JP4074964B2 - 消音作動の空気圧ブレーキブースタ装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車の制動を増幅するのに用いられる型式の空気圧ブレーキブースタ装置に関する。
このようなブースタ装置は、慣例的に、対称軸線を有し、且つ、部分真空源に常時接続される前方室と、可動壁構造体の孔内をスライドし軸線方向の制御ロッドに固定されたプランジャによって駆動される三方弁により前方室又は外部大気に選択的に接続される後方室とに、可動壁構造体により密封態様で区分されているケーシングを包含し、三方弁は、ケーシングの外側に突出する可動壁構造体の後方管状部分内に配置され、且つ、第１の環状面を介してプランジャに形成された第１の弁座と相互に作用するとともに、第２の環状面を介して可動壁構造体に形成された第２の弁座と相互に作用する弁要素を包含している。
これらのブースタ装置は車両のエンジン室内でその防火壁に通常設置されているので、ブースタ装置を制御するためのロッドは、運転者により駆動され得るように乗員室内に突出している。この結果、三方弁を含む可動壁構造体の後方管状部分も乗員室内に突出している。
結果として、運転者がブースタ装置の制御ロッドに連結されたブレーキペダルを駆動すると、ブースタ装置が車両の乗員室から大気圧の空気を吸込む。従って、ブースタ装置の作動によって運動せしめられる空気は、騒音を発生し、この騒音は車両の乗員室内へすべて伝えられることとなる。
この問題に対する多数の解決法を提供する試みがなされている。例えば、文献ＦＲ−Ａ−２，５５１，００９は、三方弁の上流及び下流側でこの三方弁のすぐまわりの空気を案内する手段を提供している。
文献ＦＲ−Ａ−２，５１６，８８０は、可動壁構造体の後方中央部分の内部に配置され架橋フォームで作られたサイレンサ装置を提供しており、この装置は、この後方中央部分の内面に対して当接する外面を含み、後方中央部分の内部には、装置を通る空気流れのための通路を与えるように制御ロッドの方向に指向する連続した通路開口を形成されている。
文献ＤＥ−Ａ−３，９２４，６７２は、大気圧の空気のための取入口が車両のエンジン室内に位置されるようにしたブースタ装置を提供している。
しかしながら、これらの従来の解決法は、それでも、不完全であったり、又は複雑すぎるために経済上不適当である装置を提供している。なおその上、これらの装置は作動騒音を低減するために空気の流路内に採用されており、ブースタ装置の駆動初期における応答時間を増大させる空気の移動に対する障害物となっている。
従って、本発明の目的は、作動が静かであり、実現方法が簡単、安価且つ信頼性があり、しかも応答時間に悪影響を及ぼさないようにしたブースタ装置を提案することにある。
この目的のため、本発明は、対称軸線を有し、且つ、部分真空源に常時接続される前方室と、可動壁構造体の孔内をスライドし軸線方向の制御ロッドに固定されたプランジャによって駆動される三方弁をもって前方室又は外部大気に選択的に接続される後方室とに可動壁構造体によって密封態様で区分されているケーシングを包含し、三方弁が、プランジャの後部に形成された第１の環状弁座と、可動壁構造体の中央部分の後部に形成された第２の環状弁座と、ケーシングの外側に突出する可動壁構造体の後方管状部分内に配置された環状弁要素とを含み、環状弁要素の前方に指向する部分が、第１の環状弁座と相互に作用する第１の環状面と、第２の環状弁座と相互に作用する第２の環状面とを備えている空気圧ブレーキブースタ装置において、第１及び第２の環状面は、プランジャの外周面に面して位置する環状弁要素の内周面によって軸線方向に離され、第２の環状面は、第１の環状面が位置している横断面より前方の横断面に位置し、環状弁要素の内周面と第１の環状面とが、プランジャに形成された第１の環状弁座と共に、外部大気を後方室に接続するための弁通路を画成し、この弁通路の断面は、環状弁要素に対するプランジャの初期の移動においては、第１の環状弁座と第１の環状面との間の軸線方向距離に比例して変化し、前記プランジャのその後の移動においては、第１の環状弁座と環状弁要素の内周面との間の半径方向距離により前記プランジャの初期の移動における変化よりもゆるやかに変化するか一定であることを特徴とする空気圧ブレーキブースタ装置を提供している。
