JPH0749812B2 - クラツチ保護システム - Google Patents

クラツチ保護システム

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JPH0749812B2
JPH0749812B2 JP60504217A JP50421785A JPH0749812B2 JP H0749812 B2 JPH0749812 B2 JP H0749812B2 JP 60504217 A JP60504217 A JP 60504217A JP 50421785 A JP50421785 A JP 50421785A JP H0749812 B2 JPH0749812 B2 JP H0749812B2
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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の適用分野］ 本発明は、摩擦クラッチの保護システムに関し、特に摩
擦クラッチが過渡に滑った際に生じる過熱から摩擦クラ
ッチを保護する摩擦クラッチ保護システムに関する。
［先行技術の記載］ 例えば、トラクタの出力装置の出力軸をエンジンに連接
する摩擦クラッチは、過渡のスリップにより生じる過熱
から当該クラッチを保護する必要がある。従来この種の
クラッチの保護をするクラッチ保護システムとしてクラ
ッチの過熱状態を充分正確に把握して警報を発し、ある
いはクラッチの係合を解除するに適したクラッチ保護シ
ステムは提案されていなかった。
［発明が解決しようとしている問題点］ 本発明の目的は、摩擦クラッチの過渡のスリップにより
生じる過熱を正確に把握してクラッチを保護するクラッ
チ保護システムを提供することである。
［問題を解決する手段］ 本発明のよれば、係合装置により係合圧力を印加される
摩擦クラッチの過渡のスリップが原因して生じる過熱か
らクラッチを保護するクラッチ保護システムにおいて、
クラッチの入力速度と出力速度を示す信号を発生する感
知装置と、クラッチ入力速度を示す第１信号と、クラッ
チ係合圧力の印加時は前記クラッチ出力速度を示すがク
ラッチ係合圧力の非印加時はクラッチ入力速度を示す第
２信号とを入力し、第１信号の値と第２信号の値の差か
らクラッチ自身の回転によりクラッチに作用する冷却効
果を示す値を減じた値の出力信号を発生する演算装置
と、出力信号の値と所定の値とを比較する比較装置と、
比較装置の比較結果に応答して動作し、出力信号の値が
所定の値より所定の範囲以内で大きい場合は警報装置を
作動させ、また出力信号の値か所定の値より所定範囲以
上で高い場合はクラッチの係合を解除する応答装置とを
有することを特徴とするクラッチ保護システムが提供さ
れる。
［作用］ 演算装置は以下の式に基づき演算を行う。すなわち Ｏ＝Ｉ−SxX ここでＯは、演算装置の出力信号の値であり、Ｉは、ク
ラッチ入力速度であり、Ｘは、クラッチ係合圧力印加時
はクラッチ出力速度であるが、クラッチ係合圧力の不印
加時はクラッチ入力速度あり、Ｓは、係数であり、この
係数とクラッチ自身の回転数との積はクラッチの冷却効
果に相当する値となる。次に比較器は、演算装置の出力
信号の値Ｏを所定値と比較する。
例えば、この比較は、クラッチの異なるスリップ状態を
与える第１と第２の所定値と比較する。そして応答装置
は、出力信号の値０が第１の所定値以上であれば（この
場合は、クラッチのスリップは過度であるがまだ危険状
態に無い場合などである）、警報装置を作動し、また出
力信号の値Ｏが第２の所定値以上の場合（この場合はク
ラッチのスリップが危険状態である場合などである）
は、警報器を作動するとともにクラッチの係合を解除す
る。この様にしてクラッチ損傷を確実に防止しする。
