JP2016070133A

JP2016070133A - エアコンプレッサ

Info

Publication number: JP2016070133A
Application number: JP2014198640A
Authority: JP
Inventors: 典之西土; Noriyuki Nishido; 宮田　賢一; Kenichi Miyata; 賢一宮田
Original assignee: Makita Corp
Current assignee: Makita Corp
Priority date: 2014-09-29
Filing date: 2014-09-29
Publication date: 2016-05-09
Also published as: US10006450B2; US20160090973A1

Abstract

【課題】エンジンを動力源とするエアコンプレサにおいて、エア貯留タンク内のエア圧が一定圧に達した時点でエンジンがアイドリング状態に切り替わる。本発明は、アイドリング運転をなくして当該エアコンプレッサの燃費性能を高めることを目的とする。【解決手段】エア貯留タンク内のエア圧が第１設定圧Ｐ１に達した時点でエンジンに対する燃料供給を遮断してエンジンを停止させる。エア貯留タンク内のエア圧が第１設定圧Ｐ１から第２設定圧Ｐ２にまで低下した時点でスタータモータを起動してエンジンを再始動させる。これにより、従来のアイドリング運転による燃料消費をなくすことができる。【選択図】図２

Description

本発明は、例えば釘打ち機等のエアツールに供給する圧縮エアを生成するためのエアコンプレッサに関する。

エンジンを動力源として運転されるエンジン駆動式のエアコンプレッサは、動力源としてのエンジンの他、シリンダ内にピストンを内装したエア圧縮部と、シリンダから吐出される圧縮エアを貯留するエア貯留タンクと、エア貯留タンク内のエア圧を検知するための圧力検知手段を備えており、エア貯留タンク内のエア圧が設定圧になった時点でエンジンがアイドリング運転に切り替わるようになっている。下記の特許文献には、エンジン駆動式のエアコンプレッサに関する技術が開示されている。この特許文献には、アイドリング運転時に生成される圧縮エアを外部に放出して高温部品を冷却する冷却風として利用する技術が開示されている。

特開２００２−３７７７７号公報

しかしながら、上記従来のエンジン駆動式エアコンプレッサでは、アイドリング運転時に生成される圧縮エアは外部に放出されて冷却風として利用されるものの、エア貯留タンクに貯留されず、従ってエアツールの駆動源として利用されないという点で無駄なエア生成がなされる構成となっていた。このことから、従来のエンジン駆動式エアコンプレッサでは、エア貯留タンクに圧縮エアが貯留されないアイドリング運転時（エアコンプレッサの待機状態）に燃料が無駄に消費される問題があった。本発明は、アイドリング運転による燃料消費を低減若しくは無くすことによりエンジン駆動式エアコンプレッサの低燃費化を図ることを目的とする。

上記した課題は、以下の各発明によって解決される。第１の発明は、動力源としてのエンジンと、このエンジンにより動作して圧縮エアを生成するエア圧縮部と、このエア圧縮部から吐出された圧縮エアを貯留するためのエア貯留タンクと、このエア貯留タンク内のエア圧を検知するための圧力検知部を備えたエンジン駆動式のエアコンプレッサである。第１の発明では、圧力検知部により検知されるエア貯留タンク内のエア圧が第１設定圧Ｐ１に達した時点でエンジンに対する燃料供給が遮断されることにより当該エンジンが停止されてアイドリング運転はなされない。エア貯留タンク内のエア圧が第１設定圧Ｐ１から第２設定圧Ｐ２にまで低下した時点でエンジンが再始動して圧縮エアの生成が再開される。

第１の発明によれば、エア貯留タンク内のエア圧が第１設定圧Ｐ１に達した時点でエンジンが停止される。エンジンは、燃料供給が遮断されて停止されることから、アイドリング運転とは異なって燃料の消費はゼロになる。これにより、エアコンプレッサの低燃費化が図られる。

第２の発明は、第１の発明において、エンジンを始動するためのスタータモータと、このスタータモータを起動させる電源としてバッテリと、このバッテリのスタータモータへの電源供給状態を制御してエンジンの始動を制御する制御装置を備えたエアコンプレッサである。

第２の発明によれば、エア貯留タンク内のエア圧が第１設定圧Ｐ１から第２設定圧Ｐ２にまで低下した時点でスタータモータが起動してエンジンが再始動される。スタータモータの電源としてのバッテリには、例えばねじ締め機や切断機等の充電式電動工具に用いられるバッテリパックを流用可能な構成とすることができる。

