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JP4842264B2 - 建設機械の冷却装置 - Google Patents
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JP4842264B2 - 建設機械の冷却装置 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば油圧ショベル等の建設機械に係わり、詳細には、インタークーラ、ラジエータ、及びオイルクーラ等の熱交換器への冷却風を生起する冷却ファンを備えた建設機械の冷却装置に関する。
建設機械、例えば油圧ショベルは、ブーム、アーム、バケット等のフロント作業機や上部旋回体を、油圧シリンダや油圧モータ等の油圧アクチュエータによって動作させる。これら油圧アクチュエータは、エンジンによって駆動される油圧ポンプからの吐出圧油によって作動される。上部旋回体は、カバーで覆われており、エンジンや油圧ポンプは、カバー内に設けたエンジン室に配置されている。通常、この種の建設機械では、エンジンの冷却を行うために、エンジン室内に設けた冷却ファンを駆動して、カバーに設けた吸気孔から外気を導入し冷却風を生起する。このとき冷却ファンとしては、エンジンのクランク軸からの駆動力で回転されるいわゆる軸流ファン(プロペラファン)が用いられることが多い。冷却ファンによって生起された冷却風は、エンジン室内に導入された後、各種熱交換器を通過して冷却し、カバーに設けた排気孔からエンジン室外部に排出される。熱交換器には、例えば、エンジンに搭載されたターボチャージャで加圧された圧縮空気を冷却するインタークーラ、エンジンの冷却水を冷却するラジエータ、油圧駆動装置の作動油を冷却するオイルクーラ等がある。
ところで、上記エンジン直動型の冷却ファンの場合、冷却ファンの回転数がエンジン回転数に比例する。そのため、ラジエータでの冷却水やオイルクーラでの作動油が過冷却となったり、また暖気運転によけいな時間がかかったりしていた。そこで、冷却ファンをエンジン回転から独立して駆動するものとして、従来例えば、ラジエータ及びオイルクーラを強制冷却する冷却ファンと、この冷却ファンを駆動するファン用油圧モータと、このファン用油圧モータの回転数を制御可能な可変容量型のファン用油圧ポンプと、冷却水の温度を検出する冷却水温度センサと、作動油の温度を検出する作動油温度センサと、エンジンの回転数を検出するエンジン回転数センサと、これらセンサの検出信号を入力し、冷却水温度、作動油温度、及びエンジン回転数に応じてファン用油圧ポンプの吐出容量指令値を演算して出力し、可変容量型のファン用油圧ポンプにより冷却ファンの回転数を連続的に制御するコントローラとを備えた構成が提唱されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2001−182535号公報
近年、ヨーロッパでの騒音規制(EN)の基準が厳しくなりつつある。そのため、特に大きな冷却能力が要求される大型の油圧ショベル等において上記エンジン直動型の冷却ファンを設けた場合、騒音原因の大半を占める冷却ファン以外の部分の工夫(例えばエンジン室に設けた防音部材及び防音構造等)だけでは低騒音化に限界があり、騒音規制の基準を満たすことは困難であった。
また、上記従来技術では、ラジエータ及びオイルクーラを強制冷却する油圧駆動型の冷却ファンを設け、冷却水温度、作動油温度、及びエンジン回転数に応じて冷却ファンの回転数を制御するようになっている。ところが、インタークーラに関しては、明確に記載されていない。そこで、例えば油圧駆動型の冷却ファンで生起された冷却風がラジエータ及びオイルクーラだけでなくインタークーラも冷却するように配設した場合を想定する。このような場合、例えばエンジン始動時で冷却水温度及び作動油温度が低いときは、たとえ外気温度が高い状態であっても冷却ファンの回転数が低くなり、インタークーラに必要な冷却風量が確保されない可能性がある。そのため、改善の余地があった。
本発明は、上記の事柄に鑑みてなされたものであり、その目的は、冷却ファンの騒音を低減することができ、必要な冷却風量を確実に確保することができる建設機械の冷却装置を提供することにある。
(1)上記目的を達成するために、本発明は、エンジンに搭載されたターボチャージャで加圧された圧縮空気を冷却するインタークーラと、前記エンジンの冷却水を冷却するラジエータと、油圧駆動装置の作動油を冷却するオイルクーラと、運転室用のエアコン装置の冷媒を冷却するコンデンサと、前記インタークーラ、ラジエータ、オイルクーラ、及びコンデンサへの冷却風を生起する冷却ファンと、この冷却ファンを駆動するファン用油圧モータと、前記エンジンによって駆動され、前記ファン用油圧モータへの圧油を吐出するファン用油圧ポンプと、前記インタークーラの出口の空気温度を検出する空気温度検出手段と、前記ラジエータの冷却水温度を検出する冷却水温度検出手段と、前記オイルクーラの作動油温度を検出する作動油温度検出手段と、外気温度を検出する外気温度検出手段と、前記エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、前記冷却ファンの回転数を制御する制御手段とを備え、前記ファン用油圧ポンプは、その吐出容量を可変制御する容量制御装置を有し、前記制御手段は、冷却ファン回転数の演算値に対応する制御信号を生成し、この制御信号を前記ファン用油圧ポンプの容量制御装置に出力して前記ファン用油圧ポンプの吐出容量を可変制御することにより前記冷却ファンの回転数を制御する建設機械の冷却装置であって、前記制御手段は、前記エアコン装置が駆動しているとき、前記エンジンの回転数の低下に伴う前記コンデンサの冷却能力の低下を抑えるために、前記エンジン回転数検出手段の検出値が低くなるに従い上昇するような冷却ファン回転数の演算値の下限値を演算し、この冷却ファン回転数の演算値の下限値と前記空気温度検出手段、冷却水温度検出手段、作動油温度検出手段、及び外気温度検出手段の検出値のそれぞれに対応する冷却ファン回転数の演算値とのうちの最大値に対応する制御信号を生成し、この制御信号を前記ファン用油圧ポンプの容量制御装置に出力し、前記ファン用油圧ポンプの容量を制御し、前記エアコン装置が停止しているとき、前記空気温度検出手段、冷却水温度検出手段、及び作動油温度検出手段の検出値のそれぞれに対応する冷却ファン回転数の演算値のうちの最大値に対応する制御信号を生成し、この制御信号を前記ファン用油圧ポンプの容量制御装置に出力し、前記ファン用油圧ポンプの容量を制御する。
