JP7436388B2 - 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、建機等の自動車においては、コンプレッサから送られる圧縮空気を利用して、ブレーキ及びサスペンション等を含む、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及びコンプレッサ内を潤滑する油分等、液状の不純物が含まれている。水分及び油分を多く含む圧縮空気が空気圧システム内に入ると、錆の発生及び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、圧縮空気中の水分及び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、圧縮空気から油分及び水分を除去する除湿動作と、乾燥剤に吸着された油分及び水分を乾燥剤から取り除き、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、コンプレッサによって圧縮された空気をエアタンクに貯留する。空気供給システムは、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。空気供給システムは、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、ドレン排出弁（パージバルブ）を開弁する。空気供給システムは、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。空気供給システムは、エアタンク内の空気圧が第３圧力に到達したとき、ドレン排出弁を閉弁する。

特開２０１５－２２９１２７号公報

ところで、距離の長い下り坂、長時間の渋滞等の状況では、圧縮空気の空気圧がコンプレッサの駆動によって圧縮空気がエアタンクに対し供給される第１圧力以下になったとしても、エアタンクの圧縮空気がブレーキ等のために大量に消費され続ける。このため、特許文献１に記載の空気供給システムでは、コンプレッサによるエアタンクに対する圧縮空気の供給が開始されてからエアタンクに十分な量の圧縮空気が確保されるまでの間、圧縮空気の空気圧が適正圧力の設定範囲の下限値である第１圧力以下に低下するおそれがある。

本発明の目的は、エアタンク内の圧縮空気の空気圧が設定範囲よりも低くなる期間を削減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、コンプレッサから供給される圧縮空気を、乾燥剤と逆止弁とを有するエアドライヤを介して、上流から下流に流してエアタンクに供給する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、前記非供給動作中に前記乾燥剤を再生する再生動作を行う制御装置を備え、前記制御装置は、基準エネルギーに対する検出エネルギーの比からバランス指標を算出する。前記基準エネルギーは、前記エアタンクにおける基準圧力の前記圧縮空気が有するエネルギーであり、前記検出エネルギーは、逐次期間における前記エアタンクでの前記圧縮空気の増減を考慮して算出した前記エアタンクにおける前記圧縮空気が有するエネルギーであり、前記逐次期間は、前記バランス指標の前回の算出時から今回の算出時までの期間である。前記制御装置はさらに、前記非供給動作であるとき、前記バランス指標に基づいて前記供給動作を圧縮空気の補充処理として開始する補充要求条件を備える。

この場合、補充要求条件に基づいて開始された供給動作による圧縮空気の供給により、エアタンクを含めた空気供給システムに貯留されている圧縮空気のエネルギーが高められる。つまり、供給開始値の他にも供給動作を開始する条件が加わることから、エアタンク内の圧縮空気の空気圧が設定範囲よりも低くなる期間を削減することができる。

ところで、補充要求条件の成否判定に用いられるバランス指標は、規定された基準圧力に基づく定常的な基準エネルギーと、前回の算出時から今回の算出時までの期間における圧縮空気の増減を考慮した逐次的な検出エネルギーとの比から算出される。検出エネルギーには、圧縮空気の急激な消費が反映されるので、検出エネルギーを基準エネルギーと比較することによって、供給動作の開始を、検出空気圧と供給開始値との比較とは相違する条件に基づき判定することができる。

一実施形態では、前記制御装置は、前回の供給動作の開始から次回の供給動作の開始までの期間である１サイクル中における前記逐次期間毎に算出される前記検出エネルギーに基づいて、前記バランス指標を逐次更新してよく、前記制御装置は、前記非供給動作中であること、かつ、前記バランス指標が所定の閾値未満であることに基づいて、前記補充要求条件が成立したと判定してよい。

この場合、前回の供給動作の開始から次回の供給動作の開始までの期間からなる１サイクルの間に検出エネルギーが逐次更新される。よって、次に供給動作が必要とされるタイミングにおいて供給動作を開始することができるようになる。

