JPH08105387A - エアコンプレッサ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 車両用エンジン等の駆動源により歯車装置を
介して駆動されるエアコンプレッサ装置における歯打ち
に基づく騒音を効果的に低減することができる構造簡単
で作動確実、かつ耐久性が優れたエアコンプレッサ装置
を提供する。 【構成】 往復式エアコンプレッサのシリンダヘッド
に、吸入弁を介装した吸入通路と、吐出弁を介装した吐
出通路と、シリンダと大気とを連通させることができる
空気通路とを設け、同空気通路内に弁装置を介装する。
ピストンが圧縮上死点を越えて吸入行程に入った直後に
上記弁装置を開き、シリンダ内の残留圧縮空気を急速に
大気に排出することによって、駆動歯車に作用する反対
トルクを低減し、噛合歯間のバックラッシュに基づく歯
打ちを緩和して騒音を低減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エアコンプレッサ装
置、特にトラック等車両のブレーキ用倍力装置等の作動
媒体として広く利用されている圧縮空気の供給源に好適
な車両用エアコンプレッサ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の比較的大型のトラックには、ブレ
ーキ用倍力装置等の作動媒体として圧縮空気が広く利用
されており、圧縮空気の供給源として、通常、エンジン
のクランク軸に連動して駆動される往復式エアコンプレ
ッサ装置が採用されている。上記エアコンプレッサ装置
は、エンジンのクランク軸に固着されたクランク歯車
に、必要に応じ１個以上の中間歯車又はアイドラギヤを
介して噛合するコンプレッサ駆動歯車を具えたコンプレ
ッサクランク軸と、同コンプレッサのクランク軸にコネ
クティングロッドを介して往復駆動されるピストンと、
同ピストンを摺動自在に収容するシリンダと、同シリン
ダの一端開口端に装着されたシリンダヘッドとから構成
されている。同シリンダヘッドには、一端が大気に連通
しかつ他端が吸入弁又はサクションバルブを介して上記
シリンダに連通する吸入通路と、その一端がエアタンク
又は圧縮空気貯溜源に連通しかつ他端が吐出弁又はデリ
バリバルブを介して上記シリンダに連通する吐出通路と
が設けられている。

【０００３】上記エアコンプレッサ装置は、技術上良く
知られているように、上記ピストンの下降行程即ち吸入
行程中に、上記吸入弁が開いて外気を吸入通路からシリ
ンダ内に取り入れ、続くピストンの上昇行程即ち圧縮行
程において、シリンダ内の空気が加圧され、加圧された
空気の圧力により自動的に上記吐出弁が開かれて、圧縮
空気が吐出通路からエアタンク又は圧縮空気貯溜源に圧
送される。

【０００４】上記往復式エアコンプレッサ装置の運転
中、ピストンが圧縮行程を終り吸入行程に移行する際
に、シリンダのすき間容積内に残存する圧縮空気は、圧
縮空気貯溜源に充填されている設定圧力の圧縮空気と略
等しい高圧の空気であるから、ピストンが圧縮上死点を
越えて吸入行程に移行した瞬間から、ピストンは上記残
存圧縮空気により下方に押圧されることとなる。このた
め、コンプレッサのクランク軸に固定されたコンプレッ
サ駆動歯車には、圧縮行程における駆動トルクと反対方
向のトルク（以下場合により、反対トルクと呼称する）
が作用することとなり、同コンプレッサ駆動歯車と噛合
するアイドラギヤ又はエンジンのクランク軸に固定され
たクランク歯車との噛合歯相互間で、バックラッシュに
よる歯面の衝突、所謂歯打ちが発生し、不快な騒音が発
生する。この歯打ちに基づく騒音は、一例として、行程
容積３２０ｃｃ、圧縮比１５、定格回転数５００ｒｐｍ
の大型トラック用エアコンプレッサの場合、最高９０デ
シベルにも達する高レベルのものであり、従来から騒音
レベルの低減が課題となっていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、車両用エン
ジン等の駆動源により、歯車装置を介して駆動される往
復式エアコンプレッサ装置における上記歯打ちに基因し
て発生する騒音を効果的に低減することができる構造簡
単かつ作動確実であり、耐久性が優れたこの種エアコン
プレッサ装置を提供することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、シリンダ内に吸入された空気を加圧して
圧送するピストンが、車両用エンジン等の駆動源により
歯車装置を介して回転されるクランク軸に連結されて往
復駆動されるエアコンプレッサにおいて、上記シリンダ
の内部と大気とを連通させることができる空気通路と、
同空気通路内に設けられ上記シリンダと大気との連通を
制御する弁装置と、上記ピストンが圧縮上死点から下死
点に向う吸入行程の初期に上記弁装置を開き、シリンダ
内の残存圧縮空気を上記空気通路から大気に流出させる
制御装置とを設けたことを特徴とするエアコンプレッサ
装置を提供するものである。

