Tork dönüştürücüsü - Torque converter

ZF tork konvertörü
Bir tork konvertörünün kesilmiş modeli

Bir tork konvertörü , içten yanmalı bir motor gibi bir ana hareket ettiriciden dönen gücü dönen tahrikli bir yüke aktaran bir tür sıvı kaplinidir . Otomatik şanzımanlı bir araçta , tork konvertörü güç kaynağını yüke bağlar. Genellikle motorun esnek plakası ile şanzıman arasında bulunur. Düz şanzımandaki eşdeğer konum, mekanik debriyaj olacaktır .

Bir tork konvertörünün temel özelliği , çıkış dönüş hızı o kadar düşük olduğunda torku artırma yeteneğidir , bu, türbinin kavisli kanatlarından çıkan sıvının tek yönlü kavramasına karşı kilitliyken statordan sapmasına izin verir. , böylece bir redüksiyon dişlisinin eşdeğerini sağlar . Bu, dönme hızıyla eşleşebilen ancak torku artırmayan ve dolayısıyla gücü azaltan basit akışkan bağlantısının ötesinde bir özelliktir.

Hidrolik sistemler

Otomobil şanzımanlarında bugüne kadarki en yaygın tork konvertörü biçimi, bu makalede açıklanan hidrokinetik cihazdır. De vardır hidrostatik yaygın gibi küçük makinelerde kullanılan sistemler kompakt ekskavatörler .

mekanik sistemler

Sürekli değişken şanzımanlar için mekanik tasarımlar da vardır ve bunlar ayrıca torku çoğaltma özelliğine sahiptir. Bunlar, sarkaç tabanlı Constantinesco tork konvertörü , Lambert sürtünmeli dişli disk tahrikli şanzıman ve genişleyen kasnaklara ve kayış tahrikli Variomatic'i içerir .

kullanım

İşlev

Operasyon teorisi

Tork dönüştürücü hareket denklemleri, Leonhard Euler'in on sekizinci yüzyıl turbomakine denklemi tarafından yönetilir :

Denklem, yarıçapın beşinci gücünü içerecek şekilde genişler; sonuç olarak, tork konvertör özellikleri, cihazın boyutuna çok bağlıdır.

Tork dönüştürücü elemanları

Bir hidrolik kavrama tork dönüştürücüsü, en az bir ilave eleman-sahipken, tork çarpılması becerisine sahip olmayan bir, iki eleman sürücü stator olan yüksek kayma dönemlerde değiştirir sürücü özelliklerini, çıkış torkunda bir artış üretir.

Bir tork konvertöründe en az üç dönen eleman vardır: ana hareket ettirici tarafından mekanik olarak tahrik edilen çark ; yükü tahrik eden türbin ; ve türbinden çarka dönen yağ akışını değiştirebilmesi için çark ile türbin arasına yerleştirilen stator. Klasik tork konvertörü tasarımı, statorun herhangi bir koşulda dönmesinin önlenmesini, dolayısıyla stator terimini belirtir . Bununla birlikte, pratikte, stator, statorun ana hareket ettiriciye göre ters dönmesini önleyen ancak ileri dönüşe izin veren tek yönlü bir kavrama üzerine monte edilmiştir .

Temel üç elemanlı tasarımda yapılan değişiklikler, özellikle normalden daha yüksek tork çarpımının gerekli olduğu uygulamalarda periyodik olarak dahil edilmiştir. En yaygın olarak, bunlar, her biri farklı miktarlarda tork artışı üretmek üzere tasarlanmış birden fazla türbin ve stator şeklini almıştır. Örneğin, Buick Dynaflow otomatik şanzıman vites değiştirmeyen bir tasarımdı ve normal koşullar altında torku artırmak için yalnızca dönüştürücüye güveniyordu. Dynaflow, ağır bir aracı itmek için gereken geniş aralıkta tork artışı sağlamak için beş elemanlı bir dönüştürücü kullandı.

Klasik tork konvertörü tasarımının kesinlikle bir parçası olmamasına rağmen, birçok otomotiv konvertörü, seyir gücü iletim verimliliğini artırmak ve ısıyı azaltmak için bir kilitleme kavraması içerir . Debriyajın uygulanması türbini çarka kilitleyerek tüm güç aktarımının mekanik olmasına neden olarak sıvı tahrikiyle ilişkili kayıpları ortadan kaldırır.

