(57)【要約】【課題】  フィンの目詰まりによる熱交換器の性能劣化を精度よく予測する。【解決手段】  建設機械に設けた熱交換器１２と、建設機械の周辺の温度Ｔ５を検出する第１の温度検出手段５と、熱交換器１２の入口側または出口側の冷却媒体の温度Ｔ６を検出する第２の温度検出手段６と、第１の温度検出手段５で検出した温度Ｔ５と第２の温度検出手段６で検出した温度Ｔ６との温度差（Ｔ６−Ｔ５）が予め設定した閾値Ｔａを越えたとき、その判定結果を出力する判定手段２０とを備える。【選択図】図３
2005256447.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
建設機械の周辺の温度を検出する第１の温度検出手段と、
前記建設機械に設けた熱交換器の入口側または出口側の冷却媒体の温度を検出する第２の温度検出手段と、
前記第１の温度検出手段で検出した温度と前記第２の温度検出手段で検出した温度との温度差が予め設定した閾値を越えたとき、その判定結果を出力する判定手段とを備えたことを特徴とする建設機械の熱交換器の性能劣化予測装置。
【請求項２】
請求項１に記載の建設機械の熱交換器の性能劣化予測装置において、
前記判定手段で出力した判定結果を報知する報知手段をさらに備えたことを特徴とする建設機械の熱交換器の性能劣化予測装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の建設機械の熱交換器の性能劣化予測装置において、
前記建設機械の周辺の温度の上昇に基づいて前記閾値を小さく設定する閾値設定手段をさらに備えたことを特徴とする建設機械の熱交換器の性能劣化予測装置。
【請求項４】
建設機械に設けた熱交換器と、
前記建設機械の周辺の温度を検出する第１の温度検出手段と、
前記熱交換器の入口側または出口側の冷却媒体の温度を検出する第２の温度検出手段と、
前記第１の温度検出手段で検出した温度と前記第２の温度検出手段で検出した温度との温度差が予め設定した閾値を越えたとき、その判定結果を出力する判定手段とを備えたことを特徴とする建設機械の冷却装置。
【請求項５】
請求項４に記載の建設機械の冷却装置において、
前記判定手段で出力した判定結果を報知する報知手段をさらに備えたことを特徴とする建設機械の冷却装置。
【請求項６】
請求項４または５に記載の建設機械の冷却装置において、
前記建設機械の周辺の温度の上昇に基づいて前記閾値を小さく設定する閾値設定手段をさらに備えたことを特徴とする建設機械の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、目詰まり等による熱交換器の性能劣化を予測する建設機械の熱交換器の性能劣化予測装置および冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
油圧ショベル等の建設機械は、土砂や粉塵等が飛散する環境下で用いられるため、ラジエータなどの熱交換器のフィンに目詰まりが生じやすい。ラジエータのフィンに目詰まりが生じると、ラジエータにおける熱交換効率が低下し、エンジン冷却水温が上昇して、エンジンがオーバーヒートするおそれがある。したがって、オーバーヒートを未然に防ぐためには、ラジエータの性能劣化を早期に予測し、適切なタイミングで熱交換器のメンテナンスを施すことが好ましい。なお、熱交換器の性能劣化を予測する先行技術文献としては、以下のものがある。
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２１８１８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１記載のものは、工場やビル等に設けられる熱交換器を対象としたものであり、熱交換器入口の冷却水温と熱交換器出口の冷却水温と被冷却体の冷却後の温度をそれぞれ測定し、これら測定値に基づいて冷却水の汚れ状態を推定する。このため、建設機械のように様々な作業環境の下で使用されるものには適しておらず、フィンの目詰まりによる性能劣化を効果的に予測することはできない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による建設機械の熱交換器の性能劣化予測装置は、建設機械の周辺の温度を検出する第１の温度検出手段と、建設機械に設けた熱交換器の入口側または出口側の冷却媒体の温度を検出する第２の温度検出手段と、第１の温度検出手段で検出した温度と第２の温度検出手段で検出した温度との温度差が予め設定した閾値を越えたとき、その判定結果を出力する判定手段とを備えたことを特徴とする。
