مبدل گشتاور چگونه کار می‌کند؟

در گیربکس‌های دستی موتور به‌وسیله کلاچ خشک به جعبه‌دنده (گیربکس) متصل است. بدون وجود کلاچ امکان متوقف کردن خودرو مگر اینکه آن را خاموش کنیم، نداریم! در خودروهای با گیربکس اتوماتیک دیگر خبری از کلاچ خشک نیست که ارتباط سیستم انتقال قدرت را با موتور قطع کند در عوض از یک وسیله خارق‌العاده به نام مبدل گشتاور استفاده می‌کنند. در ظاهر اصلاً شبیه به کلاچ‌های معمولی نیستند ولی عملکرد فوق‌العاده جالبی در داخل دارند.

مبدل گشتاور

در این مقاله سعی می‌شود تا نحوه عملکرد سیستم انتقال قدرت اتوماتیک شرح داده شود و سبب استفاده از مبدل گشتاور در آن ذکر شود. در مورد نحوه عملکرد و مزایا و معایب آن به تفصیل بحث می‌شود.
مقدمه:
درست مانند خودروهایی که دارای سیستم انتقال قدرت دستی دارند، خودروهای دنده اتومات نیازمند این می باشند که موتور خودرو در حال چرخیدن باشد ولی چرخ‌های خودرو حرکتی نداشته باشند. در حقیقت چرخشی به عنوان ورودی وارد گیربکس نشود به عبارت دیگر ارتباط گیربکس با موتور قطع شود. این وظیفه بزرگ در سیستم‌های انتقال قدرت دستی بر عهده کلاچ خشک بود ولی در سیستم‌های انتقال قدرت اتوماتیک این وظیفه مهم را مبدل گشتاور بر عهده می‌گیرد.

Torque Multiplier

مبدل گشتاور نوعی کوپلینگ سیالاتی است که اجازه می‌دهد موتور به طور مستقل از گیربکس کار کند. اگر موتور در دور آرام کار کند، مقدار بسیار کمی از تورک توسط مبدل گشتاور منتقل می‌شود. به همین سبب است که هنگامی که هنوز به خودرو ورودی پدال گاز وارد نشده است خودرو با سرعت کمی با دور آرام موتور حرکت می‌کند.
هنگامی که پای خود را بر روی پدال گاز می‌گذارید سرعت دورانی موتور افزایش می‌یابد و مقدار سیال بیشتری به سمت مبدل گشتاور پمپ می‌کند و در نهایت تورک به چرخ‌ها انتقال می‌یابد.

محل قرارگیری مبدل تورک

داخل مبدل گشتاور چه می‌گذرد؟
مبدل‌های گشتاور عموماً از چهار قسمت اصلی تشکیل شده‌اند که در محفظه مبدل گشتاور قرار دارند:

• پمپ
• توربین
• استاتور
• سیال انتقال دهنده

محفظه مبدل گشتاور به فلایویل موتور پیچ شده است بنابراین در سرعتی معادل با سرعت دورانی موتور در حال گردش است. پره‌هایی که پمپ مبدل گشتاور را تشکیل می‌دهند به محفظه متصل شده‌اند، بنابراین با سرعت دورانی موتور می‌چرخد. در شکل زیر نحوه اتصال پمپ و محفظه و غیره را نشان داده است.

ZF torque converter cut-away

نوع پمپی که در داخل محفظه مبدل گشتاور وجود دارد از نوع سانتریفیوژی است. همان‌طور که پمپ دوران می‌کند، سیال را به خارج پرتاب می‌کند. در همین حین، فضای خلایی ایجاد شده که سبب می‌شود سیال بیشتری به سمت مرکز کشیده شود. سیالی که به سمت تیغه‌های توربین می‌رود به سیستم انتقال قدرت متصل شده است. توربین سبب چرخش محتویات سیستم انتقال قدرت می‌شود، که در نهایت منجر به حرکت در خودرو می‌شود. همان‌طور که در شکل زیر مشخص است سیال از خارج وارد توربین می‌شود و تا قبل از خروج آن از مرکز توربین سبب چرخش آن می‌شود. برای اینکه سیال جهت چرخش را عوض کند نیازمند اعمال نیرو به جسم است. این نیرو به هر جسمی داخل محفظه وارد شود سبب دوران آن در جهت مخالف می‌شود. بنابراین سیال سبب تغییر جهت حرکت توربین و دوران آن می‌شود.

