JP7226992B2 - 空気供給システム - Google Patents

Description

本発明は、機器に圧縮空気を供給する空気供給システムに関する。

トラック、バス、建機等の車両においては、コンプレッサから送られる圧縮空気を利用して、ブレーキやサスペンション等の空気圧システムが制御されている。この圧縮空気には、大気中に含まれる水分やコンプレッサ内を潤滑する油分等の液状の不純物が含まれている。水分や油分を多く含む圧縮空気が空気圧システム内に入ると、錆の発生やゴム部材の膨潤等を招き、作動不良の原因となる。このため、コンプレッサの下流には、圧縮空気中の水分や油分等の不純物を除去するエアドライヤが設けられている。

エアドライヤは、油水分を除去する除湿動作と、乾燥剤に吸着させた油水分を取り除き、油水分をドレンとして放出する再生動作とを行う。例えば、エアドライヤが再生動作を行うための技術の一例が特許文献１に記載されている。

特許文献１に記載の空気供給システムは、コンプレッサが圧縮した空気をエアタンクに貯留する。エアタンク内の空気圧が第１圧力以下であるとき、空気圧が上昇して第２圧力に到達するまで、コンプレッサを駆動して圧縮空気をエアタンクに供給する。空気圧が第２圧力に到達したとき、コンプレッサによる圧縮空気のエアタンクへの供給を停止するとともに、排出弁（パージバルブ）を開弁する。その後、空気圧が第３圧力に低下するまでこの開弁状態を維持することによってエアタンク内の圧縮空気をエアドライヤに通過させて大気に排出する再生動作を行う。そして、エアタンク内の空気圧が第３圧力に到達したとき、排出弁を閉弁する。

特開２０１５－２２９１２７号公報

ところで、車両が下り坂を走行するときや車両が渋滞で減速や停車するときには、ブレーキの駆動等によってエアタンクの圧縮空気が消費される。ブレーキの駆動等による圧縮空気の消費は、コンプレッサの圧縮空気をエアタンクに供給させるエアドライヤの供給動作中や、エアタンクの圧縮空気を消費する再生動作中にも行われる。結果として、例えば、特許文献１に記載の技術等では、供給動作では、ブレーキの駆動等で消費された量を含めた圧縮空気が供給動作で供給されて、その供給動作後の再生動作では、エアドライヤの乾燥剤が除湿性能を十分に再生されないおそれがある。また、特許文献１に記載の技術等のように、再生動作が行われるか否かが空気圧で定められるとしても、再生動作に過剰な量の圧縮空気が供給されるおそれがある。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、再生動作に必要な圧縮空気の量を適切な量にすることのできる空気供給システムを提供することにある。

上記目的を達成する空気供給システムは、コンプレッサから圧縮空気を乾燥剤と逆止弁とを有するエアドライヤを介して上流から下流に流す供給動作を行う空気供給システムであって、前記供給動作と、非供給動作とを切り替えるとともに、前記非供給動作に前記乾燥剤を再生する再生動作を含める制御装置とを備え、前記制御装置は、前記再生動作が開始されるときの前記圧縮空気の空気圧である再生開始空気圧が所定の期間での再生に適した値よりも高い、もしくは低ければ前記再生動作を行う時間の長さである再生期間を調整する。つまり、再生動作に必要な圧縮空気の量を適切な量にすることができる。

このような構成によれば、再生期間の長さが、再生動作が開始されるときの再生開始空気圧に基づいて所定の期間に対して調整される。これにより、空気供給システムにおいてエアドライヤの性能低下を抑制することができる。

好ましい構成として、前記逆止弁の下流に空気圧を検出する圧力センサを備え、前記制御装置は、前記再生開始空気圧を前記圧力センサが検出した検出空気圧から取得する。
このような構成によれば、圧力センサにより検出された再生開始空気圧に基づいて再生時間が調整される。

好ましい構成として、前記制御装置は、基準とする基準空気圧よりも前記再生開始空気圧が高くなることに応じて、前記再生動作を行う時間を前記所定の期間よりも短くなるように調整する。

