ブレーキ比例バルブはどのように機能しますか?

ブレーキ プロポーショニング バルブの機能 — 簡単な答え

ブレーキ比例バルブは、フロント ブレーキに対してリア ブレーキに送られる油圧を制限します。ブレーキを強く掛けると、体重が前方に移動し、後輪のトラクションが低下します。圧力制御がないと、後輪が前輪よりも先にロックし、車両がスピンしたりフィッシュテールを起こしたりします。プロポーショニング バルブは、リア ブレーキ圧力を校正済みのしきい値 (通常は次の間の値) で制限することでこれを防ぎます。 システム総圧力の 30% および 50% 、車両の設計と重量配分によって異なります。

このコンポーネントは、マスターシリンダーとリアブレーキキャリパーまたはホイールシリンダーの間の油圧ブレーキラインに設置されます。フロントブレーキには影響しません。フロントブレーキは停止力の大部分を処理します。ほとんどの乗用車では、フロントアクスルがブレーキとブレーキの間の制動力を吸収します。 60%と80% 急停止時の総制動エネルギー。リアブレーキはアシストしますが、早期のロックアップを避けるために抑制しておく必要があります。

ブレーキ比例バルブがどのように機能するかを理解することは、荷重伝達の物理学を理解することを意味します。プロポーショニング バルブは受動的な制限ではなく、実際のブレーキ ライン圧力にリアルタイムで反応する圧力感知デバイスです。

内部機構: 圧力はどのように制御されるか

標準プロポーショニング バルブの内部には、校正されたスプリット ポイントを備えたスプリング式ピストンがあります。設定された圧力しきい値 (「ニー ポイント」または「スプリット ポイント」と呼ばれることが多い) を下回ると、バルブはリア ブレーキに全圧力を渡します。ライン圧力がこのしきい値を超えると、ピストンが移動して後部回路へのさらなる圧力上昇を制限します。

ブレーキをかけている間に段階的に何が起こるかは次のとおりです。

1. ドライバーがブレーキペダルを踏むと、マスターシリンダー内の圧力が高まります。
2. 圧力は最初はフロント回路とリア回路の両方に均等に流れます。
3. リアサーキットの圧力がニーポイントに達すると（通常は 400 ～ 600 psi 多くの乗用車では)、比例バルブのピストンが移動します。
4. バルブは後部回路の圧力上昇率を低減し、前部圧力が妨げられることなく上昇し続けることを可能にします。
5. ペダルを踏む力を最大にすると、フロントブレーキがかかる場合があります。 1,200psi以上 一方、リアはその数分の一に保たれます。

膝点より上の前部圧力に対する後部圧力の比は、スロープ比と呼ばれます。たとえば、勾配比 0.3 は、スプリット ポイントを超えて前部圧力が 100 psi 増加するごとに、後部圧力は 30 psi だけ増加することを意味します。この比率は、車両の重量、ホイールベース、重心に一致するように設計されています。

の種類 自動車用ブレーキバルブ 圧力配分に使用

後部圧力を制御するすべての自動車ブレーキ バルブが同じように機能するわけではありません。さまざまな車両タイプや時代にわたって、いくつかのデザインが使用されています。

固定比例バルブ

これが最もシンプルなデザインです。スプリットポイントとスロープ比は製造時に固定されます。車両荷重の変化は考慮されていません。空車の 0.5 トンのピックアップ トラックでは、800 ポンドの荷物を積んでいるときとは異なるリア ブレーキ バランスが必要です。固定バルブでは適応できません。これらは、荷重変動が最小限である古い乗用車や軽量車両によく見られます。

ロードセンシングプロポーショニングバルブ (LSPV)

ロードセンシング比例バルブは、リンケージロッドを介してリアサスペンションに機械的に接続されています。車両に荷重がかかり、サスペンションが圧縮されると、リンケージがバルブのスプリング プリロードを調整し、ニー ポイントを上げます。これにより、リアアクスルにかかる重量が大きくなったときに、リアブレーキの圧力を高めることができます。つまり、リアブレーキをより強くしたほうが安全なときです。このデザインはトラック、バン、SUV で広く使用されています。満載のピックアップトラックでは、リアブレーキの圧力制限が変化する可能性があります。 200 ～ 400 psi 空荷状態との比較。