エンジン回転数に応じて、ファン用油圧ポンプの吐出量は変動し、冷却ファン回転数が変動する。すなわち、エンジン回転数が低下すると、インタークーラ、ラジエータ、オイルクーラ、及びコンデンサの冷却能力が低下する。ところが、例えばローアイドル運転時のようにエンジン回転数が低い場合にも負荷が高くなる可能性のあるエアコン装置においては、コンデンサの冷却能力の低下を抑えたい要望があった。そこで本発明においては、制御手段は、エアコン装置の駆動時は、空気温度検出手段、冷却水温度検出手段、作動油温度検出手段、及び外気温度検出手段の検出値に応じてインタークーラ、ラジエータ、オイルクーラ、及びコンデンサにそれぞれ対応する冷却ファン回転数を演算するとともに、エンジン回転数検出手段で検出したエンジン回転数に応じて冷却ファン回転数の演算値の下限値(エンジン回転数の低下に応じて上昇するような下限値)を演算する。そして、上述した冷却ファン回転数の演算値及びその下限値のうちの最大値を選択して対応する制御信号を出力し、例えばファン用油圧ポンプの吐出容量を制御する。したがって本発明においては、冷却ファン回転数の演算値がその下限値を下回らないようにすることにより、エアコン装置の駆動時に、エンジン回転数がローアイドル運転の回転数へと低下するとき、エンジン回転数が低下することによるファン用油圧ポンプの吐出量の低下が、エンジン回転数の低下に応じて上昇する冷却ファン回転数の演算値の下限値によって相殺されるため、エンジン回転数の低下に伴うコンデンサ等の冷却能力の低下を抑えることができる。
(2)上記目的を達成するために、本発明は、エンジンに搭載されたターボチャージャで加圧された圧縮空気を冷却するインタークーラと、前記エンジンの冷却水を冷却するラジエータと、油圧駆動装置の作動油を冷却するオイルクーラと、運転室用のエアコン装置の冷媒を冷却するコンデンサと、前記インタークーラ、ラジエータ、オイルクーラ、及びコンデンサへの冷却風を生起する冷却ファンと、この冷却ファンを駆動するファン用油圧モータと、前記エンジンによって駆動され、前記ファン用油圧モータへの圧油を吐出するファン用油圧ポンプと、前記インタークーラの出口の空気温度を検出する空気温度検出手段と、前記ラジエータの冷却水温度を検出する冷却水温度検出手段と、前記オイルクーラの作動油温度を検出する作動油温度検出手段と、外気温度を検出する外気温度検出手段と、前記エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、前記冷却ファンの回転数を制御する制御手段とを備え、前記ファン用油圧モータは、その容量を可変制御する容量制御装置を有し、前記制御手段は、冷却ファン回転数の演算値に対応する制御信号を生成し、この制御信号を前記ファン用油圧モータの容量制御装置に出力して前記ファン用油圧モータの容量を可変制御することにより前記冷却ファンの回転数を制御する建設機械の冷却装置であって、前記制御手段は、前記エアコン装置が駆動しているとき、前記エンジンの回転数の低下に伴う前記コンデンサの冷却能力の低下を抑えるために、前記エンジン回転数検出手段の検出値が低くなるに従い上昇するような冷却ファン回転数の演算値の下限値を演算し、この冷却ファン回転数の演算値の下限値と前記空気温度検出手段、冷却水温度検出手段、作動油温度検出手段、及び外気温度検出手段の検出値のそれぞれに対応する冷却ファン回転数の演算値とのうちの最大値に対応する制御信号を生成し、この制御信号を前記ファン用油圧モータの容量制御装置に出力し、前記ファン用油圧モータの容量を制御し、前記エアコン装置が停止しているとき、前記空気温度検出手段、冷却水温度検出手段、及び作動油温度検出手段の検出値のそれぞれに対応する冷却ファン回転数の演算値のうちの最大値に対応する制御信号を生成し、この制御信号を前記ファン用油圧モータの容量制御装置に出力し、前記ファン用油圧モータの容量を制御する。

)上記(1)又は(2)において、好ましくは、前記制御手段は、前記冷却ファン回転数が連続的に変化するように制御する。
)上記(1)又は(2)において、また好ましくは、前記制御手段は、前記冷却ファン回転数が段階的に変化するように制御する。
本発明によれば、冷却ファンの騒音を低減することができ、かつ必要な冷却風量を確実に確保することができる。
本発明の適用対象である建設機械の一例として油圧ショベルの全体構造を表す側面図である。 本発明の建設機械の冷却装置の第1の参考形態を油圧駆動装置とともに表す油圧回路図である。 本発明の建設機械の冷却装置の第1の参考形態を構成するコントローラにおける制御処理内容を表すフローチャートである。 本発明の建設機械の冷却装置の第1の参考形態を構成するコントローラに記憶された演算テーブルを示すものであり、インタークーラ出口の空気温度に対する冷却ファン回転数を表す特性図である。 本発明の建設機械の冷却装置の第1の参考形態を構成するコントローラに記憶された演算テーブルを示すものであり、ラジエータ入口の冷却水温度に対する冷却ファン回転数を表す特性図である。 本発明の建設機械の冷却装置の第1の参考形態を構成するコントローラに記憶された演算テーブルを示すものであり、オイルクーラ出口の作動油温度に対する冷却ファン回転数を表す特性図である。 本発明の建設機械の冷却装置の第2の参考形態を油圧駆動装置とともに表す油圧回路図である。 本発明の建設機械の冷却装置の第2の参考形態を構成するコントローラにおける制御処理内容を表すフローチャートである。 本発明の建設機械の冷却装置の第2の参考形態を構成するコントローラに記憶された演算テーブルを示すものであり、外気温度に対する冷却ファン回転数を表す特性図である。 本発明の建設機械の冷却装置の一実施形態を油圧駆動装置とともに表す油圧回路図である。 本発明の建設機械の冷却装置の一実施形態を構成するコントローラにおける制御処理内容を表すフローチャートである。 本発明の建設機械の冷却装置の一実施形態を構成するコントローラに記憶された演算テーブルを示すものであり、エンジン回転数に対する冷却ファン回転数の演算値の下限値を表す特性図である。