このような構成によれば、再生開始空気圧と基準空気圧との比較に基づいて所定の期間に時間を短縮させる調整を行うことができる。

本発明によれば、再生動作に必要な圧縮空気の量を適切な量にすることができる。

空気圧システムに用いられている空気供給システムの一実施形態の概略構成を示すブロック図。 同実施形態における空気供給システムの概略構成を示す構成図。 同実施形態におけるエアドライヤの動作モードを示す図であって、（ａ）は供給動作を示す図、（ｂ）はパージ動作を示す図、（ｃ）は再生動作を示す図。 同実施形態における空気圧と再生動作の短縮時間との関係を示すグラフ。 同実施形態における再生動作開始時の空気圧の超過分を示すグラフ。

図１～図５を参照して、空気圧システムに含まれる空気供給システムの一実施形態について説明する。空気供給システムは、トラック、バス、建機等の自動車に搭載されている。

図１を参照して、空気圧システムの概要について説明する。
空気圧システムは、コンプレッサ４、エアドライヤ１１、保護バルブ１２、エアタンク１３、ブレーキバルブ１４、及びブレーキチャンバー１５が、順次、各空気供給路４Ｅ，１１Ｅ，１２Ｅ，１３Ｅ，１４Ｅを介して接続されている。このうち、コンプレッサ４、エアドライヤ１１、及び保護バルブ１２は、空気供給システム１０を構成する。

コンプレッサ４は、自動車のエンジン（図示略）の動力によって駆動され、空気を圧縮して、空気供給システム１０に供給する。コンプレッサ４に接続された空気供給路４Ｅには、エアドライヤ１１が設けられている。

エアドライヤ１１では、コンプレッサ４から送られた圧縮空気が乾燥剤１７（図２参照）を通過することによって、不純物が捕捉され、圧縮空気が清浄化される。このように清浄化された圧縮空気は、空気供給路１１Ｅ、保護バルブ１２及び空気供給路１２Ｅを介して、エアドライヤ１１からエアタンク１３に供給される。

エアタンク１３は、空気供給路１３Ｅを介して運転者によって操作されるブレーキバルブ１４に接続されている。ブレーキバルブ１４は、空気供給路１４Ｅを介してブレーキチャンバー１５に接続されている。よって、ブレーキバルブ１４の操作に応じて、ブレーキチャンバー１５に圧縮空気が供給され、サービスブレーキが作動する。

また、空気供給システム１０は、制御装置としてのＥＣＵ８０を備えている。ＥＣＵ８０は、配線Ｅ６２，Ｅ６３を介してエアドライヤ１１に電気的に接続されている。また、ＥＣＵ８０は、配線Ｅ６５を介して圧力センサ６５に電気的に接続されている。圧力センサ６５は、保護バルブ１２における空気圧を検出してＥＣＵ８０に出力する。ＥＣＵ８０は、圧力センサ６５の検出信号から、エアタンク１３の空気圧に相当する検出空気圧を取得する。また、ＥＣＵ８０は、配線Ｅ６６を介して温湿度センサ６６に電気的に接続されている。温湿度センサ６６は、エアタンク１３の圧縮空気の湿度を検出してＥＣＵ８０に出力する。また、温湿度センサ６６はエアドライヤ１１の下流直後に配置することでエアタンク１３の圧縮空気の湿度を検出してもよい。さらに、ＥＣＵ８０は、空気供給システム１０を搭載する車両の各種信号を取得可能なように車両ＥＣＵ１００に電気的に接続されている。例えば、取得可能な信号には、コンプレッサの回転数が含まれている。

ＥＣＵ８０は、演算部、揮発性記憶部、不揮発性記憶部を備えており、不揮発性記憶部に格納されたプログラムに従って、エアドライヤ１１に各種動作を指示する信号等を与える。

図２を参照して空気供給システム１０について説明する。
エアドライヤ１１は、メンテナンス用ポートＰ１２を有している。メンテナンス用ポートＰ１２は、メンテナンスの際にエアドライヤ１１の乾燥剤１７の上流に圧縮空気を供給するためのポートである。

