JP6480320B2

JP6480320B2 - Work machine cooling control system and work machine

Info

Publication number: JP6480320B2
Application number: JP2015252271A
Authority: JP
Inventors: 亮祐衣川; 望皆川; 博司巽; 三浦　敬典; 敬典三浦
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2015-12-24
Filing date: 2015-12-24
Publication date: 2019-03-06
Anticipated expiration: 2035-12-24
Also published as: JP2017115700A

Description

本発明は、ホイルローダ、スキッドステアローダ、コンパクトトラックローダ等の作業機の冷却制御システム及び作業機に関する。 The present invention relates to a cooling control system for a work machine such as a wheel loader, a skid steer loader, a compact truck loader, and the work machine.

従来、作業機の冷却制御システムとして特許文献１が知られている。特許文献１の作業機の冷却制御システムは、冷却流体を冷却するために外気を冷却風として導入する冷却ファンの回転数を制御する制御装置を備え、流体温度を検知する流体温度センサと、外気の温度を検知する外気温センサと、流体温度と外気の温度との差分を算出し、差分の大きさに応じて冷却ファンの目標回転数を設定している。 Conventionally, Patent Document 1 is known as a cooling control system for a work machine. The cooling control system for a work machine disclosed in Patent Document 1 includes a control device that controls the number of rotations of a cooling fan that introduces outside air as cooling air to cool a cooling fluid, and includes a fluid temperature sensor that detects the fluid temperature, and an outside air The outside air temperature sensor for detecting the temperature of the air and the difference between the fluid temperature and the outside air temperature are calculated, and the target rotational speed of the cooling fan is set according to the magnitude of the difference.

特開２００７−２５５２１６号公報JP 2007-255216 A

さて、特許文献１で採用している冷却制御システムは、ビスカスクラッチ（流体継手）によってエンジンからの動力が伝達される構造（粘性クラッチファン構造）である。粘性クラッチファン構造では、粘度の高いシリコンオイルの量によって、ファンに伝達するトルクが変化し、冷却ファンの回転数を変更する。粘性クラッチファン構造では、制御装置から冷却ファンの目標回転数を変更したとしても、冷却ファンの実際の回転数が変更できないことがあった。 The cooling control system employed in Patent Document 1 has a structure (viscous clutch fan structure) in which power from an engine is transmitted by a viscous clutch (fluid coupling). In the viscous clutch fan structure, the torque transmitted to the fan changes depending on the amount of high-viscosity silicone oil, and changes the rotation speed of the cooling fan. In the viscous clutch fan structure, even if the target rotational speed of the cooling fan is changed from the control device, the actual rotational speed of the cooling fan may not be changed.

本発明は、上記したような従来技術の問題点を解決すべくなされたものであって、ファンの目標回転数の変更に伴ってファンの実回転数を簡単に変更することができる作業機の冷却制御システム及び作業機を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and is a working machine capable of easily changing the actual rotational speed of the fan in accordance with the change of the target rotational speed of the fan. An object is to provide a cooling control system and a work machine.

本発明の作業機の冷却制御システムは、ファンと、前記ファンが装着されたハウジングと、出力軸を有する原動機と、前記原動機の出力軸の回転動力によって回転し、且つ、前記ハウジングとの間に形成されたギャップに導入された流体によって当該ハウジングと共に回転するロータと、前記ギャップに導入する前記流体の導入量を設定する流体設定部と、前記流体設定部を制御することで前記ファンを制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、ファンの目標回転数の変更時における前記ファンの実回転数の応答性に基づいて定めた所定回転数を、前記原動機の実回転数から減算した値をファンの目標回転数に設定する設定部と、ファンの実回転数と、前記ファンの目標回転数との差分に対して比例制御を行う比例制御部と、前記差分に対して積分制御を行う積分制御部と、前記差分に対して微分制御を行う微分制御部と、前記原動機又は前記ファンの状態に基づいて制御の変更を行う変更部と、を有し、前記変更部は、前記原動機の実回転数と、ファンの実回転数と、の差が、予め定められた判断値未満であり、且つ、前記原動機の実回転数が上昇した場合、前記積分制御部及び前記微分制御部を無効にし、前記原動機の実回転数と、前記ファンの実回転数と、の差が、前記判断値未満であり、且つ、前記原動機の実回転数が下降した場合、前記積分制御部を無効にする The work machine cooling control system according to the present invention includes a fan, a housing in which the fan is mounted, a prime mover having an output shaft, and rotation by the rotational power of the output shaft of the prime mover, and between the housing. A rotor that rotates together with the housing by the fluid introduced into the formed gap, a fluid setting unit that sets an introduction amount of the fluid to be introduced into the gap, and the fan that is controlled by controlling the fluid setting unit A value obtained by subtracting, from the actual rotational speed of the prime mover, a predetermined rotational speed determined based on the responsiveness of the actual rotational speed of the fan when the target rotational speed of the fan is changed. Is set to the target rotational speed of the fan, the proportional control section that performs proportional control on the difference between the actual rotational speed of the fan and the target rotational speed of the fan, and the difference An integration control unit that performs integral control on the difference, a differential control unit that performs differential control on the difference, and a change unit that changes control based on the state of the prime mover or the fan, and the change The difference between the actual rotational speed of the prime mover and the actual rotational speed of the fan is less than a predetermined determination value, and when the actual rotational speed of the prime mover increases, the integration control unit and When the differential control unit is disabled, the difference between the actual rotational speed of the prime mover and the actual rotational speed of the fan is less than the determination value, and the actual rotational speed of the prime mover decreases, the integration Disable control

また、作業機は、上述した作業機の冷却制御システムを備えている。 Further, the work machine includes the above-described work machine cooling control system.

本発明によれば、ファンの目標回転数の変更に伴ってファンの実回転数を簡単に変更することができる。 According to the present invention, the actual rotational speed of the fan can be easily changed with the change of the target rotational speed of the fan.

