特許 6702819 建設機械の送風手段制御システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6702819

(24)【登録日】2020年5月11日

(45)【発行日】2020年6月3日

(54)【発明の名称】建設機械の送風手段制御システム

(51)【国際特許分類】

   F01P 7/04 20060101AFI20200525BHJP

   F02D 29/00 20060101ALI20200525BHJP

   F01P 3/18 20060101ALI20200525BHJP

   F01P 5/02 20060101ALI20200525BHJP

【ＦＩ】

   F01P7/04 P

   F02D29/00 B

   F01P3/18 G

   F01P5/02 G

【請求項の数】3

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2016-139318(P2016-139318)

(22)【出願日】2016年7月14日

(65)【公開番号】特開2018-9517(P2018-9517A)

(43)【公開日】2018年1月18日

【審査請求日】2019年5月9日

(73)【特許権者】

【識別番号】505236469

【氏名又は名称】キャタピラー エス エー アール エル

(74)【代理人】

【識別番号】100075177

【弁理士】

【氏名又は名称】小野 尚純

(74)【代理人】

【識別番号】100113217

【弁理士】

【氏名又は名称】奥貫 佐知子

(74)【代理人】

【識別番号】100202496

【弁理士】

【氏名又は名称】鹿角 剛二

(74)【代理人】

【識別番号】100202692

【弁理士】

【氏名又は名称】金子 吉文

(72)【発明者】

【氏名】原 桂吾

(72)【発明者】

【氏名】畑 嘉彦

【審査官】 篠原 将之

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２００８／０１０３６３５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１６／０８８２３３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００４−１０８３０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／００６７７１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１５−０４８７７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−３３７１４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１２０４３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／０２０７３５９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 欧州特許出願公開第０２８７１１０６（ＥＰ，Ａ１）

【文献】 特開２００５−２３３１６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２７３４７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−３２０８０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−０７９９３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２１１５９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１７４５５７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｐ ７／０４

Ｆ０２Ｄ ２９／００

Ｆ０１Ｐ ３／１８

Ｆ０１Ｐ ５／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

熱交換手段と、前記熱交換手段に送風する送風手段と、前記送風手段を駆動させる電動駆動手段と、前記熱交換手段を通る被冷却流体の温度を検出する温度検出手段と、エンジンによって駆動されることにより発電するオルタネータと、前記オルタネータの発電電流に基づいて前記電動駆動手段の上限回転数を決定し、かつ前記上限回転数以下において前記温度検出手段が検出した温度に基づいて前記電動駆動手段の回転数を制御する制御手段とを備える建設機械の送風手段制御システム。

【請求項2】

前記熱交換手段は複数の熱交換器を有し、前記送風手段は前記複数の熱交換器のそれぞれに対面して配置された複数のファンを有し、前記電動駆動手段は前記複数のファンのそれぞれを駆動させる複数の電動モータを有し、前記温度検出手段は前記複数の熱交換器のそれぞれを通る被冷却流体の温度を検出する複数の温度センサを有し、
前記制御手段は、前記オルタネータの発電電流に基づいて前記複数の電動モータのそれぞれの上限回転数を決定し、かつ前記それぞれの上限回転数以下において前記複数の温度センサのそれぞれが検出した温度に基づいて前記複数の電動モータのそれぞれの回転数を制御する、請求項１記載の建設機械の送風手段制御システム。

