(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
油圧ポンプと、
前記油圧ポンプから供給された作動油に基づいてファンを回転させる油圧モータと、
前記ファンの実回転数を取得するデータ取得部と、
前記ファンの冷却対象の状態に基づいて、前記ファンの目標回転数を決定する目標量決定部と、
前記目標回転数と前記実回転数との偏差を示すフィードバック量の変化に基づいて、前記油圧ポンプの状態又は前記油圧モータの状態を推測する推測部と、
を備えるファン駆動システム。
【請求項２】
前記フィードバック量は、前記目標回転数と前記油圧ポンプの斜板駆動部を制御するための指令回転数との差を含む、
請求項１に記載のファン駆動システム。
【請求項３】
前記油圧ポンプの状態又は前記油圧モータの状態は、前記油圧ポンプの容積効率と前記油圧モータの容積効率との積を示すシステム効率を含む、
請求項１又は請求項２に記載のファン駆動システム。
【請求項４】
前記推測部は、前記フィードバック量の変化に基づいて、前記油圧ポンプ及び前記油圧モータの少なくとも一方のメンテナンス時期を推測する、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のファン駆動システム。
【請求項５】
前記フィードバック量の変化は、単位時間あたりの前記フィードバック量の変化量を示す変化率を含み、
前記推測部は、前記変化率に基づいて、前記作動油、前記油圧ポンプ、及び前記油圧モータの少なくとも一つに異常が発生したか否かを推測する、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のファン駆動システム。
【請求項６】
前記作動油に基づいて駆動されるアクチュエータと、
前記作動油が流れる管路に配置されるバルブと、備え、
前記推測部は、前記フィードバック量の変化に基づいて、前記アクチュエータの状態又は前記バルブの状態を推測する、
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のファン駆動システム。
【請求項７】
前記ファンの実回転数と前記油圧ポンプの吐出圧又は前記油圧モータの流入ポート圧との関係を示す相関データを記憶する記憶装置を備え、
前記データ取得部は、前記ファンの実回転数に代えて、圧力センサにより検出される前記油圧ポンプの吐出圧又は前記油圧モータの流入ポート圧を示す圧力データを取得し、
前記推測部は、前記相関データと前記圧力データとに基づいて、前記ファンの実回転数を推測する、
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のファン駆動システム。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のファン駆動システムと通信可能であり、複数の前記ファン駆動システムのそれぞれから前記フィードバック量を取得するサーバを備え、
前記サーバは、複数の前記ファン駆動システムのそれぞれから取得した複数の前記フィードバック量を相互に比較して、特定の前記ファン駆動システムを抽出する、
管理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファン駆動システム及び管理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
建設機械は、エンジンと、エンジンが発生した動力により駆動する油圧ポンプと、油圧ポンプから吐出された作動油により駆動する油圧シリンダと、油圧シリンダにより作動する作業機とを備える。エンジンの冷却に水冷式冷却装置が使用される。作動油の冷却にオイルクーラが使用される。水冷式冷却装置は、エンジンに設けられたジャケット及びラジエータを含む循環系において冷却水を循環させることによりエンジンを冷却する。作動油は、オイルクーラを含む循環系において循環されることにより冷却される。ラジエータ及びオイルクーラはそれぞれ、冷却用のファンによって冷却される。ファンが発生する風によってラジエータ及びオイルクーラが冷却されることにより、冷却水及び作動油が冷却される。【０００３】
油圧によりファンを駆動するファン駆動装置の一例が特許文献１に開示されている。特許文献１において、ファン駆動装置は、エンジンが発生する動力により駆動する油圧ポンプと、油圧ポンプから供給された作動油に基づいてファンを回転する油圧モータとを備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１３０１６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
油圧機器であるファン駆動システムにおいて、作動油の汚染、作動油の劣化、作動油に対する水の混入による油圧ポンプの部品の摩耗又は劣化、及び油圧モータの部品の摩耗又は劣化のような異常が発生すると、ファン駆動システムの効率が低下する。ファン駆動システムの効率が低下して、ファンの回転数が低下すると、冷却水及び作動油が十分に冷却されず、特にヒートバランスの余裕が少ない建設機械において、予兆なくオーバーヒートが発生する可能性がある。その結果、建設機械は稼働を停止せざるを得ず、施工現場の生産性の低下がもたらされる。そのため、ファンの回転数が低下する前にファン駆動システムの効率の低下を容易に把握することができる技術が要望される。【０００６】
また、ファン駆動システムについてオーバーホール時間が設定される。オーバーホール時間は、複数のファン駆動システムについて一律に設定される場合が多い。しかし、ファン駆動システムの使用環境はファン駆動システムが搭載される建設機械ごとに異なる。そのため、一律に設定されたオーバーホール時間でファン駆動システムをオーバーホールする場合、例えばファン駆動システムが継続使用可能な状態であるにもかかわらずファン駆動システムのオーバーホールが実施されてしまうケースが発生する。【０００７】
