温度制御装置及び温度制御方法
【課題】主動力源のエンジン冷却回路に使用される冷却液を熱源として、新たな熱源を必要とせずに低温時の暖め機能を付加させてなる、車両及び建設機械に搭載される電気機器或いは電子部品装置の温度制御装置及び温度制御方法を得る。
【解決手段】エンジンを搭載した車両及び建設機械に搭載される電気機器或いは電子部品装置を適正な温度範囲に制御するために、前記電気機器或いは電子部品装置が第一の温度より低温の場合はエンジン冷却液の余熱を利用して前記電気機器或いは電子部品装置を暖め、前記電気機器或いは電子部品装置が第二の温度より高温の場合は、前記電気機器或いは電子部品装置を第一の温度と第二の温度の範囲に制御するために専用の冷却装置により冷却した冷却液で前記電気機器或いは電子部品装置を冷却するために、温度センサの検出した温度に応じて切換弁を切り替えることで、いかなる環境温度下においても適正な温度範囲に制御する。
【解決手段】エンジンを搭載した車両及び建設機械に搭載される電気機器或いは電子部品装置を適正な温度範囲に制御するために、前記電気機器或いは電子部品装置が第一の温度より低温の場合はエンジン冷却液の余熱を利用して前記電気機器或いは電子部品装置を暖め、前記電気機器或いは電子部品装置が第二の温度より高温の場合は、前記電気機器或いは電子部品装置を第一の温度と第二の温度の範囲に制御するために専用の冷却装置により冷却した冷却液で前記電気機器或いは電子部品装置を冷却するために、温度センサの検出した温度に応じて切換弁を切り替えることで、いかなる環境温度下においても適正な温度範囲に制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンとモータの両駆動装置を搭載したハイブリット型の車両及び建設機械等に搭載される電気機器或いは電子部品装置がいかなる外部環境温度においても正常に作動し続けるための温度制御装置及び温度制御方法に係るもので、低温時にはエンジン冷却回路を使用することによりエンジンで発熱した熱により温度上昇した冷却液を利用して電気機器或いは電子部品装置を暖め、また、高温時にはエンジン冷却液より低い温度範囲に制御するために専用装備された冷却回路に切り換えることにより電気機器或いは電子部品装置を冷却することで、高温時のみならず低温時においても特別にヒータ等の新規部品を必要とせずに温度制御が可能となる温度制御装置及び温度制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンとモータの両駆動装置を搭載したハイブリッド型の車両および建設機械等では、搭載される電動・発電機等の電気機器あるいはこれら電気機器を制御する電子部品装置の異常な温度上昇を制御するため、種々の冷却装置、冷却方法が採用されている。例えば特許文献１ではハイブリッド型油圧ショベルに搭載される電気・電子機器の冷却装置並びに冷却方法が記載されていて、温度上昇による弊害を避けるため冷却装置の配置或いは冷却方法が説明されている。
【０００３】
しかし、車両および建設機械においては気温−４０℃といった極寒の条件下でも稼働する場合が多々あり、この場合には電気機器あるいは電子部品装置の低温対策も必要となることは明白である。
【０００４】
本発明では極寒時における車両および建設機械を稼働させる場合に採られる行程を検討し、最初に行われるエンジン起動、暖機運転でいち早く上昇するエンジン冷却水を熱源として電気・電子機器の暖め回路を付加し、高温時および低温時の環境下においても効率良く稼働させることが可能となる冷却・暖め回路を提供するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２７０５５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般的にエンジン等を搭載した車両及び建設機械等に搭載される電気機器或いは電子部品装置の外部環境温度の影響に関しては主に高温対策が先行し、各種冷却装置が装着されているが、低温時における電気機器或いは電子部品装置を暖める機能は装備されていなかった。しかし、建設機械等では極寒冷地での稼働も多く、低温起動時の速やかな作業の開始も求められるため、低温時の機器の暖め機能を装備させる必要があるが、本発明では主動力源のエンジン冷却回路に使用される冷却液を熱源として環境温度が低温時は暖められた冷却液を利用し、高温時にはエンジン冷却液より低い温度範囲に制御するために専用装備された冷却回路に切換弁により切り換えることによって、新たな熱源を必要とせずに低温時の暖め機能を付加させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するための本発明による温度制御装置は、エンジンを搭載した車両及び建設機械に搭載される電気機器或いは電子部品装置を適正な温度範囲に制御するために、前記電気機器或いは電子部品装置が第一の温度より低温の場合はエンジン冷却液の余熱を利用して前記電気機器或いは電子部品装置を暖め、前記電気機器或いは電子部品装置が第二の温度より高温の場合は、前記電気機器或いは電子部品装置を第一の温度と第二の温度の範囲に制御するために専用の冷却装置により冷却した冷却液で前記電気機器或いは電子部品装置を冷却するために、温度センサの検出した温度に応じて切換弁を切り替えることで、前記電気機器或いは電子部品装置に連結する装置をエンジン冷却装置とするのか、専用の冷却装置とするのかを選択することによりいかなる環境温度下においても適正な温度範囲に制御することを特徴とする。
