شیر کنترل پمپ هیدرولیک فرمان

و عملکرد آن در پمپ‌های امروزی

عملکرد صحیح و مناسب پمپ هیدرولیک فرمان در کیفیت رانندگی بسیار موثر است. با توجه به اینکه پمپ هیدرولیک فرمان نیروی خود را از موتور دریافت میکند متناسب با دور موتور فشار مایع هیدرولیک افزایش پیدا خواهد کرد که اگر این فشار از محدوده خاصی بیشتر شود سبب ایجاد مشکلات فراوانی در هدایت خودرو خواهد گردید. وظیفه شیر کنترل یا اسپول پمپ هیدرویک فرمان، کنترل میزان فشار خروجی پمپ است.
در مقاله پمپ هیدرولیک فرمان عملکرد ساده شیر کنترل (اسپول) بیان شد. اما در خودرو‌های امروزی از نوع متغیر برای این کار استفاده میشود . در این مقاله به عملکرد شیر کنترل جریان متغیر پمپ فرمان در خودرو‌های متداول پرداخته خواهد شد .

عملکرد مجموعه پمپ و اسپول از نوع جریان متغیر

با توجه به ارتباط مستقیم این بخش با عملکرد شیر کنترل در مقاله پمپ هیدرولیک فرمان حتما قبل از مطالعه این بخش مقاله مربوطه را مطالعه کنید.
حالت اول عملکرد این نوع مجموعه پمپ مانند نوع جریان ثابت است یعنی هنگامی که موتور در دور درجا است و فرمان نیز حرکت به چپ یا راست ندارد (فرمان در وضعیت مستقیم است). نظر به عدم نیاز به حرکت شانه فرمان در جعبه فرمان، ضروری است میزان جریان مایع هیدرولیک فرمان از پمپ به جعبه فرمان کم باشد. در این حالت سرعت حرکت تیغه‌ها کم بوده و در نتیجه جریان کمی به سمت شیر کنترل جریان (اسپول) ارسال شده و تعادل فشار هیدرولیک در طرفین اسپول باعث می‌شود اسپول بدون حرکت بماند و مایع هیدرولیک فرمان از طریق مجرای خروجی به سمت شیر هیدرولیک روی جعبه فرمان هدایت شود. فاصله بین نیدل (سوزنی) و بدنه مقدار فضای عبوری برای مایع هیدرولیک را نشان می‌دهد که در شکل 1 مشخص شده است.

1- به سمت جعبه فرمان 2- شیر کنترل 3-از جعبه فرمان
شکل 1 – دور درجا – فرمان بدون حرکت

در ادامه همانطور که در شکل 2 ملاحظه می‌گردد پس از اینکه دور موتور از حد خاصی (متناسب با نوع خودرو متفاوت است) می‌گذرد. فشار طرفین شیر کنترل جریان (اسپول) باعث می‌شود کمی فنر جمع شده و مجرای خروجی به مجرای ورودی راه پیدا کند. به‌این‌ترتیب بخشی از جریان مایع هیدرولیک فرمان به سمت کم‌فشار پمپ راه پیدا می‌کند و در نهایت هرچقدر دور موتور بالا رود جریان خروجی پمپ ثابت خواهد ماند. مشاهده می‌شود که هنوز فاصله بین نیدل و بدنه به دلیل بدون حرکت ماندن اسپول تغییری نکرده است.

شکل 2- افزایش دور موتور – افزایش جریان مایع هیدرولیک فرمان

پس از اینکه دور موتور از حد خاصی (متناسب با نوع خودرو متفاوت است) می‌گذرد. فشار طرفین شیر کنترل جریان (اسپول) باعث می‌شود کمی فنر جمع شده و مجرای خروجی به مجرای ورودی راه پیدا کند. به‌این‌ترتیب بخشی از جریان مایع هیدرولیک فرمان به سمت کم‌فشار پمپ راه پیدا می‌کند و در نهایت تا یک دور موتور خاص (معمولاً محدوده دور متوسط موتور) جریان خروجی پمپ ثابت خواهد ماند شکل 3 این مورد را نشان می‌دهد.

ثابت ماندن جریان تا یک دور خاص

شکل 3 – ثابت ماندن جریان خروجی مایع هیدرولیک تا یک دور خاص

تفاوت مهم این نوع پمپ با پمپ قبلی در این بخش از عملکرد مدار است. با افزایش دور موتور از حد متوسط جهت کنترل جریان مایع هیدرولیک سطح عبور مایع هیدرولیک فرمان (ونتوری) کوچک شده و در نتیجه میزان جریان کاهش می‌یابد. شکل 4 این موضوع را نشان می‌دهد.

شکل 4- کاهش جریان بعد از دور متوسط

سیستم تشریح شده از نوع جریان متغیر درواقع نوع ساده‌ای است. سیستم‌های امروزی اجزا بیشتری دارند. مهم‌ترین تفاوت دو قسمت شدن مجموعه اسپول و استفاده از سوزن و ساچمه کنترل است. شکل 5 اجزا اسپول در نوعی خودرو را نشان می‌دهد.

