Много силы из ничего: как работает вакуумный усилитель тормозов и как его проверить
Сейчас, в эпоху сложных электронных систем, помогающих водителю управлять автомобилем, вакуумным усилителем тормозов (он же ВУТ) никого не удивить. Машины с ВУТ появились несколько десятков лет назад, и сейчас усилитель кажется каким-то совсем простым и даже слишком примитивным устройством. Но при этом не все знают, как он работает, хотя наверняка и слышали что-то про какие-то мембраны и разрежение в коллекторе. Сегодня предлагаем освежить эти знания: ВУТ есть в каждом автомобиле, и понимать принцип его работы и основные приёмы диагностики полезно и сегодня.
Не всем и не сразу
Вакуумный усилитель появился в автомобилях не по блажи производителей, партии «зелёных» или под воздействием потусторонних сил. В результате развития автомобилей и роста их мощности, скорости и массы постоянно росли и требования к тормозам. Первые ленточные тормозные механизмы открытого типа (как на Studebaker Standard Six 1924 года, например) быстро стали недостаточно эффективными, и на смену им пришли уже более привычные нам барабанные тормоза с колодками. Конечно, в них не было ни механизма самоподвода колодок, ни даже гидравлического привода: только тросы или тяги (как у нашей «эмки»). Потом появились гидравлические тормоза. Они были простенькими, одноконтурными, но всё же работали эффективнее механических. И следующим этапом их развития наравне с разделением на два контура стало появление усилителя.
Справедливости ради надо отметить, что первый автомобиль с усилителем тормозов появился ещё в 1928 году, и это был Pierce-Arrow. Разумеется, ни о какой массовости этого устройства речи не шло, и вплоть до 1970-х вакуумный или гидровакуумный (как на нашем ГАЗ-24) усилитель оставался предметом роскоши в оснащении дорогих автомобилей.
Pierce-Arrow Model 36 ‘1928. Фото: autowp.ru
В СССР первые ВУТ появились на рубеже 60-70-х. Первенцами отечественного автопрома с усилителем тормозов стали ГАЗ-24 с гидровакуумным усилителем (1970 г), ВАЗ-2103 (1972 г), АЗЛК-2140 (1976 г). И, несмотря на то, что сам по себе вакуумный усилитель – штука неплохая и даже весьма полезная, полюбили его тогда не все. Почему? Ответ будет чуть ниже.
ГАЗ-24 «Волга». Фото: autowp.ru
ВАЗ-2103 «Жигули». Фото: autowp.ru
Москвич-1500 (АЗЛК-2140). Фото: autowp.ru
Почти гениально
Если разобраться в принципиальной схеме работы «вакуумника», можно испытать небольшой восторг от технического изящества конструкции. Но это – если не слишком сильно углубляться, потому что на самом деле ВУТ устроен не настолько просто, чтобы считать его абсолютно гениальным. Однако сама идея взять силу из пустоты, причём получить её совершенно бесплатно, – это красиво.
Итак, как это устроено? Нажатием педали тормоза требуется передвинуть шток главного тормозного цилиндра, который погонит тормозную жидкость по магистрали до рабочих цилиндров, прижимающих колодки к диску или барабану. Всё хорошо, но для того, чтобы прижать колодки достаточно сильно, придётся так же сильно давить ногой на педаль. А это не слишком приятно. Требовалось придумать устройство, которое будет усиливать давление от педали на шток, причём делать это нелинейно: чем сильнее водитель давит на тормоз, тем активнее усилитель должен ему помогать. А если водитель не давит на тормоз, то и усилитель работать не должен – иначе он будет тормозить сам, а этого допускать нельзя.
