JP2008279370A - エアドライヤおよび圧縮空気供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】従来技術による乾燥剤の交換時期の判定は、乾燥剤を通過した後の圧縮空気の湿度を判定するものであるため、交換時期にあると判定された時点では侵入した水分により悪影響を生じる可能性がある。
【解決手段】本発明は、空気圧縮機の無負荷運転（アンロード）を電子制御するエアドライヤあるいは圧縮空気供給システムにおいて、空気圧縮機からエアドライヤの乾燥器内に至るオイルアップ量を推定し、この推定したオイルアップ量からエアドライヤの乾燥剤の交換時期を判定するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両に装備されたエアブレーキ装置などの空圧回路で使用され、圧縮空気から水分等の異物を除去するためのエアドライヤにおいて、その内部に収納された乾燥剤の交換時期を判定するための技術に関する。特に本発明は、空気圧縮機の無負荷運転（アンロード）を電子制御するエアドライヤあるいは圧縮空気供給システムに採用できるものである。

一般的にエアドライヤを含む圧縮空気供給システムは、エアドライヤの上流に圧縮空気を吐出する空気圧縮機を備え、エアドライヤの下流に圧縮空気を貯えるエアタンクを備える。たとえば特許文献１は、こうした圧縮空気供給システムであって、さらに電子制御機能を付加したシステムを開示している。図３を参照しながらその内容を以下に説明する。

図３に示す圧縮空気供給システム１０において、空気圧縮機１２の出口１６は、エアドライヤ２６を介してエアタンク２５に接続している。これにより、空気圧縮機１２の出口１６から吐出された圧縮空気は、エアドライヤ２６で水分等の異物が除去された後、エアタンク２５に貯えられる。空気圧縮機１２は、圧縮空気の供給が不要の間、空気圧縮機１２を無負荷運転状態へ切り換えるアンロード手段１８を備えている。アンロード手段１８は、管路２０を介して伝わるアンロード指令圧に応じて、空気圧縮機１２を負荷状態と無負荷状態とに切り換えるものである。一方、エアドライヤ２６は、ハウジングの内部に乾燥剤３０を備えている。エアドライヤ２６の入口３２から供給された圧縮空気は、乾燥剤３０を通過することで水分等が除去され、出口３４から排出される。乾燥剤３０は、空気圧縮機１２が活動不能となったときに合わせて、周期的な再生（パージ）を必要とする。この再生は、エアドライヤ２６の下端部に設けたドレンバルブ３５を開くことで行う。ドレンバルブ３５は、制御ポート２７を通して伝わるパージ指令圧に応じて開き、エアドライヤ２６の内部を大気と連通する。このとき、エアドライヤ２６内の乾燥された圧縮空気が乾燥剤３０を逆流しながら大気に排気され、エアドライヤ２６内のドレン等を放出しながら乾燥剤３０を再生することになる。

空気圧縮機１２のアンロード手段１８に対するアンロード指令圧は、第一のソレノイドバルブ（アンロード制御バルブ）３６から出力される。また、エアドライヤ２６のドレンバルブに対するパージ指令圧は、第二のソレノイドバルブ（パージ制御バルブ）２８から出力される。これら第一および第二のソレノイドバルブ３６，２８は、電子制御部３８によって制御される。第一のソレノイドバルブ３６は、電子制御部３８からの電気信号に応じて開弁することでエアタンク２５とアンロード手段１８とを連通し、空気圧縮機１２を無負荷状態とするためのアンロード指令圧をアンロード手段１８へ送る。第二のソレノイドバルブ２８は、電子制御部３８からの電気信号に応じて開弁することでエアタンク２５とドレンバルブ３５とを連通し、ドレンバルブ３５を開くためのパージ指令圧を送る。
特許２７９５９４４号公報