クラッチ保護システムの設計者は、クラッチの設計およ
び取付けに際して摩擦クラッチが損傷しない極限スリッ
プ状態を容易に設定することができる。すなわち上記第
２の所定値を得ることができる。
さらに設計者は、潜在的危険スリップ状態を経験則で決
定することができる。すなわち、上記第１の所定値が得
られる。この第１の所定値は、上記第２の所定値の1/2
の値にあるいはクラッチの設計ならびに取付けに際して
安全性を見込んで設定することができる。
例えば、以下に詳述するように、一例として、トラクタ
の出力装置の設計において、クラッチを充分係合してク
ラッチの入力速度を2200r.p.m.に維持して状態で、上記
第２の所定値は、演算装置が２秒間で達しうる値に設定
される。また第１の所定値は、この第１の値の1/2に設
定されている。
さらに上述の第１と第２の所定値が設定した後、上記ク
ラッチ自身の回転による冷却効果を与える係数Ｓをも決
定できる。この係数の設定に際して、クラッチの許容作
動温度を決定し、スリップなしでクラッチを定格速度で
回転して第２の所定値で得られる温度が上記許容作動温
度まで降下する時間を決定する。次いでクラッチが上記
第２の所定値で達成し得る温度から上記許容温度まで達
する時間で、演算装置の信号の値が当該第２の所定値か
らゼロとなる演算装置の信号の値の低下率として上記係
数Ｓが与えられることにより、クラッチ自身の回転によ
り得られる所与の冷却能力に相当する値を得ることがで
きる。例えば、上述のトラクタ出力装置の関係では、前
記係数は、後述するように、クラッチのスリップ無くし
てクラッチ入力速度が1800r.p.m.の状態で演算装置の信
号の値が３分でゼロに降下するように係数Ｓが設定され
る。
本発明のクラッチ保護システムは、本出願人の英国特許
出願第8507229号に記載されるクラッチ係合制御システ
ムに好適に使用できる。このクラッチ係合制御システム
は、パルス幅変調技術を利用したものであり、目標クラ
ッチ加速値に応じて制御される電磁弁を介して圧力源か
ら流体圧力を供給してクラッチを係合するものである。
制御弁の励起および除励を高周波数で繰り返してクラッ
チの係合圧力を上昇率を制御し、クラッチ出力部材の加
速を所望のパターンに沿うようなされる。
本発明のクラッチ保護システムを上記のクラッチ係合制
御システムに適用する場合、上述のＸは、電磁弁が励起
されている場合クラッチの出力速度にとり、電磁弁が除
励されている場合クラッチの入力速度をとる。
演算装置にデジタルカウンタ装置を使用すると便利であ
り、クラッチの入力速度を示す第１計数パルス群とクラ
ッチ係合圧力を印加しているか否かによりクラッチの出
力速度あるいは入力速度を示す第２係数パルス群とを入
力し、第１計数パルス群と第２係数パルス群との差から
冷却効果を示す第２パルス群と係数との積を減算した計
数値を出力するようにする。
［実施例］ 第１図を参照するに、トラクタのPTO駆動システムにお
いて、エンジン10は、PTOクラッチと２段ギア変速装置
を介して負荷11を駆動している。クラッチ12は、電磁弁
14を介してポンプ13から流体圧力が供給されて係合し、
弁14によりクラッチからサンプ15に流体を排出されて分
離する。
クラッチ12は、本発明の要旨でないのでその構造の詳細
な説明は省略する。所望のトルク容量を有する既知の種
類のクラッチのいずれのものも使用することができる。
例えば、環状圧力室12aを加圧してクラッチを係合する
マッセイファーガソン2000シリーズ多板PTOクラッチな
どがある。
電磁弁14も既知のものであり、二つの位置を取るもので
ある。断位置でそのソレノイド14aは励起されず、よっ
て室12aから流体がサンプ15に排出されてクラッチが非
係合状態となる。接位置では、ソレノイド14aが励起さ
れて弁が他の位置をとり、ポンプ13から圧力室12aに圧
