(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業機械であって、
内燃（ＩＣ）エンジンと、
前記ＩＣエンジンに結合された無限可変トランスミッション（ＩＶＴ）と、
前記ＩＣエンジンに対するリアル・タイム負荷値を表す出力信号を供給する少なくとも１つのセンサであって、前記リアル・タイム負荷値は前記ＩＣエンジンの負荷をリアル・タイムで表す、少なくとも１つのセンサと、
前記ＩＣエンジンに対するスレッシュホールド負荷値と前記ＩＣエンジンに対する前記リアル・タイム負荷値とに応じて、前記ＩＶＴの出力を制御するように構成された少なくとも１つの電気処理回路であって、前記スレッシュホールド負荷値は、前記ＩＣエンジンの前記負荷に対するスレッシュホールドを表す、少なくとも１つの電気処理回路と、
を備えた、作業機械。
【請求項２】
請求項１記載の作業機械において、前記少なくとも１つの電気処理回路は、前記ＩＣエンジンと関連したエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）と、前記ＩＶＴと関連したトランスミッション制御ユニット（ＴＣＵ）とを含み、前記ＥＣＵは、前記リアル・タイム負荷値を表す出力信号を前記ＴＣＵに供給し、前記ＴＣＵは、前記スレッシュホールド負荷値と前記リアル・タイム負荷値との間の比較に応じて、前記ＩＶＴの出力を制御する、作業機械。
【請求項３】
請求項２記載の作業機械において、前記ＴＣＵは、前記作業機械の指令対地速度および前記作業機械の指令方向に更に応じて、前記ＩＶＴの前記出力を制御する、作業機械。
【請求項４】
請求項２記載の作業機械において、前記ＴＣＵは、前記ＩＶＴの前記出力を制御するために、ＩＶＴトルク指令を決定する、作業機械。
【請求項５】
請求項２記載の作業機械において、前記ＥＣＵは、コントローラ・エリア・ネットワーク（ＣＡＮ）バスを通じて、前記ＴＣＵと通信する、作業機械。
【請求項６】
請求項１記載の作業機械において、前記スレッシュホールド負荷値は、前記ＩＣエンジンの所与のエンジン速度に対する、前記ＩＣエンジンに対する最大許容負荷に対応し、該最大許容負荷は、前記ＩＣエンジンに対するドライブトレーン負荷と少なくとも１つの外部負荷の双方を含む、作業機械。
【請求項７】
請求項６記載の作業機械において、前記最大許容負荷は、前記ＩＣエンジンに対する所与の動作速度における最大トルクと関連した、作業機械。
【請求項８】
請求項６記載の作業機械において、前記少なくとも１つの外部負荷は、前記ＩＣエンジンにかけられる少なくとも１つの液圧負荷を含む、作業機械。
【請求項９】
請求項１記載の作業機械において、前記少なくとも１つのセンサは、ＩＣエンジンの燃料供給率、ＩＣエンジンの負荷係数、および前記ＩＣエンジンに対するパーセント・トルクの内少なくとも１つを検知する、作業機械。
【請求項１０】
請求項１記載の作業機械において、当該作業機械は、建設作業機械、農業作業機械、林業作業機械、鉱業作業機械、および工業作業機械の内１つを備えた、作業機械。
【請求項１１】
無限可変トランスミッション（ＩＶＴ）と結合された内燃（ＩＣ）エンジンを含む作業機械の動作方法であって、
前記ＩＣエンジンに対するスレッシュホールド負荷値を設定するステップであって、前記スレッシュホールド負荷値が、前記ＩＣエンジンの負荷に対するスレッシュホールドを表し、かつ前記ＩＣエンジンに対する最大許容負荷に対応する、ステップと、
前記ＩＣエンジンと関連したリアル・タイム負荷値を判定するステップであって、前記リアル・タイム負荷値が、前記ＩＣエンジンの前記負荷をリアル・タイムで表す、ステップと、
前記リアル・タイム負荷値を前記スレッシュホールド負荷値と比較するステップと、
前記比較ステップに応じて、前記ＩＶＴの出力を制御するステップと、
を備えた、作業機械の動作方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の作業機械の動作方法において、前記少なくとも１つの電気処理回路は、前記ＩＣエンジンと関連したエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）と、前記ＩＶＴと関連したトランスミッション制御ユニット（ＴＣＵ）とを含み、
前記リアル・タイム負荷値を表す出力信号を前記ＥＣＵから前記ＴＣＵに出力するステップと、
前記比較ステップに応じて、前記ＴＣＵを用いて前記ＩＶＴの前記出力を制御するステップと、
を含む、作業機械の動作方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の作業機械の動作方法において、前記ＴＣＵは、前記作業機械の指令対地速度および前記作業機械の指令方向に更に応じて、前記ＩＶＴの前記出力を制御する、作業機械の動作方法。
【請求項１４】
