重型車離合器操縱系統響應

張天華

（上海汽車集團股份有限公司培訓中心，上海 200086）

離合器是采用手動變速器的汽車傳動系中的一個重要部件，它由離合器壓盤、離合器從動盤、分離軸承等零件組成。通過接合或分離離合器，實現向變速器傳遞或中止發動機的動力，保證汽車平穩起步和變速器換擋時工作平順。離合器操縱系統要求操縱輕便、響應迅速、工作可靠，在緊急情況下（比如系統氣壓下降）離合器仍能正常分離。本文結合某重型車在連續制動后系統氣壓快速下降時離合器無法正常分離，氣壓在0.6 MPa左右時離合器分離困難或分離不徹底，造成換擋困難等問題，分析離合器助力器對操縱系統響應時間的影響，并提出解決問題的建議，驗證改進效果。

1 重型車離合器操縱系統的基本原理

隨著重型汽車所用發動機功率和輸出扭矩的不斷增大，與之匹配的離合器的扭矩容量也需不斷增大，離合器的壓緊力和分離力也需隨之增大。以德國SACHS（薩克斯）公司MFZ430/430WGTZ單片、干式、拉式離合器為例，其最大壓緊力≥25 100 N，最大分離力也達到了6 300 N，傳統的通過桿系或拉索等純機械式操縱離合器的方法已滿足不了如此大的分離力的要求，必須采用氣壓式助力器。

目前，重型車離合器的操縱普遍采用的方案是由離合器踏板、儲液罐、離合器總泵、液壓管路和氣壓式助力器等部件建立的液壓系統來控制離合器助力器工作氣缸閥門的開啟或關閉，以作用在氣缸活塞上的壓縮空氣產生的推力為主要動力源推動推桿、分離撥叉、分離軸承等部件，最終實現離合器的分離。

氣壓式助力器是利用外界氣源壓力來協助分離離合器，駕駛員對離合器踏板的操縱只是為了控制離合器的分離和接合，因此在設計上助力器的動作應滿足隨動作用的要求，并且還應保證在助力器失效的情況下，離合器仍然能夠由人力來操縱。所謂“隨動作用”，是指助力器作用于分離軸承上的力（或它的位移）和駕駛員加于踏板上的力（或位移）構成確定的比例關系，后者跟著前者動而動、停而停，卻與作用時間的長短無關。這樣就可以保證駕駛員在逐漸緩慢地放松離合器踏板時，離合器能平穩而柔和地接合；同時在駕駛員快速踩下離合器踏板時，分離系統可以迅速響應，并能將離合器徹底分離。這種隨動作用是由液壓系統對離合器助力器助力氣缸閥門的開啟與關閉動作的控制來實現的。

液壓系統的建立與解除是通過駕駛員的腳踩下或松開離合器踏板來實現的。在液壓系統排盡空氣后，由于系統的工作介質具有不可壓縮性，當駕駛員踩下離合器踏板時，離合器總泵活塞隨之移動，通過液壓管路向離合器助力器供油，在液壓的作用下，開啟離合器助力器的氣缸閥門，壓縮空氣進入氣缸內，推動氣缸活塞及推桿、離合器分離撥叉、分離軸承運動，實現了離合器的分離。當駕駛員松開離合器踏板后，離合器總泵活塞回位，液壓系統中的制動液壓力下降并通過管路回流至總泵的缸體及儲液罐內。同時離合器助力器的油缸活塞回位，將工作氣缸進氣閥門關閉、排氣閥門打開，氣缸內的壓縮空氣在與外界空氣壓差及推桿的反作用力作用下排入大氣；分離撥叉、分離軸承回到離合器分離前的位置，離合器處于接合狀態。

2 重型車離合器操縱存在的問題

當車輛系統壓力達到0.8 MPa時，離合器分離系統工作正常，快速踩下離合器踏板時能保證離合器迅速徹底地分離。但當駕駛員連續急踩幾次剎車后，氣壓表顯示系統氣壓快速下降至0.6 MPa左右，發現離合器開始打滑，無法徹底分離，影響變速器正常換擋。而整車技術條件和出廠檢驗規范要求整車系統壓力在0.6 MPa時，離合器應能正常分離、變速器可以正常換擋。離合器操縱系統在匹配設計時也要求滿足離合器助力器在0.6 MPa氣壓下可輸出的最大推力應滿足離合器徹底分離的要求。此情況下，儲液罐液面位置正常，總泵及液壓管路連接處均無滲漏現象，助力器進氣管路密封良好。在對整個液壓系統進行重新排盡空氣，再次檢測時，同樣的問題依然存在。

