JP5711684B2

JP5711684B2 - エンジン駆動圧縮機

Info

Publication number: JP5711684B2
Application number: JP2012062372A
Authority: JP
Inventors: 加藤　仁; 仁加藤; 貴章田邉
Original assignee: デンヨー株式会社
Priority date: 2012-03-19
Filing date: 2012-03-19
Publication date: 2015-05-07
Anticipated expiration: 2032-03-19
Also published as: JP2013194604A

Description

本発明は、アンロード運転時の燃料消費量を削減可能なエンジン駆動圧縮機に関する。

例えば特許文献１には、圧縮空気が使用されないアンロード時に、エアクリーナから空気を取り込む吸気口を閉鎖することでオイルチャンバ内の圧力を低下させて圧縮機本体および圧縮機駆動手段（モータ）の負荷を低減し、モータの消費電力を低減してアンロード運転する技術が開示されている。

特開平１０−１１０６８３号公報

しかしながら、特許文献１に開示されるモータコンプレッサは、電磁ソレノイドにより作動する三方電磁弁と、空気吸入量調節機能と、の動作タイミングのずれやバラツキによって、アンロード時に消費電力を低減したモータの運転の開始時点を適正に設定することが困難であるという問題がある。

また、特許文献１に開示されるモータコンプレッサは動力源をモータとするものであるが、エンジンを動力源とする高圧力仕様のエンジン駆動圧縮機の場合、例えば、標準圧力（０．６９ＭＰａ＝７ｋｇｆ／ｃｍ^２）仕様のエンジン駆動圧縮機に比べて無負荷時のコンプレッサの消費動力が大きくなる。また、無負荷時のエンジン負荷が過大になることを防止するため、標準圧力仕様のエンジン駆動圧縮機に比べて無負荷時の回転速度を高く設定する必要がある。したがって無負荷時のアンロード運転でエンジンでの燃料消費量が増えることになり、特に、無負荷でのアンロード運転が一定時間に亘って継続する場合に消費する燃料が無駄になる。また、エンジン本体にとっても低速域での高負荷運転となり、過給器が備わるエンジン本体では排気温度が上昇して負担が増大するという問題も生じる。

さらに近年は、排気ガス規制への対策のために電子制御燃料噴射システム採用のエンジンがあり、このようなエンジンで、エンジン回転速度と吐出容量を作業機負荷に合わせて効率よく連携させたり、また、無負荷時に、適正な無負荷運転（アンロード運転）の開始ポイントを設定したり、長時間に亘って無負荷運転が継続するような場合に圧縮空気の圧力を低下させることによって無負荷運転するエンジン駆動圧縮機の燃料消費量を削減して省エネルギ運転することが要求されるようになった。

そこで、本発明は、無負荷時に好適にアンロード運転を開始でき、さらにアンロード運転時の燃料消費量を削減できるエンジン駆動圧縮機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、大気から供給される空気を圧縮する圧縮機と、大気から前記圧縮機に供給される空気の供給量を調節する吸気調整弁と、前記圧縮機を駆動するエンジンと、前記圧縮機が圧縮した圧縮空気を貯蔵するオイルチャンバと、前記オイルチャンバに貯蔵された前記圧縮空気を大気に放出可能なパージ弁と、前記オイルチャンバに貯蔵される前記圧縮空気の貯蔵圧力を計測する貯蔵圧力センサと、制御装置と、を備え、予め設定される所定の通常運転圧力を定格圧力とし、前記定格圧力で前記オイルチャンバに貯蔵された前記圧縮空気を負荷機器に供給するように定格運転するエンジン駆動圧縮機とする。そして、前記制御装置は、前記貯蔵圧力センサの計測値が前記通常運転圧力より高く設定される境界圧力を超えた状態で所定の移行時間が経過したときに、前記定格圧力を、前記通常運転圧力よりも低く設定される待機圧力に強制的に下げ、大気から前記圧縮機への空気の供給を前記吸気調整弁で遮断するアンロード運転と、前記貯蔵圧力センサの計測値が前記待機圧力以下になるまで前記パージ弁を開弁して前記オイルチャンバに貯蔵される前記圧縮空気を前記パージ弁から大気に放出するパージ運転と、を実行するパージアンロード運転で、前記貯蔵圧力を前記待機圧力まで低下させるとともに前記貯蔵圧力を前記待機圧力に維持するように前記エンジンで前記圧縮機を駆動し、前記貯蔵圧力センサの計測値が前記待機圧力以下になったときに前記パージ弁を閉弁することを特徴とする。

この発明によると、アンロード運転時に圧縮機の動力を低下させることができてエンジンにかかる負荷を軽減でき、アンロード運転時の燃料消費量を削減できる。
また、オイルチャンバに貯蔵された圧縮空気をパージ機構から大気に放出するパージ運転で、アンロード運転時に、オイルチャンバに貯蔵された圧縮空気の圧力を速やかに低下させることができる。
さらに、オイルチャンバに貯蔵された圧縮空気の圧力に応じてパージ運転とアンロード運転を好適に開始できる。