符号の説明
19 エンジン
22 インタークーラ
23 ラジエータ
24 オイルクーラ
25 冷却ファン
26 ファン用油圧モータ
27 ファン用油圧ポンプ
29 コントローラ(制御手段)
31 空気温度センサ(空気温度検出手段)
33 冷却水温度センサ(冷却水温度検出手段)
36 作動油温度センサ(作動油温度検出手段)
38 ターボチャージャ
40 エアコン装置
41 コンデンサ
43 外気温度センサ(外気温度検出手段)
44 コントローラ(制御手段)
44A コントローラ(制御手段)
45 エンジン回転数センサ(エンジン回転数検出手段)
E エンジン回転数
冷却ファン回転数の第1演算値
冷却ファン回転数の第2演算値
冷却ファン回転数の第3演算値
冷却ファン回転数の第4演算値
冷却ファン回転数の演算値の下限値
インタークーラ出口の空気温度
ラジエータ入口の冷却水温度
オイルクーラ出口の作動油温度
外気温度
以下、本発明の参考形態及び実施形態を、図面を参照しつつ説明する。
本発明の第1の参考形態を図1〜図6により説明する。
図1は、本発明の適用対象である大型の油圧ショベルの全体構造を表す側面図である。なお、以降、油圧ショベルが図1に示す状態にて操作者が運転席に着座した場合における操作者の前側(図1中左側)、後側(図1中右側)、左側(図1中紙面に向かって手前側)、右側(図1中紙面に向かって奥側)を、単に前側、後側、左側、右側と称する。
この図1において、大型の油圧ショベルは、走行手段としての左・右の無限軌道履帯(クローラ)1L,1R(但し1Lのみ図1に図示)を備えた下部走行体2と、この下部走行体2の上部に旋回可能に搭載された上部旋回体3と、この上部旋回体3の基礎下部構造をなす旋回フレーム4に上下方向に回動可能に(俯仰可能に)取り付けられた多関節型のフロント作業機5とを備えている。また、旋回フレーム4上には、その前部左側に配置され運転室を形成するキャブ6と、このキャブ6以外の大部分を覆う上部カバー7と、旋回フレーム4の後部に配置されフロント作業機5との重量バランスをとるためのカウンタウエイト8とが設けられている。
下部走行体2は、略H字形状のトラックフレーム9と、このトラックフレーム9の左・右両側の後端近傍に回転自在に支持された駆動輪10L,10R(但し10Lのみ図1に図示)と、これら駆動輪10L,10Rをそれぞれ駆動する左・右走行用油圧モータ(図示せず)と、トラックフレーム9の左・右両側の前端近傍に回転自在に支持され、履帯1L,1Rを介し駆動輪10L,10Rの駆動力でそれぞれ回転される従動輪(アイドラ)11L,11R(但し11Lのみ図1に図示)とを備えている。また、下部走行体2の中央部には旋回台軸受(旋回輪)12が配置され、この旋回輪12の中心近傍の旋回フレーム4上に、下部走行体2に対し旋回フレーム4を旋回させる旋回用油圧モータ(図示せず)が内蔵されている。
フロント作業機5は、その基端側が旋回フレーム4上に水平軸方向を中心にして回動可能に結合されたブーム13と、ブーム13の先端側にその基端側が回動可能に結合されたアーム14と、アーム14の先端側にその基端側が回動可能に結合されたバケット15とを備えている。そして、これらブーム13、アーム14、およびバケット15は、それぞれ左右一対のブーム用油圧シリンダ16,16、アーム用油圧シリンダ17、およびバケット用油圧シリンダ18により動作する。
以上説明した構成において、左・右履帯1L,1R、上部旋回体3、ブーム13、アーム14、及びバケット15は、この油圧ショベルに備えられた油圧駆動装置により駆動される被駆動部材を構成している。
図2は、上記油圧駆動装置のうちブーム13の駆動に係わる要部構成を例にとり、本参考形態による建設機械の冷却装置とともに表す油圧回路図である。
この図2において、エンジン19と、このエンジン19によって駆動される可変容量型の油圧ポンプ20と、上記ブーム用油圧シリンダ16(図2では、代表して1つのみ図示)と、油圧ポンプ20からブーム用油圧シリンダ16への圧油の流れを制御するコントロールバルブ21と、エンジン19に搭載されたターボチャージャ38で加圧された圧縮空気を冷却するインタークーラ22と、エンジン19の冷却水を冷却するラジエータ23と、作動油を冷却するオイルクーラ24と、インタークーラ22、ラジエータ23、及びオイルクーラ24への冷却風を生起する例えば1つ(複数可)の冷却ファン25と、この冷却ファン25を駆動するファン用油圧モータ26と、エンジン19によって駆動されファン用油圧モータ26への圧油を吐出する可変容量型のファン用油圧ポンプ27と、ファン用油圧ポンプ27の吐出圧の最大値を規定するリリーフ弁28と、コントローラ29とが設けられている。なお、ラジエータ23及びオイルクーラ24は、冷却ファン25に向けて横に並んで配置され、ラジエータ23及びオイルクーラ24における冷却風の流れ方向上流側(図2中左側)にインタークーラ22が配置されている。
コントロールバルブ21は、例えば、運転室内の操作レバー(図示せず)の操作に応じた操作パイロット圧が入力され、これに応じて油圧ポンプ20からブーム用油圧シリンダ16への圧油の流れを切り換えるようになっている。
