發動機動力傳遞裝置及其方法
2023-10-10 05:52:44
專利名稱：發動機動力傳遞裝置及其方法
技術領域：
本發明涉及在建築機械、汽車、其它作業機械等中用來將發動機的動力傳遞給轉矩變換器的裝置及其方法，特別涉及用於提高發動機加速性能的技術。
背景技術：
在現有技術中，關於控制車輛的行駛驅動裝置的離合器的滑動的裝置，例如在專利文獻1中記載有自動離合器的滑動模式控制方法及裝置。
根據該自動離合器的滑動模式控制方法及裝置，在包括發動機、離合器、變速器和差速齒輪大型卡車的驅動系統中，設有產生用來控制離合器操作機構的離合器操作信號的自動離合器控制器。自動離合器控制器根據需要使離合器滑動，並與摩擦離合器連接，使變速器輸入速度逐漸接近發動機速度，防止在連接離合器時發生驅動系統的扭轉振動。
專利文獻1特開平9-210092號公報(第5-8頁、圖1、圖5)發明內容在上述的自動離合器的滑動模式控制方法及裝置中，按照節流閥開放度越大離合器滑動值越小的方式根據節流閥開放度來對離合器進行操作。但是，在具有例如鬥式鏈輪裝貨機之類的轉矩變換器的作業機械中，在操作人員踏住加速踏板想使發動機從低速狀態急速地加速時，因為機械的起動加速或者重負載作業開始等原因，對於轉矩變換器的吸收轉矩，發動機的輸出轉矩的額外轉矩不夠，這使發動機的加速需要時間，而且產生使操作人員感到不適的問題。
因此，本發明的目的在於，改善與轉矩變換器連接的發動機的加速性能。
本發明的發動機動力傳遞裝置包括發動機，通過節流閥被控制；轉矩變換器，將發動機的動力傳遞給負載裝置；離合器，設置在發動機和轉矩變換器之間，其傳遞轉矩可被控制；節流閥操作裝置，對節流閥進行操作；發動機轉數檢測器，對發動機的轉數進行檢測；離合器操作裝置，對離合器進行操作，控制離合器的傳遞轉矩；控制器，響應於發動機轉數檢測器，向離合器操作裝置發出指令，以根據發動機轉數相應地控制離合器的傳遞轉矩。
在優選實施方式中，離合器按照低速旋轉區域中的轉矩傳遞率與較高速的旋轉區域中的轉矩傳遞率相比小的方式進行操作。另外，在低速旋轉區域中，離合器10按照隨著發動機轉數的上升而轉矩傳遞率增大的方式操作。而且，在較高速的旋轉區域，離合器按照轉矩傳遞率恆定、例如為100％的方式進行操作。
在優選實施方式中，進一步包括對節流閥開放度進行檢測的節流閥開放度檢測器。另外，控制器響應於發動機轉數檢測器和節流閥開放度檢測器，向離合器操作裝置發出指令，以根據發動機轉數和節流閥開放度相應地控制離合器的傳遞轉矩。
例如，離合器按照低速旋轉區域中的轉矩傳遞率與較高速的旋轉區域中的轉矩傳遞率相比小的方式進行操作。另外，在低速旋轉區域中，離合器按照隨著發動機轉數的上升而轉矩傳遞率增大，且隨著節流閥開放度增大而轉矩傳遞率減小的方式操作。而且，按照節流閥開放度越大所述低速旋轉區域的上限轉數越大的方式，根據節流閥開放度相應地對低速旋轉區域上限轉數進行控制。
根據本發明的另一方面，提供一種通過轉矩傳遞率可被控制的離合器將發動機的動力傳遞給轉矩變換器的方法，包括響應於所述節流閥，對發動機進行控制；以及按照根據發動機轉數來控制傳遞轉矩的方式對離合器進行操作的步驟。
