JP2009209948A - 作業車 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明では、無段変速機構を中立にして走行停止にした場合には、機体の停止状態を維持するようにすることを課題とする。
【解決手段】エンジン６の出力を無段変速機構１と多段ギア変速機構７を介して走行装置１０に伝動する作業車において、前記多段ギア変速機構７は油圧クラッチ部１１と副変速部３Ａとから構成し、作業車の前後進方向を決定する操作レバーＲの中立への操作で、前記無段変速機構１を中立にすると共に、前記多段ギア変速機構７の油圧クラッチ部１１又は副変速部３Ａのいずれか一方のクラッチを切にすべく制御することを特徴とする作業車の構成とする。
【選択図】図１０

Description

この発明は、コンバインやトラクタ等の作業車に関する。特に、走行速度の変速制御装置で、詳しくは無段で前後進に切換える無段変速機構と油圧変速クラッチで複数段に切換えるギア変速機構でエンジンの動力を走行装置に伝動するトランスミッションの変速制御に関するものである。

作業車のエンジンはディーゼルエンジンが用いられているが、このディーゼルエンジンは使用可能な回転数の幅が比較的狭いために、高出力回転数を維持したままで走行速度を種々の作業速度にするためにエンジンの回転を無段変速機構や多段ギア変速機構で変速して走行装置に伝動するようにしている。

例えば、特開２００５−３４３１８７号公報には、エンジンの回転を無段変速機構で変速して走行装置に伝動する構成で、走行目的によって無段変速機構の変速位置を保持して走行する第一走行状態と走行速度を保持して走行する第二走行状態とエンジンの回転数を保持して走行する第三走行状態とに伝動機構を切換制御する多目的作業車が記載されている。
特開２００５−３４３１８７号公報

エンジンの回転を無段変速機構で変速して走行装置に伝動する構成では、無段変速機構を前後進の中立にすることで動力の伝動が断たれて走行停止になるのであるが、無段変速機構の中立位置は非常に微妙な位置で、長時間の使用によって中立位置がずれてきて走行停止にしたつもりでも僅かに移動し続けることがある。

そこで、本発明では、無段変速機構を中立にして走行停止にした場合には、確実に停止状態を維持するようにすることを課題とする。

この発明は、上述の如き課題を解決するために、以下のような技術的手段を講じる。
即ち、請求項１記載の発明では、エンジン６の出力を無段変速機構１と多段ギア変速機構７を介して走行装置１０に伝動する作業車において、前記多段ギア変速機構７は油圧クラッチ部１１と副変速部３Ａとから構成し、作業車の前後進方向を決定する操作レバーＲの中立への操作で、前記無段変速機構１を中立にすると共に、前記多段ギア変速機構７の油圧クラッチ部１１又は副変速部３Ａのいずれか一方のクラッチを切にすべく制御することを特徴とする作業車とした。

この構成で、操作レバーＲを中立にすると、無段変速機構１と多段ギア変速機構７の油圧クラッチ部１１又は副変速部３Ａのいずれか一方のクラッチが共に中立となって、例え無段変速機構１が中立からずれていても、エンジン６から走行装置１０への動力伝動を断って走行停止になる。

また、請求項２記載の発明では、前記操作レバーＲの中立位置への移動後、僅かなタイムラグをもって、前記多段ギア変速機構７の油圧クラッチ部１１又は副変速部３Ａのいずれか一方のクラッチを切にすべく制御することを特徴とする請求項１に記載の作業車とした。

この構成で、操作レバーＲを前進から中立を経て後進にする場合や、逆に後進から前進に切換える場合には、無段変速機構１が中立を経るときに、多段ギア変速機構７の油圧クラッチ部１１又は副変速部３Ａのいずれか一方のクラッチの入り切り作動が無い。

請求項１記載の発明によると、操作レバーＲを中立にすると、無段変速機構１と多段ギア変速機構７の油圧クラッチ部１１又は副変速部３Ａのいずれか一方のクラッチが共に中立となって、無段変速機構１が中立からずれていても、エンジン６から走行装置１０への動力伝動を断って走行停止になるので、車体が不測に動く虞が無く安全である。

請求項２記載の発明によると、操作レバーＲを前進から中立を経て後進にする場合や、逆に後進から前進に切換える場合には、無段変速機構１が必ず中立を経て変速されるが、中立通過のたびに多段ギア変速機構７の油圧クラッチ部１１又は副変速部３Ａのいずれか一方のクラッチの入り切り作動が行われないので、クラッチ入切作動に伴う変速ショックが生じることなく、運転フィーリングを悪くしない。