第３の発明は、第１又は第２の発明において、第１設定圧Ｐ１と第２設定圧Ｐ２の何れか一方又は双方を任意に変更可能なエアコンプレッサである。

第３の発明によれば、エンジン停止のタイミングとなる第１設定圧Ｐ１と、エンジン再始動のタイミングとなる第２設定圧Ｐ２の何れか一方又は双方について任意に設定値を変更することができ、これによりエアコンプレッサの稼動効率を高め、またその静粛性を高めることができる。

第４の発明は、動力源としてエンジンと電動モータを備え、エンジン又は電動モータにより動作して圧縮エアを生成するエア圧縮部と、エア圧縮部から吐出された圧縮エアを貯留するためのエア貯留タンクと、エア貯留タンク内のエア圧を検知するための圧力検知部を備えたエアコンプレッサである。第４の発明では、圧力検知部により検知されるエア貯留タンク内のエア圧が、第３設定圧Ｐ３よりも低い低圧領域では電動モータを動力源としてエア圧縮部が動作（モータ駆動）され、第３設定Ｐ３よりも高い高圧領域ではエンジンを動力源としてエア圧縮部が動作（エンジン駆動）される。

第４の発明によれば、エンジン駆動とモータ駆動の２Ｗａｙ駆動式エアコンプレッサとすることができる。第４の発明では、エア貯留タンク内のエア圧が第３設定圧Ｐ３よりも低い低圧領域ではモータ駆動によりエア生成がなされ、第３設定圧Ｐ３よりも高い高圧領域でのみエンジン駆動によりエア生成がなされる。このため、エア生成時において、エア貯留タンク内のエア圧が第３設定圧Ｐ３よりも低い状態では燃料消費がなされず、これにより当該エアコンプレッサの燃料消費を大幅に低減することができる。

第５の発明は、第４の発明において、第３設定圧Ｐ３を任意に変更可能なエアコンプレッサである。

第５の発明によれば、モータ駆動からエンジン駆動に切り替わるタイミングを適切に設定することにより、エア生成効率（エア吐出能力）を確保しつつ燃料消費の低減を図ることができる。

第６の発明は、第４又は第５の発明において、エンジンによりエア圧縮部が動作するエンジン駆動状態において電動モータが発電機として機能する構成となっている。第６の発明では、電動モータが発電機として機能することによりバッテリが充電される構成となっている。

第６の発明によれば、当該エアコンプレッサの長時間運転を実現することができるとともに、バッテリを別途充電器で充電する手間を省略することができる。これにより当該エアコンプレッサのメンテナンス性を高めてランニングコストを低減することができる。

本発明の第１実施形態に係るエアコンプレサの構成をブロック図で示した図面である。第１実施形態に係るエンジン始動制御をグラフで示した図である。第２実施形態のエアコンプレッサの構成をブロック図で示した図面である。第２実施形態に係る動力切り替え状態をグラフで示した図である。

次に、本発明の実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。図１に示すように本実施形態のエアコンプレッサ１０は、動力源としてのエンジン１１と、このエンジン１１を動力源として動作して圧縮エアを生成するエア圧縮部１２と、このエア圧縮部１２で生成された圧縮エアを貯留するためのエア貯留タンク１３と、エア貯留タンク１３内のエア圧を検知するための圧力検知部１４を備えている。

エンジン１１は、２サイクルの内燃機関で、スタータモータ１５により始動する。スタータモータ１５は、バッテリ１６を電源として起動する。バッテリ１６のスタータモータ１５に対する電源供給状態は、制御装置１７により制御される。制御装置１７の出力信号によりバッテリ１６の電力がスタータモータ１５に供給されて当該スタータモータ１５が起動する。スタータモータ１５が起動するとエンジン１１が始動してエア圧縮部１２で圧縮エアが生成される。

エア圧縮部１２は、ピストンを内装したシリンダを備えている。エンジン１１の動力によりシリンダ内でピストンが往復動することにより圧縮エアが生成される。生成された圧縮エアは、エア貯留タンク１３に貯留される。エア貯留タンク１３内のエア圧は圧力検知部１４により検知される。

エア貯留タンク１３には、高圧出力部１８と一般圧出力部１９の２系統の出力部を備えている。高圧出力部１８と一般圧出力部１９は、それぞれエアホースを接続するための接続口としてのエアカプラ１８ａ，１９ａと、圧力調整部１８ｂ，１９ｂと、圧力計１８ｃ，１９ｃを備えている。それぞれエアカプラ１８ａ，１９ａにエアホースを介して釘打ち機等のエアツールが接続される。

