JP2008223514A

JP2008223514A - スロットル装置

Info

Publication number: JP2008223514A
Application number: JP2007059737A
Authority: JP
Inventors: Takeo Shimizu; 武夫清水
Original assignee: Kayaba Industry Co Ltd
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2007-03-09
Filing date: 2007-03-09
Publication date: 2008-09-25

Abstract

【課題】走行ペダルの踏み込み角度とエンジンの出力の関係を、エンジンのスロットル装置の設定を変えることなく、任意に設定できるスロットル装置を提供すること。
【解決手段】運転者によって操作される走行ペダル１と、この走行ペダル１の動きに連動してエンジンの出力を調節するスロットルワイヤ５とを備えるスロットル装置であって、走行ペダル１の動きに連動するカム１５と、このカム１５に追従するフォロワ１６と、このフォロワ１６を車体２に対して回動可能に支持する揺動アーム１７とを備え、フォロワ１６にスロットルワイヤ５を連結し、カム１５の形状によって走行ペダル１の踏み込み角度とエンジンの出力の関係を任意に設定する構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、運転者によって操作される走行ペダルの動きに連動してエンジンの出力を調節するスロットル装置の改良に関するものである。

建設現場等で用いられるホイールローダは土砂の敷きならしや積み込みに用いられるものであるが、小型のホイールローダには走行装置の無段変速機として、ハイドロスタティックトランスミッション（以下ＨＳＴ）が搭載され、その制御方法としてはエンジン回転数（エンジン回転速度）が上昇するのに伴って車速が増加する制御、いわゆるオートモーティブ制御が用いられている。

この種のＨＳＴ車両にあっては、運転者によって走行ペダルが踏み込まれることにより、スロットルワイヤが引っ張られてエンジンの出力が高められるとともに、走行ペダルの踏み込み角度がポテンショメータによって検出され、ポテンショメータの検出信号に応じてＨＳＴの作動がオートモーティブ制御される。これにより、走行ペダルの踏み込み操作によってエンジン回転数が変えられるとともに、車両の走行速度が変えられるようになっている。

この種のオートモーティブ制御装置はホイールローダ等にしか使われていないのが現状であるが、製品のコストダウンが進むと、農用、軽土木、草刈り等の汎用に使われる小型トラクタ等の作業車に搭載することが見込まれる。そして、これら作業車のエネルギ消費を低減する観点からもオートモーティブ制御装置の普及が期待される。

特許文献１には、ＨＳＴの変速レバーやパワステレバーの操作にエンジンのアクセルレバーを追従させ、作業の状況に応じてエンジン回転数を自動的に必要な高さに上げ下げするコンバインやハーベスタのような作業車が開示されている。
特開２０００−１６１０９０号公報

ところで、従来の、ＨＳＴとギヤ式変速機を組み合わせて搭載する作業車にあっては、エンジンとＨＳＴの作動をオートモーティブ制御することが難しい。また、小型のトラクタの場合、ＨＳＴのみを搭載するものにあっても、オートモーティブ制御を行うものが少ないのが現状である。

オートモーティブの普及を難しくしている技術的な課題として、この種のトラクタのエンジンは大多数がまだ、機械式のガバナを採用している点にある。

個々の車両の特性に合ったオートモーティブにするためには、走行ペダルの動きを、スロットルワイヤを介してエンジンのスロットルドラム（エンジン出力調整手段）に伝えるスロットル装置において、走行装置の踏み角度とエンジンの出力の関係を任意に設定できるようにしなければならない。

このためには、例えば、エンジンに備えられる燃料噴射ポンプの設計変更等を必要とする。

しかし、これらのエンジンはＨＳＴ変速車とギヤ変速車が共通で使用していることが多く、ＨＳＴ変速車の都合だけでエンジン特性を変えることは難しい。

また、これらの小型トラクタは草刈りやロータリ作業機を一定のエンジン回転で駆動するために、手動のアクセルが付いている。

燃料噴射ポンプの設定を変更すると、手動アクセルの操作角度とエンジン回転の関係も変わってしまうという問題も発生する。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、走行ペダルの踏み込み角度とエンジンの出力の関係を、エンジンのスロットル装置の設定を変えることなく、任意に設定できるスロットル装置を提供することを目的とする。