また、ファン駆動システムの効率の低下の主な要因として作動油の汚染が挙げられる。作動油の汚染を検出可能なコンタミセンサをファン駆動システムに設けたり作動油を分析したりすることによって、作動油の汚染状態を把握することができる。しかし、コンタミセンサを設けることは、ファン駆動システムのコストの増大をもたらす。また、作動油を正確に分析するためには、ファン駆動システムの稼働中に撹拌された作動油を採取することが好ましい。しかし、ファン駆動システムの稼働中に作動油を採取することは容易でなく、作動油を正確に分析することが困難である。【０００８】
本発明の態様は、効率の低下を容易に把握することができるファン駆動システム及び管理システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の態様に従えば、油圧ポンプと、前記油圧ポンプから供給された作動油に基づいてファンを回転させる油圧モータと、前記ファンの実回転数を取得するデータ取得部と、前記ファンの冷却対象の状態に基づいて、前記ファンの目標回転数を決定する目標量決定部と、前記目標回転数と実回転数との差を示すフィードバック量の変化に基づいて、前記油圧ポンプの状態又は前記油圧モータの状態を推測する推測部と、を備えるファン駆動システムが提供される。【００１０】
本発明の第２の態様に従えば、第１の態様のファン駆動システムと通信可能であり、複数の前記ファン駆動システムのそれぞれから前記フィードバック量を取得するサーバを備え、前記サーバは、複数の前記ファン駆動システムのそれぞれから取得した複数の前記フィードバック量を相互に比較して、特定の前記ファン駆動システムを抽出する、管理システムが提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の態様によれば、効率の低下を容易に把握することができるファン駆動システム及び管理システムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、第１実施形態に係るファン駆動システムの一例を模式的に示す図である。
【図２】図２は、第１実施形態に係るファン駆動システムの一例を示す機能ブロック図である。
【図３】図３は、第１実施形態に係るエンジン回転数とファンの目標回転数との関係を示す第１相関データの一例を示す図である。
【図４】図４は、第１実施形態に係るエンジン水温とファンの目標回転数との関係を示す第２相関データの一例を示す図である。
【図５】図５は、第１実施形態に係る作動油温とファンの目標回転数との関係を示す第３相関データの一例を示す図である。
【図６】図６は、第１実施形態に係る外気温とファンの目標回転数との関係を示す第４相関データの一例を示す図である。
【図７】図７は、第１実施形態に係る制御装置の一例を示す制御ブロック図である。
【図８】図８は、第１実施形態に係る必要流量と制御電流との関係を示す第５相関データの一例を示す図である。
【図９】図９は、第１実施形態に係るフィードバック量とシステム効率とファンの実回転数との関係を模式的に示す図である。
【図１０】図１０は、第１実施形態に係るファン駆動システムの制御方法の一例を示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、第２実施形態に係るファン駆動システムの一例を模式的に示す図である。
【図１２】図１２は、第３実施形態に係る相関データの一例を模式的に示す図である。
【図１３】図１３は、第４実施形態に係る管理システムの一例を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下で説明する実施形態の構成要素は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。
【００１４】
第１実施形態．
［ファン駆動システムの概要］
第１実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係るファン駆動システム１００の一例を模式的に示す図である。ファン駆動システム１００は、例えば油圧ショベルのようなエンジン１及び油圧シリンダ２０２を有する建設機械に搭載される。ファン駆動システム１００は、ファン１０を回転させる。ファン１０が回転することにより、ラジエータ及びオイルクーラが冷却される。ラジエータ及びオイルクーラが冷却されることにより、エンジン１の冷却水及び作動油が冷却される。
【００１５】
図１に示すように、ファン駆動システム１００は、エンジン１が発生する動力により駆動するファン駆動用の油圧ポンプ２と、油圧ポンプ２から供給された作動油に基づいてファン１０を回転させるファン駆動用の油圧モータ３と、入力装置４と、制御装置５とを備える。ファン１０は、油圧モータ３が発生した動力により回転する。
【００１６】
また、ファン駆動システム１００は、エンジン１の回転数を検出するエンジン回転数センサ２１と、エンジン１の冷却水の温度を検出するエンジン水温センサ２２と、作動油の温度を検出する作動油温センサ２３と、建設機械の外部の温度である外気温度を検出する外気温センサ２４と、ファン１０の回転数を検出するファン回転数センサ２５と、油圧ポンプ２の吐出圧を検出する吐出圧センサ２６と、油圧モータ３の流入ポート圧を検出する流入ポート圧センサ２７とを備える。
【００１７】
油圧ポンプ２は、油圧モータ３の動力源である。油圧ポンプ２は、エンジン１の出力軸と接続され、エンジン１が発生する動力により駆動する。油圧ポンプ２は、可変容量型油圧ポンプである。本実施形態において、油圧ポンプ２は、斜板式ピストンポンプである。油圧ポンプ２は、斜板２Ａと、斜板２Ａを駆動する斜板駆動部２Ｂとを有する。斜板駆動部２Ｂは、斜板２Ａの角度を調整して、油圧ポンプ２の容量ｑを調整する。