また、本発明による建設機械の冷却装置は、建設機械に設けた熱交換器と、建設機械の周辺の温度を検出する第１の温度検出手段と、熱交換器の入口側または出口側の冷却媒体の温度を検出する第２の温度検出手段と、第１の温度検出手段で検出した温度と第２の温度検出手段で検出した温度との温度差が予め設定した閾値を越えたとき、その判定結果を出力する判定手段とを備えたことを特徴とする。
判定手段で出力した判定結果を報知する報知手段をさらに備えることもできる。
建設機械の周辺の温度の上昇に基づいて閾値を小さく設定する閾値設定手段をさらに備えることもできる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明による建設機械の熱交換器の性能劣化予測装置によれば、建設機械の周辺の温度と熱交換器の入口側または出口側の冷却媒体の温度との温度差が予め設定した閾値を越えたとき、その判定結果を出力するようにしたので、建設機械の周辺の温度に応じた放熱量の違いを考慮し、フィンの目詰まりによる熱交換器の性能劣化を精度よく予測することができる。
本発明による建設機械の冷却装置によれば、フィンの目詰まりによる熱交換器の性能劣化を精度よく予測することができるので、これに基づき熱交換器の性能を復帰させることができる。その結果、建設機械の冷却効率を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図１〜図６を参照して本発明による建設機械の冷却装置の実施の形態について説明する。
図１は、本発明が適用される油圧ショベル本体の側面図である。この油圧ショベルは、車体重量が１００ｔを越える大型の油圧ショベルであり、走行体１と旋回体２とを備える。旋回体２にはブーム，アーム，バケットからなる作業装置が回動可能に設けられるが、図示は省略する。旋回体２には運転室３とエンジン室４が設けられ、運転室３の上部に建設機械の周辺の温度を検出する温度センサ５が設けられている。エンジン室４には、以下のような冷却装置が配置される。
【０００８】
図２は、本実施の形態に係る冷却装置の構成を示す概念図である。エンジン１１からの冷却水をラジエータ１２に導く入口管路１３には、サーモスタット１６とラジエータ入口のエンジン冷却水温を検出する温度センサ６が設けられている。サーモスタット１６はサーモスタット通過時のエンジン冷却水温に応じて開閉し、エンジン冷却水温Ｔが所定値Ｔ１（例えば７０℃）以下でサーモスタット１６は閉じる。これによりポンプ１７により圧送されたエンジン冷却水は、ラジエータ１２に導かれることなく入口管路１３，バイパス管路１５，出口管路１４を介してエンジン１１に戻る。
【０００９】
一方、エンジン冷却水温が所定値Ｔ１を越えるとサーモスタット１６は開き始め、所定値Ｔ２（例えば８０℃）以上で全開する。これによりエンジン冷却水は入口管路１３を介してラジエータ１２に導かれ、図示しない冷却ファンにより吸い込まれた冷却風と熱交換されて冷却された後、出口管路１４を介してエンジン１１に戻る。このようにエンジン冷却水温に応じてサーモスタット１６が開閉することで、エンジン冷却水温を適正値に保つ。
【００１０】
この場合、ラジエータ１２のフィンに目詰まりが生じると、ラジエータ１２の伝熱面積が減少するとともに、ラジエータ１２を通過する冷却風量が減少し、ラジエータ１２の熱交換効率が低下する。その結果、エンジン冷却水温が上昇し、エンジン１１がオーバーヒートするおそれがある。これを未然に防ぐためには、例えばエンジン冷却水温が所定値Ｔ０（例えば１０２℃）に達した時点で作動するオーバーヒートスイッチを設け、オーバーヒートスイッチの作動時にエンジン１１の負荷を強制的に低減することが考えられる。しかしながら、フィンの目詰まりを除去せずに作業を継続すると、オーバーヒートスイッチが頻繁に作動し、作業性が損なわれる。そこで、本実施の形態では、以下のようにフィンの目詰まりによる性能劣化を早期に予測するとともに、その予測結果を出力してラジエータ１２のメンテナンスの時期を作業員に報知する。
【００１１】
図３は、本実施の形態に係る冷却装置のブロック図である。コントローラ２０には上述した温度センサ５，６が接続されている。コントローラ２０はこれら温度センサ５，６からの検出値に基づいて所定の処理を実行し、運転室３に設けられたモニタ２１の表示を制御するとともに、インジケータ２２を点灯または消灯させる。なお、図示は省略するが、冷却装置は上述したオーバーヒートスイッチも備える。
