نحوه‌ی کار گیربکس‌های اتوماتیک: مبدل گشتاور، چرخ‌دندهها و تغییر دنده توضیح‌شده

رانندگانی که هرگز دسته‌ی کلاچ را لمس نکرده‌اند، هنوز به سلسله‌ای از قطعات مکانیکی و هیدرولیکی متکی‌اند که در هر بار حرکت خودرو یا تغییر سرعت فعال می‌شوند. در هسته‌ی هر گیربکس اتوماتیک دو وظیفه وجود دارد: اجازه‌ی کار موتور بدون بار بدون متوقف شدن خودرو، و تغییر نسبت بین سرعت موتور و سرعت چرخ‌ها بدون اینکه راننده نسبتی را انتخاب کند.

مبدل گشتاور نقش کلاچ را انجام می‌دهد

در رایج‌ترین نوع گیربکس اتوماتیک، کلاچ مکانیکی با یک محفظه‌ی بسته‌شده و پر از مایع به نام مبدل گشتاور جایگزین می‌شود. بر اساس وب‌سایت مرجع مکانیک خودروها How a Car Works، این شامل سه قطعه‌ی اصلی است: یک توربین ثابت‌شده به دیسک موتور، یک توربین متصل به میله‌ی ورودی گیربکس، و یک راکتور مرکزی مجهز به کلاچ یک‌طرفه است.

با چرخش توربین ثابت با موتور، مایع ناقل را به بیرون به سمت توربین می‌پراند، که میله‌ی ورودی گیربکس را می‌چرخاند. در سرعت موتور پایین، راکتور ثابت می‌ماند و مایع را به توربین ثابت برمی‌گرداند، که گشتاور را ضرب‌الاجل می‌کند و به خودرو کمک می‌کند تا از حالت سکون شروع کند. هنگامی‌که سرعت موتور افزایش می‌یابد، راکتور آزادانه می‌چرخد و مبدل صرفاً به‌عنوان یک دیسک سیال عمل می‌کند، همان‌طور که How a Car Works توضیح می‌دهد.

نشریه‌ی استرالیایی CarsGuide گزارش می‌دهد که این پیوند سیالی دلیل آن است که گیربکس‌های اتوماتیک با مبدل گشتاور نرم احساس می‌شوند و قدرت کشش قوی در سرعات پایین تحویل می‌دهند. معامله‌ی متقابل، از لحاظ تاریخی، کارایی پایین‌تر از پیوند مکانیکی مستقیم بوده است، و این دلیل است که اکثر واحدهای مبدل گشتاور مدرن یک تابع قفل را هنگام حرکت خودرو اضافه می‌کنند، که توربین ثابت و توربین را مکانیکی‌طور یکپارچه می‌کند تا تلفات قدرت را کاهش دهد، بر اساس CarsGuide.

چرخ‌دندهای سیاره‌ای نسبت را بدون تغییر دنده تغییر می‌دهند

پس از رسیدن قدرت به گیربکس، از یک یا چند مجموعه‌ی چرخ‌دندهی سیاره‌ای عبور می‌کند. How a Car Works این‌ها را به‌عنوان یک چرخ‌دندهی خورشیدی مرکزی، یک چرخ‌دندهی حلقه‌ای بیرونی با دندانه‌های درونی، و مجموعه‌ای از چرخ‌دندهای سیاره‌ای کوچک‌تر که با هر دو درگیر می‌شوند، توصیف می‌کند. تمام سه قطعه همیشه در تماس هستند، بنابراین ناقل حرکت هرگز نیازی به فعال یا غیرفعال کردن واقعی یک جفت چرخ‌دندهها ندارد همان‌طور که یک جعبه دنده دستی انجام می‌دهد.

به‌جای آن، نوارهای ترمز هیدرولیکی و کلاچ‌های چند صفحه‌ای قطعات مختلفی از مجموعه‌ی چرخ‌دندهها را ثابت نگاه می‌دارند یا اجازه می‌دهند آزادانه بچرخند. How a Car Works ترکیبات اساسی را برمی‌شمارد: قفل کردن چرخ‌دندهی خورشیدی در حالی‌که ناقل سیاره‌ها را می‌چرخاند، افزایش سرعت را تولید می‌کند؛ قفل کردن چرخ‌دندهی حلقه‌ای و حرکت چرخ‌دندهی خورشیدی، کاهش سرعت را تولید می‌کند؛ ارسال قدرت به چرخ‌دندهی خورشیدی در حالی‌که ناقل سیاره‌ها ترمز می‌شود، عقب را تولید می‌کند؛ و قفل کردن چرخ‌دندهی خورشیدی و حلقه‌ای با هم، درایو مستقیم را تولید می‌کند، نسبتی یک‌به‌یک.

یک مجموعه‌ی چرخ‌دندهی سیاره‌ای استفاده‌شده به این‌گونه می‌تواند قبلاً چندین نسبت فراهم کند. جفت کردن دو مجموعه‌ی اپی‌سایکلیک، ساده‌ترین طرح کلاسیکی، می‌تواند سه سرعت رو به جلو تولید کند، همان‌طور که How a Car Works توجه‌ها می‌کند؛ تولیدکنندگان بیشتر مجموعات و کلاچ را به‌یکدیگر متصل می‌کنند تا به گیربکس‌های پنج، شش، هشت، نه و ده سرعت برسند که در خودروهای امروز رایج‌اند.

