JP5679554B2 - エアコンプレッサ装置 - Google Patents

Description

本発明は、エアコンプレッサ装置に関する。

従来から、トラックを含む車両には、エアブレーキの倍力装置などへ圧縮空気を供給するために、エア源としてエアコンプレッサが搭載されている（例えば特許文献１参照）。

一般的に、上記のエアコンプレッサは、車両のエンジンの動力で駆動し、負荷運転時にエアタンクへ圧縮空気を供給する。また、エアタンクに圧縮空気が充填されると、ガバナーの動作によりエアコンプレッサは無負荷運転となって、エアタンクへの圧縮空気の供給が停止される。これにより、エアコンプレッサでの消費馬力は低減する。なお、エアコンプレッサの潤滑は、エンジンからエンジンオイルを導くことで行われている。

特開平８−１９３５７６号公報

ところで、エンジンが高回転のときにエアコンプレッサを負荷運転に切り替えると、動作開始時に急激な圧力変化が生じ、エンジンからエアコンプレッサへのオイル上がり量が瞬間的に増加してしまう点で改善の余地があった。

上記事情に鑑み、エンジンからエアコンプレッサへのオイル上がり量をより抑制する技術を提供する。

本発明の一の側面であるエアコンプレッサ装置は、エアタンクと、エアコンプレッサと、ガバナーとを備える。エアコンプレッサは、負荷運転時にエンジンの動力を用いてエアタンクに圧縮空気を供給し、無負荷運転時にエアタンクへの圧縮空気の供給を停止する。ガバナーは、エアコンプレッサの負荷運転と無負荷運転とを切り替える。そして、ガバナーは、エンジンの回転数が閾値以上のとき、エアコンプレッサを無負荷運転から負荷運転に切り替える切り替えタイミングをエンジンの回転数が閾値未満のときと変化させる。

上記のエアコンプレッサ装置において、ガバナーは、エンジンの回転数が閾値以上のとき、エンジンの回転数が閾値未満のときと比べて切り替えタイミングを遅延させてもよい。また、ガバナーは、エアタンクの圧力が限界圧力に低下するときに、エアコンプレッサを負荷運転に強制的に切り替えてもよい。

エンジンの回転数が閾値以上のとき、エアコンプレッサを無負荷運転から負荷運転に切り替える切り替えタイミングをエンジンの回転数が閾値未満のときと変化させることで、エンジンからエアコンプレッサへのオイル上がり量がより抑制される。

一の実施形態でのエアコンプレッサ装置の全体構成の例を示す図 エアコンプレッサの構成例を示す図 ガバナーの構成例を示す図 （ａ）〜（ｃ）：一の実施形態でのエアコンプレッサ装置の動作例を示す図 （ａ）〜（ｃ）：比較例である従来のエアコンプレッサ装置の動作例を示す図

＜一の実施形態の説明＞
図１は、一の実施形態でのエアコンプレッサ装置の全体構成の例を示す図である。一の実施形態でのエアコンプレッサ装置は、例えばトラック等の車両に搭載されており、車両のエアブレーキの倍力装置１へ圧縮空気を供給するエア源として機能する。また、一の実施形態でのエアコンプレッサ装置は、車両のエンジン２の動力を用いて空気の圧縮を行う。

エアコンプレッサ装置は、エアタンク３と、エアコンプレッサ４と、ガバナー５とを備えている。

エアタンク３は、エアコンプレッサ４から供給された圧縮空気を蓄える。エアタンク３のエア配管は、エアコンプレッサ４と、圧縮空気の配給先である倍力装置１と、ガバナー５とにそれぞれ接続されている。なお、エアタンク３には、エアタンク３の下限側の限界圧力の到達を検知する検知部６（例えば圧力センサ）が設けられている。この限界圧力は、エアブレーキの動作を確保できる空気圧である。そして、検知部６の信号出力はガバナー５に接続されている。なお、図１において、エア配管は太線の矢印で示し、信号線は細線の矢印で示す。

エアコンプレッサ４は、エンジン２の動力で空気の圧縮を行うピストン型のコンプレッサである。図２は、エアコンプレッサ４の構成例を示す図である。エアコンプレッサ４は、クランクシャフト１１、ピストンロッド１２、ピストン１３、シリンダ１４、吸入弁１５、吐出弁１６、アンロード弁１７を有している。クランクシャフト１１はエンジン２の動力によって回転し、ピストンロッド１２を介してシリンダ１４内のピストン１３を上下動させる。また、吸入弁１５および吐出弁１６は、それぞれシリンダ１４の上面に設けられている。なお、アンロード弁１７は、ガバナー５からの空気で押圧されることにより降下する。

ここで、アンロード弁１７の非降下時にはエアコンプレッサ４は負荷運転となる。この負荷運転時には、ピストン１３の下降時に吸入弁１５が開弁するとともに吐出弁１６が閉弁し、シリンダ１４内に外気が吸入される。そして、ピストン１３の上昇時に吸入弁１５が閉弁するとともに吐出弁１６が開弁し、吐出された圧縮空気がエアタンク３へ供給される。

