WO2007119318A1

WO2007119318A1 - 冷却ファンの制御装置及び作業機械の冷却ファンの制御装置

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Publication number: WO2007119318A1
Application number: PCT/JP2007/054569
Authority: WO
Inventors: Yoshihiko Hayashi
Original assignee: Caterpillar Japan Ltd; Caterpillar Mitsubishi Ltd; Shin Caterpillar Mitsubishi Ltd
Current assignee: Caterpillar Japan Ltd; Caterpillar Mitsubishi Ltd
Priority date: 2006-03-20
Filing date: 2007-03-08
Publication date: 2007-10-25
Anticipated expiration: 2008-09-20
Also published as: EP1998018A1; CN101405492B; EP1998018B1; JP4649354B2; US7953520B2; EP1998018A4; JP2007255216A; US20090062963A1; CN101405492A

Abstract

　冷却ファンの制御装置に関し、負荷状態に応じて冷却ファンの回転数を最適に制御し、冷却ファンにより生じる騒音を抑制するために、被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において、被冷却流体の流体温度Ｔoを検知する流体温度センサ４０と、外気の温度Ｔaを検知する外気温センサ３０と、流体温度センサ４０により検知された流体温度Ｔoと外気温センサ３０により検知された外気の温度Ｔa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Ｎfを設定する制御手段２０とを備えた。

Description

明細書

冷却ファンの制御装置及び作業機械の冷却ファンの制御装置

技術分野

[0001] 本発明は、油圧ショベル等の作業機械に搭載された冷却ファンに用いて好適の、冷却ファンの回転数を制御する制御装置に関するものである。

背景技術

[0002] 近年、油圧ショベルに代表される作業機械は、都市部や住宅地で使用されることが多ぐ作業時に発生する騒音が問題となっている。そして、この騒音の発生には、ォイルクーラゃラジェータ等の冷却装置に外気を冷却風として導入する冷却ファンの存在が大きく影響している。

冷却ファンは、一般に、苛酷な作業環境を考慮して設計がなされている。つまり、例えば外気温度が 30°C程度の高温且つエンジンが全開の状態のような、エンジンにか力る負荷が最大の状態で連続運転を行なったとしてもエンジンがオーバーヒートしないように、冷却ファンの回転数を大きくし、冷却風をより多く吸入して冷却装置の冷却性能を上げるような設計がなされて、る。

[0003] ところが、冷却ファンの回転数が大きいと、空気による回転抵抗が大きくなり、冷却ファンの回転による風きり音が大きくなり、騒音発生に大きく影響することになる。騒音低減のためには、高負荷時等の必要なとき以外は、冷却ファンの回転数をできるだけ下げることが好ま、。

これに対して、冷却ファンの回転数を制御する種々の技術が開発されている。

[0004] 例えば、作業機械の作業や走行のために用いられる作動油の油温に応じて冷却フアンの回転数を制御することが行なわれて、る。

また、例えば、特許文献 1には、建設機械 (作業機械）に関し、エンジン冷却水の温度 (水温) Twと建設機械の油圧システム内の作動油の温度（油温) Toとに応じて、フアン制御装置により冷却ファンの回転数を制御する技術が開示されている。

[0005] 詳しくは、特許文献 1記載の技術では、水温 Twを水温センサにより検出するとともに油温 Toを油温センサにより検出する。そして、検出された水温 Twと油温 Toとがともに予め設定された第 1温度 Tw , Toよりも小さいときは冷却ファンを駆動しない。

1 1

水温 Twが第 1温度 Twと第 1温度 Twよりも高い温度の第 2温度 Twとの間にあり

1 1 2

且つ油温 Toが第 1温度 Toよりも小さいとき、及び、水温 Twが第 1温度 Twよりも小さ

1 1 く且つ油温 Toが第 1温度 Toと第 1温度 Toよりも高い温度の第 2温度 Toとの間にあ

1 1 2 るときは、冷却ファンを低速運転する。

[0006] 水温 Twと油温 Toとがともに第 1温度 Tw , Toと第 2温度 Tw , Toとの間にあると

1 1 2 2

きは、冷却ファンを中速運転する。

水温 Twが第 2温度 Twよりも大きく且つ油温 Toが第 1温度 Toと第 2温度 Toとの

2 1 2 間にあるとき、水温 Twが第 1温度 Twと第 2温度 Twとの間にあり且つ油温 Toが第 2

1 2

温度 Toよりも大きいとき、及び、水温 Twと油温 Toとがともに第 2温度 Tw , Toよりも

2 2 2 大き!/、ときは、冷却ファンを高速運転するようになって!/、る。

特許文献 1：特開平 5 - 288053号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0007] し力しながら、エンジンの負荷状態 (即ちエンジンの発熱状態）は、油温や水温の状態以外にも影響されるものである。

