(57)【要約】【課題】外気の温度変化に対応して、オイルクーラの熱歪による油漏れを防止できるオイルクーラ制御装置を提供する。【解決手段】油圧回路１４の作動油を冷却するオイルクーラ１６に冷風を供給する可変速ファン１９の回転速度を制御するオイルクーラ制御装置である。外気温度センサ２８により検出した外気の温度が一定の低温領域内にあるときは、目標温度設定手段３１が、外気の温度に所定温度を加算した可変温度を作動油制御目標温度として設定するとともに、外気の温度が一定の低温領域を超えるときは、目標温度設定手段３１が、低温領域内で最も高い一定の作動油制御目標温度を作動油制御目標温度として設定する。作動油温度センサ２９により検出した作動油検出温度を目標温度設定手段３１により設定した作動油制御目標温度と一致させるように、ファン回転速度制御手段３２が可変速ファン１９の回転速度を制御する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
油圧回路の作動油を冷却するオイルクーラに冷風を供給する可変速ファンの回転速度を制御するオイルクーラ制御方法であって、
外気の温度を検出し、
検出された外気の温度が一定の低温領域内にあるときは外気の温度に所定温度を加算した可変温度を作動油制御目標温度として可変速ファンの回転速度を制御する
ことを特徴とするオイルクーラ制御方法。
【請求項２】
検出された外気の温度が一定の低温領域を超えるときは低温領域内で最も高い一定の作動油制御目標温度を作動油制御目標温度として可変速ファンの回転速度を制御する
ことを特徴とする請求項１記載のオイルクーラ制御方法。
【請求項３】
油圧回路の作動油を冷却するオイルクーラに冷風を供給する可変速ファンの回転速度を制御するオイルクーラ制御装置であって、
外気の温度を検出する外気温度検出手段と、
外気温度検出手段により検出された外気の温度が一定の低温領域内にあるときは外気の温度に所定温度を加算した可変温度を作動油制御目標温度として設定する目標温度設定手段と、
作動油の温度を検出する作動油温度検出手段と、
作動油温度検出手段により検出された作動油検出温度を目標温度設定手段により設定された作動油制御目標温度と一致させるように可変速ファンの回転速度を制御するファン回転速度制御手段と
を具備したことを特徴とするオイルクーラ制御装置。
【請求項４】
目標温度設定手段は、
外気温度検出手段により検出された外気の温度が一定の低温領域を超えるときは低温領域内で最も高い一定の作動油制御目標温度を作動油制御目標温度として設定する
ことを特徴とする請求項３記載のオイルクーラ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧回路の作動油を冷却するオイルクーラ制御方法およびオイルクーラ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
油圧ショベルなどの作業機械は、油圧シリンダおよび油圧モータなどを作動油により作動する油圧回路を備えており、この油圧回路の作動油は、負荷運転の時間経過とともに温度上昇するが、作動油は、過剰に温度上昇すると油質が劣化したり、油圧回路部品に悪影響を与えるので、作動油を冷却するためのオイルクーラが、エンジン冷却水用のラジエータとともに設置されている。
【０００３】
例えば、エンジン冷却水用のラジエータおよび作動油冷却用のオイルクーラへ送風する共通の冷却ファンと、この冷却ファンを回転駆動するための油圧モータと、この油圧モータの回転速度を制御する切換弁と、冷却水の温度を検出する水温センサおよび作動油の温度を検出する油温センサからの出力信号に基づいて切換弁に制御信号を出力するコントローラとを備えた建設機械の冷却制御装置がある。
【０００４】
この冷却制御装置は、エンジン冷却水の水温を設定温度８０〜９０℃以下、また作動油の油温を設定温度７０〜８０℃以下となるように制御するもので、エンジンが始動すると、水温センサ、油温センサからの出力信号がコントローラに入力され、水温および油温が、それぞれ前記設定温度に達しない状態においては、コントローラは切換弁により、冷却ファンの油圧モータが停止または低速回転するように制御することで、冷却ファンによる送風量がオーバクールとならないようにし、また、水温および油温が前記設定温度に達すると、冷却ファンの油圧モータを始動または増速させるように制御している（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−４９４２７号公報（第３〜４頁、図１〜３）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
