JP4801836B2

JP4801836B2 - ファンの制御システムおよび制御方法

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Publication number: JP4801836B2
Application number: JP2000383436A
Authority: JP
Inventors: エイディックポール; シーオルグレインマーセロ
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1999-12-17
Filing date: 2000-12-18
Publication date: 2011-10-26
Anticipated expiration: 2020-12-18
Also published as: JP2001200796A; US20010029907A1; SE0004641L; DE10062534A1; US6463891B2; SE0004641D0

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的には作業機械の制御システムおよび制御方法に関し、より詳細には、作業機械の周囲に配置される複数の熱伝達コアの冷却を行なう装置に配置される複数のファンの作動を制御するためのシステムおよび方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
種々の建設および土木工事には、建設作業用および土木作業用の装置と共に、多様な他のタイプの作業機械が普通用いられている。熱は、作業機械に関連するエンジンやその他の機能装置の当然の副産物であり、性能を最適かつ連続的に維持するための適切な作動温度内にエンジンや他の装置を保つためには、その熱は効果的に放散されなければならない。その結果、多様な異なった型の冷却システムがこの課題を遂行するため用いられている。適切に制御された冷却システムによる制御された熱の放散は、それに関連する機能的機械部品の性能と共に作業機械全体の性能を最適化する。
【０００３】
作業機械において複数の熱伝達コアを冷却するために、１つまたはそれ以上のファンを用いることは全く普通である。単一のファンが用いられる場合、そのファンは一般的には複数の熱交換コアと直列に設置される。このような従来技術のファン配置は、一般的に、最適な放熱および熱交換コアの最適配置を阻害し、機械全体としての効率とバランスに悪影響を及ぼす。さらに、このような従来技術の設計は、スペースの制限や操縦者の視界の妨害の点から最小に保つべき機械全体の寸法を増加させる。この点については、冷却システムの装置全体の長さは、一般的にパワートレイン要素の軸方向のスペースで制限され、そして、冷却システムの幅は、一般的に現状のフレームレールの大きさで制限される。また、このような熱交換コアの直列配置は、空気の流れによって運び込まれ多様な直列配置された熱交換コアのフィンに吹き付けられたごみの清掃を困難にする。フィンに集積したごみは熱伝達を遮断し、放熱装置や機械全体の性能および効率に悪影響を及ぼす。
【０００４】
また、複数の熱交換コアの冷却に単一のファンを用いると、必要な冷却を行うためには、より大口径のファンを使用する必要がある。通常、ファンの奥行きはファン寸法に伴って増大するので、このことは、一般的に、より軸方向の長さが長くなることを意味する。
【０００５】
複数の熱伝達コアの冷却に複数のファンが使用されるとき、これらのファンは通常ドライブベルトまたは他の機構を用いて作業機械のエンジンで直接駆動され、それによってファン速度は作業機械のエンジン速度の直接の関数となる。このような従来技術の冷却システムにおいては、冷却が望ましくないときでも、熱伝達コアの冷却が起こる可能性がある。冷却を要しない時に速度を低下させる能力がないことは、有用な仕事に用いることのできる動力を不要に消費する。加えて、殆どのファンは、寒い天候でも不必要に作動して、油圧作動オイル、変速機オイルおよびエンジン冷却液のような流体を過冷却しがちである。同様に、望ましくない冷却はいつでも熱伝達コアにより運ばれる流体が望ましくない過冷却状態になる原因となり得る。このことが起これば、作業機械の性能が低下するだけでなく、このような環境での冷却システムの運転は不要で非効率的であり、不要な燃料消費や動力浪費を招く。不必要な燃料消費のほか、望ましくないファンの運転は作業機械全体の騒音発生を増加させる。さらに、過冷却された熱伝達コア中の流体が用いられる機能的要素は、これもまた過冷却され、信頼性と性能との両方についての問題をこの要素に、さらには作業機械全体に惹き起こす。