本発明は、運転者によって操作される走行ペダルと、この走行ペダルの動きに連動してエンジンの出力を調節するスロットルワイヤとを備えるスロットル装置であって、走行ペダルの動きに連動するカムと、このカムに追従するフォロワと、このフォロワを車体に対して回動可能に支持する揺動アームとを備え、フォロワにスロットルワイヤを連結したことを特徴とするものとした。

本発明によると、カムの形状によって走行ペダルの踏み込み角度とエンジンの出力の関係を任意に設定することが可能となり、実機の用途に最適なオートモーティブ特性が得られる。

以下、本発明をＨＳＴ車両に適用した実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１に示すように、小型トラクタとして用いられるＨＳＴ車両は、エンジン３０の回転がＨＳＴ４０によって変速され、ＨＳＴ４０の出力回転がミッションディファレンシャルギヤ５０等を介して左右の車輪６０に伝えられる。

ＨＳＴ４０は例えば斜板式容量可変油圧ポンプと斜板式容量可変油圧モータを組合せたもので、サーボ機構を介して各斜板の傾転角度を変えることにより、油圧モータの出力回転速度を変え、車両の停止から前後進の最高速度まで無段変速する変速機である。

ＨＳＴ車両の運転席に設けられる操作手段として、走行ペダル１、アクセルレバー２８、インチングペダル２７等が設けられる。

走行ペダル１は運転者の足によって踏み込まれて操作されるものである。この走行ペダル１の動きに連動してエンジン３０の出力を調節するスロットルリンク機構として、エンジン３０の図示しないスロットルドラム（エンジン出力調節手段）と走行ペダル１とを連動させるスロットルワイヤ５及び図示しないリンク機構等が設けられ、運転者によって走行ペダル１が踏み込まれると、スロットルワイヤ５が引っ張られてエンジン３０の出力が高められる。

アクセルレバー２８は別のスロットルワイヤ２９を介してエンジン３０のスロットルドラムを駆動するものである。運転者によってアクセルレバー２８が回動されることにより、スロットルワイヤ２９が引っ張られてエンジン３０の出力が高められる。

スロットルワイヤ５とスロットルワイヤ２９の一方が引っ張られるとスロットルドラムが回動し、エンジン３０の出力が高められるようになっている。

インチングペダル２７はＨＳＴ４０の容量可変油圧ポンプと容量可変油圧モータをそれぞれ中立位置に戻して車両を減速する指令をするものであり、この場合ブレーキペダルとしても用いられる。インチングペダル２７が初期位置から所定のストローク範囲内で踏み込まれると、ＨＳＴ４０の容量可変油圧ポンプと容量可変油圧モータをそれぞれインチングペダル２７の踏み込み角度に応じて中立位置に戻す指令をするが、図示しないブレーキ装置を作動させない。一方、インチングペダル２７が初期位置から所定のストローク範囲を超えて踏み込まれると、ＨＳＴ４０の容量可変油圧ポンプと容量可変油圧モータをそれぞれインチングペダル２７の踏み込み角度に応じて中立位置に戻す指令を引き続いてするとともに、ブレーキ装置を作動させて車両を制動する。

インチングペダル２７の使用例として、例えばトラクタを微速走行させながらバケットを駆動して土砂をすくうローダ作業時に、運転者がインチングペダル２７と走行ペダル１を同時に踏み込むことにより、車速を落としながらエンジン３０の回転数が高められ、ブーム、アーム、バケット等を動かす油圧シリンダの動作が速くなる。

ＨＳＴ車両のコントロールユニット（ＥＣＵ）７０は、エンジン３０の回転数Ｎｅを検出する回転センサ３３、インチングペダル２７の踏み込み角度ｉを検出するインチングペダル角度センサ（ポテンショメータ）３４、ＨＳＴ４０に設けられる容量可変油圧ポンプと容量可変油圧モータの作動位置（斜板角度）を検出するポテンショメータ４１、４２等を入力し、エンジン回転数（エンジン回転速度）が上昇するのに伴って車速を増加させるオートモーティブ制御を行う。

