X
تبلیغات
گروه مکانیک کاردانش ناحیه1

گروه مکانیک کاردانش ناحیه1

انتقال قدرت

انتقال قدرت دستی چگونه کار می کند؟

هنگام رانندگی با اتومبیل دنده دار ممکن است با چنین سوالاتی روبه رو شوید:

●چه ارتباطی بین حرکت H مانند دنده و چرخ دنده های درون جعبه دنده وجود دارد؟ وقتی دنده را عوض می کنید چه چیزی درون جعبه دنده جا به جا می شود؟

●وقتی راننده در عوض کردن دنده اشتباه می کند، صدای قیژقیژ شنیده می شود. واقعا چه اتفاقی می افتد؟

●اگرهنگامی که راننده در بزرگراه  مشغول رانندگی با سرعت بالا است ، ناگهان دنده را به عقب بزند چه اتفاقی می افتد؟ آیا ممکن است کل جعبه دنده متلاشی شود؟

در این مقاله، با بررسی سیستم انتقال قدرت دستی به این سوالات و حتی سوالات بیشتری در این زمینه پاسخ داده می شود.

اول از همه باید بدانید که ، اتومبیل ها به علت ساختار موتورهای بنزینی به جعبه دنده احتیاج دارند. هر موتوری یک خط قرمز دارد (ماکزیمم دور موتور که اگربیش از این مقدار دور داشته باشد متلاشی می شود)

 در ضمن اگر قسمت " اسب بخار چگونه کار می کند؟  " را بخوانید ، می فهمید دور موتوری که در آن قدرت و گشتاور در ماکزیمم خود هستند دامنه ی محدودی دارد. برای مثال ، یک موتور ممکن است ماکزیمم توان خود را در ۵۵۰۰ دور در دقیقه به دست آورد. سیستم انتقال قدرت این امکان را ایجاد می کند که با کم و زیاد شدن سرعت خودرو نسبت دنده بین موتور و چرخ های   خودرو تغییر کند. در واقع شما دنده را عوض می کنید تا موتور زیر خط قرمز بماند در حالی که دور موتور نزدیک به دور آن در بهترین حالت عملکرد است.

به طور ایده آل ، جعبه دنده باید آنقدر در نسبت دنده ها  قابلیت تغییر داشته باشد که موتور بتواند همیشه با تعداد دور مربوط به بهترین شرایط عملکرد خودش بچرخد. این ایده ی مربوط به CVT ها است.

 

یک CVT تقریبا دامنه ی نا محدودی از نسبت دنده ها دارد. در گذشته CVT ها در هزینه ، اندازه وقابلیت اطمینان توانایی رقابت با سیستم های 4 و5 سرعته را نداشتند در نتیجه به ندرت در خودرو های تولید شده مشاهده می شدند. امروزه ، پیشرفت در زمینه ی طراحی ،  CVT ها را متداولتر کرده است.  Toyota pruis یک خودروی هیبریدی  است که در آن از CVT استفاده شده است.

جعبه دنده از طریق کلاچ به موتور وصل شده است. بنا براین محور ورودی جعبه دنده با همان تعداد دورهای موتور می چرخد.

یک جعبه دنده ی ۵ سرعته یکی از ۵ نسبت دنده را برای محور ورودی به کار می گیرد تا تعداد دور متفاوتی در محور خروجی ایجاد کند.

برای اطلاعات بیشتر قسمت CVT چگونه کار می کند را بخوانید.

حال به یک جعبه دنده ی ساده نگاه کنید:

برای فهمیدن ایده ی اصلی یک جعبه دنده ی استاندارد ، به دیاگرام زیر که مربوط به یک جعبه دنده ی دو سرعته و ساده در حالت خلاص است توجه کنید:

حال هر یک از اجزای دیاگرام را بررسی می کنیم:

●محور سبز رنگ از طریق کلاچ از موتور خارج شده است.چرخ دنده و محور سبز رنگ  به هم متصلند و یک واحد مجزا را تشکیل می دهند.(کلاچ وسیله ایست که امکان اتصال و قطع اتصال موتور و جعبه دنده را ایجاد می کند.وقتی که پدال کلاچ را فشار می دهید، اتصال موتور و جعبه دنده قطع می شود در نتیجه موتور حتی در حالت خلاص کار می کند. با رها کردن پدال ، موتور و محور سبز مستقیمآ به هم وصل می شوند ، به این ترتیب چرخ دنده ومحور سبز با همان تعداد دور موتور می چرخند.)