根據本發明，設置在發動機和轉矩變換器之間的離合器的轉矩傳遞率根據發動機的轉數被控制，由此可以改善與轉矩變換器連接的發動機的加速性能。特別是，在離合器按照低速旋轉區域中的轉矩傳遞率與較高速的旋轉區域中的轉矩傳遞率相比小的方式進行操作時，可提高低速旋轉區域中的發動機的加速性能。因此，能夠改善發動機在開始起動時等的加速性能。
而且，在根據發動機轉數和節流閥開放度控制離合器的轉矩傳遞率的情況下，根據操作人員對節流閥的操作，可以對發動機的加速性能的提高程度進行調節。特別是，在按照隨著節流閥開放度增大而轉矩傳遞率減小的方式對離合器進行操作時，對節流閥的操作越大，可更加提高發動機的加速性能。
圖1為表示本發明第一實施方式的發動機動力傳遞裝置結構的方框圖；圖2為在第一實施方式中用於指定存儲在控制器15的存儲裝置22的轉矩傳遞率設定值的圖或函數說明圖；圖3為在第一實施方式中控制器15的運算處理裝置21所進行的轉矩傳遞率控制用處理流程圖；圖4為在第一實施方式中離合器操作裝置13的比例控制電流和離合器10的轉矩傳遞率(縱軸)的關係圖；圖5為發動機1的輸出轉矩曲線和轉矩變換器2的吸收轉矩曲線圖；圖6為表示本發明第二實施方式的發動機動力傳遞裝置結構的方框圖；圖7為在第二實施方式中用於指令存儲在控制器15的存儲裝置22的轉矩傳遞率設定值的映射或函數說明圖；圖8為在第二實施方式中控制器15的運算處理裝置21所進行的用於控制轉矩傳遞率處理流程圖。
附圖標號說明1發動機2轉矩變換器5節流閥6節流閥操作裝置10離合器 11輸入軸
12輸出軸13離合器操作裝置14發動機轉數檢測器15控制器16節流閥開放度檢測器具體實施方式
下面，參照附圖對本發明的發動機動力傳遞裝置的實施方式進行說明。
圖1為表示本發明第一實施方式的發動機動力傳遞裝置結構的方框圖。該發動機動力傳遞裝置典型地是使用於例如鬥式鏈輪裝貨機之類的建築機械，但是不僅限於此，可使用於例如卡車之類的車輛和其它各種作業機械。
在圖1中，在發動機1和轉矩變換器2之間，設有可將傳遞轉矩連續地或者多級地進行控制的離合器10。離合器10和發動機1通過輸入軸11連接，離合器10和轉矩變換器2通過輸出軸12連接。在轉矩變換器2的輸出側設置有變速器3，兩者通過傳導軸4連接。
在發動機1上設置有對燃料進行控制的節流閥5，節流閥操作裝置6對節流閥5進行操作，由此對節流閥開放度進行控制。節流閥操作裝置6例如包括被操作人員進行操作的加速踏板或者加速杆等，根據加速踏板或者加速杆等的動作，通過機械式、油壓式、氣壓式或者電氣式等的操作機構對節流閥5進行操作。
通過離合器操作裝置13對離合器10進行操作，由此對離合器10的傳遞轉矩進行控制。離合器10是例如為液壓控制的多板式摩擦離合器。離合器操作裝置13通過用比例閥對提供給離合器10的油壓進行控制，對離合器10摩擦板的滑動量從零到最大進行連續或者多級的控制。也就是，將離合器10的轉矩傳遞率從100％到0％進行控制。在滑動量為0、也就是轉矩傳遞率為100％時，輸出軸12的轉矩和輸入軸11的轉矩相同，在滑動量比0大、也就是轉矩傳遞率小於100％時，輸出軸12的轉矩比輸入軸11的轉矩小，其相差量為與100％轉矩傳遞率的相差量。
