JP4285866B2 - 油圧駆動冷却ファン - Google Patents
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- F01P5/04—Pump-driving arrangements
- F01P5/043—Pump reversing arrangements
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブルドーザ、油圧ショベル、ホイールローダ等の建設機械の油圧駆動冷却ファンに係り、特に、可変容量型油圧ポンプにより冷却ファンの回転数を連続的に制御して冷却効率の向上を図った油圧駆動冷却ファンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
建設機械のエンジン及び油圧機器系統の冷却には、一般にエンジンによりベルト駆動される冷却ファンによって冷却風を得ているタイプのものが多い。しかし、このタイプの場合は、冷却ファンの回転数はエンジンの回転数に比例するので、エンジン始動直後などの、エンジン冷却水及び作動油等の温度が機械稼働に適した暖気温度に達していない時にも冷却風をラジエータ及びオイルクーラに送ることになり、よって冷却水、作動油が過冷却になったり、また暖気運転に余計な時間がかかったりしている。
【０００３】
この問題を解決する先行技術として、エンジン回転から独立して回転数制御される電動モータ又は油圧モータによって冷却ファンを駆動するタイプのものが考案されている。このタイプの冷却ファン駆動を適用した建設機械の冷却装置の先行技術としては、例えば特開平１０−６８１４２号公報に開示されたものがあり、図１３は同公報に記載された冷却装置の回路図を示している。
【０００４】
同図において、エンジン４１に対してラジエータ４２ａ及びオイルクーラ４２ｂを別置きで配置し、これらを冷却ファン４５によって冷却する。オイルクーラ４２ｂは、冷却ファン４５の逆転時に生ずる空気流にとってラジエータ４２ａよりも下流に設置されている。冷却ファン４５は、ファン駆動回路４６の電磁切換弁４７により制御された油圧モータ４８によって停止、正転又は逆転に駆動される。電磁切換弁４７は、外気温度センサ５１，冷却水温度センサ５２及び作動油温度センサ５３を有する制御装置５０により自動的に切り換えられる。制御装置５０は、エンジン始動時に、外気温度、冷却水温度及び作動油温度がともに設定温度よりも低い場合は、エンジンが始動しても冷却ファンの回転を停止したままの状態とし、冷却水温度が設定温度以上に上昇し、かつ作動油温度が設定温度より低い場合は、冷却ファン４５を逆転させることにより、ラジエータ４２ａを通過した温風でオイルクーラ４２ｂ内の作動油を暖めるとともに、ラジエータ４２ａなどに詰まったゴミを逆風により除去する。さらに、冷却水温度及び作動油温度がともに設定温度以上になった場合は、冷却ファンを正転させて、冷却水及び作動油をともに冷却するようにしている。
【０００５】
これにより、油圧機器の暖機運転時間の短縮化と、ラジエータ４２ａ及びオイルクーラ４２ｂに詰まったゴミの除去による冷却効率の向上とを図ることができると記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特開平１０−６８１４２号公報に開示された技術では、以下のような問題が生じている。
【０００７】
冷却水温度、作動油温度及び外気温度に応じて、冷却ファン４５の正転、停止及び逆転を制御しているが、これらがＯＮ−ＯＦＦ制御であるため、きめ細かな制御ができず、最適な冷却効率が得られていない。また、冷却ファン４５はエンジン４１の負荷に応じた制御が行われていないため、エンジン４１の負荷が変動すると冷却ファン４５の回転数も変動し、よって冷却水温度、作動油温度及び外気温度に応じた最適な効率での冷却ができないという問題がある。
【０００８】
本発明は上記従来の問題点に着目し、冷却水温度、作動油温度及びエンジン回転数に応じて冷却ファンの回転数を連続的に制御することにより最適な冷却効率が得られる油圧駆動冷却ファンの制御装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段及び作用効果】
上記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の制御装置の第１発明は、エンジンの冷却水を冷却するラジエータ、及び油圧装置の作動油を冷却するオイルクーラを冷却ファンにより強制冷却する冷却装置をエンジンから独立して設けた油圧駆動冷却ファンの制御装置において、冷却ファンと、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可能な可変容量型油圧ポンプと、冷却水温度を検出する冷却水温度センサと、作動油温度を検出する作動油温度センサと、エンジン回転数を検出するエンジン回転数センサと、これらのセンサの検出信号を入力し、冷却水温度、作動油温度及びエンジン回転数に応じて可変容量型油圧ポンプの吐出容量指令値を演算して出力し、可変容量型油圧ポンプにより冷却ファンの回転数を連続的に制御するコントローラとを備えた構成としている。そして、コントローラは、冷却水温度、作動油温度、エンジン回転数それぞれに対応する目標ファン回転数のデータを記憶し、検出された冷却水温度に対応する目標ファン回転数と検出された作動油温度に対応する目標ファン回転数とを比較して大きい方の回転数を選択し、該選択した回転数と検出されたエンジン回転数に対応する目標ファン回転数とを比較して小さい方の回転数に応じて冷却ファンの回転数を制御する。
【００１０】
第１発明によれば、冷却水温度、作動油温度及びエンジン回転数に応じて、可変容量型油圧ポンプにより冷却ファン回転数は連続的に制御されるので、エンジンの回転変動に影響されることなく、冷却ファン回転数は急激な変化を伴わないでスムーズに制御される。したがって、冷却水温度及び作動油温度をきめ細かく制御できるので、最適な冷却効率を得ることができる。
【００１１】
特に、冷却水温度又は作動油温度のいずれか大きい方に対応する目標ファン回転数と、エンジン回転数に対応する目標ファン回転数とを比較して、小さい方の回転数に応じて冷却ファンの回転数を制御するので、冷却水温度及び作動油温度を同時に所定値以下に制御することができると共に、エンジン回転数が所定回転数以上のときに過冷却にならないような必要充分な回転数に、エンジン回転数の変動に対しても急激な回転数変化を伴わないで連続的にスムーズに制御できる。
【００１２】
第２発明は、第１発明の構成において、コントローラは、所定のエンジン回転数以上のときに、エンジン回転数の変化にかかわらず冷却ファン回転数の上限を所定回転数に制御する構成としている。
【００１３】
第２発明によれば、冷却ファン回転数の上限は、所定のエンジン回転数以上のときに、エンジン回転数の変化にかかわらず所定回転数に制御される。したがって、エンジン負荷が大きくなりエンジン回転数が低下しても、冷却ファンの回転数は略一定であるので冷却能力は低下せず、またエンジン負荷が小さくなりエンジン回転数が上昇しても、冷却ファンの回転数は略一定なので、過冷却もなく不必要なエネルギの消費がなく、この結果効率的な冷却が可能となる。
【００１４】
さらにまた、一般的に冷却ファンはある回転数域より回転数が大きくなると、急激に発生音が大きくなる一方で、ファン駆動エネルギの増大に見合う冷却能力の増加が見られなくなる。第２発明の構成によると、そのような過剰な高速でのファン回転を避けることができるので、冷却ファンの騒音低減及びファン駆動エネルギの観点からの効率的な冷却が可能である。また、冷却ファンの破損防止にも役立つ。
【００１５】
第３発明は、第２発明の構成において、前記冷却ファン回転数の上限は、冷却水温度及び作動油温度に応じて設定されるものである。
【００１６】
