Otomatik vitesli araçlarda debriyaj pedalına ihtiyaç duymayız. Peki ama neden? Debriyaj olmadan nasıl vites geçişleri sağlanmakta? İşte bu sorunun cevabını Tork Dönüştürücüsü bize vermekte. Gelin hadi Tork Dönüştürücüsü nasıl bir çalışma mekanizmasına sahip, nasıl bize yumuşak bir vites geçişi sağlıyor birlikte inceleyelim. Uzunca bir yazı bizleri bekliyor.
Tork Dönüştürücünün Görevi
Sorunsuz sürdüğünüzü ve frene basmanız gerektiğini varsayalım. Fren pedalına bastığınızda, aracın tekerlekleri dönmeyi durdurur. Bu, tahrik mili ve ilgili şanzımanın ayrıca dönmeyi durdurması gerektiği anlamına gelir; ama, işte sorun şu ki, frenleri uygulayarak motoru durdurmuyorsunuz. Bu nedenle, frenleme zamanında, motor ve şanzıman mekanik olarak bağlanırsa, bu ciddi bir mekanik arızaya neden olur veya motorun durması gerekir. Bunun için bir hareket izolatörüne ihtiyacınız var. Bu hareket izolatörü tork konvertörüdür. Tork konvertörü, frenleme sırasındaki motor dönüşünü şanzımandan etkin bir şekilde izole edebilir. Normal sürüş koşullarında, motor rotasyonunu ve gücünü şanzımana aktarır. Nasıl çalıştığını görelim. Bu bir tork konvertörüdür (Şek: 1). Temel olarak bir pompa(pump) ve şanzıman sıvısına(transmisson liquid) batırılmış bir türbindir.
Pompa doğrudan motora bağlı olduğundan, her zaman motor devrinde döner. Santrifüj kuvveti nedeniyle pompayı çevreleyen sıvı itilir ve basıncı artar. Pompanın dönüşü, pompayı terk eden sıvıya bir dönüş ekler.
Türbin, pompanın yanına oturur ve pompadan çıkan yüksek enerjili sıvı türbini döndürür (Şekil 3A). Türbin şanzımana bağlanır. Bu şekilde motor gücü şanzımana şanzıman yağı üzerinden aktarılır. Daha spesifik olarak, bu şekil bir akışkan volanı olarak bilinir (Şekil 3B).
Türbin ve pompa arasında reaktör adı verilen bir bileşen sunduğumuzda, bir tork konvertörü olur. Reaktörün ana görevlerinden biri, sıvıyı türbinden pompaya verimli bir şekilde geri göndermektir. Daha sonra reaktörün daha fazla fonksiyonunu tartışacağız.
Bu yapılandırmada, şanzıman aniden dursa bile, motor dönüşünü etkilemez. Burada, pompa ile türbin arasındaki kayma, sıvıyla bağlandıkları için buraya izin verilir(Şek:4A). Normal çalışma sırasında, pompa hareket ve gücü türbine aktarabilir. Türbinin, akışkandaki enerji kaybından dolayı pompadan biraz daha düşük bir hızda döner (Şek:5B).
Tork Dönüştürücüsünde Yapılandırma
Bu basitleştirilmiş bir tork dönüştürücüsüdür, ancak bu tür bir yapılandırmayı gerçek bir tork dönüştürücüsünde asla bulamazsınız (Şek: 5). Burada gerçek bir tork konvertörünün pompası ve türbini gösterilmiştir. Gerçek bir tork konvertöründe, pompa şanzımana yakın oturur ve türbin motora yakın oturur. Motordan dönüş, bir kapak yardımıyla pompaya iletilir. Türbin çıkış rotasyonu, merkezi bir şaft kullanılarak şanzımana iletilir. Ancak, neden bu düzenleme önceki durumdan daha karmaşık hale getirildi? Bunun cevabı akışkanlar mekaniğinden ziyade mekaniktir.
Bir tork konvertörünün verimli çalışması için, pompa ve türbinin her ikisi de krank mili merkez çizgisiyle aynı hizada dönmelidir. Pompa doğrudan motor krank miline bağlanır, böylece her zaman merkezlenir, ancak türbin bu üniteden bağımsızdır. Bu, türbinin krank miline de merkezlendiğinden emin olmak için, gösterildiği gibi, türbin ve krank mili arasında bir rulman kullanılması gerektiği anlamına gelir.(Şek:6)
Neden Reaktör Gereklidir?
