مبدل گشتاور چیست + چگونه کار می کند

مبدل گشتاور یکی از مفاهیم جدید برای رانندگان ایرانی است. دلیل این امر نبود خودروهای اتوماتیک به صرفه در بازار کشورمان است. این قسمت فقط در خودروهای مجهز به گیربکس اتوماتیک یافت می شود. همانطور که از نام مبدل گشتاور پیداست، این قسمت وظیفه تبدیل گشتاور تولید شده توسط موتور را به نیروی محرکه بر عهده دارد.

در واقع گیربکس های دستی نیازی به مبدل گشتاور ندارند، زیرا کیت کلاچ وظیفه انتقال نیرو را انجام می دهد و راننده با انتخاب دنده، نوع گیربکس را تعیین می کند. از سوی دیگر گیربکس های اتوماتیک مستقل از تصمیمات راننده عمل می کنند، بنابراین باید مکانیزمی برای تعیین میزان گشتاور ارسالی به چرخ ها وجود داشته باشد.

فلسفه مبدل گشتاور در گیربکس های اتوماتیک جایگزینی آن با مکانیزم کلاچ در گیربکس های دستی است. مبدل گشتاور وسیله ای شگفت انگیز و با جزئیات است، دستگاهی که نقش بسزایی در پیشرفت صنعت خودرو داشته است.

نگاهی اساسی به مبدل گشتاور

تعویض دنده یکی از متداول ترین وظایف راننده در هنگام رانندگی است. کافی است خودتان این روند را طی کنید. راننده کلاچ را تا انتها فشار می دهد، سپس موقعیت دنده را با اهرم تعویض دنده تغییر می دهد، سپس کلاچ را رها می کند تا نیرو و گشتاور را با نسبت متفاوتی به چرخ ها ارسال کند.

این فرآیند در ابتدا ساده به نظر می‌رسد، اما طراحان و مهندسان برای گنجاندن این روش در جریان کار گیربکس‌های اتوماتیک مشکل داشته‌اند. در واقع گیربکس های اتوماتیک کلاچ ندارند و هنگام تعویض دنده ها به قطعه ای نیاز دارند که به طور لحظه ای ارتباط بین گیربکس و موتور را قطع کند. وظیفه انجام این کار در گیربکس های اتوماتیک بر عهده مبدل گشتاور است.

مبدل گشتاور نوعی کوپلینگ سیال در دنیای مهندسی است که به موتور اجازه می دهد مستقل از گیربکس کار کند. البته این فعالیت مستقل نسبی است و مانند گیربکس ها نمی توان ارتباط بین موتور و گیربکس اتوماتیک را به طور کامل قطع کرد. به عنوان مثال، هنگامی که خودرو در یک تقاطع و چراغ قرمز متوقف می شود، دور موتور به کندی می چرخد ​​و گشتاور ارسالی به چرخ ها بسیار کم است. در این شرایط فقط باید به آرامی پدال ترمز را فشار دهید تا خودرو متوقف شود.

اگر گیربکس اتوماتیک هیدروترانسفورماتور نداشت، باید در یک توقف کوتاه، پدال ترمز را تا آخر فشار دهید. در صورت عدم وجود مبدل گشتاور، اتصال بین موتور و گیربکس قطع نمی شود و موتور همچنان با حداقل سرعت کار می کند. در نتیجه قدرت بیشتری نسبت به معمول به چرخ ها وارد می شود که کنترل آن آسان نخواهد بود.

بررسی هیدروترانسفورماتور

مبدل گشتاور از چهار جزء اصلی تشکیل شده است. این قطعات شامل پمپ، توربین، استاتور و سیال انتقال است. مبدل گشتاور به فلایویل موتور پیچ می شود، بنابراین با هر سرعتی که موتور در حال کار است می چرخد. پره هایی که پمپ مبدل گشتاور را تشکیل می دهند نیز به محفظه ترانسفورماتور متصل می شوند، بنابراین آنها نیز با همان دور موتور می چرخند.