第３発明によれば、冷却ファン回転数の上限は、冷却水温度及び作動油温度に応じて設定されるので、冷却ファンはエンジン回転数の変化にかかわらず、冷却水温度及び作動油温度に基づいて略一定の回転数で駆動される。したがって、冷却不足になったり、過冷却になったりせず、効率的な冷却が可能となる。
【００１７】
第４発明は、第１発明の構成において、コントローラは、冷却水温度及び作動油温度が所定低温度以下の時に、冷却ファン回転数を所定低速回転数に制御する構成としている。
【００１８】
第４発明によれば、冷却ファン回転数は、冷却水温度及び作動油温度が所定低温度以下の時、冷却能力の無い程度の所定低速回転数に制御されるので、低温度時においては作動油が常にごく少量オイルクーラに循環されるため、作動油の温度の過冷却を防止できる。また、冷却ファン用ポンプが少量の作動油を吐出し循環させるため、このポンプのオーバヒートや焼付きを防止することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に、実施形態について図面を参照して詳細に説明する。先ず、本発明が適用される建設機械例としてブルドーザ１の概略を図１１により説明する。図１はブルドーザ１の側面図であり、図２は同ブルドーザ１の冷却ファン近傍の上面図である。
【００２０】
図１に示すように、ブルドーザ１は下部に走行自在な下部走行体２を備え、下部走行体２の上部には車体３を備えている。車体３の前部に設けられたエンジンルームにはエンジン４及び後述するようにラジエータ１２及び冷却ファン１３等を含む冷却装置１０が搭載されており、車体３の中央後部寄りには運転室６が配設されている。また、車体３の前方及び後方には作業機として、ブレード７及びリッパー８がそれぞれ装着され、それぞれ油圧シリンダ７ａ，８ａ等により上下動自在となっている。また、これらの油圧シリンダ７ａ，８ａ等は図示しない油圧装置からの圧油によって駆動されている。
【００２１】
図２に詳細に示すように、冷却装置１０は、エンジン４の前方に配置され、エンジン４の冷却水を冷却するラジエータ１１と、前記図示しない油圧装置の作動油を冷却するオイルクーラ１２と、エンジン４の回転から独立して駆動され、これらのラジエータ１１及びオイルクーラ１２に冷却風を送る冷却ファン１３とを有している。
【００２２】
次に、冷却ファン１３の駆動システムについて、図３により説明する。図３は冷却ファン制御装置の回路図である。
【００２３】
図３に示すように、エンジン４は可変容量型の油圧ポンプ１４，３１を駆動している。油圧ポンプ１４から吐出された圧油は管路１４ａを経由して電磁切換弁１５の入力ポートに流入し、電磁切換弁１５により固定容量型の油圧モータ１６に供給される。油圧モータ１６の出力回転軸には、冷却ファン１３が回転自在に取着されている。油圧モータ１６からの戻り油は、電磁切換弁１５、管路１５ａ及び管路３２ａを経由してオイルクーラ１２に入り、オイルクーラ１２で冷却されて管路１２ａを通って作動油タンク１７へ戻る循環回路を形成している。また、管路１４ａと管路１５ａの間には、油圧ポンプ１４及び油圧モータ１６の停止時に慣性で回転する油圧モータ１６の油を循環させるチェック弁１８が接続されている。
【００２４】
作動油タンク１７には作動油の温度を検出する作動油温度センサ２２が設けられており、その検出温度信号はコントローラ２０に入力されている。油圧ポンプ１４は、サーボ弁１４ｂの作動により出力容量が制御されて吐出量を変化させる。この可変吐出量により、冷却ファン１３の回転数が制御されている。電磁比例弁１４ｃは、後述する作業機回路の減圧弁３５からのコントロール圧ｐ１を受け、コントローラ２０からの指令電流値Ｉ１に応じたパイロット圧をサーボ弁１４ｂに出力し、サーボ弁１４ｂはこのパイロット圧に基づいて油圧ポンプ１４の傾転角を制御するようになっている。
【００２５】
電磁切換弁１５は２位置弁で、コントローラ２０からの電流指令信号Ｉ２によりＡ位置、Ｂ位置に切り換わって出力流量及びその方向を制御し、油圧モータ１６即ち冷却ファン１３を正転及び逆転に制御している。
【００２６】
図１に示した作業機（ここでは代表としてブレード７とする）用として、エンジン４により可変容量型の油圧ポンプ３１が駆動されている。油圧ポンプ３１から吐出された圧油は管路３１ａを経由してコントロールバルブ３２に流入し、コントロールバルブ３２の作動により油圧シリンダ７ａに供給されている。油圧シリンダ７ａの伸縮により、ブレード７の上下動が駆動されている。油圧シリンダ７ａからの戻り油は、コントロールバルブ３２及び管路３２ａを経由してオイルクーラ１２に入り、オイルクーラ１２で冷却されて、管路１２ａを通って作動油タンク１７へ戻る循環回路を形成している。
【００２７】
パイロット圧操作弁３３は、管路３１ａから分岐して設けられた減圧弁３５からのコントロール圧ｐ１を受け、操作レバー３４の操作量に応じたパイロット圧ｐ２を出力する。コントロールバルブ３２は、このパイロット圧操作弁３３からのパイロット圧ｐ２に応じた量の吐出油を油圧シリンダ７ａに供給するようになっている。
【００２８】
油圧ポンプ３１は、サーボ弁３１ｂの作動により吐出量が制御され、この可変吐出量により油圧シリンダ７ａの速度を制御している。
【００２９】
ロードセンシング弁（ＬＳ弁）３１ｃは、コントロールバルブ３２からの負荷圧ｐ３と減圧弁３５からのコントロール圧ｐ１とを受けてサーボ弁３１ｂにパイロット圧を出力し、サーボ弁３１ｂはこのパイロット圧に基づいて油圧ポンプ３１の傾転角を制御するようになっている。
【００３０】
エンジン４の水ポンプ４ａから出た冷却水は、管路４ｂを通ってラジエータ１１に入り、ラジエータ１１で冷却され、管路１１ａを通ってエンジン４のウォータジャケット４ｃへ戻る循環回路を形成している。
【００３１】
エンジン４には回転数を検出するエンジン回転数センサ２３が、またラジエータ１１の入口管路４ｂにはエンジン冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ２１が設けられており、それぞれのセンサの検出信号はコントローラ２０に入力されている。
【００３２】
操作パネル２４には、冷却ファン１３の上限回転数の設定値を切換える制限スイッチ２５、及び電磁切換弁１５を切り換える切換スイッチ２６が設けられており、それぞれのスイッチ信号はコントローラ２０に入力されている。
【００３３】
コントローラ２０はマイクロコンピュータや数値演算プロセッサ等の演算処理装置を主体にして構成されており、制御データ等を記憶する記憶部２０ａを有している。コントローラ２０は、上記の冷却水温度センサ２１、作動油温度センサ２２及びエンジン回転数センサ２３で検出されたそれぞれの信号、及び制限スイッチ２５のＯＮ−ＯＦＦ信号に基づいて後述するような所定の演算処理を行って、冷却ファン１３の回転数を指令する指令電流値Ｉを求め、この指令電流値Ｉを電磁比例弁１４ｃに出力するようになっている。また、コントローラ２０は、切換スイッチ２６の正転、逆転の切換信号に基づいて電磁切換弁１５にそれぞれの切換信号Ｉ２を出力している。
【００３４】
次に、コントローラ２０について図４〜９に基づいて説明する。
【００３５】
記憶部２０ａには、例えば図４乃至図８に示すような、各種の検出値や設定値に対する目標ファン回転数がデータ（グラフ）で記憶されている。なお、これらのデータ（グラフ）は予め、実験等に基づき作成され、入力されている。
【００３６】
図４は冷却水温度Ｔwと目標ファン回転数Ｎw、図５は作動油温度Ｔoと目標ファン回転数Ｎo、図６はエンジン回転数Ｅと上限目標ファン回転数Ｎe、のそれぞれの関係図の一例を示している。図７は制限スイッチがオン又はオフ時の目標ファン回転数Ｎp の一例を、図８は冷却水温度Ｔw 及び作動油温度Ｔoが所定低温度Ｔc 以下の時の目標ファン回転数Ｎc の一例をそれぞれ示している。また、図９は目標ポンプ容量Ｄpと電磁比例弁１４ｃへの指令電流値Ｉとの関係図の一例である。これらの各データは、テーブルデータ又は所定の関係式として記憶されている。
