JP2016155471A - Ｐｔｏシステム及びｐｔｏシステムの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】クラッチを接続状態に切り替えて内燃機関からＰＴＯ軸への動力の伝達を開始する場合に、接続時のエンジンストールの発生、接続時のショックの発生、及びクラッチの耐久性低下などを抑制できるＰＴＯシステム及びＰＴＯシステムの制御方法を提供する。
【解決手段】クラッチ１１ａを接続状態に切り替えて内燃機関１０からＰＴＯ軸１３への動力の伝達を開始する場合に、出力軸１２ａの回転加速度αｎが、予め設定された設定回転加速度αｎｃ未満の間は、若しくは、出力軸１２ａの回転数Ｎｅが、予め設定された設定回転数Ｎｅｃ未満の間は、半クラッチ状態とし、出力軸１２ａの回転加速度αｎが、設定回転加速度αｎｃ以上になったときには、若しくは、出力軸１２ａの回転数Ｎｅが、設定回転数Ｎｅｃ以上になったときには、クラッチ１１ａを完全に接続する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の動力の一部をクラッチ、トランスミッション、ＰＴＯ軸を介して架装設備に伝達するＰＴＯシステム及びＰＴＯシステムの制御方法に関する。

一般に、ディーゼルエンジン等の内燃機関を備えた車両は、エンジンの動力をトランスミッションを介して車輪に伝達することで走行する。このエンジンとトランスミッションの間には、通常、クラッチが配設され、クラッチの断接状態を切り替えることで、エンジンとトランスミッションの間の動力伝達を制御している。

ここで、消防車両やダンプカー等の大型車両には、消火用の放水作業や荷台の傾斜作業を行うための、すなわち、車両の走行以外の作業を行うための架装設備が設けられる。この架装設備においては、トランスミッションの出力軸にＰＴＯ（ＰＴＯ：パワー・テイク・オフ）軸に接続されて設けられており、ＰＴＯ使用時は、ＰＴＯ軸と出力軸の間を接続状態にして、エンジンの動力の一部を、エンジンとトランスミッションの間のクラッチを介して供給している。

しかしながら、クラッチを用いて、ＰＴＯ軸に出力軸が接続されている状態のトランスミッションをエンジンに接続する際に、架装設備の負荷が大きくＰＴＯ軸のトルクが大きいときに、一気にクラッチを接続すると、クラッチの断絶状態から接続状態への移行が速すぎて、エンジンストールが発生したり、接続時のショックが発生したりするという問題がある。また、クラッチをスリップが生じている半接状態にしておく時間が長いと、クラッチがスリップの発熱により徐々にダメージを受けて耐久性を低下させるという問題がある。

これに関連して、作業装置を伝動する動力取出軸の伝動を入切する動力取出クラッチにおいて、この動力取出軸が回転状態にあるときはこのクラッチ接続圧を全圧とし、この動力取出軸が回転停止状態から回転するときはクラッチ接続圧を減圧のもとに一定時間維持して回転伝動させてから全圧にしてクラッチ入りにすることで、過負荷状態などのクラッチ接続時も安全にして、クラッチスリップの少ない効率的な動力取り出しクラッチの伝動を行うトラクタの動力取出クラッチ制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、このトラクタの動力取出クラッチ制御装置では、クラッチ接続圧の減圧を一定時間維持し、作業装置が重負荷機種の場合は、この一定時間を長くしているが、作業装置のそのときの負荷に応じてクラッチ接続圧を設定していないので、接続時のエンジンストールの発生、接続時のショックの発生及びクラッチのスリップによる過熱の発生に対する対策において、更に向上できる余地が残されている。

特開平０１−１７５５３０号公報

本発明は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関の動力の一部を、クラッチを介してトランスミッションの出力軸に伝達して、該出力軸からＰＴＯ軸を介して架装設備に伝達するＰＴＯシステムにおいて、クラッチを接続状態に切り替えて内燃機関からＰＴＯ軸への動力の伝達を開始する場合に、エンジンストールの発生、接続時のショックの発生、及びクラッチの耐久性低下等を抑制できるＰＴＯシステム及びＰＴＯシステムの制御方法を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明のＰＴＯシステムは、内燃機関の動力の一部を、クラッチを介してトランスミッションの出力軸に伝達して、該出力軸からＰＴＯ軸を介して架装設備に伝達するＰＴＯシステムにおいて、当該ＰＴＯシステムを制御する制御装置が、前記クラッチを接続状態に切り替えて前記内燃機関から前記ＰＴＯ軸への動力の伝達を開始する場合に、前記出力軸の回転加速度が、予め設定された設定回転加速度未満の間は、若しくは、前記出力軸の回転数が、予め設定された設定回転数未満の間は、半クラッチ状態とし、前記出力軸の回転加速度が、前記設定回転加速度以上になったときには、若しくは、前記出力軸の回転数が、前記設定回転数以上になったときには、前記クラッチを完全に接続する制御を行うように構成される。

