特許 7340578 冷却ファンの制御システム、作業機械、および冷却ファンの制御方法

(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】

(24)【登録日】2023-08-30

(45)【発行日】2023-09-07

(54)【発明の名称】冷却ファンの制御システム、作業機械、および冷却ファンの制御方法

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/20 20060101AFI20230831BHJP

   E02F 9/00 20060101ALI20230831BHJP

   F01P 5/04 20060101ALI20230831BHJP

   F01P 7/04 20060101ALI20230831BHJP

【ＦＩ】

E02F9/20 Q

E02F9/00 M

F01P5/04 C

F01P7/04 B

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2021166699

(22)【出願日】2021-10-11

(65)【公開番号】P2023057272

(43)【公開日】2023-04-21

【審査請求日】2023-01-12

(73)【特許権者】

【識別番号】000001236

【氏名又は名称】株式会社小松製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】北條 厚

【審査官】松本 泰典

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２００７／０２６６２７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平１１－１０７７５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／００２６５４８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０２Ｆ ９／２０

Ｅ０２Ｆ ９／００

Ｆ０１Ｐ ５／０４

Ｆ０１Ｐ ７／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンと、
前記エンジンによって駆動される作業機と、
前記エンジンの回転数とは独立して回転数を制御可能に構成される冷却ファンと、
前記冷却ファンを制御するコントローラとを備え、
前記コントローラは、前記エンジンの周波数と、前記冷却ファンの周波数とを取得し、
前記コントローラは、前記作業機が停止している状態において、前記エンジンの回転数が閾値よりも大きく、前記冷却ファンの周波数が前記エンジンの周波数に対し所定の範囲内にあるとき、前記冷却ファンの周波数を変更して、前記冷却ファンの周波数を取得した時点よりも前記冷却ファンと前記エンジンとの周波数の差を大きくするように、冷却ファンを制御する、冷却ファンの制御システム。

【請求項2】

前記コントローラは、前記冷却ファンの周波数を前記所定の範囲の下限以下に変更する、請求項１に記載の冷却ファンの制御システム。

【請求項3】

前記コントローラは、前記冷却ファンの周波数を前記所定の範囲の下限に変更する、請求項２に記載の冷却ファンの制御システム。

【請求項4】

前記コントローラは、前記エンジンの回転数が前記閾値よりも小さい第２閾値以下にまで低下すると、前記冷却ファンの周波数を変更する制御を解除する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の冷却ファンの制御システム。

【請求項5】

前記冷却ファンは、作業機械に搭載されており、
前記コントローラは、前記作業機械を作動させるためのオペレータからの指令が与えられると、前記冷却ファンの周波数を変更する制御を解除する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の冷却ファンの制御システム。

【請求項6】

エンジンと、
前記エンジンによって駆動される作業機と、
前記エンジンの回転数とは独立して回転数を制御可能に構成される冷却ファンと、
前記冷却ファンを制御するコントローラとを備え、
前記コントローラは、前記エンジンの周波数と、前記冷却ファンの周波数とを取得し、
前記コントローラは、前記作業機が停止している状態において、前記エンジンの回転数が閾値よりも大きく、前記冷却ファンの周波数が前記エンジンの周波数に対し所定の範囲内にあるとき、前記冷却ファンの周波数を変更して、前記冷却ファンの周波数を取得した時点よりも前記冷却ファンと前記エンジンとの周波数の差を大きくするように、冷却ファンを制御する、作業機械。

【請求項7】

エンジンと、前記エンジンによって駆動される作業機と、前記エンジンの回転数とは独立して回転数を制御可能に構成される冷却ファンとを備える作業機械における、前記冷却ファンの制御方法であって、
前記作業機が動作しているか否かを判断することと、
前記エンジンの周波数を取得することと、
前記冷却ファンの周波数を取得することと、
前記作業機が停止している状態において、前記エンジンの回転数が閾値よりも大きく、前記冷却ファンの周波数が前記エンジンの周波数に対し所定の範囲内にあるとき、前記冷却ファンの周波数を変更して、前記冷却ファンの周波数を取得した時点よりも前記冷却ファンと前記エンジンとの周波数の差を大きくするように、冷却ファンを制御することと、を備える、冷却ファンの制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、冷却ファンの制御システム、作業機械、および冷却ファンの制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

作動流体の冷却のために送風を行う冷却ファンの制御システムは、たとえば、国際公開２００７／０２６６２７号（特許文献１）に記載されている。この文献には、作業機レバーに対する操作状態に基づいて作業機構の休止状態が検出された場合に、冷却ファンの回転数を調整することが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】国際公開２００７／０２６６２７号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

油圧駆動式の冷却ファンは、エンジンが高速で回転されている状態でも、冷却装置をそれほど冷却する必要のない場合に冷却ファンが高速で回転されるとエンジン出力が無駄に消費されるため、冷却ファンの回転数を小さくするように制御されていた。エンジンが比較的高速で回転するときに冷却ファンの回転数を制御するのが油圧駆動式の冷却ファンのメリットであるにも拘らず、冷却ファンとエンジンとの間で共振が発生する可能性があり、課題であった。

【0005】

本開示では、共振を抑制でき、かつ冷却ファンの冷却能力を確保できる、冷却ファンの制御システム、作業機械、および冷却ファンの制御方法が提案される。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示に従うと、エンジンと、エンジンによって駆動される作業機と、エンジンの回転数とは独立して回転数を制御可能に構成される冷却ファンと、冷却ファンを制御するコントローラとを備える、冷却ファンの制御システムが提案される。コントローラは、エンジンの周波数と、冷却ファンの周波数とを取得する。コントローラは、作業機が停止している状態において、エンジンの回転数が閾値よりも大きく、冷却ファンの周波数がエンジンの周波数に対し所定の範囲内にあるとき、冷却ファンの周波数を変更して、冷却ファンの周波数を取得した時点よりも冷却ファンとエンジンとの周波数の差を大きくするように、冷却ファンを制御する。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、共振を抑制でき、かつ冷却ファンの冷却能力を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態に基づく作業機械の構成を概略的に示す側面図である。

