KR101778642B1

KR101778642B1 - 작업 기계

Info

Publication number: KR101778642B1
Application number: KR1020127032961A
Authority: KR
Inventors: 고지 효도; 가즈오 쵸난; 데츠지 다나카
Original assignee: 가부시키가이샤 케이씨엠
Priority date: 2010-06-18
Filing date: 2011-06-09
Publication date: 2017-09-14
Also published as: KR20130120376A; EP2584164A4; CN102947570A; EP2584164B1; EP2584164A1; US9322603B2; CN102947570B; JP2012002161A; JP5518589B2; US20130092366A1; WO2011158733A1

Abstract

본 발명에 의한 작업 기계는, 엔진과, 엔진의 냉각수를 냉각하기 위한 라디에이터와, 냉각수를 라디에이터로 통수하는 경로 상에서, 냉각수의 온도에 따라 경로를 전폐로부터 전개의 사이에서 개폐하는 서모스탯과, 라디에이터에 외기를 송풍하는 팬 장치와, 엔진의 출력의 고저를 전환하는 출력 전환 스위치와, 냉각수의 온도에 따라 팬 장치의 회전 속도를 설정하는 회전 속도 설정부와, 회전 속도 설정부에서 설정된 회전 속도가 되도록 팬 장치의 회전 속도를 조절하는 회전 속도 조절부를 구비하고, 회전 속도 설정부는, 서모스탯이 전폐로부터 전개되는 냉각수의 온도 범위 내에서, 엔진의 출력이 낮아지도록 출력 전환 스위치가 전환되어 있는 경우에는, 엔진의 출력이 높아지도록 출력 전환 스위치가 전환되어 있는 경우에 비해 팬 장치의 회전 속도가 낮아지도록 설정한다.

Description

작업 기계{WORK MACHINE}

본 발명은, 엔진의 출력의 고저를 전환할 수 있는 작업 기계에 관한 것이다.

작업 기계의 엔진의 냉각수를 냉각하기 위하여, 작업 기계에는 라디에이터와, 라디에이터에 송풍하는 냉각팬이 설치되어 있다. 그리고, 이 냉각팬에는, 엔진으로부터 독립하여 구동되는 유압 모터 등에 의해 구동되는 것이 있다. 이러한 유압 구동의 냉각팬에서는, 엔진의 냉각수의 온도나 엔진 회전 속도에 따라 냉각팬의 회전 속도를 변경함으로써, 효율적으로 냉각을 행할 수 있는 것이 알려져 있다(특허문헌 1 참조).

일본 특허공개 제2001-182535호 공보

그러나, 상기 서술한 특허문헌에 기재된 유압 구동의 냉각팬에서는, 단지 엔진의 냉각수의 온도나 엔진 회전 속도에 따라 냉각팬의 회전 속도를 변경할 뿐으로, 엔진 출력과의 관계에서는, 특히 냉각팬의 회전 속도의 제어를 행하고 있지 않았다.

본 발명의 제1 양태에 의하면, 작업 기계는, 엔진과, 엔진의 냉각수를 냉각하기 위한 라디에이터와, 냉각수를 라디에이터로 통수(通水)하는 경로 상에서, 냉각수의 온도에 따라 경로를 전폐(全閉)로부터 전개(全開)의 사이에서 개폐하는 서모스탯과, 라디에이터에 외기를 송풍하는 팬 장치와, 엔진의 출력의 고저를 전환하는 출력 전환 스위치와, 냉각수의 온도에 따라 팬 장치의 회전 속도를 설정하는 회전 속도 설정부와, 회전 속도 설정부에서 설정된 회전 속도가 되도록 팬 장치의 회전 속도를 조절하는 회전 속도 조절부를 구비하고, 회전 속도 설정부는, 서모스탯이 전폐로부터 전개되는 냉각수의 온도 범위 내에서, 엔진의 출력이 낮아지도록 출력 전환 스위치가 전환되어 있는 경우에는, 엔진의 출력이 높아지도록 출력 전환 스위치가 전환되어 있는 경우에 비해 팬 장치의 회전 속도가 낮아지도록 설정한다. 본 발명의 제2 양태에 의하면, 제1 양태의 작업 기계에 있어서, 회전 속도 설정부는, 서모스탯이 밸브 개방을 개시하는 온도보다 낮은 소정의 온도와, 서모스탯이 전개되는 온도보다 높은 소정의 온도 사이의 온도에 있어서도, 엔진의 출력이 낮아지도록 출력 전환 스위치가 전환되어 있는 경우에는, 엔진의 출력이 높아지도록 출력 전환 스위치가 전환되어 있는 경우에 비해 팬 장치의 회전 속도가 낮아지도록 설정한다.