هیدرولیکا و الکترونیکا تصمیم می‌گیرند که چه زمانی دنده را تغییر دهند

دنباله‌ی قفل درون گیربکس توسط فشار هیدرولیکی عمل‌کننده‌ی نوارهای ترمز و کلاچ‌ها تحریک می‌شود، که از طریق آنچه How a Car Works یک ترتیب پیچیده‌ی صمام‌های هیدرولیکی می‌نامد، مسیریابی می‌شود. در طرح‌های قدیمی‌تر، آن صمام‌ها به‌طور مکانیکی به بار موتور، سرعت جاده و موضع دسته‌ی شتاب واکنش نشان می‌دهند؛ یک مکانیزم شتاب تغییر کاهش را برای شتاب اضافی هنگام فشردن دسته‌ی شتاب تا انتها اجباری می‌کند. در خودروهای مدرن، حسگرهای الکترونیکی و کامپیوتر کنترل همان کار را انجام می‌دهند، صمام‌های سلونوئید را برای تنظیم زمان هر تغییر باز و بسته می‌کنند.

سه روش متفاوت برای ساختن یک گیربکس اتوماتیک

هر گیربکس خود-شیفتی با یک شیوه‌کار یکسان کار نمی‌��ند. CarsGuide گیربکس‌های اتوماتیک مدرن را به سه خانواده‌ی اصلی، به‌علاوه یک نوع چهارم قدیمی و غالباً متوقف‌شده، تقسیم می‌کند.

• گیربکس اتوماتیک مع مبدل گشتاور — از الاقتران سیالی فوق‌الذکر استفاده می‌کند؛ گشتاور قوی در سرعت پایین و تحویل نرم، در برندهایی مثل Mazda و Lexus یافت می‌شود، بر اساس CarsGuide.
• ناقل دو کلاچ (DCT) — عملاً دو جعبه‌ی دستی دنده که یک محفظه‌ی یکسان را تقسیم می‌کنند، هر‌یک با کلاچ خود؛ یک دنده‌ی انتخابی‌شده بر روی دیگری درگیر است، بنابراین سیستم کلاچ‌ها را تعویض می‌کند تا دنده را در میلی‌ثانیه‌ای با تلفات گشتاور حداقل تغییر دهد. CarsGuide گیربکس Volkswagen DSG، Nissan GT-R، Ferrari 488 GTB و McLaren 650S را به‌عنوان نمونه‌ها ذکر می‌کند.
• ناقل حرکت متغیر مستمر (CVT) — اصلاً دنده‌های ثابتی ندارد؛ یک حزام یا زنجیر بین دو قرقره‌‌ی که قطر موثر آنها تغییر می‌کند، می‌چرخد، مما CarsGuide توضیح می‌دهد یک عمل «مانند نوار لاستیکی بر روی مخروط ترافیکی» و تئوری‌اً تعداد نامحدود نسبت برای حداکثر بهره‌وری سوخت.
• دنده‌ی اتوماتیک یک‌کلاچ — یک طراحی قدیمی‌تر که در آن یک کامپیوتر یک کلاچ بر روی یک گیربکس دستی معمولی عمل می‌کند؛ CarsGuide تغییرات آن را متشنج و تأخیری توصیف می‌کند و می‌گوید این نوع اکنون غالباً قدیمی است.

برای مقایسه، CarsGuide توجه دارد که گیربکس‌های دستی معمولی معمولاً شش سرعت رو به جلو دارند، با برخی خودروهای ورزشی مثل Porsche 911 که هفت را ارائه می‌دهند.

چرا این برای رانندگی روزمره مهم است

نوع ناقل اتوماتیکی زیر کف، احساس خودرو را بیشتر از اینکه آیا دسته‌ی کلاچ دارد، تحت‌تأثیر قرار می‌دهد. الاقتران سیالی در مبدل گشتاور ناقل اتوماتیکی آن است که اجازه می‌دهد خودرو در حالت خواب بدون متوقف‌شدن موتور رو به جلو بخزد، یک ویژگی که How a Car Works مستقیماً به طراحی مبدل گشتاور نسبت می‌دهد. دو کلاچ DCT آن‌هایی‌اند که اجازه می‌دهند خودروهای عملکرد بدون شکاف قدرت ملموس احساس‌شده در ناقل‌های اتوماتیکی قدیمی‌تر، دنده را تغییر دهند، بر اساس CarsGuide. عدم وجود نسبت‌های ثابت CVT آن است که موتور را نزدیک به سرعت کارایی‌اش نگاه می‌دارد، صرف‌نظر از سرعت جاده، که CarsGuide این‌را به‌عنوان مزیت اصلی‌اش، جبران‌شده توسط صدای موتور مستقل و غیرمتعارفی‌ای که برخی رانندگان متوجه می‌شوند، فهرست می‌کند.