概要の前に
報道などでは自動車の衝突被害軽減ブレーキ装置を指すことが多々あるが、本稿では鉄道車両の自動空気ブレーキについて述べる。
概要
主に鉄道車両用の自動空気ブレーキを指す。各車両には制御弁と空気溜めが備えられ、編成を貫通する形で繋がれた空気管から圧縮空気の供給とブレーキ制御が行われる。空気管の空気を抜くことにより各車両のブレーキがかかる仕組みとなっているため、列車分離や配管外れなどの重大な事故や故障が起きると自動的にブレーキがかかる安全性をもつ。そのため鉄道用ブレーキとして広く普及した。現在でも貨物列車のブレーキや客車や電気車、内燃車の主系統又は予備・被牽引用系統、また採用していなくとも新しく採用しているブレーキ装置の制御構造の基本(特に非常ブレーキ制御)として用いられている。
仕組み
各車両には空気溜めと圧力差で動作する制御弁、編成を貫通する形で設置された空気管が装備されており、その空気管には規定圧の圧縮空気(5kgf/㎠(≒490kPa)が一般的)が込められ、そこから空気溜めに蓄圧されている。
牽引車両や制御車両の運転台にあるブレーキ弁操作で以下のような動作をする。
制動
運転台のブレーキ弁を操作して管内の空気を抜くと圧力差で制御弁が動作し、空気溜めからブレーキシリンダーへと圧縮空気を送り込みブレーキがかかる。
ブレーキ保持
ブレーキ弁を操作して管内の空気圧をそのまま(減圧・増圧ともに行わない)にしておくと制御弁の動作はとまり、ブレーキシリンダー内の空気圧は制動操作開始からブレーキ保持までの間に送ったままの圧力となり、ブレーキ力が保持される。ブレーキ弁でこの動作をする位置を「重なり」という。
ブレーキ緩解
ブレーキ弁を操作して空気管内に圧縮空気を送り込むと制御弁がブレーキシリンダーの圧縮空気を抜いてブレーキを緩め、それと同時に空気溜めへの再蓄圧を行う。
非常ブレーキ
運転台のブレーキ弁や車掌弁の操作で空気管内の空気を一気に抜く。すると空気管内の圧力は大気圧まで下がるため、制御弁はブレーキ保ちやブレーキ緩めの動作はできず兎にも角にもブレーキをかける動作しかできなくなる。そのためブレーキが一番強い力でかかる。列車分離や配管外れでも非常ブレーキ操作時と同じ現象が起こるため事故や故障による被害を最小限に食いとどめることができる。制御弁によっては非常ブレーキ時に別の空気溜めからも供給してさらに常用ブレーキよりも更に強い力でブレーキをかけるようにしてあるものもある。
欠点補助、克服など
非常ブレーキをかけた後再び圧縮空気を込める際は各車両の空気溜めと配管に空気を供給して規定圧まで上げなければならないため、ブレーキ緩解まで時間がかかり空気溜め内の空気圧が不十分だと次にブレーキをかける際にブレーキの効きが悪くなったりブレーキが利かないという欠点があるため、規定圧まで上がらないと発車や力行が出来ない様になっていたり、また自動列車停止装置などの保安装置も自動ブレーキ採用車では非常ブレーキではなく常用最大ブレーキをかける、保安装置動作後の自動緩解をしないなど他の装置の工夫によりこの欠点による事故を防ぐようにしていることが多い。
また、加減速が多い列車では空気溜めの再蓄圧が間に合わないため空気供給専用に別の管も併設するといった工夫を施してあり、また長大編成になるにつれて応答性が悪くなる欠点を克服するため電磁弁による制御で他の自動ブレーキ車との互換性を保ちつつ応答性をあげる工夫もなされた。
運転台のブレーキ弁装置も工夫が施され、ブレーキ弁のハンドル角度に応じてブレーキ管内圧力を調節するセルフラップ機構が登場しブレーキ操作の簡便化が出来るようになった。(国内だとDE10形やキハ181系から採用・量産が始まった)
後の世代のブレーキ
編成内の電源供給が出来、加減速の頻繁な電車では応答性の悪さの克服や電空協調制御によるブレーキに対応するため電磁直通ブレーキに変わられ、更に電気指令式ブレーキへと取って代わられていった。また、気動車でも近年の車両では電気指令式に取って代わられており、客車も電気指令式に取って代わられた。
が、電磁直通ブレーキでは自動ブレーキが非常ブレーキ系統として組まれており、電気指令式も非常ブレーキ制御はこの方式が基となっている。また牽引・被牽引用に自動ブレーキを併設していたり、被牽引時に電子装置で編成内の電気指令に読み替える列車もある。ちなみに、貨車では編成内の電源供給が困難なため現在でも多く使われている。
