مبدل گشتاور چیست و چگونه کار می‌کند؟ نقش مبدل گشتاور گیربکس اتوماتیک

یکی از مهم‌ترین اجزای گیربکس اتوماتیک، مبدل گشتاور است. این قطعه که نقش واسطه میان موتور و گیربکس را دارد، هرچند ساختار پیچیده‌ای دارد ولی بر مبنای اصول ساده‌ای طراحی شده است. در این مطلب به بررسی ساختار مبدل گشتاور می‌پردازیم و نقش مبدل گشتاور در گیربکس اتوماتیک را بررسی می‌کنیم.

***

مهم‌ترین وظیفه سیستم کلاچ، قطع و وصل جریان قدرت از موتور به چرخ‌ها است. در خودروهای مجهز به گیربکس دستی، راننده برای تعویض دنده‌ها باید با فشردن بر روی پدال کلاچ، رابطه موتور و چرخ‌ها را قطع کند تا دنده‌ها امکان تعویض شدن داشته باشد. علاوه بر این، در این گیربکس‌ها، راننده در زمان شروع حرکت و یا حرکت در سرعت‌های بسیار پایین ناچار است از وضعیتی به نام نیم کلاچ بهره بگیرد.

در این حالت دیسک و صفحه تماس مختصری با یکدیگر دارند و علاوه بر انتقال بخشی از نیرو، بخشی از آن را نیز به‌صورت گرما به هدر می‌دهند. این وضعیت علاوه بر اینکه به راننده فشار می‌آورد، کلاچ را نیز به‌مرور فرسوده می‌کند. برای رفع چنین مشکلاتی، خودروسازان راه‌حل‌های مختلفی را آزمودند که مرور آن از حوصله این مقاله خارج است تا اینکه درنهایت در دهه ۵۰ میلادی، استفاده از سیستمی موسوم به جعبه‌دنده‌های اتوماتیک در خودروهای رایج شد. در این جعبه‌دنده‌ها، از کلاچ به مفهوم آنچه در خودروهای دنده دستی وجود دارد اثری نبود. اما این خودروها چگونه می‌توانستند انتقال قدرت را در کنترل داشته باشند؟

نقش کلاچ در سیستم انتقال قدرت

خودروهایی که مجهز به جعبه دنده خودکار هستند زمانی که به‌صورت کامل می‌ایستند باید عاملی از انتقال کامل نیرو به چرخ‌ها به‌صورت کامل جلوگیری کند.در حقیقت کلاچ باید تا انتها فشرده شود تا خودرو بایستد.این عامل در جعبه‌دنده‌های خودکار سیستمی به نام مبدل گشتاور یا Torque Converter است که در این مطلب قصد مرور آن را داریم.

درست مانند خودروهای دنده دستی، خودروهای دنده‌اتوماتیک هنگامی‌که چرخ‌ها و چرخ‌دنده‌ها در گیربکس توقف می‌کنند، به راهی برای اجازه دادن به چرخش موتور احتیاج دارند. خودروهای دنده دستی از یک کلاچ استفاده می‌کنند که موتور را به‌طور کامل از جعبه دنده جدا می‌کند. خودروهای دنده‌اتوماتیک از یک مبدل گشتاور استفاده می‌کنند. مشابه همین ساختار را در برخی از انواع گیربکس CVT می‌بینیم.

مبدل گشتاور یک نوع کوپلینگ هیدرولیکی است، که اجازه می‌دهد موتور به مقدار کمی آزادانه و جدا از جعبه دنده بچرخد. اگر موتور به‌طور آهسته در حال گردش است، همچون زمانی که خودرو در پشت چراغ قرمز توقف کرده، مقدار گشتاور عبور داده شده از مبدل گشتاور کم است، بنابراین برای نگهداشتن خودرو فقط یک فشار کم روی پدال ترمز لازم دارد.

