WO2013146392A1 - 作業機械 - Google Patents

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WO2013146392A1
WO2013146392A1 PCT/JP2013/057540 JP2013057540W WO2013146392A1 WO 2013146392 A1 WO2013146392 A1 WO 2013146392A1 JP 2013057540 W JP2013057540 W JP 2013057540W WO 2013146392 A1 WO2013146392 A1 WO 2013146392A1
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WO
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temperature
outside air
rotation speed
control characteristic
refrigerant
Prior art date
Application number
PCT/JP2013/057540
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English (en)
French (fr)
Inventor
幸次 兵藤
山下 将司
勇 青木
田中 哲二
和夫 長南
Original Assignee
日立建機株式会社
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Publication date
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20Drives; Control devices
    • E02F9/22Hydraulic or pneumatic drives
    • E02F9/226Safety arrangements, e.g. hydraulic driven fans, preventing cavitation, leakage, overheating
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20Drives; Control devices
    • E02F9/22Hydraulic or pneumatic drives
    • E02F9/2278Hydraulic circuits
    • E02F9/2292Systems with two or more pumps
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
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    • E02F9/2278Hydraulic circuits
    • E02F9/2296Systems with a variable displacement pump
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01PCOOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P7/00Controlling of coolant flow
    • F01P7/02Controlling of coolant flow the coolant being cooling-air
    • F01P7/04Controlling of coolant flow the coolant being cooling-air by varying pump speed, e.g. by changing pump-drive gear ratio
    • F01P7/044Controlling of coolant flow the coolant being cooling-air by varying pump speed, e.g. by changing pump-drive gear ratio using hydraulic drives
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01P7/16Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control
    • F01P7/167Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control by adjusting the pre-set temperature according to engine parameters, e.g. engine load, engine speed
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01P2025/00Measuring
    • F01P2025/08Temperature
    • F01P2025/13Ambient temperature
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01PCOOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P2025/00Measuring
    • F01P2025/08Temperature
    • F01P2025/30Engine incoming fluid temperature

Definitions

  • the present invention relates to a work machine that controls the rotation speed of a cooling fan.
  • the work machine In order to cool the cooling water (refrigerant) of the engine of a work machine such as a wheel loader, the work machine is equipped with a radiator and a cooling fan that blows cooling air (outside air) to the radiator.
  • the cooling fan is driven by a hydraulic motor or the like that is driven independently from the engine.
  • a cooling fan control device that changes the rotation speed of a cooling fan in accordance with the temperature of the refrigerant of the engine or the outside air temperature (see Patent Document 1).
  • the outside air temperature is detected, and the minimum rotation speed of the cooling fan is determined according to the outside air temperature.
  • the cooler In summer (when the outside air temperature is high), the cooler can be used quickly by making the minimum rotation speed of the fan relatively high.
  • the warm-up time In winter (when the outside air temperature is low), the warm-up time can be shortened and the heater can be used quickly by making the minimum rotation speed of the cooling fan relatively low.
  • the rotation speed is controlled according to a predetermined control characteristic that increases the rotation speed in accordance with the increase in the refrigerant temperature.
  • the path for supplying the refrigerant to the radiator is provided with a thermostat that opens and closes the path depending on the temperature of the refrigerant. Therefore, depending on the state of the thermostat, the rotation speed of the fan may not always be appropriate.
  • the work machine includes an engine, a radiator that cools the refrigerant of the engine, a refrigerant temperature detection unit that detects the temperature of the refrigerant, an outside air temperature detection unit that detects the temperature of the outside air, On the path for supplying the refrigerant to the radiator, a thermostat that opens and closes the path between fully closed and fully open according to the temperature of the refrigerant, a cooling fan that blows outside air to the radiator, a hydraulic pump driven by the engine, and hydraulic pressure A hydraulic motor driven by pressure oil discharged from the pump to rotate the cooling fan, a control characteristic in which the refrigerant temperature and the target rotation speed of the cooling fan are associated with each other, and the refrigerant temperature detected by the refrigerant temperature detector
  • the rotation speed setting unit that sets the target rotation speed based on the above and the actual rotation speed of the cooling fan so that the target rotation speed is set by the rotation speed setting unit
  • the rotation speed setting unit is set according to the temperature of the refrigerant when the thermostat is fully closed when the temperature of the outside air is equal to or higher than a predetermined value.
  • the target rotation speed is set higher than when the outside air temperature is less than a predetermined value.
  • the target rotation is set according to the refrigerant temperature when the thermostat is fully opened.
  • the speed is preferably set higher than when the temperature of the outside air is less than a predetermined value.
  • the rotation speed setting unit when the temperature of the outside air is within a predetermined range, responds to the temperature of the refrigerant when the thermostat is fully closed.
  • the target rotational speed set in accordance with the temperature of the refrigerant when the thermostat is fully opened is set so that the target rotational speed is set to the same value as when the outside air temperature is lower than the predetermined range. It is preferable to set the temperature to be the same as when the outside air temperature is higher than a predetermined range.
  • the work machine according to any one of the first to third aspects further includes an abnormality determination unit that determines that an abnormality is detected when the temperature of the outside air is not detected by the outside air temperature detection unit.
  • the rotation speed setting unit sets the target rotation speed of the cooling fan based on the control characteristics when the temperature of the outside air is equal to or higher than a predetermined value when the abnormality determination unit determines that there is an abnormality.
  • the work machine according to any one of the first to fourth aspects further includes a storage device storing a plurality of control characteristic data.
  • the control characteristic determining unit determines the control characteristic by selecting one control characteristic data from the plurality of control characteristic data according to the detected temperature of the outside air, and the rotation speed setting unit is selected A target rotational speed is set based on the control characteristic determined corresponding to one control characteristic data.
  • the storage device that stores the reference control characteristic data used when the temperature of the outside air is equal to or higher than a predetermined value is further provided. It is preferable to provide.
  • the control characteristic determination unit determines the control characteristic by shifting the reference control characteristic data to the high temperature side of the refrigerant temperature in accordance with the temperature decrease amount from the predetermined value of the outside air temperature.
  • the cooling fan can be driven at an appropriate rotation speed, and the fuel consumption and the noise of the cooling fan can be reduced.
  • FIG. 1 is a side view of a wheel loader that is an example of a work machine according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of the wheel loader.
  • FIG. 3 is a graph showing the valve opening characteristics of the thermostat.
  • FIG. 4A is a diagram showing the relationship between the target rotational speed of the cooling fan and the set pressure of the relief valve, and
  • FIG. 4B is the discharge pressure of the hydraulic pump for driving the fan and the actual rotational speed of the cooling fan. It is a figure which shows the relationship.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating control characteristics in which the cooling water temperature is associated with the target rotation speed of the cooling fan.
  • FIG. 6 is a flowchart showing the processing contents for the rotational speed control of the cooling fan.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining a method for determining control characteristics used in the work machine according to the second embodiment.
  • FIG. 8 is a flowchart showing the processing content of the rotational speed control of the cooling fan in the work machine according to the third embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a control characteristic in which the cooling water temperature and the target rotation speed of the cooling fan are associated with each other in one modification.
  • FIG. 1 is a side view of a wheel loader 100 that is an example of a work machine according to the first embodiment.
  • the wheel loader 100 includes a front vehicle body 110 and a rear vehicle body 120.
  • the front vehicle body 110 includes an arm 111, a bucket 112, a tire 113, and the like.
  • the rear vehicle body 120 includes a cab 121, an engine compartment 122, tires 123, and the like.
  • the engine room 122 is mounted with the engine 1 (see FIG. 2), and the engine room 122 is covered with a building cover 131.
  • a counterweight 124 is attached to the rear of the rear vehicle body 120.
  • the arm 111 is rotated up and down (up and down) by driving the arm cylinder 117.
  • the bucket 112 is rotated (cloud or dumped) in the vertical direction by driving the bucket cylinder 115.
  • the front vehicle body 110 and the rear vehicle body 120 are pivotally connected to each other by a center pin 101, and the front vehicle body 110 is refracted to the left and right with respect to the rear vehicle body 120 by expansion and contraction of the steering cylinder 116.
  • a radiator frame 135 and a cooling fan unit 150 are disposed behind the building cover 131.
  • the radiator frame 135 includes a radiator 14 that cools cooling water (refrigerant) of the engine 1, an oil cooler 16 that cools working oil, and a working fluid cooler that cools the working fluid of the torque converter 2, as shown in FIG. 15 is attached.
  • the radiator frame 135 is fixed to the rear vehicle body 120.
  • the cooling fan unit 150 includes a cooling fan 13 driven by the fan motor 11 and a fan shroud 151 shown in FIG. 2 to be described later, and is disposed behind the radiator frame 135.
  • the side and top surfaces of the radiator frame 135 and the cooling fan unit 150 are covered with a cooler building cover 132.
  • the cooler building cover 132 has an opening at the rear, and the opening is covered with a grill 140 attached to be openable and closable.
  • the grill 140 is a cover provided with a plurality of openings so that intake air or exhaust air from the cooling fan 13 is circulated to the outside.
  • FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of the wheel loader 100.
  • An output shaft (not shown) of the torque converter 2 is connected to the output shaft of the engine 1, and an output shaft (not shown) of the torque converter 2 is connected to the transmission 3.
  • the torque converter 2 is a fluid clutch including a known impeller, turbine, and stator.
  • the rotation of the engine 1 is transmitted to the transmission 3 via the torque converter 2.
  • the transmission 3 has a hydraulic clutch that changes the speed stage from 1st to 4th.
  • the rotation of the output shaft of the torque converter 2 is changed by the transmission 3.
  • the rotation after the shift is transmitted to the tire 6 through the propeller shaft 4 and the axle 5, and the wheel loader travels.
  • the controller 19 is a control device that controls each part of the wheel loader 100.
  • the controller 19 includes an arithmetic processing device.
  • the arithmetic processing unit includes a CPU, a storage device such as a ROM and a RAM, and other peripheral circuits.
  • Accelerator pedal 21 is disposed in cab 121 of wheel loader 100.
  • the number of revolutions of the engine 1 increases as the operation amount (depression amount) of the accelerator pedal 21 increases.
  • the rotational speeds of hydraulic pumps 7 and 8 described later increase, and the pump discharge amount increases.
  • the wheel loader 100 includes a working hydraulic pump 7 driven by the engine 1, a control valve 17 that controls pressure oil discharged from the hydraulic pump 7, and a working hydraulic cylinder 18 (for example, a bucket cylinder 115 or an arm cylinder 117). ).