본 발명의 제3 양태에 의하면, 제1 또는 제2 양태의 작업 기계에 있어서, 유압 펌프로 공급되는 작동유를 냉각하기 위한 작동유 쿨러와, 작동유의 온도에 따라 팬 장치의 회전 속도를 설정하는 작동유온 의존 회전 속도 설정부를 더 구비하고, 팬 장치는, 라디에이터 및 작동유 쿨러에 외기를 송풍하고, 회전 속도 조절부는, 회전 속도 설정부에서 설정된 회전 속도, 및, 작동유온 의존 회전 속도 설정부에서 설정된 회전 속도 중, 높은 쪽의 회전 속도가 되도록 팬 장치의 회전 속도를 조절하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제4 양태에 의하면, 제1 또는 제2 양태의 작업 기계에 있어서, 주행 구동력을 전달하는 토크 컨버터의 작동 유체를 냉각하기 위한 작동 유체 쿨러와, 작동 유체의 온도에 따라 팬 장치의 회전 속도를 설정하는 작동 유체 온도 의존 회전 속도 설정부를 더 구비하고, 팬 장치는, 라디에이터 및 작동 유체 쿨러에 외기를 송풍하고, 회전 속도 조절부는, 회전 속도 설정부에서 설정된 회전 속도, 및, 작동 유체 온도 의존 회전 속도 설정부에서 설정된 회전 속도 중, 높은 쪽의 회전 속도가 되도록 팬 장치의 회전 속도를 조절하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제5 양태에 의하면, 제1 또는 제2 양태의 작업 기계에 있어서, 유압 펌프로 공급되는 작동유를 냉각하기 위한 작동유 쿨러와, 작동유의 온도에 따라 팬 장치의 회전 속도를 설정하는 작동유온 의존 회전 속도 설정부와, 주행 구동력을 전달하는 토크 컨버터의 작동 유체를 냉각하기 위한 작동 유체 쿨러와, 작동 유체의 온도에 따라 팬 장치의 회전 속도를 설정하는 작동 유체 온도 의존 회전 속도 설정부를 더 구비하고, 팬 장치는, 라디에이터, 작동유 쿨러, 및 작동 유체 쿨러에 외기를 송풍하고, 회전 속도 조절부는, 회전 속도 설정부에서 설정된 회전 속도, 작동유온 의존 회전 속도 설정부에서 설정된 회전 속도, 및, 작동 유체 온도 의존 회전 속도 설정부에서 설정된 회전 속도 중, 가장 높은 회전 속도가 되도록 팬 장치의 회전 속도를 조절하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제6 양태에 의하면, 제1 내지 제5 중 어느 하나의 양태의 작업 기계에 있어서, 회전 속도 설정부는, 냉각수의 온도가, 서모스탯이 전개되는 온도보다 높은 소정의 온도 이상인 경우에는, 엔진의 출력이 낮아지도록 출력 전환 스위치가 전환되어 있는 경우이어도, 엔진의 출력이 높아지도록 출력 전환 스위치가 전환되어 있는 경우와 동일한 회전 속도로 설정하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 연료 소비량의 저감 및 팬 소음의 저감을 도모할 수 있다.

도 1은 제1 실시 형태의 휠 로더(100)의 측면도이다.
도 2는 휠 로더(100)의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 엔진(1)의 토크의 곡선과 토크 컨버터(2)로의 입력 토크의 곡선을 나타내는 도면이다.
도 4는 엔진(1)의 토크의 곡선과 토크 컨버터(2)로의 입력 토크의 곡선을 나타내는 도면이다.
도 5는 액셀러레이터 페달의 밟음량에 대한 목표 엔진 회전 속도와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 6은 액셀러레이터 페달의 밟음량에 대한 목표 엔진 회전 속도와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 7은 냉각수의 온도와 팬 모터(11)의 목표 회전 속도의 관계를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 제2 실시 형태의 휠 로더(100)의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 10은 작동유온과 팬 모터(11)의 목표 회전 속도의 관계를 나타내는 도면이다.
도 11은 작동 유체 온도와 팬 모터(11)의 목표 회전 속도의 관계를 나타내는 도면이다.
도 12는 변형예를 나타내는 도면이다.
도 13은 변형예를 나타내는 도면이다.

--- 제1 실시 형태---

도 1∼8을 참조하여, 본 발명에 의한 작업 기계의 제1 실시 형태를 설명한다. 도 1은, 본 실시 형태와 관련되는 작업 기계의 일례인 휠 로더의 측면도이다. 휠 로더(100)는, 아암(111), 버킷(112), 타이어(113) 등을 가지는 전부(前部) 차체(110)와, 운전실(121), 엔진실(122), 타이어(123) 등을 가지는 후부(後部) 차체(120)로 구성된다. 엔진실(122)은, 구조물 커버(131)로 덮여 있다. 후부 차체(120)의 후방에는 카운터 웨이트(124)가 장착되어 있다.

아암(111)은 도시 생략한 아암 실린더의 구동에 의해 상하 방향으로 회전운동[부앙동(俯仰動)]하고, 버킷(112)은 버킷 실린더(115)의 구동에 의해 상하 방향으로 회전운동(덤프 또는 클라우드)한다. 전부 차체(110)와 후부 차체(120)는 센터 핀(101)에 의해 서로 자유롭게 회전운동할 수 있도록 연결되고, 스티어링 실린더(116)의 신축에 의해 후부 차체(120)에 대하여 전부 차체(110)가 좌우로 굴절된다.

