تورک کانورتر یا مبدل گشتاور

تورک کانورتر چیست و چگونه کار می‌کند؟ در مقاله انواع جعبه‌دنده‌ها به معرفی کلی گیربکس‌های موجود روی خودروها پرداخته شد. یکی از این گیربکس‌های نوع گیربکس‌اتوماتیک از نوع AT (Automatic Transmission) است. مجموعه گیربکس اتومات اجزا مختلفی دارد. در این مقاله در مورد یکی از مهم‌ترین اجزا آن یعنی مبدل گشتاور مطالب ارائه خواهد شد. سطح مقاله متوسط است و برای کسانی که با تکنولوژی خودرو در حد متوسط آشنا هستند مناسب است. داشتن اطلاعات در مورد سیستم کلاچ معمولی و عملکرد سیستم‌های هیدرولیکی به درک بهتر عملکرد این سیستم کمک فراوانی خواهد کرد. اگرچه تاحدامکان سعی شده است مطالب را به ساده‌ترین شکل ممکن بیان شود

آموزش گیربکس اتوماتیک با مدرک معتبر از دانشگاه صنعتی شریف

تفاوت جعبه‌دنده معمولی و اتومات (AT-CVT-DCT)

از دیده راننده مهم‌ترین تفاوت بین گیربکس‌های دستی و اتوماتیک وجود یا عدم وجود پدال کلاچ است. همانطور که در مقاله مجموعه کلاچ شرح داده شد. هنگامی که راننده می‌خواهد تعویض دنده را در خودروها با گیربکس دستی انجام دهد. مجموعه کلاچ به‌صورت موقت ارتباط بین موتور و جعبه‌دنده را قطع می‌کند. در این حالت جعبه‌دنده خود را با دور چرخ‌ها راحت‌تر تطبیق می‌دهد. اما در سیستم‌های دنده‌اتومات این‌طور نیست. پدال کلاچی وجود ندارد، پس سؤال این است چگونه هماهنگ‌سازی بین دنده‌ها، سرعت خودرو و سرعت دوران موتور اتفاق می‌افتد؟ سریع‌ترین پاسخ استفاده از واحد تورک کانورتر است.

مبدل گشتاور یا تورک کانورتور چیست؟

در ساده‌ترین تعریف می‌توان گفت همانطور که از اسم آن پیدا است، واسط بین عضو تولیدکننده گشتاور (در اینجا موتور) و سایر اجزا سیستم انتقال قدرت است. به‌عبارت‌دیگر مبدل گشتاور یک کوپلینگ است که موتور را با سیستم انتقال متصل می‌کند. تورک کانورتورها معمولاً از کوپلینگ‌های هیدرولیکی استفاده می‌کنند. اگرچه ممکن است در مصارف خاص از نوع مکانیکی نیز استفاده شود. این عضو در خودرو ها با سیستم جعبه‌دنده AT و CVT استفاده می‌شود. در هر دو نوع از کوپلینگ هیدرولیکی یا به قول بازار کلاچ هیدرولیکی استفاده می‌کند. شکل 1 استفاده از مبدل گشتاور را در دو جعبه‌دنده AT و CVT نشان می‌دهد.

شکل 1- کاربرد تورک کانورتر در دو نوع جعبه‌دنده

انواع مبدل گشتاور

باتوجه‌به اینکه مبدل گشتاور مکانیکی به‌عنوان کلاچ کاربردی خاصی در خودرو ها ندارد؛ بنابراین می‌توان گفت تورک کانورتر هیدرولیکی دسته‌بندی خاصی ندارد.

اساس کار مبدل گشتاور

به شکل 2 توجه کنید.

شکل 2- اساس کار مبدل گشتاور هیدرولیکی

همانطور که در شکل 2 مشاهده می‌شود اساس کار بسیار ساده است. هنگامی که پنکه محرک (شماره 1)حرکت می‌کند هوا (سیال) را به حرکت در میاورد و ایجاد باد می‌کند. باد به پره‌های پنکه متحرک (شماره2) برخورد می‌کند و باعث حرکت پره‌های پنکه دوم خواهد شد. قطعاً سرعت گردش پره‌های پنکه دوم بسیار کمتر از پره‌های پنکه اول است. اگر سیال را از حالت گازی (هوا) به حالت مایع (روغن) تبدیل کنیم سرعت دوران بیشتر خواهد شد. نکته جالب در این سیستم آن است که اگر پره‌های پنکه دوم را به طریقی متوقف کنیم هیچ فشاری به پره‌های پنکه اول وارد نخواهد شد. این همان چیزی است در مکانیزم انتقال قدرت به آن نیاز داریم.

اجزا اصلی و عمومی تورک کانورتر و عملکرد آنها

اجزا اصلی تورک کانورتر هیدرولیکی در شکل 3 نشان داده شده است.

1- توربین 2- پمپ 3- استاتور 4- پوسته
شکل 3- اجزا اصلی تورک کانورتر

شکل 3 اجزا اصلی مبدل گشتاور را نشان می‌دهد.

پمپ – Pump (Impeller)
توربین – Turbine
استاتور – Stator- Guide wheel

پمپ (شماره 2) متصل به پوسته (شماره 4) است. پوسته مبدل به فلایویل وصل شده است. هنگامی که فلایویل می‌چرخد، پوسته و پمپ نیز می‌چرخد. مایع هیدرولیک از طریق پره‌های پمپ به سمت بیرون پرتاپ می‌شوند. جهت حرکت جریان مایع هیدرولیک به سمت توربین هدایت می‌شود، پس از برخورد به پره‌های توربین باعث حرکت توربین می‌شود. توربین به صورت هزارخار به شفت ورودی گیربکس متصل است؛ بنابراین با چرخش شفت توربین شفت ورودی جعبه‌دنده نیز خواهد چرخید. مجدداً مایع هیدرولیک در مسیر برگشت ابتدا به استاتور و سپس به پره‌های پمپ برخورد میکن و در نتیجه این چرخش تا زمانی که پمپ در حال حرکت است ادامه پیدا خواهد کرد.