ＥＣＵ８０は、配線Ｅ６３を介してエアドライヤ１１の再生制御弁２１に電気的に接続され、配線Ｅ６２を介してエアドライヤ１１のガバナ２６に電気的に接続される。
エアドライヤ１１は、内部１１Ａ（図３参照）に乾燥剤１７を備えている。乾燥剤１７は、上流側にあるコンプレッサ４からの空気供給路４Ｅと下流側にある保護バルブ１２につながる空気供給路１１Ｅとを接続する空気供給通路１８の途中に設けられている。

乾燥剤１７は、シリカゲルやゼオライト等であって、圧縮空気を通過させることによって圧縮空気に含まれる水分を除去して乾燥させるとともに、圧縮空気に含まれる油分も除去して空気を清浄化する。乾燥剤１７を通過した圧縮空気は、乾燥剤１７からみて下流側への空気の流れのみを許容する逆止弁としてのチェックバルブ１９を介して保護バルブ１２へ供給される。つまり、チェックバルブ１９は、乾燥剤１７を上流、保護バルブ１２を下流としたとき、上流から下流への空気の流れのみを許容する。

チェックバルブ１９には、チェックバルブ１９を迂回（バイパス）するバイパス流路２０がチェックバルブ１９と並列に設けられている。バイパス流路２０には、再生制御弁２１が接続されている。

再生制御弁２１は、配線Ｅ６３を介してＥＣＵ８０からの電源の入り切り（駆動／非駆動）で動作が切り換わる電磁弁である。再生制御弁２１は、電源が切れた状態で閉弁してバイパス流路２０を封止し、電源が入った状態で開弁してバイパス流路２０を連通させる。例えば、再生制御弁２１は、検出空気圧の値が供給停止値を越えたときに駆動される。

バイパス流路２０は、再生制御弁２１と乾燥剤１７との間にオリフィス２２が設けられている。再生制御弁２１が通電されると、保護バルブ１２を介してエアタンク１３の圧縮空気が、バイパス流路２０を介してオリフィス２２によって流量を規制された状態で乾燥剤１７に送られる。乾燥剤１７に送られた圧縮空気は、乾燥剤１７の下流側から上流側に向けて乾燥剤１７を逆流する。このような処理は、乾燥剤１７を再生させる処理であり、ドライヤの再生処理という。このとき、エアタンク１３内の乾燥及び清浄化された圧縮空気が、乾燥剤１７を逆流することで、乾燥剤１７に捕捉された水分及び油分が乾燥剤１７から除去される。例えば、再生制御弁２１は、所定の期間だけ開弁させられる。所定の期間は、乾燥剤１７を再生させることのできる期間であって、論理的、実験的又は経験的に設定される。

コンプレッサ４と乾燥剤１７との間には、ドレン排出弁２５に接続される分岐通路１６が設けられている。分岐通路１６の末端にはドレン排出口２７が設けられている。
乾燥剤１７から除去された水分及び油分を含むドレンは、圧縮空気とともにドレン排出弁２５に送られる。ドレン排出弁２５は、空気圧で駆動する空気圧駆動式の弁であって、空気供給通路１８の分岐通路１６において、乾燥剤１７とドレン排出口２７との間に設けられている。ドレン排出弁２５は、閉弁位置及び開弁位置の間で位置を変更する２ポート２位置弁である。ドレン排出弁２５は、開弁位置でドレンをドレン排出口２７へ送る。ドレン排出口２７から排出されたドレンは、図示しないオイルセパレータによって回収されてもよい。

ドレン排出弁２５は、ガバナ２６によって制御される。ガバナ２６は、配線Ｅ６２を介してＥＣＵ８０からの電源の入り切り（駆動／非駆動）で動作が切り換わる電磁弁である。ガバナ２６は、電源が入れられると、ドレン排出弁２５にアンロード信号を入力することで、ドレン排出弁２５を開弁させる。また、ガバナ２６は、電源が切られると、ドレン排出弁２５にアンロード信号を入力せずに大気圧とすることで、ドレン排出弁２５を閉弁させる。