【００１８】
油圧ポンプ２は、作動油タンク６に貯留されている作動油を吸引して、吐出口から吐出する。油圧ポンプ２から吐出された作動油は、管路７Ａを介して、油圧モータ３に供給される。
【００１９】
油圧モータ３は、ファン１０の動力源である。油圧モータ３は、固定容量型油圧モータである。油圧モータ３は、管路７Ａと接続される流入ポート３Ａと、管路７Ｂと接続される流出ポート３Ｂと、ファン１０が接続される出力軸とを有する。
【００２０】
油圧ポンプ２から吐出された作動油は、管路７Ａを介して油圧モータ３の流入ポート３Ａに流入する。油圧モータ３の出力軸は、流入ポート３Ａに流入した作動油に基づいて回転する。油圧モータ３の出力軸が回転することにより、油圧モータ３の出力軸に接続されているファン１０が回転する。油圧モータ３の流出ポート３Ｂから流出した作動油は、管路７Ｂを介して作動油タンク６に戻される。
【００２１】
なお、油圧モータ３の流入ポート３Ａと作動油タンク６とが管路７Ｃを介して接続される。作動油タンク６から油圧モータ３の流入ポート３Ａへ向かう一方向のみに作動油を導くチェック弁８が管路７Ｃに設けられる。チェック弁８は、油圧ポンプ２からの作動油の供給が急に減少する場合に発生するポンプ作用により油圧モータ３の圧力が低下したとき、油圧モータ３の流出ポート３Ｂの作動油及び作動油タンク６の作動油を油圧モータ３の流入ポート３Ａに導いて、キャビテーションの発生を抑制する。油圧モータ３が急減速したとき、油圧ポンプ２からの作動油と作動油タンク６からの作動油とが油圧モータ３の流入ポート３Ａに供給される。
【００２２】
エンジン回転数センサ２１は、単位時間あたりのエンジン１の回転数を検出する。エンジン回転数センサ２１は、エンジン１の出力軸の回転数を検出することによって、油圧ポンプ２の入力軸の回転数を検出することができる。エンジン回転数センサ２１の検出データは、制御装置５に出力される。
【００２３】
エンジン水温センサ２２は、エンジン１を冷却する冷却水の温度を検出する。エンジン水温センサ２２は、エンジン１のジャケットの冷却水の温度を検出する。エンジン水温センサ２２の検出データは、制御装置５に出力される。
【００２４】
作動油温センサ２３は、ファン駆動システム１００の作動油の温度を検出する。作動油温センサ２３は、作動油タンク６に設けられる。本実施形態において、メイン油圧ポンプ２００及び油圧シリンダ２０２は、作動油タンク６の作動油を使用する。すなわち、ファン駆動システム１００の作動油の温度とメイン油圧ポンプ２００及び油圧シリンダ２０２の作動油の温度とは実質的に等しい。作動油温センサ２３は、ファン駆動システム１００の作動油の温度を検出することによって、メイン油圧ポンプ２００及び油圧シリンダ２０２の作動油の温度を検出することができる。作動油温センサ２３の検出データは、制御装置５に出力される。
【００２５】
外気温センサ２４は、また、建設機械の外部の温度を検出する。建設機械の外部の温度は、ファン駆動システム１００の外部の温度、エンジン１の外部の温度、メイン油圧ポンプ２００の外部の温度、及び油圧シリンダ２０２の外部の温度を意味する。換言すれば、建設機械の外部の温度は、エンジン１の冷却水が使用される環境温度、及び作動油が使用される環境温度を意味する。外気温センサ２４の検出データは、制御装置５に出力される。
【００２６】
ファン回転数センサ２５は、単位時間あたりのファン１０の回転数を検出する。ファン回転数センサ２５は、油圧モータ３の出力軸に設けられる。以下の説明においては、ファン回転数センサ２５によって検出されるファン１０の回転数を適宜、ファン１０の実回転数Ｆｓ、と称する。ファン回転数センサ２５の検出データは、制御装置５に出力される。
【００２７】
吐出圧センサ２６は、油圧ポンプ２からの作動油の吐出圧を検出する圧力センサである。流入ポート圧センサ２７は、油圧モータ３の流入ポート３Ａに流入する作動油の流入ポート圧を検出する圧力センサである。
【００２８】
入力装置４は、操作者により操作される。入力装置４は、例えばコンピュータ用のキーボード、タッチパネル、及び操作ボタンを有する操作盤を含む。入力装置４は、操作されることにより入力データを生成する。入力装置４により生成された入力データは、制御装置５に出力される。
【００２９】
制御装置５は、エンジン回転数センサ２１の検出データ、エンジン水温センサ２２の検出データ、作動油温センサ２３の検出データ、外気温センサ２４の検出データ、及びファン回転数センサ２５の検出データに基づいて、斜板駆動部２Ｂを制御する。制御装置５は、斜板駆動部２Ｂを制御して、油圧ポンプ２から油圧モータ３に供給される作動油の流量Ｑを調整する。
【００３０】
油圧ポンプ２の１回転あたりの容量ｑ［ｃｃ/ｒｅｖ］と、油圧ポンプ２から吐出される作動油の流量Ｑと、エンジン回転数Ｎとの間には、以下の（１）式の関係が成立する。なお（１）式において、Ｋは効率である。
【００３１】
Ｑ  ＝  Ｋ×ｑ×Ｎ      …（１）
【００３２】
したがって、エンジン１が一定のエンジン回転数Ｎで回転している場合、制御装置５は、斜板駆動部２Ｂを制御して斜板２Ａの角度を調整して容量ｑを調整することにより、油圧ポンプ２から油圧モータ３に供給される作動油の流量Ｑを調整することができる。
【００３３】
油圧ポンプ２から油圧モータ３に供給される作動油の流量Ｑに基づいて、ファン１０の回転数が調整される。本実施形態において、油圧ポンプ２は、可変容量型油圧ポンプである。流入ポート３Ａに流入する作動油の流量Ｑと、油圧モータ３の出力軸に接続されているファン１０の回転数とは比例する。油圧ポンプ２から油圧モータ３に供給される作動油の流量Ｑが多いほど、ファン１０の回転数は高くなる。油圧ポンプ２から油圧モータ３に供給される作動油の流量Ｑが少ないほど、ファン１０の回転数は低くなる。油圧ポンプ２から油圧モータ３に作動油が供給されない場合、ファン１０の回転は停止する。