【０００６】
熱伝達コアの冷却のための既知の制御システムは、その熱伝達コアの熱伝達に関連する温度条件に基づいて冷却ファンの運転を制御する手段を用いているが、このような既知の手段は、冷却空気流を必ずしも必要な程度だけ提供するとは限らず、またこのような既知の手段は、熱伝達コアの流体温度を、温度の設計限界を外れさせずに変化させるためには必ずしも満足できる応答性を有しない。同様に、このような既知のシステムは、その流体に用いられる個別の熱伝達コアにおけるその流体の過冷却を必ずしも防止できない。
【０００７】
そこで、作業機械の複数の熱伝達コアの冷却用の複数のファンの作動を制御して必要なレベルの空気流のみを提供し、それらのファンを用いる熱伝達コア中の流体の急速な温度変化にも温度の設計限界を超えることなく充分に応答し、個々のファンを用いる個々の熱伝達コア中の流体の過冷却を防止し、そして作業機械全体としての燃料消費と騒音発生を最小限にする、冷却ファンの制御システムを提供することが要望されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明は、上記の問題点の１つあるいはそれ以上を克服しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの形態では、作業機械において、複数の流体の各々が予め定められた最低閾値温度と予め定められた最高閾値温度の間で作動するようになった、複数の流体を冷却する複数のファンの速度を制御する制御システムが開示される。この制御システムは、複数の流体の各々の温度を検知するため配置され、各々が個々の流体温度を示す信号を出力できる複数のセンサと、該複数のセンサから信号を受けるために該複数のセンサと結合され、複数の流体の各々の温度を示す複数のセンサの各々からの信号を受信できる電子制御器とを含み、この制御器は、さらに、複数のセンサから受信される信号に基づいて、複数のファンの各々についての望ましいファン速度を決定でき、そして制御器は、複数のファンの速度を制御するために、複数のファンの各々に、各々が個々のファンについての望ましいファン速度を示し、かつ複数のセンサから受信された信号のうちの少なくともいくつかについての比較に基づいている信号を出力する。
【００１０】
さらに、上記の複数の流体は、少なくとも４つの流体を含み、上記の複数のファンは、少なくとも２つのファンを含むものであり、第１のファンが、第１の流体に関連する第１の熱伝達コアの少なくとも一部、第２の流体に関連する第２の熱伝達コアの少なくとも一部、および第３の流体に関連する第３の熱伝達コアのために作動する。また、第２のファンは、第１の流体に関連する第１の熱伝達コアの少なくとも一部、第２の流体に関連する第２の熱伝達コアの少なくとも一部、および第４の流体に関連する第４の熱伝達コアのために作動する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明のさらなる理解のために、添付図面を参照して説明する。
図１および図２で最適に示される本発明の１つの実施形態においては、ある特定の作業機械に関連するエンジンおよびその他の機能装置からの発熱を放散するために、２つの実質的に同一なラジアルファン１０および１２が、垂直方向に上下に配置される。ラジアルファン１０および１２は、前面から空気を吸入し周辺から放射状に吐出するように作動する。ファン１０および１２は、その３面を熱伝達コア１４、１６、１８および２０で取り囲まれるような位置に配置され、より詳しくは以下で説明するが、冷却システム全体がスペースを節約し、冷却効果を改善し、騒音が減少されるように効果的にまとめられる。
【００１２】
