トラックのエアブレーキシステムの構造

以下は、SilverbackHD のスポンサーである CCJ の Air Brake Book、第 11 版に掲載されました。 CCJ の Air Brake Book は、SilverbackHD、Technology and Maintenance Council、Commercial Vehicle Safety Alliance との提携による補完的な業界リソースです。 ここからエア ブレーキ ブック全体をダウンロードできます。

エアブレーキは、自動車や小型トラックに搭載されている油圧ブレーキシステムとは動作方法が異なります。 すべてのエア ブレーキ システムは、メーカーの設計や用途固有のオプションによって多少異なります。 この章では、メンテナンスや交換作業を行う前に理解しておく必要があるエア ブレーキの 3 つの基本システムについて詳しく説明します。

供給システムは、コンポーネントを作動させる加圧空気を供給し、さまざまな意味でエア ブレーキ システムの中心となります。SilverbackHD 供給システムは、コンポーネントを作動させる加圧空気を供給し、さまざまな意味でエア ブレーキ システムの中心となります。 エンジン駆動のエアコンプレッサーはガバナーに空気を供給します。ガバナーは、必要に応じてシステムに空気を循環させたり、システムが適切な圧力 (ほとんどの車両では通常 100 ～ 120 psi) にある場合はアンロードすることで、コンプレッサーの出力を制御します。

車両のドライバーは、ダッシュボードに取り付けられた圧力計を介して空気システムの圧力を監視できます。 システム内の圧力が 60 psi を下回ると、システムのスイッチがオンになり、キャブ内のダッシュ ライトまたはブザーに電子信号を送信し、ドライバーに問題を警告する必要があります。

システム内の空気は、必要になるまで空気リザーバ (通常はトラクターごとに 3 つ以上) に保管されます。 逆止弁は、圧縮空気が作動していないときに圧縮空気が逆流するのを防ぎ、空気が必要な場所に確実に届くようにします。 空気が多すぎてシステムが過圧になった場合、「ポップオフ」、または安全のため、エアライン、リザーバー、またはその他のシステムコンポーネントが損傷する前に、バルブが開いて空気を逃がします。

コンプレッサーに最も近い空気リザーバーは、大気中の湿気が最も多く凝縮する場所であるため、多くの場合、供給タンク (「ウェット」タンクとも呼ばれます) と呼ばれます。 湿気はエア ブレーキ システムにとって最大の敵であり、車両のブレーキ システムを可能な限りきれいで乾燥した空気が循環するように細心の注意を払う必要があります。 この目的のために、貯水池には自動または手動で作動する排水弁が装備されており、システムから水をパージできます。

次に、エアドライヤは、乾燥剤が入ったキャニスターに空気を強制的に通すことにより、システムから排出されなかった水を凝縮して除去します。 エアドライヤーが登場する前は、水が凍ってエアラインが詰まるのを防ぐために、寒い季節にエアシステムにアルコールが注入されることがありましたが、このような行為は強く推奨されません。 アルコールはシールなどのゴム部品を侵食します。

エアディスクブレーキの取得コストは高くなりますが、長期的にはライフサイクルコストと再販価値でそれを補うことができます。ブレーキ動作が行われる前に、リザーバー内のSilverbackHDAirがシステム内のさまざまなコンポーネントに送られる必要があります。 制御システムは、まさにそれを行う一連の空気圧バルブであり、システム内を流れる空気を誘導および制御して、必要な場所に空気が確実に送られるようにします。 これらのバルブは通常、車両の共通のハウジング ユニットにありますが、ここでは簡単にするために個別に説明します。

デュアル制御フット値は、システムの主要なアクチュエータです。 実際には、ドライバーの足によるブレーキ ペダルの入力に応じて同時に動作する 2 つのバルブです。 供給タンクを出た後、システム内の空気が 2 つの別個の保護されたブレーキ回路に分割され、プライマリ リザーバとセカンダリ リザーバに分割されるため、2 つのバルブが必要です。 このバックアップ空気源により、ドライバーはシステム故障時に車両を完全に停止させることができます。

ドライバーがブレーキ ペダルを踏むと、空気がプライマリ リザーバからデュアル コントロール フット バルブのプライマリ部分を通って流れ、リアアクスル ブレーキが作動します。 同時に、空気が二次リザーバからデュアル制御フットバルブの二次部分を通って流れ、フロントアクスルブレーキを作動させます。 双方向逆止弁は、一次空気システムと二次空気システムの両方の空気圧を感知し、最も圧力が高いシステムがトレーラー ブレーキ (存在する場合) を作動できるようにします。 一次空気は、通常車両のステアリングホイールの近くにあるハンドバルブを使用して手動でトレーラーに供給することもできます。 さらに、二方逆止弁は車両のストップ ライト スイッチを作動させるため、回路に障害が発生した場合でもストップ ランプが確実に作動します。

