Spojka – spojkový mechanizmus automobilu

Spojka je súčasťou prevodového systému a jej úlohou je prenášať krútiaci moment z motora do prevodovky a zároveň umožniť krátkodobé prerušenie krútiaceho momentu. Prerušenie krútiaceho momentu je podstatné pre radenie rýchlostných stupňov a plynulý rozjazd vozidla.

V dnešných osobných automobiloch sa spravidla používajú jednokotúčové trecie spojky. Vyznačujú sa mäkkým záberom a sú ovládané buď pákovým prevodom priamo (staršie vozidlá) alebo v súčastnosti väčšinou nepriamym hydraulickým ovládaním. Pri veľkých prenášaných momentoch napr. pri nákladných automobiloch sú spojky dvoj alebo až trojkotúčové.

Základné rozdelenie spojok

1. podľa prostredia, v ktorom pracuje
   • suché
   • mokré
2. podľa konštrukcie
   • kužeľové
   • lamelové
   • kotúčové
     • jednokotúčové
     • dvojkotúčové

Spojky môžeme deliť aj podľa druhu silového spojenia hnacej a hnanej časti na:

1. Trecie
   • odstredivé
   • pružinové
     • kužeľové
     • kotúčové
     • lamelové
2. Elektromagnetické
3. Kvapalinové

Zloženie spojky

Spojkový jednokotúčový systém sa skladá z častí popísaných na obrázku dole. Zotrvačník (1), je upevnený na hriadeli od kľukového hriadeľa motora. Vyrobený je zo železnej zliatiny a jeho povrch je hladký, pretože slúži ako trecia plocha pre obojstranný trecí kotúč-lamelu (9). Keďže chceme prenášať krútiaci moment z motora cez zotrvačník, musí byť tento trecí kotúč-lamela na zotrvačník pritláčaná. Z druhej strany trecieho kotúča-lamely sa nachádza prítlačný tanier, taktiež hladkého povrchu ako zotrvačník. Na tento tanier tlačí membránová pružina, ktorá je upevnená na prítlačný kryt (8). Prítlačný kryt je priskrutkovaný na zotrvačník, aby pružina mohla vyvíjať tlak na prítlačný tanier. V strede trecej lamely je drážkovaná diera, v ktorej je zasunutý hriadeľ od prevodovky. Samotné vypnutie spojky sa vykoná pootočením vypínacej vidličky (5). Vidlička sa pootočením oprie o axiálne vypínacie ložisko, ktoré má za úlohu zamedziť otáčavému pohybu celej spojky a zároveň zatlačiť na membránovú pružinu. Tým prítlačný tanier prestane tlačiť na trecí kotúč-lamelu a preruší sa spojenie so zotrvačníkom, čo spôsobí, že sa prestane prenášať otáčavý pohyb zo zotrvačníka do hriadeľa prevodovky.

1. hnací kotúč spojky – zotrvačník, 2. ozubený veniec zotrvačníku, 3. vodiace ložisko, 4. hnaný kotúč spojky – trecí kotúč, 5. náboj hnaného kotúča, 6. kotúč tlmiča torzných kmitov, 7. pružina tlmiča torzných kmitov, 8. kotúč spojky, 9. obloženie spojky, 10. nit obloženia, 11. prítlačný kotúč spojky, 12. prítlačná pružina spojky, 13. štít spojky, 14. vysúvacia páčka, 15. skrutka vysúvacej páčky, 16. vymedzovacia pružina vysúvacej páčky, 17. vypínacia objímka, 18. vypínacie ložisko, 19. vypínacia vidlica.

Činnosť spojky pri rozjazde

Spojka prenáša krútiaci moment na ďalšie časti prevodového ústrojenstva. Jej vypnutím pri radení rýchlostných stupňov, prerušíme krátkodobo pohon vozidla. Pozvoľným zapínaním spojky, spojením a jej preklzovaním umožníme plynulý rozjazd vozidla. Činnosť spojky pri rozjazde je znázornená na obrázku nižšie. Motor sa točí otáčkami, ktorým zodpovedá uhlová rýchlosť ω_m, kolesá prevodovky stoja a ich uhlová rýchlosť ω_p=0. V bode A začíname zapínať spojku, ktorá uvádza vozidlo do pohybu. Moment jej odporu je spočiatku väčší ako moment motora. Spojka preto začne kĺzať a otáčky motora klesajú, zatiaľ čo otáčky prevodovky sa zvyšujú. Vozidlo zrýchľuje stálym zrýchlením Ev a jeho motor sa spomaľuje stálym spomalením ε_m. V bode B sa vyrovná prenos krútiaceho momentu spojky a motora a aj ich otáčky. Spojka prestane preklzávať a celé vozidlo vrátane rotujúcich hmôt motora zrýchľuje krútiaci moment motora stálym zrýchlením ε_c, až motor dosiahne pôvodných otáčok a uhlovej rýchlosti ω_m v bode C. Otáčky motora sa ďalej zvyšujú a vozidlo naberá na rýchlosti.

