JP2006097575A

JP2006097575A - 冷却ファンの制御装置

Info

Publication number: JP2006097575A
Application number: JP2004284804A
Authority: JP
Inventors: Yoshimi Saotome; 吉美早乙女
Original assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2004-09-29
Filing date: 2004-09-29
Publication date: 2006-04-13

Abstract

【課題】レギュレータ制御系統の異常発生時に、ファンを最大値と最小値の中間の回転数で運転する。
【解決手段】冷却ファン１１の駆動源としてのファンモータ１２を可変容量型の油圧ポンプ１３で駆動し、レギュレータ１４でこの油圧ポンプ１３の容量を調整してファンモータ１２の回転数を制御する構成とする。このレギュレータ１４を制御する手段として、コントローラ１９と、このコントローラ１９からの指令電流に応じて設定圧力が変化する電磁比例式の第１圧力設定弁１８と、ファンモータの回転数が最大値と最小値の中間である中間回転数となる圧力を出力する第２圧力設定弁２２とを設け、コントローラ１９によるレギュレータ１４の制御に異常が発生した場合に、第２圧力設定弁２２の設定圧力に基づいてレギュレータ１４を作動させるように構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は油圧モータで駆動されてラジエータやオイルクーラ等の熱交換器を冷却する冷却ファンの制御装置に関するものである。

油圧ショベル等の建設機械においては、冷却ファンを油圧モータ(ファンモータ)で駆動し、このファンモータの油圧源である油圧ポンプの容量を調整することにより、ポンプ圧力または吐出流量を変えてモータ回転数を制御する構成をとっている。

ポンプ圧力を制御する圧力制御方式を例にとって従来の技術を説明する。

図４において、１はラジエータやオイルクーラ等の熱交換器を冷却する冷却ファン、２はこの冷却ファン１を駆動するファンモータ、３はこのファンモータ２の油圧源としての可変容量型の油圧ポンプで、レギュレータ４によりこの油圧ポンプ３の容量(傾転)を調整してポンプ圧力を制御する。

すなわち、ファン駆動トルク(モータトルク)をＴとし、ファン回転数をＮとすると、
Ｔ＝Ｃ×Ｎ×Ｎ (Ｃは係数)
となる。

また、
Ｔ＝モータ容量×圧力×ａ (ａは機械効率)
であって、トルクＴはモータ容量が一定であれば圧力に比例するため、モータ回転数(ファン回転数)Ｎはレギュレータ４でポンプ圧力を調整することによって任意に制御することができる。

レギュレータ４は、両側パイロットポート５ａ,５ｂに加えられるパイロット圧によって作動する油圧パイロット弁として構成された容量制御弁５と、この容量制御弁５から出力される圧力によって作動する第１ピストン６と、ポンプ圧力に応じた推力を第１ピストン６に対抗する力として発揮する第２ピストン７とによって構成される。

容量制御弁５は、一方のパイロットポート(ポンプポート)５ａにポンプ圧力、他方のパイロットポート(制御ポート)５ｂに制御圧力がそれぞれパイロット圧として加えられ、この両パイロット圧の差に基づいて第１ピストン６に加えられる圧力(容量制御圧力という)Ｐｏが変化する。

これにより、ポンプ容量が変わり、ポンプ圧力が制御される。

ここで、制御圧力Ｐｏを変える手段として、従来は、容量制御弁５の制御ポート５ｂとタンクＴとの間に電磁比例式のリリーフ弁である圧力設定弁８を接続し、コントローラ９からの指令電流によりこの圧力設定弁８の設定圧力を変えて、容量制御弁５から出力される容量制御圧力Ｐｏを変える構成をとっている(特許文献１参照)。

コントローラ９には、冷却対象物の温度(たとえばエンジン冷却水温)を検出する温度センサ１０からの信号が入力され、検出温度が高くなればモータ回転数を上げる制御が行われる。

具体的には、検出温度が高くなるほどコントローラ９から圧力設定弁８への指令電流値が減少し、この指令電流値が下がれば圧力設定弁８の設定圧力が上がってポンプ圧力が上昇する。指令電流値とポンプ圧力の関係を図５に示す。

