真空助力器真空泄漏問題分析

劉世杰 梁培根

摘 要：真空助力器是汽車制動系統(tǒng)的重要組成部件，作為助力裝置，真空助力器在制動過程中將輸入桿的作用力放大后通過輸出桿作用于制動主缸，從而增加制動力，減輕駕駛員的疲勞強(qiáng)度。真空助力器是由機(jī)械真空泵、電子真空泵或者進(jìn)氣支管做功從而在腔室中形成真空，在制動過程中，通過前后腔室的壓力差產(chǎn)生助力；真空助力器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在工作過程中容易出現(xiàn)問題，本文針對真空助力器在特定的短行程內(nèi)出現(xiàn)的真空泄漏問題進(jìn)行研究，對解決問題具有一定的幫助作用。

關(guān)鍵詞：真空助力器；壓力差；真空泄漏

中圖分類號： U46 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）27-152-2

0 引言

汽車真空助力器在制動系統(tǒng)中的作用主要是為了增加踏板的輸出力，增加倍數(shù)取決于真空助力器的助力比，其工作原理是通過發(fā)動機(jī)帶動機(jī)械真空泵或者通過電子真空泵、發(fā)動機(jī)進(jìn)氣支管將助力器的前腔抽成真空，在制動過程中，助力器的后腔流入空氣，從而在膜片上生壓力差，將制動踏板的輸出力放大后通過輸出推桿作用于制動主缸。我司某款車型在智能起停工作過程中由于真空助力器出現(xiàn)真空泄漏造成發(fā)動機(jī)自動點(diǎn)火，本文針對該問題對助力器進(jìn)行臺架試驗(yàn)，分析、查找原因，并對后續(xù)生產(chǎn)進(jìn)行控制，避免此類問題再次發(fā)生。

1 問題描述及初步排查

某車輛在踩制動停車后，智能啟停功能啟動，車輛熄火，在未松開制動踏板情況下，停車約15秒后，發(fā)動機(jī)自動點(diǎn)火；針對此問題進(jìn)行故障信號讀取，發(fā)現(xiàn)制動真空度信號出現(xiàn)故障，發(fā)動機(jī)接收的真空度信號顯示真空度不足；更換新真空度傳感器和真空管之后，故障無法排除；將該車輛的真空助力器更換之后，故障消除，將該車輛的真空助力器更換到無問題車輛上之后，故障再現(xiàn)，從而判斷出問題車輛的真空助力器在工作過程中出現(xiàn)真空泄漏。

2 故障件臺架試驗(yàn)檢測

將問題車輛上的真空助力器安裝到性能試驗(yàn)臺上，測試在不同的輸入力作用下，15s內(nèi)其真空度泄漏情況。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果的數(shù)據(jù)中可以看出，真空助力器在非工作狀態(tài)下的泄漏量為0，滿足要求；在輸入力為50—300N之間時(shí)，真空度值下降超過0.020bar，不滿足設(shè)計(jì)要求；在輸入力大于300N時(shí)真空度值下降小于0.020bar，滿足要求。

為了模擬踏板在運(yùn)動過程中，真空助力器輸入推桿擺動角度對泄漏情況的影響，將踏板與助力器裝配之后固定在試驗(yàn)臺架上，對踏板施加力，檢測踏板在不同位置下真空助力器真空度值下降情況，從試驗(yàn)結(jié)果中可以看出，踏板在初始位置時(shí)真空度泄漏量為0，滿足要求；在行程為0-62mm之間時(shí)真空度泄漏量不滿足設(shè)計(jì)要求；在行程大于62mm時(shí)真空度泄漏量滿足設(shè)計(jì)要求。

通過以上兩個試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，真空助力器在特定的短行程（或者力）內(nèi)表現(xiàn)出真空度泄漏量大的趨勢，在初始狀態(tài)及行程（或者力）達(dá)到一定程度時(shí)，真空度泄漏量滿足設(shè)計(jì)要求。

3 控制氣閥組件與控制閥座對調(diào)試驗(yàn)檢測

造成助力器出現(xiàn)泄漏的原因很多，如膜片上的皮膜密封不良、空氣閥密封不良、真空閥密封不良等；如果是膜片上的皮膜密封不良，則助力器在整個工作過程中都將出現(xiàn)真空泄漏現(xiàn)象；如果是空氣閥密封不良，則助力器在非工作狀態(tài)下將會出現(xiàn)真空泄漏；這兩種原因與上述試驗(yàn)結(jié)果不符，且從拆解后的皮膜、托板、中隔板、皮膜導(dǎo)向套等零件中可以看出，其外觀、裝配狀態(tài)良好，不存在異常。如果是真空閥出現(xiàn)密封不良，那么助力器在非工作狀態(tài)下將不會出現(xiàn)真空泄漏，與上述試驗(yàn)結(jié)果相符，從而推斷該故障件出現(xiàn)真空泄漏的原因?yàn)檎婵臻y密封不良。由于真空閥由控制閥體和控制氣閥組件兩部分組成，為進(jìn)一步確認(rèn)問題出現(xiàn)的原因，需對該兩個零部件與新樣件對調(diào)后進(jìn)行氣密性檢測。