また、本発明は、前記制御装置に、前記境界圧力と前記移行時間の少なくとも１つを手動で設定変更可能にするための操作部が備わることを特徴とする。

この発明によると、境界圧力と移行時間の少なくとも１つを利用者等が手動で設定変更可能にすることができ、頻繁にアンロード運転が開始されることを防止できる。アンロード運転と定格運転が頻繁に切り替わると吸気調整弁やオイルチャンバの寿命が短くなるので、頻繁なアンロード運転の開始を防止することによって吸気調整弁やオイルチャンバの寿命を延ばすことができる。
また、境界圧力と移行時間を適宜設定することによってアンロード運転の開始条件を好適に設定することができ、吸気調整弁の動作のバラツキに影響されること無くアンロード運転を開始できる。

また、本発明の前記制御装置は、前記パージアンロード運転中に、前記負荷機器を接続するサービスバルブにおける前記圧縮空気の吐出圧力が、前記通常運転圧力より低く設定される待機解除圧力まで低下したときに、前記定格圧力を前記通常運転圧力に戻し、前記吸気調整弁を介して大気から前記圧縮機へ空気を供給して前記定格運転を再開し、当該制御装置には、前記待機解除圧力を手動で設定変更可能にするための操作部が備わることを特徴とする。

この発明によると、定格運転を再開するための待機解除圧力を負荷機器を駆動可能な最低の圧力以上に設定することもでき、アンロード運転時であっても好適に負荷機器を駆動できる。

本発明によると、無負荷時に好適にアンロード運転を開始でき、さらにアンロード運転時の燃料消費量を削減できるエンジン駆動圧縮機を提供できる。

エンジン駆動圧縮機の構成を示す図である。（ａ）は吐出圧力センサが計測する吐出圧力の変化を示すグラフ、（ｂ）は貯蔵圧力センサが計測する貯蔵圧力の変化を示すグラフである。コンプレッサ制御ユニットがエンジン駆動圧縮機を制御する手順を示すフローチャートである。コンプレッサを駆動するエンジンの回転速度に対する燃料消費量を示すグラフである。

図１に示すように、本実施形態に係るエンジン駆動圧縮機１は、電子制御燃料噴射システムが備わるエンジン２と、大気から供給される空気を圧縮する圧縮機（コンプレッサ３）と、コンプレッサ３への空気供給量を調節する吸気調整弁４と、コンプレッサ３で圧縮された空気（圧縮空気）に混合する油を分離するとともに圧縮空気を貯蔵するオイルチャンバ５と、を含んで構成される。

吸気調整弁４は取込口４ａの開度を調整して、エアフィルタ１１ａを備えたエアクリーナ１１から取り込まれる空気の取り込み量を調整するように構成される。取込口４ａからエアクリーナ１１を介して取り込まれた空気は、吸気管３ａを流通し、エンジン２で駆動するコンプレッサ３に吸い込まれて圧縮され、ディスチャージパイプ５ａを流通してオイルチャンバ５に貯蔵される。
さらに、オイルチャンバ５には保圧弁９を介してサービスバルブ５ｂが備わり、オイルチャンバ５に貯蔵された圧縮空気はサービスバルブ５ｂから負荷機器１０に供給される。保圧弁９は、オイルチャンバ５内部の圧力低下によるコンプレッサ３への潤滑油量低下にともなう加熱を防止するための弁として機能する。

本実施形態に係るエンジン駆動圧縮機１は、オイルチャンバ５に貯蔵される圧縮空気の圧力（貯蔵圧力）が、所定の圧力（通常運転圧力Ｐｓｅｔ１）を維持するようにコンプレッサ３への空気供給量およびエンジン２の回転速度を調節する機能を備えた制御装置（コンプレッサ制御ユニット６）で制御される。つまり、コンプレッサ制御ユニット６は通常運転圧力Ｐｓｅｔ１を定格圧力としてエンジン駆動圧縮機１を運転（定格運転）する。
なお、オイルチャンバ５に貯蔵される圧縮空気の貯蔵圧力は圧力センサ（貯蔵圧力センサＰ１）で計測される。

通常運転圧力Ｐｓｅｔ１は、例えばサービスバルブ５ｂに接続される負荷機器１０の定格圧力と等しい圧力として利用者等が任意に手動で設定変更可能であることが好ましいが、エンジン駆動圧縮機１の設計値として予め設定されている圧力であってもよい。

利用者等が通常運転圧力Ｐｓｅｔ１を任意に手動で設定変更するための構成は限定されない。例えば、利用者等が通常運転圧力Ｐｓｅｔ１に設定する数値を手動で任意に設定可能な操作部（設定操作部６ａ）がコンプレッサ制御ユニット６に備わり、コンプレッサ制御ユニット６は設定操作部６ａで設定された数値を通常運転圧力Ｐｓｅｔ１（定格圧力）に設定する構成とすればよい。
設定操作部６ａは、例えば、通常運転圧力Ｐｓｅｔ１に設定する数値を任意に設定可能なダイヤル等の数値設定装置が備わり、利用者等が数値設定装置を操作して設定した数値をコンプレッサ制御ユニット６が通常運転圧力Ｐｓｅｔ１とする構成とすればよい。
もちろん、数値設定装置はダイヤルに限定されず、例えば、液晶画面等に表示される数値をアップボタンやダウンボタンで変更する構造であってもよい。

コンプレッサ制御ユニット６は、通常運転圧力Ｐｓｅｔ１（定格圧力）と貯蔵圧力センサＰ１の計測値を比較し、通常運転圧力Ｐｓｅｔ１の値と貯蔵圧力センサＰ１の計測値が一致するように、コンプレッサ３への空気供給量とエンジン２の回転速度を調節する。このときコンプレッサ制御ユニット６は、吸気調整弁４を制御してコンプレッサ３への空気供給量を調節する。

