(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
ラジエータと、エンジンによって駆動し、前記ラジエータを冷却する風を生起させる冷却ファンと、前記ラジエータで冷却された水を前記エンジンに供給する冷却水管と、前記冷却ファンと前記エンジンの出力軸とを断接するファンクラッチとを備えた建設機械の冷却装置において、
前記冷却水管を介して上流の前記ラジエータに直列接続され、前記ラジエータよりも容量が小さく設定された下流の補助ラジエータと、
前記冷却ファンとは別に設けられ、前記補助ラジエータを冷却する風を生起させる補助ファンと、
前記エンジンの稼動状態を検出する検出部と、
前記検出部で検出された前記エンジンの稼動状態に応じて、前記冷却ファン及び前記補助ファンのうちのいずれか一方を選択的に作動させる制御処理を行うコントローラとを備えたことを特徴とする建設機械の冷却装置。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本発明に係る建設機械の冷却装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0012】
図1に示すように、第1実施形態に係る冷却装置が設けられた建設機械は、例えばダンプトラック100である。このダンプトラック100は、フレーム36上に土砂等を積載するボディ4が搭載され、フレーム36とボディ4はホイストシリンダ33によって連結されている。フレーム36には、図示しない機構部品を介して前輪7、後輪8、作動油タンク6、燃料タンク5などが取り付けられている。
【0013】
後輪8の回転軸部には、後輪8を駆動する走行モータ10、及び走行モータ10と後輪8の回転数を調整する減速機9が収められている。さらにフレーム36には、オペレータが歩行可能なデッキ28が取り付けられている。
【0014】
デッキ28の上には、オペレータが搭乗しダンプトラック100の操作室を形成するキャブ2、各種の電力機器が収納されたコントロールキャビネット1、及び余剰エネルギーを熱として放散する複数のグリッドボックス3が搭載されている。車体の前側位置には、デッキ28に対してオペレータが昇降するはしご37が設けられている。
【0015】
前輪7で隠された部分には、エンジン、及び主発電機等が搭載されている。また、キャブ2内には、ハンドルとアクセルペダルが設置され、これらの操作機器は、図示しないが油圧機器と軸で接続されている。ハンドルを左右に回転させることによって、油圧のステアリングピストンを伸縮させ、前輪7の角度を変えることで走行時の車体の進行方向を左右に変更する。
【0016】
ダンプトラック100に設けられた本発明に係る冷却装置の第1実施形態は、前述の
図8に示した従来の構成を含むものである。すなわち
図2に示すように、第1実施形態も、高温ラジエータ40及び低温ラジエータ41から成るラジエータと、エンジン11によって駆動し、ラジエータすなわち高温ラジエータ40及び低温ラジエータ41を冷却する風を生起させる冷却ファン49と、高温ラジエータ40及び低温ラジエータ41で冷却された水をエンジン11の冷却水の冷却、及び圧縮ガスの冷却のために供給する冷却水管54と、コントローラ50とを備えている。
【0017】
また、冷却ファン49とエンジン11の出力軸とを断接するファンクラッチ60を備えている。主発電機12はエンジン11によって駆動される。また、高温ラジエータ40に戻される冷却水管54の熱せられた水の温度を検出する温度センサ55と、低温ラジエータ41に戻される熱せられた水の温度を検出する温度センサ56とを備えている。
【0018】
前述したように、高温ラジエータ40は、冷却ファン49に対し低温ラジエータ41よりも近い側に配置され、エンジン11の冷却水を冷却する。低温ラジエータ41は、ターボによって圧縮された吸気ガスを冷却する。
【0019】
この第1実施形態は、冷却水管54を介してラジエータに接続され、ラジエータよりも容量が小さく設定された補助ラジエータと、冷却ファン49とは別に設けられ、補助ラジエータを冷却する風を生起させる補助ファンと、エンジン11の稼動状態を検出する検出部とを備えている。また、コントローラ50は、前述の検出部で検出されたエンジン11の稼動状態に応じて、冷却ファン49及び補助ファンのうちの一方を選択的に作動させる制御処理を行う。