より詳細には、空気対空気後部冷却コア（ＡＴＡＡＣコア）１４が、２つの垂直に積み重ねられたファン１０および１２の前面の上流に両方のファンの前面全部を実質的に覆って配置される。このようにした装置は、ＡＴＡＡＣコア１４の全部分を通過するより多くの空気流れをもたらす。エンジン冷却液熱伝達コア１６は、ＡＴＡＡＣコア１４の下流で各ファンの一方の吐出側に配置され、エンジン冷却液熱伝達コア１６は両方のファンのその側からの放射状に吐出される空気を受ける。２つに区画されたオイル熱伝達コアが、ＡＴＡＡＣコア１４の下流で各ファン１０および１２の他方の吐出側に配置され、各々のオイルコア区画は各ファンから放射状に吐出される空気を受ける。例えば上部のコア区画１８は上部のファン１０からの空気を受けて油圧作動オイルが冷却され、一方下部のコア区画２０は下部のファン１２から空気を受けて変速機オイルが冷却される。エンジン冷却液コア１６および２つのオイルコア１８および２０はファン１０および１２から空気を並列に受け、そして各コアはファン１０および１２の両方の吐出側の圧力降下を同じにし、従って空気の流れの負荷が均一になるようなコア密度に設計される。各ファンは独立に駆動されることが好ましく、それにより各ファンの速度が、そのファンにより冷却される個々の熱伝達コアの放熱要求に対応して制御されることが可能になる。それらのファンの上流と下流の両方に配置されたシュラウドやその他のダクト手段は、２つのファンの空気流を分離し、ファン１０と１２が異なる速度で作動した場合に空気流が内部で再循環するのを防ぐ。
【００１３】
図３に説明される、本発明の１つの実施形態においては、ファン１０および１２の作動は電子制御モジュール（ＥＣＭ）２２あるいは以下述べられるような信号入出力が可能である制御器あるいはプロセッサ手段によって制御される。ＥＣＭ２２のような電子制御器またはモジュールは、一般的に作業機械に用いられて、エンジン速度、エンジン負荷、種々のモータの速度、燃料噴射など多様なエンジン機能の監視や制御を含む、種々の機能や役割を制御し遂行する。ＥＣＭ２２のような制御器および電子モジュールは、作業機械の作動を制御するための、コントロールバルブ、ポンプ、アクチュエータ、モータ制御器および多様なその他種々の機械的構成要素のような装置に制御電流信号を供給するために一般的に用いられている。この点に関しては、ＥＣＭ２２は、一般的に、マイクロコントローラまたはマイクロプロセッサのような処理手段、入／出力回路のような関連電子回路、アナログ回路、プログラムされた論理アレイおよび関連メモリを備える。
【００１４】
図３に示されるように、ＥＣＭ２２は、好ましくは、作業機械に存在するいくつかの流体の温度を監視する複数のセンサと結合される。より具体的にはＥＣＭ２２は、作業機械に関連するエンジン冷却液の近くに配置される温度センサと好ましくは結合され、エンジンを出るエンジン冷却液の温度の指示信号２４を受信するようにされる。当業者は、このエンジン冷却液センサが、他の以下に論ずるセンサと同様に、その流体の温度が最も高くなると予想される、またはその流体の温度が最高閾値温度に達すると予想される場所で連続的にその流体の温度を監視するように、検出されるその流体に対して配置されるべきであると理解するであろう。同様に、ＥＣＭ２２は、ＡＴＡＡＣコア１４に関連する吸気マニホールド空気温度を示す信号２６を受信するために、ＡＴＡＡＣコア１４の近くに配置されるセンサと、油圧作動オイル温度を示す信号２８を受信するために、油圧作動オイルの近傍に配置されるセンサと、変速機オイル温度を示す信号２８を受信するために、変速機オイルの近くに配置されるセンサと、および周囲大気温度を示す信号３２を受信するために、周囲大気に曝されるセンサと、好ましくは結合される。これらのセンサはそれらの各々の流体の温度を好ましくは連続的に監視し、それらの各々はＥＣＭ２２にその検知したパラメータを示す適切な信号を出力する。
【００１５】
ＥＣＭ２２は、図３に示される入力信号２４、２６、２８、３０および３２に基づき両方のファン１０および１２について適切なファン速度を決定する。本発明の１つの実施形態では、ＥＣＭ２２は、図４Ａおよび図４Ｂに示される論理ダイアグラムに基づいて、ファン１０および１２についてのファン速度を決定する。この特定の実施形態においては、ＥＣＭ２２はまずステップ３３で、油圧作動オイルについての予め定められた望ましい閾値温度から信号２８で示される油圧作動オイルの温度を差し引いて、油圧作動オイル温度誤差を算出する。この油圧作動オイルについての予め定められた望ましい閾値温度は、通常の作業機械の作動の間にその油圧作動オイルを好ましく保つ温度として設定される。次いで、ＥＣＭ２２はステップ３４で、そこで計算された油圧作動オイル温度誤差が過冷却状態を示しているかチェックする。このチェックはセンサ信号２８により検知された実際の油圧作動オイル温度を油圧作動オイルについての既知の過冷却温度と比較するか、あるいは算定された油圧作動オイル温度誤差を過冷却状態を示す誤差値と比較して行うことが出来る。ステップ３４で油圧作動オイル温度誤差が予め定められた油圧作動オイル過冷却状態の存在を示す場合には、ＥＣＭ２２はステップ３６で上方のファン１０の速度をゼロに設定し、ステップ３８に進むことになる。他方、ステップ３４で油圧作動オイル温度誤差が予め定められた油圧作動オイル過冷却状態の存在を示さない場合には、ＥＣＭ２２は、好ましくは、ステップ４０で、予め定められたゲイン値で油圧作動オイル温度誤差を評価し、そしてステップ４１に進む。