ここで、作動油やエンジン冷却水を冷却する冷却装置の冷却性能は、冷却ファンにより導入される冷却風の温度と風量とに比例することが知られている。つまり、冷却風が冷たく風量が多いほど、作動油やエンジン冷却水が良く冷やされることになる。

[0008] しかし、例えば、ある所定の風量の冷却風で作動油を冷却する際に、冷却風が 0°C 程度と低温の条件下において油温は 70°C程度の状態が続く状況と、冷却風が 30°C 程度と高温の条件下において油温は 70°C程度の状態が続く状況がある。つまり、冷却風による冷却性能が異なるにも関わらず、油温は同一温度を保持する状況がある

[0009] これは、前者の状況は、作動油の発熱量が大きい、即ち作動油に対して大きな仕事がなされ、エンジン負荷が高いということを意味している。一方、後者の状況は、作動油の発熱量が小さい、即ち、あまり作動油に対して仕事がなされておらず、ェンジン負荷が低いということを意味している。そのため、前者の状況は、後者の状況に比ベて冷却性能が良好であるにも関わらず、後者の状況と同一の油温までしか冷却されない。

したがって、単に油温だけで冷却ファンの回転数を制御すると、実際はエンジンに大きな負荷が力かっているのに冷却ファンの回転が不足してエンジンをオーバーヒートさせてしまったり、エンジンに大きな負荷力かかっていないのに過剰に冷却ファンを回転させて余計な騒音を発生させたりしてしまうことがある。

[0010] また、特許文献 1記載のような油温や水温による制御でも、エンジンの負荷に厳密に応じているとは言い難ぐ上述したように冷却ファンの回転が不足したり、過剰に冷却ファンを回転させたりしてしまうことが考えられる。

冷却ファンの回転数は、エンジンの負荷に応じてきめ細やかに制御されることが好ましい。

[0011] 本発明はこのような課題に鑑み案出されたもので、負荷状態に応じて冷却ファンの回転数を最適に制御し、冷却ファンにより生じる騒音を抑制する、冷却ファンの制御装置及び作業機械の冷却ファンの制御装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0012] 上記目的を達成するために、請求項 1記載の本発明の冷却ファンの制御装置は、被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であって、前記被冷却流体の流体温度を検知する流体温度センサと、前記外気の温度を検知する外気温センサと、前記流体温度センサにより検知された前記流体温度と前記外気温センサにより検知された前記外気の温度との差分を算出し、前記差分の大きさに応じて前記冷却ファンの目標回転数を設定する制御手段とを備えたことを特徴としてヽる。

[0013] 請求項 2記載の本発明の冷却ファンの制御装置は、請求項 1記載の冷却ファンの制御装置において、前記差分の基準値として、第 1基準差分及び該第 1基準差分よりも大きい値の第 2基準差分を予め定めるとともに、前記目標回転数の下限値としての第 1最小回転数及び前記目標回転数の上限値としての第 1最大回転数を予め定め、前記制御手段は、前記差分が前記第 1基準差分以下であれば、前記目標回転数を前記第 1最小回転数に設定し、前記差分が前記第 2基準差分よりも大きければ、前記目標回転数を前記第 1最大回転数に設定し、前記差分が前記第 1基準差分よりも大きく前記第 2基準差分以下であれば、前記目標回転数を、前記差分の大きさに応じて前記第 1最小回転数と前記第 1最大回転数との間で直線補間した回転数に設定することを特徴としている。

[0014] 請求項 3記載の本発明の冷却ファンの制御装置は、請求項 2記載の冷却ファンの制御装置において、前記流体温度の基準値として、第 1基準流体温度及び該第 1基準流体温度よりも大きい値の第 2基準流体温度を予め定めるとともに、前記目標回転数の第 2の下限値としての第 2最小回転数及び前記目標回転数の第 2の上限値としての第 2最大回転数を予め定め、前記制御手段は、前記流体温度が前記第 1基準流体温度以下であれば、前記目標回転数を前記第 2最小回転数に設定し、前記流体温度が前記第 2基準流体温度よりも大きければ、前記目標回転数を前記第 2最大回転数に設定し、前記流体温度が前記第 1基準流体温度よりも大きく前記第 2基準流体温度以下であれば、前記目標回転数を、前記流体温度の大きさに応じて前記第 2最小回転数と前記第 2最大回転数との間で直線補間した回転数に設定し、前記差分により設定された目標回転数と、前記流体温度により設定された目標回転数とのうち大きいほうを最終的な目標回転数として決定することを特徴としている。

[0015] 請求項 4記載の本発明の作業機械の冷却ファンの制御装置は、請求項 1〜3の何れカ 1項に記載の冷却ファンの制御装置が作業機械に適用されていることを特徴としている。

請求項 5記載の本発明の作業機械の冷却ファンの制御装置は、請求項 4記載の作業機械の冷却ファンの制御装置において、前記被冷却流体は、前記作業機械の作業や走行に用いられる作動油であることを特徴として、る。

