JP3739825B2 - エンジン馬力制限装置及びその作動方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、電子制御内燃エンジンに関し、より詳しくはエンジン馬力を減少させて最大トルクコンバーター出力を制限し、変速機その他の伝達機構部品が高トルクレベルにさらされるのを防止する燃料ラック制限装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジン、トルクコンバーター、変速機、駆動ライン、車軸、土工用具を有する大型装置その他の機械装置では、エンジンのパワー出力を伝達機構部品のトルク性能と調和させることが重要である。例えば、もしエンジンが伝達機構部品の定格を超えるパワーを出すと、伝達機構部品が劣化し、予想より速く故障する。しかし、エンジンとトルクコンバーターのパワー出力を超えるパワー定格の伝達機構部品を選ぶと、伝達機構部品のコストが増大する。従って、エンジンとトルクコンバーターのパワー出力を伝達機構部品のトルク定格に近く調和させると好都合である。
公知なように、トルクコンバーターの最大トルク出力は、エンジン速度とトルクコンバーターの出力速度に伴い変化する。変速機その他の伝達機構部品内で生じるトルクは、エンジン速度、トルクコンバーターの出力速度、変速機ギア比の関数である。理想的には、変速機の部品がトルクコンバーターの最大トルク出力を受け入れられるように変速機を選択するべきである。しかし、最大トルク出力は、エンジン出力速度の狭い帯域で又は特定のギア比で起こる可能性がある。他の速度又は他のギア比では、変速機部品のトルクはそれより小さい。これらの速度とギア比に対しては、より安い部品を選択することが可能である。従って、用途によっては変速機と伝達機構部品の最大トルクを減少させるため、あるギアの選択と速度のとき、エンジンが発生できるパワーの量を制限するのが好ましい。こうするとより安価な変速機部品を使用することができる。
【０００３】
変速機のギア選択により、エンジンパワー出力を制限する従来技術の制御器は公知である。このような制御器は、エンジンのパワーが必要な他の装置がなくても、車両とその他の装置で満足に作動する場合もある。例えば、ホイールローダーや他の土工用具を有する装置では、装置は一般的にエンジンが動力を供給する油圧装置により動力を供給される。この場合、エンジンにより発生するパワーが、変速機でなく油圧装置に必要である場合がある。従って、もしパワーが全て変速機にかかると、最大のエンジンパワーでは、変速機部品に損害を与える例がある。しかし、もしエンジンパワーの少なくとも一部が油圧装置に進路を変えられると、最大エンジンパワーが適当であるかもしれない。エンジンパワーを制限する従来技術の制御器は、油圧装置にパワーが必要であることを考慮していない。１つの解決法は、油圧装置のパワー要求を検知するための圧力変換器又は他の装置を含ませることである。しかし、これらのセンサーは高価である。すでに車両に在るセンサーを使用し、油圧装置の要求を補償することができ、過度のトルクレベルが起こるときエンジンパワーを減少させる装置を持つようにするのが好ましい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、過度のトルクレベルが起こるとき、エンジンパワーを減少させる装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の１態様では、エンジンのパワー出力を制限する装置が開示される。該装置は、電子制御器、エンジンの燃料ラック、所望のギア比を示す複数の位置に位置させることができるギア選択レバーを備える。エンジン速度センサーが、前記電子制御器に接続され、前記エンジンに取り付けられている。電子制御器は、ギア選択レバーが所定の位置にあり、かつエンジン速度信号が所定の第１エンジン速度値を超えるとき、最大エンジンパワーを制限する。
本発明の他の態様では、内燃エンジンに使用するエンジン制御装置が開示される。エンジン制御装置は、燃料放出手段とギア選択器に接続された電子制御器を含む。エンジン速度センサーは、電子制御器に接続されている。エンジンの電子制御器は、ギア選択器が所定の位置にあり、かつエンジン速度信号が所定の第１エンジン速度値を超えるとき、最大燃料放出を制限する燃料放出コマンドを発生する。
