04 دسامبر نحوه عملکرد گیربکس اتومات
گیربکس اتومات یا گیربکس اتوماتیک از نظر عملکردی دارای یکی از پیچیده ترین سیستم ها می باشد.
از آنجایی که ما هر روز از خودرو خود به راحتی استفاده می نماییم، عملکرد یک ماشین که دارای گیربکس اتومات است، ساده به نظر می رسد، اما گیربکس اتوماتیک و حتی گیربکس معمولی، یک ماشین بسیار پیچیده است.
گیربکس اتوماتیک تعویض دنده را به صورت خودکار انجام می دهد، بنابراین اکثر رانندگان درک خوبی از این قطعه و عملکرد آن ندارند. تفاوت گیربکس اوتومات و گیربکس با تعویض دستی در این است که نوع تعویض در گیربکس دستی برخلاف اوتومات، باید به صورت مداوم توسط فرد انجام گیرد.
شناخت عملکرد گیربکس اتوماتیک علاوه بر جالب بودن، در مواقعی که به مشکل خوردیم، درک بهتری از آنچه در ماشین خود می گذرد خواهیم داشت.
در ادامه مقاله به گیربکس اتوماتیک ، اجزای مختلف و نحوه عملکرد قسمت های مختلف آن می پردازیم.
نقش گیربکس در خودرو چیست؟
گیربکس نیروی محرکه برای حرکت وسیله نقلیه را فراهم می نماید.
گیربکس این کار را با تنظیم گشتاور و سرعت مورد نیاز انجام می دهد. رساندن نیروی محرکه از موتور به چرخ ها برای به حرکت درآوردن اتومبیل نیز توسط سیستم انتقال قدرت انجام می شود.
تاریخچه گیربکس اتومات
جنرال موتورز و REO (REO Motor Car Company یک شرکت آمریکایی بود که از سال 1905 تا 1975 اتومبیل و کامیون تولید می کرد.) هر دو گیربکس خودرو های نیمه اتوماتیک را در سال 1934 به بازار عرضه کردند.
این گیربکس ها نسبت به گیربکس دستی سنتی چالش های کمتری داشتند، اما همچنان نیاز به استفاده از کلاچ برای تعویض دنده وجود داشت.
گیربکس GM اولین گیربکس در نوع خود بود که از گیربکس سیاره ای با کنترل هیدرولیکی استفاده نمود و به دنده ها اجازه می داد بسته به سرعت حرکت خودرو جابجا شوند.
گیربکس های سیارهای یکی از مهمترین پیشرفت ها در مسیر رسیدن به گیربکس اتوماتیک مدرن بودند. اگرچه جنرال موتورز اولین شرکتی بود که از این نسخه با کنترل های هیدرولیک استفاده کرد، این فناوری در واقع در سال 1900 به اختراع توسط ویلسون پیلچر باز می گردد. این نوآوری شامل چهار دنده جلو در قطار بود که میتوانستند با یک اهرم تعویض شوند.
نحوه کار گیربکس اتوماتیک و دستی
تعویض دنده در گیربکس دستی یا معمولی باید متناسب با سرعت چرخ دنده ها انجام و تنظیم گردد.
تعویض دنده در این نوع ماشین ها مستلزم مهارت و کار پا میباشد. اگرچه انجام آن میتواند سرگرم کننده باشد، اما به تلاش بیشتری هم نیاز دارد و اگر این کار به درستی و به موقع انجام نشود دندههای گیربکس ممکن است نیاز به تعویض پیدا کنند.
در گیربکس اتوماتیک مهارت رانندگی مهم نبوده و گیربکس اتومات متناسب با میزان گاز تعویض دنده را انجام میدهد، یعنی هنگامی که موتور به سطح تعیین شده ای از دور در دقیقه (RPM) رسید، این کار انجام می شود. در این نوع گیبرکس ها پدال کلاچ وجود ندارد.