さて、従来のエアドライヤは、乾燥剤を再生利用することで長期間使用できるようにしているものの、乾燥剤を永久に使用することはできず、乾燥剤の能力が大幅に低下したとき（乾燥剤が劣化したとき）には乾燥剤を交換する必要がある。こうした中、特許文献２や特許文献３は、乾燥剤より下流の圧縮空気中の水分ないしは湿気を検知し、その検知結果に基づいて乾燥剤の交換時期を判定する技術を開示する。しかし、これら従来の技術はいずれも、乾燥剤を通過した後の圧縮空気の湿度等を検知するものである。乾燥剤を通過した後の圧縮空気が所定量の湿度をもつということはその下流にある程度の水分が既に浸入していることを示すものであり、下流の各空圧機器に悪影響（例えば腐食促進や凍結による作動不能など）を生じることになる。
特開昭６０−０７５３２１号公報 実開平５−２６１３６号公報

そこで発明者達は、別の手段によって乾燥剤の交換時期を判定することを考えた。そして、発明者達はこうした乾燥剤の劣化については空気圧縮機からのオイルアップが影響していることに注目した。空気圧縮機から吐出された圧縮空気は、空気圧縮機内の圧縮室に入り込んでしまった潤滑油（オイルミスト）を含んでいる。このオイルミストが圧縮空気とともに乾燥器内に導かれて乾燥剤に付着することで、乾燥剤の除湿能力は低下してしまう。通常、乾燥剤の上流側にはこうしたオイルミストを除去するためのオイルフィルタが設けられるが、オイルフィルタにも能力の限界がある。つまり、こうしたオイルフィルタは、オイルミストを完全に除去できるものではない（微小なオイルミストを除去できない）し、累積使用によって劣化する傾向にある。また、オイルフィルタは、通常、乾燥剤の再生と同時に逆流した圧縮空気によって付着したオイルミストを取り除くことで再生されるものの、一度に除去できるオイルミストの量に限界がある。

本発明は、空気圧縮機の無負荷運転（アンロード）を電子制御するエアドライヤあるいは圧縮空気供給システムにおいて、乾燥剤の交換時期を判定するために有効な技術を提供することを目的とする。この発明のさらにその他の目的については、以下の説明から明らかになるであろう。

本発明は、電子制御部による空気圧縮機のアンロード制御の履歴に基づいて、空気圧縮機からエアドライヤの乾燥器内に至るオイルアップ量（空気圧縮機から吐出された圧縮空気に含まれるオイルミストの量）を推定し、この推定したオイルアップ量からエアドライヤの乾燥剤の交換時期を判定するものである。より詳しくは、本発明のエアドライヤは、圧縮空気を吐出する空気圧縮機に連絡される入口と、圧縮空気を貯えるエアタンクに連絡される出口と、それら入口および出口に連絡し、内部に再生可能な乾燥剤を収容した乾燥器と、この乾燥器内を通過した後の圧縮空気の一部を貯えるパージエアタンクと、前記出口のエア圧力に応じて開弁し、パージエアタンク内の圧縮空気によって乾燥剤を再生するドレンバルブと、前記出口のエア圧力に応じて空気圧縮機を無負荷運転状態へ切り換えるアンロード指令圧を出力するソレノイドバルブと、このソレノイドバルブに対して電気的な動作指令信号を出力する電子制御部とを備える。そして、この電子制御部は、ソレノイドバルブへの動作指令信号の出力履歴に基づいて空気圧縮機から乾燥器内に至るオイルアップ量を推定し、その推定したオイルアップ量からエアドライヤ内の乾燥剤の交換時期を判定するものである。

本発明における電子制御部は、空気圧縮機のアンロード制御の履歴から、空気圧縮機の運転状態を認識できるため、エアドライヤの乾燥器内に至るオイルアップ量を推定することができる。本発明によれば、エアドライヤの電子制御部における制御内容から乾燥剤の交換時期を推定することが可能となり、乾燥剤の劣化による悪影響を生じる前に乾燥剤の交換を促すことができる。また、本発明によれば、湿度センサ等の特別なセンサを必要とすることなく、乾燥剤の交換時期を判定することができる。

より好適には、乾燥器よりも上流側に圧縮空気中のオイルミストを取り除くオイルフィルタを設け、電子制御部はこのオイルフィルタによるオイルミスト除去能力を加味して乾燥器内に至るオイルアップ量を推定する。これによれば、乾燥剤劣化の原因となるオイルアップ量をより厳密に推定することができ、乾燥剤の交換時期をより的確に判定することができる。