一方、アンロード弁１７の降下時にはエアコンプレッサ４は無負荷運転となる。この無負荷運転時には、アンロード弁１７が吸入弁１５を押し下げたままとなるのでエアコンプレッサ４が空気の圧縮を行わず、エアコンプレッサ４からエアタンク３への圧縮空気の供給が停止される。

また、エアコンプレッサ４には、オイルギャラリーからエンジンオイルを分配する配管が接続されている。そして、クランクシャフト１１やピストンロッド１２は、エンジンオイルによって潤滑が行われる（なお、図１、図２において、オイルギャラリーおよびエンジンオイルの配管の図示はいずれも省略する）。

図１に戻って、ガバナー５は、エアタンク３の空気圧変化に応じて、エアコンプレッサ４の負荷運転と無負荷運転とを切り替える。

図３は、ガバナー５の構成例を示す図である。ガバナー５は、シリンダ２１、ピストン２２、ガバナスプリング２３とを有している。

ピストン２２はガバナスプリング２３によりシリンダ２１の底面に向けて付勢されている。また、ピストン２２には、空気を大気に放出するための第１の流路と、空気をピストン２２側面に導く第２の流路とを有している。また、ピストン２２の底面側には、排気弁２４が設けられている。排気弁２４は、ピストン２２の摺動方向に動作して第１の流路を開閉する。

また、エアタンク３からのエア配管は、ガバナー５のシリンダ２１の底面に接続されている。また、シリンダ２１の側面には、エアコンプレッサ４のアンロード弁１７からのエア配管を接続するためのポート２５が設けられている。

ここで、エアタンク３の空気圧が高圧側のカットアウト圧力に達すると、ガバナー５ではシリンダ底面側の空気の圧力がガバナスプリング２３に打ち勝ってピストン２２が押し上げられて、ピストン２２の第２の流路とポート２５とが接続される。また、シリンダ底面側の空気の圧力で排気弁２４が閉弁されることで、ピストン２２の第１の流路が閉ざされる。これにより、エアタンク３の空気がエアコンプレッサ４のアンロード弁１７を押圧して降下させるので、エアコンプレッサ４が無負荷運転となる。

一方、エアタンク３の空気圧が徐々に低下して低圧側のカットイン圧力に達すると、ガバナスプリング２３がピストン２２を押し下げて、ポート２５がピストン２２で塞がれる。また、排気弁２４がシリンダ底面側の空気の圧力に打ち勝って開弁し、第１の流路が開かれる。これにより、エアコンプレッサ４のアンロード弁１７がガバナー５の空気で押圧されなくなるので上昇し、エアコンプレッサ４が負荷運転となる。

また、一の実施形態のガバナー５は、エンジンの回転数の入力を信号線でエンジン２から受け付けるとともに、エンジンの回転数に応じてエアコンプレッサ４を無負荷運転から負荷運転に切り替えるタイミング（切り替えタイミング）を変化させる。

一例として、図３に示すように、エアタンク３からのエア配管の途中に、エンジンの回転数に応じて制御される調整弁２６を設ければよい。一の実施形態では、エンジンの回転数が閾値未満のときには調整弁２６を開弁し、エアタンク３からガバナー５への空気の一部を逃がす。一方、エンジンの回転数が閾値以上である高回転のときには調整弁２６を閉弁すればよい。これにより、エンジン２が高回転のときには、エンジンの回転数が閾値未満のときと比べてガバナー５のシリンダ底面側の空気圧が相対的に高まる。その結果、エンジン２が高回転のときにはアンロード弁１７が上昇しにくくなって、負荷運転への切り替えタイミングが遅延する。

ここで、エンジン２の高回転時を規定する上記の閾値は、エンジンの種類や、エアコンプレッサ４との増速比等を考慮して適宜調整すればよい。なお、一の実施形態において、切り替えタイミングの遅延量は、例えば１秒から３秒程度である。

また、上記の調整弁２６は、検知部６の出力に応じて、エアタンク３の圧力が上記の限界圧力となるときにはエンジンの回転数に拘わらず開弁する。これにより、エアタンク３の圧力が限界圧力まで低下したときには、エアコンプレッサ４を強制的に負荷運転に切り替えることができるので、エアブレーキの動作が保証される。

以下、一の実施形態でのエアコンプレッサ装置の作用効果を、比較例と対比しつつ説明する。

まず、図５を参照しつつ、比較例である従来のエアコンプレッサ装置の動作例を説明する。図５（ａ）は、比較例でのエアタンクの圧力変化を示す図であり、縦軸が圧力、横軸が時間を示している。図５（ｂ）は、比較例でのエンジン回転数の変化を示す図であり、縦軸がエンジン回転数、横軸が時間を示している。図５（ｃ）は、比較例でのエアコンプレッサの吐出圧力および吸入負圧の変化を示す図であり、縦軸が圧力、横軸が時間を示している。