従って、ブースタ装置の後方室に向けられる空気に提供された通路断面がゆるやかに変化するか一定なので、弁通路を通過する空気の流量もゆるやかに変化するか一定であり、そのために移動空気によって発生される騒音は、静かな低いレベルを選択することができる。
本発明の他の目的、特徴及び利点は、例として与えられた実施例について添付図面を参照して行う下記説明から明らかとなるであろう。
図１は、本発明に従って製作した空気圧ブレーキブースタ装置の後方中央部分を示す縦断側面図である。
図２は、第１変形例の図１と同様の縦断側面図である。
図３は、プランジャ及び弁要素の軸線方向位置の関数として図１及び２に示されたブースタの弁の通路断面を与えている曲線である。
図４は、本発明に従って製造されたブースタ及び従来のブースタの騒音レベルを、デシベルで表して、与えている曲線である。
図は、車両のブレーキペダルとこの車両の流体ブレーキ回路を制御するマスターシリンダとの間に通常の方法で配置されるように設計された、空気圧ブレーキブースタ装置の後方中央部分を示している。慣例に従い、マスターシリンダに向かって指向するブースタ装置の部分を“前方”と称し、ブレーキペダルに向かって指向するブースタ装置の部分を“後方”と称する。従って図では、前方が左側で、後方が右側である。
図示のブースタ装置は、軸線Ｘ−Ｘ′を中心とする対称回転体を呈するシェルの形状の外部ケーシング１０を包含する。このケーシング１０の後方中央部分だけが図示されている。
可動壁１２がケーシング１０の内部に前方室１４と後方室１６とを画成する。可動壁１２はエラストマー製の撓み可能な転動形シールと組合わされ、シールの内周端縁は、ブースタ装置の軸線Ｘ−Ｘ′に沿って配置された中空ブーストピストン２０内にビード１８を介して密封態様で収容され、シールの外周端縁（図示しない）は外部ケーシング１０に密封態様で固定されている。可動壁１２と中空ピストン２０は可動壁構造体を構成する。
中空ピストン２０は管状部分２２の形状で後方へ延び、この管状部分はケーシング１０の後方壁を密封態様で貫通する。ピストン２０とケーシング１０の前方壁（図示しない）との間に介装された圧縮スプリング２４は、図示の後方休止位置にピストン２０を通常保持し、この位置では、後方室１６がその最小容積を有するとともに、前方室１４がその最大容積を有する。
後方管状部分２２の前方に位置された可動壁構造体の中央部分において、ピストン２０が孔２６を有し、この孔内には、軸線Ｘ−Ｘ′を中心とする対称回転体を呈するプランジャ２８が摺動可能に収容されている。軸線Ｘ−Ｘ′に沿って配置されていてブースタ装置を制御するロッド３０の前方端部は、プランジャ２８の盲孔内で旋回できるように装架されている。
管状部分２２の外部に突出する制御ロッド３０の後方端部（図示しない）は、車両のブレーキペダル（図示しない）によって直接に制御される。
後方管状部分２２と制御ロッド３０との間の環状空間３２は、プランジャ２８によって制御されるブースタ装置が駆動された時に、ピストン２０の中央部分に形成した半径方向通路３４を介して後方室１６に連通することができる。
慣例的に、このような増幅手段は、環状弁要素３６と、ピストン２０の中央部分の後部及びプランジャ２８の後部に各々形成された２つの環状弁座２０ａ及び２８ａとを含んでいる三方弁を包含し、弁スプリング３７が弁３６を弁座２０ａ及び２８ａへ向けて押圧している。
制御ロッド３０が後方休止位置にある時、三方弁は、ピストン２０の中央部分に形成された半径方向通路３４及び略軸線方向の通路３８を経由してブースタ装置の２つの室１４及び１６間の連通を通常確立し、弁座２０ａは、環状弁要素３６からわずかに分離されている。
