JP3087574B2 - 排気ブレーキ用電磁弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、トラック等のエンジン
の排気系に介装されている排気ブレーキ装置のアクチュ
エータを制御する排気ブレーキ用電磁弁に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来のトラックに設けられている排気ブ
レーキ装置の概念的構成を図４を参照して説明する。図
中符号１０はトラックに搭載された図示しないディーゼ
ルエンジンの排気管、１２は同排気管１０内に設けられ
たバターフライ弁からなる排気ブレーキ弁、１４は同排
気ブレーキ弁の弁軸１６に一端を固着された弁開閉ロッ
ド、１８は上記弁開閉ロッド１４を介して排気ブレーキ
弁１２を開閉制御するエアシリンダ装置からなるアクチ
ュエータである。

【０００３】上記アクチュエータ１８は、シリンダ２０
と、同シリンダ内に摺動自在に嵌装されたピストン２２
と、同ピストンを図における下方即ちピストン軸２４及
び上記弁開閉ロッド１４を介して排気ブレーキ弁１２を
開動させる方向に常時弾性的に付勢するスプリング２６
とを具えており、上記シリンダ２０の下端部には、三方
電磁弁２８を介して圧縮空気源３０に接続された圧縮空
気入口３２が設けられている。上記電磁弁２８は、車両
のクラッチペダルを釈放することによって閉成されるク
ラッチスイッチ３４と、アクセルペダルを釈放すること
によって閉成されるアクセルスイッチ３６と、車両の運
転者が排気ブレーキ装置の制動効果を望む場合に手動に
よって閉成される排気ブレーキスイッチ３８と車載電源
４０とを直列に接続した付勢回路により開閉制御され
る。

【０００４】上記電磁弁２８には、従来は、図５及び図
６の概略断面図に示されているような弁装置が広く使用
されている。図中符号４２は弁ケーシング、４４は同弁
ケーシング４２内に収容されたソレノイド、４６は同ソ
レノイド４４により駆動されるアーマチャ、４８は同ア
ーマチャ４６に弁軸５０を介して連結された弁部材、５
２は上記弁ケーシング４２内に設けられ上記圧縮空気源
３０に接続された入力側通路、５４は弁ケーシング４２
内に設けられ上記アクチュエータ１８即ちエアシリンダ
装置の圧縮空気入口３２に接続された出力側通路、５６
は上記入力側通路５２及び出力側通路５４に連通すると
共にその内部に上記弁部材４８が配設された第１室又は
弁室、５８は上記アーマチャ４６を弁軸５０の軸線方向
に摺動自在に収容すると共に小間隙を存して上記弁軸５
０を挿通させる通気孔６０を介して上記第１室５６に連
通する第２室又はアーマチャ室、６２は弁ケーシング４
２内に設けられ上記第２室５８を外気に連通させる大気
開放通路、６４は上記アーマチャ４６を常時下方に、即
ち弁部材４８を上記入力側通路５２を閉塞する方向に押
圧する弁スプリングである。

【０００５】上記従来の排気ブレーキ装置において、ト
ラック等車両の通常走行中は、運転者が排気ブレーキ装
置の制動効果を望んで手動の排気ブレーキスイッチ３８
を閉成していても、クラッチスイッチ３４及びアクセル
スイッチ３８の少くとも何れか一方が開路しているの
で、電磁弁２８は消勢されている。電磁弁２８の消勢時
は、図５に示されているように、弁スプリング６４によ
り弁部材４８が第１室５６のシール面に圧接されて入力
側通路５２が閉塞されると共に、出力側通路５４が通気
孔６０と弁軸５０との間の小間隙を介して第２室５８に
連通し、さらに大気開放通路６２を経て外気に連通して
いる。

【０００６】このためアクチュエータ１８の圧縮空気入
口３２は大気に連通しており、リターンスプリング２６
によりピストン２２が休止位置又は不作動位置に保持さ
れ、ピストン軸２４及び弁開閉ロッド１４を介して排気
ブレーキ弁１２が図４に示されている全開位置に保持さ
れている。従って排気管１０は十分な排気通路面積を提
供し、エンジンは通常の運転を行なう。