【0020】
前述の補助ラジエータは例えば、冷却水管54を介して高温ラジエータ40に接続され、高温ラジエータ40よりも容量が小さく設定された第1補助ラジエータ42と、冷却水管54を介して低温ラジエータ41に接続され、低温ラジエータ41よりも容量が小さく設定された第2補助ラジエータ43とから成っている。
【0021】
前述の補助ファンは、第1補助ラジエータ42を冷却させる風を生起させる第1補助ファン45と、第2補助ラジエータ43を冷却する風を生起させる第2補助ファン46とから成っている。
【0022】
また、第1補助ファン45を駆動する第1補助モータ47と、第2補助ファン46を駆動する第2補助モータ48とを備えている。これらの第1補助モータ47と第2補助モータ48は、主発電機12により発電された電気によって駆動される。
【0023】
この第1実施形態は、エンジン11の稼動状態を検出する前述の検出部が、エンジン11の出力を検出する検出部から成っている。この検出部は、エンジントルクTrを検出するトルクセンサ58と、エンジン11の回転数Nを検出する回転センサ57とを含んでいる。
【0024】
第1補助ラジエータ42、第2補助ラジエータ43、第1補助ファン45、第2補助ファン46、第1補助モータ47、及び第2補助モータ48は、高温ラジエータ40、低温ラジエータ41、及び冷却ファン49が収納されるダンプトラック100の前進走行時に風を受ける前側位置に配置した
図1に示す熱交換器室39内に設けてある。
【0025】
前述したコントローラ50内には、
図3に示すエンジン出力とエンジン発熱量の相関関係を設定してある。この
図3において横軸に示すものは以下の通りである。
Ph: エンジン出力上限閾値
P1: エンジン出力下限閾値
Pav: 平均エンジン出力
Pth: 平均エンジン出力Pavとエンジン出力上限閾値Phとの間に設定した出力閾値
また、縦軸に示すものは以下の通りである。
Qh: エンジン出力上限閾値Phに対応する発熱量上限閾値
Q1: エンジン出力下限閾値P1に対応する発熱量下限閾値
Qav: 平均エンジン出力Pavに対応する平均エンジン発熱量
Qth: 平均エンジン発熱量Qavと発熱量上限閾値Qhとの間の値で、出力閾値Pthに対応する発熱量閾値
発熱量閾値Qthは、第1補助モータ47及び第2補助モータ48の駆動によっては所望の冷却を実現しきれないと想定される値である。
【0026】
同
図3に示すように、エンジン出力が、エンジン出力下限閾値P1から、エンジン出力上限閾値Phに向うに従って略比例するように、エンジン発熱量は、発熱量下限閾値Q1から、発熱量上限閾値Qhに向って次第に増加する関数関係となっている。
【0027】
図4は、
図1に示したダンプトラック100の動作時間とエンジン出力の関係の一例を示す図である。ダンプトラック100は露天掘り鉱山で土砂や鉱石を運ぶ際などに活用され、放土場と積み込み場とを往復する。
【0028】
図4中、Aは放土場から動き始めた点、Bは積み込み場に到着した点、Cは積み込み場を離れた点、Dは放土場に到着した点である。BとCの間は、油圧ショベルやホイールローダ等によって、土砂や鉱石をダンプトラック100に積み込むためにダンプトラック100が停車(アイドリング)している時間である。
【0029】
エンジン出力上限閾値Phは、土砂や鉱石を積み込んで加速する際や、急な坂道で加速する際に生じる。しかし、平均エンジン出力Pavは通常、エンジン出力上限閾値Phの半分以下となっており、エンジン出力が最大となる時間は限定的である。
【0030】
BとCの間のアイドリング時におけるエンジン出力の2倍のエンジン出力を、エンジン出力下限閾値P1としている。このときのエンジン発熱量は前述のように発熱量下限閾値Q1である。
【0031】
このように構成した第1実施形態に備えられるコントローラ50における処理動作を
図5に基づいて説明する。
【0032】
[ステップS1] エンジンキーがONとなると、エンジン11のトルクを検出するトルクセンサ58からのエンジントルクTrと、エンジン11の回転数を検出する回転センサ57からのエンジン回転数Nを入力する。次にステップS2へ進む。