●محور قرمز وچرخ دنده ها میل هرزگرد نام دارد. محور وچرخ دنده ها مانند قسمت قبل به هم متصل اند ویک واحد مجزا را ایجاد می کنند. در نتیجه همه ی چرخ دنده های روی هرزگرد و حتی خود میل مانند یک واحد می چرخند.محور سبز و قرمز رنگ از طریق چرخ دنده هایشان مستقیمآ به هم متصل اند در نتیجه با چرخش محور سبز ، محور قرمز هم شروع به حرکت می کند. بدین ترتیب میل هرزگرد ، قدرتش را با درگیر شدن کلاچ از موتور می گیرد.

●محور زرد رنگ یک محور هزارخار است که مستقیمآ بوسیله ی دیفرانسیل به میل گاردان وصل شده وسپس به چرخ های خودرو متصل است.اگر چرخ ها در حال حرکت باشند ، محور زرد هم متحرک خواهد بود.

●دنده های آبی رنگ روی یاتاقان سوارند و بر روی محور زرد رنگ می چرخند.اگر موتور خاموش باشد ولی اتومبیل با دنده ی خلاص در حال حرکت ، محور زرد می تواند داخل دنده ی آبی بچرخد با وجود اینکه دنده ی آبی و میل هرزگرد ساکن اند.

 ●حلقه ((collar یکی از دو دنده ی آبی را به میل گاردان زرد رنگ متصل می کند. حلقه بوسیله ی هزارخار مستقیمآ به محور زرد مرتبط است و با آن حرکت می کند.به علاوه میتواند برای درگیر کردن هر یک از دنده های آبی  روی محور زرد به چپ و راست بلغزد. دندانه های روی حلقه(dog teeth) در سوراخ های روی دنده ی آبی قرار می گیرند و آنها را درگیر می کنند.

 

دنده یک:

تصویر زیر نشان می دهد که چگونه در دنده ی یک ، حلقه، چرخ دنده ی آبی سمت راست را درگیر می کند:

در این تصویر ، محور سبز موتور، میل هرزگرد را میچرخاند که خود دنده ی آبی سمت راست را می چرخاند.این دنده انرژی را از طریق حلقه به میل گاردان منتقل می کند.بدین ترتیب اگر دنده ی آبی سمت چپ در حال چرخش باشد اما روی یاتاقانش به حالت هرز بگردد ، هیچ تاثیری روی محور زرد ندارد.

 

وقتی حلقه بین دو دنده قرار دارد(حالت شکل اول) دنده خلاص است و هر دو دنده ی آبی روی محور زرد به حالت هرز، با سرعت های متفاوت ، بسته به نسبتشان با میل هرزگرد ، می گردند.

 

از این بحث نتایج زیر بدست می آید:

●وقتی دنده بد عوض می شود ، صدایی که به گوش میرسد ، صدای گیرافتادن دندانه های دنده ها نیست چون همانطور که در شکلها می بینید دندانه ها همیشه کاملآ درگیر هستند .در واقع صدایی که شنیده می شود نتیجه ی تلاش ناموفق دندانه های حلقه( (dog teeth برای گیر انداختن سوراخ های بدنه ی دنده ی آبی است.

