JP2009168143A

JP2009168143A - 冷却システムおよび冷却方法

Info

Publication number: JP2009168143A
Application number: JP2008006842A
Authority: JP
Inventors: Hideki Nakajima; 秀樹中▲島▼
Original assignee: Caterpillar Japan Ltd
Current assignee: Caterpillar Japan Ltd
Priority date: 2008-01-16
Filing date: 2008-01-16
Publication date: 2009-07-30

Abstract

【課題】油圧アクチュエータ操作レバーニュートラル状態時の作動油やエンジン冷却水の熱交換率を向上することのできる冷却システムを提供する。
【解決手段】冷却システムは、複数の油圧アクチュエータがそれぞれ操作されていない状態であるレバーニュートラル状態を検出し、油圧ポンプから送られる作動油であって動力を伝える油圧アクチュエータを作動させる作動油の温度を計測する。また、作動油の温度を、エンジンの回転数に応じた回転速度で回転する冷却ファンにより冷却し、計測した作動油の温度に対応する当該作動油の流量を記憶部から読み取り、現在の作動油の流量を、読み取った作動油の流量へ変更制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、油圧ポンプから送られる作動油であって油圧アクチュエータに動力を伝えて作動させる作動油の温度、または、エンジンに送られる冷却水の温度を冷却する、冷却システムおよび冷却方法に関する。

一般に、油圧ショベル等の油圧式機械には、油圧シリンダや油圧モータ等の各種油圧アクチュエータ、これら油圧アクチュエータに作動油を供給する油圧ポンプ、作動油が貯溜される作動油タンク等を備えた油圧制御回路が設けられていが、ここで、作動油の温度は、油圧アクチュエータの作動に伴って生じる熱量により徐々に上昇していく。従って、作動油の温度が上昇すると油の粘度が低下して、潤滑すべき箇所での油膜切れ、油の漏れや、蒸気圧の増大によるキャビテーションの発生を招くばかりか、作動油が高い状態で長時間使用されると、油の劣化が促進されるという問題が生じる。そこで従来、前記油圧制御回路にラジエータ等のオイルクーラーを設け、該オイルクーラーによって油圧アクチュエータから油タンクに戻るリターン油を冷却するようにしている。なお、作動油の温度や、エンジンの冷却水を冷却する技術として特許文献１および特許文献２が開示されている。
特開２００３−２６９４０１号公報特開２００１−１８２５３５号公報

ところで、油圧ショベル等の油圧式機械では、作業停止時などに、作業中のエンジンの高回転数を下げている。このニュートラル状態におけるエンジン回転数の抑制の制御は、オートデセルと呼ばれる油圧式機械で行われる自動処理であり、燃費や騒音低減に有効な仕組みである。

しかしながら、オートデセルの制御が行われると、エンジン回転数が自動的に抑制されるため、エンジン回転数に応じて動作するラジエータの冷却ファンの回転数や作動油の流量が減少し、これによりレバー操作によってニュートラル状態となっている際の、作動油やエンジン冷却水の熱交換率が悪化する。従って、ニュートラル時における熱交換率の向上が課題となっていた。

そこでこの発明は、ニュートラル状態時の、作動油やエンジン冷却水の熱交換率を向上することのできる冷却システムおよび冷却方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は、複数の油圧アクチュエータ操作レバーそれぞれが操作されていない状態を示すニュートラル状態を検出する操作レバーニュートラル状態検出手段と、エンジン出力により駆動される油圧ポンプから送られる作動油であって油圧アクチュエータに動力を伝えて作動させる作動油の温度を計測する作動油温度計測手段と、前記作動油の温度を、前記エンジンの回転数に応じた回転速度で回転する冷却ファンにより冷却する作動油熱交換手段と、前記作動油の温度と、当該温度において前記作動油の温度低下に必要な当該作動油の流量とを対応付けて記憶する作動油流量記憶手段と、前記計測した作動油の温度に対応する流量を前記作動油流量記憶手段から読み取り、現在の作動油の流量を、前記読み取った作動油の流量へ変更制御する作動油流量制御手段と、を備えることを特徴とする冷却システムである。