【０００７】次に、車両のエンジンブレーキ走行状態で
は、上記クラッチスイッチ３４及びアクセルスイッチ３
６が何れも閉成されるので、運転者が排気ブレーキ装置
の制動効果を望んで予め排気ブレーキスイッチ３８を閉
成していると、電磁弁２８のソレノイド４４が付勢さ
れ、アーマチャ４６が、図６に示されているように、上
方に変位する。アーマチャ４６の上方変位により、弁軸
５０を介して弁部材４８が上動し、入力側通路５２と出
力側通路５４とを連通させると共に、弁軸５０が挿通さ
れている通気孔６０を閉塞する。この結果、圧縮空気源
３０内の圧縮空気が、上流側圧力通路を通り入力側通路
５２、第１室５６及び出力側通路５４から下流側圧力通
路を経てアクチュエータ１８に供給される。アクチュエ
ータ１８の圧縮空気入口３２からシリンダ２０のピスト
ン下側室に供給された圧縮空気の圧力によりリターンス
プリング２６が圧縮されてピストン２２が上動し、ピス
トン軸２４及び弁開閉ロッド１４を介して排気ブレーキ
弁１２が閉位置に駆動される。排気ブレーキ弁１２の閉
動により、排気管１０が全閉され又は全閉に近い開度に
排気通路面積を縮少され、周知の排気ブレーキ効果が生
起される。

【０００８】次に、車両がエンジンブレーキ走行状態か
ら通常走行状態に移行すると、クラッチスイッチ３４及
びアクセルスイッチ３６の少くとも何れか一方が開路さ
れるので、電磁弁２８が消勢され、同電磁弁２８は再び
図５に示した休止又は不作動状態に復帰する。従って、
アクチュエータ１８のピストン下側室に供給されていた
圧縮空気が、出力側通路５４から第１室５６、通気孔６
０、第２室５８及び大気解放通路６２を通り外気に放出
されると共に、リターンスプリング２６のばね力により
ピストン２２が下動し、ピストン軸２４及び弁開閉ロッ
ド１４を介して排気ブレーキ弁１２が、図４に示されて
いる休止位置又は全開位置に廻動される。

【０００９】このとき、従来の電磁弁１８では、上記通
気孔６０とその内部に挿通された弁軸５０との間に形成
される有効通路面積が極めて小さいため、アクチュエー
タ１８からの圧縮空気の排出に可成の時間を必要とし、
排気ブレーキ弁１２が全開するまでに相当の時間例えば
０．３秒程度の時間を必要とする。いま、これを図７の
線図について説明すると、図中最上段の線Ａは、電磁弁
２８のソレノイド４４のＯＮ−ＯＦＦを示し、中段の線
Ｂはアクチュエータ１８内の圧縮空気圧力を示し、下段
の線Ｃは排気ブレーキ弁１２の閉動状態を示し、何れも
横軸は時間（Ｓｅｃ）である。先ず、線Ａに矢印で示し
た０点でソレノイド４４への通電が遮断されると、中段
の実線の曲線Ｂで表されているように、アクチュエータ
１８のピストン下側室内の圧力が、作動圧力Ｐ_１から可
成の時間例えば０．３秒程度の時間を要して大気圧Ｐ_０
又はそれに近い低圧力まで下降する。アクチュエータ１
８のピストン下側室内の圧力低下に伴ない図中に曲線Ｃ
に示されているように、やや遅れてＣ_１点から排気ブレ
ーキ弁１２が開き始め、Ｃ_２点で排気ブレーキ弁１２が
全開状態となる。

【００１０】上記のように、電磁弁２８の消勢から排気
ブレーキ弁１２の全開までに長い時間を要するため、エ
ンジンブレーキ走行状態を終り加速走行に移る際に、十
分な排気通路面積が確保されず燃焼が悪化して排出ガス
性能、特にスモーク性能が悪化する。いまこれを図８に
ついて説明すると、図中、最上段の曲線Ｄはアクセル開
度を示し、一点鎖線の曲線Ｅは排気管１０内の排気圧
力、波型の曲線Ｆは排出ガスのスモーク量を示す。図７
と同じく、電磁弁２８の消勢を示す０点で、加速のため
にアクセルペダルが大きく踏み込まれてアクセル開度が
予め設定された開度に保持される。上記のように排気ブ
レーキ弁１２の開動が遅れるので、排気管１０内の排気
圧力は曲線Ｅで示されているように遅れて低下する。ア
クセル開度の増大により直ちに燃料供給量が増大するに
も拘わらず、排気管１０内の圧力低下が遅れるため、燃
焼が悪化し、曲線Ｆで示されているように多量のスモー
クが発生する。

