JPH10212952A - 油圧制御式ファン駆動システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被冷却体を冷却するファンの作動を油圧によ
って制御する油圧制御式ファン駆動システムにおいて、
システムの耐久性及び信頼性を向上させる。 【解決手段】 油圧制御式ファン駆動システムを、ラジ
エータを冷却するファン３を駆動する油圧モータ４ａ
と、オイルタンク１から油圧モータ４ａに作動油を供給
する油圧ポンプ５ｂと、冷却水温度に応じて圧力が変化
する水温検出弁７の作動により油圧ポンプユニット５か
らの吐出油圧を変化させる主圧力制御弁５ｃと、油圧モ
ータ４ａへの供給油温が所定値未満のときに、主圧力制
御弁５ｃを作動させて油圧モータ４ａへの作動油の供給
を停止する作動油供給停止弁８と、油圧モータ４ａへの
供給油圧が所定圧未満のときに、油圧モータ４ａからの
吐出流量を絞る流量切換弁４ｃと、オイルクーラ６ａへ
の供給油圧が所定圧以上になったときに、オイルクーラ
６ａをバイパスするばね付きチェック弁６ｂと、を含ん
で構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【発明の属する技術分野】本発明は、被冷却体を冷却す
るファンの作動を油圧によって制御する油圧制御式ファ
ン駆動システムにおいて、特に、システムの耐久性及び
信頼性を向上する技術に関する。

【従来の技術】近年、社会的要請が高まっている低床バ
ス等においては、低床化を実現するためエンジンを横置
きに載置する必要があり、このエンジンレイアウトで
は、被冷却体としてのラジエータの設置位置が限定され
てしまう。このため、ラジエータを冷却するファンを油
圧モータで駆動する油圧駆動方式のラジエータ冷却シス
テムが採用されている。なお、油圧駆動方式の特徴は、
大容量ファンが駆動可能なこと、及び、ラジエータの設
置レイアウトの自由度が高いことにある。

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
油圧駆動方式のラジエータ冷却システムにおいては、次
のような問題点があった。 (1) 冬期におけるエンジン始動直後のような作動油が低
温のときには、作動油の粘性が高いので、システムにお
ける供給油圧が高くなり、油圧機器のバーストのおそれ
がある。このため、油圧モータや配管等の耐圧性を向上
させなければならず、重量及びコストの増加を伴ってい
た。 (2) 油圧モータの停止時又は減速時における慣性による
衝撃( キャビテーション）を緩和するため、油圧モータ
と並列にばね付きチェック弁が併設されているが、これ
だけでは慣性による衝撃を十分緩和できない。 (3) 油圧モータを駆動した作動油を冷却するオイルクー
ラを備えるものにあっては、作動油の圧力が急激に上昇
した場合の対策が施されていないので、耐圧性が十分と
は言い難い。 そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、被
冷却体を冷却するファンの作動を油圧によって制御する
油圧制御式ファン駆動システムにおいて、システムの耐
久性及び信頼性を向上させることを目的とする。

【課題を解決するための手段】このため、請求項１記載
の発明は、被冷却体を冷却するためのファンを駆動する
油圧モータと、オイルタンクから該油圧モータに作動油
を供給する油圧ポンプと、前記被冷却体の温度に基づい
て前記油圧モータに供給する作動油圧を制御する作動油
圧制御手段と、を含んで構成された油圧制御式ファン駆
動システムであって、前記油圧モータに供給される作動
油の温度が所定値未満のときに、油圧モータへの作動油
の供給を停止する作動油供給停止弁と、前記油圧モータ
の作動状態が停止又は減速状態のときに、油圧モータか
ら吐出される作動油流量を絞る流量切換弁と、前記油圧