在發動機1中設置有發動機轉數檢測器14。控制器15例如為被程序化的計算機，包括如微處理器之類的運算處理裝置21，及如RAM和ROM之類的存儲裝置22。在存儲裝置22中預先存儲有映射或函數，該映射或函數用來向運算處理裝置21指示如何根據發動機轉數對離合器10的轉矩傳遞率進行控制的控制方法。在控制器15中，運算處理裝置21從發動機轉數檢測器14輸入發動機轉數的檢測值，根據預先存儲在存儲裝置22的映射或函數進行規定的運算，向離合器操作裝置13輸出指令信號。離合器操作裝置13根據來自控制器15的指令信號對上述比例閥的電流進行控制，由此控制離合器10的轉矩傳遞率。
圖2為存儲在控制器15的存儲裝置22中的用來控制轉矩傳遞率的映射或函數的說明圖。
在圖2中，縱軸表示離合器10的轉矩傳遞率(輸出軸12的轉矩/輸入軸11的轉矩)(％)，橫軸表示發動機轉數(rpm)。階梯狀的實線a表示通過上述映射或函數指示運算處理裝置21的、作為一個例子的轉矩傳遞率設定值。運算處理裝置21對離合器10的轉矩傳遞率按照根據發動機轉數與由實線a表示的轉矩傳遞率設定值一致的方式進行控制。
因此，離合器10的轉矩傳遞率根據由實線a表示的轉矩傳遞率設定值在發動機轉數為750rpm(該轉數例如為空轉轉數)時被控制為50％，在發動機轉數為800rpm時被控制為60％，另外，在發動機轉數為1000rpm時被控制為100％。雖然在圖2所示的映射或函數中沒有規定，在發動機轉數大於1000rpm的範圍(最大值例如大約為3000rpm)時，轉矩傳遞率恆定地被控制為100％。
在圖2中，虛線b表示轉矩傳遞率設定值的另一個例子。如實線a、虛線b所示那樣，轉矩傳遞率設定值可以根據發動機1、轉矩變換器11和其它機械的使用方法及用途或者其狀態等條件任意地設定。
如上所述，在包括空轉轉數在內的低速旋轉區域(例如實線a情況下的750～1000rpm)，轉矩傳遞率按照在恆定值(例如100％)以下範圍內隨著發動機轉數的上升而增大的方式被控制。另外，在比低速旋轉區域的速度大的較高速旋轉區域(例如實線a情況下的1000rpm～最大轉數(約3000rpm))，轉矩傳遞率以上述恆定值(例如100％)恆定地被控制。
圖3為控制器15的運算處理裝置21所進行的轉矩傳遞率控制用處理流程圖。
在發動機1進行工作期間，運算處理裝置21以轉矩傳遞率控制被視為實際上一直在進行程度的短時間間隔反覆進行圖3所示的流程。圖3的流程開始後，在步驟S1中，運算處理裝置21從發動機轉數檢測器14輸入目前的發動機轉數的檢測值。在步驟S2中，對目前的發動機轉數是否在上述的低速旋轉區域的最大轉數以下，例如是否在1000rpm以下(即，是否處於低速旋轉區域)進行判斷。如果判斷為目前的發動機轉數處於低速旋轉區域，在步驟S3中，運算處理裝置21根據存儲裝置22內的映射或函數確定與該發動機轉數相應的轉矩傳遞率設定值。另外，在步驟S2中，當目前的發動機轉數被判斷為處於比低速旋轉區域速度大的較高速旋轉區域時，在步驟S4中，運算處理裝置21向離合器操作裝置13發送對被確定的轉矩傳遞率設定值發出指令的指令信號。離合器操作裝置13響應該指令信號，對用來用液壓對離合器進行操作的比例控制電流進行控制。如圖4所示，離合器10的轉矩傳遞率(縱軸)基本與上述比例控制電流成正比。其結果，按照與轉矩傳遞率設定值相一致的方式對離合器10的轉矩傳遞率進行控制。
