する。

スロットルバルブ２６は、制御部２０の信号出力に従ってエンジン２１の出力を調節する。モニタ２９は、冷却装置１９の動作状態を外部表示する。

リレー２５は、ゲートスイッチ３５及びレバーロックソレノイド３６と共に作業機構操作禁止ロック手段３７を構成しているものである。この作業機構操作禁止ロック手段３７は、作業機構１８の操作が一時的に行えなくなるようにするためのもので、レバーロックソレノイド３６に電流が流されているときには作業機構１８の操作は自由に行え、レバーロックソレノイド３６の電流が断たれると、電流が断たれている間、作業機構１８の操作が行えなくなるというように、作業機構１８の操作が一時的にロックされる構造になっている。尚、ゲートスイッチ３５は、オペレータが作業機構１８を操作する操作レバー（不図示）に連動するスイッチであり、操作レバーが操作位置に動かされるとオフからオンに切り換わってレバーロックソレノイド３６が通電されて作業可能となり、非操作位置に再び戻されるとオンからオフに切り換わり、レバーロックソレノイド３６の通電が断たれてて作業禁止になる。

図３及び図４は、制御部２０が処理する制御動作を示し、図３がエンジン２１の冷却用水の温度ｔが設定温度Ｔ以上になると、コントロールバルブ３１による作動油の方向、すなわち油圧モータ２４の回転が逆方向に回転するのを禁止するファン反転禁止処理ルーチンで、キースイッチ２８がオンで制御回路用の電源が供給されると実行される。図４は、油圧モータ２４と共に冷却ファン３３の回転が反転し、これによってエンジン２１に対する冷却能力が低下することが予想されるときに、更に作業機構１８が操作されてエンジン２１に新たな負荷が加わり、これによってエンジン２１がオーバーヒートするのを防止する作業機構操作禁止ロック処理ルーチンで、キースイッチ２８がオンで制御回路用の電源が供給されると実行される。

先ず、図３のファン反転禁止処理ルーチンについて説明する。キースイッチ２８がオンで制御回路用の電源が供給されると、制御部２０の制御が開始され、システムの初期化を行う（ステップＳ１）。又、この初期化では、ファンリバーススイッチ２７がオフであるのに加えて、制御部２０による制御で自動正転制御が行われ、コントロールバルブ３１は正転位置Ａに初期配置される。従って、エンジン２１の初期始動及び再始動時、油圧モータ２４及び冷却ファン３３は、常に正方向回転を行う。

次に、ファンリバーススイッチ２７がオンになった時（ステップＳ２）、若しくは制御部２０による自動反転制御が有効になった時（ステップＳ３）、エンジン２１に設けられた冷却水温度センサからＥＣＭ２２を介して制御部２０に送られて来ている冷却水の温度値ｔがオーバーヒートの危険がある設定温度Ｔ以上になっているか否かを判定する(ステップＳ４)。

ここで、冷却水の温度値ｔが設定温度Ｔよりも低い場合（ｔ＜Ｔ）、制御部２０はファン反転切換時に於けるモータ駆動圧のサージ防止及びキヤビテーションを防止するために、切換時の油圧モータ２４及び冷却ファン３３の回転数を低速にすべく、エンジン２１の回転数をスロットルバルブ２６のエンジン出力調節に関係なく、予め設定されている最低速度の回転数ＮＬとなるように、ＥＣＭ２２に信号を出力する。これと同時に、モータ速度制御バルブ３２のソレノイド３２ａに油圧モータ２４及び冷却ファン３３の回転数が最低速になるように信号を出力する。これにより、エンジン２１の回転が最低の目標回転数ＮＬに切り換えられると同時に、油圧モータ２４及び冷却ファン３３の回転数が最低速の状態となる（ステップＳ５，Ｓ６）。