【００１２】
図４は、コントローラ２０における処理の一例を示すフローチャートである。まず、ステップＳ１で温度センサ５，６の検出値Ｔ５，Ｔ６をそれぞれ読み込む。ステップＳ２では、検出値Ｔ６から検出値Ｔ５を減算し、この減算値（Ｔ６−Ｔ５）が予め定めた設定値Ｔａ以上か否かを判定する。ここで、設定値Ｔａはラジエータ１２のメンテナンスの要否を判定するための基準値であり、例えば５０℃に設定される。すなわちエンジン冷却水温Ｔ６が高くなると目詰まりの発生が予想されるが、同一のエンジン冷却水温Ｔ６であっても建設機械の周辺の温度Ｔ５が低いほど目詰まりの程度が大きいと考えられるため、減算値（Ｔ６−Ｔ５）により目詰まりの発生を評価する。
【００１３】
ステップＳ２が肯定されるとステップＳ３でインジケータ２２を点灯させ、作業員にラジエータ１２のメンテナンスが必要である旨を報知する。ステップＳ２が否定されるとステップＳ４でインジケータ２２を消灯させる。ステップＳ５では検出値Ｔ５，Ｔ６に応じてモニタ２１の表示を制御する。例えば、検出値Ｔ５，Ｔ６をモニタ２１に表示し、リターンする。
【００１４】
次に、本実施の形態に係る冷却装置の動作をより具体的に説明する。
例えばエンジン１１をフル稼働して掘削作業を行う場合、図５に示すようにラジエータ入口のエンジン冷却水温（入口水温）Ｔ６が上昇する。時間ｔ１で入口水温が所定値Ｔ１に達するとサーモスタット１６が開き始め、時間ｔ２で所定値Ｔ２を越えると全開となる。これによりエンジン冷却水がラジエータ１２を通過し、ラジエータ出口のエンジン冷却水温（出口水温）が上昇する。入口水温Ｔ６と出口水温の差は時間の経過に伴い徐々に小さくなり、時間ｔ３の定常状態でほぼ一定となる。ここで、フィンの目詰まりがない状態では、ラジエータ１２の伝熱面積が大きく通過風量も多いため、熱交換効率は高く、図５の実線で示すようにエンジン冷却水温の上昇は抑えられる。この場合、例えば時間ｔ３における入口水温Ｔ６と建設機械の周辺の温度Ｔ５の温度差ΔＴ１は、設定値Ｔａよりも小さい。このため、インジケータ２２は消灯し、作業員はラジエータ１２が正常に作動、すなわちフィンの目詰まりが発生していないと認識する（ステップＳ４）。
【００１５】
一方、土砂や粉塵等によりフィンが目詰まりすると、ラジエータ１２の伝熱面積が減少し通過風量も減少するため、熱交換効率が低下し、図５の点線で示すようにエンジン冷却水温が上昇する。その結果、例えば時間ｔ３における入口水温Ｔ６と建設機械の周辺の温度Ｔ５の温度差ΔＴ２は、設定値Ｔａ以上となる。これによりインジケータ２２が点灯し、作業員はフィンに目詰まりが生じていることを認識する（ステップＳ３）。なお、このままの状態で作業を継続すると、エンジン冷却水温がオーバーヒートスイッチの作動温度Ｔ０まで上昇する可能性が高い。したがって、作業員は作業を中断してラジエータ１２のメンテナンスを行う、あるいはモニタ２１で入口温度Ｔ６を参照しながらエンジン冷却水温が作動温度Ｔ０未満となるようにエンジン１１にかかる負荷を調整しながら作業を継続する。
【００１６】
夏期等は建設機械の周辺の温度Ｔ５が高いため、ラジエータ１２を通過する冷却風の温度が高く、大気への放熱量が低下する。このため、ラジエータ１２が正常に作動している状態でフル稼働で作業を行った場合、入口水温Ｔ６は夏期の方が冬期よりも高くなる。例えば図６に示すように、建設機械の周辺の温度Ｔ５１の下での入口水温Ｔ６１は、建設機械の周辺の温度Ｔ５２（＜Ｔ５１）の下での入口水温Ｔ６２より高い。この場合、フィンの目詰まりがない状態では、図６の実線で示すようにエンジン冷却水温が推移し、例えば時間ｔ４における入口温度Ｔ６１と建設機械の周辺の温度Ｔ５１の温度差ΔＴ３、および入口温度Ｔ６２と建設機械の周辺の温度Ｔ５２の温度差ΔＴ４は常に設定値Ｔａ以下である。したがって、エンジン冷却水温は常にオーバーヒートスイッチの作動温度Ｔ０未満であるため、エンジン１１の負荷は制限されず良好な作業性が得られる。
【００１７】
これに対し、フィンが目詰まりするとラジエータ１２の熱交換効率が低下し、建設機械の周辺の温度Ｔ５２の下での入口水温Ｔ６２は、図５の点線で示すように上昇する。その結果、例えば時間ｔ５において、入口水温Ｔ６２（＝Ｔ４１）と建設機械の周辺の温度Ｔ５２の温度差ΔＴ５が設定値Ｔａ以上となり、インジケータ２２が点灯する。すなわち、建設機械の周辺の温度が高い場合（Ｔ５１）には、入口温度が所定値Ｔ４１に達しても正常な動作の範囲内であると推定されるためインジケータ２２は点灯しないが、建設機械の周辺の温度が低い場合（Ｔ５２）に入口温度が所定値Ｔ４１に達するとインジケータ２２が点灯する。これにより作業員はフィンの目詰まりを早期に予測することができる。