力が供給されてクラッチが係合する。
二つの感知装置18,19は、クラッチ12の入力用の軸16と
クラッチ12の出力用の軸17の回転速度を感知するもので
ある。これらの感知装置は、いずれの適当な形式なもの
でよく、その詳細な構造は、本発明の要旨でないので説
明を省略する。例えば、感知装置は、感知の電磁式のも
のでよく、すなわち軸とともに特殊歯付き円盤が回転
し、円盤の歯がコイルを通過とした時にこのコイルの回
路に誘起するパルス電圧の周波数を測定すれば、所望の
回転速度が得られる。
しかしながら望ましくは、特殊歯付き円盤をクラッチの
入力速度と出力速度とを検出するために使用することは
回避すべきであり、たとえば、エンジンのフライホイー
ル20の外周のスタータモータ用の歯21および２段変速ギ
ア装置24内の歯車23の歯22をそれぞれ感知装置18,19の
一部として使用することができる。
感知装置18,19からのパルス計数値は、第１図のマイク
ロプロセッサ制御回路１に入力される。制御回路25がデ
ジタル動作を行うものであっても、この回路動作の理解
を容易にするために、その主たる処理動作を説明するう
えで、回路25はブロック図の電気回路で模擬して示して
いる。
運転者がPTOクラッチ12を係合するためにスイッチ26を
投入すると、このスイッチ26から入力信号が制御回路25
に送られる。制御回路25は、駆動回路50と出力ライン52
を介して警告灯40を連続的に点灯するか、あるいは点滅
させ、また制御回路25は駆動回路51と出力ライン53とを
介して弁14のソレノイド14aと導通する。
制御回路25は、例えば同出願人の英国特許出願第850722
9号に記載のクラッチ係合制御システムがある。このク
ラッチ係合システムは、いわゆるパルス幅変調技術を利
用し、クラッチ係合時制御弁14のソレノイド14aを高周
波数で振動させてクラッチ係合圧力の上昇速度を弁14で
制御するものであり、クラッチ出力軸17の加速を所定の
パターンに沿うようになし、これによりクラッチ12の係
合を徐々にスムースに行うことができる。
以上の構成において、パルス幅変調機能（第１図ではPW
Mと記載）は、感知装置1,19からのパルス計数値をライ
ン54,55を介し、またフライホイール20と歯車23の歯数
の差を加味する係数器M,Nを介して入力する。PWM機能
は、速度比の関する所定の加速度によるクラッチの入出
力比に依存したクラッチ出力軸17の目標加速度を設定す
る。PWM機能は、出力軸の目標加速度と出力軸の実際の
加速度とを比較し、ライン53を介して制御弁14のソレノ
イド14aを振動させてクラッチ係合圧力の上昇速度を調
節し、目標値加速度を得るようになっている。この詳細
は、同英国出願を参照されたい。
制御回路25は、さらに本発明によるクラッチ保護システ
ムを含み、当該システムは、クラッチ12がスリップによ
り生じる加熱効果を出力するカウンタの形式の演算装置
を有するものである。カウンタ56は、係数で除算された
信号をライン54を介して入力する正入力と、ソレノイド
14aが励起しているか否かに依存してライン55またはラ
イン54を介して除算された信号を入力する負入力とを有
する。ライン54とライン55の間での負のカウンタ入力の
切り換えは、第１図に図示の、点線57で示すソレノイド
14aの作動に応じて動作される切換え手段Ｑにより達成
される。ライン54またはライン55からの負のカウンタ入
力は、クラッチの自己の回転による冷却効果を加味した
係数Ｓ（前述したが、以下で詳述する）により適当な係
数器で係数倍される。
以上により、カウンタの56の信号は、Ｉ−Ｓ＊Ｘで与え
られ、ここでＳは、上述の係数、Ｉは、ライン54からの
クラッチ入力速度を示すパルス係数値およびＸは、ソレ
ノイド14aの作動に依存して、ライン55からのクラッチ
