JP2005075055A

JP2005075055A - 車両用空気圧縮装置の制御方法

Info

Publication number: JP2005075055A
Application number: JP2003305581A
Authority: JP
Inventors: Nagakazu Ogata; 長和緒方; Kunio Fujijo; 邦雄藤條
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-08-29
Filing date: 2003-08-29
Publication date: 2005-03-24

Abstract

【課題】１ユニットを容量の小さい、かつ、機器ごとに独立した電気制御回路と保護装置とを有する複数台の空気圧縮機で構成すると共に、各空気圧縮機の起動電流を規制し、潤滑油の乳化を防止することができる車両用空気圧縮装置の制御方法を提供する。
【解決手段】列車の車両に設けられた１ユニットの空気圧縮装置を、互いに並列接続された複数台の空気圧縮機１及び各空気圧縮機に共通に設けられ潤滑油を分離するオイルセパレータ３と、分離された潤滑油を冷却して上記各空気圧縮機に戻すオイルクーラ５と、上記オイルセパレータからの吐出空気を除湿する除湿機器６，７とを含む周辺機器によって構成すると共に、上記各空気圧縮機にそれぞれ独立した電気制御回路と保護装置とを設け、上記各空気圧縮機に異常が発生した場合に、異常の発生した空気圧縮機のみを切り離し、他の空気圧縮機の運転を継続し得るようにした方法。
【選択図】図２

Description

この発明は、車両用空気圧縮装置の制御方法に関するものである。

従来の車両用空気圧縮装置は、１台の大容量空気圧縮機と、これに接続されるオイルフィルタ、オイルクーラ、除湿機器等の周辺機器とサーマルリレー等の保護装置によって１ユニットの空気圧縮装置を構成し、通常、３〜４両の車両ごとに１ユニットの空気圧縮装置を搭載して電気制御回路は１ユニットごとに独立した回路として形成されていた。
また、車両用空気圧縮装置の運転制御は、空気圧縮機から吐出された圧縮空気を収容する空気だめを車両に設けておき、この空気だめの圧力を適宜のセンサで検知して、空気だめの圧力が所定の下限値以下になった時に、空気圧縮機に運転指令を出して上記空気だめの圧力を上昇させ、空気だめの圧力が所定の上限値になった時に、運転停止指令を出して空気圧縮機を停止させる状態を繰り返し行なうものであった。（例えば特許文献１参照）

特公平７−３７２２９号公報（ｐ２左欄１５行−右欄１７行、第５図）

従来の車両用空気圧縮装置は以上のように構成され、通常、３〜４両の車両ごとに１ユニットの空気圧縮装置が搭載されていたため、一編成が４両以上の車両で構成される列車においては、複数ユニットの空気圧縮装置が搭載されていることになり、１ユニットの空気圧縮装置に不都合が発生しても、他のユニットの空気圧縮装置でカバーすることができ、通常編成としての冗長性を有しているが、一編成が単車両ないし３両の車両による列車の場合には、通常、１ユニットの空気圧縮装置しか搭載されていないため、編成としての冗長性を有していないことになる。特に、空気圧縮機が軸ロック等により異常停止したような場合には、空気だめの圧力を所定圧力まで上昇させることができなくなり、列車の運行に支障をきたすという問題点があった。

また、深夜走行等の低乗車率の場合には、空気バネにおける空気の消費量が非常に少ないために通常３０％程度の圧縮機稼働率が１０％程度まで低下する。
そのような運転状態かつ、低外気温度・高湿度条件下では空気圧縮機の停止時に空気中に含まれる水分が油だめ内で凝縮し、圧縮機運転時にもそれほど温度が上がらないため、水分を蒸発させることができず、多量の水分が油だめ内に蓄積される結果、水分と油が攪拌されると油が白濁して乳化現象が発生し、金属摩耗粉と化学反応を起こして金属石鹸を生成し、油がヘドロ化して潤滑性能を低下させるという問題点もあった。

更に、１ユニットの空気圧縮装置が１台の大容量空気圧縮機で構成されているため、起動電流が非常に大きく、列車の空気調和装置と同時起動させた場合には、電源装置の容量をオーバする可能性もあるため、空気調和装置の制御装置に同時起動防止の制御回路を組み込む必要があるという問題点もあった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、１ユニットを容量の小さい、かつ、機器ごとに独立した電気制御回路と保護装置を有する複数台の空気圧縮機で構成すると共に、各空気圧縮機を順序起動させてトータルの起動電流を規制し、また、潤滑油の乳化を防止することができる車両用空気圧縮装置の制御方法を提供することを目的とする。

