مکانیک خودرو عمومی -بخش 13

انتقال قدرت اتوماتيك

برای افزايش راحتی سرنشين و بهبود وضعيت عملكردي خودرو و جلوگيری از استفاده مكرر كلاچ و تعويض دنده‌های متوالی، بخصوص در ترافيك و جاده‌های شلوغ، امروزه در اكثر خودروها از جعبه دنده اتوماتيك استفاده می‌شود.

مبدل گشتاور

به دليل اتوماتيك بودن عملیات تعويض دنده در خودروهای مجهز به جعبه‌دنده اتوماتيك، از نوعی كلاچ هيدروليكي خاص به نام مبدل گشتاور يا تورك کانورتور استفاده می‌شود.
اساس كار مبدل گشتاور مطابق شكل 1 مانند دو پنكه است که روبروی هم قرار گرفته‌اند. یکی از این دو پنکه روشن و دیگری خاموش است.

1-فن يا پنكه‌ای كه به جريان برق متصل شده و در حال دوران است. 2-فن يا پنكه‌ای كه خاموش است ولی به دليل جريان هواي فن (3)، شروع به دوران مي‌كند. 3- جريان هوا

شكل1-انتقال قدرت بوسيله هوا به عنوان سيال

ملاحظه می‌شود كه با روشن شدن فن (1)، هوا به جريان افتاده و دارای انرژی جنبشی می‌شود، ملكول‌های هوای دارای انرژی جنبشی، به پره‌های فن (2) برخورد كرده و به تدريج فن (2) را به حركت در می‌آورند. از اينرو انتقال قدرت بدون عامل مكانيكي و فقط از طريق انرژی جنبشی هوا انجام می‌شود.
مطابق شکل2 در تورک‌کانورتور برای افزايش راندمان انتقال قدرت، به جای هوا از روغن استفاده می‌شود. همانگونه که ملاحظه می‌شود، روغن تحت تاثیر نیروی جانب مرکز و نیروی مماسی از پره‌های پمپ به سمت پره‌های توربین پرتاب می‌شود و باعث به دوران توربین می‌شود. این روغن پس از اعمال نیرو به پره‌های توربین از بخش نزدیک به مرکز توربین خارج شده و به پره‌های استاتور برخورد می‌کند. استاتور نیز جهت روغن را اصلاح می‌کند به نحوی که روغن به جلوی پره‌های پمپ برخورد نکند و انرژی پمپ را کاهش ندهد و بلکه به پشت پره‌های پمپ برخورد کند و حتی به دوران پمپ کند.

1-پمپ 2-توربین 3-استاتور 4-روغن خروجی از پمپ به توربین 5-روغن با جهت اصلاح شده از توربین به پمپ
شکل 2-نحوه عملکرد تورک‌کانورتور

شكل 3 نمای گستردة تورك‌كانورتور را نشان می‌دهد.

1-پمپ 2-استاتور 3-توربین 4-مجموعه كلاچ قفل کن (lock up)5 -بدنة مبدل گشتاور كه به ميل‌لنگ وصل مي‌شود
شكل 3-تورك كانورتور

لازم به توضیح است که پمپ به میل لنگ، توربین به محور ورودی گیربکس و استاتور به بدنه گیربکس متصل است..

جعبه‌دنده یا گیربکس اتوماتيك(AT )

کاربری جعبه‌دنده یا گیربکس اتوماتیک از اهمیت خاصی برخوردار است که در ابتدا به نحوه استفاده از آن پرداخته می‌شود.
دسته‌دنده گيربكس‌های اتوماتيك با توجه به شكل 4 دارای حالت‌های مختلفی مطابق جدول 1 است.

شكل 4-دسته‌دنده گيربكس اتوماتيك
جدول 1-حالت‌هاي مختلف دسته‌دنده گيربكس اتوماتيك

در گيربكس‌های اتوماتيك امروزی به دليل استفاده از سیستم‌های مکاترونیکی، قابليت ديگري نيز به دسته‌دنده اضافه شده است. اين قابليت كه با حرف M یا ±، مطابق شكل 5 نشان داده مي‌شود به معني Manual يا تعويض دندة دستي به دلخواه راننده است و به اين نوع گيربكس‌های اتوماتيك، Tip Tronic گفته می‌شود.