吸気調整弁４は、オイルチャンバ５から入力される圧縮空気の圧力（以下、制御圧力という）で制御され、コンプレッサ制御ユニット６は制御圧力を調節して吸気調整弁４を制御する。そのため、制御圧力を吸気調整弁４に入力する配管には電空比例弁７が備わって吸気調整弁４に入力される制御圧力を調節可能に構成される。
電空比例弁７は電気式の開閉弁を有し、入力される制御信号（電流値や電圧値）に対応して弁開度が調節される。そして、開閉弁の上流に入力される圧縮空気の圧力を弁開度に応じて調節して下流から制御圧力として出力する。
本実施形態において、電空比例弁７は逆止弁７ａおよびオリフィス７ｂを介して吸気調整弁４に接続され、フィルタ７ｃを介してオイルチャンバ５に接続される。なお、電空比例弁７は特に限定されるものではなく汎用のものを使用すればよい。

例えば、電空比例弁７が全開するとオイルチャンバ５の貯蔵圧力の全圧が制御圧力として出力される構成とすれば、コンプレッサ制御ユニット６は電空比例弁７を全開にすることで吸気調整弁４に入力する制御圧力を最大にできる。また、コンプレッサ制御ユニット６は電空比例弁７を全閉にすることで吸気調整弁４に入力する制御圧力を最小（「０」）にできる。

吸気調整弁４は、電空比例弁７から入力される制御圧力に対応して取込口４ａの開度を全開から全閉までの範囲で調節し、吸気管３ａを流れる空気の流量を調節することでコンプレッサ３への空気供給量を調節する。
コンプレッサ制御ユニット６はコンプレッサ３への空気供給量を増やすときには取込口４ａが開くように電空比例弁７を制御し、コンプレッサ３への空気供給量を減らすときには取込口４ａが閉じるように電空比例弁７を制御する。
例えば、電空比例弁７から入力される制御圧力が高いほど取込口４ａの開度が小さくなるような構成の場合、コンプレッサ制御ユニット６は電空比例弁７の開度を大きくすることによって取込口４ａの開度を小さくすることができる。また、電空比例弁７が全開のとき取込口４ａが全閉する構成とすれば、コンプレッサ制御ユニット６は電空比例弁７を全開にすることによって取込口４ａを全閉できる。

例えば、制御圧力と、取込口４ａの開度と、コンプレッサ３への空気供給量と、の関係を示すマップが予め設定されていれば、コンプレッサ制御ユニット６は当該マップを参照して目標とする空気供給量に対応する取込口４ａの開度を決定し、さらに決定した取込口４ａの開度に対応する制御圧力を決定できる。そしてコンプレッサ制御ユニット６は、決定した制御圧力を出力するように電空比例弁７を制御する。なお、制御圧力は、例えば吸気調整弁４に備わる圧力センサ（制御圧力センサＰ２）で計測する構成とすればよい。

コンプレッサ制御ユニット６は、オイルチャンバ５に貯蔵される圧縮空気の圧力（貯蔵圧力）が通常運転圧力Ｐｓｅｔ１と等しくなるように、つまり、通常運転圧力Ｐｓｅｔ１を貯蔵圧力の目標値（定格圧力）として、エンジン２の回転速度やコンプレッサ３への空気供給量を調節してエンジン駆動圧縮機１を定格運転する。

また、本実施形態に係るエンジン駆動圧縮機１には、オイルチャンバ５に貯蔵される圧縮空気を大気に放出可能なパージ機構（パージ弁８）が備わる。
例えば、吸気調整弁４の動作遅れ等によってオイルチャンバ５に貯蔵される圧縮空気の貯蔵圧力が定格圧力である通常運転圧力Ｐｓｅｔ１を瞬間的に超えるオーバーシュートが発生したとき、コンプレッサ制御ユニット６はパージ弁８を開弁してオイルチャンバ５の圧縮空気を大気に放出（パージ）し、オイルチャンバ５を減圧してオーバーシュートを速やかに解消する。

例えば、全開のサービスバルブ５ｂが急速に全閉するとき、コンプレッサ制御ユニット６は吸気調整弁４を制御してコンプレッサ３への空気供給量を減らし、オイルチャンバ５に貯蔵される圧縮空気の貯蔵圧力が定格圧力以上に上昇することを防止する。しかしながら、吸気調整弁４の動作に遅れがあるとオイルチャンバ５における貯蔵圧力が定格圧力以上に上昇する場合がある。このようなときにコンプレッサ制御ユニット６はパージ弁８を開弁してオイルチャンバ５の圧縮空気を大気に放出し、オイルチャンバ５を減圧する。

また、エンジン２には回転速度計２ａが備わってエンジン２の回転速度を計測し、エンジン２はエンジン制御装置２ｂで制御される。コンプレッサ制御ユニット６はエンジン回転速度を決定すると、決定したエンジン回転速度をエンジン制御装置２ｂに通知する。エンジン制御装置２ｂはコンプレッサ制御ユニット６から通知されたエンジン回転速度でエンジン２を運転する。