【０００７】上記制御装置は、上記クランク軸の回転角
を検知するセンサの信号に基づきピストンの吸入行程初
期に上記弁装置に駆動信号を出力するように構成される
ことが好ましい。

【０００８】また、上記シリンダの一側開口端に、その
一端が大気と連通し、かつ他端が吸入弁を介して上記シ
リンダに連通する吸入通路と、その一端が圧縮空気貯溜
源に連通しかつ他端が吐出弁を介して上記シリンダに連
通する吐出通路を具えたシリンダヘッドを装着し、同シ
リンダヘッド内に、上記空気通路を配設することが好ま
しい。

【０００９】さらに、上記空気通路は、その一端をシリ
ンダに連通されると共に、他端を上記吸入弁の上流側に
おいて上記吸入通路に連通された通路であること、及び
上記ピストンが圧縮上死点を越え吸入行程に移行した直
後、好ましくはクランク角度にして上死点から１５度の
範囲で上記制御装置が上記弁装置を開くように構成され
ていることが好ましい。

【００１０】なおまた、上記弁装置が、上記空気通路を
開閉する弁部材に連結され又は同弁部材と一体に形成さ
れたアーマチャと、同アーマチャを介し上記弁部材を開
閉制御するソレノイドとを有する電磁弁であることが望
ましい。なおまた、上記空気通路が、上記吸入通路及び
吐出通路とは別個の独立の通路として上記シリンダヘッ
ド内に形成され、同空気通路のシリンダ側の開口端に隣
接して形成された弁室内に上記弁装置の弁部材を配設す
ることができる。

【００１１】

【作用】本発明によれば、エアコンプレッサ装置のピス
トンが圧縮上死点を越えて吸入行程に移行した直後に、
制御装置により弁装置が開放され、シリンダ内の残存圧
縮空気が上記空気通路から大気に排出されるので、ピス
トンを押し下げるように作用する圧縮空気圧力が急速に
低減し、従って同ピストンを介しコンプレッサのクラン
ク軸に固定された駆動歯車に作用する反対トルクが従来
の同種装置より大巾に低減されることとなる。上記駆動
歯車に作用する反対トルクの大巾な低減により、同歯車
及びこれと噛合する他の歯車の歯面間のバックラッシュ
に基づく衝撃的な当接、即ち歯打ちが効果的に緩和され
る。

【００１２】

【実施例】以下本発明の実施例を添付図面について具体
的に説明する。先ず、図１ないし図３に示した本発明の
第１実施例において、図中符号１０は総括的にエアコン
プレッサを示し、同エアコンプレッサは、トラック等の
エンジン（図示せず）の適宜位置にボルト等により装着
されるクランクケース１２と、同クランクケース１２の
上端開口に下端を嵌装されたシリンダ１４とを具えてい
る。クランクケース１２にはクランク軸１６が収容さ
れ、同クランク軸１６は、その両端をベアリング１８及
び２０を介してクランクケース１２に回転自在に支持さ
れている。クランク軸１６のクランクケース外部突出し
た一端部に駆動歯車２２が固定されている。