ドレン排出弁２５は、ガバナ２６から所定の空気圧のアンロード信号が入力されていない状態で閉弁位置に維持され、ガバナ２６からアンロード信号が入力されると開弁位置となる。また、ドレン排出弁２５のコンプレッサ４側の入力ポートが上限値を超えて高圧になった場合、ドレン排出弁２５が強制的に開弁位置に切り替えられる。

コンプレッサ４は、ガバナ２６によって圧縮空気を供給する負荷運転と、圧縮空気を供給しない無負荷運転との切り替えが制御される。ガバナ２６は、電源が入れられると、コンプレッサ４にアンロード信号を送ることで、コンプレッサ４を無負荷運転とさせる。また、ガバナ２６は、電源が切られると、コンプレッサ４にアンロード信号を入力せず大気圧とすることで、コンプレッサ４を負荷運転とさせる。

ＥＣＵ８０は、圧力センサ６５の検出空気圧に基づいて電源を入れる（駆動する）ことで、ガバナ２６をアンロード信号が出力される供給位置にさせる。また、ＥＣＵ８０は、圧力センサ６５（図１参照）の検出空気圧に基づいて電源を切る（非駆動にする）ことで、ガバナ２６をアンロード信号が出力されない非供給位置にさせる。

図３を参照して、エアドライヤ１１の供給動作、パージ動作及び再生動作について説明する。供給動作は、圧縮空気をエアタンク１３に供給する動作である。パージ動作は、パージ処理等のためにコンプレッサを停止させている動作である。再生動作は、乾燥剤１７を再生処理する動作である。再生動作とパージ動作は、非供給動作を構成する。

図３（ａ）を参照して、供給動作では、ＥＣＵ８０が再生制御弁２１及びガバナ２６をそれぞれ閉弁する（図において「ＣＬＯＳＥ」と記載）。このとき、再生制御弁２１及びガバナ２６はそれぞれ、ＥＣＵ８０からの駆動信号（電源）が供給されない。よって、ガバナ２６は下流側に接続されるコンプレッサ４のポート及びドレン排出弁２５のポートをそれぞれ大気開放する。供給動作では、コンプレッサ４が圧縮空気を供給しており（図において「ＯＮ」と記載）、エアドライヤ１１に供給された圧縮空気（図において「ＩＮ」と記載）は、水分、油分が乾燥剤１７で除去されて、保護バルブ１２を介してエアタンク１３に供給される（図において「ＯＵＴ」と記載）。

図３（ｂ）を参照して、パージ動作では、ＥＣＵ８０が再生制御弁２１を閉弁し、ガバナ２６を開弁する（図において「ＯＰＥＮ」と記載）。このとき、ガバナ２６は、ＥＣＵ８０からの駆動信号（電源）が供給されることで開弁して、下流側に接続されるコンプレッサ４のポート及びドレン排出弁２５のポートをそれぞれ上流側（保護バルブ１２側）に接続する。パージ動作では、ガバナ２６からのアンロード信号（図において「ＣＯＮＴ」と記載）でコンプレッサ４が無負荷運転状態とされている（図において「ＯＦＦ」と記載）とともに、乾燥剤１７内や空気供給通路１８にある圧縮空気が水分や油分等とともにドレン排出口２７から排出される。

図３（ｃ）を参照して、再生動作では、ＥＣＵ８０が再生制御弁２１及びガバナ２６をそれぞれ開弁する。このとき、再生制御弁２１及びガバナ２６にＥＣＵ８０からの駆動信号（電源）が供給される。再生動作では、ガバナ２６からのアンロード信号でコンプレッサ４が無負荷運転状態とされる。また、再生動作では、再生制御弁２１とドレン排出弁２５とが開弁されることで保護バルブ１２側の圧縮空気が乾燥剤１７を下流から上流に向けて逆流して、乾燥剤１７の再生処理が行われる。つまり、乾燥剤１７を下流から上流に流通した圧縮空気が水分や油分等とともにドレン排出口２７から排出される。