次に、本発明の実施の形態について、具体的に構成された実施例について、図面を参照しつつ説明する。
本発明の適用対象となる多目的作業車は、その平面図（図２）と側面図（図１）に示すように、モノコックフレームに左右の前輪８，８と左右の後輪９，９からなる走行装置１０を操舵可能に支持し、一般的なトラクタの構成と前後を逆に、すなわち、エンジン６を機体後部に配置し、トランスミッション１４を機体前部に配置する。その機体前部に操縦部２ｄ、後部に荷台２ｔを構成し、かつ、作業機動力として機体前部にＰＴＯ軸１３を備え、また、機体中間位置に車高検出機構２ｈを下垂状に構成する。

また、操縦部２ｄには、その要部斜視図を図３に示すように、ハンドルコラム２ｃを立設してステアリングハンドルＳを設け、ハンドルコラム２ｃの左側部に前後進切換レバーＲ、ハンドルコラム２ｃの基部にはその右側位置にＨＳＴペダル５、左側位置にブレーキペダル１２等の操作手段をそれぞれ配置する。

トランスミッション１４は、後に詳述するように、「ＨＳＴ」と略称する静油圧式無段変速機構１および多段ギア変速機構７を直列に内設して前後輪８，９とＰＴＯ出力軸１３に駆動力を伝動する。前後進切換レバーＲを操作してＨＳＴペダル５を踏むと、エンジン６からの動力はトランスミッション１４内の無段変速機構１で変速され、さらに、多段ギア変速機構７で変速されて、後輪９，９のみまたは、後輪９，９と前輪８，８の両方に伝達され、機体は前進または後進する。多段ギア変速機構７は、油圧クラッチ部１１と副変速部３Ａから構成されている。

また、ブレーキペダル１２を踏むと前輪８，８と後輪９，９のディスクブレーキ（図示せず）を作動させるとともに、ＨＳＴの可変油圧ポンプのトラニオン軸を中立に戻し、ＨＳＴの定量油圧モータからの出力を停止する。また、ＨＳＴペダル５とブレーキペダル１２を同時に踏むとブレーキペダル１２を優先する。

ＰＴＯ軸１３には各種の作業機を接続して多目的作業を可能とする。例えば、路上清掃機を設けて路上清掃を行ったり、芝刈機を付けて芝刈作業を行ったり、雪掻機を設けて除雪などの作業を行う。

次に、ミッションケース１４の内部構造を図４乃至図７で説明する。
ミッションケース１４は、図４に示す如く、前ケース１５、繋ぎケース１６、中間ケース１７、後ケー一ス１８の４つの中空ケースを連結した構成で、後ケース１８に軸支した入力軸１９にエンジン６の駆動力が入力し、この入力軸１９の回転がインプットケース２０内の増速ギア２１，２２で第一中継軸２３へ伝動し、さらに増速ギア２４，２５で増速され、この増速ギア２５に無段変速機構１の油圧入力軸３８をスプライン嵌合している。

繋ぎケース１６は従来の前ケース１５と中間ケース１７を連結してミッションケース１４を長くするもので、前ケース１５と中間ケース１７及び後ケース１８を従来のミッションケースと共用化することで製作コストを低く出来る。

増速ギア２１，２２と増速ギア２４，２５を内装するインプットケース２０は、高速走行を可能にするためにエンジン６の出力回転を増速するために設けるもので、従来のトラクタのミッションケース１４内に伝動機構を収納可能にしている。このインプットケース２０は図６に示す如く、密封ケースにしてミッションケース１４の外部へ通じる給油管からオイルを給油するようにすれば、増速ギア２１，２２，２４，２５の修理の際にミッシ
ョンケース１４内のオイルを抜かずにインプソトケース２０のみを取り外せるので、作業が楽になる。

無段変速機構１の内部では油圧変速により出力を大きく無段階で変速して、ＰＴＯ駆動軸２６と走行駆動軸２７の二つの軸へ出力する。
ＰＴＯ駆動軸２６にはＰＴＯギア軸２８を連結し、このＰＴＯギア軸２８のギア２９と第二中継軸３０に遊嵌したギア３１を噛み合わせ、このギア３１をＰＴＯ軸３２に装着したＰＴＯクラッチ３４のギア３３に噛み合わせている。ＰＴＯクラッチ３４はギア３３からＰＴＯ軸３２への回転伝動を断続する。

