سيستم هاي هيدروليكي گيربكس اتوماتیک

[Asghar2000]

هنگام مطالعه اصول هيدروليك در بخشدوم چند نوع از سوپاپ‌هاي تنظيم فشار و سوپاپ‌هاي سويچينگ را بررسي كرديم. در اينبخش ياد خواهيم گرفت كه اين سوپاپ‌ها در درون گيربكس اتوماتيك چگونه عمل مي كنند. همچنين پمپ‌هايي كه با سه نوع فشار هيدروليكي مختلف گيربكس اتوماتيك را آماده كارمي‌كنند، بررسي مي كنيم. سپس اين فشارها را در درون مجراها و سوپاپ‌ها دنبال ميكنيم و ياد مي گيريم كه چگونه اين فشارها با هم براي كنترل تعويض مستقيم و معكوسدنده عمل مي‌كنند.

فشارهاي موجود در گيربكس اتوماتيك
قبلاز شروع بررسي جزئيات پمپ ها و سوپاپ‌هاي گيربكس، لازم است بطور خلاصه نگاهي به سهفشار اصلي موجود در گيربكس اتوماتيك بياندازيم:
1ـ فشار خط اصلي Main Line Pressure
2ـ فشار گاز Throttle Pressure
3ـ فشار گاورنر Gorernor pressure

به خاطر داريد كه براي ايجاد فشار هيدروليك بايستي يك چشمه جريان سيال ومقاومتي در برابر آن جريان وجود داشته باشد. درگيربكس هاي اتوماتيك، پمپ همان ايجادكنندة جريان است و سوپاپ‌ها و گذرگاههاي مختلف بكار رفته باعث ايجاد فشار مي شوند.

1ـ فشار خط اصلي: Main Line Pressure

اين فشار به وسيلة پمپ (ايجاد جريان ) بوجود مي‌آيد و بوسيلة سوپاپرگلاتور فشار، در خروجي پمپ كنترل مي شود. فشار خط اصلي براي راه اندازي كلاچها وسروها، كه عضوهاي مختلفِ مجموعة دنده سياره‌اي را ترمز مي‌كنند به كار مي‌رود و ازاين طريق نسبت دنده هاي مختلف و تعويض اتوماتيك دنده فراهم مي شود. فشار اصلي به جزاين منشاء تمام فشارهاي ديگر گيربكس نيز مي‌باشد.


2ـ فشار گاز : Throttle pressure

يك فشار هيدروليكي است كه اندازة آن با زياد شدن بارموتور يا مقدار باز بودن دريچة گاز افزايش مي يابد. فشار گاز از فشار خط اصلي بوجودمي‌آيد.

3ـ فشار گاورنر : Gorernor pressure

يك فشار هيدروليكي است كه مقدار آن با زياد شدن سرعت خودروافزايش مي يابد. اين فشار از خط اصلي بوجود مي آيد و در يك سوپاپ كه به صورت گريزاز مركز كار مي‌كند و توسط شافت خروجي گيربكس مي‌چرخد، كنترل مي شود. فشار گاونر درتعامل با فشار گاز براي كنترل نقاط تعويض دنده به كار مي رود.

پمپ‌هاي هيدروليك گيربكس هاياتوماتيك:
تمام فشارهاي هيدروليكي كه در گيربكس اتوماتيك عمل مي كنند، ازجريان خروجي يك پمپ روغن استفاده مي كنند.اين پمپ از طريق يك فيلتر، روغنِ مخزن رامي‌كشد .
درگير بكس هاي امروزي سه نوع پمپ بكار مي رود:
ـ ـ دنده‌اي Gear Pump
ـ ـ روتوري Rotor pump
ـ ـ پره اي. Vane Pump

