汽车真空助力制动原理和真空泵

真空助力制动原理及其真空泵真空助力制动原理一、制动系统概述常规制动系统主要由两部分组成：Actuation（真空助力器带制动主缸总成）Foundation（盘式制动器总成&鼓式制动器总成）•制动系统按作用可分为：–行车制动系统–驻车制动系统•我们公司SUV的制动系统是液压式制动系统真空助力制动原理真空助力制动原理真空助力器图示真空助力器制动主缸刹车油壶真空助力制动原理二、真空助力器作用•Actuation：真空助力器+制动主缸（省力+制动）•真空助力器：将制动踏板产生的输出力放大后产生制动主缸的输入力。•制动主缸：将真空助力器的输出力转化为液压输出到制动管路。总结为一句：将机械力转化为液压力真空助力制动原理•举例：–已知条件：制动液压P为9MPa主缸缸径D为23.81；主缸的效率n2为0.95；助力器助力比R为3.4；助力器的效率n1为0.9；制动踏板杠杆比i为4–计算：踏板力–主缸输入力F=P×(D2×π/4)/n2=4218N–助力器输入力F1=F2/R/n1=1378N–踏板力FP=F1/i=344.5N500N真空助力制动原理三、真空助力器结构与工作原理•真空助力器结构真空助力器结构图真空助力制动原理三、真空助力器结构与工作原理•真空助力器工作过程（1）内外腔气室相通真空阀门A开启空气阀门B关闭自然状态真空助力制动原理•自然状态时，在阀圈弹簧和支撑弹簧的共同作用下，真空阀口A处于开启状态，而空气阀口B处于关闭状态，所以，真空助力器的前后腔是连通的，同时它们又是与大气隔绝的。–真空阀口A：阀圈底面与活塞外壳之间的间隙作用：连通前后腔–空气阀口B：阀圈底面与止动底座之间的间隙作用：连通后腔与大气•若发动机正在工作，由真空泵产生的真空会将真空助力器的真空阀（通常为单向阀）吸开，此时前后腔都处于真空状态。真空助力制动原理三、真空助力器结构与工作原理•真空助力器工作过程（2）内外腔气室隔开真空阀门A关闭空气阀门B开启中间工作状态外界空气真空助力制动原理•中间工作状态时，来自制动踏板的力推动操纵杆向前运动，止动底座也随之运动，使真空阀口A关闭，将前后腔隔离，接着空气阀口B开启，大气进入后腔，由此产生的前后腔压差推动膜片、膜板带着活塞外壳向前运动，此时，装配在推杆组件里的反馈板同时受到止动底座和活塞外壳的推力作用，再通过推杆组件施加在主缸第一活塞上，主缸内产生的油压一方面传递给制动轮缸，另一方面又作为反作用力经由助力器传递回制动踏板，使司机产生踏板感。真空助力制动原理三、真空助力器结构与工作原理•真空助力器工作过程（3）内外腔气室隔开空气阀门B关闭平衡状态外界空气真空助力制动原理•果制动踏板力保持不变，在经由反馈板传递的主缸向后的反作用力和膜片+膜板+活塞外壳+阀碗+支撑弹簧+阀圈向前运动趋势的共同作用下，空气阀口B封闭，达到平衡状态。此时，任何踏板力的增长都将破坏这种平衡，使空气阀口B重新开启，大气的进入将进一步导致后腔原有真空度的降低，加大前后腔压差。•真空助力器的工作过程是一个动平衡的过程。真空助力器工作原理三、真空助力器结构与工作原理•真空助力器工作过程（4）内外腔气室相通空气阀门B关闭松开制动状态外界空气真空阀门A开启真空助力制动原理•松开踏板，在阀圈弹簧的作用下，操纵杆带动止动底座向后运动，首先关闭空气阀口B，继续的运动将开启真空阀口A，助力器前后腔连通，真空重新建立。与此同时，在回位弹簧的作用下，膜片+膜板+活塞外壳组件回到初始位置。