구조물 커버(131)의 후방에는, 라디에이터 프레임(135)과, 공랭팬 유닛(150)이 배치되어 설치되어 있다. 라디에이터 프레임(135)에는, 후술하는 도 2에 나타낸, 엔진(1)의 냉각수를 냉각하는 라디에이터(14)나, 작동유의 냉각용 오일 쿨러(16), 토크 컨버터(2)의 작동 유체 냉각용의 작동 유체 쿨러(15)가 장착되어 있다. 라디에이터 프레임(135)은, 후부 차체(120)에 고정되어 있다. 공랭팬 유닛(150)은, 후술하는 도 2에 나타낸, 팬 모터(11)로 구동되는 공랭팬(13)과, 팬 슈라우드(151)를 구비하고 있고, 라디에이터 프레임(135)의 후방에 배치하여 설치되어 있다.

라디에이터 프레임(135) 및 공랭팬 유닛(150)은, 그 측면 및 상면이 냉각기용 구조물 커버(132)로 덮여 있다(도 1). 냉각기용 구조물 커버(132)는 후방에서 개구되어 있고, 개폐 가능하게 장착된 그릴(140)에 의해 덮여 있다. 그릴(140)은, 공랭팬(13)에 의한 흡기 또는 배기가 외부와 유통하도록 복수의 개구가 형성된 덮개이다.

도 2는, 휠 로더(100)의 개략 구성을 나타내는 도면이다. 엔진(1)의 출력축에는 토크 컨버터(2)(이하, 토크 컨버터라고 부른다)의 도시 생략한 입력축이 연결되고, 토크 컨버터(2)의 도시 생략한 출력축은 트랜스미션(3)에 연결되어 있다. 토크 컨버터(2)는 주지의 임펠러, 터빈, 스테이터로 이루어지는 유체 클러치이며, 엔진(1)의 회전은 토크 컨버터(2)를 통하여 트랜스미션(3)에 전달된다. 트랜스미션(3)은, 그 속도단을 1속∼4속으로 변속하는 액압 클러치를 가지고, 토크 컨버터(2)의 출력축의 회전은 트랜스미션(3)으로 변속된다. 변속 후의 회전은, 프로펠러 샤프트(4), 액슬(5)을 통해 타이어(6)에 전달되어, 휠 로더가 주행한다.

휠 로더(100)는, 엔진(1)으로 구동되는 작업용 유압 펌프(7)와, 작업용 유압 펌프(7)로부터 토출되는 압유를 제어하는 컨트롤 밸브(17)와, 작업용 유압 실린더(18)[예를 들면 버킷 실린더(115)나 아암 실린더]를 구비하고 있다. 휠 로더(100)는, 팬 모터(11) 구동용의 유압 펌프(8)와, 팬 모터(11)의 회전 속도를 제어하기 위한 가변 릴리프 밸브(9)와, 상기 서술한 팬 모터(11) 및 공랭팬(13)과, 엔진(1)의 회전 속도 변화에 의해, 팬 모터(11)를 구동하는 유압 회로(12a)가 부압이 된 경우의 캐비테이션을 방지하기 위한 체크 밸브(10)를 구비하고 있다.

엔진(1)의 냉각수는, 서모스탯(22)을 경유하여 라디에이터(14)로 흘러들어가고, 라디에이터(14)에서 냉각된 후, 다시 엔진(1)으로 되돌아간다. 서모스탯(22)은, 엔진(1)으로부터 라디에이터(14)에 이르는 냉각수 배관의 도중에 설치되고, 전폐로부터 전개의 사이에서 냉각수의 온도에 따라 개도(開度)가 조절된다. 본 실시 형태의 서모스탯(22)에서는, 밸브 개방 개시 온도가 85도이며, 전개 온도가 95도인 것으로 한다. 즉, 서모스탯(22)에 접촉하고 있는 냉각수 온도가 85도까지는 서모스탯(22)이 전폐되어 있고, 85도를 넘으면 서모스탯(22)이 점차 열리기 시작하여 개구 면적이 증가하고, 95도에 도달하면 서모스탯(22)이 전개된다.

작동유는, 작동유 탱크(31)로부터 작업용 유압 펌프(7)로 빨아올려져 토출되고, 컨트롤 밸브(17)을 경유하여 오일 쿨러(16)로 흘러들어가며, 오일 쿨러(16)에서 냉각된 후, 다시 작동유 탱크(31)로 되돌아간다. 토크 컨버터(2)의 작동 유체는, 토크 컨버터(2)로부터 작동 유체 쿨러(15)로 흘러들어가고, 작동 유체 쿨러(15)에서 냉각된 후, 다시 토크 컨버터(2)로 되돌아간다.

