(57)【要約】【課題】コスト低減を図りながら、冷却ファンの正逆反転の切り換えを安定させることができる冷却装置を提供する。【解決手段】油圧ポンプ１５からファン用油圧モータ１６への圧油の流れ方向を制御する油圧パイロット式の切換弁２１と、油圧ポンプ１５から吐出された圧油の一部により切換弁２１のパイロット圧を生成する電磁弁２２と、油圧ポンプ１５からファン用油圧モータ１６への圧油の流量を可変制御する可変リリーフ弁２４とを備えた建設機械の冷却装置において、切換弁２１は、電磁弁２２からのパイロット圧を導入してスプールに作用させる受圧部２６と、バネ室内に配置され、パイロット圧が作用する方向とは反対方向にスプールを付勢するバネ２７とを有し、バネ２７の付勢力は、油圧ポンプ１５の吐出圧の変動に伴って変動するパイロット圧の最小値とスプールの受圧面積との積より小さくなるように予め設定する。【選択図】図２
2012154051.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原動機によって駆動する固定容量型の油圧ポンプと、
前記油圧ポンプからの圧油により駆動し、正逆反転可能な固定容量型のファン用油圧モータと、
前記ファン用油圧モータによって駆動する冷却ファンと、
前記油圧ポンプから前記ファン用油圧モータへの圧油の流れ方向を制御する油圧パイロット式の切換弁と、
前記油圧ポンプから吐出された圧油の一部により前記切換弁のパイロット圧を生成する電磁弁と、
前記油圧ポンプの吐出ラインのリリーフ圧を変更可能とし、これによって前記油圧ポンプから前記ファン用油圧モータへの圧油の流量を可変制御する可変リリーフ弁と、
前記電磁弁の駆動及び前記可変リリーフ弁のリリーフ圧を制御するコントローラとを備えた建設機械の冷却装置において、
前記切換弁は、
前記電磁弁からのパイロット圧を導入してスプールに作用させる受圧部と、
バネ室内に配置され、前記パイロット圧が作用する方向とは反対方向に前記スプールを付勢するバネとを有し、
前記バネの付勢力は、前記油圧ポンプの吐出圧の変動に伴って変動する前記パイロット圧の最小値と前記スプールの受圧面積との積より小さくなるように予め設定したことを特徴とする建設機械の冷却装置。
【請求項２】
請求項１記載の建設機械の冷却装置において、
前記切換弁とタンクとの間で接続され、前記ファン用油圧モータからの戻り油を前記タンクに排出するタンクラインと、
前記切換弁の前記バネ室と前記タンクとの間で接続されたドレンラインとを有し、
前記ドレンラインは、前記タンクラインとは独立したことを特徴とする建設機械の冷却装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の建設機械の冷却装置において、
前記電磁弁と前記切換弁の前記受圧部との間で接続されたパイロットラインに絞り又はスローリターンバルブを設けたことを特徴とする建設機械の冷却装置。
【請求項４】
（電磁比例減圧弁、４ポート３位置形のスプール弁）
請求項１乃至３のいずれか１項記載の建設機械の冷却装置において、
前記電磁弁は、前記コントローラからの制御信号に応じて前記油圧ポンプからの圧油の一部を減圧して前記切換弁のパイロット圧を生成する電磁比例減圧弁であり、
前記切換弁は、ポンプポート、第１のモータポート、第２のモータポート、及びタンクポートを有し、前記ポンプポートと前記第１のモータポートを連通するとともに前記第２のモータポートと前記タンクポートとを連通する正転位置、前記ポンプポート、前記第１のモータポート、前記第２のモータポート、及び前記タンクポートを互いに連通する中立位置、並びに前記ポンプポートと前記第２のモータポートを連通するとともに前記第１のモータポートと前記タンクポートとを連通する逆転位置に切り換え可能な４ポート３位置形のスプール弁であって、前記スプールのストロークに応じて開口面積が徐々に変化するように構成され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１乃至４のいずれか１項記載の建設機械の冷却装置において、
前記切換弁、前記電磁弁、及び前記可変リリーフ弁は、制御弁として一体的に構成され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、ホイールローダやショベル等の建設機械に係わり、特に、冷却ファンの回転方向を正逆反転可能な建設機械の冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ホイールローダやショベル等の建設機械においては、例えば、エンジン等の原動機によって油圧ポンプを駆動し、この油圧ポンプからの圧油により走行用油圧モータや作業機用油圧シリンダ等を駆動する。また、例えば、空冷式のラジエータ及びオイルクーラを備え、これらラジエータ及びオイルクーラは冷却ファンで生起された冷却風によりエンジン冷却水及び作動油をそれぞれ冷却するようになっている。この冷却ファンを備えた冷却装置としては、例えば、冷却ファンをエンジンの出力軸に取り付けたものが知られている。また、例えば、レイアウトの問題や騒音低減の観点から、冷却ファンをエンジンから切り離し、油圧駆動方式を採用したものも知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載の冷却装置は、冷却ファンの回転方向を正逆反転可能とし、冷却ファンを逆転運転することにより、ラジエータやオイルクーラの通風路等における目詰まりの除去が行えるようになっている。