(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スロットル(5)によって制御されるエンジン(1)と、
前記エンジン(1)の動力を負荷装置に伝達するトルクコンバータ(2)と、
前記エンジン(1)と前記トルクコンバータ(2)との間に設けられた、伝達トルクが制御可能なクラッチ(10)と、
前記スロットル(5)を操作するスロットル操作装置(6)と、
前記エンジン(1)の回転数を検出するエンジン回転数検出器(14)と、
前記クラッチ(10)を操作して前記伝達トルクを制御するクラッチ操作装置(13)と、
前記スロットル(5)の開度を検出するスロットル開度検出器(16)と、
前記エンジン回転数検出器(14)及び前記スロットル開度検出器(16)に応答して、前記エンジン回転数及び前記スロットル開度に応じて前記クラッチ(10)の伝達トルクを制御するよう前記クラッチ操作装置(13)に指示するコントローラ(15)と
を備え、
低速回転域における前記トルク伝達率が、より高速な回転域におけるそれよりも小さくなるように、前記クラッチ(10)が操作され、
前記低速回転域では、前記エンジン回転数が上昇するのに伴い前記トルク伝達率が増大し、且つ、前記スロットル開度が拡大するのに伴い前記トルク伝達率が減少するように、前記クラッチ(10)が操作されるエンジン動力伝達装置。
【請求項２】
前記低速回転域では、前記スロットル開度が縮小するのに伴い前記トルク伝達率が増大するように、前記クラッチ(10)が操作される請求項１記載の動力伝達装置。
【請求項３】
前記低速回転域では、前記スロットル開度が不変でも前記エンジン回転数が上昇するのに伴い前記トルク伝達率が増大するように、前記クラッチ(10)が操作される請求項１又は２記載の動力伝達装置。
【請求項４】
前記スロットル開度が大きいほど前記低速回転域の上限回転数が上昇するように、前記低速回転域の上限回転数が前記スロットル開度に応じて制御される請求項１記載の動力伝達装置。
【請求項５】
前記より高速な回転域では、前記トルク伝達率が一定になるように、前記クラッチ(10)が操作される請求項１又は４記載の動力伝達装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、建設機械や自動車やその他の作業機械などにおいてエンジンの動力をトルクコンバータに伝達するための装置及び方法に関し、特にエンジンの加速性能を向上させるための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来、車両の走行駆動装置のクラッチの滑りを制御する装置に関して、例えば特許文献１に自動クラッチの滑りモード制御方法および装置が記載されている。【０００３】  この自動クラッチの滑りモード制御方法および装置によれば、エンジンと、クラッチと、変速機と、デファレンシャルとを有する大型トラックの駆動系統において、クラッチアクチュエータを制御するためのクラッチ作動信号を発生する自動クラッチコントローラが設けられる。自動クラッチコントローラは必要に応じてクラッチを滑らせ、変速機入力速度をエンジン速度に漸近的に接近させるようにして摩擦クラッチを連結させ、クラッチ連結時の駆動系のねじり振動の発生を防止する。【０００４】
【特許文献１】特開平９−２１００９２号公報（第５−８頁、第１図、第５図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  上述した自動クラッチの滑りモード制御方法および装置では、スロットル開度が大きいほどクラッチの滑り値が小さくなるように、スロットル開度に応じてクラッチが操作される。しかし、例えばホイールローダのようなトルクコンバータを備えた作業機械においては、機械の発進加速又は重負荷作業開始のために、オペレータがアクセルペダルを踏み込んでエンジンを低速回転状態から急速に加速させようとした場合、トルクコンバータの吸収トルクに対するエンジンの出力トルクの余裕トルクが不足気味になり、エンジンの加速に時間がかかり、また、オペレータが違和感を覚えるという問題が生じることがある。【０００６】  従って、本発明の目的はトルクコンバータに結合されるエンジンの加速性能を改善することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  本発明に従うエンジン動力伝達装置は、スロットルによって制御されるエンジンと、エンジンの動力を負荷装置に伝達するトルクコンバータと、エンジンとトルクコンバータとの間に設けられた、伝達トルクが制御可能なクラッチと、スロットルを操作するスロットル操作装置と、エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出器と、クラッチを操作してその伝達トルクを制御するクラッチ操作装置と、エンジン回転数検出器に応答して、エンジン回転数に応じてクラッチの伝達トルクを制御するようクラッチ操作装置に指示するコントローラとを備える。