発明の効果

[0016] 請求項 1記載の本発明の冷却ファンの制御装置によれば、冷却ファンの回転数制御において、流体温度と外気の温度との差分を用いるので、被冷却流体に対して仕事する駆動源 (例えば、冷却ファンの駆動源)の負荷状態を適切に判断することができる。

そして、その判断された負荷状態に応じて冷却ファンの目標回転数を設定するので、冷却ファンの回転数をきめ細やかに最適に制御することができる。したがって、冷却ファンは必要以上に回転されることがなぐ冷却ファンにより生じる騒音を抑制することができる。

[0017] 請求項 2記載の本発明の冷却ファンの制御装置によれば、目標回転数は、流体温度と外気の温度との差分の大きさに応じて直線補間された回転数に設定されるので、よりきめ細やかに冷却ファンの回転数を制御することができる。

また、目標回転数に上限値及び下限値を設定し、第 1基準差分以下であれば第 1 最小回転数に設定され、第 2基準差分以下よりも大きければ第 1最大回転数に設定されるので、冷却性能を十分に確保しながら、騒音を抑制したり、燃費を良好にしたりすることができる。

[0018] 請求項 3記載の本発明の冷却ファンの制御装置によれば、流体温度と外気の温度との差分により設定された目標回転数と流体温度により設定された目標回転数とのうち大きいほうを最終的な目標回転数として決定するので、さらにきめ細やかに冷却フアンの回転数を制御することができる。そして、冷却性能を十分に確保しながら、騒音を抑制したり、燃費を良好にしたりすることができる。

[0019] 請求項 4記載の本発明の冷却ファンの制御装置によれば、作業機械に搭載される冷却ファンの回転数を最適に制御することができる。そして、冷却ファンが作業機械の動力源であるエンジン出力により駆動される場合には、冷却ファンを駆動するために消費される余分なエンジン出力を減少させることが可能である。

請求項 5記載の本発明の冷却ファンの制御装置によれば、機体の負荷が反映されやすい作動油の温度を用いるので、エンジンの負荷状態を高精度で判断することができる。

図面の簡単な説明

[0020] [図 1]本発明の一実施形態に係る冷却ファンの制御装置を示すブロック図である。

[図 2]本発明の一実施形態に係る冷却ファンの制御装置の制御内容を示すフローチヤートである。

[図 3]図 3 (a)及び図 3 (b)は本発明の一実施形態に係る冷却ファンの制御装置により設定される冷却ファンの回転数を示すグラフ、図 3 (c)は従来の制御装置により設定される冷却ファンの回転数を示すグラフである。

圆 4]図 4 (a)〜図 4 (c)は本発明の一実施形態に係る冷却ファンの制御装置の実験結果と従来の制御装置により制御された実験結果とを同時に示すグラフであって、図 4 (a)は高負荷時、図 4 (b)は中負荷時、図 4 (c)は低負荷時を示して！/、る。

圆 5]本発明の一実施形態に係る冷却ファンの制御装置を備えた油圧ショベルの斜視図である。

圆 6]本発明の一実施形態に係る冷却ファンの制御装置を備えた油圧ショベルの要部断面図（図 5の A— A矢視断面図）である。

符号の説明

1 油圧ショべノレ

2 下部走行体

3 上部旋回体

3a スイングフレーム

4 作業装置

5 カウンタウェイト

10 エンジン

11 油圧ポンプ

12 冷却装置

13 冷却ファン

14 ファン駆動軸

15 ビスカスクラッチ (流体継手)

20 コントローラ (制御手段）

21 演算部

22 フィルタ一部

23 L 部

24 第 1設定部

25 第 2設定部 30 外気温センサ

40 油温センサ (流体温度センサ）

N 冷却ファンの回転数（目標回転数）

f

N 最小回転数 (第 1最小回転数，第 2最小回転数）

fmin

N 第 1最大回転数

fmaxl

N 第 2最大回転数

finax2

ΔΤ 気油差 (差分）

ΔΤ 第 1基準気油差 (第 1基準差分）

1

ΔΤ 第 2基準気油差 (第 2基準差分）

2

τ 油温

T 第 1基準油温 (第 1基準流体温度）

ol

T 第 2基準油温 (第 2基準流体温度）

ο2

Τ 第 3基準油温 (第 3基準流体温度）

ο3

Τ 外気温

a

τ 最小外気温

amin

τ ' 従来の目標回転数上昇開始時の油温

ol

発明を実施するための最良の形態

以下、図面により、本発明の実施の形態について説明する。

[一実施形態]