モータを作動させた作動油を冷却するオイルクーラに供
給される油圧が所定圧以上のときに、該オイルクーラを
バイパスさせて作動油を流すバイパス弁と、の少なくと
も１つを含んで構成した。かかる構成によれば、油圧ポ
ンプから油圧モータに供給される作動油圧は、被冷却体
の温度に基づいて制御される。従って、被冷却体温度の
上昇に伴って油圧モータに供給される作動油圧が徐々に
上昇するように設定すれば、被冷却体の温度に応じた冷
却能力が発揮される。また、油圧モータへの作動油の供
給を停止する作動油供給停止弁を備えれば、作動油温度
が所定値未満のときに、油圧ポンプから油圧モータへの
作動油供給が停止されるので、粘性が高いために供給油
圧が高くなった作動油が供給されることによるシステム
の耐久性及び信頼性の低下が防止される。油圧モータか
ら吐出される作動油流量を絞る流量切換弁を備えれば、
油圧モータの作動が停止又は減速するときに、油圧モー
タから吐出される作動油流量が絞られるので、油圧モー
タの作動抵抗が増大し、油圧モータの慣性による油圧ポ
ンプ作用が短時間の内に終了し、油圧モータ内に発生す
るキャビテーションが効果的に防止される。オイルクー
ラをバイパスするバイパス弁を備えるようにすれば、オ
イルクーラに供給される作動油圧が所定値以上になった
ときに、作動油がオイルクーラを通過せずバイパス弁を
介して流通するので、オイルクーラの耐圧性が向上す
る。請求項２記載の発明は、前記作動油供給停止弁を、
前記作動油温度に応じて変形する感温部材からなる温度
検出部材と、該温度検出部材の変形により弁体が駆動さ
れる切換弁と、を含んで構成し、前記作動油温度が所定
値未満のときに、前記切換弁によって前記油圧モータに
作動油を供給する経路を切り換えて、油圧モータへの作
動油供給を停止する構成とした。かかる構成によれば、
作動油温度に応じて変形する感温部材からなる温度検出
部材によって切換弁の弁体が駆動されるので、作動油供
給停止弁の制御は機械的に行われる。従って、作動油供
給停止弁は、一般的な油圧機器のみをもって構成でき、
また、作動油温度に基づく作動油供給制御を電気的に行
う必要がなく、耐久性，信頼性の向上及びコスト増加の
防止が図られる。請求項３記載の発明は、前記流量切換
弁を、前記油圧モータに供給される作動油圧をパイロッ
ト圧として弁体が駆動するパイロット式切換弁とした。
かかる構成によれば、油圧モータに供給される作動油圧
によって流量制御弁の弁体が駆動されるので、流量制御
弁の制御は機械的に行われる。従って、流量制御弁は、
一般的な油圧機器のみをもって構成でき、また、作動油
圧に基づく流量制御を電気的に行う必要がなく、耐久
性，信頼性の向上及びコスト増加の防止が図られる。請
求項４記載の発明は、前記バイパス弁を、前記オイルク
ーラと並列に設けられ、オイルクーラに供給される作動
油圧が所定圧以上になったときに開弁するばね付きチェ
ック弁である構成とした。かかる構成によれば、オイル
クーラに供給される油圧が所定圧以上になると、ばね付
きチェック弁が自動的に開弁するので、バイパス弁の制
御は機械的に行われる。従って、バイパス弁は、一般的
な油圧機器のみをもって構成でき、また、作動油圧に基
づくバイパス制御を電気的に行う必要がなく、耐久性，
信頼性の向上及びコスト増加の防止が図られる。

【発明の実施の形態】以下、添付された図面を参照して
本発明を詳述する。図１は、本発明に係る油圧制御式フ
ァン駆動システムを、車両のラジエータ冷却システムに
適用した一実施例を示している。ラジエータ冷却システ
ムは、作動油としてのオイルを所定量貯溜するオイルタ
ンク１と、被冷却体としてのラジエータ２を冷却するフ
ァン３を駆動する油圧モータユニット４と、オイルタン
ク１に貯溜されているオイルを油圧モータユニット４に
供給する圧力制御機構付き油圧ポンプユニット（詳細は
後述する。以下「油圧ポンプユニット」という）５と、
