Вакуумный усилитель тормозов: останавливаем машину без усилий

Торможение автомобиля иногда требует приложения большого усилия на педаль, что приводит к утомляемости водителя и несет в себе потенциальную угрозу — в какой-то момент у водителя просто не хватит сил для нормального торможения. Решает все эти проблемы специальный узел — вакуумный усилитель тормозов. О том, что это такое, о работе усилителя и его эксплуатации читайте в данной статье.

Назначение вакуумного усилителя тормозов
В большинстве современных автомобилей используется гидравлическая тормозная система, в которой усилие, необходимое для сжатия колодок, передается от главного цилиндра к тормозным цилиндрам на колесах с помощью несжимаемой жидкости. Давление, необходимое для прижима колодок, создается главным цилиндром, поршень которого, в свою очередь, приводится в движение педалью тормоза, то есть — самим водителем.

Недостаток гидравлических тормозов в их «чистом виде» — достаточно большое усилие, которое необходимо приложить к педали для эффективного торможения. При этом, чем тяжелее автомобиль, и чем большую скорость он развивает, тем большее усилие необходимо для торможения. И не стоит забывать, что во время поездки, даже непродолжительной, мы нажимаем на педаль тормоза десятки раз, а при длительной поездке, да еще и с тугими тормозами, быстро наступает утомление, торможение из-за усталости становится менее эффективным, и в какой-то момент просто-напросто может произойти авария.

Решение этих проблем найдено, и оно весьма эффективно — это усилитель тормозов. Существует несколько типов и конструкций этого компонента тормозной системы, однако здесь мы рассмотрим один из наиболее простых и надежных из них — вакуумный усилитель тормозов. Данное устройство, объединенное в одну конструкцию с главным тормозным цилиндром, повышает усилие, передаваемое от педали к цилиндру, чем и достигается меньшая усталость водителя и более эффективное торможение. Кроме того, вакуумный усилитель является одним из основных компонентов системы экстренного торможения.

На сегодняшний день типичный вакуумный усилитель тормозов легкового автомобиля повышает усилие, передаваемое ногой через педаль на главный тормозной цилиндр, в среднем в 3-5 раз. Существуют и более мощные усилители, используемые в более массивных автомобилях, однако принцип действия и основные конструктивные элементы всех вакуумных усилителей идентичны, поэтому мы здесь рассмотрим лишь наиболее простую и распространенную конструкцию.

Устройство вакуумного усилителя тормозов
Вакуумный усилитель тормозов имеет не слишком сложное устройство. Он, как было сказано, объединен в единую конструкцию с главным тормозным цилиндром, и оба этих узла работают согласованно. Основу усилителя составляет цилиндрический корпус, внутренний объем которого разделен на две герметичные камеры подвижной диафрагмой. Камера, расположенная со стороны тормозного цилиндра, называется вакуумной, вторая камера, расположенная со стороны педали тормоза — называется атмосферной.

Диафрагма со стороны вакуумной камеры соединена штоком с поршнем главного тормозного цилиндра, здесь же находится возвратная пружина. Также в вакуумной камере предусмотрен обратный клапан, через который камера сообщается с источником разрежения (вакуума), о котором скажем чуть позже.

В атмосферной камере, над диафрагмой, расположен следящий клапан, который с помощью толкателя связан с педалью тормоза. С помощью клапана атмосферная камера может сообщаться либо с вакуумной камерой (через вакуумный канал в диафрагме), либо с атмосферой (через атмосферный канал в корпусе следящего клапана) — именно на этом основан принцип действии вакуумного усилителя тормозов.

Как понятно из названия, для работы усилителя необходим вакуум — он создается подключением вакуумной камеры с впускным коллектором (на участке, расположенном после дроссельной заслонки) двигателя. Однако такое решение возможно только в бензиновых моторах, где разрежение во впускном коллекторе достигает значительных величин, а совместно с дизельным двигателем вакуумный усилитель работать просто не будет (слишком мало разрежение во впускном коллекторе). Поэтому в дизелях используется иной источник вакуума — специальный насос. Но и в автомобилях с бензиновыми моторами часто используются насосы, они нужны, главным образом, для работы системы экстренного торможения.