【図2】図１に示される作業機械のシステムの概略構成を示すブロック図である。

【図3】コントローラの機能構成を説明するブロック図である。

【図4】冷却ファンの周波数の制御に係る処理の流れを示すフローチャートである。

【図5】操作レバーの操作と冷却ファンの回転数との関係を示すグラフである。

【図6】エンジンの回転数と実施形態の冷却ファンの回転数制御の実行または解除との関係を示すグラフである。

【図7】エンジンの回転数と、エンジンおよび冷却ファンの周波数との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、実施形態について図面に基づいて説明する。以下の説明では、同一部品には、同一の符号を付している。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。

【0010】

＜作業機械の構成＞
図１は、本開示の実施形態に基づく作業機械の一例としての油圧ショベル１００の構成を概略的に示す側面図である。図１に示されるように、本実施の形態の油圧ショベル１００は、走行体１と、旋回体２と、作業機３とを主に有している。走行体１と旋回体２とにより、油圧ショベル１００の車体が構成されている。

【0011】

走行体１は左右一対の履帯装置１ａを有している。この左右一対の履帯装置１ａの各々は履帯を有している。左右一対の履帯が回転駆動されることにより油圧ショベル１００が自走する。

【0012】

旋回体２は走行体１に対して旋回自在に設置されている。この旋回体２は、運転室（キャブ）２ａと、運転席２ｂと、エンジンルーム２ｃと、カウンタウェイト２ｄとを主に有している。運転室２ａは、旋回体２のたとえば前方左側（車両前側）に配置されている。運転室２ａの内部空間には、オペレータが着座するための運転席２ｂが配置されている。

【0013】

エンジンルーム２ｃおよびカウンタウェイト２ｄの各々は、運転室２ａに対して旋回体２の後方側（車両後側）に配置されている。エンジンルーム２ｃは、エンジンユニット（エンジン、排気処理構造体など）を収納している。エンジンルーム２ｃの上方はエンジンフードにより覆われている。カウンタウェイト２ｄは、エンジンルーム２ｃの後方に配置されている。

【0014】

作業機３は、旋回体２の前方側であって運転室２ａのたとえば右側にて軸支されている。作業機３は、たとえばブーム３ａ、アーム３ｂ、バケット３ｃ、ブームシリンダ４ａ、アームシリンダ４ｂ、バケットシリンダ４ｃなどを有している。ブーム３ａの基端部（一端）は、ブームボトムピン５ａにより旋回体２に回転可能に連結されている。アーム３ｂの基端部（一端）は、ブームトップピン５ｂによりブーム３ａの先端部（他端）に回転可能に連結されている。バケット３ｃ（の一端）は、アームトップピン５ｃによりアーム３ｂの先端部（他端）に回転可能に連結されている。

【0015】

本実施形態においては、作業機３を基準として、油圧ショベル１００の各部の位置関係について説明する。

【0016】

作業機３のブーム３ａは、旋回体２に対して、ブームボトムピン５ａを中心に回転移動する。旋回体２に対して回動するブーム３ａの特定の部分、たとえばブーム３ａの先端部が移動する軌跡は円弧状であり、その円弧を含む平面が特定される。油圧ショベル１００を平面視した場合に、当該平面は直線として表される。この直線の延びる方向が、油圧ショベル１００の車体の前後方向、または旋回体２の前後方向であり、以下では単に前後方向ともいう。油圧ショベル１００の車体の左右方向（車幅方向）、または旋回体２の左右方向とは、平面視において前後方向と直交する方向であり、以下では単に左右方向ともいう。油圧ショベル１００の車体の上下方向、または旋回体２の上下方向とは、前後方向および左右方向によって定められる平面に直交する方向であり、以下では単に上下方向ともいう。

【0017】

前後方向において、車体から作業機３が突き出している側が前方向であり、前方向と反対方向が後方向である。前方向を視て左右方向の右側、左側がそれぞれ右方向、左方向である。上下方向において地面のある側が下側、空のある側が上側である。

【0018】

前後方向とは、運転室２ａ内の運転席２ｂに着座したオペレータの前後方向である。左右方向とは、運転席２ｂに着座したオペレータの左右方向である。上下方向とは、運転席２ｂに着座したオペレータの上下方向である。運転席２ｂに着座したオペレータに正対する方向が前方向であり、運転席２ｂに着座したオペレータの背後方向が後方向である。運転席２ｂに着座したオペレータが正面に正対したときの右側、左側がそれぞれ右方向、左方向である。運転席２ｂに着座したオペレータの足元側が下側、頭上側が上側である。

【0019】

ブーム３ａは、ブームシリンダ（ブーム油圧シリンダ）４ａにより駆動可能である。この駆動により、ブーム３ａは、ブームボトムピン５ａを中心に旋回体２に対して上下方向に回動可能である。アーム３ｂは、アームシリンダ（アーム油圧シリンダ）４ｂにより駆動可能である。この駆動により、アーム３ｂは、ブームトップピン５ｂを中心にブーム３ａに対して上下方向に回動可能である。バケット（アタッチメント）３ｃは、バケットシリンダ（アタッチメント油圧シリンダ）４ｃにより駆動可能である。この駆動によりバケット３ｃは、アームトップピン５ｃを中心にアーム３ｂに対して上下方向に回動可能である。このように作業機３は駆動可能である。

【0020】

ブームボトムピン５ａは、油圧ショベル１００の車体に支持されている。ブームボトムピン５ａは、旋回体２のフレームの一対の縦板（図示せず）に支持されている。ブームトップピン５ｂは、ブーム３ａの先端に取り付けられている。アームトップピン５ｃは、アーム３ｂの先端に取り付けられている。ブームボトムピン５ａ、ブームトップピン５ｂおよびアームトップピン５ｃは、いずれも左右方向に延びている。ブームボトムピン５ａはブームフートピンとも呼ばれる。

【0021】

作業機３は、バケットリンク３ｄを有している。バケットリンク３ｄは、第１リンク部材３ｄａと、第２リンク部材３ｄｂとを有している。第１リンク部材３ｄａの先端と第２リンク部材３ｄｂの先端とは、バケットシリンダトップピン３ｄｃを介して、相対回転可能に連結されている。バケットシリンダトップピン３ｄｃは、バケットシリンダ４ｃの先端に連結されている。したがって第１リンク部材３ｄａおよび第２リンク部材３ｄｂは、バケットシリンダ４ｃにピン連結されている。

