JP2008523332A - 作業機械の最大回転数を制御する方法およびそのためのハイドロダイナミッククラッチ - Google Patents

Abstract

本発明は、作業機械（１２）、特に車両内の空気圧縮器、の最大回転数を制御する方法に関するものであって、その場合に作業機械がエンジン（１０）によってハイドロダイナミッククラッチ（１１）を介して駆動され、そのハイドロダイナミッククラッチがポンプホィール（１）を有する駆動側（１１．１）からタービンホィール（２）を有する従動側（１１．２）へトルクを伝達するために、部分的または完全に作業媒体で満たされる作業室（３）を有している、前記方法は、次のステップを有する：作業機械、ハイドロダイナミッククラッチの従動側、ハイドロダイナミッククラッチの駆動側および／またはエンジンの回転数が検出され；回転数のための最大許容される値が予め定められて、検出された回転数と比較され；検出された回転数が最大許容される回転数を上回っている場合に、ハイドロダイナミッククラッチの作業室内の作業媒体量が、作業室と接続された出口の開放または貫流によって自動的に減少される。
【選択図】図１

Description

本発明は、作業機械の最大回転数を制御する方法に関するものであって、その場合に作業機械はハイドロダイナミッククラッチを介してエンジンによって駆動される。本発明は、特に、車両内の空気圧縮器の回転数を制御する方法に関するものであって、その空気圧縮器はハイドロダイナミッククラッチを介して車両の駆動エンジンによって、特に内燃機関によって駆動され、かつたとえば車両圧縮空気系に供給するためのストロークピストン空気圧縮器として形成されている。

作業機械と作業機械を駆動するエンジンの間に接続されているハイドロダイナミッククラッチの充填度を調節することによって、作業機械の回転数を制御することは、知られている（たとえば、特許文献１を参照）。その場合に充填制御は、実質的に、作業機械の最大の充填度に達した場合に作業媒体供給が中断されることによって、行われる。

既知の充填量制御は、装置的な構造に関して複雑であって、圧力センサ、弁および／または汲上げ管のような、種々の制御コンポーネントを必要とする。特にハイドロダイナミッククラッチを車両内に、好ましくは空気圧縮器と駆動エンジンの間のドライブトレイン内に、使用する場合には、空気圧縮器をオン、オフできるようにし、同時に振動を減衰させ、かつ空気圧縮器から駆動エンジンないし駆動エンジンのトランスミッションへのトルクの伝達を回避するために、充填制御されるハイドロダイナミック切替えクラッチの既知の構造は余りに複雑であって、作業機械、特に空気圧縮器の回転数監視には、余り適していない。

車両空気圧縮器の最大回転数を制限する、他の可能性は、エンジン制御を介してエンジン回転数に介入して、それを制限し、あるいは低下させることであろう。しかし、車両エンジンは、第１に車両の駆動のために用いられるので、車両圧縮空気系の周辺条件によって定められる、エンジン回転数へのこの種の介入は、望ましくない。
国際出願公開公報ＷＯ９８／３２９８７

本発明の課題は、従来技術に比較して改良されており、特に信頼できるように作業し、かつ既知の解決に比較して装置的な費用を減少させる、作業機械の最大回転数を制御する方法を提供することである。さらに、この種の方法において使用するのに適した、ハイドロダイナミッククラッチを提供しようとしている。特に、空気圧縮器の最大回転数を制御するための本発明に基づく方法は、車両内で使用されるものであって、その場合に空気圧縮器は特にストロークピストン空気圧縮器として形成されており、好ましくは車両の駆動エンジン、特に内燃機関によって駆動される。

本発明に基づく課題は、請求項１に記載の方法と、請求項５の特徴を有するハイドロダイナミッククラッチによって解決される。従属請求項は、本発明の好ましい、特に目的に合った形態を記述している。