پمپ دنده‌اي و روتوري، پمپ با جابجايي مثبت ياجابه جايي ثابت ناميده مي شود. زيرا حجم سيالي كه در هر بار گردش پمپ زياد مي شودحجم سيال جابه جا شده توسط آن در هر دقيقه بيشتر مي‌شود، با اين حال حجم روغن پمپشده به ازاي يك دور گردش ثابت مي ماند.
امّا پمپ هاي پره اي كه در گيربكس هايمدرن بكار مي روند، پمپ با جابجايي متغير ناميده مي شوند زيرا مقدار روغن پمپ شدهبه ازاي هر دور گردش مي تواند تغيير كند. خروجي پمپ بطور اتوماتيك براساس نيازگيربكس به روغن تنظيم مي شود و هيچگونه بستگي مستقيم بين سرعت پمپ و مقدار جريانسيال وجود ندارد.
پمپ گيربكس هاي اتوماتيك در قسمت جلو بدنة گيربكس نصب شده وتوسط تورك كنورتور به حركت در مي‌آيد. در خودروهاي محرك جلو نيز پمپ ممكن است توسطتورك كنورتور و يا يك شافت مجزا به حركت در آيد. بيشتر گيربكس هاي قديمي يك پمپثانويه داشتند كه در ناحية عقب بدنة گيربكس نصب مي‌شود و بوسيلة شافت خروجي به حركتدر مي‌آمد. پمپ عقب در گيربكس‌هاي ساخت آمريكا از اواخر دهة 60 به بعد حذفشد.

فشار خط اصلي
همانطور كه مي دانيم برايايجاد فشار بايستي در مقابل خروجي پمپ مانعي ايجاد شود. چنانچه هيچ مانعي وجودنداشته باشد، دبي پمپ قابل اندازه گيري است؛ امّا فشار صفر است. در وا قع در سيستمهيدروليك گيربكس هاي اتوماتيك موانع زيادي براي ايجاد فشارهاي مختلف وجود دارد. مجراي خروجي پمپ يك مانع نسبي در برابر جريان روغن محسوب مي شود و به همين دليلمعابر و خطوط روغن نيز موانعي در برابر جريان هستند.

اولين مانع اساسي درسيستم كه براي كنترل فشار اصلي بكار مي رود، سوپاپ تنظيم (رگلاتور) فشار است. سايرسوپاپ ها از قبيل سوپاپ هاي تقويت كننده، سوپاپ كنترل دستي و سوپاپ‌هاي تعويض ازطريق اعمال فشار اصلي بر روي آنها عمل مي كنند. البته فشار اصلي تنها موجود درسيستم هيدروليك ايجاد مي شود. امّا تمام آنها وابسته به فشار اصلي هستند و توسطسوپاپ‌هايي با كاربرد تنظيم فشار كار مي كنند. از قبيل سوپاپ گاز و سوپاپ گاورنر كهطرز ايجاد اين فشارها را بررسي مي‌كنيم.

سوپاپ تنظيم فشار (رگلاتور(
از آنجا كهحجم ارسال پمپ با افزايش سرعت زياد مي شود اگر در برابر جريان روغن مانعي ساده وثابت مانند يك اريفيس وجود داشته باشد، فشار نيز با زياد شدن سرعت پمپ افزايش مييابد. در چنين سيستمي فشار به سرعت به حدّي كه بتواند به قطعات مختلف گيربكس آسيببرساند خواهد رسيد. بنابراين لازم است فشار تنظيم شود. اين كار بوسيلة سوپاپرگلاتور فشار كه در مقابل جريان روغن ايجاد يك مانع متغير مي كند ايجاد ميشود.

يك مانع متغير عبارتست از يك مجرا كه اندازة آن به منظور تغيير در فشارايجاد شده توسط مانع مي‌تواند تغيير كند. سوپاپ رگلاتور فشار حد بالا و حد پائينفشار روغن خط اصلي را براي پاسخگويي به شرايط مختلف گيربكس كنترل مي‌كند. فشار خطاصلي عملاً از رگلاتور فشار به بعد آغاز مي شود. امّا در نقشه هاي هيدروليكي اغلبمستقيماً از پمپ منشعب مي شود. فشار بين پمپ و سوپاپ تقريباً برابر با فشاري است كهروغن هنگام ترك سوپاپ و ورود به مدار خط اصلي دارد. واين در نتيجه اثر توازن درسوپاپ است.