【００１６】
同様に、ＥＣＭ２２はステップ４２で、変速機オイルについての予め定められた望ましい閾値温度から信号３０で示される変速機オイルの温度を再び差し引いて、変速機オイル温度誤差を算出する。ＥＣＭ２２は、ついでステップ４４で、そこで計算された変速機オイル温度誤差が過冷却状態を示しているか再びチェックする。ステップ４４での変速機オイル温度誤差が、予め定められた変速機オイル過冷却状態の存在を示す場合には、ＥＣＭ２２はステップ４６で下方のファン１２の速度をゼロに設定し、ステップ４８に進むことになる。他方、ステップ４４での変速機オイル温度誤差が、予め定められた変速機オイル過冷却状態の存在をステップ４４で示さない場合には、ＥＣＭ２２は、好ましくは、ステップ５０で予め定められたゲイン値で変速機オイル温度誤差を評価し、そしてステップ５２に進む。
【００１７】
同様に、ＥＣＭ２２はステップ５４で、エンジン冷却液についての予め定められた望ましい閾値温度から信号２４で示されるエンジン冷却液の温度を差し引いて、エンジン冷却液温度誤差を算出する。次いでＥＣＭ２２は、好ましくは、ステップ５６で、予め定められたゲイン値でエンジン冷却液温度誤差を評価し、そしてステップ５７に進む。また同様に、ＥＣＭ２２はステップ６０で、ＡＴＡＡＣコア１４についての望ましい吸気マニホールド空気閾値温度から信号２６で示される吸気マニホールド空気温度を差し引いて、ＡＴＡＡＣ吸気マニホールド空気温度誤差を算出する。この点に関しては、ＡＴＡＡＣコア１４についての吸気マニホールド空気の望ましい閾値温度は周囲大気温度の関数であるので、ＥＣＭ２２はステップ５８で連続的に、望ましい吸気マニホールド閾値温度を、周囲大気温度を示すセンサ信号３２に基づいて算出する。本発明の１つの実施形態においては、ＥＣＭ２２は図５のグラフに示される関係により、ＡＴＡＡＣコア１４についての望ましい吸気マニホールド閾値温度を決定する。図５の検知された周囲大気温度は変化するので、同様にＡＴＡＡＣコアについての望ましい閾値吸気マニホールド温度も変化し、この望ましい閾値温度は連続的にＥＣＭ２２により算出されて、ステップ６０でのＡＴＡＡＣ吸気マニホールド温度の決定に用いられる。ＡＴＡＡＣコア１４についての望ましい閾値吸気マニホールド空気温度とそれに対応する温度誤差が決定されたら、次いでＥＣＭ２２は、好ましくは、ステップ６２で、予め定められたゲイン値で、ステップ６０で決定されたＡＴＡＡＣ温度誤差を評価し、そしてステップ５７に進む。ステップ５７では、ＥＣＭ２２は、ステップ５６で決定された、評価されたエンジン冷却液温度誤差と、ステップ６２で決定された、評価されたＡＴＡＡＣ吸気マニホールド温度誤差について、いずれが大きいか決定するが、この大きい方の温度誤差は当業者によりエンジン温度誤差と呼ばれている。この、より大きいエンジン温度誤差がステップ５７で選択されたら、ＥＣＭ２２はステップ４１および５２に進む。
【００１８】
ステップ４１で、ＥＣＭ２２は、ステップ４０で決定された、評価された油圧作動オイル温度誤差と、ステップ５７で決定されたエンジン温度誤差について、いずれが大きいかを決定する。ついでＥＣＭ２２は、２つの評価された温度誤差４０および５７の中の大きい方および下記の１つの実施形態に記載されるような他のパラメータに基づいて、ステップ４３で上方のファン１０についての最大許容ファン速度を決定する。本発明の１つの実施形態において、もし評価された油圧作動オイル温度誤差４０がステップ４１でより大きいとされたら、ＥＣＭ２２は、検知された油圧作動オイル温度２８を用いた図６のグラフの関係に相当する油圧作動オイルコアの冷却要求に基づいて、ステップ４３で上方ファン１０についての最大許容ファン速度を決定し、ステップ３８に進む。他方、もし評価されたエンジン温度誤差５７がステップ４１でより大きいとされたら、ＥＣＭ２２は、評価されたエンジン冷却液温度誤差５６がステップ５７でより大きい場合は、検知されたエンジン冷却液温度２４を用いた図７のグラフの関係に相当するエンジン冷却液コアの冷却要求に基づいて、ステップ４３でファン１０についての最大許容ファン速度を決定し、あるいは、ＥＣＭ２２は、評価されたＡＴＡＡＣコア吸気マニホールド温度誤差６２がステップ５７でより大い場合には、ＡＴＡＡＣ温度誤差６０を用いた図８のグラフの関係に相当するＡＴＡＡＣコア１４の冷却要求に基づいて、ステップ４３で上方ファン１０についての最大許容ファン速度を決定することになる。
