Сцепление автомобиля и его особенности

Автомобильный двигатель является сложным, и в то же время, невероятно интересным агрегатом, сочетающим множество интересных с инженерной точки зрения решений, которые позволяют сделать поездку в автомобилей комфортной, а техническое обслуживание при правильной эксплуатации минимальным. Одной из важных частей автомобиля, находящейся внутри двигательного отсека, является сцепление.

Самые первые автомобили, которые производились в мире, были лишены и сцепления, и коробки передач. Двигатель приводил в движение валы напрямую, которые передавали крутящий момент на колеса. В результате, скорость автомобилей была постоянной, и не могла меняться в зависимости от времени. Учитывая невысокую мощность двигателей того времени и соответственно, невысокую максимальную скорость движения самих автомобилей и их приводных валов, при необходимости затормозить, водитель нажимал на педаль, которая просто рассоединяла вал и двигатель. Исходя из невысокого крутящего момента, не требовалось замысловатой конструкции, чтобы обеспечивать рассоединение и воссоединение валов и маховика, выходящего из двигателя.

На сегодняшний же день, конструкция приводной системы автомобиля принципиально изменилась, спустя почти сотню лет после появления первых моделей. В первую очередь, в ходе совершенствования конструкции, автомобили обзавелись коробкой передач, обеспечивающих увеличение количества оборотов привода без увеличения количества оборотов двигателя. Во-вторых, автомобильные двигатели значительно увеличили мощность и оборотистось. В результате, еще достаточно давно, возникла необходимость усовершенствования механизма передачи крутящего момента от двигателя к коробке передач. Посудите сами – без этого узла автомобиль не смог бы иметь коробку передач, так как невозможно было бы включить скорость «На ходу» - постоянно ломались бы шестерни, меняя свое положение одновременно с нагрузкой от двигателя. Для решения указанной проблемы был разработан механизм «сцепления».

С конструкционной точки зрения, сцепление представляет из себя пружину, на конце которой располагается диск. При этом, конструкция управляется извне, а пружина имеет возможность расходиться и сходиться, образуя качественный контакт диск с поверхностью. Рассматривая конструкцию в упрощенном виде, можно представить сцепление в виде «гармошки», которая при нажатии в определенной точки уменьшается в размере, а при прекращении нажатия расширяется, оставаясь в указанном положении. В применении к механизму регулировки и передачи крутящего момента от двигателя к коробке передач, сцепление, при нажатии на соответствующую педаль, разъединяет двигатель и коробку передач, а при отпускании педали возвращается в своё исходное положение, соединяя на постоянной основе двигатель с коробкой. В результате, следует заключить, что рабочее дисковой сцепление в пассивном состоянии является разжатым, соединяя двигатель и коробку передач. Таким образом, основным предназначением автомобильного сцепления является функция кратковременного рассоединения двигателя и коробки передач для возможности изменения рабочей передачи и регулировки крутящего момента. Второстепенной функцией сцепления является краткосрочное гашение рывка, возникающего при соприкосновении работающего двигателя с остановленной коробкой передач.

Существует множество различных конструкций сцепления, каждое из которых имеет свои определенные преимущества и свои определенные недостатки. По конструкциям, сцепления делятся на фрикционное, электромагнитное и гидравлическое. Фрикционное сцепление основывается на том, чтобы сцеплять двигатель и коробку передач через некоторую вспомогательную рабочую поверхность, образующую трение. Электромагнитное сцепление работает путем соединения двигающихся частей через электромагнит и основывается на магнитном поле. Гидравлическое сцепление производит передачу крутящего момента через поток специальной вязкой жидкости. Подавляющее распространение имеет фрикционное сцепление, передающее крутящий момент через вспомогательную рабочую поверхность.

