JP2017200802A

JP2017200802A - 補助ブレーキ装置

Info

Publication number: JP2017200802A
Application number: JP2016093110A
Authority: JP
Inventors: 英樹長田; Hideki Osada
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2016-05-06
Filing date: 2016-05-06
Publication date: 2017-11-09

Abstract

【課題】エアコンプレッサを用いて、ブレーキ力を向上できるようにする。
【解決手段】入力シャフト１１と、シリンダ１３と、ピストン１４と、吸気ポート１５と、吐出ポート１６と、吸気バルブ１７と、吐出バルブ１８と、を備えるエアコンプレッサ１０と、ブレーキをオンする状態である否かを検出するブレーキ状態検出部７１と、オン操作が検出された場合に、ピストン１４の下降行程において、シリンダ１３内が負圧状態となるように吸気バルブ１７及び吐出バルブ１８を閉弁状態に制御した後、吐出バルブ１８を閉弁状態に維持しつつ吸気バルブ１７を開弁状態に制御し、ピストン１４の上昇行程において、吸気バルブ１７及び吐出バルブ１８を閉弁状態に制御した後、ピストン１４が上死点近傍に移動した場合に、吸気バルブ１７又は吐出バルブ１８の少なくとも一方を開弁状態に制御するバルブ制御部７２と、を備えるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンの駆動力により圧縮空気を供給するエアコンプレッサを備え、エアコンプレッサを用いて車両のブレーキ補助を行う補助ブレーキ装置に関する。

従来、トラック、バス等の大型車両では、圧縮空気を蓄積し、その圧縮空気をエアブレーキ装置や車高調整装置等に供給するようにしている。

この種の車両においては、エンジンの動力で駆動するエアコンプレッサを備えており、エアコンプレッサによって圧縮された空気は、エアタンクに充填され、エアタンクからエアブレーキ装置等に供給される。

例えば、エアタンクに充填された圧縮空気を利用して、車両のブレーキ力を高める技術として、エンジンにエアを供給する吸気管にエアタンクの圧縮空気を供給することにより、吸気ブースト圧を高め、圧縮解放ブレーキによる吸収エネルギを増大させて、ブレーキ力を高める技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

実公昭６３−３８３３７号公報

例えば、特許文献１には、エアタンクの圧縮空気をエンジンに供給することにより、吸気ブースト圧を高め、圧縮解放ブレーキによる吸収エネルギを増大させるようにして、ブレーキ力を高めるようにしている。

ところが、ターボチャージャを備えるエンジンシステムでは、ターボチャージャによる過給により、エアタンクの圧縮空気を用いずとも、エンジンのバルブ等の耐久性の問題を考慮すると限界と考えられる程度に十分に高い吸気ブースト圧を実現することができるようになっている。

したがって、圧縮解放ブレーキによる吸収エネルギを、吸気ブースト圧を高めることにより増加させることは限界にきていると考えられる。

一方、大型車両においては、ブレーキ力を高めることが必要であるが、コスト面等を考慮すると、簡易な構成や、既存の構成の変更等により、ブレーキ力を高めることが好ましい。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、エアコンプレッサを用いて、ブレーキ力を向上することのできる技術を提供することを目的とする。

上記した目的を達成するため、本発明の一観点に係る補助ブレーキ装置は、エンジンのクランクシャフトとの間で駆動力を伝達可能な入力シャフトと、所定方向に延びて形成されたシリンダと、シリンダ内に所定方向に往復移動可能に装填され、シャフトの回転を往復移動に変換可能であると共に、往復移動を前記シャフトの回転に変換可能なピストンと、外部とシリンダ内とを連通可能な吸気ポートと、圧縮空気を蓄積するエアタンクとシリンダ内とを連通可能な吐出ポートと、吸気ポートとシリンダとの間を開閉可能な吸気バルブと、吐出ポートとシリンダとの間を開閉可能な吐出バルブと、を備えるエアコンプレッサと、ブレーキをオンする状態であるか否かを検出するブレーキ状態検出手段と、ブレーキをオンする状態であることが検出されている場合に、ピストンが下降する行程において、シリンダ内が負圧状態となるように吸気バルブ及び吐出バルブを閉弁状態とするようにした後、吐出バルブを閉弁状態に維持しつつ吸気バルブを開弁状態とするようにし、ピストンが上昇する行程において、吸気バルブ及び吐出バルブを閉弁状態とするようにした後、ピストンが上死点近傍に移動した場合に、吸気バルブ又は吐出バルブの少なくとも一方を開弁状態とするように制御するバルブ制御手段と、を備える。

