کوپلينگ هيدروليک

يک کوپلينگ هيدروليکي شامل يک پمپ (ايمپلر) و يک توربين با پره هاي داخلي است که روبروي هم قرار گرفته اند. پمپ بوسيله يک صفحه به فلايويل متصل است و توربين نيز به شافت ورودي گيربکس متصل مي شود. پمپ عضو محرک و توربين عضو متحرک است. (شکل1-21)

پمپ و توربين هر دو در يک محفظه آب بندي شده قرار دارند. روغن بوسيله پمپ داخل گيربکس به داخل محفظه کوپلينگ ارسال مي شود. زماني که ايمپلر بوسيله موتور مي چرخد  پره هايش روغن را گرفته و به سوي توربين پمپ مي کند. سيال در داخل کوپلينگ دو مسير را طي مي کند : جريان گردابي و جريان دوراني.

جريان دوراني سيال ، مسير دايره اي است که در نتيجه چرخش ايمپلر ايجاد مي شود. به عبارت ديگر سيال حول دايره اي که محور آن ميل لنگ و محور ورودي گير بکس است جريان مي يابد. از طرفي هنگامي که سيال در مسير دايره اي حرکت مي کند، نيروي گريز از مرکز آن را به سوي کناره هاي ايمپلر پرتاب مي کند. بخاطر انحناء ايمپلر هنگامي که سيال به کناره هاي خروجي ايمپلر مي رسد به دور خود مي چرخد و به سوي توربين جاري مي شود. سپس سيال در يک مسير چرخشي ثانويه که با مسير جريان دوراني اوليه زاويه 90 در جه مي سازد جاري مي شود. جريان روغن در اين مسير را جريان گردابي مي نامند.

سيال در کوپلينگ هيدروليکي بطور همزمان هر دو مسير دوراني و گردابي را مي پيمايد. جريان دوراني که به وسيله ايمپلر ايجاد مي شود گشتاور چرخشي موتور را حمل مي کند. گشتاور بدون جريان گردابي که سيال را از ايمپلر تا توربين حرکت مي دهد نمي تواند به گير بکس منتقل شود.

نيروي چرخشي پره هاي ايمپلر به صورت ترکيبي از جريان هاي گردابي و چرخشي سيال بر روي پره هاي توربين اعمال مي شود. سيالي که ايمپلر در حال چرخش را ترک مي کند و به سوي توربين جاري مي شود هنگام خروج تنها داراي حرکت گردابي و يا دوراني نيست بلکه داراي ترکيبي از هر دو حرکت است.

شکل1-21 اجزا و عملکرد کوپلينگ هيدروليکي

      مسير جريانهاي تر کيب شده يک نيروي برآيند توليد مي کند که از ايمپلر تحت زاويه خاصي به سوي توربين خارج مي شوند. هنگامي که نيروي سيال پرتاب شده به سوي توربين به قدر کافي باشد، توربين مي چرخد و شافت ورودي گيربکس را مي گرداند. (شکل1-22)   

شکل1-22 نماي کلي از يک کوپلينگ هيدروليکي

مبدل گشتاور

مبدل گشتاورشامل سه عضو است که در داخل محفظه اي که بوسيله پمپ گيربکس پر از روغن   مي شود قرار دارند. اين سه عضو عبارتند از :

-  ايمپلر Impler

-  توربينTurbine  

-  استاتور Stator  

تعداد پره هاي پمپ و توربين برابر نيستند و براي جلوگيري از ايجاد ضربه و تشديد در چرخش آنها معمولاً دو سه پره با هم اختلاف دارند. (شکل1-23)

شکل1-23 اجزاي مختلف مبدل گشتاور

 
روغن هايي که بوسيله پمپ به مبدل ارسال مي شوند، به وسيله پره هاي ايمپلر جذب شده و از طريق جريان گردابي و دوراني مشابه کوپلينگ هيدروليکي به طرف توربين پرتاپ مي شوند. بزرگترين اختلاف بين جريان روغن درون مبدل درمقايسه با کوپلينگ اين است که در مبدل هنگام کم بودن سرعت افزايش گشتاور ايجاد مي شود. افزايش گشتاور هنگامي که روغن پره هاي توربين را ترک و به قسمت مقعر پره هاي استاتور برخورد مي کند ايجاد مي شود. اين پره ها مسير روغن خارج شده از توربين را اصلاح مي کنند. بنابراين روغن هاي در حال پمپ شدن از سوي ايمپلر را به تيغه بعدي توربين هدايت مي کنند. نيروي جريان روغن از استاتور، با شتاب دادن به جريان روغن در حال ارسال از ايمپلر مقدار گشتاور منتقل شده از ايمپلر به توربين را افزايش مي دهد. اين حالت مرحله افزايش گشتاور ناميده مي شود. (شکل1-24)