【００１９】
同様に、ステップ５２で、ＥＣＭ２２は、ステップ５０で決定され、評価された変速機オイル温度誤差と、ステップ５７で決定されたエンジン温度誤差のいずれが大きいかを決定する。次いでＥＣＭ２２は、２つの評価された温度誤差５０および５７の中の大きい方および下記の１つの実施形態に記載されるような他のパラメータに基づいて、ステップ４５で下方のファン１２についての最大許容ファン速度を決定する。本発明の１つの実施形態においては、評価された変速機オイル温度誤差５０がステップ５２でより大きい場合には、ＥＣＭ２２は、検知された変速機オイル温度３０を用いた図９のグラフの関係に相当する変速機オイルコア２０の冷却要求に基づいて、ステップ４５で下方ファン１２についての最大許容ファン速度を決定し、ステップ４８に進む。他方で、検知されたエンジン温度誤差５７がステップ５２でより大きい場合には、ＥＣＭ２２は、評価されたエンジン冷却液温度誤差５６がステップ５７でより大きかった場合、検知されたエンジン冷却液温度２４を用いた図７のグラフの関係に相当するエンジン冷却液コア１６の冷却要求に基づいて、ステップ４５で下方のファン１２についての最大許容ファン速度を決定し、あるいは、ＥＣＭ２２は、評価されたＡＴＡＡＣコア吸気マニホールド温度誤差６２がステップ５７でより大きかった場合、ＡＴＡＡＣ温度誤差６０を用いた図８のグラフの関係に相当するＡＴＡＡＣコア１４の冷却要求に基づいて、ステップ４５で下方ファン１２についての最大許容ファン速度を決定することになる。
【００２０】
そして、ＥＣＭ２２は、ステップ４１における上方ファン１０のファン速度について要求される変更を示す信号をＰＩＤ制御器にステップ３８で発信し、さらに、ステップ５２における下方ファン１２のファン速度について要求される変更を示す信号をＰＩＤ速度制御器にステップ４８で発信する。ＰＩＤ制御器は、当業者に既知であり、作業機械や他の機械装置における機械装置の作動の制御に通常用いられる。この点に関しては、ステップ３８および４８で用いられるＰＩＤ制御器は、本発明の精神と範囲を逸脱しない限りどのようなタイプのものでもよい。
【００２１】
ステップ６４で、ＥＣＭ２２は、ステップ５７で決定されたエンジン温度誤差が、ステップ４０での油圧作動オイル温度誤差とステップ５０の変速機オイル温度誤差の両方より大きいかを決定する。もし真であれば、そのことは、両方のファン１０および１２がＡＴＡＡＣコア１４およびエンジン冷却液コア１６の冷却要求に用いられていることを示している。この場合は、ＥＣＭ２２はステップ６６に進み、ファン１０および１２についてステップ３８および４８で決定された２つのファン速度の平均を計算する。ＥＣＭ２２はその平均速度から上方ファン１０についてのファン速度を差し引き、その結果の速度を、正の値であっても負の値であってもステップ１００で評価し、ステップ４１で決定される上方ファン１０の温度誤差信号に、その信号がステップ３８においてＰＩＤ速度制御器に送信される前に、加える（あるいはそれから差し引く）。もし否であれば、ファン１０に関連するステップ６６の出力は、ファン１０および１２の平均速度の代わりにファン１０の速度とされ、それはそれ自身から差し引くことによってステップ１００におけるゼロの値となる。ＰＩＤ制御器３８の出力はステップ４３で決定される最高許容ファン速度に制限される。同様に、ＥＣＭ２２は下方ファン１２についてのファン速度を平均速度から差し引き、その結果の速度を、正の値であっても負の値であってもステップ１０１で評価し、ステップ５２で決定される下方ファン１２の温度誤差信号に、その信号がステップ４８においてＰＩＤ速度制御器に送信される前に、加える（あるいはそれから差し引く）。もし否であれば、ファン１２に関連するステップ６６の出力はファン１０および１２の平均速度の代わりにファン１２の速度とされ、それはそれ自身から差し引くことによってステップ１０１におけるゼロの値となる。ＰＩＤ制御器３８の出力はステップ４５で決定される最高許容ファン速度に制限される。結果として、両方のファン１０および１２の速度は各々のファン速度を増加するか減少するかして平均速度に調整され、全４つの熱伝達コア１４、１６、１８および２０の冷却要求を満たしつつ、両方のファン１０および１２について最適な動力消費と騒音発生をもたらす。
