JPH1077838A

JPH1077838A - ラジエータシャッター制御装置

Info

Publication number: JPH1077838A
Application number: JP8230385A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Yamakawa; 孝行山川
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1996-08-30
Filing date: 1996-08-30
Publication date: 1998-03-24

Abstract

(57)【要約】【課題】シャッター開口角度を、エンジンの状態に応じ
た最適開口角度に容易に制御することができる、ラジエ
ータシャッター制御装置を提供する。【解決手段】ラジエータ２へ冷却空気を取り入れるラジ
エータシャッター５の開口角度を変化させるシャッター
駆動機構４０と、エンジン１の冷却水温を検出する水温
センサ１２と、水温センサ１２で検出される冷却水温の
経時変化量ΔＴ_jを算出し、この経時変化に応じてラジ
エータシャッター５の目標開口角度θを演算し、シャッ
ター駆動機構４０の動作を制御する制御信号を生成する
ラジエータシャッター制御回路１３を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、油圧ショ
ベル等の建設機械に搭載されるエンジンルーム内へ冷却
空気を取り入れるラジエータシャッターに係わり、特
に、そのラジエータシャッターの開閉動作を制御するラ
ジエータシャッター制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種のラジエータシャッター制
御装置及びその周辺機器の構造を表す概念的配置図を図
９に示す。この図９において、エンジン１からラジエー
タ２へ向かう管路８にサーモスタット７が設けられてお
り、このサーモスタット７は、エンジン１の冷却水が所
定温度未満であると管路８を遮断して管路９を介して冷
却水をバイパスさせ、エンジン１の動力により冷却ファ
ンと同期して駆動される冷却水ポンプ１０を介しエンジ
ン１へ還流させるようになっている。また冷却水温度が
所定温度以上になると、管路８を開通させ、これによっ
て冷却水は、ラジエータ２→管路１１→冷却水ポンプ１
０を介してエンジン１へと還流する。ラジエータシャッ
ター制御装置は、このような循環系を流れる冷却水を冷
却するラジエータ２へ冷却空気を取り入れるラジエータ
シャッター５を開閉させるものであり、エンジン１から
ラジエータ２へ向かう管路８内の冷却水温度を温度スイ
ッチ手段３で検出し、冷却水温度があらかじめ定められ
た所定温度になると、温度スイッチ手段３から駆動信号
を出力して電磁切換弁４を駆動することにより、シャッ
ター５を動かすエアシリンダ６に流入するエアのＯＮ，
ＯＦＦ切換を行うようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来構造には、以下のような課題が存在する。すなわち、
温度スイッチ手段３による電磁切換弁４の開閉によって
シャッター５の開閉動作を行わせる構成であることか
ら、あらかじめ定められた特定の冷却水温度を超えたか
どうかでシャッター５を開閉動作させることしかできな
い。すなわち、エンジン１の状態に対応して変動する冷
却水温度の経時変化に応じてシャッター５を開閉動作す
る構成ではないので、エンジン１の温度を最適にするよ
うにシャッター開口角度を最適に制御するのが困難であ
る。またこのとき、エアシリンダ６を介したシャッター
５の開閉には時間遅れが生じるので、エンジン１の状態
を最適にするための冷却水温度に比べて、常に冷やしす
ぎや温めすぎを生じる。この結果、必要以上にサーモス
タット７をＯＮ・ＯＦＦさせることとなり、エンジン１
に熱変動の負担を与え、ひいてはシリンダ等の破損を生
じる可能性がある。