سیال از مرکز توربین خارج می‌شود، در مخالف جهتی که وارد شده است خارج می‌رود. اگر در شکل‌ها خوب دقت می‌کنید متوجه می‌شوید که جهت پیکان سیال خروجی از توربین خلاف جهت پیکان چرخش پمپ است. اگر به پمپ اجازه داده شود که به پره‌های پمپ ضربه بزند، دور موتور را آهسته می‌کند و سبب اتلاف انرژی می‌شود. سبب وجود استاتور در مبدل گشتاور همین عامل است.

استاتور:
استاتور در کنار مبدل گشتاور وجود دارد. وظیفه آن تغییر جهت سیال خروجی از توربین قبل از آنکه به سمت پمپ برود. این قطعه به طور اعجاز برانگیزی کارایی مبدل گشتاور را بالا می‌برد. در استاتور تیغه‌هایی بسیار خشن طراحی شده است که تقریباً به طور کامل جهت جریان سیال را عوض می‌کند. کلاچ یک طرفه (داخل استاتور) استاتور را به شفت انتقال قدرت متصل می‌کند. به سبب وجود چنین ساختاری استاتور نمی‌تواند با سیال بچرخد، تنها می‌تواند در جهت مخالف چرخش انجام دهد. به عبارت دیگر تنها جهت سیال را به محض برخورد با تیغه‌هایش تغییر می‌دهد.

بعضی اوقات یک اتفاق جالب هنگامی که خودرو حرکت می‌کند می‌افتد. هنگامی که خودرو در سرعت ۶۴ کیلومتر در ساعت در حال حرکت است، پمپ و توربین تقریباً با سرعت یکسانی در حال گردش می باشند. (پمپ همواره کمی سریعتر می‌چرخد) در این زمان سیالی که به توربین باز می‌گردد، دارای جهت یکسانی است در هنگام ورود به پمپ است در نتیجه نیازی به استاتور نیست.
هر چند توربین جهت سیال را عوض می‌کند، ولی سیال همواره در جهتی حرکت می‌کند که توربین در حال گردش است چون توربین با سرعت بیشتر در جهتی چرخش می‌کند که سیال در جهتی مخالف وارد پمپ شده است. اگر شما در پشت یک وانت قرار داشته باشید که با سرعت ۶۰ کیلومتر بر ساعت در حال حرکت است و توپی را در جهت مخالف حرکت وانت با سرعت ۴۰ کیلومتر بر ساعت پرتاب کنید، سرعت توپ از دید ناظر بر دستگاه مختصات خارج از خودرو ۲۰ کیلومتر بر ساعت در جهت حرکت وانت است. این مثال شبیه به عملکردی است که توربین در حال انجام است. سیال در یک جهتی پرتاب می‌شود ولی نه به سرعتی که در ابتدا در جهتی دیگر داشت.

نقاط قوت و ضعف مبدل گشتاور:
مبدل گشتاور یکی مهم‌ترین وظایف اصلی خودرو را که قطع ارتباط موتور با سیستم انتقال قدرت است انجام می‌دهد. در واقع مبدل گشتاور به خودروی شما تورک لازم را در هنگام شتاب گیری می‌دهد. در مبدل گشتاورهای پیشرفته‌تر تورک انتقالی از مبدل گشتاور ۲ تا ۳ برابر بیشتر از تورک موتور است.

در سرعت‌های بالاتر که سیستم انتقال قدرت به موتور وصل شده است (قفل شده است) که تقریباً با سرعت دورانی یکسانی می‌چرخند. به طور ایده آل سرعت دورانی خروجی مبدل گشتاور و ورودی آن با هم برابر است به سبب اینکه اختلاف در سرعت‌های دورانی سبب اتلاف انرژی می‌شود. این می‌تواند سببی برای این باشد که چرا خودروهای با سیستم انتقال قدرت اتوماتیک دارای مصرف سوخت بیشتری نسبت به خودروهای با سیستم انتقال قدرت دستی می باشند. برای حل کردن این مشکل بعضی از خودروها دارای مبدل گشتاور به همراه کلاچ قفل شونده می باشند. هنگامی که دو نیمه از مبدل گشتاور دارای سرعت دورانی تقریباً یکسانی شدند، این کلاچ آنها را نسبت به هم قفل می‌کند. این عمل سبب جلوگیری از لغزش و بیشتر شدن کارایی این وسیله است. [دانلود ویدئو]