作業機の冷却制御システムを示す図である。It is a figure which shows the cooling control system of a working machine. エンジンと冷却装置との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between an engine and a cooling device. ファンの目標回転数、ファンの実回転数及びエンジンの実回転数の関係の一例である。It is an example of the relationship between the target rotation speed of a fan, the real rotation speed of a fan, and the real rotation speed of an engine. ファンの回転数の応答改善処理を行わなかった場合の試験結果を示す図である。It is a figure which shows the test result at the time of not performing the response improvement process of the rotation speed of a fan. ファンの回転数の応答改善処理を行った場合の試験結果を示す図である。It is a figure which shows the test result at the time of performing the response improvement process of the rotation speed of a fan. 制御ブロック図を示す図である。It is a figure which shows a control block diagram. エンジン始動時におけるエンジンの実回転数及びファンの実回転数の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the actual rotational speed of an engine at the time of engine starting, and the actual rotational speed of a fan. エンジンの実回転数、ファンの実回転数、ファンの目標回転数及び閾値の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the engine real speed, the fan real speed, the target speed of a fan, and a threshold value. エンジンの実回転数を低下させた場合におけるエンジンの実回転数、ファンの実回転数、ファンの目標回転数、ＰＩＤ制御との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the actual rotational speed of an engine, the actual rotational speed of a fan, the target rotational speed of a fan, and PID control in the case of reducing the actual rotational speed of an engine. エンジンの実回転数を低下させた場合におけるエンジンの実回転数、ファンの実回転数、ファンの目標回転数、ＰＤ制御との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the actual rotational speed of an engine, the actual rotational speed of a fan, the target rotational speed of a fan, and PD control at the time of reducing the actual rotational speed of an engine. ホイルローダの全体図である。1 is an overall view of a wheel loader.

以下、本発明に係る作業機の冷却制御システム及びこの冷却制御システムを備えた作業機の好適な実施形態について、適宜図面を参照しながら説明する。
図８は、ホイルローダの全体図である。
まず、作業機として、ホイルローダを例にあげ説明する。なお、作業機は、ホイルローダに限定されず、コンパクトトラックローダ、スキッドステアローダ、バックホー等であっても、その他の作業機であってもよい。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of a work machine cooling control system and a work machine equipped with the cooling control system according to the invention will be described with reference to the drawings as appropriate.
FIG. 8 is an overall view of the wheel loader.
First, a wheel loader will be described as an example of a working machine. The work machine is not limited to a wheel loader, and may be a compact truck loader, a skid steer loader, a backhoe, or other work machine.

図８に示すように、ホイールローダ１は、アーティキュレート式の作業機であり、機体２と、前方で作業が可能な作業装置３とを有している。機体２には前輪５及び後輪６が設けられている。機体２には、支持フレーム４が設けられている。作業装置３は、リフトアーム９とバケット１０とを有する。リフトアーム９は、その基端側が支持フレーム４に幅方向の軸心（横軸）回りに揺動自在に支持されている。リフトアーム９はリフトシリンダ１２の伸縮によって作動される。即ち、リフトシリンダ１２を伸縮すると、リフトアーム９は上下方向に揺動する。バケット１０は、リフトアーム９の先端側に横軸回りに揺動自在に支持されている。バケット１０は、バケットシリンダ１３の伸縮によって上下方向に回動する。なお、バケット１０は着脱自在に設けられていて、バケット１０の代わりに、スイーパー、モアー、ブレーカ等の予備アタッチメントをリフトアーム９の先端側に取り付け可能とされている。 As illustrated in FIG. 8, the wheel loader 1 is an articulated working machine, and includes a machine body 2 and a working device 3 capable of working in the front. The body 2 is provided with a front wheel 5 and a rear wheel 6. The body 2 is provided with a support frame 4. The work device 3 includes a lift arm 9 and a bucket 10. The lift arm 9 is supported on the support frame 4 so that the base end side thereof is swingable about an axis (horizontal axis) in the width direction. The lift arm 9 is operated by the expansion and contraction of the lift cylinder 12. That is, when the lift cylinder 12 is expanded and contracted, the lift arm 9 swings in the vertical direction. The bucket 10 is supported on the tip end side of the lift arm 9 so as to be swingable around the horizontal axis. The bucket 10 rotates in the vertical direction by expansion and contraction of the bucket cylinder 13. The bucket 10 is detachably provided, and a spare attachment such as a sweeper, mower, breaker or the like can be attached to the distal end side of the lift arm 9 instead of the bucket 10.

機体２には、運転席１４と、ステアリング１６と、作業装置３を操作する操作装置１７と、原動機１８とが設けられている。原動機１８は、ディーゼルエンジン（エンジン）である。なお、原動機１８は、電動モータであってもよいし、電動モータとエンジンとの両方から構成されていてもよい。ホイールローダ１には、原動機１８の出力軸１９の回転動力により作動する油圧ポンプが設けられている。油圧ポンプは、ホイールローダ１に装備された油圧アクチュエータ（リフトシリンダ１２、バケットシリンダ１３等）やバケット１０の代わりに装着されるアタッチメントの油圧アクチュエータに作動油を供給可能である。また、ホイールローダ１には、ＨＳＴ（静油圧式トランスミッション）等の走行装置が設けられている。 The airframe 2 is provided with a driver's seat 14, a steering wheel 16, an operating device 17 for operating the work device 3, and a prime mover 18. The prime mover 18 is a diesel engine (engine). The prime mover 18 may be an electric motor or may be composed of both an electric motor and an engine. The wheel loader 1 is provided with a hydraulic pump that is operated by the rotational power of the output shaft 19 of the prime mover 18. The hydraulic pump can supply hydraulic oil to a hydraulic actuator (lift cylinder 12, bucket cylinder 13, etc.) equipped in the wheel loader 1 or an attachment hydraulic actuator mounted instead of the bucket 10. The wheel loader 1 is provided with a traveling device such as an HST (hydrostatic transmission).

