JP2009127525A - エンジン駆動圧縮機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】吐出圧力の設定値に対応する最大吐出空気量を吐出している状態で、負荷機器類の吐出空気量が変動し、最大吐出空気量を超える吐出空気量を吐出する場合、吐出圧力があらかじめ設定されている境界圧力より高い範囲にあるときは、エンジン回転速度を上昇せず、騒音の増大や燃費の悪化を抑制する。そして、吐出圧力が境界圧力以下に低下したときは、エンジン回転速度を上昇して、追加吐出空気量を吐出する。
【選択図】図4
Description
そして、図6に示すように、エンジン駆動圧縮機は、設定される吐出圧力の全てにおいて限界曲線Sより下方で動作するように設定される。すなわち、任意に吐出圧力を設定した場合であっても、限界曲線Sに対して余裕を持って動作するように設定されている。
また、各吐出圧力においては、その吐出圧力で吐出可能な空気量の最大値である最大吐出空気量が設定される。
例えば、定格駆動空気圧力がp1の負荷機器類をエンジン駆動圧縮機に接続して駆動する場合、吐出圧力が例えばp1より小さい値のp2まで低下しても負荷機器類が駆動可能なことがある。このようなとき、負荷機器類の負荷が重い領域では、吐出圧力を低下して吐出空気量を増加することで、負荷機器類を効率よく駆動することができる場合がある。
また、吐出圧力の設定値に対応して設定される最大吐出空気量に、追加吐出空気量として、さらに吐出空気量を追加できることから、最大吐出空気量より多くの吐出空気量が必要な場合であっても、吐出空気量を増加して対応することができるという優れた効果を奏する。
以上のように、本発明によると、負荷機器類の負荷が重い領域で負荷の変動があった場合に、可及的に吐出圧力の低下を抑制し、騒音の増大や燃費の悪化を抑制しながら吐出空気量を増加できるエンジン駆動圧縮機を提供することができる。
第1圧力センサ4cは特に限定されるものではなく、例えば第2圧力センサ5dと同等のものを使用すればよい。なお、第1圧力センサ4cはオイルチャンバ4に備わることは限定されず、オイルチャンバ4とサービスバルブ4aとの間の配管に備わっていてもよい。また、第1圧力センサ4cは検出した圧力を所定の電気信号に変換して、制御ユニット5に入力するように構成すればよい。制御ユニット5は、入力された電気信号に基づいて、第1圧力センサ4cが検出する検出圧力を吐出圧力として算出する。
なお、吐出圧力と容量レギュレータ2aの開度とエンジン回転速度の好適な関係とは、吐出圧力の設定値とエンジン3(図1参照)の燃費やエンジン回転速度の応答性などに基づいて決定されればよく、例えばあらかじめ実験などで求めておけばよい。
なお、数値の表示は、例えば7セグメントのデジタル表示で行えばよい。吐出圧力設定部52の態様は限定するものではないが、吐出圧力設定部52が操作部52aと表示部52bとを備えるタッチパネルTからなる態様が考えられる。そして、操作部52aには、表示部52bが表示する圧力値を上昇させるアップボタンUと下降させるダウンボタンD、および吐出圧力の設定値を決定する決定ボタンEとが備わる。アップボタンUは、表示部に表示される数値を1ずつ上昇させる方向に操作することができ、ダウンボタンDは、数値を1ずつ下降させる方向に操作することができる。
なお、アップボタンUへのタッチを続けると、表示される圧力値が上昇する方向に早送りされ、ダウンボタンDへのタッチを続けると、表示される圧力値が下降する方向に早送りされる機能を有し、さらに設定を容易にする構成であってもよい。
なお、吐出空気量設定部52cの詳細は後記する。
そして、負荷機器類の負荷が重くなって空気使用量が増加し、吐出圧力に対応する最大吐出空気量になると、エンジン3のエンジン回転速度は、図4に示すように、吐出圧力に対応した定格エンジン回転速度となる。この、吐出圧力に対応した定格エンジン回転速度は、例えば設定される吐出圧力に対応するエンジン回転速度の上限値を、エンジン駆動圧縮機1(図1参照)の性能特性などに基づいてあらかじめ決定し、制御ユニット5の記憶部51(図2参照)に記憶しておけばよい。制御ユニット5の演算部50(図2参照)は、設定された吐出圧力に対応したエンジン回転速度の上限値を記憶部51から読み出し、その上限値を吐出圧力の設定値に対応した定格エンジン回転速度として設定する。そして、設定された吐出圧力の圧縮空気を吐出する場合、制御ユニット5の演算部50は、吐出圧力に対応した定格エンジン回転速度を超えてエンジン回転速度が上昇しないように制御する。
