بررسی عملکرد مبدل گشتاور(Torque Converter)

 

تورک کانورتر در قسمت ورودی گیربکس به یک صفحه متصل است.صفحه درایو یا صفحه خمیده هم گاهی اوقات به این صفحه اطلاق می شود ، این صفحه برای اتصال تورک کانورتر به فلایویل استفاده می شود.

 

 

نقش تورک کانورتر :

• افزایش گشتاور تولیدی پیشرانه
• به عنوان یک کلاچ اتوماتیک عمل می نماید که گشتاور تولیدی پیشرانه را به گیربکس منتقل می کند.
• جذب ارتعاشات پیچشی پیشرانه
• صاف و روان کردن چرخش پیشرانه
• به حرکت در آوردن پمپ روغن سیستم کنترل هیدرولیک

داخل تورک کانورتر از سیال (روغن هیدرولیک) گیربکس پر شده است که گشتاور تولید شده توسط پیشرانه را به گیربکس منتقل می کند.تورک کانورتر همچنین به عنوان یک کوپلینگ هیدرولیکی می تواند گشتاور تولیدی پیشرانه را تا چندین برابر کند.(برای هر تورک کانورتری با یک ضریب معین تعریف شده است)

تورک کانورتر همچنین به عنوان یک فلایویل که باعث صاف شدن چرخش پیشرانه می شود ، عمل می نماید.این امر منجر به جذب ارتعاشات پیچشی پیشرانه از طریق روغنی که در وسط قرار گرفته می شود تا وقتی که اتصال مستقیم مکانیکی از طریق کانورتر نباشد.

به علاوه ، قسمت عقب مرکز تورک کانورتر پمپ روغن را به حرکت در می آورد که حجمی از سیال را به داخل سیستم هیدرولیک پمپ می کند. پمپ تا وقتی که پیشرانه روشن است ، می چرخد.در زمان یدک کشیدن خودرو باید به این امر مهم توجه شود.وقتی خودرو روی زمین و به وسیله چرخ های متصل به گیربکس  یدک کشیده می شود و پیشرانه خاموش است ، چرخ ها باعث چرخیدن شفت خروجی و میانی گیربکس شده در حالی که یاتاقان های آنها روان کاری نمی شوند.در این حالت احتمال زیادی وجود دارد که گیربکس آسیب ببیند اگر مقدار مسافتی که خودرو یدک کشیده می شود زیاد باشد یا با سرعت زیادی یدک کشیده شود.

اجزاء تورک کانورتر :

سه جزء اصلی تورک کانورتر عبارتند از :

1. پمپ ایمپلر
2. توربین متحرک
3. استاتور

برای راحتی بیشتر به جای پمپ ایمپلر از کلمه ایمپلر و به جای توربین متحرک از کلمه توربین استفاده می شود.

ایمپلر :

ایمپلر با بدنه تورک کانورتر به صورت یک پارچه است و در واقع دور چرخش آن با دور پیشرانه یکی است و داخل آن پره های شعاعی بسیاری قرار گرفته اند.یک حلقه در بخش داخلی پره ها نصب شده تا مسیر جریان روغن بین پره ها را مشخص کند.

وقتی که ایمپلر توسط فلایویل متصل به میل لنگ  می چرخد ، سیال درون ایمپلر هم با آن می چرخد.وقتی که سرعت چرخش ایمپلر افزایش می باید ، نیروی گریز از مرکز باعث می شود سیال به بیرون و در واقع به سمت توربین پرتاب شود.

توربین :

توربین داخل کانورتر قرار گرفته است اما به آن وصل نشده است.شفت ورودی گیربکس زمانی که کانورتر به گیربکس نصب شده است ، با زبانه ای به مرکز توربین متصل است.تعداد زیادی پره های گود به توربین متصلند.زاویه پره های توربین مخالف زاویه پره های ایمپلر هستند.بنابراین  وقتی سیال از ایمپلر به بیرون پرتاب می شود ، به سمت پره های گود توربین رفته و گشتاور را به شفت ورودی گیربکس منتقل می نماید و آن را به همان جهتی که میل لنگ می چرخد ، می چرخاند.

