JP2009154613A - 車両の圧縮エア供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エアコンプレッサによって高圧高温に圧縮されたエアを冷却するエアクーラ内で、圧縮エアの水分が結露、凍結して空気供給路を閉塞して該供給路を破損等に至ることを防止する車両の圧縮エア供給装置を提供することを課題とする。
【解決手段】エアコンプレッサ３と、エアタンク５と、エアドライヤ１１とを備えた車両の圧縮エア供給装置において、エア供給路７上においてエアドライヤ１１よりも上流側に設けられ、圧縮エアを冷却するエアクーラ９と、該エアクーラ９周辺の温度を検出する外気温度センサ３８、またはエアクーラ９内の圧縮エア温度を検出する圧縮エア温度センサ６０と、エアクーラ９に設けられ、前記温度センサ３８、６０によって検出された温度に基づいて該エアクーラ９を暖める電気ヒータ３２とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両のブレーキ制御等に用いられる圧縮エアを、エアタンクに貯留する圧縮エア供給装置に関し、特に、コンプレッサによって高圧高温に圧縮されたエアを冷却するエアクーラを備えた車両の圧縮エア供給装置に関する。

トラック、バス等の車両においては、ブレーキ制御、キャブや車輪のサスペンション制御等に圧縮エアを利用している。この圧縮エアは、エンジンによって駆動されるエアコンプレッサによって生じる圧縮エアを例えばエアタンク等に貯留して、一定の圧力に保持してから所定の部分に供給するようになっている。また圧縮エアは、一般に、エアクリーナを通過後にまたはエアクリーナ内においてエンジンへ供給される吸気から一部を取出してエアコンプレッサに導いて圧縮エアを生成するようになっている。

従来、車両の圧縮エア供給装置０１は、図６に示すように、大気はエアクリーナ０３を通って、エンジンに供給されるようになっており、エンジンへの吸気の一部がエアクリーナ０３の内部から取出されてコンプレッサ０５によって圧縮され、その後、エアクーラ０７で冷却され、エアドライヤ０９で乾燥され、エアタンク０１１に貯留されるようになっている。

一方、車両に設置されたエアタンクへ圧縮エアを供給する圧縮空気供給装置に関する技術としては、例えば特許文献１（特開平１０−３２３５２９号公報）が知られている。
かかる特許文献１には、エアコンプレッサからエアタンクへの圧縮空気に含まれる水分や油分の除去率を高めるために、乾燥剤を用いずに、圧縮空気の断熱膨張に伴う冷却効果を利用して乾燥および冷却を行う技術が示されている。

また、特許文献２（特開平９−２２５１号公報）には、エンジンの吸気系に過給機のコンプレッサを設置し、該過給機のコンプレッサを用いることで、圧縮エア供給装置におけるエアコンプレッサへのエアの充填効率を向上して、エアコンプレッサを小型化する技術が示されている。

特開平１０−３２３５２９号公報 特開平９−２２５１号公報

図６に示した従来の、車両の圧縮エア供給装置０１においては、エアコンプレッサ０５によって圧縮された高温高圧の空気は、エアドライヤ０９のゴム部品や、乾燥剤に悪影響を及ぼすため、エアコンプレッサ０５の下流側に圧縮エアを冷却するためのエアクーラ０７が装着され、エアドライヤ０９に導入されるエアが略９０℃以下になるように冷却されている。

しかし、このエアクーラ０７の冷却能力は、使用環境条件が最悪の夏場の気温において適切な冷却効果が得られるように設定される必要があるため、この夏場を基準にした設定条件では逆に冬場においては、エアクーラ０７内の空気温度が低下しすぎてエアクーラ０７内に水分の結露、さらに該結露水が凍結して空気通路を閉塞して破損に至るおそれがある。

