JP4271950B2 - 空気乾燥機の再生 - Google Patents

Description

本発明は、車両のエアブレーキシステムにおける空気乾燥機の再生に関するものである。

車両のエアブレーキシステムは、作動媒体として圧縮空気を用いる。通常、空気はエンジン駆動式の空気圧縮機からリザーバへ供給され、圧縮空気は、足で操作するディマンド弁を介して車輪のブレーキへ送られる。ブレーキシステム内部の腐食を防ぐため、空気は乾燥剤のカートリッジを具える空気乾燥機を経て空気圧縮機からリザーバへと流れる。使用時には、乾燥剤に含まれる水分の割合が次第に増加するので、乾燥剤を再び相対的に乾燥した状態に戻すために、周期的な乾燥作業が必要である。この作業は「再生」と呼ばれ、乾燥した圧縮空気を、乾燥剤を通して大気中へ逆流させることを具える。

理想的には、乾燥剤が所定の水分含有量に達した時を再生のトリガーとすることが望ましい。しかしながら、エアブレーキシステムにおいて水分含有量を正確にリアルタイムで測定する適切な手段は利用不可能である。

伝統的な再生は二つの方法の内の一方をトリガーとしており、この方法とは、通常は圧縮機の作動停止直後、およびリザーバが最大システム圧力に達したことである。

時間依存型のシステムにおいては、圧縮空気を所定時間で乾燥剤を通して排出されるように逆流させる。この時間は体積に応じたものであり、この体積は逆流オリフィスの寸法および公知の圧力減少特性に従って計算することができる。

圧力依存型のシステムにおいては、空気をシステム圧力が所定量に降下するまで逆流させる。体積はオリフィス寸法および圧力減少特性の知識から計算する。

時間および圧力は共に正確かつ安価に測定することができるが、これら双方の方法は固有の欠点を有している。再生の間に空気を使用すると、逆流体積が設計上の計算値に到達せず、その結果不十分な乾燥状態が生じる。さらに、システムによって大量の空気が消費されると圧縮機が作動するようになり、そのため再生が早期に終了してしまう。この種の繰り返し動作は乾燥剤の累積的な飽和をもたらすこととなる。

これらの欠点を克服するための試みにおいて、通常はシステム設計上の複数のパラメータを妥協させており、そのため乾燥剤の過度の乾燥がしばしば生じる。したがって車両の最悪の動作条件下での効果的な乾燥をもたらすために再生時間が増加したり、あるいは圧力降下量が増加する。不確実な懸念ではあるが、車両のこうした種類の使用は、悲観的な設定状態になったり、極度の過剰再生をもたらし得る。このことは、多量の空気を浪費し、それによって車両の燃料消費量が必要以上に高くなる結果をもたらす。

現状の再生方法の、追加的かつ潜在的で、より深刻な欠点は、空気の過剰かつ連続的な使用が、動作停止圧力に到達する以前の、こうした状況下での再生が禁止されるような、かつ、乾燥剤の飽和が生じ得るような圧縮機の長時間使用を生じさせることである。現在の方法では、こうした状況を容易に確認することは不可能である。

本発明により、車両のエアブレーキシステムの空気乾燥機の再生を開始する方法が提供され、この方法は、
空気圧縮機からの空気の瞬間的な流量をリアルタイムで見積もる工程と、
エアブレーキシステムの条件に基づいて前記瞬間的な流量を変更する工程と、
所定の時間間隔で前記空気圧縮機からの空気の体積を計算する工程と、
順方向の空気体積の現在の計算値を得るために、連続的な時間間隔で前記見積もり、変更および計算の各工程を繰り返す工程と、
前記現在の計算値と乾燥材料の飽和閾値との比較を周期的に行う工程と、
前記計算値が前記飽和閾値に達したとき、または前記飽和閾値を超えたときに前記再生を開始する工程とを具え、
再生中に逆流させる乾燥空気の体積を見積もる工程をさらに含み、当該工程が、
前記空気乾燥機へ逆流させる瞬間的な空気流量をリアルタイムで見積もる工程と、
エアブレーキシステムの条件に応じて前記逆流する瞬間的な流量を変更する工程と、
所定の時間間隔で前記逆流させる空気の体積を計算する工程と、
前記逆流させる空気体積の現在の計算値を得るために、連続的な時間間隔で前記見積もり、変更および計算の各工程を繰り返す工程と、
前記現在の計算値と前記乾燥材料の飽和閾値との比較を周期的に行う工程と、
前記計算値が前記飽和閾値に達したとき、または前記飽和閾値を超えたときに前記再生を終了する工程とを具えるものである。

