JP4410669B2

JP4410669B2 - 冷却ファン回路

Info

Publication number: JP4410669B2
Application number: JP2004351587A
Authority: JP
Inventors: 真也大村; 信海豊浦; 一成岡本
Original assignee: Caterpillar Japan Ltd
Current assignee: Caterpillar Japan Ltd
Priority date: 2004-12-03
Filing date: 2004-12-03
Publication date: 2010-02-03
Anticipated expiration: 2024-12-03
Also published as: JP2006161606A

Description

本発明は、ラジエータ用ファンモータおよびオイルクーラ用ファンモータを備えた冷却ファン回路に関するものである。

ラジエータおよびオイルクーラを備えた冷却ファン回路において、エンジン冷却水を冷却するラジエータ用ファンを駆動するラジエータ用ファンモータと、油圧回路の作動油を冷却するオイルクーラ用ファンを駆動するオイルクーラ用ファンモータとを、１つのポンプから供給された油により駆動するには、図３に示された直列ファン回路と、図４に示された並列ファン回路とが知られている。

図３に示された直列ファン回路は、ポンプ１と、ラジエータ用ファンモータ２と、オイルクーラ用ファンモータ３とが、直列に接続されたものであり、下流側のオイルクーラ用ファンモータ３を上流側のラジエータ用ファンモータ２の戻り油で駆動できるため、図４に示されるようにラジエータ用ファンモータ２とオイルクーラ用ファンモータ３とが並列に接続された並列ファン回路よりも、同じ回転速度を達成するのに少ない油量で済むため、経済的である。

一方、図３に示された直列ファン回路は、ラジエータ用ファンモータ２およびオイルクーラ用ファンモータ３の両ファンモータの回転速度の比率を変更するためには、これらのファンモータ２，３の容量を変更する必要があり、固定容量モータでは容易に変更することができない。これは、容量可変型のファンモータとすることで対応可能であるが、コスト高となる問題がある。また、図４に示された並列ファン回路も、分流弁による流量分配や、容量可変型のファンモータにより、回転速度の比率変更に対応可能であるが、コスト高となる問題がある。

さらに、図３に示された直列ファン回路を発展させたものとして、ラジエータ用ファンモータおよびオイルクーラ用ファンモータのそれぞれにバイパス通路を設け、これらのバイパス通路中に流量調整弁をそれぞれ設け、これらの流量調整弁を、水温センサで検出されたエンジン冷却水の温度と、油温センサで検出された作動油の温度とに応じて制御するようにした流体圧回路がある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−８１４０８号公報（第１頁、図１）

このラジエータ用ファンモータおよびオイルクーラ用ファンモータの各バイパス通路に流量調整弁をそれぞれ設け、水温センサおよび油温センサで検出された温度情報に基づきこれらの複数の流量調整弁を制御する従来の直列ファン回路は、コスト高となるとともに制御が複雑になる問題がある。

また、このような直列ファン回路では、両ファンモータ間でスパイク圧が発生した場合、油機や通路に悪影響を及ぼすおそれがある。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、ラジエータ用ファンモータおよびオイルクーラ用ファンモータの両ファンモータの回転速度の比率を安価に変更できるとともに、スパイク圧の発生にも対応できる冷却ファン回路を提供することを目的とするものである。