ＰＴＯ軸３２にはＰＴＯ延長軸３５を連結し、このＰＴＯ延長軸３５のギア３６をＰＴＯ出力軸１３にスプライン嵌合したクラッチギア３７に噛み合わせてＰＴＯ出力軸１３を駆動している。（図４参照）
ＰＴＯクラッチ３４の詳細を図７に示しているが、クラッチ入ではクラッチ盤８８が繋がってケーシング８６が回転して伝動するが、クラッチ切では戻しバネ８７の圧でクラッチ盤８８が離れてケーシング８６をフリーにする。この時にケーシング８６の付き回りを防ぐ為に繋ぎケース１６のボス部８１に当接する係止リング８５をケーシング８６の外周に装着している。

走行駆動軸２７には第三中継軸３９を連結し、この第三中継軸３９に固着したギア４０ヘギア４１，４２を噛み合わせて第四中継軸４３に伝動する。第四中継軸４３にはメインギア軸４４を連結している。

メインギア軸４４には、大ギア４５と中ギア４６を一体的に固着し、このメインギア軸４４の延長上にサブギア軸４７を分離して回転可能に軸支している。このサブギア軸４７には小ギア４８と大ギア７４及び走行伝動ギア７５を一体的に固着している。従って、大ギア４５と中ギア４６は同一回転をし、小ギア４８と大ギア７４は後述するクラッチギア７７からの回転を受ける。（図７参照）
大ギア４５はクラッチ軸４９に装着した高速油圧クラッチ５１のギア５０と噛み合い、中ギア４６はクラッチ軸４９に装着した低速油圧クラッチ５２のギア５３と噛み合い、メインギア軸４４の回転をクラッチ軸４９へ高速或いは低速で伝動する。

クラッチ軸４９の延長上にスプライン軸７６をスプライン嵌合し、このスプライン軸７６にクラッチギア７７をスプライン嵌合して、クラッチ軸４９の回転をクラッチギア７７に伝動している。また、クラッチ軸４９を支持する繋ぎケース１６のボス部８１にはクラッチ軸４９の油圧孔に通じる油圧用孔８２，８３，８４を設けて、高速油圧クラッチ５１と低速油圧クラッチ５２に作動油を送るようにしている。

クラッチギア７７には大ギア７８と小ギア７３を形成し、大ギア７８が前記サブギア軸４７の小ギア４８に噛み合って増速伝動して高速ギアクラッチ３ａを構成したり、小ギア７９がサブギア軸４７の大ギア７４に噛み合って減速伝動して低速ギアクラッチ３ｂを構成したり、大ギア７８と小ギア７３が共に游転して動力切になるようにして高低ギア変速クラッチ３を構成している。

サブギア軸４７の走行伝動ギア７５は、スプライン軸７６に遊嵌したべベルギア軸６２にスプライン嵌合した走行ギア５６に噛み合ってベベルギア軸６２を駆動している。ベベルギア軸６２のべベルギア６３が前輪８の車軸へ装着したベベルギアへ駆動力を伝動するのである。

ベベルギア軸６２は、高速油圧クラッチ５１からクラッチギア７７の大ギア７８とサブギア軸４７の小ギア４８への伝動による四速か、高速油圧クラッチ５１からクラッチギア７７の小ギア７３とサブギア軸４７の大ギア７４への伝動による三速か、低速油圧クラッチ５２からクラッチギア７７の大ギア７８とサブギア軸４７の小ギア４８への伝動による二速か、低速油圧クラッチ５２からクラッチギア７７の小ギア７３とサブギア軸４７の大ギア７４への伝動による一速かのどれかで回転することになる。

高速油圧クラッチ５１と低速油圧クラッチ５２と高低ギア変速クラッチ３を多段ギア変速機構７という。
また、ベベルギア軸６２の回転は、走行ギア５６からＰＴＯ軸３２に装着した大小ギア５９の小ギア部５７へ伝動し、さらに大ギア部５８に噛み合う後輪駆動軸６１のクラッチギア６０で適宜に後輪９へ駆動力を伝動可能にしている。