یکی از موارد مهم در گیربکس، هنگام تعویض دنده میباشد که این کار در گیربکس معمولی با گرفتن یا فشار دادن کلاچ انجام شده و در گیربکس اتومات تعویض دنده توسط حسگرها با فشار روغن و مبدل گشتاور و میزان گاز تعویض میشود.
هنگام رانندگی با وسیله نقلیه ای که گیربکس اتوماتیک دارد، قرار دادن خودرو در Drive سیستم را فعال می کند.
با فشردن پدال گاز، میل لنگ موتور با سرعت بیشتری شروع به چرخش کرده و این به نوبهی خود منجر به فشار بیشتر در مبدل گشتاور می شود.
همانطور که خودرو به جلو حرکت می کند، هیدرولیک و الکترونیک گیربکس سرعت خودرو را نسبت به سرعت موتور حس کرده و گیربکس در واکنش به آن، دنده را بصورت خودکار تغییر میدهد.
هیدرولیک های درون گیربکس اتوماتیک کلاسیک این تغییرات سرعت را حس می کنند، سپس آن هیدرولیک ها، هیدرولیک های دیگر را برای تعویض دنده در مجموعه دنده سیاره ای فعال می کنند. امروزه، الکترونیک این فرآیند سنجش را تکمیل کرده و گیربکس اتوماتیک در هماهنگی کامل با سایر سیستم های خودرو کار میکند.
موتور، نیرو را به پمپ مبدل گشتاور انتقال میدهد و پمپ این نیرو را به سیال منتقل میکند که توربین (کلاچ روغنی) مبدل گشتاور را تغذیه مینماید این دستگاه قدرت سیال را زیاد میکند و حتی نیروی بیشتری را به توربین منتقل مینماید که یک چرخش توان گردابی ایجاد می کند که توربین و شفت مرکزی متصل را می چرخاند. پس از آن نیروی ایجاد شده توسط این چرخش از شفت به اولین مجموعه دنده سیاره ای جعبه دنده منتقل میگردد.
بنابراین،باید توجه داشته باشید دفعات بعدی که با ماشین خود رانندگی می کنید، میلیون ها محاسبه روی دندهای انجام می شود که گیربکس شما در آن لحظه انتخاب کرده است.
ماشین شما در هر ثانیه کارهای بسیاری انجام می دهد تا رانندگی را برای شما راحت تر کند. پس شناخت کلی یا مختصر مفید می تواند به نگهداری بهتر ماشین دارای گیربکس اتوماتیک کمک شایانی کند.
انواع گیربکس اتوماتیک
- یکی از رایجترین گیربکس های اتومات نوع سیاره ای AT میباشد. انتقال قدرت این گیر بکسها با چرخ دندههای خورشیدی سیارهای انجام می گردد.
- گیربکس های اتوماتیک AMT (Automated Manual Transmission) کمی پبشرفته تر از گیربکس های دستی و با هزینه کم میباشند. در این نوع گیربکس اتوماتیک راننده می تواند از دو حالت دستی و اتوماتیک برای تعویض دنده استفاده کند.
- سیستم انتقال قدرت پیوسته (Continuously Variable Transmission) یا به اختصار CVT ،نوعی دیگر از گیربکس های اتومات میباشند. این نوع گیربکس ها سریع و پیوسته در عملکرد هستند.
- DCT یا Dual-clutch transmission نوع دیگری از گیبرکس که هم دستی و هم اتوماتیک هستند، می باشد. این نوع گیربکس ها به گیربکس دوکلاچه نیز معروف بوده و دارای دو گیربکس مستقل برای دنده های زوج و فرد میباشند. افت کم انرژی و انتقال قدرت بالا از مزایای این نوع گیربکس ها میباشند.