【００１３】上記シリンダ１４にはピストン２４が摺動
自在に嵌装され、同ピストン２４はピストンピン２６を
介してコネクティングロッド２８の小端部に枢着されて
いる。また、同コネクティングロッド２８の大端部は、
上記クランク軸１６のクランクピン部３０に枢着されて
いる。シリンダ１４の上方開口端にシリンダヘッド３２
が装架され、図示を省略されているヘッドボルトにより
上記シリンダ１４と共にクランクケース１２に共締め固
定されている。

【００１４】シリンダヘッド３２内に、一端が車両のエ
アタンク又は圧縮空気貯溜源３４に連通しかつ他端が上
記シリンダ１４に連通する吐出通路３６が設けられ、同
吐出通路３６のシリンダ１４に隣接する部分には、弁ス
プリング３８によって常時閉方向に付勢されている板状
の吐出弁４０が介装されている。また、シリンダヘッド
３２内に、一端が大気に連通しかつ他端が上記シリンダ
１４に連通する吸入通路４２が設けられ、同吸入通路４
２のシリンダ１４に隣接する部分には、弁スプリング４
４によって常時閉方向に付勢されている板状の吸入弁４
６が介装されている。

【００１５】さらに、上記シリンダヘッド３２内に、一
端がシリンダ１４に連通しかつ他端が上記吸入弁４６の
上流側において吸入通路４２に連通するＬ字状の空気通
路４８が設けられ、同空気通路４８の屈曲部分に総括的
に符号５０で示されている弁装置のロッド状弁部材５２
が挿入されている。上記弁装置５０は、ロッド状弁部材
５２と一体に形成され又は別個に作られて上記弁部材５
２に連結されたアーマチャ５４と、同アーマチャ５４を
囲んで配置されたソレノイド５６と、上記アーマチャ５
４を介して弁部材５２を常時図１に示されている閉位置
に付勢 している弁スプリング５８とを具えた電磁弁で
ある。同電磁弁５０はコントローラ又は制御装置６０に
より開閉制御され、同制御装置６０には、前記クランク
軸１６の回転角即ちクランク角θ_ｃを検知するクランク
角センサ６２の信号が入力される。

【００１６】上記駆動歯車２２は、図示の実施例の場
合、エンジンのクランク軸６４（中心線のみが示されて
いる）に固定されたクランク歯車６６に噛合する。エン
ジンのクランク軸６４と、エアコンプレッサのクランク
軸１６との開の中心線間距離が大きい場合は、両歯車２
２及び６６間に１個以上適数個のアイドラギヤが介装さ
れることは勿論である。

【００１７】上記吸入弁４６の上方に、総括的に符号６
８で示されているアンローダ装置が配設され、同アンロ
ーダ装置６８は、シリンダヘッド３２内に形成された油
圧シリンダ７０と、同油圧シリンダ７０内に嵌装された
ピストン７２と、同ピストン７２を常時図１に示されて
いる休止位置に向って付勢するリターンスプリング７４
とから構成されている。上記油圧シリンダ７０は油圧制
御弁７６を介して適宜の油圧源７８に接続され、同油圧
制御弁７６は、上記圧縮空気貯溜源３４内の圧縮空気圧
力を検知する圧力センサ８０の出力信号Ｐ_ａを受容する
前記制御装置６０によって制御される。

【００１８】上記構成において、駆動源としての車両用
エンジンが運転しているとき、そのクランク軸６４の回
転が、クランク歯車６６及び駆動歯車２２を介してエア
コンプレッサ１０のクランク軸１６に伝達され、同クラ
ンク軸１６の回転によりコネクティングロッド２８を介
してピストン２４がシリンダ１４内を往復摺動する。ピ
ストン２４の下降行程即ち吸入行程において、大気圧と
シリンダ１４内に生起する負圧との圧力差により吸入弁
４６が開かれて、外気が吸入通路４２からシリンダ１４
内に吸入される。続いて、ピストン２４が上昇して圧縮
行程に入ると、シリンダ１４内の空気が圧縮され、空気
圧力が設定圧力に達すると吐出弁４０が開かれて加圧さ
れた圧縮空気が吐出通路３６からエアタンク又は圧縮空
気貯溜源３４に圧送される。圧縮空気貯溜源３４内に、
予め設定された圧力の圧縮空気が充填されると、圧力セ
ンサ８０の信号Ｐ_ａを受容した制御装置６０が、油圧制
御弁７６を開き、油圧源７８から作動圧油をアンローダ
装置６８の油圧シリンダ７０に供給する。油圧力により
ピストン７２がリターンスプリング７４を圧縮して下降
し、そのピストンロッドが吸入弁４６を強制的に開放す
る。この状態では、シリンダ１４の内部が常時大気圧に
連通するので、ピストン２４が往復摺動しても吸入空気
は圧縮されず、エアコンプレッサ１０は実質的に無負荷
運転を行なう。