三方弁の慣例的な設計において、上述した文献のひとつに例として示されているように、運転者がブレーキペダルを押圧操作する時、環状空間３２内の空気は、プランジャ２８に形成された弁座２８ａと弁要素３６との間の弁通路２８ａ−３６を経由して後方室１６へ吸引される。
この公知の設計において、空気の通路断面は、弁座２８ａと弁要素３６の前面の環状面との間の軸線方向距離ｄに直接比例する。この通路断面は、たとえば、距離ｄの関数である、図３における直線０Ｍによって表される。それにより、空気流量は、それ自体が断面の一次関数であるが、この距離ｄに直接比例し、そして、この移動空気自体に起因する騒音もまた距離ｄとともに増加する結果となる。
本発明の目的は、結果的に生じる騒音を制限するために空気流量を支配するという意図のもとで、三方弁によって発生させれる騒音を明確に減じることにある。
本発明によれば、前方を指向する弁要素の部分は、プランジャ２８に形成された弁座２８ａと共に相互に作用している第１の平らな環状面Ａと、ピストン２０に形成された弁座２０ａと共に相互に作用している第２の平らな環状面Ｂとを包含し、環状面Ｂは、環状面Ａを含んでいる横断面の前方に位置する横断面に形成され、且つ、環状面Ａの外径より大きな内径を有している。これら２つの環状面Ａ及びＢは、全体形状が切頭円錐状の第３の面Ｃによって互いに連結され、且つ、軸線方向距離Ｌを分離されている。
示された例においては、弁要素３６が環状後方部分４２及び円筒状前方部分４４を包含する挿入体４０を用いて形成され、弁要素３６を形成している弾性材料がこの挿入体上に被覆成形されたことにより、２つの環状面Ａ及びＢが弁座２０ａ及び２８ａとの相互作用において同様の弾性を有する結果となり、且つ、面Ｃが、図示されているように、円筒形の中間面を介して環状面Ａに連結される結果となる。
同時に、弁座２８ａがプランジャ２８の後方端に、そしてより明確には制御ロッド３０を包囲しているプランジャの後方管状部分４６に形成され、且つ、その外周面Ｄは、静止状態で、長さＬにわたって弁要素３６の面Ｃと対向する。後方管状部分４６の外周面Ｄは、円筒状、又は図示したように、たとえば０から２０度の間の状態にある、頂点において小さな半角を有する切頭円錐状とすることができる。
本発明の三方弁の操作は、以下の説明によって理解されるだろう。
車両の運転者がブレーキペダルを駆動すると、制御ロッド３０、プランジャ２８そして弁要素３６の前方移動を生じさせる結果となり、環状面Ｂはまず第１に、室１４及び１６を互いに隔離するために弁座２０ａと接触する。次に、弁座２８ａは、環状空間３２の大気圧の空気が半径方向通路３４を経由して後方室１６に入り込むのを許容するために、環状面Ａから移動して離れ始める。
弁要素３６に関するプランジャ２８の移動の第１段階において、弁座２８ａ及び環状面Ａの間の軸線方向距離のみが移動空気に提供される通路断面の大きさを決定する。この第１段階は図３の曲線に線分０Ｎで示されるが、この線分は、もちろん直線０Ｍ上にある。
弁座２８ａと環状面Ａとの間の軸線方向距離が、特に弁座２８ａの曲率半径と、面Ａ及びＣを互いに連結している弁要素３６の円筒形状の曲率半径とによって決められる一定の大きさに到達すると、空気用通路断面の大きさはその後、弁座２８ａと弁要素の面Ｃとの間の半径方向距離によって決められる。
もしも面Ｃが円筒形であれば、通路断面は以後一定になり、そして、長さＬより小さい、弁座２８ａと面Ａとの間の距離ｄのあらゆる値において、以前の操作段階の最後に到達した大きさＮを維持する。ブースタ装置のこの第２段階における線分ＮＮ′（図３）による通路断面の変化は、横座標軸と平行になる。ブースタ装置の後方室１６へ向かう空気流量は従って一定となり、移動空気によって発生する騒音も同様である。