このようにコンプレッサ制御ユニット６とエンジン制御装置２ｂで定格運転されるエンジン駆動圧縮機１において、負荷機器１０でのエア消費量が減少して無負荷運転に近い状態、または、エア消費量が「０」になって無負荷運転になったとき、本実施形態に係るコンプレッサ制御ユニット６はオイルチャンバ５に貯蔵される圧縮空気の貯蔵圧力の目標値（定格圧力）を、定格運転時の通常運転圧力Ｐｓｅｔ１から、無負荷運転時の待機圧力（無負荷運転圧力Ｐｓｅｔ２）に強制的に下げる。無負荷運転圧力Ｐｓｅｔ２は通常運転圧力Ｐｓｅｔ１より低く設定される圧力であり、コンプレッサ制御ユニット６は、エンジン駆動圧縮機１の定格圧力を通常運転圧力Ｐｓｅｔ１から無負荷運転圧力Ｐｓｅｔ２に強制的に下げる。
このことによって、貯蔵圧力センサＰ１が計測するオイルチャンバ５の貯蔵圧力（実測値）と、定格圧力（無負荷運転圧力Ｐｓｅｔ２）と、の間に偏差が発生し、貯蔵圧力の実測値が定格圧力より高くなる。

そこで、コンプレッサ制御ユニット６はパージ弁８を開弁し、貯蔵圧力の実測値が定格圧力（無負荷運転圧力Ｐｓｅｔ２）と等しくなるように、オイルチャンバ５に貯蔵される圧縮空気を大気に放出（パージ）してオイルチャンバ５内を減圧する。さらにコンプレッサ制御ユニット６は、オイルチャンバ５の貯蔵圧力が無負荷運転圧力Ｐｓｅｔ２を維持するように、つまり、コンプレッサ制御ユニット６は、エンジン駆動圧縮機１の定格圧力を強制的に無負荷運転圧力Ｐｓｅｔ２に下げてエンジン駆動圧縮機１を運転する。

このように、オイルチャンバ５に貯蔵される圧縮空気を大気に放出する運転をパージ運転と称し、オイルチャンバ５の貯蔵圧力が無負荷運転圧力Ｐｓｅｔ２を維持するような運転（つまり、無負荷運転圧力Ｐｓｅｔ２を定格圧力とする運転）をアンロード運転と称する。さらに、パージ運転とアンロード運転を実行して、無負荷運転圧力Ｐｓｅｔ２を定格圧力としてコンプレッサ制御ユニット６がエンジン駆動圧縮機１を運転することをパージアンロード運転と称する。なお、コンプレッサ制御ユニット６がエンジン駆動圧縮機１をパージアンロード運転するときの定格圧力となる無負荷運転圧力Ｐｓｅｔ２は、エンジン駆動圧縮機１の設計値として予め設定されている圧力とすればよい。

パージアンロード運転では、パージ運転によってオイルチャンバ５に貯蔵される圧縮空気を大気に放出することができ、オイルチャンバ５の貯蔵圧力を速やかに無負荷運転圧力Ｐｓｅｔ２まで下げることができる。また、定格圧力が強制的に下げられたアンロード運転によってエンジン２の負荷を軽減することができ燃料消費量を削減できる。

本実施形態においてコンプレッサ制御ユニット６がエンジン駆動圧縮機１をパージアンロード運転する場合、通常運転圧力Ｐｓｅｔ１、無負荷運転圧力Ｐｓｅｔ２のほか、以下の圧力値が設定される。
《無負荷圧力幅：ΔＰｎｗ》
無負荷圧力幅ΔＰｎｗは、エンジン駆動圧縮機１の設計値として決定される値であり、エンジン駆動圧縮機１は定格運転時に、通常運転圧力Ｐｓｅｔ１と無負荷圧力幅ΔＰｎｗの和（Ｐｓｅｔ１＋ΔＰｎｗ）を無負荷圧力Ｐｎｗとして運転される。
なお、無負荷圧力Ｐｎｗは、無負荷運転のときにオイルチャンバ５に許容される貯蔵圧力の最大値であり、従来、コンプレッサ制御ユニット６は、無負荷時に、貯蔵圧力が無負荷圧力Ｐｎｗを超えないようにエンジン駆動圧縮機１を無負荷運転する。

《パージアンロード開始圧力：Ｐｓｔａｒｔ》
パージアンロード開始圧力Ｐｓｔａｒｔは、負荷機器１０のエア消費量が減少して貯蔵圧力が上昇したときにコンプレッサ制御ユニット６が無負荷運転、または無負荷運転に近いと判定するための境界圧力であり、無負荷圧力Ｐｎｗから所定圧力Ｐｄｆｆだけ低い値（Ｐｎｗ−Ｐｄｆｆ）として設定される。なお、所定圧力Ｐｄｆｆは、利用者が、例えば２０〜５０ｋＰａの範囲で５ｋＰａ間隔で任意に手動で設定変更できる値であることが好ましいが（２０〜５０ｋＰａの設定範囲、５ｋＰａの間隔は限定される値ではなく一例である）、例えばエンジン駆動圧縮機１の設計値として決定される固定値であってもよい。
所定圧力Ｐｄｆｆが手動で設定変更可能な構成の場合、設定操作部６ａで利用者が設定した数値をコンプレッサ制御ユニット６が所定圧力Ｐｄｆｆとする構成とすればよい。
この場合、例えば、所定圧力Ｐｄｆｆに設定する数値を任意に手動で設定可能なダイヤル等の数値設定装置が設定操作部６ａに備わる構成とすればよい。
また、パージアンロード開始圧力Ｐｓｔａｒｔは、通常運転圧力Ｐｓｅｔ１より高く設定されることが好ましい。