詳しく説明すると、この冷却装置は、エンジンによって駆動する固定容量型の第一油圧ポンプと、正逆反転可能な固定容量型のファン用油圧モータと、このファン用油圧モータによって駆動する冷却ファンと、第一油圧ポンプからファン用油圧モータへの圧油の流れ方向を制御する油圧パイロット式の切換弁と、第一油圧ポンプの吐出ラインのリリーフ圧を変更可能とし、これによって油圧ポンプからファン用油圧モータへの圧油の流量を可変制御する可変リリーフ弁とを備えている。また、エンジンによって駆動する固定容量型の第二油圧ポンプと、この第二油圧ポンプからの圧油により切換弁のパイロット圧を生成する電磁弁とを備えている。また、冷却ファンの正逆反転を指示する操作スイッチと、エンジン冷却水の温度及び作動油の温度をそれぞれ検出する温度センサと、操作スイッチの操作及び温度センサの検出値に応じて電磁弁の駆動及び可変リリーフ弁のリリーフ圧を制御するコントローラを備えている。
【０００４】
そして、通常、操作スイッチはＯＦＦであることから、電磁弁がＯＦＦ位置に制御されて切換弁へのパイロット圧が出力されず、切換弁が正転位置となる。これにより、ファン用油圧モータが正方向に回転して、冷却ファンが正方向に回転する。この冷却ファンの正転運転中、エンジン冷却水の温度及び作動油の温度に対応するように可変リリーフ弁のリリーフ圧が可変制御されて、ファン用油圧モータへの供給流量が可変制御される。これにより、冷却ファンの回転数が可変制御されるようになっている。
【０００５】
また、例えば冷却ファンの逆転運転を意図して運転者が操作スイッチをＯＮに操作すると、まず、可変リリーフ弁のリリーフ圧が切換用設定圧まで下がるように制御される。すなわち、切換時のショック等を低減するために、ファン用油圧モータへの供給流量が下げられる。そして、所定時間経過後（すなわち、冷却ファンの回転数を下げるために必要な時間が経過した後）、電磁弁がＯＮ位置に切り換えられて切換弁へのパイロット圧が出力され、切換弁が逆転位置へ切り換えられる。これにより、ファン用油圧モータが逆方向に回転して、冷却ファンが逆方向に回転する。その後、冷却ファンの回転数を逆転用回転数まで上げるために、可変リリーフ弁のリリーフ圧が逆転用設定圧まで上がるように制御される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４３９０２０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１に記載の冷却装置おいては、電磁弁は、ファン用油圧モータへの圧油の供給源である第一油圧ポンプとは別の第二油圧ポンプ（言い換えれば、パイロット圧の供給源であるパイロットポンプ）からの圧油により、パイロット圧を生成するようになっている。そこで、第一油圧ポンプから吐出された圧油の一部によりパイロット圧を生成するように構成すれば、配管の軽減等が可能となり、コスト低減が図れると考えられる。
【０００８】
ところが、このような構成の冷却装置においては、以下のような課題が生じる。第一油圧ポンプの吐出圧は、冷却ファンの回転数に対応する必要があるため（特に、正転運転と逆転運転の切換時に、可変リリーフ弁のリリーフ圧を切換用設定圧まで下げる必要があるため）、第二油圧ポンプの吐出圧と比べて低くなる。そして、例えばホイールローダにおいてはアクセルペダルを戻し操作したときに原動機の回転数を低下させるように制御しており、この原動機の回転数の低下に伴って第一油圧ポンプの吐出圧が低下すると、切換弁へのパイロット圧も低くなってしまう。そのため、場合によっては、切換弁の作動が不安定となり、冷却ファンの正逆反転の切り換えが不安定となる。
【０００９】
本発明の目的は、コスト低減を図りながら、冷却ファンの正逆反転の切り換えを安定させることができる冷却装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、原動機によって駆動する固定容量型の油圧ポンプと、前記油圧ポンプからの圧油により駆動し、正逆反転可能な固定容量型のファン用油圧モータと、前記ファン用油圧モータによって駆動する冷却ファンと、前記油圧ポンプから前記ファン用油圧モータへの圧油の流れ方向を制御する油圧パイロット式の切換弁と、前記油圧ポンプから吐出された圧油の一部により前記切換弁のパイロット圧を生成する電磁弁と、前記油圧ポンプの吐出ラインのリリーフ圧を変更可能とし、これによって前記油圧ポンプから前記ファン用油圧モータへの圧油の流量を可変制御する可変リリーフ弁と、前記電磁弁の駆動及び前記可変リリーフ弁のリリーフ圧を制御するコントローラとを備えた建設機械の冷却装置において、前記切換弁は、前記電磁弁からのパイロット圧を導入してスプールに作用させる受圧部と、バネ室内に配置され、前記パイロット圧が作用する方向とは反対方向に前記スプールを付勢するバネとを有し、前記バネの付勢力は、前記油圧ポンプの吐出圧の変動に伴って変動する前記パイロット圧の最小値と前記スプールの受圧面積との積より小さくなるように予め設定する。
【００１１】