کوپلینگ هیدرولیکی :

قبل از اینکه به جزء دیگری از کانورتر بپردازیم ، نیاز به بررسی کوپلینگ هیدرولیکی داریم.زمانی که گیربکس اتوماتیک در اواخر سال 1930 برای اولین بار معرفی شد ، تنها اجزای آن ایمپلر و توربین بودند.این وسیله ای را ارائه کرد که گشتاور را از پیشرانه به گیربکس منتقل می کرد و همچنین به خودرو اجازه می داد وقتی دنده درگیر است و پیشرانه در دور ایده آل کار می کند ، بتواند بایستد.اما  این کوپلینگ های هیدرولیکی اولیه در یک چیز مشترک بودند و آن هم شتاب کم بود.پیشرانه باید تلاش زیادی می کرد تا خودرو سرعت بگیرد.این مشکل به این دلیل رخ می داد که جهت پره های ایمپلر و توربین مخالف هم است.سیالی که از توربین بیرون می آمد ، در خلاف جهت چرخش پیشرانه و ایمپلر به سمت ایمپلر پرتاب می شد.

لازم به ذکر است در عکسی که از استاتور تورک کانورتر در ادامه می بینید ، فلشی که با خطوط منقطع است نشان دهنده مسیر سیال در نبود استاتور است.نه تنها  قدرت موتور در ابتدا باعث پمپ شدن سیال می شود ، بلکه در حال حاضر بر نیروی سیالی که از توربین می آید نیز غلبه می کند.استاتور برای غلبه بر نیروی معکوس سیالی که از توربین بر خلاف جهت چرخش موتور به سمت ایمپلر پرتاب می شود ، طراحی شده است.البته به تنهایی بر این مشکل غلبه نمی کند ولی باعث بهبود یافتن و افزایش گشتاور ایمپلر می شود.

استاتور :

استاتور در بین ایمپلر و توربین قرار گرفته است و روی شفت واکنش استاتور نصب شده که به بدنه گیربکس متصل است.پره های استاتور روغن پرتاب شده از سمت توربین را می گیرند و باعث تغییر مسیر آن به پشت پره های ایمپلر می شوند که به ایمپلر گشتاور بیشتر می دهند.این افزایش گشتاور می تواند بین 30 تا 50 در صد باشد.

یک کلاچ یک طرفه به استاتور اجازه می دهد تا در جهتی بچرخد که میل لنگ پیشرانه می چرخد.با این حال اگر استاتور بخواهد بر عکس جهت چرخش میل لنگ بچرخد ، کلاچ یک طرفه استاتور را قفل می کند و از چرخیدن آن جلوگیری می کند.چرخیدن یا قفل شدن استاتور بستگی به جهت اصابت کردن سیال به پره های استاتور دارد.

عملکرد تورک کانورتر :

حالا می خواهیم نگاهی به عملکرد کانورتر و اثر جریان سیال در آن بیندازیم.وقتی ایمپلر با چرخش میل لنگ پیشرانه می چرخد ، سیال درون ایمپلر نیز در همان جهت دوران می کند.وقتی سرعت ایمپلر افزایش می یابد ، نیروی گریز از مرکز باعث می شود که سیال به بیرون از مرکز ایمپلر رفته و در امتداد سطوح پره های ایمپلر جریان داشته باشد.وقتی سرعت ایمپلر بیشتر می شود ، مایع از ایمپلر  به سمت توربین پرتاب می شود.سیال با پره های توربین برخورد کرده و باعث می شود توربین هم جهت با ایمپلر بچرخد.

وقتی سیال انرژی خود را در برخورد با پره های توربین از دست داد ، به سمت داخل پره های توربین جریان می یابد.زمانی که به داخل توربین می رسد ، سطح داخلی منحنی شکل توربین  سیال را به سمت پره های استاتور هدایت می کند و این سیکل مرتبا تکرار می شود.