  • the control valve 17 is driven by operating an operation lever (not shown), and drives the working hydraulic cylinder 18. That is, the working hydraulic cylinder 18 is driven according to the operation amount of the operation lever.
  • the wheel loader 100 includes a fan-driven hydraulic pump 8, a fan motor 11, a cooling fan 13, a variable relief valve 9, and a check valve 10.
  • the hydraulic pump 8 is driven by the engine 1.
  • the fan motor 11 is driven by pressure oil discharged from the hydraulic pump 8.
  • the cooling fan 13 is rotated by the fan motor 11.
  • the rotational speed of the fan motor 11 is adjusted by controlling the variable relief valve 9. Cavitation when the hydraulic circuit 12 that drives the fan motor 11 becomes negative pressure due to a change in the rotational speed of the engine 1 is prevented by control of the check valve 10.
  • the fan motor 11 rotates a cooling fan 13 that blows outside air (cooling air) to the radiator 14, the oil cooler 16, and the working fluid cooler 15.
  • the cooling water of the engine 1 flows into the radiator 14 via the thermostat 22, is cooled by the radiator 14, and then returns to the engine 1 again.
  • the thermostat 22 is provided in the middle of the cooling water piping from the engine 1 to the radiator 14. The thermostat 22 opens and closes the path between the fully closed state and the fully opened state in accordance with the temperature of the cooling water on the path for supplying the cooling water to the radiator 14.
  • FIG. 3 is a diagram showing the valve opening characteristics of the thermostat.
  • the fully closed temperature T1 at which the opening degree is 0% is 85 ° C.
  • the fully open temperature T2 at which the opening degree is 100% is 95 ° C. That is, the thermostat 22 is fully closed until the cooling water temperature TW touching the thermostat 22 is 85 ° C., and when the cooling water temperature TW exceeds 85 ° C., the thermostat 22 starts to gradually open and the opening area increases, When the water temperature TW reaches 95 ° C., the thermostat 22 is fully opened.
  • the cooling water circulation path is provided with a bypass path for bypassing the cooling water so that the cooling water is not supplied to the radiator 14 when the cooling water temperature TW is low and the thermostat 22 is fully closed.
  • the hydraulic oil is sucked up and discharged from the hydraulic oil tank 31 by the working hydraulic pump 7, flows into the oil cooler 16 through the control valve 17, is cooled by the oil cooler 16, and then returns to the hydraulic oil tank 31 again.
  • the working fluid of the torque converter 2 flows from the torque converter 2 to the working fluid cooler 15, is cooled by the working fluid cooler 15, and then returns to the torque converter 2 again.
  • the discharge pressure of the hydraulic pump 8 that is the inlet side pressure (motor drive pressure) of the fan motor 11, that is, the set pressure variable relief valve 9 that restricts the pump discharge pressure Pp is connected to the discharge side pipe and the tank of the hydraulic pump 8. It is interposed between the return side pipe line to 31.
  • the relief valve 9 is an electromagnetic variable relief valve.
  • the pump discharge pressure Pp is controlled by defining the maximum pressure of the pressure oil supplied from the hydraulic pump 8 to the fan motor 11 according to the output current value (instruction value) from the controller 19.
  • the controller 19 regulates the relief pressure Ps that is the set pressure of the relief valve 9, thereby defining the maximum pressure of the pressure oil supplied from the hydraulic pump 8 to the fan motor 11.
  • the controller 19 changes the relief pressure Ps of the relief valve 9 to control the pump discharge pressure Pp, so that the actual rotational speed Nfa of the cooling fan 13 is equal to a target rotational speed Nft set according to control characteristics described later. Thus, the actual rotational speed Nfa of the cooling fan 13 is adjusted.
  • FIG. 4A is a diagram showing the relationship between the target rotational speed Nft of the cooling fan 13 and the relief pressure Ps that is the set pressure of the relief valve 9.
  • FIG. 4B is a diagram showing the relationship between the discharge pressure Pp of the fan-driven hydraulic pump 8 and the actual rotational speed Nfa of the cooling fan 13.
  • a table corresponding to the relationship shown in FIG. 4A is stored in order to control the relief pressure Ps.
  • the table is determined such that the relief pressure Ps increases linearly from the minimum value Pmin to the maximum value Pmax in accordance with the increase in the target rotational speed Nft of the cooling fan 13. Yes.
  • the minimum value Pmin of the relief pressure Ps is about 5 MPa.
  • the maximum value Pmax of the relief pressure Ps is about 19 MPa.
  • the controller 19 determines the relief pressure Ps by referring to the table corresponding to the relationship of FIG. 4A using the target rotational speed Nft as an argument.
  • the relief pressure Ps of the relief valve 9 is set, the discharge pressure Pp of the hydraulic pump 8 becomes equal to the relief pressure Ps, and the actual rotational speed Nfa of the cooling fan 13 is controlled to the target rotational speed Nft.
  • the pump input power Li [kW] of the hydraulic pump 8 is obtained by the following equation (1) based on the rotational speed Np [rpm] of the fan-driven hydraulic pump 8 and the pump driving torque T [N ⁇ m]. It is done.
  • the pump driving torque T [N ⁇ m] is determined by the discharge pressure Pp [MPa] of the hydraulic pump 8 for driving the fan and the displacement volume q [cm 3 / rev. ] And the mechanical efficiency ⁇ m of the hydraulic pump 8 is obtained by the following equation (2).
  • T [N ⁇ m] Pp ⁇ q / (2 ⁇ ⁇ ⁇ m) (2)
  • the pump input power Li is proportional to the pump discharge pressure Pp and the rotational speed Np of the hydraulic pump 8. That is, the pump input power Li is proportional to the actual rotational speed Nfa of the cooling fan 13. Therefore, when the actual rotational speed Nfa of the cooling fan 13 is low, the pump input power Li (engine output) is low and the fuel consumption is small. On the other hand, when the actual rotational speed Nfa of the cooling fan 13 is high, the pump input power Li (engine output) is high and the fuel consumption is large.
  • the wheel loader 100 includes a controller 19, an outside air temperature sensor 20, and a cooling water temperature sensor 23. Information on the coolant temperature from the coolant temperature sensor 23 and information on the outside air temperature from the outside temperature sensor 20 are input to the controller 19.
  • the cooling water temperature sensor 23 is a sensor that detects the temperature of the cooling water, and is provided in a pipe line or the like on the upstream side of the radiator 14.
  • the outside air temperature sensor 20 is a sensor that detects the temperature of outside air, and is provided, for example, at a predetermined position on the outer surface of the vehicle body that the outside air touches.
  • FIG. 5 is a diagram showing control characteristics in which the cooling water temperature TW and the target rotational speed Nft of the cooling fan 13 are associated with each other.
  • the storage device of the controller 19 stores a control characteristic table for controlling the target rotational speed Nft of the cooling fan 13 based on the cooling water temperature TW. As shown in FIG. 5, in this embodiment, three types of control characteristic tables are stored in the storage device. As will be described later, the controller 19 refers to the control characteristic table and sets the target rotational speed Nft of the cooling fan 13 based on the temperature of the cooling water detected by the cooling water temperature sensor 23. The actual rotational speed Nfa of the cooling fan 13 is adjusted following the target rotational speed Nft set according to the coolant temperature TW.
  • the controller 19 selects any one of the first to third control characteristics C1 to C3 according to the outside air temperature TO detected by the outside air temperature sensor 20. That is, the control characteristic depending on the cooling water temperature TW changes according to the outside air temperature.
  • the controller 19 refers to the selected control characteristic table, and sets the target rotational speed Nft of the cooling fan 13 using the cooling water temperature TW detected by the cooling water temperature sensor 23 as an argument.
  • the first control characteristic C1 is selected when the outside air temperature TO is equal to or higher than a predetermined value TOH (for example, 30 ° C.) (TOH ⁇ TO).
  • the second control characteristic C2 is selected when the outside air temperature TO is higher than a predetermined value TOL (for example, 10 ° C.) and lower than a predetermined value TOH (TOL ⁇ TO ⁇ TOH).
  • the third control characteristic C3 is selected when the outside air temperature is equal to or lower than a predetermined value TOL (TO ⁇ TOL).
  • the first control characteristic C1 is that the target rotational speed Nft is set to the minimum rotational speed Nmin when the cooling water temperature TW is equal to or lower than a predetermined value TL1 (TW ⁇ TL1), and the target rotational speed is equal to or higher than the predetermined value TH1 (TH1 ⁇ TW).
  • the speed Nft is determined to be the maximum rotation speed Nmax.
  • the first control characteristic C1 is that the target rotation speed Nft is reduced to the minimum rotation as the cooling water temperature TW increases in a range where the cooling water temperature TW is higher than the predetermined value TL1 and lower than the predetermined value TH1 (TL1 ⁇ TW ⁇ TH1). It is determined to increase linearly from a speed Nmin (for example, 500 rpm) to a maximum rotation speed Nmax (for example, 1600 rpm).
  • the second control characteristic C2 is that the target rotational speed Nft is set to the minimum rotational speed Nmin when the cooling water temperature TW is equal to or lower than the predetermined value TL2 (TW ⁇ TL2), and the target rotational speed when the cooling water temperature TW is equal to or higher than the predetermined value TH2 (TH2 ⁇ TW).
  • the speed Nft is determined to be the maximum rotation speed Nmax.
  • the second control characteristic C2 is that the target rotational speed Nft is rotated at the minimum speed as the cooling water temperature TW increases in a range where the cooling water temperature TW is higher than the predetermined value TL2 and lower than the predetermined value TH2 (TL2 ⁇ TW ⁇ TH2). It is determined to increase linearly from the speed Nmin to the maximum rotation speed Nmax.
  • the third control characteristic C3 is that the target rotation speed Nft is set to the minimum rotation speed Nmin when the cooling water temperature TW is equal to or lower than the predetermined value TL3 (TW ⁇ TL3), and the target rotation is performed when the cooling water temperature TW is equal to or higher than the predetermined value TH3 (TH3 ⁇ TW).
  • the speed Nft is determined to be the maximum rotation speed Nmax.
  • the target rotation speed Nft is rotated to the minimum as the coolant temperature TW increases. It is determined to increase linearly from the speed Nmin to the maximum rotation speed Nmax.
  • the relationship between the predetermined values TH1, TH2, and TH3, which are the cooling water temperatures TW that limit the target rotational speed Nft of the cooling fan 13 to the maximum rotational speed Nmax is TH1 ⁇ It is represented by TH2 ⁇ TH3.