本発明のさらに他の態様では、内燃エンジンの燃料放出ラックのソレノイド制御のプランジャーのストップ部材の制御方法が開示される。制御方法は、選択したギア比を決め、エンジン速度信号を測定し、エンジン速度信号が所定のエンジン速度値を超え、かつ選択したギア比が所定のギア比に対応するとき、ソレノイド制御されるプランジャーのストップ部材を消磁することを含む。
【０００６】
本発明の他の利点、目的は、図面発明の詳細な説明、特許請求の範囲を読めば、分かるであろう。
【０００７】
【実施例】
まず図１を参照すると、本発明の馬力制限エンジン制御装置50の実施例が示されている。この実施例では、燃料噴射ポンプ組立体10を備える。燃料噴射ポンプ組立体10は、通常の方法で駆動される複数のポンプ11を有し、燃料を個々の複数のエンジンシリンダー（図示せず）に供給するのが好ましい。制御ラック（ラックバー）12がポンプ11をガバナー13に作動的に結合する。制御ラック12は、後述するように位置する延長部14を有し、エンジンに送ることのできる燃料の最大量を制限する。可動ストップ部材16が、ソレノイド18のような制御手段に作動的に接続されている。可動ストップ部材16は、伸びている、即ちハウジング20と制御ロッド23の肩部22の間の配置されたバネ19のような手段で第１位置に付勢される。ソレノイド駆動回路45が、ソレノイド18の巻き線48を励磁すると、可動ストップ部材16は、第２位置に付勢される。
電子制御器55が、電気コネクター61によりエンジン速度センサー60に接続されている。好適な実施例では、電子制御器は、米国イリノイ州シャウンバーグにあるモトローラ社の68HC11シリーズマイクロプロセッサーである。しかし、特許請求の範囲により決まる本発明の範囲から離れることなく、本発明に容易に使用することができる他の多くのマイクロプロセッサーが知られている。エンジン速度センサー60がエンジン（図示せず）に接続され、エンジン速度の関数であるエンジン速度信号を電気コネクター61に発生させる。電子制御器55は、電気コネクター66によりメモリー装置65に接続されているのが好ましい。メモリー装置65は、一般的に本発明の実施例を実行するための特定のソフトウェアコードを含む。ソフトウェアコードは、図２のフローチャートに示され、後により詳しく述べる。メモリー装置65は、電子制御器55と別体であるように示しているが、従来技術で制御器にメモリーを含む電子制御器も知られている。本発明の範囲から離れることなく、このような装置を容易に使用することができる。
【０００８】
車両のオペレーターが複数の変速器ギア比から作動的なギア比を選ぶことができるように、ギアシフト装置70が備えられる。公知なように、ギアシフト装置70はまた、機械的又は電気的に車両の変速器に接続され、変速器を選択したギア比に係合させる。変速器及び変速器とギアシフト装置の間のリンク機構は公知であり、本発明の構成部分でもないので、図示せずここでも記述しない。さらに、当業者には、ここに記述された本発明を公知の変速器とリンク機構とともに使用するのは、機械的なステップであろう。ギアシフト位置信号を電気コネクター76に発生させるギア位置センサー75が、ギアシフト装置70に連結されている。電気コネクター76は、電子制御器55に接続されている。
図２を参照すると、本発明の好適な実施例で使われるソフトウェア制御のフローチャートが示される。本発明の実施例を実行するのに必要な詳細プログラムコードは、このフローチャートから特定のマイクロプロセッサーのアセンブリー言語又はマイクロコードを使って容易に記述することができる。詳細フローチャートからこのようなプログラムコードを記述するのは、当業者には機械的ステップである。
【０００９】
プログラム制御は、ブロック100 で始まり、ブロック110 へ行く。ブロック110 で、電子制御器55がギアシフト位置信号を電気コネクター76に入力し、オペレーターが第１ギアを選んだかどうか決める。もし、オペレーターが第１ギアを選ばず、第２，第３，第４又は他のギア比を選んだなら、プログラム制御はブロック120 へ行く。そうでなく、オペレーターが第１ギアを選んだなら、プログラム制御はブロック130 へ行く。
ブロック120 で、エンジンの電子制御器55が信号をソレノイド駆動回路45へ送り、それによりソレノイド駆動回路45がソレノイド18の巻き線45を励磁する。ソレノイド18は、次に可動ストップ部材16をバネ19に対抗して第２位置に付勢する。可動ストップ部材は、ソレノイドが励磁されず可動ストップ部材が第１位置にあるときより、第２位置でより多くの燃料がエンジンシリンダーに送られるようにする。従って、ソレノイド18を励磁することにより、エンジンはソレノイド18が励磁されていないときより、大きなパワーを出すことができる。