【００１９】エアコンプレッサ１０の負荷運転中、ピス
トン２４が圧縮行程を終り上死点から吸入行程に移行す
ると、シリンダ１４のすき間容積内に残存する圧縮空気
によってピストン２４が押し下げられ、コネクティング
ロッド２８及びクランク軸１６を介して駆動歯車２２に
反対トルクが作用する。このため従来のエアコンプレッ
サでは、同駆動歯車２２と噛合しているクランク歯車６
６（又はアイドラギヤ）の歯面間のバックラッシュに基
因して、両歯車の歯面が衝撃的に当接し、歯打ちによる
著しい騒音が発生する。図２は、縦軸にシリンダ１４内
の空気圧力をとり、横軸にクランク軸θ_ｃをとって示し
た圧力−クランク角線図である。図中実線の曲線Ｐ_１が
従来のコンプレッサの筒内圧力を示している。ピストン
２４が圧縮行程に入ると、ａ−ｂ線で示すように筒内圧
力が増大し、ｂ点で吐出弁４０が開いて圧縮上死点ＴＤ
Ｃ（クランク角Ｏ）まで、圧縮された空気を圧縮空気貯
溜源３４に圧送する。上死点ＴＤＣを越えてピストン２
４が 下降行程に入ると、筒内圧力はｃ−ｄ線に沿って
低下し、線ｄ−ｅで示されるように、筒内圧力Ｐ_ｃは大
気圧より僅かに高い残圧のレベルに低下する。図３は、
縦軸に駆動歯車２２の負荷トルクＴ_ｑをとり、横軸にク
ランク角θ_ｃをとって示したトルク−クランク角線図で
あり、図２と同様に実線Ｔ_１が従来のエアコンプレッサ
のトルク変化を示している。図中ａ′−ｂ′線（図２の
ａ−ｂ線に対応）で示されているように、圧縮空気の吐
出が始まるｂ′点まで、駆動歯車２２は正の負荷トルク
が増大し、圧縮空気の吐出中は、単に圧縮空気を送り出
すだけで加圧が行なわれないので上死点ＴＤＣまで負荷
トルクが急速に低減する。続いてピストン２４が上死点
ＴＤＣを越えると、前述した残存圧縮空気の膨張のた
め、図中に線ｃ′−ｄ′で示されているように負のトル
ク即ち反対トルクが駆動歯車２２に作用し、この反対ト
ルクが大きいため、歯打ちにより大きな騒音が発生して
いたのである。

【００２０】一方、上述した本発明の構成では、ピスト
ン２４が圧縮上死点ＴＤＣに達すると、クランク角セン
サ６２の信号に基づきコントローラ又は制御装置６０が
弁装置５０に対し駆動出力を供給し、ソレノイド５６が
付勢される。ソレノイト５６の付勢により弁スプリング
５８を圧縮してアーマチャ５４が、図１の休止位置から
上方に引上げられ、弁部材５２が空気通路４８を開放す
る。このためシリンダ１４のすき間容積内に残存してい
た圧縮空気が、空気通路４８から吸入通路４２を経て大
気に流出し、筒内圧力Ｐ_ｃは、図２において点線Ｐ_２で
示されているように急速に低減する。この筒内圧力の急
速な低減に相応して、図３に点線Ｔ_２で示されているよ
うに駆動歯車２２に作用する反対トルク即ち負のトルク
が大巾に減少し、駆動歯車２２及び協働するクランク歯
車６６（又はアイドラギヤ）の歯面相互間の衝撃的な当
接が極めて有効に緩和され、前記と同一の行程容積、圧
縮比、定格回転数の大型トラック用エアコンプレッサの
場合、２ないし３デシベルの騒音低減効果が得られるこ
とが確認された。

