真空助力器真空泄漏问题分析

刘世杰 梁培根

摘 要：真空助力器是汽车制动系统的重要组成部件，作为助力装置，真空助力器在制动过程中将输入杆的作用力放大后通过输出杆作用于制动主缸，从而增加制动力，减轻驾驶员的疲劳强度。真空助力器是由机械真空泵、电子真空泵或者进气支管做功从而在腔室中形成真空，在制动过程中，通过前后腔室的压力差产生助力；真空助力器的内部结构复杂，在工作过程中容易出现问题，本文针对真空助力器在特定的短行程内出现的真空泄漏问题进行研究，对解决问题具有一定的帮助作用。

关键词：真空助力器；压力差；真空泄漏

中图分类号： U46 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）27-152-2

0 引言

汽车真空助力器在制动系统中的作用主要是为了增加踏板的输出力，增加倍数取决于真空助力器的助力比，其工作原理是通过发动机带动机械真空泵或者通过电子真空泵、发动机进气支管将助力器的前腔抽成真空，在制动过程中，助力器的后腔流入空气，从而在膜片上生压力差，将制动踏板的输出力放大后通过输出推杆作用于制动主缸。我司某款车型在智能起停工作过程中由于真空助力器出现真空泄漏造成发动机自动点火，本文针对该问题对助力器进行台架试验，分析、查找原因，并对后续生产进行控制，避免此类问题再次发生。

1 问题描述及初步排查

某车辆在踩制动停车后，智能启停功能启动，车辆熄火，在未松开制动踏板情况下，停车约15秒后，发动机自动点火；针对此问题进行故障信号读取，发现制动真空度信号出现故障，发动机接收的真空度信号显示真空度不足；更换新真空度传感器和真空管之后，故障无法排除；将该车辆的真空助力器更换之后，故障消除，将该车辆的真空助力器更换到无问题车辆上之后，故障再现，从而判断出问题车辆的真空助力器在工作过程中出现真空泄漏。

2 故障件台架试验检测

将问题车辆上的真空助力器安装到性能试验台上，测试在不同的输入力作用下，15s内其真空度泄漏情况。从实验结果的数据中可以看出，真空助力器在非工作状态下的泄漏量为0，满足要求；在输入力为50—300N之间时，真空度值下降超过0.020bar，不满足设计要求；在输入力大于300N时真空度值下降小于0.020bar，满足要求。

为了模拟踏板在运动过程中，真空助力器输入推杆摆动角度对泄漏情况的影响，将踏板与助力器装配之后固定在试验台架上，对踏板施加力，检测踏板在不同位置下真空助力器真空度值下降情况，从试验结果中可以看出，踏板在初始位置时真空度泄漏量为0，满足要求；在行程为0-62mm之间时真空度泄漏量不满足设计要求；在行程大于62mm时真空度泄漏量满足设计要求。

通过以上两个试验可以发现，真空助力器在特定的短行程（或者力）内表现出真空度泄漏量大的趋势，在初始状态及行程（或者力）达到一定程度时，真空度泄漏量满足设计要求。

3 控制气阀组件与控制阀座对调试验检测

造成助力器出现泄漏的原因很多，如膜片上的皮膜密封不良、空气阀密封不良、真空阀密封不良等；如果是膜片上的皮膜密封不良，则助力器在整个工作过程中都将出现真空泄漏现象；如果是空气阀密封不良，则助力器在非工作状态下将会出现真空泄漏；这两种原因与上述试验结果不符，且从拆解后的皮膜、托板、中隔板、皮膜导向套等零件中可以看出，其外观、装配状态良好，不存在异常。如果是真空阀出现密封不良，那么助力器在非工作状态下将不会出现真空泄漏，与上述试验结果相符，从而推断该故障件出现真空泄漏的原因为真空阀密封不良。由于真空阀由控制阀体和控制气阀组件两部分组成，为进一步确认问题出现的原因，需对该两个零部件与新样件对调后进行气密性检测。