【0022】

第１リンク部材３ｄａの基端は、第１リンクピン３ｄｄによりアーム３ｂに回転可能に連結されている。第２リンク部材３ｄｂの基端は、第２リンクピン３ｄｅによりバケット３ｃの根元部分のブラケットに回転可能に連結されている。

【0023】

ブームシリンダ４ａのヘッド側に、圧力センサ６ａが取り付けられていてもよい。圧力センサ６ａは、ブームシリンダ４ａのシリンダヘッド側油室４０Ａ内の作動油の圧力（ヘッド圧）を検出することができる。ブームシリンダ４ａのボトム側に、圧力センサ６ｂが取り付けられていてもよい。圧力センサ６ｂは、ブームシリンダ４ａのシリンダボトム側油室４０Ｂ内の作動油の圧力（ボトム圧）を検出することができる。圧力センサ６ａ，６ｂは、ヘッド圧とボトム圧とからなる作動油圧力情報を後述のコントローラ３０に出力する。

【0024】

アームシリンダ４ｂのヘッド側に、圧力センサ６ｃが取り付けられていてもよい。圧力センサ６ｃは、アームシリンダ４ｂのシリンダヘッド側油室内の作動油の圧力（ヘッド圧）を検出することができる。アームシリンダ４ｂのボトム側に、圧力センサ６ｄが取り付けられていてもよい。圧力センサ６ｄは、アームシリンダ４ｂのシリンダボトム側油室内の作動油の圧力（ボトム圧）を検出することができる。圧力センサ６ｃ，６ｄは、ヘッド圧とボトム圧とからなる作動油圧力情報を後述のコントローラ３０に出力する。

【0025】

バケットシリンダ４ｃのヘッド側に、圧力センサ６ｅが取り付けられていてもよい。圧力センサ６ｅは、バケットシリンダ４ｃのシリンダヘッド側油室内の作動油の圧力（ヘッド圧）を検出することができる。バケットシリンダ４ｃのボトム側に、圧力センサ６ｆが取り付けられていてもよい。圧力センサ６ｆは、バケットシリンダ４ｃシリンダボトム側油室内の作動油の圧力（ボトム圧）を検出することができる。圧力センサ６ｅ，６ｆは、ヘッド圧とボトム圧とからなる作動油圧力情報を後述のコントローラ３０に出力する。

【0026】

ブーム３ａ、アーム３ｂおよびバケット３ｃには、それぞれの位置および姿勢の情報を得るための位置センサが設けられていてもよい。位置センサは、ブーム３ａ、アーム３ｂおよびバケット３ｃのそれぞれの位置を得るためのブーム情報、アーム情報およびアタッチメント情報を、後述のコントローラ３０に出力する。

【0027】

ブームシリンダ４ａに、位置センサとして、ストロークセンサ７ａが取り付けられていてもよい。ストロークセンサ７ａは、ブームシリンダ４ａにおけるシリンダ４ａａに対するシリンダロッド４ａｂの変位量をブーム情報として検出する。アームシリンダ４ｂに、位置センサとして、ストロークセンサ７ｂが取り付けられていてもよい。ストロークセンサ７ｂは、アームシリンダ４ｂにおけるシリンダロッドの変位量をアーム情報として検出する。バケットシリンダ４ｃに、位置センサとして、ストロークセンサ７ｃが取り付けられていてもよい。ストロークセンサ７ｃは、バケットシリンダ４ｃにおけるシリンダロッドの変位量をアタッチメント情報として検出する。

【0028】

位置センサは、角度センサであってもよい。ブームボトムピン５ａの周囲に、角度センサ９ａが取り付けられていてもよい。ブームトップピン５ｂの周囲に、角度センサ９ｂが取り付けられていてもよい。アームトップピン５ｃの周囲に、角度センサ９ｃが取り付けられていてもよい。角度センサ９ａ，９ｂ，９ｃは、ポテンショメータであってもよく、ロータリーエンコーダであってもよい。角度センサ９ａ，９ｂ，９ｃは、ブーム３ａなどの回転角情報（ブーム情報、アーム情報およびアタッチメント情報）を、後述のコントローラ３０に出力する。

【0029】

図１に示されるように、側方視において、ブームボトムピン５ａとブームトップピン５ｂとを通る直線（図１中に二点鎖線で図示）と、上下方向に延びる直線（図１中に破線で図示）とのなす角度を、ブーム角θｂとする。ブーム角θｂは、通常、鋭角である。ブーム角θｂは、旋回体２に対するブーム３ａの角度を表す。ブーム角θｂは、ストロークセンサ７ａの検出結果から算出することができ、また角度センサ９ａの測定値から算出することができる。

【0030】

側方視において、ブームボトムピン５ａとブームトップピン５ｂとを通る直線と、ブームトップピン５ｂとアームトップピン５ｃとを通る直線（図１中に二点鎖線で図示）とのなす角度を、アーム角θａとする。アーム角θａは、側方視でアーム３ｂが回動する領域におけるブーム３ａに対するアーム３ｂの角度を表す。アーム角θａは、ストロークセンサ７ｂの検出結果から算出することができ、また角度センサ９ｂの測定値から算出することができる。

【0031】

側方視において、ブームトップピン５ｂとアームトップピン５ｃとを通る直線と、アームトップピン５ｃとバケット３ｃの刃先とを通る直線（図１中に二点鎖線で図示）とのなす角度を、バケット角θｋとする。バケット角θｋは、側方視でバケット３ｃが回動する領域におけるアーム３ｂに対するバケット３ｃの角度を表す。バケット角θｋは、ストロークセンサ７ｃの検出結果から算出することができ、また角度センサ９ｃの測定値から算出することができる。