走行ギア５６は、ベベルギア軸６２に伝動すると共に大小ギア５９を介して後輪駆動軸６１へ伝動しているので、伝動構成を単純化して前後に長くなるのを防いでいる。
尚、高速油圧クラッチ５１と低速油圧クラッチ５２はコントローラからの制御信号によりソレノイドを介してどちらかを入に保持するのであるが、ブレーキペダル１２の踏み込みを検出するスイッチを設けて、このスイッチの踏込み信号で高速油圧クラッチ５１と低速油圧クラッチ５２のソレノイドへの電力を断って両クラッチ５１，５２をニュートラルにするようにしている。このニュートラルの状態でブレーキを作用することで素早く停止でき、ギア変速クラッチ３の切換えがスムースに行える。

図８は、変速レバー４を示し、変速溝６５を中央のニュートラル位置Ｎから前後位置Ｈ，Ｌに回動することで、前記の副変速部３Ａのギア変速クラッチ３を高速ギアクラッチ３ａが入り状態、又は低速ギアクラッチ３ｂが入り状態に変速する。この変速レバー４のグリップ６６の頭部に設ける増速ボタン６７を押すと、油圧クラッチ部１１の高速油圧クラッチ５１を入り動作し、減速ボタン６８を押すと低速油圧クラッチ５２を入り動作する。

また、変速溝６５には変速レバー４の位置を検出するセンサ７０Ｈ，Ｌを設けて、変速レバー４が低速位置Ｌから高速位置Ｈに移動すると高速油圧クラッチ５１が入であっても切にして、低速油圧クラッチ５２が入になって三速になり、高速位置Ｈから低速位置Ｌに移動すると低速油圧クラッチ５２が入であっても切にして、高速油圧クラソチＹＨが入になって二速になるようマイコン制御を行っている。

なお、高速油圧クラッチ５１を入りにする場合には、ＨＳＴペダル５が３／４以上踏込まれて無段変速機構が高速であれば一旦低速にして変速ショックを低減させる。また、変速レバー４が低速位置Ｌで滅速ボタン７３を押すと一速になり、変速レバー４が高速位置Ｈで増速ボタン７２を押すと四速になる。

図９は、マイクロコンピュータ１００による走行変速制御の制御ブロック図である。
マイクロコンピュータ１００へ入力インターフェース１０１を介して入力するデータ信号は、ペダルポジションセンサ１０３によるＨＳＴペダル５の踏込み位置信号と、ＨＳＴトラニオンポジションセンサ１０４からの無段変速機構１の変速を行うトラニオン軸の回動位置信号と、シャトル前進スイッチ１０５とシャトル後進スイッチ１０６による前後進切換レバーＲの前後進位置信号と、一速切換手動スイッチ１０７と二速切換手動スイッチ１０８による一、二速切換信号と、変速レバーＬスイッチ７０Ｌと変速レバーＨスイッチ７０Ｈによる変速レバー４の高低切換信号と、車速センサ１１１による走行速度信号と、エンジン回転センサ１０９からのエンジン回転信号と、モータ電流センサ１１０からのトラニオン軸を駆動するモータの電流値である。

マイクロコンピュータ１００から出力インターフェース１０２を介して出力する制御信号は、無段変速機構１のトラニオン軸を駆動するモータを作動するＨＳＴトラニオン正転リレー１１２に対する正転信号とＨＳＴトラニオン逆転リレー１１３に対する逆転信号とＨＳＴトラニオン駆動リレー１１４に対する駆動信号と、一速切換ソレノイド１１５と二速切換ソレノイド１１６に対する変速切換信号と、クラッチ圧設定ソレノイド１１７に対する高速油圧クラッチ５１と低速油圧クラッチ５２の作動圧信号と、４ＷＳ切換ソレノイドＡ１１８と４ＷＳ切換ソレノイドＢ１１９と４ＷＳ切換ソレノイドＣ１２０に対する切換信号である。

図１０は、前後進切換レバーＲの中立への操作による自動制御のフローチャートで、ステップＳ１でデータを読込み、ステップＳ２で前後進切換レバーＲが中立かの判定を行い、この判定がＹＥＳであればステップＳ３でＨＳＴ１を中立にしてステップＳ４で一定時間（２，３秒）経過したかの判定を行い、この判定がＹＥＳであればステップＳ５で油圧クラッチ（高速油圧クラッチ５１と低速油圧クラッチ５２）を中立にしてリターンする。ステップＳ２とステップＳ４の判定がＮＯであればそのままでリターンする。