このように本発明においては、電磁弁は、油圧ポンプから吐出された圧油の一部によりパイロット圧を生成する。これにより、例えば油圧ポンプとは別のパイロットポンプから吐出された圧油によりパイロット圧を生成する場合と比べ、配管の軽減等が可能となり、コスト低減を図ることができる。また、切換弁のバネの付勢力は、油圧ポンプの吐出圧の変動に伴って変動するパイロット圧の最小値とスプールの受圧面積との積より小さくなるように予め設定する。これにより、例えば原動機の回転数の低下に伴ってパイロット圧が低下した場合でも、切換弁の作動を安定させることができ、冷却ファンの正逆反転の切り換えを安定させることができる。
【００１２】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記切換弁とタンクとの間で接続され、前記ファン用油圧モータからの戻り油を前記タンクに排出するタンクラインと、前記切換弁の前記バネ室と前記タンクとの間で接続されたドレンラインとを有し、前記ドレンラインは、前記タンクラインとは独立する。
【００１３】
タンクライン内の圧力は、例えばファン用油圧モータからの戻し油の流量の変動を起因として大きく変動する。そのため、例えばドレンラインをタンクラインに合流接続すると、バネ室内の圧力（言い換えれば、スプールの背圧）が上昇する可能性がある。そのため、切換弁の作動が不安定となり、冷却ファンの正逆反転の切り換えが不安定となる。そこで、本発明においては、ドレンラインをタンクラインとは合流接続しないで独立することにより、バネ室内の圧力（言い換えれば、スプールの背圧）が上昇するのを防止することができる。したがって、パイロット圧が低下した場合でも、切換弁の作動を安定させることができ、冷却ファンの正逆反転の切り換えを安定させることができる。
【００１４】
（３）上記（１）又は（２）において、好ましくは、前記電磁弁と前記切換弁の前記受圧部との間で接続されたパイロットラインに絞り又はスローリターンバルブを設ける。
【００１５】
これにより、油圧ポンプの吐出圧が急激に変動した場合に、切換弁のパイロット圧が急激に変動するのを防止することができる。具体例の一つとしては、原動機の停止とともに油圧ポンプが停止した場合に、切換弁のパイロット圧が急激に低下するのを防止することができる。その結果、切換弁による急な切り換えを防止することができ、キャビテーションの発生等を抑制することができる。
【００１６】
（４）上記（１）〜（３）のいずれか１つにおいて、好ましくは、前記電磁弁は、前記コントローラからの制御信号に応じて前記油圧ポンプからの圧油の一部を減圧して前記切換弁のパイロット圧を生成する電磁比例減圧弁であり、前記切換弁は、ポンプポート、第１のモータポート、第２のモータポート、及びタンクポートを有し、前記ポンプポートと前記第１のモータポートを連通するとともに前記第２のモータポートと前記タンクポートとを連通する正転位置、前記ポンプポート、前記第１のモータポート、前記第２のモータポート、及び前記タンクポートを互いに連通する中立位置、並びに前記ポンプポートと前記第２のモータポートを連通するとともに前記第１のモータポートと前記タンクポートとを連通する逆転位置に切り換え可能な４ポート３位置形のスプール弁であって、前記スプールのストロークに応じて開口面積が徐々に変化するように構成される。
【００１７】
（５）上記（１）〜（４）のいずれか１つにおいて、好ましくは、前記切換弁、前記電磁弁、及び前記可変リリーフ弁は、制御弁として一体的に構成される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、コスト低減を図りながら、冷却ファンの正逆反転の切り換えを安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の適用対象の一例であるホイールローダの全体構造を表す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における冷却装置の全体構造を表す回路図である。
【図３】本発明の第２の実施形態における冷却装置の全体構造を表す回路図である。
【図４】本発明の一変形例における冷却装置の全体構造を表す回路図である。
【図５】本発明の第３の実施形態における冷却装置の全体構造を表す回路図である。
【図６】本発明の第３の実施形態における切換弁の開口特性を表す特性図である。
【図７】本発明の第３の実施形態における動作を説明するためのタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。
【００２１】
図１は、本発明の適用対象の一例であるホイールローダの全体構造を表す側面図である。なお、以降、ホイールローダが図１に示す状態にて運転者が運転席に着座した場合における運転者の前側（図１中左側）、後側（図１中右側）、左側（図１中紙面に向かって手前側）、右側（図１中紙面に向かって奥側）を、単に前側、後側、左側、右側と称する。
【００２２】
この図１において、ホイールローダは、左右の前輪１Ｌ，１Ｒ（但し図１中１Ｌのみ図示）を有する車体前部２と、左右の後輪３Ｌ，３Ｒ（但し図１中３Ｌのみ図示）を有する車体後部４とを備えている。前輪１Ｌ，１Ｒ及び後輪３Ｌ，３Ｒは、詳細を図示しないが、例えばプロペラシャフトや変速機を介して走行用油圧モータに連結されており、この走行用油圧モータの駆動により回転するようになっている。
【００２３】
