JP2002357126A - 冷却ファンの制御方法および装置 - Google Patents
冷却ファンの制御方法および装置Info
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Abstract
る。 【解決手段】 本発明の実施形態において、作業機械の
ファンを制御する方法および装置が提供される。この方
法は、吸気マニホールドにおける空気の温度を検出する
ステップと、エンジン冷却液の温度を検出するステップ
と、作動油の温度を検出するステップと、変速機流体の
温度を検出するステップとを含む。この方法はまた、検
出された温度のうちの少なくとも一つの温度に対応して
ファンを制御するステップを含む。
Description
ァンの制御に関し、より詳しくは、ファンに提供される
パワーの量を制御することによって随時冷却ファンの速
度を制御する制御アルゴリズムに関する。
ワーダー、または履帯式トラクタのような作業機械は、
一般に、運転中に大量の機関熱を発生する。この機関熱
は、しばしば、作業現場における高い大気温度によって
増大する。さらに、機械の運転をより静粛にさせようと
して、機械のエンジン室はしばしば重厚に包囲され、絶
縁され、これがまたエンジン室の温度を上昇させる。し
たがって、エンジン室から熱を引き出し、押し出し、ま
たは放散させるために冷却ファンまたは他の気流供給装
置を作動させることが望ましい。
則により、作業機械によって生じるノイズは所定レベル
または比率未満でなければならないことが要求される。
機械によって生じるノイズの大部分は機械の冷却ファン
によって起こるので、冷却ファンの運転を調整してノイ
ズ量を最小限に抑えつつ、所望の冷却特性をも維持する
ことができれば好都合となる。これはたいてい、低減し
た速度で冷却ファンを運転することで、またはファンを
選択的にオフにすることで行われる。
pchand V.Nisharその外の2000年4
月4日に発行された米国特許第6,045,482号
(以後’482として引用)で開示されている。’48
2は、多数のエンジンおよび/またはエンジン付属装置
動作条件、およびエンジン冷却装置の動作を制御する様
々なエンジン動作状態に対応する制御コンピュータを含
むエンジン冷却システムへの気流を制御するシステムを
開示する。エンジンおよび/またはエンジン付属装置動
作条件の例は、エンジン冷却液温度、エンジン冷却液温
度の変化率、吸気マニホールド空気温度、空調冷媒圧
力、およびファン速度係数を含む。
一つ以上の温度入力を測定し、冷却ファンを監視する必
要もなしに冷却ファンを制御し、作業機械によって生じ
るノイズを減少させるように冷却ファンを制御し、モー
タを直に駆動するポンプを比例的に調整し、ドライバ診
断および液圧系統の不安定を防止するために比例調節の
変化率を制限し、低燃料消費を提供し、低温周囲条件に
おけるエンジン吸気および作動油の過冷却を低減し、よ
り快適なオペレータ操作性を提供し、適時且つ効率的に
使用され、製造および使用がより経済的となる作業機械
用の冷却ファン制御システムの装置および方法を模索し
てきた。
題を克服することに向けられている。
て、作業機械のファンを制御する方法が提供される。こ
の方法は、吸気マニホールドにおける空気の検出された
温度に対応する吸気マニホールド空気温度信号を生成す
るステップと、エンジン冷却液の検出された温度に対応
するエンジン冷却液温度信号を生成するステップと、作
動油の検出された温度に対応する作動油だめ温度信号を
生成するステップと、変速機流体の検出された温度に対
応する変速機潤滑油温度信号を生成するステップとを含
む。この方法はまた、吸気マニホールド空気温度信号、
エンジン冷却液温度信号、作動油だめ温度信号、変速機
潤滑油温度信号を読み取り、応答的にファン電流値を計
算するステップと、ファン電流値を読み取り、応答的に
ファンを制御するステップとを含む。
ファンを制御する装置が提供される。この装置は、1個
またはそれ以上の温度センサ、電子制御モジュール、お
よびファン制御装置を含む。これらの温度センサは、一
つ以上の温度を測定し、応答的に一つ以上の温度信号を
生成するようになっている。電子制御モジュールは、温