Классическое фрикционное сцепление, используемое в большинстве автомобилей, представляет из себя рабочий диск с фрикционной поверхностью (феродо), лепестковую диафрагму, выполняющую роль рычага, и корпус, соединяющий диафрагму с фрикционной поверхностью набором пружин. К центру сцепления, в котором сосредоточены кончики лепестков, подсоединяется выжимной подшипник, соединяемый через рычаг с педалью сцепления посредством троса или электромотора. Во «включенном» состоянии, наборы пружин, расположенные в корпусе сцепления, давят на лепестки, которые прижимают фрикционный диск к маховику, обеспечивая надежное сцепление крутящихся частей. Напомним, что маховик – это тяжелый металлический диск, подсоединённый к коленчатому валу с одной из сторон двигателя. Когда происходит нажатие на педаль сцепления, педаль передает упор на вилку сцепления, которая в свою очередь нажимает на выжимной подшипник. Подшипник оказывает давление на лепестки, которые, подобно рычагу, рассоединяют корпус сцепления, фрикционную поверхность, и маховик двигателя. Таким образом, маховик продолжает крутиться в соответствие со своими оборотами, в то время как фрикционная поверхность и корпус сцепления перестают это делать. Соответственно, происходит прерывание передачи мощности от двигателя к коробке передач, и появляется возможность либо остановить автомобиль без остановки работы двигателя, либо переключения скорости на требуемую.

При обратном процессе, когда происходит отпускание педали сцепления, наборы вспомогательных пружин, располагающиеся в корпусе, вдавливают корпус сцепления в направлении фрикционного диска, который воссоединяется и с маховиком двигателя , и поверхностью корпуса сцепления, возвращая соединение двигателя и коробки передач. Стоит заметить, что вспомогательная функция сцепления проявляет себя именно в этот момент – фрикционный диск не является цельнолитой конструкцией, а так же состоит из нескольких частей, первая из которых принимает на себя трение между корпусом сцепления и маховиком, а вторая – гасит скачок мощности, вызываемый при быстром соединении. При этом, конструкция гашения представляет из себя несколько пружин, проставляемых между внешним и внутренним дисками. Таким образом, в момент соединения маховика, фрикционного диска и корпуса сцепления, пружины принимают на себя механический скачок крутящего момента, и гасят его. В результате, водитель чувствует плавное восстановление движущей силы, без значительных рывков или других неприятных ощущений. Тем более, не возникает механических повреждений во всех механизмах, связанных с передачей и созданием крутящего момента – все скачки мощности гасятся через сцепление.

Фрикционные сцепления, в свою очередь, условно подразделяются на категорию сухих и категорию «мокрых». Сухое сцепление – это классическая конструкция, используемая в большинстве автомобилей. В ней элементы сцепления подвешиваются на вале, внутри картера, наполненного обычным атмосферным воздухом извне. Такому сцеплению не требуется дополнительных условий для своей правильной работы. Мокрое же сцепление не может работать без специальной жидкости, окружающей сцепление извне. Его конструкция устроена таким образом, что окружающая сцепление жидкость, в первую очередь гасит перепады температуры, возникающие при соприкосновении фрикционного диска и маховика, а во-вторых, выполняет роль дополнительной фрикционной фракции, улучшающей качество передачи крутящего момента. Хотя мокрые сцепления и являются более эффективными, долговечными и плавными устройствами, их использование не оправдано тем, что жидкость необходимо постоянно менять, а при её отсутствии сцепление и вовсе перестает работать должным образом, вызывая повреждения сопутствующих деталей или двигателя.

сцепление автомобиля, ремонт сцепления автомобиля

Помимо подразделения на сухие и мокрые, фрикционные сцепления так же подразделяются на категорию однодисковых и многодисковых. При этом, имеется в виду количество фрикционных дисков, используемых для соединения корпуса сцепления и его маховика. В более мощных двигателях, где момент соприкосновения фрикционного диска с маховиком вызывает значительный скачок нагрузки, используются многодисковые сцепления, поскольку на каждый из дисков в таких конструкциях приходится меньшая суммарная нагрузка. Тем не менее, современная автомобильная промышленность старается развиваться в сторону ухода к однодисковым сцеплениям, имеющим большую надежность, очевидную простоту и легкость изготовления.