車体前部２と車体後部４は互いに水平方向に回動可能に連結されており、車体前部２と車体後部４との間には左右のステアリング用油圧シリンダ５Ｌ，５Ｒ（但し図１中５Ｌのみ図示）が設けられている。そして、例えば左側のステアリング用油圧シリンダ５Ｌが縮短し、右側のステアリング用油圧シリンダ５Ｒが伸長すると、車体後部４に対して車体前部２が左側に向くように回動する。一方、例えば左側のステアリング用油圧シリンダ５Ｌが伸長し、右側のステアリング用油圧シリンダ５Ｒが縮短すると、車体後部４に対して車体前部２が右側に向くように回動するようになっている。
【００２４】
車体前部２には作業機（フロント装置）６が設けられている。この作業機６は、車体前部２に上下方向に回動可能に連結されたリフトアーム７と、このリフトアーム７の先端に上下方向に回動可能に連結されたバケット８と、左右のアーム用油圧シリンダ（図示せず）と、バケット用油圧シリンダ９とを備えている。そして、アーム用油圧シリンダの伸縮駆動により、リフトアーム７が上下方向に回動するようになっている。また、バケット用油圧シリンダ９の伸縮駆動により、ベルクランク１０等のリンク機構を介してバケット８が上下方向に回動するようになっている。
【００２５】
車体後部４には運転室１１とエンジン室１２が設けられている。運転室１１には、詳細を図示しないが、運転席、前後進操作レバー、アクセルペダル、ブレーキペダル、ステアリングハンドル、及び作業機用操作レバー等が設けられており、さらに、後述する操作スイッチ１３（図２参照）が設けられている。エンジン室１２には、後述するエンジン１４や油圧ポンプ１５（図２参照）等の機器が搭載されている。エンジン１４は電子ガバナ（燃料噴射装置）を備えており、この電子ガバナは前述したアクセルペダルの操作量（アクセル量）に応じて燃料噴射量を調整してエンジン１４の回転数を調整するようになっている。すなわち、例えばアクセルペダルが操作されない場合はエンジン１４が最低回転数で駆動する一方、例えばアクセルペダルが最大操作された場合はエンジン１４が最高回転数で駆動するようになっている。
【００２６】
上述したホイールローダに、本発明の第１の実施形態の冷却装置が備えられている。図２は、本実施形態における冷却装置の全体構成を表す回路図である。
【００２７】
この図２において、冷却装置は、エンジン１４によって駆動する固定容量型の油圧ポンプ１５と、この油圧ポンプ１５からの圧油により駆動し、正逆反転可能なファン用油圧モータ１６と、このファン用油圧モータ１６の出力軸に取り付けられ、ファン用油圧モータ１６によって駆動する冷却ファン１７と、この冷却ファン１７で生起された冷却風によりエンジン冷却水を冷却するラジエータ１８と、冷却ファン１７で生起された冷却風により作動油を冷却するオイルクーラ１９と、油圧ポンプ１５からファン用油圧モータ１６への圧油の流れを制御する制御弁２０とを備えている。
【００２８】
制御弁２０は、油圧ポンプ１５からファン用油圧モータ１６への圧油の流れ方向を制御する油圧パイロット式の切換弁２１と、油圧ポンプ１５から吐出された圧油の一部により切換弁２１のパイロット圧を生成する電磁弁２２と、油圧ポンプ１５の吐出ライン２３のリリーフ圧を変更可能とし、これによって油圧ポンプ１５からファン用油圧モータ１６への圧油の流量を可変制御する可変リリーフ弁２４とを備え、それらが一体的に構成されたものである。電磁弁２２の駆動及び可変リリーフ弁２４のリリーフ圧はコントローラ２５によって制御されている。
【００２９】
切換弁２１は、４ポート２位置形のスプール弁である。すなわち、ポンプポートＰ、第１のモータポートＡ、第２のモータポートＢ、及びタンクポートＴを有し、正転位置及び逆転位置に切り換え可能としている。また、切換弁２１は、電磁弁２２からのパイロット圧を導入してスプールに作用させ、このスプールを図２中左側に付勢する受圧部２６と、バネ室内に配置され、スプールを図２中右側に（すなわち、パイロット圧が作用する方向とは反対方向に）付勢するバネ２７とを有している。なお、切換弁２１のバネ室とタンク２８との間にはドレンライン２９が接続されている。
【００３０】
そして、例えば電磁弁２２からのパイロット圧がパイロットライン３０を介し切換弁２１の受圧部２６に導入されない場合は、バネ２７の付勢力によりスプールが図２中右側に移動し、図２中左側の正転位置に切り換えられる。これにより、油圧ポンプ１５から吐出ライン２３を介し吐出された圧油をモータライン３１Ａを介しファン用油圧モータ１６の一方側（図２中右側）のポートに供給し、ファン用油圧モータ１６の他方側（図２中左側）のポートから流出した油をモータライン３１Ｂ及びタンクライン３２を介しタンク２８に戻す。したがって、ファン用油圧モータ１６が正方向に回転し、冷却ファン１７が正方向に回転する。
【００３１】
一方、例えば電磁弁２２からのパイロット圧がパイロットライン３０を介し切換弁２１の受圧部２６に導入される場合は、バネ２７の付勢力に打ち勝ってスプールが図２中左側に移動し、図２中右側の逆転位置に切り換えられる。これにより、油圧ポンプ１５から吐出ライン２３を介し吐出された圧油をモータライン３１Ｂを介しファン用油圧モータ１６の他方側のポートに供給し、ファン用油圧モータ１６の一方側のポートから流出した油をモータライン３１Ａ及びタンクライン３２を介しタンク２８に戻す。したがって、ファン用油圧モータ１６が逆方向に回転し、冷却ファン１７が逆方向に回転する。その結果、ラジエータ１８やオイルクーラ１９の通風路等における目詰まりの除去が行えるようになっている。
【００３２】