図4は、エンジン回転速度とエンジン出力に対応して、エンジン駆動圧縮機で消費されるエンジン出力の特性を示す図であって、本実施形態におけるエンジン回転速度とエンジン出力の推移を示す図である。
また、吐出圧力の設定値がp1より低いp2であって、吐出圧力がp2に設定される場合、エンジン出力は実線Bで示される。すなわち、エンジン回転速度の上昇に伴って、エンジン出力が実線Bに示されるように、各エンジン回転速度における吐出空気量を得ることができる。そして、エンジン回転速度が、r1より大きいr2に達した時点で、Q1よりも大きな最大吐出空気量Q2を得られる。
そこで、例えば図4に実線A〜Dで示すように、吐出圧力の代表値を複数個選択して、選択した吐出圧力に対応する目標値D1を記憶部51に記憶する。そして、代表値以外の吐出圧力に対応する容量レギュレータ2a(図1参照)の開度とエンジン3(図1参照)のエンジン回転速度は、代表値に対応する目標値D1から求められる容量レギュレータ2aの開度とエンジン3のエンジン回転速度を補間して演算する構成としてもよい。
このようなエンジン駆動圧縮機1において、エンジン回転速度がr1に達し、最大吐出空気量Q1を吐出している状態から、サービスバルブ4a(図1参照)に接続される負荷機器類の負荷が重くなって空気使用量がさらに増加すると、オイルチャンバ4(図1参照)に供給される圧縮空気より消費される圧縮空気のほうが多くなることから、吐出圧力が減少する。
例えば吐出圧力の設定値がp1に設定される場合、不感帯は、図4に示すように、吐出圧力の設定値p1よりも低い圧力pb(以下、境界圧力と称する)と、吐出圧力の設定値p1との差として示される。このように設定される不感帯を、以下、降下圧力Pと称する。そして、境界圧力pbを示す点を境界点Puとする。
追加吐出空気量とは、エンジン出力の特性の限界曲線の範囲内においてエンジン回転速度を上昇させたときに、エンジン回転速度の上昇に対応して発生する、吐出空気量の増加量をいうものである。そして、あらかじめ設定されている最大吐出空気量に前記増加量を追加して、補正最大吐出空気量を設定する。
吐出空気量はエンジン回転速度に略比例することから、エンジン回転速度を上昇することで吐出空気量を増加させることができる。しかしながら図4に示すように、例えば吐出圧力がp1の状態において、エンジン回転速度を定格エンジン回転速度r1より上昇させると、限界曲線Sを超えてしまうため、吐出圧力がp1の時には、エンジン回転速度をr1より上昇できない(実際には、所定の安全率を設定して、限界曲線Sに対して余裕をもって定格エンジン回転速度r1を設定している)。
一方、吐出圧力がp1より低いp5の場合、エンジン回転速度r1では、限界曲線Sに対して余裕があり、エンジン回転速度r5まで上昇させることができる。そして、エンジン回転速度r5まで上昇させることで吐出空気量を増加させることができる。
したがって、負荷機器類の消費する空気量が増加して低下した吐出圧力に対応した定格エンジン回転速度までエンジン回転速度を上昇させることで、吐出空気量を増加させたときの増加量が追加吐出空気量Vである。そして、吐出圧力の設定値に対応する最大吐出空気量Q1に追加吐出空気量Vを追加して、補正最大吐出空気量Q5を設定する。
すなわち、吐出圧力がp1のときに吐出できる最大吐出空気量Q1に、追加吐出空気量Vを追加する場合、負荷機器類の消費する空気量が増加すると吐出圧力が低下するが、この吐出圧力の低下を許容して、補正最大吐出空気量Q5を吐出できるエンジン回転速度r5までエンジン回転速度を上昇させる。このとき、吐出圧力は結果的にp5まで低下するが、限界曲線Sに対しては余裕を持つことになる。このようにして、最大吐出空気量Q1に、追加吐出空気量Vを追加した量の補正最大吐出空気量Q5を吐出することができる。
ここでA1の経路は、図4に破線で示すように吐出空気量の増加に伴って徐々にエンジン回転速度を上昇させるとともに、吐出圧力を徐々に低下させてもよいし、降下圧力Pを維持したままエンジン回転速度を上昇させて実線で示されるA2の経路まで移行し、A2の経路を辿ってエンジン回転速度をr5まで到達させてもよい。