【０００４】本発明の第１の目的は、シャッター開口角
度を、エンジンの状態に応じた最適開口角度に容易に制
御することができる、ラジエータシャッター制御装置を
提供することにある。本発明の第２の目的は、シャッタ
ー開口角度の制御における応答性を向上し、エンジンの
熱変動の負荷を軽減できるラジエータシャッター制御装
置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、本発明によれば、ラジエータへ冷却空気を取
り入れるラジエータシャッターの開口角度を変化させる
シャッター駆動手段と、エンジンの冷却水温を検出する
水温検出手段と、前記水温検出手段の検出結果に応じて
前記シャッター駆動手段の動作を制御する制御手段とを
有するラジエータシャッター制御装置において、前記制
御手段は、前記水温検出手段で検出される前記冷却水温
の経時変化量を算出する経時変化量演算手段と、この経
時変化量演算手段で算出される前記冷却水温の経時変化
に応じて、前記ラジエータシャッターの目標開口角度を
演算する目標開口角度演算手段と、この目標開口角度演
算手段で演算された目標開口角度に応じて、前記シャッ
ター駆動手段の動作を制御する制御信号を生成する制御
信号生成手段とを有する。これにより、例えばエンジン
の冷却水温が上昇しつつある（すなわちエンジン冷却が
不足しつつある）か、下降しつつある（エンジンが過冷
却状態にある）かに応じ、シャッター開口角度を調整で
きるので、あらかじめ定められた特定の冷却水温度を超
えたかどうかでシャッターを開閉動作させるだけの従来
構造と異なり、シャッター開口角度をエンジンの状態に
応じた最適開口角度に容易に制御することができる。

【０００６】好ましくは、上記第１及び第２の目的を達
成するために、前記ラジエータシャッター制御装置にお
いて、前記シャッター駆動手段は、前記制御信号生成手
段からの制御信号により駆動されるモータと、このモー
タによる回転を前記ラジエータシャッターの開閉方向動
作に機械的に変換する変換手段とを備えている。これに
より、制御信号生成手段からの制御信号でモータが駆動
されると、その回転が、直ちに変換手段を介して機械的
に伝達され、ラジエータシャッターを開閉動作する。し
たがって、エアシリンダへのエアのＯＮ・ＯＦＦによっ
てシャッターを開閉動作させる従来構造のように開閉制
御の時間遅れがほとんど生じず、制御応答性を向上させ
ることができる。よって、冷やしすぎ・温めすぎの繰り
返しによる熱変動の負担をエンジンに与えるのを防止
し、ひいてはエンジンシリンダ等の破損を防止すること
ができる。

【０００７】また好ましくは、前記ラジエータシャッタ
ー制御装置において、前記目標開口角度演算手段は、前
記経時変化量演算手段で算出された前記冷却水温の経時
変化量と、前記水温検出手段による所定時点での冷却水
温値との両方に応じて、前記ラジエータシャッターの目
標開口角度を演算する。これにより、シャッター開口角
度を、エンジンの状態に応じた最適開口角度にさらにき
め細かく制御することができる。

【０００８】また好ましくは、前記ラジエータシャッタ
ー制御装置において、外気温を検出する外気温検出手段
をさらに有し、前記目標開口角度演算手段は、前記経時
変化量演算手段で算出された前記冷却水温の経時変化量
と、前記外気温検出手段の検出結果との両方に応じて、
前記ラジエータシャッターの目標開口角度を演算する。
これにより、シャッター開口角度を、エンジンの状態に
応じた最適開口角度にさらにきめ細かく制御することが
できる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
を参照しつつ説明する。本実施形態は、本発明を油圧シ
ョベルに適用した場合の実施形態である。図９に示した
従来構造と同等の部材には同一の符号を付す。本実施形
態によるラジエータシャッター制御装置の適用対象であ
る油圧ショベルの要部斜視図を図２に示す。図２におい
て、この油圧ショベルは、左右履帯１６Ｌ，Ｒを備えた
下部走行体１５と、この下部走行体１５の上に配置され
エンジンルーム１８及び運転室１９を備えた上部旋回体
１７とを有している。