本発明は、特に、自動車の内燃機関によって駆動される空気圧縮器において使用され、その空気圧縮器が自動車圧縮空気系に供給を行う。エンジンの回転数フィールドが広く、かつ空気圧縮器はエンジン回転数が低い場合でも十分に高い回転速度で駆動されることが必要であるために、通常、エンジンとハイドロダイナミッククラッチのポンプホィールの間のドライブトレイン内に配置されている、トランスミッションの変速比は、駆動エンジンとそれに伴ってポンプホィールを駆動する、トランスミッションの従動軸の回転数が小さい場合でも、作業機械、すなわち空気圧縮器が十分に高い回転数で駆動されるように、大きく選択される。その場合に、ハイドロダイナミッククラッチのポンプホィールの回転数が低い場合に、ポンプホィールとハイドロダイナミッククラッチのタービンホィールの間に大きいスリップが生じ、すなわちポンプホィールはタービンホィールよりもずっと大きい速度で回転することに、注意しなければならない。たとえば、ポンプホィールはタービンホィールの少なくとも２倍の速度で回転する。エンジン回転数が車両の走行状況に基づいて上昇し、場合によっては数倍になった場合に、それに応じてハイドロダイナミッククラッチのポンプホィールの回転数も上昇する。ポンプホィールのこの回転数上昇に伴って、ハイドロダイナミッククラッチのスリップが著しく減少する。同時に、ほぼ同じ、あるいは正確に同じ負荷が、タービンホィールに生じる。というのは、空気圧縮器の出力吸収は完全に一定、あるいは実質的に一定であるからである。従って特にこの適用場合において、作業機械の過回転がもたらされる危険がある。

ここで本発明に基づく方法ないし本発明に基づくクラッチは、作業機械、特に、たとえばストロークピストン空気圧縮器として形成されている、空気圧縮器の過回転が確実に回避されるように、制御介入する。本発明に基づく方法によれば、駆動エンジンと作業機械の間のドライブトレイン内の適切な回転数が検出される。これは、たとえば、作業機械、ハイドロダイナミッククラッチの従動側、ハイドロダイナミッククラッチの駆動側の回転数および／またはエンジンの回転数であることができる。その場合にエンジンの回転数というのは、駆動エンジンないし駆動エンジンによって駆動されるトランスミッションの適当な軸、特にハイドロダイナミッククラッチのポンプホィールを直接または間接的に駆動する、トランスミッションの従動軸の、回転数である。作業機械の構造的に条件づけられた、許容される最大の回転数に従って、最大許容される値が定められて、作業機械の駆動回転数領域のための上限として予め定められる。作業機械に生じる回転数が常に、あるいは間隔をおいて検出されて、予め定められた最大値と比較される。検出された回転数が予め定められた最大値を上回るとすぐに、ハイドロダイナミッククラッチの作業室内の作業媒体量が自動的に、作業室と接続されている出口がアクティブに開放され、あるいは適切にそこに流れ着くことによって、減少される。

ハイドロダイナミッククラッチは、好ましくは切替えクラッチとして、すなわち所望に作業媒体で充填可能または排出可能であるように形成されている。その場合に充填というのは、完全な充填または少なくとも部分的な充填である。排出は、本発明の主旨においては、完全な排出または作業室内の予め定められた残留作業媒体量までの排出である。従って、第１の状態において、すなわち作業室が部分的または完全に充填されている場合に、ポンプホィールからタービンホィールへトルクが伝達され、第２の状態において、作業室が完全に、あるいは予め定められた残留作業媒体量まで排出されている場合に、ポンプホィールからタービンホィールへトルクは伝達されず、あるいは実質的に伝達されない。特殊な状態によれば、作業機械が駆動されない状態においても、ハイドロダイナミッククラッチを冷却するために、予め定められた（わずかな）作業媒体流がハイドロダイナミッククラッチを通して案内される。しかし通常は、ハイドロダイナミッククラッチは完全に排出される。というのは、この種の冷却は必要ないことが多いからである。

本発明に基づく方法の第１の形態によれば、ハイドロダイナミッククラッチの作業室内の作業媒体量は、過回転数が検出されて定められた場合に、作業媒体と少なくとも流れを案内するように接続され、あるいは作業室内に開口するように取り付けられている、遠心力弁が自動的に開放されることによって、自動的に減少される。この遠心力弁は、たとえばポンプホィールの回転数で回転し、予め定められた回転数に達した場合に作用する遠心力によって開放されるので、作業媒体が作業室から流出する。従ってタービンホィールの回転数は常にポンプホィール内の遠心力弁の応答回転数の下に留まるので、タービンホィールと機械的に結合されている、作業機械の確実な回転数監視を達成することができる。

従って、この種の本発明に基づいて形成された方法において使用することができる、本発明に基づくハイドロダイナミッククラッチは、遠心力弁を有しており、それが好ましくはポンプホィール内に設けられており、予め定められた回転数の上で開放して、作業室から作業媒体を流出させる。

