重型车离合器操纵系统响应

张天华

（上海汽车集团股份有限公司培训中心，上海 200086）

离合器是采用手动变速器的汽车传动系中的一个重要部件，它由离合器压盘、离合器从动盘、分离轴承等零件组成。通过接合或分离离合器，实现向变速器传递或中止发动机的动力，保证汽车平稳起步和变速器换挡时工作平顺。离合器操纵系统要求操纵轻便、响应迅速、工作可靠，在紧急情况下（比如系统气压下降）离合器仍能正常分离。本文结合某重型车在连续制动后系统气压快速下降时离合器无法正常分离，气压在0.6 MPa左右时离合器分离困难或分离不彻底，造成换挡困难等问题，分析离合器助力器对操纵系统响应时间的影响，并提出解决问题的建议，验证改进效果。

1 重型车离合器操纵系统的基本原理

随着重型汽车所用发动机功率和输出扭矩的不断增大，与之匹配的离合器的扭矩容量也需不断增大，离合器的压紧力和分离力也需随之增大。以德国SACHS（萨克斯）公司MFZ430/430WGTZ单片、干式、拉式离合器为例，其最大压紧力≥25 100 N，最大分离力也达到了6 300 N，传统的通过杆系或拉索等纯机械式操纵离合器的方法已满足不了如此大的分离力的要求，必须采用气压式助力器。

目前，重型车离合器的操纵普遍采用的方案是由离合器踏板、储液罐、离合器总泵、液压管路和气压式助力器等部件建立的液压系统来控制离合器助力器工作气缸阀门的开启或关闭，以作用在气缸活塞上的压缩空气产生的推力为主要动力源推动推杆、分离拨叉、分离轴承等部件，最终实现离合器的分离。

气压式助力器是利用外界气源压力来协助分离离合器，驾驶员对离合器踏板的操纵只是为了控制离合器的分离和接合，因此在设计上助力器的动作应满足随动作用的要求，并且还应保证在助力器失效的情况下，离合器仍然能够由人力来操纵。所谓“随动作用”，是指助力器作用于分离轴承上的力（或它的位移）和驾驶员加于踏板上的力（或位移）构成确定的比例关系，后者跟着前者动而动、停而停，却与作用时间的长短无关。这样就可以保证驾驶员在逐渐缓慢地放松离合器踏板时，离合器能平稳而柔和地接合；同时在驾驶员快速踩下离合器踏板时，分离系统可以迅速响应，并能将离合器彻底分离。这种随动作用是由液压系统对离合器助力器助力气缸阀门的开启与关闭动作的控制来实现的。

液压系统的建立与解除是通过驾驶员的脚踩下或松开离合器踏板来实现的。在液压系统排尽空气后，由于系统的工作介质具有不可压缩性，当驾驶员踩下离合器踏板时，离合器总泵活塞随之移动，通过液压管路向离合器助力器供油，在液压的作用下，开启离合器助力器的气缸阀门，压缩空气进入气缸内，推动气缸活塞及推杆、离合器分离拨叉、分离轴承运动，实现了离合器的分离。当驾驶员松开离合器踏板后，离合器总泵活塞回位，液压系统中的制动液压力下降并通过管路回流至总泵的缸体及储液罐内。同时离合器助力器的油缸活塞回位，将工作气缸进气阀门关闭、排气阀门打开，气缸内的压缩空气在与外界空气压差及推杆的反作用力作用下排入大气；分离拨叉、分离轴承回到离合器分离前的位置，离合器处于接合状态。

2 重型车离合器操纵存在的问题

当车辆系统压力达到0.8 MPa时，离合器分离系统工作正常，快速踩下离合器踏板时能保证离合器迅速彻底地分离。但当驾驶员连续急踩几次刹车后，气压表显示系统气压快速下降至0.6 MPa左右，发现离合器开始打滑，无法彻底分离，影响变速器正常换挡。而整车技术条件和出厂检验规范要求整车系统压力在0.6 MPa时，离合器应能正常分离、变速器可以正常换挡。离合器操纵系统在匹配设计时也要求满足离合器助力器在0.6 MPa气压下可输出的最大推力应满足离合器彻底分离的要求。此情况下，储液罐液面位置正常，总泵及液压管路连接处均无渗漏现象，助力器进气管路密封良好。在对整个液压系统进行重新排尽空气，再次检测时，同样的问题依然存在。