更に、制御部２０はエンジン２１の回転が最低の目標回転数ＮＬに切り換えられ、油圧モータ２４及び冷却ファン３３の回転数が最低速の状態となった後に、コントロールバルブ３１のソレノイド３１ａに切り換え信号を出力する（ステップＳ７）。切り換え信号を受けたソレノイド３１ａは、コントロールバルブ３１を図２に示す正転位置Ａから逆転位置Ｂに移動させる。これにより、油圧ポンプ２３から吐出されて油圧モータ２４の内部を流れる作動油の向きが反対方向に切り換わり、油圧ポンプ２４及び冷却ファン３３の回転を反転させる（ステップＳ８）。その結果、反転時に於けるエンジン２１のオーバーヒートと、油圧モータ２４の反転切換時に油圧モータ２４内に発生し易いモータ駆動圧のサージ及びキヤビテーションを防止することができる。

一方、ステップＳ４で冷却水の温度値ｔが設定温度Ｔ以上であると判定された場合（ｔ≧Ｔ）、制御部２０はコントロールバルブ３１のソレノイド３１ａに切り換え信号は出力せず、コントロールバルブ３１による、油圧モータ２４の内部を流れる作動油の方向切り換えを禁止する。これにより、冷却ファン３３も正方向の回転を続け、冷却ファン３３が反転することによってエンジン２１に対する冷却能力が低下するのを抑える。又、そのファン反転禁止態様になっている旨をモニタ２９に表示する（ステップＳ９）。

又、ステップＳ８及びステップＳ９からは、再びステップＳ２に戻り、同じ処理を繰り返す。

従って、このファン反転禁止処理ルーチンの場合では、エンジン２１を冷却するための冷却用水の温度ｔが、オーバーヒートの危険性がある設定温度Ｔ以上になっているとき、制御手段である制御部２０はコントロールバルブ３１による作動油の方向の切り換え、すなわち冷却ファン３３と共に一体に回転する油圧モータ２４の反転を禁止し、この冷却ファン３３が反転することによってエンジン２１に対して冷却能力が低下するのを抑えることができる。

又、ファンリバーススイッチ２７は、通常はオフ状態に保持されているモーメンタリー式のスイッチとして形成されていて、エンジン２１の再始動時には常に冷却ファン３３は正方向回転でスタートする設定にしてあるので、ファン反転時にエンジン２１を停止させたオペレータと別のオペレータがエンジン２１を再始動させた場合でも、冷却ファン３３の再始動時に於ける回転方向は常に正転方向となり、オペレータに故障等と勘違いを与えることもない。

次に、図４の作業機構操作禁止処理ルーチンについて説明する。キースイッチ２８がオンで制御回路用の電源が供給されると、制御部２０の制御が開始され、システムの初期化を行う（ステップＳ１１）。又、この初期化では、ファンリバーススイッチ２７がオフであるのに加えて、制御部２０による制御で自動正転制御が行われ、コントロールバルブ３１は正転位置Ａに初期配置される。従って、エンジン２１の初期始動及び再始動時、油圧モータ２４及び冷却ファン３３は、常に正方向回転を行う。

次に、ファンリバーススイッチ２７がオンになった時（ステップＳ１２）、若しくは制御部２０による自動反転制御が有効になった時（ステップＳ１３）、制御部２０はファン反転切換時に於けるモータ駆動圧のサージ防止及びキヤビテーションを防止するため、切換時の油圧モータ２４及び冷却ファン３３の回転数を低速にすべく、スロットルバルブ２６のエンジン出力調節に関係なく、予め設定されている最低速の回転数ＮＬにするように、ＥＣＭ２２に信号を出力する。これと同時に、モータ速度制御バルブ３２のソレノイド３２ａに油圧モータ２４及び冷却ファン３３の回転数が最低速になるように信号を出力する。これにより、エンジン２１の回転が最低の目標回転数ＮＬに切り換えられると同時に、油圧モータ２４及び冷却ファン３３の回転数が最低速の状態となる（ステップＳ１４，Ｓ１５）。