請求項１記載の発明は、ポンプから供給された作動流体により作動され、エンジン冷却水を冷却するラジエータ用ファンを駆動するラジエータ用ファンモータと、このラジエータ用ファンモータを経て供給された作動流体により作動され、油圧回路の作動油を冷却するオイルクーラ用ファンを駆動するオイルクーラ用ファンモータと、このオイルクーラ用ファンモータと並列に接続されたバイパス通路と、このバイパス通路中に設けられたセット圧可変のリリーフ弁と、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサと、作動油の温度を検出する油温センサと、水温センサおよび油温センサの温度情報に基づきリリーフ弁のセット圧を制御する制御手段とを具備した冷却ファン回路であり、そして、制御手段が、水温センサおよび油温センサの温度情報に基づきリリーフ弁のセット圧を制御するので、エンジン冷却水の温度および作動油の温度に基づき、ラジエータ用ファンモータおよびオイルクーラ用ファンモータの回転速度比を動的に制御することが可能であり、リリーフ弁のセット圧を低く設定すると、オイルクーラ用ファンモータの前後差圧が縮小するので、オイルクーラ用ファンモータの通過流量が減少して、オイルクーラ用ファンモータの回転速度は減速されるとともに、ラジエータ用ファンモータの背圧が低下するので、ラジエータ用ファンモータの通過流量が増加して、ラジエータ用ファンモータの回転速度は増速され、逆に、リリーフ弁のセット圧を高く設定すると、オイルクーラ用ファンモータの前後差圧が拡大するので、オイルクーラ用ファンモータの通過流量が増加して、オイルクーラ用ファンモータの回転速度は増速されるとともに、ラジエータ用ファンモータの背圧が上昇するので、ラジエータ用ファンモータの通過流量が減少して、ラジエータ用ファンモータの回転速度は減速される。これにより、１つのリリーフ弁によりラジエータ用ファンモータおよびオイルクーラ用ファンモータの両ファンモータの回転速度比を効率良く制御する。また、両ファンモータ間にスパイク圧が発生すると、リリーフ弁が開いて、そのスパイク圧をカットするので、油機や通路を保護することが可能となる。さらに、リリーフ弁のセット圧を低く設定したときは、ラジエータ用ファンモータの背圧がリリーフ弁のセット圧まで低下し、ファンポンプの負荷が減少するので、このファンポンプの省エネルギ運転が可能となる。

請求項１記載の発明によれば、制御手段が、水温センサおよび油温センサの温度情報に基づきリリーフ弁のセット圧を制御するので、エンジン冷却水の温度および作動油の温度に基づき、ラジエータ用ファンモータおよびオイルクーラ用ファンモータの回転速度比を動的に制御することができ、リリーフ弁のセット圧を低く設定すると、オイルクーラ用ファンモータの前後差圧が縮小するので、オイルクーラ用ファンモータの通過流量を減少させて、オイルクーラ用ファンモータの回転速度を減速させることができるとともに、ラジエータ用ファンモータの背圧が低下するので、ラジエータ用ファンモータの通過流量を増加させて、ラジエータ用ファンモータの回転速度を増速させることができ、逆に、リリーフ弁のセット圧を高く設定すると、オイルクーラ用ファンモータの前後差圧が拡大するので、オイルクーラ用ファンモータの通過流量を増加させて、オイルクーラ用ファンモータの回転速度を増速させることができるとともに、ラジエータ用ファンモータの背圧が上昇するので、ラジエータ用ファンモータの通過流量を減少させて、ラジエータ用ファンモータの回転速度を減速させることができ、１つのリリーフ弁によりラジエータ用ファンモータおよびオイルクーラ用ファンモータの両ファンモータの回転速度比を効率良く制御できる安価なシステムを提供できる。また、両ファンモータ間にスパイク圧が発生すると、リリーフ弁が開いて、そのスパイク圧をカットするので、スパイク圧の発生にも対応でき、油機や通路を保護することができる。さらに、リリーフ弁のセット圧を低く設定したときは、ラジエータ用ファンモータの背圧がリリーフ弁のセット圧まで低下し、ファンポンプの負荷が減少するので、このファンポンプを省エネルギ運転できる。

以下、本発明を、図１に示された前提技術および図２に示された実施の形態を参照して説明する。

図１に示された前提技術は、ポンプとしてのファンポンプ11が設置され、このファンポンプ11に、ポンプ吐出通路12を介してラジエータ用ファンモータ13の入口ポートが接続され、このラジエータ用ファンモータ13の出口ポートに接続通路14を介してオイルクーラ用ファンモータ15の入口ポートが直列に接続され、このオイルクーラ用ファンモータ15の出口ポートに戻り通路16を介してタンク17が接続された直列ファン回路である。

