JP4439287B2

JP4439287B2 - 建設機械の冷却装置

Info

Publication number: JP4439287B2
Application number: JP2004043382A
Authority: JP
Inventors: 智裕中川; 山本　　茂; 光彦竃門
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2004-02-19
Filing date: 2004-02-19
Publication date: 2010-03-24
Anticipated expiration: 2024-02-19
Also published as: US6959671B2; US20050183417A1; JP2005232792A

Description

本発明は、ブルドーザ、油圧ショベルなどに用いられ、エンジンの冷却水を冷却するラジエータと、このラジエータを強制冷却する冷却ファンとを備える建設機械の冷却装置に関するものである。

従来、建設機械のエンジン等を冷却する冷却装置として、エンジン回転とは独立して回転数制御される電動モータまた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知られている。このタイプの冷却装置の一例として、特許文献１に開示されるものがある。

前記特許文献１に開示された冷却装置は、図５に示されるように、エンジン５１とは別置きに配置されたラジエータ５２およびオイルクーラ５３と、これらラジエータ５２、オイルクーラ５３を強制冷却する冷却ファン５４と、この冷却ファン５４の回転を停止または正転、逆転のいずれかの回転方向に駆動するファン駆動回路５５とを備えて構成されている。このファン駆動回路５５は、エンジン５１により回転される油圧ポンプ５６と、この油圧ポンプ５６から供給される作動油により作動される正逆回転可能な油圧モータ５７と、油圧ポンプ５６およびタンク５８と油圧モータ５７の二つのポートとを接続する油圧管路５９中に介挿される電磁切替弁６０を備えている。そして、電磁切替弁６０は、外気温度センサ６１、冷却水温度センサ６２および作動油温度センサ６３からの検知データに基づき制御装置６４によって切替え制御される。制御装置６４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５４を逆転させることにより、ラジエータ５２を通過した温風でオイルクーラ５３内の作動油を暖めるとともに、ラジエータ５２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５４を正転させて、冷却水および作動油をともに冷却する。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５２およびオイルクーラ５３に詰まったゴミの除去による冷却効率の向上とを図るようにされている。

また、同様の冷却装置の他の例として、特許文献２に開示されるものがある。
この特許文献２に開示された冷却装置では、第１設定時間にわたり冷却ファンを正転駆動してラジエータを冷却する第１駆動状態と、第２設定時間にわたり冷却ファンを逆転駆動してそのラジエータの除塵を行う第２駆動状態を一インターバルとして繰り返すように構成したものにおいて、冷却水温度が設定温度よりも高いときには、第３設定時間にわたって第２駆動状態に切替えるようにしてエンジンの冷却性能が低下する前に防塵網の目詰まりを解消するように構成されている。

特開平１０−６８１４２号公報特開平１１−１９３７１９号公報

しかしながら、前記従来装置ではいずれも、冷却ファンの高回転時にその回転方向の切替えがなされる場合があり、このような場合に、ファン駆動回路にピーク圧が立ってその駆動回路に加わる負担が大きくなり、また異音が発生するという問題点がある。また、冷却ファンの高回転時にその回転方向の切替えを行うには、中立位置を有する切替えスプール（切替弁）を用いる必要があり、装置のコストアップが避けられないという問題点がある。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、冷却ファンの回転方向の切替え時にファン駆動回路に加わる負担の増大および異音の発生を、安価な構成で確実に防止することのできる建設機械の冷却装置を提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するために、本発明による建設機械の冷却装置は、
エンジンの冷却水を冷却するラジエータと、このラジエータを強制冷却する冷却ファンとを備える建設機械の冷却装置において、
前記エンジンにより駆動される可変容量型の油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出される作動油により作動される正逆反転可能な油圧モータと、この油圧モータにより駆動される冷却ファンと、前記油圧モータの回転を正転方向もしくは逆転方向のいずれかに切替える切替弁と、この切替弁の切替えを制御するとともに、この切替弁の切替え時に前記油圧ポンプの吐出油量が最小になるようにその油圧ポンプを制御する制御手段とを備えることを特徴とするものである（第１発明）。