【０００８】
また、切換弁は、温度センサと接続される制御部と接続されて温度センサが第二の温度より高温を検出した際にパイロットポンプの吐出する圧油を受けてスプールを駆動することで流路を変更することを特徴とする。
【０００９】
前記目的を達成するための本発明による温度制御方法は、エンジンを搭載した車両及び建設機械に搭載される電気機器或いは電子部品装置を適正な温度範囲に制御する方法であって、前記電気機器或いは電子部品装置が第一の温度より低温の場合はエンジン冷却液の余熱を利用して前記電気機器或いは電子部品装置を暖め、前記電気機器或いは電子部品装置が第二の温度より高温の場合は、前記電気機器或いは電子部品装置を第一の温度と第二の温度の範囲に制御するために専用の冷却装置により冷却した冷却液で前記電気機器或いは電子部品装置を冷却するために、温度センサの検出した温度に応じて切換弁を切り替えることで、前記電気機器或いは電子部品装置に連結する装置をエンジン冷却装置とするのか、専用の冷却装置とするのかを選択することによりいかなる環境温度下においても適正な温度範囲に制御することを特徴とする。
【００１０】
さらに、切換弁は、温度センサと接続される制御部と接続されて温度センサが第二の温度より高温を検出した際にパイロットポンプの吐出する圧油を受けてスプールを駆動することで流路を変更することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、エンジン等を搭載した車両及び建設機械等に搭載される電気機器或いは電子部品装置の環境温度の影響に関しては主に高温対策のための冷却装置が装着されているが、低温対策の電気機器或いは電子部品装置の暖め機能は具備されていなかった。しかし、建設機械等では極寒冷地での稼働も多く、低温起動時速やかな作業開始も求められるため、低温時の機器の暖め機能を装備させる必要があるが、本発明では主動力源のエンジン冷却回路に使用される冷却液を熱源として利用することにより、新たな熱源を必要とせずに低温時の暖め機能を付加させることが可能になるため、機能拡大に伴う費用の追加を最小限に留めることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る温度制御装置の構成図である。
【図２】本発明に係る温度制御装置の構成図である。
【図３】本発明に係る温度制御装置におけるソレノイドの温度に対する動作図である。
【図４】本発明に係る温度制御装置におけるウォータポンプの温度に対する動作図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００１３】
以下に本発明の好適な実施例について、詳細に説明する。
【００１４】
本発明に係る温度制御装置２は、インバータ４と、電動機６に対する温度制御する装置であり、これらインバータ４と、電動機６へ送る冷却液をエンジン８経由の冷却液とするか、搭載する電気機器、あるいは電子部品装置専用に装備されたラジエータ１０経由の冷却液とするかを、切換弁１２で切り換えることで温度制御する装置である。詳細について図１乃至４を用いて説明する。
【００１５】
図１は、本発明に係る温度制御装置２を示し、特に環境温度が２０℃以上での温度制御装置２内の油圧信号と電気信号の流れを矢印で図示している。
【００１６】
インバータ４は、電力変換装置であり電動機６を駆動するための電源である。本実施例では、電源線は図示していない。一方、インバータ内を冷却するための冷却液の図示されない配管がインバータ内になされている。この配管の外部ポートがインバータ４本体の端部に１５，１６として設けられている。外部ポート１５は、配管２０を介して切換弁１２と連結される。
【００１７】
電動機６は、本発明に係る建設機械を駆動するための電動機であり、駆動時に高温となることから、インバータ４同様に冷却するための冷却液の図示されない配管が内部に設けられている。この配管のポートが電動機６の端部に２２，２４と設けられている。インバータ４のポート１６と電動機６のポート２２とが配管２６で連結される。ポート２４は、配管２８を介して切換弁１２と連結される。
【００１８】
エンジン８は、冷却するための配管がなされているが、より広範囲に冷却するためのウォータジャケット３０がエンジンを被覆しており、ウォータジャケット３０は、配管３２を経由して第１のラジエータ３４に連結される。この配管３２は、切換弁１２の配管３６とも連結される。
【００１９】
第１のラジエータ３４は、配管３７を介してサーモスタット弁３８に連結される。第１のラジエータ３４とエンジン本体の間にエンジンの回転軸に取り付けられた第１のラジエータ冷却用プロペラ４０が設けられている。この第１のラジエータ冷却用プロペラ４０の回転により、第１のラジエータ３４内の冷却液が冷却される。
【００２０】
サーモスタット弁３８は、配管４２を介して第一ウォータポンプ４４に連結される。サーモスタット弁３８は、この弁を通過する冷却液について、その温度により弁の開閉を制御する弁である。サーモスタット弁３８は、切換弁１２からの配管５４とも連結される。
【００２１】