さらに、本発明は圧縮空気供給システムにも適用できる。本発明による圧縮空気供給システムは、圧縮空気を吐出する空気圧縮機と、この空気圧縮機が吐出した圧縮空気から水分等の異物を除去するため内部に再生可能な乾燥剤を備えたエアドライヤと、このエアドライヤを通過した圧縮空気を貯えるエアタンクと、空気圧縮機を無負荷運転状態へ切り換えるアンロード指令圧を出力するソレノイドバルブと、このソレノイドバルブに対して電気的な動作指令信号を出力する電子制御部とを備える。そして、この電子制御部は、ソレノイドバルブへの動作指令信号の出力履歴に基づいて空気圧縮機から乾燥器内に至るオイルアップ量を推定し、その推定したオイルアップ量からエアドライヤ内の乾燥剤の交換時期を判定するものである。これによれば、圧縮空気供給システムの電子制御部における制御内容から乾燥剤の交換時期を推定することが可能となり、乾燥剤の劣化による悪影響を生じる前に乾燥剤の交換を促すことができる。また、本発明によれば、湿度センサ等の特別なセンサを必要とすることなく、乾燥剤の交換時期を判定することができる。

本発明によれば、空気圧縮機のアンロードを電子制御するエアドライヤあるいは圧縮空気供給システムにおいて、電子制御部の制御内容から乾燥剤の交換時期を有効に判定することができる。

本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。まず、図１は、本発明に係る第一の実施の形態であって、圧縮空気供給システム１００の回路図を示す。この圧縮空気供給システム１００は、圧縮空気を吐出する空気圧縮機１１２と、圧縮空気中の異物除去機能を含むエアドライヤ１２６と、圧縮空気を貯えるエアタンク１２５とを備える。空気圧縮機１１２は、圧縮空気の吐出機能を無能化する（空気圧縮機１１２を負荷状態と無負荷状態とに切り換える）アンロード手段１１８を備える。

空気圧縮機１１２の出口１１６は、エアドライヤ１２６の入口１３２に接続している。エアドライヤ１２６は、内部に再生可能な乾燥剤を収容した乾燥器１３９と、この乾燥器１３９内を通過した後の圧縮空気の一部を貯えるパージエアタンク１３３とを備える。入口１３２と乾燥器１３９との間には第一の逆止弁１６１を備える。この第一の逆止弁１６１は、エアドライヤ１２６内の圧縮空気が空気圧縮機１１２側へ逆流することを防止するものである。さらに、乾燥器１３９の一次側にはドレンバルブ１３５を備える。このドレンバルブ１３５は、パージ指令圧に応じて開弁し、パージエアタンク１３３内の圧縮空気を乾燥器１３９内に逆流させることで、乾燥器１３９内の乾燥剤を再生する。乾燥器１３９の下流側からパージエアタンク１３３へ接続された通路には、パージエアタンク１３３の圧縮空気が乾燥器１３９側へ逆流するのを防止する第二の逆止弁１６２と、この第二の逆止弁１６２をバイパスするように設けられ、パージエアの流量調整のための絞り通路１６３とを備える。パージエアタンク１３３の下流側は、第三の逆止弁１６４を介して出口１３４に接続している。第三の逆止弁１６４は、出口１３４の圧縮空気がパージエアタンク１６２側へ逆流することを防止するものである。なお、第三の逆止弁１６４と出口１３４との間から分岐した流路を車両のエアサスペンション用ポート１８８に接続している。