ساختار مبدل گشتاور

برای داشتن درک درستی از ساختار مبدل گشتاور دو پنکه را در نظر بگیرید که در مقابل یکدیگر قرار دارند. اگر یکی از آن‌ها شروع به چرخش با سرعت زیاد کند، دیگری نیز بر اثر جریان هوا(سیال) دریافتی شروع به چرخش می‌کند. در مبدل‌های گشتاور نیز دو بخش توربین مانند درست مقابل یکدیگر و با فاصله بسیار کم قرار دارند اما در اینجا به‌جای هوا از روغن به‌عنوان سیال استفاده می‌شود.

در شرایطی که خودروی دنده‌اتوماتیک به‌وسیله ترمز متوقف کرده باشد پدال گاز را فشار دهید مجبور خواهید بود برای نگهداشتن خودرو از حرکت، فشار بیشتری روی پدال ترمز وارد کنید. این اتفاق به خاطر این است که هنگامی‌که شما پا روی پدال گاز می‌گذارید ، سرعت خودرو بالا می‌رود و درون مبدل گشتاور سیال یا روغن هیدرولیک بیشتری ارسال می‌شود که سبب بیشتر شدن گشتاور انتقال داده شده به چرخ‌ها می‌شود.

ساختار مبدل گشتاور

در یک مبدل گشتاور در ساختار جعبه دنده‌اتوماتیک، چهار بخش اصلی وجود دارد:

۱- پمپ ۲- توربین ۳- استاتور ۴- روغن هیدرولیک یا سیال جعبه دنده

بدنه مبدل گشتاور به فلایویل موتور پیچ شده است، بنابراین مبدل با هر سرعتی که موتور می‌گردد، گردش می‌کند. پره‌هایی که پمپ کردن مبدل گشتاور را ایجاد می‌کنند به بدنه وصل شده‌اند، بنابراین سرعت آن‌ها هم با سرعت موتور یکی است.

پمپ درون یک مبدل گشتاور یک نوع پمپ گریز از مرکز (پمپ سانتریفیوژ) است. همچنان که مبدل می‌چرخد، سیال به بیرون پرت می‌شود (تقریبا مانند چرخش دورانی یک ماشین لباس‌شویی) که آب و لباس‌ها را به طرف بیرون جداره ماشین لباس‌شویی پرتاب می‌کند.

در صورتیکه سیال به بیرون پرتاب شود، یک خلأ ایجاد می‌شود که سیال بیشتری را به مرکز می‌کشد. سپس سیال وارد تیغه‌های توربین، که به گیربکس متصل است، می‌شود. توربین باعث چرخش گیربکس می‌شود که به‌طور اساسی خودروی شما را حرکت می‌دهد.

در واقع تیغه‌های توربین کج شده هستند. این به این معنی است که سیالی که از بیرون توربین (پمپ) به آن وارد می‌شود، قبل از خارج شدن آن از مرکز توربین، یک تغییر مسیر دارد. این تغییر مسیر است که باعث چرخش توربین می‌شود.

مبدل گشتاور چگونه کار می‌کند؟

برای تغییر مسیر صحیح یک شی متحرک، باید نیرویی به آن اعمال کنید. مهم نیست که شی یک خودرو است و یا یک قطره سیال. هر نیرویی که باعث تغییر مسیر شی شود، عکس‌العملی دارد که باعث تغییر مسیر منشا نیرو می‌شود. بنابراین توربین باعث تغییر مسیر سیال شده و سیال باعث چرخش توربین می‌شود.

سیالی که از مرکز توربین خارج می‌شود، در یک مسیر متفاوت نسبت به زمانی که وارد شده بود، حرکت می‌کند. سیالی که از توربین متحرک خارج می‌شود در خلاف جهتی است که پمپ (و موتور) می‌چرخد. اگر سیال اجازه داشته باشد به پمپ ضربه بزند، باعث اتلاف نیرو و کند کار کردن موتور می‌شود. این دلیلی است که مبدل گشتاور یک استاتور دارد.