一実施形態では、前記制御装置は、今回の逐次期間に前記コンプレッサから供給された圧縮空気に基づく供給エネルギーと、前回の逐次期間に前記エアタンクに格納されていた圧縮空気に基づく蓄積エネルギーとの和から、前記今回の逐次期間に前記エアタンクから出力される圧縮空気に基づく消費エネルギーを減算することによって、前記検出エネルギーを算出し、前記基準圧力で前記空気供給システムに貯留された圧縮空気に基づいて、前記基準エネルギーを算出してもよい。

この場合、供給エネルギーと、蓄積エネルギーと、消費エネルギーとから検出エネルギーが適切に算出することができるとともに、基準となる基準エネルギーを適切に算出することができるようになる。

一実施形態では、前記制御装置は、次式により前記供給エネルギーを算出し、

次式により前記蓄積エネルギーを算出し、

次式により前記消費エネルギーを算出してもよい。

この場合、上記各式に基づいて供給エネルギー、蓄積エネルギー、及び消費エネルギーを算出することができる。

一実施形態では、前記制御装置は、次式により前記基準エネルギーを算出してもよく、

前記基準圧力は、供給開始値であり、前記制御装置は、前記供給開始値と前記逆止弁の下流における空気圧との比較に基づいて前記供給動作を開始させるか否かを判定してもよい。

この場合、上記式に基づいて基準エネルギーを算出することができる。また、基準圧力が供給開始値であるため、供給開始値に基づく判定を補うかたちで、補充が必要な状態が好適に判定される。

一実施形態では、前記基準エネルギーを算出する式中の前記エアタンクの容量は、前記エアタンクの容量に加えて、リアタンクの容量及び補機タンクの容量の少なくとも１つを含んでもよい。

この場合、空気供給システムの有する圧縮空気のエネルギーがより好適に得られるようになり、検出エネルギーとの比が好適に得られるようになる。

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エアタンク内の圧縮空気の空気圧変動の一例を示すグラフ。 同実施形態におけるバランス指標の変動の一例を示すグラフ。 同実施形態におけるバランス指標に基づいて補充処理を行う手順を示すフローチャート。 同実施形態におけるバランス指標に基づいて補充処理を開始する手順を示すフローチャート。 同実施形態におけるバランス指標に基づいて補充処理を停止する手順を示すフローチャート。

図１～図４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。
空気圧システムでは、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、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が、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に圧縮空気を供給する。コンプレッサ４は空気供給路４Ｅを介してエアドライヤ１１に接続されている。

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、圧縮空気中の不純物が捕捉され、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、圧縮空気がブレーキチャンバー１５に供給され、それによって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。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であるように車両ＥＣＵ１００に電気的に接続されている。

ＥＣＵ８０は、図示しない演算部、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ている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。
図３を参照すると、エアドライヤ１１は、内部空間１１Ａに乾燥剤１７を備えている。乾燥剤１７は、上流にあるコンプレッサ４からの空気供給路４Ｅと下流にある保護バルブ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圧縮空気から除去して圧縮空気を乾燥させるとともに、圧縮空気に含まれる油分も圧縮空気から除去して圧縮空気を清浄化する。乾燥剤１７を通過した圧縮空気は、乾燥剤１７に対して下流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。

戻って図２を参照すると、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、ＥＣＵ８０によって制御される電磁弁である。ＥＣＵ８０は、配線Ｅ６３を介して再生制御弁２１の電源の入り切り（駆動／非駆動）を制御することによって、再生制御弁２１の動作を切り替える。再生制御弁２１は、電源が切れた状態において閉弁してバイパス流路２０を封止し、電源が入った状態において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駆動される。

バイパス流路２０には、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、エアタンク１３の圧縮空気が、保護バルブ１２を通じバイパス流路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を下流から上流に向けて乾燥剤逆流する。このような処理は、乾燥剤１７を再生させる処理であり、エア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を逆流することによって、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するように制御される。この所定の期間は、乾燥剤１７を再生す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との間の部分から、分岐通路１６が分岐している。分岐通路１６にはドレン排出弁２５が設けられており、分岐通路１６の末端にはドレン排出口２７が接続されている。