一方、前記特許文献１、２においては、車両に設置されたエアタンクへ圧縮エアを供給する圧縮空気供給装置に関する技術は示されているものの、特許文献１は前記のように圧縮エアの断熱膨張に伴う冷却効果を利用して乾燥および冷却を行う技術であり、特許文献２は過給機のコンプレッサを用いることで、エアコンプレッサへのエアの充填効率を向上しようとする技術であるため、いずれの技術も、エアクーラ内における水分の結露、さらに凍結を防止して空気供給路が閉塞されることを回避する技術とは関連ないものである。

そこで、本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、エアコンプレッサによって高圧高温に圧縮されたエアを冷却するエアクーラ内で、圧縮エアの水分が結露、凍結して空気供給路を閉塞して該供給路を破損等に至ることを防止する車両の圧縮エア供給装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、エアを圧縮するエアコンプレッサと、該エアコンプレッサで圧縮された圧縮エアを貯蔵するエアタンクと、前記エアコンプレッサからエアタンクに圧縮エアを供給するエア供給路と、該エア供給路上に設けられ、該圧縮エア中の水分を除去するエアドライヤと、を備えた車両の圧縮エア供給装置において、前記エア供給路上においてエアドライヤよりも上流側に設けられ、圧縮エアを冷却するエアクーラと、該エアクーラ周辺または該エアクーラ内の温度を検出する温度検出手段と、該エアクーラに設けられ、前記温度検出手段によって検出された温度に基づいて該エアクーラを暖めるヒータと、を備えたことを特徴とする。

かかる発明によれば、エアクーラによって圧縮エアが冷却されるので、高温の圧縮エアによってエアドライヤに悪影響が及ぼすことを防止でき、さらにエアクーラ内の温度が低下しすぎた場合にはヒータで暖めることができるため、エア供給路内の凍結に起因する供給路の破損を防止できる。

また、好ましくは、前記ヒータは前記エアクーラの出口部で通路断面積が絞られる位置の近傍に設置されるとよい。
かかる構成によれば、エアクーラの出口部の温度が最も低下しており、さらに通路断面積が絞られる部分に結露が生じやすく水分が溜まり凍結しやすいため、その近傍にヒータを設置することで、エア供給路内の凍結を効果的に防止できる。

また、好ましくは、前記エアクーラ周辺の温度を検出する前記温度検出手段が前記エアドライヤに内蔵されたエアドライヤ用のサーモスタットによって構成されるとよい。
かかる構成によれば、ヒータを作動させるための温度検出手段をエアドライヤ用のサーモスタットによって構成するので、既存の温度検出手段を利用でき別途温度検出手段を設置する必要がなく、凍結防止システムを簡単に構成できる。

また、好ましくは、前記ヒータのＯＮ、ＯＦＦを制御する制御手段を備え、前記検出温度が基準温度以下に低下したときにＯＮするとよい。
かかる構成によれば、制御手段が検出温度に基づいてヒータのＯＮ、ＯＦＦを制御するので、ヒータの作動が適切なタイミングでなされ、凍結発生を確実に防止することができる。具体的には、基準温度はエアクーラの周囲の外気温度を検出温度とする場合には、エア供給路内に凍結が生じると予想される−５〜１０℃の範囲に設定され、またエアクーラ内のエア供給路内の空気温度を検出温度とする場合には、エア供給路内に凍結が生じると予想される０〜１０℃の範囲に設定されて判断されるとよい。

本発明によれば、エアコンプレッサによって高圧高温に圧縮されたエアを冷却するエアクーラ内で、圧縮エアの水分が結露、凍結して空気供給路を閉塞して該供給路を破損等に至ることを防止する車両の圧縮エア供給装置を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。但しこの実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

（第１実施形態）
図１は本発明の車両の圧縮エア供給装置を示す全体構成図である。
図１に示すように、圧縮エア供給装置１は、図示しないエンジンによって駆動されてエアを圧縮するエアコンプレッサ３と、該エアコンプレッサ３で圧縮された圧縮エアを貯蔵するエアタンク５と、エアコンプレッサ３からエアタンク５に圧縮エアを供給するエア供給路７と、該エア供給路７上に圧縮エアを冷却するエアクーラ９と、該エアクーラ９の下流側に設置された圧縮エア中の水分を除去するエアドライヤ１１とによって構成されている。