コンビネーションバルブ

1970 年代から 1990 年代にかけての多くの車両には、メータリングバルブ、差圧スイッチ、プロポーショニングバルブの 3 つの機能を 1 つのハウジングに統合したコンビネーションバルブが採用されていました。メータリングバルブは、フロントディスクブレーキの作動をわずかに遅らせ、軽いブレーキング時にリアドラムブレーキが最初にかかるようにし、バランスの取れた感覚を実現します。 1 つの回路が圧力を失うと、差圧スイッチによってブレーキ警告灯が点灯します。比例セクションは、上で説明したように後部圧力制限を処理します。この設計によりスペースが節約され、設置が簡素化されます。

電子ブレーキ力配分 (EBD)

ABS を装備した現代の車両は、通常、機械的なプロポーショニングを電子ブレーキ力配分に置き換えています。 EBD は、車輪速度センサー、ABS 油圧制御ユニット、車両の ECU を使用して、リアブレーキ圧力を動的に調整します。ライン圧力だけでなく、実際のホイールのスリップも考慮します。 EBD はミリ秒単位で応答し、さまざまな路面、ステアリング入力、荷重条件に同時に適応できます。このシステムでは、機械式比例バルブは削除されるか、またはフェールセーフ バックアップとしてのみ残されます。

プロポーショニングバルブがブレーキシステム内に設置される場所

プロポーショニング バルブは、リア アクスルに電力を供給するブレーキ ラインのインラインに配置されています。対角分割ブレーキ回路 (各回路がフロント 1 つと反対のリア 1 つを制御する) を備えた車両では、プロポーショニング機能をマスター シリンダー自体に組み込むか、各リア ラインに二重化することができます。古いフロント/リア分割システムでは、単一のバルブがリア回路全体を処理します。

トラックや商用車では、LSPV は通常、リンケージ アームが車軸に直接接続された状態で、リア アクスル ハウジングまたはリア サスペンション近くのフレームに取り付けられます。サスペンションの移動量を測定すると、センサーや電子機器を使用せずに、バルブにリア荷重に関するリアルタイムの情報が得られます。

システム内のプロポーショニング バルブと他の自動車ブレーキ バルブとの関係は次のとおりです。

• マスターシリンダー — ペダル入力から油圧を生成
• ブレーキブースター — ペダル力がマスターシリンダーに到達する前に増幅します。
• 絞り弁 — ライトストップでのフロントディスクの係合を遅らせます（コンビネーションバルブの場合）
• プロポーショニングバルブ — スプリットポイントを超える後部回路の圧力を制限します
• ABSモジュレーター — ロックアップ状態時に個々のホイールレベルで介入します

これらの自動車ブレーキ バルブとコンポーネントはそれぞれ異なる機能を実行しますが、互換性があり、車両のブレーキ特性に適切に適合している必要があります。

ブレーキ比例バルブの故障の兆候

プロポーショニング バルブに欠陥があると、認識できる症状が生じます。リアブレーキのバランスを制御するため、問題は主にブレーキング中に発生します。

適度なブレーキをかけた場合の後輪のロックアップ

バルブが開いた位置で故障すると、無制限の圧力がリアブレーキに伝わります。その結果、パニックブレーキ時だけでなく、通常の停止時でも後輪がロックしてしまいます。これは、車両の後部が飛び出す可能性があるため、最も危険な故障モードの 1 つです。濡れた路面や緩んだ路面では、これはさらに低速でも発生します。

後輪ブレーキが弱い、または効果がない

バルブが閉位置または非常に制限された位置で動かなくなると、リアブレーキ圧力が完全に遮断されるか、ゼロ近くまで低下します。リアブレーキはほとんど役に立ちません。すべての熱負荷がフロント ブレーキにかかるため、停止距離が長くなり、ブレーキのフェードが早くなります。その結果、フロントローターが過熱して早期に変形する可能性があります。

不均一なブレーキパッドとシューの摩耗

フロントとリアの制動力が不均衡に分割されると、不均一な摩耗パターンが発生します。ブレーキ検査を行う技術者は、ABS に問題がない車両で、ひどく磨耗したフロント パッドと、ほとんど使用されていないリア シューまたはパッドを発見した場合、プロポーショニング バルブの故障を疑う必要があります。