3 离合器气压式助力器的工作原理

离合器助力器工作前，应先通过排气螺钉，经油缸排气口，将液压系统中的空气排尽。当需要分离离合器时，踩下离合器踏板，总泵中产生油压，高压制动液经过进油口，同时作用于油缸活塞和中继活塞。作用于油缸活塞时，使油缸活塞带动推杆往前移，但由于该作用力不够大，不能够克服离合器所需的分离力；作用于中继活塞时，中继活塞前移，克服中继活塞及阀门回位弹簧力，推开阀门，这时，来自储气筒的压缩空气经过进气口，经过打开的阀门口，通过通往助力气缸的气路进入气缸，作用于气助力活塞，与上面提到的作用于油缸活塞的力一起产生推杆克服离合器的分离力。其随动作用的原理为：当离合器踏板固定在某一位置时，与中继活塞成一体的气阀门端作用面积较大，在气体压力、回位弹簧和油压作用下，作用在中继活塞上的力平衡。由于弹簧力的作用，关闭了进气阀，这样推动分离拨叉移动的活塞也不再运动，助力器处于平衡位置，离合器不再分离。此时，可分成2种情况：①若继续对踏板施加压力，总泵油压增加，系统的平衡破坏，进气阀再次打开，向助力缸充气，进一步分离离合器；②若放松踏板，制动液的压力逐渐恢复到自然状态下的油压，系统的平衡也发生了变化。此时，一方面，离合器的回位力作用于推杆，带动气助力活塞及油缸活塞一起后退复位；另一方面，中继活塞在中继活塞回位弹簧作用下后退复位，打开排气通道，同时阀门在阀门回位弹簧作用下前移关闭阀门口，切断进气通道，助力气缸及进气通道中的压缩空气经排气通道、消声器排向大气，离合器开始接合。通过控制离合器踏板的运动速度就可控制离合器接合速度的快慢。

4 重型车离合器操纵问题的原因

通过对气压助力器结构和工作原理的了解，发现车辆系统压力在0.6 MPa左右时离合器不能正常分离，是由于助力器的中继活塞动作滞后，造成进气阀门开启响应延迟或开度不足，压缩空气进气量不够，在短时间内不能充满整个气缸，导致气缸内的气压低于0.6 MPa，助力器无法输出满足离合器分离要求的推力。该重型车所配置的MFZ430/430WGTZ离合器分离轴承处的最大分离力FA1max为6 300 N，FA2max为5 550 N。其中，FA1max代表从动盘磨损后的最大分离力，FA2max代表离合器在初始安装位置的最大分离力。

该重型车所配置的变速器所带的离合器分离拨叉的杠杆比为if＝1.765，因此分离离合器所要求的助力器输出的推力为：，其中，η为f分离拨叉的机械效率，取0.95.

参照该重型车所配置的Φ102型免调式离合器助力器的性能曲线图，发现在压缩空气压强为0.6 MPa时，该助力器输出的推力技术上是满足上述分离力要求的。以上分析说明，当气压表显示车辆的系统压力在0.6 MPa左右时，踩下离合器踏板的瞬间，助力器内中继活塞在油压的作用下打开进气阀门到一定的开度，此时来自储气筒的0.6 MPa左右的压缩空气通过阀门进入气缸内的速度明显小于0.8 MPa气压下的速度，压缩空气充满气缸所需的时间延长，助力效果响应滞后甚至达不到完全分离离合器所需的推力，因此出现离合器打滑、分离不清、变速器无法换挡等故障。

5 结束语

通过对离合器操纵系统响应速度的分析及助力器设计改进的验证，我们认为离合器液压控制气助力操纵系统需要多方面的正确匹配才能达到最佳状态。其他影响液压系统建立的因素也非常重要，如整个液压管路的走向布置与设计、管路之间连接的密封性等。通过优化液压管路的走向，有利于系统排尽空气，降低液压系统的效率损失，提高响应速度。