図４及び図５を参照して、空気供給システム１０の動作について説明する。
ＥＣＵ８０には、コンプレッサ４による空気供給を開始させる空気圧である供給開始値ＣＩ（図５参照）と、コンプレッサ４による空気供給を停止させる空気圧である供給停止値ＣＯ（図５参照）とが設けられている。

図４に示すように、ＥＣＵ８０には、供給された圧縮空気の空気圧が基準空気圧としての供給停止値ＣＯを越えた分に対する短縮時間Ｔｂが設定されている。換言すると、基準空気圧は、所定の期間での再生に適した値である。ＥＣＵ８０は、所定の期間から短縮時間Ｔｂを減算することで再生期間を算出する。グラフＬ４に示すように、短縮時間Ｔｂは、供給停止値ＣＯを越えた分に対して比例的に増加する。短縮時間Ｔｂは、マップや数式として設定されていてよい。例えば、供給停止値ＣＯ、供給開始値ＣＩ、及び短縮時間Ｔｂは、ＥＣＵ８０の不揮発性記憶部等に記憶されるとよい。

図５を参照して説明すると、ＥＣＵ８０は、検出空気圧が供給開始値ＣＩ以下になると、エアドライヤ１１を供給動作とし、検出空気圧が供給停止値ＣＯに到達すると供給動作を終了する動作を繰り返す。

このとき、コンプレッサ４の最短動作時間や、その他の条件等の関係で空気圧が供給停止値ＣＯよりも高い値（例えば、時間ｔ５）となるまで圧縮空気が供給されることがある。本実施形態では、高い値が再生開始空気圧を構成する。このとき、供給停止値ＣＯに対して差圧（例えば、差圧ΔＰ１，差圧ΔＰ２，差圧ΔＰ３）に対応する分だけ再生動作による乾燥剤１７の再生能力が高くなる。よって、乾燥剤１７の除湿性能を回復させる再生期間を、所定の期間よりも、差圧に対応する時間の分だけ短くすることが可能である。

すなわち、図５に示すように、ＥＣＵ８０は、グラフＬ４を参照して、圧力の超過分（例えば、差圧ΔＰ１）に対応する短縮時間Ｔｂを算出する。そして、ＥＣＵ８０は、再生動作を開始するとき、所定の期間から短縮時間Ｔｂを減じた時間を、再生期間とする。これにより、乾燥剤１７は、「所定の期間－短縮時間Ｔｂ」が再生期間となるが、再生能力が高くなっているため乾燥剤１７の除湿性能を適切に回復させることができる。

以降同様に、ＥＣＵ８０は、供給停止値ＣＯに対する差圧（例えば、差圧ΔＰ２、差圧ΔＰ３）に応じて、所定の期間から短縮時間Ｔｂを減じた時間を、再生期間とする。
以上説明したように、本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

（１）再生動作を行う時間の長さが、再生動作が開始されるときの再生開始空気圧に基づいて所定の期間に対して調整される。これにより、空気供給システムにおいてエアドライヤの性能低下を抑制する再生動作に必要な圧縮空気の量を適切な量にすることができる。

（２）圧力センサにより検出された再生開始空気圧に基づいて再生期間が調整される。
（３）再生開始空気圧と基準空気圧との比較に基づいて所定の期間に時間を短縮させる調整を行うことができる。

なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

・エアタンク１３は、ブレーキバルブ１４以外の圧縮空気を消費する機器、例えばパーキングブレーキ等に圧縮空気を供給してもよい。
・圧力センサ６５は、エアタンク１３の空気圧に相当する空気圧を検出することができるのであれば、チェックバルブ１９よりも下流の任意の位置における空気圧を検出してもよい。例えば、圧力センサは、エアタンク内の空気圧を検出してもよい。これにより、エアタンク内の検出空気圧に基づいて、供給動作、非供給動作、再生動作を制御することができてもよい。

