真空助力器结构详解及工作原理分析

真空助力器总成
一、工作原理
1非工作状态（装配状态）
在阀杆回动簧的作用下，阀杆和空气阀座处于右极限位置，橡胶阀部件被阀门弹簧压紧在空气阀座上，从而空气阀口关闭，真空阀口打开，此时前、后气室相通，并于大
气隔绝。

在发动机工作时，前后两气室的气压相同，即具有相同的真空度。

2工作状态
踏动踏板时，踏板力经杠杆放大（踏板比），作用于真空助力器的阀杆上，并压缩阀杆回动簧，推动空气阀座向前移动，经过反馈盘和主缸推杆传递，使制动主缸的第一活塞移动，产生液压，制动轮缸产生张开力，推动制动蹄片产生制动力。

与此同时，橡胶阀部件在阀杆簧的作用下，随同空气阀座一起移动，关闭真空阀口，使前后气室隔开，即后气室与真空源断开。

（这是一瞬间过程）
随着阀杆的继续移动，空气阀座与橡胶阀部件脱离，空气阀口打开，外界空气经泡沫滤芯、橡胶阀部件的内孔和大气阀口进入后气室，这样前后两气室产生气压差，这个气压差在助力器的膜片、助力盘、阀体上产生作用力，除一小部分用来平衡弹簧抗力和系统阻力外，大部分经阀体作用在反馈盘上，并传递到制动主缸。

在这个过程中，真空阀口始终处于关闭状态。

在踏动踏板的过程中，阀杆向前移动，空气经打开的空气阀口，不断地进入后气室，阀体不断地向前移动。

当踏板停留在某一位置时，阀体则移动到空气阀口关闭的位置，此时空气阀口和真空阀口均处于关闭状态，助力器处于一平衡状态，即阀杆的输入力、
2
224D A π=2
334D A π
=2
114
D A π=S
P F Fo F +=P A A P A A F S •−+Δ•−=)()(2331前后气室产生的伺服力和主缸液压产生的作用力（助力器的输出力的反作用力）三者之间保持平衡。

当前后气室的气压差达到最大，即后气室的气压完全为大气气压时，则真空助力器达到最大助力点，此后，输入力的变化与输出力的变化相等，即没有伺服力的增加。

3 释放
释放制动踏板，阀杆回动簧立即将阀杆和空气阀座推回，使空气阀口关闭，真空阀品开启，阀体在回位簧的作用下，回到初始位置，助力器回到非工作状态。

4 制动主缸实现力与液压的转换
助力器的输出力直接作用在与之相连的制动主缸的第一活塞上，从而把力转换为液压，输出到车轮的制动分泵，再由制动分泵转换成力，实现汽车的制动。

二、助力器特性曲线的计算
1 已知参数
阀杆的输入力 F O 助力器的输出力 F P 气压差产生的伺服力 F S
工作过程中前后气室的气压差△P 膜片的有效直径D 1
主缸推杆（或主缸第一活塞）直径 D 2 阀体柄部直径 D 3 前气室的真空度 P
回位弹簧的抗力 F 1 阀杆回动簧的抗力F 3 阀门弹簧的抗力F 4
系统阻力F m （一般情况下 F m = 0~10N ） 助力器的效率η （通常 η=0.85~0.95） 则：
膜片的有效作用面积：
主缸推杆的作用面积： 阀体柄部的作用面积：
2 平衡方程式
助力器在工作过程中，反馈盘处于平衡状态（如图）
即阀杆的输入力、前后气室产生的伺服力和主缸液压产生的作用力（助力器的输出力的反作用力）三者之间保持平衡。

气压产生的伺服力：
P A A Fs •−=)(21'''S O P F F F +=
)
()('43143F F F F F F F F F S m O P +
+−+−−−=22''d D Fo
F I P ==η
••−+Δ•−=−−+])()(['12331m O P F F P A A P A A F F m
O P F F P A A P A A F F −
−+•−+Δ•−=12331)()('22
224
'
)(4'4'd F d D F D F O S P πππ=−=I
Fo F P •=''η
•
=+)''('S O P F F F η
••=I Fo F P ''η
••−−−=I F F F F F m O P )('43η
η•+•−−−=++−)()('43143F F F F F F F F F S m O P m
O O F F F F F −−−=43'm
O O F F F F F −−−=43'由此可以看出，在最大助力点，即P =△P 时，
由于后气室气压的下降，阀体柄部对输入力的影响越来越小，直到为0，其变化是减函数：回位簧的作用抗力随着阀体的移动而增加，是增函数。

两作用力相互抵消。

有效输入力：输入力克服阀杆回动簧的抗力F 3、阀门弹簧抗力F 4和系统阻力F m 后，阀杆方可移动。

因此，有效输入力F O ＇：
有效伺服力：膜片产生的伺服力除克服回位簧的抗力外，还要承受阀杆回动簧的抗力和系统阻力，并共同作用于反馈盘。

因此，有效伺服力F S ＇
由于在任一平衡状态时，反馈盘内部压强相同，因此有：
则助力器的助力比I ：
则任一平衡状态下，平衡议程式为：
若考虑助力器的效率，任一平衡状态下，平衡议程式为：
3 曲线分析 由公式
431' F F F F F S S ++−=
η
••−=−
−+])(['121m O P F F P A A F F 0)(231=+•−−=m O F P A A F F P A A F •−〉)(231η••−+Δ•−=−
−+])()(['12331m O P F F P A A P A A F F 0])()(['12331≥••−+Δ•−=−
−+ηm O P F F P A A P A A F F m
O F F F +≥
1 可以看出：要产生输出力F P '，输入力F O ′≥0，即输入力只有大于阀杆回动簧的抗力F 3、阀门弹簧抗力F 4和系统阻力F m 之和，因此最小输入力的条件：
这个F omin 即为助力器的始动值F a 。

即F a =F Omin ，
当输入力F P '由0增至最小始动力F a 之前，输出力为零，而当输入力增至F a 时，助力器的阀体由静止开始运动，存储的能量立刻释放，输出力出现跳增值F PD ，跳增值的大小与助力器的结构有关，过大的跳增值会使助力器的内部零件过早地磨损，导致使用寿命降低。

在最大助力点时前后气室的气压差达到最大值，即P =△P ，平衡议程式为：
在最大助力点以后，前、后气室的气压差不再发生变化，（A 1-A 2）•P 是一常数，输出力与输入力同步增长。

当助器处于非工作状态时，前后气室的气压差△P =0，则
就是说回位簧的抗力F 1与前气室的真空度P 和阀体的柄部尺寸D 3有关，只有当回位簧的装配抗力F 1＞A 3·P 时，助力器的阀体才能完全返回并靠在助力器的后壳体上。

当助力器完全失去真空度，真空助力器的真空度P =△P =0时，
可见，助力器完全失去真空度时，最小输入力F Omin ＞F 1。

由F amin 、F amax 和F PD 所围成的三角区称为跳增三角区。

特征曲线的起点越靠近F amin 点其跳征值越大，越靠近F amax 点其跳征值越小。

而在特征曲线上，由F amin 、F amax 为起点的特性曲线L1、L2构成的区间，是助力器的允许范围。

m
F F F F ++≥ 43 min 0。