JP6124674B2 - 車両用空気圧縮装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用空気圧縮装置に関する。

車両用空気圧縮装置は、ブレーキ、空気ばね及びドア開閉等の動力源である圧縮空気を生成して車両の空気タンクへ供給する装置であり、この圧縮空気の消費量は車両のシステム構成や運用に左右され、装置の動作時間は様々である。車両空気圧縮装置の動作時間が短い（稼働率が低い）場合、圧縮空気の温度が十分に上がらず加圧下露点を下回ることがある。この場合、空気中の水分が凝縮して潤滑油と混ざり、潤滑性能の低下を招く乳化現象が発生するという問題がある。

このような乳化の発生は潤滑油の温度低下が要因であるため、従来より、乳化回避の方法として、潤滑油に熱を与えるための予熱器を設置する方法（例えば、特許文献１参照）がある。

他の方法として、圧縮機を作動させると共に排気弁を作動させ、圧縮空気を空気タンクへ蓄積することなく外部へ放出させる暖気運転モードを行う方法がある（例えば、特許文献２参照）。この暖気運転モードでは、いわば圧縮機を空回し運転させることで潤滑油の温度を上げるようにしている。

特表２００９−５２９１１２号公報（第７頁、図１） 国際公開第２０１２／０１７９３９号（第１４頁、図１）

このような潤滑油の乳化現象を抑制するには、潤滑油の温度が、乳化の発生する低温領域から素早く脱出するように運転開始からの潤滑油の温度上昇速度を速めることが有効である。しかしながら、特許文献１の方法で潤滑油の温度上昇速度を速めるには、予熱器の容量を大きくする必要が生じ、消費電力の増大を招くという問題があった。

また、特許文献２の車両用空気圧縮装置における暖気運転モードでは、圧縮した空気を車両用の空気タンクへ蓄積せず外部へ排出しており、圧縮空気を空気タンクへ蓄積するという車両用空気圧縮装置の本来の動作から離れた運転を行う必要がある。つまり、無駄に電力を使用して電力量の増大を招くという問題がある。

本発明はこのような点に鑑みなされたもので、無駄な電力消費を行うことなく、潤滑油の温度を低温領域から素早く脱出させることができ、潤滑油の乳化を抑制することが可能な車両用空気圧縮装置を提供することを目的とする。

本発明に係る車両用空気圧縮装置は、空気を圧縮する圧縮機を備え、圧縮機で圧縮された圧縮空気を車両に供給する車両用空気圧縮装置であって、圧縮機で圧縮された圧縮空気を冷却するアフタークーラと、圧縮機で圧縮されてアフタークーラで冷却される前の圧縮空気の一部を圧縮機の吸込み側に戻すバイパス回路と、バイパス回路を開閉するバイパス弁と、圧縮空気と共に圧縮機から吐出される潤滑油の温度を検知する温度検知器と、温度検知器で検知された潤滑油の温度に基づいてバイパス弁を制御する制御装置とを備えたものである。

本発明によれば、無駄な電力消費を行うことなく、潤滑油の温度を低温領域から素早く脱出させることができ、潤滑油の乳化を抑制することが可能である。

本発明の実施の形態１に係る車両用空気圧縮装置１００の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施の形態の車両用空気圧縮装置１００におけるバイパス弁１０の制御フローチャートである。 本発明の実施の形態２に係る車両用空気圧縮装置１００のバイパス弁１０の開度制御の説明図である。 本発明の実施の形態２に係る車両用空気圧縮装置１００の説明図で、潤滑油の温度と時間との関係を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る車両用空気圧縮装置１００の説明図で、車両への空気供給量と時間との関係を示す図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る車両用空気圧縮装置１００の構成を示すブロック図である。図１において実線矢印は空気（潤滑油を含む部分もある）の流れ、破線は潤滑油の流れを示している。
車両用空気圧縮装置１００は、並列接続された複数台の圧縮機１と、各圧縮機１に共通に設けられたエアフィルタ２と、各圧縮機１に共通に設けられ、潤滑油を分離するオイルセパレータ３とを備えている。そして更に、車両用空気圧縮装置１００は、オイルセパレータ３からの吐出空気を冷却するアフタークーラ４と、アフタークーラ４で冷却された空気を除湿して車両の空気タンク２０へ供給する除湿器５とを備えている。空気タンク２０に溜められた圧縮空気は、車両におけるブレーキ、空気ばね及びドア開閉等の動力源として使用される。なお、ここでは圧縮機１が複数台備えられているが、本発明の車両用空気圧縮装置において圧縮機１の台数は任意であり、１台でもよい。