ブロック130 で、エンジン速度センサー60がエンジン速度信号をコネクター61に入力する。電子制御器55が、エンジン速度信号を所定の第１エンジン速度値と比較する。もし、コネクター61のエンジン速度信号が所定の第１エンジン速度値より小さければ、プログラム制御はブロック140 へ行き、そうでなければプログラム制御はブロック150 へ行く。他の装置で油圧ロードと可能な出力が異なり、またエンジン／トルクの変換器／変速器の組み合わせが異なる場合は、所定の第１，第２エンジン速度値は必然的に異なる。これらの特定の値を計算する方法を、ブロック170 を参照して後述する。
【００１０】
ブロック140 で、電子制御器55がソレノイド駆動回路45へコマンドを出し、それによりソレノイド18の巻き線48が励磁される。ソレノイド18を励磁すると、可動ストップ部材が第２位置に付勢され、それによってエンジンをより高い馬力レベルで運転することができる。
ブロック150 で、電子制御器55がソレノイド駆動回路45がソレノイド18を消磁するようにさせる。可動ストップ部材16がバネ19により第１位置に付勢される。第１位置で、可動ストップ部材16が制御ラック12の動きを制限し、それによりエンジンのパワー出力を制限する。プログラム制御は、ブロック150 からブロック110 へ戻る。
上述したように、プログラム制御がブロック130 からブロック140 へ行くと、ソレノイド18が励磁される。プログラム制御は、ブロック140 からブロック160 へ行く。ブロック160 で電子制御器55が、コネクター76のギアシフト位置信号を読む。もし、選んだギアが第１ギアなら、プログラム制御はブロック170 へ行く。そうでなければ、プログラム制御はブロック110 へ行く。
ブロック170 で電子制御器55が、エンジン速度センサー60により、電気コネクター61に発生したエンジン速度信号を読む。もし、エンジン速度信号が所定の第２エンジン速度値以上なら、プログラム制御はブロック150 へ行く。そうでなければ、プログラム制御はブロック160 へ戻る。フローチャートのこの部分は、いったんソレノイドが励磁されると、エンジン速度が所定の第２速度値を超えるまで、励磁され続けることを示す。その後、プログラム制御はブロック150 へ行く。ブロック150 で、ソレノイド18が消磁される。バネ19が可動ストップ部材16を第１位置に付勢し、それによってエンジンのパワー出力を制限する。
【００１１】
所定の第１，第２エンジン速度値は、殆どの例でオペレーターが最大定格エンジンパワーを使えるように選ばれている。その後、変速機部品の定格を超えるトルクコンバーター出力レベルを生じ得る運転状態の間、エンジンパワーは少し減少する。一般的には、油圧装置がエンジンパワーを要求せず、トルクコンバーター出力速度がゼロのとき（即ち、トルクコンバーターが失速したとき）、トルクコンバーター出力レベルは最大になる。その場合、全てのエンジンパワーがトルクコンバーターに送られる。トルクコンバーター出力は、ほぼエンジン速度入力に比例するので、エンジン速度を制限することにより、トルクコンバーター出力トルクを制限することができる。本発明の実施例では、エンジン馬力を制限することにより、エンジン速度を制限する。
所定の第２エンジン速度を決めるためには、トルクコンバーターが失速したとき、最大許容トルクコンバーター出力を生じるエンジン速度を測定することが第１に必要である。一般にこの値を低馬力トルクコンバーター失速エンジン速度と言う。
いったん低馬力トルクコンバーター失速エンジン速度を決めると、次にそのエンジン速度を生じるエンジンパワーを決める必要がある。ブロック150 で記述したように、可動ストップ部材16が伸びているとき、そのエンジンパワー設定が最大許容エンジンパワーである。従って、可動ストップ部材16が伸びて、エンジンパワー出力を制限し、エンジン速度は低馬力トルクコンバーター失速エンジン速度を超えない。反対に、最大定格エンジンパワーが与えられると、エンジン速度は低馬力トルクコンバーター失速エンジン速度を超え、それにより変速機の定格を超えるトルクコンバーター出力を生じる。
【００１２】