또, 휠 로더(100)는, 후술하는 바와 같이 팬 모터(11)의 회전을 제어하기 위하여, 컨트롤러(19)와, 엔진 출력 모드 전환 스위치(20)와, 액셀러레이터 페달 조작량 검출 센서(21)와, 냉각수온 센서(23)를 구비하고 있다. 컨트롤러(19)는, 휠 로더(100)의 각 부를 제어하는 제어 장치이다. 엔진 출력 모드 전환 스위치(20)는, 엔진(1)의 출력을 제한하지 않는 P 모드와, 경부하 시에 엔진(1)의 출력을 제한하여 연료 소비량의 삭감을 도모하는 E 모드를, 오퍼레이터가 선택하기 위한 전환 스위치이다. 즉, 엔진 출력 모드 전환 스위치(20)가 P 모드로 전환되면, 컨트롤러(19)는, 엔진(1)의 출력을 특별히 제한하지 않지만, 엔진 출력 모드 전환 스위치(20)가 E 모드로 전환되면, 컨트롤러(19)는, 엔진(1)의 출력을 후술하는 바와 같이 제한한다.

액셀러레이터 페달 조작량 검출 센서(21)는, 도시 생략한 액셀러레이터 페달의 조작량을 검출하는 센서이다. 냉각수온 센서(23)는, 냉각수의 온도의 냉각 전의 온도를 검출하는 센서이며, 라디에이터(14)의 상류 측의 관로 등에 설치되어 있다.

이와 같이 구성되는 휠 로더(100)에서, 엔진(1)의 출력을 제한하기 위해서는, 예를 들면, 도 3에 나타내는 바와 같이, 엔진(1)의 최고 회전 속도를 제한하는 방법과, 도 4에 나타내는 바와 같이, 엔진 출력 토크를 제한하는 방법이 있다. 도 3, 4는, 엔진(1)의 토크의 곡선과, 토크 컨버터(2)로의 입력 토크의 곡선을 나타내는 도면이다.

도 3, 4에 있어서, e는, 토크 컨버터(2)의 입력축의 회전수 Ni와 출력축의 회전수 Nt의 비인 토크 컨버터 속도비 e(=Nt/Ni)이다. 엔진(1)의 토크 곡선과 토크 컨버터(2)의 입력 토크 곡선의 교점이, 휠 로더(100)의 주행을 위해 토크 컨버터(2)로 실제로 입력되는 입력 토크가 된다. 토크 컨버터(2)로의 입력 토크는, 토크 컨버터(2)의 입력축(21)의 회전수 Ni[즉 엔진(1)의 회전 속도]의 2제곱에 비례하여 증가한다. 따라서, 엔진 최고 회전 제한 속도나 출력 토크를 제한한 경우(E 모드 설정 시)에는, 제한하지 않은 경우(P 모드 설정 시)에 비해 토크 컨버터(2)로의 입력 토크가 감소한다. 즉, 도 3, 4에 있어서, 엔진(1)의 토크 곡선과 토크 컨버터(2)의 입력 토크 곡선의 교점이, 좌측 하방으로 이동한다.

토크 컨버터(2)로의 입력 동력[즉 엔진(1)의 출력]은, 토크 컨버터(2)로의 입력 토크와 입력축의 회전수 Ni[즉 엔진(1)의 회전 속도]의 곱으로 나타내진다. 토크 컨버터(2)에 있어서의 동력 손실은, 다음의 (1)식으로 나타내진다.

(동력 손실)=[토크 컨버터(2)로의 입력 동력]×(1-η) (1)

η은, 토크 컨버터(2)에 있어서의 동력의 전달 효율이다.

따라서, 엔진 최고 회전 제한 속도나 출력 토크를 제한한 경우에는, 제한하지 않은 경우에 비해 토크 컨버터(2)로의 입력 동력이 감소하고, 토크 컨버터(2)에 있어서의 동력 손실이 감소한다. 이와 같이, E 모드로 설정한 경우에는, P 모드로 설정한 경우에 비해 엔진의 출력이 작아진다.

도 5, 6은, 액셀러레이터 페달의 밟음량에 대한 목표 엔진 회전 속도와의 관계를 나타내는 도면이다. P 모드 설정 시에는 엔진 최고 회전 제한 속도가 제한되지 않고, 액셀러레이터 페달의 밟음량에 따라, 목표 엔진 회전 속도가 최저 회전수인 로우 아이들[Lo(min)]로부터 최고 회전수인 하이 아이들[Hi(max)]까지 변화된다(도 5). E 모드 설정 시에 엔진 최고 회전 제한 속도를 제한하도록 제어되는 경우에는, 액셀러레이터 페달의 밟음량이 증가함에 따라, 목표 엔진 회전 속도가 Lo(min)로부터 증가하지만, 그 상한값은 Hi(max)의 예를 들면 85% 정도가 된다. 또한, E 모드 설정 시에 엔진 출력 토크를 제한하도록 제어되는 경우에는, P 모드 설정 시와 마찬가지로, 액셀러레이터 페달의 밟음량에 따라, 목표 엔진 회전 속도가 최저 회전수인 Lo(min)로부터 최고 회전수인 Hi(max)까지 변화된다(도 6).