出力速度信号かあるいはライン54からのクラッチ入力速
度信号のいずれかである。この形式のカウンタの係数値
を用いた、スリップによりクラッチの生ずる加熱効果の
近似計算は以下で詳述する。
カウンタ56は、クラッチの異なるスリップ値を示す第１
と第２の計数値と現在の信号値とを比較する。第１計数
値は、所望のスリップ値より高いがまだ許容の範囲内で
ある場合に相当し、第２計数値は、クラッチを損傷させ
てしまう危険のある許容範囲以外のスリップに相当す
る。カウンタ56は、カウンタの信号が第１計数値以上で
しかして第２計数値以下である時に出力信号（第１図の
ライン58）を発生し、カウンタの信号が第２の計数値に
達すると、さらに出力信号（第１図のライン59）を発生
する。
前述のように、トラクタのPTO駆動ラインで試験の結
果、第２計数値は、クラッチが完全に係合し、入力速度
2200r.p.m、クラッチ出力側を停止した状態で、約２秒
で発生することが判明した。また第１計数値は、第２計
数値の約半分であることも判明した。ライン58に出力信
号が生ずると、スイッチの投入後から点灯していた警告
灯40は、周波数制御器FR1で設定された低周波数で点滅
して、クラッチのスリップが所定地位上に上昇したこと
をトラクタの運転者に警告する。出力信号がライン59に
生じた時は、制御弁14のソレノイド14aがスイッチ60に
より除励されてクラッチ12を断させてクラッチの損傷を
防止する。さらに第２の周波数制御器FR2で設定された
高周波数で警告灯40を点滅させて保護システムがPTOク
ラッチを断にしたことを運転者に知らせる。
図示の簡略化のために、第１図では、警告灯40は、制御
装置Ｌが、スイッチ26投入時に警告灯40を連続的に点灯
する信号を出力するとともに、上述の様にカウンタの信
号が第１と第２計数値に達した際に周波数制御器FR1,FR
2から警告灯40を点滅する信号を出力する。
カウンタ56は、PWM機能と同じ80msのサイクルタイムで
動作する。よってカウンタの信号は、80ms毎に更新さ
れ、現在のカウンタ信号は、常に前回の80msの時間周期
のＩ−Ｓ＊Ｘの値と等しくなる。カウンタの信号は、例
えば0.5秒の一定の間隔で第１と第２の計数値と比較さ
れる。
クラッチ12がスイッチ60により断にされた後、スイッチ
60が再投入されれば、クラッチ12は、PWM機能の制御下
で再係合される。スイッチ60は、現在のカウンタの信号
が、第１計数値以下になれば直に投入される。これと同
時に、警告灯40の点滅が停止する。
PTO駆動ラインでのクラッチ12に生ずる加熱効果に影響
を与える係数の数学的解析を以下に説明する。
クラッチで消費される動力（PD）は、トルク＊（wI−w
O）である。ここでwIとwOは、クラッチの入出力角速度
である。
自己の回転によるクラッチの冷却効果は、少なくともw
I,wOとクラッチの温度のの関数である。
入力角速度と温度がほぼ一定であり、冷却効果が略Ｋ＊
wOに等しいと仮定する。ここでＫは定数である。
よって時間ｔの間の加熱効果は、以下のごとく、 トルクが一定Ｋ′と仮定すると、 でとなる。
とは、クラッチの入力と出力軸速度計数値であり、Ｉお
よＸでそれぞれ記述できる。
よって加熱効果は、Ｉ−（Ｉ＋k/k′）Ｘに比例する。
よって、加熱効果は、Ｉ−Ｓ＊Ｘに比例する。ここでＳ
は、計数であり、（１＋k/k′）である。
よって、カウンタ56に生じる信号Ｉ−Ｓ＊Ｘは、PTOク
ラッチ12に発生する加熱効果に充分正確に比例する信号
となり、実際のクラッチ保護システムは、この信号に基
づき設計される。
上述したように、第１および第２の所定値が設定される
と、特定クラッチならびにその取付け状態による冷却効
果を模するための係数Ｓを決定することができる。これ
は、クラッチの許容作動温度を決定するとともに、クラ
ッチが特定速度ですなわち定各速度でスリップなく回転