通過上述的轉矩傳遞率的控制，如已參照圖2所述那樣，在發動機轉數處於低速旋轉區域時，離合器10的轉矩傳遞率以小於100％的值被控制，並且隨著發動機轉數的上升轉矩傳遞率也增大。另外，在發動機轉數超出低速旋轉區域時，轉矩傳遞率將維持100％。因此，在如作業機械的起動加速時那樣作業機械的操作人員想對節流閥操作裝置6進行操作使發動機1從低速狀態(例如空轉狀態)進行加速的情況下，在發動機轉數處於低速旋轉區域(例如1000rpm以下)的期間，離合器10的輸出軸12的轉數(也就是轉矩變換器2的輸入轉數)小於輸入軸11的轉數(也就是發動機轉數)。結果，與轉矩傳遞率為100％的情況相比較，會增加用來加速發動機1的額外轉矩，由此，在更短的時間內發動機1加速到所希望的轉數。
參照圖5所示的性能曲線，可進一步容易地理解上述用來加速發動機的額外轉矩增大的狀況。
在圖5中，縱軸表示轉矩，橫軸表示發動機轉數。曲線c表示發動機1的轉矩曲線，曲線d表示轉矩變換器2的吸收轉矩曲線。由實線d表示的吸收轉矩曲線與轉矩變換器2的輸入轉數和發動機轉數相同時、也就是離合器10的轉矩傳遞率為100％時的情況相對應。
如上所述，因為在低速旋轉區域離合器10的轉矩傳遞率小於100％，所以離合器10的輸出軸12的轉數、也就是轉矩變換器2的輸入轉數比離合器10的輸入軸12的轉數、也就是發動機轉數少。因此，如圖5虛線e所示，向轉矩變換器2的輸入轉矩比實線d所示的發動機轉數轉矩變換器2的吸收轉矩小。例如，發動機轉數為N時，發動機1的輸出轉矩和轉矩變換器2的輸入轉矩之差B比發動機1的輸出轉矩和與發動機轉數N相對應的轉矩變換器2的吸收轉矩之差A還要大。即，用來加速發動機的額外轉矩與轉矩傳遞率為100％的情況相比，大出轉矩差B-A的大小。因此，可提高發動機1的低速旋轉區域中的發動機加速性能，可縮短起動加速時間或者裝載等作業的周期。
圖6為表示本發明第二實施方式的發動機動力傳遞裝置結構的方框圖。在圖6中，與已經作描述的第一實施方式相同的部件給予相同標號，省略對相同部分的重複說明，僅對不相同的部分進行說明。
如圖6所示，節流閥檢測器16設置在節流閥5上，並且其輸出與控制器15連接。控制器15的運算處理裝置21輸入來自發動機轉數檢測器14的發動機轉數的檢測值，而且還輸入來自節流閥檢測器16的節流閥開放度的檢測值。另外，運算處理裝置21通過利用預先存儲在存儲裝置22的映射或函數進行規定的運算處理，由此確定與目前發動機轉數和節流閥開放度相對應的轉矩傳遞率設定值，然後，向離合器操作裝置13輸出指令信號，將離合器10的轉矩傳遞率控制為轉矩傳遞率設定值。在低速旋轉區域中，離合器10的轉矩傳遞率控制在100％以下，輸出軸12的轉矩比輸入軸11的轉矩小。此時，轉矩傳遞率不僅與發動機轉數變化相應，而且也與操作人員操作的節流閥開放度相應地變化。
圖7為存儲在控制器15的存儲裝置22的轉矩傳遞率控制用映射或函數的說明圖。圖7表示發動機轉數(rpm)、節流閥開發度(％)與轉矩傳遞率設定值(％)之間的關係。
如圖7所示，在包括空轉轉數(例如為750rpm)的低速旋轉區域，轉矩傳遞率設定值根據發動機轉數而變化，在比低速旋轉區域高速的旋轉區域，轉矩傳遞率設定值為恆定值(例如為100％)。另外，轉矩傳遞率設定值按照節流閥開放度越大低速旋轉區域的上限轉數越大的方式，根據節流閥開放度改變上限轉數。例如，在節流閥開放度在50％以下時，上限轉數為空轉轉數(因此，在整個旋轉區域轉矩傳遞率設定值為恆定值，為100％)，在節流閥開放度在60％時，其上限轉數為800rpm，在節流閥開放度在80％時，其上限轉數為900rpm，在節流閥開放度在100％時，其上限轉數為1000rpm。而且，在低速旋轉區域，隨著發動機轉數的上升轉矩傳遞率增大，且隨著節流閥開放度的增大轉矩傳遞率減小。