このように、サービスバルブ4a(図1参照)に接続される負荷機器類が、吐出圧力p5で駆動可能な場合、最大吐出空気量Q1を補正最大吐出空気量Q5に増大して負荷機器類を駆動することができる。そして、吐出圧力が境界圧力pbより高く降下圧力Pの範囲内にある状態においては、エンジン回転速度が、負荷機器類の負荷の増減に伴って頻繁に上昇や下降を繰り返すことがないので、騒音の増大や燃費の悪化を抑制できる。
補正最大吐出空気量Q5は、サービスバルブ4a(図1参照)に接続される、図示しない負荷機器類の定格駆動空気圧力を、エンジン駆動圧縮機1の吐出圧力の設定値としたときの最大吐出空気量に、追加吐出空気量Vが追加された吐出空気量である。例えば、図4において定格駆動空気圧力がp1の負荷機器類をサービスバルブ4aに接続する場合、最大吐出空気量はQ1であるが、追加吐出空気量Vを追加することで、吐出空気量を補正最大吐出空気量Q5(=Q1+V)に設定できる。
すなわち、本実施形態においては、吐出圧力の設定値がp1のときの最大吐出空気量Q1に、追加吐出空気量Vを追加した補正最大吐出空気量Q5を設定できる構成とする。
また、例えばエンジン駆動圧縮機1の設置場所が住宅地に近く、騒音を抑えたほうがよい環境の場合は、降下圧力Pを大きく設定してエンジン回転速度が極力上昇しないようにすればよい。このように、降下圧力Pを設定可能としたことによって、使用環境や状況に対応してエンジン駆動圧縮機1(図1参照)を使用できる。
降下圧力設定表示ランプClpは、降下圧力Pの設定操作中に点灯するランプであり、追加吐出空気量設定表示ランプClvは、追加吐出空気量Vの設定操作中に点灯するランプである。
メニューボタンCmは、降下圧力Pと追加吐出空気量Vのどちらを設定するかを選択するボタンで、メニューボタンCmが操作されるごとに、降下圧力Pを設定する降下圧力設定モードと追加吐出空気量Vを設定する追加吐出空気量設定モードを切り換えて選択する。そして、降下圧力設定モードが選択されると降下圧力設定表示ランプClpが点灯し、追加吐出空気量設定モードが選択されると追加吐出空気量設定表示ランプClvが点灯する。
このように、吐出空気量設定部52cは、不感帯である降下圧力Pを設定可能であることから、請求項に記載の不感帯設定手段となる。
このように、吐出空気量設定部52cは、追加吐出空気量Vを設定可能であることから、請求項に記載の追加吐出空気量設定手段となる。
この場合、降下圧力設定モードが選択されると、表示部52bには設定されている降下圧力Pが表示され、アップボタンU及びダウンボタンDの操作で降下圧力Pを設定できる。また、追加吐出空気量設定モードが選択されると、表示部52bには、設定されている追加吐出空気量Vが表示され、アップボタンU及びダウンボタンDの操作で追加吐出空気量Vを設定できる。
なお、以下の説明においては、吐出圧力をp1とするために、p1を吐出圧力の設定値とした場合を想定する。
そして、追加吐出空気量Vが変更されない場合(ステップS3→No)、演算部50は制御をステップS6に進めるが、例えばオペレータが吐出空気量設定部52cを操作して、追加吐出空気量Vが変更されると(ステップS3→Yes)、演算部50は、変更された追加吐出空気量Vに基づいて、補正最大吐出空気量Q5を算出する(ステップS4)。さらに演算部50は、補正最大吐出空気量にQ5に対応するエンジン回転速度r5を算出する(ステップS5)。
なお、ステップS5において追加吐出空気量Vが変更されない場合、ステップS6における、制御部50が算出するエンジン回転速度r5は、吐出圧力の設定値p1に対応する定格エンジン回転速度r1に等しくなる。
また、ステップS1において、降下圧力Pが設定されない場合、ステップS8における境界圧力は、吐出圧力の設定値p1となる。すなわち、pb=p1となる。
すなわち、演算部50は、境界圧力pbと検出圧力の差分(圧力下降)に対応したエンジン回転速度を演算し、エンジン回転速度を調節する。
このように、演算部50が圧力下降に対応したエンジン回転速度を演算するため、圧力下降とエンジン回転速度の上昇量との関係をあらかじめ求めておいて、例えばマップ形式のデータとして記憶部51に記憶しておけばよい。演算部50は、このデータを参照して、境界圧力pbと検出圧力の差分に対応するエンジン回転速度を演算できる。すなわち、演算部50は、圧力下降に対応してエンジン回転速度を上昇するように制御する。