Фото: wikimedia.org
В качестве источника энергии для работы усилителя решили использовать разницу давлений внутри впускного коллектора и вне его, в атмосфере. Внутри коллектора существует разрежение, поэтому, если сделать устройство, в одной половине которого будет сохраняться атмосферное давление (атмосферная полость), в другой – пониженное за счёт разрежения в коллекторе (вакуумная полость), а к подвижной мембране между этими половинками приделать шток ГТЦ, этот шток будет стремиться двигаться в сторону полости с низким давлением. Остаётся только поставить возвратную пружинку, которая будет возвращать мембрану на место, когда водитель отпустит педаль тормоза, и всё – усилитель готов. Но это не совсем так, потому что такой усилитель будет стремиться передвигать шток сразу после пуска двигателя, притормаживая колёса. А это, как мы уже говорили, неправильно. Значит, кое-что придётся усложнить.
Делу может помочь система из двух клапанов, один из которых установлен в атмосферной полости и по умолчанию закрыт, а второй установлен на мембране и по умолчанию открыт. После запуска двигателя в коллекторе появляется разрежение, в вакуумной части давление тоже падает, но клапан в мембране открыт. А это означает, что вакуумная полость начнёт засасывать в себя воздух из атмосферной полости. И так как клапан атмосферной полости по умолчанию закрыт, в обеих полостях установится одинаковое пониженное давление. Другими словами, усилитель в этот момент не работает: нет разницы давлений – нет и силы, которая двигала бы мембрану со штоком. То есть, первую проблему решили: сам по себе усилитель не тормозит.
Москвич-1500 (АЗЛК-2140). Фото: autowp.ru
Зато если нажать на педаль тормоза, шток перекроет клапан на мембране и откроет клапан атмосферной полости. Сразу же возникнет разница давлений, и мембрана будет двигать шток с минимальным участием водителя. Вроде бы это как раз то, чего и требовалось добиться от усилителя. Но опять нет! Потому что на самом деле резко возникающая разница в давлениях включит усилитель практически мгновенно и на полную силу. И в итоге получится не эффективное, но плавное торможение, а экстренное торможение в пол. Жаль, но придётся усложнять систему дальше.
Основное усложнение коснулось клапанов. Их объединили в отдельный узел под названием следящий клапан. По сути, следящий клапан так и остался узлом с двумя клапанами, но их «научили» работать более слаженно и с чувством меры: не в режиме открыто/закрыто, а с постепенным изменением пропускной способности. Таким образом, удалось реализовать возможность дозировать усилие сжатия колодок педалью. Но совсем простым устройством вакуумный усилитель после всего этого уже не кажется.
Размеры и не только
Несмотря на изящность и красоту конструкции, вакуумный усилитель – не такой безгрешный парень, каким может показаться. Наверняка многие обращали внимание на то, что под капотом почти любой машины ВУТ заметен сразу – он занимает много места. И это один из его существенных недостатков, продиктованный принципом его работы: мембрана маленького диаметра не способна создать достаточно усиления, поэтому весь ВУТ приходится делать достаточно большим. И чем он мощнее – тем больше места занимает под капотом. Ну или приходится увеличивать число камер, а это тоже приводит к росту размеров усилителя. Увы, маленький ВУТ работать эффективно не сможет.
Mercedes-Benz E 430 4MATIC (W210). Фото: autowp.ru
Второй недостаток проявился с ростом количества турбированных двигателей. У них, как и у дизелей, разрежение во впускном коллекторе слишком незначительное, и использовать его для работы ВУТ невозможно. Поэтому инженерам пришлось изобрести ещё одну штуку – вакуумный насос, который создаёт разрежение искусственно. Само собой, такой насос используется и в электромобилях, в которых впускного коллектора нет в принципе. Вопрос с разрежением использование насоса решило, но идея взять энергию для работы усилителя в буквальном смысле из пустоты на этом закончилась. А одной проблемой стало больше: при отказе этого насоса ВУТ работать перестаёт.