比較例のエアコンプレッサ装置では、エンジンの回転数を考慮せずに、カットイン圧力でエアコンプレッサを負荷運転に切り替え、カットアウト圧力でエアコンプレッサを無負荷運転に切り替える（図５（ａ）、（ｂ）参照）。ここで、エンジン回転数がピーク近傍の高回転のとき（例えばシフトチェンジ直前の場合）にエアコンプレッサが負荷運転に切り替わると、エアコンプレッサの吐出圧力および吸入負圧の値が瞬間的に大きくなる（図５（ｃ）参照）。かかる場合には、エアコンプレッサのピストン内に上がるエンジンオイルの量も瞬間的に増加してしまう。

一方、図４は、一の実施形態でのエアコンプレッサ装置の動作例を示す図である。図４（ａ）は、一の実施形態でのエアタンクの圧力変化を示す図であり、縦軸が圧力、横軸が時間を示している。図４（ｂ）は、一の実施形態でのエンジン回転数の変化を示す図であり、縦軸がエンジン回転数、横軸が時間を示している。図４（ｃ）は、一の実施形態でのエアコンプレッサの吐出圧力および吸入負圧の変化を示す図であり、縦軸が圧力、横軸が時間を示している。

一の実施形態のエアコンプレッサ装置では、エンジンが閾値以上の高回転のときには、エアコンプレッサ４を負荷運転に切り替える切り替えタイミングを、カットイン圧力の到達時よりも遅延させる（図４（ａ）、（ｂ）参照）。これにより、一の実施形態では、エンジンの回転数が低い状態でエアコンプレッサ４に圧縮空気の供給を開始させることができ、負荷運転の開始時におけるエアコンプレッサ４の吐出圧力および吸入負圧の値も比較的小さくなる（図４（ｃ）参照）。そのため、一の実施形態では、エアコンプレッサ４への瞬間的なオイル上がり量の増加を効果的に抑制できる。

＜実施形態の変形例＞
上記の実施形態では、エンジンの回転数が閾値以上であるときに、エアコンプレッサ４の負荷運転への切り替えタイミングを、カットイン圧の到達時よりもガバナー５が遅延させる例を説明した。しかし、上記の実施形態において、エンジンの回転数が閾値以上であるときに、ガバナー５は、エアコンプレッサ４の負荷運転への切り替えタイミングを、カットイン圧に到達するよりも前に変更してもよい。

この変形例の場合には、エンジンの回転数が閾値未満のときには調整弁２６を閉弁し、エンジンの回転数が閾値以上のときには調整弁２６を開弁すればよい。これにより、エンジン２が高回転のときには、エンジンの回転数が閾値未満のときと比べてガバナー５のシリンダ底面側の空気圧が相対的に低下する。その結果、エンジン２が高回転のときにはアンロード弁１７が上昇しやすくなって、負荷運転への切り替えタイミングが早くなる。

以上の詳細な説明により、実施形態の特徴点および利点は明らかになるであろう。これは、特許請求の範囲が、その精神および権利範囲を逸脱しない範囲で前述のような実施形態の特徴点および利点にまで及ぶことを意図する。また、当該技術分野において通常の知識を有する者であれば、あらゆる改良および変更に容易に想到できるはずであり、発明性を有する実施形態の範囲を前述したものに限定する意図はなく、実施形態に開示された範囲に含まれる適当な改良物および均等物によることも可能である。

１…倍力装置、２…エンジン、３…エアタンク、４…エアコンプレッサ、５…ガバナー、６…検知部、１１…クランクシャフト、１２…ピストンロッド、１３…ピストン、１４…シリンダ、１５…吸入弁、１６…吐出弁、１７…アンロード弁、２１…シリンダ、２２…ピストン、２３…ガバナスプリング、２４…排気弁、２５…ポート、２６…調整弁

Claims (3)

1. エアタンクと、
   負荷運転時にエンジンの動力を用いて前記エアタンクに圧縮空気を供給し、無負荷運転時に前記エアタンクへの圧縮空気の供給を停止するエアコンプレッサと、
   前記エアコンプレッサの前記負荷運転と前記無負荷運転とを切り替えるガバナーと、を備え、
   前記ガバナーは、前記エンジンの回転数が閾値以上のとき、前記エアコンプレッサを前記無負荷運転から前記負荷運転に切り替える切り替えタイミングを前記エンジンの回転数が閾値未満のときと変化させることを特徴とするエアコンプレッサ装置。
2. 請求項１に記載のエアコンプレッサ装置において、
   前記ガバナーは、前記エンジンの回転数が閾値以上のとき、エンジンの回転数が閾値未満のときと比べて前記切り替えタイミングを遅延させることを特徴とするエアコンプレッサ装置。
3. 請求項２に記載のエアコンプレッサ装置において、
   前記ガバナーは、前記エアタンクの圧力が限界圧力に低下するときに、前記エアコンプレッサを前記負荷運転に強制的に切り替えることを特徴とするエアコンプレッサ装置。
   

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