  • the rate of change of the target rotation speed Nft that is increased from the minimum rotation speed Nmin to the maximum rotation speed Nmax according to the coolant temperature TW is the same.
  • Each control characteristic is such that the fully closed temperature T1 shown in FIG. 3 is in a range higher than the predetermined value TL1 and lower than the predetermined value TL2 (TL1 ⁇ T1 ⁇ TL2), and the fully open temperature T2 is equal to the predetermined value TH2. It is determined to be within a range higher than the predetermined value TH3 (TH2 ⁇ T2 ⁇ TH3). That is, the target rotational speed Nft of the cooling fan 13 is three different types of control that is determined in accordance with the outside air temperature TO within the temperature range of the cooling water from the fully closed to fully opened thermostat 22 (T1 ⁇ TW ⁇ T2). Set based on any of the characteristics.
  • the controller 19 changes the relief pressure Ps based on the target rotation speed Nft, decreases or increases the pump discharge pressure Pp, and the actual rotation speed of the cooling fan 13. Nfa is controlled to the target rotational speed Nft.
  • FIG. 6 is a flowchart showing the processing contents regarding the rotational speed control of the cooling fan 13.
  • step S101 the controller 19 acquires the information on the outside air temperature TO from the outside air temperature sensor 20 and the information on the cooling water temperature TW from the cooling water temperature sensor 23, and advances the process to step S111.
  • step S111 the controller 19 determines whether or not the outside air temperature TO detected by the outside air temperature sensor 20 is equal to or higher than a predetermined value TOH. If an affirmative determination is made in step S111, the process proceeds to step S141. If a negative determination is made in step S111, the process proceeds to step S121.
  • step S121 the controller 19 determines whether or not the outside air temperature TO detected by the outside air temperature sensor 20 is equal to or less than a predetermined value TOL. If a negative determination is made in step S121, the process proceeds to step S151. If a positive determination is made in step S121, the process proceeds to step S161.
  • step S141 the controller 19 selects the first control characteristic C1, and refers to the table of the first control characteristic C1 to determine the coolant temperature TW. Is used as an argument to determine the target rotational speed Nft, and the process proceeds to step S171.
  • step S151 the controller 19 selects the second control characteristic C2, and the second control characteristic C2
  • the target rotational speed Nft is determined using the cooling water temperature TW as an argument with reference to the table, and the process proceeds to step S171.
  • step S161 When the outside air temperature TO is equal to or lower than the predetermined value TOL (TO ⁇ TOL), in step S161, the controller 19 selects the third control characteristic C3, refers to the table of the third control characteristic C3, and the coolant temperature TW. Is used as an argument to determine the target rotational speed Nft, and the process proceeds to step S171.
  • step S171 the controller 19 refers to the table corresponding to FIG. 4A and determines the relief pressure Ps using the target rotational speed Nft as an argument.
  • the controller 19 outputs a control signal to the relief valve 9 based on the determined relief pressure Ps.
  • the pump discharge pressure Pp is controlled to be equal to the relief pressure Ps, and the actual rotational speed Nfa of the cooling fan 13 is adjusted to be the target rotational speed Nft.
  • the operation of the present embodiment is summarized as follows when the outside air temperature TO is a low temperature, a medium temperature, and a high temperature.
  • the coolant temperature TW of the engine 1 rises to the fully closed temperature T1 of the thermostat 22. .
  • the thermostat 22 opens when the cooling water temperature TW becomes equal to or higher than the fully closed temperature T1, and opens fully when the cooling water temperature TW reaches the fully open temperature T2.
  • the cooling water is supplied to the radiator 14 by opening the thermostat 22.
  • the cooling water temperature TW settles to a constant temperature when the heat generation amount Qe of the engine 1 and the heat dissipation amount Qr of the radiator 14 are in a thermal equilibrium state.
  • the heat generation amount Qe of the engine 1 increases as the load on the engine 1 increases.
  • the heat dissipation amount Qr of the radiator 14 increases as the outside air temperature TO decreases, increases as the actual rotational speed Nfa of the cooling fan 13 increases, and increases as the amount of cooling water supplied to the radiator 14 increases.
  • the cooling water temperature TW is higher than the predetermined value TL1 and lower than the predetermined value TH1, and the cooling fan 13 It is assumed that the actual rotational speed Nfa is higher than the minimum rotational speed Nmin and is lower than the maximum rotational speed Nmax, and is in a thermal equilibrium state.
  • the controller 19 selects the third control characteristic C3.
  • the third control characteristic C3 when the coolant temperature TW is equal to or lower than the predetermined value TL3, the target rotation speed Nft becomes the minimum rotation speed Nmin.
  • the actual rotational speed Nfa of the cooling fan 13 does not increase even when the cooling water temperature TW exceeds the fully closed temperature T1. For this reason, the cooling water temperature TW rises after exceeding the temperature value Ta described above.
  • the opening A of the thermostat 22 becomes larger than the opening value A1 described above, and the amount of cooling water supplied to the radiator 14 in the present embodiment increases compared to the first comparative example. .
  • the cooling water temperature TW is a predetermined value TL3 higher than the above-described temperature value Ta
  • the actual rotational speed Nfa of the cooling fan 13 is the minimum rotational speed Nmin slower than the above-described rotational speed value Na
  • a thermal equilibrium state is obtained.
  • the amount of cooling water increases as the cooling water temperature TW increases, so that the heat dissipation amount Qr is set to the first comparative example without increasing the actual rotational speed Nfa of the cooling fan 13 from the minimum rotational speed Nmin. Can be the same.
  • the controller 19 sets the relief pressure Ps to a pressure value Pa higher than the minimum value Pmin in order to set the actual rotation speed Nfa of the cooling fan 13 to a rotation speed value Na higher than the minimum rotation speed Nmin. (See FIG. 4 (a)).
  • the discharge pressure Pp of the hydraulic pump 8 is controlled to a pressure value Pa higher than the minimum value Pmin.
  • the discharge pressure Pp of the hydraulic pump 8 is controlled to the minimum value Pmin.
  • the actual rotational speed Nfa of the cooling fan 13 does not increase from the minimum rotational speed Nmin.
  • the relief pressure Ps is set to the minimum value Pmin (see FIG. 4A), and the discharge pressure Pp of the hydraulic pump 8 is controlled to the minimum value Pmin. Therefore, in the first embodiment, when the outside air temperature TO is a low temperature (for example, 0 ° C.), the fuel consumption can be suppressed as compared with the first comparative example. Furthermore, according to the first embodiment, noise associated with the rotation of the cooling fan 13 can also be reduced as compared with the first comparative example.
  • the outside air temperature TO is an intermediate temperature (for example, 20 ° C.)
  • the first embodiment will be described in comparison with the first comparative example described above.
  • the cooling water temperature TW is the predetermined value TH1
  • the actual rotational speed Nfa of the cooling fan 13 is the maximum rotational speed Nmax. It is assumed that the thermal equilibrium state is reached.
  • the controller 19 selects the second control characteristic C2.
  • the second control characteristic C2 in a range where the cooling water temperature TW is higher than the predetermined value TL2 and lower than the predetermined value TH2, the target is linearly reached from the minimum rotation speed Nmin to the maximum rotation speed Nmax as the cooling water temperature TW rises.
  • the rotational speed Nft increases.
  • the target rotational speed Nft of the cooling fan 13 does not increase even when the cooling water temperature TW exceeds the fully closed temperature T1, and when the cooling water temperature TW exceeds the predetermined value TL2, the target rotational speed is reached. Nft increases from the minimum rotation speed Nmin.
  • the cooling water temperature TW rises beyond the predetermined value TH1 without being in a thermal equilibrium state.
  • the opening A of the thermostat 22 becomes larger than the opening value A2 described above, and the amount of cooling water supplied to the radiator 14 in this embodiment becomes larger than that in the first comparative example. .
  • the cooling water temperature TW is a temperature value Tb higher than a predetermined value TH1
  • the actual rotational speed Nfa of the cooling fan 13 is a rotational speed value Nb slower than the maximum rotational speed Nmax
  • the thermostat 22 is opened.
  • the amount of cooling water increases as the cooling water temperature TW increases, so that the heat dissipation amount Qr is set to the first comparative example without increasing the actual rotational speed Nfa of the cooling fan 13 from the rotational speed value Nb. Can be the same.
  • the controller 19 sets the relief pressure Ps to the maximum value Pmax in order to set the actual rotation speed Nfa of the cooling fan 13 to the maximum rotation speed Nmax (see FIG. 4A). Thereby, the discharge pressure Pp of the hydraulic pump 8 is controlled to the maximum value Pmax.
  • the load on the engine 1 is higher than that in the present embodiment, the fuel consumption is increased.
  • the actual rotational speed Nfa of the cooling fan 13 is controlled to a rotational speed value Nb that is lower than the maximum rotational speed Nmax.
  • the relief pressure Ps is set to a pressure value Pb smaller than the maximum value Pmax, and the discharge pressure Pp of the hydraulic pump 8 is controlled to the pressure value Pb. Therefore, in the first embodiment, when the outside air temperature TO is an intermediate temperature (for example, 20 ° C.), the fuel consumption can be suppressed as compared with the first comparative example. Furthermore, according to the first embodiment, noise associated with the rotation of the cooling fan 13 can also be reduced as compared with the first comparative example.
  • the cooling water temperature TW exceeds the fully closed temperature T1 and substantially reaches the fully open temperature T2.
  • the calorific value Qe of the engine 1 is increased and the cooling water temperature TW is increased. Therefore, in a high load operation, the cooling water temperature TW is likely to increase. For this reason, in the second comparative example, the cooling water temperature TW becomes higher than the full opening temperature T2 during a high load operation, and overheating (generally the cooling water temperature TW ⁇ 100 ° C.) may occur.
  • the controller 19 selects the first control characteristic C1.
  • the target rotational speed Nft is set to be higher than the minimum rotational speed Nmin even when the cooling water temperature TW is the fully closed temperature T1
  • the target rotational speed Nft is set to the maximum rotational speed when the cooling water temperature TW is TH1 or more.
  • Nmax can be set. Therefore, it is possible to suppress an increase in the cooling water temperature TW and prevent overheating.
  • the controller 19 has a target rotational speed set based on the cooling water temperature TW within the temperature range (T1 ⁇ TW ⁇ T2) of the cooling water in which the thermostat 22 is fully closed to fully open.
  • the control characteristics are determined so that Nft becomes a different value according to the outside air temperature TO. Since the target rotation speed Nft is set based on the control characteristics determined according to the outside air temperature TO and the cooling water temperature TW, cooling is performed at an appropriate rotation speed according to the outside air temperature TO and the cooling water temperature TW.
