JP2004190615A - トルク特性切換装置および方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数のトルク特性が設定されたエンジン11を備えてなる車両に設置されるトルク特性切換装置であって、車両の運転状態に関する情報を検出する検出手段と、該検出手段からの情報に基づいて複数のトルク特性のうちいずれか一のトルク特性から他のトルク特性に切り換えるための情報を出力する情報出力手段21、22と、該情報出力手段からの情報に基づいて切り換えたトルク特性に対応する、エンジン11への燃料噴射量を演算し、該演算結果に基づいてエンジン11への燃料噴射量を制御する制御手段23とを備えてなる。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のトルク特性が設定されたエンジンを備えてなるホイールローダなど作業用車両に適用されるトルク特性切換装置および方法に関する。
【0002】
【従来技術】
ホイールローダなどの作業用車両に適用される従来のトルク特性切換装置は、エンジンへの燃料噴射量を制御してエンジンのトルクを制御するエレクトリック・コントロール・モジュールと、これに電気的に接続されるON/OFF式の切換スイッチなどから構成されている。上記エレクトリック・コントロール・モジュールには、ホイールローダの作業内容に応じた負荷に対応するために2つのトルク特性が予め設定されている。具体的には、これらのうち一のトルク特性が他のトルク特性に比べて同じエンジン回転速度に対して高いトルク値になるように設定されている。これにより、ホイールローダは、走行しているときのような通常の負荷の場合(ノーマルモード)および作業中に牽引力などを増加させる必要がある場合(パワーモード)に対応した運転が可能になっている。
【0003】
この構成では、例えば、オペレータがホイールローダの牽引力などを増加させる必要があると判断した場合には、オペレータは手動操作で切換スイッチをON状態にする。これにより、エレクトリック・コントロール・モジュールがトルク特性をノーマルモードからパワーモードに切り換え、このパワーモードに対応するトルク特性に従ってエンジンへの燃料噴射量を制御する。逆に、作業用車両が走行中などの場合には大きな牽引力などを必要としないので、オペレータは手動操作で切換スイッチをOFF状態にする。これにより、エレクトリック・コントロール・モジュールがトルク特性をパワーモードからノーマルモードに切り換え、このノーマルモードに対応するトルク特性に従ってエンジンへの燃料噴射量を制御する。
【0004】
ところで、かかる先行技術は文献公知発明に係るものでないため、記載すべき先行技術文献情報はない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように従来のトルク特性切換装置ではホイールローダの運転状態(作業内容)に応じてその都度オペレータが手動操作(切換スイッチの操作)を行う必要がある。このような操作をホイールローダの運転操作中に行うのは非常に煩わしいことである。そこで、この煩わしさを避けるためにホイールローダを運転操作している間パワーモードにすることも考えられる。しかしながら、ホイールローダはその作業内容によって必要な負荷が異なるので、常にパワーモードにすることは却って不必要な燃料を消費することとなり燃費を悪化させる。
【0006】
本発明は、以上の課題を解決するためになされたものであり、トルク特性を極めて容易に切り換えることができ、さらに省エネルギを実現することができるトルク特性切換装置および方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明装置は、上記の課題を解決するために、複数のトルク特性が設定されたエンジンを備えてなる車両に設置されるトルク特性切換装置であって、車両の運転状態に関する情報を検出する検出手段と、該検出手段からの情報に基づいて複数のトルク特性のうちいずれか一のトルク特性から他のトルク特性に切り換えるための情報を出力する情報出力手段と、該情報出力手段からの情報に基づいて切り換えたトルク特性に対応する、エンジンへの燃料噴射量を演算し、該演算結果に基づいてエンジンへの燃料噴射量を制御する制御手段とを備えてなることを特徴とする。
【0008】