【００２２】
本発明の別の実施形態においては、好ましくは、ステップ７２で、ＥＣＭ２２はまた、作業機械の作動中に作業機械の操縦者からの制動信号６８および動力要請信号７０に応答する。これらの信号は当業者に既知の方法で入力される。信号６８が制動要請を示す場合は、ＥＣＭ２２は、ファン１０および１２の両方のファン速度を熱伝達コア１４、１６、１８および２０の冷却要求にかかわらず自動的に予め定められた最高閾値速度に決定し、作業機械の全体的な減速を促進するように作業機械のエンジンに寄生的な負荷を一時的に加える。この実施形態においては、寄生的負荷は制動要請が事実上続いている限り続行する。これにかわり、信号７０が出力増加要求を示している場合は、ＥＣＭ２２は自動的に両方のファン１０および１２のファン速度を予め定められた最低の閾値速度に決定し、作業機械のエンジンについての負荷を一時的に減少させ、エンジンからより多くの動力が作業機械のパワートレインに供給されることを可能にする。この実施形態においては、コア１４、１６、１８および２０で冷却された流体が高められた設定温度に達するまでは、ファン１０および１２の速度を最低の運転速度に保つ。冷却された流体が高められた設定温度の１つまたはそれ以上に到達したら、これらのファン速度は、図４Ａおよび図４Ｂで説明され上記内容に記載された論理図によって再び制御される。当業者は、多くの場合、ＥＣＭ２２が、一度には作業機械の制動要請あるいは出力増加要請を示す２つの信号６８および７０の１つのみを受信することを理解するであろう。両方の信号６８および７０がオフの状態では、ＥＣＭ２２は、再び、先に説明したように、ファン１０および１２についての適切な速度を決定する。
【００２３】
次いで、ＥＣＭ２２は、上方ファン１０についての望ましいファン速度を示す信号７４をモータ制御器７６に送信し、下方ファン１２についての望ましいファン速度を示す信号７８をモータ制御器８０に送信する。これによりモータ制御器７６および８０は両方のファン１０および１２のファン速度が信号７４および７８でそれぞれ示される速度となるように駆動する。こうして、ＥＣＭ２２は両方のファン１０および１２の速度を個々に制御し、全４つの熱伝達コア１４、１６、１８および２０の冷却要求を効果的に満たす。
【００２４】
（産業上の利用可能性）
本明細書に記載したように、本発明の制御システムは、複数の熱伝達コアの冷却を要する全ての型の作業機械、車両およびエンジンにおいて特に有用である。本発明の制御システムは作業機械における複数のファンの速度を、その瞬間のエンジン速度に対応するかわりに、複数の熱伝達コアの各々の冷却要求に対応して制御することを可能にする。熱伝達コア中の流体温度はそれらのそれぞれの熱伝達コアの瞬間的な冷却要求を決定するのを助け、これによりＥＣＭ２２は各ファンについての適切な速度を決定し、その特定のファンの速度を制御するため各々のファンについて個々のモータ制御器に個別に信号を発信することができる。本発明は、各熱伝達コアの冷却要求も同時に満たされるように各ファンの性能を制限することにより、流体の過冷却を防止し、動力を節約する。さらに、エンジンの最初のスタート時はファンの作動が停止され、これにより、コールドスタートの信頼性とエンジンのクランキング力が改善される。
【００２５】
当業者は、作業機械の始動時に、ＡＴＡＡＣコアおよびエンジン冷却液コアが最初に昇温する流体となることは理解するであろう。従って、油圧作動オイルあるいは変速機オイルの温度が過冷却閾値温度よりも昇温するまでに、ＡＴＡＡＣコアおよびエンジン冷却液の温度は少なくとも最低過冷却温度閾値をすでに超過している筈である。それゆえに、ＥＣＭ２２で実行される論理には、上方ファン１０あるいは下方ファン１２におけるファン速度を決定するときにＡＴＡＡＣコア１４あるいはエンジン冷却液１６の過冷却温度閾値を考慮にいれていないし、また一般的には考慮を必要としない。
【００２６】
もし、油圧作動オイルあるいは変速機オイルのいずれかの温度が（それぞれに）個々の予め定められた過冷却温度閾値にあるかあるいはより低いかの理由で、ファン１０あるいは１２いずれかのファン速度がゼロと決定されたならば、ＥＣＭ２２において負荷のステップが実行されて他のファンの速度を増加させ、残りの３つのコア全ての冷却要求を満たすことは、理解されるしまた予想されることである。さらに、もし他のファンが最大の閾値速度で運転されていてもＡＴＡＡＣコアおよびエンジン冷却液コアの冷却要求を満足させることができなければ、過冷却のオイルコアに関連するファンの速度をそれらの要求を満たす最低の速度とするように制御するステップをＥＣＭ２２で実行することができる。このようなステップは上記と同様な方法で上記の各事項に付け加えて実行させることができ、このような手段は当業者にはよく知られていることである。従って、このような追加のステップは認識され予想されるものであり、本発明の精神と範囲を逸脱しない限り本発明で保護されることが意図される。