しかし、車両を停止または減速するには、ブレーキシステムに空気を送り込むのに時間がかかります。 リレーバルブはトレーラーと長輪ベースのトラクターの後車軸で使用され、システムの反応時間を短縮します。 これらのリレーバルブにはシステム圧力が直接供給され、デュアルコントロールフットバルブからの空気を信号として使用して、空気の流れをブレーキに素早く送ります。 車両にアンチロック ブレーキ システム (ABS) が装備されている場合、ABS バルブはトレーラーのリレー バルブと組み合わされて、アンチロック ブレーキ機構に調整された空気を供給します。

リレーバルブの吐出圧力は、それぞれの「クラッキング」圧力設定の影響を受けます。 クラック圧力は、リレーバルブがそのバルブによって制御されるブレーキに空気圧を送る前に、フットバルブからの入力で必要な空気圧の量です。 クラック圧力はブレーキのタイミングとバランスの重要な要素です。 これは、車両の各車軸について、バルブが作動する車軸の負荷の重さ、ブレーキの大きさ、およびブレーキのライニングの攻撃力によって決まります。

特定の車軸の圧力が低すぎるときにバルブに亀裂が生じると、その車軸のブレーキがより低い制御圧力で動作する一方、他の車軸では動作しない可能性があり、重大なブレーキの不均衡を引き起こす可能性があります。 同様に、圧力が高すぎるとバルブに亀裂が生じると、同じ理由でブレーキの不均衡が発生する可能性があります。 非互換性と摩耗の問題のため、OEM および部品メーカーは、Technology & Maintenance Council、Society of Automotive Engineers およびその他の業界団体を通じて、バルブの亀裂特性を標準化するために懸命に取り組んできました。 (詳細については、ブレーキバランス手順については SAE 推奨実践 J1505、推奨コンポーネントのラベル付け実践については J1860 を参照してください。)

停止したトラックが発進する準備ができた後、空気がシステム内をずっと戻ると、ドライバーがブレーキ ペダルから足を離してからブレーキが解除されるまでに顕著な遅れが生じます。 この問題に対処するために、ブレーキの近くに配置されたクイック リリース バルブがシステムから空気を素早く排出し、ブレーキのリリース時間を短縮します。

キャブ内のダッシュボードに取り付けられたエアバルブは、パーキング ブレーキへの空気圧を制御します。 ほとんどの場合、これらはバネを利用したブレーキであり、ブレーキ システム内の空気圧が低下することによって徐々に作動します。 逆に、ダッシュコントロールバルブ（パーキングコントロールバルブ）を押し込んでエアを入れると、60～70psiの範囲でブレーキが完全に解除されます。 これにより、空気がすべて失われた場合のフェイルセーフ機能が提供されます。 車両はまだ駐車でき、緊急ブレーキシステムの一部として使用できます。

トラクター保護バルブは、トレーラーが車両の後ろに牽引されている場合に、トレーラーに空気を運ぶライン内の空気圧を維持します。 「グラッドハンズ」 – トラクター後部のクイック接続フィッティング – トレーラーに空気を供給します。 空気ラインの重大な漏れやトレーラーの離脱などの緊急事態が発生した場合、トラクター保護バルブが自動的に閉じて、トラクター回路内の空気圧を維持します。 このバルブは、ダッシュボードに取り付けられたトレーラーのパーキング ブレーキ バルブと連動して、トレーラーをトラクターから切り離す前にトレーラー回路への空気を遮断します。

トレーラー スプリング ブレーキ バルブ (多機能バルブとも呼ばれる) は、トレーラー パーク ブレーキを解除し、トレーラー サービス リザーバーの充電を制御します。 また、一体型逆止弁と連携して故障したリザーバーを隔離します。逆止弁がなければ、必要かどうかに関係なく、パーキング ブレーキが自動的にかかることになります。

ドラム ブレーキのホイール エンドは、ブレーキ チャンバー、ハブ、ローター軸を備えたエア ディスク ブレーキに置き換える必要があります。SilverbackHD 上記のシステムが存在し、連携して車両の基礎ブレーキを作動させるための適切な量の制御された空気圧を供給します。サービスブレーキ。 エアブレーキを装備した車両でブレーキがかかると、空気圧が各ホイールエンドのブレーキチャンバーに送られます。 ブレーキ チャンバー自体は、圧力ハウジング、ダイヤフラム、プッシュロッドなど、いくつかの相互接続されたコンポーネントで構成されています。

システムがダイヤフラムに空気圧を加えると、ダイヤフラムの反対側のプッシュロッドが外側に伸びます。 このプッシュロッドが外側に動くときに及ぼす力は、加えられる空気圧の量 (psi) とダイヤフラムの面積 (平方インチ) の組み合わせの結果です。