更に、制御部２０はエンジン２１の回転が最低の目標回転数ＮＬに切り換えられ、油圧モータ２４及び冷却ファン３３の回転数が最低速の状態となった後に、コントロールバルブ３１のソレノイド３１ａに切り換え信号を出力する（ステップＳ１６）。切り換え信号を受けたソレノイド３１ａは、コントロールバルブ３１を図２に示す正転位置Ａから反転位置Ｂに移動させる。これにより、油圧ポンプ２３から吐出されて油圧モータ２４の内部を流れる作動油の向きが反転し、冷却ファン３３の回転を反転させる（ステップＳ１７）。その結果、反転時に於けるエンジン２１のオーバーヒートと、油圧モータ２４及びファン反転切換時のサージ及びキヤビテーションを防止することができる。

一方、ファンリバーススイッチ２７がオンになった時（ステップＳ１２）、若しくは制御部２０による自動反転制御が有効になった時（ステップＳ１３）、制御部２０は、リレー２５に切り換え信号を出力し、リレー２５の可動接点２５ｂを接点２５ｃ側から接点２５ｄ側に切り換え、レバーロックソレノイド３６への電流を断つ（ステップＳ１８）。これにより、冷却ファン３３の回転が反転されているとき、作業機構１８の操作は禁止される。

又、ステップＳ１７及びステップＳ１８からは、再びステップＳ１２に戻り、同じ処理を繰り返す。

従って、この作業機構操作禁止処理ルーチンの場合では、冷却ファン３３の回転が反転し、これによってエンジン２１に対する冷却能力が低下することが予想されるとき、作業機構１８が操作されるのを禁止し、エンジン２１に新たな負荷が加わってオーバヒートするのを防ぐことができる。

尚、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。

本発明の冷却装置を適用した油圧ショベルの全体側面図。 本発明の一実施の形態に於ける冷却装置の要部構成回路図。 同上実施形態装置の制御部に於けるファン反転禁止処理ルーチンの一例を示すフローチャート。 同上実施形態装置の制御部に於ける作業機構操作禁止処理ルーチンの一例を示すフローチャート。

符号の説明

１８ 作業機構
１９ 冷却装置
２０ 制御部（制御手段）
２１ エンジン
２３ 油圧ポンプ
２４ 油圧モータ
２５ リレー
２６ スロットルバルブ
２７ ファンリバーススイッチ
３０ リバースセンサ
３１ コントロールバルブ
３１ａ ソレノイド
３２ モータ速度制御バルブ
３２ａ ソレノイド
３３ 冷却ファン
３５ ゲートスイッチ
３６ レバーロックソレノイド
３７ 作業機構操作禁止ロック手段

Claims (1)

1. エンジンと、
   該エンジンにより回転される油圧ポンプと、
   該油圧ポンプから供給される作動油の流れを駆動源として回転駆動する油圧モータと、
   該油圧モータの回転軸と一体に回転してエンジン冷却用の風を起こす冷却ファンと、
   前記作動油が流れる向きを正方向から負方向に切り換えて前記油圧モータの回転を逆転させるコントロールバルブと、
   前記コントロールバルブによる前記作動油の流れの方向の切り換えを、エンジン冷却用水の温度が設定温度以上のときには禁止する制御手段と、
   該油圧ポンプから供給される作動油により駆動される作業機構と、
   前記作業機構の操作が行えないようにロックする作業機構操作禁止ロック手段と、
   前記作業機構操作禁止ロック手段が前記ロックを行うための信号出力を、前記作動油の流れの方向が負方向に切り換えられたときに出力する制御手段、
   とを備えた建設機械の冷却装置に於いて、
   上記コントロールバルブの上記切り換え操作を、上記制御手段からの信号で動作するソレノイドを用いてなると共に、
   上記作業機構操作禁止ロック手段の上記切り換え制御を、上記制御手段からの信号で動作するソレノイドを用いてなり、
   更に、上記冷却装置内には、エンジンの駆動を制御する電子制御モジュールを前記制御手段とエンジン間に介在させて設けたことを特徴とする建設機械の冷却装置。

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