이와 같이, E 모드로 설정되어 있는 경우, P 모드로 설정되어 있는 경우에 비해 엔진(1)의 출력이 작기 때문에, 엔진(1)으로부터의 발열량이 작다. 따라서, E 모드로 설정되어 있는 경우, P 모드로 설정되어 있는 경우에 비해 라디에이터(14)로부터의 방열량도 적어도 된다. 즉, 동일한 냉각수온이면, 공랭팬(13)의 회전 속도를 낮출 수 있다. 본 실시 형태에서는, 이하와 같이 하여, E 모드로 설정되어 있는 경우에는 P 모드로 설정되어 있는 경우에 비해 공랭팬(13)의 회전 속도를 낮추도록, 냉각수온에 대한 공랭팬(13)[즉 팬 모터(11)]의 목표 회전 속도를 설정하고 있다. 그리고, 컨트롤러(19)는, 가변 릴리프 밸브(9)의 릴리프압을 제어함으로써, 냉각수온에 의거하여 설정되는 팬 모터(11)의 목표 회전 속도가 되도록, 팬 모터(11)의 회전 속도를 조절한다.

도 7은, 냉각수의 온도와 팬 모터(11)의 목표 회전 속도의 관계를 나타내는 도면이다. P 모드로 설정되어 있는 경우, 팬 모터(11)의 목표 회전 속도는, 냉각수온에 따라 다음과 같이 설정된다. 또한, P 모드 설정 시의 냉각수의 온도와 팬 모터(11)의 목표 회전 속도의 관계는, 엔진(1)의 출력 모드에 따라 팬 모터(11)의 목표 회전 속도를 변경하지 않는 경우, 즉, 종래 기술에 있어서의 냉각수의 온도와 팬 모터(11)의 목표 회전 속도의 관계와 동일하다.

(a1) 냉각수온이 80도에 도달할 때까지는, 팬 모터(11)의 목표 회전 속도는, 최저 회전 속도 Nmin으로 설정된다. Nmin은, 예를 들면, 500rpm이 된다.

(b1) 냉각수온이 80도에서 90도까지는, 냉각수온이 상승함에 따라, 팬 모터(11)의 목표 회전 속도는, 최저 회전 속도 Nmin으로부터 점차 증가하여 최고 회전 속도 Nmax(1)이 되도록 설정된다. Nmax(1)은, 예를 들면, 1600rpm이 된다.

(c1) 냉각수온이 90도를 넘으면, 팬 모터(11)의 목표 회전 속도는, 최고 회전 속도 Nmax(1)로 설정된다.

또, E 모드로 설정되어 있는 경우, 팬 모터(11)의 목표 회전 속도는, 냉각수온에 따라 다음과 같이 설정된다.

(a2) 냉각수온이 80도에 도달할 때까지는, 팬 모터(11)의 목표 회전 속도는, 최저 회전 속도 Nmin으로 설정된다.

(b2) 냉각수온이 80도에서 90도까지는, 냉각수온이 상승함에 따라, 팬 모터(11)의 목표 회전 속도는, 최저 회전 속도 Nmin으로부터 점차 증가하여 최고 회전 속도 Nmax(3)이 되도록 설정된다. Nmax(3)은, 예를 들면, 1400rpm이 된다.

(c2) 냉각수온이 90도에서 95도까지는, 냉각수온이 상승함에 따라, 팬 모터(11)의 목표 회전 속도는, 최고 회전 속도 Nmax(3)으로부터 점차 증가하여 최고 회전 속도 Nmax(2)가 되도록 설정된다. Nmax(2)는, 예를 들면, 1500rpm이 된다.

(d2) 냉각수온이 95도에서 100도까지는, 냉각수온이 상승함에 따라, 팬 모터(11)의 목표 회전 속도는, 최고 회전 속도 Nmax(2)로부터 점차 증가하여 최고 회전 속도 Nmax(1)이 되도록 설정된다.

(e2) 냉각수온이 100도를 넘으면, 팬 모터(11)의 목표 회전 속도는, 최고 회전 속도 Nmax(1)로 설정된다.

또한, 상기 a(2)에서의 냉각수온 80도는, 서모스탯의 밸브 개방 개시 온도보다 낮은 온도로서, 최저 회전 속도 Nmin에서의 구조물 커버(132) 내에 수납되는 부품의 온도가 문제가 되지 않도록 적절히 결정되기 때문에, 80도는 단순한 예시이다. 또 상기 (e2)에서의 냉각수온 100도는, 서모스탯의 전개 온도보다 높은 온도로서, 냉각수의 비등점 미만이며, 또한 최고 회전 속도 Nmax(1)에서 차체로서의 오버 히트를 허용할 수 있는 상한 온도 이하로 적절히 결정되기 때문에, 100도는 단순한 예시이다.