エンジン19は、エアクリーナ39、ターボチャージャ38、及び吸入流路30を介し吸入した空気を燃料とともに燃焼するようになっており、この吸入流路30に設けられた上記インタークーラ22がターボチャージャ38からの圧縮空気を冷却するようになっている。また、インタークーラ22の出口には、空気温度を検出する空気温度センサ31が設けられ、この空気温度センサ31からの検出信号がコントローラ29に出力されるようになっている。
またエンジン19には、冷却水がポンプ等(図示せず)によって循環される冷却流路32が設けられており、この冷却流路32に設けられた上記ラジエータ23が冷却水を冷却するようになっている。また、ラジエータ23の入口には、冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ33が設けられ、この冷却水温度センサ33からの検出信号がコントローラ29に出力されるようになっている。なお、本参考形態では、冷却水温度センサ33をラジエータ23の入口に設けたが、これに限られず、例えばラジエータ23の出口等に設けてもよい。
上記オイルクーラ24は、コントロールバルブ21及び油圧モータ26等からの作動油タンク34への戻し流路35に設けられており、作動油を冷却するようになっている。また、オイルクーラ24の出口には、作動油の温度を検出する作動油温度センサ36が設けられ、この作動油温度センサ36からの検出信号がコントローラ29に出力されるようになっている。なお、本参考形態では、作動油温度センサ36をオイルクーラ24の出口に設けたが、これに限られず、例えばオイルクーラ24の入口や作動油タンク34等に設けてもよい。
コントローラ29は、空気温度センサ31、冷却水温度センサ33、及び作動油温度センサ36から入力した検出信号に対し、それぞれ予め設定記憶された演算テーブル(詳細は、後述の図4〜図6参照)に基づいて所定の演算処理を行い、生成した制御信号をファン用油圧ポンプ27の容量制御装置37へ出力するようになっている。このようなコントローラ29の制御手順を図3により説明する。
図3は、上記コントローラ29の制御処理内容を表すフローチャートであり、図4〜図6は、コントローラ29に記憶された演算テーブルを示すものであり、インタークーラ22出口の空気温度に対する冷却ファン回転数、ラジエータ23入口の冷却水温度に対する冷却ファン回転数、及びオイルクーラ24出口の作動油温度に対する冷却ファン回転数をそれぞれ表す特性図である。
図3において、まずステップ100において、空気温度センサ31から入力したインタークーラ22出口の空気温度Tに対し、図4に示す演算テーブルに基づいて冷却ファン回転数の第1演算値Nを演算する。詳細には、インタークーラ22出口の空気温度Tが第1の制御空気温度T1a以下である場合に、冷却ファン回転数Nは最小回転数Nminとなり、インタークーラ22出口の空気温度Tが第2の制御空気温度T1b以上である場合に、冷却ファン回転数Nは最大回転数Nmaxとなり、インタークーラ22出口の空気温度TがT1a<T<T1bの範囲である場合に、冷却ファン回転数Nは最小回転数Nminから最大回転数Nmaxまでの範囲内で空気温度Tの増加に伴って単調増加するようになっている。
その後、ステップ110に進んで、冷却水温度センサ33から入力したラジエータ23入口の冷却水温度Tに対し、図5に示す演算テーブルに基づいて冷却ファン回転数の第2演算値Nを演算する。詳細には、ラジエータ23入口の冷却水温度Tが第1の制御冷却水温度T2a以下である場合に、冷却ファン回転数Nは最小回転数Nminとなり、ラジエータ23入口の冷却水温度Tが第2の制御冷却水温度T2b以上である場合に、冷却ファン回転数Nは最大回転数Nmaxとなり、ラジエータ23入口の冷却水温度TがT2a<T<T2bの範囲である場合に、冷却ファン回転数Nは最小回転数Nminから最大回転数Nmaxまでの範囲内で冷却水温度Tの増加に伴って単調増加するようになっている。
その後、ステップ120に進んで、作動油温度センサ36から入力したオイルクーラ24出口の作動油温度Tに対し、図6に示す演算テーブルに基づいて冷却ファン回転数の第3演算値Nを演算する。詳細には、オイルクーラ24出口の作動油温度Tが第1の制御作動油温度T3a以下である場合に、冷却ファン回転数Nは最小回転数Nminとなり、オイルクーラ24出口の作動油温度Tが第2の制御作動油温度T3b以上である場合に、冷却ファン回転数Nは最大回転数Nmaxとなり、オイルクーラ24出口の作動油温度TがT3a<T<T3bの範囲である場合に、冷却ファン回転数Nは最小回転数Nminから最大回転数Nmaxまでの範囲内で作動油温度Tの増加に伴って単調増加するようになっている。
そして、ステップ130に進んで、冷却ファン回転数の演算値N,N,Nのうちの最大値を選択し、ステップ140に進んで、対応する制御信号を生成してファン用油圧ポンプ27の容量制御装置37に出力する。
ファン用油圧ポンプ27の容量制御装置37は、入力した制御信号に応じてファン用油圧ポンプ27の斜板の傾転角(押しのけ容積)を操作し、1回転あたりの吐出量(吐出容量)を調整するようになっている。その結果、ファン用油圧ポンプ27の吐出容量に応じてファン用油圧モータ26が駆動し、上記ステップ130で選択した冷却ファン回転数となるように、冷却ファン25の回転数が制御される。
なお、上記において、空気温度センサ31は、特許請求の範囲記載のインタークーラの出口の空気温度を検出する空気温度検出手段を構成し、冷却水温度センサ33は、ラジエータの冷却水温度を検出する冷却水温度検出手段を構成し、作動油温度センサ36は、オイルクーラの作動油温度を検出する作動油温度検出手段を構成する。また、コントローラ29の図3に示す制御機能は、空気温度検出手段、冷却水温度検出手段、及び作動油温度検出手段の検出値を入力し、それら検出値のそれぞれに対応する冷却ファン回転数の演算値のうちの最大値に対応する制御信号を出力する制御手段を構成する。
