汽车真空助力制动原理和真空泵

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。
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。
• 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
外界空气 空气阀门B开启
中间工作状态
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
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3．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、Audi A3） 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、Audi A4、A6）
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3．汽车用真空泵分类
常用结构型式对比
膜片泵
叶片泵 摇摆活塞泵
摩擦及温升
连续工作时长 噪音
低磨擦 温升速度低
100%连续工作小时 >200小时 <60db
高磨擦 温升速度快 100%连续工作时间 <0.25小时 <63db 噪音高，可连续工作 时间短，主要作为辅 助真空源。
磨擦低 温升速度尚可 100%连续工作时间 >0.5小时 <60db 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。
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
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）:
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。
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
外界空气 空气阀门B关闭
平衡状态
Байду номын сангаас
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。
●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。
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助力器真空泵
2．真空伺服系统工作原理
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 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。
1．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。
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
真空阀门A开启
外界空气
空气阀门B关闭
松开制动状态
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
真空助力制动原理
真空助力器图示
真空助力器 刹车油壶
制动主缸
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。
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。
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4．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 。
–助力器输入力 F1 = F2 / R / n1 = 1378N –踏板力 FP = F1 / i = 344.5N < 500N
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
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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%。
工作状态
真空助力制动原理
• 补偿孔式主缸工作过程（3）:
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。
泄压状态
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