首先：随机抽取一件真空助力器作为新样件，检测其密封性，在抽取的四个输入力的作用下，新样件的真空度泄漏量满足要求。其次：将故障件的控制气阀组件装配到新样件中，进行密封性检测，判断其是否满足设计要求，试验结果表明，在此装配方式下的真空助力器密封性满足设计要求。再次：将故障件的控制阀座装配到新样件中，进行密封性检测，判断其是否满足设计要求，试验结果是，此装配方式下的真空助力器密封性满足设计要求。最后：将故障件的控制气阀组件与控制阀座重新进行装配，检测重新装配后的密封性，试验结果是，故障件在输入力为50-200N之间时其真空度泄漏量不满足设计要求。

从以上试验结果可以看出，将故障件与新样件的控制气阀组件与控制阀座相互对调后，检测的真空度泄漏量满足设计要求，而将故障件的控制气阀组件与控制阀座重新装配后，问题复现，说明该真空泄漏问题是故障件控制气阀组件与控制阀座两个零件共同配合作用下的结果（尺寸配合问题）。

4 控制气阀组件与控制阀座尺寸检测

真空助力器的真空阀由控制阀体的端面与控制气阀组件的橡胶密封件平面共同组成，其相互配合部位及所要求的几何公差如图1所示。

针对以上试验及分析，对故障件的控制气阀组件与控制阀座两个零件进行拆解，使用三坐标对控制气阀组件的橡胶密封件及控制阀体的真空阀口进行测量，同时选取试验所用的新样件及3个库存件作为对比。

从控制阀体的真空阀口尺寸检测结果可以看出，故障件的控制阀体端面跳动为0.1705mm，大于其设计要求（≤0.1mm），端面跳动量超差，这个尺寸直接影响与控制气阀组件相匹配的密封性，用手指轻滑真空阀口圆周，可明显感知其表面有凸起颗粒的异样。

从控制气阀组件的橡胶密封件尺寸检测结果中可以看出，故障件橡胶密封件的平面度满足设计要求，但橡胶密封件表面有较明显的环状裂纹（如图2所示），且位置与真空阀口对应的圆周轨迹完全匹配，可以判断这种受损的裂纹是受到控制阀体真空阀口长时间的挤压后形成的。

5 原因分析

根据上述试验及检测结果，从助力器工作原理上可以解释故障件为什么在特定的短行程内表现出真空泄漏的趋势，助力器在真空条件下产生助力的过程中，控制阀体的真空阀口和气阀组件（橡胶件）通过紧密配合而起到密封作用，当真空阀口的密封面高低不平或有凸起台阶时，在车辆反复制动作用下，真空阀口与橡胶件表面反复挤压磨合，使橡胶件表面的密封区域出现裂纹；控制阀体在短行程内因受到回位弹簧的反作用力较小，真空阀口闭合的区域挤压橡胶件的应力较小，此时真空阀无法有效阻隔空气通过裂纹通道进入真空腔，泄漏量偏高，不满足要求；而当推杆行程较大时，控制阀体受到回位弹簧的反作用力较大，真空阀口闭合区域挤压橡胶件的应力较大，裂纹通道被真空阀口压紧密封，泄漏量较小。

结论：控制阀体的真空阀口圆跳动超差是造成真空度泄漏量超差的根本原因。

6 解决方案

针对以上原因，要求生产厂家对真空助力器控制阀体尺寸超差的缺陷进行排查；在每天开始生产时，第一模零件进行全检，合格则继续生产，如果不合格则进行调试，直至合格为止；在生产过程中，每2h抽检1模，合格则继续生产，如果不合格，对设备进行检测，并对相邻的200个零件进行检验，将不合格品进行隔离。

参 考 文 献

[1] 余志生.汽车理论[M].北京：机械工业出版社，2009.

[2] 张海军，郝占武，金叙龙，李保权.电动汽车真空助力制动系统的匹配计算与研究[J].汽车技术，2012.

[3] 赵凯.汽车真空助力器的原理参数计算[J].汽车技术，2001.