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、空気圧により駆動される空気圧駆動式の弁であって、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が開弁位置にあるとき、ドレンはドレン排出口２７へ送られる。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、ＥＣＵ８０によって制御される電磁弁である。ＥＣＵ８０は、配線Ｅ６２を介してガバナ２６の電源の入り切り（駆動／非駆動）を制御することによって、ガバナ２６の動作を切り替える。ガバナ２６は、電源が入れられると、ドレン排出弁２５に所定の空気圧のアンロード信号を入力することによって、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ドレン排出弁２５のポートを大気圧に開放することによって、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に切り替わる。また、ドレン排出弁２５においてコンプレッサ４に接続されている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、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行う。ガバナ２６は、コンプレッサ４の負荷運転と無負荷運転との間の切り替えを制御する。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によって、コンプレッサ４に無負荷運転を行わせる。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、コンプレッサ４のポートを大気に開放することによって、コンプレッサ４に負荷運転を行わせる。

ＥＣＵ８０は、圧力センサ６５の検出空気圧に基づいてガバナ２６の電源を入れる（駆動する）ことによって、ガバナ２６を、アンロード信号が出力される供給位置に切り替える。また、ＥＣＵ８０は、圧力センサ６５の検出空気圧に基づいてガバナ２６の電源を切る（非駆動にする）ことによって、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切り替える。

再び図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とは、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にはそれぞれ、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が圧縮空気を供給する（図において「ＯＮ」と記載）。エアドライヤ１１に対し供給された圧縮空気（図において「ＩＮ」と記載）は、水分及び油分が乾燥剤１７によって除去されてから、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）が供給されることによって開弁して、下流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（保護バルブ１２）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）によってコンプレッサ４が無負荷運転状態である（図において「ＯＦＦ」と記載）とともに、乾燥剤１７及び空気供給通路１８にある圧縮空気が水分及び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には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によってコンプレッサ４が無負荷運転状態である。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によって、乾燥剤１７に対して保護バルブ１２側にある圧縮空気が乾燥剤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れた圧縮空気が水分及び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、補充処理の概要について説明する。図４は、補充処理が行われる場合における圧縮空気の空気圧の時間変動を示しており、図５は、補充処理の要否の判定に用いられるバランス指標の時間変動を示している。なお、図４と図５の時間は対応している。

バランス指標は、基準エネルギーに対する検出エネルギーの比から算出される指標である。基準エネルギーは、規定された基準圧力の圧縮空気が有するエネルギーである。検出エネルギーは、逐次期間における圧縮空気の増減を考慮して算出したエネルギーである。逐次期間は、バランス指標の前回の算出時から今回の算出時までの期間である。バランス指標は、基準エネルギーに対する検出エネルギーの過不足を示す指標となっている。具体的には、検出エネルギーは、供給エネルギー、蓄積エネルギー、及び消費エネルギーから構成される。空気供給システム１０において、供給エネルギーは、圧縮空気の逐次の供給量に関係し、蓄積エネルギーは、圧縮空気の逐次の蓄積量に関係し、消費エネルギーは、圧縮空気の逐次の消費量に関係する。なお、基準圧力は、供給開始値ＣＩとして設定されている。

都市部等の市街地のようにブレーキ動作頻度が高い走行環境では、自動車における圧縮空気の消費が過大となることがある。このような場合を含めて、ＥＣＵ８０は、バランス指標をリアルタイムに監視する。そして、ＥＣＵ８０は、検出空気圧が供給開始値ＣＩに到達するよりも前に、供給動作の開始条件とは別であるバランス指標に基づく条件が成立することに応じて、エアタンク１３に圧縮空気を供給する補充処理を開始する。これによって、空気供給システム１０において圧縮空気の大きな消費が発生したとしても、圧縮空気の空気圧が供給開始値ＣＩよりもかなり低くなる期間が短縮されるようにする。