【0032】

＜システム構成＞
次に、作業機械のシステムの概略構成について図２を用いて説明する。図２は、図１に示される作業機械のシステムの概略構成を示すブロック図である。

【0033】

本実施形態におけるシステムは、冷却ファン２１を制御するためのシステムである。実施形態におけるシステムは、図１に示される作業機械の一例としての油圧ショベル１００と、図２に示されるコントローラ３０とを含んでいる。コントローラ３０は、油圧ショベル１００に搭載されていてもよい。コントローラ３０は、油圧ショベル１００の外部に設置されていてもよい。コントローラ３０は、油圧ショベル１００の作業現場に配置されてもよく、油圧ショベル１００の作業現場から離れた遠隔地に配置されてもよい。

【0034】

エンジン１５は、旋回体２に搭載されている。エンジン１５は、エンジンルーム２ｃ内に収納されている。エンジン１５は、たとえばディーゼルエンジンである。エンジン１５への燃料の噴射量が制御されることにより、エンジン１５の出力が制御される。エンジン１５は、油圧ショベル１００の動作の駆動源である。エンジン１５の発生する駆動力によって、走行体１が走行し、旋回体２が走行体１に対して旋回し、また作業機３が動作する。実施形態においては、エンジン１５は直列６気筒である。

【0035】

エンジン１５に、油圧ポンプ２３が連結されている。エンジン１５の回転により、油圧ポンプ２３が回転作動される。油圧ポンプ２３が作動されることにより、油圧ポンプ２３から電磁比例制御バルブ２４を介して油圧モータ２２に作動油が供給されて、油圧モータ２２が回転される。油圧モータ２２は、冷却ファン２１を回転させるためのモータである。実施形態においては、冷却ファン２１の羽根枚数は６枚である。冷却ファン２１、油圧モータ２２および油圧ポンプ２３は、旋回体２に搭載されている。

【0036】

冷却ファン２１は、油圧モータ２２によって回転駆動される。冷却ファン２１は、作動油を動力伝達媒体として駆動される油圧駆動ファンである。冷却ファン２１は、エンジン１５の出力軸に直結しておらず、したがってエンジン１５の回転数とは独立して回転数を自在に制御可能に構成されている。具体的には、油圧ポンプ２３から油圧モータ２２へ供給される作動油の流量に応じて、冷却ファン２１の回転数がコントロールされる。

【0037】

インテークエアクーラ２５は、エンジン１５内に吸引される空気を冷却する。オイルクーラ２６は、油圧モータ２２および油圧ポンプ２３を循環する作動油を冷却する。ラジエータ２７は、エンジン１５の冷却水を冷却する。インテークエアクーラ２５、オイルクーラ２６およびラジエータ２７は、冷却ファン２１に対向配置されている。油圧モータ２２によって冷却ファン２１が回転されることにより、インテークエアクーラ２５、オイルクーラ２６およびラジエータ２７に対して、冷却のための送風が行われる。

【0038】

油圧モータ２２を動作させるための作動油、エンジン１５を冷却するための冷却水、および、エンジン１５に供給される空気は、エンジン１５の作動に関与する作動流体の一例である。冷却ファン２１は、作動流体の冷却のために送風を行う。

【0039】

冷却水の経路内に、水温センサ２８が設けられている。作動油の経路内に、油温センサ２９が設けられている。エンジン１５には、エンジン回転数センサ３１が付設されている。エンジン１５の回転時に、水温センサ２８により冷却水の温度が検出され、油温センサ２９により作動油の温度が検出され、エンジン回転数センサ３１によりエンジン１５の回転数が検出される。これらの検出結果は、コントローラ３０に対して出力される。

【0040】

冷却ファン２１には、ファン回転数センサ３２が付設されている。冷却ファン２１の回転時に、ファン回転数センサ３２により冷却ファン２１の回転数が検出される。この検出結果は、コントローラ３０に対して出力される。

【0041】

油圧ショベル１００は、オペレータによって操作される操作装置３３を備えている。操作装置３３は、たとえば運転室２ａ内に配置されている。操作装置３３は、作業機３の動作のために操作される作業機操作装置と、旋回体２の旋回動作のために操作される旋回操作装置と、走行体１の動作のために操作される走行操作装置とを含んでいる。作業機操作装置および旋回操作装置は、たとえば操作レバーである。走行操作装置は、たとえば操作ペダルである。

【0042】

操作検出部３３Ａは、操作装置３３の操作量を検出する。操作装置３３が操作レバーの場合、操作検出部３３Ａは、操作レバーの中立位置からの傾きの方向および角度を検出する。操作装置３３が操作ペダルの場合、操作検出部３３Ａは、操作ペダルの踏み込み量を検出する。この検出結果は、コントローラ３０に対して出力される。

【0043】

操作検出部３３Ａは、たとえばポテンショメータなどの変位センサであってもよい。操作装置３３は、電気式の操作装置に限られず、パイロット油圧方式の操作装置であってもよい。この場合、操作検出部３３Ａは、パイロット油の圧力を検出する油圧センサであってもよい。

【0044】

コントローラ３０は、図示しないＣＰＵ（中央処理装置）および記憶部３４などを有している。記憶部３４には、冷却ファン２１の動作を制御するためのプログラム、およびそのプログラムの実行に必要な各種データが記憶されている。記憶部３４にはまた、作業実行にともなって発生するワーキングデータが一時的に記憶される。

【0045】

図３は、コントローラ３０の機能構成を説明するブロック図である。実施形態に基づくコントローラ３０は、図３に示されるように、作業機状態判別部３０Ａと、エンジン周波数取得部３０Ｂと、ファン周波数取得部３０Ｃと、共振周波数設定部３０Ｄと、演算処理部３０Ｅと、ファン制御指令部３０Ｆと、タイマ３０Ｔとを含んでいる。

【0046】

作業機状態判別部３０Ａは、作業機３が動作しているかまたは停止しているかの状態を判別する。エンジン周波数取得部３０Ｂは、エンジン回転数センサ３１により検出されたエンジン１５の回転数に基づいて、エンジン１５の周波数を取得する。ファン周波数取得部３０Ｃは、ファン回転数センサ３２により検出された冷却ファン２１の回転数に基づいて、冷却ファン２１の周波数を取得する。共振周波数設定部３０Ｄは、エンジン１５の周波数に対して共振が発生し得る周波数の範囲を設定する。

