(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン、油圧システム、ブーム機能および旋回機能を有する機械のパワー制御システムにおいて、
エンジンの温度を検出するセンサと、
油圧システムの温度を検出するセンサと、
エンジンに関連する冷却システムと、
油圧システムに関連する冷却システムと、
前記各センサおよび前記各冷却システムに接続され、前記エンジンおよび油圧システムの温度を受入して前記各温度が許容レンジ内にあるか否かを判定し、ブーム機能および旋回機能の要求を検出した際に、前記各冷却システムの動作を減少可能とするコントローラと、
を備えることを特徴とする機械のパワー制御システム。
【請求項２】
前記エンジン冷却システムは前記コントローラに接続されるファンを備え、前記コントローラはブーム機能および旋回機能の要求に応答してこのファンの速度を減少可能なことを特徴とする請求項１に記載の機械のパワー制御システム。
【請求項３】
前記油圧冷却システムは前記コントローラに接続されるファンを備え、前記コントローラはブーム機能および旋回機能の要求に応答してこのファンの速度を減少可能なことを特徴とする請求項１に記載の機械のパワー制御システム。
【請求項４】
前記エンジン冷却システムは、ファン及び前記コントローラに接続されるソレノイドを備え、前記コントローラはブーム機能および旋回機能の要求に応答してこのファンの速度を減少させるよう前記ソレノイドを駆動することを特徴とする請求項１に記載の機械のパワー制御システム。
【請求項５】
前記油圧冷却システムは、ファン及び前記コントローラに接続されるソレノイドを備え、前記コントローラはブーム機能および旋回機能の要求に応答してこのファンの速度を減少させるよう前記ソレノイドを駆動することを特徴とする請求項１に記載の機械のパワー制御システム。
【請求項６】
前記油圧冷却システムは前記コントローラに接続されるファンを備え、前記エンジン冷却システムは前記コントローラに接続されるファンを備え、前記コントローラはブーム機能および旋回機能の要求に応答して前記ファンの少なくとも１つの速度を減少させるか否かを決定することを特徴とする請求項１に記載の機械のパワー制御システム。
【請求項７】
前記コントローラに接続されるポンプ制御ソレノイドおよびスロットルスイッチをさらに備え、前記ポンプ制御ソレノイドおよびスロットルスイッチはエンジンにかかる負荷を示し、前記油圧冷却システムは前記コントローラに接続されるファンを有し、前記エンジン冷却システムは前記コントローラに接続されるファンを有し、前記コントローラは、ブーム機能および旋回機能の要求に応答して前記ファンの少なくとも１つの速度を減少して、エンジンに対する負荷を減少させるか否かを決定することを特徴とする請求項１に記載の機械のパワー制御システム。
【請求項８】
前記コントローラは、エンジンおよび油圧システムの温度がそれぞれ予設定温度より低くなると、前記両冷却システムを無効にすることを特徴とする請求項１に記載の機械のパワー制御システム。
【請求項９】
前記コントローラは、前記両冷却システムに供給されるパワーを減少させることを禁止する熱的オーバーライド手段を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の機械のパワー制御システム。
【請求項１０】
前記コントローラは、エンジンおよび油圧システムの温度が予設定レンジ内に入ったときにのみ前記両冷却システムへのパワーを減少することを特徴とする請求項１に記載の機械のパワー制御システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般的に機械のパワー制御システムに関し、更に詳しくは機械の１つのコンポーネントから他のコンポーネントへのパワー転送時を決定するための機械のパワー制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