【００３７】
次に、図１０に示すコントローラ２０の制御フローチャート例に基づいて、制御手順を説明する。
（１）Ｓ１で、冷却水温度センサ２１から入力された冷却水温度Ｔw に応じた目標ファン回転数Ｎw が、例えば図４に示すようなテーブル等に基づいて求められる。
（２）またＳ２で、作動油温度センサ２２から入力された作動油温度Ｔo に応じた目標ファン回転数Ｎo が、例えば図５に示すようなテーブル等に基づいて求められる。
（３）次にＳ３で、前記求めた目標ファン回転数Ｎw と目標ファン回転数Ｎo が比較され、大きい方の回転数が選択される。
（４）この後Ｓ４において、エンジン回転センサ２３から入力されたエンジン回転数Ｅに応じた目標ファン回転数Ｎeが、例えば図６に示すようなテーブル等に基づいて求められる。
（５）次にＳ５において、Ｓ３で求めた目標ファン回転数Ｎw と目標ファン回転数Ｎo との大きい方とＳ４で求めた目標ファン回転数Ｎeとが比較され、小さい方の回転数が選択される。
（６）この後Ｓ６で、制限スイッチ２５のオン信号又はオフ信号に応じた目標ファン回転数Ｎp が、例えば図７に示すようなテーブル等に基づいて求められる。
（７）次にＳ７において、Ｓ５で選択された回転数とＳ６で求めた目標ファン回転数Ｎp とが比較され、小さい方の回転数が選択される。
（８）さらに、この後Ｓ８で、例えば図８に示すようなテーブルに基づいて制御対象温度（冷却水温度Ｔw 又は作動油温度Ｔoのいずれか大きい方）が所定低温度Ｔc 以下の場合に対する目標ファン回転数Ｎc が求められる。
（９）次にＳ９において、Ｓ７で求めた小さい方の回転数とＳ８で求めた目標ファン回転数Ｎc とが比較され、大きい方が最終の目標ファン回転数Ｎとして選択される。
（１０）次にＳ１０において、Ｓ９で選択した目標ファン回転数Ｎに対する目標ポンプ容量Ｄｐ（cc/rev）が目標ファン回転数Ｎ（rpm)とその時のエンジン回転数Ｅ（rpm)とに基づいて次式１により算出される。
Ｄｐ＝Ｎ×Ｄｍ／（Ｅ×ρ） ・・・・（式１）
但し、Ｄｍ（cc/rev）は油圧モータ１６の固定容量、またρはエンジン４と油圧ポンプ１４の間の減速比である。
（１１）この後Ｓ１１において、Ｓ１０で求めた目標ポンプ容量Ｄｐに対応した電磁比例弁１４ｃへの指令電流値Ｉ１が例えば図９に示すようなテーブルに基づいて求められる。
（１２）そしてＳ１２において、Ｓ１１で求めた指令電流値Ｉ１をコントローラ２０から電磁比例弁１４ｃに出力する。
【００３８】
これにより、冷却ファン回転数Ｎは冷却水温度Ｔw、作動油温度Ｔo 、エンジン回転数Ｅ及び制限スイッチ２５の状態に応じて各目標ファン回転数Ｎw ，Ｎo，Ｎe ，Ｎp ，Ｎc のいずれかの回転数に制御される。
【００３９】
また、コントローラ２０は、切換スイッチ２６の正転及び逆転の切換信号に基づいて電流指令Ｉ２を電磁切換弁１５に出力し、冷却ファン１３をそれぞれ正転及び逆転に制御している。
【００４０】
次に、作用及び効果について、図４乃至図８を参照して、図１０乃至図１２により説明する。図１１は冷却水温度Ｔwに対するエンジン回転数Ｅとファン回転数Ｎとの関係図である。図１２は作業機の負荷状態に対応する冷却ファン回転数を示す図であり、同図ではブレード７による土工作業（いわゆるドージング作業）時を例にとってファン回転数Ｎを示している。
（１）図１０において、Ｓ３では冷却水温度Ｔw 又は作動油温度Ｔo のいずれか大きい方を制御対象温度として選択しているので、冷却水温度Ｔw 及び作動油温度Ｔo が共に所定値以下の温度になるような冷却ファン１３の目標回転数が設定される。これにより、冷却ファン１３の回転数制御によって冷却水温度Ｔw 及び作動油温度Ｔo を同時に所定値以下に制御することができる。
（２）図４に示すように、冷却水温度Ｔw に対する目標ファン回転数Ｎw は所定の水温制御範囲（本例では、最低温度８０度〜最高温度１００度まで）において、０〜最大回転数Ｎmaxまで略線形に増加して設定されており、また図５に示すように、作動油温度Ｔo に対する目標ファン回転数Ｎo は所定の油温制御範囲（本例では、最低温度８０度〜最高温度１１０度まで）において、０〜最大回転数Ｎmax まで略線形に増加して設定されている。一方、図６に示すように、エンジン回転数Ｅに対する目標ファン回転数Ｎe は、所定回転数（本例では、１５００rpm ）までは最大回転数Ｎmax に向けて略線形に増加し、所定回転数以上では最大回転数Ｎmax に制限されている。
【００４１】
このとき、制限スイッチ２５がオフで、かつ冷却水温度Ｔw 及び作動油温度Ｔo がそれぞれ所定の水温制御範囲及び油温制御範囲内の値のとき（通常稼働状態）に、Ｓ３にて選択された目標ファン回転数Ｎw 又は目標ファン回転数Ｎo の大きい方は、所定エンジン回転数以上になると、エンジン回転数Ｅから求まる目標ファン回転数Ｎe よりも小さい値となるので、Ｓ５において選択され、また制限スイッチ２５がオフ時に対応する目標ファン回転数Ｎp （本例では、図７に示すように９８８rpm ）よりも小さい値に設定されているので、Ｓ７で選択される。さらに、制御対象温度（冷却水温度Ｔw 又は作動油温度Ｔo のいずれか大きい方）が所定低温度Ｔc （本例では、８０度）以下である場合に対する目標ファン回転数Ｎc （本例では、図８に示すように１０rpm ）よりも大きいので、Ｓ９では最終の目標ファン回転数Ｎとして選択される。したがって、所定エンジン回転数以上のときの目標ファン回転数Ｎの上限値は、図１１に示すような冷却水温度Ｔw に応じた目標ファン回転数Ｎw 、あるいは図１１と同様に作動油温度Ｔo に応じた目標ファン回転数Ｎo にそれぞれ設定され、制御される。なお、所定エンジン回転数以下のときは、エンジン回転数Ｅから求まる目標ファン回転数Ｎe
の方がＳ３にて選択された目標ファン回転数Ｎw 又は目標ファン回転数Ｎo の大きい方よりも小さいので、目標ファン回転数Ｎe （エンジン回転数Ｅに略比例する）が設定される。
【００４２】
また、図６に示すように、冷却ファン１３にはエンジン回転数Ｅに対して上限目標ファン回転数Ｎe が予め設定されている。そして、冷却水温度Ｔw 及び作動油温度Ｔo が徐々に上昇して、Ｓ３にて選択された目標ファン回転数Ｎw 又は目標ファン回転数Ｎo が最大目標回転数（本例では、９８８rpm ）になっても、所定のエンジン回転数Ｅｓ以上ではこの最大目標回転数よりも前記上限目標ファン回転数Ｎe が小さくなるように設定されている。したがって、冷却水温度Ｔw 又は作動油温度Ｔo が所定の最高温度に達し、かつエンジンが所定の回転数Ｅｓ（本例では、Ｅｓ＝１５００rpm ）以上になったときには、Ｓ５では上限目標ファン回転数Ｎe が選択される。また、この上限目標ファン回転数Ｎe は、制限スイッチ２５がオフ時に対応する前記目標ファン回転数Ｎp よりも小さい値に設定されているので、Ｓ７で選択され、さらに所定低温度Ｔc 以下である場合に対する目標ファン回転数Ｎc よりも大きいので、Ｓ９では最終の目標ファン回転数Ｎとして選択される。
【００４３】
これにより、冷却水温度Ｔw 又は作動油温度Ｔo が所定の最高温度に達し、かつエンジンが所定のエンジン回転数Ｅｓ以上のときには、目標ファン回転数Ｎは上限目標ファン回転数Ｎe に設定され、制御される。
【００４４】
即ち、冷却水温度Ｔw をパラメータにすると、冷却水温度Ｔw 又は作動油温度Ｔo が所定の最高温度に達するまでは、目標ファン回転数Ｎは図１１に示すように、冷却水温度Ｔw 又は作動油温度Ｔo に応じた目標ファン回転数に制限され、冷却水温度Ｔw 又は作動油温度Ｔo が所定の最高温度に達したら、所定のエンジン回転数Ｅｓ以上では上限目標ファン回転数Ｎe に制限される。作動油温度Ｔoをパラメータにしても、ファン回転数Ｎは同様に制限される。
【００４５】