そして、ポンプ圧力が上がればモータ回転数(ファン回転数)が増加し、この結果、対象物の温度とファン回転数の関係は図６のようになる。
特開２００１−２０８６９号公報

ところが、従来の構成によると、コントローラ９の故障や、コントローラ９と圧力設定弁８とを結ぶ信号線の断線、温度センサ１０の検出異常等が原因でコントローラ９から圧力設定弁８に指令電流が送られないというレギュレータ制御系統の異常が発生すると、図５の特性に基づいて圧力設定弁８の設定圧力が最小となってポンプ圧力が最大とり、モータ回転数が最大となる。

こうなると、冷却ファン１が必要以上の高速回転を行うため、エネルギーの無駄遣いとなるとともにファン騒音が大きくなる等の弊害が生じる。

なお、上記のようなレギュレータ制御系統の異常発生時に逆の特性、つまりポンプ圧力が最小となってモータ回転数が最小となるように設定することは可能である。

しかし、こうすると冷却作用が失われるためエンジンがオーバーヒートする等、作業そのものに支障を来たす。

また、ポンプ圧力でなくポンプ吐出流量を制御する方式をとる場合にも、異常発生時にポンプ吐出流量が最大となるため、同様の問題が生じる。

そこで本発明は、レギュレータ制御系統の異常発生時に、冷却ファンを最大値と最小値の中間の回転数で運転することができるファン駆動ポンプの制御装置を提供するものである。

請求項１の発明は、冷却ファンの駆動源としてのファンモータと、このファンモータを駆動する可変容量型の油圧ポンプと、この油圧ポンプの容量を調整するレギュレータと、このレギュレータを作動させるための圧力を設定する圧力設定弁と、コントローラとを備え、このコントローラにより上記圧力設定弁の設定圧力を制御し、この設定圧力に基づく上記レギュレータの作動により上記油圧ポンプの容量を調整して上記ファンモータの回転数を制御する冷却ファンの制御装置において、上記圧力設定弁として、上記コントローラからの指令電流に基づいて設定圧力が変化する電磁比例式の第１圧力設定弁と、上記ファンモータの回転数が最大値と最小値の中間である中間回転数となる圧力を上記レギュレータに加える第２圧力設定弁とを設け、上記コントローラから上記第１圧力設定弁への指令電流が停止する異常発生時にのみ、上記第２圧力設定弁を上記レギュレータに接続するように構成したものである。

請求項２の発明は、請求項１の構成において、レギュレータによりポンプの容量を調整してポンプ圧力を制御し、異常発生時に第２圧力設定弁の設定圧力に基づいて、ポンプ圧力を、ファン回転数が中間回転数となる値に制御するように構成したものである。

請求項３の発明は、請求項１の構成において、レギュレータによりポンプの容量を調整してポンプ吐出流量を制御し、異常発生時に第２圧力設定弁の設定圧力に基づいて、ポンプ吐出流量を、ファン回転数が中間回転数となる値に制御するように構成したものである。

請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかの構成において、第２圧力設定弁とレギュレータとの間に電磁弁を接続し、異常発生時のみこの電磁弁を作動させて第２圧力設定弁をレギュレータに接続するように構成したものである。

請求項５の発明は、請求項４の構成において、異常発生を検出する異常検出手段を設け、この異常検出手段によって異常発生が検出されたときにコントローラからの信号によって電磁弁を作動させるように構成したものである。

本発明によると、レギュレータ制御系統の異常が発生したときに、第２圧力設定弁の設定圧力がレギュレータに加えられ、これに基づいてポンプ圧力(請求項２)またはポンプ吐出流量(請求項３)が制御される。

ここで、第２圧力設定弁の設定圧力は、ファンモータの回転数が最大値と最小値の中間である中間回転数となる値であるため、異常発生時にファンモータが中間回転数で運転される。