そして、車両用空気圧縮装置１００では更に、オイルセパレータ３で分離された潤滑油を各圧縮機１に戻す油回路６と、油回路６に設けられ、オイルセパレータ３で分離された潤滑油を冷却するオイルクーラ７と、油回路６を通過する潤滑油の温度を検知するサーモスタット等の温度検知器８とを備えている。

また、車両用空気圧縮装置１００では更に、オイルセパレータ３で潤滑油が分離された空気を圧縮機１の吸入側に戻すバイパス回路９と、バイパス回路９を開閉する電磁弁等のバイパス弁１０とを備えている。

そして、車両用空気圧縮装置１００には更に、車両用空気圧縮装置１００全体を制御する制御装置１１が設けられている。制御装置１１には、空気タンク２０の圧力を検知する圧力検知器（図示せず）及び温度検知器８からの検知信号が入力され、各検知信号に基づいて各部の制御を行う。具体的には、制御装置１１は、空気タンク２０の圧力が所定の下限値以下となった場合に圧縮機１を駆動して空気タンク２０の圧力を上昇させ、空気タンク２０の圧力が所定の上限値以上となった場合に圧縮機１を停止させる制御を繰り返し行う。

制御装置１１は更に、温度検知器８からの検知信号に基づいて、オイルクーラ７に設けられたファン（図示せず）の制御、バイパス弁１０の制御等の各種制御を行う。具体的には、制御装置１１は、温度検知器８で検知された潤滑油の温度が予め設定された温度を超えると、オイルクーラ７のファン（図示せず）を駆動して潤滑油の温度を下げる制御を行う。温度検知器８からの検知信号に基づくバイパス弁１０の制御については後述の図２のフローチャートで説明する。

このように構成された車両用空気圧縮装置１００では、エアフィルタ２を通過して粉塵等が除去された空気が、各圧縮機１に供給されて各圧縮機１で圧縮された後、潤滑油と共に圧縮機１から吐出される。各圧縮機１から吐出された潤滑油を含む吐出空気は、オイルセパレータ３に供給され、ここで潤滑油と空気とに分離され、潤滑油は油回路６によりオイルクーラ７を介して各圧縮機１に戻され、空気はアフタークーラ４に供給される。そして、アフタークーラ４で冷却された空気は、除湿器５で除湿されて車両の空気タンク２０へ供給される。

図２は、本発明の一実施の形態の車両用空気圧縮装置１００におけるバイパス弁１０の制御フローチャートである。以下、図２を参照して制御装置１１で行われるバイパス弁１０の制御について説明する。なお、装置停止時はバイパス弁１０は閉じられているものとする。
車両用空気圧縮装置１００では、圧縮機１を起動してから動作時間が短い場合及び圧縮機１の稼働率が低い場合等において圧縮機１で圧縮された圧縮空気の温度が十分に上がっていない。このため、圧縮空気に含まれる潤滑油の温度も十分に上がっていない。制御装置１１は、温度検知器８からの検知信号に基づき潤滑油の温度をチェックしており（Ｓ１）、制御装置１１は、潤滑油の温度が、潤滑油の乳化範囲となる低温領域の上限温度（潤滑油の乳化が発生するか否かの閾値温度）以下であると判断した場合、バイパス弁１０を開く（Ｓ２）。なお、低温領域の下限温度は−１０℃である。