真空助力制动原理四、制动主缸结构与工作原理•补偿孔式主缸结构真空助力制动原理•主缸死行程定义（补偿孔式）:真空助力制动原理•主缸第一活塞组件结构:•第一活塞限位底座与调节螺杆之间可以相对运动，第一活塞在推力的作用下，压缩回位弹簧向前运动，调节螺杆起辅助导向作用•第一活塞组件的高度直接影响第二腔的死行程。真空助力制动原理•补偿孔式主缸工作过程（1）:自由（非工作）状态：主皮碗位于补偿孔和供油孔之间，压力腔和供油腔通过这两个孔相连，主缸没有油压输出。自然状态真空助力制动原理•补偿孔式主缸工作过程（3）:工作状态建压状态：第一阶段：来自第一活塞的推力推动第一、二活塞组件向前运动，主皮碗唇边将两个补偿孔封闭。第二阶段：继续推动活塞，因第二回位弹簧抗力小于第一回位弹簧，故先被压缩，第二压力腔先建压。此时第一压力腔内的制动液未被压缩，故第一腔没有液压。第三阶段：继续推动活塞，来自第二压力腔的液压作用到第二活塞上产生的反作用力加上逐渐增大的第二回位弹簧抗力之和大于第一回位弹簧的抗力，使第一回位弹簧被压缩，第一腔也开始建压。真空助力制动原理•补偿孔式主缸工作过程（3）:泄压状态泄压状态：当制动踏板松开后，在两个回位弹簧的作用下，活塞迅速回退，这时在压力腔容易形成真空。为了消除真空，必须让供油腔内的制动液快速地补充到压力腔。这时通过活塞上的过油孔制动液由供油腔进入到压力腔，使制动回路压力降低。211．概述●真空伺服制动是液压制动驱动机构的一种常用结构型式，其动力源为真空。对于传统汽油发动机车辆，其进气歧管可以产生较高的真空负压，可以直接为真空伺服系统提供真空。对于柴油机发动机车辆，其进气歧管不能提供足够的真空负压，需要另外配备真空泵来保证真空伺服系统正常工作。对于汽油涡轮增压发动机或汽油直喷发动机，其进气歧管也不能保证提供稳定可靠的真空负压，因此也需要配备真空泵。●节气门开度与真空度的关系节气门开度较小，进气歧管内会产生较强的真空效应，从而产生较大的真空度。节气门开度较小，进气歧管内会产生较强的真空效应，从而产生较大的真空度。节气门开度较大，且发动机转速较低时，进气歧管内的真空效应较弱，产生真空度也较低。助力器真空泵232．真空伺服系统工作原理系统的输出力作用部位和对其控制装置的操纵方式不同，伺服制动系可分为助力式（直接操纵式）和增压式（间接操纵式）两类。前者中的伺服系统控制装置用制动踏板机构直接操纵，其输出力也作用于液压主缸，以助踏板力之不足；后者中的伺服系统控制装置用制动踏板机构通过主缸输出的液压操纵，且伺服系统的输出力与主缸液压共同作用于一个中间传动液缸（辅助缸），使该液缸输出到轮缸的液压远高于主缸液压。伺服制动系又可按伺服能量的形式分为气压伺服式、真空伺服式和液压伺服式三种，其伺服能量分别为气压能、真空能（负气压能）和液压能。伺服制动系是在人力液压制动系的基础上加设一套动力伺服系统而形成的，即兼用人体和发动机作为制动能源的制动系。在正常情况下，制动能量大部分由动力伺服系统供给，而在动力伺服系统失效时，还可全靠驾驶员供给（既有伺服制动转变成人力制动）。按伺服243．汽车用真空泵分类按驱动方式分类机械式：采用键连接或皮带连接等方式将发动机动力传递至真空泵。电动式：采用电机直接驱动真空泵运转。按结构形式分类旋片式活塞式隔膜式按控制方法分类可控式：无压力传感器，控制单元根据负荷、转速、节气门位置等参数计算实时真空度，并将其与进气歧管压力模型曲线进行比对，以控制真空泵工作。（应用车型：GOLF、BORA、AudiA3）可调式：有压力传感器，控制单元将测量数据与存储的规定值进行对比，以控制真空泵工作。