כיצד פועלים תיבות הילוכים אוטומטיות: ממירי מומנט, גלגלי שיניים והסבת הילוכים מוסברת

נהגים שמעולם לא נגעו בדוושת הריתום, עדיין מסתמכים על שרשרת של חלקים מכניים והידראוליים הפועלים בכל פעם שהרכב יוצא או משנה מהירות. בליבו של כל תיבת הילוכים אוטומטית ישנן שתי משימות: לאפשר למנוע לרוץ בטוח בלי להעצור את הרכב, ושינוי היחס בין מהירות המנוע וגלגל מהירות בלי שהנהג בוחר הילוך.

ממיר המומנט משחק את תפקיד הריתום

בסוג הנפוץ ביותר של תיבת הילוכים אוטומטית, ריתום מכני מוחלף בדיור אטום ומלא בנוזל הנקרא ממיר מומנט. לפי אתר הייחוס למכניקת רכב How a Car Works, הוא מכיל שלושה חלקים עיקריים: משאבה המחוברת לגלגל התנופה של המנוע, טורבינה המחוברת לגל הכניסה של תיבת ההילוכים, וריאקטור מרכזי מצויד במצמד חד-כיווני.

כאשר המשאבה מסתובבת עם המנוע, היא זורקת נוזל העברת כח החוצה לטורבינה, המסובבת את גל הכניסה של תיבת ההילוכים. במהירות מנוע נמוכה, הריאקטור נשאר נייח ומחזיר את הנוזל חזרה למשאבה, מה שמכפיל את המומנט ועוזר לרכב להחל מעמידה. ברגע שמהירות המנוע עולה, הריאקטור סובב בחופשיות והממיר פשוט פועל כדיסק נוזל, כפי שמסביר How a Car Works.

הדוח מהמדיום האוסטרלי CarsGuide מציין שהקישור הזה בנוזל הוא הסיבה לכך שתיבות הילוכים אוטומטיות עם ממיר מומנט מרגישות חלקות ומספקות כוח משיכה חזק בסיבובים נמוכים. החיסרון, מבחינה היסטורית, הוא יעילות נמוכה יותר מקישור מכני ישיר, וזה הסיבה לכך שרוב יחידות ממיר המומנט המודרניות מוסיפות תפקיד נעילה לאחר שהרכב במהירות, חיבור מכני של המשאבה והטורבינה לחתוך הפסד כוח, לפי CarsGuide.

גלגלי שיניים פלנטריים משנים יחס בלי להחליף הילוכים

ברגע שהכוח מגיע לתיבת ההילוכים, הוא עובר דרך מערך אחד או יותר של מערכות גלגלי שיניים פלנטריים. How a Car Works מתאר אלה כגלגל שמש מרכזי, גלגל טבעת חיצוני עם שיניים פנימיות, וסט של גלגלי כוכבים קטנים יותר המשתלבים עם שניהם. כל שלושת החלקים נמצאים תמיד במגע, כך שתיבת ההילוכים לא חייבת להצמיד או להפריד בפועל זוג של גלגלי שיניים בדרך שתיבת הילוכים ידנית עושה.

במקום זאת, סרטי בלימה מופעלים הידראוליים ומצמדים רב-לוחות מחזיקים חלקים שונים של הרכבה של גלגלי השיניים או מאפשרים להם להסתובב בחופשיות. How a Car Works מפרט את הקומבינציות הבסיסיות: נעילת גלגל השמש בזמן שהנשא מסובב את הכוכבים מייצר עלייה מהירות; נעילת גלגל הטבעת וזריעת גלגל השמש מייצרת הנמכת מהירות; שליחת כוח לגלגל השמש תוך בלימת נשא הכוכבים מייצרת הפוך; ונעילת גלגל השמש וגלגלי הטבעת יחד מייצרת כונן ישיר, יחס של אחד לאחד.

מערכה אחת של גלגלי שיניים פלנטריים בשימוש כזה יכולה כבר לספק מספר יחסים. שיתוף של שתי מערכות אפיציקליות, הפריסה הקלאסית הפשוטה ביותר, יכולה להניב שלוש מהירויות קדמיות, כמו שמציין How a Car Works; יצרנים מחברים מערכות ומצמדים נוספים כדי להגיע לתיבות הילוכים של חמש, שש, שמונה, תשע ועשר מהירות הנפוצות בימינו.