上記補助ブレーキ装置において、バルブ制御手段は、ピストンが上昇する行程において、ピストンが上死点近傍に移動した場合に、吐出バルブのみを開弁状態とするように制御するようにしてもよい。

また、上記補助ブレーキ装置において、入力シャフトの回転角を特定可能な回転角情報を検出する回転角センサを更に備え、バルブ制御手段は、回転角センサにより検出された回転角情報に基づいて、ピストンの行程を特定するようにしてもよい。

本発明によれば、エアコンプレッサを用いて、ブレーキ力を向上することができる。

本発明の一実施形態に係る補助ブレーキ装置を示す模式的な構成図である。本発明の一実施形態に係る通常圧縮動作を実行する際における通常圧縮用バルブ制御を説明する図である。本発明の一実施形態に係る補助ブレーキ動作を実行する際における補助ブレーキ用バルブ制御を説明する図である。本発明の一実施形態に係る補助ブレーキ装置による補助ブレーキ制御処理のフローチャートである。

以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態に係る補助ブレーキ装置を説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

図１は、本発明の一実施形態に係る補助ブレーキ装置を示す模式的な構成図である。

補助ブレーキ装置１は、駆動源の一例としてのエンジン２と、エアコンプレッサ１０と、エアドライヤ２０と、エアタンク３０と、これらを接続する複数本のエア配管５０〜５３と、エンジン回転数センサ６１と、車速センサ６２と、アクセル開度センサ６３と、ブレーキペダルセンサ６４と、ＥＣＵ（コントローラ）７０とを備えている。

エアコンプレッサ１０は、エンジン２から伝達される動力で駆動されて圧縮空気をエアタンク３０に供給する通常圧縮動作と、エンジン２に与える負荷を通常圧縮動作よりも増加させて、エンジン２のクランクシャフト３の回転を抑制させる補助ブレーキ動作とを選択的に実行可能である。エアコンプレッサ１０は、エンジン２のクランクシャフト３にギヤ４、アイドルギヤ５、及び入力ギヤ６を介して接続された入力シャフトの一例としての回転軸１１と、回転軸１１にコンロッド１２を介して連結されて、シリンダ１３内を往復移動可能に収容されたピストン１４と、シリンダ１３内と外気側（外気側の配管５０）とを連通可能な吸気ポート１５と、シリンダ１３内とエアタンク３０（エアタンク３０側の配管５１）とを連通可能な吐出ポート１６と、吸気ポート１５とシリンダ１３内との間を開閉可能な吸気バルブ１７と、吐出ポート１６とシリンダ１３内との間を開閉可能な吐出バルブ１８とを備えている。

吸気バルブ１７は、電磁ソレノイド弁であり、弁体１７Ａと、弁体１７Ａが一端に接続されているシャフト１７Ｂと、弁体１７Ａをシリンダ１３内と吸気ポート１５とを閉弁する方向（上方向）に付勢するスプリング１７Ｃと、シャフト１７Ｂに固定され、スプリング１７Ｃの位置を規制するスプリング押え１７Ｄと、シャフト１７Ｂに固定されたプランジャ１７Ｅと、プランジャ１７Ｅの周囲を取り囲むコイル１７Ｆと、コイル１７Ｆを収容するケース１７Ｇとを備えている。

コイル１７Ｆへの電流の供給が開始されると、プランジャ１７Ｅが下方に引き寄せられ、これに伴ってシャフト１７Ｂがスプリング１７Ｃの付勢力に抗して下方に移動し、弁体１７Ａを開弁する。一方、コイル１７Ｆへの電流の供給が停止されると、プランジャ１７Ｅが下方に引き寄せられないので、これに伴ってシャフト１７Ｂがスプリング１７Ｃの付勢力により上方に移動し、弁体１７Ａを閉弁する。

吐出バルブ１８は、電磁ソレノイド弁であり、弁体１８Ａと、弁体１８Ａが一端に接続されているシャフト１８Ｂと、弁体１８Ａをシリンダ１３内と吐出ポート１６とを閉弁する方向（上方向）に付勢するスプリング１８Ｃと、シャフト１８Ｂに固定され、スプリング１８Ｃの位置を規制するスプリング押え１８Ｄと、シャフト１８Ｂに固定されたプランジャ１８Ｅと、プランジャ１８Ｅの周囲を取り囲むコイル１８Ｆと、コイル１８Ｆを収容するケース１８Ｇとを備えている。