このため、従来のようにモータ回転数が最大となる場合と比較してエネルギーの無駄使いや騒音の発生といった弊害を防止することができる。

この場合、第２圧力設定弁の設定圧力、つまりこれによって決まるモータ回転数(上記中間回転数)は、その機械の標準的な作業時に必要な冷却能力が確保される値として設定される。たとえば油圧ショベルでいうと、アイドリング運転時のファン回転数が９００rｐｍ、最大回転数が１５００rｐｍの機械の場合、異常発生時にファン回転数が１１００rｐｍ〜１３００rｐｍ程度に設定される。

従って、異常発生時にも、作業に必要な冷却機能を確保することができる。

一方、レギュレータ制御系統の異常発生は、オペレータがそれを認識し得る環境にある場合には、手動スイッチの操作等によってコントローラ出力を切換える構成をとることも可能であるが、通常は請求項５のように異常検出手段と電磁弁を設け、異常発生時に電磁弁を作動させて第２圧力設定弁を機能させる構成をとる。

こうすれば、異常発生時にファン回転数を中間回転数に設定するという所期の目的を確実に達成することができる。

本発明の実施形態を図１〜図３によって説明する。

第１実施形態(図１参照)
第１実施形態では、ポンプ圧力を変えてモータ回転数を制御する圧力制御方式をとっている。

この第１実施形態における基本構成とポンプ制御の基本原理は、図４に示す従来装置のそれと同じである。

すなわち、図１において１１は冷却ファン、１２はこの冷却ファン１１を駆動するファンモータ、１３はこのファンモータ１２の油圧源としての可変容量型の油圧ポンプで、レギュレータ１４によりこの油圧ポンプ１３の容量(傾転)を調整してポンプ圧力を制御し、モータ回転数(ファン回転数)を制御する。

レギュレータ１４は、両側パイロットポート１５ａ,１５ｂに加えられるパイロット圧によって作動する油圧パイロット弁として構成された容量制御弁１５と、この容量制御弁１５から出力される圧力によって作動する第１ピストン１６と、ポンプ圧力に応じた推力を第１ピストン１６に対抗する力として発揮する第２ピストン１７とによって構成されている。

容量制御弁１５は、一方のパイロットポート(ポンプポート)１５ａにポンプ圧力、他方のパイロットポート(制御ポート)１５ｂに制御圧力がそれぞれパイロット圧として加えられ、この両パイロット圧の差に基づいて第１ピストン１６に送られる容量制御圧力Ｐｏが変化する。

容量制御弁１５の制御ポート１５ｂとタンクＴとの間には、図４中の圧力設定弁８に相当する電磁比例式のリリーフ弁である第１圧力設定弁１８が接続され、コントローラ１９からの指令電流によりこの第１圧力設定弁１８の設定圧力が変わって、容量制御弁１５から出力される容量制御圧力Ｐｏが変化するように構成されている。

コントローラ１９には、冷却対象物の温度(たとえばエンジン冷却水温)を検出する温度センサ２０からの信号が入力され、図６の特性に基づいて検出温度に応じた制御、すなわち、検出温度が高くなるほど第１圧力設定弁１８への指令電流値を減少させて圧力設定弁１８の設定圧力を上げ、これによりポンプ圧力を上昇させてモータ回転数(ファン回転数)を増加させるという制御が行われる。

また、コントローラ１９には、異常検出手段としての異常検出部２１が設けられ、コントローラ１９の故障や、コントローラ１９と第１圧力設定弁１８とを結ぶ信号線の断線、温度センサ２０の検出異常といったレギュレータ制御系統の異常発生がこの異常検出部２１で検出される。

なお、異常検出部２１は、たとえばコントローラ１９から第１圧力設定弁１８に送られる指令電流値を監視し、これが設定値以下になったときに異常と判断するように構成することができる。

一方、この実施形態においては、容量制御圧力Ｐｐを変えるための圧力設定弁として、第１圧力設定弁１８とは別の第２圧力設定弁２２が、第１圧力設定弁１８と並列状態で容量制御弁１５の制御ポート１５ｂに電磁弁２３を介して接続されている。

