مبدل گشتاور

اگر درباره گیربکس های دستی مطالبی خوانده باشید، حتماً می‌دانید که موتور از طریق کلاچ به گیربکس متصل می‌شود. خودرو بدون این اتصال نمی‌تواند بدون قربانی کردن موتور به حال توقف کامل دربیاید. ولی خودروهای دنده اتوماتیک دارای کلاچ نیستند تا ارتباط موتور و گیربکس را قطع کند، در عوض این گونه خودروها از ابزار شگفت‌انگیزی استفاده می‌کنند که مبدل گشتاور نامیده می‌شود. این ابزار شاید زیبا به نظر نرسد ولی داخل آن ماجراهای بسیار جالبی می‌گذرد. در این مقاله، خواهیم آموخت که چرا خودروهای دنده اتوماتیک به مبدل گشتاور نیاز دارند،  این بخش چگونه کار می‌کند و مزایا و معایب آن چه چیزهایی هستند.

مبانی

خودروهای دنده اتوماتیک هم درست مثل خودروهای دنده دستی به ابزاری احتیاج دارند که به موتور اجازه بدهد هنگامی که چرخ های خودرو و چرخ‌دنده های گیربکس به حالت توقف در می‌آیند، به کار کردن ادامه بدهد. خودروهای دنده دستی از کلاچ استفاده می‌کنند که ارتباط موتور و گیربکس را به طور کامل قطع می‌کند، ولی خودروهای دنده اتوماتیک، به این منظور از مبدل گشتاور استفاده می‌کنند. مبدل گشتاور در واقع یک نوع ترکیب کننده روغن است که به موتور اجازه می‌دهد مستقل از گیربکس بچرخد. اگر موتور درجا کار کند، مثل وقتی که پشت چراغ قرمز متوقف است، میزان گشتاوری که وارد مبدل گشتاور می‌شود بسیار کم است، به این ترتیب فقط یک فشار کوچک روی پدال ترمز خودرو را سرجایش نگه می‌دارد. اگر هنگام توقف خودرو پدال گاز را بفشارید، برای اینکه جلو حرکت خودرو را بگیرید مجبور خواهید شد پای‌تان را محکم‌تر روی پدال ترمز بفشارید. علتش این است که وقتی پدال گاز را فشار می‌دهید، دور موتور بالا می‌رود و واسکازین بیشتری به داخل مبدل گشتاور پمپ می‌کند و موجب می‌شود گشتاور بیشتری به چرخ ها منتقل بشود.

نمای داخلی مبدل گشتاور

همانطور که در شکل نشان داده شده است، درون محفظه بسیار محکم مبدل گشتاور، چهار قسمت وجود دارد:

- پمپ

- توربین

- استاتور

- واسکازین

محفظه مبدل گشتاور به دنده فلایویل که از موتور می‌آید متصل است، بنابراین با همان سرعتی که موتور می‌چرخد، حرکت می‌کند. تصویر زیر اتصالات داخلی مبدل گشتاور را نشان می‌دهد. پمپ داخل مبدل گشتاور در واقع نوعی پمپ سانتریفیوژی است. وقتی می‌چرخد، واسکازین به خارج رانده می‌شود، چیزی شبیه مرحله خشک‌کن ماشین لباس‌شویی که آب و لباس ها را به طرف خارج سبد شستشو می‌راند. وقتی واسکازین به طرف خارج رانده می‌شود، خلائی ایجاد می‌شود که روغن بیشتری به طرف مرکز می‌مکد. بعد از آن روغن وارد تیغه های توربین می‌شود که به گیربکس متصل است. توربین باعث می‌شود گیربکس بچرخد که در نهایت خودرو را به حرکت در می‌آورد. می‌توانید در نمودار زیر ببینید که تیغه های توربین اریب هستند. معنای آن این است که واسکازینی که از خارج وارد توربین می‌شود، مجبور است قبل از این که به مرکز توربین برسد، تغییر مسیر بدهد. همین تغییر مسیر است که موجب می‌شود توربین بچرخد.

می‌دانید که برای تغییر مسیر یک شیء متحرک، باید به آن فشار وارد کنید، فرقی نمی‌کند آن شیء یک خودرو باشد یا یک قطره روغن؛ و به هر شیئی که آن فشار را وارد می‌کند نیز فشار وارد می‌شود ولی در جهت مخالف. به این ترتیب، همانطور که توربین باعث تغییر مسیر واسکازین می‌شود، واسکازین هم به نوبه خود باعث می‌شود توربین بچرخد. واسکازین در مرکز توربین قرار دارد و پس از ورود به توربین در جهات مختلفی به حرکت در می‌آید. اگر در تصویر به جهت پیکان دقت کنید، می‌بینید که واسکازین داخل توربین در جهت عکس پمپ (و موتور) حرکت می‌کند. اگر واسکازین بتواند به پمپ برسد، دور موتور را پایین می‌آورد و انرژی هدر می‌رود. دقیقاً به همین علت است که مبدل گشتاور دارای یک بخش به نام استاتور است. در ادامه مطلب نگاه دقیق‌تری به استاتور خواهیم انداخت.