図 1〜図 6は本発明の一実施形態に係る冷却ファンの制御装置を示すもので、図 1 はそのブロック図、図 2はその制御装置が行う制御内容を示すフローチャート、図 3 (a )及び図 3 (b)はその制御装置により設定される冷却ファンの回転数 (目標回転数)を示すグラフ、図 3 (c)は従来の油温情報のみを利用する冷却ファンの制御装置により設定される冷却ファンの回転数 (目標回転数)を示すグラフ、図 4 (a)〜図 4 (c)はその制御装置及び従来の制御装置により制御された実験結果の冷却ファンの回転数と油温とをそれぞれ比較して示すグラフであって、図 4 (a)は高負荷時，図 4 (b)は中負荷時，図 4 (c)は低負荷時を示している。また、図 5はその制御装置を備えた油圧ショベルの斜視図、図 6は図 5の A— A矢視断面図である。なお、図 6においてはハツチを省略して示している。

[0023] く構成〉

ここでは、作業機械の代表的な例である油圧ショベル 1に搭載された冷却ファンの制御装置について説明する。

図 5に示すように、油圧ショベル 1は、下部走行体 2と、下部走行体 2上に回転自在に結合された上部旋回体 (機体) 3と、上部旋回体 3から前方へ延出するように取り付けられた作業装置 4とから構成されてヽる。

[0024] 上部旋回体 3は、架台となるスイングフレーム 3aを有し、スイングフレーム 3a上の後端部には、作業装置 4との重量バランスをとるためのカウンタウェイト 5が配設されている。そして、カウンタウェイト 5の前方には、図 6に示すように、油圧ショベル 1の動力源であるエンジン 10と、エンジン 10により駆動される油圧ポンプ 11と、エンジン冷却水を冷却するラジェータゃ作動油 (被冷却流体)を冷却するオイルクーラ等の冷却装置 12と、冷却装置 12に冷却風を導入させる冷却ファン 13と、作動油を貯留する作動油タンク（図示略）と、冷却ファン 13の目標回転数 (ファン回転数とも、う） Nを設定す

f るコントローラ (制御手段） 20 (図 1参照）とが備えられている。

[0025] 冷却ファン 13は、エンジン 10により駆動されるべぐその駆動軸（ファン駆動軸） 14 がエンジン 10の駆動軸と同軸となっており、ファン駆動軸 14と冷却ファン 13との間には回転伝達手段であるビスカスクラッチ (流体継手） 15が介装されて、る。

ビスカスクラッチ 15は、粘度の高いシリコンオイルの剪断を利用して差動回転数に応じたトルクを発生させる装置である。つまり、ファン駆動軸 14の回転力がシリコンォィルの流れを生み、冷却ファン 13に回転力を伝えるようになつている力シリコンオイルの粘性によってビスカスクラッチ 15内部に滑りが生じファン駆動軸 14の回転力は冷却ファン 13に全て伝わらず、冷却ファン 13はエンジン 10の回転数と異なる回転数に制御されるようになっている。コントローラ 20は、このシリコンオイルの滑り率を調整することで、冷却ファン 13の回転数 Nを制御することができるようになつている。

f

[0026] ここで、機体 3の適宜の箇所に、作業中の機体周囲の温度 (外気の温度，外気温） Tを検知する外気温センサ 30 (図 1参照）が設置されている。また、作動油タンクに a 対し、作動油の温度 (流体温度，油温) T。を検知する油温センサ (流体温度センサ) 4 0 (図 1参照）が設置されている。

そして、外気温センサ 30で検知された外気温 Tと、油温センサ 40で検知された油

a

温 Tとは、コントローラ 20に入力されるようになっている。

[0027] コントローラ 20は、図 1に示すように、入力された外気温 Tと油温 Tとの差 (以下、

a 0

気油差という） ΔΤを算出する演算部 21と、演算部 21に入力される外気温 Tにフィル

a ターをかけるフィルタ一部 22と、予め設定された外気温 T ,油温 T及び冷却ファン 1

a 0

3の目標回転数 Nの基準値 (所定値)をそれぞれ記憶する記憶部 23と、油温 Tのみ

f 0 を用いて冷却ファン 13の第 1目標回転数 Nを設定する第 1設定部 24と、気油差 ΔΤ

fl

を用いて冷却ファン 13の第 2目標回転数 Nを設定する第 2設定部 25と、第 1設定部

f2

24及び第 2設定部 25でそれぞれ設定された目標回転数 N , N のうちの大きいほう

fl f2

を最終的な目標回転数 Nとして決定する決定部 26と、決定部 26により決定された最

f

終目標回転数 Nとなるように冷却ファン 13の回転数を制御する制御部 27とを有して

f

いる。

[0028] 演算部 21には、まず、フィルタ一部 22によりフィルターをかけられた外気温 Tと油

a 温センサ 40で検知された油温 Tとが入力される。そして、演算部 21は、これら外気温 Tと油温 Tとを用いて算出した気油差 ΔΤを、第 2設定部 25へ出力するようになつ a 0