  • the fan 13 can be driven. For this reason, it is possible to reduce the fuel consumption and the noise of the cooling fan 13.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a method for determining control characteristics used in a work machine such as a wheel loader according to the second embodiment.
  • a work machine such as a wheel loader according to the second embodiment.
  • the control characteristic determination method used for setting the target rotational speed Nft of the cooling fan 13 according to the cooling water temperature TW is different from that in the first embodiment.
  • a table of three types of control characteristics C1 to C3 is stored in a storage device, and control is performed by selecting one of the three types according to the outside air temperature TO. Determine the characteristics.
  • a table of reference control characteristics used when the outside air temperature TO is equal to or higher than a predetermined value TOH is stored in the storage device.
  • the reference control characteristic table for example, the control characteristic C1 table described in the first embodiment is employed.
  • the reference control characteristic C1 table is used when the outside air temperature TO is equal to or higher than a predetermined value TOH.
  • the control corresponding to the reference control characteristic C1 table is made according to the temperature drop amount from the predetermined value TOH of the outside air temperature TO.
  • Control characteristics corresponding to the outside air temperature TO are determined by shifting the characteristic data to the high temperature side of the cooling water temperature TW.
  • the storage device stores a table of shift amounts (control characteristic data shift amounts) determined according to the temperature drop amount.
  • the controller 19 compares the detected outside air temperature TO with a predetermined value TOH and calculates the difference (temperature decrease amount).
  • the controller 19 refers to the shift amount table and determines the shift amount using the temperature decrease amount as an argument.
  • the controller 19 adds the shift amount to the target rotational speed data constituting the table of the control characteristics C1, and determines the control characteristics according to the outside air temperature.
  • the control characteristic according to the outside air temperature TO is determined.
  • the same effects as those of the first embodiment can be obtained.
  • the shift amount also gradually changes according to the outside air temperature TO. Therefore, it is more appropriate than the first embodiment.
  • the actual rotational speed Nfa of the cooling fan 13 can be adjusted.
  • FIG. 8 is a flowchart showing the processing content of the rotational speed control of the cooling fan 13 in a work machine such as a wheel loader according to the third embodiment.
  • FIG. 8 is obtained by adding step S306 to the flowchart of FIG.
  • step S306 differences from the first embodiment will be described.
  • step S ⁇ b> 306 the controller 19 has acquired information on the outside air temperature TO in step S ⁇ b> 101, that is, a signal of the outside air temperature TO from the outside air temperature sensor 20. It is determined whether or not it has been detected.
  • step S306 determines whether the signal of the outside air temperature TO cannot be detected and it is determined to be abnormal. If a negative determination is made in step S306, that is, if the signal of the outside air temperature TO cannot be detected and it is determined to be abnormal, the process proceeds to step S141. If an affirmative determination is made in step S306, that is, if the signal of the outside air temperature TO is detected and it is determined normal, the process proceeds to step S111.
  • the controller 19 refers to the control characteristic C1 table and sets the target rotational speed Nft of the cooling fan 13 using the cooling water temperature TW as an argument.
  • the target rotational speed Nft of the cooling fan 13 is set based on the control characteristic C1 determined when the outside air temperature TO is equal to or higher than the predetermined value TOH. I did it.
  • the control characteristic C1 is selected at the time of abnormality, but the control characteristic C2 may be selected. Even in this case, since the cooling performance can be improved compared to the case where the control characteristic C3 is selected, overheating can be prevented.
  • the outside air temperature sensor 20 is provided at a predetermined position on the outer surface of the vehicle body that the outside air touches, but the present invention is not limited to this.
  • an intake air temperature sensor provided in the work machine for measuring the intake air temperature of the engine 1 may be used as the outside air temperature sensor.
  • the controller 19 reads the temperature detected by the intake air temperature sensor as the outside air temperature, and determines the control characteristics according to the outside air temperature (intake air temperature).
  • the table is stored in the storage device as the control characteristic data, but the present invention is not limited to this.
  • the approximate expression may be stored in the storage device as control characteristic data, and the target rotational speed Nft may be calculated using the approximate expression based on the coolant temperature TW.
  • control characteristics C1 to C3 are determined, but the present invention is not limited to this.
  • the target rotation speed may be determined based on two types or four or more types of control characteristics.