3 離合器氣壓式助力器的工作原理

離合器助力器工作前，應先通過排氣螺釘，經油缸排氣口，將液壓系統中的空氣排盡。當需要分離離合器時，踩下離合器踏板，總泵中產生油壓，高壓制動液經過進油口，同時作用于油缸活塞和中繼活塞。作用于油缸活塞時，使油缸活塞帶動推桿往前移，但由于該作用力不夠大，不能夠克服離合器所需的分離力；作用于中繼活塞時，中繼活塞前移，克服中繼活塞及閥門回位彈簧力，推開閥門，這時，來自儲氣筒的壓縮空氣經過進氣口，經過打開的閥門口，通過通往助力氣缸的氣路進入氣缸，作用于氣助力活塞，與上面提到的作用于油缸活塞的力一起產生推桿克服離合器的分離力。其隨動作用的原理為：當離合器踏板固定在某一位置時，與中繼活塞成一體的氣閥門端作用面積較大，在氣體壓力、回位彈簧和油壓作用下，作用在中繼活塞上的力平衡。由于彈簧力的作用，關閉了進氣閥，這樣推動分離撥叉移動的活塞也不再運動，助力器處于平衡位置，離合器不再分離。此時，可分成2種情況：①若繼續對踏板施加壓力，總泵油壓增加，系統的平衡破壞，進氣閥再次打開，向助力缸充氣，進一步分離離合器；②若放松踏板，制動液的壓力逐漸恢復到自然狀態下的油壓，系統的平衡也發生了變化。此時，一方面，離合器的回位力作用于推桿，帶動氣助力活塞及油缸活塞一起后退復位；另一方面，中繼活塞在中繼活塞回位彈簧作用下后退復位，打開排氣通道，同時閥門在閥門回位彈簧作用下前移關閉閥門口，切斷進氣通道，助力氣缸及進氣通道中的壓縮空氣經排氣通道、消聲器排向大氣，離合器開始接合。通過控制離合器踏板的運動速度就可控制離合器接合速度的快慢。

4 重型車離合器操縱問題的原因

通過對氣壓助力器結構和工作原理的了解，發現車輛系統壓力在0.6 MPa左右時離合器不能正常分離，是由于助力器的中繼活塞動作滯后，造成進氣閥門開啟響應延遲或開度不足，壓縮空氣進氣量不夠，在短時間內不能充滿整個氣缸，導致氣缸內的氣壓低于0.6 MPa，助力器無法輸出滿足離合器分離要求的推力。該重型車所配置的MFZ430/430WGTZ離合器分離軸承處的最大分離力FA1max為6 300 N，FA2max為5 550 N。其中，FA1max代表從動盤磨損后的最大分離力，FA2max代表離合器在初始安裝位置的最大分離力。

該重型車所配置的變速器所帶的離合器分離撥叉的杠桿比為if＝1.765，因此分離離合器所要求的助力器輸出的推力為：，其中，η為f分離撥叉的機械效率，取0.95.

參照該重型車所配置的Φ102型免調式離合器助力器的性能曲線圖，發現在壓縮空氣壓強為0.6 MPa時，該助力器輸出的推力技術上是滿足上述分離力要求的。以上分析說明，當氣壓表顯示車輛的系統壓力在0.6 MPa左右時，踩下離合器踏板的瞬間，助力器內中繼活塞在油壓的作用下打開進氣閥門到一定的開度，此時來自儲氣筒的0.6 MPa左右的壓縮空氣通過閥門進入氣缸內的速度明顯小于0.8 MPa氣壓下的速度，壓縮空氣充滿氣缸所需的時間延長，助力效果響應滯后甚至達不到完全分離離合器所需的推力，因此出現離合器打滑、分離不清、變速器無法換擋等故障。

5 結束語

通過對離合器操縱系統響應速度的分析及助力器設計改進的驗證，我們認為離合器液壓控制氣助力操縱系統需要多方面的正確匹配才能達到最佳狀態。其他影響液壓系統建立的因素也非常重要，如整個液壓管路的走向布置與設計、管路之間連接的密封性等。通過優化液壓管路的走向，有利于系統排盡空氣，降低液壓系統的效率損失，提高響應速度。