●جعبه دنده ای که اینجا نشان داده شده سیستم "همگام ساز" (بعدا توزیح داده خواهد شد) ندارد.بنابراین باید دو کلاچه دنده عوض کنید.این روش دنده عوض کردن در خودرو های قدیمی تر معمول بوده هر چند الآن هم در بعضی ماشین های مسابقه استفاده می شود.در این روش اول پدال کلاچ را یک بار فشار می دهید تا اتصال جعبه دنده و موتور قطع شود، این کار فشار را از روی دندانه های حلقه( (dog teeth بر می دارد و می توانید حلقه را به حالت خلاص در آورید.بعد پدال را آزاد می کنید و دور موتور را بالا می برید تا به سرعت مناسب  برسید.سرعت مناسب،تعداد دوری است که موتور باید در دنده ی بعدی بزند.روش کار به این ترتیب است که دنده ی آبی مربوط به دنده ی بعدی و حلقه با سرعت یکسان بچرخند تا دندانه های حلقه( (dog teeth درگیر شود.سپس پدال را برای بار دوم فشار می دهید و حلقه را در دنده ی جدید قفل می کنید.همانطور که از نام "دو کلاچه" پیداست برای هر بار عوض کردن دنده باید دوبار کلاچ را فشار داده و آزاد کنید.

●می توان دید که چگونه حرکت خطی کوچک دسته ی دنده باعث تعویض دنده می شود.دسته ی دنده میله ای را که به ماهک وصل است حرکت می دهد.ماهک حلقه را روی محور زرد حرکت می دهد تا یکی از دو دنده را درگیر کند.  

امروزه دنده ی دستی ۵ سرعته تا حد خوبی برای خودرو ها استاندارد است. داخل این دنده چیزی شبیه شکل زیر است:

کلآ ٣ ماهک وجود دارد که با ٣ میله ی متصل به دسته دنده کنترل می شوند.اگر از بالا به میله های تعویض دنده نگاه کنیم در حالت های دنده عقب ، یک و دو به شکل زیر اند:

به یاد داشته باشید که دسته دنده در وسطش یک نقطه ی چرخش دارد.وقتی در حالت دنده یک ،دسته دنده را به جلو حرکت می دهید درواقع ماهک و میله ی دنده ی یک جا به عقب می کشید.

 وقتی که به چپ و راست حرکت می دهید در واقع ماهک های مختلف(و درنتیجه حلقه های متفاوت)را در گیر می کنید.از طرفی جلو و عقب بردن دسته دنده حلقه را با یکی از دنده ها درگیر می کند.

دنده عقب به کمک یک دنده ی کوچک کمکی شکل می گیرد(بنفش).دنده ی آبی عقب در این شکل همیشه خلاف جهت سایر دنده های آبی حرکت می کند.در نتیجه عقب زدن دنده وقتی خودرو به جلو حرکت می کند ممکن نیست.در ضمن دندانه های حلقه( (dog teeth در این جریان اصلآ در گیر نمی شود اگرچه صدای زیادی ایجاد می کنند.

 همگام سازها:

سیستم انتقال قدرت دستی در ماشین های مسافربری جدید برای رفع نیاز دو بار کلاچ گرفتن از همگامسازها کمک می گیرد.روش کار یک همگام ساز به این صورت است که باعث می شود دنده و حلقه قبل از اتصال دندانه های حلقه( (dog teeth تماس اصطکاکی داشته باشند.این باعث می شود تا سرعت دنده و حلقه انطباق زمانی پیدا کند قبل از اینکه دندانه ای در گیر شود.مانند شکل زیر:

مخروط روی چرخ دنده ی آبی در سوراخ مخروطی شکل حلقه قرار می گیرد و اصطکاک بین مخروط و حلقه ،چرخ دنده و حلقه را همگام می کند.سپس حلقه به گونه ای می لغزد که دندانه های حلقه( (dog teeth دنده را درگیر کند.

 البته هر تولید کننده ی ابزارهای انتقال قدرت و همگام ساز را به روشهای متفاوتی تولید می کند اما ایده ی کلی همانطور است که شرح داده شد.

چرا در سيستم تعويض دنده دستي  دنده عقب صداي متفاوتي ايجاد مى كند؟ (ترجمه: کاوه متمادی )

سيستم هاي انتقال قدرت دستي بيشتر از دنده هاي مارپيچ استفاده مى كنند. اما دنده عقب به دليل موقعيت خاص خود نياز به نوع ديگري از چرخ دنده ها دارد كه به چرخ دنده ساده معروف است.