言い換えれば、ＰＴＯ軸へのトランスミッションの出力軸からＰＴＯの動力を取り出すシステムでクラッチを接続することで、トランスミッションのＰＴＯ軸への出力軸を回転させるＰＴＯシステムにおいて、この出力軸の回転を検知する機能を備え、この出力軸の回転状態を見ながらクラッチのつなぎ方を制御する。ＰＴＯ負荷が大きい場合は、早くクラッチをつなぐとエンジン回転数が低下してエンジンストールするため、ゆっくり接続させる。その場合、出力軸の回転の変化から、クラッチの伝達トルクをコントロールし、エンジン出力を確保する。また、ＰＴＯ負荷が小さくすぐに出力軸の回転数が上昇する場合は、上昇した時点で一気にクラッチを接続してスリップを防止する。

この構成によれば、架装設備を駆動するＰＴＯ軸が接続されているトランスミッションの出力軸に、前記クラッチを接続状態に切り替えて前記内燃機関から動力を伝達し始める場合に、架装設備の負荷がエンジンの出力より大きくて、出力軸の回転数がすぐには上がらず、回転加速度が予め設定された設定回転加速度未満の間は、半クラッチ状態とすることで、早く接続してエンジン回転数が低下してエンジンストールが発生するのを防止でき、また、半クラッチ状態を経てゆっくり接続することで、クラッチ接続によるショックを緩和できる。

また、エンジン出力が架装設備の負荷より大きくて、出力軸の回転数がすぐに上がるときには、半クラッチ状態から完全接続状態にすぐに移行して、半クラッチ状態で生じるスリップによる過熱を防止して、クラッチの耐久性低下を抑制することができる。

つまり、架装設備の負荷が大きいＰＴＯを安定して接続でき、また、負荷の小さいＰＴＯは一気に接続できる。

上記のＰＴＯシステムにおいて、前記制御装置が、前記半クラッチ状態においては、前記出力軸の回転加速度、若しくは、前記出力軸の回転数に応じて、クラッチの接続用の押圧力を制御するように構成されると、ＰＴＯ軸の負荷とエンジン出力との差を出力軸の回転加速度、若しくは、回転数で検知して、クラッチの接続用の押圧力を制御することにより、ＰＴＯ軸の負荷とエンジン出力との差に応じた伝達トルクとすることができ、エンジン側の負担の増加を回避しながら、クラッチを接続することができる。なお、このクラッチの接続用の押圧力の制御は、例えば、クラッチのソレノイドに流す電流の大きさを制御することなどにより、容易に行うことができる。

そして、上記の目的を達成するための本発明のＰＴＯシステムの制御方法は、内燃機関の動力の一部を、クラッチを介してトランスミッションの出力軸に伝達して、該出力軸からＰＴＯ軸を介して架装設備に伝達するＰＴＯシステムの制御方法において、前記クラッチを接続状態に切り替えて前記内燃機関から前記ＰＴＯ軸への動力の伝達を開始する場合に、前記出力軸の回転加速度が、予め設定された設定回転加速度未満の間は、若しくは、前記出力軸の回転数が、予め設定された設定回転数未満の間は、半クラッチ状態とし、前記出力軸の回転加速度が、前記設定回転加速度以上になったときには、若しくは、前記出力軸の回転数が、前記設定回転数以上になったときには、前記クラッチを完全に接続することを特徴とする方法である。

また、上記のＰＴＯシステムの制御方法において、前記半クラッチ状態においては、前記出力軸の回転加速度、若しくは、前記出力軸の回転数に応じて、クラッチの接続用の押圧力を制御する。