これに対し、作動油の温度が低いにもかかわらず、運転開始から冷却ファンを最高回転速度で駆動すると、オーバクールとなり、作動油の温度が低温に維持される時間が長く、低温による高粘度の作動油が、油圧ポンプにおける吸入抵抗の増加、吐出量の減少による油圧馬力の低下を生じさせ、また制御弁における応答の時間遅れを生じさせ、これらによって作業機械の操作性が損われる。
【０００７】
一方、前記冷却制御装置は、水温および油温が前記設定温度（水温８０〜９０℃、油温７０〜８０℃）に達すると、冷却ファンの回転速度を始動または増速させるように制御するので、次のような問題を生じている。
【０００８】
例えば、オイルクーラは、放熱性に優れたアルミニューム製を用いることが望ましいが、７０〜８０℃もの高温に達した状態のオイルクーラに対して、始動または増速された冷却ファンから強い冷風が供給されると、アルミニューム製のオイルクーラに熱歪が発生し、オイルクーラからの油洩れなどの原因となる。
【０００９】
特に、寒冷地では、外気に晒されるオイルクーラ材の表面と、高温の作動油に晒されるオイルクーラ材の内面との間に大きな温度差が生じるため、オイルクーラ材に大きな熱歪が発生し、亀裂や破損による油漏れ故障を起しやすくなる問題が生じている。
【００１０】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、外気の温度変化に対応して、オイルクーラの熱歪による油漏れを防止できるオイルクーラ制御方法およびオイルクーラ制御装置を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載された発明は、油圧回路の作動油を冷却するオイルクーラに冷風を供給する可変速ファンの回転速度を制御するオイルクーラ制御方法であって、外気の温度を検出し、検出された外気の温度が一定の低温領域内にあるときは外気の温度に所定温度を加算した可変温度を作動油制御目標温度として可変速ファンの回転速度を制御するオイルクーラ制御方法であり、検出された外気の温度が一定の低温領域内にある場合は、それに応じて低く設定された作動油制御目標温度を達成するように可変速ファンの回転速度を制御するので、一定の作動油設定温度を境に可変速ファンが始動または増速されることがなく、これにより、可変速ファンから供給された外気に晒されるオイルクーラ表面と、作動油に晒されるオイルクーラ内面との間の温度差も、さほど大きくならないため、オイルクーラに大きな熱歪が発生せず、熱歪による油漏れ故障を防止できる。
【００１２】
請求項２に記載された発明は、請求項１記載のオイルクーラ制御方法において、検出された外気の温度が一定の低温領域を超えるときは低温領域内で最も高い一定の作動油制御目標温度を作動油制御目標温度として可変速ファンの回転速度を制御するオイルクーラ制御方法であり、検出された外気の温度が一定の低温領域を超える高温領域にある場合は、作動油の温度を一定の作動油制御目標温度を達成するように可変速ファンの回転速度を制御することで、過剰な温度上昇によって引起される作動油の劣化や、オイルクーラの熱歪による油漏れ故障を防止できる。
【００１３】
請求項３に記載された発明は、油圧回路の作動油を冷却するオイルクーラに冷風を供給する可変速ファンの回転速度を制御するオイルクーラ制御装置であって、外気の温度を検出する外気温度検出手段と、外気温度検出手段により検出された外気の温度が一定の低温領域内にあるときは外気の温度に所定温度を加算した可変温度を作動油制御目標温度として設定する目標温度設定手段と、作動油の温度を検出する作動油温度検出手段と、作動油温度検出手段により検出された作動油検出温度を目標温度設定手段により設定された作動油制御目標温度と一致させるように可変速ファンの回転速度を制御するファン回転速度制御手段とを具備したオイルクーラ制御装置であり、外気温度検出手段により検出された外気の温度が一定の低温領域内にある場合は、それに応じて目標温度設定手段により低く設定された作動油制御目標温度を達成するように可変速ファンの回転速度を制御するので、一定の作動油設定温度を境に可変速ファンが始動または増速されることがなく、これにより、可変速ファンから供給された外気に晒されるオイルクーラ表面と、作動油に晒されるオイルクーラ内面との間の温度差も、さほど大きくならないため、オイルクーラに大きな熱歪が発生せず、熱歪による油漏れ故障を防止でき、また、作動油温度検出手段により検出された作動油検出温度が極めて低い場合は、この作動油検出温度を、目標温度設定手段で設定された相対的に高温の作動油制御目標温度と一致させるように、ファン回転速度制御手段が可変速ファンの回転速度を低速に制御するので、可変速ファンの高速回転による過冷却を防止して作動油の低温を早期に解消でき、低温高粘度の作動油による操作性の低下を早期に解消できる。