コイル１８Ｆへの電流の供給が開始されると、プランジャ１８Ｅが下方に引き寄せられ、これに伴ってシャフト１８Ｂがスプリング１８Ｃの付勢力に抗して下方に移動し、弁体１８Ａを開弁する。一方、コイル１８Ｆへの電流の供給が停止されると、プランジャ１８Ｅが下方に引き寄せられないので、これに伴ってシャフト１８Ｂがスプリング１８Ｃの付勢力により上方に移動し、弁体１８Ａを閉弁する。

エアドライヤ２０は、配管５１を介してエアコンプレッサ１０に接続されており、エアコンプレッサ１０から供給される圧縮空気に含まれる水分を除去する。これらエアコンプレッサ１０とエアドライヤ２０とを接続する配管系には、逆止弁２１が設けられている。また、エアドライヤ２０は、配管５２を介してエアタンク３０に接続されている。

エアタンク３０には、エアドライヤ２０によって水分を除去された圧縮空気が充填される。エアタンク３０内の圧縮空気は、配管５３を介して、図示しないエアブレーキ装置や車高調整装置等に供給される。

エンジン回転数センサ６１は、エンジン２のクランクシャフト３の回転角及び回転数を検出し、検出結果をＥＣＵ７０に出力する。本実施形態では、クランクシャフト３と、回転軸１１とは、ギヤ４，５，６を介して接続されているので、クランクシャフト３の回転角に基づいて、回転軸１１の回転角を特定することができる。この回転軸１１の回転角からは、回転軸１１に接続されたピストン１４の位置及び移動方向、すなわち行程を特定することができる。

車速センサ６２は、補助ブレーキ装置１を搭載している車両の速度（車速）を検出し、検出結果をＥＣＵ７０に出力する。アクセル開度センサ６３は、図示しないアクセルペダルの踏み込み量からアクセル開度を検出し、検出結果をＥＣＵ７０に出力する。ブレーキペダルセンサ６４は、図示しないブレーキペダルが踏まれた（オンされた）ことを検出し、検出結果をＥＣＵ７０に出力する。

ＥＣＵ７０は、エアコンプレッサ１０の動作を制御する装置であり、公知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入力ポート、出力ポート等を備えて構成されている。また、ＥＣＵ７０は、ブレーキ状態検出手段の一例としてのブレーキ状態検出部７１と、バルブ制御手段の一例としてのバルブ制御部７２とを一部の機能要素として有する。これら各機能要素は、一体のハードウェアであるＥＣＵ７０に含まれるものとして説明するが、これらの何れか一部を別体のハードウェアに設けることもできる。

ブレーキ状態検出部７１は、車速センサ６２、アクセル開度センサ６３、ブレーキペダルセンサ６４等からの検出値に基づいて、ブレーキをオンする状態（ブレーキオン状態）か否かを判定する。本実施形態では、ブレーキ状態検出部７１は、例えば、ブレーキペダルセンサ６４によるセンサ値が、ブレーキペダルがオンであることを示している場合や、車速センサ６２による車速が所定の速度以上であり、且つアクセル開度センサ６３による開度が０に変わった場合を、ブレーキをオンする状態であると判断している。ブレーキ状態検出部７１は、ブレーキオン状態であることを検出している場合には、その旨をバルブ制御部７２に通知する。

バルブ制御部７２は、吸気バルブ１７及び吐出バルブ１８に供給する電力を制御することにより、吸気バルブ１７及び吐出バルブ１８の弁の状態を制御する。本実施形態では、バルブ制御部７２は、ブレーキ状態検出部７１によりブレーキオン状態である旨の通知を受けていない場合には、エアコンプレッサ１０が通常圧縮動作を実行するようにするためのバルブ制御（通常圧縮用バルブ制御）を実行する一方、ブレーキ状態検出部７１によりブレーキオン状態である旨の通知を受けている場合には、エアコンプレッサ１０が補助ブレーキ動作を実行するようにするためのバルブ制御（補助ブレーキ用バルブ制御）を実行する。

次に、バルブ制御部７２による通常圧縮用バルブ制御と、補助ブレーキ用バルブ制御とについて説明する。

図２は、本発明の一実施形態に係る通常圧縮動作を実行する際における通常圧縮用バルブ制御を説明する図である。図３は、本発明の一実施形態に係る補助ブレーキ動作を実行する際における補助ブレーキ用バルブ制御を説明する図である。

まず、通常圧縮動作及びその際の通常圧縮用バルブ制御について説明する。

ピストン１４の下降行程においては、バルブ制御部７２は、図２（Ａ）に示すように、ピストン１４が上死点近傍（上死点又はその近傍）に位置する時点において、吐出バルブ１８を閉弁状態とし、吸気バルブ１７を開弁状態に制御する。これにより、吸気ポート１５を介してシリンダ１３内に外部からの空気が流入する。

