JP2009275893A - 作業車両のエンジンオーバラン防止装置 - Google Patents

Abstract

【課題】減速力が急に落ちてしまうような感覚を運転者に与えることなく、エンジンのオーバランを防止することのできる作業車両のエンジンオーバラン防止装置を提供する。
【解決手段】エンジン２と変速装置５との間の動力伝達経路に介設されるモジュレートクラッチ４１のクラッチ力を制御するモジュレートクラッチ制御手段（３０，４２）を備える作業車両のエンジンオーバラン防止装置であって、このモジュレートクラッチ制御手段（３０，４２）は、エンジン回転数Ｎｅがエンジンオーバラン閾値Ｎｓ（＝Ｎｏ−ｎ）で推移するようモジュレートクラッチ４１のクラッチ力を制御するものとする（Ｓ２〜Ｓ６）。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えばホイールローダやダンプトラック、モータグレーダ等の作業車両の降坂時におけるエンジンのオーバランを防止する作業車両のエンジンオーバラン防止装置に関するものである。

従来、ロックアップクラッチを搭載した作業車両の降坂時に、エンジンの回転数が許容回転数以上になると、ロックアップクラッチをＯＦＦ作動させてエンジン逆駆動力を低減することにより、エンジンのオーバランを防止するようにした技術が知られている（特許文献１参照）。

特開平７−１７９１３７号公報

しかしながら、この特許文献１に係る技術では、ロックアップクラッチのＯＦＦ作動により、エンジンのオーバランを防止することができる一方で、急にエンジンブレーキ力が低下されるため、減速力が急に落ちてしまうような感覚を運転者に与えてしまうという問題点がある。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、減速力が急に落ちてしまうような感覚を運転者に与えることなく、エンジンのオーバランを防止することのできる作業車両のエンジンオーバラン防止装置を提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するために、本発明による作業車両のエンジンオーバラン防止装置は、
エンジンと変速装置との間の動力伝達経路に介設されるクラッチのクラッチ力を制御するクラッチ制御手段を備える作業車両のエンジンオーバラン防止装置であって、
前記クラッチ制御手段は、エンジンの回転数が最大許容回転数よりも低い所定の回転数となるように、前記クラッチのクラッチ力を制御することを特徴とするものである（第１発明）。

本発明において、前記所定の回転数は、前記クラッチが半係合状態で長時間滑っても焼き付かない回転数に設定されるのが好ましい（第２発明）。

本発明において、前記クラッチはモジュレートクラッチであるものとすることができる（第３発明）。

本発明によれば、エンジン逆駆動力の増大に伴いエンジンがオーバランしそうになると、エンジンと変速装置との間の動力伝達経路に介設されるクラッチのクラッチ力制御によって、エンジンの回転数が最大許容回転数よりも低い所定の回転数（エンジンオーバラン閾値）となるようにされるので、エンジンオーバラン閾値でのエンジンブレーキ力を作業車両に作用させながらエンジン回転数がエンジンオーバラン閾値を超えて上昇するのを抑えることができる。したがって、減速力が急に落ちてしまうような感覚を運転者に与えることなく、エンジンのオーバランを防止することができるという効果がある。

ここで、エンジンオーバラン閾値を、クラッチが半係合状態で長時間滑っても焼き付かない回転数に設定することにより、クラッチの焼き付きを未然に防ぐことができる。

ところで、モジュレートクラッチは、作業車両に特有のクラッチであり、作業機の速度を低下させずに車速を低下させるために設けられるものであるために、変速装置内の変速クラッチよりも半係合状態で使われる頻度が高い。そのため、モジュレートクラッチは、通常、変速装置内の変速クラッチよりも熱負荷に強いものが用いられる。そこで、エンジンと変速装置との間の動力伝達経路に介設されるクラッチとして、モジュレートクラッチを用いる構成を採用することにより、エンジンのオーバランを長期に亘って安定的に防止することができる。

次に、本発明による作業車両のエンジンオーバラン防止装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下に述べる実施の形態は、作業車両としてホイールローダに本発明が適用された例であるが、これに限定されるものではなく、ダンプトラックやモータグレーダ等の作業車両にも本発明を適用することができる。