請求項１１記載の作業機械の動作方法において、前記スレッシュホールド負荷値は、前記ＩＣエンジンの所与のエンジン速度に対する、前記ＩＣエンジンに対する最大許容負荷に対応し、前記最大許容負荷は、ドライブトレーン負荷と、前記ＩＣエンジンに対する少なくとも１つの外部負荷との双方を含む、作業機械の動作方法。
【請求項１５】
請求項１４記載の作業機械の動作方法において、前記最大許容負荷は、前記ＩＣエンジンに対するトルク曲線と関連した、作業機械の動作方法。
【請求項１６】
請求項１４記載の作業機械の動作方法において、前記少なくとも１つの外部負荷は、前記ＩＣエンジンにかけられる少なくとも１つの液圧負荷を含む、作業機械の動作方法。
【請求項１７】
請求項１１記載の作業機械の動作方法において、前記リアル・タイム負荷値を判定するステップは、ＩＣエンジン燃料供給率、ＩＣエンジン負荷係数、および前記ＩＣエンジンに対するパーセント・トルクの内少なくとも１つを検知することを含む、作業機械の動作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作業機械に関し、更に特定すれば、無限可変トランスミッション（ＩＶＴ）と結合した内燃エンジンを含む作業機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
建設作業機械、農業作業機械、または林業作業機械のような作業機械は、通例、内燃（ＩＣ）エンジンの形態とした原動機を含む。ＩＣエンジンは、圧縮点火エンジン（即ち、ディーゼル・エンジン）または火花点火エンジン（即ち、ガソリン・エンジン）の任意の形態であればよい。ディーゼル・エンジンの方が関連する作業動作に対する引っ張り、引き落とし、およびトルク特性が高いので、殆どの重作業機械では、原動機はディーゼル・エンジンの形態をなす。
【０００３】
負荷衝撃(load impact)後の過渡状態におけるＩＣエンジンのステップ負荷応答は、エンジン排気量、エンジンのハードウェア（例えば、標準的なターボチャージャ、ウェイスト・ゲートまたは可変外形のターボチャージャ等を有するか否か）、ならびに排出法（例えば、可視煙、窒素酸化物（ＮＯｘ）等）、ノイズまたは振動の要件に関する空気および燃料アクチュエータ（例えば、排気ガス循環、可変外形タービンを有するターボチャージャ（ＶＧＴ）、燃料噴射器の構成等）を駆動するソフトウェア計略によって影響される特徴である。負荷衝撃は、ドライブトレーン負荷（例えば、作業機械の後ろで引かれる道具）または外部負荷（例えば、フロント・エンド・ローダ、バックホー連結装置などのような補助液圧負荷）の結果であることもある。
【０００４】
エンジン・システム全体では、過渡負荷が加えられている間、線形に反応する。最初に、負荷がＩＣエンジンの駆動軸に加えられる。負荷が増大すると、ＩＣエンジンの速度が減少する。エンジン速度の下落は、ガバナが等時性であるかまたは速度垂下を有するかによって影響を受ける。エア・アクチュエータを変更することによって、空気流を増大させて、追加の空気をＩＣエンジンに供給する。新たな空気流設定点に達するには、時間遅延が必要となる。燃料噴射量は、ほぼ即座であるが、煙制限(smoke limit)および最大許容燃料量の双方に関して増大する。次いで、エンジンはエンジン速度設定点に復元する。負荷衝撃後の過渡状態におけるエンジン・ステップ負荷応答に関連するパラメータには、速度下落、およびエンジン設定点に復元するまでの時間がある。
【０００５】
ＩＣエンジンを無限可変トランスミッション（ＩＶＴ）と結合すると、無段階で０から最大まで連続可変出力速度を得ることができる。ＩＶＴは、通例、静水および機械的伝導部品を含む。静水部品は、回転するシャフトの動力を作動流に、そしてその逆に変換する。ＩＶＴを通過する動力流(power flow)は、設計および出力速度に応じて、静水的部品のみ、機械的部品のみ、または双方の組み合わせを通過することがあり得る。
【０００６】
ＩＶＴと結合されたＩＣエンジンを含む作業機械には、解決すべき問題が２種類明らかになっていると考えられる。第１に、ドライブトレーンまたは車両液圧機能に急激な負荷をかけると、エンジン速度が低下する。一旦減少したエンジン負荷を低減するのにＩＶＴ比を変更するための応答時間は、大きなエンジン速度下落を防止するために必要な応答時間よりも長く、場合によっては停止してしまうこともある。第２に、ＩＶＴ車両上のフロント・エンド・ローダのバケットを充填するときのように、外部負荷がＩＣエンジンに加えられた場合、操作者は、ＩＣエンジンから可能な車両速度よりもかなり高い車両速度を指令することがある。これらの条件下では、ＩＶＴ出力トルクおよび速度が、過度な車輪の滑動およびその他の望ましくない特性を招く可能性がある。同様に、液圧機能のような、別の外部機能からトランスミッションへの外部負荷が活性化されると、外部負荷とトランスミッションの出力能力との複合作用によってエンジンが過負荷状態に陥る虞れがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