これらの方法によれば、上記のＰＴＯシステムと同様の作用効果を奏することができる。

本発明のＰＴＯシステム及びＰＴＯシステムの制御方法によれば、内燃機関の動力の一部を、クラッチを介してトランスミッションの出力軸に伝達して、該出力軸からＰＴＯ軸を介して架装設備に伝達するＰＴＯシステムにおいて、クラッチを接続状態に切り替えて内燃機関からＰＴＯ軸への動力の伝達を開始する場合に、架装設備の負荷、即ちＰＴＯ軸の負荷に応じて最適なクラッチ接続方法とクラッチの接続用の押圧力を選択しているので、接続時のエンジンストールの発生、ショックの発生、及び半クラッチ状態によるクラッチの耐久性低下等を抑制することができる。

本発明に係る実施の形態のＰＴＯシステムの構成の一例を示す図であり、第１のクラッチの接状態時の動力伝達経路を示す図である。 図１のＰＴＯシステムで、第２のクラッチの接状態時の動力伝達経路を示す図である。

以下、本発明に係る実施の形態のＰＴＯシステム及びＰＴＯシステム制御方法について、図面を参照しながら説明する。なお、ここでは、図１及び図２に示す、第１及び第２のクラッチ１１ａ、１１ｂを備えたデュアルクラッチ１１で説明するが、本発明は、このデュアルクラッチ１１に限定されず、１つのクラッチのみを備えた単クラッチのＰＴＯシステムにも適用できる。また、エンジン１０とトランスミッション１２との接続を第１のクラッチ１１ａで説明するが、第２のクラッチ１１ｂでエンジン１０とトランスミッション１２との接続を行う場合も、ほぼ同じであり、図示しないが、単クラッチでエンジンとトランスミッションとの接続を行う場合も、ほぼ同じである。

図１及び図２に示すように、本発明に係る実施の形態のＰＴＯシステム１は、エンジン（内燃機関）１０、第１のクラッチ１１ａ及び第２のクラッチ１１ｂで構成されるデュアルクラッチ１１、トランスミッション１２を順に配置して、このトランスミッション１２のカウンターシャフト１２ａにＰＴＯ軸１３を接続して、エンジン１０の動力Ｐの一部を、第１のクラッチ１１ａまたは第２のクラッチ１１ｂのいずれか一方、トランスミッション１２のカウンターシャフト１２ａ、ＰＴＯ軸１３を介して架装設備（図示しない）に伝達するシステムとして構成される。

ここで、エンジン１０の動力Ｐをデュアルクラッチ１１及びトランスミッション１２を介して車輪（図示しない）に伝達するときの動力伝達経路について説明する。第１のクラッチ１１ａ及び第２のクラッチ１１ｂの各断接状態は、エンジン１０の運転状態に応じて切り替えられるが、デュアルクラッチ１１を断絶状態から接続状態に切り替える場合においては、通常には、エンジン１０の動力Ｐを第１のクラッチ１１ａ、カウンターシャフト１２ａ、メインシャフト１２ｂを介して車輪（図示しない）に伝達する。ただし、トランスミッション１２の変速ギア段として直結ギア段を用いる場合には、第１のクラッチ１１ａを接続状態として、カウンターシャフト１２ａを介することなく、エンジン１０の動力Ｐを第１のクラッチ１１ａ、メインシャフト１２ｂを介して車輪に伝達する。

なお、図１及び図２では、エンジン１０とデュアルクラッチ１１の間に、トルクコンバータ１４が配設されているが、本発明は、このトルクコンバータ１４を設けない場合にも適用できて、後述する本発明の効果を奏することができる。

また、図１に示すように、第１のクラッチ１１ａを接続状態にしたときには、エンジン１０とカウンターシャフト１２ａの間の動力伝達を第１のギヤ減速比ＧＲ１で行うように構成し、図２に示すように、第２のクラッチ１１ｂを接続状態にしたときには、エンジン１０とカウンターシャフト１２ａの間の動力伝達を第１のギヤ減速比ＧＲ１より小さい第２のギヤ減速比ＧＲ２で行うように構成する。

また、ＰＴＯ制御システム１を制御する制御装置２０を設ける。この制御装置２０は、エンジン１０全般の運転状態を制御するエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）に組み込んでもよいし、独立して設けてもよい。