【００１１】従来の排気ブレーキ装置における上述の不
具合を改善するためには、図５及び図６に示されている
電磁弁２８の通気孔６０の断面積を大きくして、同電磁
弁２８の消勢時に、アクチュエータ１８のピストン下側
室内の圧縮空気の外気への流出を早くしてやれば良いの
であるが、単純に通気孔６０の断面積を拡大すると、相
応して弁部材４８の直径を大きくしてシール面の面積を
確保する必要があるので、図６の状態で第１室５６内の
圧縮空気圧に抗して弁部材４８を休止位置に圧下するた
めの弁スプリング６４の必要ばね力が大きくなり、さら
に同弁スプリング６４のばね力に抗して弁部材４８を上
動させるソレノイド４４の容量の増大が必要となるの
で、結局、電磁弁２８全体が著しく大型になり、重量及
び消費電力が増大すると共に高価になる不都合がある。

【００１２】また、従来の排気ブレーキ装置における上
述の不具合を解消する他の手法として、アクチュエータ
１８それ自体に、電磁弁２８と連動して作動し、アクチ
ュエータ内の圧縮空気の排出のために大きな排気通路を
提供する特殊な弁装置を付設することが考慮されるが、
性質上排気管１０に隣接して配置され高温に曝されるア
クチュエータ１８に、排気専用の弁を付設することは、
弁部材及び協働する弁モール部分に用いられるゴム部材
の耐久性の問題があって実用性に欠ける難点があり、ま
た電磁弁と別個に排気専用の弁を設ける必要があるため
コスト高となる不都合がある。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記事情に
鑑み創案されたもので、排気ブレーキ装置の作動解除時
における黒煙の発生を効果的に抑制して排出ガス性能の
向上を達成することができる構造簡単で小型軽量かつ安
価な排気ブレーキ用電磁弁を提供することを目的とする
ものである。

【００１４】

【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、圧力源と連通する圧力通路に接続される
入力側通路と、排気ブレーキ駆動用アクチュエータと連
通する圧力通路に接続される出力側通路と、上記入力側
通路と上記出力側通路が開口する第１室と、同第１室と
上記入力側通路の第１室開口よりも断面積の大きな第１
開口で連通した第２室と、同第２室と外気とを連絡する
大気開放通路と、上記第１室に設けられ上記第１開口を
開閉する第１弁部材と、上記第１室に設けられた上記第
１弁部材を開方向に付勢する弾性部材と、上記第１弁部
材に設けられ上記第１弁部材が閉位置にある時に上記第
１室と上記第２室を連通する上記第１開口よりも断面積
の小さい第２開口と、上記第２室に設置された電磁石に
よって駆動されるアーマチャに固定された上記第２開口
を通って延びるシャフトの先端に固定され上記入力側通
路及び上記第２開口を開閉する第２弁部材とを有するこ
とを特徴とする排気ブレーキ用電磁弁を提案するもので
ある。

【００１５】

【作用】本発明によれば、上記入力側通路と出力側通路
との連通を制御する第２弁部材とは別個に、第１室と第
２室とを連通する大きな断面積の第１開口を開閉する第
１弁部材を設け、さらに同第１弁部材を常時開方向に付
勢する弾性部材を設けたことによって、アクチュエータ
からの圧力流体の排出が、主として大きな断面積の第１
開口から第２室及び大気開放通路を経て行なわれること
となり、アクチュエータの消勢時の応答性が著しく向上
する。

【００１６】

【実施例】以下本発明の実施例を図１ないし図４を参照
して具体的に説明する。（なお、従前の排気ブレーキ装
置と実質的に同一又は対応する部材には、同一の符号を
付し、重複にわたる説明は省略する。） 図１ないし図３の断面図に良く示されているように、総
括的に符号２８で示されている電磁弁は、ケーシング本
体４２ａと、同ケーシング本体４２ａにボルト等により
固着された下方ケーシング部材４２ｂと、上記ケーシン
グ本体４２ａに形成された中空円筒部の上端開口部に螺
合されたキャップ部材４２ｃとからなる弁ケーシング４
２を具えている。

【００１７】上記ケーシング本体４２ａと下方ケーシン
グ部材４２ｂとによって第１室又は弁室５６が形成さ
れ、同第１室５６には、圧縮空気源３０に圧力通路又は
空気配管を介して接続された入力側通路５２が連通する
と共に、アクチュエータ１８のピストン下側室に圧力通
路又は空気配管を介して接続された出力側通路５４が連
通している。また、上記ケーシング本体４２ａには、そ
の中空円筒部内にソレノイド４４が挿入されると共に第
２室又はアーマチャ室５８が形成され、同第２室５８内
に上記ソレノイド４４によって駆動されるアーマチャ又
は鉄芯４６及び同アーマチャを常時下方に押圧する弾性
部材例えばコイルスプリングからなる弁スプリング６４
が配設されている。