図示されているように、もしも面Ｃが切頭円錐ならば、それによって空気の通路断面は、面Ｃの頂点の半角の大きさの関数として変化するだろう。この半角の小さな値、たとえば０から２０度の間の値にとって、このブースタ装置の第２操作段階における通路断面の変化は、比較的ゆるやかで、且つ、図３の曲線で線分ＮＰによって表すことができ、この線分ＮＰの傾斜はゆるやかで、しかも面Ｃの角度の直接関数である。
結果的に、ブースタ装置の後方室１６に向けた空気の流量は、プランジャ２８が孔２６内を動いているかぎりは依然として実質的に一定であり、そしてそれから空気によって発生させられる騒音は上述したように動作が始まる。
これは確かに実験によって発見されたことであり、図４の曲線に見られるように、この図は、ブースタ装置の騒音レベルの測定結果を、弁座２８ａと面Ａとの間の軸線方向距離ｄの関数として与えている。曲線Ｉは従来のブースタ装置に該当し、その操作は図３の直線０Ｍによって表されている。曲線II及びIIIは、本発明による弁要素３６及びプランジャ２８を備えた２つのブースタ装置に該当し、各々が特有な切頭円錐状の面Ｃの頂点の半角値を有し、他の全てのパラメータ及び測定状態は、３つの曲線にとって明らかに全く同一である。
特に、図４に見られるように、図３の線分ＮＰに該当するブースタ装置の第２の操作段階にとって、換言すると約０．３ミリメートルより大きな距離ｄにとって、本発明によって生じたブースタ装置の騒音レベルは、従来のブースタ装置の騒音レベルより１０ないし１５デシベル低く、そして、第２の操作段階の全体を通して、このことは騒音レベルの非常に実質的な減少に相当する。
ブースタ装置II及びIIIの騒音レベルが、図３の線分０Ｎに該当する第１の操作段階でさえも従来のブースタ装置Ｉの騒音レベルより低いこともまた、図４において理解できる。この現象は、移動空気が弁通路２８ａ−Ａを離れるとすぐに、その空気が面Ａ及びＣを互いに連結している円筒状の面によって導かれ、そしてそのために従来のブースタ装置でなされるように孔２６の壁に急に出くわすことはないという事実によって説明することができ、移動空気が孔２６の壁に急に出くわすことは、弁通路のギャップと協働して発生する乱流の原因となり、従って本発明によって回避した騒音を吹き鳴らし、移動空気の流れにある種の絞りを与える。
このような操作騒音における改良は、ブースタ装置の応答時間の増加を全く伴うことなしにさらに獲得でき、そしてこの応答時間における改良は同等に言及されている。確かに、本発明によれば、後方室を通り抜ける空気の流れは、弁要素３６及びプランジャ２８の独特な形状によって改良されている。その上、プランジャ２８及び孔２６間の横断面における三方弁の下流側の流出断面が、面Ｄを円筒状とすれば一定であり、あるいは面Ｄを小さな頂点の半角を備えた切頭円錐状とすればわずかに拡がるので、空気流量もまた改良され、且つ、応答時間が減少する。面Ｄの頂点における半角は、たとえば０から２０度の間となるように選択することができる。
図２はこれまでに記載された実施例の代案を示し、この中で同様の要素には同じ参照符号が付されている。この変形例によれば、先の実施例と比較すると正に弁要素３６が変更されている。
より正確には、弁要素３６の円筒状前方部分の内面が半径方向肩部５０を備えて形成され、従って２つの面Ｃ₁及びＣ₂を画成している。環状面Ａと肩部５０との間に延在する面Ｃ₁は前述した例の面Ｃと同様の特徴を有しているが、しかし、それは面Ｃの長さＬより小さい軸方向の長さＫを有する。肩部５０と環状面Ｂとの間に延在する面Ｃ₂は示された例では円筒状であり、そして、それは面Ｃ₁の前端の直径よりきわだって大きな直径を有している。面Ｃ₂は、面Ｄと共に、前方に向かって拡大する通路断面を形成するために、切頭円錐状とすることもできる。
図２のブースタ装置の操作は、前述した説明から推定することができる。弁要素３６に関するプランジャ２８の移動の第１段階は図３の線分０Ｎによって表わされ、弁座２８ａと面Ａとの間の距離は、図１の実施例と同様に、この操作段階において重要な役目を引き受けている。