そして、本発明に係る実施の形態のＰＴＯシステム１は、エンジン１０の動力の一部を、第１のクラッチ（クラッチ）１１ａを介してトランスミッション１２のカウンターシャフト（出力軸）１２ａに伝達して、このカウンターシャフト１２ａを介して，架装設備（図示しない）を駆動するＰＴＯ軸１３へ伝達するシステムである。

このＰＴＯシステム１において、このＰＴＯシステム１を制御する制御装置２０は、第１のクラッチ１１ａを接続状態に切り替えてエンジン１０からＰＴＯ軸１３への動力の伝達を開始する場合に、カウンターシャフト１２ａの回転加速度αｎが、予め設定された設定回転加速度αｎｃ未満の間は、若しくは、カウンターシャフト１２ａの回転数Ｎｅが、予め設定された設定回転数Ｎｅｃ未満の間は、半クラッチ状態とする。一方、カウンターシャフト１２ａの回転加速度αｎが、設定回転加速度αｎｃ以上になったときには、若しくは、カウンターシャフト１２ａの回転数Ｎｅが、設定回転数Ｎｅｃ以上になったときには、第１のクラッチ１１ａを完全に接続する制御、即ち完接状態にする制御を行う。ここで、設定回転加速度αｎｃ及び設定回転数Ｎｅｃは、予め実験等により適切な値に設定しておく。

これにより、架装設備を駆動するＰＴＯ軸１３が接続されているトランスミッション１２のＰＴＯ軸１３への出力軸であるカウンターシャフト１２ａに、第１のクラッチ１１ａを接続状態に切り替えてエンジン１０から動力を伝達し始める場合に、架装設備の負荷がエンジン１０の出力より大きくて、カウンターシャフト１２ａの回転数Ｎｅがすぐには上がらず、回転加速度αｎが予め設定された設定回転加速度αｎｃ未満の間は、半クラッチ状態とすることで、早く接続してエンジン回転数が低下してエンジンストールが発生するのを防止でき、また、半クラッチ状態を経てゆっくり接続することで、クラッチ接続によるショックを緩和できる。

また、エンジン出力が架装設備の負荷より大きくて、カウンターシャフト１２ａの回転数Ｎｅがすぐに上がるときには、半クラッチ状態から完全接続状態（完接状態）にすぐに移行して、半クラッチ状態で生じるスリップによる過熱を防止して、第１のクラッチ１１ａの耐久性低下を抑制することができる。

さらに、制御装置２０は、半クラッチ状態においては、カウンターシャフト１２ａの回転加速度αｎ、若しくは、カウンターシャフト１２ａの回転数Ｎｅに応じて、第１のクラッチ１１ａの接続用の押圧力を制御するように構成される。この回転加速度αｎ、若しくは、回転数Ｎｅと、押圧力の関係は予め実験などにより求めておき、マップデータなどの形で、制御装置２０に記憶しておき、制御時に計測されたカウンターシャフト１２ａの回転加速度αｎ、若しくは、回転数Ｎｅから、このマップデータを参照して、押圧力が求められることになる。この第１のクラッチ１１ａの接続用の押圧力の制御は、例えば、第１のクラッチ１１ａのソレノイドに流す電流の大きさを制御することなどにより、容易に行うことができる
これにより、ＰＴＯ軸１３の負荷とエンジン出力との差をカウンターシャフト１２ａの回転加速度αｎ、若しくは、回転数Ｎｅで検知して、第１のクラッチ１１ａの接続用の押圧力を制御することにより、ＰＴＯ軸１３の負荷とエンジン出力との差に応じた伝達トルクとすることができ、エンジン側の負担の増加を回避しながら、第１のクラッチ１１ａを接続することができる。

次に、本発明の実施の形態のＰＴＯシステムの制御方法について説明する。このＰＴＯシステムの制御方法は、エンジン１０の動力の一部を、第１のクラッチ１１ａを介してトランスミッション１２のＰＴＯ軸１３への出力軸であるカウンターシャフト１２ａに伝達して、このカウンターシャフト１２ａからＰＴＯ軸１３を介して架装設備に伝達するＰＴＯシステムの制御方法である。