図２、図３において、１はＨＳＴ車両の運転席に設けられる走行ペダルであり、５はエンジンのスロットルドラムを駆動するスロットルワイヤであり、運転者によって走行ペダル１が図２に矢印示す方向に踏み込まれることにより、スロットルワイヤ５が引っ張られてエンジンの出力が高められる。

走行ペダル１の踏み込み角度は図示しないポテンショメータによって検出され、図示しないコントローラはポテンショメータの検出信号に応じてＨＳＴの作動をオートモーティブ制御し、走行ペダル１の踏み込み操作によってエンジン回転数が変えられるとともに、車両の走行速度が変えられるようになっている。

走行ペダル１の基端部にはベース部材１１が複数のボルト１２を介して締結され、このベース部材１１が軸受部材１３を介して車体２の支持シャフト３に回動可能に支持される。走行ペダル１は図示しないスプリングによって図２、図３に示す中立位置に付勢されている。走行ペダル１の図示しない先端部には踏板が設けられており、運転者が踏板を踏み込むことにより走行ペダル１が図２に矢印で示す方向に回動する。

図示しないが、スロットルワイヤ５の先端部はエンジンのスロットルドラム（エンジン出力調節手段）に連結されており、スロットルドラムはリターンスプリングによってスロットルワイヤ５を引き込む戻し方向に付勢されている。走行ペダル１が踏み込まれると、スロットルワイヤ５が引っ張られ、スロットルドラムがリターンスプリングに抗して回動することにより燃料噴射ポンプの燃料噴射量調節機構を駆動し、エンジンの出力が高められる。

図２に示すように、スロットルワイヤ５を摺動可能に挿通させるガイドチューブ６が設けられ、このガイドチューブ６の端部外周に形成されたねじ部６ａがブラケット７に螺合して締結され、このブラケット７が複数のボルト８を介して車体２に締結される。

そして本発明の要旨とするところであるが、走行ペダル１に連結されるカム１５と、このカム１５に追従するフォロワ１６と、このフォロワ１６を車体２に対して回動可能に支持する揺動アーム１７とを備え、フォロワ１６にスロットルワイヤ５を連結し、カム１５の形状によって走行ペダル１の踏み込み角度とエンジンの出力の関係を任意に設定する構成とする。

カム１５は軸受部材１３を介してベース部材１１に固定され、走行ペダル１と共に支持シャフト３を中心に回動する。なお、これに限らず、カム１５を走行ペダル１またはベース部材１１に一体形成しても良い。

図４の（ａ）、（ｂ）に示すように、板状のカム１５はフォロワ１６が係合するカム面１５ａを有し、このカム面１５ａの形状によって走行ペダル１の踏み込み角度とスロットルワイヤ５の引き込み量の関係を任意に設定する。

このカム面１５ａは支持シャフト３の中心軸と平行に延びる曲面に形成され、フォロワ１６を円滑に転動させるようになっている。

スロットルドラムを付勢するリターンスプリングによってフォロワ１６はカム面１５ａに押し付けられる。

カム面１５ａの両端にはストッパ部１５ｂ、１５ｃがそれぞれ形成され、フォロワ１６が振動や衝撃等を受けてもフォロワ１６がストッパ部１５ｂ、１５ｃを乗り越えることがなく、カム面１５ａから外れないようになっている。

図３に示すように、揺動アーム１７の基端部は支持シャフト１８を介して車体２に回動可能に連結される。支持シャフト１８は車体２のスリーブ１９を貫通し、ピン２０を介して抜け止めがされる。

揺動アーム１７の支持シャフト１８と走行ペダル１の支持シャフト３とは互いに平行に延びるように配置され、揺動アーム１７と走行ペダル１が同一方向（車両の前後方向）に揺動する。