この構成では、検出手段が車両の運転状態に関する情報を検出し、情報出力手段が前記情報に基づいて複数のトルク特性のうちいずれか一のトルク特性から他のトルク特性に切り換えるための情報を出力する。そして、制御手段が情報出力手段からの情報に基づいて切り換えたトルク特性に対応する、エンジンへの燃料噴射量を制御する。これにより、車両の運転状態に対応した運転が可能となる。すなわち、車両の負荷に応じた燃料がエンジンに噴射される。その結果、車両の燃費も良くなる。なお、上記複数のトルク特性は、同じエンジン回転速度に対するエンジンのトルク値が互いに異なるように予め設定されている。
【0009】
本発明方法は、複数のトルク特性が設定されたエンジンを備えてなる車両のトルク特性切換方法において、車両の運転状態に関する情報を検出する検出工程と、検出された情報に基づいて複数のトルク特性のうちいずれか一のトルク特性から他のトルク特性に切り換えるための情報を出力する情報出力工程と、該情報に基づいて切り換えたトルク特性に対応する、エンジンへの燃料噴射量を演算し、該演算結果に基づいてエンジンへの燃料噴射量を制御する制御工程とを備えてなることを特徴とする。
【0010】
上記検出手段が、車両の前進後退と速度段とを検出するように構成されることが好ましい。この構成では、オペレータが車両の作業内容に応じてシフトレバーを操作して前進後退および速度段を変えることにより、所定のトルク特性に切り換えることができる。例えば、オペレータがシフトレバーを前進一速(F1)に切り換えた場合に、本発明に係るトルク特性切換装置はこれに対応した所定のトルク特性に切り換える。これにより、従来のように車両の作業内容に応じてオペレータが手動操作で必要なトルク特性に切り換えるという手間を省くことができる。これは、車両の車速段をいわゆるマニュアル(手動変速)モードで切り換える場合に対応する。
【0011】
また、上記検出手段が、車両の前進後退と、車両の車速を変速するトランスミッションの出力軸の回転速度とを検出するように構成されることが好ましい。これにより、車両の車速などがアクセルペダルなどの踏み込みで自動的に設定される場合(いわゆる、オートマティック(自動変速)モード)に対応して、上記の車両の車速段に代えてトランスミッションの出力軸の回転速度を用いてトルク特性を切り換えることができる。なお、マニュアルモードとオートマティックモードとを選択することができる車両にあっては、車両の運転状態に関する情報として、車両の前進後退と、車速段または回転速度とを組み合わせたもののいずれかを選択してトルク特性を切り換えてもよい。
【0012】
また、上記情報出力手段が車両の車速段および前進後退を制御するトランスミッションコントローラに設けられることが好ましい。また、上記制御手段がエンジンへの燃料噴射量を制御するエレクトリック・コントロール・モジュールに設けられることが好ましい。これにより、トランスミッションコントローラおよびエレクトリック・コントロール・モジュールとは別体の情報出力手段および制御手段を設ける必要がないので、本発明に係るトルク特性切換装置を簡素化することができる。
【0013】
また、上記2つのトルク特性が、同じエンジン回転速度に対する両トルク特性のトルク値が互いに異なるように設定されていることが好ましい。これにより、車両の負荷が高いときに制御手段はトルク値の高いトルク特性に切り換え、エンジンに高いトルク値を出力させることができる。特に、ホイールローダのようにその負荷が作業内容により大きく変動する場合、本発明装置を用いればその負荷変動に追従した経済的な運転を行うことができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【0015】
図5は、本発明の実施の形態に係るトルク特性切換装置が適用されるホイールローダの側面図である。なお、ホイールローダはトルク特性切換装置が適用される車両の一例である。ホイールローダWLは車体Dを備え、車体Dの下部前方および下部後方に一対の車輪14がそれぞれ設けられている。車体Dの前方部にはアームAの基端部が回動自在に取り付けられ、アームAを昇降するアームシリンダACの一端部が車体Dの前方部に取り付けられ、その他端部がアームAの基端部側に取り付けられている。アームAの先端部にはバケットBが回動自在に取り付けられている。さらに、バケットBはレバーLを介して車体Dの前方部に回動自在に取り付けられたバケットシリンダBCに接続されている。このバケットシリンダBCによって図5中の矢符が示すようにバケットBを回動することができるようになっている。
