JPH0716056Y2

JPH0716056Y2 - コンプレッサを含む空気圧回路

Info

Publication number: JPH0716056Y2
Application number: JP1987047457U
Authority: JP
Inventors: 修一武馬; 信隆大和; 修武田; 肇上前
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1987-03-30
Filing date: 1987-03-30
Publication date: 1995-04-12
Anticipated expiration: 2002-03-30
Also published as: EP0285099B1; DE3871839T2; EP0285099A1; DE3871839D1; JPS63154782U; US4911617A

Description

【考案の詳細な説明】考案の目的［産業上の利用分野］本考案は、例えば車両のエアサスペンション用回路等の
コンプレッサを含む空気圧回路の起動・運転エネルギの
低減に関するものである。

［従来の技術］空気圧を利用したエアサスペンションはそのサスペンシ
ョン特性を変化させることが比較的簡単であるところか
ら、特に車両において、電子制御装置と組み合わせて高
度な制御を行う場合によく用いられる。

このようなエアサスペンションによる車高調整のための
回路の構成及び作用の一例は特公昭50-28589号公報に明
らかにされている。この回路では、空気圧源としてのコ
ンプレッサの他、高圧及び低圧のタンクを備え、各車輪
のエアサスペンションの空気室には高圧タンクから空気
を供給し、エアサスペンションから排出した空気は低圧
タンクへ戻すようにしている。コンプレッサは低圧タン
ク内の空気を圧縮して高圧タンクに供給するため、系全
体の運転エネルギの低減が図られている。

［考案が解決しようとする問題点］このようなコンプレッサの運転エネルギの低減効果も、
レシプロ・ピストン・タイプのコンプレッサでは未だ十
分ではない。すなわち、このタイプのコンプレッサでは
クランクケース側は通常周辺大気と連通しているため、
ピストン両側での圧力差が大きく、圧縮行程の際の負荷
及びエネルギロスが大きい。

例えば実公昭45-19726号公報には、密閉状のクランクケ
ース側と吸入口側とを連通する連通孔を設けて吸入口側
の空気圧をクランクケース側に導入することにより、ク
ランクケース側の圧力を吸入口側の圧力とバランスさせ
る技術が開示されている。しかしながら、この実公昭45
-19726号公報に記載の技術では、吸入口側の圧力が大気
圧よりも低下した際には、圧縮行程におけるピストンの
両側の圧力差がかえって大きくなり圧縮行程の負荷が増
加してしまうことがあった。

本考案はこのような従来のコンプレッサの起動・運転時
の負荷を低減し、効率の良い空気圧回路を実現するため
になされたものである。

考案の構成［問題点を解決するための手段］上記従来技術の問題点を解決するためになされた本考案
は、摺動可能なピストンにより２室に分離されたシリンダと
該シリンダの一方の室に設けられた弁を持つ吸入口及び
排出口を有し、該吸入口より空気を吸入し、該ピストン
により該空気を圧縮して該排出口より排出するコンプレ
ッサと、上記吸入口に空気を導く吸入路と、該吸入路と
上記シリンダの他方の室とを連通する連通路とを備えた
空気圧回路において、上記排出口から排出された空気を供給されて作動する空
気圧機構と、該空気圧機構から排出される空気を大気圧以上に保持し
て蓄積すると共に該蓄積した空気を上記吸入路へ供給す
る空気タンクと、上記吸入路と上記空気タンクとの間に介装されその開閉
に応じて上記空気タンクからの空気の供給を通断する供
給通断弁と、上記吸入路の空気圧が大気圧より低いと開弁して上記吸
入路への大気の流入を許す大気逆止弁とを設けたことを
特徴とするコンプレッサを含む空気圧回路をその要旨と
するものである。

［作用］コンプレッサは次のような行程を繰り返す。

吸入行程：吸入口・排出口のある室（第１室と呼ぶ）を
拡張し、他方の室（第２室）を縮小するように、ピスト
ンが外部動力により移動される。このとき、吸入口の弁
が開放され、吸入路からの空気が第１室に導入される。
排出口の弁は閉鎖されている。吸入口と第２室とが連通
路を介して連通しているので第１室と第２室とが連通す
ることになり、第１室と第２室の圧力差、すなわちピス
トン両側の圧力差はなく、ピストンを移動させるための
必要動力は吸入口での流通抵抗とピストンの摺動抵抗の
みである。

排出行程：上記吸入行程の場合と反対方向にピストンが
移動される。このとき、吸入口の弁は閉じられ、排出口
の弁が開放される。ただし、排出口の弁には調圧用のバ
ネが備えられ、排出空気が所定の高圧になるようにその
強さが調整されている。