本発明において、前記制御手段は、建設機械の稼動時間を計数する稼動時間メータからの計数データに基づいて、前記油圧モータを正転方向から逆転方向へ切替えるように前記切替弁を制御するのが好ましい（第２発明）。

また、前記油圧モータの正転方向への運転時間および逆転方向への運転時間は、時間設定手段により設定可能とされているのが好ましい（第３発明）。

本発明（第１発明）によれば、ラジエータに詰まったゴミの除去等のために、油圧モータの回転を正転方向もしくは逆転方向に切替える切替弁が操作される際に、油圧ポンプの吐出油量が最小になるように制御されるので、冷却ファンを駆動する油圧回路にピーク圧が立つのを回避することができてその油圧回路に加わる負担の増大を抑えることができ、また異音が発生するのを防止することができる。また、油圧ポンプからの吐出油量が抑えられることから、前記切替弁として２位置弁を用いることができ、コスト低減を図ることができる。しかも、可変容量型の油圧ポンプを用いてその吐出流量を適正に制御しているので、固定容量型の油圧ポンプを用いるものに比べて不必要なエネルギーの消費がなく、ラジエータの除塵を効率的に行うことができる。

また、前記第２発明の構成を採用すれば、反転インターバルが長くても確実に油圧モータの反転操作を行うことができる。また、高価な特殊装置を用いることなく、通常装備されている稼動時間メータを用いてその反転操作を行うことができるので、コスト低減にも寄与する。

さらに、前記第３発明の構成を採用すれば、建設機械が使用される作業現場に即した正逆回転の運転時間を設定することができるので、より利便性を向上させた装置を得ることができる。

次に、本発明による建設機械の冷却装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１には本発明の一実施形態に係るブルドーザの概略側面図が示されている。図２には本実施形態のブルドーザに搭載される冷却装置の概略構成図が示されている。

本実施形態のブルドーザ１においては、図１に示されるように、履帯式走行体２を備える車体３の前上部にエンジン４が搭載され、このエンジン４の前方位置にそのエンジン４を冷却する冷却装置１０が設けられ、車体３の前方位置にはブレード５が左右両側でフレーム６により支持されて、チルトシリンダ７およびリフトシリンダ８によって操作されるように設けられている。また、車体３の後部にはリッパー９が設けられ、中央後部寄りには運転室１１が設けられている。

図２に示されるように、前記冷却装置１０は、エンジン４の冷却水を冷却するラジエータ１２と、エンジン４の回転から独立して駆動され、前記ラジエータ１２に冷却風を送る冷却ファン１３とを備えている。ラジエータ１２は地面ＧＬに対して所要角度仰角に傾斜して設置されている。このラジエータ１２に対して冷却ファン１３は、そのラジエータ１２の前側位置で所要の間隔をとって配設されている。この冷却ファン１３は、ラジエータ１２の前方位置に枠組み形成されたフレーム１４のほぼ中央位置に定着された油圧モータ１５の出力軸に直結され、前記ラジエータ１２の傾斜面に平行するようにして設けられている。また、車体３の前端位置に設けられるラジエータグリル１６は、前記ラジエータ１２と同様の角度で配置されており、その全面に形成されるルーバー１６ａは斜め上向きに互いに所要の間隔を保持して配設されている。なお、図中符号１７にて示されるのはサブラジエータである。

このように構成される本実施形態の冷却装置１０にあっては、ラジエータ１２を冷却する冷却ファン１３がラジエータ１２の前側に位置するので、その冷却ファン１３の回転によって発生する負圧により吸引されるエアが背後に位置するラジエータ１２の内部を通過して熱交換が行われるようになっている。

