JP3883155B2

JP3883155B2 - ファン油圧駆動装置

Info

Publication number: JP3883155B2
Application number: JP01813499A
Authority: JP
Inventors: 井隆治石
Original assignee: UD Trucks Corp
Current assignee: UD Trucks Corp
Priority date: 1999-01-27
Filing date: 1999-01-27
Publication date: 2007-02-21
Anticipated expiration: 2019-01-27
Also published as: JP2000213350A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラジエータ冷却用ファンを油圧モータで駆動し、該油圧モータをエンジンで駆動される油圧ポンプによって供給される圧油で駆動し、油圧モータからオイルタンクへ戻る油圧回路にオイルクーラ及びオイルフィルタを介装したファン油圧駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
その様なファン油圧駆動装置の従来技術としては、例えば特願平９−１６７１５号において開示されており、その様な従来技術における油圧モータを用いたラジエータ冷却用ファン油圧駆動装置の構成が図１０に示されている。
【０００３】
図示しないラジエータを冷却するファンＦは、プランジャモータで構成される油圧モータ１で駆動されており、その油圧モータ１には、エンジンＥで駆動されるギヤポンプ２ａと、リリーフバルブ２ｂ、２ｃを含むリリーフ回路２ｍとで構成される油圧ポンプ２から油圧回路Ｌ１によって圧油が供給されて駆動されている。
【０００４】
そして、油圧モータ１からオイルタンク８への戻り回路Ｌ２には、オイルクーラ１９及びオイルフィルタ７が介装されており、そのオイルクーラ１９には、所定圧以上の高圧がかかるのを防止するためにショートバルブ１６が介装されたバイパスが設けられ、さらに、オイルフィルタ７には流過抵抗が過大時にショートカットするためのバイパスバルブ７ｂが内蔵されている。
【０００５】
また、前記油圧ポンプ２のリリーフ回路２ｍから分岐し、油温が所定値以上で開弁する油温サーモ弁１４を介装してオイルタンク８に戻る回路Ｌ４、及びこの回路Ｌ４に並列に冷却水温が所定値以上で開弁する水温サーモ弁１５を介装しオイルタンク８に戻る回路Ｌ３が設けられている。
【０００６】
したがって、このような構成によれば、低温始動時等で油温が低く油の粘度が高い場合には、油温サーモ弁１４が開弁してポンプ２の吐出側からオイルタンク８へ回路Ｌ４によって油流をリリーフして装置を保護し、かつ過大な駆動動力となるのが防止されている。また、冷却水温度が低い場合には、水温サーモ弁１５により、回路Ｌ３によって油流をタンク８に戻し、ファンＦの回転を低回転として暖機の促進が図られ、かつ駆動動力の低減によって経済性の向上が図られている。
【０００７】
また、前記油圧モータ１は油圧回路Ｌ１、Ｌ２とカウンタバランス弁３を介して接続されており、供給油が急激にカットされた場合に、ファンの慣性でモータ１が回転してポンプ作用をし、モータ入口側に負圧が発生してキャビテーション等の不具合が起こることが防止されている。
【０００８】
すなわち、カウンタバランス弁３には、油圧モータ１の下流にモータ前の油圧で作動する切換弁３ａが設けられ、モータ下流からチェックバルブ３ｂを、また切換弁３ａの下流からチェックバルブ３ｃをそれぞれ介してモータ前に戻る回路が設けられている。そして、通常の運転時には回路Ｌ１の油圧によって切換弁３ａは図示の右方に移動してモータ下流は回路Ｌ２に連通し、モータ入口側が負圧となった場合には出口側から入口側にチェックバルブ３ｂを介して油が供給される。回路Ｌ１側の油圧が下がって切換弁３ａが左方にある場合には、これが絞りとなって、チェックバルブ３ｂを介してモータ上流に油が供給される。
【０００９】