度信号を受け、応答的にファン電流信号を生成するよう
になっている。ファン制御装置は、ファン電流信号を受
け、応答的にエンジン冷却ファンへ提供される駆動力を
制御するようになっている。
エンジン冷却システムにおける使用法が提供される。こ
の方法は、少なくとも一つの温度入力に基づいて電流信
号を発生するステップと、電流信号を読み取り、応答的
に冷却部材へ電力を提供するステップとを含む。
業機械のファンを制御する方法および装置を提供する。
以下の説明では、単なる例としてホイールローダを使用
する。本発明は、例えば、油圧式ショベル、または履帯
式トラクタのような他の種類の作業機械に適用されても
良い。
ァン制御システム100は、吸気マニホールド空気温度
センサ102、エンジン冷却液温度センサ104、作動
油だめ温度センサ106、および変速機潤滑油温度セン
サ108を含む。作業機械の任意の他の温度特性が、本
発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、これらの
4種類のものに追加して、またはそれらの代わりに、検
出され、監視されても良い。吸気マニホールド空気温度
センサ102は、作業機械の吸気マニホールドにおける
空気の検出温度に対応する吸気マニホールド空気温度信
号(ti)を生成する。エンジン冷却液温度センサ10
4は、作業機械のエンジン冷却液の検出温度に対応する
エンジン冷却液温度信号(te)を生成する。作動油だ
め温度センサ106は、作業機械の作動油だめ内の作動
油の検出温度に対応する作動油だめ空気温度信号
(th)を生成する。変速機潤滑油温度センサ108
は、作業機械の変速機流体の検出温度に対応する変速機
潤滑油温度信号(tt)を生成する。
用)110は、ti、te、th、tt信号を読み取
り、冷却ファン114を駆動させて作業機械のエンジン
室へ気流を与えるファン電気液圧(E/H)弁112を
通過する作動油流量を応答的に制御するファン電流値
(I)を生成する。
要素は、エンジン室へ冷却気流を与えるように動作する
一つ以上のシングル、デュアル、または可変速度ファ
ン、または任意の他の電気式、電子式、または電気液圧
駆動可能な装置を含むことは理解されよう。
は、イリノイ州、ショームバーグにあるMotorol
a Inc.社製のマイクロプロセッサチップを含むコ
ンピュータである。但し、他の適当なECMも技術上既
知であり、それらの任意のものを本発明の実施形態と関
連して難なく容易に使用することもできる。特定のプロ
グラムコードを、選択されたマイクロプロセッサチップ
用の特定のアセンブリ言語またはマイクロコードで、図
2で示されたフロー図から難なく容易に書き込むことも
できる。
信号を受け、それらのti、te、th、tt信号に対
応してファン電流値(I)を提供するようになってい
る。好ましくは、コンピュータは、多数の命令を処理す
ることができる多くの難なく入手可能なコンピュータの
うちの一つである。コンピュータは、分散構造環境で構
成され、システムを形成する複数の処理装置を含めても
良いことは理解されよう。
くアルゴリズムを詳説するフロー図である。プログラム
の実行は、第1の制御ブロック200で開始する。
ti、t e、th、tt信号は、第2の制御ブロック2
02においてECM110によって読み取られる。
ti、te、th、tt信号のうちのいずれか一つの信
号の読みに関わるエラーがある場合(つまり、これらの
信号のいずれかが使用不能か、または不適当である場
合)、第3の制御ブロック204において誤った信号に
対してデフォルト値が選ばれる。読み取りエラーの有無
に関わらず、ECM110は、第4の制御ブロック20
6において、ti、te、th、tt信号のそれぞれに
対する対応エラー信号ti’、te’、th’、tt’
を計算する。これらのエラー信号ti’、te’、
th’、tt’は、元のti、te、th、tt信号と
元のti、te、th、tt信号のそれぞれに対する所
定乗数値および目標値とに対応して計算される。
温度信号(T)は、エラー信号ti’、te’、
th’、tt’から選ばれる。Tの選択は、所定の方法
で行われ、選ばれた所定の乗数値および目標値の調整を
経て調整される。どのエラー信号t i’、te’、