  • control characteristics determined to linearly increase the target rotation speed Nft from the minimum rotation speed Nmin to the maximum rotation speed Nmax as the cooling water temperature TW increases.
  • the present invention is not limited to this.
  • the control characteristics may be determined so that the target rotation speed Nft is increased stepwise as the cooling water temperature TW rises or gradually.
  • the rate of change (slope) of the target rotational speed Nft that is increased from the minimum rotational speed Nmin to the maximum rotational speed Nmax according to the coolant temperature TW is the same regardless of the outside air temperature.
  • the control characteristics may be determined so that the rate of change (slope) varies depending on the outside air temperature.
  • cooling water temperature sensor 23 is provided in the conduit between the thermostat 22 and the radiator 14, but the present invention is not limited to this.
  • a cooling water temperature sensor 23 may be provided on the upstream side of the thermostat 22.
  • the controller 19 controls the relief pressure of the relief valve 9 to adjust the actual rotational speed Nfa of the cooling fan 13 so that the set target rotational speed is reached. It is not limited to.
  • the wheel loader 100 has been described as an example of a work machine.
  • the present invention is not limited to this, and may be, for example, other work machines such as a forklift, a telehandler, and a lift truck. There may be.
  • the first control characteristic C1, the second control characteristic C2, and the third control characteristic C3 are shown in the figure according to the cases where the outside air temperature TO is low, medium, and high. As shown in FIG. However, either the first control characteristic C1 or the third control characteristic C3 may be selected depending on whether or not the outside air temperature TO is the predetermined value TOH.
  • the first control characteristic C1 and the third control characteristic C3 are determined as shown in FIG. 9, but are the same as those in FIG.

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Abstract

 作業機械は、冷媒の温度と冷却ファンの目標回転速度とを対応付けた制御特性と、冷媒の温度とに基づいて目標回転速度を設定する回転速度設定部と、目標回転速度となるように冷却ファンの実回転速度を調節する回転速度調節部と、サーモスタットが全閉から全開する冷媒の温度範囲内で、冷媒の温度に基づいて設定される目標回転速度が、外気の温度に応じて異なる値となるように、制御特性を決定する制御特性決定部とを備える。

Description

作業機械
 本発明は、冷却ファンの回転速度を制御する作業機械に関する。
 ホイールローダなどの作業機械のエンジンの冷却水(冷媒)を冷却するために、作業機械にはラジエータと、ラジエータに冷却風(外気)を送風する冷却ファンとが搭載されている。冷却ファンは、エンジンから独立して駆動される油圧モータなどによって駆動される。エンジンの冷媒の温度や外気温度に応じて冷却ファンの回転速度を変更する冷却ファン制御装置が知られている(特許文献1参照)。
 特許文献1に記載の冷却ファン制御装置では、外気温度が検出され、外気温度に応じて冷却ファンの最低回転速度が決定される。夏場(外気温度が高い場合)にはファンの最低回転速度を比較的高くすることでクーラを素早く効かすことができる。冬場(外気温度が低い場合)には冷却ファンの最低回転速度を比較的低くすることで、暖機時間を短縮しヒーターを素早く効かすことができる。
日本国特許第4745202号公報
 特許文献1に記載の冷却ファン制御装置では、冷媒温度が所定温度以上のときには、冷媒温度の上昇に応じて回転速度を上昇させる所定の制御特性にしたがって回転速度の制御を行う。しかしながら、冷媒をラジエータに供給する経路には、冷媒の温度によってその経路を開閉するサーモスタットが設けられているため、サーモスタットの状態によっては、ファンの回転速度が必ずしも適切なものとならない場合がある。
 本発明の第1の態様によると、作業機械は、エンジンと、エンジンの冷媒を冷却するラジエータと、冷媒の温度を検出する冷媒温度検出部と、外気の温度を検出する外気温度検出部と、冷媒をラジエータに供給する経路上で、冷媒の温度に応じて経路を全閉から全開の間で開閉するサーモスタットと、ラジエータに外気を送風する冷却ファンと、エンジンにより駆動される油圧ポンプと、油圧ポンプから吐出される圧油によって駆動され、冷却ファンを回転させる油圧モータと、冷媒の温度と冷却ファンの目標回転速度とを対応付けた制御特性と、冷媒温度検出部によって検出された冷媒の温度とに基づいて目標回転速度を設定する回転速度設定部と、回転速度設定部によって設定された目標回転速度となるように冷却ファンの実回転速度を調節する回転速度調節部と、サーモスタットが全閉から全開する冷媒の温度範囲内で、検出された冷媒の温度に基づいて設定される目標回転速度が、外気温度検出部によって検出された外気の温度に応じて異なる値となるように、制御特性を決定する制御特性決定部とを備える。
 本発明の第2の態様によると、第1の態様の作業機械において、回転速度設定部は、外気の温度が所定値以上のときには、サーモスタットが全閉する際の冷媒の温度に応じて設定される目標回転速度を、外気の温度が所定値未満のときに比べて、高く設定し、外気の温度が所定値以上のときには、サーモスタットが全開する際の冷媒の温度に応じて設定される目標回転速度を、外気の温度が所定値未満のときに比べて、高く設定するのが好ましい。
 本発明の第3の態様によると、第1または第2の態様の作業機械において、回転速度設定部は、外気の温度が所定範囲内のときには、サーモスタットが全閉する際の冷媒の温度に応じて設定される目標回転速度を、外気の温度が所定範囲より低いときと同じ値になるように設定し、かつ、サーモスタットが全開する際の冷媒の温度に応じて設定される目標回転速度を、外気の温度が所定範囲より高いときと同じ値になるように設定するのが好ましい。
 本発明の第4の態様によると、第1~第3のいずれかの態様の作業機械において、外気温度検出部によって外気の温度が検出されないとき、異常と判定する異常判定部をさらに備えるのが好ましい。回転速度設定部は、異常判定部により異常と判定されると、外気の温度が所定値以上のときの制御特性に基づいて冷却ファンの目標回転速度を設定する。
 本発明の第5の態様によると、第1~第4のいずれかの態様の作業機械において、複数の制御特性データを記憶している記憶装置をさらに備えるのが好ましい。制御特性決定部は、検出された外気の温度に応じて、複数の制御特性データのうちから1つの制御特性データを選択することによって、制御特性を決定し、回転速度設定部は、選択された1つの制御特性データに対応して決定された制御特性に基づいて、目標回転速度を設定する。
 本発明の第6の態様によると、第1~第4のいずれかの態様の作業機械において、外気の温度が所定値以上のときに用いられる基準制御特性データを記憶している記憶装置をさらに備えるのが好ましい。制御特性決定部は、基準制御特性データを、外気の温度の所定値からの温度低下量に応じて、冷媒の温度の高温側にシフトするようにして、制御特性を決定する。
 本発明によれば、適切な回転速度で冷却ファンを駆動することができ、燃料消費量の低減および冷却ファンの騒音の低減を図ることができる。
図1は、第1の実施の形態に係る作業機械の一例であるホイールローダの側面図である。 図2は、ホイールローダの概略構成を示す図である。 図3は、サーモスタットの開弁特性を示す図である。 図4(a)は冷却ファンの目標回転速度と、リリーフ弁の設定圧との関係を示す図であり、図4(b)はファン駆動用の油圧ポンプの吐出圧と冷却ファンの実回転速度との関係を示す図である。 図5は、冷却水温度と冷却ファンの目標回転速度とを対応付けた制御特性を示す図である。 図6は、冷却ファンの回転速度制御についての処理内容を示すフローチャートである。 図7は、第2の実施の形態に係る作業機械に用いられる制御特性の決定方法について説明する図である。 図8は、第3の実施の形態に係る作業機械における冷却ファンの回転速度制御についての処理内容を示すフローチャートである。 図9は、一変形例において、冷却水温度と冷却ファンの目標回転速度とを対応付けた制御特性を示す図である。
-第1の実施の形態-
 以下、図面を参照して、本発明による作業機械の一実施の形態を説明する。図1は、第1の実施の形態に係る作業機械の一例であるホイールローダ100の側面図である。ホイールローダ100は、前部車体110と後部車体120とで構成される。前部車体110は、アーム111、バケット112、タイヤ113等を有する。後部車体120は、運転室121、エンジン室122、タイヤ123等を有する。エンジン室122には、エンジン1(図2参照)が搭載され、エンジン室122は建屋カバー131で覆われている。後部車体120の後方にはカウンタウェイト124が取り付けられている。
 アーム111はアームシリンダ117の駆動により上下方向に回動(俯仰動)する。バケット112はバケットシリンダ115の駆動により上下方向に回動(クラウドまたはダンプ)する。前部車体110と後部車体120とはセンタピン101により互いに回動自在に連結され、ステアリングシリンダ116の伸縮により後部車体120に対し前部車体110が左右に屈折する。
 建屋カバー131の後方には、ラジエータフレーム135と、冷却ファンユニット150とが配設されている。ラジエータフレーム135には、後述する図2に示した、エンジン1の冷却水(冷媒)を冷却するラジエータ14や、作動油を冷却するオイルクーラ16、トルクコンバータ2の作動流体冷却用の作動流体クーラ15が取り付けられている。ラジエータフレーム135は、後部車体120に固定されている。冷却ファンユニット150は、後述する図2に示した、ファンモータ11で駆動される冷却ファン13と、ファンシュラウド151とを含み、ラジエータフレーム135の後方に配設されている。