この発明に係る車両用空気圧縮装置の制御方法は、列車の車両に設けられた１ユニットの空気圧縮装置を、互いに並列接続された複数台の空気圧縮機及び各空気圧縮機に共通に設けられ潤滑油を分離するオイルセパレータと、分離された潤滑油を冷却して上記各空気圧縮機に戻すオイルクーラと、上記オイルセパレータからの吐出空気を除湿する除湿機器とを含む周辺機器によって構成すると共に、上記各空気圧縮機にそれぞれ独立した電気制御回路と保護装置とを設け、上記各空気圧縮機に異常が発生した場合に、異常の発生した空気圧縮機のみを切り離し、他の空気圧縮機の運転を継続し得るようにしたものである。

この発明に係る車両用空気圧縮装置の制御方法は以上のようになされているため、１ユニットを構成する複数台の空気圧縮機のいずれかに軸ロック等の異常が発生して過電流が流れた場合でも、それぞれの空気圧縮機のサーマルリレー等の保護装置及び電気制御回路が作動して故障した空気圧縮機のみを回路から切り離し、他の空気圧縮機は正常に運転を継続することができるため、空気だめへの空気のため込み時間は少し長くなるものの、空気だめの圧力を所定の圧力まで上昇させることができ、列車の運行に大きな支障をきたすことがない。

また、複数台の空気圧縮機を順次起動させるため、空気圧縮装置全体の起動電流を従来の空気圧縮装置に比して非常に小さくすることができ、空気圧縮装置と空気調和装置とを同時起動することも可能となり、従来必要であった制御装置の同時起動防止回路を省略することができる。従って、空気調和装置の起動が空気圧縮装置の起動の制約を受けることがなくスムースに行なうことができる。
また、空気圧縮機の運転台数制御を行なうことにより、空気圧縮機の稼働率を上げて潤滑油の温度をある程度高温に保つことができるため、潤滑油の乳化を防止し、潤滑性能の低下を防止することができる。

更に、空気だめの空気の消費量をセンサ等で検知し、空気の消費量に応じて空気圧縮機の運転台数を制御し、空気圧縮機の稼働率を上昇させることができる。即ち、空気だめの圧力が下限値に近いところでは空気圧縮機の運転台数を増やし、空気だめの圧力が上限値に近くなるにつれて空気圧縮機の運転台数を減らして容量制御を行なうことにより、空気圧縮機の稼働率の上昇を図るものである。また、全台数の運転時間を減らすことによって空気圧縮機の低騒音、低振動を図ることもできる。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図にもとづいて説明する。図１は、実施の形態１の構成を示すブロック図である。
この図に示すように、車両用空気圧縮装置１０は、主要な構成要素として複数台の空気圧縮機１Ａ、１Ｂ、１Ｃが並列接続された空気圧縮機１と、上記各空気圧縮機の空気吸入部（図示せず）に共通に設けられたエアフィルタ２と、上記各空気圧縮機に共通に設けられ、潤滑油を分離するオイルセパレータ３と、オイルセパレータ３によって分離された潤滑油を浄化するオイルフィルタ４と、オイルフィルタ４によって浄化された潤滑油を冷却して各空気圧縮機１Ａ、１Ｂ、１Ｃに戻すオイルクーラ５と、上記オイルセパレータ３からの吐出空気の温度を外気温度＋１０℃程度に冷却するアフタークーラ６と、アフタークーラ６と共に除湿機器を構成し、アフタークーラ６で冷却された空気を除湿して図示しない空気だめに供給する除湿器７を有する。なお、空気圧縮機は１ユニット分の吐出空気容量を複数台の空気圧縮機で分担するもので、図１では３台で分担する場合を示している。また、各空気圧縮機１Ａ、１Ｂ、１Ｃは、図示していないが、それぞれに独立した電気制御回路と、サーマルリレー等の保護装置が設けられている。