【請求項3】

前記エンジンの回転数を検出する回転数検出手段を備え、
前記制御手段には、前記エンジンの回転数に対する前記オルタネータの回転数のマップと、前記オルタネータの回転数に対する前記オルタネータの発電電流のマップとがあらかじめ記憶されており、
前記制御手段は、前記回転数検出手段が検出した前記エンジンの回転数に基づいて前記オルタネータの回転数を算出すると共に、算出した前記オルタネータの回転数に基づいて前記オルタネータの発電電流を算出する、請求項１又は２記載の建設機械の送風手段制御システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、建設機械の送風手段制御システムに関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、油圧ショベル等の建設機械には、エンジン冷却水を冷却するラジエタや、油圧アクチュエータを作動させるための作動油を冷却するオイルクーラ等の熱交換手段が搭載されている。熱交換手段には、ファンによって冷却風としての外気が供給される。ファンは、エンジンの出力軸にベルト若しくはビスカスクラッチを介して連結されていてエンジンによって駆動され、又は電動モータによって駆動される（たとえば特許文献１及び２参照。）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０００−１２０４３８号公報

【特許文献2】特開２０００−３３７１４４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

電動モータで駆動されるファンを建設機械が備えている場合、作業負荷の低減等に伴いエンジンの回転数が低減したときは、エンジンの出力軸に連結されているオルタネータの発電量が減少し、ファンを駆動させる電動モータの回転等によってバッテリの充電量が消失するおそれがある。

【0005】

上記事実に鑑みてなされた本発明の課題は、エンジンの回転数が低くオルタネータの発電量が少ない場合でも、バッテリの充電量の消失を防止することができる建設機械の送風手段制御システムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために本発明が提供するのは、以下の建設機械の送風手段制御システムである。すなわち、熱交換手段と、前記熱交換手段に送風する送風手段と、前記送風手段を駆動させる電動駆動手段と、前記熱交換手段を通る被冷却流体の温度を検出する温度検出手段と、エンジンによって駆動されることにより発電するオルタネータと、前記オルタネータの発電電流に基づいて前記電動駆動手段の上限回転数を決定し、かつ前記上限回転数以下において前記温度検出手段が検出した温度に基づいて前記電動駆動手段の回転数を制御する制御手段とを備える建設機械の送風手段制御システムである。

【0007】

好ましくは、前記熱交換手段は複数の熱交換器を有し、前記送風手段は前記複数の熱交換器のそれぞれに対面して配置された複数のファンを有し、前記電動駆動手段は前記複数のファンのそれぞれを駆動させる複数の電動モータを有し、前記温度検出手段は前記複数の熱交換器のそれぞれを通る被冷却流体の温度を検出する複数の温度センサを有し、前記制御手段は、前記オルタネータの発電電流に基づいて前記複数の電動モータのそれぞれの上限回転数を決定し、かつ前記それぞれの上限回転数以下において前記複数の温度センサのそれぞれが検出した温度に基づいて前記複数の電動モータのそれぞれの回転数を制御する。前記エンジンの回転数を検出する回転数検出手段を備え、前記制御手段には、前記エンジンの回転数に対する前記オルタネータの回転数のマップと、前記オルタネータの回転数に対する前記オルタネータの発電電流のマップとがあらかじめ記憶されており、前記制御手段は、前記回転数検出手段が検出した前記エンジンの回転数に基づいて前記オルタネータの回転数を算出すると共に、算出した前記オルタネータの回転数に基づいて前記オルタネータの発電電流を算出するのが好適である。

【発明の効果】

【0008】

本発明が提供する建設機械の送風手段制御システムでは、制御手段は、オルタネータの発電電流に基づいて電動駆動手段の上限回転数を決定し、かつ上限回転数以下において温度検出手段が検出した温度に基づいて電動駆動手段の回転数を制御するので、エンジンの回転数が低くオルタネータの発電量が少ない場合でもバッテリの充電量の消失を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明に従って構成された建設機械の送風手段制御システムを示すブロック図。

【図2】オルタネータの回転数に対する発電電流のマップ。

【図3】エンジン冷却水温度とラジエタファン用電動モータの回転数とのマップ。

【図4】作動油温度とオイルクーラファン用電動モータの回転数とのマップ。

【図5】空気温度とアフタークーラファン用電動モータの回転数とのマップ。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明に従って構成された建設機械の送風手段制御システムの実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