따라서, E 모드로 설정되면, 냉각수온이 80도에서 100도의 범위 내에서, P 모드로 설정되어 있는 경우(즉 종래 기술에 있어서의 공랭팬의 제어)에 비해 팬 모터(11)의 목표 회전 속도가 저하된다. 이것에 의해, 다음과 같은 이점이 생긴다. 예를 들면, 종래 기술과 같이, 엔진(1)의 출력 모드에 따라 팬 모터(11)의 목표 회전 속도를 변경하지 않는 경우에, 도 8에 나타내는 A점에서 엔진(1)으로부터의 발열량 Qe와 라디에이터(14)에서의 방열량 Qr이 평형 상태가 되어 있었던 것으로 한다. 이 경우, 냉각수온이 93도가 된 것으로 한다. 팬 모터(11)의 목표 회전 속도는 Nmax(1)로 설정된다. 또, 냉각수온(93도)이 서모스탯(22)의 전개 온도(95도)보다 낮기 때문에, 서모스탯(22)이 전개가 되지 않고, 서모스탯(22)에 의해 유로가 좁혀진다.

여기서, 본 실시 형태에서는, 앞의 엔진(1)으로부터의 발열량과 동일한 발열량 Qe이어도, E 모드로 설정되어 있는 경우에는, 도 8에 나타내는 B점에서 엔진(1)으로부터의 발열량 Qe와 라디에이터(14)에서의 방열량 Qr이 평형 상태가 된다. 이 이유는, 팬 모터(11)의 목표 회전 속도가 종래의 경우에 비해 내려가기 때문에, 냉각수온이 종래의 경우(A점)에 비해 약간 상승하여, 예를 들면, 95도(B점)가 되고, 이 온도 상승(93도→95도)에 의해 라디에이터(14)에서의 방열 특성이 개선되며, 이것에 의해 95도에서 엔진(1)으로부터의 발열량 Qe와 라디에이터(14)에서의 방열량 Qr이 평형 상태가 되기 때문이다. 팬 모터(11)의 목표 회전 속도는 Nmax(2)로 설정된다.

즉, 냉각 풍량이 감소함으로써, 냉각수온이 상승하지만, 서모스탯(22)의 개구 면적이 증가하여 라디에이터(14)로 유입되는 냉각수 유량이 증가하기 때문에, 라디에이터(14)에 있어서의 방열 성능이 향상되어, 적은 풍량에서도 방열하는 열량이 증가한다. 팬 모터(11)의 목표 회전 속도가 종래의 경우에 비해 낮아지기 때문에, 즉 가변 릴리프 밸브(9)의 릴리프압[유압 펌프(8)의 부하압]을 낮게 하게 되어, 유압 펌프(8)의 소비 동력이 저감되고, 연료 소비량이 저감된다. 또한, 공랭팬(13)의 소음도 저감된다. 또한, E 모드 설정 시이어도, 냉각수온이 서모스탯(22)이 전개가 되는 온도로서 미리 정해진 온도(본 실시 형태에서는 100도)를 넘으면, 팬 모터(11)의 목표 회전 속도를, P 모드 설정 시의 최고 회전 속도 Nmax(1)과 동일한 회전 속도로 설정되도록 구성하였기 때문에, 오버 히트를 방지할 수 있다.

---제2 실시 형태---

도 9∼11을 참조하여, 본 발명에 의한 작업 기계의 제2 실시 형태를 설명한다. 이하의 설명에서는, 제1 실시 형태와 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙이고 상이점을 주로 설명한다. 특히 설명하지 않는 점에 대해서는, 제1 실시 형태와 동일하다. 본 실시 형태에서는, 주로, 냉각수온에 의거하여 설정되는 팬 모터(11)의 목표 회전 속도, 작동유온에 의거하여 설정되는 팬 모터(11)의 목표 회전 속도, 및 작동 유체 온도에 의거하여 설정되는 팬 모터(11)의 목표 회전 속도 중, 가장 높은 목표 회전 속도가 되도록 팬 모터(11)의 회전 속도가 조절되는 점에서, 제1 실시 형태와 다르다.

도 9는, 제2 실시 형태의 휠 로더(100)의 개략 구성을 나타내는 도면이다. 제2 실시 형태의 휠 로더(100)는, 팬 모터(11)의 회전을 제어하기 위하여, 작동유온 센서(24)와, 작동 유체 온도 센서(25)를 더 구비하고 있다. 작동유온 센서(24), 및 작동 유체 온도 센서(25)는, 각각 작동유, 및 작동 유체의 온도의 냉각 전의 온도를 검출하는 센서이며, 각각, 오일 쿨러(16), 및 작동 유체 쿨러(15)의 상류 측의 관로 등에 설치되어 있다.

도 10은, 작동유온과 팬 모터(11)의 목표 회전 속도의 관계를 나타내는 도면이다. 팬 모터(11)의 목표 회전 속도는, 작동유온에 따라 다음과 같이 설정된다.

(a3) 작동유온이 70도에 도달할 때까지는, 팬 모터(11)의 목표 회전 속도는, 최저 회전 속도 Nmin으로 설정된다.

(b3) 작동유온이 70도에서 90도까지는, 작동유온이 상승함에 따라, 팬 모터(11)의 목표 회전 속도는, 최저 회전 속도 Nmin으로부터 점차 증가하여 최고 회전 속도 Nmax(1)이 되도록 설정된다.

(c3) 작동유온이 90도를 넘으면, 팬 모터(11)의 목표 회전 속도는, 최고 회전 속도 Nmax(1)로 설정된다.