次に、図３を参照しつつ、本実施形態の冷却装置１０における冷却ファン１３の駆動システムについて説明する。

図示のように、この駆動システムにおいては、エンジン４によって駆動される可変容量型の油圧ポンプ１８が設けられ、この油圧ポンプ１８から吐出される圧油は管路１９ａを経由して２位置弁で構成される電磁切替弁２０の入力ポートに流入され、この電磁切替弁２０の出力ポートから固定容量型の油圧モータ１５に供給される。この油圧モータ１５の出力回転軸には前記冷却ファン１３が取付けられている。油圧モータ１５からの戻り油は、電磁切替弁２０および管路１９ｂを経由して作動油タンク２１に戻るようにされている。また、管路１９ａと管路１９ｂとの間には、油圧ポンプ１８および油圧モータ１５の停止時に慣性で回転する油圧モータ１５の油を循環させるチェック弁２２と、このチェック弁２２に並列配置されたリリーフ弁２３とが介挿されている。

前記油圧ポンプ１８は、サーボ弁１８ａの作動によりその出力容量が制御されて吐出量が変化され、この可変吐出量によって冷却ファン１３の回転数が制御されている。また、電磁比例弁１８ｂは、図示されない作業機回路の減圧弁からの制御圧に基づき、コントローラ（制御手段）２４からの指令電流値に応じたパイロット圧をサーボ弁１８ａに出力し、サーボ弁１８ａはそのパイロット圧に基づいて油圧ポンプ１８の斜板の傾転角を制御するようになっている。

前記電磁切替弁２０は、コントローラ２４からの電流指令信号によってＡ位置、Ｂ位置に切替えられて圧油の出力流量および方向を制御し、油圧モータ１５、言い換えれば冷却ファン１３を正転方向もしくは逆転方向に制御する。

一方、エンジン４の水ポンプ４ａから出た冷却水は、管路２５ａを通ってラジエータ１２に入ってそのラジエータ１２で冷却された後、管路２５ｂを通ってエンジン４のウォータージャケット４ｂへ戻るように構成されている。

また、エンジン４にはその回転数を検出するエンジン回転数検出センサ２６が、またラジエータ１２の入口管路２５ａにはエンジン４の冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ２７が設けられており、これら各センサ２６，２７の検出信号がコントローラ２４に入力される。このコントローラ２４には、作動油の温度を検出する作動油温度センサ２８からの検出信号も入力される。

前記コントローラ２４はマイクロコンピュータにより構成され、所定プログラムを実行する中央処理装置（ＣＰＵ）と、このプログラムおよび各種マップ等を記憶する読出し専用メモリ（ＲＯＭ）と、前記プログラムを実行するに必要なワーキングメモリとして、また各種レジスタとしての書込み可能メモリ（ＲＡＭ）と、前記プログラム中の時間を計測するタイマとを備えて構成されている。

また、冷却ファン１３の正転時間および逆転時間の各設定値をそれぞれ切替える制限スイッチ（時間設定手段）３０，３１および当該ブルドーザ１の稼動時間を表示する稼動時間メータ（サービスメータ）３２を備えるモニタパネル２９が運転室１１内に設けられ、このモニタパネル２９による設定データが前記コントローラ２４に入力されるようになっている。

次に、本実施形態の冷却装置１０における冷却ファン１３の駆動制御態様を、図４に示されるフローチャートにしたがって説明する。なお、Ｓ１〜Ｓ１０は各ステップを示している。

Ｓ１〜Ｓ３：本実施形態の冷却装置１０では、その詳細な説明は省略するが、油圧ポンプ１８による冷却ファン１３の回転数が、冷却水温度、作動油温度およびエンジン回転数に応じた、いわゆる温度制御によって連続的に制御されるように構成されている。この温度制御がなされている状態において、ブルドーザ１の稼動時間を表示する稼動時間メータ３２が計数する時間が予め設定される第１設定値（例えば１時間）に達するか否かを判定し、第１設定値に達していないときには前記温度制御を続行し、第１設定値に達したときには、ラジエータ１２の除塵のために前記温度制御を中断する。