油圧ショベルあるいはバックホーのような現行の機械において、日常的に従事される作業の１つのタイプは掘削作業である。そのような掘削作業は、材料でバケットを満たすこと、ブームを使用してバケットをリフトアップすること、およびトラックに材料をダンプするべくトラックの方にバケットを旋回させることを含んでいる。特に、大きな採掘環境では、多量の材料を獲得しその後その荷をトラックにダンプすることを機械がいかに速く行うかが、機械効率の１つの目安となる。これは、一般的に、サイクルまたはサイクルタイムとして知られている。サイクルタイムの大部分は、掘削場所からトラックまでおよびその後の元の掘削場所への機械の旋回動作から成っている。この旋回動作は、ブーム上昇要求が旋回要求と同時になされた場合、遅くなり得る。したがって、ブーム要求および旋回要求の両方が同時に起こると、サイクルタイムは悪くなり、機械の生産性は落ちる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ブーム上昇および旋回は油圧システムによって制御される油圧ポンプによって動作される。さらに一般的に、機械はエンジン冷却ファンおよび油圧冷却ファンを含んでおり、これらはエンジンおよび油圧システムが許容温度範囲内で動作されることを保証するために使われる。エンジン冷却ファンおよび油圧冷却ファンは、油圧ポンプと同様の油圧回路からそのパワーを引き出す油圧モータによって駆動される。機械の動作の間、冷却ファンを駆動するにはかなりの量のパワーを必要とする。さらに、これら冷却ファン動作と同時にブーム上昇要求および旋回要求が発生すると、機械の生産性をさらに減少させる。
【０００４】
上述のことを考慮すると、ブーム上昇要求および旋回要求がいつ発生したかを判定することを可能にし、それによって機械内の冷却ファンからのパワーを流用し、機械の生産性を増大するパワー制御システムを提供することが望ましい。
【０００５】
さらに、機械の冷却ファンの動作を制御し、ブーム機構および旋回機講に連結されたポンプに対しより多くのパワー（動力）を供給する機械のパワー制御システムを提供することが有利である。
【０００６】
したがって、本発明は、上述したような１つまたはそれ以上の問題を克服するように方向づけられる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の一つの実施形態によれば、エンジン、油圧システム、ブーム機能および旋回機能を有する機械のパワー制御システムが開示されており、エンジンの温度を検出するセンサと、油圧システムの温度を検出するセンサと、エンジンに関連される冷却システムと、油圧システムに関連される冷却システムと、前記各センサおよび前記各冷却システムに接続され、前記エンジンおよび油圧システムの温度を受入して前記各温度が許容レンジ内にあるか否かを判定し、ブーム機能および旋回機能の要求時を検出するコントローラとを備える。
【０００８】
本発明の他の実施形態によれば、エンジンと、油圧システムと、ブームと、旋回体と、それぞれが前記油圧システムに接続されているブームポンプおよぶ旋回ポンプとを有する機械のパワー制御システムにおいて、エンジン冷却システムと、油圧冷却システムと、前記エンジン、油圧システム、ブーム、旋回体および前記各冷却システムと接続され、エンジンおよび油圧油圧システムの温度を検出し、この温度が許容レンジ内にあるかどうかを判定し、ブームおよび旋回体の駆動時を検出するコントローラとを備えるようにしている。
【０００９】
本発明の他の実施形態によれば、エンジン、油圧システム、ブームおよび旋回体を有する機械のパワー制御システムにおいて、エンジンの温度を検出するセンサと、油圧システムの温度を検出するセンサと、エンジン冷却システムと、油圧冷却システムと、前記ブーム、旋回体、前記各センサおよび前記各冷却システムと接続され、前記エンジンおよび油圧システムの温度を前記各センサから受入し、前記各温度が許容レンジ内にあるかどうかを判定し、ブームおよび旋回体の駆動時を検出するコントローラとを備えるようにしている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図面を参照すれば、図１は本発明にしたがって構成された機械１２のパワー（動力）制御システムを示している。