エアドライヤ１２６は、空気圧縮機１１２のアンロード手段１１８およびドレンバルブ１３５を制御するため、複数のソレノイドバルブ１３６，１２８および１８３と、これらソレノイドバルブ１３６，１２８および１８３に対して電気的な指令信号を出力する電子制御部１３８とを備えている。第一のソレノイドバルブ（以下、アンロード制御バルブ）１３６は、通常の無通電状態（消磁状態）では空気圧縮機１１２のアンロード手段１１８へつながるアンロード指令用の指令圧通路１７１を排気ポート１８１に接続しているが、電子制御部１３８により通電状態（励磁状態）へ切り換えられると、そのアンロード指令用の指令圧通路１７１をエアドライヤ１２６の出口１３４に接続する。第二のソレノイドバルブ（以下、パージ制御バルブ）１２８は、通常の無通電状態ではドレンバルブ１３５へつながるパージ指令用の指令圧通路１７２を排気ポート１８２に接続しているが、電子制御部１３８により通電状態へ切り換えられると、そのパージ指令用の指令圧通路１７２をエアドライヤ１２６の出口１３４に接続する。また、第三のソレノイドバルブ（以下、逆流制御バルブ）１８３は、エアドライヤ１２６の出口１３４近くに設けた第三の逆止弁１６４をバイパスするように、パージエアタンク１３３と出口１３４とを接続する逆流用通路１７３に設けられ、この逆流用通路１７３を開閉するものである。この逆流制御バルブ１８３は、通常の無通電状態では閉位置にあり、電子制御部１３８により通電されることで開位置に切り換えられる。

こうした圧縮空気供給システム１００は、以下のとおり作用する。空気圧縮機１１２の出口１１６から吐出された圧縮空気は、エアドライヤ１２６の入口１３２および第一の逆止弁１６１を通して、乾燥器１３９内部へ導入される。乾燥器１３９内を通過することで水分等の異物が除去された圧縮空気は、エアドライヤ１２６の出口１３４およびエアサスペンション用ポート１８８から排出される。出口１３４から排出された圧縮空気は、マルチプロテクションバルブ１９０を通してエアタンク１２５に貯えられる。また、その乾燥器１３９を通過した圧縮空気の一部がパージエアタンク１３３にも貯えられている。

電子制御部１３８は、圧力センサ１５６を介してエアドライヤ１２６の出口１３４のエア圧が設定圧力に達するまで上昇したことを認識すると、アンロード制御バルブ１３６およびパージ制御バルブ１２８を通電状態へ切り換える。アンロード制御バルブ１３６が通電状態へ切り換えられると、そこにつながる指令圧通路１７１がエアドライヤ１２６の出口１３４に接続され、アンロード指令圧がアンロード手段１１８へ出力される。すると、この指令圧を受けたアンロード手段１１８が空気圧縮機１１２を無負荷状態にし、空気圧縮機１１２はアンロード状態（無負荷運転状態）となる。また、パージ制御バルブ１２８が通電状態へ切り換えられると、そこにつながる指令圧通路１７２がエアドライヤ１２６の出口１３４に接続され、パージ指令圧がドレンバルブ１３５へ出力される。この指令圧を受けたドレンバルブ１３５は、開位置に切り換えられ、乾燥器１３９の内部を大気と連通する。すると、パージエアタンク１３３内の圧縮空気が絞り通路１６３を通して乾燥器１３９内を逆流しながらドレンバルブ１３５から大気に排気される。この結果、乾燥器１３９内の乾燥剤が再生されることになる。

この後、エアタンク１２５内の圧縮空気が消費され、エアタンク１２５の内圧とともにエアドライヤ１２６の出口１３４のエア圧が降下していくと、アンロード制御バルブ１３６およびパージ制御バルブ１２８が無通電状態に戻される。すると、アンロード指令用の指令圧通路１７１が排気ポート１８１に接続されることでアンロード手段１１８へのアンロード指令圧が大気へ排出されるとともに、パージ指令用の指令圧通路１７２が排気ポート１８２に接続されることでドレンバルブ１３５へのパージ指令圧が大気へ排出される。これにより、図１に示す空気圧縮機１１２の稼動状態に戻る。