Şimdi, hareketi izole eden bu cihazın neden bir tork dönüştürücüsü olarak adlandırıldığını merak ediyor olabilirsiniz. Bunun nedeni, bu cihazın en önemli işlevlerinden birinin, araç hareket etmeye başladığında torku çarpmak olmasıdır. Tork konvertörünün nasıl yaptığını görelim. Reaktör tek yönlü bir kavrama ile sabit bir şafta bağlı. Bu, reaktörün bir yönde dönebileceği, ancak ters yönde dönemeyeceği anlamına gelir. (Şekil 7).
Anlama kolaylığı için, bileşenler arasındaki boşluğu artıralım. Şimdi, araç başladığında durumu düşünün. Burada pompa motor devrinde dönüyor, ancak türbin hızı düşük ve yavaşça artıyor. Bu, türbini terk eden akışkanın gösterildiği gibi neredeyse eksenel olarak hareket ettiği anlamına gelir. Bu akışkan, reaktör bıçaklarına çarptığında, reaktörü gösterilen şekilde döndürmeye çalışacaktır (Şek:8A), ancak reaktördeki tek yönlü kavrama bu hareketi önler. Öyleyse sıvının gösterildiği gibi sabit reaktöre bağlı olarak pompanın dönüşüyle aynı yöne yönlendirileceğidir. Kısacası akıma girdap ekleyen pompa, hali hazırda dolanmış bir sıvıyı alır. Bu, pompanın çalışmasını kolaylaştırır ve pompa boyunca daha fazla basınç ilavesi olur. Bu yüksek basınçlı sıvı, türbinde yükseltilmiş bir tork üretir (Şek:8B) ve böylece şanzıman ve araç, araç hareket etmeye başladığında daha yüksek bir tork seviyesi alır.
Bununla birlikte, türbin hızı arttıkça, türbini terk eden sıvı gösterildiği gibi daha fazla eğimli hale gelir ve bir noktada eğimli akış reaktör bıçaklarının diğer tarafına çarpar. Reaktör bu yönde dönmekte serbesttir. Böylece reaktör, pompa ve türbin ile aynı yönde döner. Pompa girişindeki girdap oluşumunun önceki durumdan daha düşük olduğunu ve tork çarpmasının durduğunu görebilirsiniz. (Şek:9). Burada türbin, pompa hızının neredeyse %90’ında dönecektir.
Araç hareket etmeye başladığında, sürücüler maksimum torka ihtiyaç duyduğunda, tork konvertörü torku çoğaltır. Türbin bir eşik hızına ulaştığında tork çarpımı otomatik olarak durur.
Normal İşlemde Reaktör
Reaktör, araç çalıştığında çok önemli bir rol oynar, ancak reaktör olmadan tork konvertörü normal işletimde bile iyi performans göstermez. Nedenini görelim.
Türbin kanatlarının kavisli olduğunu fark etmiş olabilirsiniz. Akışkandan maksimum enerjiyi almak için neredeyse 90 derece kavislidirler. Bu, türbin kanatlarının her zaman sıvının pompa ve türbinin dönüşünün tersi yönde bırakmaya zorlayacağı anlamına gelir. Bundan dolayı, yüksek türbin hızında bile olsa, türbin çıkışındaki sıvı dönüşü minimum olacaktır.
Bir reaktör kullanmazsak, bu çok düşük dönüş, pompanın ve tüm tork konvertörünün performansını çok kötü etkiler (Şekil: 10A). Reaktörün girmesiyle akış tekrar yönlendirilir ve pompa, geliştirilmiş girdap ile akışkanı alır (Şek: 10B).
Kilitlemeli Kavrama Kullanımı
Normal çalışmada bile türbinin bir tork konvertöründeki pompadan daha yavaş döner. Bunun nedeni bağlantı akışkanındaki enerji kaybıdır. Bu tür enerji kayıplarını ortadan kaldırmak için modern tork konvertörleri bir kilitleme debriyajı kullanır (Şek: 11). Bu debriyajı normal çalışma sırasında aktive ederek türbin, pompa ünitesi ile mekanik olarak kilitlenir ve aynı hızda dönerler. Bu, sıvı sürtünmesinden dolayı enerji kaybını ortadan kaldırır.
Kaynak: learnengineering.org