本発明に基づく方法の第２の実施形態によれば、回転数監視は、弁の切替えなしで行うことができる。本発明のこの実施形態は、ハイドロダイナミッククラッチの作業室内の子午線流がハイドロダイナミッククラッチの、特にハイドロダイナミッククラッチのポンプホィールの回転数に従って移動する、という認識を使用している。それに応じて、ハイドロダイナミッククラッチの作業室内の、内側へ向けられた周表面に、少なくとも１つの流出開口部の少なくとも１つの連通部が次のように、すなわち、ポンプホィールの回転数が低い場合に循環流がほとんど、あるいは完全にこの連通部を、特に通常半径方向の周方向に、かすって通過するように、配置されているので、連通部内へ作業媒体が流入せず、あるいは入ったとしてもわずかであって、従って作業室から流出しない。それに対して回転数が高い場合には、作業室内で循環流は、今度は連通部が循環流の接線方向と整合するように移動するので、作業媒体が循環流によって連通部内へ圧入されて、流出開口部を介して作業室から流出する。特に、スリップが少ない場合に子午線流がポンプホィールとタービンホィールの掬い上げ流内でさらに外側に位置し、すなわち循環流の半径方向内側の周面の接線方向が半径方向外側へ移動することによって、作業室の周面に少なくとも１つの流出開口部が本発明に基づいて位置決めされている場合に、作業媒体がこの流出開口部の連通部内へ直接流入し、回転数が低い場合にはそれは、連通部内への作業媒体の動的圧力が形成されず、あるいは実質的に形成されないことによって、阻止される。

本発明に基づく方法の第２の実施形態において使用するのに適した、本発明に基づくハイドロダイナミッククラッチは、その作業室内の内側の周面に、流出開口部の連通部を有しており、その流出開口部はポンプホィールの第２の立ち上がる象限内に位置決めされている。その場合にこの位置データは、ハイドロダイナミッククラッチの軸断面において作業室の周面を、ポンプホィール内の半径方向内側の第１の象限から始まって、理論的に４つの象限に分割することに基づいている；その場合にポンプホィールを駆動する場合に生じる循環流の方向において、ポンプホィール内の半径方向外側に第２の象限が続く。次に、作業媒体は第２の象限から、タービンホィール内の半径方向外側に形成される、第３の象限内へ流入し、そしてタービンホィール内の半径方向内側に形成される、第４の象限内へ半径方向内側へ減速される。

作業媒体が連通部内へ全く、あるいは実質的に流入せず、従って作業室を出ないことに関して、ポンプホィールの回転数が低い場合に作業媒体が連通面を通過することを保証するために、流れ方向に見て連通部の前に、ポンプホィールの内側表面に半径方向内側へ突出する突出部を設けることができる。特に、この突出部がジャンプ台の形状で形成されている場合に、以下で図面を用いてさらに詳細に説明するように、連通部を通して作業媒体が流出することを回避することができる。

ポンプホィールの第２象限内の少なくとも１つの連通部の好ましい位置は、１２０度と１５０度の間、特に１３０度と１４０度の間で、好ましくは正確に、あるいはほぼ１３５度の位置である。その場合に度数データは、ポンプホィール内の半径方向内側から見て、いわゆるポンプホィール内の作業室の基部で始まって、周方向において半径方向外側に、１８０度が達成される、ポンプホィールの半径方向外側の端部までの、円弧寸法に関する。

以下、実施例を用いて、本発明を詳細に説明する。

図１には、エンジン１０と作業機械１２の間のドライブトレイン内に接続されている、ハイドロダイナミッククラッチ１１を図式的に示している。その場合にエンジン１０は、内燃機関１０．１とそれに接続されたトランスミッション１０．２を有している。トランスミッション１０．２の従動軸が、ハイドロダイナミッククラッチ１１のポンプホィール１を有する、駆動側１１．１と結合されている。タービンホィール２を有する、ハイドロダイナミッククラッチの従動側１１．２は、作業機械１２と結合されており、その作業機械は空気圧縮器である。もちろん、所望の回転数比を得るために、エンジン１０ないしトランスミッション１０．２とポンプホィール１の間の接続内とタービンホィール３と作業機械１２の間の接続内に、それぞれ他のトランスミッションないし変速機構を配置することができる。ハイドロダイナミッククラッチ１１の側だけの付加的なトランスミッションないし変速機構も、可能である。