دنده هايي كه نسبت دنده هاي  جلو (مثبت) را ايجاد مى كنند  همه مارپيچ هستند (دنده 1و2و3) . دندانه های چرخ دنده هاي مارپيچ به صورت مورب برش خورده اند.زماني كه 2 دنده در سيستم چرخ دنده مارپيچ با هم درگير مى شوند.تماس  دندانه ها در پايان يك دندانه شروع مى شود و اين تماس به صورت تدريجي باعث چرخاندن 2 چرخدنده مى شود تا زماني كه دو دندانه به صورت كامل در حال درگيري هستند .اين درگيري تدريجي باعث مي شود كه چرخ دنده هاى مارپيچ  ملايمتر و آرامتر از چرخ دنده هاى ساده عمل كنند.

به دليل وجود زاويه در دندانه هاي  دنده هاي مارپيچ  , بيش از يك دندانه در يك زمان در اين نوع چرخ دنده با هم درگير هستند كه اين نوع درگيري باعث مى شود كه اين نوع چرخ دنده ها قدرت بيشتري و تنش كمتري داشته باشند.

 تنها مشكل در مورد چرخ دنده هاي مارپيچ اين است كه آنها به سختى در كنار هم  و در خارج  از درگيري  به هم مى لغزند. در يك سيستم تعويض  دنده  دستي دنده اي جلو در حالت در گيري قرار دارند  (در تمام زمانها) و حلقه ها توسط دكمه تعويض دنده كنترل شده و سرعت هاي متفاوتي را به محور خروجي منتقل مى كنند.

دنده عقب در سيستم تعويض دنده دستي به عنوان  دنده هرزگرد مى چرخد(چرخدنده ساده بزرگ در سمت راست شكل زير) كه مى لغزد با دو چرخ دنده ساده ديگر در زماني كه نياز به تغيير جهت چرخش داشته باشيم.

بيشتر چرخ دنده هاي به كار رفته در سيستم هاي انتقال قدرت دستي از نوع مارپيچ هستند .3 چرخ دنده كه براي دنده عقب هستند از نوع دندانه هاي ساده هستند.چرخ دنده ساده بزرگ سمت راست در شكل فوق براي دنده عقب است.

دنده هاي ساده با دندانه هاي مستقيم لغزش بيشتري نسبت به هم در مقايسه با چرخ دنده هاي مارپيچ دارند. هر زماني كه دندانه هاي  چرخ دنده درگير با يك چرخ دنده ساده است دندانه ها با هم تصادم مي كنند به جاي اينكه به آرامي لغزش داشته باشند .اين  حقيقت باعث ايجاد مقداري سر و صدا و نيز افزايش تنش بر روي دندانه ها مى شود . وقتي شما صداي بلندتري نسبت به درگيري ساير دنده هايتان مي شنويد .آن صداي دنده عقبتان است .صدايي كه مي شنويد صداي   برخورد و درگيري  دنده هاي ساده عقب با يكديگر است.

 

سیستم انتقال قدرت دو کلاچه:

اکثر مردم این را می دانند که ماشین های موجود با دو سیستم انتقال قدرت متفاوت کار می کنند،یکی سیستم عادی که راننده با فشار دادن پدال کلاچ و با استفاده از دسته تعویض دنده ،دنده را تعویض می کند و دیگری سیستم اتوماتیک است که با استفاده از چند کلاچ و یک مبدل گشتاور و چرخدنده های سیاره ای همه کارهای تعویض دنده را برای راننده انجام می دهد.اما سیستم دیگری مابین این دو وجود دارد که ترکیبی از بهترین ویژگی های هر دو سیستم را فراهم می کند و آن سیستم انتقال قدرت دو کلاچه است که به آن ، سیستم انتقال قدرت شبه اتوماتیک ، سیستم دستی بدون کلاچ یا سیستم دستی انتقال قدرت اتوماتیک شده هم گفته می شود.

    البته در زمینه ماشین های مسابقه سیستم های شبه اتوماتیک مانند گیربکس دستی متوالی همواره استفاده شده اند اما در ماشین های معمولی تکنولوژی نسبتا جدیدی است.

