Вакуумный усилитель тормозов

Безопасность во время движения практически полностью зависит от работоспособности тормозной системы. И чтобы сделать эту систему простой и надежной, в ее устройстве применили гидропривод, благодаря которому усилие, прилагаемое водителем на тормозную педаль, посредством жидкости передается на рабочие механизмы, установленные на ступицах колес.

Но в таком приводе есть одна особенность – для эффективного торможения колодки должны прижиматься к дискам или барабанам со значительным усилием. Силы, прилагаемой водителем – в целом достаточно, чтобы воздействовать на тормозные механизмы. Но частое нажатие на педаль, да еще и с хорошим усилием, приведет к очень быстрой усталости. Решить эту проблему гидропривода системы тормозов помогает усилитель.

Этот элемент позволяет существенно увеличить давление рабочей жидкости в приводе системы во время воздействия на педаль, поэтому водителю при торможении не приходится прилагать значительные усилия.

Конструкция

На автотранспорте применяются четыре типа таких устройств:

1. Вакуумный
2. Гидравлический
3. Электрогидравлический
4. Электромеханический

Первый вариант – самый ходовой и очень широко используется. Электрогидравлический и гидравлический же узлы используются лишь на ряде авто. Самый совершенный и перспективный электромеханический узел, он уже внедрен на некоторых авто.

Вакуумный усилитель получил распространение благодаря конструктивной простоте. Он является промежуточным звеном между педалью и главным тормозным цилиндром (последний закрепляется на корпусе вакуумника). Такое место расположения указывает на то, что этот узел повышает усилие, прилагаемое водителем, а не воздействует на жидкость. Обнаружить вакуумник несложно – обычно он крепиться к задней стенке моторного отсека и к нему прикручен цилиндр с выходящими металлическими трубками.

В большинстве авто его можно увидеть именно там

Устройство усилителя тормозов этого типа включает в себя:

• Корпус (состоит из двух половин, соединенных в единую конструкцию вальцовкой);
• Диафрагма;
• Толкатель, подходящий к педальному блоку и соединенный с педалью;
• Шток, входящий в цилиндр и воздействующий на его поршень;
• Возвратные пружины.

Устройство вакуумного усилителя

Диафрагма размещается внутри корпуса, деля его на полости, называемые камерами. Полость со стороны цилиндра, является вакуумной, и она через клапан соединяется с источником, создающим разрежение.

Используемый клапан называется обратным и в его задачу входит разъединение полости и источника разрежения и выполняет он две задачи. Первая из них – поддержание вакуума в одном значении при изменяющихся режимам работы мотора. Также этот элемент предотвращает оказание негативного влияния на функционирование силовой установки при повреждении корпуса или мембраны вакуумника.

Камера, расположенная со стороны педального узла, носит название атмосферной. В этой половине вакуумника сделан корпус, в котором размещен следящий клапан. В корпусе проделаны каналы, один из них соединяет полости между собой, а второй – камеру с атмосферой. Эти каналы и использует следящий клапан при работе усилителя. Сам же клапан приводится в движение толкателем.

Шток и толкатель хоть и не имеют жесткой связи и между ними располагается диафрагма с закрепленным в ней поршнем, но могут воздействовать друг на друга, что обеспечивает работоспособность системы при отказе вакуумника. Также шток и толкатель оснащены пружинами, устанавливающими эти элементы в начальное положение после прекращения торможения. Пружина штока установлена в вакуумной камере, а упругий элемент толкателя располагается в корпусе клапана.

В качестве источника вакуума выступает впускной коллектор силового агрегата. При функционировании силовой установки, в цилиндры засасывается большое количество воздуха. Соединение трубопроводом вакуумной полости с коллектором позволяет откачивать воздух из вакуумника самим двигателем и поддерживать в нем разрежение.