エアコンプレッサ３には、エンジンへ吸気を導入するエアクリーナ１３の内部で大気が分岐され、その分岐された大気が導入されるようになっている。また、エアタンク５に貯蔵された圧縮エアは、例えば、ブレーキ制御、キャブや車輪のサスペンション制御等に利用されるように所定の圧力に保持されて各制御部品へ供給される。

圧縮エア供給装置１の構成部品の設置場所について、図２のトラックの平面視図を参照して説明する。エアタンク５は、図示しない前輪と後輪１５との間のホイールベース間のシャシフレーム１７の側部に取り付けられ、そのエアタンク５の前方側にはエアドライヤ１１が取り付けられ、そのエアドライヤ１１の前方側にエアクーラ９が走行風に面して設置され、走行風がエアクーラ９の熱交換管３０を横切るようにシャシフレーム１７に取り付けられている。

さらに、エアコンプレッサ３は、キャビン１９の下方に設置される図示しないエンジンによって駆動されるため該エンジンの近傍に取り付けられている。
また、シャシフレーム１７の側部には、図２に示すように前記エアタンク５、エアドライヤ１１、エアクーラ９の他にバッテリー２１が設置されている。

図１に示すように、エアクーラ９は、入口通路２３を有する入口ヘッダ２４と出口通路２５を有する出口ヘッダ２６とを左右端部に備え、入口ヘッダ２４と出口ヘッダ２６との中間部には冷却フィン２８を周方向に設けた熱交換管３０が複数本並設されている。
入口ヘッダ２４から流入した圧縮エアは、上方の熱交換管３０から下方の熱交換管３０に直列状に蛇行して流れて最下部の熱交換管３０から出口通路２５を通って下流側のエアドライヤ１１に導かれる。

また、熱交換管３０の断面構造は、図１のＡ−Ａ断面線を図５に示すように、内部を通過する圧縮エアと熱交換管３０との接触面積を増大するために、熱交換管３０の径方向に複数の凹凸を放射状に形成した内部形状を有している。

入口ヘッダ２４および出口ヘッダ２６は、例えばブロック状に形成され、内部には通路が切削によって形成され、出口ヘッダ２６の出口通路２５の部分は、図１のＢ部拡大図を図３に示すように、出口ヘッダ２６の下面側に出口通路２５に向けて該出口通路２５の近傍まで達するように電気ヒータ３２（ヒータ）が、例えば、ねじ結合によって埋め込まれている。

また、図３に示すように、出口通路２５には、エア供給路７の端部が結合コネクタ３４によってねじ結合されている。
内径ｄ１の出口通路２５の内径から、内径ｄ２の結合コネクタ３４の端部への流れの部において、ｄ２がｄ１より小径であるため絞りが生じてこの絞り部分に、すなわち図３のＣ部分に、流れの淀みが生じエアクーラ９内における水分の結露、凍結が生じやすく、さらに凍結した氷が成長し易い。そこで、本実施形態では、この絞りの部分Ｃに近接して電気ヒータ３２を設置することで、凍結を防止している。
特に、電気ヒータ３２が出口通路２５を下方から加熱するようになっているため、出口通路２５の下部側に溜まりやすい結露や凍結に対して効果的に加熱をおこなうことができる。

次に、電気ヒータ３２のＯＮ、ＯＦＦ制御を行う制御手段３６について説明する。
制御手段３６には、エアクーラ９近傍の大気温度を検出する外気温度センサ（温度検出手段）３８からの検出温度が入力され、該外気温度が所定の基準温度以下に低下したときに前記電気ヒータ３２をＯＮするように制御する。
具体的には、圧縮エア温度が低下して結露、凍結を生じる外気温度を予め実験によって確認しておき、外気温度と内部の圧縮エア温度の相関関係を求めておく。この関係を利用して外気温に基づいて電気ヒータ３２をＯＮする。
例えば、基準温度として外気温度が−５〜１０℃の範囲の温度でＯＮするように設定するとよい。