Základné časti kotúčovej trecej spojky

1. trecie ústrojenstvo
   • trecia plocha zotrvačníka
   • kotúč s trecím obložením
2. prítlačné ústrojenstvo – prítlačný kotúč s jednou stredovou, alebo niekoľkými obvodovými pružinami
3. vypínacie ústrojenstvo
   • priame (mechanické)
   • nepriame (kvapalinové, vzduchové)

Vypínacie systémy spojok

V súčastnosti sa takmer výhradne používajú tzv. nepriame systémy pre ovládanie spojok, ktoré rozdeľujeme na hydraulické (CSC) a polohydraulické. Priame systémy, kde sa vypínací mechanizmus ovláda pomocou oceľového lanka sú na ústupe. Sú síce lacnejšie ako hydraulické verzie, ich spoľahlivosť/životnosť je však nižšia, podstatne horší je aj komfort ovládania a taktiež optimálne vedenie lanka v často stiesnených motorových priestoroch je pomerne komplikované vyriešiť.

Polohydraulická verzia

Pri polohydraulickom systéme je pohybom pedála spojky hydraulicky ovládaná vypínacia vidlička. Hydraulický okruh pozostáva z ovládacieho spojkového valčeka, ktorý je  ovládaný pedálom spojky. Tlak vyvinutý pedálom spojky na valček je prenášaný tlakovou trubkou do spojkového-ovládaného valčeka, ktorý je väčšinou umiestnený na vonkajšej strane prevodovky. Keď je do spojkového valčeka privedený tlak, začne sa pohybovať ovládacie tiahlo, ktoré pootáča vypínaciu vidličku. Vidlička sa pootočením oprie o axiálne vypínacie ložisko, ktoré má za úlohu zamedziť otáčavému pohybu celej spojky a zároveň zatlačiť na membránovú pružinu. Tým prítlačný tanier prestane tlačiť na trecí kotúč-lamelu a preruší sa spojenie so zotrvačníkom, čo spôsobí, že sa prestane prenášať otáčavý pohyb zo zotrvačníka do hriadeľa prevodovky.

Plne hydraulická verzia (CSC vypínacie systémy)

Pri tejto verzii je vidličkový vypínací mechanizmus nahradený jedným kompaktným hydraulickým CSC systémom. CSC systémy obsahujú v jednom celku hydraulický valček s ložiskom. To znamená, že nepotrebujú zvlášť vypínaciu vidličku, vypínacie ložisko, vodiace puzdro a spojkový valček. Kompletný systém je umiestnený na náboji spojkovej lamely oproti membránovej pružine. Výhoda oproti polohydraulickým verziám je úspora hmotnosti a rozmerov mechanizmu ovládania. Výhoda je aj väčšia voľnosť umiestniť hydraulické vedenie v motorovom priestore.

Hydraulická kvapalina potrebná na ovládanie vypínacieho mechanizmu spojky má zvyčajne spoločný zásobník spolu s brzdovým systémom. Plne hydraulické systémy sú vybavené aj diferenčným ventilom, ktorý zamedzuje tomu, aby sa vibrácie motora prenášali do spojkového pedálu. Taktiež je prítomný obmedzovač nárazového krútiaceho momentu, ktorý zaisťuje aby sa v prípade ak je náhle pustený spojkový pedál neprenášal všetok krútiaci moment motora na hnacie ústrojenstvo. Ovládací a ovládaný (spojkový) valček sú vybavené snímačmi, ktoré informujú riadiacu jednotku o ich aktuálnom pohybe. Vypínacie CSC systémy sú vyrábané z hliníka alebo kovanej ocele, v poslednej dobe sú však čoraz viac nahrádzané špeciálnym plastom. Okrem nižšej ceny sú plastové odliatky ľahšie a lepšie odolávajú vonkajším vplyvom.

Ako zaobchádzať so spojkou?

Všeobecne sa dá povedať, že životnosť spojky výrazne ovplyvňujú vodičské schopnosti, zaobchádzanie s vozidlom a tiež samotná prevádzka (častá jazda mestom alebo naopak diaľnicou). K preťaženiu spojky dochádza pri nevhodnom rozbiehaní vozidla, pri ťahaní alebo vyťahovaní zapadnutého vozidla, či pri nevhodnom zrýchľovaní za jazdy do prudkého kopca a pod. V týchto prípadoch totiž vzniká vysoké trenie medzi zotrvačníkom a trecou lamelou, čo spôsobí nadmerné prehrievanie celej spojky a zároveň aj veľké opotrebovanie trecej lamely. Spojkovému systému tiež neprospieva, keď sa spojka vypína na dlhšiu dobu ako je potrebné na preradenie na iný než zvolený rýchlostný stupeň. Neodporúča sa mať zbytočne dlho stlačený spojkový pedál, pretože prítlačné ložisko je vtedy v zábere a podstatne sa skracuje jeho životnosť (končiaca životnosť sa prejavuje napr. hrčaním na voľnobehu). Vhodné nie je ani zbytočne časté stláčanie spojky, pretože prítlačné ložisko sa zakaždým oprie o rýchlo sa otáčajúcu membránovú pružinu (kým dosiahne rovnakú rýchlosť), medzi oboma týmito dielmi dochádza k vzájomnému treniu a po čase sa môžu zuby na pružine tak opotrebovať, že sa zlomia a následne vznikajú problémy so samotným vypínaním spojky. Celkovo sa dá povedať, že spojkový systém je konštruovaný ako najslabší článok celého prevodového systému, aby v prípade preťaženia si potenciálne poškodenie najviac odniesla práve spojka, ktorá je zároveň najlacnejším prvkom celého drahého systému.