揺動アーム１７の揺動先端部には揺動シャフト２５が連結され、この揺動シャフト２５にフォロワ１６とスロットルワイヤ５がそれぞれ連結される。

フォロワ１６はボールベアリング２１のアウタレースとして設けられる。ボールベアリング２１のインナレースは揺動シャフト２５を介して揺動アーム１７の先端部に締結される。

揺動シャフト２５の先端部にスロットルワイヤ５の基端部に取り付けられたアイ金具２６が回動可能に連結される。

こうして揺動アーム１７の揺動先端部に揺動シャフト２５を介してフォロワ１６とスロットルワイヤ５がそれぞれ連結される。フォロワ１６とスロットルワイヤ５は揺動アーム１７を挟むように配置されている。

以上のように構成されて、次に作用及び効果について説明する。

図４の（ａ）、（ｂ）において、点Ｏ１は支持シャフト３の中心であり、走行ペダル１の揺動中心軸である。点Ｏ１７は支持シャフト１８の中心であり、揺動アーム１７の揺動中心軸である。

図４の（ａ）は、走行ペダル１がスプリングの付勢力により中立位置に保持された状態を示している。この中立状態において、フォロワ１６がカム面１５ａの上端部に当接し、揺動アーム１７が垂直方向に延び、スロットルワイヤ５はエンジンのスロットルドラムを介してリターンスプリングの付勢力により引き込まれる。この状態で、エンジンは燃料噴射量が最小値に調節され、アイドル運転を行う。

走行ペダル１がスプリングの付勢力に抗して踏み込まれると、図２に矢印で示すように、カム１５が走行ペダル１と共に点Ｏ１を中心に図中時計回り方向に回動し、揺動アーム１７が点Ｏ１７を中心に図中反時計回り方向に回動しながらフォロワ１６がカム面１５ａに転接して図中左方向に移動し、スロットルワイヤ５が引き出される。これによりエンジンは燃料噴射量が増加され、発生出力が高められる。

図４の（ｂ）は、走行ペダル１がスプリングの付勢力に抗して最大角度位置まで踏み込まれた状態を示している。この踏み込まれた状態において、フォロワ１６がカム面１５ａの下端部に当接し、揺動アーム１７は垂直線に対して所定角度で傾斜し、スロットルワイヤ５は所定量が引き出される。この状態で、エンジンはその出力が最大になる。

図５は本実施形態において走行ペダル１の踏み込み角度Ｐｄとエンジン回転数Ｎｅの関係を示す特性図である。この図５において、踏み込み角度Ｐｄが０〜２．５ｄｅｇ程度の範囲で踏み込み角度Ｐｄが変化してもエンジン出力が一定に保たれるエンジン出力一定領域が設定されるとともに、踏み込み角度Ｐｄが２．５ｄｅｇ程度以上の範囲で踏み込み角度Ｐｄの変化に応じてエンジン出力が変化するエンジン出力変化領域が設定される。このエンジン出力変化領域では踏み込み角度Ｐｄが大きくなるのに応じてエンジン回転数Ｎｅが略一次的に比例して上昇する。

ＨＳＴ車両のコントロールユニット７０は走行ペダル１の踏み込み角度Ｐｄが０〜２．５ｄｅｇのエンジン出力一定領域にてＨＳＴ４０の容量可変油圧ポンプと容量可変油圧モータをそれぞれ走行ペダル１の踏み込み角度Ｐｄに応じて中立位置に戻す指令をする。

図６はカム等を用いない従来装置において走行ペダルの踏み込み角度とエンジン回転数の関係を示す特性図である。踏み込み角度Ｐｄが０ｄｅｇ以上の範囲でエンジン回転数は踏み込み角度Ｐｄに応じて次第に増加するが、エンジン回転数と踏み込み角度Ｐｄが一次的に比例せず、山形の特性になっている。