     در این مقاله خواهیم آموخت که سیستم انتقال قدرت دو کلاچه چگونه کار می کند، و آن را با سیستم های دیگر مقایسه خواهیم کرد و بررسی خواهیم کرد که چرا بعضی آن را سیستم انتقال قدرت در آینده می دانند.

سیستم انتقال دو کلاچه کار دو گیربکس سیستم دستی را با هم انجام می دهد.برای درک بهتر این موضوع بهتر است طریقه کارکرد گیربکس دستی معمولی را مرور کنیم. وقتی که راننده می خواهد دنده را به وسیله دسته دنده عوض کند باید ابتدا پدال کلاچ را فشار دهد در این سیستم کلاچ رابطه بین موتور و گیربکس را قطع می کند و از انتقال قدرت به چرخها جلوگیری می کند سپس راننده با دست و به وسیله دسته دنده ،دنده جدیدی را انتخاب می کند در ضمن این کار حلقه دندانه دار شده ای از یک چرخدنده به چرخدنده با اندازه متفاوت حرکت می کند.وسایلی که همزمانساز (synchronizer) نامیده می شوند دنده ها را قبل از اینکه با هم درگیر شوند هم سرعت می کند تا از خرد شدن چرخدنده ها جلوگیری شود.وقتی که چرخدنده جدید درگیر شد راننده پدال کلاچ را رها می کند.با این کار دوباره موتور به گیربکس وصل می شود و نیرو دوباره به چرخها منتقل می شود.

    پس در یک سیستم انتقال قدرت دستی معمولی جریان دایمی قدرت از موتور به چرخها وجود ندارد. قطع وصل شدن جریان قدرت پدیده ای را به نام shift shock  یا torque interrupt به وجود می آورد. اگر راننده کار آزموده نباشد سرنشینان ماشین در ضمن تعویض دنده به جلو و سپس به عقب پرتاب می شوند.

    یک گیربکس دو کلاچه از دو کلاچ استفاده می کند و در عین حال پدال کلاچ ندارد ،کنترل گرهای الکترونیکی و هیدرولیکی پیچیده ای کلاچ ها را کنترل می کنند در سیستم انتقال قدرت اتوماتیک هم اینگونه است.درDCT(سیستم انتقال قدرت دو کلاچه) کلاچ ها مستقل از هم عمل می کنند.یک کلاچ چرخدنده های فرد را کنترل می کند و دیگری چرخدنده های زوج را.با استفاده از این شیوه دنده بدون قطع جریان نیرو از موتور به چرخها عوض می شود.

  رانندگان می توانند حالت اتوماتیک کامل را برای ماشین خود انتخاب کنند و تمام وظایف تعویض دنده را به کامپیوتر محول کنند.در این حالت رانندگی بسیار شبیه به رانندگی با ماشین مجهز به گیربکس اتوماتیک است چون  DCT به ترتیب  یک چرخدنده را خارج و دیگری را درگیر می کند شوک هنگام تعویض دنده (shift shock) کاهش می یابد و مهمتر از همه تعویض دنده تحت نیرو انجام می گیرد یعنی یک جریان قدرت ثابت و پایدار بین موتور و چرخ ها وجود خواهد داشت.

یک ساختار مبتکرانه متشکل از دو شفت با جدا کردن چرخدنده های فرد و زوج تمام موارد فوق را ممکن می سازند.در قسمت بعد مطالبی را در مورد این دو شفت خواهیم آموخت.

شفت های سیستم انتقال قدرت دو کلاچه: (ترجمه از  کاوه مینایی )

یک شفت دو قسمتی در مرکز DCT قرار دارد.بر خلاف گیربکس های دستی معمولی که همه چرخدنده ها روی یک شفت ورودی قرار دارند ،DCT چرخدنده های زوج و فرد را به وسیله دو شفت ورودی از هم جدا می کند.این چگونه ممکن است؟ شفت خارجی به صورتی سوراخ شده که محفظه ای را برای شفت داخلی فراهم می کند و شفت داخلی در آن جا می گیرد.شفت خارجی  به چرخدنده های دو و چهار وصل است و شفت داخلی به چرخدنده های اول ،سوم و پنجم متصل است.

