JP4043155B2 - 鉄道車両用補機駆動装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明に係る鉄道車両用補機駆動装置は、例えば鉄道車両の一種であるディーゼルカーの床下に設置し、発電機、冷房装置用コンプレッサ、エアコンプレッサ、走行用エンジンに送風する為の冷却ファン等の補機を回転駆動する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルカーの床下には、発電機、冷房装置用コンプレッサ、エアコンプレッサ、走行用のエンジンに送風する為の冷却ファン等の補機を設置し、従来は、これら各補機を、エンジンより取り出した補機軸に固定したプーリを介してベルトにより回転駆動させていた。又、近年では、これら各補機を油圧により回転駆動する様に構成しているものもある。即ち、図４に示す様に、走行用のエンジン１によりオイルポンプ２を駆動し、オイルタンク３に貯溜された作動油を加圧してから吐出する。この様にしてオイルポンプ２から吐出された圧油は、途中に複数の切換弁や流量調整弁等を設けた配管を介して、複数のオイルモータ４ａ、４ｂに送られ、このオイルモータ４ａ、４ｂの出力軸を回転させる。これら各オイルモータ４ａ、４ｂは、例えば発電機や、上記エンジン１を冷却する為の冷却ファン等の補機を駆動する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の鉄道車両用補機駆動装置は、鉄道車両のエンジンにより駆動される補機軸に固定したプーリを介して、ベルトにより回転駆動させる場合があったが、この場合、各補機の取付位置にはベルトを配置する為の空間を必要とする為、制限があった。又、ベルトにより各補機を回転駆動させる場合、これら各補機の能力を最大限に発揮できる様に、各補機を自在に制御する事は困難であった。これらの点に就いて改善すべく、近年は、各補機を油圧により回転駆動する事が行なわれていた。但し、従来から行なわれている、油圧による補機駆動装置の場合、鉄道車両の床下に互いに離隔して設けたオイルポンプ２と複数の補機とを配管により接続していた。この為、補機駆動装置の組み付け作業が面倒なだけでなく、鉄道車両の走行時にはね飛ばした石等の異物が配管を傷める可能性があり、十分な信頼性を確保する為には配管全体をカバー等により覆う必要がある。この為、補機駆動装置の設置作業がますます面倒になり、コストがより高くなる原因となっている。
本発明の鉄道車両用補機駆動装置は、この様な不都合を解消すべく発明したものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の鉄道車両用補機駆動装置は、鉄道車両の床下に支持されて作動油を貯溜するオイルタンクと、このオイルタンク内に設けられたオイルポンプと、上記オイルタンクの一側壁からこのオイルタンク外に突出する状態で設けられ、回転に伴って上記オイルポンプを駆動するポンプ入力軸と、それぞれの出力軸を上記オイルタンクの外側面から突出させた状態で、それぞれの本体部分を上記オイルタンク内に設けた複数のオイルモータと、上記オイルポンプから吐出される圧油を上記各オイルモータに送り込む為、上記オイルタンク内に設けられたマニホールドと、上記オイルタンクの外側面に設けられて上記各オイルモータの出力軸により回転駆動される複数の補機とを備える。
【０００５】
【作用】
上述の様に構成される本発明の鉄道車両用補機駆動装置の場合には、ポンプ入力軸の回転に伴ってオイルポンプから吐出された圧油は、オイルタンク内に設けられたマニホールドを介して複数のオイルモータに送り込まれる。そして、これら複数のオイルモータが、それぞれ補機を回転駆動する。オイルタンクとオイルポンプと複数のオイルモータとの間で圧油を循環させる為の、マニホールドを含む回路は、総て上記オイルタンク内に設けられている。従って、鉄道車両用補機駆動装置の設置作業が容易であるだけでなく、鉄道車両の走行時にはね飛ばした石等の異物が配管を傷める事もない。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１〜２は、本発明の実施の形態の１例を示している。鉄道車両の床下に支持されたオイルタンク５内にはオイルポンプ６を、このオイルタンク５の一側壁（図１の上側壁）に形成した取付孔を塞ぐ状態で設けている。そして、このオイルポンプ６により、上記オイルタンク５内に貯溜された作動油を加圧してから吐出する様に構成している。このオイルポンプ６の駆動軸である、ポンプ入力軸７は、上記オイルタンク５の一側壁に設けた上記取付孔を貫通して、このオイルタンク５外に突出している。このポンプ入力軸７は、鉄道車両の走行用のエンジン１（前述の図４及び後述する図３参照）の出力軸に結合され、このエンジン１の出力軸の回転に伴って回転駆動されて、上記作動油を加圧してから吐出口より吐出する。