次に、ホイールローダ１に設けられた作業機の冷却制御システムについて説明する。
図１、２に示すように、作業機の冷却制御システムは、冷却装置２０を備えている。冷却装置２０は、原動機１８を動力源として駆動する装置であって、粘性の流体を用いた粘性式のクラッチファンである。冷却装置２０は、回転軸２１と、ロータ２２と、ハウジング（ケース）２３と、流体設定部（流体設定装置）２４と、ファン２５とを有している。 Next, a working machine cooling control system provided in the wheel loader 1 will be described.
As shown in FIGS. 1 and 2, the work machine cooling control system includes a cooling device 20. The cooling device 20 is a device that drives the prime mover 18 as a power source, and is a viscous clutch fan that uses a viscous fluid. The cooling device 20 includes a rotating shaft 21, a rotor 22, a housing (case) 23, a fluid setting unit (fluid setting device) 24, and a fan 25.

回転軸２１は、エンジン１８の出力軸１９の回転動力により回転する軸である。例えば、エンジン１８の出力軸１９には、当該出力軸１９と共に回転するプーリ３０が設けられ
ている。また、回転軸２１にも、当該回転軸２１と共に回転するプーリ３１が設けられている。プーリ３０とプーリ３１とには、ベルト（駆動ベルト）３２が掛けられ、プーリ３０の回転動力が駆動ベルト３２を介してプーリ３１に伝達される。即ち、回転軸２１は、エンジン１８の出力軸１９の回転動力によって回転する。 The rotating shaft 21 is a shaft that is rotated by the rotational power of the output shaft 19 of the engine 18. For example, the output shaft 19 of the engine 18 is provided with a pulley 30 that rotates together with the output shaft 19. The rotating shaft 21 is also provided with a pulley 31 that rotates together with the rotating shaft 21. A belt (drive belt) 32 is hung on the pulley 30 and the pulley 31, and the rotational power of the pulley 30 is transmitted to the pulley 31 via the drive belt 32. That is, the rotating shaft 21 is rotated by the rotational power of the output shaft 19 of the engine 18.

ロータ２２は、回転軸２１に固定されていて、回転軸２１と共に回転する。ロータ２２は、円盤状であって、外面に環状のラビリンス部（溝部）２２ａが形成されている。ロータ２２はハウジング２３に収容されている。
ハウジング２３は、回転軸２１に軸受３３を介して回転自在に支持されている。ハウジング２３の外側には、複数枚の羽根を有するファン２５が装着されている。したがって、ハウジング２３を回転させることによってファン２５を回転させることができる。 The rotor 22 is fixed to the rotating shaft 21 and rotates together with the rotating shaft 21. The rotor 22 has a disk shape, and an annular labyrinth portion (groove portion) 22a is formed on the outer surface. The rotor 22 is accommodated in the housing 23.
The housing 23 is rotatably supported on the rotary shaft 21 via a bearing 33. A fan 25 having a plurality of blades is mounted on the outside of the housing 23. Therefore, the fan 25 can be rotated by rotating the housing 23.

ハウジング２３は、ロータ２２のラビリンス部２２ａに近接する壁部２３ａを有している。ハウジング２３の壁部２３ａと、ロータ２２のラビリンス部２２ａとの間には、ギャップ（作動ギャップ）２３ｂが形成されている。ギャップ２３ｂに粘性の流体（例えば、シリコン油）を導入することによって、ロータ２２の回転動力がハウジング２３に伝達される。ハウジング２３はロータ２２の回転動力によって回転する。 The housing 23 has a wall portion 23 a adjacent to the labyrinth portion 22 a of the rotor 22. A gap (operation gap) 23 b is formed between the wall portion 23 a of the housing 23 and the labyrinth portion 22 a of the rotor 22. By introducing a viscous fluid (for example, silicon oil) into the gap 23 b, the rotational power of the rotor 22 is transmitted to the housing 23. The housing 23 is rotated by the rotational power of the rotor 22.

ハウジング２３は、貯蔵室２３ｃと、流路２３ｄとを有している。貯蔵室２３ｃは、シリコン油を一時的に貯蔵する室であって、回転軸２１の先端側に設けられている。流路２３ｄは、貯蔵室２３ｃとギャップ２３ｂとを連通する循環型の流路である。即ち、流路２３ｄは、ギャップ２３ｂの出側２３ｂ１と貯蔵室２３ｃとを繋ぎ、ギャップ２３ｂの入側２３ｂ２と貯蔵室２３ｃとを繋ぐ流路である。したがって、ギャップ２３ｂに導入されたシリコン油は、流路２３ｄを通過して貯蔵室２３ｃに入った後、貯蔵室２３ｃから流路２３ｄに入って、ギャップ２３ｂに戻ることが可能である。 The housing 23 has a storage chamber 23c and a flow path 23d. The storage chamber 23 c is a chamber for temporarily storing silicon oil, and is provided on the distal end side of the rotating shaft 21. The flow path 23d is a circulation-type flow path that connects the storage chamber 23c and the gap 23b. That is, the channel 23d is a channel that connects the outlet side 23b1 of the gap 23b and the storage chamber 23c, and connects the inlet side 23b2 of the gap 23b and the storage chamber 23c. Accordingly, the silicon oil introduced into the gap 23b can pass through the flow path 23d and enter the storage chamber 23c, then enter the flow path 23d from the storage chamber 23c, and return to the gap 23b.

流体設定部（流体設定装置）２４は、ギャップ２３ｂに導入するシリコン油の導入量を設定する装置である。流体設定装置２４は、流路２３ｄの中途部を閉鎖可能な電磁弁である。即ち、流体設定装置２４は、コイル（ソレノイド）と、コイルの励磁によって移動可能なピンと、ピンの先端に設けられた弁体とを有している。流体設定装置２４のピン及び弁体は、流路２３ｄ内に設けられ、ビンの移動によって流路２３ｄの内部を開放又は閉鎖可能である。流体設定装置２４を作動させて開度を変更すれば、貯蔵室２３ｃから流体設定装置２４を通過してギャップ２３ｂに導入される導入量を調整することができる。 The fluid setting unit (fluid setting device) 24 is a device that sets the amount of silicon oil introduced into the gap 23b. The fluid setting device 24 is an electromagnetic valve capable of closing the middle part of the flow path 23d. That is, the fluid setting device 24 includes a coil (solenoid), a pin that can be moved by excitation of the coil, and a valve body provided at the tip of the pin. The pin and the valve body of the fluid setting device 24 are provided in the flow path 23d, and the inside of the flow path 23d can be opened or closed by moving the bottle. If the opening degree is changed by operating the fluid setting device 24, the introduction amount introduced from the storage chamber 23c through the fluid setting device 24 into the gap 23b can be adjusted.