【0047】

演算処理部３０Ｅは、冷却ファン２１の周波数の制御に係る各種の演算を実行する。ファン制御指令部３０Ｆは、冷却ファン２１に対して制御信号を出力する。タイマ３０Ｔは、時刻を計時する。演算処理部３０Ｅは、タイマ３０Ｔから現在時刻を読み出すことが可能である。

【0048】

＜冷却ファン２１の制御＞
以上の構成を備えている実施形態の油圧ショベル１００における、コントローラ３０による冷却ファン２１の制御について、以下に説明する。図４は、冷却ファン２１の周波数の制御に係る処理の流れを示すフローチャートである。

【0049】

図４に示されるように、ステップＳ１において、作業機３の動作のために操作される操作レバーが中立状態であるか否かの判断が行われる。コントローラ３０に、操作検出部３３Ａが検出した操作レバーの中立位置からの傾きが入力される。作業機状態判別部３０Ａは、操作検出部３３Ａの検出結果に基づいて、作業機３の状態を判別する。具体的に、作業機状態判別部３０Ａは、操作レバーが中立状態から傾けられているとの検出結果に基づいて、操作レバーに対する操作がされており、作業機３を作動させるためのオペレータからの指令が与えられており、従って作業機３が動作していることを判別する。また作業機状態判別部３０Ａは、操作レバーが中立状態であるとの検出結果に基づいて、操作レバーに対する操作がされておらず、従って作業機３が停止していることを判別する。

【0050】

操作レバーが中立状態であると判断されると（ステップＳ１においてＹＥＳ）、次にステップＳ２において、所定時間が経過したか否かの判断が行われる。図５は、操作レバーの操作と冷却ファン２１の回転数との関係を示すグラフである。図５の横軸は時間を示し、図５の縦軸は冷却ファン２１の目標回転数を示す。

【0051】

演算処理部３０Ｅは、タイマ３０Ｔから時刻を読み出す。演算処理部３０Ｅは、ステップＳ１において操作レバーが中立状態であると初めて判断された時刻から現在時刻までに経過した時間を計算する。演算処理部３０Ｅは、記憶部３４から、時間の経過にかかる閾値（所定時間Ｔ１）を読み出す。演算処理部３０Ｅは、操作レバーが中立の状態で経過した時間が所定時間Ｔ１を越えたか否かを判断する。所定時間Ｔ１は、たとえば４秒である。

【0052】

操作レバーが中立であり作業機３が停止している状態で経過した時間が所定時間Ｔ１を越えていないと判断されると（ステップＳ２においてＮＯ）、ステップＳ１の処理に戻る。そして、ステップＳ１の操作レバーが中立状態か否かの判断と、ステップＳ２の所定時間Ｔ１を経過したか否かの判断とが繰り返される。

【0053】

操作レバーが中立であって作業機３が停止している状態で所定時間Ｔ１が経過し、従って作業機３が停止している状態が所定時間継続したと判断されると（ステップＳ２においてＹＥＳ）、次にステップＳ３において、エンジン１５の周波数が取得される。コントローラ３０に、エンジン回転数センサ３１により検出されたエンジン１５の回転数が入力される。エンジン周波数取得部３０Ｂは、エンジン１５の回転数に基づいて、エンジン１５の周波数を計算する。この計算は、エンジン１５の周波数をＦｅ、エンジン１５の回転数をＮｅ、エンジン１５の気筒数をＣとして、以下の計算式に基づいて行われる。

【0054】

Ｆｅ＝Ｎｅ×Ｃ／２×６０
次にステップＳ４において、エンジン１５の回転数Ｎｅが第１閾値よりも大きいか否かの判断が行われる。図６は、エンジン１５の回転数と実施形態の冷却ファン２１の周波数制御の実行または解除との関係を示すグラフである。図６の横軸はエンジン１５の回転数を示す。図６の縦軸における、レバー中立時ロジックのＯＮとは、実施形態の冷却ファン２１の周波数制御を実行する設定を示す。図６の縦軸における、レバー中立時ロジックのＯＦＦとは、実施形態の冷却ファン２１の周波数制御を解除する設定を示す。

【0055】

演算処理部３０Ｅは、記憶部３４から、エンジン１５の回転数Ｎｅに係る第１閾値ＴＨ１を読み出す。演算処理部３０Ｅは、エンジン回転数センサ３１により検出されたエンジン１５の回転数Ｎｅと、第１閾値ＴＨ１とを比較して、エンジン１５の回転数Ｎｅが第１閾値ＴＨ１よりも大きいか否かを判断する。第１閾値ＴＨ１は、たとえば１４００ｒｐｍである。

【0056】

エンジン１５の回転数Ｎｅが第１閾値ＴＨ１よりも大きいと判断されると（ステップＳ４においてＹＥＳ）、次にステップＳ５において、冷却ファン２１の周波数が取得される。ファン周波数取得部３０Ｃは、冷却ファン２１の回転数に基づいて、冷却ファン２１の周波数を計算する。この計算は、冷却ファン２１の周波数をＦｆ、冷却ファン２１の回転数をＮｆ、冷却ファン２１の羽根枚数をＢとして、以下の計算式に基づいて行われる。

【0057】

Ｆｆ＝Ｎｆ×Ｂ／６０
冷却ファン２１は、インテークエアクーラ２５、オイルクーラ２６およびラジエータ２７に対して、冷却のための送風を行う。インテークエアクーラ２５の作動流体である空気の温度、オイルクーラ２６の作動流体である作動油の温度、または、ラジエータ２７の作動流体である冷却水の温度に従って、目標の冷却ファン２１の回転数Ｎｆが設定される。ファン周波数取得部３０Ｃは、上記の計算式を用いて、目標の冷却ファン２１の回転数Ｎｆに対応する目標の冷却ファン２１の周波数Ｆｆを計算する。

【0058】

図７は、エンジン１５の回転数Ｎｅと、エンジン１５の周波数Ｆｅおよび冷却ファン２１の周波数Ｆｆとの関係を示すグラフである。図７の横軸はエンジン１５の回転数Ｎｅを示し、図７の縦軸はエンジン１５の周波数Ｆｅおよび冷却ファン２１の周波数Ｆｆを示す。