なお、モータライン３１Ａとタンクライン３２との間には、切換弁２１を迂回するメイクアップライン３３Ａが接続されており、このメイクアップライン３３Ａには、メイクアップ用のチェック弁３４Ａが設けられている。同様に、モータライン３１Ｂとタンクライン３２との間には、切換弁２１を迂回するメイクアップライン３３Ｂが接続されており、このメイクアップライン３３Ｂには、メイクアップ用のチェック弁３４Ｂが設けられている。これにより、例えば切換弁２１が切り換えられたり油圧ポンプ１５が停止したりしたときに、ファン用油圧モータ１６の上流側が負圧となるのを防止するようになっている。
【００３３】
電磁弁２２は、３ポート２位置形のスプール弁であり、コントローラ２５からの制御信号（制御電流）に応じて図２中左側のＯＦＦ位置又は図２中右側のＯＮ位置に切り換えられるようになっている。そして、例えばＯＮ位置にある場合は、切換弁２１の受圧部２６と吐出ライン２３（詳細には、吐出ライン２３とドレンライン２９との間で接続されたバイパスライン３５Ａにおけるオリフィス３６の上流側から分岐接続されたライン）とを連通させる。これにより、油圧ポンプ１５から吐出された圧油の一部をパイロット圧として切換弁２１の受圧部２６に導出するので、上述したように切換弁２１を逆転位置に切り換えるようになっている。一方、例えば図２で示すようにＯＦＦ位置にある場合は、切換弁２１の受圧部２６とドレンライン２９（詳細には、ドレンライン２９に合流接続するライン）とを連通させる。これにより、油圧ポンプ１５から吐出された圧油の一部をパイロット圧として切換弁２１の受圧部２６に導出せず、切換弁２１の受圧部２６をタンク圧まで落とすので、上述したように切換弁２１を正転位置に切り換えるようになっている。
【００３４】
ここで、本実施形態の大きな特徴の一つとして、切換弁２１のバネ２７の付勢力は、油圧ポンプ１５の吐出圧の変動に伴って変動するパイロット圧の最小値（例えば１ＭＰａと２ＭＰａとの間程度）とスプールの受圧面積との積より小さくなるように予め設定されている。別の言い方をすれば、切換弁２１のバネ２７で設定される作動圧力は、油圧ポンプ１５の吐出圧の変動に伴って変動するパイロット圧の最小値より小さくなるように、例えば１ＭＰａ程度に設定されている。また、本実施形態の他の特徴として、切換弁２１のバネ室に接続されたドレンライン２９は、ファン用油圧モータ１６からの戻り油を排出するタンクライン３２とは合流接続しないで独立するように設けられている。
【００３５】
可変リリーフ弁２４は、パイロットリリーフ弁３７と、メインリリーフ弁３８とで構成されている。パイロットリリーフ弁３７は、上述したバイパスライン３５Ａにおけるオリフィス３６の下流側に設けられている。
【００３６】
メインリリーフ弁３８は、吐出ライン２３とタンクライン３２との間で接続されたバイパスライン３５Ｂに設けられている。また、メインリリーフ弁３８は、図示のように、メインリリーフ弁３８の上流側の圧力（言い換えれば、吐出ライン２３の圧力）を導入してスプールを図２中右側に付勢する受圧部と、バイパスライン３５Ａにおけるオリフィス３６の下流側の圧力を導入してスプールを図２中左側に付勢する受圧部と、スプールを図２中左側に付勢するバネとを有している。そして、メインリリーフ弁３８の上流側の圧力（言い換えれば、吐出ライン２３の圧力）とバイパスライン３５Ａにおけるオリフィス３６の下流側の圧力との差圧が、バネで設定される閾値よりも大きくなると、スプールが図２中右側に移動して開状態となり、メインリリーフ弁３８の上流側の圧油（言い換えれば、吐出ライン２３の圧油の一部）をタンクライン３２を介しタンク２８に逃がすようになっている。
【００３７】
パイロットリリーフ弁３７は、コントローラ２５からの制御信号（制御電流）に応じて、リリーフ圧が例えば段階的に可変設定される。そして、パイロットリリーフ弁３７の上流側の圧力（すなわち、オリフィス３６等によって生じる圧力差を考慮するものの、吐出ライン２３の圧力）がリリーフ圧を超えた場合にパイロットリリーフ弁３７が開状態となり、パイロットリリーフ弁３７の上流側の圧油（言い換えれば、吐出ライン２３の圧油の一部）をドレンライン２９を介しタンク２８に逃がすようになっている。このとき、パイロットリリーフ弁３７の上流側の圧力が低下し、オリフィス３６の前後差圧（言い換えれば、吐出ライン２３の圧力とバイパスライン３５Ａにおけるオリフィス３６の下流側の圧力との差圧）が大きくなると、上述したようにメインリリーフ弁３８が開状態となり、メインリリーフ弁３８の上流側の圧油（言い換えれば、吐出ライン２３の圧油の一部）をタンクライン３２を介しタンク２８に逃がす。これにより、パイロットリリーフ弁３７には例えば１〜２ｌ／min（＝０．０６〜０．１２ｍ３／ｈ）程度の小流量が流れ、メインリリーフ弁３８には大流量が流れるようになっている。
【００３８】
コントローラ２５は、冷却ファン１７の正逆反転を指示する操作スイッチ１３からの操作信号、エンジン冷却水の温度を検出する温度センサ３９からの検出信号、及び作動油の温度を検出する温度センサ４０からの検出信号が入力されており、それらの信号に基づいて電磁弁２２の駆動及び可変リリーフ弁２４のリリーフ圧（詳細には、パイロットリリーフ弁３７のリリーフ圧）を制御するようになっている。
【００３９】