電磁弁２３は、通常時にはコントローラ１９からの信号によって図上側の閉じ位置イにセットされ、異常発生時に開き位置ロに切換わる。

従って、通常時には第２圧力設定弁２２が制御ポート１５ｂから切り離されて第１圧力設定弁１８の設定圧力が制御ポート１５ｂに加えられ、異常発生時にのみ、第２圧力設定弁２２の設定圧力が制御ポート１５ｂに加えられる。

これにより、異常発生時に容量制御弁１５が第２圧力設定弁２２の設定圧力に応じた容量制御圧力Ｐｏを第１ピストン１６に出力し、これに基づいてポンプ容量が調整されてポンプ圧力(ファンモータ回転数)が制御される。

ここで、第２圧力設定弁２２の設定圧力は、ファンモータの回転数が最大値と最小値の中間である中間回転数となる値であって、その機械の標準的な作業時に必要な冷却能力を得るためのモータ回転数(ファン回転数)を実現する値として設定されている。

こうして、異常発生時に、ファンモータ回転数が中間回転数に設定されるため、従来のようにファンモータ回転数が最大値となる場合と比較してエネルギーの無駄使いや騒音の発生といった弊害を防止することができる。

しかも、このときのファンモータ回転数は、その機械の標準的な作業時に必要な冷却能力が確保される値として設定されるため、異常発生時にも、作業を継続するのに必要な冷却機能を確保することができる。

また、上記異常発生時の制御が、異常検出部２１とコントローラ１９と電磁弁２３とによって自動的に行われるため、異常発生時にファンモータ回転数を中間回転数に設定するという所期の目的を確実に達成することができる。

第２実施形態(図２,３参照)
第２実施形態は、ポンプ吐出流量を変えてモータ回転数を制御する圧力制御方式をとっている。

図２において、図１と同一部分には同一符号を付して示し、その重複説明を省略する。

ポンプ容量を調整するレギュレータ２４は、スプール弁構造の容量制御弁２５と、外部から与えられる圧力に応じた推力をこの容量制御弁２５のスプールに加える第１ピストン２６と、ポンプ圧力と容量制御弁２５の出力である制御圧力Ｐｏの差に応じて作動する第２ピストン２７とによって構成され、この第２ピストン２７の動きによってポンプ１３の容量(傾転)が調整され、これによってポンプ吐出流量が制御される。

従って、第１ピストン２６に与える外部圧力を変えるることによってポンプ容量(ポンプ吐出流量)を制御し、モータ回転数を制御することができる。

この第１ピストン２６に外部圧力を加える圧力設定弁として、電磁比例減圧弁である第１圧力設定弁２８が設けられ、通常時に、この第１圧力設定弁２８の設定圧力が、温度センサ３０からの温度信号に基づくコントローラ２９からの指令電流に応じて変化し、これによってポンプ吐出流量が変化する。

この指令電流とポンプ吐出流量の関係を図３に示す。同図に示すように、指令電流値の増加に比例してポンプ吐出流量(モータ回転数)が減少する。

コントローラ２９には、第１実施形態同様、レギュレータ制御系統の異常発生を検出する異常検出部３１が設けられ、異常発生時にコントローラ２９から第１圧力設定弁２８に送られる指令電流が０となる。

従って、このままではポンプ吐出流量が最大となるため、これを回避する手段として、第１実施形態の第２圧力設定弁２２と電磁弁２３の直列回路に相当する、第２圧力設定弁３２と電磁弁３３の直列回路が第１ピストン２６とタンクＴとの間で第１圧力設定弁２８と並列に接続されている。

電磁弁３３は、第１実施形態の電磁弁２３と同様に、異常発生時にコントローラ２９からの信号に基づいて閉じ位置イから開き位置ロに切換わって、第２圧力設定弁３２を第１ピストン２６に接続する。

この第２圧力設定弁３２の設定圧力は、第１実施形態の場合と同様に、ファンモータの回転数が最大値と最小値の中間である中間回転数となる値であって、その機械の標準的な作業時に必要な冷却能力を得るためのモータ回転数(ファン回転数)を実現する値として設定されている。