本発明による方法は、時間および圧力の間接的なパラメータの測定ではなく、体積の直接的な見積もりに基づくものである。その結果、再生をより正確に開始することができ、従来の方法での悲観的な見積もりの必要性によって開始する場合に比べて、より頻度が低いものとなる。

瞬間的な流量は、圧縮機の動作特性および瞬間的な圧縮機の速度から見積もることができる。前者は、例えば参照テーブルにデジタル式に記憶させても良く、また後者は、常にエンジン回転数の単純な比として車両のエンジン管理システムから電子的に取得することが可能である。

瞬間的な流量は、他のシステムパラメータ、例えば周囲の空気温度、圧縮機温度、空気密度およびこれらの類似のものによって変更することができる。流量はまた、経時的な圧縮機性能の予測される低下にしたがって変更することとしても良い。この計算のために、圧縮機サイクルの回数をレジスタで合計し、経時的な圧縮機またはエンジン回転数の入力から得る事としても良い。この性能低下の修正はまた、運転時間中での動作開始と動作停止の比に依存させて、通常のガバナー圧力信号から得ることとしても良い。

好適な実施形態において、流量のリアルタイムでの見積もりは、典型的には100msecの間隔で発生させることができ、それによって圧送する空気体積の計算値はこうした時間間隔の各々において増加することとなる。

飽和閾値は、乾燥剤の体積および、予期される車両の動作条件にしたがって決定される。好適な実施形態において、この閾値は所定の範囲内で設定可能である。さらに、この飽和閾値は、乾燥剤温度のようなシステムの条件を反映させるようにリアルタイムで変更することとしても良い。例えば、湿度の上昇は乾燥剤温度の関数であることが公知であり、それによって、最適な再生を行うために、温度を考慮することが望ましいこととなる。本発明は、乾燥剤温度を考慮することができる方法を提供するものである。

好適な実施形態においては、本発明は、逆流体積を理想の体積に近似するように最適化するため、動作条件およびシステムパラメータにしたがって乾燥空気の逆流体積を見積もる方法を具える。

繰り返し述べると、この方法は、時間もしくは圧力の間接的なパラメータではなく、体積の見積もりに基づくものである。その結果、再生は逆流させる空気の正確な体積によって制御可能であり、それゆえ、逆流させる空気の体積が悲観的な不所望に大きなものとなることに依拠する必要がある従来の方法よりも、浪費する空気の体積が少なくなり得るものとなる。

好適な実施形態においては、大気圧に近い圧力で逆流させる際に乾燥剤を通過する乾燥空気の体積は、圧縮機から乾燥機へと流れる加圧空気の体積に等しい。

瞬間的な流量は、システム圧力、空気乾燥機圧力および、高圧空気を低圧体積に増加するよう膨張させて通過させる通常の空気オリフィスの流れ特性のような要因から決定することができる。

逆流させる空気の流量は、空気温度のようなシステムパラメータにしたがって変更することとしても良い。

流量の見積もりは、通常、100msecの間隔で発生させ、それによって、逆流させる空気の体積と、逆流させる空気体積の総量の計算値を連続的に計算することを可能とする。