【０００８】  好適な実施形態では、低速回転域におけるトルク伝達率が、より高速な回転域におけるそれよりも小さくなるように、クラッチが操作される。そして、低速回転域では、エンジン回転数が上昇するのに伴いトルク伝達率が増大するように、クラッチ（１０）が操作される。さらに、低速回転域より高速な回転域では、トルク伝達率が一定、例えば１００％、になるように、クラッチが操作される。【０００９】  好適な実施形態では、スロットルの開度を検出するスロットル開度検出器が更に備えられる。そして、コントローラが、エンジン回転数検出器及びスロットル開度検出器に応答して、エンジン回転数及びスロットル開度に応じてクラッチの伝達トルクを制御するように、クラッチ操作装置に指示する。【００１０】  例えば、低速回転域におけるトルク伝達率が、より高速な回転域におけるそれよりも小さくなるように、クラッチが操作される。そして、低速回転域では、エンジン回転数が上昇するのに伴いトルク伝達率が増大し、且つ、スロットル開度が拡大するのに伴いトルク伝達率が減少するように、クラッチが操作される。さらに、スロットル開度が大きいほど前記低速回転域の上限回転数が上昇するように、低速回転域の上限回転数がスロットル開度に応じて制御される。【００１１】  本発明の別の観点に従う、トルク伝達率が制御可能なクラッチを通じてエンジンの動力をトルクコンバータに伝達する方法は、スロットルに応答してエンジンを制御するステップと、エンジン回転数に応じて伝達トルクを制御するようにクラッチを操作するステップとを有する。【００１２】  本発明によると、エンジンとトルクコンバータとの間に設けられたクラッチのトルク伝達率が、エンジン回転数に応じて制御されることにより、トルクコンバータに結合されるエンジンの加速性能が改善され得る。特に、低速回転域におけるトルク伝達率が、より高速な回転域におけるそれよりも小さくなるように、クラッチが操作されるようにすると、低速回転域におけるエンジンの加速性能が向上する。よって、エンジンの始動発進時などの加速性能が改善される。【００１３】  さらに、エンジン回転数だけでなくスロットル開度に応じてクラッチのトルク伝達率を制御するようにした場合には、オペレータによるスロットル操作に応じて、エンジンの加速性能の向上度合いを調節できる。特に、スロットル開度が拡大するのに伴いトルク伝達率が減少するように、クラッチが操作される場合には、スロットル操作が大きいほどエンジンの加速性能はより大きく向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるエンジン動力伝達装置の構成を示すブロック図。
【図２】同実施形態においてコントローラ１５の記憶装置２２に記憶されているトルク伝達率設定値を指示するためのマップ又は関数を説明する図。
【図３】同実施形態においてコントローラ１５の演算処理装置２１が行うトルク伝達率制御のための処理を示すフローチャート。
【図４】同実施形態におけるクラッチ操作装置１３の比例制御電流とクラッチ１０のトルク伝達率（縦軸）との関係を示す図。
【図５】エンジン１の出力トルク曲線とトルクコンバータ２の吸収トルク曲線を示す図。
【図６】本発明の第２実施形態にかかるエンジン動力伝達装置の構成を示すブロック図。
【図７】同実施形態においてコントローラ１５の記憶装置２２に記憶されているトルク伝達率設定値を指示するためのマップ又は関数を説明する図。
【図８】同実施形態においてコントローラ１５の演算処理装置２１が行うトルク伝達率制御のための処理を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００１５】１…エンジン、２…トルクコンバータ、５…スロットル、６…スロットル操作装置、１０…クラッチ、１１…入力軸、１２…出力軸、１３…クラッチ操作装置、１４…エンジン回転数検出器、１５…コントローラ、１６…スロットル開度検出器