 ラジエータフレーム135および冷却ファンユニット150の側面および上面は、冷却器用建屋カバー132で覆われている。冷却器用建屋カバー132は後方に開口を有し、その開口は開閉可能に取り付けられたグリル140によって覆われている。グリル140は、冷却ファン13による吸気または排気が外部と流通するように複数の開口が設けられた覆いである。
 図2は、ホイールローダ100の概略構成を示す図である。エンジン1の出力軸にはトルクコンバータ2の不図示の入力軸が連結され、トルクコンバータ2の不図示の出力軸はトランスミッション3に連結されている。トルクコンバータ2は周知のインペラ、タービン、ステータからなる流体クラッチである。エンジン1の回転はトルクコンバータ2を介してトランスミッション3に伝達される。トランスミッション3は、その速度段を1速~4速に変速する液圧クラッチを有する。トルクコンバータ2の出力軸の回転はトランスミッション3で変速される。変速後の回転は、プロペラシャフト4およびアクスル5を介してタイヤ6に伝達され、ホイールローダが走行する。
 コントローラ19は、ホイールローダ100の各部を制御する制御装置である。コントローラ19は演算処理装置を含む。演算処理装置は、CPU、ならびに、ROMやRAMなどの記憶装置、その他の周辺回路などを有する。
 ホイールローダ100の運転室121には、アクセルペダル21が配設されている。エンジン1の回転数は、アクセルペダル21の操作量(踏み込み量)の増加に伴い上昇する。エンジン回転数が上昇すると、後述する油圧ポンプ7および8の回転数が上昇し、ポンプ吐出量が増大する。
 ホイールローダ100は、エンジン1により駆動される作業用の油圧ポンプ7と、油圧ポンプ7から吐出される圧油を制御するコントロールバルブ17と、作業用油圧シリンダ18(たとえばバケットシリンダ115やアームシリンダ117)とを含む。コントロールバルブ17は、不図示の操作レバーの操作により駆動され、作業用油圧シリンダ18を駆動する。すなわち、操作レバーの操作量に応じて作業用油圧シリンダ18が駆動される。
 ホイールローダ100は、ファン駆動用の油圧ポンプ8と、ファンモータ11と、冷却ファン13と、可変リリーフ弁9と、チェック弁10とを含む。油圧ポンプ8は、エンジン1により駆動される。ファンモータ11は、油圧ポンプ8から吐出される圧油によって駆動される。冷却ファン13は、ファンモータ11によって回転される。ファンモータ11の回転速度が、可変リリーフ弁9に対する制御によって調節される。エンジン1の回転速度変化により、ファンモータ11を駆動する油圧回路12が負圧になった場合のキャビテーションが、チェック弁10に対する制御によって防止される。ファンモータ11は、ラジエータ14、オイルクーラ16および作動流体クーラ15に外気(冷却風)を送風する冷却ファン13を回転させる。
 エンジン1の冷却水は、サーモスタット22を経由してラジエータ14に流れ込み、ラジエータ14で冷却された後、再びエンジン1に戻る。サーモスタット22は、エンジン1からラジエータ14に至る冷却水配管の途中に設けられている。サーモスタット22は、冷却水をラジエータ14に供給する経路上で、冷却水の温度に応じて経路を全閉から全開の間で開閉する。
 図3は、サーモスタットの開弁特性を示す図である。本実施の形態のサーモスタット22では、開度0%となる全閉温度T1が85℃であり、開度100%となる全開温度T2が95℃である。すなわち、サーモスタット22に触れている冷却水温度TWが85℃まではサーモスタット22が全閉しており、冷却水温度TWが85℃を超えるとサーモスタット22が徐々に開き始めて開口面積が増加し、冷却水温度TWが95℃に達するとサーモスタット22が全開する。図示しないが、冷却水循環経路には、冷却水温度TWが低くサーモスタット22が全閉しているときには、ラジエータ14に冷却水が供給されないように冷却水をバイパスさせるバイパス経路が設けられている。
 作動油は、作動油タンク31から作業用の油圧ポンプ7で吸い上げられて吐出され、コントロールバルブ17を経由してオイルクーラ16へ流れ込み、オイルクーラ16で冷却された後、再び作動油タンク31に戻る。トルクコンバータ2の作動流体は、トルクコンバータ2から作動流体クーラ15へ流れ込み、作動流体クーラ15で冷却された後、再びトルクコンバータ2へ戻る。
 油圧ポンプ8から吐出される圧油がファンモータ11に供給されると、ファンモータ11および冷却ファン13が回転する。ファンモータ11に供給された油は、タンク31に戻る。冷却ファン13が回転すると、冷却ファン13からラジエータ14、オイルクーラ16および作動流体クーラ15に向けて冷却風(外気)が送風され、冷却風との熱交換によりエンジン1の冷却水、作動油および作動流体が冷却される。
 ファンモータ11の入口側圧力(モータ駆動圧)である油圧ポンプ8の吐出側圧力、すなわちポンプ吐出圧Ppを制限する設定圧可変式のリリーフ弁9が、油圧ポンプ8の吐出側管路とタンク31への戻り側管路との間に介装されている。
 リリーフ弁9は、電磁式の可変リリーフ弁である。コントローラ19からの出力電流値(指示値)に応じて、油圧ポンプ8からファンモータ11へ供給される圧油の最高圧を規定することによって、ポンプ吐出圧Ppを制御する。コントローラ19は、リリーフ弁9の設定圧であるリリーフ圧Psを制御することによって、油圧ポンプ8からファンモータ11へ供給される圧油の最高圧を規定する。
 コントローラ19は、リリーフ弁9のリリーフ圧Psを変更してポンプ吐出圧Ppを制御することで、冷却ファン13の実回転速度Nfaが後述の制御特性に応じて設定される目標回転速度Nftに等しくなるように、冷却ファン13の実回転速度Nfaを調節する。
 図4(a)は冷却ファン13の目標回転速度Nftと、リリーフ弁9の設定圧であるリリーフ圧Psとの関係を示す図である。図4(b)はファン駆動用の油圧ポンプ8の吐出圧Ppと冷却ファン13の実回転速度Nfaとの関係を示す図である。
 コントローラ19の記憶装置には、リリーフ圧Psを制御するために、図4(a)に示す関係に対応するテーブルが記憶されている。図4(a)に示すように、そのテーブルは、冷却ファン13の目標回転速度Nftの増加に応じて、リリーフ圧Psが最小値Pminから最大値Pmaxまで直線的に増加するように定められている。たとえば、目標回転速度Nftが最小回転速度Nminのとき、リリーフ圧Psの最小値Pminは5MPa程度である。たとえば、目標回転速度Nftが最大回転速度Nmaxのとき、リリーフ圧Psの最大値Pmaxは19MPa程度である。
 図4(b)に示す油圧ポンプの吐出圧Ppと、冷却ファン13の実回転速度Nfaとの関係は、図4(a)と同じであり、油圧ポンプ8の吐出圧Ppが増加するにしたがって冷却ファン13の実回転速度Nfaが増加する。図4(a)の関係に対応するテーブルは、図4(b)の特性に基づき得られる。
 コントローラ19は、目標回転速度Nftを引数として図4(a)の関係に対応するテーブルを参照し、リリーフ圧Psを決定する。リリーフ弁9のリリーフ圧Psが設定されると、油圧ポンプ8の吐出圧Ppがリリーフ圧Psと等しくなり、冷却ファン13の実回転速度Nfaが目標回転速度Nftに制御される。
 図4(b)に示すように、冷却ファン13の実回転速度Nfaとポンプ吐出圧Ppとは比例関係となる。油圧ポンプ8のポンプ入力動力Li[kW]は、ファン駆動用の油圧ポンプ8の回転速度Np[rpm]と、ポンプ駆動トルクT[N・m]とに基づき、次の式(1)で求められる。ポンプ入力動力Li[kW]は、エンジンからの出力を表す。
  Li[kW]=T・Np/9549.3     (1)
 ポンプ駆動トルクT[N・m]は、ファン駆動用の油圧ポンプ8の吐出圧Pp[MPa]と、油圧ポンプ8の押しのけ容積q[cm/rev.]と、油圧ポンプ8の機械効率ηmとに基づき、次の式(2)で求められる。
  T[N・m]=Pp・q/(2π・ηm)   (2)
 ポンプ入力動力Liは、ポンプ吐出圧Ppと油圧ポンプ8の回転速度Npとに比例する。すなわち、ポンプ入力動力Liは、冷却ファン13の実回転速度Nfaに比例する。したがって、冷却ファン13の実回転速度Nfaが低いときには、ポンプ入力動力Li(エンジン出力)が低く、燃料消費量が少ない。これに対して、冷却ファン13の実回転速度Nfaが高いときには、ポンプ入力動力Li(エンジン出力)が高く、燃料消費量が多い。
 ホイールローダ100は、コントローラ19と、外気温度センサ20と、冷却水温度センサ23とを有する。コントローラ19には、冷却水温度センサ23からの冷却水温度の情報、および、外気温度センサ20からの外気温度の情報が入力されている。
 冷却水温度センサ23は、冷却水の温度を検出するセンサであり、ラジエータ14の上流側の管路等に設けられている。外気温度センサ20は、外気の温度を検出するセンサであり、たとえば、外気が触れる車体の外表面の所定位置に設けられている。
 図5は、冷却水温度TWと冷却ファン13の目標回転速度Nftとを対応付けた制御特性を示す図である。コントローラ19の記憶装置には、冷却水温度TWに基づいて冷却ファン13の目標回転速度Nftを制御するための制御特性テーブルが記憶されている。図5に示すように、本実施の形態では、3種類の制御特性テーブルが記憶装置に記憶されている。コントローラ19は、後述するように、この制御特性テーブルを参照して、冷却水温度センサ23で検出された冷却水の温度に基づき冷却ファン13の目標回転速度Nftを設定する。冷却ファン13の実回転速度Nfaは、冷却水温度TWに応じて設定される目標回転速度Nftに追従して調節される。
 コントローラ19は、外気温度センサ20により検出された外気温度TOに応じて、第1~第3制御特性C1~C3のうちのいずれか1つを選択する。すなわち、冷却水温度TWに依存する制御特性が外気温度に応じて変わる。コントローラ19は、選択した制御特性のテーブルを参照し、冷却水温度センサ23によって検出された冷却水温度TWを引数として冷却ファン13の目標回転速度Nftを設定する。
 第1制御特性C1は、外気温度TOが所定値TOH(たとえば30℃)以上のとき(TOH≦TO)に選択される。第2制御特性C2は、外気温度TOが所定値TOL(たとえば10℃)より高く、所定値TOHより低いとき(TOL<TO<TOH)に選択される。第3制御特性C3は、外気温度が所定値TOL以下のとき(TO≦TOL)に選択される。
 第1制御特性C1は、冷却水温度TWが所定値TL1以下(TW≦TL1)では目標回転速度Nftを最小回転速度Nminとし、冷却水温度TWが所定値TH1以上(TH1≦TW)では目標回転速度Nftを最大回転速度Nmaxとするように定められている。第1制御特性C1は、冷却水温度TWが所定値TL1より高く、かつ、所定値TH1より低い範囲(TL1<TW<TH1)では、冷却水温度TWの上昇に伴い目標回転速度Nftを最小回転速度Nmin(たとえば500rpm)から最大回転速度Nmax(たとえば1600rpm)まで直線的に増加させるように定められている。
 第2制御特性C2は、冷却水温度TWが所定値TL2以下(TW≦TL2)では目標回転速度Nftを最小回転速度Nminとし、冷却水温度TWが所定値TH2以上(TH2≦TW)では目標回転速度Nftを最大回転速度Nmaxとするように定められている。第2制御特性C2は、冷却水温度TWが所定値TL2より高く、かつ、所定値TH2より低い範囲(TL2<TW<TH2)では、冷却水温度TWの上昇に伴い目標回転速度Nftを最小回転速度Nminから最大回転速度Nmaxまで直線的に増加させるように定められている。
 第3制御特性C3は、冷却水温度TWが所定値TL3以下(TW≦TL3)では目標回転速度Nftを最小回転速度Nminとし、冷却水温度TWが所定値TH3以上(TH3≦TW)では目標回転速度Nftを最大回転速度Nmaxとするように定められている。第3制御特性C3は、冷却水温度TWが所定値TL3より高く、かつ、所定値TH3より低い範囲(TL3<TW<TH3)では、冷却水温度TWの上昇に伴い目標回転速度Nftを最小回転速度Nminから最大回転速度Nmaxまで直線的に増加させるように定められている。
 第1~第3制御特性C1~C3において、それぞれ冷却ファン13の目標回転速度Nftの増速を開始する冷却水の温度TWである所定値TL1、TL2およびTL3の大小関係は、TL1<TL2<TL3で表される。第1~第3制御特性C1~C3において、それぞれ冷却ファン13の目標回転速度Nftを最大回転速度Nmaxに制限する冷却水の温度TWである所定値TH1、TH2およびTH3の大小関係は、TH1<TH2<TH3で表される。各制御特性において、冷却水温度TWに応じて最小回転速度Nminから最大回転速度Nmaxまで増速される目標回転速度Nftの変化率は同じである。
 各制御特性は、図3に示した全閉温度T1が、所定値TL1より高く所定値TL2より低い範囲内(TL1<T1<TL2)になるように、かつ、全開温度T2が、所定値TH2より高く所定値TH3より低い範囲内(TH2<T2<TH3)になるように定められている。つまり、冷却ファン13の目標回転速度Nftは、サーモスタット22が全閉から全開へ至る冷却水の温度範囲内(T1<TW<T2)で、外気温度TOに応じて決定される3種類の異なる制御特性のいずれかに基づいて設定される。