機械１２は，実施例では、油圧ショベルまたはバックホーとしてよい。機械１２は、エンジン１４、導線１８によってエンジンに接続される制御システム１６、導線２２によって制御システム１６と接続されている油圧システム２０を有している。油圧システム２０は油圧ライン２４によって第１モータ２６と接続されており、第１モータ２６はエンジン冷却ファン２８を駆動するために使用される。油圧システム２０は、油圧ライン３２によって第２モータ３０と接続されており、第２モータ３０は油圧冷却ファン３４を駆動するために使用される。油圧システム２０は油圧ライン３８によって旋回用ポンプ３６とさらに接続されており、旋回用ポンプ３６は機械１２に連結される旋回機構４０を作動する。油圧システム２０は、機械１２に連結されるブーム機構４６に接続されている。
【００１１】
制御システム１６は電線４８によってエンジン冷却ファン２８と接続されている。制御システム１６からエンジン冷却ファン２８への信号は導線４８を介して供給され、エンジン冷却ファン３４の動作を制御する。油圧冷却ファン３４は導線５０を介して制御システム１６に接続されている。制御システム１６は導線５０上に適当な信号を送ることによって油圧冷却ファン３４の動作を制御する。さらに、制御システム１６は、電気結線５２を介して旋回機構４０と接続されており、制御システム１６は信号が電気結線５２を介して旋回機構４０からいつ送信されてきても旋回機構４０の使用時を知ることができる。ブーム機構４６は、線５４によって制御システム１６と接続されており、この線５４を介してブーム機構４６から制御システム１６へ信号が送信される。送信された信号は、制御システム１６にブーム機構が動作中であることを報告する。制御システム１６は、機械１２の制御およびモニタリングが可能なマイクロプロセッサ、マイクロコントローラあるいは他の同様の電気回路構成を有している。
【００１２】
油圧システム２０は、モータ２６および３０と旋回およびブーム機構４０、４６とに動力を供給すべく、各種の油圧ライン２４、３２、３８および４４を通して油圧流体を供給する。エンジン冷却ファン２８は運転中にエンジン１４を冷却してエンジン１４の温度を許容動作温度または範囲内に維持するために使われる。油圧冷却ファン３４は、機械１２内の油圧流体すなわち油を冷却するために使われる。油圧流体は所望の動作温度内に保持される必要があり、油圧冷却ファン３４はこれが確実に起こるために使われる。旋回ポンプ３６は、機械１２と連結されるショベルあるいはバックホーのような機具を動かすために使われる。さらに、ブームポンプ４２はブーム機構４６を動作させるために使われる。
【００１３】
機械１２の動作中、現場から材料を掘削するために、オペレータは機械１２のブーム機構４６および旋回機構４０の両方を動作させることができる。オペレータが旋回機構４０およびブーム機構４６の両方を使用するときはいつでも、第１モータ２６および第２モータ３０に加えられているパワー（動力）を制限あるいは減少させることが望ましい。ブーム機構４６および旋回機構４０が作動されることが決定されたときはいつでも、制御システム１６はエンジン冷却ファン２８および油圧冷却ファン３４を制御することが可能である。制御システム１６は導線４８および５０を介して信号を送り、これによりエンジン冷却ファン２８および油圧冷却ファン３４をそれぞれ制御する。
【００１４】
エンジン冷却ファン２８、油圧冷却ファン３４または両方へのパワーが減少されると、油圧システム２０は旋回機構４０およびブーム機構４６へより多くのパワーを提供し得る。
【００１５】
図示あるいは議論されていない、機械１２の部品である他のコンポーネントがある。例えば、機械１２は、トランスミッションシステム、左右のトラックローラすなわち下部走行体、およびオペレータ用運転席部を有している。図示または議論されていないが、制御システム１６は機械１２のこれらの他のコンポーネントを制御かつモニタする。
【００１６】