図１には、本発明の一実施形態に係る作業車両のパワートレインの概略システム構成図が示されている。

図１に示されるパワートレイン１においては、エンジン２からの動力が、トルクコンバータ３およびトランスミッション４よりなる変速装置５に入力され、変速装置５から作業車両の前後に配置の各デファレンシャル装置６および図示されない終減速装置を介して作業車両の前後左右に設けられる車輪７に伝達されるようになっている。

エンジン２には、油圧ポンプ８が接続されている。この油圧ポンプ８から吐出される圧油は、操作弁９を介して図示されない作業機を駆動する油圧アクチュエータ１０に供給され、該作業機による掘削・積込作業等が行われるようになっている。

トルクコンバータ３は、入力要素としてエンジン２に連結されるポンプインペラ１１と、出力要素としてトランスミッション４に連結されるタービンランナ１２と、これらポンプインペラ１１とタービンランナ１２との間に設けられる反動要素としてのステータ１３より構成されている。このトルクコンバータ３には、ポンプインペラ１１とタービンランナ１２とを係合／開放する油圧作動式のロックアップクラッチ１４と、ステータ１３の一方向のみの回転を許容するワンウェイクラッチ１５とが付設されている。

トランスミッション４は、前後進各４段変速のトランスミッションであって、図示省略される歯車列（遊星歯車列や平行軸歯車列等）により形成される前進走行段１６、後進走行段１７、１速速度段１８、２速速度段１９、３速速度段２０および４速速度段２１を備えて構成されている。このトランスミッション４においては、各走行段１６，１７および各速度段１８，１９，２０，２１に対応する油圧作動式の変速クラッチ２２，２３，２４，２５，２６，２７が設けられており、これら各変速クラッチ２２〜２７の係合／開放の組み合わせの切り替えにより、前後進の切り替えや、速度段の切り替え等の変速動作が行われるようになっている。

エンジン２には、電子制御燃料噴射装置２８が付設されており、この電子制御燃料噴射装置２８に与えられる燃料スロットル開度信号に応じてエンジン回転数が制御されるになっている。また、エンジン２には、エンジン回転数を検出するエンジン回転数センサ２９が付設されており、このエンジン回転数センサ２９からのエンジン回転数検出信号はマイクロコンピュータを主体に構成されるコントローラ３０に送られる。

図示されない作業車両運転室には、アクセル装置３１が設置されている。このアクセル装置３１にはアクセル開度センサ３２が付設されており、このアクセル開度センサ３２によって検出されるアクセル開度検出信号はコントローラ３０に送られる。コントローラ３０は、アクセル開度センサ３２からのアクセル開度検出信号に基づいて燃料スロットル開度を演算し、その演算結果に応じた燃料スロットル開度信号を電子制御燃料噴射装置２８に向けて出力する。こうして、アクセル装置３１の操作により、エンジン２の回転数が調整される。

コントローラ３０とロックアップクラッチ１４との間には、コントローラ３０からのクラッチ油圧指令信号に応じてロックアップクラッチ１４のクラッチ油圧を制御するロックアップクラッチ制御弁３３が設けられている。ロックアップクラッチ１４のクラッチ油圧が制御されることにより、ポンプインペラ１１とタービンランナ１２との係合／開放状態が制御される。

コントローラ３０と各変速クラッチ２２，２３，２４，２５，２６，２７との間には、コントローラ３０からのクラッチ油圧指令信号に応じて各変速クラッチ２２，２３，２４，２５，２６，２７のクラッチ油圧を制御する変速クラッチ制御弁３４，３５，３６，３７，３８，３９が設けられている。こうして、エンジン２からトルクコンバータ３を介してトランスミッション４に入力される動力を、各走行段１６，１７や各速度段１８〜２１において各変速クラッチ２２〜２７により、伝達したり、遮断したりすることができるようになっている。

トランスミッション４には、その出力軸の回転数を検出するトランスミッション出力軸回転数センサ４０が付設されている。コントローラ３０には、車速に基づく自動変速マップが予め記憶されている。そして、コントローラ３０は、トランスミッション出力軸回転数センサ４０からのトランスミッション出力軸回転数検出信号に基づいて車速を演算し、その演算結果で得られる車速と自動変速マップとから選択すべき速度段を判断し、この判断に基づいて変速クラッチ制御弁３６〜３９を介して変速クラッチ２４〜２７の係合、開放を制御する。したがって、コントローラ３０は、車速と自動変速マップとに基づいて、現在、トランスミッション４が１速〜４速のいずれの速度段にあるかを判断することができる。