図２中、３４は第１圧力設定弁２８の一次圧源となるパイロット油圧源である。

この第２実施形態の構成によっても、第１実施形態と同様に、異常発生時にモータ回転数を最大値と最小値の中間値であって標準的な作業時に必要な冷却機能を確保し得る値に自動的に設定し、エネルギーの無駄使いや騒音の発生といった弊害を防止することができる。

ところで、レギュレータ制御系統の異常発生は、通常、オペレータが認識できないため、上記両実施形態のように異常検出部２１,３１によって自動検出する構成をとるのが望ましいが、異常発生をオペレータが認識し得る環境にある場合には、手動スイッチの操作等によってコントローラ出力を切換える構成をとってもよい。

また、両実施形態における第２圧力設定弁２２,３２を圧力可変とし、設定圧力を手動で任意に調整できるように構成してもよい。

本発明の第１実施形態にかかる制御装置の構成を示す図である。本発明の第２実施形態にかかる制御装置の構成を示す図である。同装置における第１圧力設定弁に対する指令電流値とポンプ吐出流量の関係を示す図である。従来装置の構成を示す図である。同装置における圧力設定弁に対する指令電流値とポンプ圧力の関係を示す図である。同装置における冷却対象物の温度とファン回転数の関係を示す図である。

符号の説明

１１冷却ファン
１２ファンモータ
１３油圧ポンプ
１４レギュレータ
１５レギュレータを構成する容量制御弁
１６同第１ピストン
１７同第２ピストン
１８第１圧力設定弁
１９コントローラ
２０温度センサ
２１異常検出部(異常検出手段)
２２第２圧力設定弁
２３電磁弁
２４レギュレータ
２５レギュレータを構成する容量制御弁
２６同第１ピストン
２７第２ピストン
２８第１圧力設定弁
２９コントローラ
３０温度センサ
３１異常検出部(異常検出手段)
３２第２圧力設定弁
３３電磁弁

Claims

冷却ファンの駆動源としてのファンモータと、このファンモータを駆動する可変容量型の油圧ポンプと、この油圧ポンプの容量を調整するレギュレータと、このレギュレータを作動させるための圧力を設定する圧力設定弁と、コントローラとを備え、このコントローラにより上記圧力設定弁の設定圧力を制御し、この設定圧力に基づく上記レギュレータの作動により上記油圧ポンプの容量を調整して上記ファンモータの回転数を制御する冷却ファンの制御装置において、上記圧力設定弁として、上記コントローラからの指令電流に基づいて設定圧力が変化する電磁比例式の第１圧力設定弁と、上記ファンモータの回転数が最大値と最小値の中間である中間回転数となる圧力を上記レギュレータに加える第２圧力設定弁とを設け、上記コントローラから上記第１圧力設定弁への指令電流が停止する異常発生時にのみ、上記第２圧力設定弁を上記レギュレータに接続するように構成したことを特徴とする冷却ファンの制御装置。
請求項１記載の冷却ファンの制御装置において、レギュレータによりポンプの容量を調整してポンプ圧力を制御し、異常発生時に第２圧力設定弁の設定圧力に基づいて、ポンプ圧力を、ファン回転数が中間回転数となる値に制御するように構成したことを特徴とする冷却ファンの制御装置。
請求項１記載の冷却ファンの制御装置において、レギュレータによりポンプの容量を調整してポンプ吐出流量を制御し、異常発生時に第２圧力設定弁の設定圧力に基づいて、ポンプ吐出流量を、ファン回転数が中間回転数となる値に制御するように構成したことを特徴とする冷却ファンの制御装置。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の冷却ファンの制御装置において、第２圧力設定弁とレギュレータとの間に電磁弁を接続し、異常発生時のみこの電磁弁を作動させて第２圧力設定弁をレギュレータに接続するように構成したことを特徴とする冷却ファンの制御装置。
請求項４記載の冷却ファンの制御装置において、異常発生を検出する異常検出手段を設け、この異常検出手段によって異常発生が検出されたときにコントローラからの信号によって電磁弁を作動させるように構成したことを特徴とする請求項４記載の冷却ファンの制御装置。