控制器15的運算處理裝置21按照與作為上述的發動機和節流閥開放度函數確定的轉矩傳遞率設定值一致的方式對離合器10的轉矩傳遞率進行控制。
圖8為控制器15的運算處理裝置21所進行的轉矩傳遞率控制的處理流程圖。
在發動機1進行工作期間，運算處理裝置21以短的時間間隔反覆進行圖8所示的流程，從而使轉矩傳遞率控制可以看作是一直在進行。圖8的流程開始後，在步驟S11和S12中，運算處理裝置21輸入發動機轉數和節流閥開放度的檢測值，在步驟S13中，對目前的發動機轉數是否在低速旋轉區域的最大轉數(在圖7所示的例子中為1000rpm)以下且節流閥開放度是否為轉矩傳遞率可變控制所需的最低開放度(在圖7所示的例子中為50％)以上(即，由目前的發動機轉數和節流閥開放度的組合所定義的動作點是否在轉矩傳遞率的可變控制所需的範圍內)進行判斷。如果其結果被判斷為該可變控制在所需範圍內，則在步驟S14中，運算處理裝置21根據存儲在存儲裝置22內的映射或函數，確定與如圖7所示那樣的與目前發動機轉數和節流閥開放度相應的轉矩傳遞率設定值。另外，如果在步驟S13中被判斷為可變控制處於所需範圍外，則在步驟S15中，運算處理裝置21將轉矩傳遞率設定值確定為100％。然後，在步驟S16中，運算處理裝置21向離合器操作裝置13發出指令，使離合器10進行操作，按照離合器10的轉矩傳遞率與確定的轉矩傳遞率設定值相一致的方式進行控制。
根據上述控制，通過在低速旋轉區域使轉矩傳遞率小於100％，能夠提高發動機加速性能。另外，即使在相同的發動機轉數的情況下，由於節流閥開放度越大轉矩傳遞率越小，所以發動機加速性能進一步提高。因此，能夠獲得與操作人員的節流閥操作量相應的發動機加速性能，能夠進行與操作人員自己的操作感覺相適應的操作。
如上對本發明的實施方式進行描述，但是該實施方式僅僅是用來說明本發明的例子，本發明的範圍並不限於該實施方式。在不脫離本發明內容的情況下，可以實施其它各種方式。
在上述實施方式中，雖然使用了液壓控制的多板式摩擦離合器，但是也可以使用氣壓式、磁力式或者機械式等離合器。另外，在上述實施方式中，雖然採用由節流閥開放度檢測器直接對節流閥開放度進行檢測的方式，但是也可以採用對加速踏板或者節流閥操作杆等的操作角度、或者操作量等進行檢測的方式代替上述方式。
本發明不僅適用於如鬥式鏈輪裝貨機和吊車之類的建築機械，而且也可以適用於在動力傳遞系統中採用轉矩變換器的各種作業機械。
權利要求
1.一種發動機動力傳遞裝置，包括發動機(1)，通過節流閥(5)被控制；轉矩變換器(2)，將所述發動機(1)的動力傳遞給負載裝置；離合器(10)，設置在所述發動機(1)和所述轉矩變換器(2)之間，其傳遞轉矩可被控制；節流閥操作裝置(6)，對所述節流閥(5)進行操作；發動機轉數檢測器(14)，對所述發動機(1)的轉數進行檢測；離合器操作裝置(13)，對所述離合器(10)進行操作，控制所述傳遞轉矩；控制器(15)，對所述發動機轉數檢測器(14)做出響應，向所述離合器操作裝置(13)進行指令，以與所述發動機轉數相應地控制所述離合器(10)的傳遞轉矩。
