گیربکس اتوماتیک چگونه کار میکند؟

از نظر عملکردی یکی از پیچیده ترین سیستم ها مربوط به گیربکس اتوماتیک میباشد به خصوص در حیطه تعمیر گیربکس اتوماتیک! از آنجایی که ما هر روز از خودرو خود به راحتی استفاده میکنیم عملکرد یک ماشین که دارای گیربکس اتومات یا اتوماتیک است ساده به نظر میرسد اما گیربکس اتوماتیک و حتی گیربکس معمولی یک ماشین از آنچه فکر میکنید بسیار پیچیده تر است.

گیربکس اتوماتیک به صورت خودکار تعویض دنده را انجام میدهد، بنابراین بسیاری از رانندگان درک خوبی از این قطعه و عملکرد آن ندارند. گیربکس اتومات با گیربکس دستی در این تفاوت دارند که نوع تعویض در گیربکس دستی برعکس اتومات باید به صورت مداوم توسط مالک آن انجام شود. شناخت عملکرد گیربکس اتوماتیک میتواند هم جالب باشد و هم این که در مواقعی که به مشکل خوردیم درک بهتری از آنچه در ماشین خود اتفاق می‌افتد داشته باشیم.

تاریخچه گیربکس اتوماتیک

دو شرکت جنرال موتورز و REO (REO Motor Car Company) که یک شرکت آمریکایی بود از سال 1905 تا 1975 اتومبیل و کامیون تولید میکرد گیربکس خودرو های نیمه اتوماتیک را در سال 1934 عرضه کردند. این گیربکس ها نسبت به گیربکس دستی چالش ‌های کمتری  داشتند اما همچنان به استفاده از کلاچ برای تعویض دنده نیاز داشت. سیستم GM اولین گیربکس در نوع خود بود که از گیربکس سیاره ای با کنترل هیدرولیکی استفاده کرد و به دنده ها اجازه میداد بسته به سرعت حرکت خودرو جابجا شوند.

یکی از مهم ترین پیشرفت ها در مسیر رسیدن به گیربکس اتوماتیک مدرن گیربکس های سیاره ای بود اگرچه جنرال موتورز اولین شرکتی بود که از این نسخه با کنترل های هیدرولیک استفاده کرد اما این فناوری در واقع به اختراع توسط ویلسون پیلچر در سال 1900 باز میگردد. این نو آوری شامل چهار دنده جلو در قطار بود که میتوانستند با یک اهرم تعویض شوند.

هدف و کار گیربکس در اتوموبیل

قبل از این که به چگونگی عملکرد گیربکس اتوماتیک بپردازیم بیایید بررسی کنیم که برای چه وسایل نقلیه به هر نوع انتقال قدرت نیاز دارند. موتور وسیله نقلیه شما قدرت چرخشی ایجاد میکند. برای حرکت ماشین باید آن قدرت چرخشی را به چرخ ها منتقل کنیم. اینکار همان کاری است که سیستم انتقال قدرت انجام میدهد. باید سیستمی وجود داشته باشد تا بتواند این انرژی را به چرخ ها انتقال دهد و پویایی رانندگی اتوموبیل شما از جمله سرعت، مصرف سوخت و دور در دقیقه را کنترل کند. این دقیقا همان کار گیربکس است. همانطور که موتور گشتاور تولید میکند (نیرویی که چرخش ایجاد میکند) گیربکس از نسبت دنده های مختلفی استفاده میکند تا انرژی چرخشی را برای چرخاندن چرخ ها آماده و تنظیم کنند.