تصویر زیر ترتیب قرار گیری اجزا را در یک سیستم پنج دنده DCT نشان می دهد.توجه کنید که یک کلاچ چرخدنده های دوم و چهارم را کنترل می کند و کلاچ دیگر به صورت مستقل چرخدنده های اول و سوم و پنجم را کنترل می کند.این همان چیزی است که تعویض برق آسای دنده ها را ممکن می کند و در عین حال قدرت همواره به صورت ثابت یه چرخ ها منتقل می شود. سیستم انتقال اتوماتیک استاندارد نمی تواند این نیاز را برطرف کند زیرا در این سیستم برای تمام چرخدنده ها از یک کلاچ استفاده می شود.

کلاچ های چند صفحه ای

  از آنجایی که سیستم دو کلاچه شبیه سیستم اتوماتیک است شاید فکر کنید که این سیستم به مبدل گشتاور نیاز داشته باشد چیزی که در سیستم اتوماتیک مورد نیاز است تا قدرت به چرخ ها منتقل شود در حالی که DCT به مبدل گشتاور نیاز ندارد.به جای آن DCT هایی که هم اکنون در بازارند از کلاچ های چند صفحه ای خیس استفاده می کنند.کلاچ خیس کلاچی است که اجزای کلاچ را در مایعی شست و شو می دهد تا هم اصطکاک کم شود هم از گرمای تولید شده بکاهد.تولید کنندگان در حال توسعه DCT های با کلاچ خشک هستند درست مانند سیستم های دستی.اما ماشین هایی که مجهز به DCT هستند از کلاچ خیس استفاده می کنند. بسیاری از موتور سیکلت ها از یک کلاچ چند صفحه ای استفاده می کنند.

درست همانند مبدل گشتاور ،کلاچ چند صفحه ای از فشار هیدرولیکی برای به حرکت در آوردن چرخدنده ها استفاده می کند.مایع کار خود را در داخل پیستون کلاچ انجام می دهد_در شکل بالا مشخص است_وقتی که کلاچ درگیر می شود فشار هیدرولیکی داخل پیستون فنر های حلقه شده را تحت فشار قرار می دهد.با این کار یک دسته از صفحه های کلاچ و دیسکهای اصطکاکی به صفحه فشار که ثابت است فشرده می شوند.دیسکهای اصطکاکی دارای دندانه های داخلی هستند و به گونه ای طراحی شده اند که با دندانه های روی غلطکهای کلاچ درگیر شوند و این غلطکها هم به نوبه خود با چرخدنده هایی که نیرو را انتقال می دهند درگیر می شوند.سیستم انتقال قدرت دو کلاچه خشک آ او دی(Audi) ،هم یک فنر حلقه ای کوچک هم یک فنر بزرگ میانی دارد.

    به منظور آزاد کردن کلاچ ،از فشار روغن درون پیستون کاسته می شود.با این کار فنر های پیستون که اعمال فشار روی مجموعه کلاچ و صفحات فشار را ممکن می کنند به حالت آزاد بر می گرد.

معایب و مضایای سیستم انتقال قدرت دو کلاچه :

   خوشبختانه قبلا مشخص شد که چرا DCT ها را جزو سیستم های انتقال قدرت دستی اتوماتیک شده می دانند.در اصل DCT دقیقا مانند سیستم دستی کار می کند.این سیستم شامل شفت ورودی شفت جانبی در محفظه چرخدنده ها ،هماهنگ کننده ها و کلاچ است تنها چیزی که ندارد پدال کلاچ است چون سیستم های هیدرولیکی و سیم پیچ ها کار تعویض دنده را انجام می دهند. حتی در این حالت نیز راننده می تواند با استفاده از دکمه یا دسته تعویض دنده تعیین کند که سیستم چه موقع عمل کند.