【００１０】このような油圧ショベルの主としてエンジ
ンルーム１８内に設けられる、本実施形態によるラジエ
ータシャッター制御装置及びその周辺機器の構造を表す
概念的配置図を図１に示す。図１において、図９に示し
た従来構造と同様、エンジン１からラジエータ２へ向か
う管路８にサーモスタット７が設けられており、このサ
ーモスタット７は、エンジン１の冷却水が所定温度未満
であると管路８を遮断して管路９を介し冷却水をバイパ
スさせ、エンジン１の動力により冷却ファンと同期して
駆動される冷却水ポンプ１０を介しエンジン１へ還流さ
せるようになっている。また冷却水の温度が所定温度以
上になると、管路８を開通させ、これによって冷却水
は、ラジエータ２において、ラジエータシャッタ５を介
し導かれる冷却風で冷却された後、管路１１及び冷却水
ポンプ１０を介し、エンジン１へと還流してエンジンを
冷却する。本実施形態によるラジエータシャッター制御
装置は、このような循環系を流れる冷却水を冷却するラ
ジエータ２へ冷却空気を取り入れるラジエータシャッタ
ー５の開口角度を制御するものであり、ラジエータシャ
ッター５の開口角度を変化させるシャッター駆動手段、
例えばラジエータシャッター駆動機構４０と、エンジン
１の冷却水温を検出する水温検出手段、例えば水温セン
サ１２と、外気温を検出する外気温検出手段、例えば外
気温センサ１４と、水温センサ１２及び外気温センサ１
４の検出結果に応じて（詳細は後述）シャッター駆動機
構４０の動作を制御する制御手段、例えばラジエータシ
ャッター制御回路１３とを有している。ここでシャッタ
ー駆動機構４０は、ラジエータシャッター制御回路１３
からの制御信号により駆動される駆動モータ４４と、こ
の駆動モータ４４による回転をラジエータシャッター５
の開閉方向動作に機械的に変換する変換手段、例えば駆
動ギア４５、この駆動ギア４５に噛合して軸方向に変位
する駆動ケーブル４３、及びこの駆動ケーブル４３に接
続されたリンク４２とを備えている。

【００１１】そして、前述したように、以上説明した構
成のうち図１中一点鎖線で囲まれる部材、すなわち外気
温センサ１４以外の構成要素は、図２に示す油圧ショベ
ルのエンジンルーム１８内に設けられている。そして外
気温センサ１４は、図２に示したように運転室１９の天
井に設けられている。

【００１２】次に、本実施形態の要部である、ラジエー
タシャッター制御回路１３で行われる制御内容を、制御
手順を表すフローチャートである図３を参照しつつ説明
する。まず手順Ｓ１で、水温センサ１２での検出温度Ｔ
を読み込む。その後、手順Ｓ２に移り、この検出温度Ｔ
が、ラジエータシャッター制御回路１３にあらかじめ設
定され記憶されていた設定値Ｔ_e（例えばＴ_e＝４０℃）
以上であるかどうかを判断する。エンジン１が始動直後
であるとＴ＜Ｔ_eとなって条件が満たされず、エンジン
動作適温まで早急に冷却水温度を上昇させる必要がある
と判断し、手順Ｓ３に移ってラジエータシャッター５の
開口角度θを最小値θ_f（例えばθ_f＝１０°）にするよ
うな制御信号を駆動モータ４４に出力する。その後、再
び手順Ｓ１に戻り、手順Ｓ２でＴ≧Ｔ_eが満たされるま
で手順Ｓ１〜手順Ｓ３を繰り返す。

【００１３】エンジン１の暖気が終了して動作適温にな
ると、Ｔ≧Ｔ_eとなって手順Ｓ２の条件が満足され、手
順Ｓ４に移る。そして手順Ｓ４でｉ＝０,ｊ＝０と設定
した後、手順Ｓ５でそのときの時間ｔ_i（この場合ｔ₀）
を読み込んで記憶し、手順Ｓ６でその時間ｔ_iに対応す
る水温センサ１２の検出温度Ｔ_i（この場合Ｔ₀）を読み
込み、手順Ｓ７に移ってｉ＝０であるかどうかを判定す
る。ここまで説明してきたようにエンジン１が動作適温
になった直後であればｉ＝０,ｊ＝０であるから、この
条件が満たされ、手順Ｓ９へ移ってｊがラジエータシャ
ッター制御回路１３にあらかじめ設定され記憶されてい
た設定値ｌ（例えばｊ＝５回）になったかどうかを判定
する。ｊ＝０であるからこの条件は満たされず、手順Ｓ
１０でｊを１つカウントアップしてｊ＝１とした後、手
順Ｓ１１でこのときの時間ｔ_pを読み込む。そして手順
Ｓ１２で、ｔ_p−ｔ_iがラジエータシャッター制御回路１
３にあらかじめ設定され記憶されていた設定時間Δｔ
（例えばΔｔ＝１．０秒）に達したかどうかを判定し、
Δｔに達していなければ手順Ｓ１１に戻って手順Ｓ１
１,Ｓ１２を繰り返す。手順Ｓ５でのｔ_i読み込み時から
Δｔが経過するとｔ_p−ｔ_i＝Δｔの条件が満たされ、手
順Ｓ１３に移ってｉを１つカウントアップしてｉ＝１と
し、手順Ｓ５に戻る。