ギャップ２３ｂに入ったシリコン油は、流路２３ｄを通過して貯蔵室２３ｃに入る。ここで、流体設定部２４によって流路２３ｄを完全に閉鎖した状態では、シリコン油は、貯蔵室２３からギャップ２３ｂに流入することができない。流体設定部２４の弁体を開けば、貯蔵室２３ｃのシリコン油は、流体設定部２４を通過して、ギャップ２３ｂに流入することができる。ギャップ２３ｂに導入されたシリコン油の導入量によって、ファン２５（ハウジング２３）の回転数を変更することができる。 The silicon oil that has entered the gap 23b passes through the flow path 23d and enters the storage chamber 23c. Here, in a state where the flow path 23d is completely closed by the fluid setting unit 24, the silicon oil cannot flow from the storage chamber 23 into the gap 23b. If the valve body of the fluid setting unit 24 is opened, the silicon oil in the storage chamber 23c can pass through the fluid setting unit 24 and flow into the gap 23b. The rotational speed of the fan 25 (housing 23) can be changed according to the amount of silicon oil introduced into the gap 23b.

例えば、ギャップ２３ｂへのシリコン油の導入量を多くすることによって、ファン２５の実際の回転数（実回転数）を、エンジン１８の実際の回転数（実回転数）と略一致するまで上昇させることができる。また、ギャップ２３ｂへのシリコン油の導入量を少なくすることによって、エンジン１８の回転軸１９からロータ２２を介してハウジング２３に伝達するトルクが小さくなる。即ち、ギャップ２３ｂへのシリコン油の導入量を少なくすることによって、エンジン１８の実回転数に対するファン２５の実回転数の比率が減少する。 For example, by increasing the amount of silicon oil introduced into the gap 23b, the actual rotational speed (actual rotational speed) of the fan 25 is increased until it substantially matches the actual rotational speed (actual rotational speed) of the engine 18. be able to. Further, by reducing the amount of silicon oil introduced into the gap 23b, the torque transmitted from the rotary shaft 19 of the engine 18 to the housing 23 via the rotor 22 is reduced. That is, by reducing the amount of silicon oil introduced into the gap 23b, the ratio of the actual rotational speed of the fan 25 to the actual rotational speed of the engine 18 is reduced.

冷却装置２０の制御は、ＣＰＵ等で構成された制御装置４０で行う。制御装置４０は、流体設定装置２４に制御信号を出力して当該流体設定装置２４の開度を変更することによって、ファン２５の回転数を制御する。即ち、制御装置４０は、ファン２５の目標回転数とファン２５の実回転数とが一致するように、流体設定装置２４を制御する。
図３は、ファンの目標回転数、ファンの実回転数及びエンジンの実回転数の関係の一例である。図３に示すように、ファンの目標回転数Ｆ１を変更した場合、エンジンの実回転数Ｅ１が幾らであっても、ファンの目標回転数Ｆ１に追随してファンの実回転数Ｆ２が変更することが理想的である。しかしながら、上述したように、粘性式のクラッチファンで
は、ファンの目標回転数Ｆ１を変更している状態にも関わらず、ファンの実回転数Ｆ２がエンジンの実回転数Ｅ１に追随して変化してしまうという張り付き現象が生じて、ファンの目標回転数Ｆ１にファンの実回転数Ｆ２が応答しない場合がある。即ち、ファンの目標回転数の変更時においてファンの実回転数の応答性が良好でない場合がある。 The cooling device 20 is controlled by a control device 40 configured by a CPU or the like. The control device 40 outputs a control signal to the fluid setting device 24 to change the opening degree of the fluid setting device 24, thereby controlling the rotation speed of the fan 25. That is, the control device 40 controls the fluid setting device 24 so that the target rotation speed of the fan 25 matches the actual rotation speed of the fan 25.
FIG. 3 shows an example of the relationship between the target rotational speed of the fan, the actual rotational speed of the fan, and the actual rotational speed of the engine. As shown in FIG. 3, when the target rotational speed F1 of the fan is changed, the actual rotational speed F2 of the fan changes following the target rotational speed F1 of the fan regardless of the actual rotational speed E1 of the engine. Ideally. However, as described above, in the viscous clutch fan, the actual rotational speed F2 of the fan changes following the actual rotational speed E1 of the engine regardless of the state in which the target rotational speed F1 of the fan is changed. In some cases, the sticking phenomenon occurs, and the actual rotational speed F2 of the fan does not respond to the target rotational speed F1 of the fan. That is, when the target rotational speed of the fan is changed, the responsiveness of the actual rotational speed of the fan may not be good.