図２は、実施の形態１の動作を説明するためのフローチャートである。
ステップＳ１で複数台の空気圧縮機１Ａ、１Ｂ、１Ｃに運転指令が与えられ、ステップＳ２で運転開始となる。今、仮に、ステップＳ３で複数台の空気圧縮機のうちの１台１Ａに潤滑油不良等による軸ロックが発生したとすると、ステップＳ４で当該空気圧縮機１Ａに過電流が発生する。ステップＳ５で空気圧縮機１Ａの電気制御回路あるいはサーマルリレー等によって過電流が検出され、電気制御回路では図示しないノーヒューズブレーカ（ＮＦＢ）が動作し、ステップＳ６において故障した空気圧縮機１Ａのみが切り離され運転が停止する。この場合、その他の空気圧縮機１Ｂ、１ＣはステップＳ７で示すように、運転を継続するため、ステップＳ８で空気だめの圧力が通常よりは長い時間を要するが上昇し、ステップＳ９で所定の上限値に達すると、空気圧縮機１Ｂ、１Ｃは停止し、ステップＳ１０で空気だめの圧力は正常値に保持される。

また、ステップＳ３で空気圧縮機１Ａに軸ロックが発生していなかった場合には、ステップＳ１１で空気だめの圧力は通常通り上昇し、ステップＳ１２で所定の上限値に達すると全ての空気圧縮機１Ａ、１Ｂ、１Ｃが正常に停止し、ステップＳ１３で空気だめの圧力は正常値に保持される。

この実施の形態は以上のように構成されているため、いずれの空気圧縮機に故障が発生したとしても、故障した空気圧縮機のみが回路から切り離され、他の空気圧縮機は正常に運転を継続することができるため、空気だめの空気のため込み時間は少し長くなるものの、空気だめの圧力を所定の圧力まで上昇させることができ、列車の運行に大きな支障をきたすことがない。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２を図にもとづいて説明する。図３は、実施の形態２による各空気圧縮機の順序起動による起動電流の大きさを示す概略図である。
この実施の形態では、複数台の空気圧縮機１Ａ、１Ｂ、１Ｃの起動に際して同時起動を行なわず、各空気圧縮機を１台ずつ適宜の時間間隔を介して順次起動することにより起動電流のピーク値を規制しようとするものである。
図３において、横軸は時間を示し、縦軸は電流を示す。

起動に際しては、先ず時点ＴＡにおいて空気圧縮機１Ａを起動し、図示のように空気圧縮機１Ａの起動電流が十分に低下する程度の時間間隔をもって、時点ＴＢで次の空気圧縮機１Ｂを起動し、同様な時間間隔をもって空気圧縮機１Ｃを起動する。
この結果、３台の空気圧縮機を同時に起動する場合に比して起動電流のピークを大幅に小さくすることができる。

図４は、各空気圧縮機１Ａ、１Ｂ、１Ｃと列車の空気調和装置の起動タイミングを示すフローチャートである。ステップＳ２１で空気調和装置の運転指令を発する場合、ステップＳ２２で発せられる各空気圧縮機の順序起動の起動指令のうち、空気圧縮機１Ａ、１Ｂ、１Ｃのいずれかの起動指令と空気調和装置の起動指令とをほぼ同じタイミングで発することができる。これは、上述のように、空気圧縮機の順序起動によってそれぞれの起動電流のピークが小さくなっているためである。また、ステップＳ２３のように、空気圧縮機１Ａ、１Ｂ、１Ｃのうちの１つと空気調和装置とを同時起動することも可能であるし、ステップS２４のように、空気圧縮機の起動と関係なく空気調和装置を起動することもできる。ステップＳ２５の場合も同様である。

この実施の形態は、複数台の空気圧縮機１Ａ、１Ｂ、１Ｃを順序起動することによって起動電流のピークが従来の大容量の空気圧縮機の起動電流より大幅に小さくなるため、空気調和装置の起動にほとんど制約を与えることがなくなるものである。

実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３を図にもとづいて説明する。図５は、実施の形態３の構成を示すブロック図である。
この実施の形態は、空気圧縮機１によって圧縮した空気を車両に設けられた空気だめ２０に収容し、空気ばねやブレーキ用として使用する一方、圧力センサ２１によって空気だめ２０の空気圧を検知し、空気圧が所定の下限値になると空気圧縮機の制御装置２２を経て空気圧縮機１に動作指令２２Ａを与えて空気圧縮機１を運転し、空気だめ２０の圧力が所定の上限値になると、圧力センサ２１がこれを検知し、制御装置２２から動作指令２２Ａを与えて空気圧縮機１を停止させるものである。