【0016】
また、車体Dには、2つのトルク特性が設定された、動力を発生するエンジン11が搭載されている。エンジン11には、燃料をエンジン11に噴射する燃料噴射装置17および上記のアームシリンダACなどからなるアクチュエータ16に作動油を圧送する油圧ポンプ15が装着されている。また、エンジン11には、トルクコンバータ12を介してホイールローダWLの走行速度(車速)を変えるトランスミッション13が接続されている。トランスミッション13は車輪14に連結され、エンジン11から車輪14に動力を伝達している。さらに、車体DにはホイールローダWLの走行方向を変更するステアリングシリンダSCが設けられ、これにより車体Dが操舵される。
【0017】
また、車体Dには操作室ORが搭載され、この中には車体Dを操舵するステアリングS、トランスミッション13を操作するシフトレバー20、作業機としてのアームAおよびバケットBを操作する作業機操作レバーM、並びに、これらを操作することによってホイールローダWLの運転を制御する制御器が設けられている。
【0018】
上記のホイルローダWLは、主に土砂LDを掘削しこれを持ち上げダンプトラック(図示せず)などに積み込む作業を行う場合に使用される。一般的な掘削(突込みと掘り起こし)および積み込み作業の手順として、はじめに車体Dが土砂LDなどに向かって前進し、その駆動力(トルク)によってバケットBを土砂LDに突込ませる。この時、車体DおよびバケットBには土砂LDからの抵抗力が発生し、これに対抗するためアクチュエータ16を動かさない状態でホイルローダWLの車輪14に大きなトルクが必要となる。
【0019】
次に、土砂LDを掘り起こすためにバケットBをゆっくり上昇・回動させる。この時、車輪14には土砂LDからの抵抗力に対抗する大きなトルクが必要となり、アクチュエータ16には確実に土砂LDをバケットBに入れるための最大掘削力を発生させる作業能力(駆動力)が必要となる。
【0020】
そして、掘り起こし完了後、バケットBに積載した土砂LDを持ち上げ、ダンプトラックなどに積み込みを行う。この場合、作業効率の観点からアームAおよびバケットBをそれぞれ速く上昇および回動させる必要があるが、車輪14に必要なトルクは掘削時に必要なトルクに比べて小さい。
【0021】
以上のようにホイルローダWLの作業内容に応じて車輪14に必要なトルクおよびアクチュエータ16に必要な動力が異なるので、これらの状態に対応すべく本発明の実施の形態に係るトルク特性切換装置が使用される。以下、本発明の実施の形態に係るトルク特性切換装置について詳細に説明する。
【0022】
図1は、本発明の実施の形態に係るトルク特性切換装置の系統図である。トルク特性切換装置は、トランスミッションコントローラ(T/Mコントローラ)21、このトランスミッションコントローラ21に電気的に接続されるトルク特性切換スイッチ22、および、このトルク特性切換スイッチ22に電気的に接続されるエレクトリック・コントロール・モジュール(ECM)23を備える。なお、上記トランスミッションコントローラ21およびトルク特性切換スイッチ22が本発明の情報出力手段を構成し、エレクトリック・コントロール・モジュール23が本発明の制御手段を構成する。
【0023】
トランスミッションコントローラ21はシフトレバー20に配線20a、20bを介して接続されており、これにより、オペレータにより入力されたシフトレバー20からの車速段および前進後退の情報を受信する。また、トランスミッションコントローラ21はエンジン11の出力軸(図示せず)に設けられた回転速度センサ24に配線24aを介して接続されており、これにより、エンジン11の出力軸の回転速度を受信する。また、トランスミッションコントローラ21は配線25aを介してトランスミッション13の出力軸(図示せず)に設けられた車速センサ25に接続されており、これにより、トランスミッション13の出力軸の回転速度を受信する。なお、上記シフトレバー20、回転速度センサ24および車速センサ25が本発明の検出手段を構成する。
【0024】