01 — фланец крепления наконечника;
02 — корпус усилителя;
03 — шток;
04 — крышка;
05 — поршень;
06 — болт крепления усилителя;
07 — дистанционное кольцо;
08 — опорная чашка пружины клапана;
09 — клапан;
10 — опорная чашка клапана;
11 — опорная чашка возвратной пружины;
12 — защитный колпачок;
13 — обойма защитного колпачка;
14 — толкатель;
15 — воздушный фильтр;
16 — возвратная пружина клапана;
17 — пружина клапана;
18 — уплотнитель крышки корпуса;
19 — стопорное кольцо уплотнителя;
20 — упорная пластина;
21 — буфер;
22 — корпус клапана;
23 — диафрагма;
24 — возвратная пружина корпуса клапана;
25 — уплотнитель штока;
26 — болт крепления главного цилиндра;
27 — обойма уплотнителя штока;
28 — регулировочный болт;
29 — наконечник шланга;
30 — клапан;
А — вакуумная полость;
В — канал, соединяющий вакуумную полость с внутренней полостью клапана;
С — канал, соединяющий внутреннюю полость клапана с атмосферной полостью;
Е — атмосферная полость

Принцип действия вакуумного усилителя тормозов
Работа вакуумного усилителя основана на перепаде давлений в камерах, разделенных диафрагмой. В начальный момент времени, когда педаль тормоза отжата, вакуумная и атмосферная камеры сообщаются через вакуумный канал в диафрагме, в них обеих поддерживается одинаковое низкое давление — тормозной цилиндр находится в покое.

При нажатии на педаль срабатывает следящий клапан, которые постепенно закрывает вакуумный канал между камерами и открывает атмосферный канал в атмосферной камере — в этот момент давление в атмосферной камере превышает давление в вакуумной камере, и диафрагма, испытывая повышенное давление со стороны атмосферной камеры, движется в сторону тормозного цилиндра. При движении диафрагма создает значительное усилие на штоке цилиндра, превышающее в 3-5 раз усилие ноги на педали — так и происходит процесс усиления.

Следящий клапан устроен таким образом, что чем сильнее водитель давит на педаль тормоза, тем сильнее и то усилие, которое передается на поршень тормозного цилиндра. Однако если педаль остановлена в нажатом положении, то останавливается и движение диафрагмы, а вместе с ней и движение поршня — тормозная система затормаживает колеса автомобиля, и готова отозваться на любое движение педали тормоза.

При отпускании педали следящий клапан вновь перекрывает атмосферный канал и открывает вакуумный канал, давление в камерах выравнивается, и система приходит к первоначальному состоянию. Возврат поршня тормозного цилиндра и диафрагмы в начальное положение обеспечивается возвратной пружиной в корпусе усилителя.

Необходимо отметить, что вакуумный усилитель тормозов не «выключается» просто так после остановки или поломки двигателя — это обеспечивает обратный клапан в вакуумной камере. Клапан дает возможность только выходить воздуху из камеры, но стоит двигателю заглохнуть (или остановиться насосу), как клапан из-за возросшего с обратной стороны давления закроется, и будет препятствовать росту давления в камере.

Интересно, что эффективность вакуумного усилителя тормозов зависит от атмосферного давления, и чем оно ниже, тем хуже работает усилитель. Понять это нетрудно. Обычное давление в вакуумной камере усилителя достигает величин 0,067 МПа, это примерно в 1,4 раза меньше нормального атмосферного давления. Такое же давление наблюдается на высоте около 3,5 км над уровнем мора, а это значит, что в условиях высокогорья давление в вакуумной камере сравняется с давлением в атмосферной камере, и усилитель просто-напросто работать не будет!

Понятно, что ежедневные изменения атмосферного давления не могут оказать сколько-либо заметного влияния на работу вакуумного усилителя, да и его эксплуатация в регионах, имеющих возвышенности, тоже не вызывает проблем. А в технике, используемой в условиях высокогорья, применяются усилители тормозов иных конструкций, которые не зависят от факторов окружающей среды.

Особенности эксплуатации автомобиля с вакуумным усилителем тормозов
Никаких особенностей эксплуатация автомобиля с вакуумным усилителем тормозов не имеет, однако здесь есть пара моментов, на которые необходимо обратить внимание.

Во-первых, в работе вакуумного усилителя решающее значение имеет герметичность камер, поэтому любые неисправности, ведущие к потере герметичности, влекут за собой значительное ухудшение в работе тормозной системы. А, во-вторых, неисправный усилитель необходимо сразу же заменить, так как на кону стоят безопасность и жизни людей.

О диагностике и замене вакуумного усилителя стоит задуматься в том случае, если для торможения приходится давить на педаль сильнее, о неполадке свидетельствует и уменьшенный ход педали (причем такое явление наблюдается как при работающем, так и при заглушенном двигателе). При любом подозрении на нарушение работы вакуумного усилителя стоит обратиться в автосервис.

Здесь нужно заметить, что вакуумные усилители тормозов при потере герметичности перестают выполнять свои функции, однако тормозная система в целом не теряет своей работоспособности — в этом случае усилитель просто передает усилие от педали к главному тормозному цилиндру. Это сделано в целях безопасности, да и в этом случае водитель, по увеличению сопротивления педали, поймет, что с усилителем что-то не так.

Как показывает практика, вакуумные усилители тормозов достаточно надежны, они нечасто выходят из строя, и средний водитель за все время владения автомобилем даже и не вспоминает, что у него в тормозной системе есть такой узел.