《パージアンロード終了圧力：Ｐｅｎｄ》
パージアンロード終了圧力Ｐｅｎｄは、パージアンロード運転が終了するときの吐出圧力（待機解除圧力）である。パージアンロード終了圧力Ｐｅｎｄは、例えば、無負荷圧力Ｐｎｗとの偏差ΔＰｅｎｄとして決定される（Ｐｎｗ−ΔＰｅｎｄ）。この偏差ΔＰｅｎｄは、利用者が、例えば５０〜３００ｋＰａの範囲で５０ｋＰａ間隔で任意に手動で設定変更できる値であることが好ましいが（５０〜３００ｋＰａの設定範囲、５０ｋＰａ間隔は限定される値ではなく一例である）、例えばエンジン駆動圧縮機１の設計値として決定される固定値であってもよい。
偏差ΔＰｅｎｄが手動で設定変更可能な構成の場合、設定操作部６ａで利用者が設定した数値をコンプレッサ制御ユニット６が偏差ΔＰｅｎｄとする構成とすればよい。
この場合、例えば、偏差ΔＰｅｎｄに設定する数値を任意に手動で設定可能なダイヤル等の数値設定装置が設定操作部６ａに備わる構成とすればよい。
なお、吐出圧力はサービスバルブ５ｂから負荷機器１０に供給される圧縮空気の圧力であって、保圧弁９よりサービスバルブ５ｂ側に備わる圧力センサ（吐出圧力センサＰ３）が計測する圧力である。
また、パージアンロード終了圧力Ｐｅｎｄは、通常運転圧力Ｐｓｅｔ１より低く、かつ、サービスバルブ５ｂに接続される負荷機器１０を駆動可能な最低の圧力以上であることが好ましい。

さらに、前記した各圧力値に加えて、コンプレッサ制御ユニット６が無負荷運転、または無負荷運転に近いことを判定してからパージアンロード運転を開始するまでの移行時間Ｔｓｈｉｆｔが設定される。
移行時間Ｔｓｈｉｆｔは、利用者が、例えば２０〜１８０ｓｅｃの設定範囲で、２０ｓｅｃ間隔で任意に手動で設定変更できる時間であることが好ましいが（２０〜１８０ｓｅｃの設定範囲、２０ｓｅｃの間隔は限定される値ではなく一例である）、例えばエンジン駆動圧縮機１の設計値として決定される固定値であってもよい。移行時間Ｔｓｈｉｆｔが手動で設定変更可能な構成の場合、設定操作部６ａで利用者が設定した数値をコンプレッサ制御ユニット６が移行時間Ｔｓｈｉｆｔとする構成とすればよい。
この場合、例えば、移行時間Ｔｓｈｉｆｔに設定する数値を任意に手動で設定可能なダイヤル等の数値設定装置が設定操作部６ａに備わる構成とすればよい。

コンプレッサ制御ユニット６は、前記した各圧力（通常運転圧力Ｐｓｅｔ１、無負荷運転圧力Ｐｓｅｔ２、無負荷圧力幅ΔＰｎｗ、パージアンロード開始圧力Ｐｓｔａｒｔ、所定圧力Ｐｄｆｆ）および移行時間Ｔｓｈｉｆｔに基づいてエンジン駆動圧縮機１をパージアンロード運転する。その詳細を図１，２を参照して説明する。図２の（ａ）は吐出圧力センサＰ３が計測する吐出圧力の変化を示すグラフ、（ｂ）は貯蔵圧力センサＰ１が計測する貯蔵圧力の変化を示すグラフである。

図２の（ａ）、（ｂ）に示すように、時刻ｔ１で負荷機器１０が停止するなどして、エア消費量が減少する無負荷運転、または無負荷運転に近い状態になると、オイルチャンバ５の貯蔵圧力および吐出圧力は定格圧力である通常運転圧力Ｐｓｅｔ１から上昇する。そして、時刻ｔ２で貯蔵圧力がパージアンロード開始圧力Ｐｓｔａｒｔまで上昇したとき、コンプレッサ制御ユニット６は時間の計測を開始し、貯蔵圧力がパージアンロード開始圧力Ｐｓｔａｒｔ以上の状態が移行時間Ｔｓｈｉｆｔに亘って継続した時刻ｔ３（ｔ２＋Ｔｓｈｉｆｔ）で、コンプレッサ制御ユニット６はパージアンロード運転を開始する。
なお、貯蔵圧力がパージアンロード開始圧力Ｐｓｔａｒｔ以上に上昇してから移行時間Ｔｓｈｉｆｔが経過する前に貯蔵圧力がパージアンロード開始圧力Ｐｓｔａｒｔより低下した場合、コンプレッサ制御ユニット６はエンジン駆動圧縮機１の定格運転を継続する。