شکل1-24 اجزا و عملکرد مبدل گشتاور
 

افزايش گشتاور زماني صورت مي گيرد که جريان گردابي يک چرخش کامل از ايمپلر به توربين و دوباره از طريق استاتور به ايمپلر انجام دهد. اين حالت بدين معني است که تورک کنورتور، گشتاور موتور را به تناسب نسبت سرعت بين ايمپلر و توربين افزايش مي دهد. در نسبت سرعت هاي پايين هنگامي که ايمپلر به سرعت، اما توربين به آرامي مي چرخد جريان گردابي شديد است، لذا افزايش گشتاور نيز زياد خواهد بود. به محض اينکه توربين سريعتر بچرخد و به سرعت ايمپلر برسد جريان دوراني افزايش مي يابد. که در اين صورت ، هم جريان گردابي و هم افزايش گشتاور کاهش مي يابد. هنگامي که نسبت سرعت به 90% برسد افزايش گشتاور کمترين مقدار است . هنگامي که نسبت سرعت ايمپلر و توربين به 90% برسد، جريان روغن در مبدل تقريباً دوراني مي شود و زاويه جريان روغن از توربين به استاتور به خط مستقيم نزديکتر مي گردد. در نتيجه جريان روغني که به قسمت محدب (پشت پره) استاتور برخورد مي کند بيشتر از قسمت مقعر است. هنگامي که سرعت جريان روغن افزايش يابد بطوريکه بتواند استاتور رادر جهت عقربه هاي ساعت بگرداند، ايمپلر، توربين و استاتور در يک جهت و تقريبا با يک سرعت مي چرخند. اين مرحله کوپلينگ مبدل ناميده مي شود.

از مزاياي مهم استفاده از مبدلهاي گشتاور نسبت به کلاچهاي معمولي اين است که انتقال گشتاور درخودروهاي شامل مبدلها به نرمي صورت مي گيرد و نياز به تنظيم خاصي ندارد. همچنين اين خودروها مي توانند با دنده درگير نيز متوقف شده و يا حرکت کنند، بنابراين در اين زمينه به مهارت خاصي از جانب راننده نياز ندارد. اما با اين حال در دورهاي بسيار پايين و در لغزش % 100 هم بعلت وجود لزجت ، هنوز مقداري گشتاور روي محور خروجي وجود دارد. شايد از بزرگترين معايب اين مبدلها اين است که در دنده هاي درگير نيز مقداري لغزش خواهيم داشت و همانند کلاچهاي اصطکاکي در هنگام درگيري مداوم راندمان 100% را نخواهيم داشت. راندمان يک کلاچ هيدروليک را اينگونه مي توان محاسبه نمود :

 &nbsp100× توان محور ورودي کلاچ / توان محور خروجي کلاچ = راندمان کلاچ هيدروليک

اخيراً براي جبران اين نقيصه از مبدل گشتاور اصطکاکي استفاده مي کنند. (شکل1-25) در اين نوع مبدلها از مزياي کلي مبدلها استفاده مي شود با اين تفاوت که جهت رفع لغزش در هنگام درگيري دائمي، سيستم کلاچ اصطکاکي که در کنار مبدل گشتاور قرار دارد مورد استفاده قرار مي گيرد، در واقع در اين حالت پمپ و توربين کلاً به يک جسم صلب تبديل شده و با هم شروع به چرخش مي کنند.

از ديگر مزاياي مبدلهاي گشتاور نسبت به کلاچهاي اصطکاکي اين است که تقريباً تمامي نوسانات سيستم انتقال قدرت يا موتور در اين نوع سيستم مستهلک مي شود و نيز بعلت عدم وجود سايش بر روي قطعات متحرک، نيازبه تعمير و نگهداري کمتري دارد.

شکل1-25

References :

 -  ” Automobile Engineering “    by   Dr. KIRPAL SINGH

-   ” Automobile Engineering “   by    K.K.JAIN

-   ” Advanced  Vehicles Technology “     by    HEINZ HEISLER

-  ” The Motor Vehicle “    by   T.K. GARRETT

-   ” Automotive Mechanics “   by   WILLIAM  HARRY CRUISE

&nbsp-  www.howstuffworks.com

-  www.carbibles.com

-  www.cvt.org

-  www.swri.edu/3pubs/ttoday/summer00/cvt.htm