バイパス弁１０を開くことにより、圧縮機１で圧縮されて温度上昇した圧縮空気が、オイルセパレータ３で潤滑油の分離が成された後、バイパス回路９を通って圧縮機１の吸込み側へ戻される。圧縮機１の吸込み側へ戻された空気は、再度、圧縮機１で圧縮されるため、更に温度上昇して高温となる。そして、圧縮空気の温度上昇に伴って潤滑油の温度も高温に上昇し、乳化が発生する低温領域を素早く脱出することができる。

そして、ステップＳ１に戻り、制御装置１１は、温度検知器８からの検知信号に基づき潤滑油の温度を繰り返しチェックし、潤滑油の温度が低温領域の上限温度以下の間は、バイパス弁１０を開いたまま継続する（Ｓ２）。

そして、制御装置１１は、潤滑油の温度が低温領域の上限温度を超えて低温領域を脱出したことを検知すると、バイパス弁１０を閉じる（Ｓ３）。バイパス弁１０を閉じることにより、圧縮機１から吐出された圧縮空気の全てが空気タンク２０へと供給される。このため、バイパス弁１０を開いている時に比べて空気タンク２０への空気供給量が増え、バイパス弁１０を開き続ける場合に比べて車両用空気圧縮装置１００の動作時間を短縮することができる。つまり、空気タンク２０の圧力が所定の上限値以上となるまでの時間を短縮することができる。よって空気圧縮装置の動作時間を短縮させることによる省エネ効果も期待することができる。

以上説明したように本実施の形態１では、圧縮機１から吐出された圧縮空気をバイパス回路９により圧縮機１の吸込み側に戻して再度圧縮するようにした。これにより、潤滑油の温度を早く上昇させることができ、乳化が発生する低温領域を素早く脱出させることができ、潤滑油の乳化を抑制できる。このため、車両用空気圧縮装置１００の長寿命化も期待できる。また、本実施の形態１では、バイパス弁１０を開いている間も、一部の圧縮空気は空気タンク２０に蓄積され、車両用空気圧縮装置１００本来の動作を行うため、特許文献２のような消費電力の無駄は生じない。

そして、潤滑油の温度が低温領域を脱出した後は、バイパス回路９を閉じることによって、車両への空気供給量を増やし、車両用空気圧縮装置１００の動作時間を短縮させることができる。また、車両用空気圧縮装置１００の動作時間を短縮させることによる省エネ効果も期待できる。

また、本実施の形態１では、潤滑油の温度を検知する温度検知器８を、オイルクーラファン制御用の温度検知器と共用としたので、部品コストや保守の削減が実現できる。また、オイルクーラファン制御用の温度検知器とは別にバイパス弁１０制御用の温度検知器を設ける場合に比べて車両用空気圧縮装置１００の小型化も可能である。なお、本発明における温度検知器は、オイルクーラファン制御用の温度検知器と共用することに限定されない。すなわち、本発明における温度検知器は、圧縮空気と共に圧縮機１から吐出される潤滑油の温度を検知する温度検知器であればよい。

実施の形態２．
実施の形態２は、実施の形態１で開閉弁としていたバイパス弁１０を、開度調整可能なバイパス弁１０としたものである。開度調整可能なバイパス弁１０としては例えば、温度調節弁を使用する。それ以外の実施の形態２の車両用空気圧縮装置１００の構成は図１に示した実施の形態１と同じである。また、実施の形態１と同一部分に適用される変形例は、実施の形態２においても同様に適用される。

図３は、本発明の実施の形態２に係る車両用空気圧縮装置１００のバイパス弁１０の開度制御の説明図である。図３において横軸は潤滑油の温度、縦軸はバイパス弁１０の開度である。
図３に示すように、制御装置１１は、温度検知器８にて検知された潤滑油の温度が、低温領域内の間は（潤滑油の乳化が発生するか否かの閾値温度以下の間は）、潤滑油の温度が上昇していくに連れてバイパス弁１０の開度を小さくする。そして、温度検知器８にて検知された潤滑油の温度が、低温領域を最終的に脱出すれば（閾値温度を超えれば）、バイパス弁１０の開度を全閉に制御する。このように制御することで、潤滑油の温度が低温領域にある間の空気タンク２０への空気供給量を実施の形態１に比べて増やすことができる。