ポンプ吐出通路12と戻り通路16との間には、ラジエータ用ファンモータ13の入口側での負圧発生防止用のチェック弁18が設けられ、接続通路14と戻り通路16との間には、オイルクーラ用ファンモータ15の入口側での負圧発生防止用のチェック弁19が設けられている。

ラジエータ用ファンモータ13は、ファンポンプ11から供給された作動流体としての作動油により作動され、エンジン冷却水を冷却するラジエータ21の熱交換器21aに冷風を供給するラジエータ用ファン22を駆動するもので、このファン回転速度を増速することで冷却能力が増加される。

オイルクーラ用ファンモータ15は、ラジエータ用ファンモータ13を経て供給された作動油により作動され、油圧ポンプ23から油圧回路24に供給されタンク17に戻される作動油を冷却するオイルクーラ25の熱交換器25aに冷風を供給するオイルクーラ用ファン26を駆動するもので、このファン回転速度を増速することで冷却能力が増加される。

このような直列ファン回路において、両ファンモータ13，15間の接続通路14より引出された配管により、オイルクーラ用ファンモータ15と並列に接続されたバイパス通路27を形成し、このバイパス通路27中にセット圧可変のリリーフ弁28を設ける。

次に、この図１に示された前提技術の作用効果を説明する。

例えば、リリーフ弁28のセット圧を低く設定すると、オイルクーラ用ファンモータ15の前後差圧が縮小するので、オイルクーラ用ファンモータ15の通過流量を減少させて、オイルクーラ用ファンモータ15の回転速度を減速せることができるとともに、ラジエータ用ファンモータ13の背圧が低下するので、ラジエータ用ファンモータ13の通過流量を増加させて、ラジエータ用ファンモータ13の回転速度を増速させることができ、逆に、リリーフ弁28のセット圧を高く設定すると、オイルクーラ用ファンモータ15の前後差圧が拡大するので、オイルクーラ用ファンモータ15の通過流量を増加させて、オイルクーラ用ファンモータ15の回転速度を増速させることができるとともに、ラジエータ用ファンモータ13の背圧が上昇するので、ラジエータ用ファンモータ13の通過流量を減少させて、ラジエータ用ファンモータ13の回転速度を減速させることができる。

これにより、１つのリリーフ弁28によりラジエータ用ファンモータ13およびオイルクーラ用ファンモータ15の両ファンモータの回転速度比を効率良く制御できる安価なシステムを提供できる。

さらに、リリーフ弁28のセット圧を低く設定したときは、ラジエータ用ファンモータ13の背圧がリリーフ弁28のセット圧まで低下し、ファンポンプ11の負荷が減少するので、このファンポンプ11を駆動するエンジンの燃費の向上を図ることができ、ファンポンプ11を省エネルギ運転できる。

このように、リリーフ弁28のセット圧を変更するという簡単な作業で、ラジエータ用ファンモータ13およびオイルクーラ用ファンモータ15の回転速度比を容易に、かつ効率良く変えることができる。

また、両ファンモータ13，15間に瞬間的な異常高圧であるスパイク圧が発生した場合は、リリーフ弁28が開いて、セット圧以上のスパイク圧をカットするので、スパイク圧の発生にも対応でき、油機や通路を保護することができる。

次に、図２に示された実施の形態を説明する。なお、図１に示されたものと同様の部分には、同一符号を付して、その説明を省略する。

ファンポンプ11は、斜板31およびこの斜板31の傾転角を制御するレギュレータ32などの容量可変手段を備え、ラジエータ21は、そのエンジン冷却水通路などに、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサ33を備え、また、オイルクーラ25は、その熱交換器25aからタンク17に戻り油を排出する油路などに、作動油の温度を検出する油温センサ34を備えている。

さらに、パイロットポンプなどのパイロット圧源35を備え、このパイロット圧源35から、電油変換弁36を介してパイロット作動形リリーフ弁28にパイロット信号を供給するパイロット回路37を設置する。