【００３４】
エンジン１は、メイン油圧ポンプ２００と接続される。メイン油圧ポンプ２００は、エンジン１で発生した動力により駆動する。メイン油圧ポンプ２００は、作動油タンク６に貯留されている作動油を吸引して、吐出口から吐出する。メイン油圧ポンプ２００から吐出された作動油は、管路２０１を介して油圧シリンダ２０２に供給される。油圧シリンダ２０２は、メイン油圧ポンプ２００から供給された作動油に基づいて駆動されるアクチュエータである。また、メイン油圧ポンプ２００から供給される作動油が流れる管路２０１にバルブ２０３が設けられる。バルブ２０３は、油圧シリンダ２０２に供給される作動油の単位時間当たりの供給量を調整する。油圧シリンダ２０２の駆動により、建設機械の作業機が作動する。油圧シリンダ２０２から排出された作動油は、作動油タンク６に戻される。
【００３５】
［制御装置］
次に、本実施形態に係るファン駆動システム１００の制御システムについて説明する。図２は、本実施形態に係るファン駆動システム１００の一例を示す機能ブロック図である。
【００３６】
制御装置５は、コンピュータシステムを含む。制御装置５は、演算処理装置５０と、記憶装置６０と、入出力インターフェース装置７０とを有する。
【００３７】
演算処理装置５０は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）のようなマイクロプロセッサを含む。記憶装置６０は、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）又はＲＡＭ（Random  Access  Memory）のようなメモリ及びストレージを含む。演算処理装置５０は、記憶装置６０に記憶されているコンピュータプログラムに従って演算処理を実施する。
【００３８】
入出力インターフェース装置７０は、演算処理装置５０、記憶装置６０、入力装置４、エンジン回転数センサ２１、エンジン水温センサ２２、作動油温センサ２３、外気温センサ２４、ファン回転数センサ２５、吐出圧センサ２６、流入ポート圧センサ２７、及び斜板駆動部２Ｂと接続される。入出力インターフェース装置７０は、演算処理装置５０と記憶装置６０と入力装置４とエンジン回転数センサ２１とエンジン水温センサ２２と作動油温センサ２３と外気温センサ２４とファン回転数センサ２５と吐出圧センサ２６と流入ポート圧センサ２７と斜板駆動部２Ｂとの間でデータ通信する。
【００３９】
演算処理装置５０は、データ取得部５１と、目標量決定部５２と、比較部５３と、演算部５４と、制御部５５と、推測部５６とを有する。
【００４０】
データ取得部５１は、エンジン回転数センサ２１から、単位時間あたりのエンジン１の回転数を示すエンジン回転数データを取得する。また、データ取得部５１は、エンジン水温センサ２２から、エンジン１の冷却水の温度を示すエンジン水温データを取得する。また、データ取得部５１は、作動油温センサ２３から、作動油の温度を示す作動油温データを取得する。また、データ取得部５１は、外気温センサ２４から、建設機械の外部の温度を示す外気温データを取得する。また、データ取得部５１は、ファン回転数センサ２５から、単位時間あたりのファン１０の実回転数Ｆｓを示すファン回転数データを取得する。また、データ取得部５１は、吐出圧センサ２６により検出される油圧ポンプ２の吐出圧を示す圧力データを取得する。また、データ取得部５１は、流入ポート圧センサ２７により検出される油圧モータ３の流入ポート圧を示す圧力データを取得する。
【００４１】
目標量決定部５２は、ファン１０の冷却対象の状態に基づいて、ファン１０の目標回転数Ｆｒを決定する。本実施形態において、ファン１０の冷却対象は、冷却水及び作動油である。冷却対象の状態は、冷却水によって冷却されるエンジン１の回転数、冷却水の温度、作動油の温度、及び冷却水と作動油とが使用される環境温度である建設機械の外部の温度の少なくとも一つを含む。すなわち、目標量決定部５２は、データ取得部５１に取得されたデータに基づいて、ファン１０の目標回転数Ｆｒを決定する。
【００４２】
ファン１０の冷却対象の状態は、建設機械の稼働状態及び環境温度などに基づいて時々刻々と変化する。そのため、目標量決定部５２によって決定されるファン１０の目標回転数Ｆｒは、建設機械の稼働状態及び環境温度などに基づいて時々刻々と変化する。
【００４３】
比較部５３は、目標量決定部５２で決定されたファン１０の目標回転数Ｆｒとデータ取得部５１に取得されたファン１０の実回転数Ｆｓとを比較する。本実施形態において、比較部５３は、ファン１０の目標回転数Ｆｒとファン１０の実回転数Ｆｓとの偏差を示すフィードバック量を算出する。
【００４４】
演算部５４は、比較部５３により算出された目標回転数Ｆｒと実回転数Ｆｓとの偏差を示すフィードバック量を目標回転数Ｆｒに加算して、指令回転数Ｆｔを算出する。指令回転数Ｆｔは、油圧ポンプ２の斜板駆動部２Ｂを制御するための回転数である。フィードバック量は、目標回転数Ｆｒと指令回転数Ｆｔとの偏差を含む。
【００４５】
制御部５５は、指令回転数Ｆｔに基づいて、斜板駆動部２Ｂを制御する。本実施形態において、制御部５５は、指令回転数Ｆｔで回転するように、斜板駆動部２Ｂの制御電流ｉを算出する。斜板駆動部２Ｂは、制御部５５により算出された制御電流ｉに基づいて駆動して、斜板２Ａの角度を調整する。
【００４６】
推測部５６は、ファン１０の目標回転数Ｆｒと実回転数Ｆｓとの偏差を示すフィードバック量の変化に基づいて、油圧ポンプ２の状態又は油圧モータ３の状態を推定する。本実施形態において、油圧ポンプ２の状態又は油圧モータ３の状態は、油圧ポンプ２の容積効率と油圧モータ３の容積効率との積を示すシステム効率を含む。推測部５６は、フィードバック量の変化に基づいて、システム効率を推測する。