・上記実施形態では、所定の期間から短縮時間Ｔｂを減算して再生期間とする場合について例示したが、これに限らず、所定の期間に延長時間を加算して再生期間としてもよい。例えば、図４のグラフＬ４を圧力「０」よりも左方向に延ばした領域となる圧力の不足分について、圧力の不足分に対応する再生動作の時間を延長時間とすることができる。

・上記実施形態では、通気量をコンプレッサ４の累積回転数とシリンダ室の容量とから算出する場合について例示したが、これに限らず、通気量が把握できるのであれば、通気量を流量計等で計測してもよい。

・再生開始時の通気量が（基準通気量ＶＯ）未満である場合、再生時間を短くしてよい。
また、再生開始時の空気圧が供給停止値ＣＯ未満である場合、再生時間を長くしたりしてもよい。

・上記実施形態では、乾燥剤１７を有する構成としたが、さらに濾過部を有する構成であってもよい。
・上記実施形態では、乾燥剤１７が設けられる場合について例示したが、これに限らず、乾燥剤１７の上流にオイルミストセパレータが設けられてもよい。

オイルミストセパレータは、圧縮空気との衝突により気液分離を行う乾燥剤を備え、コンプレッサ４から送られる圧縮空気に含まれる油分を捕捉する。乾燥剤は、金属材を圧縮成形したものでもよいし、スポンジなどの多孔質材でもよい。このオイルミストセパレータが設けられることで圧縮空気の清浄性能をより高めることができる。

・上記実施形態では、空気供給システム１０は、トラック、バス、建機等の自動車に搭載されるものとして説明した。これ以外の態様として、空気供給システムは、乗用車、鉄道車両等、他の車両に搭載されてもよい。

４…コンプレッサ、１０…空気供給システム、１１…エアドライヤ、１１Ａ…内部、１２…保護バルブ、１３…エアタンク、１４…ブレーキバルブ、４Ｅ，１１Ｅ，１２Ｅ，１３Ｅ，１４Ｅ…空気供給路、１５…ブレーキチャンバー、１６…分岐通路、１７…乾燥剤、１８…空気供給通路、１９…チェックバルブ、２０…バイパス流路、２１…再生制御弁、２２…オリフィス、２５…ドレン排出弁、２６…ガバナ、２７…ドレン排出口、６５…圧力センサ、６６…温湿度センサ、８０…ＥＣＵ、１００…車両ＥＣＵ、Ｅ６２，Ｅ６３，Ｅ６５，Ｅ６６…配線、Ｐ１２…メンテナンス用ポート。

Claims (3)

1. コンプレッサから送られた圧縮空気から水分を除去する乾燥剤と、
   前記乾燥剤から前記コンプレッサとは反対方向に出力される空気の流れを許容する逆止弁と、
   前記逆止弁に並列なバイパス通路の途中に設けられた再生制御弁であって、閉弁により前記バイパス通路を封止し、開弁により前記バイパス通路を連通させる前記再生制御弁と、を有するエアドライヤを介して前記圧縮空気を上流から下流に流す供給動作を行う空気供給システムであって、
   前記供給動作と、非供給動作とを切り替えるとともに、前記非供給動作に、前記再生制御弁を開弁することにより前記圧縮空気を前記下流から前記上流に流すことで前記乾燥剤を再生する再生動作を含める制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記再生動作が開始されるときの前記圧縮空気の空気圧である再生開始空気圧が所定の期間での再生に適した値よりも高い、もしくは低ければ前記再生動作を行う時間の長さである再生期間を調整する
   空気供給システム。
2. 前記逆止弁の下流に空気圧を検出する圧力センサを備え、
   前記制御装置は、前記再生開始空気圧を前記圧力センサが検出した検出空気圧から取得する
   請求項１に記載の空気供給システム。
3. 前記制御装置は、基準とする基準空気圧よりも前記再生開始空気圧が高くなることに応じて、前記再生動作を行う時間を前記所定の期間よりも短くなるように調整する
   請求項１又は２に記載の空気供給システム。

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