以上のように構成された本参考形態においては、インタークーラ22出口の空気温度T、ラジエータ23入口の冷却水温度T、及びオイルクーラ24出口の作動油温度Tに応じて冷却ファン25の回転数を制御する。これにより、インタークーラ22、ラジエータ23、及びオイルクーラ24に必要な冷却風量を確実に確保することができる。すなわち、例えばエンジン始動時で冷却水温度T及び作動油温度Tが低くかつ空気温度Tが高い場合、インタークーラ22に必要な冷却風量を確保することができ、例えばエンジン停止直後で冷却水温度T及び作動油温度Tが高くかつ空気温度Tが低い場合、ラジエータ23及びオイルクーラ24に必要な冷却風量を確保することができる。
また、例えばエンジン直動型の冷却ファンを設ける場合と比べ、冷却ファン回転数の不要な増大を防止することができ、これによって冷却ファン22の騒音を低減することができる。また、インタークーラ用、ラジエータ用、及びオイルクーラ用の冷却ファンを共有化して部品点数を削減することができ、さらに冷却ファン22の騒音を低減することができる。
本発明の第2の参考形態を図7〜図9により説明する。本参考形態は、エアコン装置の冷媒を冷却するコンデンサを追設した形態である。
図7は、本参考形態による建設機械の冷却装置を油圧駆動装置とともに表す油圧回路図である。なお、この図7において、上記第1の参考形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
参考形態では、運転室用のエアコン装置40と、このエアコン装置40の冷媒を冷却するコンデンサ41と、エンジン19の出力軸に接続・切離し可能に設けられ、エアコン装置40からの冷媒を圧縮してコンデンサ41に供給するコンプレッサ42と、エアクリーナ39とターボチャージャ38との間に設けられ、外気温度を検出する外気温度センサ43とが設けられている。なお、コンデンサ41は、ラジエータ23及びオイルクーラ24における冷却風の流れ方向上流側(図7中左側)に配置され、インタークーラ22と並んで配置されている。
エアコン装置40は、詳細は図示しないが、運転者が操作可能な運転スイッチと、運転室内に冷却空気を送風する送風機と、コンプレッサ42及び送風機等を駆動制御する制御部とを有する。そして、例えば運転スイッチをON状態に操作すると、コンプレッサ42を駆動するための駆動指令信号(制御信号)が制御部からコンプレッサ42及びコントローラ44にそれぞれ出力されるようになっている。コンプレッサー42は、この駆動指令信号に応じてエンジン19の出力軸に接続され、駆動するようになっている。
コントローラ44は、空気温度センサ31、冷却水温度センサ33、作動油温度センサ36、及び外気温度センサ43等から入力した検出信号に対し、それぞれ予め設定記憶された演算テーブル(詳細は、前述の図4〜図6及び後述の図9参照)に基づいて所定の演算処理を行い、生成した制御信号をファン用油圧ポンプ27の容量制御装置37へ出力するようになっている。
図8は、上記コントローラ44の制御処理内容を表すフローチャートであり、図9は、コントローラ44に記憶された演算テーブルの一つを示すものであり、外気温度に対する冷却ファン回転数を表す特性図である。
図8において、ステップ200では、空気温度センサ31から入力したインタークーラ22出口の空気温度Tに対し、前述の図4に示す演算テーブルに基づいて冷却ファン回転数の第1演算値Nを演算し、ステップ210に進んで、冷却水温度センサ33から入力したラジエータ23入口の冷却水温度Tに対し、前述の図5に示す演算テーブルに基づいて冷却ファン回転数の第2演算値Nを演算し、ステップ220に進んで、作動油温度センサ36から入力したオイルクーラ24出口の作動油温度Tに対し、前述の図6に示す演算テーブルに基づいて冷却ファン回転数の第3演算値Nを演算する。
そして、ステップ230に進んで、エアコン装置40からのコンプレッサ42の駆動指令信号が入力されたかどうか判断することにより、エアコン装置40が駆動しているかどうかを判定する。エアコン装置40が駆動している場合(言い換えれば、コンプレッサ42が駆動している場合)は、ステップ230の判定が満たされ、ステップ240に移る。ステップ240では、外気温度センサ43から入力した外気温度Tに対し、図9に示す演算テーブルに基づいて冷却ファン回転数の第4演算値Nを演算する。詳細には、外気温度Tが第1の制御外気温度T4a以下である場合に、冷却ファン回転数Nは最小回転数Nminとなり、外気温度Tが第2の制御外気温度T4b以上である場合に、冷却ファン回転数Nは最大回転数Nmaxとなり、外気温度TがT4a<T<T4bの範囲である場合に、冷却ファン回転数Nは最小回転数Nminから最大回転数Nmaxまでの範囲内で外気温度Tの増加に伴って単調増加するようになっている。
そして、ステップ250に進んで、冷却ファン回転数の演算値N,N,N,Nのうちの最大値を選択し、ステップ260に進んで、対応する制御信号を生成してファン用油圧ポンプ27の容量制御装置37に出力する。その結果、ファン用油圧ポンプ27の吐出容量に応じてファン用油圧モータ26が駆動し、上記ステップ250で選択した冷却ファン回転数となるように、冷却ファン25の回転数が制御される。
一方、ステップ230でエアコン装置40が駆動していない場合(言い換えれば、コンプレッサ42が駆動していない場合)は、その判定が満たされず、ステップ270に移る。ステップ270では、冷却ファン回転数の演算値N,N,Nのうちの(言い換えれば、コンデンサ41に対応する冷却ファン回転数の演算値Nを除いて)最大値を選択し、ステップ260に進んで、対応する制御信号を生成してファン用油圧ポンプ27の容量制御装置37に出力する。その結果、ファン用油圧ポンプ27の吐出容量に応じてファン用油圧モータ26が駆動し、上記ステップ270で選択した冷却ファン回転数となるように、冷却ファン25の回転数が制御される。