 目標回転速度Nftが設定されると、上述したように、コントローラ19は目標回転速度Nftに基づいて、リリーフ圧Psを変更し、ポンプ吐出圧Ppを減少または増加させ、冷却ファン13の実回転速度Nfaを目標回転速度Nftに制御する。
 コントローラ19は、次のように各部を制御することで、外気温度TOと冷却水温度TWとに基づいて、冷却ファン13の実回転速度Nfaを制御する。図6は、冷却ファン13の回転速度制御についての処理内容を示すフローチャートである。ホイールローダ100の不図示のイグニッションスイッチがオン操作されると、コントローラ19が図6に示す処理を行うためのプログラムが起動されて、コントローラ19によって図6に示す処理が繰り返し実行される。
 ステップS101において、コントローラ19は、外気温度センサ20からの外気温度TOの情報、および、冷却水温度センサ23からの冷却水温度TWの情報を取得して、本処理をステップS111へ進める。
 ステップS111において、コントローラ19は、外気温度センサ20によって検出された外気温度TOが所定値TOH以上であるか否かを判定する。ステップS111で肯定判定されると、本処理はステップS141へ進み、ステップS111で否定判定されると、本処理はステップS121へ進む。
 ステップS121において、コントローラ19は、外気温度センサ20によって検出された外気温度TOが所定値TOL以下であるか否かを判定する。ステップS121で否定判定されると、本処理はステップS151へ進み、ステップS121で肯定判定されると、本処理はステップS161へ進む。
 外気温度TOが所定値TOH以上のとき(TOH≦TO)には、ステップS141において、コントローラ19は、第1制御特性C1を選択し、第1制御特性C1のテーブルを参照して冷却水温度TWを引数として、目標回転速度Nftを決定し、本処理をステップS171へ進める。
 外気温度TOが所定値TOLより高く、かつ、所定値TOHより低いとき(TOL<TO<TOH)には、ステップS151において、コントローラ19は、第2制御特性C2を選択し、第2制御特性C2のテーブルを参照して冷却水温度TWを引数として、目標回転速度Nftを決定し、本処理をステップS171へ進める。
 外気温度TOが所定値TOL以下のとき(TO≦TOL)には、ステップS161において、コントローラ19は、第3制御特性C3を選択し、第3制御特性C3のテーブルを参照して冷却水温度TWを引数として、目標回転速度Nftを決定し、本処理をステップS171へ進める。
 ステップS171において、コントローラ19は、図4(a)に対応するテーブルを参照し、目標回転速度Nftを引数として、リリーフ圧Psを決定する。コントローラ19は、決定されたリリーフ圧Psに基づいてリリーフ弁9へ制御信号を出力する。コントローラ19によりリリーフ圧Psが設定されると、ポンプ吐出圧Ppがリリーフ圧Psに等しくなるように制御され、冷却ファン13の実回転速度Nfaが目標回転速度Nftとなるように調節される。
 外気温度TOが低温の場合、中温の場合、高温の場合のそれぞれの場合において、本実施の形態の動作をまとめると次のようになる。なお、外気温度TOが低温(たとえば、外気温度TO=5℃)のとき、ホイールローダ100が稼働していれば、エンジン1の冷却水温度TWは、サーモスタット22の全閉温度T1以上まで上昇する。
 図3で示したように、サーモスタット22は、冷却水温度TWが全閉温度T1以上になると開弁し、冷却水温度TWが全開温度T2になると全開となる。サーモスタット22が開弁することで、ラジエータ14に冷却水が供給される。冷却水温度TWは、エンジン1の発熱量Qeとラジエータ14の放熱量Qrとが熱的平衡状態になると一定温度に落ち着く。エンジン1の発熱量Qeは、エンジン1の負荷が高くなるほど大きくなる。ラジエータ14の放熱量Qrは、外気の温度TOが低いほど大きくなり、冷却ファン13の実回転速度Nfaが速くなるほど大きくなり、ラジエータ14に供給される冷却水量が増えるほど大きくなる。
 (1)外気温度TOが低温(たとえば0℃)の場合について、主に図5を参照して説明する。説明の便宜上、外気温度TOに拘わらず第1制御特性C1で目標回転速度Nftを設定する技術を第1の比較例とし、第1の比較例と対比しながら第1の実施の形態について説明する。第1の比較例において、外気温度TOが0℃のときに、ホイールローダ100を稼働させると、冷却水温度TWが所定値TL1より高く所定値TH1より低い温度値Ta、かつ、冷却ファン13の実回転速度Nfaが最小回転速度Nminより速く最大回転速度Nmaxより遅い回転速度値Naの状態で、熱的平衡状態になると仮定する。このとき、サーモスタット22の開度Aは、全閉に近い小さな開度値A1(たとえば、A1=10%)となっている(図3参照)。
 これに対し、本実施の形態では、外気温度TOが0℃のときには、コントローラ19により第3制御特性C3が選択される。第3制御特性C3によると、冷却水温度TWが所定値TL3以下のときには、目標回転速度Nftは最小回転速度Nminとなる。
 第3制御特性C3に基づく制御では、冷却水温度TWが全閉温度T1を超えても冷却ファン13の実回転速度Nfaは上昇しない。このため、冷却水温度TWは上述した温度値Taを超えた後で上昇する。冷却水温度TWが上昇すると、サーモスタット22の開度Aが上述した開度値A1よりも大きくなり、本実施の形態においてラジエータ14に供給される冷却水量が第1の比較例に比べて多くなる。
 本実施の形態では、冷却水温度TWが上述した温度値Taよりも高い所定値TL3、かつ、冷却ファン13の実回転速度Nfaが上述した回転速度値Naよりも遅い最小回転速度Nmin、かつ、サーモスタット22の開度Aが上述した開度値A1よりも大きい開度値A4(たとえば、A4=70%)の状態(図3参照)で、熱的平衡状態になる。
 本実施の形態では、冷却水温度TWの上昇に伴い冷却水量が増加することで、冷却ファン13の実回転速度Nfaを最小回転速度Nminから上昇させることなく、放熱量Qrを第1の比較例と同一にすることができる。
 第1の比較例では、冷却ファン13の実回転速度Nfaを最小回転速度Nminよりも高い回転速度値Naとするために、コントローラ19がリリーフ圧Psを最小値Pminより高い圧力値Paに設定する(図4(a)参照)。これにより、油圧ポンプ8の吐出圧Ppが最小値Pminより高い圧力値Paに制御される。本実施の形態によれば、油圧ポンプ8の吐出圧Ppが最小値Pminに制御される。第1の比較例では、本実施の形態に比べてエンジン1の負荷が高くなるので、燃料消費量が多くなる。
 第1の実施の形態では、冷却ファン13の実回転速度Nfaが最小回転速度Nminから上昇しない。リリーフ圧Psは最小値Pminに設定され(図4(a)参照)、油圧ポンプ8の吐出圧Ppは最小値Pminに制御される。したがって、第1の実施の形態では、外気温度TOが低温(たとえば0℃)のとき、第1の比較例に比べて、燃料消費量を抑えることができる。さらに、第1の実施の形態によれば、冷却ファン13の回転に伴う騒音についても、第1の比較例に比べて低減することができる。
 (2)外気温度TOが中温(たとえば20℃)の場合について、主に図5を参照して説明する。説明の便宜上、上述した第1の比較例と対比しながら第1の実施の形態について説明する。第1の比較例において、外気温度TOが20℃のときに、ホイールローダ100を稼働させると、冷却水温度TWが所定値TH1、かつ、冷却ファン13の実回転速度Nfaが最大回転速度Nmaxの状態で、熱的平衡状態になると仮定する。このとき、サーモスタット22の開度Aは、上述した開度値A1よりも大きな開度値A2(たとえば、A2=40%)となっている(図3参照)。
 これに対し、本実施の形態では、外気温度TOが20℃のときには、コントローラ19により第2制御特性C2が選択される。第2制御特性C2によると、冷却水温度TWが所定値TL2より高く所定値TH2より低い範囲において、冷却水温度TWの温度上昇に伴って最小回転速度Nminから最大回転速度Nmaxまで直線的に目標回転速度Nftが増加する。
 第2制御特性C2に基づく制御では、冷却水温度TWが全閉温度T1を超えても冷却ファン13の目標回転速度Nftは上昇せず、冷却水温度TWが所定値TL2を超えると目標回転速度Nftが最小回転速度Nminから上昇する。第2制御特性C2に基づく制御では、冷却水温度TWが所定値TL2より高い所定値TH1のときは、第1の比較例に比べて目標回転速度Nftが低く設定される(Nft=N1)ので、熱的平衡状態とはならず冷却水温度TWが所定値TH1を超えて上昇する。冷却水温度TWが上昇すると、サーモスタット22の開度Aが上述した開度値A2よりも大きくなり、本実施の形態においてラジエータ14に供給される冷却水量が第1の比較例に比べて多くなる。
 本実施の形態では、冷却水温度TWが所定値TH1よりも高い温度値Tb、かつ、冷却ファン13の実回転速度Nfaが最大回転速度Nmaxよりも遅い回転速度値Nb、かつ、サーモスタット22の開度Aが上述した開度値A2よりも大きい開度値A3(たとえば、A3=60%)の状態(図3参照)で、熱的平衡状態になる。
 本実施の形態では、冷却水温度TWの上昇に伴い冷却水量が増加することで、冷却ファン13の実回転速度Nfaを回転速度値Nbから上昇させることなく、放熱量Qrを第1の比較例と同一にすることができる。
 第1の比較例では、冷却ファン13の実回転速度Nfaを最大回転速度Nmaxとするために、コントローラ19がリリーフ圧Psを最大値Pmaxに設定する(図4(a)参照)。これにより、油圧ポンプ8の吐出圧Ppが最大値Pmaxに制御される。第1の比較例では、本実施の形態に比べてエンジン1の負荷が高くなるので、燃料消費量が多くなる。
 第1の実施の形態では、冷却ファン13の実回転速度Nfaが最大回転速度Nmaxよりも低い回転速度値Nbに制御される。リリーフ圧Psは最大値Pmaxより小さい圧力値Pbに設定され、油圧ポンプ8の吐出圧Ppが圧力値Pbに制御される。したがって、第1の実施の形態では、外気温度TOが中温(たとえば20℃)のとき、第1の比較例に比べて、燃料消費量を抑えることができる。さらに、第1の実施の形態によれば、冷却ファン13の回転に伴う騒音についても、第1の比較例に比べて低減することができる。
 (3)外気温度TOが高温(たとえば40℃)の場合について、主に図5を参照して説明する。説明の便宜上、外気温度TOおよび冷却水温度TWに拘わらず冷却ファン13の回転速度を一定値(たとえば、最小回転速度Nmin)とする技術を第2の比較例とし、第2の比較例と対比しながら第1の実施の形態について説明する。
 第2の比較例において、外気温度TOが40℃のときに、ホイールローダ100を稼働させると、外気温度TOが中温や低温(たとえば、20℃や0℃)のときに比べて、短時間で冷却水温度TWは全閉温度T1を超え、ほぼ全開温度T2に達する。エンジン1の負荷が高いほどエンジン1の発熱量Qeが増加し、冷却水温度TWが高くなるため、高負荷作業では、冷却水温度TWが上昇しやすい。そのため、第2の比較例では、高負荷作業時に冷却水温度TWが全開温度T2より高くなり、オーバーヒート(一般的に冷却水温度TW≧100℃)することがある。
 これに対して、本実施の形態では、外気温度TOが40℃のときには、コントローラ19により第1制御特性C1が選択される。第1制御特性C1に基づく制御では、冷却水温度TWが全閉温度T1でも目標回転速度Nftを最小回転速度Nminより高く設定し、冷却水温度TWがTH1以上で目標回転速度Nftを最大回転速度Nmaxにすることができる。したがって、冷却水温度TWの上昇を抑えることが可能となり、オーバーヒートを防止することができる。
 以上説明した本実施の形態によれば、以下のような作用効果を奏することができる。
 (1)本実施の形態において、コントロータ19は、サーモスタット22が全閉から全開する冷却水の温度範囲内(T1<TW<T2)で、冷却水温度TWに基づいて設定される目標回転速度Nftが、外気温度TOに応じて異なる値となるように制御特性を決定する。外気温度TOに応じて決定された制御特性と、冷却水温度TWとに基づいて目標回転速度Nftを設定するようにしたので、外気温度TOおよび冷却水温度TWに応じた適切な回転速度で冷却ファン13を駆動することができる。このため、燃料消費量の低減、および、冷却ファン13の騒音の低減を図ることができる。
 (2)外気温度TOがTOH以上のときには、全閉温度T1に応じて設定される目標回転速度Nftを、外気温度TOがTOH未満のときに比べて、高く設定するようにした(Nft=N1>Nmin)。外気温度TOがTOH以上のときには、全開温度T2に応じて設定される目標回転速度Nftを、外気温度TOがTOH未満のときに比べて、高く設定するようにした(Nft=Nmax>N2)。これにより、外気温度TOが高いときには、エンジン1を効果的に冷却し、外気温度TOが低いときには、燃料消費量を抑えることができる。