面Ｃ₁が面Ｃの後方部分に全く一致するので、図２のブースタ装置の第２操作段階は、弁座２８ａが肩部５０を閉じた状態になった時、換言すればそれが距離Ｋを覆った後、弁座２８ａと面Ｃ₁及びＣ₂との間の距離の増加に一致する通路断面の急激な増加が存在するのを除いて、図１のブースタ装置のものと全く一致する。
断面におけるこの急激な増加は、図３に線分ＱＲで表わされたブースタ装置の第３の操作段階に一致する。従って、第４の操作段階では、弁座２８ａが対向する円筒状の面Ｃ₂に到達し、通路断面は従って一定のままであり、図３に線分ＲＳで表わされている。もしも面Ｃ₂が切頭円錐状形状で製造されていたら、従ってこの第４段階における通路断面もまた増加し、そして図３においてＲＴのような線分で表わされている。
面Ｃ₁及びＣ₂を備えたこのような装置の利点は、最初の２つの操作段階（図３の線分０Ｎ及びＮＱ）をブレーキ動作の膨大な大部分に一致させるために長さＫを選択可能なことであり、そしてそこでは、通常推測することができる状態のもとで運転者が彼の車両を簡単に減速し又は停止することを望む。
対照的に、車両の運転者は、車両を急に且つ迅速に減速することが必要な予期しない状況に直面するかもしれない。車両の運転者が強力な動作をブレーキペダルに行使すると仮定しよう。このような緊急ブレーキ操作の状況では、プランジャ２８が孔２６へ強く押され、その結果弁座２８ａは、おおよそブレーキ動作の開始時点で面Ｃ₂を向くようになる。
ブースタ装置はそれから、上述した第４の操作段階にただちに置かれ、そして図３の線分ＲＳに一致し、最初の３段階は非常に迅速に扱われる。この段階では、図３から理解できるように移動空気に提供された通路断面は図１のブースタ装置のものよりきわだって大きく、そしてこのためにブースタ装置の後方室１６へ向かう空気流量もまた大きい。
このような操作状況のもとで図２のブースタ装置によってもたらされる増幅は、従って図１のブースタ装置を介するより大きく迅速である。図２のブースタ装置の操作騒音は、もちろん、しかし全ブレーキ動作の１％以下を表す緊急ブレーキ操作の場合にのみ、図１のブースタ装置のものより大きい。この目的のため、この状況を満足する面Ｃ₁の軸方向の長さＫの大きさを選択することができ、この大きさをブースタ装置の型式によって決まる０．３から２ミリメートルの間にすることができる。
従って、その操作が静かなブースタ装置は、公知のブースタ装置と比べて、プランジャ及び弁要素だけを変更して他の構成要素を変更しないで残すことによって達成されたものであることが、明確に理解できる。この目的に到達するために用いられた手段は、従って特に、単純で信頼でき、しかも高価ではなく、そしてさらに、ブースタ装置の応答時間に不利な影響を及ぼさない。
従って本発明は、円錐状の面Ｃ、Ｄ、Ｃ₁又はＣ₂の頂点での半角、弁座２８ａの曲率又は面ＡとＣ又はＣ₂との間の円筒形状面の半径、その寸法、その形状あるいはそれを形成している材料の性質のように与えられたブースタ装置の特徴によって変更することが可能な長さＬ及びＫのような専門的なパラメータを、望まれた結果を獲得するため、換言すれば最小の操作騒音を獲得するために与える。
もちろん本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、専門家には明白で且つ添えられた請求の範囲に収まる幾多の変更を受け入れることができる。

Claims (8)