詳しく説明すると、例えば操作スイッチ１３がＯＦＦである場合、コントローラ２５は、電磁弁２２への制御信号を出力せず、図２で示すように電磁弁２２をＯＦＦ位置に制御する。これにより、電磁弁２２からのパイロット圧が切換弁２１の受圧部２６へ出力されず、切換弁２１が正転位置となる。これにより、ファン用油圧モータ１６が正方向に回転して、冷却ファン１７が正方向に回転する。この冷却ファン１７の正転運転中、コントローラ２５は、エンジン冷却水の温度及び作動油の温度に対応する制御信号をパイロットリリーフ弁３７へ出力し、パイロットリリーフ弁３７のリリーフ圧を例えば段階的に可変制御する。これにより、ファン用油圧モータ１６への供給流量を可変制御し、冷却ファン１７の回転数を可変制御する。
【００４０】
一方、例えば操作スイッチ１３がＯＮに操作されると、コントローラ２５は、まず、パイロットリリーフ弁３７のリリーフ圧を切換用設定圧まで下げるように制御する。すなわち、切換時のショック等を低減するために、ファン用油圧モータ１６への供給流量が下げられる。そして、所定時間経過後（すなわち、冷却ファン１７の回転数を下げるために必要な時間が経過した後）、電磁弁２２への制御信号を出力して、電磁弁２２をＯＮ位置に切り換える。これにより、電磁弁２２からのパイロット圧が切換弁２１の受圧部２６へ出力されて、切換弁２１が逆転位置となる。これにより、ファン用油圧モータ１６が逆方向に回転して、冷却ファン１７が逆方向に回転する。その後、冷却ファン１７の回転数を上げるために、パイロットリリーフ弁３７のリリーフ圧を逆転用設定圧まで上げるように制御する。この冷却ファン１７の逆転運転は、操作スイッチ１３がＯＦＦに操作されるか、若しくは予め設定された所定時間が経過するまで続行される。
【００４１】
以上のように構成された本実施形態においては、電磁弁２２は、油圧ポンプ１５から吐出された圧油の一部によりパイロット圧を生成している。これにより、例えば油圧ポンプ１５とは別のパイロットポンプから吐出された圧油によりパイロット圧を生成する場合と比べ、配管の軽減等が可能となり、コスト低減を図ることができる。特に、本実施形態においては、切換弁２１、電磁弁２２、及び可変リリーフ弁２４が制御弁２０として一体的に構成されており、切換弁２１のパイロット回路を制御弁２０内に形成している。これにより、外部配管を接続するための配管接続ポート等を軽減することができ、制御弁２０の小型化を図ることができる。また、例えば電磁弁２２を設けないで切換弁２１自体を電磁式とする場合にはソレノイド部が大型化してしまうため、この場合と比べても、制御弁２０の小型化を図ることができると言える。
【００４２】
また、本実施形態においては、切換弁２１のバネ２７の付勢力は、油圧ポンプ１５の吐出圧の変動に伴って変動するパイロット圧の最小値とスプールの受圧面積との積より小さくなるように予め設定している。これにより、アクセルペダルを戻し操作したときにエンジン１４の回転数が低下し、これに伴って油圧ポンプ１５の吐出圧が低下しパイロット圧が低下した場合でも、切換弁２１の作動を安定させることができ、冷却ファン１７の正逆反転の切り換えを安定させることができる。
【００４３】
さらに、本実施形態においては、切換弁２１のバネ室に接続されたドレンライン２９は、ファン用油圧モータ１６からの戻り油を排出するタンクライン３２とは合流接続しないで独立している。これにより、例えばドレンライン２９をタンクライン３２に合流接続する場合とは異なり、バネ室内の圧力（言い換えれば、スプールの背圧）が上昇するのを防止することができる。したがって、パイロット圧が低下した場合でも、切換弁２１の作動を安定させることができ、冷却ファン１７の正逆反転の切り換えを安定させることができる。
【００４４】
したがって、本実施形態においては、コスト低減を図りながら、冷却ファン１７の正逆反転の切り換えを安定させることができる。
【００４５】
本発明の第２の実施形態を図３により説明する。図３は、本実施形態における冷却装置の全体構成を表す回路図である。なお、この図３において、上記第１の実施形態と同等の部分は同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００４６】
本実施形態では、電磁弁２２と切換弁２１の受圧部２６との間のパイロットライン３０に絞り４１を設けている。
【００４７】
このように構成された本実施形態においても、上記実施形態と同様、コスト低減を図りながら、冷却ファン１７の正逆反転の切り換えを安定させることができる。また、本実施形態においては、パイロットライン３０に絞り４１を設けることにより、例えば油圧ポンプ１５の吐出圧の変動が急激に変化する場合でも、パイロット圧が急激に変化するのを防止できる。特に、例えば冷却ファン１７の逆転運転時にエンジン１４を停止した場合は、切換弁２１を逆転位置から正転位置へ緩やかに戻すことができ、冷却ファン１７が急停止するのを防止できる。
【００４８】
なお、上記第２の実施形態においては、パイロットライン３０に絞り４１を設けた場合を例にとって説明したが、これに限られず、例えば図４で示すようにスローリターンバルブ４２を設けてもよい。これにより、切換弁２１における正転位置から逆転位置への切り換えは比較的素早くなる一方、逆転位置から正転位置への切り換えは比較的緩やかとなる。このような変形例においても、上記第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４９】
本発明の第３の実施形態を図５〜図７により説明する。なお、本実施形態において、上記実施形態と同等の部分は同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００５０】