【００１８】
このように本実施の形態では、ラジエータ１２の入口水温Ｔ６と建設機械の周辺の温度Ｔ５との偏差（Ｔ６−Ｔ５）を求め、この偏差が設定値Ｔａ以上になるとインジケータ２２を点灯させるようにした。これにより建設機械の周辺の温度Ｔ５に応じた放熱量の違いが考慮され、フィンの目詰まりによるラジエータ１２の性能劣化を精度よく予測することができる。これに対し、建設機械の周辺の温度を考慮することなく入口水温Ｔ６が所定値（例えば図６のＴ４１）以上のときに目詰まりと判定すると、建設機械の周辺の温度が高い場合（Ｔ５１）は正常な動作の範囲内であっても目詰まりと判定され、予測精度が悪い。また、図５に示すように定常状態における入口水温Ｔ６と出口水温の温度差は、目詰まりの有無に拘わらずほぼ一定であるため、入口水温と出口水温の双方を考慮した場合でも目詰まりを精度よく予測することは難しい。
【００１９】
本実施の形態では、出口水温やエンジン１１自体の温度を検出することなく、入口水温Ｔ６と建設機械の周辺の温度Ｔ５の検出だけで目詰まりを予測するので、構成が容易である。温度センサ６により入口水温Ｔ６を検出するので、サーモスタット１６の作動の有無に拘わらず、フィンの目詰まりを予測することができる。
【００２０】
建設機械の周辺の温度Ｔ５に応じて設定値Ｔａを変更するようにしてもよい。この場合、閾値設定手段として建設機械の周辺の温度Ｔ５が高くオーバーヒートしやすい条件である夏期等に、冬期等よりも設定値Ｔａを小さく設定すればよい。すなわち建設機械の周辺の温度の上昇に基づいて設定値Ｔａを小さく設定すればよい。これによりエンジン冷却水温がオーバーヒートスイッチの作動温度Ｔ０に至る前に確実に目詰まりを予測可能となり、実用上、好ましい。なお、運転室３に設定値変更用の設定器を設け、この設定器を作業員が操作することで設定値Ｔａを変更するようにしてもよい。
【００２１】
以上では、ラジエータ１２の入口水温Ｔ６と建設機械の周辺の温度Ｔ５との偏差が予め設定した設定値Ｔａ以上となったとき、コントローラ２０がその判定結果を出力するようにしたが、熱交換器の性能劣化予測装置の構成は上述したものに限らない。一定の作業条件下、例えばエンジン１１のフル稼働時にのみ、判定手段としてのコントローラ２０が目詰まりの有無を判定するようにしてもよい。第１の温度検出手段としての温度センサ５はエンジン等からの輻射熱の影響をなるべく受けにくい箇所に設けることが好ましく、運転室３の上部以外に設けてもよい。本発明はサーモスタット１６を有しない冷却装置にも適用可能である。第２の温度検出手段としての温度センサ６により入口水温の代わりに出口水温を検出し、出口水温と建設機械の周辺の温度Ｔ５の差が設定値以上のときにインジケータ２２を点灯させるようにしてもよい。上述したのと同様に、ラジエータ以外の熱交換器（インタークーラ等）の目詰まりを予測するようにしてもよい。コントローラ２０の判定結果を報知するのであれば、インジケータ２２やモニタ２１以外の報知手段を用いてもよい。本発明は、油圧ショベル以外の建設機械にも適用可能である。すなわち、本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態の熱交換器の性能劣化予測装置および冷却装置に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明が適用される油圧ショベル本体の側面図。
【図２】本発明の実施の形態に係る冷却装置の構成を示す図。
【図３】本発明の実施の形態に係る冷却装置のブロック図。
【図４】図３のコントローラにおける処理の一例を示すフローチャート。
【図５】本発明による冷却装置の動作の一例を示す図。
【図６】本発明による冷却装置の動作の他の例を示す図。
【符号の説明】
【００２３】
５，６  温度センサ
１１  エンジン
１２  ラジエータ
２０  コントローラ
２１  モニタ
２２  インジケータ
Ｔ５  建設機械の周辺の温度
Ｔ６  ラジエータ入口水温
Ｔａ  設定値
【図１】
2005256447.tif 000003
【図２】
2005256447.tif 000004
【図３】
2005256447.tif 000005
【図４】
2005256447.tif 000006
【図５】
2005256447.tif 000007
【図６】
2005256447.tif 000008