第一ウォータポンプ４４は、配管４８を介してウォータジャケット３０に連結される。第一ウォータポンプ４４は、エンジン８または油圧または電動駆動により駆動され、配管内の冷却液を配管内部に設けたスクリュウで第１のラジエータ３４からウォータジャケット３０に送るように作動する。
【００２２】
第２のラジエータ１０は、第１のラジエータ３４同様に冷却液を冷却する装置であり、プロペラファンで対流を起こす空冷式、他の水で冷却する水冷式、また、ハロゲン化炭化水素、ブタン、イソブタン、水素、ヘリウム、アンモニア、水、二酸化炭素等の冷媒を用いるコンプレッサ式、ペルチェ素子を用いるペルチェ式等の冷却装置を利用することができる。第２のラジエータ１０の中には、冷却液等の冷媒を通過させる配管があり、そのポートとして４６と５０が第２のラジエータ１０の端部に設けられる。このポート４６から配管４５により切換弁１２に連結される。ポート５０は配管５２を介して第二ウォータポンプ５３と連結される。
【００２３】
切換弁１２は、ハウジング１４の中心にスプール５６が配置され、配管３６と５４とがエンジン冷却ラインであり、配管４５が第２のラジエータ１０ラインに接続され、配管ライン２８が電動機６のポート２４に連結される。一方、配管２０は、インバータ４のポートである１５に連結される。また、５６ａ、５６ｂ、５６ｃがスプール５６の大径部、５６ｄ、５６ｅがスプール５６の小径部である。
【００２４】
切換弁１２は、ポートが５８ａ、５８ｂ、５８ｃ、５８ｄ、５８ｅを備えている。ポート５８ａは、配管２０と連結され、同時にチェック弁６０にも連結される。ポート５８ｂは、配管２８と連結される。ポート５８ｃは、配管３６と連結される。ポート５８ｄは、配管４５と連結される。ポート５８ｅは、配管５４と連結される。
【００２５】
スプール５６の両端は、キャップ６０ａ，６０ｂに収納されるとともに、スプール５６とキャップ６０ａとの間で油室６２が形成されている。油室６２にはソレノイドバルブ６４からのパイロット圧油が、ポート６６を介して供給される。キャップ６０ｂ内には、スプール５６を中立に復帰させるバネ６８が設けられている。
【００２６】
スプール５６が、図１では、バネ６８の無い側の端部に位置しており、この時、ポート５８ａはスプール５６の小径部５６ｄに対応し、ポート５８ｃはスプール５６の大径部５６ｂに対応するため、ポート５８ａとポート５８ｃはどのポートとも連通しない。一方、ポート５８ｂとポート５８ｄとはスプール５６の小径部５６ｅに対応するため、ポート５８ｂとポート５８ｄとは連通する。しかし、ポート５８ｅはスプール５６の大径部５６ｃに対応するため、ポート５８ｅは連通しない。
【００２７】
第２ウォータポンプ５３は、入力側が第２ラジエータ１０のポート５０と配管５２を介して連結し、配管７０を介してチェック弁６０と連結される。第２ウォータポンプ５３は、コントローラ７４と導線７６により電気的に接続される。チェック弁６０は、配管２０を介してインバータ４のポート１５と切換弁１２のポート５８ａに連結される。
【００２８】
温度センサ７８は、配管２０と連結されてその温度を計測する。また、温度センサ７８はコントローラ７４と電気的に連結される。また、コントローラ７４は、ソレノイドバルブ６４の電磁コイルに連結される。
【００２９】
ソレノイドバルブ６４は、切換弁１２のポート６６と配管８０を介して連結される。一方、ソレノイドバルブ６４は、タンク８２に連結されるタンクライン８４とパイロットポンプ８６に連結されるポンプライン８８と連結される。タンクライン８４とポンプライン８８の間にリリーフ弁９０が設けられる。パイロットポンプ８６もタンク８２に連結される。
【００３０】
以上、図１の状態における、本発明に係る温度制御装置２の動作について説明する。
【００３１】
この場合、環境温度が２０℃以上となった場合とする。制御対象機器の冷却液入口温度が２０℃以上になると、チェック弁６０とインバータ４との間の配管２０を通過する冷却液の温度を温度センサ７８が検出する。
【００３２】
この温度センサは、図３に示されるソレノイド弁制御線図に示されるように動作し、２０℃以上ではソレノイドバルブ６４はコントローラ７４によりＯＦＦ状態となる。０℃以下では、ソレノイドバルブ６４は、コントローラ７４によりＯＮ状態となる。但し、温度変化特性はヒステリシス特性を有しており、低温から高温に変化する際にソレノイドバルブ６４がオフになるのは２０℃まで上昇してＯＦＦ状態になるが、高温から低温に変化する際は、０℃まで下降してからＯＮになる。従って、０℃から２０℃の間でのＯＮ，ＯＦＦはそれまでの温度に依存する。
【００３３】
以上の特性を前提として、図１の制御対象機器の冷却液入口温度が２０℃以上になることにより、温度センサ７８は２０℃以上の温度を検出する。コントローラ７４は、温度センサ７８の検出した温度が２０℃以上であることから、ソレノイドバルブ６４は閉じられて、切換弁１２のスプール５６は現在の状態となる。すなわち、配管８０がタンク圧に低下するため、スプール５６は、バネ６８のスプリング力により図面上側に静止する。
【００３４】
一方、第２ウォータポンプ５３は、図４によれば、ソレノイドバルブ６４と逆の特性を有している。第２ウォータポンプ５３は、０℃以下ではコントローラ７４によりＯＦＦ状態となる。２０℃以上では、第２ウォータポンプ５３は、コントローラ７４によりＯＮ状態となる。但し、温度変化特性はヒステリシス特性を有しており、低温から高温に変化する際に第２ウォータポンプ５３がＯＮになるのは２０℃まで上昇してＯＮ状態になるが、高温から低温に変化する際は、０℃まで下降してからＯＦＦになる。従って、０℃から２０℃の間でのＯＮ，ＯＦＦはそれまでの温度に依存する。