次いで、バルブ制御部７２は、図２（Ｂ）に示すように、ピストン１４が下死点近傍（下死点又はその近傍）に下降するまで、吐出バルブ１８を閉弁状態とし、吸気バルブ１７を開弁状態に維持するように制御する。

一方、ピストン１４の上昇行程においては、バルブ制御部７２は、図２（Ｃ）に示すように、ピストン１４が下死点近傍に位置する時点で吸気バルブ１７及び吐出バルブ１８を閉弁状態に制御し、その後、図２（Ｄ）に示すように、上死点近傍まで上昇しない時点で、吸気バルブ１７を閉弁状態とし、吐出バルブ１８を開弁状態に制御する。これにより、ピストン１４が上昇することにより圧縮された空気が、吐出ポート１６を介してエアタンク２０側に供給される。なお、吐出バルブ１８を開弁状態にする際におけるピストン１４の位置は、シリンダ１３内の空気の圧力が吐出ポート１６側の圧力に対して極端に高くならないような位置が好ましい。

次に、補助ブレーキ動作及びその際の補助ブレーキ用バルブ制御について説明する。

ピストン１４の下降行程においては、バルブ制御部７２は、図３（Ａ）に示すように、ピストン１４が上死点近傍に位置する時点において、吐出バルブ１８を閉弁状態とし、吸気バルブ１７を閉弁状態に制御する。これにより、ピストン１４が下降する際に、シリンダ１３内に空気が吸入されず、シリンダ１３内が負圧となってピストン１４が下降しようとする動きに対する負荷が増加するので、エンジン２のクランクシャフト３の回転を低減させるブレーキ力が増加する。

次いで、バルブ制御部７２は、図３（Ｂ）に示すように、ピストン１４が下死点近傍に下降するまでに、吐出バルブ１８を閉弁状態とし、吸気バルブ１７を開弁状態とするように制御する。これにより、吸気ポート１５を介してシリンダ１３内に外部からの空気が流入する。

一方、ピストン１４の上昇行程においては、バルブ制御部７２は、図３（Ｃ）に示すように、ピストン１４が下死点近傍に位置する時点で吸気バルブ１７及び吐出バルブ１８を閉弁状態に制御し、この状態をピストン１４が上死点近傍に上昇するまで継続する。これにより、シリンダ１３内の圧力は、通常圧縮用バルブ制御におけるピストン１４の上昇行程でのシリンダ１３内の圧力よりも非常に高い状態となる。このため、ピストン１４を上昇させるための負荷が増加するので、エンジン２のクランクシャフト３の回転を低減させるブレーキ力が増加する。

次いで、バルブ制御部７２は、図３（Ｄ）に示すように、ピストン１４が上死点近傍まで上昇した時点に、吸気バルブ１７を閉弁状態とし、吐出バルブ１８を開弁状態に制御する。これにより、ピストン１４が上昇することにより圧縮された空気が、吐出ポート１６を介してエアタンク２０側に供給される。

次に、本発明の一実施形態に係る補助ブレーキ装置１による補助ブレーキ制御処理について説明する。

図４は、本発明の一実施形態に係る補助ブレーキ装置１による補助ブレーキ制御処理のフローチャートである。

補助ブレーキ制御処理は、例えば、エンジン２が始動された直後に実行が開始される。

まず、ブレーキ状態検出部７１は、ブレーキをオンする状態（ブレーキオン状態）か否かを判定する（ステップＳ１１）。

この結果、ブレーキオン状態でないと判定された場合（ステップＳ１１：ＮＯ）には、ブレーキ状態検出部７１は、バルブ制御部７２に、ブレーキオン状態であると通知しないので、バルブ制御部７２は、通常圧縮用バルブ制御を実行し（ステップＳ１２）、処理をステップＳ１１に進める。

一方、ブレーキオン状態であると判定された場合（ステップＳ１１：ＹＥＳ）には、ブレーキ状態検出部７１は、バルブ制御部７２に、ブレーキオン状態であると通知するので、バルブ制御部７２は、補助ブレーキ用バルブ制御を実行し（ステップＳ１３）、処理をステップＳ１１に進める。

以上説明したように、本実施形態に係る補助ブレーキ装置１によると、ブレーキをオンする状態が検出されている場合に、ピストン１４が下降する行程において、シリンダ１３内が負圧状態となるように吸気バルブ１７及び吐出バルブ１８を閉弁状態とするように制御した後、吐出バルブ１８を閉弁状態に維持しつつ吸気バルブ１７を開弁状態とするように制御するようにしたので、ピストン１４が下降する行程において、シリンダ１３内が負圧になることによりピストン１４を下降させるための負荷が増加して、エンジン２のクランクシャフト３の回転を低減させるブレーキ力が増加する。