【0011】

図１において全体を符号２で示す建設機械の送風手段制御システムは、熱交換手段と、送風手段と、電動駆動手段と、温度検出手段と、オルタネータ４と、制御手段６とを備える。

【0012】

図示の実施形態では図１に示すとおり、熱交換手段は複数の熱交換器を有し、送風手段は各熱交換器に対面して配置された複数のファンを有し、電動駆動手段は各ファンを駆動させる複数の電動モータを有し、温度検出手段は各熱交換器を通る被冷却流体の温度を検出する複数の温度センサを有する。詳述すると、熱交換手段は、エンジン冷却水が通るラジエタ８と、作動油が通るオイルクーラ１０と、過給機（図示していない。）によって圧縮された空気が通るアフタークーラ１２とを有する。熱交換手段に送風する送風手段は、ラジエタ８に対面して配置されたラジエタファン１４と、オイルクーラ１０に対面して配置されたオイルクーラファン１６と、アフタークーラ１２に対面して配置されたアフタークーラファン１８とを有する。

【0013】

電動駆動手段は、ラジエタファン１４を駆動させるラジエタファン用電動モータ２０と、オイルクーラファン１６を駆動させるオイルクーラファン用電動モータ２２と、アフタークーラファン１８を駆動させるアフタークーラファン用電動モータ２４とを有する。各電動モータ２０，２２，２４には、各電動モータ２０，２２，２４に電気的に接続されているバッテリ２６から電力が供給される。図１において、各電動モータ２０，２２，２４とバッテリ２６とを接続する各実線は電力供給ラインを示している。

【0014】

温度検出手段は、ラジエタ８を通るエンジン冷却水の温度Ｔ_Ｒを検出する冷却水温度センサ２８と、オイルクーラ１０を通る作動油の温度Ｔ_Ｈを検出する作動油温度センサ３０と、アフタークーラ１２を通る空気の温度Ｔ_Ａを検出する空気温度センサ３２とを有する。なお、冷却水温度センサ２８は、ラジエタ８の上流側に位置するエンジンサーモスタット（図示していない。）の更に上流側に配置され得る。作動油温度センサ３０は、オイルクーラ１０の下流側に位置する作動油タンク（図示していない。）の更に下流側に配置され得る。空気温度センサ３２は、過給機の上流側（たとえばエアクリーナが設けられる外気吸入口（いずれも図示していない。））、又は／及び、アフタークーラ１２の下流側に配置され得る。空気温度センサ３２が過給機の上流側に配置される場合は、空気温度センサ３２は大気温度を検出し、空気温度センサ３２がアフタークーラ１２の下流側に配置される場合は、空気温度センサ３２は、過給機によって圧縮された後にアフタークーラ１２を通って冷却された圧縮空気の温度を検出する。

【0015】

エンジン３４の出力軸に連結されているオルタネータ４は、エンジン３４によって駆動されることにより発電する。オルタネータ４が発電した電力は、オルタネータ４に電気的に接続されているバッテリ２６に蓄えられる。図１において、オルタネータ４とバッテリ２６とを接続する実線は電力供給ラインを示している。オルタネータ４の発電電流とオルタネータ４の回転数とは、たとえば図２に示すような関係にあり、オルタネータ４の回転数が高いと発電電流は多く、一方、オルタネータ４の回転数が低いと発電電流は少ない。また、図２に示すとおり、オルタネータ４の周囲温度が高い場合（Ｔ１で示す曲線の場合）は、オルタネータ４の周囲温度が低い場合（Ｔ２で示す曲線の場合）と比較して、オルタネータ４の高回転数領域における発電電流が少ない。

【0016】

エンジン３４の回転数とオルタネータ４の回転数とは比例関係にある（たとえば、エンジン３４の回転数の３倍の数値がオルタネータ４の回転数と同一である等）。したがって、エンジン３４の回転数が高いとオルタネータ４の発電電流は多く、エンジン３４の回転数が低いとオルタネータ４の発電電流は少ない。図１に示すとおり、エンジン３４には、エンジン３４の回転数を検出する回転数検出手段３６が付設されている。