さらに、トランスミッションコントローラ21は、配線21a、21bを介してトランスミッション13およびトルク特性切換スイッチ22にそれぞれ接続されている。これにより、トランスミッションコントローラ21はトランスミッション13に車速段および前進後退の情報を送信する。また、トランスミッションコントローラ21は、シフトレバー20からの前進後退および車速段、回転速度センサ24からの回転速度、並びに、車速センサ25からの回転速度などの情報に基づいてトルク特性を切り換えるための情報を、トルク特性切換スイッチ22を介してエレクトリック・コントロール・モジュール23に送信する。より具体的には、例えば、シフトレバー20がいわゆるマニュアル(手動変速)モードである場合、前進後退および車速段などの情報をトルク特性切換スイッチ22を介してエレクトリック・コントロール・モジュール23に送信する。また、シフトレバー20がいわゆるオートマティック(自動変速)モードである場合、マニュアルモードの速度段の情報に代えて車速センサ25からの回転速度の情報をトルク特性切換スイッチ22を介してエレクトリック・コントロール・モジュール23に送信する。
【0025】
上記トルク特性切換スイッチ22は、4つの接点AA、BB、CC、DDを備える。このうち接点AAは配線21aを介して上記トランスミッションコントローラ21に接続されている。接点BBは開放されており、接点CCはアースされている。接点DDは配線22aを介してエレクトリック・コントロール・モジュール23に接続されている。そして、トルク特性切換スイッチ22は接点DDと3つの接点AA、BB、CCのいずれか一つと電気的に接続することによって後述のエレクトリック・コントロール・モジュール23に予め設定されたトルク特性が切り替わるようになっている。これらのうち、接点BBまたは接点CCと接点DDとを接続する場合が従来のマニュアルモードであり、接点AAと接点DDと接続する場合がオートモードである。そして、マニュアルモードでは、接点BBと接点DDとを接続することによりOFF信号をエレクトリック・コントロール・モジュール23に出力する。同様に、接点CCと接点DDとを接続することによりON信号をエレクトリック・コントロール・モジュール23に出力する。一方、オートモードでは、トランスミッションコントローラ21がトルク特性切換スイッチ22を経由してON/OFF信号をエレクトリック・コントロール・モジュール23に出力する。
【0026】
上記エレクトリック・コントロール・モジュール23は配線23aを介して燃料噴射装置17に接続されている。また、エレクトリック・コントロール・モジュール23には、図2に示すようなトルク特性(トルクカーブ)に対応した、エンジン11への燃料噴射量が予め設定されている。図2はエンジン11のトルクカーブの一例を示しており、縦軸はエンジン11から車輪14に伝達されるトルクであり、横軸はエンジン回転速度である。図示するようにパワーモードのトルクカーブはノーマルモードのトルクカーブに比べて同じエンジン回転速度に対するエンジンのトルクが高く設定されている。図中の「無負荷時」のトルクカーブはホイールローダWLのアクチュエータ16を作動させない場合を示しており、「荷役、ステアリング操作時」のトルクカーブはアクチュエータ16を作動させた場合を示している。この場合、エンジン11の駆動力の一部分がアクチュエータ16に分配され、エンジン11から車輪14に分配される動力が少なくなるので、車輪14に伝達するトルクが小さくなっている。また、図中のトルクコンバータ吸収トルクカーブはエンジン11とトルクコンバータ12とを連結したときの性能曲線である。そして、トルクコンバータ吸収トルクカーブとトルクカーブとの交点A1〜A3が実際にエンジン11から車輪14に伝達されるトルクを示している。上記のエンジン11への燃料噴射量はこれらの交点A1〜A3に対応して設定されている。図示するように「荷役、ステアリング操作時」に、ノーマルモード(交点A1)からパワーモード(交点A2)に切り換えることによってエンジン11のトルクとエンジン回転速度とが上昇する。一方、「無負荷時」では、交点A3のようにノーマルモードからパワーモードに切り換えても(交点A3)エンジン11のトルクおよびエンジン回転速度は上昇しない。以上のようにホイールローダWLが大きなトルクを必要とするときに大きなトルクを出力することができるように設定されている。なお、図2に示すトルクカーブは一例である。
【0027】