例えば、図４のグラフ中、実線Ｌ２１は補充処理を実行した場合の圧縮空気の空気圧を示しており、破線Ｌ２２は補充処理を実行しなかった場合の圧縮空気の空気圧を示している。また、図５のグラフ中、実線Ｌ３１は補充処理を実行した場合の圧縮空気のバランス指標を示しており、破線Ｌ３２は補充処理を実行しなかった場合のバランス指標を示している。

図４を参照して、圧縮空気の空気圧が供給開始値ＣＩよりも大幅に低下する時間ｔ２１において、補充処理を実行した場合には、補充処理を実行しなかった場合に比べて、供給開始値ＣＩからの検出空気圧の低下量が差分ΔＰ１だけ少なくて済む。同様に、時間ｔ３１において、供給開始値ＣＩからの検出空気圧の低下量が差分ΔＰ２だけ少なくて済み、時間ｔ４１において、供給開始値ＣＩからの検出空気圧の低下量が差分ΔＰ３だけ少なくて済む。そして、各時間ｔ２１，ｔ３１，ｔ４１において、少なくとも供給動作が開始されている。これにより、補充処理を実行した場合、補充処理を実行しなかった場合に比べて、圧縮空気の空気圧が供給開始値ＣＩよりも低下している期間が短くなる、すなわち、そうした期間が削減されるようになる。

また、図５を参照して、圧縮空気の空気圧が供給開始値ＣＩよりも大幅に低下する時間ｔ２１において、補充処理を実行した場合には、補充処理を実行しなかった場合に比べて、バランス指標の低下量が少なくて済む。同様に、時間ｔ３１，ｔ４１において、バランス指標の低下量が少なくて済む。

ここで、バランス指標の算出方法について説明する。
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に対応する値である供給開始値ＣＩと、コンプレッサ４による空気供給を停止させる空気圧に対応する値である供給停止値ＣＯとが設けられている。また、ＥＣＵ８０には、バランス指標を算出するための各種数式、及び各種パラメータが設けられている。パラメータには、吐出効率のマップデータが含まれている。例えば、供給停止値ＣＯ、供給開始値ＣＩ、各種数式、及び各種パラメータは、ＥＣＵ８０の不揮発性記憶部等に記憶されてよい。

ＥＣＵ８０は、車両走行中を少なくとも含む期間において、バランス指標を所定の制御周期毎に算出して算出結果を更新する。制御周期は、前回の算出時から今回の算出時までの期間である逐次期間であって、空気供給システム１０を制御可能な間隔を有している。ＥＣＵ８０は、制御周期毎にバランス指標のリアルタイムな算出結果を得る。そして、ＥＣＵ８０は、バランス指標の算出結果が「１」以上であれば供給が消費よりも多い（圧縮空気は充足されている）と判定し、バランス指標の算出結果が「１」未満であれば供給が消費よりも少ない（圧縮空気が不足している）と判定する。なお、各逐次期間について、供給エネルギーは、今回の逐次期間にコンプレッサ４から供給された圧縮空気に基づいて算出され、蓄積エネルギーは、前回の逐次期間の終了時にエアタンク１３に格納されていた圧縮空気に基づいて算出され、消費エネルギーは、今回の逐次期間にエアタンク１３から出力された圧縮空気に基づいて算出される。また、基準エネルギーは、基準圧力で空気供給システム１０に貯留されたときの圧縮空気に基づいて算出される。

まず、バランス指標は、式（１）に基づいて算出される。

式（１）の項である「供給エネルギー」、「蓄積エネルギー」、「消費エネルギー」及び「基準エネルギー」はいずれも単位が［Ｊ］（ジュール）である。「供給エネルギー」及び「消費エネルギー」は、１サイクルの間、制御周期毎に計算結果が累積される。「供給エネルギー」及び「消費エネルギー」は、１サイクルの終わりにおいて「０」にリセットされ、そこからまた計算結果の累積が開始される。１サイクルは、圧縮空気の前回の供給開始（検出空気圧＝＜供給開始値ＣＩ）から、次回の供給開始（検出空気圧＝＜供給開始値ＣＩ）までの期間である。図４のグラフ中、実線Ｌ２１を参照すると、１サイクルは、例えば、時間ｔ１１から時間ｔ１３までの期間、時間ｔ１３から時間ｔ２４までの期間、時間ｔ２４から時間ｔ３４までの期間である。すなわち、時間の長さの相対関係は、１サイクル＞＞１制御周期（逐次期間）である。