したがって、ファン回転数Ｎは、過冷却にならないような必要充分な回転数に、エンジン回転数Ｅの変動に対しても急激な回転数変化を伴わないで連続的にスムーズに制御される。したがって、冷却水温度及び作動油温度をきめ細かく制御できるので、最適な冷却効率を得ることができる。
（３）またファン回転数Ｎは、エンジン回転数Ｅの変化にかかわらず、冷却水温度Ｔw 及び作動油温度Ｔo に応じて所定の目標回転数以下に制御されるので、エンジン負荷が大きくなりエンジン回転数Ｅが低下しても、またエンジン負荷が小さくなりエンジン回転数Ｅが上昇しても、ファン回転数Ｎはほぼ一定に制御される。これにより、図１２に示すように、例えばブレード７による土木作業（いわゆるドージング作業）と車両後進とを組み合わせた作業時でも、ファン回転数Ｎは略一定に制御される。したがって、冷却能力の低下や、過冷却による不必要なエネルギの消費がなく、効率的な冷却が可能となる。また、過剰な高速でのファン回転が無いように抑制されるので、冷却ファン１３の騒音低減ができると共に、ファン駆動エネルギの増大に見合う冷却能力の増加が得られるような効率的な冷却が可能である。さらに、冷却ファン１６の破損防止を図ることができる。
【００４６】
さらにまた、冷却ファン１３を必要充分な回転数以上に回さないので、エンジン負荷を軽減して、作業機による作業に必要なエンジン出力に余裕を持たせることができる。この結果、従来に比して、高負荷での作業時に作業性を向上できる。
（４）図４，５に示すように、冷却水温度Ｔw 及び作動油温度Ｔo が所定低温度Ｔc （本例では８０度）以下の時は、目標ファン回転数Ｎw 及び目標ファン回転数Ｎo が０rpm に設定されているので、図１０のＳ５，７においては目標ファン回転数Ｎw 及び目標ファン回転数Ｎo が選択され、よってＳ９においては目標ファン回転数Ｎc が選択され、ファン回転数Ｎはこの冷却能力の無い程度の低回転の目標ファン回転数Ｎc に制御される。従って、所定温度Ｔc 以下の時においては、作動油が停止されることなく常にごく少量オイルクーラ１２に循環されるため、作動油の温度の過冷却を防止できる。また、このとき冷却ファン１３用の油圧ポンプ１４は少量の油を吐出して循環させるため、油圧ポンプ１４のオーバヒート及び焼付きを防止することができる。
（５）また制限スイッチ２５がオンの場合は、図７に示すようにオンに対応した目標ファン回転数Ｎp （同図では、６９２rpm ）が設定される。これにより、エンジン回転数Ｅが上昇し、この回転数Ｅに対する上限目標ファン回転数Ｎe 、目標ファン回転数Ｎw 及び目標ファン回転数Ｎo が目標ファン回転数Ｎp を超えたら、図１０のＳ７，９において目標ファン回転数Ｎp が選択されるので、ファン回転数Ｎの上限が目標ファン回転数Ｎp に制限され制御される。従って、市街地などで稼働する場合には、制限スイッチ２５を操作して冷却ファン１３の上限回転数を臨機応変に下げることにより騒音を低減し、騒音規制に容易に対応することができる。例えば、目標ファン回転数Ｎp を最大回転数Ｎmax の７０％に設定し、このときの騒音が規制値をクリアするように設定することができる。また、制限スイッチ２５により冷却ファン１３の駆動出力を制限できるので、エンジンの必要負荷に応じてエンジン出力を車体及び作業機に有効に活用することもできる。
（６）また切換スイッチ２６を逆転位置に操作することにより、冷却ファン１３を逆転できるので、ラジエータ１１及びオイルクーラ１２に詰まったゴミ等を排出することができ、よって清掃が容易となり、また冷却能力を一定に保つことができる。
【００４７】
なお、上記実施形態では、冷却ファン１６の回転数制御は、油圧モータ１６を駆動する可変容量型油圧ポンプ１４の吐出量を制御することにより行われているが、本発明はこれに限定されず、例えば定容量型油圧ポンプと可変容量型油圧モータとを用いて可変容量型油圧モータの容量を制御するようにしてよい。
【００４８】
以上説明したように、本発明による油圧駆動冷却ファンによれば、エンジンに負荷変動があって回転数が変動しても、冷却ファンは冷却水温度及び作動油温度に応じて一定の回転数に制御されるので、冷却能力の低下や、不必要なエネルギの消費がなく、効率的な冷却が可能である。また、冷却水温度、作動油温度に応じて冷却ファン回転数が連続的にスムーズに所定値以下に制御されるので、従来に比して回転数の変動が小さくきめ細かに制御されて最適な冷却効率が得られ、さらにエンジン出力に余裕を持たせることが可能となり、エンジン出力を車体及び作業機に有効に活用することができる。さらに、低温度時には、冷却ファンは冷却能力の小さい低速回転数に制御されるので、ラジエータシャッター等の高価な機器を使用することなく、冷却水及び作動油の過冷却を防止できる。
【００４９】
また、冷却ファンの上限目標回転数を作業現場の要求度に適合させて臨機応変に下げることができるので、騒音を低減し、騒音規制に容易に対応できる。さらにまた、回転方向切換スイッチにより冷却ファンを逆転させることができるので、高価なリバーシブルファンを使用することなく、ラジエータ及びオイルクーラに詰まったゴミ等を容易に排出して冷却能力を保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される建設機械例のブルドーザの側面図である。
【図２】同ブルドーザの冷却ファン近傍の上面図である。
【図３】同、油圧駆動冷却ファン制御装置の回路図である。
【図４】同、冷却水温度と目標ファン回転数との関係図である。
【図５】同、作動油温度と目標ファン回転数との関係図である。
【図６】同、エンジン回転数と上限目標ファン回転数との関係図である。
【図７】同、制限スイッチオン、オフ時の目標ファン回転数Ｎp の一例を示す。
【図８】同、冷却水温度及び作動油温度が所定低温度以下の時の目標ファン回転数の一例を示す。
【図９】同、目標ポンプ容量と電磁比例弁への電流値との関係図である。
【図１０】同、制御フローチャート例を示す。
【図１１】同、冷却水温度に対するエンジン回転数とファン回転数との関係図である。
【図１２】同、作業機の負荷状態に対応する冷却ファン回転数を示す。
【図１３】従来技術に係る冷却装置の回路図である。
【符号の説明】
１…ブルドーザ、２…下部走行体、３…車体、４…エンジン、５…冷却装置、６…運転室６、７…ブレード、８…リッパー、７ａ，８ａ…油圧シリンダ、１１…ラジエータ、１２…オイルクーラ、１３…冷却ファン、１４…油圧ポンプ、１４ｂ…サーボ弁、１４ｃ…電磁比例弁、１５…電磁切換弁、１６…油圧モータ、１７…作動油タンク、１８…チェック弁、２０…コントローラ、２０ａ…入力部、２０ｂ…記憶部、２０ｃ…演算部、２０ｄ…出力部、２１…冷却水温度センサ、２２…作動油温度センサ、２３…エンジン回転数センサ、２４…操作パネル、２５…制限スイッチ、２６…切換スイッチ、３１…油圧ポンプ、３１ｂ…サーボ弁、３１ｃ…ＬＳ弁、３２…コントロールバルブ、３３…パイロット圧操作弁、３４…操作レバー、３５…減圧弁３５。
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブルドーザ、油圧ショベル、ホイールローダ等の建設機械の油圧駆動冷却ファンに係り、特に、可変容量型油圧ポンプにより冷却ファンの回転数を連続的に制御して冷却効率の向上を図った油圧駆動冷却ファンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
建設機械のエンジン及び油圧機器系統の冷却には、一般にエンジンによりベルト駆動される冷却ファンによって冷却風を得ているタイプのものが多い。しかし、このタイプの場合は、冷却ファンの回転数はエンジンの回転数に比例するので、エンジン始動直後などの、エンジン冷却水及び作動油等の温度が機械稼働に適した暖気温度に達していない時にも冷却風をラジエータ及びオイルクーラに送ることになり、よって冷却水、作動油が過冷却になったり、また暖気運転に余計な時間がかかったりしている。
【０００３】