도 11은, 작동 유체 온도와 팬 모터(11)의 목표 회전 속도의 관계를 나타내는 도면이다. 팬 모터(11)의 목표 회전 속도는, 작동 유체 온도에 따라 다음과 같이 설정된다.

(a4) 작동 유체 온도가 80도에 도달할 때까지는, 팬 모터(11)의 목표 회전 속도는, 최저 회전 속도 Nmin으로 설정된다.

(b4) 작동 유체 온도가 80도에서 100도까지는, 작동 유체 온도가 상승함에 따라, 팬 모터(11)의 목표 회전 속도는, 최저 회전 속도 Nmin으로부터 점차 증가하여 최고 회전 속도 Nmax(1)이 되도록 설정된다.

(c4) 작동 유체 온도가 100도를 넘으면, 팬 모터(11)의 목표 회전 속도는, 최고 회전 속도 Nmax(1)로 설정된다.

컨트롤러(19)는, 가변 릴리프 밸브(9)의 릴리프압을 제어함으로써, 냉각수온에 의거하여 설정되는 팬 모터(11)의 목표 회전 속도, 작동유온에 의거하여 설정되는 팬 모터(11)의 목표 회전 속도, 및 작동 유체 온도에 의거하여 설정되는 팬 모터(11)의 목표 회전 속도 중, 가장 높은 목표 회전 속도가 되도록 팬 모터(11)의 회전 속도를 조절한다.

이와 같이 구성함으로써, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 연료 소비량의 저감 및 팬 소음의 저감을 도모할 수 있는 것 외에, 냉각수온, 작동유온, 및 작동 유체 온도에 따라 적절하게 냉각수, 작동유, 및 작동 유체를 냉각할 수 있다.

---변형예---

(1) 상기 서술한 설명에서 든 수치는 예시이며, 본 발명은 상기 서술한 수치에 한정되는 것은 아니다.

(2) 상기 서술한 설명에서는, 공랭팬(13)이 유압 구동의 팬 모터(11)로 구동 되도록 구성되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 공랭팬(13)을 전동 모터로 구동하도록 구성해도 된다.

(3) 상기 서술한 설명에서는, 작동유온과 팬 모터(11)의 목표 회전 속도의 관계, 및, 작동 유체 온도와 팬 모터(11)의 목표 회전 속도의 관계가, 엔진(1)의 출력 모드와 관계없이 정해져 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 냉각수의 온도와 팬 모터(11)의 목표 회전 속도의 관계와 마찬가지로, 도 12, 13의 파선으로 나타내는 바와 같이, E 모드로 설정되어 있는 경우에는 P 모드로 설정되어 있는 경우에 비해 공랭팬(13)의 회전 속도를 낮추도록 구성해도 된다.

(4) 상기 서술한 설명에서는, 이른바 토크 컨버터 구동 형식의 휠 로더(100)에 본 발명을 적용한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 본 발명을 이른바 HST 구동 형식의 휠 로더에 적용해도 된다.

(5) 상기 서술한 설명에서는, 본 발명을 휠 로더에 적용하는 예를 설명하였으나, 휠 셔블이나 포크리프트 등, 다른 산업 차량에도 본 발명을 동일하게 적용할 수 있다.

(6) 상기 서술한 각 실시 형태 및 변형예는, 각각 조합해도 된다.

또한, 본 발명은, 상기 서술한 실시 형태의 것에 어떠한 한정이 되는 것은 아니고, 엔진과, 엔진의 냉각수를 냉각하기 위한 라디에이터와, 냉각수를 라디에이터로 통수하는 경로 상에서, 냉각수의 온도에 따라 경로를 전폐로부터 전개의 사이에서 개폐하는 서모스탯과, 라디에이터에 외기를 송풍하는 팬 장치와, 엔진의 출력의 고저를 전환하는 출력 전환 스위치와, 냉각수의 온도에 따라 팬 장치의 회전 속도를 설정하는 회전 속도 설정 수단과, 회전 속도 설정 수단으로 설정된 회전 속도가 되도록 팬 장치의 회전 속도를 조절하는 회전 속도 조절 수단을 구비하고, 회전 속도 설정 수단은, 서모스탯이 전폐로부터 전개되는 냉각수의 온도 범위 내에서, 엔진의 출력이 낮아지도록 출력 전환 스위치가 전환되어 있는 경우에는, 엔진의 출력이 높아지도록 출력 전환 스위치가 전환되어 있는 경우에 비해 팬 장치의 회전 속도가 낮아지도록 설정하는 것을 특징으로 하는 각종 구조의 작업 기계를 포함하는 것이다.

상기에서는, 다양한 실시 형태 및 변형예를 설명하였으나, 본 발명은 이들 내용에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 생각할 수 있는 그 밖의 양태도 본 발명의 범위 내에 포함된다.

다음의 우선권 기초 출원의 개시 내용은 인용문으로서 여기에 포함된다.