しかしながら、かかる従来のファン油圧駆動装置においては、回路Ｌ２の油圧が高くなるので、オイルクーラ１９にはショートバルブ１６を設ける等により、また、油圧ポンプ２の吐出側には油温で制御されるリリーフ回路Ｌ４を設ける等によって耐圧性のために複雑な構成となっている。そして、水温サーモ弁１５は、一般にワックスペレットエレメントが使われて水温に対する流量制御が行われているが、その特性上から図６に鎖線Ｂで示されているように、所定温度（この例では９０度Ｃ）以下の低温においてはファンＦは低速回転で運転されており、所定温度を越すとファンＦは高速運転に変わるよう設定されている。これは、経済性の点から低温時にファンＦは回転を停止するのが好ましく、また、温度が上がってファンＦのＯＮ時には、騒音等の点から急激な回転上昇が行われないのが好ましい。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述したような従来技術に鑑みて提案されたものであり、構造が簡単で軽量であり、寒冷季においても冷却効率と耐久性に優れた油圧駆動冷却ファン装置を提供する事を目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、被冷却体冷却用ファン（Ｆ）を油圧モータ（１）で駆動し、該油圧モータ（１）をエンジンで駆動される油圧ポンプ（２）によって供給される圧油で駆動し、前記油圧モータ（１）からオイルタンク（８）へ戻る油圧回路（Ｌ２）にオイルクーラ（９）及びオイルフィルタ（７）を介装し、前記油圧ポンプ（２）の吐出側から分岐し冷却水温で作動する水温サーモ弁（５）を介装してオイルタンク（８）へ戻る回路（Ｌ３）を設け、該水温サーモ弁（５）によってファン（Ｆ）の回転を制御しているファン油圧駆動装置において、前記水温サーモ弁（５）はその弁体（５２）が複数種類のワックス（６４ａ、６４ｂ）を封入してそのワックスの体積膨張で作動するワックスペレットエレメント（６）とばね（５４）とによって付勢されており、所定温度以下では前記ファン（Ｆ）の回転を停止し、所定温度以上では冷却水温度に応じたサーモ弁（５）の開度として、その冷却水温度に対するファン回転数が、冷却水温度変化に対する回転数変化の小さい特性から、冷却水温度変化に対する回転数変化の大きい特性へ、複数段階で変化する特性を有している。
【００１４】
なお、油圧モータからオイルタンクへ戻る油圧回路に介装するオイルクーラは、耐圧性に優れた方式のものを用いるのが好ましい。
【００１５】
したがって、上記の構成によれば、油圧ポンプの吐出側から分岐した回路に介装された水温サーモ弁が、冷却水温を検出してその開口面積を変化させ、所定温度以下では開口面積を大きくして油圧ポンプの吐出油量をオイルタンクに戻し、油圧モータへの流量をカットしてファンの回転を停止させ、所定温度以上では開口面積を狭めてタンクへの戻り油量を減じ、油圧モータへの流量を増してファンを所定回転数で回転させ、暖機性能及び経済性の向上が図られる。
【００１６】
そして、複数種類のワックスを封入してそのワックスの体積膨脹で作動するワックスペレットエレメントによってその水温サーモ弁を作動させることで、弁の開口面積の作動範囲を広げ、かつ立上がりが急激では無く折れ線状にすることができるので、低温時にファン停止が可能になり、かつファン回転時には騒音あるいは衝撃を生ずることがない。
【００１８】
そして、前記油圧ポンプの吐出側から分岐し冷却水温で作動する水温サーモ弁を介装してオイルタンクに戻る回路を設け、該水温サーモ弁には複数種類のワックスを封入してそのワックスの体積膨脹で作動するワックスペレットエレメントを設けて、冷却水温が所定温度以下では前記ファンを停止し、所定温度以上では冷却水温に応じて所定回転数で回転するように構成している。
【００１９】
上記構成によれば、油圧モータの出入口に負圧、例えばエンジンが停止しモータへの油供給が止まってもモータはファンの慣性で回り続けるのでポンプの作用をして負圧を発生するような場合、カウンタバランス弁の下流側からチェックバルブを介して負圧側に油が供給され、キャビテーション発生のような不具合が防止される。そして、カウンタバランス弁はモータの上下流方向に対して対称に構成されており、ファンの正逆両方向の回転に対して効果を奏する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、前記図１０で説明した従来のファン油圧駆動装置と同じ構成部品には同じ符号を付し、重複した説明は省略する。