ブレーキ警告灯

コンビネーションバルブを備えた車両では、フロント回路とリア回路の間に重大な不均衡がある場合、差圧スイッチがブレーキ警告灯を点灯させます。これは必ずしもプロポーショニング バルブの故障を具体的に示すわけではありませんが、診断の開始点となります。

バルブ本体の液漏れ

バルブの内部シールは時間の経過とともに劣化する可能性があり、特にブレーキ液を予定どおりにフラッシュしていない車両では顕著です。ブレーキ液は吸湿性があり、空気中の水分を吸収します。フラッシュを行わずに数年間経過すると、湿気で汚染された流体がバルブの内部ボアとピストンを腐食させ、シールの破損や外部漏れを引き起こします。 ブレーキフルードは2年または30,000マイルごとに交換する必要があります ほとんどの車両ではこれを防ぐために。

診断と検査の手順

プロポーショニングバルブをテストするには、ブレーキを制御しながらフロント回路とリア回路の油圧を同時に測定する必要があります。これは、フロントとリアのブレーキラインに取り付けられた T フィッティングを備えたブレーキ圧力ゲージセットを使用して行われます。

通常、手順は次の手順に従います。

1. 圧力計は比例弁の前後出口ポート、または各回路のテストポイントに取り付けてください。
2. エンジンを停止し、ブレーキブースターを使い果たした状態で、ブレーキペダルに一定の圧力を加えます。
3. ペダルの力が増加するにつれて、両方のゲージの圧力を同時に記録します。
4. スプリットポイントより下では、フロントとリアの圧力が等しいか、非常に近い圧力になる必要があります。
5. スプリットポイントを超えると、リアゲージはフロントに比べて増加率が低下するはずです。
6. 読み取り値を、分割点と傾斜比に関する自動車メーカーの仕様と比較します。

すべての踏力でフロントとリアの圧力が同じままである場合、バルブは機能していません。すべてのペダル力において後部圧力が不釣り合いに低い場合、バルブが制限された位置で固着する可能性があります。どちらの状態でもバルブの交換が必要です。

ロードセンシングプロポーショニングバルブの場合は、リンケージ調整もチェックする必要があります。多くの LSPV には、バルブのベースライン位置を設定する調整可能なロッド長があります。リンケージの調整が誤っている場合（たとえば、リアサスペンションの修理後）、バルブ自体が機能していてもリアブレーキの性能が正しくなくなります。車両メーカーは、リンク長さの空車時の測定値を指定します。

交換に関する考慮事項とよくある間違い

プロポーショニング バルブの交換は簡単な油圧作業ですが、実際には次のようなエラーがよく発生します。

間違った仕様のバルブを取り付ける

プロポーショニングバルブは万能ではありません。バルブのスプリットポイントやスロープ比が間違っていると、車両に合わないブレーキバイアスが発生します。小さな違いであっても重要です。スプリット ポイントが 100 psi を超えると、軽自動車の急停止時にリア ブレーキに過剰な圧力がかかる可能性があります。同じモデルファミリーの類似車両だけでなく、常に正確な車両に指定された部品番号を使用してください。

交換後のブレーキブリードのスキップ

ブレーキ油圧回路が開いているときはいつでも、空気が侵入する可能性があります。空気は圧縮可能ですが、ブレーキ液は圧縮しません。リア回路に小さな気泡があると、ペダルがスポンジ状になり、リアブレーキの応答が不安定になります。バルブ交換後は、マスターシリンダーから最も遠いホイールから始めてフルブレーキエア抜きを行うことが必須です。

根本原因に対処していない

バルブの固着または漏れは、多くの場合、ブレーキ液が無視されている場合の症状です。水分を含んだ古い液体を洗い流さずにバルブを交換すると、システム内に腐食性の液体が残ります。新しいバルブも同じメカニズムで短期間に故障します。バルブ交換時には、指定どおりに新しい DOT 3 または DOT 4 フルードを使用してブレーキ液を完全にフラッシュする必要があります。

パフォーマンス構築のためのプロポーショニングバルブのバイパス

一部のパフォーマンスおよびレース用途では、調整可能なブレーキ バイアス バーを優先して、工場出荷時のプロポーショニング バルブを意図的に取り外したりバイパスしたりしています。これにより、ドライバーは前後ブレーキの分割を直接制御できるようになります。経験豊富なドライバーと管理されたコンディションのトラックでは、これは正当なセットアップです。公道では危険です。適切に調整された交換品を使用せずにプロポーショニング バルブを公道車両から取り外すと、重要な安全機構が取り外されるため、多くの管轄区域では法律違反となる可能性があります。