排出口から排出された高圧空気は、空気圧機構を作動さ
せて仕事をする。具体的な例を挙げると、高圧空気は、
例えばエアサスペンションの空気室に供給されて車高調
節に使用される。この空気室から排出される空気はいま
だ大気圧以上となっており、この大気圧以上の空気は、
空気タンクに導かれ大気圧以上に保持されて蓄積され
る。

通常運転時には供給通断弁が開放され、空気タンクから
の大気圧以上の空気（以下、低圧空気と呼ぶ）が吸入路
を経て吸入口に供給される。このため、排出行程におい
ては、ピストンの両側の圧力差は、第２室側が上記の低
圧、第１室側が所定の高圧であるため、第２室側が従来
のように大気圧である場合に比べて小さい。従って、ピ
ストンを駆動する動力の負荷は小さくて済み、使用エネ
ルギも小さい。しかも大気圧以上の低圧空気を導入して
圧縮するので、大気を導入して圧縮する場合と比べて、
所定の高圧までの圧縮に要するエネルギは少なくて済
む。

他方、何等かの理由で空気タンク内の空気圧が大気圧以
下となった場合には、供給通断弁を閉として空気タンク
から吸入路への低圧空気の供給を停止すると、コンプレ
ッサの吸入行程では大気逆止弁が開放されて吸入路への
大気の流入が可能となるので、コンプレッサは大気を吸
入し圧縮することになる。この場合でも吸入行程におい
ては、上述のようにピストンを移動させるための必要動
力はきわめて少なくて済む。また、排出行程において
は、空気タンクの空気よりも相対的に高圧の大気を圧縮
することになるので、所定の高圧までの圧縮に要するエ
ネルギは少なくて済む。第１室と第２室の圧力差も、大
気圧以下となっている空気タンクの空気を導入した場合
と比較して小さくなるので、この点においてもピストン
の移動に要するエネルギを低めることができる。コンプ
レッサから排出された高圧空気は空気圧機構で仕事をし
た後空気タンクへ流入する。これにより、空気タンクの
圧力は上昇し大気圧以上となるので、上述の通常運転状
態に復帰する。

このように、コンプレッサから排出され空気圧機構を作
動させて何等かの仕事をした後においても大気圧以上の
圧力となっている空気を空気タンクに蓄積し、これをコ
ンプレッサの吸入口側へ供給するので、加圧空気の有効
利用が可能となると共にコンプレッサの稼動エネルギを
少なくすることができる。

また、何等かの理由で空気タンクの圧力が大気圧以下と
なった際には、コンプレッサの吸入口に空気タンクより
も相対的に高圧の大気を導入することができるのでコン
プレッサの負荷の増加を防止できる。

［実施例］本考案を自動車用のエアサスペンションシステムに適用
した例を以下に述べる。第１図は本システムの回路図で
ある。本システムは大別すると、圧縮空気給排気系10、
各車輪のサスペンション系20、22、24、26、及び高・低
圧リザーバタンクを含むリザーバ系30、32、に分けられ
る。本考案の空気圧機構に相当する４つのサスペンショ
ン系は左及び右前輪系20、22を含む前輪系統21と左及び
右後輪系24、26を含む後輪系統25との２つに分けられ、
リザーバ系30、32はその各々の系統21、25に備えられ
る。

前輪の左右サスペンション系20、22は給気配管40及び排
気配管41により接続される。後輪の左右サスペンション
系24、26も給気配管40R及び排気配管41Rにより接続され
る。

圧縮空気給排気系10と前輪系統21の給気配管40及び排気
配管41との間には給気及び排気配管42、43が接続され
る。また、前輪系統21と後輪系統25との間にも同様に給
気及び排気配管44、45が接続される。

圧縮空気給排気系10には吸入口１と排出口２とを備える
ポンプ３が備えられる。ポンプ３の吸入口１は本考案の
吸入路としての配管1aにより、本考案の大気逆止弁とし
ての逆止弁４を介して大気と連通するが、吸入口１と逆
止弁４との間の配管1aには、排気用配管43が本考案の供
給通断弁としてのフローコントロールリターンバルブ５
を介して接続される。配管1aには更に、本考案の連通路
としての配管1bによりポンプ３のピストン下部室3aが接
続される。