【００１４】こうしてｉ＝１，ｊ＝１となり、再び手順
Ｓ５，Ｓ６でｔ_i（この場合ｔ₁），Ｔ_i（この場合Ｔ₁）
を読み込む。そしてｉ＝１であるから今度は手順Ｓ７で
の判定が満たされず、手順Ｓ８で温度変化量ΔＴ_j＝Ｔ_i
−Ｔ_i-1（この場合Ｔ₁−Ｔ₀）を算出する。その後、ｊ
＝１であるから手順Ｓ９での判定が満たされず、再び手
順Ｓ１０〜Ｓ１３を行った後に手順Ｓ５へ戻る。以上の
ようにして、ｉ＝０，ｊ＝０からｉ，ｊをカウントアッ
プしつつ、ｊ＝ｌとなるまで、図４に示すように、設定
時間Δｔごとの温度変化量ΔＴ_j＝Ｔ_i−Ｔ_i-1、すなわ
ちＴ₁−Ｔ₀，Ｔ₂−Ｔ₁，Ｔ₃−Ｔ₂，…を算出し、記憶し
ていく。

【００１５】そして、記憶した温度変化量ΔＴ_jの数ｊ
が設定値ｌ個になると、手順Ｓ９の条件が満たされて手
順Ｓ１４に移り、これら温度変化量ΔＴ_jの平均ΔＴ_h＝
（Ｔ₁＋Ｔ₂＋Ｔ₃＋…＋Ｔ_l）／ｌを求める。その後、手
順Ｓ１５で外気温センサ１４の検出温度Ｔ_aを読み込
み、手順Ｓ１６で、図５に示すテーブルに従い、検出温
度Ｔ_aに対応する温度係数Ｋを算出する。この外気温度
を考慮した温度係数Ｋを算出する主目的は、外気温によ
ってエンジン１が冷却されるスピードがちがうことか
ら、必要以上にラジエータシャッター５を開けて冷却水
温度が急低下するのを防ぐためである。そして、手順Ｓ
１７に移り、温度係数Ｋを考慮した温度変化定量ｘ＝Δ
Ｔ_h×Ｋを求める。その後、手順Ｓ１８で、図６に示す
テーブルに基づき、温度変化定量ｘに基づくラジエータ
シャッター５の目標開口角度θ₁を算出する。この目標
開口角度θ₁はすなわち、水温センサ１２の検出温度の
経時変化に基づく目標開口角度に相当する。なおこのと
き図６において温度変化定量ｘ＝０のときθ_o≠０であ
るのは、冷却水温度が一定となっているときにもある程
度の開口角度を確保しエンジン１の過熱を防止するため
である。またこのθ_oの値の一例としては、例えば手順
Ｓ３のθ_fと同じ値にすることも考えられる。このよう
な手順Ｓ１８が終了後、手順Ｓ１９に移り、図７に示す
テーブルに基づき、ｊ＝ｌとなったときの検出温度Ｔ_l
に基づくラジエータシャッター５の目標開口角度θ₂を
算出する。そして、手順Ｓ２０で、手順Ｓ１８で求めた
θ₁と手順Ｓ１９で求めたθ₂とにより、ラジエータシャ
ッター５の最終的な目標開口角度θ＝θ₁＋θ₂を算出す
る。これにより、温度変化定量ｘと目標開口角度θとの
関係は、例えば図８に示すような関係となる。図６と図
８とを比較して分かるように、θ₁にθ₂を加えることに
より、温度変化定量ｘが同一であっても、そのときの温
度Ｔ_lの値に応じて目標開口角度θの値を変化させるこ
とで、エンジン１の状態に応じた最適開口角度によりき
め細かく制御できるようになっている。