以上のように第１実施形態によれば、エアクーラ９によって圧縮エアが冷却されるので、高温の圧縮エアによってエアドライヤ１１に悪影響、例えば乾燥剤としてのシリカゲルの劣化やシールゴムの劣化を防止できる。
さらにエアクーラ９内の温度が低下しすぎた場合には、制御手段３６が電気ヒータ３２をＯＮして圧縮エアを暖めることができるため、エア供給路７内、特にエアクーラ９の出口部分に生じる凍結を防止し、該凍結に起因する供給路の破損を防止できる。

また、電気ヒータ３２がエアクーラ９の出口通路２５で通路断面積が絞られる位置の近傍に設置されるので、エアクーラ９の出口部の温度が最も低下しており、さらに通路断面積が絞られる部分には結露が生じやすく水分が溜まり、凍結しやすいため、その近傍に電気ヒータ３２を設置することで、出口通路２５内での凍結を効果的に防止できる。

また、外気温度は変化幅が−３０℃〜５０℃程度の範囲であるが、エアクーラ９内の圧縮エア温度を直接検出した場合には−１０℃〜２００℃程度の範囲となるため、圧縮エアの温度検出では温度センサの適用温度範囲が広がるため、検知温度範囲の広いセンサおよび耐久性の高いセンサを用意しなければならず、コスト的に不利であるため、本実施形態のように外気温度から予測して制御する方が実用的である。

（第２実施形態）
次に、第１実施形態の電気ヒータ３２の設置位置の変形例を示す第２実施形態を図４に基づいて説明する。
図４において、出口ヘッダ２６の出口通路２５とエア供給路７の端部とが、ヒータブロック４０を介在させて結合されている。
このヒータブロック４０は、略直方体状のブロック体からなり、上方部には出口通路２５とねじ結合する雄ねじ部４２が形成され、下方部には電気ヒータ３２がねじ結合される雌ねじ部４４が形成されている。雄ねじ部４２の中央には排出通路４６が貫通して形成され、雄ねじ部４２とは反対側の端部には、エア供給路７の端部が結合コネクタ３４によってねじ結合される。また、雌ねじ部４４は図４に示すように排出通路４６の下方側に位置し、且つ該排出通路４６に近接して設置されている。

以上の第２実施形態によれば、ヒータブロック４０を別途用意して、該ヒータブロック４０を出口ヘッダ２６の出口通路２５とエア供給路７の端部との間に介在させて出口ヘッダ２６に固定するため、出口ヘッダ２６に電気ヒータ３２の取付けのための加工を施したり、また電気ヒータ３２を取付け可能な別のエアクーラ９を用意することなく、既存のエアクーラをそのまま利用して、後付によって電気ヒータ３２を設置できる。そのため、電気ヒータ３２の設置が容易となる。

また、ヒータブロック４０は出口ヘッダ２６に比べて小型で熱容量も小さいため、加熱による昇温効果が出口ヘッダ２６下面に取り付ける第１実施形態に比べて速く現れるので、エアクーラ９の出口部分の加熱効率がよい。

（第３実施形態）
次に、第１実施形態の外気温度センサ３８に換えて、エアドライヤ１１に内蔵されているエアドイヤ用のヒータをＯＮ、ＯＦＦせしめるサーモスタット５０を流用して、電気ヒータ３２をＯＮ、ＯＦＦする第３実施形態を説明する。

図１のエアドライヤ１１用のサーモスタット５０は、従来からエアドライヤ１１に内蔵されているものであり、乾燥剤のシリカゲルに吸着された水分を圧縮エアによって大気排出するための排出口部分の凍結や圧縮エアの入口部の凍結を防止するためにヒータが設置されていて、このヒータを作動せしめるために、エアドライヤの表面温度、または大気温度を検出するためにサーモスタット５０が設置されている。