شكل 5-دسته‌دنده گيربكس اتوماتيك از نوع Tip Tronic

در اين حالت با قراردادن دسته‌دنده در وضعيت M یا ±، ابتدا گيربكس در دنده يك قرار می‌گيرد، زماني كه راننده قصد استفاده از دنده دو داشته باشد، كافي است ضربه اي ملايم به دسته‌دنده درجهت رو به جلو(به سمت علامت +) اعمال کند، از اين رو گيربكس در دنده دو قرار مي‌گيرد و با اعمال ضربات رو به جلو بعدي به دسته‌دنده گيربكس، جعبه‌دنده در دنده‌هاي سه و چهار نيز قرار مي‌گيرد.
چنانچه نياز با كاهش دنده باشد، كافي است كه راننده ضربه‌اي ملايم در جهت رو به عقب(به سمت علامت -) به دسته‌دنده اعمال كند، از اينرو گيربكس درهردنده‌اي كه باشد به يك دنده پايين‌تر تغيير وضعيت مي‌دهد.
دربرخي گيربكس‌هاي اتوماتيك از دو وضعيت ديگر Sport و Snow نيز استفاده مي‌شود. نحوه عملکرد این دو کلید به شرح زیر است:
Snow: دركنار دسته‌دنده كليدي قرار مي‌گيرد که كنار یا روی آن علامت برف يا برفك حك شده است. با فشار دادن اين كليد چراغ يا LED مرتبط با آن مطابق شکل 6 در داشبورد روشن مي‌شود و حاکی از قرار گرفتن گيربكس در شرايط برفي است. در اين حالت شروع به حركت خودرو برای پیشگیری از سرخوردن، از دنده دو آغاز شده و عمل تعويض دنده در دورهاي (دور موتور) پايين‌تر انجام مي‌شود و شتابگيري خودرو نيز كاهش می‌يابد که برای شرایط برفی یا جاده لغزنده مناسب است. در این حالت از لغزش چرخ‌های محرک خودرو بر روی سطح جاده تا حدودی جلوگیری می‌شود.

شکل 6-فعال شدن وضعت Snow در داشبورد

 حالت Sport:

اين كليد با علامت S دركنار دسته‌د‌نده نشان داده شده است و در صورت فعال شدن، مطابق شکل 7 علاوه بر روشن شدن چراغ يا LED مرتبط با آن،گيربكس اتوماتيك در وضعيت Sport قرار مي‌گيرد. در اين شرايط عمل تعويض دنده در دورهاي (دور موتور) بالاتر صورت گرفته كه منجر به شتابگيري بيشتر شده و مصرف سوخت و آلایندگي نیز افزایش می‌یابد.

شکل 7-فعال شدن وضیعت Sport در داشبورد

لازم به ذکر است که در گیربکس های Tip Tronic، به دلیل وجود حالت دستی یا M، حالت های L1، L2، L3 و غیره حذف شده و راننده با استفاده از حالت دستی می‌تواند گیربکس را به طور دلخواه تعویض دنده را انجام دهد.

در برخی از گیربکس‌های اتوماتیک به جای کلیدهای Snow و Sport از کلید Drive Mode مطابق شکل 8 استفاده شده است.

شکل 8-استفاده از کلید Drive Mode

مطابق شکل 9 با فشار دادن کلید Drive Mode دو حالت رانندگی ECO و Sport در صفحه نشان‌دهنده‌ها نشان داده می‌شود و درحالتی که چیزی نشان داده نمی‌شود پیش‌فرض رانندگی معمولی با تنظیمات کارخانه‌ای در نظر گرفته می‌شود.

حالت ECO:

در این حالت میزان گشتاور اعمالی به چرخ‌ها و دور تعویض دنده کاهش می‌یابد که ضمن حفظ پایداری در جاده‌های لغزنده، شتاب‌گیری خودرو کاهش می‌یابد که باعث کاهش مصرف سوخت و آلایندگی نیز می‌شود.
حالت Sport:
در این حالت میزان گشتاور اعمالی به چرخ‌ها و دور تعویض دنده افزایش می‌یابد که باعث افزایش شتاب‌گیری خودرو می‌شود و این موضوع کاهش مصرف سوخت و آلایندگی نیز در پی دارد.