「供給エネルギー」は式（２）で示され、「蓄積エネルギー」は式（６）で示され、「消費エネルギー」は式（７）で示され、「基準エネルギー」は式（８）で示される。

ＥＣＵ８０は、車両ＥＣＵ１００からエンジン回転数を取得する。また、ＥＣＵ８０は、制御周期、総タンク容量、大気圧、行程容量、吐出効率、補正係数について、不揮発性記憶部等に予め設定されていた値を取得する。例えば、ＥＣＵ８０は、吐出効率を、エンジン回転数に対する実測値として設定されていたマップデータから取得する。この場合、走行状況に応じて圧縮機の供給停止圧が変更される（すなわち、複数の供給停止圧が用いられる）制御が実施される場合を踏まえ、複数の供給停止圧に対応するマップデータが用意される。実測値を補正するための補正係数が設定される。また、エアタンクの容量は、エアタンク１３の容量であり、フロントエアタンク及びリアエアタンクのそれぞれに圧力センサが設置される。総タンク容量は、エアタンク１３を含めて、空気供給路１２Ｅよりも下流に接続され、かつ、エアタンク１３と同圧である圧縮空気貯留用の全てのエアタンクの容量の合計である。全てのエアタンクは、エアタンク１３のみでもよいし、ウェットタンクを含めてもよい。またエアタンク１３の他に、補機タンク（フロントエアサスタンク、リアエアサスタンク、シフトタンク、パーキング用タンク）のうちの少なくとも１つが含まれていてもよい。

但し、「エアタンクの空気圧＜１制御周期前の空気圧」の条件が成立する場合には、式（７）により消費エネルギーが算出され、未成立の場合には、消費エネルギー＝０とする。また、消費エネルギーは、式（７）に示すように圧縮空気の空気圧の低下量に基づいて算出する他、圧縮空気を消費する各機器の消費量の積算量に基づいて算出してもよい。

但し、基準エネルギーは、サイクル開始時のみ更新する。エアタンクの容量は、エアタンク１３の容量である。また、基準圧力は圧縮空気の消費状況に合わせて任意に設定される供給開始値ＣＩであり、必ず供給停止値ＣＯ未満でなければならない。

図６～図８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。
図６に示すように、ＥＣＵ８０は、制御周期毎に「バランス指標」を算出する。すなわち、ＥＣＵ８０は、式（２）に基づいて供給エネルギー算出処理を行い（ステップＳ１０）、式（７）に基づいて消費エネルギー算出処理を行い（ステップＳ１１）、式（６）に基づいて蓄積エネルギー算出処理を行う（ステップＳ１２）。ＥＣＵ８０は、求めた「供給エネルギー」、「消費エネルギー」、及び「蓄積エネルギー」と式（１）とに基づいて「バランス指標」を算出する処理である、指標算出処理を行う（ステップＳ１３）。これにより、ＥＣＵ８０は、「バランス指標」を算出する。

ＥＣＵ８０は、バランス指標が算出されると、補充要求条件が成立するか否かを判定する（ステップＳ１４）。ＥＣＵ８０は、あらかじめ設定された基準圧力に基づく基準エネルギーと、供給エネルギー、蓄積エネルギー、及び消費エネルギーとにより算出されるバランス指標が閾値「１」未満であれば、補充要求条件が成立すると判定する。逆に、ＥＣＵ８０は、バランス指標が閾値「１」以上であれば補充要求条件が成立しないと判定する。