また本発明は、上述の冷却システムにおいて、前記エンジンに送られる冷却水の温度を計測する冷却水温度計測手段と、前記冷却水の温度を、前記エンジンの回転数に応じた回転速度で回転する冷却ファンにより冷却する冷却水熱交換手段と、前記冷却水の温度と、当該温度において前記冷却水の温度低下に必要な前記エンジンの回転数とを対応付けて記憶する水温低下エンジン回転数記憶手段と、前記計測した冷却水の温度に対応するエンジンの回転数を前記水温低下エンジン回転数記憶手段から読み取り、現在のエンジンの回転数を、前記冷却水の温度に対応するエンジンの回転数へ変更制御するエンジン回転数制御手段と、を備えることを特徴とする。

また本発明は、上述の冷却システムにおいて、前記作動油の温度と、当該温度において前記作動油の温度低下に必要な前記エンジンの回転数とを対応付けて記憶する油温低下エンジン回転数記憶手段と、前記エンジン回転数制御手段は、前記計測した作動油の温度に対応するエンジンの回転数を前記油温低下エンジン回転数記憶手段から読み取り、現在のエンジンの回転数を、前記作動油の温度に対応するエンジンの回転数、または、前記冷却水の温度に対応するエンジンの回転数のうち、数の多い回転数へ変更制御することを特徴とする。

また本発明は、複数の油圧アクチュエータ操作レバーそれぞれが操作されていない状態を示すニュートラル状態を検出する操作レバーニュートラル状態検出手段と、前記エンジンに送られる冷却水の温度を計測する冷却水温度計測手段と、前記冷却水の温度を、前記エンジンの回転数に応じた回転速度で回転する冷却ファンにより冷却する冷却水熱交換手段と、前記冷却水の温度と、当該温度において前記冷却水の温度低下に必要な前記エンジンの回転数とを対応付けて記憶する水温低下エンジン回転数記憶手段と、前記計測した冷却水の温度に対応するエンジンの回転数を前記水温低下エンジン回転数記憶手段から読み取り、現在のエンジンの回転数を、前記冷却水の温度に対応するエンジンの回転数へ変更制御するエンジン回転数制御手段と、を備えることを特徴とする冷却システムである。

また本発明は、上述の冷却システムにおいて、前記油圧ポンプから送られる作動油であって前記動力を伝える油圧アクチュエータを作動させる作動油の温度を、前記エンジンの回転数に応じた回転速度で回転する冷却ファンにより冷却する作動油熱交換手段と、前記作動油の温度と、当該温度において前記作動油の温度低下に必要な前記エンジンの回転数とを対応付けて記憶する油温低下エンジン回転数記憶手段と、前記エンジン回転数制御手段は、前記計測した作動油の温度に対応するエンジンの回転数を前記油温低下エンジン回転数記憶手段から読み取り、現在のエンジンの回転数を、前記作動油の温度に対応するエンジンの回転数、または、前記冷却水の温度に対応するエンジンの回転数のうち、数の多い回転数へ変更制御することを特徴とする。

また本発明は、冷却システムにおける冷却方法であって、操作レバーニュートラル状態検出手段が、複数の油圧アクチュエータ操作レバーそれぞれが操作されていない状態を示すニュートラル状態を検出し、作動油温度計測手段が、前記油圧ポンプから送られる作動油であって前記動力を伝える油圧アクチュエータを作動させる作動油の温度を計測し、作動油熱交換手段が、前記作動油の温度を、前記エンジンの回転数に応じた回転速度で回転する冷却ファンにより冷却し、作動油流量記憶手段が、前記作動油の温度と、当該温度において前記作動油の温度低下に必要な当該作動油の流量とを対応付けて記憶し、作動油流量制御手段が、前記計測した作動油の温度に対応する流量を前記作動油流量記憶手段から読み取り、現在の作動油の流量を、前記読み取った作動油の流量へ変更制御することを特徴とする冷却方法である。