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】  以下、本発明に係るエンジン動力伝達装置の実施形態について図面を参照して説明する。【００１７】  図１は、本発明の第１実施形態にかかるエンジン動力伝達装置の構成を示すブロック図である。このエンジン動力伝達装置は、典型的には、ホイールローダのような建設機械に適用することができるが、それだけに限らず、トラックのような車両やその他の各種の作業機械に適用可能である。【００１８】  図１において、エンジン１とトルクコンバータ２との間には、伝達トルクが連続的に又は多段階で制御可能なクラッチ１０が設けられえる。クラッチ１０とエンジン１とは入力軸１１により連結され、クラッチ１０とトルクコンバータ２とは出力軸１２により連結されている。トルクコンバータ２の出力側には変速機３が配置され、両者は伝導軸４により連結されている。【００１９】  エンジン１には燃料を制御するスロットル５が設けられ、スロットル５はスロットル操作装置６により操作され、それによりスロットル開度が制御される。スロットル操作装置６は、例えばオペレータによって操作されるアクセルペダル或いはアクセルレバー等を含み、アクセルペダル或いはアクセルレバー等の動きに応答して機械式、油圧式、空圧式あるいは電気式等のアクチュエータによってスロットル５を操作する。【００２０】  クラッチ１０はクラッチ操作装置１３により操作され、それによりクラッチ１０の伝達トルクが制御される。クラッチ１０は例えば油圧制御の多板式摩擦クラッチである。クラッチ操作装置１３は、クラッチ１０に供給される油圧を比例弁で制御することにより、クラッチ１０の摩擦板の滑り量を０から最大まで、つまりクラッチ１０のトルク伝達率を１００％から０％まで、連続的に又は多段階で制御する。滑り量が０つまりトルク伝達率が１００％のとき、出力軸１２のトルクと入力軸１１のトルクは等しいが、滑り量が０より大きいつまりトルク伝達率が１００％未満のときは、出力軸１２のトルクは入力軸１１のトルクより、トルク伝達率が１００％に足りない分だけ小さい。【００２１】  エンジン１にはエンジン回転数検出器１４が設けられている。コントローラ１５は、例えばプログラムされたコンピュータであり、マイクロプロセッサのような演算処理装置２１と、ＲＡＭ及びＲＯＭのような記憶装置２２を備える。記憶装置２２には、エンジン回転数に応じてクラッチ１０のトルク伝達率をどのように制御するべきかという制御方法を演算処理装置２１に指示するマップ又は関数が予め記憶されている。コントローラ１５では、演算処理装置２１が、エンジン回転数検出器１４からエンジン回転数の検出値を入力し、記憶装置２２に予め記憶されているマップ又は関数に従がい所定の演算をして、クラッチ操作装置１３に指示信号を出力するようになっている。クラッチ操作装置１３は、コントローラ１５からの指示信号に従って、上記比例弁の電流を制御してクラッチ１０のトルク伝達率を制御する。【００２２】  図２は、コントローラ１５の記憶装置２２に記憶されているトルク伝達率制御のためのマップ又は関数を説明する図である。【００２３】  図２において、縦軸はクラッチ１０のトルク伝達率（出力軸１２のトルク／入力軸１１のトルク）〔％〕を示��、横軸はエンジン回転数〔ｒｐｍ〕を示す。階段状の実線ａは、上記マップ又は関数により演算処理装置２１に指示される、一例としての、トルク伝達率設定値を示す。演算処理装置２１は、クラッチ１０のトルク伝達率を、エンジン回転数に応じて、実線ａで示すトルク伝達率設定値に一致するように制御する。【００２４】  従って、クラッチ１０のトルク伝達率は、実線ａに示すトルク伝達率設定値に従って、エンジン回転数が７５０ｒｐｍ（これは、例えばアイドリング回転数である）の時は５０％にされ、エンジン回転数が８００ｒｐｍの時は６０％にされ、そして、エンジン回転数が１０００ｒｐｍの時は１００％にされる。図２に示すマップ又は関数では規定されてないが、エンジン回転数が１０００ｒｐｍより大きい範囲（最大値は例えば約３０００ｒｐｍ）では、トルク伝達率は１００％で一定に制御される。【００２５】  図２において、破線ｂはトルク伝達率設定値の他の例を示している。実線ａ、ｂに例示されたように、トルク伝達率設定値は、エンジン１やトルクコンバータ１１やその他の機械の仕様や用途、或いは、その時の状態などの条件に応じて任意に設定されてよい。【００２６】  このように、アイドリング回転数を含む低速回転域（例えば、実線ａの場合の７５０〜１０００ｒｐｍ）では、エンジン回転数の上昇に伴ってトルク伝達率が一定値（例えば１００％）以下の範囲で増大するように制御される。そして、低速回転域より高い回転域（例えば、実線ａの場合の１０００ｒｐｍ〜最大回転数（約３０００ｒｐｍ））では、トルク伝達率は上記一定値（例えば１００％）で一定に制御される。【００２７】  図３は、コントローラ１５の演算処理装置２１が行うトルク伝達率制御のための処理の流れを示す。【００２８】  演算処理装置２１は、エンジン１が作動している間、トルク伝達率制御が実質的に常時継続して行われているとみなせる程度の短い時間間隔で繰り返し、図３に示すルーチンを実行する。