Operasyonel aşamalar

Bir tork konvertörünün üç çalışma aşaması vardır:

  • durak . Ana taşıyıcı çarka güç uyguluyor ancak türbin dönemiyor. Örneğin, bir otomobilde, bu işlem aşaması, sürücü şanzımanı vitese taktığında ancak frene basmaya devam ederek aracın hareket etmesini engelliyorsa gerçekleşir . Durma anında, yeterli giriş gücü uygulanırsa tork konvertörü maksimum tork artışı sağlayabilir (sonuçtaki çarpmaya durma oranı denir ). Durma aşaması, pompa ve türbin hızı arasında çok büyük bir fark olacağından, yük (örneğin araç) başlangıçta hareket etmeye başladığında aslında kısa bir süre sürer.
  • Hızlanma . Yük hızlanıyor, ancak çark ve türbin hızı arasında hala nispeten büyük bir fark var. Bu koşul altında, konvertör, durma koşulları altında elde edilebilecek olandan daha az tork artışı üretecektir. Çarpma miktarı, pompa ve türbin hızı arasındaki gerçek farkın yanı sıra çeşitli diğer tasarım faktörlerine bağlı olacaktır.
  • Kaplin . Türbin, çarkın hızının yaklaşık yüzde 90'ına ulaştı. Tork artışı esasen durmuştur ve tork konvertörü basit bir sıvı bağlantısına benzer bir şekilde hareket etmektedir. Modern otomotiv uygulamalarında, genellikle bu aşamada, yakıt verimliliğini artırma eğiliminde olan bir prosedür olan kilitlemeli kavrama uygulanır .

Tork konvertörünün torku çoğaltma yeteneğinin anahtarı statorda yatmaktadır. Klasik akışkan kaplin tasarımında, yüksek kayma periyotları, türbinden çarka dönen akışkan akışının çarkın dönüş yönünün tersine dönmesine neden olarak önemli bir verim kaybına ve önemli miktarda atık ısı oluşumuna neden olur . Bir tork konvertöründeki aynı koşul altında, geri dönen sıvı, stator tarafından çarkın dönmesini engellemek yerine dönmesine yardımcı olacak şekilde yeniden yönlendirilecektir. Sonuç, geri dönen akışkandaki enerjinin çoğunun geri kazanılması ve ana hareket ettirici tarafından çarka uygulanan enerjiye eklenmesidir. Bu hareket, türbine yönlendirilen sıvı kütlesinde önemli bir artışa neden olarak çıkış torkunda bir artışa neden olur. Geri dönen sıvı başlangıçta çark dönüşüne zıt bir yönde hareket ettiğinden, stator aynı şekilde sıvıyı yön değiştirmeye zorlarken ters dönmeye çalışacaktır, bu tek yönlü stator kavraması tarafından önlenen bir etkidir .

Düz akışkan kaplininde kullanılan radyal olarak düz kanatların aksine, bir tork konvertörünün türbini ve statörü, açılı ve kavisli kanatlar kullanır. Statorun bıçak şekli, sıvının yolunu değiştiren ve onu çarkın dönüşü ile çakışmaya zorlayan şeydir. Türbin kanatlarının eşleşen eğrisi, dönen sıvının statorun işini yapabilmesi için doğru bir şekilde statora yönlendirilmesine yardımcı olur. Küçük değişiklikler dönüştürücünün performansında önemli değişikliklere neden olabileceğinden kanatların şekli önemlidir.

Tork artışının meydana geldiği durma ve hızlanma aşamalarında stator, tek yönlü kavramasının hareketi nedeniyle sabit kalır. Ancak, tork konvertörü bağlantı aşamasına yaklaştıkça türbinden dönen akışkanın enerjisi ve hacmi kademeli olarak azalarak stator üzerindeki basıncın da aynı şekilde azalmasına neden olacaktır. Bağlama fazına girdikten sonra, geri dönen sıvı yön değiştirecek ve şimdi çark ve türbin yönünde dönecektir, bu da statoru ileri döndürmeye çalışacak bir etkidir. Bu noktada stator kavraması serbest kalacak ve çark, türbin ve stator hepsi (az ya da çok) bir birim olarak dönecektir.