일본국 특허출원 2010년 제139087호(2010년 6월 18일 출원)

Claims

엔진과,
밟음량에 따라 상기 엔진의 회전수를 로우 아이들로부터 하이 아이들까지 변화시키는 액셀 페달과,
상기 엔진의 냉각수를 냉각하기 위한 라디에이터와,
상기 냉각수를 상기 라디에이터로 통수하는 경로 상에 설치되고, 상기 냉각수가 밸브 개방 개시 온도를 넘으면 전폐 상태로부터 점차 열리기 시작하여 전개 온도에 도달하면 전개하고, 상기 밸브 개방 개시 온도부터 상기 전개 온도의 냉각수 온도 범위 내에 있어서는, 상기 냉각수의 온도 상승에 따라 개구 면적이 증가함으로써 상기 라디에이터로 유입되는 냉각수 유량을 증가시키는 서모스탯과,
상기 라디에이터에 외기를 송풍하는 팬 장치와,
엔진의 회전수에 대한 엔진의 출력의 고저를 전환하는 출력 전환 스위치와,
상기 냉각수의 온도 상승에 따라 증가하도록 상기 팬 장치의 회전 속도를 설정하는 회전 속도 설정부와,
상기 회전 속도 설정부에서 설정된 회전 속도가 되도록 상기 팬 장치의 회전 속도를 조절하는 회전 속도 조절부를 구비하고,
상기 엔진의 출력은, 상기 출력 전환 스위치에 의해 전환된 상기 엔진의 출력의 고저와, 상기 액셀 페달의 밟음량에 의해 결정된 엔진 회전수에 따라 제어되고,
상기 회전 속도 설정부는, 상기 서모스탯의 개구 면적이 변화하여 상기 라디에이터로 유입되는 냉각수 유량이 변화하는 상기 냉각수 온도 범위 내에 있어서 상기 팬 장치의 회전 속도를 설정함에 있어서, 상기 엔진의 출력이 낮아지도록 상기 출력 전환 스위치가 전환되어 있는 경우는 상기 엔진의 출력이 높아지도록 전환되어 있는 경우에 비해, 상기 냉각수의 온도에 따라 설정되는 상기 팬 장치의 회전 속도를 낮게 설정하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
제1항에 있어서,
유압 펌프로 공급되는 작동유를 냉각하기 위한 작동유 쿨러와,
상기 작동유의 온도에 따라 상기 팬 장치의 회전 속도를 설정하는 작동유온 의존 회전 속도 설정부를 더 구비하고,
상기 팬 장치는, 상기 라디에이터 및 상기 작동유 쿨러에 외기를 송풍하고,
상기 회전 속도 조절부는, 상기 회전 속도 설정부에서 설정된 회전 속도, 및, 상기 작동유온 의존 회전 속도 설정부에서 설정된 회전 속도 중, 높은 쪽의 회전 속도가 되도록 상기 팬 장치의 회전 속도를 조절하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
제1항에 있어서,
주행 구동력을 전달하는 토크 컨버터의 작동 유체를 냉각하기 위한 작동 유체 쿨러와,
상기 작동 유체의 온도에 따라 상기 팬 장치의 회전 속도를 설정하는 작동 유체 온도 의존 회전 속도 설정부를 더 구비하고,
상기 팬 장치는, 상기 라디에이터 및 상기 작동 유체 쿨러에 외기를 송풍하고,
상기 회전 속도 조절부는, 상기 회전 속도 설정부에서 설정된 회전 속도, 및, 상기 작동 유체 온도 의존 회전 속도 설정부에서 설정된 회전 속도 중, 높은 쪽의 회전 속도가 되도록 상기 팬 장치의 회전 속도를 조절하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
제1항에 있어서,
유압 펌프로 공급되는 작동유를 냉각하기 위한 작동유 쿨러와,
상기 작동유의 온도에 따라 상기 팬 장치의 회전 속도를 설정하는 작동유온 의존 회전 속도 설정부와,
주행 구동력을 전달하는 토크 컨버터의 작동 유체를 냉각하기 위한 작동 유체 쿨러와,
상기 작동 유체의 온도에 따라 상기 팬 장치의 회전 속도를 설정하는 작동 유체 온도 의존 회전 속도 설정부를 더 구비하고,
상기 팬 장치는, 상기 라디에이터, 상기 작동유 쿨러, 및 상기 작동 유체 쿨러에 외기를 송풍하고,
상기 회전 속도 조절부는, 상기 회전 속도 설정부에서 설정된 회전 속도, 상기 작동유온 의존 회전 속도 설정부에서 설정된 회전 속도, 및, 상기 작동 유체 온도 의존 회전 속도 설정부에서 설정된 회전 속도 중, 가장 높은 회전 속도가 되도록 상기 팬 장치의 회전 속도를 조절하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 회전 속도 설정부는, 상기 냉각수의 온도가, 전폐에 있는 상기 서모스탯이 전개가 되는 온도 이상의 미리 정해진 온도를 넘으면, 상기 엔진의 출력이 낮아지도록 상기 출력 전환 스위치가 전환되어 있는 경우이어도, 상기 엔진의 출력이 높아지도록 상기 출력 전환 스위치가 전환되어 있는 경우와 동일한 회전 속도가 되도록 상기 팬 장치의 회전 속도를 설정하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
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