油圧モータユニット４を作動させたオイルを冷却するオ
イルクーラユニット６と、被冷却体温度としての冷却水
温度に基づいて出力信号としての圧力を変化させる水温
検出弁７と、作動油温度としてのオイル温度に基づいて
オイル通路を開閉する油温検出弁８と、を含んで構成さ
れる。油圧ポンプユニット５は、オイルタンク１から油
圧モータユニット４にオイルを供給する配管９に介装さ
れ、また、オイルクーラユニット６は、油圧モータユニ
ット４からオイルタンク１にオイルを戻す配管１０に介
装されている。一方、水温検出弁７は、油圧ポンプユニ
ット５の圧力制御を行う圧力制御ポート５ａと配管１０
とを接続する配管１１に介装され、また、油温検出弁８
は、圧力制御ポート５ａとオイルタンク１とを接続する
配管１２に介装されている。なお、以上説明しなかった
符号１３は、油圧モータユニット４内でリークしたオイ
ルをオイルタンク１に戻すドレン配管である。図２は、
本発明の一実施例としてのラジエータ冷却システムを詳
細に示した油圧系統図である。オイルタンク１内には、
油圧モータユニット４から戻って来たオイルを濾過する
フィルタ１ａと、油圧ポンプユニット５に供給されるオ
イルを濾過するフィルタ１ｂと、が設けられている。さ
らに、フィルタ１ａと並列に、油圧が所定圧以上になっ
たときに、フィルタ１ａをバイパスするばね付きチェッ
ク弁１ｃが併設されており、フィルタ１ａの耐圧性を向
上させている。このようにオイルタンク１内にフィルタ
１ａ，１ｂを設けると、フィルタ１ａ，１ｂによってオ
イル中の不純物が除去されるので、油圧ポンプユニット
５や油圧モータユニット４への不純物の導入が防止さ
れ、油圧ポンプユニット５及び油圧モータユニット４の
故障低減，寿命延長等を図ることができる。油圧ポンプ
ユニット５は、エンジン１４の出力を駆動源としてオイ
ルを加圧供給する油圧ポンプ５ｂと、油圧ポンプ５ｂか
ら吐出されるオイルの所定量を油圧ポンプ５ｂの入力側
に戻す主圧力制御弁５ｃと、主圧力制御弁５ｃのドレン
側に供給されるオイルの流量を絞る絞り弁５ｄと、油圧
ポンプ５ｂから吐出される油圧が所定圧以上になったと
きに開弁するリリーフ弁５ｅと、リリーフ弁５ｅに供給
されるオイルの流量を絞る絞り弁５ｆと、を含んで構成
されている。油圧ポンプ５ｂから吐出されるオイルは、
絞り弁５ｄを通過して圧力制御ポート５ａから吐出され
ると共に、各種油圧機器に油圧を供給する油圧供給ポー
ト５ｇから吐出される。圧力制御ポート５ａからオイル
が吐出されると、絞り弁５ｄの前後に圧力差Δｐが生
じ、この圧力差Δｐが主圧力制御弁５ｃの入口側及びパ
イロット側に作用する。すると、主圧力制御弁５ｃの弁
体が圧力差Δｐに応じた開度で開弁し、油圧ポンプ５ｂ
から吐出されるオイルは、主圧力制御弁５ｃを通過して
油圧ポンプ５ｂの入力側に戻される。従って、油圧供給
ポート５ｇから吐出されるオイルの流量が減少し、油圧
ポンプユニット５として供給する油圧が減少する。一
方、油圧制御ポート５ａからオイルが吐出されないよう
にオイル通路を閉鎖すると、絞り弁５ｄの前後に圧力差
が生じないので、主圧力制御弁５ｃの弁体は閉弁したま
まとなり、油圧ポンプ５ｂから吐出されるオイルの全量
が油圧供給ポート５ｇから吐出し、油圧ポンプユニット
５として供給する油圧が最大となる。要するに、圧力制
御ポート５ａから吐出されるオイルの流量を制御するこ
とによって、油圧ポンプユニット５が各種油圧機器に供
給する油圧を間接的に制御できるわけである。なお、主
圧力制御弁５ｃ及び絞り弁５ｄを含んで圧力制御機構が
構成されている。また、リリーフ弁５ｅは、油圧ポンプ
５ｂが吐出する油圧が所定圧以上になったときに開弁
し、オイルが絞り弁５ｄ及び５ｆを通過するようにする
ことで、主圧力制御弁５ｃを開弁させて油圧の過大な上
昇を防止するものである。油圧モータユニット４は、供
給される油圧に応じた回転トルクを発生させる油圧モー