このように、検出圧力が境界圧力pbより高い場合、エンジン回転速度は、吐出圧力の設定値p1に対応した定格エンジン回転速度r1より上昇しないことから、騒音の増大や燃費の悪化を抑制できる。
2 圧縮機本体
2a 容量レギュレータ(吸気調節弁)
3 エンジン
4 オイルチャンバ
4a サービスバルブ(バルブ)
4c 第1圧力センサ(圧力検出手段)
5 制御ユニット(制御装置)
50 演算部
51 記憶部
52 吐出圧力設定部(吐出圧力設定手段)
52c 吐出空気量設定部(不感帯設定手段、追加吐出空気量設定手段)
53 信号入力部
P 降下圧力(不感帯)
V 追加吐出空気量
Claims (3)
- エンジンと、
前記エンジンにより駆動される圧縮機本体と、
開度の調節によって、前記圧縮機本体に吸気される吸入空気の吸気量を調節する吸気調節弁と、
前記圧縮機本体で圧縮される圧縮空気を吐出するバルブと、
前記バルブから吐出する圧縮空気の吐出圧力を検出する圧力検出手段と、
前記吐出圧力の設定値を設定する吐出圧力設定手段と、
前記圧力検出手段によって検出される検出圧力が前記吐出圧力の設定値と等しくなるように、前記エンジンのエンジン回転速度及び前記吸気調節弁の開度を調節する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記エンジンが、前記吐出圧力の設定値に対応した定格エンジン回転速度で駆動しているときに、前記検出圧力の低下を検出した場合には、エンジン回転速度をさらに上昇するように制御するエンジン駆動圧縮機において、
前記制御装置が、前記検出圧力の低下を検出してからエンジン回転速度を上昇するまでの不感帯を設定する不感帯設定手段を備えることを特徴とするエンジン駆動圧縮機。 - 前記不感帯は、
前記吐出圧力設定手段で設定される吐出圧力の設定値以下の境界圧力で設定され、
前記制御装置は、
前記検出圧力が前記境界圧力より高い場合は、エンジン回転速度を上昇せず、
前記検出圧力が前記境界圧力以下の場合は、エンジン回転速度を上昇するように制御することを特徴とする請求項1に記載のエンジン駆動圧縮機。 - 前記吐出圧力の設定値に対応した定格エンジン回転速度で前記エンジンが駆動しているときの最大吐出空気量に、追加吐出空気量が追加された補正最大吐出空気量に相当するエンジン回転速度を設定する追加吐出空気量設定手段を備え、
前記制御装置は、前記エンジンを、前記追加吐出空気量設定手段で設定されたエンジン回転速度を超えないように駆動して、前記補正最大吐出空気量を吐出することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のエンジン駆動圧縮機。
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CN114930025A (zh) * | 2020-01-09 | 2022-08-19 | 克诺尔轨道车辆系统有限公司 | 压缩机系统和用于根据车辆的运行状态的压缩空气需求运行压缩机系统的方法 |
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JPH09250485A (ja) * | 1996-03-19 | 1997-09-22 | Hitachi Ltd | インバータ駆動回転型圧縮機 |
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- 2007-11-22 JP JP2007303408A patent/JP5108477B2/ja active Active
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CN114930025B (zh) * | 2020-01-09 | 2024-06-07 | 克诺尔轨道车辆系统有限公司 | 压缩机系统和用于根据车辆的运行状态的压缩空气需求运行压缩机系统的方法 |
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