【００２１】
図１には、本発明の油圧モータ１によるラジエータ冷却用ファン油圧駆動装置の構成が示されている。エンジンＥで駆動される油圧ポンプ２のリリーフ回路２ｍから、水温サーモ弁５が介装されている回路Ｌ３が分岐しており、該回路Ｌ３はオイルタンク８に戻されている。そして、油圧モータ１からオイルタンク８へ戻る回路Ｌ２に介装されたオイルクーラ９には、耐圧性の優れたものが用いられており、前記従来技術で説明したショートバルブ１６、及び油温サーモ弁１４を介装した回路Ｌ４は組み込まれていない。なお、図中に符号Ｃで示しているのは通路中に設けられた絞りである。
【００２２】
回路Ｌ３に設けられた水温サーモ弁５は、図２に示すように筒状のサーモ弁本体５１の一端に入口５ａが形成され、その他端には冷却水温を検知するワックスペレットエレメント６（詳細は後記する）が螺着され、また側面には出口５ｂが設けられている。そして本体５１内の入口５ａの内側には弁体５２がばね５４で付勢されて設けられており、そのばね５４の他端には前記ワックスペレットエレメント６のピストン先端がスプリングシート５３を介して当接されている。
【００２３】
図３に示すように、ワックスペレットエレメント６には、金属製カップ６１内にゴム製のスリーブ６３に包まれたピストン６２が設けられており、スリーブ６３とカップ６１との間には、２種類のワックス６４ａ、６４ｂが封入されている。エレメント６は冷却水中に挿設され、冷却水温が上昇するとワックス６４ａ、６４ｂの体積膨脹によってスリーブ６３内のピストン６２が押し出されるが、２種類のワックス６４ａ、６４ｂはその膨脹特性によって選択されており、図４に実線Ａで示すように水温ｔ１からリフトしてｔ２で折れ線状になって、ｔ３でフルリフトになるようになっている。なお、図４は横軸に冷却水温、縦軸に弁リフト（ピストン６２のストローク）が採られ、鎖線Ｂにより、従来のエレメントの特性が比較して示されている。
【００２４】
換言すれば、図４は冷却水温と前記回転数との特性を示しており、図示の実施形態によれば、所定温度ｔ１以上においては、冷却水温がｔ１−ｔ２の領域では冷却水温変化に対する回転数変化が小さいように設定された特性を有しており、冷却水温がｔ２−ｔ３の領域では冷却水温変化に対する回転数変化が大きいように設定された特性を有しており、冷却水温−前記回転数特性は複数段階にて変化する。
【００２５】
図４では冷却水温−前記回転数特性は２段階で変化しているが、より多数の段階で変化させる事も可能である。勿論、いきなりフルリフトに変化させたり、１段階で変化させる事も可能である。
【００２６】
したがって、このワックスペレットエレメント６の特性によって水温サーモ弁５の作動は、図５に実線Ａで示すような冷却水温（横軸）に対する開口面積（縦軸）の関係となっている。（鎖線Ｂは従来品の特性を示す。）
次に、図８を参照して本発明の作用について説明する。
冷却水はエンジン内を循環して温度が上昇する（８１）。冷却水内に挿設されたワックスペレットエレメント６は冷却水温度を検出し（８２）、図４に示した特性でピストン６２がリフトする。すなわち、水温ｔ１まではリフトせず、ｔ１〜ｔ３の水温では折れ線状に、ｔ３以上ではフルリフトとなる。このエレメント６の作動により、水温サーモ弁５は図５に示すように水温ｔ１以下では全開（８３）、ｔ１〜ｔ３間では水温上昇に伴って折れ線状に開口面積を減じ（８６）、ｔ３以上では全閉（８９）となる。この水温サーモ弁５の作動に伴って油圧ポンプ２からのリリーフ油量が減じ、回路Ｌ１を通って油圧モータへ供給される油量が増加し、ファンＦは水温ｔ１以下の停止（８５）から回転が上昇し（８８）、ｔ３以上ではフル回転になる（９１）。そして、このファンＦの回転による風量でラヂエータ内の冷却水が冷却され（９２）、再びエンジンに戻って行く。
【００２７】
以上説明した作用により、冷却水温（横軸）とファン回転数（縦軸）との関係は、図６に実線Ａで示すようになる。すなわち、水温ｔ１（７６．５度Ｃ）まではファンＦは回転せず、ｔ１（７６．５度Ｃ）からｔ２（９０度Ｃ）まで徐々に増速し、ｔ３（９５度Ｃ）以上ではフル回転になる。なお、図中に鎖線Ｂで従来技術による特性が比較して示されている。
【００２８】