حالت رانندگی ECO                   حالت رانندگی SPORT
شکل 9-استفاده از حالت Drive Mode

براي تعويض دنده اتوماتيك درگيربكس‌های اتوماتيك از مكانيزم خاصی استفاده می‌شود كه از چند چرخ دنده تشكيل شده و اصطلاحاً به آنها مجموعه چرخ‌دنده خورشيدی گفته می‌شود. مجموعه خورشيدی ساده در شكل 10 نشان داده شده است.

1-محور چرخ‌دنده‌های هرزگرد كه قفسه گفته می‌شود 2-محور قفسه 3-خورشيدی 4-هرزگرد 5-رينگی
شكل 10-مجموعه چرخ‌دنده خورشيدی ساده

در مجموعه‌های خورشيدی ساده، مطابق شكل 10 محور سه چرخ‌دنده هرزگرد (4) را به هم وصل كرده و به آن قفسه می‌گويند. تعداد هرزگردها می‌تواند دو، سه يا چهار چرخ‌دنده باشد.
شكل 11 نيز مجموعه خورشيده ساده را از نمای ديگر نشان می‌دهد.

1-رينگی 2-خورشيدی 3-هرزگرد 4-قفسه
شكل 11 مجموعه چرخ‌دنده خورشيدی ساده

از آنجائيكه مجموع چرخ دنده خورشيدی دارای سه عضو بوده كه با يكديگر در تعامل می‌باشند لذا برای انتقال قدرت توسط اين مجموعه بايد يك عضو را ثابت کرد تا تكيه گاه عضو ورودی يا محرك شده و از طریق عضو خروجی يا متحرك گشتاور و دور مشخصی منتقل شود. لذا با تغییر اعضای ثابت یا ورودی گیربکس می‌توان دنده‌های مختلفی ایجاد کرد. واحد کنترل الکترونیکی گیربکس یا TCU مطابق شکل 12 با دریافت اطلاعات از سنسورهای مختلف و تحلیل اطلاعات آنها، اجزای خاصی را ثابت و اجزای دیگری را ورودی می‌‌کند تا گیربکس در دنده موردنظر مطابق با شرایط جاده و درخواست راننده قرار گیرد.

A: موتور بنزینی با سنسور دریچه گاز دوبل B: موتور بنزینی با سنسور دریچه گاز تکی C: موتور دیزل
1-پدال گاز 2-کلید تعویض دنده معکوس اجباری(Kick Down) 3-سنسور دریچه گاز دوبل 4-سنسور دور موتور 5-سیگنال دمای مایع خنک کننده موتور 6-ایسیو موتور بنزینی 7-سنسور دریچه گاز تکی 8-ایسیو موتور بنزینی 9-سنسور کنترل سوخت 10-ایسیو موتور دیزل 11، 12، 13، 14، 15 و 16-سیگنال‌های ایسیو موتور 17-چراغ عیب‌یاب 18-نمایشگر تعویض دنده 19-کانکتور عیب‌یاب 20-شیر برقی تعویض‌ دنده 21-شیر برقی کنترل فشار 22-شیر برقی دبی روغن 23-سوکت سنسور دمای روغن گیربکس 24-سنسور دمای روغن گیربکس 25-سنسور دور ورودی گیربکس 26-سنسور دور خروجی گیربکس 27-کلید تعویض‌دنده گیربکس 28-چراغ دنده عقب 29-رله استارت 30-سلونوئید قفل دسته‌دنده 31-دسته‌دنده 32-صفحه‌کلید Snow و Sport 33-میکروسوئیچ پدال ترمز 34-ایسیو گیربکس اتوماتیک 35-آلارم هشدار موقعیت دسته‌دنده به جز موقعیت P 36-سیگنال سنسور دریچه گاز
شکل 12-سیستم مکاترونیکی گیربکس اتوماتیک

عمل تثبيت، محرك و متحرك نمودن اعضا توسط كلاچ‌هاي چند صفحه‌اي و باندهای ترمزی صورت مي‌گيرد. اين كلاچ‌ها و باندها، فرمان خود را به صورت هيدروليكي يا الكتروهیدروليكی براساس الگوريتم كاملاً مشخصی از TCU و مدار هیدرولیکی دريافت كرده و عمل تعويض دنده را انجام می‌دهند.