2.根據權利要求1所述的發動機動力傳遞裝置，其特徵在於，進一步包括對所述節流閥(5)開放度進行檢測的節流閥開放度檢測器(16)，所述控制器對所述發動機轉數檢測器(14)和所述節流閥開放度檢測器(16)做出響應，向所述離合器操作裝置(13)進行指令，以與所述發動機轉數和所述節流閥開放度相應地控制所述離合器(10)的傳遞轉矩。
3.根據權利要求1或2所述的發動機動力傳遞裝置，其特徵在於，所述離合器(10)按照低速旋轉區域中的所述轉矩傳遞率與較高速旋轉區域中的轉矩傳遞率相比小的方式進行操作。
4.根據權利要求3所述的發動機動力傳遞裝置，其特徵在於，在所述低速旋轉區域中，所述離合器(10)按照隨著所述發動機轉數的上升而所述轉矩傳遞率增大的方式進行操作。
5.根據權利要求4所述的發動機動力傳遞裝置，其特徵在於，在所述較高速旋轉區域，所述離合器(10)按照所述轉矩傳遞率為恆定的方式進行操作。
6.根據權利要求4所述的發動機動力傳遞裝置，其特徵在於，在所述較高速旋轉區域，所述離合器(10)按照所述轉矩傳遞率為100％的方式進行操作。
7.根據權利要求2所述的發動機動力傳遞裝置，其特徵在於，所述離合器(10)按照低速旋轉區域中的所述轉矩傳遞率與較高速旋轉區域中的轉矩傳遞率相比小的方式進行操作，在所述低速旋轉區域中，所述離合器(10)按照隨著所述發動機轉數的上升而所述轉矩傳遞率增大，且隨著所述節流閥開放度增大而所述轉矩傳遞率減小的方式操作。
8.根據權利要求7所述的發動機動力傳遞裝置，其特徵在於，所述低速旋轉區域的上限轉數根據所述節流閥開放度來控制，其中所述節流閥開放度越大，所述低速旋轉區域的上限轉數越大。
9.根據權利要求7或8所述的發動機動力傳遞裝置，其特徵在於，在所述較高速的旋轉區域，所述離合器(10)按照所述轉矩傳遞率為恆定的方式進行操作。
10.一種發動機動力傳遞方法，通過轉矩傳遞率可被控制的離合器(10)將發動機(1)的動力傳遞給轉矩變換器(2)，該方法包括響應於節流閥(5)，對所述發動機(1)進行控制；按照響應於所述發動機轉數來控制所述傳遞轉矩的方式，對所述離合器(5)進行操作。
11.根據權利要求10所述的發動機動力傳遞方法，其特徵在於，在對所述離合器(10)進行操作的步驟中，所述離合器(10)按照低速旋轉區域中的所述轉矩傳遞率與較高速的旋轉區域中的轉矩傳遞率相比小的方式進行操作。
12.根據權利要求11所述的發動機動力傳遞方法，其特徵在於，在所述低速旋轉區域中，所述離合器(10)按照隨著所述發動機轉數的上升而所述轉矩傳遞率增大的方式進行操作。
全文摘要
本發明提供發動機動力傳遞裝置，用來改善與建築機械等的轉矩變換器連接的發動機在起動加速時的加速性能。該裝置包括設置在發動機(1)和轉矩變換器(2)之間的能夠控制傳遞轉矩的離合器(10)，和根據發動機轉數對離合器(10)的轉矩傳遞率進行控制的控制器(15)。在發動機轉數例如在1000rpm以下的低速旋轉區域中時，傳遞轉矩在100％以下的範圍內按照隨著發動機轉數的上升而增大的方式可變地被控制。在超過1000rpm的高速旋轉區域，傳遞轉矩維持100％。
文檔編號F16D48/06GK1867783SQ20048002962
公開日2006年11月22日 申請日期2004年10月15日 優先權日2003年10月24日
發明者佐藤吉治 申請人:株式會社小松製作所