具体的にコンプレッサ制御ユニット６はパージアンロード運転を開始すると、貯蔵圧力の目標値を通常運転圧力Ｐｓｅｔ１から無負荷運転圧力Ｐｓｅｔ２に強制的に下げる。つまり、コンプレッサ制御ユニット６は、定格圧力を通常運転圧力Ｐｓｅｔ１から無負荷運転圧力Ｐｓｅｔ２に強制的に下げる。時刻ｔ３の時点で貯蔵圧力は通常運転圧力Ｐｓｅｔ１以上であり、新たな定格圧力（無負荷運転圧力Ｐｓｅｔ２）よりも高い。したがって、コンプレッサ制御ユニット６はパージ弁８を開弁してオイルチャンバ５に貯蔵される圧縮空気を大気に放出（パージ）して貯蔵圧力を減圧する（パージ運転）。また、コンプレッサ制御ユニット６は電空比例弁７を全開にして吸気調整弁４を閉弁し、さらに、無負荷運転圧力Ｐｓｅｔ２に対応したエンジン２の回転速度を演算してエンジン制御装置２ｂに通知する。エンジン制御装置２ｂは通知された回転速度でエンジン２を運転する。
つまり、コンプレッサ制御ユニット６は吸気調整弁４を閉弁し、無負荷運転圧力Ｐｓｅｔ２に対応した回転速度でエンジン２を運転する（アンロード運転）。

例えば、無負荷運転圧力Ｐｓｅｔ２とエンジン２の回転速度と、の関係を示すマップが予め設定されていれば、コンプレッサ制御ユニット６は当該マップを参照して無負荷運転圧力Ｐｓｅｔ２に対応するエンジン２の回転速度を演算できる。

コンプレッサ制御ユニット６は、時刻ｔ４で、貯蔵圧力センサＰ１が計測する貯蔵圧力の計測値が無負荷運転圧力Ｐｓｅｔ２に達したときにパージ弁８を閉弁し、さらに、時刻ｔ３の時点での、電空比例弁７を制御して吸気調整弁４の開度を無負荷運転圧力Ｐｓｅｔ２に対応する開度とした状態を維持する。そしてコンプレッサ制御ユニット６はこの状態でエンジン駆動圧縮機１を運転（パージアンロード運転）し、オイルチャンバ５に貯蔵される圧縮空気の貯蔵圧力を無負荷運転圧力Ｐｓｅｔ２に維持する。

このようにエンジン駆動圧縮機１がパージアンロード運転している場合、パージ弁８が開弁しているときは吐出圧力センサＰ３が計測する吐出圧力が徐々に減圧する。また、エンジン駆動圧縮機１のパージアンロード運転中に負荷機器１０が運転を開始するなどして負荷機器１０によるエア消費量が増えた場合も吐出圧力センサＰ３が計測する吐出圧力は減圧する。
そして吐出圧力センサＰ３が計測する吐出圧力がパージアンロード終了圧力Ｐｅｎｄまで減圧したとき、コンプレッサ制御ユニット６はエンジン駆動圧縮機１のパージアンロード運転を停止する。
具体的にコンプレッサ制御ユニット６は、貯蔵圧力の目標値を通常運転圧力Ｐｓｅｔ１の値に設定（復帰）する。つまり、コンプレッサ制御ユニット６は定格圧力を通常運転圧力Ｐｓｅｔ１に戻す。さらにコンプレッサ制御ユニット６は、パージ弁８が開弁しているときはパージ弁８を閉弁し、エンジン２の回転速度を通常運転圧力Ｐｓｅｔ１に対応した回転速度にするとともに、吸気調整弁４の取込口４ａの開度を通常運転圧力Ｐｓｅｔ１に対応した開度に設定してエンジン駆動圧縮機１を運転（定格運転）する。つまり、コンプレッサ制御ユニット６は、エンジン駆動圧縮機１の定格運転を再開する。

コンプレッサ制御ユニット６がエンジン駆動圧縮機１を定格運転すると、大気から吸気調整弁４を介して供給される空気がコンプレッサ３で圧縮されてオイルチャンバ５に貯蔵され貯蔵圧力は通常運転圧力Ｐｓｅｔ１まで上昇する。
その後、貯蔵圧力が通常運転圧力Ｐｓｅｔ１に維持されるようにコンプレッサ制御ユニット６はエンジン駆動圧縮機１を定格運転するが、負荷機器１０によって圧縮空気が消費されなくなると（つまり、エア消費量が少なくなると）、貯蔵圧力は通常運転圧力Ｐｓｅｔ１より高くなる。そして貯蔵圧力がパージアンロード開始圧力Ｐｓｔａｒｔに達したとき、コンプレッサ制御ユニット６は移行時間Ｔｓｈｉｆｔが経過した後で、パージアンロード運転を再開する。

例えば、負荷機器１０（図１参照）を駆動可能な最低の圧力がパージアンロード終了圧力Ｐｅｎｄとして設定されていると、パージアンロード運転しているエンジン駆動圧縮機１（図１参照）であっても、負荷機器１０を駆動可能な最低の圧力より高く吐出圧力を維持できる。したがって、エンジン駆動圧縮機１は、例えば利用者の操作に応じて、負荷機器１０を駆動できる圧縮空気を当該負荷機器１０に供給できる。

以上のように、貯蔵圧力がパージアンロード開始圧力Ｐｓｔａｒｔ以上に上昇したときにエンジン駆動圧縮機１をパージアンロード運転するため、コンプレッサ制御ユニット６は図３のフローチャートに示す手順でエンジン駆動圧縮機１を制御する。
図３を参照してコンプレッサ制御ユニット６がエンジン駆動圧縮機１をパージアンロード運転する手順を説明する（適宜、図１，２参照）。