ている。ここで、気油差 ΔΤとは、作業中の機体負荷 (エンジン 10の負荷）に相関するものであって、気油差 Δ Tが大き、ほど負荷が高、ことが判明して、る。

[0029] フィルタ一部 22は、演算部 21にフィルターをかけた外気温 Tを出力するものであつ

a

て、フィルタ一部 22には、外気温センサ 30により検知された外気温 Tと記憶部 23〖こ

a

記憶されている後述する最小外気温 T とが入力される。そして、フィルタ一部 22は

amin

、まず、検知された外気温 Tと記憶部 23の最小外気温 T とを比較する。そして、検

a amin

知された外気温 Tが最小外気温 Τ 以下 (Τ≤Τ )であれば、演算部 21に対して

a amin a amin

外気温 Tとして最小外気温 Τ を出力する。一方、検知された外気温 Τが最小外気

a amin a

温 T よりも大きければ (Τ >Τ )、演算部 21に対して外気温 Τとして外気温セン amin a amin a

サ 30で検知された通りの外気温 Tを出力するようになっている。つまり、ここでは、演

a

算部 21に入力される外気温 Tの下限値 T が規定されるようになっている。

a amin [0030] 記憶部 23には、冷却ファン 13の目標回転数 Nの下限値として予め設定された最 f

小回転数 N 、及び、冷却ファン 13の目標回転数 Nの上限値として予め設定された fmin f

第 1最大回転数 N ,第 2最大回転数 N が記憶されている。ここで、第 2最大回 imaxl finax

転数 N は第 1最大回転数 N よりも高い値に設定されている。つまり、目標回転 finax2 fin ax 1

数 Nの上限値 N 力 ¾段階に設定されてヽる。

I finax

[0031] また、記憶部 23には、気油差 ΔΤの基準値として予め設定された第 1基準気油差（第 1基準差分） ΔΤ及び第 1基準差分 ΔΤよりも大きい値の第 2基準気油差 (第 2基

1 1

準差分） ΔΤが記憶されている。同時に、記憶部 23には、油温 Tの基準値として予

2

め設定された第 1基準油温 (第 1基準流体温度) T及び第 1基準油温 T よりも大き ol ol

V、値の第 2基準油温 (第 2基準流体温度) Tも記憶されて!、る。

o2

[0032] さらに、記憶部 23には、外気温 Tの基準値として予め設定された最小外気温 T a amin も記憶されている。

ここで、最小外気温 T は、第 2設定部 25の気油差 ΔΤによる制御が開始される最 amin

小油温 T を設定するためのものである。ある油温 (第 3基準油温) T 以下では、油圧 ο3 ο3 機器性能の観点から、ファン回転数 Νを上げて作動油を冷却する必要はなぐ油圧 f

機器に熱疲労が生じない程度の最小回転数 N に固定しておくことが、騒音'燃費 fmin

の観点力も望ましいことが判明している。このような要望に対し、最小外気温 T

aminを設定することで、油温 Tが所定の温度 T に上昇するまでは、冷却ファン 13は第 2設定 o3

部 25により第 2目標回転数 Nが最小回転数 N に設定されるようになっている。

f2 finin

[0033] 第 1設定部 24には、まず、記憶部 23から第 1基準油温 T ,第 2基準油温 T ,最小 ol o2 回転数 N 及び第 2最大回転数 N が入力されるとともに、油温センサ 40で検知さ frmn finax ,

れた油温 Tが入力される。

そして、第 1設定部 24は、図 3 (a)に実線で示すように、油温 Tが第 1基準油温 T ol 以下である (T≤T )ときは、第 1目標回転数 Νを最小回転数 Ν に設定するように ol fl fmin

なっている。また、油温 Tが第 2基準油温 T よりも大きい (T >T )ときは、第 1目標 ο2 ο2

回転数 Νを第 2最大回転数 Ν に設定するようになっている。

fl finax2

[0034] さらに、油温 Tが第 1基準油温 T よりも大きく第 2基準油温 Τ 以下である (Τ <Τ ol o2 ol o

≤T )ときは、次式（1)のように、第 1目標回転数 Nを油温 Tの大きさに応じて最小回転数 N と第 2最大回転数 N との間で直線補間 (線形補間)した値に設定する frmn imax2

ようになっている。

[数 1]

N_{F L}=N_{FMI N}+ (N_fmax2-N_fmin)x(T₀-T₀₁) Ζ (Τ。₂— Τ_{ο 1})"·(1)