その後、低馬力トルクコンバーター失速エンジン速度より遅くなるように、所定の第２エンジン速度値が選ばれる。こうすると、本発明の馬力制限エンジン制御装置50により、最大定格エンジンパワー（ソレノイド励磁、可動ストップ部材縮む）からより低い馬力定格（ソレノイド消磁、可動ストップ部材伸び）へ移行するのに十分な応答時間がある。例えば、９７０Ｆホイールローダーでは、油圧装置がパワーを要求し、装置のオペレーターが同時に装置をごみの山に押し込もうとするとき、一般にエンジン速度が遅い。この例では、可動ストップ部材16は縮み、馬力制限エンジン制御装置50が、エンジンを最大定格馬力で運転出来るようにする。その後、油圧が要求されなくなくなると、エンジン速度が増加する。９７０Ｆホイールローダーに使われる好適な実施例では、所定の第２エンジン速度値は2000RPM に選ばれる。従って、エンジン速度が2000RPM に達すると、電子制御機55がソレノイド18を消磁し、それによって可動ストップ部材16を伸ばし、エンジンパワーを制限する。低馬力トルクコンバーター失速エンジン速度と所定の第２エンジン速度値を50RPM 異なるようにすると、可動ストップ部材16を伸ばしエンジン速度を制限するのに必要な遅延時間ができる。エンジン速度が2000RPM に達したとき、馬力を制限し始めることで、電子制御器はエンジン速度が2050RPM を超えないようにする。
【００１３】
その後、所定の第１エンジン速度が所定の第２エンジン速度の関数として選ばれる。所定の第１エンジン速度値は、低馬力から高馬力への移行により起こるエンジン速度差を補償し、ヒステリシスを許すのに十分な量だけ所定の第２エンジン速度値より小さく選ばれる。
例えば、９７０Ｆホイールローダーの好適な実施例では、トルクコンバーターが失速したとき、最大定格エンジンパワーと制限された馬力の間のエンジン速度差は約70RPM である。従って、もしエンジンパワーが制限されるときエンジン速度が1800RPM であるなら、最大定格エンジンパワーへの移行により、1870RPM の出力を生じる。従って、この例では所定の第１速度値は、所定の第２速度値より少なくとも70RPM 小さくなければならない。従って、９７０Ｆでは所定の第１速度値は、1930RPM より小さくなければならない。所定の第１速度値をさらにヒステリシスを許すだけ小さくするのが好ましい。従って、９７０Ｆでは所定の第１速度値は、1800RPM に選ばれる。
第１，第２エンジン速度値の前述の説明に従い、当業者は容易にこれらの値を変更して、他の装置に本発明の実施例を使用することができる。これらの値は好適な実施例に使用して、エンジンパワー出力を減らし、トルクコンバーターが変速機部品の定格を超えるトルクレベルを生じないことを保証することができる。
【００１４】
本発明の実施例では、過度のトルクレベルが起こって変速機部品を損傷するのを防止し、同時に油圧装置の要求に基づきエンジンが最大パワーを生じるようにする。
本発明では、過度のトルクが変速機で起こり得るとき、周期の間に生じるエンジンパワーの量を減らす。上述したように、制御装置50は車両が運転される変速機のギア比を決め、選択したギア比が第１ギアでないとき、エンジンを最大定格パワーで運転できるようにする。装置が第１ギアで運転され、エンジン速度が1800RPM より小さくなったとき、電子制御器がソレノイドを励磁し、エンジンが最大定格パワーで運転できるようにする。エンジン速度が、所定の第２レベル（好適な実施例では2000RPM ）を超えると、エンジン／トルクコンバーター出力トルクにより、伝達機構部品が過度のトルクレベルにさらされる場合がある。またこの過度のトルクにより、車輪のスリップを起こし、タイヤ寿命が短くなる。変速機が第１ギアに入り、ソレノイドが励磁された場合は、その後エンジン速度が2000RPM を超えると消磁される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の馬力制限エンジン制御装置の実施例のブロック線図である。
【図２】本発明の馬力制限エンジン制御装置の実施例のソフトウェア制御のフローチャートである。
【符号の説明】
１０・・燃料噴射ポンプ組立体
１１・・ポンプ
１２・・ラックバー
１３・・ガバナー
１４・・延長部
１６・・可動ストップ部材
１８・・ソレノイド
１９・・バネ
２０・・ハウジング
２２・・肩部
２３・・制御ロッド
４５・・ソレノイド駆動回路
４８・・巻き線
５０・・馬力制限エンジン制御装置
５５・・電子制御器
６０・・エンジン速度センサー
６１，６６，７６・・電気コネクター
６５・・メモリー装置
７０・・ギアシフト装置
７５・・ギア位置センサー

Claims (13)