コンプレッサ制御ユニット６はエンジン駆動圧縮機１の運転を開始すると（ステップＳ１）、貯蔵圧力センサＰ１の計測値とパージアンロード開始圧力Ｐｓｔａｒｔを比較する（ステップＳ２）。
コンプレッサ制御ユニット６は、貯蔵圧力センサＰ１の計測値がパージアンロード開始圧力Ｐｓｔａｒｔ以下の場合（ステップＳ２→Ｎｏ）、つまり、貯蔵圧力がパージアンロード開始圧力Ｐｓｔａｒｔ以下の場合、ステップＳ９を実行してエンジン駆動圧縮機１を定格運転する。
つまり、コンプレッサ制御ユニット６は、定格圧力を通常運転圧力Ｐｓｅｔ１とし、パージ弁８が開弁している場合はパージ弁８を閉弁する。また、コンプレッサ制御ユニット６は、吸気調整弁４の取込口４ａの開度を通常運転圧力Ｐｓｅｔ１に対応した開度に設定し、定格運転におけるエンジン２の回転速度を演算してエンジン制御装置２ｂに通知する。
エンジン制御装置２ｂはコンプレッサ制御ユニット６から通知されたエンジン回転速度でエンジン２を運転する。
このようにコンプレッサ制御ユニット６はエンジン駆動圧縮機１を定格運転する。

一方、貯蔵圧力センサＰ１の計測値がパージアンロード開始圧力Ｐｓｔａｒｔより大きい場合（ステップＳ２→Ｙｅｓ）、つまり、貯蔵圧力がパージアンロード開始圧力Ｐｓｔａｒｔより大きい場合、コンプレッサ制御ユニット６は、貯蔵圧力がパージアンロード開始圧力Ｐｓｔａｒｔより大きい状態で移行時間Ｔｓｈｉｆｔが経過したかを判定し（ステップＳ３）、移行時間Ｔｓｈｉｆｔが経過するまで（ステップＳ３→Ｎｏ）、ステップＳ２、３を実行する。そして、貯蔵圧力がパージアンロード開始圧力Ｐｓｔａｒｔより大きい状態で移行時間Ｔｓｈｉｆｔが経過した場合（ステップＳ３→Ｙｅｓ）、コンプレッサ制御ユニット６はパージアンロード運転を開始する（ステップＳ４）。

コンプレッサ制御ユニット６はパージアンロード運転を開始すると、定格圧力を通常運転圧力Ｐｓｅｔ１から無負荷運転圧力Ｐｓｅｔ２に強制的に下げ、さらに、電空比例弁７を全開して吸気調整弁４を閉弁し、パージ弁８を開弁する（ステップＳ５）。そして、コンプレッサ制御ユニット６は貯蔵圧力センサＰ１の計測値が無負荷運転圧力Ｐｓｅｔ２と同じ、または以下になるまで継続し（ステップＳ６→Ｎｏ）、貯蔵圧力センサＰ１の計測値が無負荷運転圧力Ｐｓｅｔ２と同じ、または以下になったら（ステップＳ６→Ｙｅｓ）、パージ弁８を閉弁する（ステップＳ７）。

そしてコンプレッサ制御ユニット６は、吐出圧力センサＰ３の計測値がパージアンロード終了圧力Ｐｅｎｄより高い間（ステップＳ８→Ｎｏ）はこの状態を維持する。つまり、コンプレッサ制御ユニット６はエンジン駆動圧縮機１のパージアンロード運転を継続する。
その後に負荷機器１０によるエア消費量が増えるなどして吐出圧力センサＰ３の計測値がパージアンロード終了圧力Ｐｅｎｄと同じ、または以下になったとき（ステップＳ８→Ｙｅｓ）、エンジン駆動圧縮機１を定格運転する（ステップＳ９）。つまり、コンプレッサ制御ユニット６はエンジン駆動圧縮機１の定格運転を再開する。

コンプレッサ制御ユニット６は、図３のフローチャートに示す手順を適宜繰り返し実行して、貯蔵圧力に応じてエンジン駆動圧縮機１を繰り返しパージアンロード運転する。
エンジン駆動圧縮機１のパージアンロード運転時は、エンジン駆動圧縮機１の定格圧力が通常運転圧力Ｐｓｅｔ１から無負荷運転圧力Ｐｓｅｔ２に強制的に下げられ、貯蔵圧力が通常運転圧力Ｐｓｅｔ１より低い無負荷運転圧力Ｐｓｅｔ２に維持される。このことによってエンジン２にかかる負荷を軽減することができ、パージアンロード運転時の燃料消費量を削減できる。

図４は、コンプレッサを駆動するエンジンの回転速度に対する燃料消費量を示すグラフであり、横軸がエンジンの回転速度、縦軸が燃料消費量を示す。
実線Ｌ１は、エンジン駆動圧縮機１（図１参照）がパージアンロード運転する場合のエンジン２（図１参照）の回転速度と燃料消費量を示し、一点鎖線Ｌ３は、貯蔵圧力の目標値（すなわち、定格圧力）を０．８４ＭＰａとする場合のエンジン２の回転速度と燃料消費量を示す。さらに、破線Ｌ２、二点差線Ｌ４、点線Ｌ５は、それぞれ定格圧力を０．７０ＭＰａ、１．０３ＭＰａ、１．２７ＭＰａとする場合のエンジン２の回転速度と燃料消費量を示す。