【0033】
[ステップS2] エンジントルクTrとエンジン回転数Nとに基づいてエンジン出力を演算し、ステップS3へ進む。
【0034】
[ステップS3] 演算したエンジン出力に対応するエンジン発熱量Qを、
図3の相関関係から演算し、ステップS4へ進む。
【0035】
[ステップS4] 演算した発熱量Qが発熱量閾値Qth以上かどうか判定する。Qth以上のときはステップS5へ進む。Qthより小さいときはステップS7へ進む。
【0036】
[ステップS5] ファンクラッチ60のON信号を出力する。これによりファンクラッチ60は、エンジン11の出力軸と冷却ファン49とを接続し、冷却ファン49で生起させた風、すなわち大流量の冷却風が高温ラジエータ40と低温ラジエータ41に供給される。高温ラジエータ40によってエンジン11の冷却水が冷却され、低温ラジエータ41によってターボにより圧縮された吸気ガスが冷却される。次にステップS6へ進む。
【0037】
[ステップS6] 第1補助モータ47及び第2補助モータ48のOFF信号を出力する。これにより第1補助モータ47及び第1補助ファン45は停止し、第1補助ラジエータ42の冷却は行われない。また、第2補助モータ48及び第2補助ファン46は停止し、第2補助ラジエータ43の冷却は行われない。
【0038】
このようにエンジン発熱量が発熱量閾値Qth以上のときには、冷却ファン29で生起させた大流量の冷却風によってエンジン11の冷却水、及び吸気ガスを強めに冷却して所望の冷却性能を確保することができる。
【0039】
[ステップS7] エンジン発熱量Qが発熱量閾値Qthよりも小さいときには、ファンクラッチ60のOFF信号を出力する。これによりファンクラッチ60とエンジン11の出力軸とが遮断され、冷却ファン49は停止する。次にステップS8へ進む。
【0040】
[ステップS8] エンジン発熱量Qが発熱量下限閾値Q1以下かどうか判定する。発熱量下限閾値Q1より大きいときにはステップS9へ進む。発熱量下限閾値Q1以下のときにはステップS11へ進む。
【0041】
[ステップS9] 当該コントローラ50に予め設定されたエンジン発熱量と第1補助モータ47の回転数との相関関係に基づいて、エンジン発熱量Qに対応する第1補助モータ47の回転数、及び第2補助モータ48の回転数を演算し、ステップS10へ進む。
【0042】
[ステップS10] 演算された回転数となるように第1補助モータ47の駆動を制御する。これに応じて第1補助ファン45が作動し、この第1補助ファン45で生起させた流量を抑えた冷却風によって第1補助ラジエータ42を冷却する。また、演算された回転数となるように第2補助モータ48の駆動を制御する。これに応じて第2補助ファン46が作動し、この第2補助ファン46で生起させた流量を抑えた冷却風によって第2補助ラジエータ43を冷却する。
【0043】
このようにエンジン発熱量Qが発熱量閾値Qthよりも小さく、しかも発熱量下限閾値Q1よりも大きいときには、第1補助ファン45及び第2補助ファン46で生起させた流量を抑え気味にした冷却風によって、エンジン11の冷却水、及び吸気ガスを比較的弱めに冷却することが行われる。
【0044】
[ステップS11] エンジン発熱量Qが発熱量下限閾値Q1以下のときには、第1補助モータ47及び第2補助モータ48を停止させる制御を行う。これにより、冷却ファン49、第1補助ファン45、及び第2補助ファン46の全てが停止する。すなわち、エンジン11がアイドル状態にあるものと見做され、エンジン11の冷却水、及び吸気ガスの冷却が行われない。
【0045】
ステップS6,S10,S11の処理の後は、引き続きステップS1〜S11の処理が実行され、エンジンキーがOFFとなると、コントローラ50の処理は終了する。
【0046】
以上のように構成した第1実施形態に係る冷却装置は、トルクセンサ58及び回転センサ57で検出されるエンジントルクTrとエンジン回転数Nに基づいて演算されたエンジン出力に応じてコントローラ50は、高温ラジエータ40と低温ラジエータ41を冷却する冷却ファン49、及び高温ラジエータ40よりも容量の小さい第1補助ラジエータ42を冷却する第1補助ファン45、低温ラジエータ41よりも容量の小さい第2補助ラジエータ43を冷却する第2補助ファン46のうちの一方を作動させる制御処理、すなわち冷却ファン49を作動させる制御処理、あるいは第1補助ファン45及び第2補助ファン46を作動させる制御処理を行うので、エンジン11の稼動状態に応じた精度の高い冷却性能を確保することができる。これにより第1実施形態は、出力閾値Pthよりも小さいエンジン出力となる低負荷時の過冷却を抑制でき、また、無駄なエネルギーの消費を防ぐことができる。