この圧縮空気供給システム１００は、ドレンバルブ１３５へパージ指令圧を送るための指令圧通路として、パージ制御バルブ１２８を配した指令圧通路１７２とは別に、補助用の指令圧通路１７４を備えている。補助用の指令圧通路１７４は、パージ制御バルブ１２８をバイパスするようにエアドライヤ１２６の出口１３４とドレンバルブ１３５とを接続可能に設けられ、その接続状態を切り換える空圧作動式のプレッシャガバナ１７５を備えている。プレッシャガバナ１７５は、空気圧縮機１１２の稼動状態において補助用の指令圧通路１７４を排気ポート１８５に接続しており、エアドライヤ１２６の出口１３４のエア圧力が設定圧力に達すると、指令圧通路１７４をその出口１３４に接続することでパージ指令圧をドレンバルブ１３５へ出力する。その後、エアタンク１２５内の圧縮空気の消費に応じて出口１３４のエア圧が降下していくと、プレッシャガバナ１７５は、補助用の指令圧通路１７４を排気ポート１８５に接続する元の状態に戻り、ドレンバルブ１３５へのパージ指令圧が大気へ排出される。

例えば電子制御部１３８の故障等によってアンロード制御バルブ１３６およびパージ制御バルブ１２８を通電できない場合には、エアドライヤ１２６の出口１３４のエア圧力がプレッシャガバナ１７５の設定圧力にまで達して、プレッシャガバナ１７５が作動する。すると、補助用の指令圧通路１７４およびシャトル弁１７７を通したパージ指令圧に基づいてドレンバルブ１３５が開位置に切り換えられ、パージ作業が行われる。このとき、空気圧縮機１１２から吐出された圧縮空気もドレンバルブ１３５から大気に排気されるため、空気圧縮機１１２は実質的にアンロード状態となり、圧縮空気の供給が停止される。

さて、こうした電子制御部１３８は、アンロード制御バルブ１３６の制御による空気圧縮機１１２のアンロード制御の履歴に基づいて、空気圧縮機１１２からエアドライヤ１２６の乾燥器１３９内に至るオイルアップ量を推定する。ここで、電子制御部１３８は、空気圧縮機１１２が吐出した圧縮空気における単位容積あたりのオイルアップ量（Ｋｎ）を予め記憶している。したがって、空気圧縮機１１２の吐出量とこの単位容積あたりのオイルアップ量（Ｋｎ）との積から、全体のオイルアップ量（Ａ）を算定することができる。レシプロ型である空気圧縮機１１２の吐出量は、空気圧縮機１１２の負荷運転時間（つまり、電子制御部１３８がアンロード制御バルブ１３６を無通電にする時間）において、シリンダ容積と回転数と容積効率との積から算出する。ここでの回転数はＣＡＮ等の車載ネットワークから取得する。なお、上述の単位容積あたりのオイルアップ量（Ｋｎ）は、空気圧縮機１１２の累積運転時間が長いほど多くなる傾向にあり、さらに空気圧縮機１１２の機種に応じても異なる。電子制御部１３８は、こうした傾向等も加味して単位容積あたりのオイルアップ量（Ｋｎ）を決定する。

乾燥器１３９の上流側には、圧縮空気中のオイルミストを取り除くオイルフィルタ（図示しない）を設けている。したがって、電子制御部１３８は、さらにこのオイルフィルタによるオイルミスト除去能力をも加味して、乾燥器１３９内に至るオイルアップ量を推定する。ここでの電子制御部１３８は、全体のオイルアップ量（Ａ）からオイルフィルタによるオイル除去量（Ｂ）を差し引いた量（Ａ−Ｂ）が、乾燥器１３９内に至るオイルアップ量（Ｃ）であると推定する。そして、電子制御部１３８は、この乾燥器１３８内に至るオイルアップ量（Ｃ）の累積が所定量を超えたとき、乾燥器１３９内の乾燥剤が劣化により交換時期であると判定する。この判定結果は、たとえば車両の運転席に設けた警報ランプ（図示しない）の点燈などによって報知することができる。なお、オイルフィルタによるオイルミストの除去能力は累積使用により劣化する傾向にあるので、電子制御部１３８はこの傾向も加味してオイルフィルタによるオイル除去量（Ｃ）を算定する。