Ну а теперь вернёмся к тому вопросу, который подняли выше: чем ВУТ не угодил советским водителям? Не угодил он им тем, что слишком легко терял герметичность. И ладно бы, если он просто переставал работать (в конце концов, педаль тормоза можно надавить и без его помощи). Хуже, что часто ВУТ пытался заглушить ещё и двигатель. Причина кроется в том самом разрежении во впуске. Если следящий клапан начнёт пропускать воздух в вакуумную полость, начнётся подсос воздуха. То же самое будет и при повреждении мембраны усилителя. А так как качество материалов и сборки усилителя в СССР было не самым высоким, происходило такое часто. Верный признак неисправности «вакуумника» – попытка машины заглохнуть в момент торможения. И этот признак раньше был хорошо знаком многим автолюбителям.
ВАЗ-2108 «Спутник». Фото: autowp.ru
Разумеется, сильные и технически грамотные советские водители с этим безобразием мириться не хотели. Новые детали достать было сложно, поэтому шли простым путём: «вакуумник» глушили. Снимали вакуумную трубку с впускного коллектора, закручивали в неё подходящий по диаметру болт, и вуаля! – проблема решена. Можно тормозить смело – обороты на просядут, мотор не заглохнет. Ну а что не работает ВУТ, так это пустяк: не жили хорошо – нечего и привыкать.
Как проверить?
Современные вакуумные усилители намного более надёжные и ресурсные, чем были лет 25 назад: сейчас и материалы используют другие, и технологии изготовления более точные. И всё же иногда ломаются и новые усилители. Как в этом случае можно проверить работоспособность «вакуумника»?
Lada Niva Travel. Фото: Лаборатория Скорости, labofspeed.su
Все варианты проверки ВУТ можно условно разделить на две категории в зависимости от автомобиля: старые и новые. Новые предполагают подключение сканера и как минимум проверку ошибок вакуумной системы усилителя тормозов. Если есть ошибка p1479, то, скорее всего, где-то есть подсос воздуха вследствие разгерметизации системы. И ещё можно посмотреть данные датчика разрежения, который установлен на многих современных автомобилях. Конечно, всё это проще сделать в сервисе, поэтому перейдём к более простым способам, старым, но до сих пор результативным.
Сначала есть смысл послушать, не издаёт ли ВУТ странные шипящие или свистящие звуки. Сажаем кого-нибудь за руль, запускаем двигатель и просим давить на тормоз. И слушаем у открытого капота. Есть шипение – есть подсос воздуха.
Фото: kirill_grekov, depositphotos.com
Второй способ сводится к проверке наличия вакуума. При заглушенном моторе нажимаем несколько раз на педаль тормоза и, не отпуская её, запускаем двигатель. Если после пуска мотора педаль стала опускаться ещё ниже, всё в порядке – вакуум создаётся. Если она осталась неподвижной, его нет. То есть, что-то неисправно: может быть, вакуумный насос (если он есть), может быть, появилась утечка воздуха в патрубках или внутри самого усилителя. В любом случае проблема с ним определённо существует.
Третий способ самый простой. На заведённой машине выжимаем тормоз в пол, глушим двигатель и отпускаем педаль. Если после этого она сразу начинает ползти наверх, есть какая-то проблема, вследствие которой воздух попадает внутрь вакуумной полости.
К сожалению, самостоятельно копаться дальше – занятие бессмысленное. Ремонт усилителя даже в сервисах часто не приносит удовлетворительного результата, а уж его починка на коленке – это совсем бесполезный процесс. Однако и сразу бежать за новым ВУТ не надо: возможно, дело не в нём, а в вакуумном патрубке, и ремонт требуется совсем копеечный. Если под рукой есть исправный ВУТ (что вряд ли вероятно), можно попробовать его переставить и посмотреть, что получится. Возможно, дело именно в нём, и тогда действительно лучше купить новый усилитель и забыть о проблеме. Но, скорее всего, нужного усилителя для проверки под рукой не окажется, и в любом случае придётся ехать в сервис. Хорошо, что требуется такое очень редко: ВУТ стал одновременно сложнее, но надёжнее. Удивительно, но факт.