図３のルーチンが開始されると、演算処理装置２１は、ステップＳ１で、エンジン回転数検出器１４から現在のエンジン回転数の検出値を入力し、ステップＳ２で、現現在のエンジン回転数が、上述した低速回転域の最大回転数、例えば１０００ｒｐｍ以下かどうか（つまり、低速回転域に入っているかどうか）をチェックする。その結果、現在のエンジン回転数が低速回転域に入っていると判断されると、演算処理装置２１は、ステップＳ３で、記憶装置２２内のマップ又は関数に基づいて、そのエンジン回転数に対応するトルク伝達率設定値を決定する。また、ステップＳ２で現在のエンジン回転数が低速回転域より高い回転域にあると判断された場合には、演算処理装置２１は、ステップＳ４で、トルク伝達率設定値を１００％と決定する。その後、ステップＳ４で、演算処理装置２１は、決定されたトルク伝達率設定値を指示する指示信号をクラッチ操作装置１３に送る。クラッチ操作装置１３は、その指示信号に応答して、クラッチ１０を油圧で操作するための比例制御電流を制御する。図４に示すように、クラッチ１０のトルク伝達率（縦軸）は、上記比例制御電流にほぼ比例するようになっている。結果として、クラッチ１０のトルク伝達率は、トルク伝達率設定値���一致するように制御される。【００２９】  上述したトルク伝達率の制御により、既に図２を参照して説明したように、エンジン回転数が低速回転域にあるときには、クラッチ１０のトルク伝達率は１００％より小さい値に制御され、エンジン回転数の上昇に伴いトルク伝達率が増大し、そして、エンジン回転数が低速回転域を超えると、トルク伝達率は１００％に維持される。従って、作業機械の発進加速時のように、作業機械のオペレータがスロットル操作装置６を操作してエンジン１を低速状態（例えばアイドル状態）から加速しようとする場合、エンジン回転数が低速回転域（例えば１０００ｒｐｍ以下）にある間は、クラッチ１０の出力軸１２の回転数（つまり、トルクコンバータ２の入力回転数）が、入力軸１１の回転数（つまり、エンジン回転数）よりも低くなる。その結果、トルク伝達率が１００％である場合に比較して、エンジン１を加速するための余裕トルクが増し、よって、より短時間にエンジン１が所望回転数まで加速する。【００３０】  上記したエンジンを加速するための余裕トルクが増大する状況は、図５に示す性能曲線を参照することで、一層容易に理解される。【００３１】  図５において、縦軸はトルクを示し、横軸はエンジン回転数を示す。曲線ｃはエンジン１のトルク曲線を示し、曲線ｄはトルクコンバータ２の吸収トルク曲線を示す。実線ｄで示される吸収トルク曲線は、トルクコンバータ２の入力回転数がエンジン回転数と同一であるとき、つまり、クラッチ１０のトルク伝達率が１００％である場合に対応する。【００３２】  上述したように低速回転域においては、クラッチ１０のトルク伝達率が１００％より小さいから、クラッチ１０の出力軸１２の回転数、つまりトルクコンバータ２の入力回転数は、クラッチ１０の入力軸１２の回転数、つまりエンジン回転数より低い。そのため、図５に破線ｅで示すように、トルクコンバータ２への入力トルクは、実線ｄで示すエンジン回転数トルクコンバータ２の吸収トルクより小さい。例えばエンジン回転数がＮである時、エンジン１の出力トルクとトルクコンバータ２の入力トルクとの差Ｂは、エンジン１の出力トルクとエンジン回転数Ｎに対応するトルクコンバータ２の吸収トルクとの差Ａよりも大となる。すなわち、エンジンを加速するための余裕トルクが、トルク伝達率が１００％の場合に比較して、トルク差分Ｂ−Ａだけ大きい。従って、エンジン１の低速回転域におけるエンジンの加速性能が向上し、発進加速タイム或いは積込等の作業のサイクルタイムの短縮が図れる。【００３３】  図６は、本発明の第２実施形態にかかるエンジン動力伝達装置の構成を示すブロック図である。図６において、既に説明した第１実施形態と同種の要素には同一符号を付し、同一の部分についての重複説明は省略し、異なる部分についてのみ説明する。【００３４】  図６に示すように、スロットル開度検出器１６がスロットル５に設けられ、その出力がコントローラ１５に接続される。コントローラ１５の演算制御装置２１は、エンジン回転数検出器１４からのエンジン回転数の検出値とともに、スロットル開度検出器１６からのスロットル開度の検出値も入力する。そして、演算処理装置２１は、記憶装置２２に予め記憶されている���ップ又は関数を用いて所定の演算処理を行うことで、現在のエンジン回転数とスロットル開度に対応したトルク伝達率設定値を決定し、そして、ラッチ操作装置１３に指示信号を出力して、クラッチ１０のトルク伝達率をトルク伝達率設定値に制御させる。低速回転域において、クラッチ１０のトルク伝達率が１００％以下に制御され、出力軸１２のトルクが入力軸１１のトルクより小さくなる。