図２は、本発明に係る第二の実施の形態であって、圧縮空気供給システム２００の回路図を示す。この圧縮空気供給システム２００は、図１に示すものとは異なり、空気圧縮機２１２がアンロード手段を備えておらず、その代わりに空気圧縮機２１２のアンロード機能をエアドライヤ２２６のドレンバルブ２３５に負わせるものである。したがって、圧縮空気供給システム２００は、図１に示すアンロード制御バルブ１３６も備えていない。パージ制御バルブ２２８からのパージ指令圧に基づいてドレンバルブ２３５が開位置に切り換えられると、パージ作業が行われる。このとき、空気圧縮機２１２から吐出された圧縮空気もドレンバルブ２３５から大気に排気されるため、空気圧縮機２１２は実質的にアンロード状態となり、圧縮空気の供給を停止する。こうした点を除いて、この圧縮空気供給システム２００は、図１に示した上記圧縮空気供給システム１００と基本的に同じ構成である。この圧縮空気供給システム２００においても、電子制御部２３８は、上述した第一の実施の形態（圧縮空気供給システム１００）と同じように、空気圧縮機２１２のアンロード制御の履歴に基づいて乾燥剤の交換時期を判定することができる。

本発明に係る第一の実施の形態である圧縮空気供給システム１００の回路図 本発明に係る第二の実施の形態である圧縮空気供給システム２００の回路図 従来技術に係る圧縮空気供給システム１０の回路図

符号の説明

１００，２００ 圧縮空気供給システム
１１２，２１２ 空気圧縮機
１１８ アンロード手段
１２５ エアタンク
１２６，２２６ エアドライヤ
１２８ パージ制御バルブ（第二のソレノイドバルブ）
１３０ 乾燥剤
１３２ 入口
１３３ パージエアタンク
１３４ 出口
１３５，２３５ ドレンバルブ
１３６ アンロード制御バルブ（第一のソレノイドバルブ）
１３８ 電子制御部
１３９ 除湿器
１７１ 指令圧通路（アンロード指令用）
１７２ 指令圧通路（パージ指令用）
１７４ 補助用の指令圧通路（パージ指令用）
１７５ プレッシャガバナ
１８５ 逆流制御バルブ（第三のソレノイドバルブ）

Claims (3)

1. 圧縮空気を吐出する空気圧縮機に連絡される入口と、圧縮空気を貯えるエアタンクに連絡される出口と、それら入口および出口に連絡し、内部に再生可能な乾燥剤を収容した乾燥器と、この乾燥器内を通過した後の圧縮空気の一部を貯えるパージエアタンクと、前記出口のエア圧力に応じて開弁し、前記パージエアタンク内の圧縮空気によって前記乾燥剤を再生するドレンバルブと、前記出口のエア圧力に応じて前記空気圧縮機を無負荷運転状態へ切り換えるアンロード指令圧を出力するソレノイドバルブと、このソレノイドバルブに対して電気的な動作指令信号を出力する電子制御部とを備えたエアドライヤにおいて、前記電子制御部は、前記ソレノイドバルブへの前記動作指令信号の出力履歴に基づいて前記空気圧縮機から前記乾燥器内に至るオイルアップ量を推定し、その推定したオイルアップ量から前記エアドライヤ内の前記乾燥剤の交換時期を判定することを特徴とするエアドライヤ。
2. 前記乾燥器よりも上流側に前記圧縮空気中のオイルミストを取り除くオイルフィルタを設け、前記電子制御部はこのオイルフィルタによるオイルミスト除去能力を加味して前記乾燥器内に至るオイルアップ量を推定する、請求項１のエアドライヤ。
3. 圧縮空気を吐出する空気圧縮機と、この空気圧縮機が吐出した圧縮空気から水分等の異物を除去するため内部に再生可能な乾燥剤を備えたエアドライヤと、このエアドライヤを通過した圧縮空気を貯えるエアタンクと、前記空気圧縮機を無負荷運転状態へ切り換えるアンロード指令圧を出力するソレノイドバルブと、このソレノイドバルブに対して電気的な動作指令信号を出力する電子制御部とを備えた圧縮空気供給システムにおいて、前記電子制御部は、前記ソレノイドバルブへの前記動作指令信号の出力履歴に基づいて前記空気圧縮機から前記乾燥器内に至るオイルアップ量を推定し、その推定したオイルアップ量から前記エアドライヤ内の前記乾燥剤の交換時期を判定することを特徴とする圧縮空気供給システム。

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