乾燥度の閾値は車両の動作条件にしたがって設定しても良く、また乾燥剤温度のようなシステム条件を反映させてリアルタイムで変更することとしても良い。この閾値は、予測される経時的な乾燥剤性能の低下を反映させることができるが、この経時的な乾燥剤性能の低下は、デジタル的な参照テーブルおよび、乾燥剤を最後に更新した時点での車両のサービス間隔からエンジン動作時間を記録することによる時間の計測から導出することとしても良い。

上述した方法は、空気の流量の変更を含むが、この値は、順方向に流す、あるいは逆流させる空気の体積を最初の計算と同様にすることができ、その後、データを変更する工程を実行する。

順方向および逆方向の空気体積を見積もる方法は、インテリジェントな制御システムを提供するために一緒に用いられるであろうことが予想される。しかしながら、いずれの方法も独立して使用することができ、特に、逆方向の空気体積を見積もる方法は、圧縮機が動作停止になるような従来の再生のトリガーと共に使用できることが理解されよう。

再生は圧縮機を作動させるようにするために早期に終了させることとしても良い。こうした環境において、本発明は、逆流させる空気の体積の見積もりを再生が一時中断する時点まで可能としており、また、このことは再生を圧縮機が次に動作停止する時に完了させることを可能にする。その後の再生は、前回の動作から中断した箇所と組み合わせても良く、また順方向に流れる空気と干渉する流れに対応する箇所と組み合わせても良い。

本発明の他の特徴は、添付図面のみに示された例示による、以下の好適な実施形態の記述から明らかになるであろう。

図1は圧縮機11を模式的に示すものであり、この圧縮機11は、空気を弁12および空気乾燥機13を経てリザーバ14へ圧送可能であり、加圧された空気はリザーバ14から一つまたはそれ以上のチェック弁15を経て車両の空気システム16へ送られる。

弁17は、大気と絞り弁18および空気乾燥機13を経てリザーバ14が連通するように開くことができる。

圧縮機11は通常車両のエンジンによって駆動され、ヘッドアンローダ19のような従来型の手段によって動作を開始することも、また動作を停止することもでき、例えばリザーバ14内の圧力に対応するガバナー信号によって動作可能である。したがって、圧縮機は低圧閾値以下で動作を開始し、高圧閾値で動作を停止することとなる。

使用時には、空気はカットオフ圧力に達するまで弁12、空気乾燥機13および逆止弁20を経てリザーバ14へ圧送され、このカットオフ圧力となった時点において圧縮機は動作を停止する。圧縮空気は、リザーバ内の圧力がカットイン圧力を下回るまでシステム16の要求によって使用され、このカットイン圧力となった時点において、圧縮機は蓄積サイクルを繰り返すように動作を開始する。

空気乾燥機の再生は、圧縮機が動作を停止した時、通常はカットオフ圧力に達した直後に生じる。再生信号により弁17が開き、それによって乾燥空気が逆方向に空気乾燥機内を通過することができるようになり、乾燥剤から水分が大気中へ運ばれることとなる。

逆止弁20およびオリフィス18は従来の方法で設けられており、それによって圧縮空気は空気乾燥機を通して制御された状態で膨張する。通常、輸送する圧縮空気の体積は、各再生のために大気圧で空気乾燥機を通過して膨張する空気の体積に等しい。

再生の結果、圧縮機が次回の動作開始時にリザーバへ空気を蓄積できるように弁17は閉じる。リザーバ内空気の突然の枯渇、例えば空気システム16の過剰な使用による枯渇は再生を早期に終了させることとなり得る。なぜならば、システムの要求が常に高い優先順位を持っているからである。性能向上のために、図1に示すシステムに種々の従来型の制御システムを追加することが可能である。