プロポーショニングが ABS および最新のブレーキ システムとどのように相互作用するか

ABS を装備した車両では、プロポーショニング バルブと ABS モジュレーターの関係を明確に理解する必要があります。 ABS は、ブレーキ圧力を急速に脈動させることでホイールのロックアップを防ぎます。特定のホイールの圧力を解放して再適用することができます。 1秒あたり15～20回 。これにより、ABS 装備車では後部の大幅なロックアップが発生する可能性がはるかに低くなり、プロポーショニング バルブは依然として重要なのかという疑問が生じます。

答えは「はい」です。理由はいくつかあります。

• ABS は車輪が滑り始めた後にのみ作動します。比例バルブの動作は先制的であり、スリップが発生する前に過度の後方圧力を防ぎます。
• 滑りやすい路面では、ABS とプロポーショニングが連携して機能します。プロポーショニングバルブにより、ABS が後輪に介入する必要が生じる可能性が減り、トラクションの低い路面での停止距離が短縮されます。
• 一部の ABS システムには、機械式バルブの完全な代替としてではなく、補助機能として電子ブレーキ力配分が組み込まれています。機械式バルブは、ABS モジュールまたは配線に障害が発生した場合にフェールセーフ動作を提供します。

EBD が機械式プロポーショニング バルブを完全に置き換えている車両では、ABS/EBD システムの故障がリア ブレーキのバランスに影響を与える可能性があります。これが、ABS 警告灯を無視すべきではない理由の 1 つです。ABS の故障は、目に見えるブレーキ症状がない場合でもブレーキ バランスを損なう可能性があります。このような車両で ABS モジュールが故障すると、システムは通常、ロックアップを防ぐために他の安全マージンに依存して、すべての車輪に調整されていない最大のブレーキ圧力をデフォルトで適用します。

車両カテゴリー間のプロポーショニングバルブ仕様

車両カテゴリーが異なると、実質的に異なるプロポーショニング バルブの校正が必要になります。以下の表は、車両タイプごとに設計パラメータがどのように異なるかを示しています。

これらの数値は、メーカーや特定のモデルによって大きく異なります。これらの値は、特定の車両の参考仕様として機能するものではなく、設計パラメータの範囲を示すことを目的としています。

適切なリアブレーキバランスが安全にとって重要な理由

ブレーキング中の後輪のロックアップは、ドライバーが経験する可能性のある最も不安定な出来事の 1 つです。前輪が回転し続けているときに後輪の回転が停止すると、車両の方向安定性が失われます。リアエンドはステアリング入力とは独立した経路をたどります。つまり、勢いに乗ってどこまでも進みます。高速道路の速度では、ほんの数秒でフルスピンしてしまう可能性があります。

交通安全団体による研究では、ブレーキによるリアロックアップがコントロール不能事故のかなりの割合で寄与していることが一貫して示されています。プロポーショニング バルブは、この特定の故障モードに対する受動的な機械的安全装置です。作動させるのにドライバーのスキルや電子機器を必要とせず、ブレーキシステムの複雑さは無視できるほどです。

これが、プロポーショニング バルブが、ほとんどのドライバーが意識することのない地味なコンポーネントであるにもかかわらず、自動車のブレーキ バルブ回路において安全性が最も重要なハードウェアの 1 つである理由です。定期的なブレーキ液のメンテナンスとともに、ブレーキ液を良好な状態に維持することは、ブレーキ液が提供する保護に比べればほとんどコストがかかりません。

ブレーキパッドコンパウンドの変更、リアのドラムからディスクへの変更、車両重量の大幅な変更など、車両のブレーキシステムを改造する場合は、プロポーショニングバルブの校正を再検討する必要があります。たとえば、もともとリアドラムを備えていた車両のリアディスク変換には、別のプロポーショニングバルブが必要になります。これは、ディスクブレーキがドラムブレーキよりも同じ油圧に対してより多くのクランプ力を生成するためです。オリジナルのドラム校正済みバルブをリアディスクで使用すると、他のすべてのコンポーネントが正しく機能していても、ハードストップ中にリアブレーキがロックアップします。