【0059】

上述した計算式に従うと、エンジン１５の気筒数は一定であるので、エンジン１５の周波数Ｆｅは、エンジン１５の回転数Ｎｅに比例する。冷却ファン２１の周波数Ｆｆは、エンジン１５の周波数Ｆｅとは独立して、図７に示される最大値以下の値に設定が可能である。冷却ファン２１の周波数Ｆｆとエンジン１５の周波数Ｆｅとの差が小さいと、冷却ファン２１とエンジン１５との間で共振が発生する可能性がある。

【0060】

共振周波数設定部３０Ｄは、エンジン１５の周波数Ｆｅに対して共振が発生し得る所定の周波数の範囲を設定する。共振周波数設定部３０Ｄは、図７に示される、共振が発生し得る冷却ファン２１の周波数Ｆｆの上限値および下限値を設定する。共振周波数設定部３０Ｄはたとえば、エンジン１５の周波数Ｆｅ±１０Ｈｚ以内の範囲を、共振が発生し得る範囲として設定してもよい。つまり、図７に破線で示される共振が発生し得る範囲の上限は、エンジン１５の周波数Ｆｅ＋１０Ｈｚであってもよい。図７に一点鎖線で示される共振が発生し得る範囲の下限は、エンジン１５の周波数Ｆｅ－１０Ｈｚであってもよい。

【0061】

演算処理部３０Ｅは、ステップＳ６において、冷却ファン２１の周波数Ｆｆが、エンジン１５の周波数Ｆｅに対して共振が発生し得る周波数の範囲の上限値よりも大きいか否かを判断する。演算処理部３０Ｅは、ステップＳ７において、冷却ファン２１の周波数Ｆｆが、エンジン１５の周波数Ｆｅに対して共振が発生し得る周波数の範囲の下限値よりも大きいか否かを判断する。つまり、ステップＳ６，Ｓ７においては、冷却ファン２１の周波数Ｆｆが、エンジン１５の周波数Ｆｅに対して共振が発生し得る範囲内にあるか否かの判断が行われる。

【0062】

冷却ファン２１の周波数Ｆｆが上限値以下であり（ステップＳ６においてＮＯ）かつ下限値よりも大きい（ステップＳ７においてＹＥＳ）と判断されると、すなわち、冷却ファン２１の周波数Ｆｆがエンジン１５の周波数Ｆｅに対して共振が発生し得る所定の範囲内にあると判断されると、ステップＳ８において、冷却ファン２１の周波数Ｆｆが変更される。演算処理部３０Ｅは、冷却ファン２１とエンジン１５との共振が抑制されるように、ステップＳ５で冷却ファン２１の周波数Ｆｆを取得した時点よりも冷却ファン２１の周波数Ｆｆとエンジン１５の周波数Ｆｅとの差を大きくして、冷却ファン２１の周波数Ｆｆが共振が発生し得る範囲から外れるようにする。

【0063】

たとえば演算処理部３０Ｅは、冷却ファン２１の周波数Ｆｆを、図７に一点鎖線で示される共振が発生し得る範囲の下限以下に変更することができる。典型的には、演算処理部３０Ｅは、冷却ファン２１の周波数Ｆｆを、共振が発生し得る範囲の下限に変更してもよい。

【0064】

冷却ファン２１の周波数Ｆｆが上限値より大きい場合（ステップＳ６においてＹＥＳ）、または、冷却ファン２１の周波数Ｆｆが下限値以下である場合（ステップＳ７においてＮＯ）、冷却ファン２１の周波数Ｆｆの変更はなされない。ステップＳ５で計算された冷却ファン２１の周波数Ｆｆが、そのまま用いられる。

【0065】

ステップＳ９において、ステップＳ５で計算された周波数Ｆｆ、またはステップＳ８において変更された周波数Ｆｆに従って、冷却ファン２１が制御される。ステップＳ８で冷却ファン２１の周波数Ｆｆが変更された場合、その変更された周波数Ｆｆから、上記の計算式を用いて、目標の冷却ファン２１の回転数Ｎｆが計算される。ファン制御指令部３０Ｆから電磁比例制御バルブ２４に制御信号が送信されて、油圧ポンプ２３から油圧モータ２２へ供給される作動油の流量を変更する。供給された作動油によって、油圧モータ２２が回転動作する。このようにして、冷却ファン２１が、目標の回転数Ｎｆで回転動作するように制御される。

【0066】

次にステップＳ１０において、エンジン１５の回転数Ｎｅが第２閾値よりも大きいか否かの判断が行われる。図６に示されるように、第２閾値ＴＨ２は第１閾値ＴＨ１よりも小さい。第２閾値ＴＨ２は、たとえば１３５０ｒｐｍである。エンジン１５の回転数Ｎｅが第１閾値ＴＨ１よりも大きい場合に、実施形態に係る冷却ファン２１の周波数Ｆｆを変更する制御が実行される。エンジン１５の回転数Ｎｅが第１閾値ＴＨ１以下に低下しても、エンジン１５の回転数Ｎｅが第２閾値ＴＨ２よりも大きいのであれば、冷却ファン２１の周波数Ｆｆを変更する制御が継続される。エンジン１５の回転数Ｎｅが第２閾値ＴＨ２以下にまで低下すると、冷却ファン２１の周波数Ｆｆを変更する制御が解除される。

【0067】

演算処理部３０Ｅは、記憶部３４から、エンジン１５の回転数Ｎｅに係る第２閾値ＴＨ２を読み出す。演算処理部３０Ｅは、作動流体の温度に従って設定された目標のエンジン１５の回転数Ｎｅと、第２閾値ＴＨ２とを比較して、エンジン１５の回転数Ｎｅが第２閾値ＴＨ２よりも大きいか否かを判断する。

【0068】

エンジン１５の回転数Ｎｅが第２閾値ＴＨ２よりも大きいと判断されると（ステップＳ１０においてＹＥＳ）、次にステップＳ１１において、操作レバーが中立状態であるか否かの判断が行われる。この判断は、ステップＳ１と同様に行われる。