また本発明は、上述の冷却方法において、冷却水温度計測手段が、前記エンジンに送られる冷却水の温度を計測し、冷却水熱交換手段が、前記冷却水の温度を、前記エンジンの回転数に応じた回転速度で回転する冷却ファンにより冷却し、水温低下エンジン回転数記憶手段が、前記冷却水の温度と、当該温度において前記冷却水の温度低下に必要な前記エンジンの回転数とを対応付けて記憶し、エンジン回転数制御手段が、前記計測した冷却水の温度に対応するエンジンの回転数を前記水温低下エンジン回転数記憶手段から読み取り、現在のエンジンの回転数を、前記冷却水の温度に対応するエンジンの回転数へ変更制御することを特徴とする。

また本発明は、上述の冷却方法において、油温低下エンジン回転数記憶手段が、前記作動油の温度と、当該温度において前記作動油の温度低下に必要な前記エンジンの回転数とを対応付けて記憶し、前記エンジン回転数制御手段が、前記計測した作動油の温度に対応するエンジンの回転数を前記油温低下エンジン回転数記憶手段から読み取り、現在のエンジンの回転数を、前記作動油の温度に対応するエンジンの回転数、または、前記冷却水の温度に対応するエンジンの回転数のうち、数の多い回転数へ変更制御することを特徴とする。

本発明によれば、操作レバーのニュートラル時に発生するオートデセルの制御によって発生する作動油やエンジン冷却水の熱交換率の低下を防ぐことができ、油圧ショベル等の油圧式機械の性能向上を図ることができる。

以下、本発明の一実施形態による冷却システムを図面を参照して説明する。
図１は同実施形態による冷却システムの構成を示すブロック図である。
この図において、符号１は作動油の流量の変更制御を行う機体コントローラである。また２はエンジンの回転数の変更制御を行うエンジンコントローラである。また３は油圧ショベル内のモニタへの表示制御を行うモニタコントローラである。また４は作動油タンク内に設置された作動油の温度を計測する作動油温度センサである。また５はエンジンの冷却水の温度を計測する冷却水温度センサである。また６，７はエンジン回転数センサである。なおエンジン回転数センサ６，７の出力値は同一である。また、８は各油圧アクチュエータの操作レバーである。

図２は油圧ショベルの機能構成を示す図である。
本実施形態における油圧ショベルは、エンジン２１、油圧ポンプ２２、コントロールバルブ２３、作動油ラジエータ２４、冷却水ラジエータ２５、冷却ファン２６、油圧により動作する複数の各油圧アクチュエータ２７によって主に構成されている。そして、冷却システムにおいては、これらの機能によって構成された油圧ショベルに搭載されており、作動油の流量の変更制御と、エンジンの回転数の変更制御を行う。

より具体的には、冷却システムは、複数の油圧アクチュエータ２７の操作レバー８それぞれが操作されていない状態を示すニュートラル状態を検出し、油圧ポンプ２２から送られる作動油であって油圧アクチュエータ２７に動力を伝えて作動させる作動油の温度を計測する。また、作動油の温度を、エンジン２１の回転数に応じた回転速度で回転する冷却ファン２６により冷却し、計測した作動油の温度に対応する当該作動油の流量を記憶部から読み取り、現在の作動油の流量を、読み取った作動油の流量へ変更制御する。

また、冷却システムはエンジン２１に送られる冷却水の温度を計測し、その冷却水の温度を、エンジン２１の回転数に応じた回転速度で回転する冷却ファン２６により冷却し、計測した冷却水の温度に対応するエンジンの回転数を記憶部から読み取り、現在のエンジンの回転数を、冷却水の温度に対応するエンジンの回転数へ変更制御する。さらに、計測した作動油の温度に対応するエンジンの回転数を記憶部から読み取り、現在のエンジンの回転数を、作動油の温度に対応するエンジンの回転数、または、冷却水の温度に対応するエンジンの回転数のうち、数の多い回転数へ変更制御する。