従来は、再生は所定時間の経過後、あるいはリザーバ内の圧力が所定値だけ低下した後に終了する。幾つかのシステムでは空気乾燥機のためのパージ専用リザーバを設けており、再生はパージ専用リザーバが空になる、あるいは圧縮機が再び動作開始となるまで続けられる。パージ専用リザーバの追加は従来型の設置コストを増加させるものとなる。

本発明においては、順方向の空気体積の総和の計算値を与えるために、順方向の空気体積を連続的な時間間隔を超えて繰り返し見積もることとしている。単純な例では、この見積もりは、圧縮機の動作特性ならびに通常のエンジン制御システムから得られるエンジン回転速度を瞬時に入力することにより求める。圧縮機の速度はエンジン回転速度に比例するので、駆動ギヤ比もしくは駆動プーリ比により、容積測定の出力値の見積もりを計算することができる。約100msecの時間間隔での繰り返しの見積もりは順方向の空気体積の計算値を、順方向の空気体積の実際値に非常に近似したものとする。順方向の空気体積の見積もりに対して、修正係数を数学的に適用することが可能である。これら係数は、周囲の空気温度、圧縮機の温度および空気密度のようなリアルタイム要素ならびに、例えば周囲の湿度のような設定可能な要素を含む。後者の場合、使用地域による外的な調整は、相対的に乾燥した地域や相対的に湿潤な地域とでは異なるものとなり得るので、それゆえ周囲の湿度が相対的に低い所では不所望の再生が避けられることとなる。

同様にして、再生の進行に伴って、逆流させる空気の体積をリアルタイムで見積もることができる。この場合、主な見積もりはシステム圧力に関する情報および、加圧された空気が通過して膨張する通常のオリフィスの流れ特性から連続的に求める。同様にして、修正係数を、温度やその類似要素によるオリフィス特性の変化を反映させるために自動的に適用しても良く、また車両の通常の動作条件を反映させるためにシステムパラメータをも設定可能としても良い。

再生は順方向の空気体積および圧縮機の次回の動作停止にしたがって開始し、逆流時の膨張体積の見積もり量が順方向の圧縮空気の体積に等しくなった時に終了する。

勿論、再生は大量の空気を使用する場合や、圧縮機がそれによって動作を開始する場合には早期に終了し得ることとなる。本発明では、逆流させる空気体積を中止点まで計算可能としており、それゆえ追加で逆流させる空気の体積は乾燥剤を所定の乾燥度へ戻すだけの量が要求される。次回の再生において、この追加の空気体積を考慮することができ、あるいは、これに代えて乾燥剤を通過する流れの追加の体積を生じさせるために短期間の再生を開始することも可能である。本願に開示した方法にしたがって体積流の正確な見積もりを一旦可能とすると、種々の選択肢が可能となる。

通常の空気システムの取り付けにおいて、圧縮機から空気乾燥機までの配管は大量の空気を含むこととなる。圧縮機が動作停止した時、この配管は通常大気へと通気し、あるいはこの配管を開放して圧縮機を動作停止させても良く、それによって圧縮を惰性で行うことが可能となる。

膨大な体積の空気が圧縮されることとなり得るが、その空気が空気乾燥機を通過することにはならない。順方向の空気の見積もりを改善するため、本発明に係る方法は、順方向の空気の見積もりから供給管内の空気の体積を減じる工程を含み、この供給管内の空気は圧縮機が動作停止した時に排出される。この他、本方法では圧縮機で圧送される空気の体積を別に見積もることとしても良いが、一度体積が供給管の体積と等しい値に達すると、順方向の空気の体積だけを求めることとする。

車両の空気システムにおける従来型の蓄積のための配置を模式的に示す図である。

Claims (12)