当技術分野においては、ＩＣエンジンの過剰負荷状態を回避するように、ＩＶＴ出力を調節可能にする作業機械、および対応する動作方法が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一形態では、本発明は、内燃（ＩＣ）エンジンと、ＩＣエンジンに結合された無限可変トランスミッション（ＩＶＴ）とを含む作業機械に関する。少なくとも１つのセンサが、ＩＣエンジンに対するリアル・タイム負荷値を表す出力信号を供給する。少なくとも１つの電気処理回路は、ＩＣエンジンに対するスレッシュホールド負荷値とＩＣエンジンに対するリアル・タイム負荷値とに応じて、ＩＶＴの出力を制御するように構成されている。
【０００９】
別の形態では、本発明は、無限可変トランスミッション（ＩＶＴ）と結合された内燃（ＩＣ）エンジンを含む作業機械の動作方法に関する。この方法は、ＩＣエンジンに対する最大許容負荷に対応するスレッシュホールド負荷値を設定するステップと、ＩＣエンジンと関連のあるリアル・タイム負荷値を判定するステップと、リアル・タイム負荷値をスレッシュホールド負荷値と比較するステップと、比較ステップに応じて、ＩＶＴの出力を制御するステップとを含む。  
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
これより図１を参照すると、本発明の作業機械１０の一実施形態の模式図が示されている。作業機械１０は、John Deereフロント・エンド・ローダのような建設作業機械であることを想定しているが、農業、林業、鉱業、または工業用作業機械のような、異なる種類の作業機械とすることもできる。
【００１１】
作業機械１０は、通例、ＩＣエンジン１２からの出力クランクシャフト１６を介してＩＶＴ１４と結合されているＩＣエンジン１２を含む。ＩＣエンジン１２は、図示の実施形態では、ディーゼル・エンジンであると仮定するが、ガソリン・エンジン、プロパン・エンジン等とすることもできる。ＩＣエンジン１２は、用途に応じて大きさおよび構成が決められる。
【００１２】
ＩＶＴ１４は、従来の設計でよく、したがってここでは詳細には説明しない。ＩＶＴ１４の出力は、少なくとも１つの他の下流ドライブトレーン部品１８と結合されており、一方、下流ドライブトレーン部品１８は複数の駆動輪２０に結合されている。駆動輪２０の１つが図１に示されている。勿論、トラック型(track-type)作業車両の場合、ドライブトレーン部品１８を対地係合トラックと結合することができる。
【００１３】
また、ＩＶＴ１４は出力動力を１つ以上の外部負荷２２に供給し、一方、外部負荷２２はこれによってＩＣエンジン１２に追加の負荷をかける。外部負荷２２は、通例、フロント・エンド・ローダ、バック・ホー・ブーム、粒子揚げ卸しオーガ(grain unloading auger)、伐木鋸モータ等のように、液圧負荷の形態である。つまり、ＩＣエンジン１２にかかる総負荷は、牽引負荷および外部液圧負荷双方の関数となる。
【００１４】
エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）２４が、ＩＣエンジン１２の動作を電子的に制御し、ＩＣエンジン１２の動作と関連のある複数のセンサ（具体的には示さない）と結合されている。例えば、ＥＣＵ２４は、１つ以上の吸気マニフォルド内における空気流速、エンジン速度、燃料供給速度および／またはタイミング、排気ガス環流（ＥＧＲ）率、ターボチャージャ・ブレード位置等のような、エンジン制御パラメータを示すセンサと結合することができる。加えて、ＥＣＵ２４は、指令した対地速度（スロットルおよび／またはハイドロスタット・レバーの位置によって示す）または指令した作業機械１０の方向（ハンドルの角度方位によって示す）のような、操作者が入力する車両制御パラメータを表す出力信号を、車両制御ユニット２８から受信することもできる。
【００１５】
同様に、トランスミッション制御ユニット（ＴＣＵ）２６は、ＩＶＴ１４の動作を電子的に制御し、ＩＶＴ１４の動作と関連のある複数のセンサと結合されている。ＥＣＵ２４およびＴＣＵ２６は、コントローラ・エリア・ネットワーク（ＣＡＮ）バス３０のような、双方向データ流を提供するバス構造によって互いに結合されている。
【００１６】
ＥＣＵ２４、ＴＣＵ２６、およびＶＣＵ２８のような種々の電子部品は、有線接続を用いて互いに結合されているように示されているが、ある種の用途には無線接続を用いてもよいことは言うまでもない。
【００１７】
ここで図２Ａおよび図２Ｂを参照して、本発明の作業機械１０の動作方法の一実施形態について、更に詳しく説明する。ブロック４０において、ＶＣＵ２８と接続されているキーパッドを通じて入力する等によって、ユーザが定めるスレッシュホールド負荷値をセットし、メモリに格納する。