هنگامي كه موتور روشن مي شود روغن از پمپ واردسوپاپ مي‌شود. در ابتدا روغن مستقيماً براي پر كردن مبدل گشتاور و خط اصلي از ميانسوپاپ عبور مي‌كند به محض آنكه اين فضاها از هوا تخليه شوند فشار در مدار هيدروليكايجاد مي شود. اين فشار بر سطح انتهايي سوپاپ عمل كرده و آن را بر خلاف نيروي فنرحركت مي دهد. مادامي كه فشار روغن بر نيروي فنر غلبه نكند تمام خروجي پمپ در اختيارمدارات اصلي گيربكس قرار مي‌گيرد. اگر دور موتور زياد شود حجم روغن ارسالي توسط پمپبه سوپاپ هم افزايش مي يابد.در نتيجه فشار روغن اعمال شده بر سوپاپ هم افزايش مييابد. در نتيجه فشار روغن اعمال شده بر سوپاپ هم افزايش مي‌يابد و سوپاپ مخالفنيروي فنر، آنقدر حركت مي كند تا مجراي خروجي را باز كند
در گيربكسي كه پمپ آناز نوع دنده‌ايي يا روتوري است فشار اضافي با جاري شدن روغن از مجراي خروجي وبازگشت آن به سمت مكش پمپ آزاد مي شود امّا در يك گيربكس مجهز به پمپ با جابجاييمتغير بخشي از فشار اضافي به ناحيه پشت كمربند لغزان براي كاهش جابجايي پمپ و درنتيجة آن كاهش جريان روغن هدايت مي شود و در هر صورت گيربكس از آسيب احسالي ناشي ازفشار زياد حفاظت مي شود.

در بيشتر گيربكس‌ها فشار از پمپ مستقيماً به سمتسوپاپ كنترل دستي و ساير سوپاپ هاي سيستم هيدروليك هدايت مي شود. اين امر عملي استزيرا تمام روغن قبل از رفتن به سمت ساير سوپاپ‌ها مجبور نيستند كه از ميان رگلاتورفشار عبور كنند. همانطور كه در بخش دوم ملاحظه كرديد، فشار در داخل يك سيستم بستههيدروليك در هر جايي از مدار يكسان است. لذا مي توانيد مدار فشار خط اصلي را بهعنوان يك مدار بسته منفرد تصور كنيد. در اين صورت اهميتي ندارد كه سوپاپ رگلاتورفشار در چه قسمتي از مدار نصب شود، چون به هر حال فشار در تمام نقاط مدار را تنظيمخواهد كرد.

سوپاپ هاي تعويض
سوپاپ تعويض يك سوپاپقطع و وصل (سويچينگ ) يا جهت دهنده است كه از فشار گاورنر و فشار گاز براي تعيينزمان تعويض و اجراي تعويض در يك گيربكس استفاده مي كند. به همين دليل سوپاپ تعويضسوپاپ تايمينگ نيز ناميده مي شود. سوپاپ تعويض قادر است با اندازه گيري گشتاورموتور( به وسيلة فشار گاز ) و سرعت خودرو ( به وسيلة گاورنر ) تحت هر شرايطي ازرانندگي تعويض به دندة بالاتر (مستقيم ) و به دنده پائين تر (معكوس) را به طرزصحيحي زمان بندي و اجرا كند.
اغلب گيربكس ها چندين سوپاپ تعويض دارند كه تعويضدنده‌هاي مورد نياز را كنترل مي‌كنند هنگامي كه فشار گاورنر بر فشار گاز و فشار فنرغلبه كند تعويض به دنده بالاتر توسط سوپاپ تعويض انجام مي‌شود.