پمپ داخل هیدروترانسفورماتور نوعی پمپ گریز از مرکز است. این پمپ مانند پمپ ماشین لباسشویی عمل می کند، یعنی به دلیل فعالیت آن، مایع انتقال آزاد می شود. با خارج شدن سیال، خلاء در مرکز پمپ ایجاد می شود و در نتیجه ایجاد خلاء، سیال بیشتری به داخل پمپ کشیده می شود.

سیال ارسال شده توسط پمپ در واقع به توربین می رسد. پره های توربین به گیربکس متصل می شوند و با حرکت پره های توربین، گیربکس نیز می چرخد. چرخش گیربکس چرخ های خودرو را به حرکت در می آورد و در واقع دقیقاً با چرخش گیربکس است که خودرو حرکت می کند.

برای تغییر جهت حرکت یک جسم، باید به آن جسم نیرو وارد کنید. فرقی نمی کند که جسم ماشین باشد یا یک قطره مایع. هر نیرویی که باعث چرخش جسم شود باید آن نیرو را نیز تجربه کند، اما در جهت مخالف. بنابراین هنگامی که توربین باعث تغییر جهت سیال می شود، سیال نیز توربین را می چرخاند.

سیال از مرکز توربین خارج می شود و در جهتی متفاوت از زمانی که وارد می شود حرکت می کند. در واقع سیال از توربین خارج شده و برخلاف جهتی که پمپ و موتور در آن می چرخند حرکت می کند. اگر مایع وارد پمپ شود، باعث کاهش سرعت موتور و از دست دادن قدرت می شود. اینجاست که استاتور وارد عمل می شود.

استاتور در مرکز هیدروترانسفورماتور قرار دارد. وظیفه آن هدایت سیال برگشتی از توربین قبل از ورود مجدد به پمپ است. وظیفه استاتور افزایش قابل توجه بازده هیدروترانسفورماتور است. استاتور از تیغه های تیز تشکیل شده است و وظیفه جریان معکوس سیال یا روغن در گیربکس را بر عهده دارد. استاتور طوری طراحی شده است که نتواند با سیال بچرخد. این قسمت فقط می تواند در جهت مخالف بچرخد و باعث تغییر جهت سیال در برخورد با تیغه های استاتور می شود.

تقریباً در تمام مدتی که اتومبیل در حال حرکت است، استاتور نیز باید به حرکت خود ادامه دهد. نقطه ای در حرکت خودرو وجود دارد که در آن نیازی به استاتور نیست. این لحظه معمولاً با سرعت 40 مایل در ساعت (64 کیلومتر در ساعت) رخ می دهد، زمانی که پمپ و توربین تقریباً با سرعت یکسانی در حال چرخش هستند. در این مرحله سیال از توربین برگشته و وارد پمپ می شود که در همان جهت پمپ حرکت می کند، بنابراین نیازی به استاتور نیست. در سرعت های دیگر، پمپ کمی سریعتر کار می کند و بنابراین نیاز به عمل استاتور دارد.

به طور کلی می توان گفت که یک هیدروترانسفورماتور در حین کار در یکی از سه حالت قرار دارد. حالت اول حالت توقف است. در این حالت گیربکس اتوماتیک در حالت D یا Drive قرار دارد اما راننده با فشردن پدال ترمز خودرو را متوقف می کند. این وضعیت زمانی رخ می دهد که خودرو در ترافیک یا پشت چراغ قرمز متوقف شود. در این حالت پمپ و توربین با سرعت بالایی می چرخند تا انرژی هدر رفته و ماشین به جلو حرکت نکند.

حالت دوم زمانی ایجاد می شود که خودرو شتاب می گیرد. در این حالت فرکانس چرخش پمپ و توربین به تدریج کاهش می یابد و گشتاور موتور به چرخ ها منتقل می شود. این وضعیت تا پایان شتاب اولیه خودرو که روی سرعت 60 کیلومتر بر ساعت تنظیم شده است ادامه دارد.