この問題を解決する先行技術として、エンジン回転から独立して回転数制御される電動モータ又は油圧モータによって冷却ファンを駆動するタイプのものが考案されている。このタイプの冷却ファン駆動を適用した建設機械の冷却装置の先行技術としては、例えば特開平１０−６８１４２号公報に開示されたものがあり、図１３は同公報に記載された冷却装置の回路図を示している。
【０００４】
同図において、エンジン４１に対してラジエータ４２ａ及びオイルクーラ４２ｂを別置きで配置し、これらを冷却ファン４５によって冷却する。オイルクーラ４２ｂは、冷却ファン４５の逆転時に生ずる空気流にとってラジエータ４２ａよりも下流に設置されている。冷却ファン４５は、ファン駆動回路４６の電磁切換弁４７により制御された油圧モータ４８によって停止、正転又は逆転に駆動される。電磁切換弁４７は、外気温度センサ５１，冷却水温度センサ５２及び作動油温度センサ５３を有する制御装置５０により自動的に切り換えられる。制御装置５０は、エンジン始動時に、外気温度、冷却水温度及び作動油温度がともに設定温度よりも低い場合は、エンジンが始動しても冷却ファンの回転を停止したままの状態とし、冷却水温度が設定温度以上に上昇し、かつ作動油温度が設定温度より低い場合は、冷却ファン４５を逆転させることにより、ラジエータ４２ａを通過した温風でオイルクーラ４２ｂ内の作動油を暖めるとともに、ラジエータ４２ａなどに詰まったゴミを逆風により除去する。さらに、冷却水温度及び作動油温度がともに設定温度以上になった場合は、冷却ファンを正転させて、冷却水及び作動油をともに冷却するようにしている。
【０００５】
これにより、油圧機器の暖機運転時間の短縮化と、ラジエータ４２ａ及びオイルクーラ４２ｂに詰まったゴミの除去による冷却効率の向上とを図ることができると記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特開平１０−６８１４２号公報に開示された技術では、以下のような問題が生じている。
【０００７】
冷却水温度、作動油温度及び外気温度に応じて、冷却ファン４５の正転、停止及び逆転を制御しているが、これらがＯＮ−ＯＦＦ制御であるため、きめ細かな制御ができず、最適な冷却効率が得られていない。また、冷却ファン４５はエンジン４１の負荷に応じた制御が行われていないため、エンジン４１の負荷が変動すると冷却ファン４５の回転数も変動し、よって冷却水温度、作動油温度及び外気温度に応じた最適な効率での冷却ができないという問題がある。
【０００８】
本発明は上記従来の問題点に着目し、冷却水温度、作動油温度及びエンジン回転数に応じて冷却ファンの回転数を連続的に制御することにより最適な冷却効率が得られる油圧駆動冷却ファンの制御装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段及び作用効果】
上記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の制御装置の第１発明は、エンジンの冷却水を冷却するラジエータ、及び油圧装置の作動油を冷却するオイルクーラを冷却ファンにより強制冷却する冷却装置をエンジンから独立して設けた油圧駆動冷却ファンの制御装置において、冷却ファンと、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可能な可変容量型油圧ポンプと、冷却水温度を検出する冷却水温度センサと、作動油温度を検出する作動油温度センサと、エンジン回転数を検出するエンジン回転数センサと、これらのセンサの検出信号を入力し、冷却水温度、作動油温度及びエンジン回転数に応じて可変容量型油圧ポンプの吐出容量指令値を演算して出力し、可変容量型油圧ポンプにより冷却ファンの回転数を連続的に制御するコントローラとを備えた構成としている。そして、コントローラは、冷却水温度、作動油温度、エンジン回転数それぞれに対応する目標ファン回転数のデータを記憶し、検出された冷却水温度に対応する目標ファン回転数と検出された作動油温度に対応する目標ファン回転数とを比較して大きい方の回転数を選択し、該選択した回転数と検出されたエンジン回転数に対応する目標ファン回転数とを比較して小さい方の回転数に応じて冷却ファンの回転数を制御する。
【００１０】
第１発明によれば、冷却水温度、作動油温度及びエンジン回転数に応じて、可変容量型油圧ポンプにより冷却ファン回転数は連続的に制御されるので、エンジンの回転変動に影響されることなく、冷却ファン回転数は急激な変化を伴わないでスムーズに制御される。したがって、冷却水温度及び作動油温度をきめ細かく制御できるので、最適な冷却効率を得ることができる。
【００１１】
特に、冷却水温度又は作動油温度のいずれか大きい方に対応する目標ファン回転数と、エンジン回転数に対応する目標ファン回転数とを比較して、小さい方の回転数に応じて冷却ファンの回転数を制御するので、冷却水温度及び作動油温度を同時に所定値以下に制御することができると共に、エンジン回転数が所定回転数以上のときに過冷却にならないような必要充分な回転数に、エンジン回転数の変動に対しても急激な回転数変化を伴わないで連続的にスムーズに制御できる。
【００１２】
第２発明は、第１発明の構成において、コントローラは、所定のエンジン回転数以上のときに、エンジン回転数の変化にかかわらず冷却ファン回転数の上限を所定回転数に制御する構成としている。
【００１３】
第２発明によれば、冷却ファン回転数の上限は、所定のエンジン回転数以上のときに、エンジン回転数の変化にかかわらず所定回転数に制御される。したがって、エンジン負荷が大きくなりエンジン回転数が低下しても、冷却ファンの回転数は略一定であるので冷却能力は低下せず、またエンジン負荷が小さくなりエンジン回転数が上昇しても、冷却ファンの回転数は略一定なので、過冷却もなく不必要なエネルギの消費がなく、この結果効率的な冷却が可能となる。
【００１４】
さらにまた、一般的に冷却ファンはある回転数域より回転数が大きくなると、急激に発生音が大きくなる一方で、ファン駆動エネルギの増大に見合う冷却能力の増加が見られなくなる。第２発明の構成によると、そのような過剰な高速でのファン回転を避けることができるので、冷却ファンの騒音低減及びファン駆動エネルギの観点からの効率的な冷却が可能である。また、冷却ファンの破損防止にも役立つ。
【００１５】
第３発明は、第２発明の構成において、前記冷却ファン回転数の上限は、冷却水温度及び作動油温度に応じて設定されるものである。
【００１６】
第３発明によれば、冷却ファン回転数の上限は、冷却水温度及び作動油温度に応じて設定されるので、冷却ファンはエンジン回転数の変化にかかわらず、冷却水温度及び作動油温度に基づいて略一定の回転数で駆動される。したがって、冷却不足になったり、過冷却になったりせず、効率的な冷却が可能となる。
【００１７】
第４発明は、第１発明の構成において、コントローラは、冷却水温度及び作動油温度が所定低温度以下の時に、冷却ファン回転数を所定低速回転数に制御する構成としている。
【００１８】
第４発明によれば、冷却ファン回転数は、冷却水温度及び作動油温度が所定低温度以下の時、冷却能力の無い程度の所定低速回転数に制御されるので、低温度時においては作動油が常にごく少量オイルクーラに循環されるため、作動油の温度の過冷却を防止できる。また、冷却ファン用ポンプが少量の作動油を吐出し循環させるため、このポンプのオーバヒートや焼付きを防止することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に、実施形態について図面を参照して詳細に説明する。先ず、本発明が適用される建設機械例としてブルドーザ１の概略を図１１により説明する。図１はブルドーザ１の側面図であり、図２は同ブルドーザ１の冷却ファン近傍の上面図である。
【００２０】