【００３５】
以上の特性により第２ウォータポンプ５３は、２０℃以上でＯＮとなる。従って、第２ウォータポンプ５３の吐出する冷却液はチェック弁６０を押し開き、配管２０を介してインバータ４と電動機６とを冷却し、配管２８を介して切換弁１２のポート５８ｂに高温となって戻り、ポート５８ｄより配管４５を経由して第２のラジエータ１０に戻って冷却される。冷却された冷却液は配管５２を介して第２ウォータポンプ５３に戻って継続される。
【００３６】
一方、切換弁１２のポート５８ｃとポート５８ｅは閉じられているため、エンジン８からの冷却液は、他の装置には送られない。
【００３７】
引き続いて、図２を用いて、環境温度が０℃以下である場合の動作について説明する。
【００３８】
図２の制御対象機器の冷却液入口温度が０℃以下になることにより、温度センサ７８は０℃以下の温度を検出する。コントローラ７４は、温度センサ７８の検出した温度が０℃以下であることから、ソレノイドバルブ６４は開かれて、スプール５６は図２の状態である、高温時より図面下部に位置する。すなわち、配管８０がリリーフ弁で設定した圧力まで上昇するため、スプール５６は、バネ６８のスプリング力に勝って図面下側に静止する。このため、ポート５８ａとポート５８ｃがスプール５６小径部５６ｄに対応するため、両ポートが連通する。また、ポート５８ｂとポート５８ｅがスプール５６小径部５６ｄに対応するため、両ポートが連通する。また、第２ウォータポンプ５３は特性としてＯＦＦとなる。
【００３９】
従って、エンジン８の冷却液が配管３２と配管３６を介して、切換弁１２にポート５８ｃから入り、ポート５８ａからでて、配管２０を介してインバータ４と電動機６とを流れる。電動機のポート２４から流出した冷却液は配管２８を介して切換弁１２のポート５８ｂに流入し、ポート５８ｅより流出し、配管５４を介しサーモスタット弁３８を経由して第１ウォータポンプ４４に吸入され、流れが継続される。この時エンジン８内のシリンダ周辺に位置するウォータジャケット３０では、ウォータジャケット３０本体とエンジン冷却液との熱交換が行われる。この熱交換により冷却液が高温となり、切換弁１２を経由してインバータ４と電動機６とが暖められる。なお、それでも温度センサ７８において２０℃以上に上昇した時点で、第２ラジエータ１０に切り変わる。
【符号の説明】
【００４０】
２ 温度制御装置
４ インバータ
６ 電動機
８ エンジン
１０ 第２のラジエータ
１２ 切換弁
１４ ハウジング
１５ ポート
１６ ポート
２０ 配管
２２，２４ ポート
２６ 配管
２８ 配管
３０ ウォータジャケット
３２ 配管
３４ 第１のラジエータ
３６ 配管
３７ 配管
３８ サーモスタット弁
４０ 第１のラジエータ冷却用プロペラ
４２ 配管
４４ 第１ウォータポンプ
４５ 配管
４６ ポート
４８ 配管
５０ ポート
５２ 配管
５３ 第２ウォータポンプ
５６ スプール
３６、５４ 配管
５６ａ、５６ｂ、５６ｃ スプールの大径部、
５６ｄ、５６ｅ スプールの小径部
５８ａ、５８ｂ、５８ｃ、５８ｄ、５８ｅ ポート
６０ チェック弁
６０ａ，６０ｂ キャップ
６２ 油室
６４ ソレノイドバルブ
６６ ポート
６８ バネ
７０ 配管
７６ 導線
７４ コントローラ
７８ 温度センサ
８０ 配管
８２ タンク
８４ タンクライン
８６ パイロットポンプ
８８ ポンプライン
９０ リリーフ弁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンとモータの両駆動装置を搭載したハイブリット型の車両及び建設機械等に搭載される電気機器或いは電子部品装置がいかなる外部環境温度においても正常に作動し続けるための温度制御装置及び温度制御方法に係るもので、低温時にはエンジン冷却回路を使用することによりエンジンで発熱した熱により温度上昇した冷却液を利用して電気機器或いは電子部品装置を暖め、また、高温時にはエンジン冷却液より低い温度範囲に制御するために専用装備された冷却回路に切り換えることにより電気機器或いは電子部品装置を冷却することで、高温時のみならず低温時においても特別にヒータ等の新規部品を必要とせずに温度制御が可能となる温度制御装置及び温度制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンとモータの両駆動装置を搭載したハイブリッド型の車両および建設機械等では、搭載される電動・発電機等の電気機器あるいはこれら電気機器を制御する電子部品装置の異常な温度上昇を制御するため、種々の冷却装置、冷却方法が採用されている。例えば特許文献１ではハイブリッド型油圧ショベルに搭載される電気・電子機器の冷却装置並びに冷却方法が記載されていて、温度上昇による弊害を避けるため冷却装置の配置或いは冷却方法が説明されている。
【０００３】
しかし、車両および建設機械においては気温−４０℃といった極寒の条件下でも稼働する場合が多々あり、この場合には電気機器あるいは電子部品装置の低温対策も必要となることは明白である。
【０００４】