図５は、本実施形態における冷却装置の全体構成を表す回路図である。
【００５１】
本実施形態では、電磁弁２２Ａは、コントローラ２５Ａからの制御信号（制御電流）に応じて油圧ポンプ１５からの圧油の一部を減圧して切換弁２１Ａのパイロット圧を生成する電磁比例減圧弁である。
【００５２】
切換弁２１Ａは、４ポート３位置型のスプール弁である。すなわち、ポンプポートＰ、第１のモータポートＡ、第２のモータポートＢ、及びタンクポートＴを有し、正転位置、中立位置、及び逆転位置に切り換え可能としている。そして、例えば正転位置にある場合、ポンプポートＰと第１のモータポートＡを連通するとともに第２のモータポートＢとタンクポートＴとを連通する。また、例えば中立位置にある場合、ポンプポートＰ、第１のモータポートＡ、第２のモータポートＢ、及びタンクポートＴを互いに連通する。また、例えば逆転位置にある場合、ポンプポートＰと第２のモータポートＢを連通するとともに第１のモータポートＡとタンクポートＴとを連通するようになっている。
【００５３】
そして、切換弁２１Ａは、スプールのストロークに応じて開口面積が徐々に変化する開口特性を有している（言い換えれば、各連通路に可変絞りが設けられている）。図６は、切換弁の開口特性を表す特性図であり、横軸に正転位置から逆転位置へ向かうスプールのストローク量をとり、縦軸に開口面積をとっている。
【００５４】
この図６中実線で示すように、切換弁２１Ａのスプールが正転位置から逆転位置まで移動するにしたがい、ポンプポートＰと第１のモータポートＡと間の連通路（Ｐ−Ａ）の開口面積を徐々に絞り（小さくし）、第２のモータポートＢとタンクポートＴとの間の連通路（Ｂ−Ｔ）の開口面積を徐々に絞る（小さくする）。詳細には、切換弁２１Ａのスプールのストローク量Ｌ＝０である場合、連通路（Ｐ−Ａ）の開口面積ＳＰ−Ａ＝Ｓ１、連通路（Ｂ−Ｔ）の開口面積ＳＢ−Ｔ＝Ｓ１となる。切換弁２１Ａのスプールのストローク量Ｌが０＜Ｌ＜Ｌ１である場合、ストローク量Ｌの増加に従って連通路（Ｐ−Ａ）の開口面積ＳＰ−Ａ及び連通路（Ｂ−Ｔ）の開口面積ＳＢ−Ｔが徐々に減少する。切換弁２１Ａのスプールのストローク量ＬがＬ１≦Ｌ≦Ｌ３である場合、連通路（Ｐ−Ａ）の開口面積ＳＰ−Ａ＝Ｓ２、連通路（Ｂ−Ｔ）の開口面積ＳＢ−Ｔ＝Ｓ２となる（但し、Ｓ２＜Ｓ１）。切換弁２１Ａのスプールのストローク量ＬがＬ３＜Ｌ＜Ｌ４である場合、ストローク量Ｌの増加に従って連通路（Ｐ−Ａ）の開口面積ＳＰ−Ａ及び連通路（Ｂ−Ｔ）の開口面積ＳＢ−Ｔが徐々に減少する。切換弁２１Ａのスプールのストローク量Ｌ＝Ｌ４である場合、連通路（Ｐ−Ａ）の開口面積ＳＰ−Ａ＝０、連通路（Ｂ−Ｔ）の開口面積ＳＢ−Ｔ＝０となる。
【００５５】
一方、図６中一点鎖線で示すように、切換弁２１Ａのスプールが正転位置から逆転位置まで移動するにしたがい、ポンプポートＰと第２のモータポートＢと間の連通路（Ｐ−Ｂ）の開口面積を徐々に開け（大きくし）、第１のモータポートＡとタンクポートＴとの間の連通路（Ａ−Ｔ）の開口面積を徐々に開ける（大きくする）。詳細には、切換弁２１Ａのスプールのストローク量Ｌ≦Ｌ２である場合（但し、Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３）、連通路（Ｐ−Ｂ）の開口面積ＳＰ−Ｂ＝０、連通路（Ａ−Ｔ）の開口面積ＳＡ−Ｔ＝０となる。切換弁２１Ａのスプールのストローク量ＬがＬ２＜Ｌ＜Ｌ４である場合、ストローク量Ｌの増加に従って連通路（Ｐ−Ｂ）の開口面積ＳＰ−Ｂ及び連通路（Ａ−Ｔ）の開口面積ＳＡ−Ｔが徐々に増加する。切換弁２１Ａのスプールのストローク量ＬがＬ１＝Ｌ３である場合、連通路（Ｐ−Ｂ）の開口面積ＳＰ−Ｂ＝Ｓ２、連通路（Ａ−Ｔ）の開口面積ＳＡ−Ｔ＝Ｓ２となる。切換弁２１Ａのスプールのストローク量Ｌ＝Ｌ４である場合、連通路（Ｐ−Ｂ）の開口面積ＳＰ−Ｂ＝Ｓ１、連通路（Ａ−Ｔ）の開口面積ＳＡ−Ｔ＝Ｓ１となる。なお、開口面積ＳＰ−Ｂ＝ＳＡ−Ｔ＝Ｓ１と必ずしもならなくとも良い。
【００５６】
次に、本実施形態の動作及び作用効果を説明する。図７は、本実施形態の動作を説明するためのタイムチャートであり、操作スイッチ１３のＯＮ／ＯＦＦ、可変リリーフ弁２４の制御電流及びリリーフ圧、冷却ファン１７の回転数、並びに電磁弁２２Ａの制御電流における経時変化を表す。
【００５７】
操作スイッチ１３がＯＦＦであるとき（時間ｔ０）、コントローラ２５Ａは、電磁弁２２Ａへの制御電流をゼロとし、電磁弁２２ＡをＯＦＦ位置に制御する。これにより、電磁弁２２Ａからのパイロット圧が切換弁２１Ａの受圧部２６へ出力されず、切換弁２１Ａが正転位置となる。これにより、ファン用油圧モータ１６が正方向に回転して、冷却ファン１７が正方向に回転する。この冷却ファン１７の正転運転中、コントローラ２５Ａは、例えばエンジン冷却水の温度及び作動油の温度に対応する可変リリーフ弁２４（詳細には、パイロットリリーフ弁３７）への制御電流をＩ１とし、可変リリーフ弁２４のリリーフ圧をＰ１に制御する。これにより、冷却ファン１７の回転数をＮ１に制御する。
【００５８】
その後、操作スイッチ１３がＯＮに操作されると（時間ｔ１）、コントローラ２５Ａは、まず、可変リリーフ弁２４への制御電流をＩ２（但し、Ｉ２＞Ｉ１）となるまで徐々に増加し、可変リリーフ弁２４のリリーフ圧を切換用設定圧Ｐ２（但し、Ｐ２＜Ｐ１）まで下げる。すなわち、切換時のショック等を低減するために、ファン用油圧モータ１６への供給流量を下げる。
