ترک کانورتر

پس از تولید قدرت در موتور نیاز است آن را به سیستم انتقال قدرت منتقل کنیم. متناسب با نوع جعبه دنده(مکانیکی اتوماتیک)سیستم کلاچ انتخاب می شود. در گیربکس های مکانیکی (دستی)از کلاچ های اصطکاکی صفحه ای استفاده می شود.

قصد داریم شما را با نوع دیگری از کلاچ ها به نام مبدل های گشتاور (کلاچ های هیدرولیکی) که در جعبه دنده های اتوماتیک به کار می روند، آشنا سازیم.

موتور از راه کلاچ به جعبه دنده مرتبط شده است و بدون این ارتباط قادر نخواهد بود به طور کامل بایستد، مگراین که موتور را خاموش کنیم. درخودروها ى مجهز به انتقال قدرت اتوماتیک، هیچ نوع ارتباط مکانیکی بین موتور و گیربکس در سیستم کلاچ وجود ندارد که انتقال قدرت را از موتور قطع کند چون این انتقال توسط سیال عامل روغن صورت می گیرد. در عوض،این سیستم به عنوان یک گیربکس بی نهایت دنده دارای مزایای بسیاری است. مبدل گشتاور ممکن است درنگاه اول زیاد مفید به نظر نرسد ولى نکات جالبی درون آن وجود دارد که به توضیح آن ها می پردازیم.

در این مقاله عناوین زیر را بررسی خواهیم کرد:

1 دلیل نیاز به مبدل گشتاور در گیربکس های اتوماتیک
2 اصول عملکرد مبدل های گشتاور و انواع آن
3 مزایا و معایب این کلاچ ها

کلاچ هیدرولیکی:
یک گیربکس به تنهایی نمی تواند به صورت تمام اتوماتیک عمل کند، مگر این که شامل مکانیزمی باشد که بتواند به طور اتوماتیک ارتباط موتور و گیربکس را قطع و وصل کند.

وسایلی که این کار را انجام می دهد کوپلینگ های هیدرولیکی و مبدل های گشتاور هستند. قبل از اختراع مبدل های گشتاور ازکلاچ های هیدرولیکی در خودروها استفاده می شد ولی به علت وجود گشتاور معکوس در دورهای پایین که منجر به کاهش دور موتور و درنهایت خاموشی می شد با اضافه کردن قطعه ای به نام استاتور و بهینه کردن فرم پره ها کلاچی به نام مبدل گشتاور ضروری دانسته شد. اصول عملکرد این کلاچ ها بسیار ساده است و با این مثال ساده می توان آن را توضیح داد: هرگاه دو دستگاه پنکه برقی را روبه روی همدیگر قرار داده و یکی را با جریان برق به حرکت درآوریم پس از مدتی پروانه پنکه دیگر هم شروع به حرکت کرده و بعد از گذشت مدتی سرعت دورانی آن تقریبا به پنکه دیگر می رسد. در این جا انتقال دور و گشتاوربه وسیله سیال عامل هوا صورت می گیرد. در تمامی انواع کلاچ های هیدرولیکی هم از این اصل ساده استفاده شده. در هر نوع کلاچ هیدرولیکی گشتاور موتور به گیربکس منتقل می شود اما مبدل گشتاور قادر به افزایش گشتاور موتور است در حالی که کوپلینگ هیدرولیکی این توانایی را ندارد.

کوپلینگ هیدرولیکی:
کوپلینگ هیدرولیکی شامل یک پمپ ایمپلر و یک توربین با پره های داخلی است که روبه روی هم قرار گرفته اند. پمپ به وسیله یک صفحه به فلایویل متصل و توربین نیز به شافت ورودی گیربکس متصل است. پمپ عضو محرک و توربین عضو متحرک است و هر دو در یک محفظه آب بندی شده قرار دارند. روغن به وسیله پمپ داخل گیربکس به داخل محفظه کوپلینگ ارسال می شود. زمانی که ایمپلر به وسیله موتور می چرخد پره هایش روغن را گرفته و به سوی توربین پمپ می کند. سیال در داخل کوپلینگ دو مسیر را طی می کند : جریان گردابی وجریان دورانی.

جریان دورانی سیال، مسیر دایره ای است که در نتیجه چرخش ایمپلر ایجاد می شود. به عبارت دیگر سیال حول دایره ای که محور آن میل لنگ و محور ورودی گیربکس است جریان می یابد. از طرفی هنگامی که سیال در مسیر دایره ای حرکت می کند، نیروی گریز از مرکز آن را به سوی کناره های ایمپلر پرتاب می کند. به خاطر انحنای ایمپلر هنگامی که سیال به کناره های خروجی ایمپلر می رسد به دور خود می چرخد و به سوی توربین جاری می شود. سپس سیال در یک مسیر چرخشی ثانویه که با مسیر جریان دورانی اولیه زاویه 90 در جه می سازد جاری می شود.