1. エンジンのパワー出力を制限する装置において、
   電子制御器、
   エンジンの燃料ラック、
   所望のギア比を示す複数の位置に位置させることのできるギア選択レバー、
   前記電子制御器に接続され、第１位置と第２位置を有する電子制御プランジャー、及び、
   前記電子制御器に接続され、前記エンジンに取り付けられ、エンジン速度の関数としてエンジン速度信号を生じるエンジン速度センサー、を備え、
   前記ギア選択レバーが所定の位置にあり、前記エンジン速度信号が所定の第１エンジン速度値を超えたとき、前記電子制御プランジャーを第１位置に置き、
   前記電子制御プランジャーが前記第１位置にあるとき、前記ラックの最大位置を制限することを特徴とする装置。
2. 前記ギア選択レバーが前記所定の位置にあり、前記エンジン速度信号が前記所定の第１エンジン速度値より小さいとき、前記電子制御器が、前記電子制御プランジャーを前記第２位置に付勢することを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 前記ギア選択レバーが前記所定の位置以外の位置にあるとき、前記電子制御器が、前記プランジャーを前記第２位置に付勢することを特徴とする請求項１記載の装置。
4. 前記ギア選択レバーが前記所定の位置以外の位置にあるとき、前記電子制御器が、前記電子制御プランジャーを前記第１位置から前記第２位置に付勢することを特徴とする請求項２記載の装置。
5. 前記エンジン速度信号が、所定の第２エンジン速度レベルを超えたとき、前記前記電子制御器が、前記電子制御プランジャーを前記第２位置から前記第１位置に付勢することを特徴とする請求項２記載の装置。
6. 前記所定の位置は、第１ギアのギア選択位置に対応することを特徴とする請求項１記載の装置。
7. 内燃エンジンで使用するエンジン制御装置において、
   電子制御器、
   前記電子制御器に接続され、燃料を前記エンジンに送る燃料放出手段、
   複数の位置に位置させることができるギア選択器、及び、
   前記電子制御器に接続され、エンジン速度信号を発生するエンジン速度センサー、を備え、
   前記電子制御器が、燃料放出コマンドを発生し、また前記ギア選択器位置と前記エンジン速度信号値に応答して、選択的に最大燃料放出コマンドを制限し、
   前記ギア選択器が前記所定の位置にあり、前記エンジン速度信号が所定の第１エンジン速度値より小さいとき、前記電子制御器が、最大燃料放出コマンドを出せるようにする、ことを特徴とする装置。
8. 前記エンジン速度信号が所定の第２エンジン速度値を超えたとき、前記電子制御器が、最大燃料放出コマンドを制限することを特徴とする請求項７記載の装置。
9. 前記ギア選択器が前記所定の位置以外にあるとき、前記電子制御器が、最大燃料放出コマンドを出せるようにすることを特徴とする請求項７記載の装置。
10. 前記所定の位置は、第１ギアのギア選択位置に対応することを特徴とする請求項７記載の装置。
11. 電子制御器、前記電子制御器に接続された燃料放出手段、エンジン速度センサー、複数のギア比のある変速機、前記複数のギア比から１つを選択するギア選択手段を含む内燃エンジンの燃料放出ラックのソレノイド制御プランジャーストップ部材を制御する方法において、
    前記複数のギア比からギア比を選択し、
    エンジン速度信号を測定し、
    前記エンジン速度信号を所定のエンジン速度値と比較し、
    前記エンジン速度が前記所定の第１エンジン速度値を超え、かつ前記選択したギア比が所定のギア比に対応するとき、前記ソレノイド制御プランジャーストップ部材を消磁し、それにより前記プランジャーストップ部材が、燃料放出ラックの行程を制限する、
    ステップを備える方法。
12. 前記エンジン速度が前記所定の第１エンジン速度値より小さく、前記選択したギア比が前記所定のギア比以外に対応するとき、前記ソレノイド制御プランジャーを励磁し、
    前記励磁ステップでは前記プランジャーストップ部材が、燃料放出ラックの自由な動きをできるようにするステップを含むことを特徴とする請求項１１記載の方法。
13. 前記エンジン速度が所定の第２エンジン速度値を超え、又は前記選択したギア比が前記所定のギア比以外であるとき、前記励磁ステップに続いて前記ソレノイド制御プランジャーを消磁するステップを含むことを特徴とする請求項１２記載の方法。

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