【００５９】
そして、所定時間Δｔ経過後（すなわち、冷却ファン１７の回転数をＮ２まで下げるために必要な時間が経過した後）（時間ｔ２）、電磁弁２２Ａへの制御電流をｉ１となるまで徐々に増加し、電磁弁２２Ａから切換弁２１Ａの受圧部２６へのパイロット圧を徐々に増加させる。これにより、切換弁２１Ａは、連通路Ｐ−Ａ及び連通路Ｂ−Ｔの開口面積を徐々に絞りつつ連通路Ｐ−Ｂ及び連通路Ａ−Ｔの開口面積を徐々に開けて、逆転位置となる。このような切換弁２１Ａの開口特性により、ファン用油圧モータ１６への供給流量をさらに低減して、切換時のショック等をさらに低減することができる。そして、切換弁２１Ａが逆転位置に切り換えられると（時間ｔ３）、ファン用油圧モータ１６が逆方向に回転して、冷却ファン１７が逆方向に回転する。そして、コントローラ２５Ａは、可変リリーフ弁２４への制御電流をＩ３（但し、Ｉ３＜Ｉ２）となるまで徐々に減少し、可変リリーフ弁２４のリリーフ圧を逆転用設定圧Ｐ３（但し、Ｐ３＜Ｐ２）まで上げる。これにより、冷却ファン１７の回転数をＮ３に制御する。
【００６０】
その後、操作スイッチ１３がＯＦＦに操作されると（時間ｔ４）、コントローラ２５Ａは、まず、可変リリーフ弁２４への制御電流をＩ２となるまで徐々に増加し、可変リリーフ弁２４のリリーフ圧を切換用設定圧Ｐ２まで下げる。すなわち、切換時のショック等を低減するために、ファン用油圧モータ１６への供給流量を下げる。
【００６１】
そして、所定時間Δｔ経過後（すなわち、冷却ファン１７の回転数をＮ２まで下げるために必要な時間が経過した後）（時間ｔ５）、電磁弁２２Ａへの制御電流を０となるまで徐々に減少し、電磁弁２２Ａから切換弁２１Ａの受圧部２６へのパイロット圧を徐々に減少させる。これにより、切換弁２１Ａは、連通路Ｐ−Ｂ及び連通路Ａ−Ｔの開口面積を徐々に絞りつつ連通路Ｐ−Ａ及び連通路Ｂ−Ｔの開口面積を徐々に開けて、正転位置となる。このような切換弁２１Ａの開口特性により、ファン用油圧モータ１６への供給流量をさらに低減して、切換時のショック等をさらに低減することができる。そして、切換弁２１Ａが正転位置に切り換えられると（時間ｔ６）、ファン用油圧モータ１６が正方向に回転して、冷却ファン１７が正方向に回転する。そして、コントローラ２５Ａは、例えばエンジン冷却水の温度及び作動油の温度に対応する可変リリーフ弁２４への制御電流をＩ１とし、可変リリーフ弁２４のリリーフ圧をＰ１に制御する。これにより、冷却ファン１７の回転数をＮ１に制御する。
【００６２】
以上のように構成された本実施形態においても、上記実施形態と同様、上記実施形態と同様、コスト低減を図りながら、冷却ファン１７の正逆反転の切り換えを安定させることができる。また、本実施形態においては、切換弁２１Ａは、スプールのストロークに応じて開口面積が徐々に変化するように構成されている。これにより、切換時のショックや異音の発生を低減することができる。
【００６３】
なお、上記第３の実施形態においては、パイロットライン３０に絞り４１を設けた場合を例にとって説明したが、これに限られず、例えば上述した変形例のようにスローリターンバルブ４２を設けてもよい。この場合も、上記同様の効果を得ることができる。
【００６４】
また、上記第１〜第３の実施形態や変形例においては、制御弁２０として切換弁２１（又は２１Ａ）、電磁弁２２（又は２２Ａ）、及び可変リリーフ弁２４が一体的に構成された場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば、切換弁２１（又は２１Ａ）及び電磁弁２２（又は２２Ａ）が一体的に構成され、それとは別体として可変リリーフ弁２４が構成されてもよい。このような場合も、上記同様の効果を得ることができる。
【００６５】
なお、以上においては、本発明の適用対象の一例として、エンジン１４によって油圧ポンプ１５を駆動するタイプのホイールロータを例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば、電動モータ（原動機）によって油圧ポンプを駆動するタイプや、エンジン及び電動モータによって油圧ポンプを駆動するタイプに適用してもよい。また、ショベル等の他の建設機械に適用してもよいことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００６６】
１４    エンジン（原動機）
１５    油圧ポンプ
１６    ファン用油圧モータ
１７    冷却ファン
２０    制御弁
２１，２１Ａ    切換弁
２２，２２Ａ    電磁弁
２３    吐出ライン
２４    可変リリーフ弁
２５，２５Ａ    コントローラ
２６    受圧部
２７    バネ
２８      タンク
２９      ドレンライン
３０      パイロットライン
３２      タンクライン
４１      絞り
４２      スローリターンバルブ
【図１】
2012154051.tif 000003
【図２】
2012154051.tif 000004
【図３】
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【図４】
2012154051.tif 000006
【図５】
2012154051.tif 000007
【図６】
2012154051.tif 000008
【図７】
2012154051.tif 000009