図６は、実施の形態３における空気だめの圧力と空気圧縮機の動作パターンを示す概略図で、横軸は時間を示し、縦軸は圧力を示す。
この図に示すように、時点Ｔ１で空気だめ２０の圧力が所定の下限値になると、複数台の空気圧縮機１Ａ、１Ｂ、１Ｃが全て運転されるため、空気だめ２０の圧力が上昇する。
時点Ｔ２において、空気だめ２０の圧力が下限値より高い所定の値になった時、例えば空気圧縮機１Ａを停止させて２台の運転とし、時点Ｔ３において、更に空気だめ２０の圧力が上昇し、所定のレベルに達すると、ここで例えば空気圧縮機１Ｂをも停止させて１台のみの運転とする。そして、時点Ｔ４で空気だめの圧力が所定の上限値になると、空気圧縮機１Ｃも停止し、全ての空気圧縮機の運転を停止する。以後、この運転パターンを繰り返すことになる。

この実施の形態では、空気だめ２０の圧力に応じて空気圧縮機の運転台数を制御し、空気圧縮機の稼働率を上げるようにしているため、潤滑油の温度をある程度高温に保つことができ、従って、潤滑油の乳化を防止することができる。
なお、空気圧縮機の運転台数制御は、空気だめ２０の圧力レベルによって制御する他、空気の消費量（空気だめの圧力の変化速度）に応じて制御するようにしてもよい。
この場合には、空気の消費量をセンサ等で検知し、空気消費量が多い場合には、空気圧縮機の運転台数を増やし、空気消費量が少ない場合には、空気圧縮機の運転台数を減らすようにする。

図６に示すように、空気だめの圧力レベルによって運転台数を制御する場合には、空気だめの圧力が下限値に近いところでは、空気圧縮機の運転台数を増やし、空気だめの圧力が上限値に近くなるにつれて空気圧縮機の運転台数を減らすことになる。
このように、運転台数を制御して容量制御を行なうことにより、空気圧縮機の稼働率を上昇させることができる他、全台数の運転時間を減らすことにより、空気圧縮装置の低騒音、低振動化を図ることができる。

この発明の実施の形態１の構成を示すブロック図である。実施の形態１の動作を説明するためのフローチャートである。この発明の実施の形態２による各空気圧縮機の順序起動による起動電流の大きさを示す概略図である。実施の形態２における各空気圧縮機と列車の空気調和装置の起動タイミングを示すフローチャートである。この発明の実施の形態３の構成を示すブロック図である。実施の形態３における空気だめの圧力と空気圧縮機の動作パターンを示す概略図である。

符号の説明

１空気圧縮機
２エアフィルタ
３オイルセパレータ
４オイルフィルタ
５オイルクーラ
６アフタークーラ
７除湿器
１０車両用空気圧縮装置。

Claims

列車の車両に設けられた１ユニットの空気圧縮装置を、互いに並列接続された複数台の空気圧縮機及び各空気圧縮機に共通に設けられ潤滑油を分離するオイルセパレータと、分離された潤滑油を冷却して上記各空気圧縮機に戻すオイルクーラと、上記オイルセパレータからの吐出空気を除湿する除湿機器とを含む周辺機器によって構成すると共に、上記各空気圧縮機にそれぞれ独立した電気制御回路と保護装置とを設け、上記各空気圧縮機に異常が発生した場合に、異常の発生した空気圧縮機のみを切り離し、他の空気圧縮機の運転を継続し得るようにしたことを特徴とする車両用空気圧縮装置の制御方法。
上記複数台の空気圧縮機は、順次起動されるようにしたことを特徴とする請求項１記載の車両用空気圧縮装置の制御方法。
上記各空気圧縮機から吐出された吐出空気を収容する空気だめと、この空気だめの圧力を検知するセンサとを上記車両に設け、上記センサによって検知された上記空気だめの圧力が所定の下限値になった時、上記複数台の空気圧縮機の全てを運転し、上記空気だめの圧力が上記下限値より高い所定の値になった時、上記空気圧縮機の運転台数を所定数に減らし、上記空気だめの圧力が所定の上限値になった時、運転中の空気圧縮機を停止させるようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の車両用空気圧縮装置の制御方法。
上記空気だめの圧力が下限値より高い所定の値になった時、上記空気圧縮機の運転台数を所定数に減らす制御は、必要に応じて複数回行なわれることを特徴とする請求項３記載の車両用空気圧縮装置の制御方法。