首先：隨機(jī)抽取一件真空助力器作為新樣件，檢測其密封性，在抽取的四個輸入力的作用下，新樣件的真空度泄漏量滿足要求。其次：將故障件的控制氣閥組件裝配到新樣件中，進(jìn)行密封性檢測，判斷其是否滿足設(shè)計(jì)要求，試驗(yàn)結(jié)果表明，在此裝配方式下的真空助力器密封性滿足設(shè)計(jì)要求。再次：將故障件的控制閥座裝配到新樣件中，進(jìn)行密封性檢測，判斷其是否滿足設(shè)計(jì)要求，試驗(yàn)結(jié)果是，此裝配方式下的真空助力器密封性滿足設(shè)計(jì)要求。最后：將故障件的控制氣閥組件與控制閥座重新進(jìn)行裝配，檢測重新裝配后的密封性，試驗(yàn)結(jié)果是，故障件在輸入力為50-200N之間時(shí)其真空度泄漏量不滿足設(shè)計(jì)要求。

從以上試驗(yàn)結(jié)果可以看出，將故障件與新樣件的控制氣閥組件與控制閥座相互對調(diào)后，檢測的真空度泄漏量滿足設(shè)計(jì)要求，而將故障件的控制氣閥組件與控制閥座重新裝配后，問題復(fù)現(xiàn)，說明該真空泄漏問題是故障件控制氣閥組件與控制閥座兩個零件共同配合作用下的結(jié)果（尺寸配合問題）。

4 控制氣閥組件與控制閥座尺寸檢測

真空助力器的真空閥由控制閥體的端面與控制氣閥組件的橡膠密封件平面共同組成，其相互配合部位及所要求的幾何公差如圖1所示。

針對以上試驗(yàn)及分析，對故障件的控制氣閥組件與控制閥座兩個零件進(jìn)行拆解，使用三坐標(biāo)對控制氣閥組件的橡膠密封件及控制閥體的真空閥口進(jìn)行測量，同時(shí)選取試驗(yàn)所用的新樣件及3個庫存件作為對比。

從控制閥體的真空閥口尺寸檢測結(jié)果可以看出，故障件的控制閥體端面跳動為0.1705mm，大于其設(shè)計(jì)要求（≤0.1mm），端面跳動量超差，這個尺寸直接影響與控制氣閥組件相匹配的密封性，用手指輕滑真空閥口圓周，可明顯感知其表面有凸起顆粒的異樣。

從控制氣閥組件的橡膠密封件尺寸檢測結(jié)果中可以看出，故障件橡膠密封件的平面度滿足設(shè)計(jì)要求，但橡膠密封件表面有較明顯的環(huán)狀裂紋（如圖2所示），且位置與真空閥口對應(yīng)的圓周軌跡完全匹配，可以判斷這種受損的裂紋是受到控制閥體真空閥口長時(shí)間的擠壓后形成的。

5 原因分析

根據(jù)上述試驗(yàn)及檢測結(jié)果，從助力器工作原理上可以解釋故障件為什么在特定的短行程內(nèi)表現(xiàn)出真空泄漏的趨勢，助力器在真空條件下產(chǎn)生助力的過程中，控制閥體的真空閥口和氣閥組件（橡膠件）通過緊密配合而起到密封作用，當(dāng)真空閥口的密封面高低不平或有凸起臺階時(shí)，在車輛反復(fù)制動作用下，真空閥口與橡膠件表面反復(fù)擠壓磨合，使橡膠件表面的密封區(qū)域出現(xiàn)裂紋；控制閥體在短行程內(nèi)因受到回位彈簧的反作用力較小，真空閥口閉合的區(qū)域擠壓橡膠件的應(yīng)力較小，此時(shí)真空閥無法有效阻隔空氣通過裂紋通道進(jìn)入真空腔，泄漏量偏高，不滿足要求；而當(dāng)推桿行程較大時(shí)，控制閥體受到回位彈簧的反作用力較大，真空閥口閉合區(qū)域擠壓橡膠件的應(yīng)力較大，裂紋通道被真空閥口壓緊密封，泄漏量較小。

結(jié)論：控制閥體的真空閥口圓跳動超差是造成真空度泄漏量超差的根本原因。

6 解決方案

針對以上原因，要求生產(chǎn)廠家對真空助力器控制閥體尺寸超差的缺陷進(jìn)行排查；在每天開始生產(chǎn)時(shí)，第一模零件進(jìn)行全檢，合格則繼續(xù)生產(chǎn)，如果不合格則進(jìn)行調(diào)試，直至合格為止；在生產(chǎn)過程中，每2h抽檢1模，合格則繼續(xù)生產(chǎn)，如果不合格，對設(shè)備進(jìn)行檢測，并對相鄰的200個零件進(jìn)行檢驗(yàn)，將不合格品進(jìn)行隔離。

參 考 文 獻(xiàn)

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