制御装置４０は、ファンの目標回転数の変更時におけるファンの実回転数の応答性を向上させる処理（応答改善処理）を行っている。応答改善処理、即ち、張り付き現象の抑制について詳しく説明する。
制御装置４０は、第１検出装置４１と、設定部４２とを備えている。第１検出装置４１は、エンジン１８の実際の回転数（実回転数）を検出する装置である。即ち、第１検出装置４１は、出力軸１９の付近に設けられ、エンジン１８の出力軸１９の実回転数を検出する。設定部４２は、応答改善処理を行う部分であって、制御装置４０を構成する電気・電子部品、当該制御装置４０に組み込まれたプログラム等から構成されている。設定部４２は、ファンの目標回転数をエンジンの実回転数よりも予め低くすることで、ファンの目標回転数の変更時におけるファンの実回転数の応答性を向上させている。 The control device 40 performs processing (response improvement processing) for improving the responsiveness of the actual rotational speed of the fan when the target rotational speed of the fan is changed. Response improvement processing, that is, suppression of the sticking phenomenon will be described in detail.
The control device 40 includes a first detection device 41 and a setting unit 42. The first detection device 41 is a device that detects the actual rotational speed (actual rotational speed) of the engine 18. That is, the first detection device 41 is provided in the vicinity of the output shaft 19 and detects the actual rotational speed of the output shaft 19 of the engine 18. The setting unit 42 is a part that performs response improvement processing, and includes an electric / electronic component that constitutes the control device 40, a program incorporated in the control device 40, and the like. The setting unit 42 improves the responsiveness of the actual rotational speed of the fan when the target rotational speed of the fan is changed by making the target rotational speed of the fan lower than the actual rotational speed of the engine in advance.

具体的には、設定部４２は、エンジンの実回転数から、応答性に基づいて定めた所定回転数を減算した値を、ファンの目標回転数に設定する。即ち、設定部４２は、[ファンの目標回転数Ｆ１(ｒｐｍ)＝エンジンの実回転数Ｅ１（ｒｐｍ）−所定回転数（ｒｐｍ）]に設定する。ここで、所定回転数とは、応答性に基づいて定めた回転数であって、張り付き現象を抑制することが可能な回転数（張付防止回転数）である。所定回転数は、様々な実験等によって定めた値で、少なくともファンの目標回転数Ｆ１をエンジンの実回転数Ｅ１よりも１５０ｒｐｍ低くすることにより、ファンの目標回転数の変更時においてファンの実回転数の応答性が向上する。 Specifically, the setting unit 42 sets a value obtained by subtracting a predetermined rotational speed determined based on responsiveness from the actual rotational speed of the engine as the target rotational speed of the fan. That is, the setting unit 42 sets [target fan rotational speed F1 (rpm) = engine actual rotational speed E1 (rpm) −predetermined rotational speed (rpm)]. Here, the predetermined rotational speed is a rotational speed determined based on responsiveness, and is a rotational speed capable of suppressing the sticking phenomenon (sticking prevention rotational speed). The predetermined rotational speed is a value determined by various experiments and the like. At least the target rotational speed F1 of the fan is 150 rpm lower than the actual rotational speed E1 of the engine, so that the actual rotational speed of the fan is changed when the target rotational speed of the fan is changed. Number responsiveness is improved.

図４Ａ及び図４Ｂは、ファンの回転数の応答改善処理を行った場合と、応答改善処理を行わなかった場合との試験結果を比較したものである。試験では、両者とも条件は同じである。試験では、エンジンの実回転数を急激に低下させた後、短時間の間にエンジンの実回転数を変化させた。図４Ａに示すように、応答改善処理を行わなかった場合は、ファンの実回転数Ｆ２がエンジンの実回転数Ｅ１に追随してしまう。また、ファンの実回転数がファンの目標回転数Ｆ１の付近に達する際にハンチングが発生した。一方、図４Ｂに示すように、応答改善処理を行った場合は、ファンの実回転数Ｆ２はエンジンの実回転数Ｅ１に追随することがなく、ファンの実回転数Ｅ１はファンの目標回転数Ｆ１に略一致して、ハンチングも発生することはなかった。 4A and 4B compare the test results when the response improvement process of the fan rotation speed is performed and when the response improvement process is not performed. In the test, the conditions are the same for both. In the test, after the actual engine speed was rapidly reduced, the actual engine speed was changed in a short time. As shown in FIG. 4A, when the response improvement process is not performed, the actual rotation speed F2 of the fan follows the actual rotation speed E1 of the engine. Further, hunting occurred when the actual rotational speed of the fan reached the vicinity of the target rotational speed F1 of the fan. On the other hand, as shown in FIG. 4B, when the response improvement process is performed, the actual rotational speed F2 of the fan does not follow the actual rotational speed E1 of the engine, and the actual rotational speed E1 of the fan is the target rotational speed of the fan. Hunting did not occur substantially in accordance with F1.

さて、図１に示すように、制御装置４０は、第２検出装置４３と、比例制御部４４と、積分制御部４５と、微分制御部４６とを備えている。第２検出装置４３は、ファン２５（ハウジング２３）の実回転数を検出する装置である。即ち、ファン２５又はハウジング２３の近傍に設けられ、ファン２５の実回転数を検出する。
比例制御部４４、積分制御部４５及び微分制御部４６は、制御装置４０を構成する電気・電子部品、当該制御装置４０に組み込まれたプログラム等から構成されている。図５は、制御装置４０の制御ブロックを示している。図５に基づいて、比例制御部４４、積分制御部４５及び微分制御部４６について説明する。 As shown in FIG. 1, the control device 40 includes a second detection device 43, a proportional control unit 44, an integration control unit 45, and a differentiation control unit 46. The second detection device 43 is a device that detects the actual rotational speed of the fan 25 (housing 23). That is, it is provided in the vicinity of the fan 25 or the housing 23 and detects the actual rotational speed of the fan 25.
The proportional control unit 44, the integral control unit 45, and the differential control unit 46 are configured by electric / electronic components that constitute the control device 40, programs installed in the control device 40, and the like. FIG. 5 shows a control block of the control device 40. Based on FIG. 5, the proportional control unit 44, the integral control unit 45, and the differential control unit 46 will be described.