高圧出力部１８では、圧力調整部１８ｂの設定により約０．９８〜２．４５Ｍｐａ（約１０〜２５ｋｇｆ／ｃｍ²）程度の高圧の圧縮エアを出力可能となっている。一般圧出力部１９では、圧力調整部１９ｂの設定により約０．３９〜０．８８Ｍｐａ（約４〜９ｋｇｆ／ｃｍ²）程度の圧縮エアを出力可能となっている。それぞれ出力されるエア圧が圧力計１８ｃ，１９ｃによって表示される。

制御装置１７では、図２に示すようなエンジン１１の始動制御がなされる。エア貯留タンク１３内のエア圧がゼロの段階で、スタータモータ１５が起動してエンジン１１が始動されることにより、エア圧縮部１２で圧縮エアが生成されてエア貯留タンク１３内に貯留される。エア貯留タンク１３内に貯留される圧縮エアが増加することにより、圧力検知部１４で検知されるエア貯留タンク１３内のエア圧が増大する。エンジン１１によりエア圧縮部１２のエア生成が続行されることにより、エア貯留タンク１３内のエア圧が予め定めた第１設定圧Ｐ１に達する（Ｔ０〜Ｔ１）。

エア貯留タンク１３内のエア圧が第１設定圧Ｐ１に達したことが圧力検知部１４で検知され、その検知信号が制御装置１７に入力される。すると、制御装置１７の出力信号によりエンジン１１に対する燃料供給が遮断されてエンジン１１が停止される（Ｔ１）。

エンジン１１の停止後、エア貯留タンク１３内の圧縮エアが消費されて、エア圧が低下していく（Ｔ１〜Ｔ２）。エア貯留タンク１３内のエア圧が低下して予め設定した第２設定圧Ｐ２に達すると、これが圧力検知部１４で検知されて制御装置１７に出力される。制御装置１７ではスタータモータ１５に対する起動信号と燃料供給開始の信号が出力される。これによりスタータモータ１５が起動し、また燃料供給が再開されてエンジン１１が再始動される（Ｔ２）。

エンジン１１の再始動により、エア圧縮部１２で再び圧縮エアが生成されてエア貯留タンク１３に補充され、従って圧力検知部１４で検知されるエア圧が徐々に増大する（Ｔ２〜Ｔ３）。

エア貯留タンク１３内のエア圧が再び増大して第１設定圧Ｐ１に達すると、これが圧力検知部１４で検知されて制御装置１７に出力され、この段階で燃料供給が遮断されてエンジン１１が再び停止される（Ｔ３）。

エンジン１１の停止により、エア圧縮部１２では圧縮エアが生成されない。従って、エア貯留タンク１３内のエア圧は消費により徐々に低下する（Ｔ３〜Ｔ４）。エア貯留タンク１３内のエア圧が再び第２設定圧Ｐ２まで低下すると、これが圧力検知部１４で検知され、これに基づいて制御装置１７では燃料供給再開の信号とスタータモータ１５の再起動の信号が出力されて、エンジン１１が再始動される（Ｔ４）。

このように第１実施形態のエアコンプレッサ１０によれば、エア貯留タンク１３内のエア圧が一旦第１設定圧Ｐ１に達した後では、第２設定圧Ｐ２まで低下しない限り、エンジン１１は停止状態とされる（Ｔ１〜Ｔ２、Ｔ３〜Ｔ４）。エンジン１１の停止は、燃料供給を遮断することにより行われる。このため、従来のようなアイドリング状態とは異なって、燃料消費がゼロになることから当該エアコンプレッサ１０の燃費（エア生成効率）を大幅に向上させることができる。

以上説明した第１実施形態では、エア圧縮部１２を動作させる動力源としてエンジン１１を備えるエアコンプレッサ１０を例示した。図３に示す第２実施形態のエアコンプレッサ２０は、エア圧縮部１２を動作させる動力源としてエンジン１１に加えて電動モータ２１を備えた２Ｗａｙ駆動方式の動力源を備えている。第２実施形態のエアコンプレッサ２０の概略の構成が図３に示されている。第１実施形態と同様で足りる構成及び部材については同位の符号を用いてその説明を省略する。

第２実施形態のエアコンプレッサ２０は、エンジン１１又は電動モータ２１の何れか一方を動力源としてエア圧縮部１２を動作する構成を備えている。動力源の切り替えは、制御装置２２の制御によりなされる。図４には、第２実施形態のエアコンプレッサ２０の動作状態が示されている。