Ｓ４〜Ｓ６：冷却ファン１３を反転させる準備のために、コントローラ２４から電磁比例弁１８ｂに指令信号を送信して油圧ポンプ１８の斜板の傾転角を最小にし、これによって冷却ファン１３の回転数を最小回転数にする。この後、電磁切替弁２０に指令信号を送信してその電磁切替弁２０を切替えることで冷却ファン１３の回転方向を正転方向から逆転方向に切替える。続いて、この逆転状態で、再度電磁比例弁１８ｂに指令信号を送信して油圧ポンプ１８の斜板の傾転角を最大にし、冷却ファン１３の回転数を最大回転数にする。こうして、ラジエータ１２に詰まったごみ等を逆風によって排出する。なお、上記冷却ファン１３の回転数を最小にする時間および最大にする時間は、予め設定された時間であって、通常数秒程度に設定されている。

Ｓ７〜Ｓ９：冷却ファン１３を反転させてからの経過時間が予め設定されている第２設定値（例えば６分）に達したか否かを判定し、この第２設定値に達しているときには除塵作業が完了していると判断し、この除塵作業を終えるために、前記ステップＳ４と同様にして油圧ポンプ１８の斜板の傾転角を最小にして冷却ファン１３の回転数を最小回転数にする。次いで、電磁切替弁２０を切替え操作して冷却ファン１３の回転方向を逆転方向から正転方向に切替える。この後、冷却ファン１３の駆動制御ルーチンを終了して通常の温度制御に戻る。この結果、ラジエータ１２の除塵作業が完了して元の通常運転に戻ることになる。

本実施形態において、冷却ファン１３の正転時間および逆転時間の各設定値（第１設定値および第２設定値）は、運転室１１内に設けられるモニタパネル２９における制限スイッチ３０，３１によってオペレータが適宜調整できるようにされている。したがって、ブルドーザ１が使用される作業現場に応じて、あるいは作業内容に応じて、冷却ファン１３の正転時間および逆転時間を任意に設定することができる。

本実施形態によれば、冷却ファン１３の回転方向を正逆方向に切替える際に、油圧ポンプ１８の吐出油量が最小になるように制御されるので、冷却ファン１３を駆動する油圧回路にピーク圧が立つのを回避することができ、この油圧回路に加わる負担の増大を抑えることができる。この結果、その切替え時に異音が発生するのを確実に防止することができる。また、冷却ファン１３の正転方向から反転方向への切替えタイミングを稼動時間メータからのデータを利用して行っているので、反転インターバルが長くても確実に油圧モータの反転操作を行うことができるとともに、高価な特殊装置を設けることがないのでコスト低減を図ることができる。

本実施形態においては、ブルドーザを例として説明したが、本発明の冷却装置は、その他の建設機械に対しても適用できるのは言うまでもない。

本発明の一実施形態に係るブルドーザの概略側面図本実施形態のブルドーザに搭載される冷却装置の概略構成図本実施形態の冷却装置における冷却ファン駆動システムの回路図本実施形態の冷却装置における冷却ファンの駆動制御態様を示すフローチャート従来技術に係る冷却装置の回路図

符号の説明

１ブルドーザ
４エンジン
１０冷却装置
１２ラジエータ
１３冷却ファン
１５油圧モータ
１８油圧ポンプ
２０電磁切替弁
２４コントローラ（制御手段）
２９モニタパネル
３０，３１制限スイッチ（時間設定手段）
３２稼動時間メータ

Claims

エンジンの冷却水を冷却するラジエータと、このラジエータを強制冷却する冷却ファンとを備える建設機械の冷却装置において、
前記エンジンにより駆動される可変容量型の油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出される作動油により作動される正逆反転可能な油圧モータと、この油圧モータにより駆動される冷却ファンと、前記油圧モータの回転を正転方向もしくは逆転方向のいずれかに切替える切替弁と、この切替弁の切替えを制御するとともに、この切替弁の切替え時に前記油圧ポンプの吐出油量が最小になるようにその油圧ポンプを制御する制御手段とを備えることを特徴とする建設機械の冷却装置。
前記制御手段は、建設機械の稼動時間を計数する稼動時間メータからの計数データに基づいて、前記油圧モータを正転方向から逆転方向へ切替えるように前記切替弁を制御する請求項１に記載の建設機械の冷却装置。
前記油圧モータの正転方向への運転時間および逆転方向への運転時間は、時間設定手段により設定可能とされている請求項１または２に記載の建設機械の冷却装置。