Kaçınılmaz olarak, akışkanın kinetik enerjisinin bir kısmı sürtünme ve türbülans nedeniyle kaybolacak ve dönüştürücünün atık ısı üretmesine neden olacaktır (birçok uygulamada su soğutması ile dağıtılır). Genellikle pompalama kaybı olarak adlandırılan bu etki, en çok durma koşullarında veya buna yakın koşullarda belirgin olacaktır. Modern tasarımlarda, kanat geometrisi düşük pervane hızlarında yağ hızını en aza indirir, bu da türbinin çok az aşırı ısınma tehlikesiyle uzun süreler boyunca durmasını sağlar (otomatik şanzımanlı bir aracın trafik sinyalinde veya trafik sıkışıklığında durdurulması gibi). hala viteste).

Verimlilik ve tork çarpımı

Bir tork konvertörü yüzde 100 kuplaj verimliliği sağlayamaz. Klasik üç elemanlı tork konvertörü, ∩'ye benzeyen bir verimlilik eğrisine sahiptir: duruşta sıfır verimlilik, genellikle hızlanma aşamasında verimliliği artırır ve bağlantı aşamasında düşük verimlilik. Konvertör bağlantı aşamasına girerken verim kaybı, stator tarafından oluşturulan türbülans ve sıvı akışı girişiminin bir sonucudur ve daha önce belirtildiği gibi, statorun tek yönlü bir kavrama üzerine monte edilmesiyle yaygın olarak üstesinden gelinir.

Tek yönlü stator kavramasının yararına olsa bile, bir dönüştürücü, kuplaj aşamasında eşdeğer boyutta bir sıvı kaplini ile aynı verimlilik seviyesine ulaşamaz. Bazı kayıplar, her zaman bir miktar güç soğuran türbülans oluşturduğundan, statorun varlığından kaynaklanır (montajın bir parçası olarak dönmesine rağmen). Bununla birlikte, kaybın çoğu, radyal olarak düz kanatların yanı sıra sıvı kütlesinden kinetik enerjiyi emmeyen kavisli ve açılı türbin kanatlarından kaynaklanır. Türbin kanat geometrisi, konvertörün torku çoğaltma kabiliyetinde çok önemli bir faktör olduğundan, tork artışı ve kuplaj verimliliği arasındaki ödünleşimler kaçınılmazdır. Yakıt ekonomisinde sürekli iyileştirmelerin piyasa güçleri ve hükümet fermanı tarafından zorunlu tutulduğu otomotiv uygulamalarında, kilitli kavramanın neredeyse evrensel kullanımı, seyir işlemi sırasında dönüştürücünün verimlilik denkleminden çıkarılmasına yardımcı olmuştur.

Bir dönüştürücü tarafından üretilen maksimum tork artışı miktarı, türbin ve stator kanatlarının boyutuna ve geometrisine büyük ölçüde bağlıdır ve yalnızca dönüştürücü, çalışmanın durma fazında veya yakınında olduğunda üretilir. Tipik motor torkuna çarpma oranları 1.8 arasında değişir: 1 ila 2,5: 1, en otomotiv uygulamaları için (çok elemanlı kullanılan tasarımlar rağmen Buick Dynaflow ve Chevrolet Turboglide daha üretmek olabilir). Endüstriyel, demiryolu veya ağır deniz güç aktarım sistemleri için tasarlanmış özel dönüştürücüler, 5.0:1'e kadar çarpma kapasitesine sahiptir. Genel olarak konuşursak, maksimum tork artışı ile verimlilik arasında bir ödünleşim vardır - yüksek durma oranlı dönüştürücüler, bağlantı hızının altında nispeten verimsiz olma eğilimi gösterirken, düşük durma oranlı dönüştürücüler, daha az olası tork artışı sağlama eğilimindedir.

Tork konvertörünün özellikleri , güç kaynağının tork eğrisi ve amaçlanan uygulama ile dikkatlice eşleştirilmelidir . Stator ve/veya türbinin kanat geometrisinin değiştirilmesi, ünitenin genel verimliliğinin yanı sıra tork-durma özelliklerini de değiştirecektir. Örneğin, sürüklenme yarışı otomatik şanzımanları genellikle, çevrim dışı torku iyileştirmek ve motorun güç bandına daha hızlı girmek için yüksek durma hızları üretmek üzere modifiye edilmiş dönüştürücüler kullanır. Karayolu araçları, ısı üretimini sınırlamak için genellikle daha düşük duraklı tork dönüştürücüler kullanır ve aracın özelliklerine daha sağlam bir his verir.