A: حالت خاموش بودن موتور B: لحظه روشن‌شدن موتور و حرکت پمپ C: حرکت سیال بین پمپ و توربین
1- مایع هیدرولیک 2- جهت پرتاب مایع هیدرولیک 3- پمپ 4- توربین
شکل 4- وضعیت‌های مختلف سیال بین پمپ و توربین از نمای بالا

1- حلقه مجزاکننده 2- پره
A: بدون استفاده از حلقه مجزاکننده B: با استفاده حلقه مجزاکننده
C: جریان آشفته سیال D: جریان منظم سیال
شکل 5- تاثیر استفاده از حلقه مجزاکننده در توربین و پمپ

1- جهت سیال خروجی از پمپ 2- جهت جریان ورودی به توربین
2- جهت جریان خروجی از توربین 4-نحوه تغییر جهت جریان با کمک استاتور
A: پمپ B: استاتور C: توربین
شکل 6- جهت و نحوه حرکت مایع هیدرولیک داخل تورک کانورتر

در واقع وجود استاتور در مسیر برگشت سیال جلو اعمال نیروی منفی بر پمپ را می‌گیرد شکل 7 این موضوع را بهتر نشان می‌دهد.

A: جهت جریان از توربین به پمپ
B: جهت جریان پس از برخورد با پرده‌های استاتور
C: جهت جریان اگر استاتور وجود نداشته باشد
1-پره‌های پمپ
شکل 7- تفاوت وجود یا عدم وجود استاتور در جهت برگشتی سیال به پمپ

شکل 8 این موضوع را از نمای دیگری نشان می‌دهد.

A: جهت جریان برگشت به پمپ بدون استفاده از استاتور
B: جهت جریان برگشت با کمک استاتور
1- جهت حرکت پمپ 2- موقعیت استاتور
شکل 8- تاثیر وجود استاتور در مبدل گشتاور

موارد ذکر شده اجزا اصلی در تورک کانورتر است؛ اما به‌مرور بخش‌های دیگری نیز به این واحد اضافه شدند. شکل 9 نمونه ای از یک مبدل گشتاور واقعی را نشان می‌دهد.

A: از سمت موتور B: به سمت گیربکس
1- پمپ 2-استاتور 3- توربین 4- کلاچ لاک آپ 5- پوسته
6-توپی توربین 7- کلاچ اور ران 8- نافی تورک کانورتر
شکل 9- اجزا نمونه مبدل گشتاور

با مقایسه شکل 9 و 6 مشاهده می‌شود 2 عضو مهم دیگر نیز مشخص شده اند.
کلاچ اورران (overrunning clutch) یا کلاچ دور بالا یا اصطلاحاً کلاچ یک‌طرفه (شماره 7) : این کلاچ دو حالت عملکرد دارد. یکی در زمانی که موتور تازه روشن شده است و حرکت نمیکند در این حالت استاتور با کمک این کلاچ حالت قفل (ثابت) پیدا کند. دلیل این کار تفاوت نیروی سیال از سمت پمپ به توربین با نیروی سیال از سمت توربین و استاتور به پمپ است در این حالت رولبرینگ و فنر به حالت قفلی بین پوسه بیرونی و داخلی کلاچ در امده و استاتور قفل میشود. به‌مرور که سرعت خودرو افزایش پیدا میکند. کم کم سرعت توربین به سرعت پمپ نزدیک میشود در این حالت کلاچ دوربالا حالت خلاص پیدا میکند و اجازه میدهد استاتور متناسب با نیوری اعمالی به پره آن حرکت ازادانه داشته باشد. در صورت کاهش سرعت خودرو، سرعت توربین کاهش پیدا میکند این کاهش سرعت توربین است اجازه می دهد تا جریان روغن تغییر جهت دهد. واحد کلاچ دور بالا روی استاتور حالت ضربه زنی حاصل از تغییر نیروی بین دو واحد توربین و پمپ را تا حد زیادی کاهش میدهد.

کلاچ لاک آپ (lockup clutch) کلاچ مبدل گشتاور (Tourqe Converter Clutch) (TCC): کلاچ لاک آپ، لغزش 5 تا 10 درصدی را که بین پمپ و توربین در مرحله کوپلینگ کامل ایجاد می‌شود، از بین می‌برد. درگیر شدن یک کلاچ بین پمپ و توربین تا حد زیادی باعث بهبود مصرف سوخت و افزایش راندمان حرارتی می‌شود. انواع مختلفی از کلاچ لاک اپ در تورک کانورترها استفاده می‌شود. معمولاً کلاچ‌های لاک آپ با یک مدار فرمان هیدرولیکی یا الکتریکی فعال و غیر فعال می‌شوند. نظر بهطولانی شدن مطالب عملکرد کلاچ لاک آپ در یک مقاله مجزا تشریح خواهد شد. در دوره‌های آموزش گیربکس‌های اتومات این موارد و روش عیب‌یابی انها زیر نظر اساتید مجرب و به صورت عملی در کارگاه مکانیک خودرو دانشگاه شریف اموزش داده می‌شود.

نویسنده : مهندس بهروز خطیبی