なお、上記においては、外気温度センサ43は、特許請求の範囲記載の外気温度を検出する外気温度検出手段を構成する。また、コントローラ44の図8に示す制御機能は、エアコン装置が駆動しているときは、空気温度検出手段、冷却水温度検出手段、作動油温度検出手段、及び外気温度検出手段の検出値を入力し、その検出値のそれぞれに対応する冷却ファン回転数の演算値のうちの最大値に対応する制御信号を出力し、エアコン装置が停止しているときは、空気温度検出手段、冷却水温度検出手段、作動油温度検出手段、及び外気温度検出手段の検出値を入力し、その検出値のそれぞれに対応する冷却ファン回転数の演算値のうちの最大値に対応する制御信号を出力する制御手段を構成する。
以上のように構成された本参考形態においては、エアコン装置40の停止時は、インタークーラ22出口の空気温度T、ラジエータ23入口の冷却水温度T、及びオイルクーラ24出口の作動油温度Tに応じて冷却ファン25の回転数を制御する。これにより、上記第1の参考形態同様、インタークーラ22、ラジエータ23、及びオイルクーラ24に必要な冷却風量を確実に確保することができる。一方、エアコン装置40の駆動時は、インタークーラ22出口の空気温度T、ラジエータ23入口の冷却水温度T、オイルクーラ24出口の作動油温度T、外気温度Tに応じて冷却ファン25の回転数を制御する。これにより、インタークーラ22、ラジエータ23、オイルクーラ24、及びコンデンサ41に必要な冷却風量を確実に確保することができる。
また、例えばエンジン直動型の冷却ファンを設ける場合と比べ、冷却ファン回転数の不要な増大を防止することができ、これによって冷却ファン22の騒音を低減することができる。また、インタークーラ用、ラジエータ用、オイルクーラ用、及びコンデンサ用の冷却ファンを共有化して部品点数を削減することができ、さらに冷却ファン22の騒音を低減することができる。
なお、上記第2の参考形態においては、コントローラ44は、エアコン装置40からのコンプレッサ42の駆動指令信号を入力することにより、エアコン装置40が駆動しているかどうか判定する場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えばエアコン装置40の運転スイッチのON状態に対応する信号や送風機の駆動に対応する信号を入力することにより、エアコン装置40が駆動しているかどうかを判定するようにしてもよい。このような場合も、上記同様の効果を得ることができる。
本発明の一実施形態を図10〜図12により説明する。本実施形態は、エアコン装置の駆動時に、エンジン回転数に応じて冷却ファン回転数の演算値の下限値を設定する実施形態である。
図10は、本実施形態による建設機械の冷却装置を油圧駆動装置とともに表す油圧回路図である。なお、この図10において、上記第1及び第2の参考形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
本実施形態では、エンジン19の回転数を検出するエンジン回転数センサ45(エンジン回転数検出手段)を設け、その検出信号がコントローラ44Aに出力されるようになっている。
コントローラ44Aは、空気温度センサ31、冷却水温度センサ33、作動油温度センサ36、外気温度センサ43、及びエンジン回転数センサ45等から入力した検出信号に対し、それぞれ予め設定記憶された演算テーブル(詳細は、前述の図4〜図6及び図9、後述の図12参照)に基づいて所定の演算処理を行い、生成した制御信号をファン用油圧ポンプ27の容量制御装置37へ出力するようになっている。
図11は、上記コントローラ44Aの制御処理内容を表すフローチャートであり、図12は、コントローラ44Aに記憶された演算テーブルの一つを示すものであり、エンジン回転数に対する冷却ファン回転数の演算値の下限値を表す特性図である。
図11において、ステップ300では、空気温度センサ31から入力したインタークーラ22出口の空気温度Tに対し、前述の図4に示す演算テーブルに基づいて冷却ファン回転数の第1演算値Nを演算し、ステップ310に進んで、冷却水温度センサ33から入力したラジエータ23入口の冷却水温度Tに対し、前述の図5に示す演算テーブルに基づいて冷却ファン回転数の第2演算値Nを演算し、ステップ320に進んで、作動油温度センサ36から入力したオイルクーラ24出口の作動油温度Tに対し、前述の図6に示す演算テーブルに基づいて冷却ファン回転数の第3演算値Nを演算する。
そして、ステップ330に進んで、エアコン装置40が駆動しているかどうかを判定する。エアコン装置40が駆動している場合は、ステップ330の判定が満たされ、ステップ340に移る。ステップ340では、外気温度センサ43から入力した外気温度Tに対し、前述の図9に示す演算テーブルに基づいて冷却ファン回転数の第4演算値Nを演算する。なお、実際には、エンジン回転数Eに応じて、ファン用油圧ポンプ27の吐出量が変動するため、コントローラ44Aからの制御信号が同一であれば冷却ファン回転数は変動する。
そこで、ステップ350に進んで、エンジン回転数センサ45から入力したエンジン回転数Eに対し、図12に示す演算テーブルに基づいて冷却ファン回転数の演算値の下限値Nを演算する。詳細には、エンジン回転数Eが第1のエンジン回転数E(例えばハイアイドル運転時のエンジン回転数)以上である場合に、冷却ファン回転数の演算値の下限値Nは第1の下限回転数N5a(例えばハイアイドル運転時の最小回転数Nmin)となり、エンジン回転数Eが第2のエンジン回転数E(例えばローアイドル運転時のエンジン回転数)以下である場合に、冷却ファン回転数の演算値の下限値Nは第2の下限回転数N5b(例えばローアイドル運転時の最大回転数Nmax)となり、エンジン回転数EがE>E>Eの範囲である場合に、冷却ファン回転数の演算値の下限値Nは第1の下限回転数N5aから第2の下限回転数N5bまでの範囲内でエンジン回転数Eの低下に伴って単調増加するようになっている。