فشار گاورنر به سمت راست سوپاپ تعويض و فشار گازبه سمت چپ آن اعمال مي شود. يك فنر مارپيچي نيز در طرف چپ سوپاپ قرار گرفته است. فشار خط اصلي به سوپاپ تعويض هدايت شده امّا يكي از پيستون ها مسير روغن را مسدودكرده است. اگر سرعت خودرو افزايش يابد، فشار گاورنر نيز زياد مي شود. در لحظه‌اييكه فشار گاورنر بر فشار گاز و فشار فنر غلبه كند سوپاپ را به طرف چپ هدايت مي كند.
در نتيجه حركت سوپاپ تعويض فشار خط اصلي مي تواند از بين قرقره ها به طرف يكمدار كارانداز (باند ياكلاچ) خارج شود. البته هنگامي كه يك سوپاپ تعويض حركت مي كندبايد حركت آن سريع و تقريباً ناگهاني باشد و اجازه نيابد به جلو و عقب حركت كند قبلاز اينكه به اين موضوع بپردازيم ابتدا مي خواهيم بدانمي فشار گاز و فشار گاورنرچگونه ايجاد مي شوند و هدف از ايجاد آنها چيست؟

فشار گاز
همانطور كه قبلاً تشريح شدفشار گاز يكي از فشارهاي مورد استفاده در كنترل نقاط تعويض به دنده بالاتر (UP Shift ) و به دنده پائينتر (Down Shist )در يك گيربكس اتوماتيك است.

فشارگاز اين وظيفه را متناسب با بار موتور يا گشتاور خروجي كه در هر لحظه مستقيماًوابسته به شرايط رانندگي است، به انجام مي رساند.
در بيشتر گيربكس ها از فشارگاز براي كمك به تنظيم فشار خط اصلي استفاده مي شود. زماني كه گشتاور خروجي موتورزياد است در گيربكس ها درگيري محكم‌تر كلاچها و ب اندها براي جلوگيري از لغزش ضرورياست. براي دستيابي به فشار بيشتر در خط اصلي، فشار گاز ( يا شكل تغيير يافته‌اش) ازطريق كانالهايي به سمت سوپاپ تقويت كننده واقع در يك طرف رگلاتور فشار هدايت مي‌شود.

كاربرد هيدروليك
سيستم‌ هاي هيدروليكگيربكس‌هاي اتوماتيك مدرن تعويض هاي مستقيم و معكوس دنده‌ها را براي هماهنگ كردنسرعت خودرو و گشتاور موتور به منظور دستيابي به عملكرد موثر و روان فراهممي‌كنند.امّا كاربرد سيستم هيدروليك تنها راه براي اجراي تعويض اتوماتيك در يكگيربكس نيست. بعضي از سازندگان خودرو در گيربكس هاي اتوماتيك اوليه از سيستم‌هاياكركي و خلايي براي كنترل تعويض بهره مي گرفتند.
سبيمپلي ماتيك كرايسلر مدل سال 1940 چهار سرعته از نوعدنده كشوئي و متصل به يك كوپلينگ هيدروليكي بود. اهرم تعويض دنده بوسيله سرووهايخلايي كه خلاء آن بوسيلة سيستم الكتريكي بالا كنترل مي شد بكار مي افتاد.
كمپانيكرايسلر، مدلهاي گوناگون اين گيربكس را تحت نام هاي تجاري مختلف تا سال 1953 يعنيهنگامي كه اولين گيربكس تمام اتوماتيك خود را معرفي كرد مورد استفاده قرارداد.

سوپاپ گاز مكانيكي
Mechanically Operated Throttle Valve
براي درك طرز كار سوپاپ گاز به شكل يك سوپاپ گاز مكانيكيساده نگاه مي‌كنيم.
اين سوپاپ گاز شامل يك سوپاپ قرقره اي يك فنر و يك پالانچراست كه همة آنها در يك محفظه قرار گرفته اند. يك اهرم از سوپاپ گاز خارج شده و بهدريچه گاز كاربراتور موتور وصل است. هنگامي كه موتور خاموش است و سوپاپ بسته است. پيستون سمت چپ سوپاپ دريچه ورود فشار خط اصلي را مسدود مي كند. چنانچه در حالت روشنبودن موتور دريچه گاز باز شود يك اهرم مكانيكي قرقره سوپاپ را به سمت چپ حركت ميدهد. در نتيجه مجراي ورود روغن باز شده و فشار خط اصلي به داخل سوپاپ جاري مي شوددر اين نقطه فشار خط اصلي به فشار گاز تبديل مي شود.