Принцип работы

Принцип функционирования усилителя не такой уж и сложный. При отпущенной педали следящий клапан держит открытым канал, объединяющий полости между собой, поэтому в обеих камерах воздух разрежен двигателем

При торможении водитель воздействует на педаль, при этом начинает смещаться толкатель и через поршень начинает давить на шток гидроцилиндра. Движение толкателя также приводит к смещению следящего клапана.

На начальном этапе движения клапан перекрывает первый канал и разъединяет полости – они становиться разделены и герметичны друг от друга.

При дальнейшем перемещении клапан открывает канал, объединяющий атмосферную полость с атмосферой. Поскольку полости – разъединены, то в вакуумной камере сохраняется разрежение, созданное двигателем. При соединении каналом атмосферной полости с атмосферой, воздух заходит в нее — возникает разница давления между камерами, что приводит к прогибанию мембраны (она смещается в сторону главного тормозного цилиндра). В результате мембрана поршнем, зафиксированным в ней, начинает давить на шток толкая рабочие поршни главного цилиндра.

Наглядный пример работы усилителя

При отпускании педали пружины возвращают шток, толкатель и следящий клапан в исходное положение и разница давления устраняется соединением полостей каналом.

Достоинства и недостатки

Несмотря на то, что функционирование усилителя построено на разнице давления, вакуумник показал себя очень эффективным узлом, способным увеличить усилие, приложенное водителем на 60-70%.

Широкое распространение вакуумные усилители получили благодаря:

• высокой эффективности работы;
• надежности;
• простого устройства;
• автономности работы (для функционирования требуется лишь создание давления).

Единственным же недостатком вакуумника можно считать только прекращение функционирования при остановке силового агрегата. Примечательно, что полный отказ усилителя происходит не сразу после прекращения работы мотора. Благодаря обратному клапану при остановке мотора в полостях сохраняется разрежение, поэтому узел еще способен выполнить свою функцию, но остаточного вакуума достаточно всего на 2-3 нажатия педали. Далее для срабатывания тормоза придется прилагать значительное усилие.

Влияние систем безопасности на конструкцию усилителя

Системы безопасности, которые сейчас активно внедряются в конструкцию авто, по большей части касаются тормозной системы, чтобы повысить ее эффективность.

Модернизация тормозов коснулась и усилителя. Многие автомобили сейчас оснащаются системой экстренного торможения, которая «дожимает» тормозную педаль, обеспечивая создание максимального давления на рабочих механизмах. И реализовать эту систему удалось доработкой конструкции вакуумника.

В устройство вакуумного усилителя тормозов добавили два новых элемента – датчик скорости перемещения штока цилиндра (датчик хода мембраны) и исполнительный механизм – электромагнитный привод. Работа системы контролируется электронным блоком.

Устройство активного вакуумника

Суть работы очень проста – при экстренном торможении водитель «бьет» по педали тормоза. Вакуумник срабатывает, и установленный датчик определяет быстрое перемещение штока. На основе сигнала от датчика ЭБУ подает импульс на исполнительный механизм – электромагнитный привод «дотягивает» мембрану, смещая шток, чтобы создать максимальное давление в приводе тормозов.

Следующим этапом в развитии узла стало создание так называемого активного усилителя. Такой вакуумник задействуется уже в системе стабилизации авто (ESP).

Активный усилитель отличается от обычного тем, что он может срабатывать без какого-либо участия водителя. ESP для своей работы использует ряд агрегатов и систем авто, включая и тормозную. В определенные моменты ESP для удержания авто на заданной траектории использует тормозные механизмы, и чтобы создать необходимое давление на них, в работу включается усилитель, причем самостоятельно.

Активный вакуумник для работы в автоматическом режиме использует те же составные элементы, что и система экстренного торможения – датчик и исполнительный механизм. Функционирование усилителя в таком режиме полностью контролируется электроникой.

Гидравлический и электрогидравлический усилители

Электрогидравлический усилитель работает совсем по другому принципу. Состоит он из насоса с приводом от электродвигателя, гидроаккумулятора, распределительного блока и главного тормозного цилиндра. В народе такой усилитель получил название гидроблока. У гидравлического же давление создается механическим насосом, который работает и на гидроусилитель руля.