【００１６】そして最後に、手順Ｓ２１で、ラジエータ
シャッター５を目標開口角度θとする制御信号を生成し
て駆動モータ４４に出力し、フローを終了する。これに
より、駆動モータ４４が駆動ギヤ４５を回転して駆動ケ
ーブル４３を引き、リンク４２を介してラジエータシャ
ッター５の１枚１枚を回転させ、それぞれの開度をθと
する。

【００１７】なお、以上のフローで示されるラジエータ
シャッター制御回路１３の制御手順において、手順Ｓ５
〜Ｓ１３が、水温センサ１２で検出される冷却水温の経
時変化量を算出する経時変化量演算手段としての機能に
対応しており、手順Ｓ１４〜Ｓ２０が、この経時変化量
演算手段で算出される冷却水温の経時変化に応じて、ラ
ジエータシャッター５の目標開口角度を演算する目標開
口角度演算手段としての機能に対応しており、手順Ｓ２
１が、この目標開口角度演算手段で演算された目標開口
角度に応じて、シャッター駆動機構４０の動作を制御す
る制御信号を生成する制御信号生成手段としての機能に
対応している。

【００１８】以上のように構成した本実施形態によれ
ば、ラジエータシャッター制御回路１３は、水温センサ
１４の検出水温の経時変化である温度変化量ΔＴ_jに応
じてシャッター駆動機構４０の動作を制御するので、例
えばエンジン１の冷却水温が上昇しつつある（すなわち
エンジン１の冷却が不足しつつある）か、下降しつつあ
る（エンジン１が過冷却状態にある）かに応じ、ラジエ
ータシャッター５の目標開口角度θを調整できる。した
がって、あらかじめ定められた特定の冷却水温度を超え
たかどうかでシャッターを開閉動作させるだけの従来構
造と異なり、ラジエータシャッター５の開口角度をエン
ジン１の状態に応じた最適開口角度に容易に制御するこ
とができる。またこのとき、ラジエータシャッター制御
回路１３の制御信号で駆動モータ４４が駆動されると、
その回転が、直ちに駆動ギア４５・駆動ケーブル４３・
リンク４２を介して機械的に伝達され、ラジエータシャ
ッター５を開閉動作する。したがって、エアシリンダへ
のエアのＯＮ・ＯＦＦによってシャッターを開閉動作さ
せる従来構造のように開閉制御の時間遅れがほとんど生
じず、制御応答性を向上させることができる。よって、
冷やしすぎ・温めすぎの繰り返しによる熱変動の負担を
エンジン１に与えるのを防止し、ひいてはエンジンシリ
ンダ等の破損を防止することができる。

【００１９】なお、上記実施形態においては、外気温セ
ンサ１４を油圧ショベルの運転室１９の天井に設けた
が、これに限られず、外気温が検出できる位置であれば
他の位置でもよい。また、上記実施形態においては、図
３のフローの手順Ｓ１９で、目標開口角度θ₂をｊ＝ｌ
のときの検出温度Ｔ_lによって求めたが、これに限られ
ない。すなわち例えばＴ_l-1と目標開口角度θ₂との関係
を定めたテーブルをあらかじめ用意し、Ｔ_l-1の値に基
づいて目標開口角度θ₂を求めてもよい。要は、検出中
（ｊ＝０〜ｊ＝ｌとなるまでの時間）におけるある時点
での検出温度に基づいてθ₂を算出すればよい。これら
の場合も同様の効果を得る。さらに、上記実施形態にお
いては、図３のフローの手順Ｓ２０で、最終的な目標開
口角度θを単純にθ＝θ₁＋θ₂として算出したが、これ
に限られず、θ₁,θ₂のどちらかに係数を乗じてから合
計する等、他の方法でもよい。要は、温度変化定量ｘに
基づく目標開口角度θ₁と、検出温度Ｔ_lに基づく目標開
口角度θ₂との両方に応じて最終的な目標開口角度θを
算出すればよい。これらの場合も同様の効果を得る。ま
た、上記実施形態においては、建設機械である油圧ショ
ベルのエンジンルームに適用した場合を例にとって説明
したが、これに限られず、他の建設機械や、建設機械以
外の産業機械・産業車両等に備えられたラジエータシャ
ッターに対しても適用でき、これらの場合も、同様の効
果を得る。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、シャッター開口角度を
エンジンの状態に応じた最適開口角度に容易に制御する
ことができる。また開閉制御の時間遅れがほとんど生じ
ず、制御応答性を向上させることができる。よって、冷
やしすぎ・温めすぎの繰り返しによる熱変動の負担をエ
ンジンに与えるのを防止し、ひいてはエンジンシリンダ
等の破損を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ラジエータシャッター制御装置の適用対象であ
る油圧ショベルの要部斜視図である。