[0036] つまり、油温 Τが第 1基準油温 Τ から第 2基準油温 Τ に上昇するまで、第 1目標

0 ol o2

回転数 Nを最小回転数 N から第 2最大回転数 N まで直線状に上昇させるよう fl finin fmax2

になっている。なお、第 1基準油温 T は、図 3(c)に示す従来の制御装置による目標 ol

回転数上昇開始時の油温 T ' よりも高い温度に設定されている。ここで、従来の制 ol

御装置は、油温 Tのみにより目標回転数 Nを設定するものであって、図 3(c)に示す

0 f

ように、油温 Tが予め設定された温度 T ' を超えると、目標回転数 Nを上限値 N

0 ol fl finax

2に達するまで所定の勾配で直線状に上昇させるようになって、る。

[0037] 第 2設定部 25には、まず、演算部 21で算出された気油差 ΔΤが入力されるととともに、記憶部 23から第 1基準気油差 ΔΤ ,第 2基準気油差 ΔΤ ,最小回転数 N ,第

1 2 finin

1最大回転数 N 及び最小外気温 T が入力される。

finax 1 amin

そして、第 2設定部 25は、図 3(b)に示すように、気油差 ΔΤが第 1基準気油差 ΔΤ

1 以下である（ΔΤ≤ΔΤ)ときは、第 2目標回転数 Nを最小回転数 Ν に設定し、気

1 f2 finin

油差 Δ Tが第 2基準気油差 Δ Tよりも大き！/、（ Δ Τ> Δ T )ときは、第 2目標回転数 Ν

2 2 f を第 1最大回転数 N に設定するようになっている。

2 finax 1

[0038] また、気油差 ΔΤが第 1基準気油差 ΔΤよりも大きく第 2基準気油差 ΔΤ以下であ

1 2 る（ΔΤ < ΔΤ≤ ΔΤ)ときは、第 2設定部 25は、図 3 (a)に点線，一点鎖線及び二点

1 2

鎖線で示すとともに図 3 (b)に示すように、第 2目標回転数 Nを、気油差 Δ Tに応じ f2

て最小回転数 N と第 1最大回転数 N との間で直線補間した値に設定するように finin finax 1

なっている。

[0039] [数 2]

N_f2=N_{fmi n} + (N_imax厂 N_imin)x(AT— ΔΤ\) / (ΔΤ₂— ΔΤ^" (2) [0040] つまり、数式 (2)のように、第 2目標回転数 Νを、所定の勾配を有して直線状に第 1 f2

最大回転数 N に達するまで上昇させるようになつている。さらに換言すれば、第 2 目標回転数 Nが上昇する時点の油温 Tを、外気温 Τが低くなるに従い低温側にシ f2 a

フトさせるようになつている。

なお、図 3 (a)では、グラフ中左側に進むにつれ、外気温 Tが低くなるようになって a

いる (T <T <Τ )。また、ここでの目標回転数 Νが上昇を始める最初の油温 Τ al a2 a3 f2 o3 は、最小外気温 T に第 1基準気油差 ΔΤを足した温度 (Τ =Τ + ΔΤ )である

amin 1 o3 amin 1

[0041] 決定部 26は、第 1設定部 24から入力された第 1目標回転数 Nと第 2設定部 25から fl

入力された第 2目標回転数 Nとのうちの大きヽほうを最終的な目標回転数 Nとして f2 f 決定し、最終目標回転数 Nを制御部へ出力するようになっている。

制御部 27は、決定部 26から入力された最終目標回転数 Nに対応するビスカスクラツチ 15の滑り率を設定し、その設定信号をビスカスクラッチ 15に送信し、冷却ファン 1 3の回転数が最終目標回転数 Nとなるように制御するようになって、る。

[0042] <作用 >

本発明の一実施形態に力かる冷却ファンの制御装置は、図 1に示すように外気温センサ 30と油温センサ 40とコントローラ 20とにより構成され、図 2に示すようなフローチャートに従い制御される。

図 2に示すように、まず、ステップ A1では、外気温センサ 30により検知された外気温 Tがコントローラ 20のフィルタ一部 22に入力されるとともに、油温センサ 40により a

検知された油温 Tがコントローラ 20の演算部 21及び第 1設定部 24に入力され、ステップ A2に進む。

[0043] ステップ A2では、フィルタ一部 22が、入力された外気温 Tと記憶部 23に記憶され a

てヽる最小外気温 T とを比較する。そして、入力された外気温 Tが最小外気温 T

amin a ami 以下 (T≤Τ )であればステップ A3に進み、外気温 Τが最小外気温 Τ よりも大 n a amin a amin

き 1、（Τ >Τ )のであればステップ Α4に進む。

a amin

ステップ A3では、フィルタ一部 22は、演算部 21に対して、外気温 Tとして最小外 a

気温 T を出力する。そして、ステップ B1及びステップ C1に進む。

amin

[0044] ステップ A4では、フィルタ一部 22は、演算部 21に対して外気温 Tとして外気温セ a

ンサ 30で検知された通りの外気温 Tを出力し、ステップ B1及びステップ C1に進む。

a ステップ Blでは、第 1設定部 24が、油温 T。が記憶部 23に記憶されている第 1基準油温 T 以下 (T≤T )であるかを判定する。そして、 Yes (Τ≤Τ )であればステツ