本発明では極寒時における車両および建設機械を稼働させる場合に採られる行程を検討し、最初に行われるエンジン起動、暖機運転でいち早く上昇するエンジン冷却水を熱源として電気・電子機器の暖め回路を付加し、高温時および低温時の環境下においても効率良く稼働させることが可能となる冷却・暖め回路を提供するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２７０５５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般的にエンジン等を搭載した車両及び建設機械等に搭載される電気機器或いは電子部品装置の外部環境温度の影響に関しては主に高温対策が先行し、各種冷却装置が装着されているが、低温時における電気機器或いは電子部品装置を暖める機能は装備されていなかった。しかし、建設機械等では極寒冷地での稼働も多く、低温起動時の速やかな作業の開始も求められるため、低温時の機器の暖め機能を装備させる必要があるが、本発明では主動力源のエンジン冷却回路に使用される冷却液を熱源として環境温度が低温時は暖められた冷却液を利用し、高温時にはエンジン冷却液より低い温度範囲に制御するために専用装備された冷却回路に切換弁により切り換えることによって、新たな熱源を必要とせずに低温時の暖め機能を付加させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するための本発明による温度制御装置は、エンジンを搭載した車両及び建設機械に搭載される電気機器或いは電子部品装置を適正な温度範囲に制御するために、前記電気機器或いは電子部品装置が第一の温度より低温の場合はエンジン冷却液の余熱を利用して前記電気機器或いは電子部品装置を暖め、前記電気機器或いは電子部品装置が第二の温度より高温の場合は、前記電気機器或いは電子部品装置を第一の温度と第二の温度の範囲に制御するために専用の冷却装置により冷却した冷却液で前記電気機器或いは電子部品装置を冷却するために、温度センサの検出した温度に応じて切換弁を切り替えることで、前記電気機器或いは電子部品装置に連結する装置をエンジン冷却装置とするのか、専用の冷却装置とするのかを選択することによりいかなる環境温度下においても適正な温度範囲に制御することを特徴とする。
【０００８】
また、切換弁は、温度センサと接続される制御部と接続されて温度センサが第二の温度より高温を検出した際にパイロットポンプの吐出する圧油を受けてスプールを駆動することで流路を変更することを特徴とする。
【０００９】
前記目的を達成するための本発明による温度制御方法は、エンジンを搭載した車両及び建設機械に搭載される電気機器或いは電子部品装置を適正な温度範囲に制御する方法であって、前記電気機器或いは電子部品装置が第一の温度より低温の場合はエンジン冷却液の余熱を利用して前記電気機器或いは電子部品装置を暖め、前記電気機器或いは電子部品装置が第二の温度より高温の場合は、前記電気機器或いは電子部品装置を第一の温度と第二の温度の範囲に制御するために専用の冷却装置により冷却した冷却液で前記電気機器或いは電子部品装置を冷却するために、温度センサの検出した温度に応じて切換弁を切り替えることで、前記電気機器或いは電子部品装置に連結する装置をエンジン冷却装置とするのか、専用の冷却装置とするのかを選択することによりいかなる環境温度下においても適正な温度範囲に制御することを特徴とする。
【００１０】
さらに、切換弁は、温度センサと接続される制御部と接続されて温度センサが第二の温度より高温を検出した際にパイロットポンプの吐出する圧油を受けてスプールを駆動することで流路を変更することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、エンジン等を搭載した車両及び建設機械等に搭載される電気機器或いは電子部品装置の環境温度の影響に関しては主に高温対策のための冷却装置が装着されているが、低温対策の電気機器或いは電子部品装置の暖め機能は具備されていなかった。しかし、建設機械等では極寒冷地での稼働も多く、低温起動時速やかな作業開始も求められるため、低温時の機器の暖め機能を装備させる必要があるが、本発明では主動力源のエンジン冷却回路に使用される冷却液を熱源として利用することにより、新たな熱源を必要とせずに低温時の暖め機能を付加させることが可能になるため、機能拡大に伴う費用の追加を最小限に留めることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る温度制御装置の構成図である。
【図２】本発明に係る温度制御装置の構成図である。
【図３】本発明に係る温度制御装置におけるソレノイドの温度に対する動作図である。
【図４】本発明に係る温度制御装置におけるウォータポンプの温度に対する動作図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００１３】
以下に本発明の好適な実施例について、詳細に説明する。
【００１４】
本発明に係る温度制御装置２は、インバータ４と、電動機６に対する温度制御する装置であり、これらインバータ４と、電動機６へ送る冷却液をエンジン８経由の冷却液とするか、搭載する電気機器、あるいは電子部品装置専用に装備されたラジエータ１０経由の冷却液とするかを、切換弁１２で切り換えることで温度制御する装置である。詳細について図１乃至４を用いて説明する。
【００１５】
図１は、本発明に係る温度制御装置２を示し、特に環境温度が２０℃以上での温度制御装置２内の油圧信号と電気信号の流れを矢印で図示している。
【００１６】