【００４７】
また、推測部５６は、フィードバック量の変化に基づいて、油圧シリンダ２０２の状態又はバルブ２０３の状態を推定する。油圧シリンダ２０２の状態は、長期間の使用により油圧シリンダ２０２の構成部品が摩耗して構成部品の隙間から油漏れが生じる状態を含む。バルブ２０３の状態は、長期間の使用によりバルブ２０３の構成部品が摩耗して構成部品の隙間から油漏れが生じる状態を含む。
【００４８】
記憶装置６０は、ファン１０の目標回転数Ｆｒについての複数の相関データを記憶する。相関データは、実験又はシミュレーションにより予め求められる。
【００４９】
記憶装置６０は、エンジン回転数Ｎと、そのエンジン回転数Ｎのときに要求されるファン１０の目標回転数Ｆｒ１との関係を示す第１相関データを記憶する。図３は、本実施形態に係る第１相関データの一例を示す図である。第１相関データは、あるエンジン回転数Ｎのときに作動油が最適に冷却されるファン１０の目標回転数Ｆｒ１を示す。あるエンジン回転数Ｎのときに、第１相関データに基づいて、そのエンジン回転数Ｎに対応する目標回転数Ｆｒ１でファン１０が回転されることにより、作動油は最適に冷却される。
【００５０】
また、記憶装置６０は、エンジン水温Ｔｅと、そのエンジン水温Ｔｅのときに要求されるファン１０の目標回転数Ｆｒ２との関係を示す第２相関データを記憶する。図４は、本実施形態に係る第２相関データの一例を示す図である。第２相関データは、あるエンジン水温Ｔｅのときに冷却水が最適に冷却されるファン１０の目標回転数Ｆｒ２を示す。あるエンジン水温Ｔｅのときに、第２相関データに基づいて、そのエンジン水温Ｔｅに対応する目標回転数Ｆｒ２でファン１０が回転されることにより、冷却水は最適に冷却される。
【００５１】
また、記憶装置６０は、作動油温Ｔｓと、その作動油温Ｔｓのときに要求されるファン１０の目標回転数Ｆｒ３との関係を示す第３相関データを記憶する。図５は、本実施形態に係る第３相関データの一例を示す図である。第３相関データは、ある作動油温Ｔｓのときに作動油が最適に冷却されるファン１０の目標回転数Ｆｒ３を示す。ある作動油温Ｔｓのときに、第３相関データに基づいて、その作動油温Ｔｓに対応する目標回転数Ｆｒ３でファン１０が回転されることにより、作動油は最適に冷却される。
【００５２】
また、記憶装置６０は、外気温Ｔｇと、その外気温Ｔｇのときに要求されるファン１０の目標回転数Ｆｒ４との関係を示す第４相関データを記憶する。図６は、本実施形態に係る第４相関データの一例を示す図である。第４相関データは、ある外気温Ｔｇのときに作動油及び冷却水が最適に冷却されるファン１０の目標回転数Ｆｒ４を示す。ある外気温Ｔｇのときに、第４相関データに基づいて、その外気温Ｔｇに対応する目標回転数Ｆｒ４でファン１０が回転されることにより、作動油及び冷却水は最適に冷却される。
【００５３】
第１相関データ、第２相関データ、第３相関データ、及び第４相関データはそれぞれ、実験又はシミュレーションにより導出され、記憶装置６０に記憶される。
【００５４】
目標量決定部５２は、エンジン回転数センサ２１で検出されデータ取得部５１に取得されたエンジン回転数Ｎと、記憶装置６０に記憶されている第１相関データとに基づいて、ファン１０の目標回転数Ｆｒ１を導出する。また、演算部５２は、エンジン水温センサ２２で検出されデータ取得部５１に取得されたエンジン水温Ｔｅと、記憶装置６０に記憶されている第２相関データとに基づいて、ファン１０の目標回転数Ｆｒ２を導出する。また、演算部５２は、作動油温センサ２３で検出されデータ取得部５１に取得された作動油温Ｔｓと、記憶装置６０に記憶されている第３相関データとに基づいて、ファン１０の目標回転数Ｆｒ３を導出する。また、演算部５２は、外気温センサ２４で検出されデータ取得部５１に取得された外気温Ｔｇと、記憶装置６０に記憶されている第４相関データとに基づいて、ファン１０の目標回転数Ｆｒ４を導出する。
【００５５】
目標量決定部５２は、目標回転数Ｆｒ１、目標回転数Ｆｒ２、目標回転数Ｆｒ３、及び目標回転数Ｆｒ４から、任意の目標回転数を選択して、その選択した目標回転数を、ファン１０の最終的な目標回転数Ｆｒに決定する。
【００５６】
［フィードバック制御］
図７は、本実施形態に係る制御装置５０の制御ブロック図である。図７に示すように、制御装置５は、フィードバック制御により、斜板駆動部２Ｂを制御する。
【００５７】
上述のように、目標量決定部５２は、データ取得部５１に取得されたエンジン回転数データ、エンジン水温データ、作動油温データ、及び外気温データと、記憶装置６０に記憶されている第１相関データ、第２相関データ、第３相関データ、及び第４相関データとに基づいて、ファン１０の目標回転数Ｆｒを決定する。また、データ取得部５１は、ファン回転数センサ２５からファン１０の実回転数Ｆｓを取得する。比較部５３は、目標回転数Ｆｒを実回転数Ｆｓとの差分を算出する。演算部５４は、目標回転数Ｆｒに目標回転数Ｆｒと実回転数Ｆｓとの差分を加算し、指令回転数Ｆｔを決定する。推測部５６は、比較部５３により算出された指令回転数Ｆｔと実回転数Ｆｓとの差であるフィードバック量をモニタする。
【００５８】
演算部５４は、指令回転数Ｆｔを達成するために必要な作動油の流量Ｑを示す必要流量Ｑｒを算出する。上述のように、油圧モータ３に供給される作動油の流量Ｑとファン１０の回転数とは比例する。したがって、演算部５４は、指令回転数Ｆｔを達成するための必要流量Ｑｒを算出することができる。
【００５９】
演算部５４は、必要流量Ｑｒを達成するために必要な油圧ポンプ２の容量ｑを算出する。（１）式で示したように、流量Ｑは、エンジン回転数Ｎに基づいて変化する。したがって、演算部５２は、データ取得部５１に取得された現況のエンジン回転数Ｎと必要流量Ｑとに基づいて、必要流量Ｑを達成するための油圧ポンプ２の容量ｑを算出することができる。