図３は冷却システムの記憶部で記憶するデータテーブルを示す図である。
この図における（ａ）のデータテーブルは、エンジン冷却水の温度と、当該温度において冷却水の温度低下に必要でありかつ適切なエンジン回転数との対応関係を示す情報を記憶する水温低下エンジン回転数テーブルである。
また（ｂ）のデータテーブルは、作動油の温度と、当該温度において作動油の温度低下に必要でありかつ適切なエンジンの回転数との対応関係を示す情報を記憶する油温低下エンジン回転数テーブルである。また（ｃ）のデータテーブルは、作動油の温度と、当該温度において作動油の温度低下に必要でありかつ適切な作動油の流量とを対応付けて記憶する作動油流量テーブルである。

図４は冷却システムの処理フローを示す図である。
次に、図３と図４とを用いて、冷却システムの処理フローについて説明する。
まず、機体コントローラ１は、操作レバー８がニュートラル状態の位置にあるかどうかを判定する（ステップＳ１）。そして操作レバー８がニュートラル状態の位置にあれば以下のステップＳ３以降の処理を開始する。また操作レバー８がニュートラル状態の位置になければ、処理を中止する（ステップＳ３）。

次に、操作レバー８がニュートラル状態の位置にあると判定した場合には、機体コントローラ１は、モニタコントローラ３から、当該モニタコントローラ３が作動油温度センサ４から読み取った作動油の温度の情報を取得する（ステップＳ３）。そして、機体コントローラ１は、図３の（ｃ）で示した作動油流量テーブルから、作動油の温度（oil temp）に対応する、当該温度の低下に必要な流量（Pump flow）を算出して（ステップＳ４）、当該流量の情報を油圧ポンプ２２へ送信し、その流量での制御を油圧ポンプ２２へ指示する（ステップＳ５）。すると油圧ポンプ２２は、現在の流量から、指示を受けた流量へ、出力する作動油の流量を変更する。なお作動油の温度に対応する流量の算出は、例えば、温度と流量との複数の関係が記録されている場合には、その補間計算により算出すればよい。

次に、機体コントローラ１は、操作レバー８のニュートラル状態によって、エンジン回転数がオートデセルの制御により抑制されているかを判定する（ステップＳ６）。例えば、操作レバー８がニュートラル状態であり、かつエンジン回転数がオートデセル時の規定の回転数範囲内にあると判定した場合には、オートデセルの制御により抑制されていると判定する。オートデセルの制御は、通常、操作レバー８がニュートラル状態となった数秒後に開始するようエンジンコントローラ２にプログラムされている。オートデセルの制御が開始されていない場合には、ステップＳ３に戻る。

また機体コントローラ１は、オートデセルの制御によりエンジン回転数が抑制されていると判定した場合には、モニタコントローラ３から、当該モニタコントローラ３が作動油温度センサ４から読み取った作動油の温度（oil temp）の情報を取得し（ステップＳ７）、またエンジンコントローラ２から、当該エンジンコントローラ２が冷却水温度センサ５から読み取った冷却水の温度（water temp）の情報を取得する（ステップＳ８）。そして、機体コントローラ１は、図３の（ｂ）で示した油温低下エンジン回転数テーブルから、作動油の温度の低下に必要なエンジン回転数（Engine speed）を算出する（ステップＳ９）。また機体コントローラ１は、図３の（ａ）で示した水温低下エンジン回転数テーブルから、冷却水の温度の低下に必要なエンジン回転数（Engine speed）を算出する（ステップＳ１０）。なお、これらエンジン回転数の算出は、例えば、上述の図３の（ｃ）で示した作動油流量テーブルから、作動油の温度に対応する作動油の流量の情報を算出した処理と同様に、補間計算により行う。

