كيف تعمل ناقلات الحركة الأوتوماتيكية: محولات عزم الدوران والتروس والنقل موضح

السائقون الذين لم يضغطوا على دواسة القابض قط يعتمدون على سلسلة من الأجزاء الميكانيكية والهيدروليكية التي تعمل في كل مرة تنطلق السيارة أو تغير السرعة. في قلب أي علبة تروس أوتوماتيكية توجد مهمتان: السماح للمحرك بالعمل بدون حمل بدون توقف السيارة، وتغيير النسبة بين سرعة المحرك وسرعة العجلة بدون أن يختار السائق نسبة.

محول عزم الدوران يقوم بعمل القابض

في النوع الأكثر شيوعاً من الناقل الأوتوماتيكي، يتم استبدال القابض الميكانيكي بغلاف محكم الإغلاق مملوء بالسائل يسمى محول عزم الدوران. وفقاً لموقع مرجع ميكانيكا السيارات How a Car Works، يحتوي على ثلاثة أجزاء رئيسية: مضخة مرتبطة بعجلة المحرك، وتوربين متصل بعمود إدخال علبة التروس، وردود فعل مركزية مزودة بقابض أحادي الاتجاه.

عندما تدور المضخة مع المحرك، فإنها ترمي سائل الناقل للخارج في التوربين، الذي يدير عمود إدخال علبة التروس. عند سرعة محرك منخفضة، يبقى رد الفعل ثابتاً ويعيد توجيه السائل إلى المضخة، مما يضاعف عزم الدوران ويساعد السيارة على الانطلاق من حالة سكون. بمجرد أن تزيد سرعة المحرك، يتحرر رد الفعل والمحول يعمل ببساطة كعجلة سائل، كما يشرح How a Car Works.

تقرير من المنفذ الأسترالي CarsGuide أن هذا الارتباط السائل هو السبب في أن الناقلات الأوتوماتيكية ذات محول عزم الدوران تشعر بنعومة وتوفر قوة سحب قوية عند السرعات المنخفضة. المقابل، من الناحية التاريخية، كان كفاءة أقل من الارتباط الميكانيكي المباشر، وهذا هو السبب في أن معظم وحدات محول عزم الدوران الحديثة تضيف وظيفة القفل بمجرد أن تكون السيارة بسرعة، ربط المضخة والتوربين ميكانيكياً لتقليل فقدان الطاقة، وفقاً لـ CarsGuide.

التروس الكوكبية تغير النسبة بدون تغيير التروس

بمجرد وصول الطاقة إلى علبة التروس، تمر عبر مجموعة واحدة أو أكثر من مجموعات التروس الكوكبية. يوضح How a Car Works هذه كترس شمسي مركزي، وترس حلقي خارجي به أسنان داخلية، وعدد من التروس الكوكبية الأصغر التي تتشابك مع كليهما. جميع الأجزاء الثلاثة في اتصال دائم، لذلك لا يتعين على الناقل أن يشغل أو يفصل فعلياً زوج من التروس بالطريقة التي تفعلها علبة يدوية.

بدلاً من ذلك، تمسك أشرطة الفرامل المشغولة هيدروليكياً والمخالب متعددة الصفائح أجزاء مختلفة من مجموعة التروس ثابتة أو تتركها تدور بحرية. يسرد How a Car Works المزيج الأساسي: قفل الترس الشمسي بينما يقود الناقل الكواكب ينتج عنه زيادة السرعة؛ قفل ترس الحلقة وقيادة الترس الشمسي ينتج عنه انخفاض السرعة؛ إرسال الطاقة إلى الترس الشمسي بينما الفرملة على ناقل الكوكب ينتج عنه العكس؛ وقفل الترس الشمسي وأسنان الحلقة معاً ينتج عنه القيادة المباشرة، بنسبة واحد إلى واحد.

يمكن لمجموعة كوكبية واحدة مستخدمة بهذه الطريقة أن توفر بالفعل عدة نسب. ربط مجموعتين بيضاويتين، أبسط تخطيط كلاسيكي، يمكن أن ينتج ثلاث سرعات أمامية، كما يلاحظ How a Car Works؛ يربط الصانعون مجموعات وعقاريب أكثر معاً للوصول إلى ناقلات الحركة ذات خمس وست وثماني وتسع وعشر سرعات الشائعة في سيارات اليوم.