【００６０】
制御部５５は、演算部５４により算出された容量ｑを達成するために斜板駆動部２Ｂに必要な制御電流ｉを算出する。制御電流ｉに基づいて、斜板２Ａの角度が調整される。斜板２Ａの角度が調整されることにより、油圧ポンプ２の容量ｑが調整される。
【００６１】
本実施形態において、記憶装置６０は、エンジン回転数Ｎと、必要流量Ｑｒと、制御電流ｉとの関係を示す第５相関データを記憶する。本実施形態において、制御部５５は、記憶装置６０に記憶されている第５相関データに基づいて、容量ｑを達成するための制御電流ｉを算出する。
【００６２】
図８は、本実施形態に係る第５相関データの一例を示す図である。あるエンジン回転数Ｎのときに必要流量Ｑｒを達成するための制御電流ｉを示す第５相関データが記憶装置６０に記憶される。必要流量Ｑと制御電流ｉとは、例えば比例関係にある。
【００６３】
記憶装置６０には、複数のエンジン回転数Ｎ（Ｎａ，Ｎｂ，Ｎｃ…）のそれぞれのときに必要流量Ｑｒを達成するための制御電流ｉを示す多数の第５相関データが記憶される。制御部５５は、目標回転数Ｆｒと、データ取得部５１に取得された現況のエンジン回転数Ｎと、記憶装置６０に記憶されている第５相関データとに基づいて、ファン１０の指令回転数Ｆｔを達成するために斜板駆動部２Ｂに出力すべき制御電流ｉを算出する。制御部５５は、算出した制御電流ｉを含む制御信号を斜板駆動部２Ｂに出力する。
【００６４】
［フィードバック量］
油圧機器であるファン駆動システム１００において、作動油、油圧ポンプ２、及び油圧モータ３が正常状態のとき、制御部５４から制御電流ｉが出力されることにより、ファン１０は目標回転数Ｆｒで回転可能である。作動油の正常状態は、例えば作動油が新品状態であることを含み、作動油が汚染されていない状態、作動油が劣化していない状態、及び作動油に水が混入していない状態を含む。油圧ポンプ２の正常状態は、油圧ポンプ２が新品状態であることを含み、油圧ポンプ２の部品が許容されるべき摩耗レベルの状態、油圧ポンプ２の部品が劣化していない状態、及び油圧ポンプ２に水が侵入していない状態を含む。油圧モータ３の正常状態は、油圧モータ３が新品状態であることを含み、油圧モータ３の部品が許容される摩耗レベルの状態、油圧モータ３の部品が劣化していない状態、及び油圧モータ３に水が侵入していない状態を含む。
【００６５】
作動油の汚染、作動油の劣化、作動油に対する水の混入による油圧ポンプ２の部品の摩耗又は劣化、及び油圧モータ３の部品の摩耗又は劣化のような異常が発生すると、ファン駆動システム１００の効率が低下する。油圧ポンプ２、及び油圧モータ３の少なくとも一つに異常が発生すると、制御部５５から制御電流ｉが出力されても、ファン１０は目標回転数Ｆｒで回転することができず、ファン１０の実回転数Ｆｓが目標回転数Ｆｒよりも低くなってしまう。すなわち、油圧ポンプ２、及び油圧モータ３の少なくとも一つが異常状態のとき、制御部５４から制御電流ｉが出力されても、ファン１０の実回転数Ｆｓと目標回転数Ｆｒとの偏差が大きくなる。換言すれば、指令回転数Ｆｔと目標回転数Ｆｒとの差が大きくなる。
【００６６】
本実施形態において、推測部５６は、ファン１０の目標回転数Ｆｒと指令回転数Ｆｔとの偏差を示すフィードバック量の変化に基づいて、油圧ポンプ２の容積効率と油圧モータ３の容積効率との積を示すシステム効率を推測する。
【００６７】
図９は、本実施形態に係るフィードバック量とシステム効率と油圧ポンプ２の容量とファン１０の実回転数Ｆｓとの関係を模式的に示す図である。推測部５６は、フィードバック量をモニタする。推測部５６は、フィードバック量の変化に基づいて、システム効率を推測する。
【００６８】
図９に示すように、フィードバック量とシステム効率とは相関する。例えば、新品状態の作動油、新品状態の油圧ポンプ２、及び新品状態の油圧モータ３の使用を開始した時点ｔ０と時点ｔ０から所定時間経過後の時点ｔ１との間の期間Ｐ１においては、フィードバック量はほぼ変化せず、実質的に一定である。また、フィードバック量が一定である期間Ｐ１においては、推測部５６は、フィードバック量の変化に基づいて、システム効率は正常であると推測することができる。システム効率が正常であることは、作動油、油圧ポンプ２、及び油圧モータ３が正常であることを意味する。また、システム効率が正常であることは、ファン１０が目標回転数Ｆｒに従って回転することを意味する。
【００６９】
時点ｔ１と時点ｔ１から所定時間経過後の時点ｔ２との間の期間Ｐ２においては、フィードバック量が増加する。フィードバック量が増加する期間Ｐ２においては、推測部５６は、フィードバック量の変化に基づいて、システム効率が低下していると推測することができる。システム効率が低下していることは、作動油、油圧ポンプ２、及び油圧モータ３の少なくとも一つに異常が発生している可能性が高いことを意味する。この期間、システム効率が低下しても、フィードバック量の増加により、ファン１０は、必要な実回転数Ｆｓを得ることができる。
【００７０】
推測部５６は、単位時間あたりのフィードバック量の変化量を示すフィードバック量の変化率に基づいて、作動油、油圧ポンプ２、及び油圧モータ３の少なくとも一つに異常が発生したか否かを推測することができる。例えば、時点ｔ１においては、フィードバック量が急激に増大する。したがって、推測部５６は、時点ｔ１において、作動油、油圧ポンプ２、及び油圧モータ３の少なくとも一つに異常が発生したと推測することができる。
【００７１】
また、推測部５６は、フィードバック量の変化に基づいて、油圧ポンプ２及び油圧モータ３の少なくとも一方の最適なメンテナンス時期を推測する。油圧ポンプ２及び油圧モータ３のメンテナンスは、油圧ポンプ２のオーバーホール、油圧ポンプ２の交換、油圧モータ３のオーバーホール、及び油圧モータ３の交換の少なくとも一つを含む。また、メンテナンスは、作動油の交換を含む。