図４に示すように、エンジン駆動圧縮機１（図１参照）が定格圧力を０．５０ＭＰａに下げられた状態でパージアンロード運転すると、実線Ｌ１で示すように、同じ回転速度であっても定格圧力を０．８４ＭＰａとする定格運転（一点鎖線Ｌ３）の場合より燃料消費量を削減できる。実験計測によると、１０５０ｒｐｍの回転速度で３３．３％の省エネルギ効果を実現できた。
また、同じ回転速度１０５０ｒｐｍで、定格圧力を０．７０ＭＰａとする定格運転（破線Ｌ２）の場合より、２５．７％の省エネルギ効果を実現できた。

さらに、定格圧力を１．０３ＭＰａとする定格運転（二点鎖線Ｌ４）の場合より４０．０％の省エネルギ効果を実現でき、定格圧力を１．２７ＭＰａとする定格運転（点線Ｌ５）の場合より４９．１％の省エネルギ効果を実現できた。

このように、本実施形態に係るエンジン駆動圧縮機１（図１参照）は、無負荷時に定格圧力を通常運転圧力Ｐｓｅｔ１（例えば、０．８４ＭＰａ）から無負荷運転圧力Ｐｓｅｔ２（例えば、０．５０ＭＰａ）に強制的に下げてパージアンロード運転することによって、エンジン２（図１参照）にかかる負荷を軽減でき、燃料消費量を削減できる。
さらに、パージアンロード運転の際にコンプレッサ制御ユニット６（図１参照）はパージ弁８（図１参照）を開弁してオイルチャンバ５（図１参照）に貯蔵される圧縮空気を大気に放出するパージ運転によって、貯蔵圧力を速やかに定格圧力（無負荷運転圧力Ｐｓｅｔ２）まで下げることができる。

また、本実施形態に係るコンプレッサ制御ユニット６（図１参照）は、オイルチャンバ５（図１参照）に貯蔵される圧縮空気の貯蔵圧力がパージアンロード開始圧力Ｐｓｔａｒｔまで上昇してから移行時間Ｔｓｈｉｆｔが経過したことを条件としてエンジン駆動圧縮機１（図１参照）のパージアンロード運転を開始する。つまり、コンプレッサ制御ユニット６は、吸気調整弁４（図１参照）の動作に基づいてパージアンロード運転を開始する構成ではない。したがって吸気調整弁４の動作がばらついてもパージアンロード運転の開始にバラツキは発生せず、コンプレッサ制御ユニット６は安定してパージアンロード運転を開始できる。

１エンジン駆動圧縮機
２エンジン
３コンプレッサ（圧縮機）
４吸気調整弁
５オイルチャンバ
５ｂサービスバルブ
６コンプレッサ制御ユニット（制御装置）
６ａ設定操作部（操作部）
７電空比例弁
８パージ弁（パージ機構）
１０負荷機器
１１エアクリーナ
Ｐｅｎｄパージアンロード終了圧力（待機解除圧力）
Ｐｓｅｔ１通常運転圧力
Ｐｓｅｔ２無負荷運転圧力（待機圧力）
Ｐｓｔａｒｔパージアンロード開始圧力（境界圧力）
Ｔｓｈｉｆｔ移行時間

Claims

大気から供給される空気を圧縮する圧縮機と、
大気から前記圧縮機に供給される空気の供給量を調節する吸気調整弁と、
前記圧縮機を駆動するエンジンと、
前記圧縮機が圧縮した圧縮空気を貯蔵するオイルチャンバと、
前記オイルチャンバに貯蔵された前記圧縮空気を大気に放出可能なパージ弁と、
前記オイルチャンバに貯蔵される前記圧縮空気の貯蔵圧力を計測する貯蔵圧力センサと、
制御装置と、を備え、
予め設定される所定の通常運転圧力を定格圧力とし、前記定格圧力で前記オイルチャンバに貯蔵された前記圧縮空気を負荷機器に供給するように定格運転するエンジン駆動圧縮機であって、
前記制御装置は、
前記貯蔵圧力センサの計測値が前記通常運転圧力より高く設定される境界圧力を超えた状態で所定の移行時間が経過したときに、前記定格圧力を、前記通常運転圧力よりも低く設定される待機圧力に強制的に下げ、
大気から前記圧縮機への空気の供給を前記吸気調整弁で遮断するアンロード運転と、
前記貯蔵圧力センサの計測値が前記待機圧力以下になるまで前記パージ弁を開弁して前記オイルチャンバに貯蔵される前記圧縮空気を前記パージ弁から大気に放出するパージ運転と、を実行するパージアンロード運転で、前記貯蔵圧力を前記待機圧力まで低下させるとともに前記貯蔵圧力を前記待機圧力に維持するように前記エンジンで前記圧縮機を駆動し、前記貯蔵圧力センサの計測値が前記待機圧力以下になったときに前記パージ弁を閉弁することを特徴とするエンジン駆動圧縮機。
前記制御装置に、
前記境界圧力と前記移行時間の少なくとも１つを手動で設定変更可能にするための操作部が備わることを特徴とする請求項１に記載のエンジン駆動圧縮機。
前記制御装置は、
前記パージアンロード運転中に、前記負荷機器を接続するサービスバルブにおける前記圧縮空気の吐出圧力が、前記通常運転圧力より低く設定される待機解除圧力まで低下したときに、
前記定格圧力を前記通常運転圧力に戻し、
前記吸気調整弁を介して大気から前記圧縮機へ空気を供給して前記定格運転を再開し、
当該制御装置には、前記待機解除圧力を手動で設定変更可能にするための操作部が備わることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエンジン駆動圧縮機。