關(guān)于汽車電子真空泵防水性能提升的研究

吳道坤 楊海斌 張馨 鄭白凱

摘 要：電子真空泵是一種給真空助力器提供真空源的裝置，目前在搭載渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的汽車、油電混合動(dòng)力汽車以及純電動(dòng)汽車領(lǐng)域應(yīng)用很廣。本文主要介紹在設(shè)計(jì)階段如何布置電子真空泵位置，以滿足電子真空泵防水要求;深入研究通過改善膜片泵各組件的密封結(jié)構(gòu)來提高其防水性能。

關(guān)鍵詞：汽車;電子真空泵;防水性能;新能源;制動(dòng)系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：U463.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2020）01-0060-02

制動(dòng)助力系統(tǒng)屬于汽車重要安全部件系統(tǒng)之一，其功能是提高汽車的制動(dòng)性能，以確保汽車駕駛員的剎車動(dòng)作省力、有效，確保行車安全。目前大多數(shù)乘用車均使用真空助力器作為制動(dòng)助力，而對(duì)普通汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的汽車來說，真空助力器的真空源由發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管提供;對(duì)使用缸內(nèi)直噴技術(shù)和渦輪增壓技術(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)的汽車來說，一般獨(dú)立使用機(jī)械式旋片泵或在使用機(jī)械式旋片泵的同時(shí)，增加一個(gè)電子旋片泵為輔助泵;對(duì)油電混合動(dòng)力汽車，使用燃油動(dòng)力時(shí)可使用進(jìn)氣歧管或機(jī)械式旋片泵，用電時(shí)可使用電子旋片泵或電子膜片泵，也可以在全工況下使用電子旋片泵或電子膜片泵;對(duì)純電動(dòng)汽車便需要使用電子旋片泵或電子膜片泵獨(dú)立提供真空源。

目前新能源乘用車領(lǐng)域也有部分車型已經(jīng)取消真空助力器的使用，用上了集成度更高、體積更小、重量更輕的電液制動(dòng)器。但由于目前電液制動(dòng)器存在價(jià)格成本較高、系統(tǒng)匹配較為困難等問題，目前尚未普及。對(duì)其它大部分的新能源乘用車還是使用真空助力器加電子真空泵的配置。目前使用較多的電子真空泵主要有兩類：旋片泵、膜片泵;本文主要介紹如何在布置上通過優(yōu)化電子旋片泵的位置以保證電子旋片泵良好的周邊環(huán)境，防止其進(jìn)水失效;深入研究如何改善電子膜片泵的結(jié)構(gòu)來提高其防水性能，防止其進(jìn)水失效的同時(shí)也使其布置位置更加多樣化。

1 電子真空泵結(jié)構(gòu)介紹

1.1 電子旋片泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

此處以海拉UP28電子旋片泵為例，結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由轉(zhuǎn)子2，泵室3，葉片1，電機(jī)4等構(gòu)成。工作原理示意如圖2所示，轉(zhuǎn)子和泵室偏心安裝，電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)偏心轉(zhuǎn)子繞中心做行星運(yùn)動(dòng)，葉片不斷地被甩出轉(zhuǎn)子將進(jìn)氣口的空氣推到出氣口并排出，如此往復(fù)，則與進(jìn)氣口連接的助力器腔內(nèi)的空氣被排出，就會(huì)形成具有一定真空度的環(huán)境[1]。

1.2 電子膜片泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

電子膜片泵的結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要由上端蓋組件1，側(cè)板組件2，電機(jī)3，活塞組件4，泵體5等構(gòu)成。工作原理示意如圖4所示，當(dāng)電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)偏心的活塞組件繞中心行星運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而活塞連桿左右往復(fù)運(yùn)動(dòng)，拉動(dòng)膜片進(jìn)行變形，當(dāng)膜片受拉時(shí)，容積腔由小變大，進(jìn)行抽氣動(dòng)作，進(jìn)氣孔的單向閥打開，排氣孔的單向閥關(guān)閉，將助力器的空氣抽出。當(dāng)膜片伸長(zhǎng)時(shí)，容積腔由大變小，進(jìn)行排氣動(dòng)作，進(jìn)氣孔單向閥關(guān)閉，排氣孔單向閥打開，氣體排至泵體內(nèi)，再排出至大氣。

2 優(yōu)化電子旋片泵布置位置

電子真空泵總成通常布置在發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)，由于旋片泵不具有防水性能，因此需要通過優(yōu)化旋片泵總成在發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)的布置位置來提升防水性能。

當(dāng)旋片泵布置在發(fā)動(dòng)機(jī)艙，通常布置在駕駛員一側(cè)，距離助力器較近。當(dāng)旋片泵距離地面過近時(shí)，涉水工況時(shí)會(huì)導(dǎo)致旋片泵進(jìn)水;因此需要將旋片泵布置在離地面600mm以上的高度;距離前進(jìn)氣格柵200mm以上，距離左側(cè)導(dǎo)水槽200mm以上，距離風(fēng)擋玻璃一側(cè)200mm以上，如此布置可大大的減小旋片泵位置遇水的可能。