【００１８】上記第１室５６と第２室５８とは、上記入
力側通路５２の第１室５６に対する開口面積より十分大
きい断面積を有する第１開口６６によって連通されてい
る。また、上記アーマチャ４６には弁軸又はシャフト５
０を介して小径の第２弁部材４８が取付けられ、同第２
弁部材４８は、その下側シール面によって上記入口側通
路５２の第１室５６内における開口端を開閉制御するこ
とができる。また、上記第１開口６６と第２弁部材４８
との間に、弁軸又はシャフトが挿通する小断面の第２開
口６８を具えた円板状の第１弁部材７０が介装され、同
第１弁部材７０はその上側シール面によって上記第１開
口６６を気密に閉塞することができる。さらに、同第１
弁部材７０は、例えばコイルスプリングからなる弾性部
材７２によって常時第１開口６６を開口させる方向に付
勢され、また上記第２弁部材４８は、その上側シール面
によって上記第２開口６８の第１室５６側の開口端を開
閉制御することができる。

【００１９】図１は車両がエンジンブレーキ走行状態に
あって、電磁弁２８が付勢されている状態を示し、ソレ
ノイド４４の通電によりアーマチャ４６が弁スプリング
６４を圧縮して上方に変位している。このとき弁軸又は
シャフト５０を介して第２弁部材４８が一体的に上動
し、その上側シール面が第１弁部材７０の下側面に当接
して第２開口６８を閉塞すると共に第１弁部材７０を押
し上げ、同第１弁部材の上側シール面によって大径の第
１開口６６が閉塞されている。一方、上記第２弁部材４
８の上動により入力側通路５２が第１室５６を介して出
口側通路５４に連通している。このため、圧縮空気源３
０内の圧縮空気がアクチュエータ１８のピストン下側室
に供給され、リターンスプリング２６が圧縮されて、ピ
ストン軸２４及び弁開閉ロッド１４を介し排気ブレーキ
弁１２が全閉又はそれに近い開度に廻動され、周知の排
気ブレーキ効果が生起される。

【００２０】次に、車両がエンジンブレーキ走行を終り
加速走行すると、電磁弁２８のソレノイド４４が消勢さ
れるので、強力な弁スプリング６４のばね力によってア
ーマチャ４６が圧下され、弁軸又はシャフト５０を介し
て第２弁部材４８が下動してその下側シール面により入
力側通路５２が瞬時に閉塞される。このとき第１室５６
には、アクチュエータ１８のピストン下側室と実質的に
同一圧力の圧縮空気が存在しているので、大気開放通路
６２を介して外気に連通している第２室５８と第１室５
６との圧力差により弾性部材７２が圧縮され、第１弁部
材７０は、図２に示されているように、微小時間なお上
昇位置に保持される。

【００２１】図２の状態で第１室５６内の圧縮空気が第
２開口６８と弁軸又はシャフト５０との間の通路を通り
第２室５８に流れるので、第１室５６と第２室５８との
間の圧力差が直ちに解消され、弾性装置７２により第１
弁部材７０が下方に変位されて、図３に示されているよ
うに、大きい断面積の第１開口６６が開かれる。このた
め出力側通路５４と大気開放通路６２とが広い第１開口
６６を介し連通され、アクチュエータ１８のピストン下
側室から急速に圧縮空気が流出する。

【００２２】この結果、アクチュエータ１８のピストン
下側室の圧力を示した図７の曲線Ｂにおいて点線ｂで示
されているように、アクチュエータ作動圧力がＰ_１から
略大気圧のＰ_０まで急激に低下する。従って、アクチュ
エータ１８のピストン２２がリターンスプリング２６に
より急速に変位し、ピストン軸２４及び弁開閉ロッド１
４を介して排気ブレーキ弁１２が、図７の曲線Ｃにおい
て、Ｃ_３点（開作動開始）及びＣ_４点（開作動終了全
開）で示されているように、実線で示した従来の排気ブ
レーキ装置より十分早く全開される。

【００２３】排気ブレーキ弁１２の開作動が十分早く行
なわれるので、図８の曲線Ｅで示されている排気管１０
内の圧力が、点線ｅで示されているように急速かつ早期
に低下し、この結果、排気ガス中のスモーク量が、点線
ｆで示されているように、従来のスモーク量を示す曲線
Ｆに較べて大巾に低減する利点がある。