すなわち、本発明のスロットル装置を用いることにより、図６に示す特性を図５に示す特性に変えることができる。そして、カム面１５ａの形状や揺動アーム１７の配置を変えることにより、燃料噴射ポンプ等の設計変更等をすることなく、走行ペダル１の踏み込み角度とエンジン出力の関係を任意に設定することができる。これにより、オートモーティブ制御が行われるＨＳＴ車両において、走行ペダル１の踏み込み角度に対するエンジン出力、車両速度の関係を実機の用途に最適なオートモーティブ特性が得られるように設定することができる。

以上のように、運転者によって操作される走行ペダル１と、この走行ペダル１の動きに連動してエンジンの出力を調節するスロットルワイヤ５とを備えるスロットル装置であって、走行ペダル１の動きに連動するカム１５と、このカム１５に追従するフォロワ１６と、このフォロワ１６を車体２に対して回動可能に支持する揺動アーム１７とを備え、フォロワ１６にスロットルワイヤ５を連結したため、カム１５の形状によって走行ペダル１の踏み込み角度とエンジンの出力の関係を任意に設定することが可能となり、実機の用途に最適なオートモーティブ特性が得られる。

また、エンジン３０の回転を車輪６０に伝達する変速比を可変とするＨＳＴ４０と、運転者によって操作される走行ペダル１と、この走行ペダル１の踏み込み角度Ｕに応じてＨＳＴ４０の変速作動を制御するＨＳＴ車両であって、スロットル装置は、図５に示すように、踏み込み角度Ｐｄが零から所定角度まで変化してもエンジン出力が一定に保たれるエンジン出力一定領域と、踏み込み角度Ｐｄの変化に応じてエンジン出力が変化するエンジン出力変化領域とを設けたため、エンジン出力一定領域にてエンジン回転数を一定（アイドル回転数）に保ちながらＨＳＴ４０を例えば中立位置に戻すことが可能となり、車両をスムーズに減速できる。

図５において、エンジン出力一定領域は不感帯として存在し、エンジン出力変化領域では踏み込み角度Ｐｄが大きくなるのに応じてエンジン回転数Ｎｅが略一次的に比例して上昇するため、エンジン回転数Ｎｅをきめ細かに操作することができる。これに対して図６の特性では走行ペダルを少し踏み込みだけでエンジン回転数Ｎｅが急変する。

なお、走行ペダル１は運転者に踏み込まれるものに限らず、運転者の手によって操作されるようにしても良い。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

本発明の実施の形態をＨＳＴ車両の構成図。同じくスロットル装置の側面図。同じくスロットル装置の正面図。同じくスロットル装置の動きを示す側面図。同じく走行ペダルの踏み込み角度とエンジン回転数の関係を示す特性図。従来例を示す走行ペダルの踏み込み角度とエンジン回転数の関係を示す特性図。

符号の説明

１走行ペダル
２車体
５スロットルワイヤ
１５カム
１６フォロワ
１７揺動アーム
２５揺動シャフト

Claims

運転者によって操作される走行ペダルと、この走行ペダルの動きに連動してエンジンの出力を調節するスロットルワイヤとを備えるスロットル装置であって、
前記走行ペダルの動きに連動するカムと、このカムに追従するフォロワと、このフォロワを車体に対して回動可能に支持する揺動アームとを備え、前記フォロワに前記スロットルワイヤを連結したことを特徴とするスロットル装置。
前記揺動アームの揺動先端部に揺動シャフトを連結し、この揺動シャフトに前記フォロワと前記スロットルワイヤをそれぞれ連結し、前記フォロワと前記スロットルワイヤを前記揺動アームを挟むように配置したことを特徴とする請求項１に記載のスロットル装置。
前記エンジンの回転を車輪に伝達する変速比を可変とするＨＳＴと、運転者によって操作される走行ペダルと、この走行ペダルの踏み込み角度に応じて前記ＨＳＴの変速作動を制御するＨＳＴ車両であって、前記揺動アームの踏み込み角度が零から所定角度まで変化してもエンジン出力が一定に保たれるエンジン出力一定領域と、前記揺動アームの踏み込み角度の変化に応じてエンジン出力が変化するエンジン出力変化領域とを設けたことを特徴とする請求項１または２に記載のスロットル装置。