そして、ステップ360に進んで、冷却ファン回転数の演算値N,N,N,N及びその下限値Nのうちの最大値を選択し、ステップ370に進んで、対応する制御信号を生成してファン用油圧ポンプ27の容量制御装置37に出力する。その結果、ファン用油圧ポンプ27の吐出容量に応じてファン用油圧モータ26が駆動し、上記ステップ360で選択した冷却ファン回転数となるように、冷却ファン25の回転数が制御される。
一方、ステップ330でエアコン装置40が駆動していない場合は、その判定が満たされず、ステップ380に移る。ステップ380では、冷却ファン回転数の演算値N,N,Nのうちの(言い換えれば、コンデンサ41に対応する冷却ファン回転数の演算値Nを除いて)最大値を選択し、ステップ370に進んで、対応する制御信号を生成してファン用油圧ポンプ27の容量制御装置37に出力する。その結果、ファン用油圧ポンプ27の吐出容量に応じてファン用油圧モータ26が駆動し、上記ステップ380で選択した冷却ファン回転数となるように、冷却ファン25の回転数が制御される。
以上のように構成された本実施形態においては、上記第2の参考形態同様、エアコン装置40の停止時は、インタークーラ22、ラジエータ23、及びオイルクーラ24に必要な冷却風量を確実に確保することができ、エアコン装置40の駆動時は、インタークーラ22、ラジエータ23、オイルクーラ24、及びコンデンサ41に必要な冷却風量を確実に確保することができる。また、例えばエンジン直動型の冷却ファンを設ける場合と比べ、冷却ファン22の騒音を低減することができる。
また、本実施形態においては、エアコン装置40の駆動時は、エンジン回転数Eの低下に応じて増加するような冷却ファン回転数の演算値の下限値Nを演算し、冷却ファン回転数の演算値その下限値Nを下回らないように制御する。これにより、エアコン装置40の駆動時に、エンジン回転数Eがハイアイドル運転時の回転数からローアイドル運転の回転数へと低下するとき、エンジン回転数Eが低下することによるファン用油圧ポンプ27の吐出量の低下が、エンジン回転数Eの低下に応じて上昇する下限値によって相殺されるため、エンジン回転数Eの低下に伴うコンデンサ41等の冷却能力の低下を抑えることができる。
なお、上記一実施形態においては、コントローラ44Aは、エアコン装置40の駆動時に、冷却ファン回転数の演算値N,N,N,N 及びその下限値のうちの最大値を選択し、これに対応する制御信号を出力する制御処理を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば冷却ファン回転数の演算値N,N,N,Nのうちの最大値を選択し、この選択した冷却ファン回転数の演算値がN,N,Nのいずれかである場合は、対応する制御信号を出力し、一方、選択した冷却ファン回転数の演算値がNである場合は、冷却ファン回転数の演算値N及びその下限値Nのうちの大きい方を選択し、これに対応する制御信号を出力するような制御処理としてもよい。このような場合も、上記同様の効果を得ることができる。
また、上記一実施形態においては、コントローラ44Aは、エアコン装置40の停止時に、インタークーラ22、ラジエータ23、及びオイルクーラ24に対応する冷却ファン回転数の演算値N,N,Nのうちの最大値を選択し、これに対応する制御信号を出力する制御処理を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えばエンジン回転数センサ45で検出したエンジン回転数Eに応じて冷却ファン回転数の演算値の下限値Nを演算し、冷却ファン回転数の演算値N,N,N及びその下限値Nのうちの最大値を選択し、これに対応する制御信号を出力する制御処理としてもよい。このような場合も、上記同様の効果を得ることができる。
なお、以上においては、図4〜図6及び図9に示すコントローラ29の演算テーブルにおいて、空気温度T、冷却水温度T、作動油温度T、及び外気温度Tに応じて冷却ファン25の回転数が連続的に変化するように設定するとともに、可変容量型のファン用油圧ポンプ27により冷却ファン25の回転数を連続的に変化させる場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えばコントローラ29の演算テーブルにおいて、空気温度T、冷却水温度T、作動油温度T、及び外気温度Tに応じて冷却ファン25の回転数が段階的に変化するように設定するとともに、可変容量型のファン用油圧ポンプ27により冷却ファン25の回転数を段階的に変化させてもよい。このような場合も、上記同様の効果を得ることができる。
また、可変容量型のファン用油圧ポンプ27の吐出容量を制御して冷却ファン25の回転数を制御する場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば定容量型のファン用油圧ポンプと可変容量型のファン用油圧モータを設け、このファン用油圧モータの容量を制御して冷却ファンの回転数を制御するようにしてもよい。このような場合も、上記同様の効果を得ることができる。
また、建設機械として大型の油圧ショベルを例にとって説明したが、これに限られず、他の建設機械、例えば大型のクローラクレーンやホイールローダ等に対しても適用でき、この場合も同様の効果を得る。

Claims (4)