ポンプ３の排出口２は、配管2aにより、逆止弁６、エア
ドライヤ７、一方向絞り弁８、フローコントロールメイ
ンバルブ９を介して給気用配管42と連通する。給気側の
逆止弁６とエアドライヤ７との間には大気への排気弁11
が備えられる。同じく給気側の一方向絞り弁８とフロー
コントロールメインバルブ９との間と排気管43とはフロ
ーコントロールバイパスバルブ13を介して接続される。

ポンプ３の構造を第２図により更に詳しく述べる。ポン
プ３は大別して、モータ部210、クランク部230、シリン
ダ部250及びシリンダヘッド部270に分けられる。モータ
部210には電気により駆動されるモータ211があり、その
軸213はクランク部230に延びる。クランク部230内では
モータ軸213にクランク231が固定され、クランク231に
はベアリング233を介してコンロッド235が取り付けられ
る。コンロッド235はモータ軸213と直角方向にシリンダ
部250の方に延び、ピストンピン251によりピストン253
と連結される。ピストン253はシリンダ255内を第２図で
左右方向に摺動する。第２図でピストン253より右側の
クランク231の回転する空間が上記ピストン下部室3aで
ある。

クランク部230にはピストン下部室3aと外部とを連通す
るＢポート237が設けられ、ここに上述の配管1bが接続
される。

シリンダヘッド部270はシリンダ255のクランク側とは反
対側に固定され、シリンダ255を塞いでいる。シリンダ
ヘッド部270には吸入口（Ａポート）１と排出口（Ｃポ
ート）２とが設けられ、それらとシリンダ255との間に
は各々吸入弁271及び排出弁272が設けられている。いず
れの弁も押えバネにより常時閉塞位置に固定されている
が、吸入弁271はシリンダ側に移動可能であり、排出弁2
72はその反対側に移動可能である。排出弁272の押えバ
ネは所定の強さに調整されている。吸入口１は配管1aと
接続され、排出口２は配管2aと接続される。

第１図に戻り、その他の空圧回路部分の説明を行う。リ
ザーバ系30、32は同じ構造をとるため、前輪系統21のリ
ザーバ系30について説明を行う。リザーバ系30は高圧リ
ザーバタンク33と本考案の空気タンクとしての低圧リザ
ーバタンク34とを備える。高圧リザーバタンク33はフロ
ントリザーバ高圧用バルブ35を介して左右前輪のサスペ
ンション系20、22を接続する給気配管40に接続される。
低圧リザーバタンク34は、左右のサスペンション系20、
22を接続する排気配管41の中間に直接介挿される。各々
のタンク33、34には圧力センサ38、37及びリリーフバル
ブ36、39が設けられる。以後の説明の便宜のために、後
輪系統25のリザーバ系32及び配管の各々対応する要素に
は、前輪系における要素番号の後にＲを付ける。

各車輪のサスペンション系の構造・作用は同じであるた
め、左前輪のサスペンション系20について説明を行う。
サスペンション系20には、空気室50を有するエアサスペ
ンション本体54と、給気配管40に介挿されたレベリング
バルブ56と、排気配管41に介挿されたディスチャージバ
ルブ58とが含まれる。給気配管40と排気配管41はエアサ
スペンション本体54の空気室50の直前で合流し、そこに
圧力センサ64が備えられる。エアサスペンション本体54
は空気室50の他に減衰力可変のショックアブソーバ66を
も備えるため、減衰力変更のためのアクチュエータ68を
備える。エアサスペンション54は空気室50の上部52にお
いて図示せぬ車体と固定され、ショックアブソーバ66の
下方60において図示せぬサスペンションアームに固定さ
れている。以後の説明の便宜上、右前輪22、左後輪24、
右後輪26の各系における対応要素番号の後には各々FR、
RL、RRを付ける。

以上は空圧関係の回路の説明であるが、次に電気関係の
回路について簡単に説明する。上記各圧力センサは図示
せぬ電子制御装置に接続され、各タンク及び空気室の圧
力信号が電子制御装置に入力される。各車輪には図示せ
ぬ車高センサが備えられ、各車輪における車高値が同じ
く電子制御装置に入力される。また、上記の各ソレノイ
ドバルブはいずれも２位置電磁弁により構成され、通常
はバネにより第１図の通りの遮断位置に置かれている
が、電子制御装置からの駆動電流により連通状態に置か
れる。ポンプ３にはドライバ回路が接続され、又、この
ドライバ回路はさらに電子制御装置に接続される。