タ４ａと、油圧モータ４ａの作動が停止又は減速すると
きに、慣性による衝撃を防止して油圧モータ４ａを保護
するためのばね付きチェック弁４ｂと、油圧モータ４ａ
の入力側の油圧に基づき吐出流量を変えるパイロット式
流量切換弁４ｃ（流量切換弁）と、を含んで構成されて
いる。ばね付きチェック弁４ｂは、油圧モータ４ａの慣
性により油圧モータ４ａが油圧ポンプとして作用して、
油圧モータ４ａの吐出側の油圧が上昇した場合に開弁
し、オイルを油圧モータ４ａの入力側に戻すことで油圧
の急激な低下に伴うキャビテーションを防止するもので
ある。また、流量切換弁４ｃは、油圧モータ４ａの入力
側の油圧が所定値未満のときは、吐出流量を絞ることに
よって油圧モータ４ａの駆動抵抗を増大させ、油圧モー
タ４ａが油圧ポンプとして作用している時間を短縮し、
キャビテーション発生を効果的に防止するものである。
オイルクーラユニット６は、周囲の空気と熱交換してオ
イルを冷却するオイルクーラ６ａと、オイルクーラ６ａ
に供給される油圧が所定圧以上になったときに、オイル
クーラ６ａをバイパスするばね付きチェック弁６ｂ（バ
イパス弁）と、を含んで構成される。なお、本実施例に
ようにオイルクーラ６ａとばね付きチェック弁６ｂとを
一体化してオイルクーラユニット６とせずに、ばね付き
チェック弁６ｂをオイルクーラ６ａと別体に設ける構成
としてもよい。水温検出弁７は、ベローズ式，ワックス
式，バイメタル式等の温度検出部７ａが冷却水温度Ｔ_w
に応じて変形し、パイロット圧力制御弁７ｂの弁体の押
付力を変化させることで、パイロット圧力制御弁７ｂを
通過するオイルの圧力Ｐを変化させるものである。パイ
ロット圧力制御弁７ｂは、冷却水温度Ｔ_w が低いときに
は温度検出部７ａによる押付力が最小となっているが、
冷却水温度Ｔ_w の上昇に伴いその押付力が徐々に増加
し、最終的には最大となる特性を有している。なお、水
温検出弁７及び圧力制御機構（主圧力制御弁５ｃ，絞り
弁５ｄ）により作動油圧制御手段が構成されている。即
ち、パイロット圧力制御弁７ｂの圧力特性は、図３(a)
に示すように、冷却水温度Ｔ_w が所定値Ｔ₁ 未満では最
小圧力Ｐ＝Ｐ_min であるが、冷却水温度Ｔ_wが所定値Ｔ
₁ 以上になると冷却水温度Ｔ_w の上昇に伴って圧力Ｐが
徐々に上昇し、所定値Ｔ₂ 以上で最大圧力Ｐ＝Ｐ_max と
なる。ここで、冷却水温度Ｔ_w の上昇時と下降時とでは
圧力特性が異なるのは、温度検出部７ａを機械式とした
ために、ヒステリシスが生じたためである。油温検出弁
８は、ベローズ式，ワックス式，バイメタル式等の温度
検出部８ａ（温度検出部材）が作動油温度としてのオイ
ル温度Ｔ_o に応じて変形し、開閉弁８ｂ（切換弁）の弁
体を駆動させることで、配管１２の流路を開閉するもの
である。即ち、オイル温度Ｔ_o が所定値未満のときには
配管１２を開通し、油圧ポンプユニット５の圧力制御ポ
ート５ａからオイルが吐出するようにすることで、油圧
ポンプユニット５からオイルが各種油圧機器に供給され
ないようにする。一方、オイル温度Ｔ_o が所定値以上の
ときには配管１２を閉塞し、油圧ポンプユニット５の圧
力制御ポート５ａからオイルが吐出しないようにするこ
とで、油圧ポンプユニット５からオイルが各種油圧機器
に供給されるようにする。要するに、油温検出弁８の作
用は、オイル温度Ｔ_o が低いときに、粘性が高いために
供給油圧が高くなったオイルの供給を防止することで、
システムの低温時保護を行うことである。なお、油温検
出弁８及び圧力制御機構（主圧力制御弁５ｃ，絞り弁５
ｄ）により作動油供給停止弁が構成されている。次に、
かかるラジエータ冷却システムの作用について、図３を
参照しつつ説明する。冷却水温度Ｔ_w が所定値Ｔ₁ 未満
のときには、水温検出弁７におけるオイルの圧力Ｐは最
小圧力Ｐ＝Ｐ_min となっているので、油圧ポンプユニッ