図１に示すように、ブルドーザ１は下部に走行自在な下部走行体２を備え、下部走行体２の上部には車体３を備えている。車体３の前部に設けられたエンジンルームにはエンジン４及び後述するようにラジエータ１２及び冷却ファン１３等を含む冷却装置１０が搭載されており、車体３の中央後部寄りには運転室６が配設されている。また、車体３の前方及び後方には作業機として、ブレード７及びリッパー８がそれぞれ装着され、それぞれ油圧シリンダ７ａ，８ａ等により上下動自在となっている。また、これらの油圧シリンダ７ａ，８ａ等は図示しない油圧装置からの圧油によって駆動されている。
【００２１】
図２に詳細に示すように、冷却装置１０は、エンジン４の前方に配置され、エンジン４の冷却水を冷却するラジエータ１１と、前記図示しない油圧装置の作動油を冷却するオイルクーラ１２と、エンジン４の回転から独立して駆動され、これらのラジエータ１１及びオイルクーラ１２に冷却風を送る冷却ファン１３とを有している。
【００２２】
次に、冷却ファン１３の駆動システムについて、図３により説明する。図３は冷却ファン制御装置の回路図である。
【００２３】
図３に示すように、エンジン４は可変容量型の油圧ポンプ１４，３１を駆動している。油圧ポンプ１４から吐出された圧油は管路１４ａを経由して電磁切換弁１５の入力ポートに流入し、電磁切換弁１５により固定容量型の油圧モータ１６に供給される。油圧モータ１６の出力回転軸には、冷却ファン１３が回転自在に取着されている。油圧モータ１６からの戻り油は、電磁切換弁１５、管路１５ａ及び管路３２ａを経由してオイルクーラ１２に入り、オイルクーラ１２で冷却されて管路１２ａを通って作動油タンク１７へ戻る循環回路を形成している。また、管路１４ａと管路１５ａの間には、油圧ポンプ１４及び油圧モータ１６の停止時に慣性で回転する油圧モータ１６の油を循環させるチェック弁１８が接続されている。
【００２４】
作動油タンク１７には作動油の温度を検出する作動油温度センサ２２が設けられており、その検出温度信号はコントローラ２０に入力されている。油圧ポンプ１４は、サーボ弁１４ｂの作動により出力容量が制御されて吐出量を変化させる。この可変吐出量により、冷却ファン１３の回転数が制御されている。電磁比例弁１４ｃは、後述する作業機回路の減圧弁３５からのコントロール圧ｐ１を受け、コントローラ２０からの指令電流値Ｉ１に応じたパイロット圧をサーボ弁１４ｂに出力し、サーボ弁１４ｂはこのパイロット圧に基づいて油圧ポンプ１４の傾転角を制御するようになっている。
【００２５】
電磁切換弁１５は２位置弁で、コントローラ２０からの電流指令信号Ｉ２によりＡ位置、Ｂ位置に切り換わって出力流量及びその方向を制御し、油圧モータ１６即ち冷却ファン１３を正転及び逆転に制御している。
【００２６】
図１に示した作業機（ここでは代表としてブレード７とする）用として、エンジン４により可変容量型の油圧ポンプ３１が駆動されている。油圧ポンプ３１から吐出された圧油は管路３１ａを経由してコントロールバルブ３２に流入し、コントロールバルブ３２の作動により油圧シリンダ７ａに供給されている。油圧シリンダ７ａの伸縮により、ブレード７の上下動が駆動されている。油圧シリンダ７ａからの戻り油は、コントロールバルブ３２及び管路３２ａを経由してオイルクーラ１２に入り、オイルクーラ１２で冷却されて、管路１２ａを通って作動油タンク１７へ戻る循環回路を形成している。
【００２７】
パイロット圧操作弁３３は、管路３１ａから分岐して設けられた減圧弁３５からのコントロール圧ｐ１を受け、操作レバー３４の操作量に応じたパイロット圧ｐ２を出力する。コントロールバルブ３２は、このパイロット圧操作弁３３からのパイロット圧ｐ２に応じた量の吐出油を油圧シリンダ７ａに供給するようになっている。
【００２８】
油圧ポンプ３１は、サーボ弁３１ｂの作動により吐出量が制御され、この可変吐出量により油圧シリンダ７ａの速度を制御している。
【００２９】
ロードセンシング弁（ＬＳ弁）３１ｃは、コントロールバルブ３２からの負荷圧ｐ３と減圧弁３５からのコントロール圧ｐ１とを受けてサーボ弁３１ｂにパイロット圧を出力し、サーボ弁３１ｂはこのパイロット圧に基づいて油圧ポンプ３１の傾転角を制御するようになっている。
【００３０】
エンジン４の水ポンプ４ａから出た冷却水は、管路４ｂを通ってラジエータ１１に入り、ラジエータ１１で冷却され、管路１１ａを通ってエンジン４のウォータジャケット４ｃへ戻る循環回路を形成している。
【００３１】
エンジン４には回転数を検出するエンジン回転数センサ２３が、またラジエータ１１の入口管路４ｂにはエンジン冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ２１が設けられており、それぞれのセンサの検出信号はコントローラ２０に入力されている。
【００３２】
操作パネル２４には、冷却ファン１３の上限回転数の設定値を切換える制限スイッチ２５、及び電磁切換弁１５を切り換える切換スイッチ２６が設けられており、それぞれのスイッチ信号はコントローラ２０に入力されている。
【００３３】
コントローラ２０はマイクロコンピュータや数値演算プロセッサ等の演算処理装置を主体にして構成されており、制御データ等を記憶する記憶部２０ａを有している。コントローラ２０は、上記の冷却水温度センサ２１、作動油温度センサ２２及びエンジン回転数センサ２３で検出されたそれぞれの信号、及び制限スイッチ２５のＯＮ−ＯＦＦ信号に基づいて後述するような所定の演算処理を行って、冷却ファン１３の回転数を指令する指令電流値Ｉを求め、この指令電流値Ｉを電磁比例弁１４ｃに出力するようになっている。また、コントローラ２０は、切換スイッチ２６の正転、逆転の切換信号に基づいて電磁切換弁１５にそれぞれの切換信号Ｉ２を出力している。
【００３４】
次に、コントローラ２０について図４〜９に基づいて説明する。
【００３５】
記憶部２０ａには、例えば図４乃至図８に示すような、各種の検出値や設定値に対する目標ファン回転数がデータ（グラフ）で記憶されている。なお、これらのデータ（グラフ）は予め、実験等に基づき作成され、入力されている。
【００３６】
図４は冷却水温度Ｔwと目標ファン回転数Ｎw、図５は作動油温度Ｔoと目標ファン回転数Ｎo、図６はエンジン回転数Ｅと上限目標ファン回転数Ｎe、のそれぞれの関係図の一例を示している。図７は制限スイッチがオン又はオフ時の目標ファン回転数Ｎp の一例を、図８は冷却水温度Ｔw 及び作動油温度Ｔoが所定低温度Ｔc 以下の時の目標ファン回転数Ｎc の一例をそれぞれ示している。また、図９は目標ポンプ容量Ｄpと電磁比例弁１４ｃへの指令電流値Ｉとの関係図の一例である。これらの各データは、テーブルデータ又は所定の関係式として記憶されている。
【００３７】
次に、図１０に示すコントローラ２０の制御フローチャート例に基づいて、制御手順を説明する。
（１）Ｓ１で、冷却水温度センサ２１から入力された冷却水温度Ｔw に応じた目標ファン回転数Ｎw が、例えば図４に示すようなテーブル等に基づいて求められる。
（２）またＳ２で、作動油温度センサ２２から入力された作動油温度Ｔo に応じた目標ファン回転数Ｎo が、例えば図５に示すようなテーブル等に基づいて求められる。
（３）次にＳ３で、前記求めた目標ファン回転数Ｎw と目標ファン回転数Ｎo が比較され、大きい方の回転数が選択される。
（４）この後Ｓ４において、エンジン回転センサ２３から入力されたエンジン回転数Ｅに応じた目標ファン回転数Ｎeが、例えば図６に示すようなテーブル等に基づいて求められる。
（５）次にＳ５において、Ｓ３で求めた目標ファン回転数Ｎw と目標ファン回転数Ｎo との大きい方とＳ４で求めた目標ファン回転数Ｎeとが比較され、小さい方の回転数が選択される。
（６）この後Ｓ６で、制限スイッチ２５のオン信号又はオフ信号に応じた目標ファン回転数Ｎp が、例えば図７に示すようなテーブル等に基づいて求められる。
（７）次にＳ７において、Ｓ５で選択された回転数とＳ６で求めた目標ファン回転数Ｎp とが比較され、小さい方の回転数が選択される。