ＥＣＵ８０は、補充要求条件が成立すると判定した場合（ステップＳ１４でＹＥＳ）、補充開始処理を実行する（ステップＳ１５）。
図７に示すように、ＥＣＵ８０は、補充開始処理を開始すると、開始条件が成立するか否かを判定する（ステップＳ２０）。ＥＣＵ８０は、補充処理開始要求フラグが「ＴＲＵＥ」であれば、補充開始条件が成立すると判定する。逆に、ＥＣＵ８０は、補充処理開始要求フラグが「ＦＡＬＳＥ」であれば、開始条件が成立しないと判定する。ＥＣＵ８０は、開始条件が成立したと判定した場合（ステップＳ２０でＹＥＳ）、補充を開始する（ステップＳ２１）。

ＥＣＵ８０は、補充処理が開始されると、エアドライヤ１１に供給動作を行わせることによってエアタンク１３に圧縮空気を供給する。一方、ＥＣＵ８０は、開始条件が成立しないと判定した場合（ステップＳ２０でＮＯ）、補充を開始しない（ステップＳ２２）。

そして、ＥＣＵ８０は、補充開始処理を図６のステップＳ１５に戻すとともに、図６に示すバランス指標の算出を含む補充処理を終了する。
また、図６を参照して、ＥＣＵ８０は、補充要求条件が成立しないと判定した場合（ステップＳ１４でＮＯ）、補充停止処理を実行する（ステップＳ１６）。

図８に示すように、ＥＣＵ８０は、補充停止処理を開始すると、停止条件が成立するか否かを判定する（ステップＳ３０）。ＥＣＵ８０は、検出空気圧が供給停止値ＣＯ以上であれば、補充処理開始要求フラグを「ＦＡＬＳＥ」と設定し、停止条件が成立したと判定する。ＥＣＵ８０は、停止条件が成立したと判定した場合（ステップＳ３０でＹＥＳ）、エアドライヤ１１を非供給動作に切り替えることによって、エアタンク１３への圧縮空気の供給（補充）を停止する（ステップＳ３１）。一方、ＥＣＵ８０は、停止条件が成立しないと判定した場合（ステップＳ３０でＮＯ）、補充を停止しない（ステップＳ３２）。

そして、ＥＣＵ８０は、補充停止処理を図６のステップＳ１６に戻し、バランス指標の算出を含む補充処理を終了する。
図４及び図５を参照して、空気供給システム１０の作用について説明する。

ＥＣＵ８０は、逐次演算したバランス指標の演算結果を閾値「１」と比較することによって、補充要求条件が成立するか否かを判定する。ＥＣＵ８０は、時間ｔ１１では、検出空気圧が供給開始値ＣＩよりも低いので、通常通り、供給動作を実行することによって検出空気圧を供給停止値ＣＯまで高める（時間ｔ１１から時間ｔ１２までの期間）。そして、時間ｔ１２で圧縮空気の供給が停止される。その後、圧縮空気が消費されることに応じて検出空気圧が低下し、検出空気圧が供給開始値ＣＩに到達する直前に、ＥＣＵ８０は、バランス指標が「１」未満になることに応じて、補充処理を開始する（時間ｔ１３）。

バランス指標は、圧縮空気の消費が多い走行環境で「１」未満になる傾向にある。図４及び図５に示す場合にも、時間ｔ１３の後に圧縮空気の消費が増加して、検出空気圧が供給開始値ＣＩ以下になる。しかしながら、補充処理が開始されているので、供給開始値ＣＩ以下になったことに応じて供給動作が開始される場合と比較して、実線Ｌ２１と破線Ｌ２２との間の差分ΔＰ１だけ、供給開始値ＣＩからの検出空気圧の低下量が削減される（時間ｔ２１）。

ＥＣＵ８０は、検出空気圧が供給開始値ＣＩ以下になると、補充処理による供給動作を通常の供給動作に引き継いで、検出空気圧が供給停止値ＣＯになるまで圧縮空気を供給する（時間ｔ２１から時間ｔ２２までの期間）。仮に、補充処理がなかった場合、供給動作開始時の検出空気圧がより低下しているため、検出空気圧が供給停止値ＣＯになるまでに要する時間が長くなる（時間ｔ２１から時間ｔ２３までの期間）。つまり、補充処理によって、エアタンク１３内の圧縮空気の空気圧が設定範囲（供給開始値ＣＩと供給停止値ＣＯとの間の範囲）よりも低くなる期間を削減することができる。