【００１４】
請求項４に記載された発明は、請求項３記載の目標温度設定手段が、外気温度検出手段により検出された外気の温度が一定の低温領域を超えるときは低温領域内で最も高い一定の作動油制御目標温度を作動油制御目標温度として設定するオイルクーラ制御装置であり、外気温度検出手段により検出された外気の温度が一定の低温領域を超える高温領域にある場合は、作動油の温度を一定の作動油制御目標温度を達成するようにファン回転速度制御手段により可変速ファンの回転速度を制御することで、過剰な温度上昇によって引起される作動油の劣化や、オイルクーラの熱歪による油漏れ故障を防止できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、図１乃至図３に示された一実施の形態を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】
図１（ａ）に示されるように、エンジン１１により駆動されるメイン油圧ポンプ１２の吐出ライン１３は、油圧ショベルなどの作業機械を作動する油圧モータまたは油圧シリンダなどの油圧回路１４に接続されている。
【００１７】
この油圧回路１４で仕事をした作動油は温度上昇するので、その作動油を作動油タンク１５に戻す前に冷却するためのオイルクーラ１６が設置されている。
【００１８】
このオイルクーラ１６は、エンジン冷却用のラジエータ１７およびターボチャージャ吸気冷却用のインテークエアクーラ１８と共用または個別の冷却ファンとしての可変速ファン１９を備え、この可変速ファン１９の外気吸引作用により外部から冷風の供給を受ける。
【００１９】
この可変速ファン１９は、エンジン１１により駆動されるサブ油圧ポンプ２１から供給された作動油により回転される油圧モータ２２によって駆動される。
【００２０】
サブ油圧ポンプ２１は、コントローラ２３からの制御信号に応じて動作するアクチュエータ２４により制御される容量可変手段２５を備えた可変容量型ポンプであり、容量可変手段２５により可変制御されたポンプ容量に応じてポンプ吐出流量が変化するので、このポンプ吐出流量に応じて油圧モータ２２の回転速度を可変制御でき、この油圧モータ２２により駆動される可変速ファン１９の回転速度も可変制御できる。
【００２１】
コントローラ２３には、レバー中立状態が一定時間継続されると、エンジン１１の回転速度を一定の低速に自動制御する制御装置（ＡＥＣ）が内蔵され、この制御装置を機能させるためのスイッチ２７が接続されている。
【００２２】
さらに、コントローラ２３には、外気の温度を検出する外気温度検出手段としての外気温度センサ２８と、作動油の温度を検出する作動油温度検出手段としての作動油温度センサ２９とが、それぞれ接続されている。
【００２３】
外気温度センサ２８は、例えば油圧ショベルの場合は上部旋回フレームの周縁スカート部などに設置し、また、作動油温度センサ２９は、例えば作動油タンク１５に設置することが望ましいが、オイルクーラ１６の出口部に設置しても良い。
【００２４】
図１（ｂ）は、オイルクーラ制御装置を示し、外気の温度を検出する前記外気温度センサ２８と、作動油の温度を検出する前記作動油温度センサ２９とに加えて、目標温度設定手段３１と、ファン回転速度制御手段３２とを備えている。
【００２５】
コントローラ２３は、外気温度センサ２８により検出された外気の温度から目標温度設定手段３１が決定した作動油制御目標温度と、作動油温度センサ２９により検出されてフィードバックされた作動油検出温度との誤差を演算するための比較器３３を備え、この比較器３３から出力された誤差信号Ｅがファン回転速度制御手段３２に入力されるフィードバック制御系を構成している。
【００２６】