- گیربکس تیپ ترونیک (TipTronic) پنج و شش سرعته نوعی دیگر از گیربکس های اتوماتیک و دستی، می باشند. مهمترین خصلت این مدل گیربکس در درک بهتر شرایط گیربکس با هوش کامپیوتری بالای آن است که جلوی خسارت ناشی از بالا رفتن دور موتور را گرفته و دنده را کم یا سبک میکند.
عملکردهای چرخ دندههای مختلف یک گیربکس اتوماتیک:
- باتوجه به نحوه کار یک خودرو، وقتی وسیله نقلیه خود را به حالت درایو (drive) تغییر میدهید، تمام ضرایب دنده رو به جلو موجود درگیر میشوند. به این معنی که گیربکس می تواند در صورت نیاز بین طیف کامل دنده های خود حرکت نماید. رایج ترین تعداد دنده ها را گیربکس های شش سرعته اتوماتیک دارند، اما خودرو های قدیمیتر و خودرو های جمع و جور ابتدایی هنوز هم ممکن است چهار یا پنج دنده اتوماتیک داشته باشند.
- قفل کردن در دنده سوم و یا محدود کردن به دنده اول، دوم و سوم برای فراهم کردن قدرت و کشش لازم جهت رفتن به سربالایی یا سرازیری و یا بکسل کردن و… می باشد.
- قفل کردن گیربکس در دنده دوم یا محدود کردن دنده اول و دوم برای رفتن به سربالایی و سرازیری در شرایط لغزنده و نیز رانندگی در هنگام یخبندان، برف و سایر انواع آب و هوای نامساعد ایده آل میباشد.
اجزای اصلی گیربکس های اتوماتیک
حالت مختلف درایو (Drive)، معکوس (Reverse)، خلاص (Neutral)، پارک و … در گیربکس های اتوماتیک و تحقق حرکتی آن ها در عمل شامل درگیری اجزای بسیاری است که باید بارها و بارها در شرایط مختلف هماهنگ عمل کنند.
در گیربکس های اتومات به جای استفاده از چرخ دنده های جداگانه سرعتهای مختلف از ترکیب دندههای مختلف حاصل می شود.
موتور نیرو را به گیربکس می دهد و با شفت خروجی قدرت به چرخ ها انتقال مییابد یعنی کاهش یا افزایش مییابد. مثلا وقتی گیربکس در حالت Reverse می باشد دنده حلقه بیرونی توسط دنده کوچک خورشیدی به عقب چرخانده میشود. در حالت پارک و … نیز به همین ترتیب گیربکس عمل می کند.
جعبه دنده های اتومات از چهار قسمت اصلی مکانیکی، برق، کامپیوتر و هیدرولیکی تشکیل شده است.
در ادامه عناصر کلیدی گیربکس اتومات همراه نحوه کارکردشان را بررسی می کنیم.
1)نقش هیدرولیک در جعبه دنده اتوماتیک
رایجترین نوع گیربکس اتوماتیک از نیروی هیدرولیک برای تعویض دنده استفاده میکند. این دستگاه یک مبدل گشتاور یا جفت مایع را با چرخ دنده ها ترکیب میکند که محدوده دنده مورد نظر را برای خودرو فراهم مینماید. مبدل گشتاور، موتور را به گیربکس متصل کرده و از مایع تحت فشار برای انتقال نیرو به چرخ دندهها استفاده میکند.
مایع داخل گیربکس توسط یک پمپ روغن تحت فشار قرار می گیرد، که اجازه می دهد دوران باتوجه به سرعت خودرو، چرخش لاستیک در دقیقه (سرعت حرکتی) و سایر عوامل تغییر کند.
پمپ دندهای بین چرخ دنده سیاره ای و مبدل گشتاور قرار می گیرد، جایی که سیال یا روغن را از یک مخزن می کشد و تحت فشار قرار می دهد. ورودی پمپ نیز مستقیماً به محفظه مبدل گشتاور متصل شده و به صفحه فلکس موتور وارد میشود.