ト５の圧力制御ポート５ａの圧力も最小になる。従っ
て、油圧ポンプユニット５の供給油圧ｐは最小となるの
で、油圧モータ４ａの駆動トルクが最小となり、この駆
動トルクが油圧モータ４ａの内部抵抗より小さい場合に
は、油圧モータ４ａが作動せず、ラジエータの冷却能力
が最小となる。そして、冷却水温度Ｔ_W が上昇して所定
値Ｔ₁ に達すると、冷却水温度Ｔ_w の上昇に伴って水温
検出弁７におけるオイルの圧力Ｐが徐々に増加する。す
ると、油圧ポンプユニット５の圧力制御ポート５ａから
吐出されるオイルの圧力が、冷却水温度Ｔ_w の上昇に伴
って増加し、油圧ポンプユニット５の供給油圧ｐが徐々
に上昇する。従って、油圧モータユニット４の駆動トル
クが上昇し、徐々にファン４の回転速度が上昇するの
で、ラジエータの冷却能力が向上する。さらに、冷却水
温度Ｔ_w が上昇して所定値Ｔ₂ に達すると、水温検出弁
７におけるオイルの圧力がＰ＝Ｐ_max となり、油圧ポン
プユニット５の圧力制御ポート５ａの圧力は最大とな
る。従って、油圧ポンプユニット５の供給油圧ｐが最大
となるので、油圧モータユニット４が最大能力で作動
し、ラジエータの冷却能力が最大となる。以上説明した
内容をまとめると、冷却水温度Ｔ_w に基づいて水温検出
弁７におけるオイルの圧力Ｐが変化し（図３(a) 参
照）、この圧力Ｐに基づいて油圧モータユニット４に供
給される油圧ｐが変化する（図３(b) 参照）。そして、
油圧モータユニット４は供給された油圧ｐに応じた回転
速度Ｎでファン３を駆動する。即ち、図３(c) に示すよ
うに、冷却水温度Ｔ_w とファン回転速度Ｎとの特性でも
って、ファン３の駆動制御が行われる。また、低温時保
護を行う油温検出弁８は、例えば、冬期におけるエンジ
ン始動直後のようなオイル温度が低いときに、油圧ポン
プユニット５からオイル供給されないように圧力制御を
行うので、粘性が高いために供給圧力が高いオイルが各
種油圧機器に供給されることが防止され、システムの耐
久性及び信頼性を向上させることができる。この効果
は、システムを構成する油圧モータユニット４，オイル
クーラユニット６等の耐圧性を向上させなくとも享受で
きるため、システムの重量及びコストの増加を抑制する
ことができる。油圧モータユニット４に設けた流量切換
弁４ｃは、油圧モータ４ａの作動が停止又は減速すると
き、換言すれば、油圧ポンプ５ｂの作動が停止又は減速
するときに、油圧モータ４ａに供給される油圧が低下す
ることを検出して、吐出流量を絞ったポジションに切り
換える。そして、油圧モータ４ａの慣性によって油圧モ
ータ４ａが油圧ポンプとして作用しても、吐出流量が絞
られているために油圧ポンプとしての作動が短時間の内
に終了する。従って、油圧モータ４ａ内にキャビテーシ
ョンが発生する状態が短時間のみ持続することとなるの
で、キャビテーション発生をより効果的に防止すること
ができ、油圧モータ４ａの耐久性及び信頼性を向上する
ことができる。オイルクーラ６ａと並列して設けられた
ばね付きチェック弁６ｂは、オイルクーラ６ａに供給さ
れる油圧が所定圧以上になったときに開弁するので、オ
イルクーラ６ａ内の油圧を制限することができる。従っ
て、オイルクーラ６ａの耐圧性を必要以上に向上させな
くとも、オイルクーラユニット６としての耐圧性が向上
し、オイルクーラ６ａの耐久性及び信頼性を向上するこ
とができる。なお、本実施例では、システムの耐久性及
び信頼性を向上させるために、低温時保護を行う油温検
出弁８，油圧モータのキャビテーションを防止する流量
切換弁４ｃ，オイルクーラの耐圧性を向上させるばね付
きチェック弁６ｂを全て使用したが、これらは単独でも
各作用・効果を奏することができるので、要求される性
能等を考慮して適宜選択して使用すればよい。例えば、
熱帯地方で使用される車両には、低温時保護は不要であ
るので、油圧モータのキャビテーション防止のみを採用