جریان سیال در تورک کانورتر :

تا اینجا فهمیدیم که ایمپلر باعث جریان یافتن سیال به توربین می شود و گشتاور با به واسطه سیال منتقل می کند و سپس با عبور از استاتور به ایمپلر باز می گردد.اما گاهی اوقات این جریان یافتن سریع تر و قوی تر  از بقیه موقع ها است و یا گاهی اوقات این جریان تقریبا وجود ندارد.

• جریان چرخشی و گردابی :

دو نوع جریان در تورک کانورتر وجود دارد : یکی جریان گردابی و دیگری جریان چرخشی یا دوار است.در تصویر جریان سیال درون تورک کانورتر که در زیر می بینید ، جریان گردابی یک جریان افزاینده است و تا زمانی که سرعت بین ایمپلر و توربین متفاوت است ، ادامه دارد. و دیگری جریان چرخشی یا دوار که به جریانی گفته می شود که این جریان با دوران بدنه تورک کانورتر می چرخد.

وقتی اختلاف سرعت بین ایمپلر و توربین زیاد است ، برای مثال در زمان شتاب گیری خودرو ، جریان سیال قوی تر است .این جریان همان جریان گردابی است.در طول این حالت  سیال از توربین خارج می شود و به جلوی پره های استاتور اصابت می کند و آن را به شفت واکنش استاتور قفل می کند.و از چرخش آن در جهت عقربه های ساعت جلو گیری می کند.سیال عبوری از استاتور به وسیله شکل پره ها هدایت می شود و به پشت پره های ایمپلر اصابت می کند و در نتیجه باعث افزایش گشتاور بیش از مقداری است که پیشرانه تولید می کند.بدون استاتور ، سیال برگشتی با چرخش عادی ایمپلر تداخل ایجاد می کند و باعث کاهش چرخش آن می شود.در شکل زیر ایمپلر با سرعت بیشتری از توربین می چرخد.

در طول زمانی که جریان گردابی کم است سیالی که از توربین می آید به جای اینکه به قسمت مقعر پره ها برخورد کند به قسمت محدب برخورد می کند.این حالت باعث می شود که کلاچ یک طرفه آزاد شود و استاتور و شفت واکنش استاتور خلاص بچرخند.در این مرحله نیاز کمی به ضریب گشتاور وجود دارد.

همانطور که سرعت چرخش ایمپلر و توربین به هم نزدیک می شود ، جریان گردابی کاهش می یابد و سیال شروع به چرخش یه همراه ایمپلر و توربین می نماید.این جریان به جریان دوار معروف است.جریان دوار جریانی داخل تورک کانورتر است که جهتش دقیقا مشابه

جهت چرخش تورک کانورتر است.این جریان وقتی بیشینه است که سرعت بین ایمپلر و توربین به حداقل برسد ، مثل موقعی که سرعت خودرو به یک سرعت ثابت برسد.این حالت نقطه اتصال تورک کانورتر نامیده می شود.در نقطه اتصال ، مانند جریان گردابی ، استاتور باید آزادانه در جهت عقربه های ساعت بچرخد.اگر استاتور آزادانه نچرخد ، مانع جریان سیال می شود و باعث کاهش سرعت خودرو خواهد شد.در شکل زیر سرعت چرخش ایمپلر و توربین تقریبا یکسان است.

مکانیزم Lock-Up Clutch :

زمانی که ایمپلر و توربین با سرعتی تقریبا یکسان می چرخند ، هیچ افزایش ضریب گشتاوری وجود ندارد و تورک کانورتر گشتاور تولیدی پیشرانه را به نسبت 1:1 به گیربکس منتقل می کند.با این حال حدود حدود 4 الی 5 درصد تفاوت بین سرعت ایمپلر و توربین وجود دارد.تورک کانورتر 100% گشتاور تولیدی پیشرانه را به گیربکس منتقل نمی کند پس در اینجا مقداری انرژی از دست می رود.