هیدرولیک در جعبه دنده اتوماتیک چندین وظیفه مهم دارد که عبارتند از:
- رساندن روغن، تحت فشار به همه قسمت های گیربکس
- تنظیم فشار روغن، جهت استفاده دنده ها به کمک کنترل ولوها
- انجام روغن کاری قطعات گیربکس
- خنک کاری گیربکس
2)نقش پمپ در جعبه دنده اتوماتیک
با توجه به جایگاه پمپ که در جلوی گیربکس است، با استارت و شروع کار موتور، پمپ نیز جهت تامین فشار روغن به حرکت در می آید.
3)نقش ECU و سنسورها در جعبه دنده اتوماتیک
ECU و سنسورها در جعبه دنده اتوماتیک تمام موارد لازم از جمله سرعت اتومبیل، دور موتور، پدال گاز و … را با همه حسگرهای مربوطه رصد میکند که در مواقع لزوم مثل تعویض دنده ها و … به سرعت عمل کنند.
4)مبدل گشتاور در گیربکس اتوماتیک
مبدل گشتاور یکی از مواردی بوده که منجر به توسعه گیربکس اتوماتیک شد.
مبدل گشتاور اساساً عملکردی را انجام میدهد که یک کلاچ مکانیکی در گیربکس دستی انجام میدهد. مبدل گشتاور اتصال موتور به موتور و قطع شدن آن از موتور یا نیروی محرکه را در صورت لزوم برای تسهیل تعویض دنده ها فعال میکند.
استفاده از دینامیک سیال می تواند در صورت نیاز خودرو، برای حرکت رو به جلو، گشتاور را از موتور منتقل نماید، اما در صورت عدم تمایل حرکت رو به جلو، این گشتاور را جذب میکند.
5)چرخ دنده های سیاره ای
همانطور که گفته شد یک گیربکس اتوماتیک متفاوت از گیربکس دستی نسبت های دنده را انتقال و تعویض می کند. یعنی از مجموعه ای از دنده های سیاره ای برای ایجاد چندین نسبت دنده استفاده مینماید چرا که هیدرولیک گیربکس اتوماتیک آنها را کنترل می کند. پس چرخ دنده های سیاره ای اجزای جدا نشدنی از گیربکس اتوماتیک هستند.
چرخ دنده های سیاره ای شامل: چرخ دنده های خورشیدی، صفحه حامل چرخ دنده سیاره ای و چرخ دنده رینگی می باشند که می توان با ترکیب این ها نسبت های دنده ای مختلفی را ایجاد نمود که هر کدام با توجه به حالت دنده ای مختلف می توانند نقش متحرک، ثابت یا به عنوان محرک را داشته باشند.
اگر ماشین شما یک مبدل گشتاور و یک دنده افزایشی داشته باشد، سرعت افزایشی شما به شدت توسط محدوده عملیاتی موتور و توانایی تولید گشتاور محدود می شود. به همین علت تعویض دنده ضروری است که این کار توسط چرخ دنده سیاره ای انجام میگردد.
6)کلاچ و ترمز چند صفحهای
کلاچ و ترمز چند صفحه ای تغییر دنده را در مجموعه دنده سیاره ای فعال میکنند.
صفحه های ترمز برای ثابت نگه داشتن یک دنده خاص، سفت یا برای فعال کردن چرخ دنده، شل می شوند و این ترکیب دندههای ثابت و چرخان در مجموعه دنده است که هر نسبت، دنده جداگانه را تولید میکند.
کلاچ های گیربکس عملکرد مشابهی داشته و به تعیین نسبت دنده خاصی که مجموعه دنده سیاره ای در آن لحظه ایجاد می کند کمک می کنند.
رفتن از یک نسبت دنده به ضریب دنده دیگر مستلزم سفت شدن و شل شدن کلاچ ها و ترمزهای صفحه ای میباشد.
این مورد بوسیله هیدرولیک، الکترونیک یا ترکیبی از هر دو در گیربکس های اتوماتیک انجام می شود.