【００２７】
図４Ａおよび図４Ｂの論理ダイアグラムに表されるステップは、少なくとも作業機械が作動している限りあるいはエンジンが停止されるまで予め定められた間隔で繰り返されることが好ましい。この予め定められた間隔は特定の時間周期に基づくこともでき、あるいはこのような間隔は１つまたはそれ以上の各種流体の温度の予め定められた増加する変化に基づくこともでき、また他のパラメータや他の基準に基づくこともできる。加えて、ステップ７６および８０で、ＥＣＭ２２はループを元に帰ってその各ステップを繰り返すようにプログラムされることができるか、あるいはＥＣＭ２２は終了しそのステップはその後予め定められた繰返し基準にもとづいてそのステップの作動を再び起動させるように繰り返される。
【００２８】
作業機械において用いられる流体は少なくとも４つであることが必要な条件であるが、この条件をみたせば、流体がいくつであっても、その流体用の熱伝達コアには本発明の各ステップを実質的に用いることができる。また、ファンの数は少なくとも２つであることが必要な条件となるが、この条件を満たせば、本発明の論理回路は、ファンの数がいくつであってもほぼ制御可能なように拡張でき、個々の熱伝達コアの冷却要求を充分に満たす。同様に図５、図６、図７、図８および図９のグラフに示されるファン速度の関係は、個々のファンのサイズ、容量、所要動力、またあるいはいずれかの個々の実施形態において冷却される要素の温度の要求によって目盛りが変えられるものである。従って、全てのこのような変形、修正は認識され予想されるものであり、本発明の精神と範囲を逸脱しない限り本発明によって保護されることが意図される。
【００２９】
図４Ａおよび図４Ｂの論理ダイアグラムに示される操作ステップの変形は、本発明の精神と範囲から逸脱することなく実施できることもまた認識される。特に、ステップの追加は可能であろうし、あるいは若干のステップの削除も可能であろう。全てのこのような変形は本発明により保護されることが意図される。
【００３０】
先行の記載で明らかなごとく、本発明の形態は本明細書で説明した実施例の個々の詳細によって制限されるものではなく、そしてまた、当業者が他の変形や応用を考えつくことも予想される。従って本発明の特許請求の範囲が全ての本発明の精神と範囲を逸脱しないこのような変形および応用を保護することが意図される。
本発明の他の形態、目的および利点は図面、開示および添付の特許制空の範囲を検討することによって得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従って組み立てられた一対の冷却ファンおよび熱伝達コア装置の１つの実施形態の斜視図であり、ある特定の作業機械に関連する他の装置は、仮線で示される。
【図２】図１に示された冷却装置の斜視図であって、個々のファンの各向かい合う側に配置された熱伝達コアに対する２つのラジアルファンがその中間に配置されていることを示し、上流の熱伝達コアとそれに伴う若干のダクト機構はこの一対のファンを見え易くするために取り除いてある。
【図３】本発明に基づき構成されたファン制御システムの１つの実施形態の概要図である。
【図４Ａ】本発明の１つの実施形態における、各ファンについての望ましいファン速度の決定および設定のための論理を説明するフローチャートである。
【図４Ｂ】本発明の１つの実施形態における、各ファンについての望ましいファン速度の決定および設定のための論理を説明するフローチャートである。
【図５】本発明の１つの実施形態における、検知された周囲大気温度と、ＡＴＡＡＣコアについての望ましい吸気マニホールド閾値温度との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の１つの実施形態における、検知された作動油オイル温度と、これに相当するファン速度との関係を示すグラフである。
【図７】本発明の１つの実施形態における、検知されたエンジン冷却液温度と、これに相当するファン速度との関係を示すグラフである。