図１ａには、ポンプホィール１がエンジン１０によって比較的小さい回転数で駆動される、ハイドロダイナミッククラッチ１１の状態が図式的に示されている。従ってポンプホィール１とタービンホィール２の間に比較的大きいスリップが生じ、たとえばエンジン１０と作業機械１２（コンプレッサ）の間のこの種の回転数比は、図３に示すグラフの左側の領域に相当する。

ハイドロダイナミッククラッチ１１のこの種の低い回転数において、たとえば図４のグラフの右側の領域に示されるように、ポンプホィール１とタービンホィール２の間に比較的大きいスリップが生じる。その場合に図４の文字”ｎ”は、ポンプホィールの回転数を示しており、その場合にスリップは図４の太い矢印に示すように、回転数が増加するにつれて、低下する。

図１ｂには、図１ａに示すのと同じハイドロダイナミッククラッチ１１の状態が、ここではより大きい回転数において示されている。作業室３の内部にはっきりと環状流が形成され、しかしその場合にこの環状流は、軸方向に見て、実質的にまだ作業室３の内周面全体を撫でている。

図１ｃには、同じクラッチ１１を高い回転数において、すなわち図１ｂに示す状態よりも大きい回転数において、示している。図から明らかなように、この回転数においては、作業室３内の環状流は、図１ｂの状態に比較して半径方向外側へ移動されており、すなわち環状流の内周領域が、作業室３内で半径方向外側へ移動している。それによって得られる循環流５は、作業室３を通る軸断面で見て、その周面の領域に、流出開口部６の連通部へ直接向けられた、接線方向を有しているので、生じる動圧によって作業媒体が流出開口部６から直接流出開口部６の連通部内へ押し出される。

図２には、ポンプホィール１内に形成される、作業室３の領域が、再度拡大して示されている。図から明らかなように、ポンプホィール１内の作業室３の内周面上に、半径方向に見て流出開口部６の連通部６．１の前に、突出部が配置されており、その突出部が作業室３内へ半径方向内側に突出している。ジャンプ台の形状で形成されている、この突出部７が、ポンプホィールの最大許される回転数を下回る回転数において作業媒体が流出開口部６から流出せず、あるいは実質的に流出せず、循環流５が半径方向の周方向に連通部６．１を越えて流れることを、保証する。

図３に示すように、作業室３を通る図示の軸方向の横断面において、作業室３を象限に分割することができ、そのうちの第１の象限Ｉと第２の象限IIが、ポンプホィール１内に形成される作業室３の領域を、２つの同じ大きさの部分に分割する。

その場合に第１の象限Ｉは、第２の象限IIの半径方向内側に位置し、その場合に２つの象限Ｉ、IIは、軸平行のミラー面を介して互いに対して鏡像状である。

出口６の連通部６．１は、図に示すように、第２の象限II内の作業室３の外周の内側表面を表す、周弧のほぼ、または正確に、中心にある。度数で表現すると、これは、連通部６．１がほぼ１３５度に、すなわち９０度における第２の象限IIの半径方向内側の始端と１８０度における象限IIの半径方向外側の終端の間の中央に位置している。

図４には、ポンプホィールないしタービンホィールの回転数が増加するにつれて（その場合にタービンホィールの回転数はポンプホィールの回転数およびハイドロダイナミッククラッチ内のスリップに従って生じる）、ハイドロダイナミッククラッチの出力数としても知られているラムダ値がどのように小さくなるか、が示されている。スリップが大体において１０％より下の場合、すなわちタービンホィールがポンプホィールの回転数の１０分の１の回転数で回転する場合に、特性曲線は崩壊し、それ以上のスリップ減少は生じない。

本発明に基づいて形成されたハイドロダイナミッククラッチの３つの異なる駆動状態を、低い回転数から中間の回転数を介して高い回転数まで、図式的に示している。 図１の一部を拡大して示しており、本発明に基づいて形成された、ポンプホィール内の連通部が見られる。 車両内のエンジンの回転数にわたって、空気圧縮器（コンプレッサ）の回転数を示している。 本発明に基づいて形成されたハイドロダイナミッククラッチの付属の特性曲線グラフを示している。