برای جلوگیری از این اتفاق و به منظور کاهش مصرف سوخت ، کلاچ Lock-Up به صورت مکانیکی وقتی سرعت خودرو حدود 60 کیلومتر و بالاتر است ،  ایمپلر را به توربین وصل می کند.وقتی کلاچ Lock-Up درگیر است ، 100% قدرت تولیدی پیشرانه از طریق تورک کانورتر به گیربکس منتقل می شود.در شکل زیر که یک پیستون مبدل را مشاهده می کنید که برای کمتر شدن مصرف سوخت  ، با بدنه تورک کانورتر درگیر می شود و باعث قفل شدن توربین و ایمپلر به هم می شود.

• ساختار :

کلاچ Lock-Up در مرکز و جلوی توربین نصل شده است.یک ضربه گیر نیروی پیچشی درگیر شدن کلاچ را برای جلوگیری از انتقال شوک ، جذب می کند.

مواد سایشی متصل به پیستون کلاچ Lock-Up همانند موادی هستند که در دیسک  کلاچ های چند صفحه ای داخل گیربکس ، به کار رفته اند.

• عملکرد کلاچ Lock-Up :

وقتی کلاچ Lock-up درگیر است ، به همراه ایمپلر و توربین می چرخد.درگیر و آزاد شدن کلاچ به وسیله نقطه ای که سیال به تورک کانورتر وارد می شود ، تعیین می شود.سیال هم می تواند از جلوی کلاچ Lock-Up وارد تورک کانورتر شود و هم می تواند از پشت آن وارد شود.اختلاف فشار در دو طرف کلاچ Lock-Up تعیین کننده درگیر شدن یا آزاد شدن آن است.

سیالی که برای کنترل کلاچ Lock-Up تورک کانورتر استفاده می شود ، همچنین به منظور خارج کردن حرارت تورک کانورتر و انتقال آن به خنک کننده گیربکس نیز استفاده می شود.در شکل زیر عملکرد کلاچ Lock-Up را زمانی که درگیر نیست می بینید.همچنین مشاهده می شود که فشار سیال تورک کانورتر از جلوی کلاچ Lock-Up عبور می کند.

عملکرد کنترل سوپاپ :

کنترل مایع هیدرولیک ورودی به تورک کانورتر توسط شیر رله و شیر سیگنال انجام می شود.هر دو این شیر برقی ها پیستونی را به حرکت در می آورند که باعث می شود کلاچ در موقعیت آزاد قرار بگیرد.در شکل بالا نیز همین حالت مشاهده می شود.این نکته حائز اهمیت است که بدنه اصلی مدار هیدرولیک تورک کانورتر به خنک کننده گیربکس از طریق پایین سوپاپ رله ، متصل است.

شیر سیگنال  فشار خطی که به پایین شیر رله می رود را کنترل می کند.شیر رله از طریق فشار ارتجاعی حرکت می کند و فشار تورک کانورتر را به سمت بدنه تورک کانورتر منحرف می کند.

• آزاد بودن کلاچ Lock-Up :

وقتی خودرو با سرعتی کمتر از 60 کیلومتر بر ساعت حرکت می کند ، سیال تحت فشار در سمت جلوی کلاچ Lock-Up جریان می یابد.فشار در دو بخش جلویی و عقبی کلاچ Lock-Up به صورت مساوی باقی مانده است.بنابر این کلاچ Lock-Up در گیر نیست.

• درگیر بودن کلاچ Lock-Up :

وقتی خودرو با سرعتی بیش از 60 کیلومتر بر ساعت حرکت می کند ، مایع تحت فشار در قسمت عقب کلاچ Lock-Up جریان می یابد.پیستون شیر رله راهی به سمت جلوی کلاچ Lock-Up باز می کند و باعث ایجاد محیطی کم فشار می شود.

در شکل زیر عملکرد کلاچ لوک آپ   زمانی که درگیر است را مشاهده می کنید.