このファン回転速度制御手段３２は、図１（ｂ）に示されるように、作動油温度センサ２９により検出された作動油検出温度を目標温度設定手段３１により設定された作動油制御目標温度と一致させるように可変速ファン１９の回転速度を制御するもので、コントローラ２３内に設けられたファン回転速度演算部３２ａと、サブ油圧ポンプ２１などに設けられた実行部３２ｂとを備えている。
【００２７】
ファン回転速度演算部３２ａは、例えば基礎となる回転速度Ｎｅｆを有しており、前記誤差信号Ｅを例えば比例積分要素で演算処理して求めた回転速度により、基礎となる回転速度Ｎｅｆを加減調整することで、目標とするファン回転速度を算出するものである。
【００２８】
ファン回転速度制御手段３２の実行部３２ｂは、ファン回転速度演算部３２ａからのファン回転速度制御信号に応じて動作する前記アクチュエータ２４によりサブ油圧ポンプ２１の容量可変手段２５を制御して、油圧モータ２２の回転速度を可変制御することで、可変速ファン１９の回転速度を可変制御する一連の機構である。
【００２９】
図２に示されるように、前記の目標温度設定手段３１は、外気温度センサ２８により検出された外気の温度が一定の例えば２０℃以下の低温領域内にあるときは、外気の温度に所定温度、例えば３６℃を加算した可変温度を作動油制御目標温度として設定し、また、外気温度センサ２８により検出された外気の温度が例えば２０℃を超えるときは、２０℃以下の低温領域内で最も高い一定の作動油制御目標温度、例えば５６℃を作動油制御目標温度として設定するものである。なお、大気の温度が異常な高温状態まで上昇した場合は、大気の温度が上昇するにしたがって作動油制御目標温度を上昇させるようにしても良い。
【００３０】
次に、図３に示されたフローチャートにより、コントローラ２３による制御方法の一例を説明する。なお、図中の丸数字は制御手順を示すステップ番号である。
【００３１】
外気温度センサ２８により検出された外気の温度を読込み（ステップ１）、検出された外気の温度が一定の例えば２０℃以下の低温領域内にあるか否かを判断し（ステップ２）、この一定の低温領域内にあるときは（ステップ２でＹＥＳ）、外気の温度に所定温度、例えば３６℃を加算した可変温度を作動油制御目標温度とし（ステップ３）、この作動油制御目標温度が達成されるように可変速ファン１９の回転速度を制御する（ステップ４）。
【００３２】
また、検出された外気の温度が２０℃を超えたと判断したときは（ステップ２でＮＯ）、低温領域内で最も高い一定の作動油制御目標温度すなわち５６℃を作動油制御目標温度とし（ステップ５）、この作動油制御目標温度が達成されるように可変速ファン１９の回転速度を制御する（ステップ４）。
【００３３】
次に、この実施の形態の作用効果を説明する。
【００３４】
外気温度センサ２８により検出された外気の温度が、例えば２０℃以下の一定の低温領域内にある場合は、それに応じて目標温度設定手段３１により外気の温度に例えば３６℃だけ加算された比較的低温の作動油制御目標温度が設定され、この作動油制御目標温度を達成するように、ファン回転速度制御手段３２が、コントローラ２３のファン回転速度演算部３２ａからの制御信号に応じて動作する実行部３２ｂのアクチュエータ２４により、サブ油圧ポンプ２１の容量可変手段２５を制御することで、油圧モータ２２の回転速度すなわち可変速ファン１９の回転速度を制御する。
【００３５】
このように外気の温度が低いほど制御目標温度が低く設定され、この制御目標温度がファン回転速度制御手段３２により達成されるので、一定の作動油設定温度を境に可変速ファン１９が始動または増速されることがなく、これにより、可変速ファン１９から供給された外気に晒されるオイルクーラ１６の表面と、作動油に晒されるオイルクーラ１６の内面との間の温度差も、さほど大きくならないため、オイルクーラ１６に大きな熱歪が発生せず、熱歪による油漏れ故障を防止できる。
【００３６】
一方、外気温度センサ２８により検出された外気の温度が一定の例えば２０℃を超える高温領域にある場合は、作動油の温度を一定の作動油制御目標温度、例えば５６℃を達成するようにファン回転速度制御手段３２が可変速ファン１９の回転速度を制御することで、過剰な温度上昇によって引起される作動油の劣化や、オイルクーラ１６の熱歪による油漏れ故障を防止できる。
【００３７】