インバータ４は、電力変換装置であり電動機６を駆動するための電源である。本実施例では、電源線は図示していない。一方、インバータ内を冷却するための冷却液の図示されない配管がインバータ内になされている。この配管の外部ポートがインバータ４本体の端部に１５，１６として設けられている。外部ポート１５は、配管２０を介して切換弁１２と連結される。
【００１７】
電動機６は、本発明に係る建設機械を駆動するための電動機であり、駆動時に高温となることから、インバータ４同様に冷却するための冷却液の図示されない配管が内部に設けられている。この配管のポートが電動機６の端部に２２，２４と設けられている。インバータ４のポート１６と電動機６のポート２２とが配管２６で連結される。ポート２４は、配管２８を介して切換弁１２と連結される。
【００１８】
エンジン８は、冷却するための配管がなされているが、より広範囲に冷却するためのウォータジャケット３０がエンジンを被覆しており、ウォータジャケット３０は、配管３２を経由して第１のラジエータ３４に連結される。この配管３２は、切換弁１２の配管３６とも連結される。
【００１９】
第１のラジエータ３４は、配管３７を介してサーモスタット弁３８に連結される。第１のラジエータ３４とエンジン本体の間にエンジンの回転軸に取り付けられた第１のラジエータ冷却用プロペラ４０が設けられている。この第１のラジエータ冷却用プロペラ４０の回転により、第１のラジエータ３４内の冷却液が冷却される。
【００２０】
サーモスタット弁３８は、配管４２を介して第一ウォータポンプ４４に連結される。サーモスタット弁３８は、この弁を通過する冷却液について、その温度により弁の開閉を制御する弁である。サーモスタット弁３８は、切換弁１２からの配管５４とも連結される。
【００２１】
第一ウォータポンプ４４は、配管４８を介してウォータジャケット３０に連結される。第一ウォータポンプ４４は、エンジン８または油圧または電動駆動により駆動され、配管内の冷却液を配管内部に設けたスクリュウで第１のラジエータ３４からウォータジャケット３０に送るように作動する。
【００２２】
第２のラジエータ１０は、第１のラジエータ３４同様に冷却液を冷却する装置であり、プロペラファンで対流を起こす空冷式、他の水で冷却する水冷式、また、ハロゲン化炭化水素、ブタン、イソブタン、水素、ヘリウム、アンモニア、水、二酸化炭素等の冷媒を用いるコンプレッサ式、ペルチェ素子を用いるペルチェ式等の冷却装置を利用することができる。第２のラジエータ１０の中には、冷却液等の冷媒を通過させる配管があり、そのポートとして４６と５０が第２のラジエータ１０の端部に設けられる。このポート４６から配管４５により切換弁１２に連結される。ポート５０は配管５２を介して第二ウォータポンプ５３と連結される。
【００２３】
切換弁１２は、ハウジング１４の中心にスプール５６が配置され、配管３６と５４とがエンジン冷却ラインであり、配管４５が第２のラジエータ１０ラインに接続され、配管ライン２８が電動機６のポート２４に連結される。一方、配管２０は、インバータ４のポートである１５に連結される。また、５６ａ、５６ｂ、５６ｃがスプール５６の大径部、５６ｄ、５６ｅがスプール５６の小径部である。
【００２４】
切換弁１２は、ポートが５８ａ、５８ｂ、５８ｃ、５８ｄ、５８ｅを備えている。ポート５８ａは、配管２０と連結され、同時にチェック弁６０にも連結される。ポート５８ｂは、配管２８と連結される。ポート５８ｃは、配管３６と連結される。ポート５８ｄは、配管４５と連結される。ポート５８ｅは、配管５４と連結される。
【００２５】
スプール５６の両端は、キャップ６０ａ，６０ｂに収納されるとともに、スプール５６とキャップ６０ａとの間で油室６２が形成されている。油室６２にはソレノイドバルブ６４からのパイロット圧油が、ポート６６を介して供給される。キャップ６０ｂ内には、スプール５６を中立に復帰させるバネ６８が設けられている。
【００２６】
スプール５６が、図１では、バネ６８の無い側の端部に位置しており、この時、ポート５８ａはスプール５６の小径部５６ｄに対応し、ポート５８ｃはスプール５６の大径部５６ｂに対応するため、ポート５８ａとポート５８ｃはどのポートとも連通しない。一方、ポート５８ｂとポート５８ｄとはスプール５６の小径部５６ｅに対応するため、ポート５８ｂとポート５８ｄとは連通する。しかし、ポート５８ｅはスプール５６の大径部５６ｃに対応するため、ポート５８ｅは連通しない。
【００２７】
第２ウォータポンプ５３は、入力側が第２ラジエータ１０のポート５０と配管５２を介して連結し、配管７０を介してチェック弁６０と連結される。第２ウォータポンプ５３は、コントローラ７４と導線７６により電気的に接続される。チェック弁６０は、配管２０を介してインバータ４のポート１５と切換弁１２のポート５８ａに連結される。
【００２８】
温度センサ７８は、配管２０と連結されてその温度を計測する。また、温度センサ７８はコントローラ７４と電気的に連結される。また、コントローラ７４は、ソレノイドバルブ６４の電磁コイルに連結される。
【００２９】
ソレノイドバルブ６４は、切換弁１２のポート６６と配管８０を介して連結される。一方、ソレノイドバルブ６４は、タンク８２に連結されるタンクライン８４とパイロットポンプ８６に連結されるポンプライン８８と連結される。タンクライン８４とポンプライン８８の間にリリーフ弁９０が設けられる。パイロットポンプ８６もタンク８２に連結される。