図２によれば、パワー制御システム１０のブロック図がより詳細に示されている。パワー制御システム１０は、機械１２の重要機能をモニタするために使用される情報モニタシステム（ＩＭＳ）１００を有している。ＩＭＳ１００は、機械１２の動作をモニタかつ制御するマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、あるいは他の適当なプロセッシングシステムから構成されている。ＩＭＳ１００は、データバス１０２によってエンジン制御システム１０４および機械コントローラ１０６と接続されている。スロットルスイッチ１０８およびポンプ制御ソレノイド１１０は、エンジン制御システム１０４と接続されている。ソレノイド１１２は、導線１１４によってエンジン制御システム１０４と接続されている。ソレノイド１１２は比例ポンプ１１６に連結され、比例ポンプ１１６を制御する。
【００１７】
ブームスイッチすなわちセンサ１１８は機械コントローラ１０６に接続されており、信号を線１２０を介してブームセンサ１１８から機械コントローラ１０６に送信し、機械コントローラ１０６にブーム機構４６が動作中であることを報告する。旋回スイッチすなわちセンサ１２２は、導線１２４を介して機械コントローラ１０６に接続されている。旋回センサ１２２は、機械コントローラ１０６に信号を送信し、旋回機構４０が動作中かリクエストされていることを知らせる。
【００１８】
エンジンクーラント温度センサ１２６は、エンジン１４（図１）の温度をモニタし、この温度を処理のために機械コントローラ１０６に供給するよう機械コントローラ１０６に接続されている。油圧オイル温度センサ１２８も機械コントローラ１０６に接続されている。油圧オイル温度センサ１２８は油圧システム２０（図１）内の油圧オイルすなわち流体の温度をモニタするために使用される。油圧オイルの温度は、センサ１２８によって機械コントローラ１０６に供給される。エンジン冷却ファン２８に連結されているソレノイド１３０は、導線１３２によって機械コントローラ１０６に接続されている。信号は導線１３２を介してソレノイド１３０に供給され、これによりエンジン冷却ファン２８の動作を制御する。油圧冷却ファン３４の動作を制御するために用いられるソレノイド１３４は、線１３６によって機械コントローラ１０６に接続されている。機械コントローラ１０６はワイヤ１３６を介して信号を送信してソレノイド１３４を作動し、油圧冷却ファン３４の動作を同様に制御する。ソレノイド１３０，１３４は比例ソレノイドでもよい。
【００１９】
パワー制御システム１０は次のような手法で動作される。機械コントローラ１０６は、ブームセンサ１１８、旋回センサ１２２、エンジンクーラント温度センサ１２６および油圧オイル温度センサ１２８を連続的にモニタしている。油圧冷却ファン３４はソレノイド１３４によって制御され、ソレノイド１３４は機械コントローラ１０６によって制御される。油圧冷却ファン３４の動作は、旋回および／またはブーム機能のどちらがオペレータによって要求されるかに応じて制御される。ある実施例では、温度レンジは、図３に示されるように、冷レンジ、過渡的暖レンジおよび暖レンジに分割されている。油圧オイル温度が冷レンジに入ったと油圧温度センサ１２８が判断すると、油圧冷却ファン３４は最小ファン速度にセットされる。油圧オイル温度センサ１２８によって検出された温度が過渡的暖レンジにはいると、その後ファン速度は図３に示されたグラフすなわち関数にしたがってランプアップすなわち増大する。暖レンジでは、ファン３４は最大ファン速度で動作する。
【００２０】
図３を再度参照すると、油圧冷却ファンの回転すなわち動作速度対油圧オイルの温度のグラフが示されている。特に、ＲＰＭ（１分当たりの回転数）で表される最小ファン速度は、冷レンジ温度用である。過渡的暖レンジでは、ファン３４の速度は通常、最大速度まで増大する。暖レンジでは、ファン３４の速度は最大速度となるであろう。さらに、図３に示されるように、温度が低下したときには油圧オイル温度に関連するヒステリシスがあり、これはハンチングを防止する（すなわち、その温度での小さな変動のためにファン３４がオンオフすることを防止する）ために用いられる。
【００２１】