する状態でクラッチの温度が第２の所定値で生ずる温度
から上記決定許容作動温度まで低下する時間を決定るこ
とにより求められる。自己の回転による特定の比率での
冷却能力が、演算装置の信号値の低下率、すなわち、第
２所定値で生じる温度から前述の決定許容作動温度まで
クラッチ温度に達する時間で演算装置の信号値が第２所
定値からからゼロとなる低下率である係数Ｓにより推定
される。例えば、上述のトラクタPTO駆動ラインのクラ
ッチにおいては、クラッチの入力速度が1800r.p.m.でス
リップ無しの状態で演算装置の信号値が３分以内にでゼ
ロに低下するように係数Ｓが決定される。
もし特定駆動ラインにおいて、感知装置18が１回転当た
り60パルスを発生し、また感知装置19が１回転当たり30
パルスを発生するなら、係数器Ｍは、計数値を２で除算
する必要がある。。
クラッチ入力速度が2200r.p.m.でクラッチ出力速度がゼ
ロの場合、もし第２所定値が２秒でカウンタで発生する
信号に等しくなるならば、第２所定値は、2200x2x30/60
の測定値が得られる。
もしカウンタ56が８ビットの２進レジスタであるなら、
最大計数値は、256である。よって、感知装置18,19から
のパルス係数値は、計数で除算する必要がある。本実施
例では、係数器M,Nが設けられ、感知装置18,19からのパ
ルス数を例えば16（24）の係数で除算するようになって
いる。すなわち、カウンタの第２所定値が、138（3x180
0x30/16）となる。
もし上述の例のように係数Ｓが選定され、クラッチ入力
速度が1800r.p.m.で係数値が第２所定値、すなわち上述
の138からゼロに３分で低下すると、この３分間で、入
力感知装置18からのパルス数は、3x1800x30となる。よ
って、１カウント当たりのパルス数は、3x1800x30/138
≒1174となる。もし、感知装置18からのパルスが1174毎
にカウンタの読み値から１カウント減算するなら、所望
の計数Ｓが得られる。
マイクロプロセッサ回路25の一部にデジタルカウンタ56
を用いた例で本発明を説明したが、アナログ式のものも
使用できることは言うまでもない。たとえば、感知装置
18,19からの信号は、電圧値で連続的な読みが与えら
れ、数学的関係Ｉ−Ｓ＊Ｘに対応して得られる電圧は、
クラッチ12で生ずる加熱効果を連続的にあたえることと
なる。
変形態様として、所望のスリップ値より高いが許容内の
初期警告（第１所定値に相当する）は考慮せず、システ
ムをスリップが第２所定値に達した時点でクラッチを断
にする簡単な構成としても良い。この様にすることで、
運転者がスイッチ26を投入すると警告灯40は連続的に点
灯し、システムによりクラッチが断になると警告灯40は
点滅して運転者にクラッチが断になったことに注意をう
ながすようにできる。
［効果］ 以上の本発明の構成により、簡単な構成であるが効果的
なクラッチ保護システムが提供され、このクラッチ保護
システムは、PTOドライブクラッチの保護に特に適した
ものであり、過度のスリップによる過熱からクラッチを
確実に保護できるものである。
図面の簡単な説明 第１図は、本発明の一実施例であるクラッチ保護システ
ムのブロック図を示す図。
12……クラッチ、12a……環状室、13……ポンプ、14…
…電磁弁、15……サンプ、14a……ソレノイド、16,17…
…入出力軸、18,19……感知装置、25……制御回路、40
……警告灯、56……カウンタ

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】係合装置により係合圧力が印加される摩擦
    クラッチの過渡のスリップが原因して生じる過熱から該
    クラッチを保護するクラッチ保護システムにおいて、 該クラッチの入力速度と出力速度を示す信号を発生する