従って、図１の外気温度センサ３８に換えて、エアドライヤ１１のサーモスタット５０の信号を制御手段３６に入力することで、別途外気温度センサ３８を設置する必要がなく、凍結防止のためのシステムを簡単に構成できる。

（第４実施形態）
次に、第１実施形態の外気温度センサ３８に換えて、エアクーラ９内を流れる圧縮エアの温度を直接検出する圧縮エア温度センサ６０（温度検出手段）を、入口ヘッダ２４に設置した第４実施形態を説明する。

図１のエアクーラ９の入口ヘッダ２４の最下部に圧縮エアの通路内に挿入されて、直接圧縮エア温度を検出する圧縮エア温度センサ６０が取り付けられている。
このように、直接圧縮エアの温度を検出するので、前記第１実施形態で説明したように、検知温度範囲の広いセンサおよび耐久性の高いセンサを用意しなければならないが、圧縮エアの温度を直接検出して電気ヒータ３２をＯＮ、ＯＦＦ制御できるので、電気ヒータ３２を精度よくＯＮ、ＯＦＦ制御でき、圧縮エアの水分の凍結防止を確実に行なうことができる。
圧縮エアは、−１０℃〜２００℃程度の範囲を変動するため、例えば、基準温度として圧縮エア温度が０〜１０℃の範囲の温度でＯＮするように、制御手段３６が制御するとよい。

本発明によれば、エアコンプレッサによって高圧高温に圧縮されたエアを冷却するエアクーラ内で、圧縮エアの水分が結露、凍結して空気供給路を閉塞して該供給路を破損等に至ることを防止できるので、車両の圧縮エア供給装置への適用に際して有益である。

本発明の第１、第３、第４実施形態を示す車両の圧縮エア供給装置の全体構成図である。 車両への装着状態を示す全体平面図である。 第１実施形態を示す図１のＢ部拡大図である。 第２実施形態を示す図１のＢ部拡大図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 従来構造説明図である。

符号の説明

１ 圧縮エア供給装置
３ エアコンプレッサ
５ エアタンク
７ エア供給路
９ エアクーラ
１１ エアドライヤ
１３ エアクリーナ
３２ 電気ヒータ（ヒータ）
３６ 制御手段
３８ 外気温度センサ（温度検出手段）
５０ サーモスタット
６０ 圧縮エア温度センサ（温度検出手段）

Claims (4)

1. エアを圧縮するエアコンプレッサと、該エアコンプレッサで圧縮された圧縮エアを貯蔵するエアタンクと、前記エアコンプレッサからエアタンクに圧縮エアを供給するエア供給路と、該エア供給路上に設けられ、該圧縮エア中の水分を除去するエアドライヤと、を備えた車両の圧縮エア供給装置において、
   前記エア供給路上においてエアドライヤよりも上流側に設けられ、圧縮エアを冷却するエアクーラと、該エアクーラ周辺または該エアクーラ内の温度を検出する温度検出手段と、該エアクーラに設けられ、前記温度検出手段によって検出された温度に基づいて該エアクーラを暖めるヒータと、を備えたことを特徴とする車両の圧縮エア供給装置。
2. 前記ヒータは前記エアクーラの出口部で通路断面積が絞られる位置の近傍に設置されることを特徴とする請求項１記載の車両の圧縮エア供給装置。
3. 前記エアクーラ周辺の温度を検出する前記温度検出手段が前記エアドライヤに内蔵されたエアドライヤ用のサーモスタットによって構成されることを特徴とする請求項１記載の車両の圧縮エア供給装置。
4. 前記ヒータのＯＮ、ＯＦＦを制御する制御手段を備え、前記検出温度が基準温度以下に低下したときにＯＮすることを特徴とする請求項１記載の車両の圧縮エア供給装置。

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