ここで、圧縮機１から空気タンク２０への空気供給量と、乳化領域脱出に要する時間とのそれぞれについて、本実施の形態２と上記実施の形態１とで比較する。

図４は、本発明の実施の形態２に係る車両用空気圧縮装置１００の説明図で、潤滑油の温度と時間との関係を示す図である。図４において横軸は時間、縦軸は潤滑油の温度である。なお、図４には、比較のため、実施の形態１の場合と、バイパス回路９を備えていない従来例の場合も図示している。また、図４において一点鎖線は、水分凝縮限界ラインである。図５は、本発明の実施の形態２に係る車両用空気圧縮装置１００の説明図で、車両への（空気タンク２０への）空気供給量と時間との関係を示す図である。図５において横軸は時間、縦軸は空気タンク２０への空気供給量である。なお、図５には、比較のため、実施の形態１の場合と、バイパス回路９を備えていない従来例の場合も図示している。また、図５には、ある時点から空気タンク２０の圧力が所定の上限値以上に達するまでに必要な必要空気量を一点鎖線で示している。

図４から明らかなように、潤滑油の温度が乳化領域を脱出するのに要する時間は、短い順に実施の形態１（時間ｔ１）、実施の形態２（時間ｔ２）、従来例（時間ｔ３）となる。また、図５から明らかなように、車両への供給空気量が早く必要空気量に達するまでの時間は、短い順に従来（時間ｔａ）、実施の形態２（時間ｔｂ）、実施の形態１（時間ｔｃ）となる。よって、乳化領域を脱出するのに要する時間は実施の形態１の方が早いが、車両への供給空気量が早く必要空気量に達する点では実施の形態２の方が優位である。

以上説明したように、本実施の形態２によれば実施の形態１と同様の効果が得られると共に、バイパス弁１０を開いている間の空気タンク２０への空気供給量を実施の形態１に比べて増やすことができる。よって、車両用空気圧縮装置１００の動作時間を短縮させることができ、併せて更なる省エネ効果も期待できる。

１ 圧縮機、２ エアフィルタ、３ オイルセパレータ、４ アフタークーラ、５ 除湿器、６ 油回路、７ オイルクーラ、８ 温度検知器、９ バイパス回路、１０ バイパス弁、１１ 制御装置、２０ 空気タンク、１００ 車両用空気圧縮装置。

Claims (8)