（应用车型：Passat2001、AudiA4、A6）253．汽车用真空泵分类常用结构型式对比膜片泵叶片泵100%连续工作小时200小时100%连续工作时间0.25小时低磨擦温升速度低高磨擦温升速度快摩擦及温升连续工作时长噪音60db63db60db100%连续工作时间0.5小时磨擦低温升速度尚可摇摆活塞泵潜在应用领域噪音低，成本高，工作时间长，主要作为独立真空源，应用于中高档车。噪音高，可连续工作时间短，主要作为辅助真空源。噪音，成本和连续工作时长较均衡，既可以作为辅助真空源，也可应用于中低档车的独立真空源。264．旋片式真空泵工作原理真空泵主要由泵体、转子、叶片以及进排气口等部分组成，如图所示。以单叶片真空泵为例，当驱动扭矩通过发动机凸轮轴和真空泵连接器来使转子旋转，从而带动塑料的单叶片沿着真空泵容腔的轮廓，并以容腔的偏心位置进行转动，图4位置的单叶片的上侧分为两个容腔，左侧为真空腔，随着单叶片的旋转其容腔的容积越来越大，从而产生真空度同时通过与真空助力器相连接并带有单向阀的进气口使真空助力器增加真空度，右腔为压缩腔，随着单叶片的旋转其容腔的容积越来越小，将润滑油和从真空助力器中抽取的空气压缩到发动机。来自发动机的润滑油从转子中心进入来润滑真空泵容腔和相应的部件，并起到对单叶片上的浮动端子和容腔轮廓之间的密封作用。旋片式真空泵工作原理旋片式真空泵（简称旋片泵）是一种油封式机械真空泵。其工作压强范围为101325~1.33×10-2（Pa）属于低真空泵。它可以单独使用，也可以作为其它高真空泵或超高真空泵的前级泵。它已广泛地应用于冶金、机械、军工、电子、化工、轻工、石油及医药等生产和科研部门。旋片泵可以抽除密封容器中的干燥气体，若附有气镇装置，还可以抽除一定量的可凝性气体。但它不适于抽除含氧过高的，对金属有腐蚀性的、对泵油会起化学反应以及含有颗粒尘埃的气体。旋片泵是真空技术中最基本的真空获得设备之一。旋片泵多为中小型泵。旋片泵有单级和双级两种。所谓双级，就是在结构上将两个单级泵串联起来。一般多做成双级的，以获得较高的真空度。旋片泵的抽速与入口压强的关系规定如下：在入口压强为1333Pa、1.33Pa和1.33×10-1（Pa）下，其抽速值分别不得低于泵的名义抽速的95%、50%和20%。如图为旋片泵的工作原理示意图。旋片泵主要由泵体、转子、旋片、端盖、弹簧等组成。在旋片泵的腔内偏心地安装一个转子，转子外圆与泵腔内表面相切（二者有很小的间隙），转子槽内装有带弹簧的二个旋片。旋转时，靠离心力和弹簧的张力使旋片顶端与泵腔的内壁保持接触，转子旋转带动旋片沿泵腔内壁滑动。两个旋片把转子、泵腔和两个端盖所围成的月牙形空间分隔成A、B、C三部分，如图所示。当转子按箭头方向旋转时，与吸气口相通的空间A的容积是逐渐增大的，正处于吸气过程。而与排气口相通的空间C的容积是逐渐缩小的，正处于排气过程。居中的空间B的容积也是逐渐减小的，正处于压缩过程。由于空间A的容积是逐渐增大（即膨胀），气体压强降低，泵的入口处外部气体压强大于空间A内的压强，因此将气体吸入。当空间A与吸气口隔绝时，即转至空间B的位置，气体开始被压缩，容积逐渐缩小，最后与排气口相通。当被压缩气体超过排气压强时，排气阀被压缩气体推开，气体穿过油箱内的油层排至大气中。由泵的连续运转，达到连续抽气的目的。如果排出的气体通过气道而转入另一级（低真空级），由低真空级抽走，再经低真空级压缩后排至大气中，即组成了双级泵。这时总的压缩比由两级来负担，因而提高了极限真空度。