エンジン２とトルクコンバータ３との間の動力伝達経路途中には、エンジン２とトルクコンバータ３との間の動力を伝達したり遮断したりする油圧作動式のモジュレートクラッチ４１が設けられている。このモジュレートクラッチ４１とコントローラ３０との間には、コントローラ３０からのクラッチ油圧指令信号に応じてモジュレートクラッチ４１のクラッチ油圧を制御するモジュレートクラッチ制御弁４２が設けられている。

図示されない作業車両運転室には、モジュレート操作ペダル４３が設置されている。このモジュレート操作ペダル４３にはその踏込み量を検出するペダル踏込み量検出センサ４４が付設されており、このペダル踏込み量検出センサ４４によって検出されるペダル踏込み量検出信号はコントローラ３０に送られる。コントローラ３０は、ペダル踏込み量検出センサ４４からのペダル踏込み量検出信号に基づいてクラッチ油圧指令値を演算し、その演算結果に応じたクラッチ油圧指令信号をモジュレートクラッチ制御弁４２に向けて出力する。こうして、モジュレート操作ペダル４３の踏込み操作量に応じてモジュレートクラッチ４１のクラッチ力が調整される。

モジュレートクラッチ４１は作業車両に特有のクラッチであり、作業機の速度を低下させずに車速を低下させるために設けられる。油圧ポンプ８はモジュレートクラッチ４１を介さずにエンジン２に接続される。モジュレートクラッチ４１を滑らせることにより、油圧ポンプ８の回転速度を維持したままトランスミッション４への入力回転数を低下させることができる。

モジュレートクラッチ４１は、作業機の速度を低下させずに車速を低下させるために設けられるものであるために、トランスミッション４内の変速クラッチ２２〜２７よりも半係合状態で使われる頻度が高い。そのため、モジュレートクラッチ４１は、通常、トランスミッション４内の変速クラッチ２２〜２７よりも熱負荷に強いものを用いる。

次に、コントローラ３０に格納されているエンジンオーバラン防止プログラムの処理内容について、ロックアップクラッチ１４のＯＮ作動によるロックアップモードで坂道を前進走行で下る降坂動作を例に主に図２のフローチャートを用い、適宜図３のタイムチャートを参照して説明する。なお、図２中記号「Ｓ」はステップを表わす。

（ステップＳ１の処理内容）
ステップＳ１において、コントローラ３０は、車速と変速マップとに基づいてトランスミッション４の現在の速度段が最高速度段（４速速度段）であるか否かを判断するとともに、現在、モジュレートクラッチ４１をＯＮ作動、すなわちエンジン２とトルクコンバータ３との間の動力がモジュレートクラッチ４１により完全に伝達されるよう該モジュレートクラッチ４１のクラッチ油圧を所定圧力Ｐｓｅｔにまで高めるクラッチ油圧指令信号をモジュレートクラッチ制御弁４２に送信しているか否かを判断する。
コントローラ３０は、トランスミッション４の現在の速度段が最高速度段でかつ現在モジュレートクラッチ４１がＯＮ作動状態であると判断したとき、ステップＳ２の処理を実行する。

（ステップＳ２の処理内容）
ステップＳ２において、コントローラ３０は、アクセル開度センサ３２からのアクセル開度検出信号に基づいてアクセル開度が０であるか否かを判断する。
コントローラ３０は、アクセル開度が０であると判断したとき、ステップＳ３の処理を実行する。
一方、コントローラ３０は、アクセル開度が０よりも大きいと判断したとき、フローを終了する。

（ステップＳ３の処理内容）
ステップＳ３において、コントローラ３０は、エンジン回転数センサ２９からの信号に基づいて、現在のエンジン回転数Ｎｅが最大許容回転数Ｎｏよりも所定回転数ｎだけ低い回転数（エンジンオーバラン閾値Ｎｓ）を超えたか否かを判断する。
最大許容回転数Ｎｏは、エンジン２が強度的に許容できる最大の回転数である。
エンジンオーバラン閾値Ｎｓは、モジュレートクラッチ４１が半係合状態で長時間滑っても焼き付かない回転数であり、設計的に予め定めた値である。
コントローラ３０は、現在のエンジン回転数Ｎｅがエンジンオーバラン閾値Ｎｓを超えた（Ｎｅ＞Ｎｏ−ｎ）と判断したとき、ステップＳ４の処理を実行する。
一方、Ｎｓを超えていないと判断したときには、ステップＳ２へ戻る。