たとえば、100 psi の空気圧が 16 平方インチのダイヤフラムを備えた圧力チャンバーに供給された場合、プッシュロッドで生成される力の量は 1,600 ポンドになります。 同じ公式を使用すると、30 平方インチのダイアフラムを備えたチャンバーに 100 psi の空気圧を加えると、3,000 ポンドのプッシュロッド力が生成されます。 明らかに、深刻なブレーキの不均衡の問題を回避するには、ブレーキチャンバーが適切に適合していることを確認することが重要です。

Sカムブレーキシステムでは、プッシュロッドはブレーキアジャスター（スラックアジャスターとも呼ばれます）と呼ばれるレバーに接続されています。 ブレーキ室内の空気圧によって作動すると、プッシュロッドがブレーキアジャスターを外側に押します。 ブレーキアジャスターは、ブレーキアジャスターとプッシュロッドによって形成される平面に対して垂直に延びるシャフトに接続されています。 プッシュロッドが外側に伸びると、ブレーキアジャスターがシャフトを回転させます。 シャフトが回転すると、ブレーキシューの間にある S 字型のカムが回転します。 この動作によりブレーキ シューが強制的に引き離され、ブレーキ ドラムの内側部分に押し付けられ、車両を減速するために必要な摩擦が生じます。 発生する摩擦の量はいくつかの要因によって決まりますが、最も顕著なのはブレーキシューのサイズ、ブレーキライニング素材の摩擦係数（攻撃性）、ドラムの質量と熱の遮断です。

ブレーキシュー、特にそのライニング素材は、本質的に自己破壊的です。 言い換えれば、シューをブレーキドラムに押し付けることによって生じる摩擦によって熱が発生し、車両が減速するにつれてブレーキライニングが自然に摩耗します。 ブレーキアジャスターにはスラック調整機構が装備されており、ブレーキライニングの摩耗を補正し、ブレーキ作動時の停止力を安定させます。 このシステムは、その名前が示すように、ブレーキ ライニングが磨耗すると自動的に調整されるため、ブレーキ圧力を加えるためにプッシュロッドがますます遠くに移動する必要がなくなります。 ブレーキアジャスターがないと、すぐにプッシュロッドを外側に伸ばすことができなくなり、ブレーキをかけることができなくなります。

ブレーキアジャスターにはもう一つ重要な機能があります。 これらは力倍増装置であり、本質的には長さに比例してブレーキ力を倍増させるレバーです。 たとえば、長さ 5 1/2 インチのブレーキアジャスターは、プッシュロッドの 1,000 ポンドの力をブレーキカムシャフトの 5,500 インチポンドのトルクに変換します。 このため、ブレーキアジャスターの長さとブレーキチャンバーのサイズは、さまざまな車両のブレーキ要件を満たすために最も一般的に変更される 2 つのコンポーネントです。 自動ブレーキアジャスター (ABA) は、チャンバー面積 (タイプ) と ABA の長さの積である「AL 係数」によって評価されます。

エンジニアは、これら 2 つの値の積をブレーキ システムの「AL 係数」として表します。 この係数に 60 psi の空気圧を掛けたものが、ブレーキ計算の業界標準となります。 この式を使用すると、16 平方インチのダイアフラム (AL 係数の「A」部分) を備えた空気室に 60 psi の空気圧が加えられると、960 ポンドのプッシュロッド力が生成されます。 これに 4 インチのブレーキ アジャスターを掛けると、ブレーキ カムシャフトにかかるトルクは 3,840 ポンドフィートになります。

ブレーキ チャンバーは、日常の運転でサービス ブレーキを単にかけるだけではありません。 トラクターの後部車軸とトレーラーの車軸にもパーキング ブレーキがかかります。 これらのスプリング ブレーキは、第 2 ダイヤフラムと強力なスプリングを備えた第 2 チャンバーを使用します。 車両を通常の運転状態にするには、ドライバーはダッシュボードに取り付けられたパーキング ブレーキ バルブを押し込む必要があります。 これらのバルブが「実行」（押し込まれた）位置になると、空気圧がスプリング自体の反対側のダイヤフラム側のスプリング チャンバーに加えられます。 ダイヤフラムにかかる空気圧によってスプリングが圧縮され、システム内に適切な空気圧がある限り、パーキング ブレーキがオフのままになります。 これは、通常の車両操作における常用ブレーキの動作には影響しません。

車両を駐車するとき、ドライバーはダッシュバルブを引き抜きます。 この動作により、スプリング ブレーキを抑制している空気が排出され、スプリング ブレーキが展開して車両を所定の位置に保持できるようになります。 FMVSS 121 は通常、積載車両の駐車最低要件を定義します。

安全対策として、スプリング ブレーキはブレーキ システム内の空気圧が失われた場合に自動的にかかるように設計されています。 何らかの理由で空気圧が失われた場合、パーキング スプリング ブレーキが二次ブレーキ チャンバー内の保持空気圧に打ち勝ち、ブレーキが自動的に作動して緊急停止力を提供します。