電子制御装置では各圧力センサ、車高センサ及びその他
のセンサからの入力信号を基に、車高調整、サスペンシ
ョン特性変更等のために予め定められたプログラムに従
って計算を行い、各車輪の空気室に供給すべき空気量或
いは空気室から排出すべき空気量を計算する。電子制御
装置はこのように計算された値に基づいて関連の２位置
電磁弁へ駆動電流を供給し、所定の車高調整、サスペン
ション特性変更及び車両姿勢制御を実行する。なお、こ
れに際し、ショックアブソーバ66の減衰力も変更され
る。又、高圧リザーバタンク33、33Rの圧力センサ38、3
8Rにより検出される圧力信号に基づき、必要な時期にポ
ンプ３のドライバ回路に指令信号を出し、モータ211を
回転させる。

以下、車高調整時の本システムの作動を説明する。各車
輪に設けられた車高センサからの信号により、車高があ
る量だけ低下したと判断したときは、電子制御装置は所
定のルーチンの実行を開始し、車高を元に戻すための制
御を以下の通り行う。

先ず、検出された車高低下量を補償するために必要な、
各サスペンションの空気室への空気供給量を計算する。
この空気供給量に基づき、各バルブ、例えば前輪系統21
ではフロントリザーバ高圧用バルブ35、前左レベリング
バルブ56及び前右レベリングバルブ56FRを開放すべき時
間を算出し、その時間だけ各バルブのソレノイドに励磁
電流を流す。後輪系統25においても同様である。これに
より、高圧リザーバタンク33、33Rより高圧空気が各車
輪のエアサスペンションの空気室に供給され、車高低下
の補償が行われる。所定の時間後にバルブは遮断され、
車高調整が終了する。

車高を低下させる場合の作用もほぼ同様であるが、各車
輪の空気室50、50FR、50RL、50RRから排出された空気は
低圧リザーバタンク34、34Rへ蓄積される。低圧リザー
バタンク34、34R内の圧力はリリーフバルブ39、39′に
より大気圧以上の所定圧力に保たれる。ただし、この圧
力は当然各エアサスペンションの空気室内の平均圧力
（エアサスペンションの静止時の内圧）よりは低い。

車高上昇を行つた後は、それにより各高圧リザーバタン
ク33、33R内の空気圧力が多少低下しているため、圧縮
空気給排気系10から両高圧リザーバタンク33、33Rへ空
気の補給を行う。このときには、各エアサスペンション
系のレベリングバルブ56等とディスチャージバルブ58等
は共に遮断位置にされ、フロントリザーバ高圧用バルブ
35及びリアリザーバ高圧用バルブ35Rが連通位置にされ
る。又、フローコントロールリターンバルブ５も連通位
置にされる。

電子制御装置からの指令によりドライバ回路から作動電
流が供給されると、ポンプ３のモータ211が回転を行
い、ピストン253がシリンダ255内を往復する。

ピストン253がクランク部230の方に移動するとき（吸入
行程）には、吸入弁271がバネの力に抗して開放され、
配管1aからの空気が吸入される。このとき、フローコン
トロールリターンバルブ５が連通位置に置かれているた
め、低圧リザーバタンク34、34R内の低圧空気が配管1a
に導入される。前述の通り、低圧リザーバタンク34、34
R内の空気圧は大気圧よりは高いため、逆止弁４は閉塞
され、周辺大気はシリンダ255内には導入されない。従
って、配管1aが配管1bによりピストン下部室3aとも連通
しているため、ピストン253の両側の圧力差は無く、モ
ータ211には大きな負荷が掛からない。

ピストン253がシリンダヘッド部270の方に移動するとき
（排出行程）には、排出弁272がバネの力に抗して開放
され、シリンダ255内に吸入された空気が配管2aへ排出
される。このとき、吸入弁271はシリンダ内空気圧によ
り閉塞される。また、排出弁272のバネの強さにより、
排出される空気の圧力は所定の高圧になる。このとき
も、配管1bによりピストン下部室３には低圧空気が導入
されているため、ピストン253の両側の圧力差は高圧マ
イナス低圧となり、ピストン下部室3aが周辺大気と連通
している場合と比べると、モータ211に掛かる負荷は小
さくて済む。

以上の通り、ポンプ３のピストン下部室3aが吸入口側の
空気圧を導入しているため、特に排出行程においてポン
プモータ211の負荷が小さくて済む。従って、ポンプ起
動時及び運転時のエネルギが少なくて済む他、より小型
のポンプモータ211を使用することができる。