【００７２】
本実施形態においては、フィードバック量についての閾値ＳＨが規定される。推測部５６は、フィードバック量が閾値ＳＨに到達した時点ｔ２が油圧ポンプ２及び油圧モータ３の少なくとも一方の最適なメンテナンス時期であると推測する。
【００７３】
また、推測部５６は、フィードバック量の変化に基づいて、油圧シリンダ２０２の状態又はバルブ２０３の状態を推測する。
【００７４】
［制御方法］
次に、本実施形態に係るファン駆動システム１００の制御方法について説明する。図１０は、本実施形態に係るファン駆動システム１００の制御方法の一例を示すフローチャートである。
【００７５】
データ取得部５１は、ファン１０の実回転数Ｆｓを取得する（ステップＳ１０）。目標量決定部５２は、ファン１０の冷却対象である冷却水及び作動油の状態に基づいて、ファン１０の目標回転数Ｆｒを決定する（ステップＳ２０）。比較部５３は、目標回転数Ｆｒと実回転数Ｆｓとの偏差を示すフィードバック量を算出する（ステップＳ３０）。
【００７６】
フィードバック量は、目標回転数Ｆｒと指令回転数Ｆｔとの偏差を含む。推測部５６は、フィードバック量をモニタする。推測部５６は、フィードバック量の変化に基づいて、ファン駆動システム１０のシステム効率を推測する（ステップＳ４０）。
【００７７】
推測部５６は、フィードバック量が閾値ＳＨに到達したか否かを判定する（ステップＳ５０）。ステップＳ５０において、フィードバック量が閾値に到達していないと判定されたとき（ステップＳ５０：Ｎｏ）、ファン駆動システム１００の稼働が継続される。ステップＳ５０において、フィードバック量が閾値に到達したと判定されたとき（ステップＳ５０：Ｙｅｓ）、油圧ポンプ２及び油圧モータ３の少なくとも一方のメンテナンスが実施される（ステップＳ６０）。
【００７８】
［作用及び効果］
以上説明したように、本実施形態によれば、フィードバック量の変化がモニタされることにより、そのフィードバック量の変化に基づいて、油圧ポンプ２の状態又は油圧モータ３の状態を推測することができる。本実施形態においては、フィードバック量の変化に基づいて、油圧ポンプ２の容積効率と油圧モータ３の容積効率との積を示すファン駆動システム１００のシステム効率を推測することができる。
【００７９】
したがって、推測したシステム効率に基づいて、作動油の汚染、作動油の劣化、作動油に対する水の混入、油圧ポンプの部品の摩耗又は劣化、及び油圧モータの部品の摩耗又は劣化のような異常が発生しているか否かを推測することができる。異常の有無が推測されることにより、例えば適切なメンテナンス時期で油圧ポンプ２及び油圧モータ３をメンテナンスしたり、作動油を交換したりすることができる。また、本実施形態においては、コンタミセンサを設けたり作動油を分析したりしなくても、フィードバック量の変化をモニタすることで、作動油の汚染状態を簡易に推測することができる。また、本実施形態においては、作動油タンク６を共通で使用するその他の油圧機器についても、ファン駆動用の油圧ポンプ２及び油圧モータ３の耐力差を把握することにより、適切なメンテナンス時期を推測することができる。
【００８０】
また、本実施形態においては、フィードバック量の変化に基づいて、油圧シリンダ２０２の状態又はバルブ２０３の状態を推測することができる。本実施形態において、油圧ポンプ２及びメイン油圧ポンプ２００は、作動油タンク６を共用する。すなわち、油圧ポンプ２及び油圧モータ３を流れる作動油は、メイン油圧ポンプ２００、バルブ２００、及び油圧シリンダ２００にも流れる。そのため、フィードバック量に基づいて、油圧シリンダ２０２の状態又はバルブ２０３の状態を推測することができる。したがって、油圧シリンダ２０２の適切なメンテナンス時期を推測したり、バルブ２０３の適切なメンテナンス時期を推測したりすることができる。
【００８１】
第２実施形態．
第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成要素には同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。
【００８２】
図１１は、本実施形態に係るファン駆動システム１００Ｂの一例を模式的に示す図である。上述の実施形態においては、ファン駆動用の油圧ポンプ２が可変容量型油圧ポンプであり、斜板２Ａの角度が調整されることによって、油圧ポンプ２から油圧モータ３に供給される作動油の流量が調整されることとした。
【００８３】
本実施形態において、油圧ポンプ２０は、固定容量型油圧ポンプである。本実施形態において、油圧ポンプ２０と油圧モータ３との間の管路７Ａに、油圧ポンプ２０から油圧モータ３に供給される作動油の流量を調整する流量調整弁９が設けられる。制御装置５は、流量調整弁９を制御して、油圧ポンプ２０から油圧モータ３に供給される作動油の流量を調整する。油圧ポンプ２０から油圧モータ３に供給される作動油の流量が調整されることにより、ファン１０の回転数が調整される。
【００８４】
第３実施形態．
第３実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成要素には同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。
【００８５】
本実施形態においては、油圧ポンプ２の吐出圧又は油圧モータ３の流入ポート圧に基づいて、ファン１０の実回転数Ｆｓを推測する例について説明する。本実施形態において、記憶装置６０は、ファン１０の実回転数Ｆｓと油圧ポンプ２の吐出圧又は油圧モータ３の流入ポート圧との関係を示す相関データを記憶する。
【００８６】