【００２１】また、上記弁装置５０の開弁期間は、ピス
トン２４の圧縮上死点ＴＤＣから下死点ＢＴＣまでの
間、換言すれば圧縮行程の開始直前まで開いていても差
支えないのであるが、図２及び図３の線図から明らかな
ように、筒内圧の低減は、個々のエアコンプレッサ１０
の構造、例えば空気通路４８の通路抵抗や、すき間容積
の大きさ（即ち残存圧縮空気量）、圧縮比等の諸元によ
り多少変化はあるが、一般に圧縮上死点ＴＤＣ後、クラ
ンク角にして３０度以内、好ましくは１５度の範囲内で
十分であり、その後は徒らにソレノイド５６の電力を消
費するだけであって、同ソレノイドの耐久性に悪影響を
与えるので、特定のエアコンプレッサ１０について、図
２及び図３のような筒内圧力及び反対トルクの状況を調
べ、有効な開弁期間を決定すれば良い。

【００２２】次に、図２は本発明の第２実施例を示して
いる。この実施例では、シリンダヘッド３２内に、吸入
通路４２及び吐出通路３６とは別個の独立した直線的な
空気通路４８が設けられ、同空気通路４８はシリンダ１
４側に拡径した弁室８２を具えている。

【００２３】第１実施例と同様に電磁弁からなる弁装置
は、弁ハウジング８４内に収容されたソレノイド５６
と、同ソレノイド５６により駆動されるアーマチャ５４
と、同アーマチャ５４と一体に形成されて上記空気通路
４８内に遊挿された弁軸８６と、同弁軸８６の下端に配
設され、上記弁室８２内に収容された円板状の弁部材５
２と、上記アーマチャ５４及び弁軸８６を介して弁部材
５２を図示の閉弁位置に向い弾性的に付勢する弁スプリ
ング５８とを具え、上記空気通路４８は、弁ハウジング
８４の下端外周壁に穿設された複数の通気孔８８を介し
て直接大気に連通している。

【００２４】この実施例における弁装置５０の作動態様
は、上記第１実施例と実質的に同等であり、ピストン２
４が圧縮上死点ＴＤＣを越えた直後、適宜期間ソレノイ
ド５６が付勢されることによって、アーマチャ５４が弁
スプリング５８に抗して引き下げられ、弁部材５２が図
中点線で示すように開放される。弁部材５２の開放によ
り、シリンダ１４内の残存圧縮空気が空気通路４８を通
り弁ハウジング８４の通気孔８８から急速に大気に排出
されるので、駆動歯車２２及びクランク歯車６６（又は
アイドラギヤ）の歯打ちによる騒音の発生が効果的に低
減される。なお、この実施例では、空気通路４８が直線
的に形成されるので、加工が容易であり製造コストが安
い利点がある。

【００２５】上記第１及び第２実施例においては、弁装
置５０として開閉タイミング及び開放時間等の制御が最
も容易な電磁弁が例示されているが、アンローダ装置６
８と同様な油圧シリンダ装置をアクチュエータとした油
圧応動弁、或いは圧縮空気を作動媒体とする空気式アク
チュエータを有する弁装置等を適宜に代替採用すること
ができる。また、上記実施例では、エアコンプレッサ１
０の吐出弁４０及び吸入弁４６が板弁として形成された
構成が例示されているが、本発明は、吐出弁及び吸入弁
として、リード弁、きのこ弁等を用いた往復式エアコン
プレッサに広く適用することができる。

