یکی از مزیتهای گیربکسهای اتوماتیک این است که نیازی نیست به تعویض دنده فکر کنید. از دید راننده، همهچیز بسیار ساده به نظر میرسد، اما همانطور که افرادی که با نحوه کار گیربکسهای اتوماتیک آشنا هستند میدانند، واقعیت کاملاً متفاوت است. گیربکسهای اتوماتیک از چند بخش مهم تشکیل شدهاند که از جمله آنها میتوان به فلکسپلیت (Flex Plate)، مبدل گشتاور (Torque Converter) و خود گیربکس اشاره کرد. در میان این اجزا، مبدل گشتاور یکی از پیچیدهترین و در عین حال کمتر شناختهشدهترین قطعات است.
مبدل گشتاور وظایف مختلفی را در سیستم انتقال قدرت خودرو بر عهده دارد، اما مهمترین نقش آن، ایفای وظیفهای مشابه کلاچ است. این قطعه بهعنوان واسطهای میان موتور و گیربکس عمل میکند و گشتاور تولیدشده توسط موتور را به گیربکس منتقل میکند. با این تفاوت که بهجای استفاده از صفحه کلاچ، از روغن مخصوص گیربکس اتوماتیک استفاده میکند؛ روغنی که با روغن دنده یا روغن گیربکس دستی تفاوت دارد. این روغن باعث چرخش مجموعهای از قطعات در داخل مبدل گشتاور میشود.
درون یک مبدل گشتاور چندین قطعه مختلف وجود دارد که هر کدام وظیفه دارند روغن را مانند ماشین لباسشویی به گردش درآورند.
برای سادهتر شدن موضوع، مبدل گشتاور را به سه بخش اصلی تقسیم میکنیم: ایمپلر (Impeller)، توربین (Turbine) و استاتور (Stator).
این قطعات باعث میشوند روغن گیربکس نقش نوعی کلاچ را ایفا کند. از آنجا که عامل انتقال نیرو یک مایع است و نه یک قطعه فلزی ثابت مانند صفحه کلاچ در خودروهای دندهای، هنگام توقف خودرو موتور خاموش نمیشود.
اما چرا استفاده از مایع راهحل این مشکل است؟ و چگونه مقدار نسبتاً کمی روغن میتواند خودرویی را از حالت سکون به حرکت درآورد، حتی زمانی که خودرو در یک شیب تند قرار دارد؟
برای پاسخ به این سؤالها، باید اجزای مبدل گشتاور و نحوه عملکرد آنها را بررسی کنیم.
اجزای تشکیلدهنده مبدل گشتاور
همانطور که گفته شد، سه بخش اصلی مبدل گشتاور عبارتاند از: ایمپلر، استاتور و توربین.
از ابتدا شروع میکنیم.
ایمپلر همراه با موتور میچرخد و نیروی لازم برای کل مجموعه را تأمین میکند. این بخش شامل نیمی از پوسته خارجی مبدل و یک مجموعه بزرگ شبیه به پروانه در داخل آن است. در واقع میتوان آن را به یک توربین کوچک موتور جت تشبیه کرد که توسط موتور به چرخش درمیآید.
چرخش ایمپلر باعث به حرکت درآمدن روغن داخل مبدل گشتاور میشود. این روغن به گردش درمیآید و در عین حال پمپ گیربکس را نیز به حرکت وامیدارد.
سپس روغن از بخشی به نام استاتور عبور میکند. عملکرد استاتور تا حدی شبیه به مکانیزم هرزگرد دوچرخه است؛ یعنی در یک جهت آزادانه میچرخد اما در جهت مخالف قفل میشود.
استاتور نیز ظاهری شبیه به یک توربین دارد، اما پرههای آن در جهت مخالف قرار گرفتهاند. این طراحی باعث میشود جهت حرکت روغن تغییر کند و در نتیجه گشتاور تولیدی سیستم افزایش یابد. در واقع همین قطعه است که بخش «گشتاور» را در نام «مبدل گشتاور» معنا میکند.
در نهایت روغن به توربین میرسد. توربین به محور ورودی گیربکس متصل است و با چرخش آن، گیربکس نیز به حرکت درمیآید.
هرچه سرعت چرخش محور گیربکس نسبت به چرخها بیشتر شود، انتقال نیرو از طریق توربین آسانتر خواهد بود. به همین دلیل است که گیربکسهای اتوماتیک معمولاً دارای چندین دنده هستند.
در گیربکسهای اتوماتیک مدرن، قطعه دیگری نیز وجود دارد که یک کلاچ قفلشونده است. این کلاچ ایمپلر و توربین را مستقیماً به یکدیگر متصل میکند و باعث افزایش بهرهوری سوخت میشود، زیرا بخشی از اتلاف انرژی ناشی از حرکت روغن را از بین میبرد.
این اجزا چگونه خودرو را به حرکت درمیآورند؟
ابتدا باید به این سؤال پاسخ دهیم که چرا اصلاً از یک کلاچ معمولی استفاده نمیشود؟
البته نوعی از گیربکسهای اتوماتیک وجود دارند که از کلاچ استفاده میکنند. این گیربکسها با نام DCT یا دوکلاچه شناخته میشوند و تفاوت زیادی با سایر گیربکسهای اتوماتیک دارند.
مشکل اصلی کلاچ این است که ارتباطی کاملاً مکانیکی میان موتور و گیربکس ایجاد میکند.
زمانی که خودرو متوقف است اما موتور روشن است، محور خروجی موتور همچنان در حال چرخش است. اما گیربکس عملاً کاری انجام نمیدهد، زیرا خودرو حرکت نمیکند.
اگر میان این دو بخش یک اتصال مکانیکی مستقیم وجود داشته باشد، هر بار که چرخها از حرکت بایستند، موتور نیز خاموش خواهد شد.
به همین دلیل خودروهای دندهای دارای پدال کلاچ هستند؛ تا زمانی که اختلاف سرعتی میان محور خروجی موتور و محور ورودی گیربکس وجود دارد، بتوان ارتباط میان آنها را قطع کرد.
اما روغن یک مایع است. برخلاف یک اتصال مکانیکی، میتواند حتی زمانی که ترمزها فعال هستند نیز به حرکت خود ادامه دهد و از خاموش شدن موتور جلوگیری کند.
برای درک بهتر، تصور کنید موتور مانند دستی است که درون یک قابلمه در حال هم زدن مایع است. روغن نیز رفتاری مشابه دارد؛ بخشهای مختلف آن با سرعتهای متفاوتی حرکت میکنند و مقداری از انرژی در این فرآیند از دست میرود.
این موضوع در مبدل گشتاور نیز وجود دارد. مهم نیست مجموعه با چه سرعتی بچرخد، همیشه مقداری اتلاف انرژی در روغن وجود خواهد داشت.
در اینجاست که کلاچ قفلشونده توربین وارد عمل میشود. این کلاچ دو بخش اصلی مبدل را بهصورت مکانیکی به هم متصل میکند و این اتلاف انرژی را از بین میبرد.
در نهایت به استاتور میرسیم.
وظیفه افزایش گشتاور استاتور به خودرو کمک میکند تا از حالت سکون راحتتر به حرکت درآید. این قطعه در سرعتهای بسیار پایین نیروی بیشتری در اختیار خودرو قرار میدهد تا شروع حرکت آسانتر شود.
پس از آن، عملکرد استاتور مشابه هرزگرد دوچرخه خواهد بود و اجازه میدهد میزان گشتاور در محدودهای کنترلشده و مناسب باقی بماند.