گیربکس باعث میشود تا موتور خودرو شما با سرعت مطلوب بچرخد ​​(نه خیلی آهسته و نه خیلی سریع) و همچنین باعث میشود به طور همزمان چرخ‌های شما قدرت لازم برای حرکت و توقف ماشین بدون توجه به وضعیتی که در آن هستید تأمین کند. بین موتور و بقیه پیشرانه مانند یک تابلو برق برای ماشین عمل میکند. همچنین میتوانید با اتصال دنده های اندازه های مختلف با یکدیگر آن مقدار از نیرو را که به بقیه ماشین تحویل داده میشود بدون تغییر در سرعت چرخش موتور افزایش دهید. در سیستم گیربکس دستی این امر با درگیر شدن کلاچ با هر تعویض دنده به دست می آید. با استفاده از گیربکس اتوماتیک تعویض دنده برای شما انجام میشود. سهولت و راحتی عملکرد گیربکس های اتوماتیک آنها را به گزینه بسیار جذاب تری برای رانندگان و خودروسواران تبدیل میکند.

نحوه کار گیربکس اتوماتیک در اتوموبیل

در گیربکس های اتوماتیک نحوه عملکر بر اساس چرخ دنده های سیاره‌ای است. برای بهتر درک کردن این موضوع می‌بایست که درباره چرخ دنده های سیاره ای بیشتر توضیح دهیم.

در واقع چرخ دنده های سیار ه ای دارای 2 ورودی و 1 خروجی هستند. در گیربکس اتوماتیک خروجی ما از حامل دنده های سیاره ای گرفته میشود و دو ورودی ما یکی به دنده خورشیدی و دیگری به دنده رینگی متصل شده اند. حال ببینیم که اگر سرعت های مختلفی را  برای دو ورودی در نظر بگیریم چه اتفاقی برای سرعت خروجی می افتد:

• در اینجا دنده رینگی ثابت میماند و نیروی چرخشی تنها به دنده ی خورشیدی وارد میشود. همچنین باعث چرخش حامل دنده ی سیاره ای هم میشود و باعث یشود که در اینجا سرعت خروجی کم شود.
• در این حالت علاوه بر دنده خورشیدی دنده رینگی هم شروع به چرخش میکند. همچنین در این حالت سرعت خروجی افزایش پیدا میکند.
• تفاقی که در این حالت می افتد این است که دنده ی رینگی و دنده ی خورشیدی هر دو با سرعت های برابر شروع به چرخیدن میکنند و ما مشاهده می کنیم که در این حالت کل مجموعه به صورت یک پارچه عملکرد خود را انجام میدهند.
• در این حالت سرعت دنده ی رینگی بالاتر از سرعت دنده ی خورشیدی است و این عمل باعث میشود که در این حالت سرعت خروجی بالاتر برود.
• در حالت بعدی یعنی حالت پنجم اتفاقی که می افتد این است که دنده ی خورشیدی در جهت مخالف میچرخد که این عمل باعث میشود که حالت دنده عقب بوجود بیاید و ما بتوانیم ماشین را به عقب برانیم.

به طور کلی عملکرد گیربکس اتوماتیک به وارد کردن سرعت های چرخشی مختلف به دنده رینگی و دنده خورشیدی مربوط میشود. زیبایی کار گیربکس اتوماتیک اینجا است که این تنوع سرعت چرخشی که درباره اش صحبت کرده ایم به راحتی توسط پک کلاچ محقق میشود. در ادامه خواهیم گفت که این قضیه چگونه در گیربکس عمل میکند.

در گیربکس اتوماتیک هیچ ارتباط مستقیمی بین شفت ورودی و شفت خروجی وجود ندارد و به جای این اتصال یک شفت میانی بین این دو شفت قرار می‌گیرد. به علاوه اینکه پک کلاچ برای انتقال دادن نیرو مورد استفاده قرار میگیرد.

فشردن صفحات کلاچ به یکدیگر باعث قفل شدن هاب به محفظه ی نگهدارنده میشود.

نحوه کار گیربکس اتوماتیک در حالت های متفاوت

• وقتی راننده لیور را در وضعیت P قرار میدهد:

ECU به گیربکس فرمانی را ارسال میکند و در نتیجه آن چرخدنده های گیربکس و محور خروجی آن قفل میشوند و هیچ نیرویی به شفت خروجی منتقل نمیشود.