（８）さらに、この後Ｓ８で、例えば図８に示すようなテーブルに基づいて制御対象温度（冷却水温度Ｔw 又は作動油温度Ｔoのいずれか大きい方）が所定低温度Ｔc 以下の場合に対する目標ファン回転数Ｎc が求められる。
（９）次にＳ９において、Ｓ７で求めた小さい方の回転数とＳ８で求めた目標ファン回転数Ｎc とが比較され、大きい方が最終の目標ファン回転数Ｎとして選択される。
（１０）次にＳ１０において、Ｓ９で選択した目標ファン回転数Ｎに対する目標ポンプ容量Ｄｐ（cc/rev）が目標ファン回転数Ｎ（rpm)とその時のエンジン回転数Ｅ（rpm)とに基づいて次式１により算出される。
Ｄｐ＝Ｎ×Ｄｍ／（Ｅ×ρ） ・・・・（式１）
但し、Ｄｍ（cc/rev）は油圧モータ１６の固定容量、またρはエンジン４と油圧ポンプ１４の間の減速比である。
（１１）この後Ｓ１１において、Ｓ１０で求めた目標ポンプ容量Ｄｐに対応した電磁比例弁１４ｃへの指令電流値Ｉ１が例えば図９に示すようなテーブルに基づいて求められる。
（１２）そしてＳ１２において、Ｓ１１で求めた指令電流値Ｉ１をコントローラ２０から電磁比例弁１４ｃに出力する。
【００３８】
これにより、冷却ファン回転数Ｎは冷却水温度Ｔw、作動油温度Ｔo 、エンジン回転数Ｅ及び制限スイッチ２５の状態に応じて各目標ファン回転数Ｎw ，Ｎo，Ｎe ，Ｎp ，Ｎc のいずれかの回転数に制御される。
【００３９】
また、コントローラ２０は、切換スイッチ２６の正転及び逆転の切換信号に基づいて電流指令Ｉ２を電磁切換弁１５に出力し、冷却ファン１３をそれぞれ正転及び逆転に制御している。
【００４０】
次に、作用及び効果について、図４乃至図８を参照して、図１０乃至図１２により説明する。図１１は冷却水温度Ｔwに対するエンジン回転数Ｅとファン回転数Ｎとの関係図である。図１２は作業機の負荷状態に対応する冷却ファン回転数を示す図であり、同図ではブレード７による土工作業（いわゆるドージング作業）時を例にとってファン回転数Ｎを示している。
（１）図１０において、Ｓ３では冷却水温度Ｔw 又は作動油温度Ｔo のいずれか大きい方を制御対象温度として選択しているので、冷却水温度Ｔw 及び作動油温度Ｔo が共に所定値以下の温度になるような冷却ファン１３の目標回転数が設定される。これにより、冷却ファン１３の回転数制御によって冷却水温度Ｔw 及び作動油温度Ｔo を同時に所定値以下に制御することができる。
（２）図４に示すように、冷却水温度Ｔw に対する目標ファン回転数Ｎw は所定の水温制御範囲（本例では、最低温度８０度〜最高温度１００度まで）において、０〜最大回転数Ｎmaxまで略線形に増加して設定されており、また図５に示すように、作動油温度Ｔo に対する目標ファン回転数Ｎo は所定の油温制御範囲（本例では、最低温度８０度〜最高温度１１０度まで）において、０〜最大回転数Ｎmax まで略線形に増加して設定されている。一方、図６に示すように、エンジン回転数Ｅに対する目標ファン回転数Ｎe は、所定回転数（本例では、１５００rpm ）までは最大回転数Ｎmax に向けて略線形に増加し、所定回転数以上では最大回転数Ｎmax に制限されている。
【００４１】
このとき、制限スイッチ２５がオフで、かつ冷却水温度Ｔw 及び作動油温度Ｔo がそれぞれ所定の水温制御範囲及び油温制御範囲内の値のとき（通常稼働状態）に、Ｓ３にて選択された目標ファン回転数Ｎw 又は目標ファン回転数Ｎo の大きい方は、所定エンジン回転数以上になると、エンジン回転数Ｅから求まる目標ファン回転数Ｎe よりも小さい値となるので、Ｓ５において選択され、また制限スイッチ２５がオフ時に対応する目標ファン回転数Ｎp （本例では、図７に示すように９８８rpm ）よりも小さい値に設定されているので、Ｓ７で選択される。さらに、制御対象温度（冷却水温度Ｔw 又は作動油温度Ｔo のいずれか大きい方）が所定低温度Ｔc （本例では、８０度）以下である場合に対する目標ファン回転数Ｎc （本例では、図８に示すように１０rpm ）よりも大きいので、Ｓ９では最終の目標ファン回転数Ｎとして選択される。したがって、所定エンジン回転数以上のときの目標ファン回転数Ｎの上限値は、図１１に示すような冷却水温度Ｔw に応じた目標ファン回転数Ｎw 、あるいは図１１と同様に作動油温度Ｔo に応じた目標ファン回転数Ｎo にそれぞれ設定され、制御される。なお、所定エンジン回転数以下のときは、エンジン回転数Ｅから求まる目標ファン回転数Ｎe
の方がＳ３にて選択された目標ファン回転数Ｎw 又は目標ファン回転数Ｎo の大きい方よりも小さいので、目標ファン回転数Ｎe （エンジン回転数Ｅに略比例する）が設定される。
【００４２】
また、図６に示すように、冷却ファン１３にはエンジン回転数Ｅに対して上限目標ファン回転数Ｎe が予め設定されている。そして、冷却水温度Ｔw 及び作動油温度Ｔo が徐々に上昇して、Ｓ３にて選択された目標ファン回転数Ｎw 又は目標ファン回転数Ｎo が最大目標回転数（本例では、９８８rpm ）になっても、所定のエンジン回転数Ｅｓ以上ではこの最大目標回転数よりも前記上限目標ファン回転数Ｎe が小さくなるように設定されている。したがって、冷却水温度Ｔw 又は作動油温度Ｔo が所定の最高温度に達し、かつエンジンが所定の回転数Ｅｓ（本例では、Ｅｓ＝１５００rpm ）以上になったときには、Ｓ５では上限目標ファン回転数Ｎe が選択される。また、この上限目標ファン回転数Ｎe は、制限スイッチ２５がオフ時に対応する前記目標ファン回転数Ｎp よりも小さい値に設定されているので、Ｓ７で選択され、さらに所定低温度Ｔc 以下である場合に対する目標ファン回転数Ｎc よりも大きいので、Ｓ９では最終の目標ファン回転数Ｎとして選択される。
【００４３】
これにより、冷却水温度Ｔw 又は作動油温度Ｔo が所定の最高温度に達し、かつエンジンが所定のエンジン回転数Ｅｓ以上のときには、目標ファン回転数Ｎは上限目標ファン回転数Ｎe に設定され、制御される。
【００４４】
即ち、冷却水温度Ｔw をパラメータにすると、冷却水温度Ｔw 又は作動油温度Ｔo が所定の最高温度に達するまでは、目標ファン回転数Ｎは図１１に示すように、冷却水温度Ｔw 又は作動油温度Ｔo に応じた目標ファン回転数に制限され、冷却水温度Ｔw 又は作動油温度Ｔo が所定の最高温度に達したら、所定のエンジン回転数Ｅｓ以上では上限目標ファン回転数Ｎe に制限される。作動油温度Ｔoをパラメータにしても、ファン回転数Ｎは同様に制限される。
【００４５】
したがって、ファン回転数Ｎは、過冷却にならないような必要充分な回転数に、エンジン回転数Ｅの変動に対しても急激な回転数変化を伴わないで連続的にスムーズに制御される。したがって、冷却水温度及び作動油温度をきめ細かく制御できるので、最適な冷却効率を得ることができる。
（３）またファン回転数Ｎは、エンジン回転数Ｅの変化にかかわらず、冷却水温度Ｔw 及び作動油温度Ｔo に応じて所定の目標回転数以下に制御されるので、エンジン負荷が大きくなりエンジン回転数Ｅが低下しても、またエンジン負荷が小さくなりエンジン回転数Ｅが上昇しても、ファン回転数Ｎはほぼ一定に制御される。これにより、図１２に示すように、例えばブレード７による土木作業（いわゆるドージング作業）と車両後進とを組み合わせた作業時でも、ファン回転数Ｎは略一定に制御される。したがって、冷却能力の低下や、過冷却による不必要なエネルギの消費がなく、効率的な冷却が可能となる。また、過剰な高速でのファン回転が無いように抑制されるので、冷却ファン１３の騒音低減ができると共に、ファン駆動エネルギの増大に見合う冷却能力の増加が得られるような効率的な冷却が可能である。さらに、冷却ファン１６の破損防止を図ることができる。
【００４６】
さらにまた、冷却ファン１３を必要充分な回転数以上に回さないので、エンジン負荷を軽減して、作業機による作業に必要なエンジン出力に余裕を持たせることができる。この結果、従来に比して、高負荷での作業時に作業性を向上できる。