th’、tt’をTとして使用するかを選ぶ1つの選択
肢は、エラー信号ti’、te’、th’、tt’の中
から最高位のものを選ぶことである。
th’、tt’に関係なく、第6の制御ブロック210
においてPIコントローラまたは他のハードウェアまた
はソフトウェア装置は、Tに対応するファン電流値
(I)を生成する。入力としてTを用いて、Iが、アル
ゴリズム、ルックアップテーブル、チャート、それらの
任意の組合せ、または入力から出力を予測できる任意の
他の方法を使用して生成されても良い。Iの生成におい
てエラーがある場合、Iは、第7の制御ブロック212
において所定最小ファン電流値(Imin)に設定され
る。
は、第1の判定ブロック214においてIminと比較
される。IがImin未満である場合、Iは、第7の制
御ブロック212においてIminに設定される。Iが
Iminよりも大きい場合、何の変更も行われない。制
御は第2の判定ブロック216へ至る。
Imaxと比較される。IがIma xよりも大きい場
合、Iは、第8の制御ブロック218においてImax
に設定される。IがImax未満である場合、何の変更
も行われない。制御は、第3の判定ブロック216へ至
る。
(dI/dt)の変化率は、最大変化率値(dI/d
t)maxと比較される。dI/dtが(dI/dt)
maxよりも大きい場合、dI/dtは、第9の制御ブ
ロック222において(dI/dt)maxに設定され
る。dI/dtが(dI/dt)max未満である場
合、何の変更も行われない。制御は第10の制御ブロッ
ク224に至る。
に対応する信号がファン電気液圧(E/H)弁112へ
提供される。第11の制御ブロック226において、フ
ァンE/H弁は、Iの値に対応して冷却ファン114へ
供給される作動油を制御する。第12の制御ブロック2
28において、作動油は冷却ファン114の速度(F)
を制御する。都合良く、Iに対応する信号をファン電気
液圧(E/H)弁112へ提供するエラーがある場合、
Iは、第13の制御ブロック230においてI minで
あると仮定され、制御が第11の制御ブロック226に
戻る。エラーの存在に関係なく、プログラム論理は、第
12の制御ブロック228から第1の制御ブロック20
0へ戻る。
作業機械へ所望気流を与えるのに必要な最小速度となる
ようにFを調節する助けとなる。但し、当業者には、F
の制御についての形態が、請求の範囲で定義されたよう
に本発明の範囲を逸脱することなく温度センサの読み取
り頻度のような要因に依存する他の頻度で決定され得る
ことは知られている。
しい実施形態を参照して説明してきたが、様々な追加的
実施形態が本発明の趣旨および範囲を逸脱することなく
考慮されても良いことは当業者には理解されよう。例え
ば、温度センサは、上記例とは異なる温度を読み取り、
冷却ファンは、従来型のファン以外の空気供給装置であ
っても良く、冷却ファンは、電気液圧的ではなく電気ま
たは電子的に作動されても良い、またはオペレータは、
信号エラーが起こった場合に入力が促されても良い。但
し、このような実施形態を組み入れる装置または方法
が、請求の範囲や、それらと同等のものに基づいて決定
される場合、本発明の範囲内に含まれることは理解され
よう。
れ、添付した図面に示されるように、本発明は、冷却フ
ァン制御システム100の方法および装置を提供する。
動作時、冷却ファン114が最小限で動作し、しかも作
業機械(図示せず)のエンジン室(図示せず)への正規
の気流を維持することができるように作業機械の冷却フ
ァン114を制御することが望ましい。
の温度センサから少なくとも一つの温度信号を受ける。
これらの信号の例は、吸気マニホールド空気温度信号
(ti)、エンジン冷却液温度信号(te)、作動油だ
め空気温度信号(th)、および変速機潤滑油温度信号
(tt)である。これらの温度は、エラー信号ti’、
te’、th’、tt’を提供するために修正され、こ
れらの信号は、元のti、te、th、tt信号と、元
のti、te、th、tt信号のそれぞれの所定乗数値
および目標値とに対応して計算される。エラー信号
ti’、te’、th’、tt’のうち一つの信号が、
制御温度信号(T)となるべく、所定基準に従って、選
ばれる。