また、制御手段としてのコントローラ38を備え、このコントローラ38の入力部には、水温センサ33、油温センサ34および外気温センサ（図示せず）が接続され、出力部は、ファンポンプ11のレギュレータ32、電油変換弁36のソレノイドに接続されている。

次に、この図２に示された実施の形態の作用効果を説明する。

コントローラ38は、水温センサ33、油温センサ34および外気温センサにより検出されたラジエータ21の水温、オイルクーラ25の油温および外気温に基づき、レギュレータ32を介してファンポンプ11の斜板31の傾転角や、電油変換弁36を介してリリーフ弁28のセット圧を制御する。

特に、コントローラ38は、水温センサ33、油温センサ34および外気温センサの温度情報に基づきリリーフ弁28のセット圧を制御するので、ラジエータ用ファンモータ13およびオイルクーラ用ファンモータ15の回転速度比を、エンジン冷却水温度、作動油温度および外気温度に応じて動的に制御することができる。

例えば、コントローラ38が、油温センサ34および外気温センサからの温度情報に基づき、オイルクーラ25側の冷却能力が過剰であると判断したときは、電油変換弁36によってリリーフ弁28のセット圧を下げることにより、オイルクーラ用ファンモータ15の回転速度を下げ、オイルクーラ用ファン26の冷却能力を低下させる。

このとき、ラジエータ用ファンモータ13の背圧がリリーフ圧まで下がり、ファンポンプ11の負荷が減少するため、このファンポンプ11を駆動するエンジンの燃費の向上を図ることができる。

一方、コントローラ38は、油温や外気温が上昇するにしたがって、電油変換弁36によりリリーフ弁28のセット圧を上げることにより、オイルクーラ用ファンモータ15の回転速度を上げ、オイルクーラ用ファン26の冷却能力を上げることができる。

このとき、コントローラ38は、水温センサ33、油温センサ34および外気温センサからの温度情報に基づき、レギュレータ32を介して、ファンポンプ11の斜板31の傾転角を制御することで、ラジエータ用ファンモータ13およびオイルクーラ用ファンモータ15に必要なポンプ総吐出流量を所定値まで増加させ、ラジエータ用ファンモータ13などの回転速度を必要な値まで上げるように動的に制御できる。

さらに、図１の前提技術と同様に、両ファンモータ13，15間に瞬間的な異常高圧であるスパイク圧が発生した場合は、リリーフ弁28が開いて、セット圧以上のスパイク圧をカットするので、スパイク圧の発生にも対応でき、油機や通路を保護することができる。

本発明は、エンジンで油圧ポンプを駆動し、油圧回路に作動油を供給する油圧ショベルなどの建設機械に好適な冷却ファン回路であるが、エンジンで駆動される油圧ポンプを有する機械であれば、建設機械に限定されない。

本発明に係る冷却ファン回路の前提技術を示す回路図である。本発明に係る冷却ファン回路の実施の形態を示す回路図である。従来の直列ファン回路を示す回路図である。従来の並列ファン回路を示す回路図である。

11 ポンプとしてのファンポンプ
13 ラジエータ用ファンモータ
15 オイルクーラ用ファンモータ
22 ラジエータ用ファン
24 油圧回路
26 オイルクーラ用ファン
27 バイパス通路
28 リリーフ弁
33 水温センサ
34 油温センサ
38 制御手段としてのコントローラ

Claims

ポンプから供給された作動流体により作動され、エンジン冷却水を冷却するラジエータ用ファンを駆動するラジエータ用ファンモータと、
このラジエータ用ファンモータを経て供給された作動流体により作動され、油圧回路の作動油を冷却するオイルクーラ用ファンを駆動するオイルクーラ用ファンモータと、
このオイルクーラ用ファンモータと並列に接続されたバイパス通路と、
このバイパス通路中に設けられたセット圧可変のリリーフ弁と、
エンジン冷却水の温度を検出する水温センサと、
作動油の温度を検出する油温センサと、
水温センサおよび油温センサの温度情報に基づきリリーフ弁のセット圧を制御する制御手段と
を具備したことを特徴とする冷却ファン回路。