また、本実施形態に係る補助ブレーキ装置１によると、ブレーキをオンする状態が検出されている場合に、ピストン１４が上昇する行程において、吸気バルブ１７及び吐出バルブ１８を閉弁状態とするように制御した後、ピストン１４が上死点近傍に移動した場合に、吐出バルブ１８を開弁状態とするように制御するようにしたので、ピストン１４が上昇する行程において、シリンダ１３内の圧力が通常圧縮動作時の圧力よりも上昇して、ピストン１４を上昇させる際における負荷が増加し、エンジン２のクランクシャフト３の回転を低減させるブレーキ力が増加する。

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。

例えば、上記実施形態では、駆動源として、エンジンを例にあげたが、本発明はこれに限られず、駆動源としては、電動モータや油圧モータであってもよい。

また、上記実施形態では、補助ブレーキ用バルブ制御において、ピストン１４の上昇行程において、ピストン１４が上死点近傍に移動した場合に、吐出バルブ１８のみを開弁状態にするようにしていたが、本発明はこれに限られず、吸気バルブ１７のみを開弁状態にしてもよく、吸気バルブ１７及び吐出バルブ１８を開弁状態にするようにしてもよく、要は、吸気バルブ１７と吐出バルブ１８の少なくとも一方を開弁状態にするようにすればよい。このようにしても、シリンダ１３内の圧縮空気を適切に排出させることができる。

また、上記実施形態では、吸気バルブ１７及び排気バルブ１８を電磁ソレノイド弁とし、吸気バルブ１７及び吐出バルブ１８に供給する電力を制御することにより、各バルブの状態を制御するようにしていたが、本発明はこれに限られず、吸気バルブと排気バルブとをカムの形状に追従して開弁状態と閉弁状態とを変更できる構成とし、通常圧縮動作時におけるバルブ制御を行うためのカムと、補助ブレーキ動作時におけるバルブ制御を行うためのカムとを備え、使用するカムを切り替えることにより、各バルブの状態を制御するようにしてもよい。

１補助ブレーキ装置
２エンジン
３クランクシャフト
１１回転軸
１２コンロッド
１３シリンダ
１４ピストン
１５吸気ポート
１６吐出ポート
１７吸気バルブ
１８吐出バルブ
３０エアタンク
６１エンジン回転数センサ
７０ＥＣＵ
７１ブレーキ状態検出部
７２バルブ制御部

Claims

駆動源の駆動シャフトとの間で駆動力を伝達可能な入力シャフトと、所定方向に延びて形成されたシリンダと、前記シリンダ内に前記所定方向に往復移動可能に装填され、前記シャフトの回転を前記往復移動に変換可能であると共に、前記往復移動を前記シャフトの回転に変換可能なピストンと、外部と前記シリンダ内とを連通可能な吸気ポートと、圧縮空気を蓄積するエアタンクと前記シリンダ内とを連通可能な吐出ポートと、前記吸気ポートと前記シリンダとの間を開閉可能な吸気バルブと、前記吐出ポートと前記シリンダとの間を開閉可能な吐出バルブと、を備えるエアコンプレッサと、
ブレーキをオンする状態であるか否かを検出するブレーキ状態検出手段と、
前記ブレーキをオンする状態が検出されている場合に、前記ピストンが下降する行程において、前記シリンダ内が負圧状態となるように前記吸気バルブ及び前記吐出バルブを閉弁状態とした後、前記吐出バルブを閉弁状態に維持しつつ前記吸気バルブを開弁状態とするようにし、前記ピストンが上昇する行程において、前記吸気バルブ及び前記吐出バルブを閉弁状態とするようにした後、前記ピストンが上死点近傍に移動した場合に、前記吸気バルブ又は前記吐出バルブの少なくとも一方を開弁状態とするように制御するバルブ制御手段と、を備える
補助ブレーキ装置。
前記バルブ制御手段は、前記ピストンが上昇する行程において、前記ピストンが上死点近傍に移動した場合に、前記吐出バルブのみを開弁状態とするように制御する
請求項１に記載の補助ブレーキ装置。
前記入力シャフトの回転角を特定可能な回転角情報を検出する回転角センサを更に備え、
前記バルブ制御手段は、前記回転角センサにより検出された回転角情報に基づいて、前記ピストンの行程を特定する
請求項１又は請求項２に記載の補助ブレーキ装置。