 (3)外気温度TOがTOL<TO<TOHのとき(中温度)には、全閉温度T1に応じて設定される目標回転速度Nftを、外気温度TOがTOLより低いとき(低温度)と同じ値になるように設定した(Nft=Nmin)。外気温度TOがTOL<TO<TOHのとき(中温度)には、全開温度T2に応じて設定される目標回転速度Nftを、外気温度TOがTOHより高いとき(高温度)と同じ値になるように設定した(Nft=Nmax)。これにより、冷却水温度TWが低いときにおいて(TW<TL2)、外気温度TOが中温度(TOL<TO<TOH)のときには、低温度(TO≦TOL)のときと同様に、高温度(TOH≦TO)のときに比べて燃料消費量を抑えることができる。冷却水温度TWが高いときにおいて(TH2<TW)、外気温度TOが中温度(TOL<TO<TOH)のときには、高温度(TOH≦TO)のときと同様に、低温度(TO≦TOL)のときに比べて冷却効果を高めることができる。
-第2の実施の形態-
 図7を参照して第2の実施の形態について説明する。図7は、第2の実施の形態に係るホイールローダなどの作業機械に用いられる制御特性の決定方法について説明する図である。以下、第1の実施の形態と相違する点について説明する。
 第2の実施の形態では、冷却水温度TWに応じて冷却ファン13の目標回転速度Nftを設定するために用いられる制御特性の決定方法が第1の実施の形態と異なる。第1の実施の形態では、3種類の制御特性C1~C3のテーブルを記憶装置に記憶させておき、外気温度TOに応じて、3種類のうちのいずれか1つを選択することで、制御特性を決定する。
 これに対して、第2の実施の形態では、図7に示すように、外気温度TOが所定値TOH以上のときに用いられる基準制御特性のテーブルが記憶装置に記憶されている。基準制御特性のテーブルとして、たとえば、第1の実施の形態で説明した制御特性C1のテーブルを採用する。基準となる制御特性C1のテーブルは、外気温度TOが所定値TOH以上のときに用いられる。
 第2の実施の形態では、検出された外気温度TOが所定値TOH未満のときには、外気温度TOの所定値TOHからの温度低下量に応じて、基準となる制御特性C1のテーブルに対応する制御特性データを、冷却水温度TWの高温側にシフトするようにして、外気温度TOに応じた制御特性を決定する。
 記憶装置には、温度低下量に応じて定まるシフト量(制御特性データのシフト量)のテーブルが記憶されている。コントローラ19は、検出された外気温度TOと所定値TOHとを比較してその差分(温度低下量)を演算する。コントローラ19は、シフト量のテーブルを参照し、温度低下量を引数としてシフト量を決定する。コントローラ19は、制御特性C1のテーブルを構成する目標回転速度データにシフト量を加算して、外気温度に応じた制御特性を決定する。
 このように、所定値TOHからの外気温度低下量に応じて単一の制御特性C1のテーブルを冷却水温度TWの高温側にシフトさせることで、外気温度TOに応じた制御特性を決定する場合でも、第1の実施の形態と同様の効果を奏する。さらに、第2の実施の形態によれば、外気温度TOが徐々に変化したとき、シフト量も外気温度TOに応じて徐々に変化するので、第1の実施の形態に比べて、より適切に冷却ファン13の実回転速度Nfaを調節することができる。
-第3の実施の形態-
 図8を参照して第3の実施の形態について説明する。図8は、第3の実施の形態に係るホイールローダなどの作業機械における冷却ファン13の回転速度制御についての処理内容を示すフローチャートである。図8は、図6のフローチャートにステップS306を追加したものである。以下、第1の実施の形態と相違する点について説明する。
 図8に示すように、第3の実施の形態では、ステップS306において、コントローラ19は、ステップS101において外気温度TOの情報を取得できたか否か、すなわち外気温度センサ20からの外気温度TOの信号の検出ができたか否かを判定する。
 ステップS306において、否定判定されると、すなわち外気温度TOの信号の検出ができずに異常と判定されると、本処理をステップS141へ進める。ステップS306において、肯定判定されると、すなわち外気温度TOの信号の検出が行われて正常と判定されると、本処理をステップS111へ進める。コントローラ19は、外気温度TOが検出できない異常状態であるときには、ステップS141において、制御特性C1のテーブルを参照し、冷却水温度TWを引数として冷却ファン13の目標回転速度Nftを設定する。
 第3の実施の形態では、外気温度TOが検出できない異常状態のときには、外気温度TOが所定値TOH以上のときに決定される制御特性C1に基づいて冷却ファン13の目標回転速度Nftを設定するようにした。これにより、第1の実施の形態と同様の作用効果に加え、外気温度が検出できないときであっても、オーバーヒートを防止することができるという作用効果が得られる。第3の実施の形態では、異常時に制御特性C1を選択するが、制御特性C2を選択するようにしてもよい。この場合でも、制御特性C3を選択する場合に比べて冷却性能を向上させることができるので、オーバーヒートを防止できる。
 次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。
-変形例-
 (1)上述した実施の形態において、外気温度センサ20は、外気が触れる車体の外表面の所定位置に設けたが、本発明はこれに限定されない。たとえば、エンジン1の吸気温度を測定するために作業機械に設けられている吸気温度センサを外気温度センサとして用いてもよい。コントローラ19は、吸気温度センサで検出された温度を外気温度として読み込み、外気温度(吸気温度)に応じた制御特性を決定する。
 (2)上述した実施の形態では、制御特性データとしてテーブルを記憶装置に記憶させることとしたが、本発明はこれに限定されない。近似式を制御特性データとして記憶装置に記憶させ、冷却水温度TWに基づき、その近似式を用いて目標回転速度Nftを演算するようにしてもよい。
 (3)第1の実施の形態では、3種類の制御特性C1~C3を決定するようにしたが、本発明はこれに限定されない。2種類あるいは4種類以上の制御特性により目標回転速度を決定するようにしてもよい。
 (4)上述した実施の形態では、冷却水温度TWの上昇に伴い、目標回転速度Nftを最小回転速度Nminから最大回転速度Nmaxまで直線的に増加させるように定められている制御特性について説明したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、冷却水温度TWの上昇に伴い、目標回転速度Nftを段階的に増速させるように、あるいは、徐々に増速させるように制御特性を定めてもよい。
 (5)上述した実施の形態では、冷却水温度TWに応じて最小回転速度Nminから最大回転速度Nmaxまで増速させる目標回転速度Nftの変化率(傾き)は、外気温度にかかわらず同じようにしたが、本発明はこれに限定されない。外気温度に応じて異なる変化率(傾き)となるように制御特性を決定してもよい。
 (6)上述した実施の形態では、冷却水温度センサ23をサーモスタット22とラジエータ14との間の管路に設けたが、本発明はこれに限定されない。サーモスタット22の上流側に冷却水温度センサ23を設けてもよい。
 (7)コントローラ19がリリーフ弁9のリリーフ圧を制御することで、設定された目標回転速度となるように冷却ファン13の実回転速度Nfaを調節するようにしたが、回転速度調節方法はこれに限定されない。
 (8)上述した実施の形態では、作業機械の一例としてホイールローダ100を例に説明したが、本発明はこれに限定されず、たとえば、フォークリフト、テレハンドラー、リフトトラック等、他の作業機械であってもよい。
 (9)上述した第1の実施の形態では、外気温度TOが低温、中温および高温のそれぞれの場合に応じて、第1制御特性C1、第2制御特性C2および第3制御特性C3が、図5に示すように定められている。しかし、外気温度TOが所定値TOHであるか否かに応じて、第1制御特性C1および第3制御特性C3のいずれかが選択されることとしてもよい。第1制御特性C1および第3制御特性C3は、図9に示すように定められるが、図5と同様であるため、詳細説明を省略する。
 図9に示すように、外気温度TOが所定値TOH以上のときには、全閉温度T1に応じて設定される目標回転速度Nftを、外気温度TOが所定値TOH未満のときに比べて、高く設定する(Nft=N1>Nmin)。外気温度TOが所定値TOH以上のときには、全開温度T2に応じて設定される目標回転速度Nftを、外気温度TOが所定値TOH未満のときに比べて、高く設定する(Nft=Nmax>N2)。これにより、外気温度TOが所定値TOHよりも高いときには、エンジン1を効果的に冷却し、外気温度TOが所定値TOHよりも高くないときには、燃料消費量を抑えることができる。
 本発明は、上述した実施の形態および変形例に限定されるものでなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で自由に変更、改良が可能である。
 次の優先権基礎出願の開示内容は引用文としてここに組み込まれる。
 日本国特許出願2012年第80838号(2012年3月30日出願)

Claims (6)

  1.  エンジンと、
     前記エンジンの冷媒を冷却するラジエータと、
     前記冷媒の温度を検出する冷媒温度検出部と、
     外気の温度を検出する外気温度検出部と、
     前記冷媒を前記ラジエータに供給する経路上で、前記冷媒の温度に応じて前記経路を全閉から全開の間で開閉するサーモスタットと、
     前記ラジエータに外気を送風する冷却ファンと、
     前記エンジンにより駆動される油圧ポンプと、
     前記油圧ポンプから吐出される圧油によって駆動され、前記冷却ファンを回転させる油圧モータと、
     前記冷媒の温度と前記冷却ファンの目標回転速度とを対応付けた制御特性と、前記冷媒温度検出部によって検出された前記冷媒の温度とに基づいて前記目標回転速度を設定する回転速度設定部と、
     前記回転速度設定部によって設定された前記目標回転速度となるように前記冷却ファンの実回転速度を調節する回転速度調節部と、
     前記サーモスタットが全閉から全開する前記冷媒の温度範囲内で、検出された前記冷媒の温度に基づいて設定される前記目標回転速度が、前記外気温度検出部によって検出された前記外気の温度に応じて異なる値となるように、前記制御特性を決定する制御特性決定部とを備える作業機械。
  2.  請求項1に記載の作業機械において、
     前記回転速度設定部は、
     前記外気の温度が所定値以上のときには、前記サーモスタットが全閉する際の前記冷媒の温度に応じて設定される前記目標回転速度を、前記外気の温度が前記所定値未満のときに比べて、高く設定し、
     前記外気の温度が前記所定値以上のときには、前記サーモスタットが全開する際の前記冷媒の温度に応じて設定される前記目標回転速度を、前記外気の温度が前記所定値未満のときに比べて、高く設定する作業機械。
  3.  請求項1または2に記載の作業機械において、
     前記回転速度設定部は、前記外気の温度が所定範囲内のときには、前記サーモスタットが全閉する際の前記冷媒の温度に応じて設定される前記目標回転速度を、前記外気の温度が前記所定範囲より低いときと同じ値になるように設定し、かつ、前記サーモスタットが全開する際の前記冷媒の温度に応じて設定される前記目標回転速度を、前記外気の温度が前記所定範囲より高いときと同じ値になるように設定する作業機械。
  4.  請求項1~3のいずれか1項に記載の作業機械において、
     前記外気温度検出部によって前記外気の温度が検出されないとき、異常と判定する異常判定部をさらに備え、
     前記回転速度設定部は、前記異常判定部により異常と判定されると、前記外気の温度が所定値以上のときの前記制御特性に基づいて前記冷却ファンの前記目標回転速度を設定する作業機械。
  5.  請求項1~4のいずれか1項に記載の作業機械において、
     複数の制御特性データを記憶している記憶装置をさらに備え、
     前記制御特性決定部は、検出された前記外気の温度に応じて、前記複数の制御特性データのうちから1つの制御特性データを選択することによって、前記制御特性を決定し、
     前記回転速度設定部は、選択された前記1つの制御特性データに対応して決定された前記制御特性に基づいて、前記目標回転速度を設定する作業機械。
  6.  請求項1~4のいずれか1項に記載の作業機械において、
     前記外気の温度が所定値以上のときに用いられる基準制御特性データを記憶している記憶装置をさらに備え、
     前記制御特性決定部は、前記基準制御特性データを、前記外気の温度の前記所定値からの温度低下量に応じて、前記冷媒の温度の高温側にシフトするようにして、前記制御特性を決定する作業機械。
     
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