（ステップＳ４の処理内容）
ステップＳ４において、コントローラ３０は、モジュレートクラッチ４１のクラッチ油圧を所定圧力ΔＰだけ低めるクラッチ油圧指令信号をモジュレートクラッチ制御弁４２に送信する。
これにより、エンジン回転数Ｎｅがエンジンオーバラン閾値Ｎｓを超えた時刻ｔ_１直後において、モジュレートクラッチ４１が動力伝達可能に滑動され、図３（ｂ）に示されるように、エンジン回転数の上昇が迅速に抑えられる。

（ステップＳ５の処理内容）
次いで、ステップＳ５において、コントローラ３０は、現在のエンジン回転数Ｎｅがエンジンオーバラン閾値Ｎｓを下回ったか否かを判断する。
コントローラ３０は、現在のエンジン回転数Ｎｅがエンジンオーバラン閾値Ｎｓを下回った（Ｎｅ＜Ｎｏ−ｎ）と判断したとき、ステップＳ６の処理を実行する。
一方、Ｎｓを下回っていないと判断したときには、ステップＳ２に戻る。

（ステップＳ６の処理内容）
ステップＳ６において、コントローラ３０は、モジュレートクラッチ４１のクラッチ油圧を所定圧力ΔＰだけ高めるクラッチ油圧指令信号をモジュレートクラッチ制御弁４２に送信する。
ステップＳ６の処理が終了すると、ステップＳ２へ戻る。

以上のステップＳ２〜ステップＳ６の処理を繰り返し実行することにより、降坂時、車輪７から伝達される力により駆動されるエンジン２の回転数Ｎｅが、エンジンオーバラン閾値Ｎｓに一致するよう制御される（図３（ｂ）参照）。
下り坂区間が終了すると、運転者はアクセル装置３１を操作するため、ステップＳ２を経てフローは終了する。

したがって、エンジンオーバラン閾値Ｎｓでのエンジンブレーキ力を作業車両に作用させながらエンジン回転数Ｎｅがエンジンオーバラン閾値Ｎｓを超えて上昇するのを抑えることができ、減速力が急に落ちてしまうような感覚を運転者に与えることなく、エンジン２のオーバランを防止することができる。

本実施形態において、コントローラ３０およびモジュレートクラッチ制御弁４２を含む構成が、本発明における「クラッチ制御手段」に相当する。
なお、本実施形態においては、モジュレートクラッチ４１のクラッチ力を制御することによりエンジンオーバランを防止する例を示したが、エンジンと変速装置との間の動力伝達経路に介設されるクラッチであれば、必ずしもモジュレートクラッチでなくても良い。しかし、モジュレートクラッチは、通常、トランスミッション内の変速クラッチよりも熱負荷に強いものが用いられるため、本発明のエンジンオーバラン防止装置に適用するのにモジュレートクラッチは好適である。
本実施形態においては、ロックアップクラッチを搭載した作業車両に本発明が適用された例を示したが、ロックアップクラッチの有無に関係なく本発明を適応することができるのは言うまでもない。

以上、本発明の作業車両のエンジンオーバラン防止装置について、一実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。

本発明の一実施形態に係る作業車両のパワートレインの概略システム構成図 エンジンオーバラン防止プログラムの処理内容を説明するフローチャート エンジンオーバラン防止動作のタイムチャート

符号の説明

１ パワートレイン
２ エンジン
３ トルクコンバータ
４ トランスミッション
５ 変速装置
３０ コントローラ
４１ モジュレートクラッチ
４２ モジュレートクラッチ制御弁

Claims (3)

1. エンジンと変速装置との間の動力伝達経路に介設されるクラッチのクラッチ力を制御するクラッチ制御手段を備える作業車両のエンジンオーバラン防止装置であって、
   前記クラッチ制御手段は、エンジンの回転数が最大許容回転数よりも低い所定の回転数となるように、前記クラッチのクラッチ力を制御することを特徴とする作業車両のエンジンオーバラン防止装置。
2. 前記所定の回転数は、前記クラッチが半係合状態で長時間滑っても焼き付かない回転数に設定されることを特徴とする、
   請求項１に記載の作業車両のエンジンオーバラン防止装置。
3. 前記クラッチはモジュレートクラッチであることを特徴とする、
   請求項１または２に記載の作業車両のエンジンオーバラン防止装置。

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