حالت سوم کلاچ مبدل گشتاور نام دارد. این وضعیت در شتاب ثانویه و در سرعت های بیش از 60 کیلومتر در ساعت رخ می دهد. در این شرایط سرعت چرخش پمپ و توربین به میزان قابل توجهی کاهش می یابد و کلاچ قفل کننده برای بهبود راندمان و کاهش مصرف سوخت وارد مدار می شود. این مشابه چیزی است که در گیربکس های دستی اتفاق می افتد. در گیربکس های دستی، با بالا رفتن دنده، شاهد کاهش دور موتور هستیم که انرژی موتور را به سرعت تبدیل می کند، در حالی که دنده های پایین تر، انرژی موتور را به قدرت تبدیل می کنند.

نقاط قوت و ضعف هیدروترانسفورماتور

مهمترین وظیفه مبدل گشتاور توقف خودرو بدون خاموش کردن موتور در خودروهای مجهز به گیربکس اتوماتیک است. واضح است که این وظیفه بزرگترین مزیت هیدروترانسفورماتور در نظر گرفته می شود، زیرا بدون آن نمی توان موتور را در توقف های طولانی خاموش کرد.

یکی دیگر از مزایای هیدروترانسفورماتور افزایش سطح گشتاور خودرو در هنگام شتاب گیری است. هنگامی که از حالت سکون شروع می کنید، مبدل گشتاور، گشتاور ارسالی به چرخ ها را سه برابر می کند. زیرا در این حالت موتور بسیار سریعتر از گیربکس می چرخد. در نتیجه مبدل گشتاور تمام انرژی جنبشی موتور را به گشتاور خالص تبدیل کرده و به چرخ ها منتقل می کند.

با وجود مزایای مبدل گشتاور، این قطعات هنوز با ایده آل فاصله دارند. در حالت ایده آل، سرعت گیربکس به تدریج افزایش می یابد تا زمانی که در سرعت های بالا موتور و گیربکس با سرعت یکسان حرکت کنند. اما در دنیای واقعی این اتفاق نمی افتد و بخشی از انرژی تولید شده توسط موتور همیشه توسط گیربکس های اتوماتیک هدر می رود.

به همین دلیل مصرف سوخت خودروهای اتوماتیک بیشتر از نمونه های مشابه با گیربکس دستی است. گیربکس‌های دستی نیرو را فورا انتقال می‌دهند و قطعات متحرک کمتری دارند و در نتیجه اتلاف انرژی کمتری دارند. برای حل این مشکل مهندسان نوع جدیدی از هیدروترانسفورماتور را معرفی کردند که مجهز به کلاچ قفل کننده است. این کلاچ قسمت های مختلف مبدل گشتاور را در سرعت های بالا به هم متصل می کند که باعث افزایش راندمان این سیستم می شود.

نتیجه

رشد سریع خودروهای اتوماتیک چینی در دهه 1390 تمایل مصرف کنندگان ایرانی را به خرید خودروهای اتوماتیک افزایش داد. در حال حاضر، مصرف کنندگان ایرانی از دو خودروساز بزرگ کشور انتظار دارند تا محصولات اقتصادی با گیربکس اتوماتیک را روانه بازار کنند. در حال حاضر ارزان ترین محصولات اتوماتیک در بازار ایران کوییک اتوماتیک و پژو 207 اتوماتیک و پس از آن دنا پلاس توربو اتوماتیک هستند.

با توجه به افزایش خودروهای اتوماتیک در سبد محصولات این دو خودروساز در آینده نزدیک، ضروری است که مشتریان و تعمیرکاران با عملکرد گیربکس های اتوماتیک و اجزای مختلف آن مانند مبدل گشتاور آشنا شوند. بدیهی است که هر چه مشتریان ایرانی با گیربکس اتوماتیک و ساختار آن آشنایی بیشتری داشته باشند، خودروهای آنها نیز مفیدتر خواهند بود.

سوالات متداول