そして、第１のクラッチ１１ａを接続状態に切り替えてエンジン１０からＰＴＯ軸１３への動力の伝達を開始する場合に、カウンターシャフト１２ａの回転加速度αｎが、予め設定された設定回転加速度αｎｃ未満の間は、若しくは、カウンターシャフト１２ａの回転数Ｎｅが、予め設定された設定回転数Ｎｅｃ未満の間は、半クラッチ状態とする。一方、カウンターシャフト１２ａの回転加速度αｎが、設定回転加速度αｎｃ以上になったときには、若しくは、カウンターシャフト１２ａの回転数Ｎｅが、設定回転数Ｎｅｃ以上になったときには、第１のクラッチ１１ａを完全に接続する。

また、半クラッチ状態においては、カウンターシャフト１２ａの回転加速度αｎ、若しくは、カウンターシャフト１２ａの回転数Ｎｅに応じて、第１のクラッチ１１ａの接続用の押圧力を制御する。

本発明のＰＴＯシステム１及びＰＴＯシステムの制御方法によれば、エンジン１０の動力の一部を、第１のクラッチ１１ａを介してトランスミッション１２のＰＴＯ軸１３への出力軸であるカウンターシャフト１２ａに伝達して、このカウンターシャフト１２ａからＰＴＯ軸１３を介して架装設備に伝達するＰＴＯシステム１において、第１のクラッチ１１ａを接続状態に切り替えてエンジン１０からＰＴＯ軸１３への動力の伝達を開始する場合に、架装設備の負荷、即ちＰＴＯ軸１３の負荷に応じて最適なクラッチ接続方法と第１のクラッチ１１ａの接続用の押圧力を選択しているので、接続時のエンジンストールの発生、接続時のショックの発生、及び半クラッチ状態による第１のクラッチ１１ａの耐久性低下等を抑制することができる。

１ ＰＴＯシステム
１０ エンジン（内燃機関）
１１ デュアルクラッチ
１１ａ 第１のクラッチ
１１ｂ 第２のクラッチ
１２ トランスミッション
１２ａ カウンターシャフト（出力軸）
１２ｂ メインシャフト
１３ ＰＴＯ軸
１４ トルクコンバータ
２０ 制御装置
Ｐ エンジンの動力
ＧＲ１ 第１のギヤ減速比
ＧＲ２ 第２のギヤ減速比
Ｎｅ カウンターシャフトの回転数
Ｎｅｃ 設定回転数
αｎ カウンターシャフトの回転加速度
αｎｃ 設定回転加速度

Claims (4)

1. 内燃機関の動力の一部を、クラッチを介してトランスミッションの出力軸に伝達して、該出力軸からＰＴＯ軸を介して架装設備に伝達するＰＴＯシステムにおいて、
   当該ＰＴＯシステムを制御する制御装置が、
   前記クラッチを接続状態に切り替えて前記内燃機関から前記ＰＴＯ軸への動力の伝達を開始する場合に、
   前記出力軸の回転加速度が、予め設定された設定回転加速度未満の間は、若しくは、前記出力軸の回転数が、予め設定された設定回転数未満の間は、半クラッチ状態とし、前記出力軸の回転加速度が、前記設定回転加速度以上になったときには、若しくは、前記出力軸の回転数が、前記設定回転数以上になったときには、前記クラッチを完全に接続する制御を行うように構成されることを特徴とするＰＴＯシステム。
2. 前記制御装置が、前記半クラッチ状態においては、前記出力軸の回転加速度、若しくは、前記出力軸の回転数に応じて、クラッチの接続用の押圧力を制御するように構成される請求項１に記載のＰＴＯシステム。
3. 内燃機関の動力の一部を、クラッチを介してトランスミッションの出力軸に伝達して、該出力軸からＰＴＯ軸を介して架装設備に伝達するＰＴＯシステムの制御方法において、
   前記クラッチを接続状態に切り替えて前記内燃機関から前記ＰＴＯ軸への動力の伝達を開始する場合に、
   前記出力軸の回転加速度が、予め設定された設定回転加速度未満の間は、若しくは、前記出力軸の回転数が、予め設定された設定回転数未満の間は、半クラッチ状態とし、前記出力軸の回転加速度が、前記設定回転加速度以上になったときには、若しくは、前記出力軸の回転数が、前記設定回転数以上になったときには、前記クラッチを完全に接続することを特徴とするＰＴＯシステムの制御方法。
4. 前記半クラッチ状態においては、前記出力軸の回転加速度、若しくは、前記出力軸の回転数に応じて、クラッチの接続用の押圧力を制御する請求項３に記載のＰＴＯシステムの制御システム。

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