【０００７】
上記オイルタンク５を構成する周壁の内側面には、複数のオイルモータ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの本体部分を、上記周壁の一部に形成した各取付孔を油密に塞ぐ状態で設けている。そして、これら複数のオイルモータ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの出力軸８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄを、それぞれ上記周壁の取付孔を通じて、上記オイルタンク５の外側面である、上記周壁の外面から突出させている。これら各オイルモータ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄは、それぞれの本体部分に圧油を送り込まれる事により、それぞれの出力軸８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄを回転駆動させる。又、上記オイルタンク５の内部には、上記オイルポンプ６から吐出される圧油を上記各オイルモータ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄに送り込む為のマニホールド９を設けている。上記オイルタンク５から吸引されて上記オイルポンプ６により加圧された作動油は、上記マニホールド９を通じて上記各オイルモータ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄに送り込まれ、これら各オイルモータ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの出力軸８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄを回転駆動させる。
【０００８】
更に、上記オイルタンク５を構成する周壁の外側面で、上記各出力軸８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄを囲む部分には、それぞれ補機を配置している。先ず、第一の補機である発電機１０を、上記出力軸８ａを囲む様にして、上記オイルタンク５を構成する周壁の一部外面に支持固定している。又、第二の補機であるクーラー用コンプレッサ１１を、上記出力軸８ｂを囲む様にして、上記周壁の一部外面に支持固定している。又、第三の補機である冷却ファン１２を、上記出力軸８ｃを囲む様にして、上記周壁の一部外面に支持固定している。この冷却ファン１２は、回転に伴って、上記エンジン１の冷却水の放熱を行なう為のラジエータに外気を吸引する。更に、第四の補機であるエアコンプレッサ１３は、上記出力軸８ｄを囲む様にして、上記周壁の一部外面に支持固定している。このエアコンプレッサ１３は、回転に伴って圧縮空気を吐出し、図示しないエアタンクに貯溜する。この圧縮空気は、鉄道車両の制動やドアの開閉の為に使用する。
【０００９】
上述の様に構成される本発明の鉄道車両用補機駆動装置の場合には、エンジン１の運転時にポンプ入力軸７の回転に伴ってオイルポンプ６から吐出された圧油は、オイルタンク５内に設けられたマニホールド９を介して複数のオイルモータ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄに送り込まれる。そして、これら複数のオイルモータ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄが、それぞれ第一〜第四の補機である、発電機１０、クーラー用コンプレッサ１１、冷却ファン１２、エアコンプレッサ１３を回転駆動する。オイルタンク５とオイルポンプ６と複数のオイルモータ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄとの間で圧油を循環させる為のマニホールド９を含む回路は、総て上記オイルタンク５内に設けられている。従って、鉄道車両用補機駆動装置の設置作業が容易であるだけでなく、鉄道車両の走行時にはね飛ばした石等の異物が配管を傷める事もない。
【００１０】
上述の様な本発明の鉄道車両用補機駆動装置は、例えば図３に示す様な油圧回路により制御する。尚、この図３は、発電機１０（図１）を駆動する為のオイルモータ４ａと冷却ファン１２（図１）駆動用のオイルモータ４ｃとの、２個のオイルモータ４ａ、４ｃを制御する為の油圧回路を示しているが、３個以上のオイルモータを制御する場合も、同様に構成できる。この場合、必要に応じて、後述するシャトル弁１５を複数個使用する。そこで、この図３に記載した油圧回路の機能に就いて、機能ごとに説明する。
