关于汽车电子真空泵防水性能提升的研究

吴道坤 杨海斌 张馨 郑白凯

摘 要：电子真空泵是一种给真空助力器提供真空源的装置，目前在搭载涡轮增压发动机的汽车、油电混合动力汽车以及纯电动汽车领域应用很广。本文主要介绍在设计阶段如何布置电子真空泵位置，以满足电子真空泵防水要求;深入研究通过改善膜片泵各组件的密封结构来提高其防水性能。

关键词：汽车;电子真空泵;防水性能;新能源;制动系统

中图分类号：U463.5 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2020）01-0060-02

制动助力系统属于汽车重要安全部件系统之一，其功能是提高汽车的制动性能，以确保汽车驾驶员的刹车动作省力、有效，确保行车安全。目前大多数乘用车均使用真空助力器作为制动助力，而对普通汽油发动机的汽车来说，真空助力器的真空源由发动机进气歧管提供;对使用缸内直喷技术和涡轮增压技术发动机的汽车来说，一般独立使用机械式旋片泵或在使用机械式旋片泵的同时，增加一个电子旋片泵为辅助泵;对油电混合动力汽车，使用燃油动力时可使用进气歧管或机械式旋片泵，用电时可使用电子旋片泵或电子膜片泵，也可以在全工况下使用电子旋片泵或电子膜片泵;对纯电动汽车便需要使用电子旋片泵或电子膜片泵独立提供真空源。

目前新能源乘用车领域也有部分车型已经取消真空助力器的使用，用上了集成度更高、体积更小、重量更轻的电液制动器。但由于目前电液制动器存在价格成本较高、系统匹配较为困难等问题，目前尚未普及。对其它大部分的新能源乘用车还是使用真空助力器加电子真空泵的配置。目前使用较多的电子真空泵主要有两类：旋片泵、膜片泵;本文主要介绍如何在布置上通过优化电子旋片泵的位置以保证电子旋片泵良好的周边环境，防止其进水失效;深入研究如何改善电子膜片泵的结构来提高其防水性能，防止其进水失效的同时也使其布置位置更加多样化。

1 电子真空泵结构介绍

1.1 电子旋片泵结构简介

此处以海拉UP28电子旋片泵为例，结构如图1所示，主要由转子2，泵室3，叶片1，电机4等构成。工作原理示意如图2所示，转子和泵室偏心安装，电机轴转动时带动偏心转子绕中心做行星运动，叶片不断地被甩出转子将进气口的空气推到出气口并排出，如此往复，则与进气口连接的助力器腔内的空气被排出，就会形成具有一定真空度的环境[1]。

1.2 电子膜片泵结构简介

电子膜片泵的结构如图3所示，主要由上端盖组件1，侧板组件2，电机3，活塞组件4，泵体5等构成。工作原理示意如图4所示，当电机轴转动时，带动偏心的活塞组件绕中心行星运动，进而活塞连杆左右往复运动，拉动膜片进行变形，当膜片受拉时，容积腔由小变大，进行抽气动作，进气孔的单向阀打开，排气孔的单向阀关闭，将助力器的空气抽出。当膜片伸长时，容积腔由大变小，进行排气动作，进气孔单向阀关闭，排气孔单向阀打开，气体排至泵体内，再排出至大气。

2 优化电子旋片泵布置位置

电子真空泵总成通常布置在发动机舱内，由于旋片泵不具有防水性能，因此需要通过优化旋片泵总成在发动机舱内的布置位置来提升防水性能。

当旋片泵布置在发动机舱，通常布置在驾驶员一侧，距离助力器较近。当旋片泵距离地面过近时，涉水工况时会导致旋片泵进水;因此需要将旋片泵布置在离地面600mm以上的高度;距离前进气格栅200mm以上，距离左侧导水槽200mm以上，距离风挡玻璃一侧200mm以上，如此布置可大大的减小旋片泵位置遇水的可能。

3 优化电子膜片泵结构设计

3.1 优化膜片泵电机壳体及密封结构

膜片泵电机与泵体是通过两颗螺钉连接，如没有设计合理的密封结构，泵体与电机面必然会产生间隙，在淋雨或者涉水工况时，外界的水就会进入真空泵，对真空泵造成损坏。因此设计合理的密封结构对电机防水性能尤为重要。在设计密封圈结构时需要相应增大密封圈的预压量，在端面处密封的基础上，增加内部与机壳径向密封圈;取消电机下方工艺孔，防止密封堵头掉落影响电机密封性;使用硫化工艺将电机线束引出端密封牢固，防止水从线束引出端进入。

3.2 优化膜片泵侧板组件的密封结构

膜片泵侧板组件与泵体是通过自攻螺钉连接，由于侧板组件内有气道，有水进入气道则会损坏真空泵，故需要在内外侧板中间气道外围设计密封圈，为了保证密封圈的有效性，在外侧板上设计凹槽使得密封圈受压变形受凹槽限制，保证其预压量;同时通过改进膜片的结构，使膜片外圈同时起到密封圈的作用，通过8颗自攻螺钉将外侧板、内侧板与泵体锁紧，压紧内部密封结构，保证连接时各部件的密封性。

3.3 在排气口处新增密封结构的单向阀

膜片泵的排气口是与大气相通的，如果周围有雨水水滴或整体浸水则会直接通过排气口进入，最终造成泵内进水。故将排气口做成单向阀结构，在膜片泵不工作时，单向阀始终处于关闭状态，密封性可以得到保障;在膜片泵工作时，泵腔内的压力达到一定值就会打开单向阀，排出气体;泵停止工作后也会立即关闭[2]。

3.4 优化电机连接器的选用

电机作为电子膜片泵的唯一驱动源，电机线束连接器的密封性同样关键，如密封不好会导致水进入端子。所以在选择连接器时需要选择具有防水胶套的连接器如图5所示，阻止水接触导线端子线芯，保证其防水性。

3.5 优化膜片泵进气口与真空管匹配

膜片泵的进气口与真空管一般有两种匹配方式，第一种使用橡胶软管与金属卡扣与进气口连接;另一种使用标准的防水快插接头与进气口连接;两种方式正确使用均可以保证其防水性。

4 结语

本文从以下两方面深入研究如何通过设计优化提升电子真空泵的防水性能：从布置上优化电子旋片泵的位置以保证电子旋片泵良好的周边环境，以避免其淋雨或被水浸泡而失效;从结构上优化膜片泵电机壳体及密封结构、侧板组件的密封结构、在排气口处新增单向阀结构、优化电机连接器的选用以使提高電子真空泵的防水性能。

通过详细分析，对整车电子真空泵的正确布置有一定的借鉴意义，同时也能大大缩小电子真空泵的失效比例，从而确保制动的有效性，保障驾驶员及乘客的人身安全。

参考文献

[1] 杨海斌.关于膜片式电子真空泵抽气性能计算的研究[J].汽车与驾驶维修，2019（07）：66-68.

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