Bir zamanlar bazı General Motors otomatik şanzımanlarında bulunan bir tasarım özelliği , motor hızındaki ve yükündeki değişikliklere yanıt olarak bıçakların saldırı açısının değiştirilebildiği değişken hatveli statordu . Bunun etkisi, konvertör tarafından üretilen tork çarpımının miktarını değiştirmekti. Normal hücum açısında, stator, dönüştürücünün orta düzeyde, ancak daha yüksek bir verimlilik düzeyiyle çarpma üretmesine neden oldu. Sürücü gaz kelebeğini aniden açarsa, bir valf stator hatvesini farklı bir hücum açısına çevirecek ve verimlilik pahasına tork artışını artıracaktır.

Bazı tork konvertörleri, daha geniş bir tork çoğaltma aralığı sağlamak için birden çok stator ve/veya birden çok türbin kullanır. Bu tür çok-elemanlı dönüştürücüler otomotiv iletimleri daha endüstriyel ortamlarda daha yaygındır, fakat örneğin otomotiv uygulamaları Buick sitesindeki Paket Türbin Dynaflow ve Chevrolet sitesindeki Turboglide de vardı. Buick Dynaflow, düşük vites için tork konvertörü ile bağlantılı olarak kendi planet dişli setinin tork çarpan özelliklerini kullandı ve araç hızı arttıkça sadece ikinci türbini kullanarak ilk türbini atladı. Bu düzenleme ile kaçınılmaz olarak değiş tokuş düşük verimlilikti ve sonunda bu şanzımanlar, geleneksel üç elemanlı tork konvertörlü daha verimli üç hızlı üniteler lehine durduruldu. Ayrıca tork konvertör veriminin çok düşük hızlarda maksimum olduğu bulunmuştur.

Kilitleme tork konvertörleri

Yukarıda açıklandığı gibi, tork konvertörü içindeki itici kayıplar verimliliği azaltır ve atık ısı üretir. Modern otomotiv uygulamalarında bu sorun, çarkı ve türbini fiziksel olarak birbirine bağlayan ve dönüştürücüyü etkin bir şekilde tamamen mekanik bir kavramaya dönüştüren bir kilitleme kavramasının kullanılmasıyla genellikle önlenir . Sonuç, kayma ve neredeyse hiç güç kaybı olmaz.

Kilitleme ilkesi ilk otomotiv uygulamaydı Packard sitesindeki Ultramatic zaman açma seyir hızlarda dönüştürücü kilitli 1949 tanıtılan iletim, gaz hızlı hızlanma ya da araç yavaşladı katlı oldu. Bu özellik, 1950'lerde üretilen bazı Borg-Warner şanzımanlarında da mevcuttu . Ekstra karmaşıklığı ve maliyeti nedeniyle sonraki yıllarda gözden düştü. 1970'lerin sonlarında, daha iyi yakıt ekonomisine yönelik taleplere yanıt olarak kilitli kavramalar yeniden ortaya çıkmaya başladı ve şimdi otomotiv uygulamalarında neredeyse evrensel.

Kapasite ve arıza modları

Bir dönüştürücü teorik tork kapasitesine orantılı bir temel akışkan bağlantı gibi üzere , burada (kg / m akışkan kütle yoğunluğu 3 ), pervane hızı (olup rpm ) ve çapı (m) 'dir. Pratikte, maksimum tork kapasitesi, dönüştürücünün bileşenlerinde kullanılan malzemelerin mekanik özelliklerinin yanı sıra dönüştürücünün ısıyı dağıtma yeteneğiyle (genellikle su soğutması yoluyla) sınırlıdır. Güç, güvenilirlik ve üretim ekonomisine yardımcı olarak, çoğu otomotiv konvertör muhafazası kaynaklı yapıdadır. Endüstriyel üniteler genellikle cıvatalı muhafazalarla monte edilir; bu, inceleme ve onarım sürecini kolaylaştıran ancak dönüştürücünün üretim maliyetini artıran bir tasarım özelliğidir.