    感知装置と、 前記クラッチ入力速度を示す第１信号と、前記クラッチ
    係合圧力の印加時は前記クラッチ出力速度を示すが該ク
    ラッチ係合圧力の非印加時は前記クラッチ入力速度を示
    す第２信号とを入力し、該第１信号の値と該第２信号の
    値の差から前記クラッチ自身の回転により該クラッチに
    作用する冷却効果を示す値を減じた値の出力信号を発生
    する演算装置と、 前記出力信号の値と所定の値とを比較する比較装置と、 前記比較装置の比較結果に応答して動作し、前記出力信
    号の値が前記所定の値より所定の範囲以内で大きい場合
    は警報装置を作動させ、また該出力信号の値か該所定の
    値より該所定範囲以上で高い場合は前記クラッチの係合
    を解除する応答装置と を有することを特徴とするクラッチ保護システム。
  2. 【請求項２】特許請求の範囲の第１項に記載のクラッチ
    保護システムにおいて、前記係合装置は、電磁弁を介し
    て加圧流体が供給される流体圧力作動のクラッチ作動装
    置を含み、該電磁弁は、クラッチ係合時に断状態と接状
    態の間で高周波数で振動しパルス幅変調により前記作動
    装置の圧力の上昇速度を制御するようになし、前記演算
    装置が入力した第２信号は、該電磁弁の接状態時はクラ
    ッチ出力速度を示す信号とされ、また該電磁弁の断状態
    時はクラッチ入力速度を示す信号とされることを特徴と
    するクラッチ保護システム。
  3. 【請求項３】特許請求の範囲の第１項または第２項に記
    載のクラッチ保護システムにおいて、前記演算装置は、
    デジタルカウンタであり、クラッチ入力速度を示す第１
    群の計数パルスと前記クラッチ係合圧力が印加されてい
    るか否かによりクラッチ出力速度あるいはクラッチ入力
    速度を示す第２群の計数パルスを入力し、該カウンタの
    計数値が、前記第１と第２群の計数パルスの数の差か
    ら、冷却効果に相当する前記第２群の計数パルス数に比
    例する値を減算した値を与えることを特徴とするクラッ
    チ保護システム。
  4. 【請求項４】特許請求の範囲の第１項から第３項のうち
    のいずれか一項に記載のクラッチ保護システムにおい
    て、前記比較装置は、前記演算装置の出力信号の値をク
    ラッチスリップ時の入力速度と出力速度の差を示す第１
    と第２の所定値と比較し、前記応答装置は、前記出力信
    号の値が前記第１の所定値以上であれば、警報器を作動
    させ、また前記出力信号の値が前記第２の所定値以上で
    あれば、さらに警報器作動させるとともに前記クラッチ
    の係合を解除することを特徴とするクラッチ保護システ
    ム。
  5. 【請求項５】特許請求の範囲の第１項から第４項のいず
    れか一項に記載のクラッチ保護システムにおいて、前記
    クラッチの完全結合状態でかつ前記クラッチの入力速度
    が2200r.p.mでクラッチ出力が定常状態に保持されて場
    合に、前記クラッチを分離した際の前記演算装置の出力
    信号の値が、前記演算手段により２秒以内で設定可能な
    ことを特徴とを特徴とするクラッチ保護システム。
  6. 【請求項６】特許請求の範囲の第１項から第５項に記載
    のクラッチ保護システムにおいて、前記クラッチ自身の
    回転による冷却効果を示す値が、クラッチ入力速度が18
    00r.p.m.でクラッチのスリップが無い状態で前記演算装
    置の出力の値を３分以内でクラッチ係合の値からゼロと
    する値であることを特徴とするクラッチ保護システム。
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