図１２は、本実施形態に係る記憶装置６０に記憶されている相関データの一例を模式的に示す図である。図１２において、横軸は、ファン１０の実回転数を示し、縦軸は、油圧ポンプ２の吐出圧又は油圧モータ３の流入ポート圧を示す。図１２に示すように、ファン１０の実回転数と作動油の圧力（静圧）との関係を示す特性線図は、２次曲線で示すことができる。
【００８７】
データ取得部５１は、ファン１０の実回転数Ｆｓに代えて、吐出圧センサ２６により検出される油圧ポンプ２の吐出圧又は流入ポート圧センサ２７により検出される油圧モータ３の流入ポート圧を示す圧力データを取得する。
【００８８】
本実施形態において、推測部５６は、記憶装置６０に記憶されている相関データと、吐出圧センサ２６又は流入ポート圧センサ２７により検出された作動油の圧力データとに基づいて、ファン１０の実回転数Ｆｓを推測する。
【００８９】
例えば、推測部５６は、吐出圧センサ２６により検出された吐出圧（圧力）を、記憶装置６０に記憶されている相関データに当てはめることにより、ファン１０の実回転数Ｆｓを推測することができる。同様に、推測部５６は、流入ポート圧センサ２７により検出された流入ポート圧（圧力）を、記憶装置６０に記憶されている相関データに当てはめることにより、ファン１０の実回転数Ｆｓを推測することができる。
【００９０】
第４実施形態．
第４実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成要素には同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。
【００９１】
図１３は、本実施形態に係る管理システム１０００の一例を模式的に示す図である。図１３に示すように、複数の建設機械４００のそれぞれにファン駆動システム１００（１００Ｂ）が搭載されている。管理システム１０００は、複数のファン駆動システム１００のそれぞれとデータ通信可能なサーバ３００を備える。
【００９２】
本実施形態において、ファン駆動システム１００の制御装置５の機能の一部又は全部がサーバ３００に設けられる。本実施形態においては、少なくとも、推測部５６がサーバ３００に設けられる。なお、データ取得部５１、目標量決定部５２、比較部５３、演算部５４、及び制御部５５の少なくとも一つがサーバ３００に設けられてもよい。サーバ３００は、ファン駆動システム１００とデータ通信可能であるため、建設機械４００に設けられているセンサの検出データその他のデータを建設機械４００から取得可能である。
【００９３】
サーバ３００は、複数のファン駆動システム１００のそれぞれからフィードバック量を取得する。サーバ３００は、複数のファン駆動システム１００のそれぞれから取得した複数のフィードバック量を相互に比較して、特定のファン駆動システム１００を抽出する。
【００９４】
サーバ３００は、特定のファン駆動システム１００として、異常なファン駆動システム１００を抽出する。また、サーバ３００は、特定のファン駆動システム１００として、状態が良好なファン駆動システム１００を抽出する。
【００９５】
以上説明したように、サーバ３００は、複数の建設機械４００のそれぞれからファン駆動システム１００についてのフィードバック量を取得して、それら複数のファン駆動システム１００のそれぞれについてのフィードバック量の変化をモニタすることができる。また、サーバ３００は、フィードバック量の変化に基づいて、複数のファン駆動システム１００それぞれのシステム効率を推定することができる。サーバ３００は、推定したシステム効率に基づいて、異常が発生している可能性があるファン駆動システム１００及び状態が良好なファン駆動システム１００を抽出することができる。
【００９６】
なお、本実施形態において、推測部５６の機能が建設機械４００に搭載されているファン駆動システム１００の制御装置５に設けられてもよい。
【符号の説明】
【００９７】
１…エンジン、２…油圧ポンプ、２Ａ…斜板、２Ｂ…斜板駆動部、３…油圧モータ、３Ａ…流入ポート、３Ｂ…流出ポート、４…入力装置、５…制御装置、６…作動油タンク、７Ａ…管路、７Ｂ…管路、７Ｃ…管路、８…チェック弁、９…流量調整弁、１０…ファン、２０…油圧ポンプ、２１…エンジン回転数センサ、２２…エンジン水温センサ、２３…作動油温センサ、２４…外気温センサ、２５…ファン回転数センサ、２６…吐出圧センサ、２７…流入ポート圧センサ、５０…演算処理装置、５１…データ取得部、５２…目標量決定部、５３…比較部、５４…演算部、５５…制御部、５６…推定部、６０…記憶装置、７０…入出力インターフェース装置、１００…ファン駆動システム、２００…メイン油圧ポンプ、２０１…管路、２０２…油圧シリンダ、２０３…バルブ、３００…サーバ、４００…建設機械、１０００…管理システム。
【要約】
ファン駆動システムは、油圧ポンプと、油圧ポンプから供給された作動油に基づいてファンを回転させる油圧モータと、ファンの実回転数を取得するデータ取得部と、ファンの冷却対象の状態に基づいて、ファンの目標回転数を決定する目標量決定部と、目標回転数と実回転数との差を示すフィードバック量の変化に基づいて、油圧ポンプの状態又は油圧モータの状態を推測する推測部と、を備える。【図１】
0006262915.tif 000002
【図２】
0006262915.tif 000003
【図３】
0006262915.tif 000004
【図４】
0006262915.tif 000005
【図５】
0006262915.tif 000006
【図６】
0006262915.tif 000007
【図７】
0006262915.tif 000008
【図８】
0006262915.tif 000009
【図９】
0006262915.tif 000010
【図１０】
0006262915.tif 000011
【図１１】
0006262915.tif 000012
【図１２】
0006262915.tif 000013
【図１３】
0006262915.tif 000014