شکل 5- اجزا شیر کنترل (اسپول ولو) در پمپ سمند

همانطور که اجزا در شکل 5 مشخص شده است اجزا در شیرهای کنترل جریان شامل دو مجموعه متفاوت است که کارکردن این دو قسمت در کنار یکدیگر باعث افزایش کیفیت عملکرد و کنترل بهتر منحنی جریان – دور موتور خواهد شد. شکل 6 و 7 اجزا اصلی دو بخش را در کنار هم‌نشان می‌دهد.

شکل 6- بدنه اسپول و اجزا داخلی

شکل 7- پلاگ اوریفیس

نحوه عملکرد

در زمانی که خودرو ثابت است و یا با سرعت بسیار پایین فرمان چرخانده می‌شود، سرعت دوران پمپ پایین است در حالت ضروری است حداکثر مقدار جریان / فشار تولیدی توسط پمپ به سمت جعبه فرمان هدایت شود تا نیروی چرخاندن فرمان توسط سیستم هیدرولیک تقویت شده و راننده با سهولت بیشتری غربیلک فرمان را بچرخاند. در این زمان فشار هیدرولیک از طریق مجرای ورودی به شیر کنترل باعث حرکت بدنه اسپول شده و در نتیجه مایع هیدرولیک فرمان از طریق داخل اسپول به مجرای خروجی راه پیدا کرده و به سمت شیر هیدرولیک روی جعبه فرمان هدایت می‌شود. شکل 8 مجرای ورودی حرکت اسپول و هدایت آن به سمت مجرای خروجی و جعبه فرمان را نشان می‌دهد.

شکل 8- عملکرد در وضعیت دور پایین

به نحوه جابه‌جایی و محل قرارگرفتن اسپول در این حالت و باز شدن مسیر جریان به سمت مجرای خروجی در شکل 9 توجه کنید. در این حالت مجموعه پلاگ اوریفیس کمی توسط سوزنی به سمت جلو هدایت شده و فنر بزرگ پشت اوریفیس پلاگین را جمع می‌کند.

شکل 9 – اجرا کنترلی اسپول در حالت تعادل بین فشار ورودی، خروجی و نیروی فنر و سطح مقطع سوزنی

میزان جریان عبوری به ارتباط بین سطح مقطع سوزنی (نیدل) و فشار پشت سوزنی و فشار پمپ مرتبط است.

زمانی که دور موتور افزایش میابد، میزان دوران پمپ هم‌افزایش یافته در نتیجه فشار بیشتری تولید می‌کند. این فشار بالا ممکن است عکس‌العمل راننده را در چرخاندن فرمان تسریع کند یعنی فرمان با سهولت بیشتری می‌چرخد که این اتفاق در دورهای بالا مطلوب نیست بنابراین لازم است به روشی جریان مایع هیدرولیک فرمان به سمت خروجی کاهش یابد. رویه انجام این کاهش به این صورت خواهد بود که افزایش فشار تولید در سمت خروجی باعث بالارفتن فشار پست سوزنی اسپول شده و آن را بیشتر به سمت جلو (چپ) هدایت می‌کند. در این حالت هم‌زمان دو اتفاق می‌افتد
اول: به دلیل حرکت پلاگ این اسپول (به سمت چپ) مسیر جریان برگشت به سمت ورودی پمپ باز شده و در واقع بخشی از مایع هیدرولیک فرمان به‌صورت هرز بین مجموعه پمپ و شیر کنترل گردش می‌کند. شکل 10 این حالت را نشان می‌دهد.

شکل 10- حالت گردش برگشت بخشی از مایع هیدرولیک فرمان به پمپ

دوم: به دلیل کوچک شدن سطح مقطع سوزنی اسپول جریان خروجی به سمت جعبه فرمان نیز کاهش میابد. شکل 11 این مورد را نشان می‌دهد.

A

B
A- در حالت دور کم تا متوسط     B- در حالت دور بالا

شکل 11- مقایسه وضعیت نیدل اسپول در دور کم‌وزیاد

هنگامی که مجموعه جعبه فرمان به انتهای مسیر حرکت خود می‌رسد و در واقع حرکت پینیون داخل آن متوقف شده , فشار داخل پیستون جعبه فرمان افزایش میابد. این فشار از طریق مجرای داخلی شیر کنترل جریان به پشت مجموعه پلاگ این (plug in) اسپول راه پیدا می‌کند. شکل 12 این حالت را نشان می‌دهد.

شکل 12- نیروی هیدرولیک پشت پلاگ-این اسپول

درصورتی‌که این فشار بیش از حد باشد به ساچمه و نگهدارنده ساچمه نیرو وارد کرده با جمع‌کردن فنر کوچک و آن را به سمت جلو (راست) فشرده می‌کند و مایع هیدرولیک فرمان از کنار ساچمه می‌گذرد. این کار باعث افزایش فشار پلاگ این (plug in)پشت اسپول شده و کمی آن را به سمت راست حرکت می‌دهد. مایع هیدرولیک فرمان از طریق این بخش به سمت مجرای برگشت پمپ هدایت می‌شود

نویسنده : مهندس بهروز خطیبی