Электрический вариант усилителя

Принцип работы усилителя тормозов этой конструкции такой – при включении зажигания, начинает работать насос, закачивая тормозную жидкость под давлением в аккумулятор. Во время торможения поршни главного цилиндра открывают каналы и жидкость под давлением из аккумулятора поступает сначала в полость перед поршнями, создавая дополнительное давление в приводе. В результате для срабатывания тормозных механизмов водителю нужно приложить значительно меньше усилия.

Электрогидравлический усилитель считается более эффективным, но из-за сложной конструкции широкого применения он не получил.

Будущее уже здесь

Самым последним созданным устройством является электромеханический усилитель iBooster от компании Bosch, он отвечает современным требованиям и может применяться в любых автомобилях. Особенно хорошо подходит для электромобилей и авто с системами автономного управления.

Электронный iBooster компании Bosch

Управляется собственным электронным блоком связанным с другими электронными системами, но при этом имеет прямую связь педали с тормозным цилиндром. Скорость работы iBooster очень высока, например он замедляет автомобиль в три раза быстрее чем система ESP.

Каждый из этих усилителей имеет свои достоинства и у производителей есть выбор, но прогресс требователен и скорее всего простые механизмы будут вытеснять более современные и производительные системы такие как iBooster.

Принцип работы вакуумного усилителя тормозов

Как устроен вакуумный усилитель тормозов автомобиля

Современный вакуумный усилитель является основным и неотъемлемым элементом тормозной системы автомобиля.

Основным предназначением считается увеличение усилия, которое передается от педали до тормозного цилиндра.

Благодаря такой слаженной работе, управление автомобилем становится комфортным, легким, а сам процесс торможения более эффективным.

Как устроен вакуумный усилитель?

Если говорить в общем, о конструкции вакуумника, то это герметический корпус, зачастую круглой формы (если смотреть в торец).

Как правило, он располагается в моторном отсеке, в районе педали тормоза.

Именно на корпусе вакуумника чаще всего располагают основной цилиндр тормозной системы.

Менее распространенным считается гидровакуумный усилитель тормозной системы. Он включен непосредственно в гидравлическую часть привода.

Схема устройства обычного вакуумного усилителя тормозной системы

1. Диафрагма;
2. Атмосферный канал;
3. Толкатель;
4. Поршень клапана;
5. Вакуумный канал;
6. Шток;
7. Возвратная пружина.

В зависимости от типа топлива, строение вакуумного усилителя будет отличаться.

Так, для бензинового агрегата источником разряжения вакуума служит впускной коллектор, перед подачей топлива в цилиндры.

Если говорить о дизельном двигателе, то в качестве системы разряжения вакуума служит специальный электрический вакуумный насос. Само разряжение вакуума в дизеле (во впускном коллекторе) незначительное, поэтому электрический насос является обязательным элементом.

Принцип работы

Основой для работы вакуумного усилителя считается разница в давлениях.

В исходном положении давление в камерах будет одинаковое, что так же равняется давлению источника разряжения.

Весь процесс работы вакуумника начинается с нажатия на педаль тормоза. Толкатель в усилителе передает данное ему усилие на следующий клапан, тот в свою очередь перекрывает канал, который соединяет две камеры. Теперь камеры наглухо разделены на атмосферную камеру и вакуумную. Если клапан движется дальше, то в таком случае атмосферная камера соединяется непосредственно с атмосферой. Как результат, разряжение в камере снижается.

За счет смены давления в камерах, шток поршня, главного тормозного цилиндра начинает перемещаться.

Когда тормозная система отработала задачу и торможение прекращается за счет отпускания педали тормоза, клапан возвращается в исходное положение, а давление в камерах выравнивается (камеры соединяются между собой).

Благодаря возвратной пружине, диафрагма возвращается в исходное положение.

Вся работа вакуумного усилителя пропорциональна, то есть, чем сильней Вы давите на педаль тормоза, тем сильнее будут срабатывать тормоза автомобиля.