さらに、初回起動時やメンテナンス直後等、何等かの事
情で低圧リザーバタンク34、34Rの空気圧が大気圧以下
となった低い場合には、フローコントロールリターンバ
ルブ５を遮断して低圧リザーバタンク34、34Rからの低
圧空気の供給を停止すると、ポンプ３の吸入行程では逆
止弁４が開弁して配管1aからポンプ３へ大気が導入され
る。したがって、ポンプ３へは、低圧リザーバタンク3
4、34Rの空気圧よりも相対的に高圧の大気が導入される
ので、低圧リザーバタンク34、34Rの空気圧が大気圧以
下となってもポンプ３の昇圧効率は低下せず、負荷も増
加しない。

このようにして、ポンプ３により加圧された空気は逆止
弁６、ドライヤ７を通って水分を除去された後、一方向
絞り弁８を抵抗なく通過し、連通位置にされたフローコ
ントロールメインバルブ９を介して給気配管に42に供給
される。給気配管42は前輪系統21の給気配管40に接続
し、前輪系統21の給気配管40と後輪系統25の給気配管40
Rとは前後間給気配管44により接続されているため、圧
縮空気給排気系10から供給される高圧空気はフロントリ
ザーバ高圧用バルブ35及びリアリザーバ高圧用バルブ35
Rを介して一度に両高圧リザーバタンク33、33Rに充填さ
れ、前述のように車高調整に使用された後、低圧リザー
バタンク34、34Rに蓄積される。

なお、高圧リザーバタンク33、33Rは蓄圧用のアキュム
レータとして機能し、ポンプ３の稼動効率を高めるが、
これらを装備しない構成としてもよい。

考案の効果本考案の空気圧回路では、コンプレッサのシリンダの圧
縮側と反対側の室と吸入路とを連通する連通路を設けて
いるので、吸入行程においてはピストンの両側の圧力差
が事実上なくなり、ピストンの駆動エネルギは少なくて
済む。

コンプレッサから排出された加圧空気に空気圧機構を作
動させて所望の仕事をさせた後、その一部または全部を
空気タンクにて大気圧以上に保持して蓄積すると共に該
蓄積した空気をコンプレッサの吸入路へ再度供給する。
このため、圧縮行程でのコンプレッサの負荷は低減され
ると共に、加圧空気の有効利用が可能となる。

また、吸入路と空気タンクとの間に介装された供給通断
弁を閉とすれば、コンプレッサの吸入口には大気逆止弁
を経て大気が供給される。したがって、何等かの事情で
空気タンクの圧力が大気圧以下となった際には供給通断
弁を閉じて、コンプレッサに、空気タンクの圧力よりも
相対的に高圧の大気を導入できるので、圧縮行程におけ
るコンプレッサの負荷の増加を防止できる。この場合で
も吸入行程においては、上述のようにピストンを移動さ
せるための必要動力はきわめて少なくて済む。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例である車両のエアサスペンショ
ンシステムの回路図、第２図はそのシステムに用いられ
るポンプの構造を示す一部断面図である。１……吸入口、1a……配管（吸入路）、1b……配管（連
通路）、２……排出口、2a……配管、３……ポンプ（コ
ンプレッサ）、3a……ピストン下部室、４……大気逆止
弁、５……供給通断弁、10……圧縮空気給排気系 20,22,24,26……サスペンション系（空気圧機構） 33,33R……高圧リザーバタンク 34,34R……低圧リザーバタンク（空気タンク） 211……モータ、237……Ｂポート、253……ピストン、2
55……シリンダ、271……吸入弁、272……排出弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者武田修愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)考案者上前肇愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (56)参考文献実公昭45−19726（ＪＰ，Ｙ１)

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】摺動可能なピストンにより２室に分離され
たシリンダと該シリンダの一方の室に設けられた弁を持
つ吸入口及び排出口を有し、該吸入口より空気を吸入
し、該ピストンにより該空気を圧縮して該排出口より排
出するコンプレッサと、上記吸入口に空気を導く吸入路
と、該吸入路と上記シリンダの他方の室とを連通する連
通路とを備えた空気圧回路において、上記排出口から排出された空気を供給されて作動する空
気圧機構と、該空気圧機構から排出される空気を大気圧以上に保持し
て蓄積すると共に該蓄積した空気を上記吸入路へ供給す
る空気タンクと、上記吸入路と上記空気タンクとの間に介装されその開閉
に応じて上記空気タンクからの空気の供給を通断する供
給通断弁と、上記吸入路の空気圧が大気圧より低いと開弁して上記吸
入路への大気の流入を許す大気逆止弁とを設けたことを
特徴とするコンプレッサを含む空気圧回路。