符号の説明

１ ポンプホィール
２ タービンホィール
３ 作業室
５ 循環流
６ 流出開口部
６．１ 連通部
７ 突出部
１０ エンジン
１０．１ 内燃機関
１０．２ トランスミッション
１１ ハイドロダイナミッククラッチ
１１．１ 駆動側
１１．２ 従動側
１２ 作業機械（コンプレッサ）

Claims (8)

1. 作業機械（１２）、特に車両内の空気圧縮器、の回転数を制御する方法であって、その場合に前記作業機械（１２）がエンジン（１０）によってハイドロダイナミッククラッチ（１１）を介して駆動され、前記ハイドロダイナミッククラッチがポンプホィール（１）を有する駆動側（１１．１）からタービンホィール（２）を有する従動側（１１．２）へトルクを伝達するために、部分的または完全に作業媒体で満たされる作業室（３）を有している、前記方法であって、次のステップを有する：
   １．１ 前記作業機械（１２）、前記ハイドロダイナミッククラッチ（１１）の従動側（１１．２）、前記ハイドロダイナミッククラッチ（１１）の駆動側（１１．１）および／または前記エンジン（１０）の回転数が検出され；
   １．２ 回転数のための最大許容される値が予め定められて、検出された回転数と比較され；
   １．３ 検出された回転数が最大許容される回転数を上回っている場合に、前記ハイドロダイナミッククラッチ（１１）の作業室（３）内の作業媒体量が、前記作業室（３）と接続された出口の開放または貫流によって自動的に減少される、
   作業機械の最大回転数を制御する方法。
2. 車両内の空気圧縮器として形成されている作業機械（１２）によって、車両の圧縮空気設備に供給がなされ、前記作業機械（１２）が、部分的または完全に満たされた、ハイドロダイナミッククラッチ（１１）の作業室（３）を介して、同時に車両を駆動することができ、かつ内燃機関として形成されているエンジン（１０）によって駆動される作業状態と、完全に、あるいは予め定められた残留作業媒体量まで空にされた、ハイドロダイナミッククラッチ（１１）の作業室によって前記エンジン（１０）との駆動結合から分離される非作動状態との間で交互に切り替えられることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. ステップ１．３において作業室（３）内の作業媒体量が、前記作業室（３）と流れを案内するように接続されている、あるいは作業室内へ連通する遠心力弁の自動的な開放によって、減少されることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の方法。
4. ステップ１．３における作業媒体の減少が、作業室（３）内の循環流（５）を、作業室（３）から作業媒体を排出するために設けられている、作業室（３）内の流出開口部（６）の連通部（６．１）が前記循環流（５）の接線方向と整合し、あるいは実質的に整合する位置へ、特に半径方向外側へ向かって、移動させることによって行われるので、作業媒体が前記連通部（６．１）に直接流れ着くことによって作業室（３）から流出することを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の方法。
5. 請求項４に記載の方法に使用するためのハイドロダイナミッククラッチであって、その場合にクラッチが以下の特徴を有している：
   ５．１ 互いにトーラス状の作業室（３）を形成する、ポンプホィール（１）とタービンホィール（２）；
   ５．２ 前記作業室（３）が、前記ポンプホィール（１）から前記タービンホィール（２）へトルクを伝達するために作業媒体によって充填可能であって；
   ５．３ 前記作業室（３）がその周面の内側に、流出開口部（６）の連通部（６．１）を有しており；
   ５．４ 前記連通部（６．１）が、作業室（３）を通る軸断面において、かつ作業室（３）内の循環流（５）の方向に見て、前記ポンプホィール（１）の第２の立ち上がる象限（II）内に位置決めされている、
   ハイドロダイナミッククラッチ。
6. 前記循環流（５）の方向に見て、連通部（６．１）の前の作業室（３）の内周面上に、特に連通部（６．１）に直接隣接して、突出部（７）が配置されていることを特徴とする請求項５に記載のハイドロダイナミッククラッチ。
7. 前記突出部（７）が、循環流（５）の方向に見て、ジャンプ台の形状を有していることを特徴とする請求項６に記載のハイドロダイナミッククラッチ。
8. 連通部（６．１）が、径方向の周面の領域内で、ポンプホィール（１）の作業室（３）内の半径方向内側から始まって、１２０度と１５０度の間、特に１３０度と１４０度の間に配置されていることを特徴とする請求項５から７のいずれか１項に記載のハイドロダイナミッククラッチ。

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