Устройство вакуумного усилителя тормозов

Вакуумный усилитель имеет достаточно простую конструкцию. Он объединен с главным тормозным цилиндром в единую систему, в которой усилитель играет роль «передатчика» усилия от педали тормоза.

Сам усилитель представляет собой цилиндрический корпус, внутренний объем которого при разделен диафрагмой на две герметичные камеры: вакуумную и атмосферную. Вакуумная камера расположена со стороны тормозного цилиндра и соединена с его поршнем при помощи штока. Также в вакуумной камере располагается обратный клапан, препятствующий росту давления при заглушенном двигателе.

Атмосферная камера расположена со стороны педали тормоза. В атмосферной камере расположен следящий клапан, соединенный при помощи толкателя с педалью тормоза. Именно следящий клапан играет основную роль в усилителе — его движение позволяет атмосферной камере сообщаться либо с вакуумной камерой, либо с атмосферой.

Принцип действия

Для полноценной работы вакуумного усилителя тормоза ему необходим вакуум. Он создается путем подсоединения усилителя к впускному коллектору либо работой специального насоса. У дизельных автомобилей работу усилителя всегда обеспечивает насос, у бензиновых встречаются оба варианта.

Вакуумный усилитель имеет пневматический принцип работы и использует разницу давлений в камерах, разделенных диафрагмой. В момент, когда педаль тормоза отжата, давление в атмосферной и вакуумной камерах усилителя одинаково низкое, так как обе камеры имеют сообщение через вакуумный канал в диафрагме.

После нажатия водителем педали тормоза усилие, созданное водителем, передается на следящий клапан. Клапан постепенно перекрывает вакуумный канал и открывает атмосферный в атмосферной камере. В результате давление в атмосферной камере превышает давление в вакуумной, благодаря чему диафрагма начинает двигаться в сторону тормозного цилиндра. Из-за разницы давления диафрагма создает усилие на шток цилиндра, в несколько раз превышающее усилие при нажатии педали тормоза водителем. Следящий клапан устроен так, что чем больше усилие придает водитель нажатию на педаль тормоза, тем больше воздействие клапана на поршень тормозного цилиндра.

Если после нажатия педали тормоза водитель останавливает воздействие (удерживает ступню ноги в определенном положении), то останавливается и движение диафрагмы и непосредственно само усиление тормоза. Реагируя на силу нажатия педали, вакуумный усилитель тормозов может увеличить воздействие тормозной силы, уменьшить его или оставить на существующем уровне. Таким образом работа вакуумного усилителя тормозов полностью подконтрольна водителю.

После того, как педаль тормоза отжата водителем, происходит обратный процесс. Следящий клапан вновь закрывает атмосферный канал и открывает вакуумный. Разница давления в атмосферной и вакуумной камерах усилителя тормозов исчезает, диафрагма и поршень тормозного цилиндра возвращаются на свои первоначальные места под воздействием возвратной пружины, расположенной в корпусе усилителя.

Работа усилителя не зависит от того, заглушен или заведен мотор. Его постоянную работу обеспечивает обратный клапан, который препятствует росту давления в камере.

Особенности эксплуатации вакуумного усилителя тормозов

Так как вакуумный усилитель тормозов использует разницу между атмосферным давлением и давлением в вакуумной камере, то большое значение имеет давление окружающего воздуха.

В вакуумной камере создается давление порядка 0,067 МПа, что примерно в 1,4 раза меньше обычного атмосферного давления.

В условиях стандартной высоты над уровнем моря сохраняется примерно такое соотношение.

С повышением высоты эффективность работы вакуумного усилителя тормозов постепенно снижается.

На уровне свыше 3,5 км над уровнем моря давление окружающего воздуха и давления в вакуумной камере сравняются, а усилитель тормозов просто не будет работать. Поэтому на технике, работающей в условиях высокогорья, используют усилители тормозов иной конструкции, не зависящие от внешнего атмосферного давления.