または他の周知のハードウェアまたはソフトウェア装置
が、Tに対応するファン電流値(I)を生成する。I
は、それで所定最大および最小値の間で制限される。最
大および最小値は、都合良く、可変液圧ポンプの流量補
正器から、および可変変位ピストンポンプの圧力補正器
からそれぞれ生じる。Iが最大および最小値の間で制限
された後、時間に関するIの変化率が所定最大変化率の
値に制限される。好ましくは、この最大変化率の値は、
ドライバ診断および液圧系統の不安定を防止する。
るファン電流値(I)と冷却ファン114の速度(F)
との間の反比例関係を例示する。図3は、例示を目的と
したものであり、この反比例関係の実際の値を必ずしも
表すものではない。容易に分かるように、この関係は、
Iの入力がないと、最大ファン速度となるように構成さ
れている。この機能は、失われた信号により作業機械が
オーバーヒートするのを防ぐ。
4にパワーを供給する作動油を管理する比例E/H弁へ
の電流を制御する。任意に、Iは、任意の冷却装置へパ
ワーを供給する任意の調節器を制御するために使用され
ても良い。
一定の実施形態の方法および装置は、作業機械から一つ
以上の温度入力を測定し、冷却ファンを監視する必要も
なく冷却ファンを制御し、作業機械によって生成される
ノイズを低減するように冷却ファンを制御し、モータを
直接駆動するポンプを比例調整し、ドライバ診断および
液圧系統の不安定を防止するために比例調整の変化率を
制限し、低燃料消費量を提供し、低温周囲条件における
エンジン吸気および作動油の過冷却を低減し、オペレー
タ操作性を提供し、適時且つ効率的な使用、および製造
および使用がより経済的となる利点を有する。このよう
な利点は、特に、ホイールローダや他の作業機械の設
計、製造、および運転に組み入れるだけの価値がある。
さらに、本発明は、未だ発見されていない他の利点を提
供しても良い。
連で説明しているが、本発明は、他の作業機械に同様の
機能を提供するように容易に適合可能であることは理解
されよう。本発明の他の形態、目的、および利点は、図
面、明細書および請求の範囲の検討によって得られるこ
とができる。
る。
ムのフロー図である。
値(I)と冷却ファン114の速度(F)との間の反比
例関係を表すグラフである。
Claims (16)
- 【請求項1】 作業機械のファンを制御する方法であっ
て、 吸気マニホールドにおける空気の温度を検出するステッ
プと、 エンジン冷却液の温度を検出するステップと、 作動油の温度を検出するステップと、 変速機流体の温度を検出するステップと、 検出された温度の少なくとも一つに対応してファンを制
御するステップとを備える方法。 - 【請求項2】 吸気マニホールドにおける空気の検出温
度に対応する吸気マニホールド空気温度信号を生成する
ステップと、 エンジン冷却液の検出温度に対応するエンジン冷却液温
度信号を生成するステップと、 作動油の検出温度に対応する作動油だめ温度信号を生成
するステップと、 変速機流体の検出温度に対応する変速機潤滑油温度信号
を生成するステップと、 吸気マニホールド空気温度信号、エンジン冷却液温度信
号、作動油だめ温度信号、および変速機潤滑油温度信号
を読み取り、応答的にファン電流値を計算するステップ
と、 ファン電流値を読み取り、応答的にファンを制御するス
テップとをさらに備える請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 吸気マニホールド空気温度信号、吸気マ
ニホールド空気温度乗数、および吸気マニホールド空気
温度目標値に対応する吸気マニホールド空気温度エラー
信号を計算するステップと、 エンジン冷却液温度信号、エンジン冷却液温度乗数、お
よびエンジン冷却液温度目標値に対応するエンジン冷却
液温度エラー信号を計算するステップと、 作動油だめ温度信号、作動油だめ温度乗数、および作動
油だめ温度目標値に対応する作動油だめ温度エラー信号
を計算するステップと、 変速機潤滑油温度信号、変速機潤滑油温度乗数、および
変速機潤滑油温度目標値に対応する変速機潤滑油温度エ
ラー信号を計算するステップと、 制御温度信号として、吸気マニホールド空気温度エラー
信号、エンジン冷却液温度エラー信号、作動油だめ温度