• وقتی راننده لیور را در وضعیت D قرار میدهد:

کلاچ گیربکس گشتاور دریافتی را به چرخدنده ها منتقل میکند. ECU با توجه به سرعت خودرو و میزان و کیفیت گاز دادن دنده ها را تعیین میکند.

• وقتی راننده لیور را در وضعیت N قرار میدهد:

باعث میشود کلاچ آزاد شود و مانع از اتقال گشتاور به چرخدنده ها میشود.

• وقتی راننده لیور را در وضعیت R قرار میدهد:

ECU تنظیمات چرخدنده ها را بگونه ای انجام میدهد که جهت چرخش معکوس شود. نسبت افزایش قدرت و سرعت در دنده عقب نزدیک به دنده 1 است.

• وقتی راننده لیور را در وضعیت M + – (شیفت ترونیک یا تیپ ترونیک) قرار میدهد:

ECU فرمان تعویض دنده ها را با اشاره راننده صادر میکند. به همین دلیل در حالت تعویض دنده دستی کمی تاخیر در تعویض دنده ها احساس میشود.

اجزا مختلف گیربکس اتوماتیک

• مبدل گشتاور (Torque Converter)
• پمپ روغن (اویل پمپ)
• چرخ دنده های سیاره ای
• کلاچ گیربکس اتوماتیک
• فیلتر روغن گیربکس
• باند ترمز
• ساعت گیربکس (valve body)
• شفت خروجی

نقش مبدل گشتاور در گیربکس

گیربکس های اتوماتیک فاقد کلاچ هستند. در عوض آنها یک مبدل گشتاور دارند. این قطعه جایگزین کلاچ میشود و همان عملکرد را انجام میدهد. سیستم انتقال قدرت شما نمیتواند دنده را عوض کند در حالی که هنوز به موتور متصل است. در غیر این صورت دنده ها محکم گیر میکنند. به همین دلیل است که اگر شک دارید و احساس میکنید که مبدل گشتاور خوب کار نمیکند باید سریعاً  به یک مکانیکی رفته و آن را درست و یا تعویض کنید.

مبدل گشتاور به شما اجازه میدهد موتور شما هنگام قطع اتصال از گیربکس روشن بماند این مساله همانند قطع شدن سیستم انتقال قدرت برای تعویض دنده با فشار دادن کلاچ بر روی جعبه دنده دستی است. در یک گیربکس اتوماتیک مبدل گشتاور وظیفه کاهش سرعت و توقف ماشین شما را دارد و همچنان به موتور اجازه میدهد کار کند. نکته قابل ملاحظه در مورد مبدل های گشتاور این است که آنها با اتصال فیزیکی مهره ها ، پیچ ها یا چرخ دنده ها به موتور متصل نمیشوند. در عوض همه اینها از طریق روغن گیربکس است. در حالی که کارهای داخلی یک مبدل گشتاور کمی پیچیده ست اما تقریباً شبیه این است که چگونه میتوانید یک فن را با اشاره دادن فن دیگر به آن تغذیه کنید. فن اول را جدا کنید و میتوانید بدون آسیب رساندن به خود، فن دوم را متوقف کنید.

نقش پمپ روغن در گیربکس

پمپ روغنی که درون گیربکس اتوماتیک قرار دارد دقیقاً مانند هر پمپ روغن دیگر کار میکند. مایع انتقال را از مخزن انتقال به بدنه دریچه منتقل میکند که در صورت لزوم تمام اجزای مختلف را در سراسر انتقال هدایت میکند. این جز پیچیده ای نیست اما جزئی جدایی ناپذیر از سیستم است و یکی از معدود اجزای تشکیل دهنده گیربکس اتوماتیک است که گاها از کار می افتد.