パワー制御システム１０の運転の継続中、旋回およびブーム機能が機械１２のオペレータによって要求されるとき、そのときブームセンサ１１８および旋回センサ１２２から信号が送信されるが、ソレノイド１３４が動作されてファン３４の速度を減少するかファン３４を停止する。さらに、ファン３４はその温度が冷レンジに入ると、停止される。これはブームポンプ４２および旋回ポンプ３６に使用可能である余分な油圧パワーを与えるであろう。
【００２２】
油圧オイルの温度が暖かくなり過ぎる場合には、パワー制御システム１０では自動的な熱的オーバーライドが提供される。この場合、油圧システム２０を冷却するために、パワーは常にソレノイド１３４に供給されるべきである。例えば、機械コントローラ１０６は、油圧オイルの温度が暖か過ぎるかどうかを判定するようプログラムされ得る。その温度が暖か過ぎるならば、上述したように、ソレノイド１３４の動作は、油圧オイル温度センサ１２８の温度が許容レンジ内に戻ったことを検出するまで、無効にされる。これは、旋回およびブーム機能が要求されたかどうかに関係なく、ソレノイド１３４の動作条件となるであろう。
【００２３】
また、パワー制御システム１０は、エンジンクーラント温度センサ１２６を用いてエンジン１４の温度をモニタするよう機能する。特に、旋回およびブーム機能が機械のオペレータによって要求されないときには、エンジン冷却ファン２８はエンジン冷却ファン２８の速度を調節するソレノイド１２０によって制御される。エンジンクーラント温度センサ１２６によってエンジンクーラント温度が冷レンジに入ったことが判定されたとき、エンジン冷却ファン２８は最小ファン（速度）にセットされる。もし、エンジンクーラント温度センサ１２６によって検出された温度が、過渡的暖レンジに入ると、その後ファンの速度は図４に示されたグラフまたは関数にしたがってランプアップすなわち増加される。暖レンジ以上では、ファン２８は最大ファン速度で動作される。
【００２４】
図４によれば、エンジン冷却ファン２８の回転速度対エンジンクーラントの温度のグラフが示されている。図４に示されるように、クーラントの温度が減少したときには、エンジンクーラント温度に関連するヒステリシスが存在する。
【００２５】
ブーム機構４６および旋回機構の双方がオペレータによって要求されるとき、パワー制御システム１０は次のような手法で動作する。信号がブームセンサ１１８および旋回センサ１２２から機械コントローラ１０６に送られる。機械コントローラ１０６はソレノイド１３０の動作を制御して、ファン２８の速度を減少するか停止する。ファン２８の速度は、センサ１２６の検出温度にしたがって減少される。これは、ブームポンプ４２および旋回ポンプ３６のために利用できる余分な油圧パワーを提供する。
【００２６】
パワー制御システム１０は、エンジンクーラントの温度が暑くなり過ぎる場合は自動的な熱的オーバーライドを提供し、パワーは常にソレノイド１３０に供給される。例えば、機械コントローラ１０６は、エンジンクーラントの温度が熱くなり過ぎるかどうかを判断するようプログラムされ得る。そうであるならば、ソレノイド１３０の動作は、温度が許容レンジに戻ったことをエンジンクーラント温度センサ１２６が検出するまで、無効にされるであろう。これは、旋回およびブーム機能が要求されたかどうかに関係なく、ソレノイド１３０の動作状態となるであろう。
【００２７】
図５はパワー調整システム１０の動作フローチャート１５０を示している。ステップ１５２では、制御システム１６または機械コントローラ１０６にストアされているプログラムが、スタートステップで開始される。プログラムはその後、ステップ１５４に続き、そこではエンジンクーラント温度センサ１２６および油圧オイル温度センサ１２８によって検出された温度が高過ぎるかどうかが判定される。その温度が高過ぎると、プログラム制御はステップ１５６に移り、そこでは通常のファン制御コマンドがソレノイド１３０および１３４に与えられる。ステップ１５４において温度が許容限界内であることが判定されると、プログラムはステップ１５８に続き、機械１２が積み込み動作中にあることをポンプ制御ソレノイド１１０が示しているか否かを判定する。ＮＯの応答があると、プログラムはステップ１５６に分岐される。ステップ１５８において、機械１２が積み込み動作中にあることが判定されると、その後プログラムはステップ１６０に続く。