【００１１】
▲１▼ 負荷感応制御機能
この機能は、１台のオイルポンプ６により上記２個のオイルモータ４ａ、４ｃを駆動する為の油圧を必要最小限に規制し、オイルポンプ６を駆動する為に要するトルクが徒に大きくならない様にする為に設けている。
この為に、上記オイルポンプ６として、斜板式等の可変容量ポンプを使用している。この可変容量ポンプは、パイロットポートに導入される油圧に応じて斜板の傾斜角度を変え、１回転毎の吐出量を変化させる。具体的には、上記パイロットポート部分に導入される油圧が高い程、（駆動軸に対し垂直な面に対する）上記斜板の傾斜角度を大きくし、上記吐出量を増大させる機能を有する。
この様な可変容量ポンプによる作動油の吐出量を必要最小限に規制すべく、上記各オイルモータ４ａ、４ｃの入口部分の油圧を、それぞれ絞り弁１４、１４を介してシャトル弁１５に導入している。そして、このシャトル弁１５は、上記各オイルモータ４ａ、４ｃの入口部分の油圧のうち、高圧側の油圧を、上記パイロットポートに導入する。上記各オイルモータ４ａ、４ｃの入口部分の油圧は、これら各オイルモータ４ａ、４ｃの負荷に応じて変化し、それぞれ負荷が大きくなる程大きくなる。従って、上記オイルポンプ６による作動油の吐出量は、上記各オイルモータ４ａ、４ｃのうち、負荷が大きな側のオイルモータ４ａ（又は４ｃ）に応じた｛負荷が大きなオイルモータ４ａ（又は４ｃ）を駆動できる｝だけのものとなる。
この様にして、上記オイルポンプ６から吐出する作動油の量を、負荷が大きなオイルモータ４ａ（又は４ｃ）を駆動できるだけのものに規制する（必要以上に多量の作動油を吐出しない）。この結果、上記各オイルモータ４ａ、４ｃの駆動を確実に行ないつつ、上記オイルポンプ６を駆動する為に要するトルクが徒に大きくする事を防止できる。
【００１２】
▲２▼ 発電機１０駆動用オイルモータ４ａの回転安定化機能
上記オイルポンプ６から吐出した作動油は、マニホールド９（図１）内の流路を経て、油圧切換式の切換弁１６の入口ポートに達する。この切換弁１６は、電磁弁１７への通電に基づく油圧導入に応じて解放され、上記オイルポンプ６から送られてくる作動油を下流側に流す。この様に上記切換弁１６を通過した作動油は、流量調整弁１８を通過してから上記発電機１０駆動用オイルモータ４ａに送り込まれる。この様にして、このオイルモータ４ａに送り込む作動油の流量を、負荷圧力の変動に拘らず安定させている為、上記発電機１０の回転を安定させて、安定した発電を行なえる。
尚、上記発電機１０駆動用オイルモータ４ａと並列に設けた逆止弁１９は、上記オイルポンプ６の運転停止時に、慣性により回転を継続しようとする発電機１０と連結した上記オイルモータ４ａの回転を許容し、このオイルモータ４ａを保護する為に設けている。
又、上記オイルモータ４ａには回転速度センサ２０を付設し、このオイルモータ４ａの回転速度を観察自在としている。そして、このオイルモータ４ａの回転速度の所定値に対するずれが大きくなった場合には、警報器等によりその旨を知らせる様にしている。
【００１３】
▲３▼ 冷却ファン１２駆動用オイルモータ４ｃの回転安定化機能
上記オイルポンプ６から吐出した作動油は、マニホールド９内の冷却ファン用のブロック内に入り、このブロック内に設けた圧力保証機構を通過してから、互いに設定流量が異なる、流量調整弁２１ａ、２１ｂ、２１ｃの入口ポートに達する。そして、油圧切換式の切換弁２２の切換に基づいて選択された、何れかの流量調整弁２１ａ（又は２１ｂ、２１ｃ）を通過しつつ流れる所定量の作動油を上記オイルモータ４ｃに送り込み、このオイルモータ４ｃにより上記冷却ファン１２を、所望速度で回転駆動する。
【００１４】
▲４▼ 高圧保護機能
上記オイルポンプ６の吐出口は、リリーフ弁２３を介してオイルタンク３に通じさせている。上記オイルポンプ６から吐出された作動油の圧力が、上記リリーフ弁２３の設定圧に達すると、このリリーフ弁２３が開いて上記圧力を逃がし、上記オイルポンプ６の下流側部分の圧力が過度に上昇する事を防止し、この下流側部分に設置した管路及び各機器の損傷防止を図る。
【００１５】
▲５▼ 起動時の無負荷機能
この機能は、エンジン１の起動を容易に行なえる様にする為のものである。即ち、上記エンジン１の起動は、一般的なエンジンの場合と同様に、セルモータにより行なうが、この際、上記エンジン１により駆動される上記オイルポンプ６を駆動させる為に要するトルクが大きいと、上記セルモータの負荷が大きくなる。そこで、上記リリーフ弁２３のベントポートを、電磁弁２４により、大気圧（オイルタンク３）に開放自在としている。