その際、エンジン回転数だけでなく、オペレータにより操作されるスロットル開度に応じても、トルク伝達率が変化する。【００３５】  図７は、コントローラ１５の記憶装置２２に記憶されているトルク伝達率制御のためのマップ又は関数を説明する図である。図７は、エンジン回転数〔ｒｐｍ〕及びスロットル開度〔％〕とトルク伝達率設定値〔％〕との関係を示している。【００３６】  図７に示すように、アイドル回転数（例えば７５０ｒｐｍ）を含む低速回転域において、トルク伝達率設定値はエンジン回転数に応じて変化し、低速回転域より高速の回転域では、トルク伝達率設定値は一定値（例えば１００％）になる。そして、スロットル開度が大きいほど低速回転域の上限回転数が高くなるように、スロットル開度に応じて上限回転数が変化する。例えば、上限回転数はスロットル開度が５０％以下ではアイドル回転数であり（よって、全回転数域にてトルク伝達率設定値は１００％で一定である）、スロットル開度が６０％では８００ｒｐｍ、８０％で９００ｒｐｍ、１００％で１０００ｒｐｍである。そして、低速回転域では、エンジン回転数の上昇に伴ってトルク伝達率設定値は増大し、かつ、スロットル開度の増大に伴ってともなってトルク伝達率設定値は減少する。【００３７】  コントローラ１５の演算処理装置２１は、上記のようなエンジン回転数とスロットル開度の関数として定められたトルク伝達率設定値に一致するように、クラッチ１０のトルク伝達率を制御する。【００３８】  図８は、コントローラ１５の演算処理装置２１が行うトルク伝達率制御のための処理の流れを示す。【００３９】  エンジン１が作動している間、演算処理装置２１は、トルク伝達率制御が実質的に継続的に行われているみなせる程度の短い時間間隔で、図８に示されてルーチンを繰り返し実行する。図８に示されるルーチンを開始すると、演算処理装置２１は、ステップＳ１１とＳ１２で、エンジン回転数とスロットル開度の検出値を入力し、ステップＳ１３で、現在のエンジン回転数が低速回転域の最大回転数（図７に示した例の場合は１０００ｒｐｍ）以下であり、且つ、スロットル開度がトルク伝達率の可変制御が必要な最低開度（図７に示した例の場合は５０％）以上であるか（つまり、現在のエンジン回転数とスロットル開度との組み合わせで定義される動作点が、トルク伝達率の可変制御が必要な範囲内であるかどうか）を判断する。その結果、可変制御が必要な範囲内であると判断されると、演算処理装置２１は、ステップＳ１４で、記憶装置２２に記憶されたマップ又は関数に基づいて、図７に示したような現在のエンジン回転数とスロットル開度とに対応したトルク伝達率設定値を決定する。また、ステップＳ１３で可変制御が必要な範囲外であると判断されると、演算処理装置２１は、ステップＳ１５で、トルク伝達率設定値を１００％に決定する。その後、演算処理装置２１は、ステップＳ１６で、クラッチ操作装置１３に指示してクラッチ１０を操作させて、クラッチ１０のトルク伝達率を、決定されたトルク伝達率設定値に一致するように制御する。【００４０】  上記の制御によれば、低速回転域においてトルク伝達率が１００％より低くなることにより、エンジン加速性能が向上する。また、同じエンジン回転数であっても、スロットル開度が大きいほどトルク伝達率はより小さくなるので、エンジン加速性能が向上はより大きくなる。よって、オペレータのスロットル操作量に合ったエンジン加速性能が得られ、オペレータは自分の操作感覚に合った運転操作を行うことができる。【００４１】  以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は本発明の説明のための例示にすぎず、本発明の範囲をこの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱することなく、その他の様々な態様でも実施することができる。【００４２】  上記実施形態において、油圧制御の多板式摩擦クラッチが用いられているが、空圧式、磁力式あるいは機械式等のクラッチも使用可能である。また、上記実施形態では、スロットル開度検出器を用いて直接スロットル開度を検出するようにしているが、これに代えて、アクセルペダルあるいはスロットル操作レバー等の操作角度、又は操作量等を検出するようにしても良い。【００４３】  本発明は、ホイールローダやクレーン車等の建設機械だけでなく、動力伝達系にトルクコンバータを用いている種々の作業機械に適用可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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