【００３０】
以上、図１の状態における、本発明に係る温度制御装置２の動作について説明する。
【００３１】
この場合、環境温度が２０℃以上となった場合とする。制御対象機器の冷却液入口温度が２０℃以上になると、チェック弁６０とインバータ４との間の配管２０を通過する冷却液の温度を温度センサ７８が検出する。
【００３２】
この温度センサは、図３に示されるソレノイド弁制御線図に示されるように動作し、２０℃以上ではソレノイドバルブ６４はコントローラ７４によりＯＦＦ状態となる。０℃以下では、ソレノイドバルブ６４は、コントローラ７４によりＯＮ状態となる。但し、温度変化特性はヒステリシス特性を有しており、低温から高温に変化する際にソレノイドバルブ６４がオフになるのは２０℃まで上昇してＯＦＦ状態になるが、高温から低温に変化する際は、０℃まで下降してからＯＮになる。従って、０℃から２０℃の間でのＯＮ，ＯＦＦはそれまでの温度に依存する。
【００３３】
以上の特性を前提として、図１の制御対象機器の冷却液入口温度が２０℃以上になることにより、温度センサ７８は２０℃以上の温度を検出する。コントローラ７４は、温度センサ７８の検出した温度が２０℃以上であることから、ソレノイドバルブ６４は閉じられて、切換弁１２のスプール５６は現在の状態となる。すなわち、配管８０がタンク圧に低下するため、スプール５６は、バネ６８のスプリング力により図面上側に静止する。
【００３４】
一方、第２ウォータポンプ５３は、図４によれば、ソレノイドバルブ６４と逆の特性を有している。第２ウォータポンプ５３は、０℃以下ではコントローラ７４によりＯＦＦ状態となる。２０℃以上では、第２ウォータポンプ５３は、コントローラ７４によりＯＮ状態となる。但し、温度変化特性はヒステリシス特性を有しており、低温から高温に変化する際に第２ウォータポンプ５３がＯＮになるのは２０℃まで上昇してＯＮ状態になるが、高温から低温に変化する際は、０℃まで下降してからＯＦＦになる。従って、０℃から２０℃の間でのＯＮ，ＯＦＦはそれまでの温度に依存する。
【００３５】
以上の特性により第２ウォータポンプ５３は、２０℃以上でＯＮとなる。従って、第２ウォータポンプ５３の吐出する冷却液はチェック弁６０を押し開き、配管２０を介してインバータ４と電動機６とを冷却し、配管２８を介して切換弁１２のポート５８ｂに高温となって戻り、ポート５８ｄより配管４５を経由して第２のラジエータ１０に戻って冷却される。冷却された冷却液は配管５２を介して第２ウォータポンプ５３に戻って継続される。
【００３６】
一方、切換弁１２のポート５８ｃとポート５８ｅは閉じられているため、エンジン８からの冷却液は、他の装置には送られない。
【００３７】
引き続いて、図２を用いて、環境温度が０℃以下である場合の動作について説明する。
【００３８】
図２の制御対象機器の冷却液入口温度が０℃以下になることにより、温度センサ７８は０℃以下の温度を検出する。コントローラ７４は、温度センサ７８の検出した温度が０℃以下であることから、ソレノイドバルブ６４は開かれて、スプール５６は図２の状態である、高温時より図面下部に位置する。すなわち、配管８０がリリーフ弁で設定した圧力まで上昇するため、スプール５６は、バネ６８のスプリング力に勝って図面下側に静止する。このため、ポート５８ａとポート５８ｃがスプール５６小径部５６ｄに対応するため、両ポートが連通する。また、ポート５８ｂとポート５８ｅがスプール５６小径部５６ｄに対応するため、両ポートが連通する。また、第２ウォータポンプ５３は特性としてＯＦＦとなる。
【００３９】
従って、エンジン８の冷却液が配管３２と配管３６を介して、切換弁１２にポート５８ｃから入り、ポート５８ａからでて、配管２０を介してインバータ４と電動機６とを流れる。電動機のポート２４から流出した冷却液は配管２８を介して切換弁１２のポート５８ｂに流入し、ポート５８ｅより流出し、配管５４を介しサーモスタット弁３８を経由して第１ウォータポンプ４４に吸入され、流れが継続される。この時エンジン８内のシリンダ周辺に位置するウォータジャケット３０では、ウォータジャケット３０本体とエンジン冷却液との熱交換が行われる。この熱交換により冷却液が高温となり、切換弁１２を経由してインバータ４と電動機６とが暖められる。なお、それでも温度センサ７８において２０℃以上に上昇した時点で、第２ラジエータ１０に切り変わる。
【符号の説明】
【００４０】
２ 温度制御装置
４ インバータ
６ 電動機
８ エンジン
１０ 第２のラジエータ
１２ 切換弁
１４ ハウジング
１５ ポート
１６ ポート
２０ 配管
２２，２４ ポート
２６ 配管
２８ 配管
３０ ウォータジャケット
３２ 配管
３４ 第１のラジエータ
３６ 配管
３７ 配管
３８ サーモスタット弁
４０ 第１のラジエータ冷却用プロペラ
４２ 配管
４４ 第１ウォータポンプ
４５ 配管
４６ ポート
４８ 配管
５０ ポート
５２ 配管
５３ 第２ウォータポンプ
５６ スプール
３６、５４ 配管
５６ａ、５６ｂ、５６ｃ スプールの大径部、
５６ｄ、５６ｅ スプールの小径部
５８ａ、５８ｂ、５８ｃ、５８ｄ、５８ｅ ポート
６０ チェック弁
６０ａ，６０ｂ キャップ
６２ 油室
６４ ソレノイドバルブ
６６ ポート
６８ バネ
７０ 配管
７６ 導線
７４ コントローラ
７８ 温度センサ
８０ 配管
８２ タンク
８４ タンクライン