【００１８】
スレッシュホールド負荷値をセットする１つの可能性は、この値を、所与のＩＣエンジンに対するトルク曲線上の最大トルク／負荷値と一致させることである。例えば、所与のＩＣエンジンに対して、トルクをエンジン速度の関数として既定したトルク曲線を用いることは慣例である。トルク曲線は、メモリに格納することができ、あるいは所与の数学的関数を用いて決定することができる。このようなトルク曲線は当技術分野では周知であり、したがって簡潔さの目的のためにここでは示さない。動作において用いられるトルク曲線は、所与のエンジン速度における最大出力トルクを定める。つまり、各々がＩＣエンジン１２の異なる動作速度に対応する、ある数の最大出力トルクが可能となる。このトルクまたは負荷は、エンジンのクランクシャフトの回転進行力(effort)、即ち、出力動力である。エンジン速度は、電子式または機械式のいずれであっても、通例スロットルの位置によって決定する。対応するエンジン・トルクに対して、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）２４は、所望の出力トルクを得るために、１つ以上のエンジン制御パラメータの動作を制御する。所望の出力トルクは、その動作速度に対する最大トルク以下である。例えば、ＥＣＵ２４は、ＥＧＲシステムにおける排気ガス再循環（ＥＧＲ）（希釈液(diluent)対空気比）、可変外形ターボチャージャ（ＶＧＴ）における制御可能な要素、燃料噴射タイミング、および／または燃料圧力を制御することができる。つまり、所与の動作速度におけるトルク曲線上の最大負荷値、または最大負荷値の小数量に対応するスレッシュホールド負荷値をこのようにセットすることができる。
【００１９】
判断ブロック４２において、ＩＶＴ１４からのトルク出力を下げるべきか否か判断するために、ある数の判断基準を確認する。第１に、ＩＣエンジン１２に対するリアル・タイム負荷値が、ブロック４０において入力したスレッシュホールド負荷値よりも大きい場合、ＩＶＴ１４からのトルク出力を下げるべきであるという指示となる。リアル・タイム負荷値は、ＩＣエンジン１２へのリアル・タイム燃料流速を検知する等によって、検知するか、または多数の技法から推論することができる。判断ブロック４２において考慮するその他の要因には、ギアセレクタ要件、車両速度要件、およびその他の種々雑多の要件が含まれる。
【００２０】
判断ブロック４２において、トルク軽減(torque derate)を活性化すると決定した場合（線４４）、トルク軽減を単に活性化すればよい（ブロック４６）。それ以外の場合、トルク軽減を活性化しない場合（ブロック４８）、トルク軽減機能を不活性化するか否か判断する（判断ブロック５０）。即ち、判断ブロック４２においてトルク軽減を活性化しないと決定しても、実際には、以前の論理ループからトルク軽減は既に活性化状態にある可能性がある。判断ブロック５０において、再度、ギアセレクタ要件、車両速度要件、およびその他の種々雑多の要件を含む動作パラメータをチェックして、トルク軽減を不活性化すべきか否か判断する。不活性化すると決定した場合、トルク軽減を単に不活性化し（ブロック５２）、それ以外の場合、制御は線５４を通過する。
【００２１】
判断ブロック５５において、トルク軽減がアクティブかまたはディアクティブ(deactive)かチェックする。トルク軽減がディアクティブである場合（線５６）、ＩＶＴ１４の出力を下げず、１００％牽引進行力をＩＶＴ１４の出力に加える（ブロック５７）。一方、トルク軽減がアクティブである場合（線５８）、トルク軽減倍率を、リアル・タイム負荷値とスレッシュホールド負荷値との間の差に基づいて計算する（ブロック６０および６２）。ブロック６４において、トルク軽減倍率に対してユーザが定義したいずれの倍率も考慮し、それに応じてブロック６６においてフィードバック・ループ・データを更新し、ブロック６８において牽引進行力軽減倍率を得て、ロジックは終了する。
【００２２】
以上、好適な実施形態について説明したが、添付した特許請求の範囲に定めた本発明の範囲から逸脱することなく、種々の修正が可能であることは明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本発明の作業機械の一実施形態の模式図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の作業機械の動作方法の一実施形態のフローチャートを示す。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の作業機械の動作方法の一実施形態のフローチャートを示す。
【図１】
0005420880.tif 000002
【図２Ａ】
0005420880.tif 000003
【図２Ｂ】
0005420880.tif 000004