הידראוליקה ואלקטרוניקה מחליטים מתי להחליף

סדר הנעילה בתוך תיבת ההילוכים מופעל על ידי לחץ הידראולי הפועל על סרטי בלימה ומצמדים, מנותב דרך מה ש-How a Car Works מכנה סדר מורכב של שסתומים הידראוליים. בעיצובים ישנים יותר, אותם שסתומים מגיבים מכנית לעומס מנוע, מהירות כביש, והיצמדות דוושת; מנגנון בעיטה כופה הנמכה לתאוצה נוספת כאשר המאיץ נלחץ לרצפה. ברכבים מודרניים, חיישנים אלקטרוניים וממשק בקרה מחשב מבצעים את אותה משימה, פתיחה וסגירה של שסתומי סולנואיד לתזמון כל החלפה.

שלוש דרכים שונות לבנות תיבת הילוכים אוטומטית

לא כל תיבת הילוכים המשתנה בעצמה פועלת באופן זהה. CarsGuide משתפים תיבות הילוכים אוטומטיות מודרניות לשלוש משפחות עיקריות, בתוספת סוג רביעי ישן ומופסק במידה רבה.

• תיבת הילוכים אוטומטית עם ממיר מומנט — משתמשת בצימוד הנוזל המתואר לעיל; מומנט חזק בסיבובים נמוכים והחלפות חלקות, נמצאות בתוך מותגים כגון Mazda ו-Lexus, לפי CarsGuide.
• תיבת הילוכים דו-מצמדת (DCT) — למעשה שתי תיבות הילוכים ידניות החולקות בקרון אחד, כל אחת עם המצמד שלה; הילוך אחד נבחר מראש בזמן שהשני מעורב, כך שהמערכת מחליפה מצמדים כדי להחליף הילוך בשברירי שנייה עם אובדן מומנט מינימלי. CarsGuide מצטט את Volkswagen DSG, Nissan GT-R, Ferrari 488 GTB ו-McLaren 650S כדוגמאות.
• תיבת הילוכים משתנה ברציפות (CVT) — אין גלגלי שיניים קבועים כלל; חגורה או שרשרת עוברת בין שתי גלגלות שהקוטר האפקטיבי שלהן משתנה, תוך מתן, בדברי CarsGuide, פעולה כמו רצועת גומי על חרוט תנועה ומספר אין-סופי תיאורטי של יחסים לדלק מרבי יעילות.
• מצמד יחיד אוטומטי ידני — עיצוב ישן יותר שבו מחשב מפעיל מצמד יחיד בתיבת הילוכים ידנית קונבנציונלית; CarsGuide מתאר את ההחלפה שלה כנועזת ומעוכבת ואומר שהסוג הזה כעת מופסק גם כן.

להשוואה, CarsGuide מציין כי תיבות הילוכים ידניות קונבנציונליות בדרך כלל יש שש מהירויות קדמיות, כאשר כמה מכוניות ספורט כמו Porsche 911 מציעות שבע.

מדוע זה חשוב לנהיגה יומיומית

סוג של תיבת הילוכים אוטומטית תחת הקומה משפיע על אופן התחושה של הרכב במקום לא אם יש לו דוושת ריתום. צימוד הנוזל בממיר המומנט של תיבת הילוכים האוטומטית הוא מה שמאפשר לרכב להחליק קדימה בחוסר עומס בלי שהמנוע יעצור, תכונה ש-How a Car Works מייחסת ישירות לעיצוב של ממיר המומנט. שני המצמדים של DCT הם מה שמאפשר לרכבי ביצועים להחליף הילוכים בלי הפער של כוח המורגש בתיבות הילוכים אוטומטיות ישנות יותר, לפי CarsGuide. היעדר יחסים קבועים ב-CVT הוא מה שמשאיר את המנוע קרוב לסל יעילות שלו ללא קשר למהירות הכביש, אשר CarsGuide מתאר כיתרונו העיקרי, מתוגמל על ידי רעש מנוע קבוע ולא-קונבנציונלי שחלק מהנהגים שומים.