そして、エレクトリック・コントロール・モジュール23は、上記トランスミッションコントローラ21またはトルク特性切換スイッチ22からのON/OFF信号に基づいてノーマルモードまたはパワーモードに切り換える。その後、エレクトリック・コントロール・モジュール23は、切り換えたモードに対応するエンジン11への燃料噴射量を演算し、その演算結果を燃料噴射装置17に出力する。この出力結果に基づいて燃料噴射装置17はエンジン11への燃料噴射量を制御する。
【0028】
なお、上記トルク特性切換スイッチ22がオートモードのみである場合には、トランスミッションコントローラ21とエレクトリック・コントロール・モジュール23とを直接接続しても構わない。これにより、トルク特性切換スイッチ22を省くことができ、本発明の実施の形態に係るトルク特性切換装置が簡素化される。
【0029】
次に、本発明の実施の形態に係るトルク特性切換装置の処理フローについて図3および図4に基づいて説明する。図3は、シフトレバー20からの車速段および前進後退の情報に基づいてトルク特性を切り換える場合の処理フローを示している。図4は、シフトレバー20からの前進後退と、シフトレバー20からの車速段または車速センサ25からのトランスミッション13の出力軸の回転速度との情報に基づいてトルク特性を切り換える場合の処理フローを示している。
【0030】
図3に基づいて、まずトルク特性切換スイッチ22がオートモードとされている(接点AAと接点DDが接続されている)か否かが調べられる(S1)。トルク特性切換スイッチ22がオートモードである場合、シフトレバー20からトランスミッションコントローラ21に入力されたホイールローダWLの走行方向が前進であるか否かが調べられる(S2)。さらに、シフトレバー20からトランスミッションコントローラ21に入力されたホイールローダWLの車速段が1速であるか否かが調べられる(S3)。シフトレバー20からトランスミッションコントローラ21に入力されたホイールローダWLの走行方向が前進であり、かつ車速段が一速である場合には、エレクトリック・コントロール・モジュール23がトルク特性をパワーモードに切り換える(S4)。
【0031】
ステップS1においてトルク特性切換スイッチ22がオートモードでない場合、すなわちマニュアルモードの場合には、さらにトルク特性切換スイッチ22がON状態(接点CCと接点DDが接続されている)またはOFF状態(接点BBと接点DDとが接続されている)のいずれであるかが判断される(S6)。トルク特性切換スイッチ22がON状態である場合には、エレクトリック・コントロール・モジュール23がトルク特性をパワーモードに切り換える(S4)。トルク特性切換スイッチ22がOFF状態である場合、エレクトリック・コントロール・モジュール23がトルク特性をノーマルモードに切り換える(S5)。
【0032】
ステップS2においてシフトレバー20からトランスミッションコントローラ21に入力されたホイールローダWLの走行方向が前進でない場合、エレクトリック・コントロール・モジュール23がトルク特性をノーマルモードに切り換える(S5)。同様に、ステップS3においてシフトレバー20からトランスミッションコントローラ21に入力されたホイールローダWLの車速段が1速でない場合、エレクトリック・コントロール・モジュール23がトルク特性をノーマルモードに切り換える(S5)。
【0033】
次に、図4に基づいて、ステップS1〜S6までは上述したとおりであるので、ここではステップS7〜S9について説明する。まず、ステップS1においてトルク特性切換スイッチ22がオートモードである場合、シフトレバー20がオートマティックモードであるか否かが調べられる(S7)。シフトレバー20がオートマティックモードである場合には、シフトレバー20からトランスミッションコントローラ21に入力されたホイルローダWLの走行方向が前進であるか否かが調べられる(S8)。ホイルローダWLの走行方向が前進である場合には、トランスミッションコントローラ21に入力された車速センサ25の計測値が所定値以下であるか否かが調べられる(S9)。ここで、所定値とは、マニュアルモードにおける車速段が1速である場合に相当する。
【0034】
ステップS9で車速センサ25の計測値が所定値以下である場合には、エレクトリック・コントロール・モジュール23がトルク特性をパワーモードに切り換える(S4)。車速センサ25の計測値が所定値を超える場合には、エレクトリック・コントロール・モジュール23がトルク特性をノーマルモードに切り換える(S5)。
【0035】