【0069】

操作レバーが中立状態であると判断されると（ステップＳ１１においてＹＥＳ）、ステップＳ３の処理に戻る。油圧ショベル１００を動かすためにオペレータが操作装置３３を操作したことで、操作レバーが中立状態から外れたと判断されると（ステップＳ１１においてＮＯ）、冷却ファン２１の周波数Ｆｆを変更する制御が解除されて、処理を終了する（エンド）。

【0070】

ステップＳ１の判断において、操作レバーが中立状態から傾けられており、操作レバーに対する操作がされており、従って作業機３が動作していると判断されると（ステップＳ１においてＮＯ）、冷却ファン２１の周波数Ｆｆを変更する制御は実行されない。ステップＳ４の判断において、エンジン１５の回転数Ｎｅが第１閾値ＴＨ１以下と判断されると（ステップＳ４においてＮＯ）、冷却ファン２１の周波数Ｆｆを変更する制御は実行されない。ステップＳ４でエンジン１５の回転数Ｎｅが第１閾値ＴＨ１より大きいと判断された後のステップＳ１０において、エンジン１５の回転数Ｎｅが第２閾値ＴＨ２以下にまで低下したと判断されると（ステップＳ１０においてＮＯ）、冷却ファン２１の周波数Ｆｆを変更する制御が解除される。

【0071】

冷却ファン２１の周波数Ｆｆを変更する制御が実行されていない状態においては、作動流体の温度に従って設定された目標の回転数Ｎｆで回転するように、冷却ファン２１が制御される。

【0072】

なお図５には、操作レバーが中立の状態で所定時間Ｔ１が経過した時点で冷却ファン２１の目標回転数を低下させ、その後操作レバーが操作されることで冷却ファン２１の周波数Ｆｆを変更する制御が解除されて、冷却ファン２１の目標回転数が低下する前の回転数に戻る挙動が示されている。このとき冷却ファン２１の目標回転数は、所定時間Ｔ２をかけて徐々に上昇している。所定時間Ｔ２は、たとえば２～３秒である。これにより、油圧モータ２２に供給される作動油の圧力が急上昇して作動油の流路および各油圧機器に不具合が発生することが、抑制されている。

【0073】

＜作用および効果＞
上述した説明と一部重複する記載もあるが、実施形態の特徴的な構成および作用効果についてまとめて記載すると、以下の通りである。

【0074】

図４に示されるように、コントローラ３０は、作業機３が停止している状態において、エンジン１５の回転数Ｎｅが第１閾値ＴＨ１よりも大きく、冷却ファン２１の周波数Ｆｆがエンジンの周波数Ｆｅに対し所定の範囲内にあるとき、冷却ファン２１の周波数Ｆｆを変更して、冷却ファン２１の周波数を取得した時点よりも冷却ファン２１とエンジン１５との周波数の差を大きくするように、冷却ファン２１を制御する。

【0075】

作業機３が動作している状態では、冷却ファン２１により作動流体（作動油）を冷却する冷却能力を優先させる必要があり、またエンジン１５の周波数Ｆｅが変動することでエンジン１５と冷却ファン２１の共振は発生しにくい。エンジン１５の回転数Ｎｅが第１閾値ＴＨ１以下であれば、エンジン１５と冷却ファン２１との共振は発生しにくい。冷却ファン２１の周波数Ｆｆがエンジン１５の周波数Ｆｅに対して共振が発生し得る範囲になければ、共振を抑制するための制御を実行する必要はない。そのため、冷却ファン２１の周波数Ｆｆを変更する制御は実行されない。冷却ファン２１の回転数Ｎｆを小さくして冷却能力を低下させる運転が行われる時間が短縮されるので、冷却ファン２１の冷却能力を確保することができる。

【0076】

作業機３が停止しており、エンジン１５の回転数Ｎｅが第１閾値ＴＨ１よりも大きく、かつ、冷却ファン２１の周波数Ｆｆがエンジン１５の周波数Ｆｅに対して共振が発生し得る範囲にあれば、冷却ファン２１の周波数Ｆｆを変更する制御が実行される。これにより、エンジン１５と冷却ファン２１との共振を回避でき、振動および異音の発生を防止することができる。

【0077】

図４に示されるように、コントローラ３０は、冷却ファン２１の周波数Ｆｆを、所定の範囲の下限以下に変更してもよい。冷却ファン２１の周波数Ｆｆを、エンジン１５の周波数Ｆｅに対して共振が発生し得る範囲の下限以下にすることで、エンジン１５と冷却ファン２１との共振を確実に回避できる。また、冷却ファン２１の回転数Ｎｆを低速にして、冷却ファン２１の回転駆動に用いる動力を低減することで、燃費を向上することができる。

【0078】

図４に示されるように、コントローラ３０は、冷却ファン２１の周波数Ｆｆを、所定の範囲の下限に変更してもよい。エンジン１５と冷却ファン２１との共振を確実に回避できる範囲での最大の回転数Ｎｆで冷却ファン２１を回転させることで、冷却ファン２１の冷却能力の低下を抑制することができる。

【0079】

図４，６に示されるように、コントローラ３０は、エンジン１５の回転数Ｎｅが第１閾値ＴＨ１よりも小さい第２閾値ＴＨ２以下にまで低下すると、冷却ファン２１の周波数Ｆｆを変更する制御を解除してもよい。冷却ファン２１の周波数Ｆｆを変更する制御を実行するための第１閾値ＴＨ１と、冷却ファン２１の周波数Ｆｆを変更する制御を解除するための第２閾値ＴＨ２とを異ならせて、第１閾値ＴＨ１と第２閾値ＴＨ２との間に差を設けるヒステリシス特性とする。これにより、冷却ファン２１の周波数Ｆｆを変更する制御の実行と解除とが、エンジン１５の回転数Ｎｅのばらつきで頻繁に切り替わることを回避できるので、不必要なエラーの発生を防止することができる。

【0080】

図１，２に示されるように、冷却ファン２１は、油圧ショベル１００に搭載されている。図４に示されるように、コントローラ３０は、油圧ショベル１００を作動させるためのオペレータからの指令が与えられると、冷却ファン２１の周波数Ｆｆを変更する制御を解除してもよい。作業機３が動作している状態では、共振を抑制するための制御を実行する必要がない。冷却ファン２１の回転数Ｎｆを小さくして冷却能力を低下させる運転が行われる時間を短縮することで、冷却ファン２１の冷却能力を確保することができる。