【0017】

コンピュータから構成され得る制御手段６は、ラジエタファン用電動モータ２０と、オイルクーラファン用電動モータ２２と、アフタークーラファン用電動モータ２４と、冷却水温度センサ２８と、作動油温度センサ３０と、空気温度センサ３２と、回転数検出手段３６とに電気的に接続されている。図１における破線は信号送信ラインを示している。また、制御手段６には、あらかじめ下記の情報が記憶されている。制御手段６に記憶されている情報は、（１）エンジン３４の回転数に対するオルタネータ４の回転数のマップ、（２）図２に示すオルタネータ４の回転数に対するオルタネータ４の発電電流のマップ、（３）各電動モータ２０，２２，２４以外の電装品の制御に必要な電流値（たとえば４０Ａ等の具体的な数値）、（４）各電動モータ２０，２２，２４に供給される電流値に対する各電動モータ２０，２２，２４の回転数のマップ、（５）図３に示すエンジン冷却水温度Ｔ_Ｒに対するラジエタファン用電動モータ２０の回転数Ｎ_Ｒのマップ、（６）図４に示す作動油温度Ｔ_Ｈに対するオイルクーラファン用電動モータ２２の回転数Ｎ_Ｈのマップ、（７）図５に示す空気温度Ｔ_Ａに対するアフタークーラファン用電動モータ２４の回転数Ｎ_Ａのマップ等である。

【0018】

図３に示すとおり、エンジン冷却水温度Ｔ_Ｒに対するラジエタファン用電動モータ２０の回転数Ｎ_Ｒのマップについては、エンジン冷却水温度Ｔ_ＲがＴ_Ｒ≦Ｔ_Ｒ１の場合は、ラジエタファン用電動モータ２０の回転数Ｎ_ＲはＮ_Ｒ１で一定である。また、エンジン冷却水温度Ｔ_ＲがＴ_Ｒ１＜Ｔ_Ｒ＜Ｔ_Ｒ２の場合は、ラジエタファン用電動モータ２０の回転数Ｎ_ＲはＮ_Ｒ１からＮ_Ｒ２までの間で比例関係にある。そして、エンジン冷却水温度Ｔ_ＲがＴ_Ｒ２≦Ｔ_Ｒの場合は、ラジエタファン用電動モータ２０の回転数Ｎ_ＲはＮ_Ｒ２で一定である。

【0019】

図４に示すとおり、作動油温度Ｔ_Ｈに対するオイルクーラファン用電動モータ２２の回転数Ｎ_Ｈのマップについては、作動油温度Ｔ_ＨがＴ_Ｈ≦Ｔ_Ｈ１の場合は、オイルクーラファン用電動モータ２２の回転数Ｎ_ＨはＮ_Ｈ１で一定である。また、作動油温度Ｔ_ＨがＴ_Ｈ１＜Ｔ_Ｈ＜Ｔ_Ｈ２の場合は、オイルクーラファン用電動モータ２２の回転数Ｎ_ＨはＮ_Ｈ１からＮ_Ｈ２までの間で比例関係にある。そして、作動油温度Ｔ_ＨがＴ_Ｈ２≦Ｔ_Ｈの場合は、オイルクーラファン用電動モータ２２の回転数Ｎ_ＨはＮ_Ｈ２で一定である。

【0020】

図５に示すとおり、空気温度Ｔ_Ａに対するアフタークーラファン用電動モータ２４の回転数Ｎ_Ａのマップについては、空気温度Ｔ_ＡがＴ_Ａ≦Ｔ_Ａ１の場合は、アフタークーラファン用電動モータ２４の回転数Ｎ_ＡはＮ_Ａ１で一定である。また、空気温度Ｔ_ＡがＴ_Ａ１＜Ｔ_Ａ＜Ｔ_Ａ２の場合は、アフタークーラファン用電動モータ２４の回転数Ｎ_ＡはＮ_Ａ１からＮ_Ａ２までの間で比例関係にある。そして、空気温度Ｔ_ＡがＴ_Ａ２≦Ｔ_Ａの場合は、アフタークーラファン用電動モータ２４の回転数Ｎ_ＡはＮ_Ａ２で一定である。