ステップS8においてホイルローダWLの走行方向が前進でない場合には、エレクトリック・コントロール・モジュール23がトルク特性をノーマルモードに切り換える(S5)。
【0036】
なお、本実施の形態では、選択しうるトルク特性を2つとしているが本発明ではかかる構成に限定されない。すなわち、選択し得るトルク特性を3つ以上としても構わない。そのために、例えば、エレクトリック・コントロール・モジュールに車速をパラメータとした3つ以上のトルク特性に対応する、エンジンへの燃料噴射量を予め設定する。これにより、エレクトリック・コントロール・モジュールは、車速センサからトランスミッションコントローラに入力された車速に基づいてトルク特性を所定のトルク特性に切り換えることができる。
【0037】
【発明の効果】
本発明によれば、トルク特性を極めて容易に切り換えることができ、さらに省エネルギを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係るトルク特性切換装置の系統図である。
【図2】本発明の実施の形態に係るトルク特性切換装置のトルクカーブの一例を示す図である。
【図3】本発明の実施の形態に係るトルク特性切換装置がシフトレバーからの車速段および前進後退の情報に基づいてトルク特性を切り換える場合の処理フロー図を示している。
【図4】本発明の実施の形態に係るトルク特性切換装置が、シフトレバーからの前進後退と、シフトレバーからの車速段または車速センサからのトランスミッションの出力軸の回転速度との情報に基づいてトルク特性を切り換える場合の処理フロー図を示している。
【図5】本発明の実施の形態に係るトルク特性切換装置が適用されるホイールローダの側面図である。
【符号の説明】
11 エンジン
12 トルクコンバータ
13 トランスミッション
20 シフトレバー
21 トランスミッションコントローラ
22 トルク特性切換スイッチ
23 エレクトリック・コントロール・モジュール
Claims (9)
- 複数のトルク特性が設定されたエンジンを備えてなる車両に設置されるトルク特性切換装置であって、
前記車両の運転状態に関する情報を検出する検出手段と、
該検出手段からの情報に基づいて前記複数のトルク特性のうちいずれか一のトルク特性から他のトルク特性に切り換えるための情報を出力する情報出力手段と、
該情報出力手段からの情報に基づいて切り換えたトルク特性に対応する、前記エンジンへの燃料噴射量を演算し、該演算結果に基づいてエンジンへの燃料噴射量を制御する制御手段とを備えてなることを特徴とするトルク特性切換装置。 - 前記検出手段が、車両の前進後退と速度段とを検出するように構成されている請求項1記載のトルク特性切換装置。
- 前記検出手段が、車両の前進後退と、車両の車速を変速するトランスミッションの出力軸の回転速度とを検出するように構成されている請求項1記載のトルク特性切換装置。
- 前記情報出力手段が前記車両の車速段および前進後退を制御するトランスミッションコントローラに設けられた、請求項1乃至3のいずれかに記載のトルク特性切換装置。
- 前記制御手段が前記エンジンへの燃料噴射量を制御するエレクトリック・コントロール・モジュールに設けられた、請求項1乃至4のいずれかに記載のトルク特性切換装置。
- 前記複数のトルク特性が、同じエンジン回転速度に対する両トルク特性のトルク値が互いに異なるように設定されている請求項1乃至5のいずれかに記載のトルク特性切換装置。
- 複数のトルク特性が設定されたエンジンを備えてなる車両のトルク特性切換方法において、
前記車両の運転状態に関する情報を検出する検出工程と、
検出された情報に基づいて前記複数のトルク特性のうちいずれか一のトルク特性から他のトルク特性に切り換えるための情報を出力する情報出力工程と、
該情報に基づいて切り換えたトルク特性に対応する、前記エンジンへの燃料噴射量を演算し、該演算結果に基づいてエンジンへの燃料噴射量を制御する制御工程とを備えてなることを特徴とするトルク特性切換方法。 - 前記検出工程が、車両の前進後退および速度段を検出する工程である請求項7記載のトルク特性切換方法。
- 前記検出工程が、車両の前進後退と、車両の車速を変速するトランスミッションの出力軸の回転速度とを検出する工程である請求項8記載のトルク特性切換方法。
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