エラー信号、および変速機潤滑油温度エラー信号のうち
の一つを選ぶステップと、 制御温度信号に対応するファン電流値を生成するステッ
プとをさらに備える請求項2に記載の方法。 - 【請求項4】 ファン電流値を読み取り、応答的にファ
ン電気液圧弁への動力を調節してファンを制御するステ
ップをさらに備える請求項3に記載の方法。 - 【請求項5】 制御温度信号として、吸気マニホールド
空気温度エラー信号、エンジン冷却液温度エラー信号、
作動油だめ温度エラー信号および、変速機潤滑油温度エ
ラー信号のうちの最高値を有する一つを選ぶステップ
と、 吸気マニホールド空気温度エラー信号、エンジン冷却液
温度エラー信号、作動油だめ温度エラー信号、および変
速機潤滑油温度エラー信号のいずれもの使用不能または
不適当であるデフォルト値を選ぶステップとをさらに備
える請求項3に記載の方法。 - 【請求項6】 最小ファン限度と最大ファン限度との間
にファン電流値を制限するステップと、 ファン電流値の変化率を所定の率制限値に制限するステ
ップと、 ファン電流値が使用不能または不適当である場合に、 ファン電気液圧弁を最小ファン限度において動作するよ
うに制御するステップと、をさらに備える請求項4に記
載の方法。 - 【請求項7】 エンジン冷却ファンを制御する装置であ
って、 一つ以上の温度を測定し、応答的に一つ以上の温度信号
を生成するようにされた1つ以上の温度センサと、 温度信号を受け、応答的にファン電流信号を生成するよ
うにされた電子制御モジュールと、 ファン電流信号を受け、応答的にエンジン冷却ファンへ
提供される駆動力を制御するようにされたファン制御装
置とを備える装置。 - 【請求項8】 測定される温度は、吸気マニホールド空
気温度、エンジン冷却液温度、作動油だめ温度、変速機
潤滑油温度、エンジン付属装置温度、および機械付属装
置温度からなる群から選ばれる請求項7に記載の装置。 - 【請求項9】 電子制御モジュールは、一つ以上の温度
信号のそれぞれに所定の重み付け係数を乗じて各温度信
号の重み付け温度信号を生成し、重み付け温度信号の一
つを選択し、選択された重み付け温度信号に対応する所
望のファン電流信号を生成することによって、ファン電
流信号を計算する請求項8に記載の装置。 - 【請求項10】 電子制御モジュールは、選択された重
み付け温度信号となるべく最大値を有する重み付け温度
信号を選択する請求項8に記載の装置。 - 【請求項11】 電子制御モジュールは、一つ以上の温
度信号が使用不能または不適当である場合に、デフォル
ト温度信号と仮定する請求項9に記載の装置。 - 【請求項12】 ファン電流信号は、エンジン冷却ファ
ンの結果の速度に反比例する請求項10に記載の装置。 - 【請求項13】 ファン電流信号は、上限値、下限値、
および変化率の値によって制限されている請求項11に
記載の装置。 - 【請求項14】 ファン電流信号は、弁への電流を制御
し、弁はポンプへの液圧パワーを制御し、ポンプはモー
タを駆動し、モータはエンジン冷却ファンを駆動する請
求項12に記載の装置。 - 【請求項15】 作業機械のエンジン冷却システムにお
ける使用法であって、 少なくとも1つの検出温度値に基づき少なくとも一つの
温度入力信号を発生するステップと、 少なくとも一つの温度入力信号に基づき電流信号を発生
するステップと、 電流信号を読み取り、応答的に冷却部材へのパワーを制
御するステップと、 使用不能または不適当な検出温度値の場合にデフォルト
温度入力信号を提供するステップとを備える方法。 - 【請求項16】 上限値、下限値、および変化率値で電
流信号を制限するステップと、 電流信号を読み取り、応答的に弁へ所定量の電力を提供
するステップと、 弁の位置に対応して冷却部材を駆動するモータへ液圧パ
ワーを提供するステップとをさらに備える請求項15に
記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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US09/851,455 | 2001-05-08 | ||
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