図５に示すように、制御装置４０の設定部４２は、第１検出装置４１で検出されたエンジンの実回転数(Ｅ１)と、制御装置４０に予め記憶された所定回転数（Ｄ）とを用いて、ファンの目標回転数（Ｆ１＝Ｅ１−Ｄ）を求める。制御装置４０は、第２検出装置４３で検出されたファンの実回転数(Ｆ２)と、ファンの目標回転数（Ｆ１）との差分（Ｆ１−Ｆ２）を求める。比例制御部４４は、ファンの実回転数とファンの目標回転数との差分（Ｆ１−Ｆ２）に対してゲインを掛けて比例制御（Ｐ制御）を行う。したがって、比例制御部４４により、ファンの実回転数とファンの目標回転数との差分に対してＰ制御を行っているため、ファンの実回転数をファンの目標回転数まで素早く変更することができ、さらに、ファンの目標回転数は応答改善処理後の値であるため、ファンの目標回転数を変更した場合には、ファンの実回転数をエンジンの実回転により張り付くことなく、ファンの目標回転数の近くにすることができる。 As shown in FIG. 5, the setting unit 42 of the control device 40 includes the actual engine speed (E1) detected by the first detection device 41 and the predetermined engine speed (D) stored in the control device 40 in advance. Is used to obtain the target rotational speed (F1 = E1-D) of the fan. The control device 40 obtains a difference (F1−F2) between the actual rotation speed (F2) of the fan detected by the second detection device 43 and the target rotation speed (F1) of the fan. The proportional control unit 44 performs proportional control (P control) by multiplying the difference (F1-F2) between the actual rotational speed of the fan and the target rotational speed of the fan by a gain. Accordingly, since the proportional control unit 44 performs P control on the difference between the actual fan speed and the target fan speed, the actual fan speed can be quickly changed to the fan target speed. In addition, since the target speed of the fan is the value after the response improvement processing, if the target speed of the fan is changed, the target speed of the fan is not stuck by the actual speed of the engine. It can be close to the rotation speed.

積分制御部４５は、ファンの実回転数とファンの目標回転数との差分（Ｆ１−Ｆ２）に対してゲインを掛けて積分制御（Ｉ制御）を行う。したがって、積分制御部４５は、ファンの実回転数とファンの目標回転数との差分に対してＩ制御を行っているため、ファンの実回転数をファンの目標回転数に正確に合わせることができ、さらに、ファンの目標回転数は応答改善処理後の値であるため、ファンの目標回転数を変更した場合には、ファンの実回転数をエンジンの実回転により張り付くことなく、ファンの目標回転数の近くにすることができる。 The integral control unit 45 performs integral control (I control) by multiplying the difference (F1-F2) between the actual rotational speed of the fan and the target rotational speed of the fan by a gain. Therefore, since the integral control unit 45 performs I control on the difference between the actual rotational speed of the fan and the target rotational speed of the fan, the actual rotational speed of the fan can be accurately adjusted to the target rotational speed of the fan. In addition, since the target speed of the fan is the value after the response improvement processing, if the target speed of the fan is changed, the target speed of the fan is not stuck by the actual speed of the engine. It can be close to the rotation speed.

微分制御部４６は、ファンの実回転数とファンの目標回転数との差分（Ｆ１−Ｆ２）に対してゲインを掛けて微分制御（Ｄ制御）を行う。したがって、微分制御部４６は、ファンの実回転数とファンの目標回転数との差分に対してＤ制御を行っているため、ファンの実回転数をファンの目標回転数に対して素早く補正することができ、さらに、ファンの目標回転数は応答改善処理後の値であるため、ファンの目標回転数を変更した場合には、ファンの実回転数をエンジンの実回転により張り付くことなく、ファンの目標回転数の近くにすることができる。 The differential control unit 46 performs differential control (D control) by multiplying the difference (F1-F2) between the actual rotational speed of the fan and the target rotational speed of the fan by a gain. Therefore, the differential control unit 46 performs D control on the difference between the fan's actual rotational speed and the fan's target rotational speed, and thus quickly corrects the fan's actual rotational speed to the fan's target rotational speed. Furthermore, since the target speed of the fan is a value after the response improvement process, if the target speed of the fan is changed, the fan's actual speed does not stick to the actual speed of the engine. Can be close to the target rotation speed.

したがって、制御装置４０は、ＰＩＤ制御によって制御値（操作量）を決定して、当該制御値に対応する制御信号を流体設定装置２４のコイルに出力することにより、ファンの回転を設定する。なお、制御信号は、制御値に応じてデューティ比が設定された信号であって、制御装置４０は、ＰＷＭ制御によって、流体設定装置２４の開度を設定する。
また、制御装置４０は、変更部４７を有している。変更部４７は、制御装置４０を構成する電気・電子部品、当該制御装置４０に組み込まれたプログラム等から構成されている。 Therefore, the control device 40 determines the control value (operation amount) by PID control, and sets the rotation of the fan by outputting a control signal corresponding to the control value to the coil of the fluid setting device 24. The control signal is a signal in which the duty ratio is set according to the control value, and the control device 40 sets the opening degree of the fluid setting device 24 by PWM control.
Further, the control device 40 has a changing unit 47. The changing unit 47 is configured by electric / electronic components constituting the control device 40, a program incorporated in the control device 40, and the like.

変更部４７は、エンジン１８又はファン２５の状態に基づいて、少なくとも、比例制御（Ｐ制御）、積分制御（Ｉ制御）、微分制御（Ｄ制御）のいずれかを変更する。
変更部４７は、エンジン１８の始動時に、積分制御部４５及び微分制御部４６を無効にする。具体的には、図６Ａに示すように、ポイントＰ１で、エンジン１８の始動を開始後、エンジンの実回転数Ｅ１が所定の回転数に達するまでの間は、変更部４７によりＩ制御及びＤ制御を無効にすることで、制御装置４０は、Ｐ制御によりファン２５の制御を行う。 The changing unit 47 changes at least one of proportional control (P control), integral control (I control), and differential control (D control) based on the state of the engine 18 or the fan 25.
The changing unit 47 disables the integration control unit 45 and the differentiation control unit 46 when the engine 18 is started. Specifically, as shown in FIG. 6A, after the start of the engine 18 at the point P1, until the actual engine speed E1 reaches a predetermined engine speed, the changing unit 47 performs I control and D By invalidating the control, the control device 40 controls the fan 25 by P control.