【図８】本発明の１つの実施形態における、吸気マニホールド温度誤差と、これに相当するファン速度との関係を示すグラフである。
【図９】本発明の１つの実施形態における、検知された変速機オイル温度と、これに相当するファン速度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０上方ファン
１２下方ファン
１６エンジン冷却液コア
１８油圧作動オイルコア
２０変速機オイルコア

Claims

作業機械において、各々が予め定められた最低閾値温度と予め定められた最高閾値温度の間で作動するようになった複数の流体を冷却する複数のファンの速度を制御する制御システムであって、
前記複数の流体の各々の温度を検知するため配置され、各々が個々の流体温度を示す信号を出力できる複数のセンサと；
前記複数のセンサから信号を受けるために前記複数のセンサと結合され、前記複数の流体の各々の温度を示す前記複数のセンサの各々からの信号を受信できる電子制御器とを含み；
前記制御器は、前記複数のセンサから受信される信号に基づいて、前記複数のファンの各々についての望ましいファン速度を決定でき、前記制御器は、前記複数のファンの速度を制御するために、各々が個々のファンについての望ましいファン速度を示し、前記複数のセンサから受信された前記信号のうちの少なくとも幾つかについての比較に基づいている信号を、前記複数のファンの各々に出力するように構成され；
前記複数の流体が少なくとも４つの流体を含み；
前記複数のファンが少なくとも２つのファンを含み；
第１のファンが、第１の流体に関連する第１の熱伝達コアの少なくとも一部、第２の流体に関連する第２の熱伝達コアの少なくとも一部、および第３の流体に関連する第３の熱伝達コアのために作動し、第２のファンが、前記第１の流体に関連する前記第１の熱伝達コアの少なくとも一部、前記第２の流体に関連する前記第２の熱伝達コアの少なくとも一部、および第４の流体に関連する第４の熱伝達コアのために作動することを特徴とする制御システム。
前記制御器は、前記第１、第２および第３の流体に関連する前記複数のセンサから受信した前記信号の比較に基づいて前記第１のファンの速度を決定し、前記第１、第２および前記第４の流体に関連する前記複数のセンサから受信した前記信号の比較に基づいて前記第２のファンの速度を決定することを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
前記第１のファンの速度が、前記第１、第２および第３の流体のうちの１つに基づいて決定され、該１つの流体は、前記流体のうちの残りの２つの流体に比べて、該１つの流体について予め定められた最高閾値温度に、より近い温度であることを特徴とする請求項２に記載の制御システム。
前記第２のファンの速度が、前記第１、第２および第４の流体のうちの１つに基づいて決定され、該１つの流体は、前記流体のうちの残りの２つの流体に比べて、該１つの流体について予め定められた最高閾値温度に、より近い温度であることを特徴とする請求項２に記載の制御システム。
前記第２の熱伝達コアがエンジン冷却液コアであり、前記第２の流体がエンジン冷却液であることを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
前記第３の熱伝達コアが油圧作動オイルコアであり、前記第３の流体が油圧作動オイルであることを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
前記第４の熱伝達コアが変速機オイルコアであり、前記第４の流体が変速機オイルであることを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
前記制御システムが、個々の流体について予め定められた望ましい閾値温度とその流体のセンサから受信した前記信号により示される個々の流体の温度の間の差に基づいて算定される温度誤差を、前記第１、第２、第３および第４の流体の各々の温度を検知する前記センサから受信した各信号について決定するように作動できるものであり；
前記制御器が、前記第１、第２および第３の流体から受信した前記センサ信号間に存在する最大温度誤差に基づいて、前記第１のファンについてのファン速度を決定でき；
前記制御器が、該第１、第２および第４の流体から受信した前記センサ信号間に存在する最大温度誤差に基づいて、前記第２のファンについてのファン速度を決定できることを特徴とする請求項１に記載の制御システム。