上記エンジン１を起動させる際には、上記電磁弁２４により上記リリーフ弁２３のベント回路を、大気圧に開放する。この結果、上記オイルポンプ６の下流側の圧力が僅かに上昇しただけで、上記リリーフ弁２３が、上記オイルポンプ６の吐出ポートを上記オイルタンク３に連通させる。従って、上記オイルポンプ６の背圧が極く小さくなって、このオイルポンプ６を駆動させる為に要するトルクが小さくなり、上記セルモータを特に大型化しなくても、上記エンジン１の起動を容易に行なえる様になる。
【００１６】
▲６▼ 暖機運転機能
この機能は、上記オイルタンク３内の作動油の温度を短時間で上昇させ、この作動油の粘度を前記各オイルモータ４ａ、４ｂを駆動させる為に適正な値にまで低下させる為のものである。即ち、作動油は低温では粘度が高く、上記各オイルモータ４ａ、４ｂを駆動させる為には不適当である。この為に図示の例では、起動直後に、上記オイルポンプ６が上記オイルタンク３から取り入れた作動油を、上記リリーフ弁２３を介してそのままオイルタンクに戻し、この作動油の温度を短時間で所定値（例えば１０℃）にまで上昇させる様にしている。
この為に図示の例では、上記リリーフ弁２３のベントポートを、第二のリリーフ弁２５を介して、上記オイルタンク３に連通自在としている。暖機運転時には、上記電磁弁２４を閉じ、別の電磁弁２６を解放して、上記ベントポートを上記オイルタンク３に通じさせる。この結果、上記オイルポンプ６から吐出された作動油が、所定値に上昇してから、上記オイルタンク３に戻される。この作動油の温度は、圧力上昇並びに上記オイルポンプ６等を通過する際の摩擦抵抗等に基づいて比較的短時間で上昇し、上記各モータ４ａ、４ｃを駆動できる状態になる。温度上昇後、これら各モータ４ａ、４ｃを駆動する際には、上記各電磁弁２４、２６を、何れも閉じる。尚、上記オイルタンク３内に貯溜された作動油の温度は、温度センサ２７により検出し、運転席等の制御盤に表示する。
【００１７】
▲７▼ 切換弁１６、２２切換時の衝撃緩和機能
上記各オイルモータ４ａ、４ｃの運転状態を切り換える為の切換弁１６、２２の切換を急に行なうと、上記各オイルモータ４ａ、４ｃの駆動軸と、これら各オイルモータ４ａ、４ｃによる被駆動部材である発電機１０或は冷却ファン１２との結合部に衝撃力が加わり、耐久性を損なう原因となる。
そこで、図示の例では、上記オイルポンプ６から吐出した作動油を、減圧弁２８を介して上記各切換弁１６、２２の駆動部に送り込む様にしている。この様に各切換弁１６、２２の駆動部に送り込む作動油の圧力を低くして、これら各切換弁１６、２２の切換を緩徐に行なう結果、上記衝撃力の発生を防止し、耐久性の確保を図れる。
【００１８】
【発明の効果】
本発明の鉄道車両用補機駆動装置は、以上に述べた通り構成され作用するので、鉄道車両への組付けが容易でコストの低減を図れるだけでなく、鉄道車両の走行に伴ってはね飛ばした石等の異物による故障の発生も防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の１例を示す、一部切断平面図。
【図２】一部を省略して図１の下方から見た側面図。
【図３】油圧回路の１例を示す図。
【図４】本発明の対象となる鉄道車両の補機駆動装置の１例を示す油圧回路図。
【符号の説明】
１ エンジン
２ オイルポンプ
３ オイルタンク
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ オイルモータ
５ オイルタンク
６ オイルポンプ
７ ポンプ入力軸
８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ 出力軸
９ マニホールド
１０ 発電機
１１ クーラー用コンプレッサ
１２ 冷却ファン
１３ エアコンプレッサ
１４ 絞り弁
１５ シャトル弁
１６ 切換弁
１７ 電磁弁
１８ 流量調整弁
１９ 逆止弁
２０ 回転速度センサ
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ 流量調整弁
２２ 切換弁
２３ リリーフ弁
２４ 電磁弁
２５ 第二のリリーフ弁
２６ 電磁弁
２７ 温度センサ
２８ 減圧弁

Claims (1)

1. 鉄道車両の床下に支持されて作動油を貯溜するオイルタンクと、このオイルタンク内に設けられたオイルポンプと、上記オイルタンクの一側壁からこのオイルタンク外に突出する状態で設けられ、回転に伴って上記オイルポンプを駆動するポンプ入力軸と、それぞれの出力軸を上記オイルタンクの外側面から突出させた状態で、それぞれの本体部分を上記オイルタンク内に設けた複数のオイルモータと、上記オイルポンプから吐出される圧油を上記各オイルモータに送り込む為、上記オイルタンク内に設けられたマニホールドと、上記オイルタンクの外側面に設けられて上記各オイルモータの出力軸により回転駆動される複数の補機とを備えた鉄道車両用補機駆動装置。

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