次に機体コントローラ１は、上記算出した作動油の温度に対応するエンジン回転数、または、冷却水の温度に対応するエンジン回転数の何れかのうち、大きい数のエンジン回転数を判定し（ステップＳ１１）、当該エンジン回転数の情報をエンジンコントローラ２に送信し、そのエンジン回転数での制御を指示する（ステップＳ１２）。すると、エンジンコントローラ２は、現在のエンジン回転数（オートデセルの制御によって抑制されたエンジン回転数）から、指示を受けたエンジン回転数へ、変更（回転数増加）する制御を行う。

以上の処理によれば、操作レバーがニュートラル状態の際には、作動油の温度を低下させるために必要なポンプ流量へ変更制御し、さらに、オートデセルの制御が開始されている場合には、作動油またはエンジン冷却水の温度を低下させるために必要なエンジン回転数へ変更制御する。これにより、操作レバーのニュートラル時に発生するオートデセルの制御によって発生する作動油やエンジン冷却水の熱交換率の低下を防ぐことができ、油圧ショベル等の油圧式機械の性能向上を図ることができる。

なお、上述の冷却システムの各処理部（コントローラ等）は内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述した処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。

また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。

冷却システムの構成を示すブロック図である。油圧ショベルの機能構成を示す図である。冷却システムの記憶部で記憶するデータテーブルを示す図である。冷却システムの処理フローを示す図である。

符号の説明

１・・・機体コントローラ
２・・・エンジンコントローラ
３・・・モニタコントローラ
４・・・作動油温度センサ
５・・・冷却水温度センサ
６，７・・・エンジン回転数センサ
８・・・操作レバー
２１・・・エンジン
２２・・・油圧ポンプ
２３・・・コントロールバルブ
２４・・・作動油ラジエータ
２５・・・冷却水ラジエータ
２６・・・冷却ファン
２７・・・油圧アクチュエータ