【００２４】上記本発明に係る電磁弁２８は、従来の同
種電磁弁に第１弁部材６６及び弾性部材７２を追加した
ものに略相当するから、弁全体の外形及び重量、さらに
製造コストが著しく増大する不利益がなく、また電磁弁
２８は高温に曝されるアクチュエータ１８から十分離隔
して配置することが可能なため、第１及び第２弁部材４
８及び７０の弁シール面、及び協働する弁ケーシング４
２側の弁シール面の何れか一方又は双方に、通常採用さ
れるゴム等シール材の熱害を確実に防止することがで
き、耐久性及び信頼性を確保し得る利得がある。

【００２５】なお、上記実施例では、アクチュエータ１
８の作動媒体として、一般的に採用されている圧縮空気
が例示されているが、勿論圧縮空気以外の圧力流体を利
用し得ることは、明らかである。

【００２６】

【発明の効果】叙上のように、本発明に係る排気ブレー
キ用電磁弁は、圧力源と連通する圧力通路に接続される
入力側通路と、排気ブレーキ駆動用アクチュエータと連
通する圧力通路に接続される出力側通路と、上記入力側
通路と上記出力側通路が開口する第１室と、同第１室と
上記入力側通路の第１室開口よりも断面積の大きな第１
開口で連通した第２室と、同第２室と外気とを連絡する
大気開放通路と、上記第１室に設けられ 上記第１開口
を開閉する第１弁部材と、上記第１室に設けられ上記第
１弁部材を開方向に付勢する弾性部材と、上記第１弁部
材に設けられ上記第１弁部材が閉位置にある時に上記第
１室と上記第２室を連通する上記第１開口よりも断面積
の小さい第２開口と、上記第２室に設置された電磁石に
よって駆動されるアーマチャに固定された上記第２開口
を通って延びるシャフトの先端に固定され上記入力側通
路及び上記第２開口を開閉する第２弁部材とを有するこ
とを特徴とし、排気ブレーキ装置の作動解除直後におけ
る黒煙の発生を効果的に抑制して排出ガス性能の向上を
達成することができる構造簡単で小型軽量、かつ安価な
この種電磁弁を提供することができるので、産業上有益
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る電磁弁の付勢時の態様
を示す断面図である。

【図２】図１に示した電磁弁の消勢直後の態様を示した
断面図である。

【図３】図１に示した電磁弁の消勢後短時間経過した後
の態様を示した断面図である。

【図４】排気ブレーキ装置全体の構成を示した概略構成
図である。

【図５】従来の排気ブレーキ用電磁弁の消勢時の態様を
示した概略断面図である。

【図６】図５に示した電磁弁の付勢時の態様を示した概
略断面図である。

【図７】排気ブレーキ用電磁弁の付勢及び消勢と、アク
チュエータの作動媒体圧力及び排気ブレーキ弁の開度と
の関係を示した線図である。

【図８】排気ブレーキ用電磁弁の付勢及び消勢と、アク
セル開度、排気管内圧力及びスモーク発生量との関係を
示した線図である。

【符号の説明】

１０…排気管、１２…排気ブレーキ弁、１８…アクチュ
エータ、２８…電磁弁、３０…圧縮空気源（圧力源）、
４２…弁ケーシング、４４…ソレノイド、４６…アーマ
チャ、４８…第２弁部材、５０…弁軸（シャフト）、５
２…入力側通路、５４…出力側通路、５６…第１室、５
８…第２室、６２…大気開放通路、６６…第１開口、６
８…第２開口、７０…第１弁部材、７２…弾性部材。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02D 9/04 - 9/06 F16K 31/06 305

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧力源と連通する圧力通路に接続される
   入力側通路と、排気ブレーキ駆動用アクチュエータと連
   通する圧力通路に接続される出力側通路と、上記入力側
   通路と上記出力側通路が開口する第１室と、同第１室と
   上記入力側通路の第１室開口よりも断面積の大きな第１
   開口で連通した第２室と、同第２室と外気とを連絡する
   大気開放通路と、上記第１室に設けられ 上記第１開口
   を開閉する第１弁部材と、上記第１室に設けられ上記第
   １弁部材を開方向に付勢する弾性部材と、上記第１弁部
   材に設けられ上記第１弁部材が閉位置にある時に上記第
   １室と上記第２室を連通する上記第１開口よりも断面積
   の小さい第２開口と、上記第２室に設置された電磁石に
   よって駆動されるアーマチャに固定された上記第２開口
   を通って延びるシャフトの先端に固定され上記入力側通
   路及び上記第２開口を開閉する第２弁部材とを有するこ
   とを特徴とする排気ブレーキ用電磁弁。