【0021】

建設機械の送風手段制御システム２において各電動モータ２０，２２，２４の回転数を制御する際は、まず、制御手段６は、エンジン３４の回転数に対するオルタネータ４の回転数のマップに基づいて、回転数検出手段３６から制御手段６に入力されるエンジン３４の回転数からオルタネータ４の回転数を算出する。

【0022】

次いで、制御手段６は、図２に示すオルタネータ４の回転数に対するオルタネータ４の発電電流のマップに基づいて、算出したオルタネータ４の回転数からオルタネータ４の発電電流を算出する。制御手段６がオルタネータ４の発電電流を算出する際は、オルタネータ４の周囲温度が比較的高い場合（たとえば図２にＴ１で示す曲線の場合）のマップを使用するようにしてもよい。なお、オルタネータ４の周囲温度を検出手段（図示していない。）によって検出し、検出したオルタネータ４の周囲温度を制御手段６に入力することによって、オルタネータ４の周囲温度に適合したマップ（たとえば図２にＴ１又はＴ２で示す曲線のいずれか）を選択し、オルタネータ４の発電電流を算出するようにしてもよい。

【0023】

次いで、制御手段６は、算出したオルタネータ４の発電電流から各電動モータ２０，２２，２４以外の電装品の制御に必要な電流値を差し引くことにより、各電動モータ２０，２２，２４に使用可能な電流値を算出する。各電動モータ２０，２２，２４に使用可能な電流値はそれぞれ同一の数値でよく、すなわちオルタネータ４の発電電流から各電動モータ２０，２２，２４以外の電装品の制御に必要な電流値を差し引いた電流値を等分した電流値でよい。

【0024】

次いで、制御手段６は、各電動モータ２０，２２，２４に供給される電流値に対する各電動モータ２０，２２，２４の回転数のマップに基づいて、各電動モータ２０，２２，２４に使用可能な電流値から各電動モータ２０，２２，２４の上限回転数、すなわち、ラジエタファン用電動モータ２０の上限回転数Ｎ_{Ｒ・ＭＡＸ}と、オイルクーラファン用電動モータ２２の上限回転数Ｎ_{Ｈ・ＭＡＸ}と、アフタークーラファン用電動モータ２４の上限回転数Ｎ_{Ａ・ＭＡＸ}とを算出する。

【0025】

次いで、制御手段６は、図３に示すエンジン冷却水温度Ｔ_Ｒに対するラジエタファン用電動モータ２０の回転数Ｎ_Ｒのマップに基づいて、冷却水温度センサ２８が検出したエンジン冷却水温度Ｔ_Ｒからラジエタファン用電動モータ２０の回転数Ｎ_Ｒを算出する。また、制御手段６は、図４に示す作動油温度Ｔ_Ｈに対するオイルクーラファン用電動モータ２２の回転数Ｎ_Ｈのマップに基づいて、作動油温度センサ３０が検出した作動油温度Ｔ_Ｈからオイルクーラファン用電動モータ２２の回転数Ｎ_Ｈを算出する。また、制御手段６は、図５に示す空気温度Ｔ_Ａに対するアフタークーラファン用電動モータ２４の回転数Ｎ_Ａのマップに基づいて、空気温度センサ３２が検出した空気温度Ｔ_Ａからアフタークーラファン用電動モータ２４の回転数Ｎ_Ａを算出する。