【図２】本実施形態によるラジエータシャッター制御装
置及びその周辺機器の構造を表す概念的配置図である。

【図３】ラジエータシャッター制御回路で行われる制御
手順を表すフローチャートである。

【図４】設定時間ごとに温度変化量を算出していく様子
を説明するための図である。

【図５】外気温センサの検出温度Ｔ_aと温度係数Ｋとの
関係を表す図である。

【図６】温度変化定量ｘと目標開口角度θ₁との関係を
表す図である。

【図７】温度Ｔ_lと目標開口角度θ₂との関係を表す図で
ある。

【図８】温度変化定量ｘと目標開口角度θとの関係の一
例を表す図である。

【図９】従来のラジエータシャッター制御装置及びその
周辺機器の構造を表す概念的配置図である。

【符号の説明】

１エンジン２ラジエータ５ラジエータシャッター１２水温センサ（水温検出手段）１３ラジエータシャッター制御回路（制御手段、経
時変化量演算手段、目標開口角度演算手段、制御信号生
成手段）１４外気温センサ（外気温検出手段）４０ラジエータシャッター駆動機構（シャッター駆
動手段）４２リンク（変換手段）４３駆動ケーブル（変換手段）４４駆動モータ４５駆動ギヤ（変換手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ラジエータへ冷却空気を取り入れるラジ
エータシャッターの開口角度を変化させるシャッター駆
動手段と、エンジンの冷却水温を検出する水温検出手段
と、前記水温検出手段の検出結果に応じて前記シャッタ
ー駆動手段の動作を制御する制御手段とを有するラジエ
ータシャッター制御装置において、前記制御手段は、前記水温検出手段で検出される前記冷
却水温の経時変化量を算出する経時変化量演算手段と、
この経時変化量演算手段で算出される前記冷却水温の経
時変化に応じて、前記ラジエータシャッターの目標開口
角度を演算する目標開口角度演算手段と、この目標開口
角度演算手段で演算された目標開口角度に応じて、前記
シャッター駆動手段の動作を制御する制御信号を生成す
る制御信号生成手段とを有することを特徴とするラジエ
ータシャッター制御装置。
【請求項２】請求項１記載のラジエータシャッター制
御装置において、前記シャッター駆動手段は、前記制御
信号生成手段からの制御信号により駆動されるモータ
と、このモータによる回転を前記ラジエータシャッター
の開閉方向動作に機械的に変換する変換手段とを備えて
いることを特徴とするラジエータシャッター制御装置。
【請求項３】請求項１記載のラジエータシャッター制
御装置において、前記目標開口角度演算手段は、前記経
時変化量演算手段で算出された前記冷却水温の経時変化
量と、前記水温検出手段による所定時点での冷却水温値
との両方に応じて、前記ラジエータシャッターの目標開
口角度を演算することを特徴とするラジエータシャッタ
ー制御装置。
【請求項４】請求項１記載のラジエータシャッター制
御装置において、外気温を検出する外気温検出手段をさ
らに有し、前記目標開口角度演算手段は、前記経時変化
量演算手段で算出された前記冷却水温の経時変化量と、
前記外気温検出手段の検出結果との両方に応じて、前記
ラジエータシャッターの目標開口角度を演算することを
特徴するラジエータシャッター制御装置。