استاتور

استاتور درست در وسط مبدل گشتاور قرار دارد. وظیفه آن این است که مسیر واسکازین برگشتی از توربین را قبل از این که دوباره به پمپ برسد عوض کند. این عمل کارآمدی مبدل گشتاور را به طور چشمگیری افزایش می‌دهد. طراحی تیغه های استاتور بسیار تهاجمی است به طوری که جهت حرکت واسکازین را به طور کامل عوض می‌کند. یک کلاچ یک طرفه (که داخل استاتور قرار دارد) استاتور را به شفت گیربکس متصل می‌کند (جهتی که کلاچ به استاتور اجازه می‌دهد در آن جهت بچرخد در شکل بالا نشان داده شده است). به خاطر این چیدمان است که استاتور نمی‌تواند به همراه روغن واسکازین بچرخد. استاتور فقط می‌تواند در جهت مخالف بچرخد و روغن را مجبور کند هنگام برخورد به تیغه های آن تغییر مسیر بدهد. گاهی‌ اوقات هنگامی که خودرو در حرکت است یک اتفاق کوچک می‌افتد. نکته این‌جاست که در سرعت حدود 64 کیلومتر بر ساعت، هم پمپ و هم توربین با سرعت تقریباً یکسانی می‌چرخند (پمپ همیشه کمی تندتر می‌چرخد). در این سرعت، روغن واسکازین از توربین برمی‌گردد و وارد پمپی می‌شود که در همان جهت در حال چرخش است، به این ترتیب به استاتور نیازی نیست. حتی با این که توربین جهت روغن را عوض می‌کند و آن را به طرف خارج می‌راند، روغن باز هم در جهتی که توربین می‌چرخد حرکت نمی‌کند، چون توربین در یک جهت سریع‌تر از روغنی می‌چرخد که در جهت مخالف آن پمپ می‌شود. اگر عقب وانتی ایستاده باشید که با سرعت  96 کیلومتر بر ساعت در حرکت است و توپی را با سرعت 64 کیلومتر بر ساعت به طرف جلوی وانت پرتاب کنید، توپ باز هم 32 کیلومتر بر ساعت سرعت خواهد داشت. در توربین هم اتفاق مشابهی می‌افتد: روغنی که در یک جهت به بیرون رانده می‌شود، سرعتش آن‌قدر زیاد نیست تا در جهت مخالف شروع به حرکت بکند. در این سرعت ها، روغن به لبه تیغه های استاتور برخورد می‌کند و باعث می‌شود استاتور آزادانه در جهت کلاچ بچرخد، به این ترتیب نمی‌گذارد روغن داخل آن به جریان بیفتد.

مزایا و معایب

مبدل گشتاور علاوه بر کار بسیار مهمی که انجام می‌دهد و به خودرو اجازه می‌دهد بدون خاموش شدن موتور به حالت توقف کامل دربیاید، وظیفه دیگری هم بر عهده دارد و هنگامی که از حالت توقف به حرکت در می‌آیید، گشتاور مورد نیاز خودرو را در اختیار خودرو می‌گذارد. مبدل گشتاورهای مدرن می‌توانند گشتاور موتور را دو یا سه برابر کنند. این موضوع فقط وقتی اتفاق می‌افتد که دور موتور بالاتر از دور گیربکس باشد. در سرعت های بالاتر، دور گیربکس به دور موتور نزدیک و در نهایت با آن یکسان می‌شود. البته بهتر است دور گیربکس کاملاً با دور موتور برابر باشد چون اختلاف دور باعث اتلاف انرژی می‌شود. به همین علت است که خودروهای دنده اتوماتیک نسبت به خودروهای دنده دستی مصرف سوخت بیشتری دارند. برای غلبه بر این مشکل بعضی خودروها، مبدل گشتاورهایی دارند که مجهز به قفل‌کن کلاچ است. وقتی دو طرف مبدل گشتاور روی دور می‌افتند، این کلاچ آن ها را به هم قفل می‌کند، به این ترتیب از هدر رفت انرژی جلوگیری می‌شود و بهره‌وری بالا می‌رود.