  1. エンジン(19)に搭載されたターボチャージャ(38)で加圧された圧縮空気を冷却するインタークーラ(22)と、前記エンジン(19)の冷却水を冷却するラジエータ(23)と、油圧駆動装置の作動油を冷却するオイルクーラ(24)と、運転室用のエアコン装置(40)の冷媒を冷却するコンデンサ(41)と、前記インタークーラ(22)、ラジエータ(23)、オイルクーラ(24)、及びコンデンサ(41)への冷却風を生起する冷却ファン(25)と、この冷却ファン(25)を駆動するファン用油圧モータ(26)と、前記エンジン(19)によって駆動され、前記ファン用油圧モータ(26)への圧油を吐出するファン用油圧ポンプ(27)と、前記インタークーラ(22)の出口の空気温度(T1)を検出する空気温度検出手段(31)と、前記ラジエータ(23)の冷却水温度(T2)を検出する冷却水温度検出手段(33)と、前記オイルクーラ(24)の作動油温度(T3)を検出する作動油温度検出手段(36)と、外気温度(T4)を検出する外気温度検出手段(43)と、前記エンジン(19)の回転数(E)を検出するエンジン回転数検出手段(45)と、前記冷却ファン(25)の回転数を制御する制御手段(44A)とを備え、
    前記ファン用油圧ポンプ(27)は、その吐出容量を可変制御する容量制御装置(37)を有し、
    前記制御手段(44A)は、冷却ファン回転数の演算値に対応する制御信号を生成し、この制御信号を前記ファン用油圧ポンプ(27)の容量制御装置(37)に出力して前記ファン用油圧ポンプ(27)の吐出容量を可変制御することにより前記冷却ファン(25)の回転数を制御する建設機械の冷却装置であって、
    前記制御手段(44A)は、
    前記エアコン装置(40)が駆動しているとき、前記エンジン(19)の回転数の低下に伴う前記コンデンサ(41)の冷却能力の低下を抑えるために、前記エンジン回転数検出手段(45)の検出値(E)が低くなるに従い上昇するような冷却ファン回転数の演算値の下限値(N5)を演算し、この冷却ファン回転数の演算値の下限値(N5)と前記空気温度検出手段(31)、冷却水温度検出手段(33)、作動油温度検出手段(36)、及び外気温度検出手段(43)の検出値(T1,T2,T3,T4)のそれぞれに対応する冷却ファン回転数の演算値(N1,N2,N3,N4)とのうちの最大値に対応する制御信号を生成し、この制御信号を前記ファン用油圧ポンプ(27)の容量制御装置(37)に出力し、前記ファン用油圧ポンプ(27)の容量を制御し、
    前記エアコン装置(40)が停止しているとき、前記空気温度検出手段(31)、冷却水温度検出手段(33)、及び作動油温度検出手段(36)の検出値(T1,T2,T3)のそれぞれに対応する冷却ファン回転数の演算値(N1,N2,N3)のうちの最大値に対応する制御信号を生成し、この制御信号を前記ファン用油圧ポンプ(27)の容量制御装置(37)に出力し、前記ファン用油圧ポンプ(27)の容量を制御することを特徴とする建設機械の冷却装置。
  2. エンジン(19)に搭載されたターボチャージャ(38)で加圧された圧縮空気を冷却するインタークーラ(22)と、前記エンジン(19)の冷却水を冷却するラジエータ(23)と、油圧駆動装置の作動油を冷却するオイルクーラ(24)と、運転室用のエアコン装置(40)の冷媒を冷却するコンデンサ(41)と、前記インタークーラ(22)、ラジエータ(23)、オイルクーラ(24)、及びコンデンサ(41)への冷却風を生起する冷却ファン(25)と、この冷却ファン(25)を駆動するファン用油圧モータ(26)と、前記エンジン(19)によって駆動され、前記ファン用油圧モータ(26)への圧油を吐出するファン用油圧ポンプ(27)と、前記インタークーラ(22)の出口の空気温度(T1)を検出する空気温度検出手段(31)と、前記ラジエータ(23)の冷却水温度(T2)を検出する冷却水温度検出手段(33)と、前記オイルクーラ(24)の作動油温度(T3)を検出する作動油温度検出手段(36)と、外気温度(T4)を検出する外気温度検出手段(43)と、前記エンジン(19)の回転数(E)を検出するエンジン回転数検出手段(45)と、前記冷却ファン(25)の回転数を制御する制御手段(44A)とを備え、
    前記ファン用油圧モータ(26)は、その容量を可変制御する容量制御装置を有し、
    前記制御手段(44A)は、冷却ファン回転数の演算値に対応する制御信号を生成し、この制御信号を前記ファン用油圧モータ(26)の容量制御装置に出力して前記ファン用油圧モータ(26)の容量を可変制御することにより前記冷却ファン(25)の回転数を制御する建設機械の冷却装置であって、
    前記制御手段(44A)は、
    前記エアコン装置(40)が駆動しているとき、前記エンジン(19)の回転数の低下に伴う前記コンデンサ(41)の冷却能力の低下を抑えるために、前記エンジン回転数検出手段(45)の検出値(E)が低くなるに従い上昇するような冷却ファン回転数の演算値の下限値(N5)を演算し、この冷却ファン回転数の演算値の下限値(N5)と前記空気温度検出手段(31)、冷却水温度検出手段(33)、作動油温度検出手段(36)、及び外気温度検出手段(43)の検出値(T1,T2,T3,T4)のそれぞれに対応する冷却ファン回転数の演算値(N1,N2,N3,N4)とのうちの最大値に対応する制御信号を生成し、この制御信号を前記ファン用油圧モータ(26)の容量制御装置に出力し、前記ファン用油圧モータ(26)の容量を制御し、
    前記エアコン装置(40)が停止しているとき、前記空気温度検出手段(31)、冷却水温度検出手段(33)、及び作動油温度検出手段(36)の検出値(T1,T2,T3)のそれぞれに対応する冷却ファン回転数の演算値(N1,N2,N3)のうちの最大値に対応する制御信号を生成し、この制御信号を前記ファン用油圧モータ(26)の容量制御装置に出力し、前記ファン用油圧モータ(26)の容量を制御することを特徴とする建設機械の冷却装置。
  3. 請求項1又は2記載の建設機械の冷却装置において、前記制御手段(44A)は、前記冷却ファン回転数が連続的に変化するように制御することを特徴とする建設機械の冷却装置。
  4. 請求項1又は2記載の建設機械の冷却装置において、前記制御手段(44A)は、前記冷却ファン回転数が段階的に変化するように制御することを特徴とする建設機械の冷却装置。
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