الهيدروليكا والإلكترونيات تقرر متى تنقل

يتم تشغيل تسلسل القفل داخل علبة التروس بواسطة الضغط الهيدروليكي الذي يعمل على أشرطة الفرامل والمخالب، الموجهة من خلال ما يسميه How a Car Works ترتيب معقد من الصمامات الهيدروليكية. في التصاميم القديمة، تستجيب تلك الصمامات ميكانيكياً لحمل المحرك وسرعة الطريق وموضع دواسة الوقود؛ آلية الركلة تفرض نقصاً متدرجاً للحصول على تسارع إضافي عند الضغط على دواسة الوقود حتى النهاية. في السيارات الحديثة، تقوم المستشعرات الإلكترونية وجهاز كمبيوتر التحكم بنفس المهمة، فتح وإغلاق صمامات سوليد لتوقيت كل نقل.

ثلاث طرق مختلفة لبناء ناقل أوتوماتيكي

لا تعمل كل علبة تروس ذاتية التحويل بنفس الطريقة. تقسم CarsGuide الناقلات الأوتوماتيكية الحديثة إلى ثلاث عائلات رئيسية، بالإضافة إلى نوع رابع قديم ومتقطع إلى حد كبير.

• ناقل أوتوماتيكي مع محول عزم الدوران — يستخدم الاقتران السائل الموصوف أعلاه؛ عزم دوران قوي بسرعة منخفضة وتحولات سلسة، توجد في علامات تجارية مثل Mazda و Lexus، وفقاً لـ CarsGuide.
• ناقل ثنائي القابض (DCT) — في الواقع علبتا تروس يدويتان تتشاركان نفس العلبة، كل منها بقابضها الخاص؛ يتم اختيار سابق لترس واحد بينما يتم اشتراك الآخر، لذلك يتبادل النظام القوابض لتغيير النسبة في أجزاء من الثانية مع فقدان عزم دوران أدنى. تستشهد CarsGuide ببرنامج التشغيل Volkswagen DSG وNissan GT-R وFerrari 488 GTB وMcLaren 650S كأمثلة.
• ناقل حركة متغير بشكل مستمر (CVT) — لا يوجد تروس ثابتة على الإطلاق؛ حزام أو سلسلة تعمل بين بكرتين قطرهما الفعلي يتغير، مما يعطي، بكلمات CarsGuide، إجراء مثل شريط مطاط على مخروط حركة المرور وعدد غير محدود نظرياً من النسب لأقصى كفاءة وقود.
• قابض أوتوماتيكي يدوي واحد — تصميم قديم يتحكم فيه جهاز كمبيوتر قابض واحد على علبة تروس يدوية تقليدية؛ تصف CarsGuide تحولاتها بأنها متشنجة ومتأخرة وتقول أن هذا النوع الآن قديم إلى حد كبير.

للمقارنة، تلاحظ CarsGuide أن علب التروس اليدوية التقليدية عادة ما تحتوي على ست سرعات أمامية، مع بعض سيارات الرياضة مثل Porsche 911 تقدم سبع.

لماذا يحدث فرق في القيادة اليومية

يؤثر نوع الناقل الأوتوماتيكي تحت الأرضية على شعور السيارة بدلاً من مجرد ما إذا كانت تحتوي على دواسة قابض. الاقتران السائل في محول عزم الدوران بالناقل الأوتوماتيكي هو ما يسمح للسيارة بالزحف للأمام في وضع البطالة بدون توقف المحرك، وهي سمة تعزوها How a Car Works مباشرة لتصميم محول عزم الدوران. قابضا DCT هما ما يسمحان لسيارات الأداء بتغيير النسبة بدون الفجوة القوية المحسوسة في الناقلات الأوتوماتيكية الأقدم، وفقاً لـ CarsGuide. غياب CVT للنسب الثابتة هو ما يسمح للمحرك بالبقاء بالقرب من سرعته الأكثر كفاءة بغض النظر عن سرعة الطريق، والذي تسرده CarsGuide كميزتها الرئيسية، بدعم من صوت محرك ثابت وغير تقليدي قد يلاحظه بعض السائقين.