（４）図４，５に示すように、冷却水温度Ｔw 及び作動油温度Ｔo が所定低温度Ｔc （本例では８０度）以下の時は、目標ファン回転数Ｎw 及び目標ファン回転数Ｎo が０rpm に設定されているので、図１０のＳ５，７においては目標ファン回転数Ｎw 及び目標ファン回転数Ｎo が選択され、よってＳ９においては目標ファン回転数Ｎc が選択され、ファン回転数Ｎはこの冷却能力の無い程度の低回転の目標ファン回転数Ｎc に制御される。従って、所定温度Ｔc 以下の時においては、作動油が停止されることなく常にごく少量オイルクーラ１２に循環されるため、作動油の温度の過冷却を防止できる。また、このとき冷却ファン１３用の油圧ポンプ１４は少量の油を吐出して循環させるため、油圧ポンプ１４のオーバヒート及び焼付きを防止することができる。
（５）また制限スイッチ２５がオンの場合は、図７に示すようにオンに対応した目標ファン回転数Ｎp （同図では、６９２rpm ）が設定される。これにより、エンジン回転数Ｅが上昇し、この回転数Ｅに対する上限目標ファン回転数Ｎe 、目標ファン回転数Ｎw 及び目標ファン回転数Ｎo が目標ファン回転数Ｎp を超えたら、図１０のＳ７，９において目標ファン回転数Ｎp が選択されるので、ファン回転数Ｎの上限が目標ファン回転数Ｎp に制限され制御される。従って、市街地などで稼働する場合には、制限スイッチ２５を操作して冷却ファン１３の上限回転数を臨機応変に下げることにより騒音を低減し、騒音規制に容易に対応することができる。例えば、目標ファン回転数Ｎp を最大回転数Ｎmax の７０％に設定し、このときの騒音が規制値をクリアするように設定することができる。また、制限スイッチ２５により冷却ファン１３の駆動出力を制限できるので、エンジンの必要負荷に応じてエンジン出力を車体及び作業機に有効に活用することもできる。
（６）また切換スイッチ２６を逆転位置に操作することにより、冷却ファン１３を逆転できるので、ラジエータ１１及びオイルクーラ１２に詰まったゴミ等を排出することができ、よって清掃が容易となり、また冷却能力を一定に保つことができる。
【００４７】
なお、上記実施形態では、冷却ファン１６の回転数制御は、油圧モータ１６を駆動する可変容量型油圧ポンプ１４の吐出量を制御することにより行われているが、本発明はこれに限定されず、例えば定容量型油圧ポンプと可変容量型油圧モータとを用いて可変容量型油圧モータの容量を制御するようにしてよい。
【００４８】
以上説明したように、本発明による油圧駆動冷却ファンによれば、エンジンに負荷変動があって回転数が変動しても、冷却ファンは冷却水温度及び作動油温度に応じて一定の回転数に制御されるので、冷却能力の低下や、不必要なエネルギの消費がなく、効率的な冷却が可能である。また、冷却水温度、作動油温度に応じて冷却ファン回転数が連続的にスムーズに所定値以下に制御されるので、従来に比して回転数の変動が小さくきめ細かに制御されて最適な冷却効率が得られ、さらにエンジン出力に余裕を持たせることが可能となり、エンジン出力を車体及び作業機に有効に活用することができる。さらに、低温度時には、冷却ファンは冷却能力の小さい低速回転数に制御されるので、ラジエータシャッター等の高価な機器を使用することなく、冷却水及び作動油の過冷却を防止できる。
【００４９】
また、冷却ファンの上限目標回転数を作業現場の要求度に適合させて臨機応変に下げることができるので、騒音を低減し、騒音規制に容易に対応できる。さらにまた、回転方向切換スイッチにより冷却ファンを逆転させることができるので、高価なリバーシブルファンを使用することなく、ラジエータ及びオイルクーラに詰まったゴミ等を容易に排出して冷却能力を保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される建設機械例のブルドーザの側面図である。
【図２】同ブルドーザの冷却ファン近傍の上面図である。
【図３】同、油圧駆動冷却ファン制御装置の回路図である。
【図４】同、冷却水温度と目標ファン回転数との関係図である。
【図５】同、作動油温度と目標ファン回転数との関係図である。
【図６】同、エンジン回転数と上限目標ファン回転数との関係図である。
【図７】同、制限スイッチオン、オフ時の目標ファン回転数Ｎp の一例を示す。
【図８】同、冷却水温度及び作動油温度が所定低温度以下の時の目標ファン回転数の一例を示す。
【図９】同、目標ポンプ容量と電磁比例弁への電流値との関係図である。
【図１０】同、制御フローチャート例を示す。
【図１１】同、冷却水温度に対するエンジン回転数とファン回転数との関係図である。
【図１２】同、作業機の負荷状態に対応する冷却ファン回転数を示す。
【図１３】従来技術に係る冷却装置の回路図である。
【符号の説明】
１…ブルドーザ、２…下部走行体、３…車体、４…エンジン、５…冷却装置、６…運転室６、７…ブレード、８…リッパー、７ａ，８ａ…油圧シリンダ、１１…ラジエータ、１２…オイルクーラ、１３…冷却ファン、１４…油圧ポンプ、１４ｂ…サーボ弁、１４ｃ…電磁比例弁、１５…電磁切換弁、１６…油圧モータ、１７…作動油タンク、１８…チェック弁、２０…コントローラ、２０ａ…入力部、２０ｂ…記憶部、２０ｃ…演算部、２０ｄ…出力部、２１…冷却水温度センサ、２２…作動油温度センサ、２３…エンジン回転数センサ、２４…操作パネル、２５…制限スイッチ、２６…切換スイッチ、３１…油圧ポンプ、３１ｂ…サーボ弁、３１ｃ…ＬＳ弁、３２…コントロールバルブ、３３…パイロット圧操作弁、３４…操作レバー、３５…減圧弁３５。
Claims (4)
- エンジンの冷却水を冷却するラジエータ、及び油圧装置の作動油を冷却するオイルクーラを冷却ファンにより強制冷却する冷却装置をエンジンから独立して設けた油圧駆動冷却ファンの制御装置において、
冷却ファン(13)と、冷却ファン(13)を駆動する油圧モータ(16)と、油圧モータ(16)の回転数を制御可能な可変容量型油圧ポンプ(14)と、冷却水温度(Tw)を検出する冷却水温度センサ(21)と、作動油温度(To)を検出する作動油温度センサ(22)と、エンジン回転数(E)を検出するエンジン回転数センサ(23)と、これらのセンサ(21,22,23)の検出信号を入力し、冷却水温度(Tw)、作動油温度(To)及びエンジン回転数(E)に応じて可変容量型油圧ポンプ(14)の吐出容量指令値を演算して出力し、可変容量型油圧ポンプ(14)により冷却ファン(13)の回転数(N)を連続的に制御するコントローラ(20)とを備え、
前記コントローラ(20)は、冷却水温度(Tw)、作動油温度(To)、エンジン回転数(E)それぞれに対応する目標ファン回転数(Nw,No,Ne)のデータを記憶し、検出された冷却水温度に対応する目標ファン回転数(Nw)と検出された作動油温度に対応する目標ファン回転数(No)とを比較して大きい方の回転数を選択し、該選択した回転数と検出されたエンジン回転数(E)に対応する目標ファン回転数(Ne)とを比較して小さい方の回転数に応じて冷却ファン(13)の回転数(N)を制御することを特徴とする油圧駆動冷却ファンの制御装置。 - 請求項１記載の油圧駆動冷却ファンの制御装置において、
コントローラ(20)は、所定のエンジン回転数以上のときに、エンジン回転数(E)の変化にかかわらず冷却ファン回転数(N)の上限を所定回転数に制御することを特徴とする油圧駆動冷却ファンの制御装置。 - 請求項２記載の油圧駆動冷却ファンの制御装置において、
前記冷却ファン回転数(N)の上限は、冷却水温度(Tw)及び作動油温度(To)に応じて設定されることを特徴とする油圧駆動冷却ファンの制御装置。 - 請求項１記載の油圧駆動冷却ファンの制御装置において、
コントローラ(20)は、冷却水温度(Tw)及び作動油温度(To)が所定低温度(Tc)以下の時に、冷却ファン回転数(N)を所定低速回転数(Nc)に制御することを特徴とする油圧駆動冷却ファンの制御装置。
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