図１１は、変速レバー４の変速制限制御で、ステップＳ１１でデータを読込み、ステップＳ１２で変速レバー４を中立から低速（Ｌ）に操作したかの判定を行い、ＹＥＳであればステップＳ１３で多段ギア変速機構７を四速(Ｈ２)に変速する。この判定がＮＯであればステップＳ１３の処理をパスする。さらに、変速レバー４を中立から高速（Ｈ）に操作したかの判定を行い、ＹＥＳであればステップＳ１５で多段ギア変速機構７を三速(Ｈ１)に変速する。この判定がＮＯであればステップＳ１５の処理をパスする。

図１２は、同じく変速レバー４の変速制限制御で、ステップＳ２１でデータを読込み、ステップＳ２２で変速レバー４を三速から四速に操作したかの判定を行い、ＹＥＳであればステップＳ２３で後輪操舵ＲＷＳ或いは四輪操舵４ＷＳかの判定を行い、ＹＥＳであればステップＳ２４で車速が零かの判定を行い、ＹＥＳであればステップＳ２５で多段ギア変速機構７が四速に変速し、ステップＳ２６で前輪操舵ＦＷＳにする。

ステップＳ２２の判定がＮＯであれば何もせずにリターンし、ステップＳ２３の判定がＮＯであればステップＳ２５の処理に移行する。
図１３は、無段変速機構１のトラニオン軸を駆動するモータの駆動電流Ｐの出力状態を示している。駆動電流Ｐは大きなサイクルでオンＴ１とオフＴ２を繰り返して駆動力の変更を行っているが、このオンＴ１時間内にも細かなオンｔａとオフｔｂを繰り返し、オン時間の割合すなわちデューティ比を変更している。

そして、トラニオン軸の回転出力が一定範囲ではオン時間Ｔ１のデューティ比を固定し、回転出力が一定範囲以下になると増加補正値をデューティ比に加え、回転出力が一定範囲以下になると減少補正値をデューティ比から減算して制御する。この増加補正値と減少補正値は、増速時と減速時で別々の値を持っている。なお、デューティ比の補正は、エンジン回転数が一定以下で増速出力中には補正を行わない。

オン時間Ｔ１のデューティ比を１００％にしてもトラニオン軸の回転出力を一定範囲に収められない場合には、オン時間Ｔ１そのものを長くする。この状態で駆動力を減少する場合には、まずオン時間Ｔ１を短くしてその後にデューティ比を低下させる。このデューティ比低下の際に最低値を設定してそれ以下にはしない。

なお、ＨＳＴトラニオンポジションセンサ１０４やトラニオン軸駆動モータが異常の場合には、デューティ比の補正を行わない。
さらに、油圧オイルクーラの冷却ファンは、エンジンキーをオンしてエンジンが起動するまでの間で所定時間逆回転して油圧オイルクーラに付着した塵を吸引して取り除くようにしている。なお、逆回転の時間内にエンジンを起動すれば、直ちに冷却ファンを正転して油圧オイルクーラの冷却を開始する。

本実施例の多目的作業車の全体側面図である。 本実施例の多目的作業車の全体平面図である。 本実施例の多目的作業車の一部斜視図である。 ミッションケースの全体断面図である。 ミッションケースの部分拡大断面図である。 ミッションケースの部分拡大断面図である。 ミッションケースの部分拡大断面図である。 一部の拡大斜視図である。 制御のブロック図である。 制御のフローチャート図である。 制御のフローチャート図である。 制御のフローチャート図である。 モータの駆動電力チャート図である。

符号の説明

１ 無段変速機構（ＨＳＴ）
３Ａ 副変速部
７ 多段ギア変速機構
６ エンジン
１０ 走行装置（前輪８、後輪９）
１１ 油圧クラッチ部
Ｒ 操作レバー（前後進切換レバー）

Claims (2)

1. エンジン（６）の出力を無段変速機構（１）と多段ギア変速機構（７）を介して走行装置（１０）に伝動する作業車において、前記多段ギア変速機構（７）は油圧クラッチ部（１１）と副変速部（３Ａ）とから構成し、作業車の前後進方向を決定する操作レバー（Ｒ）の中立への操作で、前記無段変速機構（１）を中立にすると共に、前記多段ギア変速機構（７）の油圧クラッチ部（１１）又は副変速部（３Ａ）のいずれか一方のクラッチを切にすべく制御することを特徴とする作業車。
2. 前記操作レバー（Ｒ）の中立位置への移動後、僅かなタイムラグをもって前記多段ギア変速機構（７）の油圧クラッチ部（１１）又は副変速部（３Ａ）のいずれか一方のクラッチを切にすべく制御することを特徴とする請求項１に記載の作業車。

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