1. 車両のエアブレーキシステムの空気乾燥機の再生を開始する方法であって、
   空気圧縮機からの空気の瞬間的な流量をリアルタイムで見積もる工程と、
   エアブレーキシステムの条件に基づいて前記瞬間的な流量を変更する工程と、
   所定の時間間隔で前記空気圧縮機からの空気の体積を計算する工程と、
   順方向の空気体積の現在の計算値を得るために、連続的な時間間隔で前記見積もり、変更および計算の各工程を繰り返す工程と、
   前記現在の計算値と乾燥材料の飽和閾値との比較を周期的に行う工程と、
   前記計算値が前記飽和閾値に達したとき、または前記飽和閾値を超えたときに前記再生を開始する工程とを具え、
   再生中に逆流させる乾燥空気の体積を見積もる工程をさらに含み、当該工程が、
   前記空気乾燥機へ逆流させる瞬間的な空気流量をリアルタイムで見積もる工程と、
   エアブレーキシステムの条件に応じて前記逆流する瞬間的な流量を変更する工程と、
   所定の時間間隔で前記逆流させる空気の体積を計算する工程と、
   前記逆流させる空気体積の現在の計算値を得るために、連続的な時間間隔で前記見積もり、変更および計算の各工程を繰り返す工程と、
   前記現在の計算値と前記乾燥材料の飽和閾値との比較を周期的に行う工程と、
   前記計算値が前記飽和閾値に達したとき、または前記飽和閾値を超えたときに前記再生を終了する工程とを具える方法。
2. 請求項１記載の方法において、
   前記空気の体積を計算する工程を、前記圧縮機の動作特性および、瞬間的な圧縮機の速度から決定する、車両のエアブレーキシステムの空気乾燥機の再生を開始する方法。
3. 請求項１または２記載の方法において、
   前記瞬間的な流量を変更する工程を、周囲の空気温度、圧縮機温度、空気密度、経時的な圧縮機性能の低下および、動作時間中における圧縮機の動作と動作停止の比の内一つまたはそれ以上を参照して行う、車両のエアブレーキシステムの空気乾燥機の再生を開始する方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項記載の方法において、
   前記所定の時間間隔を約100msecとする、車両のエアブレーキシステムの空気乾燥機の再生を開始する方法。
5. 請求項１〜４のいずれか１項記載の方法において、
   前記飽和閾値を設定する最初の工程をさらに含む、車両のエアブレーキシステムの空気乾燥機の再生を開始する方法。
6. 請求項１〜５のいずれか１項記載の方法において、
   前記飽和閾値をリアルタイムで変更する工程をさらに含む、車両のエアブレーキシステムの空気乾燥機の再生を開始する方法。
7. 請求項１〜６のいずれか１項記載の方法において、
   前記逆流させる空気の体積を、システム圧力、空気乾燥機圧力および、高圧空気を膨張させる空気オリフィスの流れ特性から計算する、車両のエアブレーキシステムの空気乾燥機の再生を開始する方法。
8. 請求項１〜７のいずれか１項記載の方法において、
   前記変更する工程が、周囲の空気温度に基づく前記逆流させる空気の流量調整を具える、車両のエアブレーキシステムの空気乾燥機の再生を開始する方法。
9. 請求項１〜８のいずれか１項記載の方法において、
   乾燥度の閾値を設定する最初の工程を含む、車両のエアブレーキシステムの空気乾燥機の再生を開始する方法。
10. 請求項９記載の方法において、
    前記乾燥度の閾値をリアルタイムで変更する工程を含む、車両のエアブレーキシステムの空気乾燥機の再生を開始する方法。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項記載の方法において、
    前記順方向の空気の体積の計算値から、前記圧縮機から前記空気乾燥機へ供給するための配管の容積に等しい値を減算する工程を含む、車両のエアブレーキシステムの空気乾燥機の再生を開始する方法。
12. 請求項１〜１１のいずれか１項記載の方法において、
    順方向の空気の体積の瞬間的な計算値が、前記圧縮機から前記空気乾燥機へ供給するための配管の実際の容積よりも小さい、車両のエアブレーキシステムの空気乾燥機の再生を開始する方法。

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