エア貯留タンク１３内のエア圧がゼロの段階で電動モータ２１が起動する。電動モータ２１が起動されることにより、エア圧縮部１２で圧縮エアが生成されてエア貯留タンク１３内に貯留される。エア貯留タンク１３内に貯留される圧縮エアが増加することにより、圧力検知部１４で検知されるエア貯留タンク１３内のエア圧が増大する。電動モータ２１を動力源としてエア圧縮部１２のエア生成が続行されることにより、エア貯留タンク１３内のエア圧が予め定めた第３設定圧Ｐ３に達する（Ｔ５〜Ｔ６）。エア貯留タンク１３内のエア圧が第３設定圧Ｐ３に達したことが圧力検知部１４で検知され制御装置２２に出力される。

すると、制御装置２２では、電動モータ２１への電源供給が遮断されて電動モータ２１が停止される。エンジン１１に対する燃料供給遮断の信号が出力されるとともに、電動モータ２１の起動信号が出力される。これによりエンジン１１が停止される一方、電動モータ２１が起動してエア圧縮部１２の動作が続行される（Ｔ６）。電動モータ２１はバッテリ１６を電源として起動する。

動力源が電動モータ２１（モータ圧縮）からエンジン１１（エンジン圧縮）に切り替わった後、エア圧縮部１２が引き続き動作することにより圧縮エアが生成されてエア貯留タンク１３に貯留される。エンジン駆動によりエア圧縮部１２が動作してエア貯留タンク１３内のエア圧が予め定めた第１設定圧Ｐ１に達する（Ｔ７）。このように第３設定圧Ｐ３以下の低圧領域（Ｔ５〜Ｔ６）では、電動モータ２１を駆動源として圧縮エアの生成がなされ、第３設定圧Ｐ３以上の高圧領域（Ｔ６〜Ｔ７）では、エンジン１１を駆動源として圧縮エアの生成がなされる。このため、第３設定圧Ｐ３以下の低圧領域では、エンジン１１が停止されており、従って燃料消費が発生しない状態となっている。

こうしてエア貯留タンク１３内のエア圧が第１設定圧Ｐ１に達すると、これが圧力検知部１４で検知されて制御装置２２に出力される。制御装置２２では、エンジン１１への燃料供給を遮断するための信号が出力される。これによりエンジン１１が停止されてエア圧縮部１２が停止される。

図４中Ｔ７〜Ｔ８で示す時間帯では、エンジン１１及び電動モータ２１の双方が停止されており、圧縮エアの生成がなされない状態となっている。このため、Ｔ７以降、以下述べるＴ９までの時間帯も、エンジン１１が停止されて燃料消費がなされた状態となる。

圧縮エアの消費によりエア貯留タンク１３内のエア圧が低下する（Ｔ８）。エア貯留タンク１３内のエア圧が第３設定圧Ｐ３にまで低下すると、これが圧力検知部１４で検知されて制御装置２２に出力される。Ｔ８で第３設定圧Ｐ３が検知されると、制御装置２２では電動モータ２１を起動するための信号が出力される。これにより電動モータ２１がバッテリ１６を電源として起動してエア圧縮部１２が再始動する。エア圧縮部１２がモータ駆動により再始動することにより、エア貯留タンク１３内のエア圧が再び上昇に転じる。Ｔ９でエア貯留タンク１３内のエア圧が再び第３設定圧Ｐ３にまで回復したことが圧力検知部１４で検知されると、制御装置２２で再びモータ停止信号が出力されて電動モータ２１が停止されるとともに、スタータモータ１５が起動してエンジン１１が再始動されて、動力源が電動モータ２１（モータ圧縮）からエンジン１１（エンジン圧縮）に切り替わる（Ｔ９）。

Ｔ９以降、エンジン１１の再始動によりエア圧縮部１２が動作してエア貯留タンク１３内のエア圧が急速に回復される。Ｔ１０でエア貯留タンク１３内のエア圧が第１設定圧Ｐ１まで回復されると、これが圧力検知部１４で検知される。圧力検知部１４で第１設定圧Ｐ１が検知されると、これが制御装置２２に出力されてエンジン１１への燃料供給が再び遮断されて、エンジン１１が停止される。以後、Ｔ７〜Ｔ９と同様、燃料消費が発生しない状態となる。