また、図６Ｂに示すように、変更部４７は、ＰＩＤ制御を行っている状況下において、ファンの実回転数Ｆ２が、エンジンの実回転数Ｅ１と予め定められた所定回転数との差である閾値Ｍ１よりも大きい場合に、積分制御部４５及び微分制御部４６を無効にする。詳しくは、変更部４７は、ＰＩＤ制御を行っている状況下において、「ファンの実回転数Ｆ２＞エンジンの実回転数Ｅ１−８０ｒｐｍ＝閾値（判断値）」になったとする（ファンの実回転数Ｆ２がエンジンの実回転数Ｅ１に近い状態になる）。このような状況化で、ファンの目標回転数を上昇させた場合（エンジンの実回転数が上昇した場合）、ファンの実回転数がファンの目標回転数に近づく過程（矢印Ａ）で、オーバーシュートが発生する可能性がある。そのため、変更部４７は、ファンの実回転数Ｆ２とエンジンの実回転数Ｅ１との差が判断値未満（例えば、８０ｒｐｍ）になった場合には、積分制御部４５及び微分制御部４６を無効にする。なお、判断値は、大よそ張付防止回転数の半分の値であって、例えば、判断値は張付防止回転数の５５％であることが好ましい。このようにすれば、ファンの目標回転数を上昇させた場合でもオーバーシュートを小さくすることができる。 Further, as shown in FIG. 6B, the change unit 47 determines that the actual rotation speed F2 of the fan is the difference between the actual rotation speed E1 of the engine and a predetermined rotation speed determined in advance under the situation where PID control is performed. When larger than a certain threshold value M1, the integration control unit 45 and the differentiation control unit 46 are invalidated. Specifically, the changing unit 47 assumes that “actual fan rotational speed F2> engine actual rotational speed E1−80 rpm = threshold (judgment value)” in a situation where PID control is performed (actual fan rotational speed). The number F2 is close to the actual engine speed E1). In such a situation, when the target rotational speed of the fan is increased (when the actual rotational speed of the engine is increased), an overshoot occurs when the actual rotational speed of the fan approaches the target rotational speed of the fan (arrow A). Shooting may occur. For this reason, the change unit 47 disables the integration control unit 45 and the differentiation control unit 46 when the difference between the actual rotation speed F2 of the fan and the actual rotation speed E1 of the engine is less than a determination value (for example, 80 rpm). To. The determination value is approximately half of the anti-sticking rotation speed, and for example, the determination value is preferably 55% of the anti-sticking rotation speed. In this way, overshoot can be reduced even when the target rotational speed of the fan is increased.

また、変更部４７は、積分制御部４５及び微分制御部４６を無効にしている状況下で、ファンの実回転数が判断値以下（ファンの実回転数≦判断値）である場合は、積分制御部４５及び微分制御部４６を有効にする。即ち、変更部４７は、ＰＩＤ制御に変更する。
さて、図７Ａは、ＰＩＤ制御を行っている状況下において、エンジンの実回転数を低下させた場合の状況を示している。図７Ａの矢印Ｂ１に示すように、エンジンの実回転数Ｅ１を低下させると、これに応じてファンの目標回転数Ｆ１が低下する。エンジンの実回転数Ｅ１を低下させた後は、ファンの目標回転数Ｆ１が下がり、下がったファンの目標回転数Ｆ１に追随してファンの実回転数Ｆ２が低下することが理想的である。しかしながら、実際の制御では、ファンの目標回転数Ｆ１に対してファンの実回転数Ｆ２が上下する（振
動）することがある。このときでのファンの目標回転数Ｆ１に対するファンの実回転数Ｆ２の上下幅は±７０〜８０ｒｐｍ、即ち、張付防止回転数の大よそ半分である。ファンの実回転数Ｆ２がファンの目標回転数Ｆ１に対して所定幅以上、上下動する状況下においてＰＩＤ制御を続け、さらに、再び、ファンの目標回転数を上昇させた場合は、図７の矢印Ｃに示すように、オーバシュートが大きくなってしまう。即ち、エンジンの実回転数Ｅ１を所定以上低下させることによって、エンジンの実回転数Ｅ１とファンの実回転数Ｆ２との差（Ｄ１＝Ｅ１−Ｆ２）が張付防止回転数以下になったとする。この場合に、ＰＩＤ制御を続けると、ファンの目標回転数を上昇させた際は、図７の矢印Ｃに示すように、オーバシュートが大きくなってしまう。エンジンの実回転数Ｅ１を低下させた結果、エンジンの実回転数Ｅ１とファンの実回転数Ｆ２との差が所定以下（張付防止回転数の１／２倍以下）になる区間（エンジンの実回転数を低下させてから上昇させるまでの区間）Ｇ１において、積分制御によるＩ成分が増加することによって、オーバシュートが大きくなると考えられる。そこで、変更部４７は、上述したように、エンジンの実回転数Ｅ１が所定以上低下させた場合において、エンジンの実回転数Ｅ１とファンの実回転数との差Ｄ１が予め定められた所定値以下（張付防止回転数の１／２倍以下）の場合は、図７Ｂに示すように、積分制御部４５を無効にする。例えば、図７ＢのポイントＰ２でエンジンの実回転数Ｅ１を低下した場合において、変更部４７は、エンジンの実回転数Ｅ１とファンの実回転数との差Ｄ１が張付防止回転数の１／２倍以下になった場合に、ファンの制御をＰＩＤ制御からＰＤ制御に変更する。これにより、図７Ｂの矢印Ｃ１に示すように、ファンの実回転数Ｆ２のオーバシュートを抑制することができる。 In addition, the changing unit 47 integrates when the actual rotation number of the fan is equal to or less than the determination value (actual rotation number of the fan ≦ determination value) in a state where the integration control unit 45 and the differentiation control unit 46 are disabled. The control unit 45 and the differential control unit 46 are enabled. That is, the changing unit 47 changes to PID control.
FIG. 7A shows a situation where the actual engine speed is reduced under the situation where the PID control is performed. As indicated by an arrow B1 in FIG. 7A, when the actual engine speed E1 is decreased, the target speed F1 of the fan is decreased accordingly. Ideally, after the actual engine speed E1 is decreased, the target speed F1 of the fan decreases, and the actual speed F2 of the fan decreases ideally following the target speed F1 of the decreased fan. However, in actual control, the actual rotational speed F2 of the fan may increase or decrease (vibrate) with respect to the target rotational speed F1 of the fan. The vertical width of the actual fan speed F2 relative to the target fan speed F1 at this time is ± 70 to 80 rpm, that is, approximately half of the sticking prevention speed. When the actual rotational speed F2 of the fan moves up and down by a predetermined width or more with respect to the target rotational speed F1, the PID control is continued and the target rotational speed of the fan is increased again. As shown by the arrow C, the overshoot becomes large. That is, it is assumed that the difference (D1 = E1−F2) between the actual engine speed E1 and the fan actual speed F2 becomes equal to or less than the sticking prevention speed by reducing the actual engine speed E1 by a predetermined value or more. . In this case, if PID control is continued, when the target rotational speed of the fan is increased, the overshoot increases as shown by arrow C in FIG. As a result of the reduction in the actual engine speed E1, the interval (the engine's In the interval G1 from when the actual rotational speed is lowered to when it is raised, it is considered that the overshoot increases due to the increase in the I component by the integral control. Therefore, as described above, the change unit 47 determines that the difference D1 between the actual engine speed E1 and the actual fan speed is a predetermined value when the actual engine speed E1 is decreased by a predetermined value or more. In the following case (less than 1/2 times the sticking prevention rotation number), as shown in FIG. 7B, the integration control unit 45 is invalidated. For example, when the actual engine speed E1 is reduced at the point P2 in FIG. 7B, the changing unit 47 determines that the difference D1 between the engine actual speed E1 and the fan actual engine speed is 1 / the sticking prevention engine speed. When it becomes less than twice, the fan control is changed from PID control to PD control. Thereby, as shown by the arrow C1 in FIG. 7B, the overshoot of the actual rotational speed F2 of the fan can be suppressed.