Yüksek performanslı, yarış ve ağır hizmet tipi ticari dönüştürücülerde, pompa ve türbin , bıçaklar, göbekler ve halka halka arasında daha güçlü bir bağ oluşturmak için erimiş pirincin dikişlere ve bağlantılara çekildiği fırın lehimleme adı verilen bir işlemle daha da güçlendirilebilir. s). Fırın lehimleme işlemi, bir bıçağın bir göbek veya dairesel halka ile birleştiği noktada küçük bir yarıçap oluşturduğundan, türbülansta teorik bir azalma meydana gelecek ve bu da verimde buna karşılık gelen bir artışa neden olacaktır.

Bir dönüştürücünün aşırı yüklenmesi, bazıları doğası gereği potansiyel olarak tehlikeli olan birkaç arıza moduna neden olabilir:

  • Aşırı ısınma : Sürekli yüksek seviyedeki kayma, dönüştürücünün ısıyı dağıtma kabiliyetini zorlayabilir ve bu da dönüştürücünün içinde sıvıyı tutan elastomer contaların hasar görmesine neden olabilir . Bu, ünitenin sızıntı yapmasına ve sonunda sıvı eksikliği nedeniyle çalışmayı durdurmasına neden olur.
  • Stator kavraması sıkışması : Tek yönlü stator kavramasının iç ve dış elemanları kalıcı olarak birbirine kilitlenir, böylece bağlantı aşaması sırasında statorun dönmesini engeller. Çoğu zaman, tutukluk, debriyaj bileşenlerinin şiddetli yüklenmesi ve müteakip deformasyonu ile tetiklenir. Sonunda, nöbeti tetikleyen çiftleşme parçalarının gevşemesi meydana gelir. Sıkışmış stator kavramasına sahip bir dönüştürücü, bağlantı aşaması sırasında çok düşük verim sergileyecek ve bir motorlu taşıtta yakıt tüketimi büyük ölçüde artacaktır. Bu tür koşullar altında konvertör aşırı ısınması, genellikle çalışmaya devam edilmeye çalışılırsa meydana gelir.
  • Stator debriyajının kırılması : Çok ani bir güç uygulaması, stator debriyajının şok yüklenmesine neden olarak kırılmaya neden olabilir. Bu meydana gelirse, stator serbestçe pompanın yönünün tersi yönde dönecek ve neredeyse hiç güç aktarımı olmayacaktır. Bir otomobilde, etki, ciddi bir şanzıman kayması vakasına benzer ve araç kendi gücüyle hareket edemez hale gelir.
  • Kanat deformasyonu ve parçalanma : Konvertörün ani yüklenmesine veya aşırı ısınmasına maruz kalırsa, pompa ve/veya türbin kanatları deforme olabilir, göbeklerinden ve/veya halka halkalarından ayrılabilir veya parçalara ayrılabilir. En azından, böyle bir arıza, stator kavrama arızasına eşlik edenlere benzer (daha az belirgin olsa da) semptomlar üreterek önemli bir verimlilik kaybına neden olacaktır. Aşırı durumlarda, dönüştürücünün feci yıkımı meydana gelecektir.
  • Balonlaşma : Aşırı yükleme altında uzun süreli çalışma, çok ani yük uygulaması veya bir tork konvertörünü çok yüksek RPM'de çalıştırmak , dahili basınç ve/veya atalet tarafından uygulanan stres nedeniyle konvertörün gövdesinin şeklinin fiziksel olarak bozulmasına neden olabilir. Aşırı koşullar altında, balonlaşma dönüştürücü mahfazasının yırtılmasına neden olacak ve bu da sıcak yağın ve metal parçalarının geniş bir alana şiddetli bir şekilde dağılmasına neden olacaktır.

Üreticiler

Akım

Geçmiş

Ayrıca bakınız

Referanslar

  1. ^ Hidrodinamik kaplinler ve dönüştürücüler . Otomotiv El Kitabı (3. baskı). Robert Bosch'un fotoğrafı . 1993. s. 539. ISBN 0-8376-0330-7.
  2. ^ "Espacenet - Orijinal belge" . Worldwide.espacenet.com. 1933-03-07 . 2014-07-21 alındı .
  3. ^ "Arşivlenmiş kopya" . Arşivlenmiş orijinal 2010-03-02 tarihinde . 2009-10-31 alındı .CS1 bakımı: başlık olarak arşivlenmiş kopya ( bağlantı )
  4. ^ [1]

Dış bağlantılar