1. 対称軸線（Ｘ−Ｘ′）を有し、且つ、部分真空源に常時接続される前方室（１４）と、可動壁構造体（１２、２０）の孔（２６）内をスライドし軸線方向の制御ロッド（３０）に固定されたプランジャ（２８）によって駆動される三方弁（３６）をもって前方室（１４）又は外部大気に選択的に接続される後方室（１６）とに可動壁構造体（１２、２０）によって密封態様で区分されているケーシング（１０）を包含し、三方弁（３６）が、プランジャ（２８）の後部に形成された第１の環状弁座（２８ａ）と、可動壁構造体（２０）の中央部分の後部に形成された第２の環状弁座（２０ａ）と、ケーシング（１０）の外側に突出する可動壁構造体（１２、２０）の後方管状部分（２２）内に配置された環状弁要素（３６）とを含み、環状弁要素（３６）の前方に指向する部分が、第１の環状弁座（２８ａ）と相互に作用する第１の環状面（Ａ）と、第２の環状弁座（２０ａ）と相互に作用する第２の環状面（Ｂ）とを備えている空気圧ブレーキブースタ装置において、第１及び第２の環状面（Ａ、Ｂ）は、プランジャ（２８）の外周面（Ｄ）に面して位置する環状弁要素（３６）の内周面（Ｃ；Ｃ₁、Ｃ₂）によって軸線方向に離され、第２の環状面（Ｂ）は、第１の環状面（Ａ）が位置している横断面より前方の横断面に位置し、環状弁要素（３６）の内周面（Ｃ；Ｃ₁、Ｃ₂）と第１の環状面（Ａ）とが、プランジャ（２８）に形成された第１の環状弁座（２８ａ）と共に、外部大気を後方室（１６）に接続するための弁通路を画成し、この弁通路の断面は、環状弁要素に対するプランジャの初期の移動においては、第１の環状弁座（２８ａ）と第１の環状面（Ａ）との間の軸線方向距離（ｄ）に比例して変化し、前記プランジャのその後の移動においては、第１の環状弁座（２８ａ）と環状弁要素の内周面（Ｃ；Ｃ₁、Ｃ₂）との間の半径方向距離により前記プランジャの初期の移動における変化よりもゆるやかに変化するか一定であることを特徴とする空気圧ブレーキブースタ装置。
2. 請求項１記載のブースタ装置において、環状弁要素（３６）の内周面（Ｃ）が円筒形状で、プランジャ（２８）に形成された第１の環状弁座（２８ａ）と共に弁通路を画成し、その断面は、前記プランジャのその後の移動において第１の環状弁座（２８ａ）と第１の環状面（Ａ）との間の軸線方向距離（ｄ）にわたって一定であることを特徴とするブースタ装置。
3. 請求項１記載のブースタ装置において、環状弁要素（３６）の内周面（Ｃ）が切頭円錐状で、プランジャ（２８）に形成された第１の環状弁座（２８ａ）と共に弁通路を画成し、その断面は、前記プランジャのその後の移動において第１の環状弁座（２８ａ）と第１の環状面（Ａ）との間の軸線方向距離（ｄ）が変化する時、前記プランジャの初期の移動における変化よりもゆるやかに変化することを特徴とするブースタ装置。
4. 請求項１記載のブースタ装置において、環状弁要素（３６）の内周面（Ｃ₁、Ｃ₂）が半径方向肩部（５０）によって分けられた２つの直径の異なる面（Ｃ₁、Ｃ₂）で形成され、第２の面（Ｃ₂）は、第１の面（Ｃ₁）の直径よりも大きい直径を有することを特徴とするブースタ装置。
5. 請求項４記載のブースタ装置において、環状弁要素（３６）の第１の面（Ｃ₁）が切頭円錐状で、且つ、プランジャ（２８）に形成された第１の環状弁座（２８ａ）と共に、第１の環状弁座（２８ａ）と第１の環状面（Ａ）との間の軸線方向距離（ｄ）が変化する時、その断面が第１のゆるやかに変化する値を有する弁通路を画成し、そして、環状弁要素（３６）の第２の面（Ｃ₂）が切頭円錐状で、且つ、プランジャ（２８）に形成された第１の環状弁座（２８ａ）と共に、第１の環状弁座（２８ａ）と第１の環状面（Ａ）との間の軸線方向距離（ｄ）が変化する時、その断面が第２のゆるやかに変化する値を有する弁通路を画成し、第２の値が第１の値より大きいことを特徴とするブースタ装置。
6. 上記各請求項のひとつに記載のブースタ装置において、環状弁要素（３６）の内周面（Ｃ；Ｃ₁、Ｃ₂）に面しているプランジャ（２８）の外周面（Ｄ）は切頭円錐状で、且つ、この内周面と共に、前方に向かって拡大する断面を有する弁通路を画成することを特徴とするブースタ装置。
7. 上記各請求項のひとつに記載のブースタ装置において、切頭円錐状の内周面（Ｃ；Ｃ₁、Ｃ₂ ；Ｄ）の頂点の半角が０から２０度の間にあることを特徴とするブースタ装置。
8. 上記各請求項のひとつに記載のブースタ装置において、環状弁要素（３６）の第１の面（Ｃ₁）の軸線方向長さ（Ｋ）が０．３から２ミリメートルの間であることを特徴とするブースタ装置。

Images