3 優(yōu)化電子膜片泵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 優(yōu)化膜片泵電機(jī)殼體及密封結(jié)構(gòu)

膜片泵電機(jī)與泵體是通過兩顆螺釘連接，如沒有設(shè)計(jì)合理的密封結(jié)構(gòu)，泵體與電機(jī)面必然會(huì)產(chǎn)生間隙，在淋雨或者涉水工況時(shí)，外界的水就會(huì)進(jìn)入真空泵，對(duì)真空泵造成損壞。因此設(shè)計(jì)合理的密封結(jié)構(gòu)對(duì)電機(jī)防水性能尤為重要。在設(shè)計(jì)密封圈結(jié)構(gòu)時(shí)需要相應(yīng)增大密封圈的預(yù)壓量，在端面處密封的基礎(chǔ)上，增加內(nèi)部與機(jī)殼徑向密封圈;取消電機(jī)下方工藝孔，防止密封堵頭掉落影響電機(jī)密封性;使用硫化工藝將電機(jī)線束引出端密封牢固，防止水從線束引出端進(jìn)入。

3.2 優(yōu)化膜片泵側(cè)板組件的密封結(jié)構(gòu)

膜片泵側(cè)板組件與泵體是通過自攻螺釘連接，由于側(cè)板組件內(nèi)有氣道，有水進(jìn)入氣道則會(huì)損壞真空泵，故需要在內(nèi)外側(cè)板中間氣道外圍設(shè)計(jì)密封圈，為了保證密封圈的有效性，在外側(cè)板上設(shè)計(jì)凹槽使得密封圈受壓變形受凹槽限制，保證其預(yù)壓量;同時(shí)通過改進(jìn)膜片的結(jié)構(gòu)，使膜片外圈同時(shí)起到密封圈的作用，通過8顆自攻螺釘將外側(cè)板、內(nèi)側(cè)板與泵體鎖緊，壓緊內(nèi)部密封結(jié)構(gòu)，保證連接時(shí)各部件的密封性。

3.3 在排氣口處新增密封結(jié)構(gòu)的單向閥

膜片泵的排氣口是與大氣相通的，如果周圍有雨水水滴或整體浸水則會(huì)直接通過排氣口進(jìn)入，最終造成泵內(nèi)進(jìn)水。故將排氣口做成單向閥結(jié)構(gòu)，在膜片泵不工作時(shí)，單向閥始終處于關(guān)閉狀態(tài)，密封性可以得到保障;在膜片泵工作時(shí)，泵腔內(nèi)的壓力達(dá)到一定值就會(huì)打開單向閥，排出氣體;泵停止工作后也會(huì)立即關(guān)閉[2]。

3.4 優(yōu)化電機(jī)連接器的選用

電機(jī)作為電子膜片泵的唯一驅(qū)動(dòng)源，電機(jī)線束連接器的密封性同樣關(guān)鍵，如密封不好會(huì)導(dǎo)致水進(jìn)入端子。所以在選擇連接器時(shí)需要選擇具有防水膠套的連接器如圖5所示，阻止水接觸導(dǎo)線端子線芯，保證其防水性。

3.5 優(yōu)化膜片泵進(jìn)氣口與真空管匹配

膜片泵的進(jìn)氣口與真空管一般有兩種匹配方式，第一種使用橡膠軟管與金屬卡扣與進(jìn)氣口連接;另一種使用標(biāo)準(zhǔn)的防水快插接頭與進(jìn)氣口連接;兩種方式正確使用均可以保證其防水性。

4 結(jié)語

本文從以下兩方面深入研究如何通過設(shè)計(jì)優(yōu)化提升電子真空泵的防水性能：從布置上優(yōu)化電子旋片泵的位置以保證電子旋片泵良好的周邊環(huán)境，以避免其淋雨或被水浸泡而失效;從結(jié)構(gòu)上優(yōu)化膜片泵電機(jī)殼體及密封結(jié)構(gòu)、側(cè)板組件的密封結(jié)構(gòu)、在排氣口處新增單向閥結(jié)構(gòu)、優(yōu)化電機(jī)連接器的選用以使提高電子真空泵的防水性能。

通過詳細(xì)分析，對(duì)整車電子真空泵的正確布置有一定的借鑒意義，同時(shí)也能大大縮小電子真空泵的失效比例，從而確保制動(dòng)的有效性，保障駕駛員及乘客的人身安全。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊海斌.關(guān)于膜片式電子真空泵抽氣性能計(jì)算的研究[J].汽車與駕駛維修，2019（07）：66-68.

[2] 周旭.雨刮系統(tǒng)防水性能提升研究[J].上海汽車，2015（10）：55-58.