【0081】

上記実施形態では、ステップＳ１，Ｓ２において、作業機３が停止している状態が所定時間Ｔ１継続したと判断されたときに、冷却ファン２１の周波数Ｆｆを変更する制御を実行する例を説明した。冷却ファン２１の周波数Ｆｆを変更する制御を実行するための条件として、エンジン回転数センサ３１により検出されたエンジン１５の回転数Ｎｅが一定である状態が所定時間継続したと判断されることを加えてもよい。エンジン１５の回転数Ｎｅが変動していると、エンジン１５と冷却ファン２１との共振が発生しにくく、共振が発生しても短時間で解消されるので、共振が問題になることが少ない。作業機３が停止していることを判断することでエンジン１５の回転数Ｎｅが一定であると推定されるが、エンジン回転数センサ３１の検出結果に基づいて判断することで、エンジン１５の回転数Ｎｅが一定であることをより精度よく判断することができる。

【0082】

作業機３が旋回体２に対して相対的に停止しているが、走行体１の駆動により油圧ショベル１００が自走しているときには、冷却ファン２１の周波数Ｆｆを変更する制御を実行しない制御としてもよい。油圧ショベル１００では、自走中にエンジン１５と冷却ファン２１との共振が発生するとしても、自走する頻度が低いので、共振が問題になることが少ない。また、作業機３が旋回体２に対して相対的に停止しているが、旋回体２が走行体１に対して旋回しているときには、冷却ファン２１の周波数Ｆｆを変更する制御を実行しない制御としてもよい。油圧ショベル１００では、旋回体２の旋回中にエンジン１５と冷却ファン２１との共振が発生するとしても、旋回する角度は９０°が多く短時間で旋回が終了するので、共振が問題になることが少ない。冷却ファン２１の回転数Ｎｆを小さくして冷却能力を低下させる運転が行われる時間を短縮することで、冷却ファン２１の冷却能力を確保することができる。

【0083】

上記実施形態では、ステップＳ１１において、作業機３を動作させるために操作レバーが操作されたと判断されたときに、冷却ファン２１の周波数Ｆｆを変更する制御を解除する例を説明した。この判断に加えて、旋回体２を旋回動作させるための旋回操作装置または走行体１を動作させるための走行操作装置が操作されたときにも、冷却ファン２１の周波数Ｆｆを変更する制御を解除してもよい。旋回中または走行中のエンジン１５と冷却ファン２１との共振が問題になることは少ないので、冷却ファン２１の回転数Ｎｆを小さくして冷却能力を低下させる運転が行われる時間を短縮することで、冷却ファン２１の冷却能力を確保することができる。

【0084】

上記実施形態では、作業機３の動作のために操作される操作レバーが中立状態であるか否かを検出することで、作業機３が動作しているかまたは停止しているかを判断した。この例に限られず、ブーム３ａ、アーム３ｂおよびバケット３ｃの位置および姿勢の情報を得るための位置センサの検出結果に基づいて、作業機３の動作または停止を判断してもよい。位置センサは、たとえば図１を参照して説明した、ストロークセンサ７ａ，７ｂ，７ｃ、角度センサ９ａ，９ｂ，９ｃのいずれかまたは組み合わせであってもよい。位置センサが異なる時刻に検出した作業機３の姿勢を比較して、作業機３の姿勢が異なると、作業機３が動作していると判断されてもよい。

【0085】

または、図１を参照して説明した、圧力センサ６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅ，６ｆにより検出される作動油圧力情報が経時的に変動することで、作業機３が動作していると判断されてもよい。ブームシリンダ４ａ、アームシリンダ４ｂおよびバケットシリンダ４ｃに作動油を供給する油圧ポンプの吐出圧が変動していることが検知されると、作業機３が動作していると判断されてもよい。油圧ショベル１００は、作業機３を撮像する撮像装置を備えてもよく、この場合、撮像装置の撮像した画像を解析することによって、作業機３が動作しているか停止しているかを判断してもよい。

【0086】

上記実施形態では、冷却ファン２１は油圧駆動ファンであるが、これに限られず、エンジン１５の回転数Ｎｅに対して冷却ファン２１の回転数Ｎｆが自在に制御できるものであればよい。たとえば、冷却ファン２１は電動ファンであってもよい。エンジン１５の出力軸に連結されたオルタネータが、エンジン１５で発生した駆動力で発電し、オルタネータの発電した電力で電動モータが駆動されて、冷却ファン２１を回転させてもよい。

【0087】

本開示の思想を適用可能な作業機械は、油圧ショベル１００に限られず、ブルドーザ、ホイールローダ、モータグレーダまたはエンジン式フォークリフトなどの、エンジンと冷却ファンとを備える他の種類の作業機械であってもよい。

【0088】

以上のように実施形態について説明を行ったが、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0089】

１ 走行体、２ 旋回体、３ 作業機、３ａ ブーム、３ｂ アーム、３ｃ バケット、４ａ ブームシリンダ、４ｂ アームシリンダ、４ｃ バケットシリンダ、６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅ，６ｆ 圧力センサ、７ａ，７ｂ，７ｃ ストロークセンサ、９ａ，９ｂ，９ｃ 角度センサ、１５ エンジン、２１ 冷却ファン、２２ 油圧モータ、２３ 油圧ポンプ、２４ 電磁比例制御バルブ、２５ インテークエアクーラ、２６ オイルクーラ、２７ ラジエータ、２８ 水温センサ、２９ 油温センサ、３０ コントローラ、３０Ａ 作業機状態判別部、３０Ｂ エンジン周波数取得部、３０Ｃ ファン周波数取得部、３０Ｄ 共振周波数設定部、３０Ｅ 演算処理部、３０Ｆ ファン制御指令部、３０Ｔ タイマ、３１ エンジン回転数センサ、３２ ファン回転数センサ、３３ 操作装置、３３Ａ 操作検出部、３４ 記憶部、１００ 油圧ショベル、Ｔ１，Ｔ２ 所定時間、ＴＨ１ 第１閾値、ＴＨ２ 第２閾値。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】