また、エンジン回転数（横軸）とファン回転数（縦軸）との関係は図７に示すようになる。すなわち、エンジンの低負荷では、水温はｔ１以下で直線Ｌで示すようにファンＦは回転しない。そして、水温がｔ３以上の高負荷では直線Ｈで示すようにファンＦが回転する。この間の負荷においては、水温によって、ＬとＨとの間でファンＦが回転し、例えば水温９０度で経済運転をすれば、直線Ｍで示すようにファンＦは回転する。
【００２９】
図９に上記実施形態とはカウンタバランス弁の構成が異なる別の実施形態が示されている。
図において、油圧モータ１はカウンタバランス弁３Ａを介して油圧回路Ｌ１、Ｌ２に連通されている。そのカウンタバランス弁３Ａは、その下流の回路Ｌ２から分岐した回路Ｌ５から油圧モータ１の上流及び下流にそれぞれるチェックバルブ３３、３４を介して連通され、そのチェックバルブ３３、３４と並列に切換弁３１、３２がそれぞれ設けられて構成されている。
【００３０】
この様な構成によれば、エンジンＥが停止して油圧モータ１への油供給が止まり、ファンＦが慣性で回転して油圧モータ１がポンプ作用をして入口側に負圧を生じた場合、下流側の回路Ｌ５からチェックバルブ３３を介して油が上流側に供給されるので、キャビテーション等の不具合は防止される。そして、カウンタバランス弁３Ａは、モータ１の上下流に対して対称に構成されているので、ファンＦの正逆両方向の回転に対して効果を奏し、しかも構造が簡単に構成することができる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成され、いかに示す効果を奏する。
（１）所定温度以下ではファン回転を停止し、かつ所定温度以上のファン回転ＯＮ時には緩やかに回転が立ち上がるので、経済性及び暖機性能が向上すると共に、ファンＯＮ時の騒音・衝撃が緩和される。
（２）油温を検出して作動する油温サーモ弁及びその回路、あるいはオイルクーラの（バイパス）ショートバルブの廃止をすることが可能である。
（３）カウンタバランス弁の性能が向上し、かつ従来品より小形・簡素化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す全体構成図。
【図２】本発明に使用する水温サーモ弁の一実施形態を示す断面図。
【図３】図２の水温サーモ弁に使用するワックスペレットエレメントの一実施形態を示す断面図。
【図４】本発明と従来のワックスペレットエレメントの弁リフト特性を示す図。
【図５】本発明と従来の水温サーモ弁の開口面積を示す図。
【図６】冷却水温とファン回転数との関係を示す図。
【図７】エンジン回転数とファン回転数との関係を示す図。
【図８】作用を説明する流れ図。
【図９】本発明の別の実施形態を示す全体構成図。
【図１０】従来のファン油圧駆動装置を示す全体構成図。
【符号の説明】
１・・・油圧モータ
２・・・油圧ポンプ
２ａ、２ｂ・・・リリーフバルブ
２ｍ・・・リリーフ回路
３、３Ａ・・・カウンタバランス弁
３ａ、３１、３２・・・切換弁
３ｂ、３ｃ、３３、３４・・・チェックバルブ
５、１５・・・水温サーモ弁
６・・・ワックスペレットエレメント
６２・・・ピストン
６４ａ、６４ｂ・・・ワックス
７・・・オイルフィルタ
８・・・オイルタンク
９、１９・・・オイルクーラ
Ｅ・・・エンジン
Ｆ・・・ファン

Claims

被冷却体冷却用ファン（Ｆ）を油圧モータ（１）で駆動し、該油圧モータ（１）をエンジンで駆動される油圧ポンプ（２）によって供給される圧油で駆動し、前記油圧モータ（１）からオイルタンク（８）へ戻る油圧回路（Ｌ２）にオイルクーラ（９）及びオイルフィルタ（７）を介装し、前記油圧ポンプ（２）の吐出側から分岐し冷却水温で作動する水温サーモ弁（５）を介装してオイルタンク（８）へ戻る回路（Ｌ３）を設け、該水温サーモ弁（５）によってファン（Ｆ）の回転を制御しているファン油圧駆動装置において、前記水温サーモ弁（５）はその弁体（５２）が複数種類のワックス（６４ａ、６４ｂ）を封入してそのワックスの体積膨張で作動するワックスペレットエレメント（６）とばね（５４）とによって付勢されており、所定温度以下では前記ファン（Ｆ）の回転を停止し、所定温度以上では冷却水温度に応じたサーモ弁（５）の開度として、その冷却水温度に対するファン回転数が、冷却水温度変化に対する回転数変化の小さい特性から、冷却水温度変化に対する回転数変化の大きい特性へ、複数段階で変化する特性を有していることを特徴とするファン油圧駆動装置。