1. 空気を圧縮する圧縮機を備え、前記圧縮機で圧縮された圧縮空気を車両に供給する車両用空気圧縮装置であって、
   前記圧縮機で圧縮された圧縮空気を冷却するアフタークーラと、
   前記圧縮機で圧縮されて前記アフタークーラで冷却される前の圧縮空気の一部を前記圧縮機の吸込み側に戻すバイパス回路と、
   前記バイパス回路を開閉するバイパス弁と、
   圧縮空気と共に前記圧縮機から吐出される潤滑油の温度を検知する温度検知器と、
   前記温度検知器で検知された潤滑油の温度に基づいて前記バイパス弁を制御する制御装置と
   を備えたことを特徴とする車両用空気圧縮装置。
2. 前記制御装置は、前記温度検知器で検知された潤滑油の温度が、潤滑油の乳化が発生するか否かの閾値温度以下の場合、前記バイパス弁を開き、潤滑油の温度が、前記閾値温度を超えた場合、前記バイパス弁を閉じる
   ことを特徴とする請求項１記載の車両用空気圧縮装置。
3. 空気を圧縮する圧縮機を備え、前記圧縮機で圧縮された圧縮空気を車両に供給する車両用空気圧縮装置であって、
   前記圧縮機で圧縮された圧縮空気の一部を前記圧縮機の吸込み側に戻すバイパス回路と、
   前記バイパス回路を開閉する開度調整可能なバイパス弁と、
   圧縮空気と共に前記圧縮機から吐出される潤滑油の温度を検知する温度検知器と、
   前記温度検知器で検知された潤滑油の温度が、潤滑油の乳化が発生するか否かの閾値温度以下の間は、潤滑油の温度が上がるに連れて前記バイパス弁の開度を小さくし、潤滑油の温度が前記閾値温度を超えた場合、前記バイパス弁を閉じる
   ことを特徴とする車両用空気圧縮装置。
4. 前記圧縮空気と共に前記圧縮機から吐出された潤滑油を前記圧縮空気から分離するオイルセパレータと、
   前記オイルセパレータで分離された潤滑油を前記圧縮機に戻す油回路とを備え、
   前記温度検知器は前記油回路に設置されている
   ことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の車両用空気圧縮装置。
5. 前記圧縮空気と共に前記圧縮機から吐出された潤滑油を前記圧縮空気から分離するオイルセパレータと、
   前記オイルセパレータで分離された潤滑油を前記圧縮機に戻す油回路と、
   前記油回路に設けられ、前記オイルセパレータで分離された潤滑油を冷却するオイルクーラと、
   前記油回路に設けられ、前記油回路を通過する潤滑油の温度を検知するオイルクーラ制御用温度検知器とを備え、
   前記制御装置は、前記オイルクーラ制御用温度検知器により検知された潤滑油の温度に基づいて前記オイルクーラを制御しており、
   前記バイパス弁の制御に用いる前記温度検知器を、前記オイルクーラ制御用温度検知器と共用とした
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の車両用空気圧縮装置。
6. 空気を圧縮する圧縮機を備え、前記圧縮機で圧縮された圧縮空気を車両に供給する車両用空気圧縮装置であって、
   前記圧縮機で圧縮された圧縮空気の一部を前記圧縮機の吸込み側に戻すバイパス回路と、
   前記バイパス回路を開閉するバイパス弁と、
   圧縮空気と共に前記圧縮機から吐出される潤滑油の温度を検知する温度検知器と、
   前記温度検知器で検知された潤滑油の温度に基づいて前記バイパス弁を制御する制御装置と、
   前記圧縮空気と共に前記圧縮機から吐出された潤滑油を前記圧縮空気から分離するオイルセパレータと、
   前記オイルセパレータで分離された潤滑油を前記圧縮機に戻す油回路とを備え、
   前記温度検知器は前記油回路に設置されている
   ことを特徴とする車両用空気圧縮装置。
7. 空気を圧縮する圧縮機を備え、前記圧縮機で圧縮された圧縮空気を車両に供給する車両用空気圧縮装置であって、
   前記圧縮機で圧縮された圧縮空気の一部を前記圧縮機の吸込み側に戻すバイパス回路と、
   前記バイパス回路を開閉するバイパス弁と、
   圧縮空気と共に前記圧縮機から吐出される潤滑油の温度を検知する温度検知器と、
   前記温度検知器で検知された潤滑油の温度に基づいて前記バイパス弁を制御する制御装置と、
   前記圧縮空気と共に前記圧縮機から吐出された潤滑油を前記圧縮空気から分離するオイルセパレータと、
   前記オイルセパレータで分離された潤滑油を前記圧縮機に戻す油回路と、
   前記油回路に設けられ、前記オイルセパレータで分離された潤滑油を冷却するオイルクーラと、
   前記油回路に設けられ、前記油回路を通過する潤滑油の温度を検知するオイルクーラ制御用温度検知器とを備え、
   前記制御装置は、前記オイルクーラ制御用温度検知器により検知された潤滑油の温度に基づいて前記オイルクーラを制御しており、
   前記バイパス弁の制御に用いる前記温度検知器を、前記オイルクーラ制御用温度検知器と共用とした
   ことを特徴とする車両用空気圧縮装置。
8. 前記制御装置は、前記温度検知器で検知された潤滑油の温度が、潤滑油の乳化が発生するか否かの閾値温度以下の場合、前記バイパス弁を開き、潤滑油の温度が、前記閾値温度を超えた場合、前記バイパス弁を閉じる
   ことを特徴とする請求項６又は請求項７記載の車両用空気圧縮装置。

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