Фрикционный диск сцепления заслуживает отдельного внимания к своей конструкции. Этот диск так же называется ведомым. Исходя из конструкции его подсоединения к системе, он имеет возможность скользить по имеющимся направляющим, свободно перемещаясь между маховиком и корпусом сцепления. Его поверхность, в классическом виде и большинстве моделей, выполняется из набора материалов, в первую очередь, стойких к трению, и во-вторых, стойких к высоким температурам. Поскольку блок сцепления является герметичным, и у него не предусмотрена возможность активного охлаждения, фрикционный диск постоянно подвергается воздействию высоких температур. На сегодняшний день, этот диск изготавливают из смеси стеклянных волокон, медных и латунных фрикционных элементов, которые соединяются в цельную поверхность с помощью смолы, каучука и специфических закрепительных примесей. Стандартный состав смеси, применяемый для создания современных поверхностей фрикционного диска, выдерживает температуру до 400 градусов. Обратите внимание, что состав наносится только по краю диска, с шириной полосы в 5-7 сантиметров, в зависимости от модели автомобиля. Центральная же часть ведомого диска, как и было сказано выше, включает в себя отверстие для крепления к валу, и демпферные пружины, выполняющие защиту от резких вращательных нагрузок. В зависимости от того, к какому автомобилю применяется ведомый диск и какие нагрузки он должен выдерживать, варьируется и состав смеси, используемой для изготовления феродо, и ширина активного слоя феродо. Более дорогие диски сцепления изготавливаются из керамики, кевлара и углеродного волокна. Такие диски могут выдерживать температуру до 800 градусов по цельсию, что позволяет применять их в спортивных автомобилях.

Третьей важной деталью, которую стоит рассмотреть, является выжимной подшипник. Эта запчасть располагается ближе всего к коробке передач, и выполняет функцию передаточного звена от вилки сцепления, ведущей в конечном итоге к педали сцепления через несколько посредников, к корзине сцепления, и в частности – к её лепесткам. Выжимной подшипник устроен таким образом, чтобы две его части, составляющие единую поверхность, вращались независимо друг от друга, при этом выдерживая высокое давление сжатия. В результате, нажимая на сцепление, вы передаете движение на выжимной подшипник, который отгибает лепестки, рассоединяя ведомый диск с маховиком и корзиной сцепления. В зависимости от класса автомобиля и вида используемого сцепления, подшипник может быть механическим, гидравлическим или электронным. Механический подшипник – это классический подшипник определенной формы с большим ресурсом износа, приводимый в действие вилкой сцепления. Гидравлический подшипник является более совершенной запчастью, приводимой в действие тормозной жидкостью, подводимой от цилиндра, соединённого с педалью сцепления. Наиболее же технологичным подшипником является электронный подшипник – набор из электромагнитов, приводимый в действие сигналом, полученным с педали сцепления.

Как правило, при ремонте сцепления, меняется либо ведомый диск (феродо), либо комплект сцепления в сборе (выжимной подшипник, корзина сцепления и диск сцепления). Выбор в пользу комплектующих замены, как правило, делает мастер. Если речь идет о том, что сцепление меняется из-за большого срока службы, то рациональным является только замена ведомого диска сцепления. Если же проблема в сцеплении возникла по иным причинам, либо произошли более серьезные повреждения, происходит замена сцепления в сборе.

Более серьезные проблемы в работе сцепления, как правило, вызываются неисправностью системы передачи давления от педали к выжимному подшипнику. Например, если давление в системе превышает критические показатели, либо гидравлический цилиндр, установленный около вилки сцепления подобран неверно (либо установлен вообще от другого автомобиля), со временем происходит прогиб лепестков сцепления в обратную сторону, и сцепление перестаёт работать вовсе. В такой ситуации, повреждения получают все элементы сцепления, начиная от вилки и её рычага, и заканчивая корзиной сцепления и её диском. Исходя из этого, рекомендуется устанавливать в автомобили только те элементы сцепления, которые к нему подходят и комплектуются заводом. В обратном случае, даже отличие в 5-10 миллиметров может со временем вызывать фатальные последствия для многих смежных узлов.

Даже при аккуратной эксплуатации автомобиля, ведомый диск со временем стирается, вызывая необходимость замены. При этом, симптомами поломки сцепления является нехарактерный шум из-под капота автомобиля, а так же необходимость значительных оборотов двигателя для достижения той же скорости. Иными словами, если Вы отпускаете сцепление, начинаете газовать, а автомобиль все еще не хочет ехать, либо разгоняется медленно – «полетело» сцепление. Настоятельно рекомендуется относиться к этому вопросу с должным уровнем внимания, и если с каждым днем автомобилю нужно все большее количество оборотов двигателя, чтобы двинуться с места – скорее всего, возникли проблемы со сцеплением или коробкой передач.
На сегодняшний день существует большое количество производителей, предлагающих качественные сцепления по хорошим ценам. Выбирая новый комплект, стоит обратить внимание на таких производителей, как VALEO, LUK, TRW, EXEDY, FENOX, FERODO, уровень качества продукции которых ничем не уступает оригинальным производителям, и которые во многих случаях используется при конвейерной сборке.