【００２６】

【発明の効果】叙上のように、本発明に係るエアコンプ
レッサ装置は、シリンダ内に吸入された空気を加圧して
圧送するピストンが、車両用エンジン等の駆動源により
歯車装置を介して回転されるクランク軸に連結されて往
復駆動されるエアコンプレッサにおいて、上記シリンダ
の内部と大気とを連通させることができる空気通路と、
同空気通路内に設けられ上記シリンダと大気との連通を
制御する弁装置と、上記ピストンが圧縮上死点から下死
点に向う吸入行程の初期に上記弁装置を開き、シリンダ
内の残存圧縮空気を上記空気通路から大気に流出させる
制御装置とを設けたことを特徴とし、エアコンプレッサ
の運転中に発生する上記歯車装置の歯打ちに基づく騒音
を効果的に低減することができる構造簡単かつ作動確実
で耐久性が優れたエアコンプレッサ装置を提供すること
ができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す断面図である。

【図２】図１に示したエアコンプレッサ装置の筒内圧力
とクランク角との関係を、従前の同種コンプレッサ装置
と対比して示した線図である。

【図３】図１に示したエアコンプレッサ装置の駆動歯車
に作用するトルクとクランク角との関係を、従前の同種
コンプレッサ装置と対比して示した線図である。

【図４】本発明の第２実施例を示す要部断面図である。

【符号の説明】

１０…エアコンプレッサ、１２…クランクケース、１４
…シリンダ、１６…クランク軸、２２…駆動歯車、２４
…ピストン、３２…シリンダヘッド、３４…圧縮空気貯
溜源、３６…吐出通路、４０…吐出弁、４２…吸入通
路、４６…吸入弁、４８…空気通路、５０…弁装置、６
０…コントローラ（制御装置）、６２…クランク角セン
サ、６６…クランク歯車、６８…アンローダ装置。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダ内に吸入された空気を加圧して
   圧送するピストンが、車両用エンジン等の駆動源により
   歯車装置を介して回転されるクランク軸に連結されて往
   復駆動されるエアコンプレッサにおいて、上記シリンダ
   の内部と大気とを連通させることができる空気通路と、
   同空気通路内に設けられ上記シリンダと大気との連通を
   制御する弁装置と、上記ピストンが圧縮上死点から下死
   点に向う吸入行程の初期に上記弁装置を開き、シリンダ
   内の残存圧縮空気を上記空気通路から大気に流出させる
   制御装置とを設けたことを特徴とするエアコンプレッサ
   装置。
2. 【請求項２】 上記制御装置が、上記クランク軸の回転
   角を検知するセンサの信号に基づきピストンの吸入行程
   初期に上記弁装置に駆動信号を出力するように構成され
   ていることを特徴とする請求項１記載のエアコンプレッ
   サ装置。
3. 【請求項３】 上記シリンダの一側開口端に、その一端
   が大気と連通し、かつ他端が吸入弁を介して上記シリン
   ダに連通する吸入通路と、その一端が圧縮空気貯溜源に
   連通しかつ他端が吐出弁を介して上記シリンダに連通す
   る吐出通路を具えたシリンダヘッドが装着され、同シリ
   ンダヘッド内に、上記空気通路が配設されていることを
   特徴とする請求項１記載のエアコンプレッサ装置。
4. 【請求項４】 上記空気通路が、その一端をシリンダに
   連通されると共に、他端を上記吸入弁の上流側において
   上記吸入通路に連通された通路であることを特徴とする
   請求項３記載のエアコンプレッサ装置。
5. 【請求項５】 上記ピストンが圧縮上死点を越え吸入行
   程に移行した直後、好ましくはクランク角度にして上死
   点から１５度の範囲で、上記制御装置が上記弁装置を開
   くように構成されていることを特徴とする請求項２記載
   のエアコンプレッサ装置。
6. 【請求項６】 上記弁装置が、上記空気通路を開閉する
   弁部材に連結され又は同弁部材と一体に形成されたアー
   マチャと、同アーマチャを介し上記弁部材を開閉制御す
   るソレノイドとを有する電磁弁であることを特徴とする
   請求項１記載のエアコンプレッサ装置。
7. 【請求項７】 上記空気通路が、上記吸入通路及び吐出
   通路とは別個の独立の通路として上記シリンダヘッド内
   に形成され、同空気通路のシリンダ側の開口端に隣接し
   て形成された弁室内に上記弁装置の弁部材が配設された
   ことを特徴とする請求項３記載のエアコンプレッサ装
   置。