مبدل گشتاور چیست؟ قطعهای که وجود گیربکس اتوماتیک را ممکن ساخت
جذابیت گیربکسهای اتوماتیک در این است که نیازی به فکر کردن درباره تغییر دنده ندارید. از روی صندلی راننده همهچیز ساده به نظر میرسد، اما هر کسی که با نحوه عملکرد گیربکسهای اتوماتیک آشنا باشد، میداند که ماجرا اصلاً اینگونه نیست. گیربکسهای اتوماتیک چندین عنصر کلیدی دارند، از جمله صفحه انعطافپذیر، مبدل گشتاور و خود گیربکس. البته باید گفت مبدل گشتاور، درعینحال اهمیت بسیار بالای خود یکی از مرموزترین قطعات نیز هست.
مبدل گشتاور چندین وظیفه در سیستم انتقال قدرت خودرو بر عهده دارد، اما مهمترین آنها نقشی مشابه کلاچ است. این قطعه واسطهای است که گشتاور موتور را دریافت و به گیربکس منتقل میکند؛ اما برخلاف کلاچ معمولی، بهجای دیسک کلاچ، از روغن گیربکس اتوماتیک که با روغن دنده یا روغن گیربکس دستی تفاوت دارد برای چرخاندن مجموعهای از اجزا استفاده میکند. درون مبدل گشتاور چندین قطعه وجود دارد که هر یک وظیفه دارد این روغن را به گردش درآورد.
برای سادهتر کردن موضوع، مبدل گشتاور را به سه بخش تقسیم میکنیم: پمپ (ایمپلر)، توربین و استاتور. این اجزا به روغن گیربکس اجازه میدهند بهنوعی بهعنوان کلاچ عمل کند؛ و از آنجا که این ماده مایع است نه یک قطعه ثابت فلزی مثل کلاچ گیربکس دستی، موتور هنگام توقف خودرو خاموش نمیشود؛ اما چرا دقیقاً مایع پاسخ این مشکل است و چطور مقدار نسبتاً کمی روغن میتواند خودرو را از حالت سکون به حرکت درآورد، حتی در سربالاییهای تند؟ برای پاسخ به این سؤالات، اجزا و نحوه عملکرد آنها را بررسی میکنیم.
همانطور که گفته شد، مبدل گشتاور سه بخش اصلی دارد: پمپ، استاتور و توربین. پمپ همراه با موتور میچرخد و کل مجموعه را به حرکت درمیآورد. این بخش نیمی از پوسته خارجی و یک مجموعه پره مانند بزرگ درون آن را تشکیل میدهد؛ در واقع نوعی توربین کوچک جت است که موتور آن را میچرخاند. این چرخش، روغن گیربکس موجود در مبدل را به حرکت درمیآورد، آن را در گردش نگه میدارد و پمپ گیربکس را تغذیه میکند.
تمام این روغن سپس از طریق استاتور عبور میکند؛ قطعهای که عملکردی شبیه به چرخدنده آزاد دوچرخه دارد: در یک جهت آزادانه میچرخد، اما در جهت مخالف قفل میشود. استاتور نیز شبیه پره توربین است، با این تفاوت که پرههای آن در جهت مخالف قرار دارند. این ساختار جهت روغن گیربکس را معکوس میکند و گشتاور تولیدشده توسط سیستم را چند برابر میکند؛ همین ویژگی است که نام مبدل گشتاور را به این قطعه داده است.
تمام این فرآیند در نهایت به توربین میرسد که به گیربکس متصل است. هنگامی که توربین میچرخد، گیربکس نیز میچرخد. هر چه سرعت چرخش شفت گیربکس نسبت به چرخها بیشتر باشد، توربین راحتتر میتواند قدرت را منتقل کند؛ به همین دلیل است که گیربکسهای اتوماتیک معمولاً چندین دنده دارند. یکی دیگر از اجزای موجود در گیربکسهای اتوماتیک مدرنتر، کلاچی است که توربین و پمپ را به هم قفل میکند. این کار با حذف اثرات مضر اتلاف قدرت در روغن، بهرهوری سوخت را بهبود میبخشد که در ادامه بیشتر به آن می پردازیم.
اما ابتدا باید به این سؤال پاسخ دهیم که چرا اصلاً از کلاچ معمولی استفاده نمیشود؟ باید گفت یک نوع گیربکس اتوماتیک از کلاچ استفاده میکند. این گیربکسها از نوع دوکلاچه (DCT) هستند که تفاوت قابلتوجهی با سایر گیربکسهای اتوماتیک دارند؛ اما مشکل اصلی کلاچ این است که یک اتصال مکانیکی میان موتور و گیربکس ایجاد میکند.
وقتی خودرو متوقف است و موتور روشن، شفت خروجی موتور میچرخد؛ مشکل اینجاست که گیربکس کاری انجام نمیدهد؛ درگیر است، اما خودرو حرکت نمیکند. اگر اتصال فیزیکی مستقیمی میان این دو وجود داشت، هر بار که چرخها از حرکت بازمیایستادند، موتور هم خاموش میشد. به همین دلیل است که گیربکسهای دستی پدال کلاچ دارند: برای قطع ارتباط میان موتور و گیربکس هنگامی که اختلاف سرعتی میان شفت خروجی موتور و شفت ورودی گیربکس وجود دارد؛ اما روغن، مایع است. اتصال مکانیکی ایجاد نمیکند و حتی با فشار روی ترمز هم به چرخش ادامه میدهد.
حالا تصور کنید موتور در واقع دستی است که قابلمهای را هم میزند. روغن نیز به شکل مشابهی عمل میکند: در کف و لبههای قابلمه به دلیل اتلاف انرژی کمی کندتر است. این موضوع بر مبدل گشتاور هم تأثیر میگذارد؛ هر چقدر هم سریع بچرخد، همیشه مقداری اتلاف قدرت وجود خواهد داشت. اینجاست که کلاچ توربین مفید واقع میشود؛ این کلاچ دو نیمه را به هم قفل میکند و آن مشکل را از بین میبرد.
در نهایت به استاتور میرسیم که چند برابر شدن گشتاور توسط این قطعه به خودرو کمک میکند از حالت سکون حرکت کند و در سرعتهای بسیار پایین، نیروی اضافهای برای شروع حرکت فراهم میکند. پس از آن، درست مثل چرخ آزاد دوچرخه عمل میکند و گشتاور را در سطوح قابل مدیریت نگه میدارد.