また、作動油温度センサ２９により検出された作動油検出温度が極めて低い場合は、この作動油検出温度を、目標温度設定手段３１で設定された相対的に高温の作動油制御目標温度と一致させるように、ファン回転速度制御手段３２が可変速ファン１９の回転速度を低速に制御するので、可変速ファン１９の高速回転による過冷却を防止して作動油の低温を早期に解消でき、低温高粘度の作動油による操作性の低下を早期に解消できる。
【００３８】
これに対して、作動油検出温度が極めて低いにもかかわらず、運転開始から可変速ファン１９を最高回転速度で駆動すると、作動油の温度が低温に維持される時間が長く、低温による高粘度の作動油が、メイン油圧ポンプ１２における吸入抵抗の増加、吐出流量の減少による油圧馬力の低下を生じさせ、また油圧回路１４中の制御弁における応答の時間遅れを生じさせ、これらによって作業機械の操作性が損われる不都合があるので、前記のように、オイルクーラ１６の可変速ファン１９の回転速度は、作動油検出温度の低い運転初期は比較的低速に制御し、作動油検出温度が高くなるにしたがって徐々に高速に可変制御することで、そのような不都合を解消する。
【００３９】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、検出された外気の温度が一定の低温領域内にある場合は、それに応じて低く設定された作動油制御目標温度を達成するように可変速ファンの回転速度を制御するので、一定の作動油設定温度を境に可変速ファンが始動または増速されることがなく、これにより、可変速ファンから供給された外気に晒されるオイルクーラ表面と、作動油に晒されるオイルクーラ内面との間の温度差も、さほど大きくならないため、オイルクーラに大きな熱歪が発生せず、熱歪による油漏れ故障を防止できる。
【００４０】
請求項２記載の発明によれば、検出された外気の温度が一定の低温領域を超える高温領域にある場合は、作動油の温度を一定の作動油制御目標温度を達成するように可変速ファンの回転速度を制御することで、過剰な温度上昇によって引起される作動油の劣化や、オイルクーラの熱歪による油漏れ故障を防止できるオイルクーラ制御方法を提供できる。
【００４１】
請求項３記載の発明によれば、外気温度検出手段により検出された外気の温度が一定の低温領域内にある場合は、それに応じて目標温度設定手段により低く設定された作動油制御目標温度を達成するように可変速ファンの回転速度を制御するので、一定の作動油設定温度を境に可変速ファンが始動または増速されることがなく、これにより、可変速ファンから供給された外気に晒されるオイルクーラ表面と、作動油に晒されるオイルクーラ内面との間の温度差も、さほど大きくならないため、オイルクーラに大きな熱歪が発生せず、熱歪による油漏れ故障を防止でき、また、作動油温度検出手段により検出された作動油検出温度が極めて低い場合は、この作動油検出温度を、目標温度設定手段で設定された相対的に高温の作動油制御目標温度と一致させるように、ファン回転速度制御手段が可変速ファンの回転速度を低速に制御するので、可変速ファンの高速回転による過冷却を防止して作動油の低温を早期に解消でき、低温高粘度の作動油による操作性の低下を早期に解消できる。
【００４２】
請求項４記載の発明によれば、外気温度検出手段により検出された外気の温度が一定の低温領域を超える高温領域にある場合は、作動油の温度を一定の作動油制御目標温度を達成するようにファン回転速度制御手段により可変速ファンの回転速度を制御することで、過剰な温度上昇によって引起される作動油の劣化や、オイルクーラの熱歪による油漏れ故障を防止できるオイルクーラ制御装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明に係るオイルクーラ制御装置の一実施の形態を示す回路図、（ｂ）はそのコントローラの機能を示すブロック図である。
【図２】同上制御装置の目標温度設定手段の特性を示す特性図である。
【図３】本発明に係るオイルクーラ制御方法の一実施の形態を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１４    油圧回路
１６    オイルクーラ
１９    可変速ファン
２８    外気温度検出手段としての外気温度センサ
２９    作動油温度検出手段としての作動油温度センサ
３１    目標温度設定手段
３２    ファン回転速度制御手段
【図１】
2004239389.tif 000003
【図２】
2004239389.tif 000004
【図３】
2004239389.tif 000005