このように第２実施形態のエアコンプレッサ２０によれば、エンジン駆動とモータ駆動の２系統の動力源によりエア圧縮部１２が動作され、第３設定圧Ｐ３以下の低圧領域では電動モータ２１を動力源としてエア圧縮部１２が動作し、第３設定圧Ｐ３以上の高圧領域でのみエンジン１１を動力源としてエア圧縮部１２が動作する。このことから、エア圧縮部１２の停止状態に加えて、第３設定圧Ｐ３以下の低圧領域におけるエア圧縮部１２の動作状態（Ｔ５〜Ｔ６、Ｔ８〜Ｔ９）では燃料消費が発生せず、これにより当該エンジンコンプレッサ１の燃料消費をより一層低減することができる。

以上説明した実施形態にはさらに変更を加えることができる。例えば、動力源として２サイクルエンジン１１を例示したが、これに代えて４サイクルエンジンを動力源として用いる構成としてもよい。また、燃料供給を遮断することによりエンジンを停止させる構成を例示したが、点火プラグへの電力供給を遮断する等その他の手段によりエンジンを停止させる構成としてもよい。

また、エンジン１１のスタータモータ１５の電源としてバッテリ１６を用いる構成を例示したが、バッテリ１６に代えて若しくは加えて、商用１００Ｖの交流電源を電源とする構成としてもよい。

さらに、第２実施形態において、エンジン１１のスタータモータ１５の電源、電動モータ２１の電源としてバッテリ１６を共通の電源とする構成を例示したが、それぞれ別のバッテリを電源とする構成、あるいは商用１００Ｖ等の交流電源を電源とする構成としてもよい。

また、エンジン１１を始動するためのスタータモータ１５を備える構成を例示したが、係るスタータモータに代えて他の手段により始動可能なエンジンを用いる構成としてもよい。

また、高圧出力部１８と一般圧出力部１９の２系統のエア出力部を有する構成を例示したが、何れか一方の出力部のみを備えるエアコンプレサについても例示した動力制御形態を同様に適用することができる。

１０…エアコンプレッサ（第１実施形態）
１１…エンジン
１２…エア圧縮部
１３…エア貯留タンク
１４…圧力検知部
１５…スタータモータ
１６…バッテリ
１７…制御装置
１８…高圧出力部
１８ａ…エアカプラ、１８ｂ…圧力調整部、１８ｃ…圧力計
１９…一般圧出力部
１９ａ…エアカプラ、１９ｂ…圧力調整部、１９ｃ…圧力計
２０…エアコンプレッサ（第２実施形態）
２１…電動モータ
２２…制御装置

Claims

動力源としてのエンジンと、該エンジンにより動作して圧縮エアを生成するエア圧縮部と、該エア圧縮部から吐出された圧縮エアを貯留するためのエア貯留タンクと、該エア貯留タンク内のエア圧を検知するための圧力検知部を備え、該圧力検知部により検知される前記エア貯留タンク内のエア圧が第１設定圧Ｐ１に達した時点で前記エンジンに対する燃料供給を遮断して該エンジンを停止させ、前記エア貯留タンク内のエア圧が前記第１設定圧Ｐ１から第２設定圧Ｐ２にまで低下した時点で前記エンジンを再始動させる構成としたエアコンプレッサ。
請求項１記載のエアコンプレッサであって、前記エンジンを始動するためのスタータモータと、該スタータモータを起動させる電源としてバッテリと、該バッテリの前記スタータモータへの電源供給状態を制御して前記エンジンの始動を制御する制御装置を備えたエアコンプレッサ。
請求項１又は２記載のエアコンプレッサであって、前記第１設定圧Ｐ１と前記第２設定圧Ｐ２の何れか一方又は双方を任意に変更可能なエアコンプレッサ。
動力源としてエンジンと電動モータを備え、前記エンジン又は前記電動モータにより動作して圧縮エアを生成するエア圧縮部と、該エア圧縮部から吐出された圧縮エアを貯留するためのエア貯留タンクと、該エア貯留タンク内のエア圧を検知するための圧力検知部を備えたエアコンプレッサであって、
前記圧力検知部により検知される前記エア貯留タンク内のエア圧が、第３設定圧Ｐ３よりも低い低圧領域では前記電動モータを動力源として前記エア圧縮部が動作され、前記第３設定Ｐ３よりも高い高圧領域では前記エンジンを動力源として前記エア圧縮部が動作される構成としたエアコンプレッサ。
請求項４記載のエアコンプレッサであって、前記第３設定圧Ｐ３を任意に変更可能なエアコンプレッサ。
請求項４又は５記載のエアコンプレッサであって、前記エンジンにより前記エア圧縮部が動作するエンジン駆動状態において前記電動モータを発電機として機能させて前記バッテリを充電する構成としたエアコンプレッサ。