プ B2に進み、 No (T >T )であればステップ Β3に進む。

ol

[0045] ステップ B2では、油温制御による第 1目標回転数 Nが最小回転数 N に設定され fl

る。

ステップ B3では、第 1設定部 24がさらに、油温 Tが記憶部 23に記憶されている第 2基準油温 T 以下 (T≤T )であるかを判定する。 Yes (Τ <T≤T )であればス ο2 o2 ol o o2

テツプ B4に進み、 No (T >T )であればステップ Β5に進む。

ο2

[0046] ステップ Β4では、油温制御による第 1目標回転数 N 1S 数式（1)のように、最小回 fl

転数 N と第 2最大回転数 N との間で油温に応じて直線補間されて設定される。

frmn fin x^

ステップ B5では、油温制御による第 1目標回転数 Nが第 2最大回転数 N に設 fl fmax2 定される。

[0047] そして、ステップ B6で、第 1設定部 24は、油温制御による第 1目標回転数 Nを決 fl 定部 26に出力し、ステップ A5に進む。

ステップ C1では、演算部 21により、油温 Tと外気温 Tとの差 (気油差） ΔΤが算出 a

され、第 2設定部 25に入力される。そして、第 2設定部 25が、気油差 ΔΤが記憶部 2 3に記憶されている第 1基準気油差 ΔΤ以下（ΔΤ≤ ΔΤ )であるかを判定する。 Ye

1 1

s ( AT≤ ΔΤ )であればステップ C2に進み、 Νο ( ΔΤ〉 ΔΤ )であればステップ C3

1 1 に進む。

[0048] ステップ C2では、気油差制御による第 2目標回転数 Νが最小回転数 Ν に設定さ f2 finin れる。

ステップ C3では、第 2設定部 25がさらに、油温 Tが記憶部 23に記憶されている第 2基準気油差 ΔΤ以下（ΔΤく ΔΤ≤ ΔΤ )であるかを判定する。 Yes ( AT < ΔΤ

2 1 2 1

≤ ΔΤ )であればステップ C4に進み、 Νο ( ΔΤ〉 ΔΤ )であればステップ C5に進む

2 2

[0049] ステップ C4では、気油差制御による第 2目標回転数 Ν力数式（2)のように、最小 f2

回転数 N と第 1最大回転数 N との間で気油差 ΔΤに応じて直線補間されて設定 finaxl

される。ステップ C5では、気油差制御による第 2目標回転数 Nが第 1最大回転数 N に設定される。

[0050] そして、ステップ C6では、第 2設定部 25は、気油差制御による第 2目標回転数 N を決定部 26に出力し、ステップ A5に進む。

ステップ A5では、決定部 26が、ステップ B6で設定された油温による第 1目標回転数 Nとステップ C6で設定された気油差 ΔΤによる第 2目標回転数 Nとを比較し、第

1目標回転数 Nと第 2目標回転数 Nとのうち大きいほうを最終目標回転数 Nとして決定する。

[0051] そして、制御部 27が、冷却ファン 13の回転数が決定部 26で決定された最終目標回転数 Nとなるように制御する。

このフローは、所定の周期で繰り返し実行される。

[0052] <効果 >

したがって、本実施形態の冷却ファンの制御装置によれば、油温 Tによる第 1目標回転数 Nと気油差 ΔΤによる第 2目標回転数 Nとのうち最大の方を最終的な目標回転数 Νとするので、図 4 (a)〜図 4 (c)に示したような目標回転数 Nで冷却ファン 13 を制御することができる。なお、図 4 (a)〜図 4 (c)には、比較のために、従来の油温 T のみで制御する制御装置によるファン回転数を破線で示している。また、図 4 (a)〜図 4 (c)は、上述の各パラメータ値が、 N = 980rpm, N = 1400rpm, N = 1

280rpm, T = 76°C, T =84°C, T ' = 50°C, T = 20°C, ΔΤ =41°C, ΔΤ

=47°C、として設定された際のグラフである。

[0053] 詳述すると、図 4 (a)に示すように、高負荷時 (即ち、気油差 ΔΤが比較的大きいとき )においては、従来の油温 Tのみによる制御に比べて略全体的にファン回転数 Nが上がり、冷却性能を確保することができる。

また、図 4 (b)に示すように、中負荷時においては、従来と比べて略全体的にファン回転数 Nが抑えられ、冷却性能を十分に確保しながら冷却ファン 13が回転することを回避することができる。