８６ パイロットポンプ
８８ ポンプライン
９０ リリーフ弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンを搭載した車両及び建設機械に搭載される電気機器或いは電子部品装置を適正な温度範囲に制御するために、前記電気機器或いは電子部品装置が第一の温度より低温の場合はエンジン冷却液の余熱を利用して前記電気機器或いは電子部品装置を暖め、前記電気機器或いは電子部品装置が第二の温度より高温の場合は、前記電気機器或いは電子部品装置を第一の温度と第二の温度の範囲に制御するために専用の冷却装置により冷却した冷却液で前記電気機器或いは電子部品装置を冷却するために、
温度センサの検出した温度に応じて切換弁を切り替えることで、前記電気機器或いは電子部品装置に連結する装置をエンジン冷却装置とするのか、専用の冷却装置とするのかを選択することによりいかなる環境温度下においても適正な温度範囲に制御することを特徴とする温度制御装置。
【請求項２】
切換弁は、温度センサと接続される制御部と接続されて温度センサが第二の温度より高温を検出した際にパイロットポンプの吐出する圧油を受けてスプールを駆動することで流路を変更することを特徴とする請求項１記載の温度制御装置。
【請求項３】
エンジンを搭載した車両及び建設機械に搭載される電気機器或いは電子部品装置を適正な温度範囲に制御する方法であって、前記電気機器或いは電子部品装置が第一の温度より低温の場合はエンジン冷却液の余熱を利用して前記電気機器或いは電子部品装置を暖め、前記電気機器或いは電子部品装置が第二の温度より高温の場合は、前記電気機器或いは電子部品装置を第一の温度と第二の温度の範囲に制御するために専用の冷却装置により冷却した冷却液で前記電気機器或いは電子部品装置を冷却するために、
温度センサの検出した温度に応じて切換弁を切り替えることで、前記電気機器或いは電子部品装置に連結する装置をエンジン冷却装置とするのか、専用の冷却装置とするのかを選択することによりいかなる環境温度下においても適正な温度範囲に制御することを特徴とする温度制御方法。
【請求項４】
切換弁は、温度センサと接続される制御部と接続されて温度センサが第二の温度より高温を検出した際にパイロットポンプの吐出する圧油を受けてスプールを駆動することで流路を変更することを特徴とする請求項３記載の温度制御方法。
【請求項１】
エンジンを搭載した車両及び建設機械に搭載される電気機器或いは電子部品装置を適正な温度範囲に制御するために、前記電気機器或いは電子部品装置が第一の温度より低温の場合はエンジン冷却液の余熱を利用して前記電気機器或いは電子部品装置を暖め、前記電気機器或いは電子部品装置が第二の温度より高温の場合は、前記電気機器或いは電子部品装置を第一の温度と第二の温度の範囲に制御するために専用の冷却装置により冷却した冷却液で前記電気機器或いは電子部品装置を冷却するために、
温度センサの検出した温度に応じて切換弁を切り替えることで、前記電気機器或いは電子部品装置に連結する装置をエンジン冷却装置とするのか、専用の冷却装置とするのかを選択することによりいかなる環境温度下においても適正な温度範囲に制御することを特徴とする温度制御装置。
【請求項２】
切換弁は、温度センサと接続される制御部と接続されて温度センサが第二の温度より高温を検出した際にパイロットポンプの吐出する圧油を受けてスプールを駆動することで流路を変更することを特徴とする請求項１記載の温度制御装置。
【請求項３】
エンジンを搭載した車両及び建設機械に搭載される電気機器或いは電子部品装置を適正な温度範囲に制御する方法であって、前記電気機器或いは電子部品装置が第一の温度より低温の場合はエンジン冷却液の余熱を利用して前記電気機器或いは電子部品装置を暖め、前記電気機器或いは電子部品装置が第二の温度より高温の場合は、前記電気機器或いは電子部品装置を第一の温度と第二の温度の範囲に制御するために専用の冷却装置により冷却した冷却液で前記電気機器或いは電子部品装置を冷却するために、
温度センサの検出した温度に応じて切換弁を切り替えることで、前記電気機器或いは電子部品装置に連結する装置をエンジン冷却装置とするのか、専用の冷却装置とするのかを選択することによりいかなる環境温度下においても適正な温度範囲に制御することを特徴とする温度制御方法。
【請求項４】
切換弁は、温度センサと接続される制御部と接続されて温度センサが第二の温度より高温を検出した際にパイロットポンプの吐出する圧油を受けてスプールを駆動することで流路を変更することを特徴とする請求項３記載の温度制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−７３５３３（Ｐ２０１３−７３５３３Ａ）
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１３５８６（Ｐ２０１１−２１３５８６）
【出願日】平成２３年９月２８日（２０１１．９．２８）
【出願人】（０００００３４５８）東芝機械株式会社 (843)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２８日（２０１１．９．２８）
【出願人】（０００００３４５８）東芝機械株式会社 (843)
【Ｆターム（参考）】
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