استاتور سیال بازگشتی از توربین را به پمپ می‌فرستد. این امر راندمان مبدل گشتاور را بهبود می‌بخشد. توجه کنید که هزار خار استاتور به یک کلاچ یک‌طرفه متصل است. استاتور یک تیغه طراحی شده خیلی تهاجمی دارد که مسیر سیال را تقریبا به‌طور کامل وارونه می‌کند. یک کلاچ یک‌طرفه (داخل استاتور) استاتور را به یک شافت ثابت در گیربکس ارتباط می‌دهد (مسیری که کلاچ اجازه دارد گردش کند). به خاطر این طرح هنگامی‌که سیال به پره‌های استاتور برخورد می‌کند استاتور نمی‌تواند با نیروی سیال برای تغییر مسیر ، بچرخد و می‌تواند فقط در جهت مخالف بچرخد.

شرایط آزاد شدن استاتور

وقتی خودرو حرکت می‌کند یک اتفاق کوچک قدری فریبنده رخ می‌دهد. یک نقطه در نزدیکی سرعت ۶۰ کیلومتر بر ساعت که هر دو پمپ و توربین تقریبا با سرعت یکسان می‌چرخند (پمپ همیشه کمی سریع‌تر گردش می‌کند). در این نقطه، سیال از توربین برگشته، وارد پمپ متحرک در مسیر یکسان می‌شود، درنتیجه نیازی به استاتور نیست.

 با وجود اینکه توربین مسیر سیال را تغییر دهد و آن را به پشت پرتاب کند، به دلیل آنکه که توربین در جهتی سریع‌تر از سیال پمپ شده در جهت دیگر می‌چرخد، سیال آرام در مسیری که توربین می‌چرخد خاتمه می‌یابد. اگر در پشت یک خودرو با سرعت ۹۰ کیلومتر بر ساعت می‌ایستادید و یک توپ را با سرعت ۶۰ کیلومتر بر ساعت به عقب پرتاب می‌کردید، توپ با سرعت ۳۰ کیلومتر بر ساعت به جلو پیشروی می‌کند.

این شبیه چیزی است که در توربین رخ می‌دهد: سیال در یک مسیر به عقب پرتاب می‌شود، اما نه با سرعت رفتن بلکه در جهت دیگر روانه می‌شود. در این سرعت‌ها سیال در حقیقت به طرف پشت تیغه استاتور ضربه می‌زند و باعث آزادگردی آن روی کلاچ یک‌طرفه‌اش می‌شود بنابراین مانع حرکت سیال در آن نمی‌شود.

وظیفه اصلی مبدل گشتاور در خودرو

در جمع وظیفه اصلی مبدل این است که خودرو شما بدون خاموش شدن موتور ایست کامل کند. در واقع مبدل گشتاور ،گشتاور بیشتری به خودرو شما به‌واسطه ترمز می‌دهد. مبدل‌های گشتاور جدید می‌توانند گشتاور را از دو یا سه برابر افزایش دهند. این نتیجه زمانی اتفاق می‌افتد که موتور سریع‌تر از چرخ‌ها (سیستم انتقال قدرت) می‌گردد.

 در سرعت‌های بالا، جعبه دنده تقریبا در یک سرعت یکسان با موتور، حرکت را از موتور می‌گیرد. به‌طور مطلوب اگرچه سیستم انتقال قدرت تمایل دارد عینا با سرعت یکسانی با موتور حرکت کند، ولی به دلیل این اختلاف سرعت قدرت تلف می‌شود. این قسمتی از این دلیل است که خودروهای اتوماتیک نسبت به خودروهای دنده دستی سرعت و شتاب کمتری دارند.

درنهایت به خاطر داشته باشید هرچند به مبدل گشتاور به‌غلط عنوان کلاچ اتوماتیک داده می‌شود، اما در سیستم‌های انتقال قدرت اتوماتیک، مجموعه کلاچ بخشی از اجزای گیربکس است و ارتباطی به مبدل گشتاور ندارد. به همین دلیل از این پس این بخش را با نام صحیحش، مبدل گشتاور بشناسیم.

مشاوره خرید محصولات مدیران خودرو (نقدی | اقساطی)
برای اطلاع از جدیدترین شرایط فروش محصولات مدیران خودرو (ام وی ام | فونیکس) به صورت نقدی و اقساطی، شماره خود را درج کنید.