Urządzenie i zasada działania nowoczesnego przemiennika momentu obrotowego
Pierwszy przemiennik momentu obrotowego pojawił się ponad sto lat temu. Po wielu modyfikacjach i ulepszeniach ta skuteczna metoda płynnego przenoszenia momentu obrotowego jest obecnie stosowana w wielu dziedzinach inżynierii mechanicznej, a przemysł motoryzacyjny nie jest wyjątkiem. Jazda jest teraz dużo łatwiejsza i wygodniejsza, ponieważ nie ma już potrzeby używania pedału sprzęgła. Urządzenie i zasada działania przemiennika momentu obrotowego, jak wszystko genialne, są bardzo proste.
Historia
Po raz pierwszy zasada przenoszenia momentu obrotowego poprzez recyrkulację płynu między dwoma wirnikami bez sztywnego połączenia została opatentowana przez niemieckiego inżyniera Hermanna Fettingera w 1905 roku. Urządzenia działające w oparciu o tę zasadę nazywane są sprzęgłami hydraulicznymi. W tamtym czasie rozwój przemysłu stoczniowego wymagał od projektantów znalezienia sposobu na stopniowe przenoszenie momentu obrotowego z silnika parowego na ogromne śruby okrętowe w wodzie. W przypadku ciasnego połączenia woda spowolniła szarpanie łopatek podczas rozruchu, powodując nadmierne obciążenie wsteczne silnika, wałów i ich przegubów.
Następnie zmodernizowane sprzęgła płynowe zaczęto stosować w londyńskich autobusach i pierwszych lokomotywach spalinowych, aby zapewnić ich płynny rozruch. A nawet później sprzęgła hydrauliczne ułatwiały życie kierowcom samochodów. Pierwszy samochód produkcyjny z przemiennikiem momentu obrotowego, Oldsmobile Custom 8 Cruiser, zjechał z linii montażowej w General Motors w 1939 roku.
Urządzenie i zasada działania
Przemiennik momentu obrotowego jest zamkniętą komorą o kształcie toroidalnym, wewnątrz której wirniki pompy, reaktora i turbiny są umieszczone współosiowo blisko siebie. Wewnętrzna objętość przemiennika momentu obrotowego jest wypełniona płynem do automatycznych skrzyń biegów, który krąży po okręgu od jednego koła do drugiego. Koło pompy jest wykonane w obudowie przemiennika i jest sztywno połączone z wałem korbowym, tj. obraca się z prędkością obrotową silnika. Wirnik turbiny jest sztywno połączony z wałem wejściowym automatycznej skrzyni biegów.
Pomiędzy nimi jest koło reaktora lub stojan. Reaktor jest zamontowany na sprzęgle jednokierunkowym, które pozwala mu obracać się tylko w jednym kierunku. Łopatki reaktora mają specjalną geometrię, dzięki czemu przepływ płynu zawracany z wirnika turbiny do wirnika pompy zmienia kierunek, zwiększając tym samym moment obrotowy na kole pompy. To jest różnica między przemiennikiem momentu obrotowego a sprzęgłem hydraulicznym. W tym drugim przypadku nie ma reaktora, a zatem moment obrotowy nie wzrasta.
Zasada działania Przemiennik momentu obrotowego opiera się na przenoszeniu momentu obrotowego z silnika do przekładni za pomocą recyrkulacyjnego przepływu płynu, bez sztywnego połączenia.
Wirnik napędowy, połączony z obracającym się wałem korbowym silnika, wytwarza przepływ płynu, który uderza w łopatki przeciwległego koła turbiny. Pod wpływem płynu wprawia w ruch i przekazuje moment obrotowy na wał wejściowy przekładni.
Wraz ze wzrostem prędkości obrotowej silnika wzrasta prędkość obrotowa wirnika, co prowadzi do wzrostu siły przepływu płynu, który przenosi koło turbiny. Ponadto ciecz powracająca przez łopatki reaktora otrzymuje dodatkowe przyspieszenie.
Przepływ płynu jest przekształcany w zależności od prędkości obrotowej wirnika. W momencie wyrównywania się prędkości obrotowych kół turbiny i pompy reaktor utrudnia swobodną cyrkulację cieczy i zaczyna się obracać dzięki zamontowanemu wybiegowi. Wszystkie trzy koła obracają się razem, a układ zaczyna działać w trybie sprzęgła hydraulicznego bez zwiększania momentu obrotowego. Wraz ze wzrostem obciążenia wału wyjściowego prędkość wirnika turbiny spada względem koła pompującego, reaktor zostaje zablokowany i ponownie zaczyna przekształcać przepływ płynu.
Zalety
- Płynny ruch i ruszanie.
- Zmniejszenie wibracji i obciążeń przekładni wynikających z nierównomiernej pracy silnika.
- Możliwość zwiększenia momentu obrotowego silnika.
- Brak konieczności konserwacji (wymiana elementów itp.).
Ograniczenia
- Niska wydajność (ze względu na brak strat hydraulicznych i sztywne połączenie z silnikiem).
- Słaba dynamika pojazdu związana z kosztem mocy i czasu potrzebnego do odwrócenia przepływu płynu.
- Wysokie koszty.
Tryb blokady
Aby poradzić sobie z głównymi wadami przemiennika momentu obrotowego (niska sprawność i słaba dynamika pojazdu) opracowano mechanizm blokujący. Jego zasada działania jest podobna do klasycznego sprzęgła. Mechanizm składa się z płytki blokującej, która jest połączona z kołem turbiny (a tym samym z wałem wejściowym skrzyni biegów) poprzez sprężyny tłumika drgań skrętnych. Płyta ma na swojej powierzchni okładzinę cierną. Na polecenie jednostki sterującej przekładnią płytka jest dociskana do wewnętrznej powierzchni obudowy konwertera za pomocą ciśnienia płynu. Moment obrotowy zaczyna być przenoszony bezpośrednio z silnika na skrzynię biegów bez udziału płynu. W ten sposób uzyskuje się zmniejszenie strat i wyższą wydajność. Blokadę można włączyć na dowolnym biegu.
Tryb poślizgu
Zablokowanie przemiennika momentu obrotowego może być również niepełne i działać w tzw. „Trybie poślizgu”. Płytka blokująca nie jest całkowicie dociśnięta do powierzchni roboczej, zapewniając w ten sposób częściowy poślizg płytki ciernej. Moment obrotowy jest przenoszony jednocześnie przez płytkę blokującą i krążący płyn. Dzięki zastosowaniu tego trybu znacznie zwiększają się właściwości dynamiczne auta, ale jednocześnie zachowana jest płynność ruchu. Elektronika zapewnia, że sprzęgło blokujące jest włączane tak wcześnie, jak to możliwe podczas przyspieszania, i wyłączane jak najszybciej po zmniejszeniu prędkości.
Jednak tryb kontrolowanego poślizgu ma znaczną wadę związaną ze ścieraniem powierzchni sprzęgła, które ponadto są narażone na silne działanie temperatury. Produkty zużycia przedostają się do oleju, pogarszając jego właściwości robocze. Tryb poślizgu pozwala przemiennikowi momentu obrotowego być maksymalnie wydajnym, ale jednocześnie znacznie skraca jego żywotność.