جریان روغن در این مسیر را جریان گردابی می نامند. سیال در کوپلینگ هیدرولیکی به طور همزمان هر دو مسیر دورانی و گردابی را می پیماید. جریان دورانی که به وسیله ایمپلر ایجاد می شود گشتاور چرخشی موتور را حمل می کند. گشتاور بدون جریان گردابی که سیال را از ایمپلر تا توربین حرکت می دهد نمی تواند به گیر بکس منتقل شود. نیروی چرخشی پره های ایمپلر به صورت ترکیبی از جریان های گردابی و چرخشی سیال بر روی پره های توربین اعمال می شود. سیالی که ایمپلر در حال چرخش را ترک می کند و به سوی توربین جاری می شود هنگام خروج تنها دارای حرکت گردابی و یا دورانی نیست بلکه دارای ترکیبی از هر دو حرکت است. مسیر جریان های ترکیب شده یک نیروی برآیند تولید می کند که از ایمپلر تحت زاویه خاصی به سوی توربین خارج می شود. هنگامی که نیروی سیال پرتاب شده به سوی توربین به قدر کافی باشد، توربین می چرخد و شافت ورودی گیربکس را می گرداند.

مبدل گشتاور:
مبدل گشتاور یک نوع کوپلینگ هیدرولیکى است که اجازه مى دهد موتور به مقدار کمى آزادانه و جداگانه از جعبه دنده بچرخد. اگر موتور به طور آهسته در حال گردش باشد، مانند زمانى که خودرو درپشت چراغ قرمز توقف کرده، مقدار گشتاور منتقل شده داخل مبدل گشتاور خیلى کم است بنابراین براى نگه داشتن خودرو فقط یک فشار کم روى پدال ترمز لازم است. مبدل گشتاور شامل سه عضو است که در داخل محفظه ای بسته قرار دارد و به وسیله پمپ گیربکس پر از روغن می شود. این سه عضو عبارتند از:

Impler  ایمپلر
Turbine  توربین
Stator  استاتور

تعداد پره های پمپ و توربین برابر نیستند و برای جلوگیری از ایجاد ضربه و تشدید درچرخش آن ها معمولا دو تا سه پره با هم اختلاف دارند.

انرژی روغن هایی که به وسیله پمپ ارسال می شود توسط پره های مبدل جذب شده و جریان سرگردان بین ایمپلر و توربین، به وسیله پره های ایمپلر جذب شده و از طریق جریان گردابی ودورانی مشابه کوپلینگ هیدرولیکی به طرف توربین پرتاپ می شوند.

بزرگ ترین اختلاف بین جریان روغن درون مبدل درمقایسه با کوپلینگ این است که در مبدل هنگام کم بودن سرعت افزایش گشتاور ایجاد می شود. افزایش گشتاور هنگامی که روغن پره های توربین را ترک و به قسمت مقعر پره های استاتور برخورد می کند ایجاد می شود. این پره ها مسیر روغن خارج شده از توربین را اصلاح می کنند. بنابراین روغن های در حال پمپ شدن از سوی ایمپلر را به تیغه بعدی توربین هدایت می کنند. نیروی جریان روغن از استاتور، با شتاب دادن به جریان روغن در حال ارسال از ایمپلر مقدار گشتاور منتقل شده از ایمپلر به توربین را افزایش می دهد. این حالت مرحله افزایش گشتاور نامیده می شود. مقطع پمپ به بدنه مبدل گشتاور متصل است. این عضو هم دور با موتور چرخیده و روغن را به داخل توربین پمپ می کند. درشکل زیر مقطع برش خورده توربین که به شفت ورودی گیربکس متصل شده، نشان داده شده است. انرژی روغن های پرتاب شده توسط پمپ به وسیله توربین جذب شده و تبدیل به حرکت دورانی می شود. هزار خار وسط جایى است که به آن شفت ورودی گیربکس متصل مى شود. براى تغییر مسیر صحیح یک شی متحرک، شما باید نیرویى به آن اعمال کنید. مهم نیست که شی یک خودرو است و یا یک قطره سیال، هر نیرویى که باعث تغییر مسیر شی شود،عکس العملى دارد که باعث تغییر مسیر منشا نیرو مى شود بنابراین توربین باعث تغییر مسیر سیال مى شود و سیال باعث چرخش توربین مى شود.

سیالى که از مرکز توربین خارج مى شود، در یک مسیر متفاوت نسبت به زمانى که وارد شده بود، حرکت مى کند. اگر سیال اجازه داشته باشد به پمپ ضربه بزند،باعث اتلاف نیرو و کندی کار موتور مى شود. عضو سوم استاتور است، این عضو در مرکز مبدل قرار داشته و سیال بازگشتى از توربین را به پمپ مى فرستد و سبب می شود راندمان مبدل گشتاور بهبود یابد. در وسط استاتور یک کلاچ یک طرفه وجود دارد که به هزار خار استاتور متصل است. وظیفه آن هدایت دوباره سیال خروجى از توربین است قبل از این که به پمپ ضربه بزند. این امر به طور چشمگیرى راندمان مبدل گشتاور را افزایش مى دهد. کلاچ یک طرفه داخل استاتور استاتور را به یک شافت ثابت در گیربکس ارتباط مى دهد مسیرى که کلاچ اجازه دارد گردش کند در شکل زیر دیده مى شود. به خاطر این طرح هنگامى که سیال به پره هاى استاتور برخورد مى کند استاتور نمى تواند با نیروى سیال براى تغییر مسیر، بچرخد و فقط مى تواند در جهت مخالف بچرخد. در سرعت 40 مایل بر ساعت یا 64 کیلومتر بر ساعت، پمپ و توربین تقریبا با سرعت یکسان مى چرخند(پمپ همیشه کمى سریع تر گردش مى کند. ) در این نقطه، سیال از توربین برگشته، وارد پمپ متحرک در مسیر یکسان مى شود،درنتیجه نیازى به استاتور نیست.