例えば、作業機の作業装置３がバケット１０等で積荷（土等の運搬物）を掬い、その状態からリフトアーム９をゆっくりと上昇させる作業、積荷の積み下ろし作業、積荷をバケットに入れている状態でトラック等の運搬車を待つ作業、信号等で走行している状態から停止する時などは、エンジンの実回転数を所定以上低下させることがある。このような場合は、ファンの制御をＰＤ制御にすることになる。そのため、このような状況下において、ファンの実回転数Ｆ２を再び上昇させた場合のオーバーシュートを抑制することができる。 For example, the work device 3 of the work machine picks up the load (carrying material such as soil) with the bucket 10 or the like, slowly lifts the lift arm 9 from that state, loads and unloads the load, or puts the load into the bucket When the vehicle waits for a transport vehicle such as a truck, or when the vehicle stops from a traveling state with a signal or the like, the actual engine speed may be decreased by a predetermined value or more. In such a case, the fan control is PD control. For this reason, under such circumstances, it is possible to suppress overshoot when the actual rotational speed F2 of the fan is increased again.

なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

１作業機
２機体
３作業装置
４支持フレーム
５前輪
６後輪
９リフトアーム
１０バケット
１２リフトシリンダ
１３バケットシリンダ
１４運転席
１６ステアリング
１７操作装置
１８原動機
１９出力軸
２０冷却装置
２１回転軸
２２ロータ
２２ａラビリンス部
２３ハウジング
２３ａ壁部
２３ｂギャップ
２３ｃ貯蔵室
２３ｄ流路
２４流体設定部（流体設定装置）
２５ファン
３０プーリ
３１プーリ
３２駆動ベルト
３３軸受
４０制御装置
４１第１検出装置
４２設定部
４３第２検出装置
４４比例制御部
４５積分制御部
４６微分制御部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Work machine 2 Machine body 3 Work device 4 Support frame 5 Front wheel 6 Rear wheel 9 Lift arm 10 Bucket 12 Lift cylinder 13 Bucket cylinder 14 Driver's seat 16 Steering 17 Operation device 18 Motor 19 Output shaft 20 Cooling device 21 Rotating shaft 22 Rotor 22a Labyrinth Part 23 housing 23a wall part 23b gap 23c storage chamber 23d flow path 24 fluid setting part (fluid setting device)
25 fan 30 pulley 31 pulley 32 drive belt 33 bearing 40 control device 41 first detection device 42 setting unit 43 second detection device 44 proportional control unit 45 integral control unit 46 differential control unit

Claims

With fans,
A housing in which the fan is mounted;
A prime mover having an output shaft;
A rotor that rotates with the rotational power of the output shaft of the prime mover and that rotates together with the housing by a fluid introduced into a gap formed between the housing and the housing;
A fluid setting unit for setting an introduction amount of the fluid to be introduced into the gap;
A control device for controlling the fan by controlling the fluid setting unit;
With
The controller is
A setting unit that sets a value obtained by subtracting a predetermined rotational speed determined based on the responsiveness of the actual rotational speed of the fan when the target rotational speed of the fan is subtracted from the actual rotational speed of the prime mover as the target rotational speed of the fan ,
A proportional control unit that performs proportional control on the difference between the actual rotational speed of the fan and the target rotational speed of the fan;
An integral control unit for performing integral control on the difference;
A differential control unit for performing differential control on the difference;
A changing unit for changing the control based on the state of the prime mover or the fan;
Have
The changing unit is
When the difference between the actual rotational speed of the prime mover and the actual rotational speed of the fan is less than a predetermined judgment value and the actual rotational speed of the prime mover increases, the integration control unit and the differential control Disabled
A work machine that disables the integral control unit when the difference between the actual rotational speed of the prime mover and the actual rotational speed of the fan is less than the determination value and the actual rotational speed of the prime mover decreases. Cooling control system.

A work machine comprising the work machine cooling control system according to claim 1 .