ＥＣＵ８０は、検出空気圧が供給停止値ＣＯになると、再生動作やブレーキ動作等によって圧縮空気を消費する（時間ｔ２２から時間ｔ２４までの期間）。ＥＣＵ８０は、検出空気圧が供給開始値ＣＩに到達する前にバランス指標が「１」未満になることに応じて、補充処理を開始する（時間ｔ２４）。このときも、暫く後で圧縮空気の消費が増加し、検出空気圧が供給開始値ＣＩ以下になる（時間ｔ３１）。時間ｔ３１では、補充処理が開始されているので、供給開始値ＣＩ以下になってから供給動作が開始される場合と比較して、実線Ｌ２１と破線Ｌ２２との差分ΔＰ２だけ、供給開始値ＣＩからの検出空気圧の低下量が抑制される。また、検出空気圧が供給停止値ＣＯになるまでに要する時間は、時間ｔ３１から時間ｔ３２までの期間であり、補充処理がなかった場合の時間ｔ３１から時間ｔ３３までの期間よりも短縮される。

以降同様に、ＥＣＵ８０は、非供給動作の期間において、検出空気圧が供給開始値ＣＩに到達する前にバランス指標が「１」未満になることに応じて、補充処理を開始する（時間ｔ３４）。なお、時間ｔ３４以降、圧縮空気の消費量が多くなかったため、通常の供給動作は開始されず、補充処理によって検出空気圧が供給停止値ＣＯに到達する（時間ｔ３５）。ＥＣＵ８０は、検出空気圧が供給停止値ＣＯに到達することに応じて、非供給動作を実行するとともに、検出空気圧が供給開始値ＣＩ以下になること、又は、バランス指標が「１」未満になることに応じて、供給動作又は補充処理を開始する（時間ｔ４１等）。

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）補充要求条件に基づいて開始された供給動作による圧縮空気の供給により、エアタンク１３を含めた空気供給システムに貯留されている圧縮空気のエネルギーが高められる。つまり、供給開始値ＣＩの他にも供給動作を開始する条件が加わることから、エアタンク１３内の圧縮空気の空気圧が設定範囲（供給開始値ＣＩ）よりも低くなる期間を削減することができる。

ところで、補充要求条件の成否判定に用いられるバランス指標は、規定された基準圧力に基づく定常的な基準エネルギーと、前回の算出時から今回の算出時までの期間における圧縮空気の増減を考慮した逐次的な検出エネルギーとの比から算出される。検出エネルギーには、圧縮空気の急激な消費が反映されるので、検出エネルギーを基準エネルギーと比較することによって、供給動作の開始を、検出空気圧と供給開始値との比較とは相違する条件に基づき判定することができる。

（２）前回の供給動作の開始から次回の供給動作の開始までの期間からなる１サイクルの間に検出エネルギーが逐次更新される。よって、次に供給動作が必要とされるタイミングにおいて供給動作を開始することができるようになる。

（３）供給エネルギーと、蓄積エネルギーと、消費エネルギーとから検出エネルギーが適切に算出することができるとともに、基準となる基準エネルギーを適切に算出することができる。

（４）上記各式に基づいて供給エネルギー、蓄積エネルギー、及び消費エネルギーを算出することができる。
（５）式（８）に基づいて基準エネルギーを算出することができる。また、基準圧力が供給開始値ＣＩであるため、供給開始値ＣＩに基づく判定を補うかたちで、補充が必要な状態が好適に判定される。

（６）基準エネルギーの算出において、エアタンク１３の容量に加えて、リアタンクの容量及び補機タンクの容量の少なくとも１つが含まれることにより、空気供給システム１０の有する圧縮空気のエネルギーがより好適に得られ、検出エネルギーとの比が好適に得られる。

なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本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。
・補充処理の後、再生処理を行ってもよいし、行わなくてもよい。検出空気圧が供給停止値ＣＯに到達して補充処理が終了した場合、供給処理の停止と同様に再生処理を行うことが好ましい。また、検出空気圧が供給停止値ＣＯに未到達で補充処理が終了した場合、検出空気圧が供給停止値ＣＯに到達して補充処理が終了した場合と同様に再生処理を行ってもよいし、再生動作の頻発を避けるために、再生処理を行わないようにしてもよい。

・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、及び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、圧縮空気がエアタンク１３に供給される場合について例示した。これに限らず、圧縮空気がエアタンクとともにその他のタンクに供給されてもよい。その他のタンクとしては、リアタンク及び補機タンクの少なくとも１つが挙げられる。補機タンクとしては、ウェットタンク、フロントエアサスタンク、リアエアサスタンク及びシフトタンクの少なくとも１つが挙げられる。

・上記実施形態では、基準圧力が供給開始値ＣＩとして設定されている場合について例示したが、これに限らず、基準圧力は、適切な補充を行えるように設定されるのであれば、供給開始値より小さくてもよいし、大きくてもよい。

・上記実施形態では、乾燥剤１７は、乾燥剤に加えて濾過部を有してもよい。
・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。

・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…内部空間、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 (5)

1. コンプレッサから供給される圧縮空気を、乾燥剤と逆止弁とを有するエアドライヤを介して、上流から下流に流してエアタンクに供給する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、前記非供給動作中に前記乾燥剤を再生する再生動作を行う制御装置を備え、
   前記制御装置は、基準エネルギーに対する検出エネルギーの比からバランス指標を算出し、前記基準エネルギーは、前記エアタンクにおける基準圧力の前記圧縮空気が有するエネルギーであり、前記検出エネルギーは、逐次期間における前記エアタンクでの前記圧縮空気の増減を考慮して算出した前記エアタンクにおける前記圧縮空気が有するエネルギーであり、前記逐次期間は、前記バランス指標の前回の算出時から今回の算出時までの期間であり、
   前記制御装置はさらに、前記非供給動作であるとき、前記バランス指標に基づいて前記供給動作を圧縮空気の補充処理として開始する補充要求条件を備え、
   前記制御装置は、今回の逐次期間に前記コンプレッサから供給された圧縮空気に基づく供給エネルギーと、前回の逐次期間に前記エアタンクに格納されていた圧縮空気に基づく蓄積エネルギーとの和から、前記今回の逐次期間に前記エアタンクから出力される圧縮空気に基づく消費エネルギーを減算することによって、前記検出エネルギーを算出し、前記基準圧力で前記空気供給システムに貯留された圧縮空気に基づいて、前記基準エネルギーを算出する、
   空気供給システム。
2. 前記制御装置は、次式により前記供給エネルギーを算出し、
   次式により前記蓄積エネルギーを算出し、
   次式により前記消費エネルギーを算出する、
   請求項１に記載の空気供給システム。
3. 前記制御装置は、前回の供給動作の開始から次回の供給動作の開始までの期間である１サイクル中における前記逐次期間毎に算出される前記検出エネルギーに基づいて、前記バランス指標を逐次更新し、
   前記制御装置は、前記非供給動作中であること、かつ、前記バランス指標が所定の閾値未満であることに基づいて、前記補充要求条件が成立したと判定する、
   請求項１又は２に記載の空気供給システム。
4. 前記制御装置は、次式により前記基準エネルギーを算出し、
   前記基準圧力は、供給開始値であり、前記制御装置は、前記供給開始値と前記逆止弁の下流における空気圧との比較に基づいて前記供給動作を開始させるか否かを判定する、
   請求項１～３のいずれか一項に記載の空気供給システム。
5. 前記基準エネルギーを算出する式中の前記エアタンクの容量は、前記エアタンクの容量に加えて、リアタンクの容量及び補機タンクの容量の少なくとも１つを含む、
   請求項４に記載の空気供給システム。

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