افزایش گشتاور زمانی صورت می گیرد که جریان گردابی یک چرخش کامل از ایمپلر به توربین و دوباره از طریق استاتور به ایمپلر انجام دهد. این حالت بدین معنا است که تورک کنورتور، گشتاور موتور را به تناسب نسبت سرعت بین ایمپلر وتوربین افزایش می دهد. در نسبت سرعت های پایین هنگامی که ایمپلر با سرعت زیاد اما توربین به آرامی می چرخد جریان گردابی شدید است لذا افزایش گشتاور نیز زیاد خواهد بود. به محض این که توربین سریع تر بچرخد و به سرعت ایمپلر برسد جریان دورانی افزایش می یابد که در این صورت، هم جریان گردابی و هم افزایش گشتاور کاهش می یابد. هنگامی که نسبت سرعت به 90 درصد برسد افزایش گشتاور کمترین مقدار است. در این هنگام، جریان روغن در مبدل تقریبادورانی می شود و زاویه خروج جریان روغن از توربین به استاتور به خط مستقیم نزدیک تر می شود. در نتیجه جریان روغنی که به قسمت محدب پشت پره استاتور برخورد می کند بیشتر از قسمت مقعر است. هنگامی که سرعت جریان روغن افزایش یابد به طوری که بتواند استاتور رادرجهت عقربه های ساعت بگرداند، ایمپلر، توربین و استاتور در یک جهت و تقریبا با یک سرعت می چرخند. این مرحله کوپلینگ مبدل نامیده می شود.

از مزایای مهم استفاده از مبدل های گشتاور نسبت به کلاچ های معمولی این است که انتقال گشتاور درخودروهای شامل مبدل ها به نرمی صورت می گیرد و نیاز به تنظیم خاصی ندارد. همچنین این خودروها می توانند با دنده درگیر نیز متوقف شده و یا حرکت کنند، بنابراین در این زمینه به مهارت خاصی از جانب راننده نیاز ندارد اما با این حال در دورهای بسیار پایین و در لغزش صد درصد هم به علت وجود لزجت، هنوز مقداری گشتاور روی محور خروجی وجود دارد. شاید از بزرگ ترین معایب این مبدل ها این است که در دنده های درگیر نیز مقداری لغزش خواهیم داشت و همانند کلاچ های اصطکاکی در هنگام درگیری مداوم راندمان صد درصد را نخواهیم داشت. راندمان یک کلاچ هیدرولیک را این گونه می توان محاسبه کرد :

100 × توان محور ورودی کلاچ / توان محور خروجی کلاچ = راندمان کلاچ

هیدرولیک در مبدل های گشتاور جدید برای جبران این نقیصه از مبدل های اصطکاکی استفاده می شود. در این نوع مبدل ها از مزیای کلی مبدل های گشتاور استفاده شده با این تفاوت که جهت رفع لغزش درهنگام درگیری دائمی، سیستم کلاچ اصطکاکی ( Lock up Clutch ) که در کنار مبدل گشتاور قرار دارد، مورد استفاده قرار می گیرد، در واقع در این حالت زمانی که دور توربین به 98 درصد دور پمپ می رسد،این کلاچ عمل کرده و درنتیجه پمپ، توربین و استاتور کلا به یک جسم صلب تبدیل شده و با یک دور شروع به چرخش می کنند.

از دیگر مزایای مبدل های گشتاور نسبت به کلاچ های اصطکاکی این است که تقریبا تمامی نوسانات سیستم انتقال قدرت یا موتور در این نوع سیستم مستهلک می شود و عملا به مانند یک فلایویل هیدرولیکی عمل می کند. همچنین به علت عدم وجود سایش بر روی قطعات متحرک، نیازبه تعمیر و نگهداری کمتری دارد.

مزایا:
1 توقف خودرو بدون خاموش شدن
2 افزایش دو تا سه برابری گشتاور موتور قبل از ورود به گیربکس
3 جذب ارتعاشات موتور
4 درگیری آرام درهنگام تعویض دنده
5 افزایش محدوده الاستیسیته موتور (جبران کمبود گشتاور در زمان کاهش دور)
6 افزایش طول عمر موتور
7 نیاز به مهارت کمتر در رانندگی

معایب:
1 نیاز به دور آرام بالاتر از گیربکس های مکانیکی
2 افزایش دمای متوسط موتور
3 اتلاف بخشی از قدرت موتور
4 تاخیر در شتاب گیری