چرخ دنده های سیاره ای

برخلاف گیربکس دستی که دارای مجموعه ای از دنده های متعدد است گیربکس اتوماتیک دارای یک یا چند مجموعه دنده سیاره ای است. چرخ دنده های سیاره ای دارای سه مجموعه دنده هستند. چرخ دنده اصلی دنده خورشید است و در مرکز حامل سیاره قرار دارد. مجموعه دوم چرخ دنده های سیاره ای است. به طور معمول سه یا بیشتر از این چرخ دنده ها و مش بین دنده خورشید و چرخ دنده وجود دارد. این یک سیستم فوق العاده کارآمد است و به گیربکس اجازه میدهد تا از گزینه های مختلف دنده بدون تنظیماتی که گیربکس دستی استفاده میکند، استفاده کند.

کلاچ گیربکس اتوماتیک

کلاچ گیربکس اتوماتیک دارای چندین صفحه فشرده شده است. هنگامی که بدنه سوپاپ فشار روغن را به کلاچ میفرستد تعداد مشخصی از کلاچ ها را به هم قفل میکند و نسبت خروجی مورد نظر را به شما میدهد. مقادیر مختلف فشار روغن با مقادیر مختلف دیسک درگیر میشود که نسبت دنده متفاوتی را به  شما میدهد.

فیلتر روغن گیربکس

درست مانند موتور گیربکس نیز فیلتر یا صافی دارد. دقیقاً همان کاری را انجام میدهد که شما فکر میکنید. مایع انتقال اضافی (روغن) را برای پمپ روغن در هنگام لزوم نگه میدارد. این قطعه یکی از اساسی ترین اجزای تشکیل دهنده گیربکس اتوماتیک شماستّ اما همچنین یکی از اجزایی است که به تعویض نیاز دارد. واشرهای اطراف ظرف روغن اغلب از مایع انتقال دهنده نشت میکنند و باید تعویض شوند.

باند ترمز

باندهای ترمز یک هدف دارند – نگه داشتن موقت چرخ دنده ها. آنها اجازه میدهند RPM موتور قبل از آزاد شدن با نسبت دنده مطابقت داشته باشد که این امر باعث میشود دنده راحت تری داشته باشید. باندهای ترمز تقریباً مانند ترمزهای درام کار میکنند. با یک پیستون باند را در اطراف درام فشار میدهد. هرچه فشار پیستون بیشتر شود، قدرت ترمزگیری بیشتری نیز اعمال میشود.

ساعت گیربکس

موتور اتوموبیل شما ECU دارد و سیستم اتوماتیک شما دارای ساعت است. این قطعه تمام فشار پمپ روغن را به تمام اجزای انتقال دهنده هدایت میکند تا نتایج مطلوبی را بدست آورد. از مبدل گشتاور گرفته تا بسته های کلاچ، هیچ چیزی مایع انتقال پیدا نمیکند بدون اینکه ساعت به آن بگوید که کجا باید برود.

یک گیربکس اتوماتیک توسط سنسورهایی کنترل میشود که مستقیماً با ماژول کنترل انتقال (TCM) کار میکنند تا همه مایعات را ارسال کنند. این قطعه یک قطعه پیچیده است و مهمترین جز تشکیل دهنده  گیربکس اتوماتیک را تشکیل میدهد.

شفت خروجی

پس از اینکه جعبه دنده شما تمام جادوی داخلی خود را به پایان رساند قدرت را به شافت محرک منتقل میکند که به نوبه خود نیرو را تامین میکند. اما شافت خروجی گیربکس شافت درایو را به حرکت در می آورد. شفت خروجی پیچیده ترین  قطعه نیست. در یک انتهای خود دنده ای دارد که به سیستم انتقال قدرت متصل میشود و در انتهای دیگر یک شافت چرخشی دارد که از طریق یک اتصال از نوع یوغ به میل راننده متصل میشود.