【００２８】
ステップ１６０において、プログラムは機械１２が積み込み動作中にあることをスロットルスイッチ１０８が示しているか否かを判定する。他の実施形態において、ポンプ制御ソレノイド１１０およびスロットルスイッチ１０８の何れかをモニタし、ソレノイド１１０、スロットルスイッチ１０８の両方をチェックすることなくエンジンが重負荷下にあるか否かを判定するようにしてもよい。機械１２が積み込み動作中であることをスロットルスイッチ１０８が示していない場合は、その後、プログラムはステップ１５６に分岐する。機械１２が積み込み動作中であることをスロットルスイッチ１０８が示している場合は、その後プログラム制御はステップ１６２に移行する。旋回動作が要求されたことを旋回センサ１２２が指し示しているか否かに関する判定はステップ１６２にてなされる。旋回動作が要求されないときは、プログラムはステップ１５６に分岐する。しかし旋回動作が要求されると、プログラム制御はステップ１６４に続き、ブーム動作が要求されたことを示すブームセンサ１１８からの信号の存在をチェックする。
【００２９】
ブーム動作が要求されると、プログラムのフローはステップ１６６に進む。ステップ１６６では、ソレノイド１３０および１３４がファン２８および３４の両方または一方の速度を停止または減少させるよう動作される。このようにして、油圧システム２０により多くのパワーが供給され、同様に旋回ポンプ３６およびブームポンプ４２により多くのパワーが供給される。ステップ１６６の後、プログラムはステップ１６８に続き、フローチャート１５０を終了する。さらに、ステップ１５６に到達して通常の動作コマンドが発生されると、プログラム制御はステップ１６８に続く。フローチャート１５０は、機械１２を制御するプログラムの一部に過ぎないと理解される。例えば、図５に示されているプログラムは、メインプログラムの全てのループまたはパスで実行されるサブルーチンをもつメインプログラムのひとつのサブルーチンであってもよい。さらに、そのサブルーチンおよびメインプログラムは、制御システム１６、機械コントローラ１０６のいずれかのメモリにストアしてもよい。
【００３０】
本発明の他の特徴、目的および有利性は、図面、明細書開示、添付された特許請求の範囲の検討から得ることができる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明は、冷却ファンから他の油圧機能にパワーを転用することによって機械が生産性および性能を改良できる状況に適用可能である。本発明は、パワーを機械の他のコンポーネントによって使うために、冷却ファンと、冷却ファンの動作を制御するコントローラをもつ機械に有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従って構成された機械のパワー制御システムのブロック図である。
【図２】本発明にしたがって構成された機械のパワー制御システムの他のブロック図である。
【図３】パワー制御システムの油圧システムの許容運転条件のグラフである。
【図４】パワー制御システムのエンジンの許容運転条件のグラフである。
【図５】機械のパワー制御システムの運転手順のフローチャート図である。
【符号の説明】
１０  パワー制御システム
１４  エンジン
１６  制御システム
２０  油圧システム
２６  第１モータ
２８  エンジン冷却ファン
３０  第２モータ
３４  油圧冷却ファン
３６  旋回ポンプ
４０  旋回機構
４２  ブームポンプ
４６  ブーム機構
１００  ＩＭＳ
１０４  エンジン制御システム
１０６  機械コントローラ
１０８  スロットルスイッチ
１１０  ポンプ制御ソレノイド
１１２  ソレノイド
１１８  ブームスイッチ
１２２  旋回スイッチ
１２６  エンジンクーラント温度センサ
１２８  油圧オイル温度センサ
１３０  ソレノイド
１３４  ソレノイド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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