[0054] また、図 4 (c)に示すように、低負荷時 (即ち、気油差 ΔΤが比較的小さいとき）においても、従来と比べて全体的にファン回転数 Nが抑えられ、冷却性能を十分に確保しながらも冷却ファン 13が過剰に回転することを回避することができる。したがって、負荷状態に応じて冷却ファン 13の回転数 Nを最適に制御し、高負荷

f

時の冷却性能を保証しつつ、低負荷時や中負荷時の作業で騒音'燃費を改善することができる。

[0055] また、最大回転数 N 力 ¾段階に設定されているので、外気温 Tが高温のときには

fin ax a

、最大回転数 Nが通常温度時の最大回転数 Nと比べて高い値に設定されることに

f2 fl

なり、エンジン 10のオーバーヒートを確実に防止することができる。

また、油圧機器に使用する油温 Tを用いて、外気温 Tと油温 Tとの差である気油差 ΔΤを算出するので、作業中の機体負荷に関する情報を適切に利用することができる。

[0056] [その他]

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しな、範囲で種々変形することが可能である。

例えば、上記実施形態において、第 1設定部 24が利用する最小回転数 N と第 2

finin 設定部 25が利用する最小回転数 N とは同じ値に設定されているが、それぞれ異な

imin

る値に設定されて、ても良、。

[0057] また、上記実施形態では、油温センサ 40は作動油タンクに対して設置されているが、作動油が流れる油圧回路上の適宜の位置に設置されて、ても良、。

また、上記実施形態では油温により制御したが、エンジン冷却水等の被冷却流体の温度に代えても良い。

また、上記実施形態では、エンジン駆動軸と同軸のファン駆動軸 14と冷却ファン 13 との間にビスカスクラッチ 15が介装されることで、ファン回転数は任意の値に制御されている力エンジン回転数とファン回転数とを可変にし得るクラッチ（流体継手)であれば、どのようなクラッチが介装されてヽても良、。

[0058] また、ファン駆動軸 14は、エンジン駆動軸と別になつていても良い。つまり、上記実施形態では、冷却ファン 13はエンジン 10の駆動力の一部が利用され回転していた力専用の電動モータにより駆動され回転しているものであっても良い。この場合、冷却ファン 13とファン駆動軸 14との間のクラッチは不要であり、コントローラ 20は、電動モータの回転数を制御することでファン回転数を制御することができる。

さらに、上記実施形態では、本発明の冷却ファンの制御装置を油圧ショベル 1に適用した場合について説明したが、本発明の冷却ファンの制御装置は、ブルドーザやクレーン等の他の作業機械や、冷却ファンを有する様々な工業製品にも適宜変形して適用することが可能である。

Claims

請求の範囲

[1] 被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であって、

前記被冷却流体の流体温度を検知する流体温度センサと、

前記外気の温度を検知する外気温センサと、

前記流体温度センサにより検知された前記流体温度と前記外気温センサにより検知された前記外気の温度との差分を算出し、前記差分の大きさに応じて前記冷却フアンの目標回転数を設定する制御手段とを備えた

ことを特徴とする、冷却ファンの制御装置。

[2] 前記差分の基準値として、第 1基準差分及び該第 1基準差分よりも大きい値の第 2 基準差分を予め定めるとともに、前記目標回転数の下限値としての第 1最小回転数及び前記目標回転数の上限値としての第 1最大回転数を予め定め、

前記制御手段は、

前記差分が前記第 1基準差分以下であれば、前記目標回転数を前記第 1最小回転数に設定し、

前記差分が前記第 2基準差分よりも大きければ、前記目標回転数を前記第 1最大回転数に設定し、

前記差分が前記第 1基準差分よりも大きく前記第 2基準差分以下であれば、前記目標回転数を、前記差分の大きさに応じて前記第 1最小回転数と前記第 1最大回転数との間で直線補間した回転数に設定する

ことを特徴とする、請求項 1記載の冷却ファンの制御装置。

[3] 前記流体温度の基準値として、第 1基準流体温度及び該第 1基準流体温度よりも大きい値の第 2基準流体温度を予め定めるとともに、前記目標回転数の第 2の下限値としての第 2最小回転数及び前記目標回転数の第 2の上限値としての第 2最大回転数を予め定め、

前記制御手段は、

前記流体温度が前記第 1基準流体温度以下であれば、前記目標回転数を前記第 2最小回転数に設定し、前記流体温度が前記第 2基準流体温度よりも大きければ、前記目標回転数を前記第 2最大回転数に設定し、

前記流体温度が前記第 1基準流体温度よりも大きく前記第 2基準流体温度以下であれば、前記目標回転数を、前記流体温度の大きさに応じて前記第 2最小回転数と前記第 2最大回転数との間で直線補間した回転数に設定し、

前記差分により設定された目標回転数と、前記流体温度により設定された目標回転数とのうち大きいほうを最終的な目標回転数として決定する

ことを特徴とする、請求項 2記載の冷却ファンの制御装置。

[4] 請求項 1〜3の何れか 1項に記載の冷却ファンの制御装置が作業機械に適用されて！、ることを特徴とする、作業機械の冷却ファンの制御装置。

[5] 前記被冷却流体は、前記作業機械の作業や走行に用いられる作動油であることを特徴とする、請求項 4記載の作業機械の冷却ファンの制御装置。