【0026】

次いで、制御手段６は、ラジエタファン用電動モータ２０の上限回転数Ｎ_{Ｒ・ＭＡＸ}とエンジン冷却水温度Ｔ_Ｒに基づく回転数Ｎ_Ｒとを比較して、Ｎ_Ｒ≦Ｎ_{Ｒ・ＭＡＸ}の場合は、エンジン冷却水温度Ｔ_Ｒに基づく回転数Ｎ_Ｒを制御信号としてラジエタファン用電動モータ２０に出力し、Ｎ_{Ｒ・ＭＡＸ}＜Ｎ_Ｒの場合は、使用可能な電流値に基づく上限回転数Ｎ_{Ｒ・ＭＡＸ}を制御信号としてラジエタファン用電動モータ２０に出力する。

【0027】

また、制御手段６は、オイルクーラファン用電動モータ２２の上限回転数Ｎ_{Ｈ・ＭＡＸ}と作動油温度Ｔ_Ｈに基づく回転数Ｎ_Ｈとを比較して、Ｎ_Ｈ≦Ｎ_{Ｈ・ＭＡＸ}の場合は、作動油温度Ｔ_Ｈに基づく回転数Ｎ_Ｈを制御信号としてオイルクーラファン用電動モータ２２に出力し、Ｎ_{Ｈ・ＭＡＸ}＜Ｎ_Ｈの場合は、使用可能な電流値に基づく上限回転数Ｎ_{Ｈ・ＭＡＸ}を制御信号としてオイルクーラファン用電動モータ２２に出力する。

【0028】

また、制御手段６は、アフタークーラファン用電動モータ２４の上限回転数Ｎ_{Ａ・ＭＡＸ}と空気温度Ｔ_Ａに基づく回転数Ｎ_Ａとを比較して、Ｎ_Ａ≦Ｎ_{Ａ・ＭＡＸ}の場合は、空気温度Ｔ_Ａに基づく回転数Ｎ_Ａを制御信号としてアフタークーラファン用電動モータ２４に出力し、Ｎ_{Ａ・ＭＡＸ}＜Ｎ_Ａの場合は、使用可能な電流値に基づく上限回転数Ｎ_{Ａ・ＭＡＸ}を制御信号としてアフタークーラファン用電動モータ２４に出力する。

【0029】

以上のとおり、建設機械の送風手段制御システム２では、制御手段６は、オルタネータ４の発電電流に基づいて各電動モータ２０，２２，２４の上限回転数を決定し、かつ上限回転数以下において各温度センサ２８，３０，３２が検出した温度Ｔ_Ｒ，Ｔ_Ｈ，Ｔ_Ａに基づいて各電動モータ２０，２２，２４の回転数を制御するので、エンジン３４の回転数が低くオルタネータ４の発電量が少ない場合でもバッテリ２６の充電量の消失を防止することができる。

【0030】

なお、図示の実施形態では、熱交換器、ファン、電動モータ及び温度センサのそれぞれが複数である例を説明したが、熱交換器、ファン、電動モータ及び温度センサのそれぞれが単数であってもよく、あるいは複数の熱交換器に対して単一のファンが単一の電動モータによって駆動される場合であってもよい。また、図示の実施形態では、複数のファンのそれぞれが複数の電動モータで駆動される例について説明したが、電動モータで駆動されるファンと、電動モータ以外の駆動源（たとえば、エンジン又は油圧モータ）で駆動されるファンとが混在していてもよい。

【符号の説明】

【0031】

２：建設機械の送風手段制御システム
４：オルタネータ
６：制御手段
８：ラジエタ
１０：オイルクーラ
１２：アフタークーラ
１４：ラジエタファン
１６：オイルクーラファン
１８：アフタークーラファン
２０：ラジエタファン用電動モータ
２２：オイルクーラファン用電動モータ
２４：アフタークーラファン用電動モータ
２６：バッテリ
２８：冷却水温度センサ
３０：作動油温度センサ
３２：空気温度センサ
３４：エンジン
３６：回転数検出手段

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】