すればよい。また、本実施例では、被冷却体としてラジ
エータを対象としたが、例えば、自動変速機の作動油を
冷却するオイルクーラーの冷却ファン、或いは、キャビ
ンクーラーのコンデンサの冷却ファン等に適用すること
も可能である。

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によれば、作動油供給停止弁を備えることにより作動
油温度が低温時のシステムの低温時保護ができ、流量切
換弁を備えることにより油圧モータの作動停止又は減速
時のキャビテーション発生が防止でき、また、バイパス
弁を備えることによりオイルクーラの耐圧性を向上する
ことができる。従って、システムの耐久性及び信頼性が
向上する。請求項２〜４記載の発明によれば、一般的な
油圧機器を使用することで、耐久性，信頼性を高めつつ
コスト増加を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明を車両のラジエータ冷却システムに適
用した一実施例を示すシステム構成図

【図２】 同上の詳細を示した油圧系統図

【図３】 同上の作用を説明する図で、(a) は冷却水温
度とパイロット圧力制御弁の圧力との関係を示す線図、
(b) はパイロット圧力制御弁の圧力と油圧モータに供給
される油圧との関係を示す線図、(c) は冷却水温度とフ
ァンの回転速度の関係を示す線図

【符号の説明】

１ オイルタンク ２ ラジエータ ３ ファン ４ 油圧モータユニット ４ｃ 流量切換弁 ５ 油圧ポンプユニット ５ｂ 油圧ポンプ ５ｃ 主圧力制御弁 ５ｄ 絞り ６ オイルクーラユニット ６ａ オイルクーラ ６ｂ ばね付きチェック弁 ７ 水温検出弁 ８ 油温検出弁

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被冷却体を冷却するためのファンを駆動す
   る油圧モータと、オイルタンクから該油圧モータに作動
   油を供給する油圧ポンプと、前記被冷却体の温度に基づ
   いて前記油圧モータに供給する作動油圧を制御する作動
   油圧制御手段と、を含んで構成された油圧制御式ファン
   駆動システムであって、 前記油圧モータに供給される作動油の温度が所定値未満
   のときに、油圧モータへの作動油の供給を停止する作動
   油供給停止弁と、前記油圧モータの作動状態が停止又は
   減速状態のときに、油圧モータから吐出される作動油流
   量を絞る流量切換弁と、前記油圧モータを作動させた作
   動油を冷却するオイルクーラに供給される油圧が所定圧
   以上のときに、該オイルクーラをバイパスさせて作動油
   を流すバイパス弁と、の少なくとも１つを含んで構成さ
   れたことを特徴とする油圧制御式ファン駆動システム。
2. 【請求項２】前記作動油供給停止弁は、前記作動油温度
   に応じて変形する感温部材からなる温度検出部材と、該
   温度検出部材の変形により弁体が駆動される切換弁と、
   を含んで構成され、前記作動油温度が所定値未満のとき
   に、前記切換弁によって前記油圧モータに作動油を供給
   する経路を切り換えて、油圧モータへの作動油供給を停
   止することを特徴とする請求項１記載の油圧制御式ファ
   ン駆動システム。
3. 【請求項３】前記流量切換弁は、前記油圧モータに供給
   される作動油圧をパイロット圧として弁体が駆動するパ
   イロット式切換弁であることを特徴とする請求項１又は
   ２記載の油圧制御式ファン駆動システム。
4. 【請求項４】前記バイパス弁は、前記オイルクーラと並
   列に設けられ、オイルクーラに供給される作動油圧が所
   定圧以上になったときに開弁するばね付きチェック弁で
   あることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記
   載の圧力制御式ファン駆動システム。