سوپاپ تعويض معكوس Down Shift Valve
قبل از خاتمه اين بحث بايد اطلاعاتي درباره سوپاپ‌هاي كه هنگام باز شدنكامل دريچه گاز باعث افزايش فشار گاز مي‌شوند و موجب اجراي تعويض به دنده سنگين ترمي شود داشته باشيد. اين سوپاپ‌ها را ممكن است با اسامي 1ـ سوپاپ تعويض معكوس Dawnshift 2ـ سوپاپ پرش به عقب (kickdown ) و يا سوپاپ بازدارنده Detent بنامند.
در هر صورت هنگامي كه دريچه گاز باز مي شود سوپاپ تعويض معكوس فشارسوپاپ گاز را تقويت مي كند و يا يك فشار كمكي براي اجراي تعويض معكوس ايجاد مي كنداين فشار براي غلبه بر فشار گاورنر بر سوپاپ تعويض مورد نظر اعمال شده و تعويض بهدنده سنگين‌تر اجرا مي شود.

فشار گاورنر
فشار گاورنر در جهت عكسفشار گاز براي كنترل نقاط تعويض مستقيم (UP Shift ) و معكوس (DOWN Shift ) متناسببا سرعت جاده ايي خودرو به سوپاپ تعويض اعمال مي‌شود. فشار گاورنر از فشار خط اصليبه وجود مي آيد و به وسيلة سوپاپ گاورنر كنترل مي شود. سوپاپ گاورنر به وسيلة شافتخروجي گيربكس به حركت در مي‌آيد و سرعتش با افزايش سرعت خودرو زياد مي‌شود. اگرسرعت شافت خروجي زياد شود فشار گاورنر نيز زياد مي‌شود وقتي كه سرعت شافت خروجيثابت بماند فشار گاورنر نيز در يك حدّ معين براي آن سرعت متعادل مي شود.
درمدارات هيدروليك گيربكس هاي ساخت آمريكا سه نوع گاورنر به كار رفته است.

1ـگاورنر با محرك دنده‌ايي و سوپاپ قرقره‌ايي

2ـ گاورنر با محرك دنده‌ايي وسوپاپ‌هاي ساچمه‌اي مانع

3ـ گاورنر نصب شده روي شافت خروجي با سوپاپقرقره‌اي

تنظيم زمان بندي تعويض
هر دو نوع سوپاپگاز خلايي و مكانيكي را مي توان جهت تنظيم دقيق، زمان بندي تعويض كه در نتيجه سرعتكمتر و بيشتر خودرو اتفاق مي‌افتد آماده نمود.

اين عمل بوسيلة افزايش و ياكاهش نيرويي كه اهرم مكانيكي و يا مدولاتور خلايي بر سوپاپ گار اعمال مي‌كند انجاممي شود. هنگامي كه نيروي اعمال شده بر سوپاپ گاز زياد مي شود فشار گاز افزايش مييابد بنابراين در سوپاپ تعويض فشار گاورنر بيشتري براي غلبه بر فشار گاز مورد نيازاست و تعويض در سرعت هاي بالاتر انجام مي شود. وقتي كه فشار اعمال شده بر سوپاپ گازكاهش ي‌يابد، فشار گاز نيز كاهش مي‌يابد. بنابراين در سوپاپ تعويض ب فشار گاكمتري احتياج است و تعويض در سرعت هاي كمتر انجام مي شود.
براي تنظيم سوپاپ گازمكانيكي طول اهرم ها كوتاه و بلند مي‌ شوند . در سوپاپ گاز خلايي براي تنظيم، كپسولرا بيشتر يا كمتر در داخل بدنة گيربكس پبيچ مي‌كنند و يا يك پيچ در طرف لوله خلاييبراي تغيير كشش فنر در درون كپسول پيچانده مي شود.
سازندگان خودرو مشخصاتي براياهرم بندي و يا مدلاتور خلايي سوپاپ گاز ارائه مي‌كنند تا خودروهايشان در بهترينمحدوده عملكرد موتور تعويض‌ها را انجام دهند

منبع : انجمن علمي مهندسي مكانيك دانشگاه شهركرد
http://www.safmechanic.com/farsi/article_read.asp?id=493