【0047】
なお、第1補助ファン45及び第1補助ラジエータ42と、第2補助ファン46及び第2補助ラジエータ43は、車体の前側位置に設けた熱交換器室39内のデッドスペースを活用して有効に配置することができる。
【0048】
本発明に係る冷却装置の第2実施形態は、エンジン11の稼動状態を検出する検出部が、高温ラジエータ40側の冷却水の温度を検出する温度センサ55と、低温ラジエータ41側の冷却水の温度を検出する温度センサ56とから成っている。これに伴ってコントローラ50は、
図6のフローチャートで示す処理動作を行う。なお、検出部が温度センサ55,56から成る点と、コントローラ50の処理動作を除く他の構成は、
図2に示した第1実施形態と同等である。
【0049】
以下に、第2実施形態におけるコントローラ50の処理動作を
図6に基づいて説明する。
【0050】
[ステップS21] エンジンキーがONとなると、温度センサ55で検出された高温ラジエータ40側の冷却水温度T1と、温度センサ56で検出された低温ラジエータ41側の冷却水温度T2を入力し、ステップS22へ進む。
【0051】
[ステップS22] 冷却水温度T1がコントローラ50で予め設定される第1温度閾値Tth1以上か、または冷却水温度T2がコントローラ50で予め設定される第2温度閾値Tth2以上か判定される。第1温度閾値Tth1以上か、または第2温度閾値Tth2以上のときはステップS23へ進む。ステップS22の判定が満たされないときはステップS25へ進む。
【0052】
[ステップS23] ファンクラッチ60のON信号を出力する。これにより前述した
図5のステップS5と同様に、冷却ファン49の大流量の冷却風によって高温ラジエータ40と低温ラジエータ41が冷却され、エンジン11の冷却水、吸気ガスが強めに冷却される。
【0053】
[ステップS24] 第1補助モータ47及び第2補助モータ48のOFF信号を出力する。これにより前述した
図5のステップS6と同様に、第1補助ファン45及び第2補助ファン46は停止し、第1補助ラジエータ42及び第2補助ラジエータ43の冷却は行われない。以上の処理は、
図7のA−B間の状態である。
【0054】
[ステップS25] ステップS22の判定が満足されないときにはファンクラッチ60のOFF信号を出力する。これにより前述した
図5のステップS7と同様に、冷却ファン49は停止する。次にステップS26へ進む。
【0055】
[ステップS26] 当該コントローラ50に予め設定された温度センサ55,56で検出される温度と第1補助モータ47,第2補助モータ48の回転数との相関関係に基づいて、温度センサ55で検出された冷却水温度T1、温度センサ56で検出された冷却水温度T2に対応する第1補助モータ47の回転数、第2補助モータ48の回転数を演算し、ステップS27へ進む。
【0056】
[ステップS27] 演算された回転数となるように第1補助モータ47、第2補助モータ48の駆動を制御する。これにより前述した
図5のステップS10と同様に、第1補助ファン45によって第1補助ラジエータ42が冷却され、第2補助ファン46によって第2補助ラジエータ43が冷却される。このときの処理は、
図7のA−B間を除いた状態となる。
【0057】
ステップS24,S27の処理の後は、引き続きステップS21〜S27の処理が行われ、エンジンキーがOFFとなるとコントローラ50の処理は終了する。
【0058】
このように構成した第2実施形態に係る冷却装置も、前述した第1実施形態と同様に、コントローラ50の制御処理により、冷却ファン49、または第1補助ファン45及び第2補助ファン46が作動し、エンジン11の稼動状態に応じた精度の高い冷却性能を確保することができる。これに応じて低負荷時の過冷却を抑制でき、また、無駄なエネルギーの消費を防ぐことができる。