Claims

複数の油圧アクチュエータ操作レバーそれぞれが操作されていない状態を示すニュートラル状態を検出する操作レバーニュートラル状態検出手段と、
エンジン出力により駆動される油圧ポンプから送られる作動油であって油圧アクチュエータに動力を伝えて作動させる作動油の温度を計測する作動油温度計測手段と、
前記作動油の温度を、前記エンジンの回転数に応じた回転速度で回転する冷却ファンにより冷却する作動油熱交換手段と、
前記作動油の温度と、当該温度において前記作動油の温度低下に必要な当該作動油の流量とを対応付けて記憶する作動油流量記憶手段と、
前記計測した作動油の温度に対応する流量を前記作動油流量記憶手段から読み取り、現在の作動油の流量を、前記読み取った作動油の流量へ変更制御する作動油流量制御手段と、
を備えることを特徴とする冷却システム。
前記エンジンに送られる冷却水の温度を計測する冷却水温度計測手段と、
前記冷却水の温度を、前記エンジンの回転数に応じた回転速度で回転する冷却ファンにより冷却する冷却水熱交換手段と、
前記冷却水の温度と、当該温度において前記冷却水の温度低下に必要な前記エンジンの回転数とを対応付けて記憶する水温低下エンジン回転数記憶手段と、
前記計測した冷却水の温度に対応するエンジンの回転数を前記水温低下エンジン回転数記憶手段から読み取り、現在のエンジンの回転数を、前記冷却水の温度に対応するエンジンの回転数へ変更制御するエンジン回転数制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の冷却システム。
前記作動油の温度と、当該温度において前記作動油の温度低下に必要な前記エンジンの回転数とを対応付けて記憶する油温低下エンジン回転数記憶手段と、
前記エンジン回転数制御手段は、前記計測した作動油の温度に対応するエンジンの回転数を前記油温低下エンジン回転数記憶手段から読み取り、現在のエンジンの回転数を、前記作動油の温度に対応するエンジンの回転数、または、前記冷却水の温度に対応するエンジンの回転数のうち、数の多い回転数へ変更制御する
ことを特徴とする請求項２に記載の冷却システム。
複数の油圧アクチュエータ操作レバーそれぞれが操作されていない状態を示すニュートラル状態を検出する操作レバーニュートラル状態検出手段と、
前記エンジンに送られる冷却水の温度を計測する冷却水温度計測手段と、
前記冷却水の温度を、前記エンジンの回転数に応じた回転速度で回転する冷却ファンにより冷却する冷却水熱交換手段と、
前記冷却水の温度と、当該温度において前記冷却水の温度低下に必要な前記エンジンの回転数とを対応付けて記憶する水温低下エンジン回転数記憶手段と、
前記計測した冷却水の温度に対応するエンジンの回転数を前記水温低下エンジン回転数記憶手段から読み取り、現在のエンジンの回転数を、前記冷却水の温度に対応するエンジンの回転数へ変更制御するエンジン回転数制御手段と、
を備えることを特徴とする冷却システム。
前記油圧ポンプから送られる作動油であって前記動力を伝える油圧アクチュエータを作動させる作動油の温度を、前記エンジンの回転数に応じた回転速度で回転する冷却ファンにより冷却する作動油熱交換手段と、
前記作動油の温度と、当該温度において前記作動油の温度低下に必要な前記エンジンの回転数とを対応付けて記憶する油温低下エンジン回転数記憶手段と、
前記エンジン回転数制御手段は、前記計測した作動油の温度に対応するエンジンの回転数を前記油温低下エンジン回転数記憶手段から読み取り、現在のエンジンの回転数を、前記作動油の温度に対応するエンジンの回転数、または、前記冷却水の温度に対応するエンジンの回転数のうち、数の多い回転数へ変更制御する
ことを特徴とする請求項４に記載の冷却システム。
冷却システムにおける冷却方法であって、
操作レバーニュートラル状態検出手段が、複数の油圧アクチュエータ操作レバーそれぞれが操作されていない状態を示すニュートラル状態を検出し、
作動油温度計測手段が、前記油圧ポンプから送られる作動油であって前記動力を伝える油圧アクチュエータを作動させる作動油の温度を計測し、
作動油熱交換手段が、前記作動油の温度を、前記エンジンの回転数に応じた回転速度で回転する冷却ファンにより冷却し、
作動油流量記憶手段が、前記作動油の温度と、当該温度において前記作動油の温度低下に必要な当該作動油の流量とを対応付けて記憶し、
作動油流量制御手段が、前記計測した作動油の温度に対応する流量を前記作動油流量記憶手段から読み取り、現在の作動油の流量を、前記読み取った作動油の流量へ変更制御する
ことを特徴とする冷却方法。
冷却水温度計測手段が、前記エンジンに送られる冷却水の温度を計測し、
冷却水熱交換手段が、前記冷却水の温度を、前記エンジンの回転数に応じた回転速度で回転する冷却ファンにより冷却し、
水温低下エンジン回転数記憶手段が、前記冷却水の温度と、当該温度において前記冷却水の温度低下に必要な前記エンジンの回転数とを対応付けて記憶し、
エンジン回転数制御手段が、前記計測した冷却水の温度に対応するエンジンの回転数を前記水温低下エンジン回転数記憶手段から読み取り、現在のエンジンの回転数を、前記冷却水の温度に対応するエンジンの回転数へ変更制御する
ことを特徴とする請求項６に記載の冷却方法。
油温低下エンジン回転数記憶手段が、前記作動油の温度と、当該温度において前記作動油の温度低下に必要な前記エンジンの回転数とを対応付けて記憶し、
前記エンジン回転数制御手段が、前記計測した作動油の温度に対応するエンジンの回転数を前記油温低下エンジン回転数記憶手段から読み取り、現在のエンジンの回転数を、前記作動油の温度に対応するエンジンの回転数、または、前記冷却水の温度に対応するエンジンの回転数のうち、数の多い回転数へ変更制御する
ことを特徴とする請求項７に記載の冷却方法。