    با توجه به اینکه رفتن به دنده بالاتر ظرف 8 میلی ثانیه انجام می گیرد پس رانندگان در ضمن تعویض دنده یکی از چندین محاسن DCT ها را تجربه خواهند کرد و آن هم شتابگیری دینامیک و پیوسته آن است.تعویض دنده یکنواخت با حذف شوک- shift shock _که در سیستم دستی و بعضی از سیستم های اتوماتیک وجود دارد_ حاصل می شود.بهترین حسن DCT ها این است که به راننده این امکان را می دهد تا با توجه به راحتی خود انتخاب کند که خود عمل تعویض دنده را انجام دهد یا کامپیوتر همه کارها را انجام دهد.

  Audi TT Roadster یکی از چندین مدل Audi که از سیستم انتقال دو کلاچه استفاده می کند.

     شاید بزرگترین حسن DCT ها صرفه جویی در مصرف سوخت باشد .از آنجایی که در ضمن تعویض دنده انتقال قدرت از موتور به چرخ ها قطع نمی شود مصرف سوخت به صورت قابل ملاحظه ای کاهش می یابد.بعضی از متخصصان می گویند یک سیستم 6 دنده DCT در مقایسه با یک سیستم اتوماتیک 5 دنده افزایش 10درصدی بازده نسبی سوخت را بدست می دهد.

    بسیاری از تولید کنندگان اتومبیل به DCT ها علاقه مند شده اند این در حالی است که تولید کننده گان موتور ها از هزینه ای که باید صرف تغییراتی در خطوط تولید موتور شود نگرانند و این باعث افزایش قیمت ماشین هایی که مجهز به DCT هستند می شود و ممکن است خریداران آگاه را از خرید این ماشین ها منصرف کند.

به علاوه امروزه تولید کنندگان بیشتر در تکنولوژی های مربوط به سیستم های انتقال قدرت متناوب سرمایه گذاری می کنند.یکی از موارد مورد توجه سیستم تعویض دنده پیوسته است ( CVT ).CVT  یکی از انواع سیستم های اتوماتیک است که از یک سیستم پولی و یک تسمه ویا یک زنجیر به منظور تنظیم نسبت چرخدنده ها استفاده می کند.CVT ها همچنین شوک هنگام تعویض دنده را هم کاهش می دهند و بازده سوخت را به میزان قابل ملاحظه ای افزایش می دهند اما CVT ها نمی توانند نسبت به گشتاورهای بالای مورد نیاز در ماشین های با توان بالا پاسخگو باشند.

DCT ها این مشکلات را ندارند و برای اتومبیل های با توان بالا ایدآل هستند.در اروپا ، جایی که  سیستم دستی بیشتر به خاطر عملکرد خوب و بازده سوخت مناسب ترجیح داده می شود پیش بینی می شود که DCT ها 25% بازار را به خود اختصاص دهند و تنها یک درصد از محصولات اروپای غربی تا سال 2012 مجهز به CVT خواهند بود.

   حال به تاریخچه و آینده DCT ها خواهیم پرداخت.

سیستم انتقال قدرت دو کلاچه،گذشته حال و آینده

   فردی که گیربکس اتوماتیک را ابداع کرد یکی از پیشگامان مهندسی خودرو بود. آدولف کگرس(Adolphe Kégresse) بیشتر به خاطر ماشین های نظامی (half-track) معروف است.نوعی از ماشین هایی که مجهز به چرخهای خاصی هستند و امکان رانندگی در هر نوع ناهمواری زمین را فراهم می کنند.در سال 1939 کگرس طرح استفاده از سیستم دو کلاچه را مورد توجه قرار داد و امیدوار بود در خودرو افسانه ای مخصوص بکسل سیتروئن به کار رود اما متاسفانه شرایط ناسازگار تجاری مانع پیشرفت بیشتر در این زمینه شد.

    هم Audi هم Porsche مفهوم دو کلاچه را در طرح های خود مد نظر قرار دادند هرچند که استفاده این شرکت ها از سیستم دو کلاچه تنها به ماشین های مسابقه محدود شد. Porsche Dual Klutch یا PDK شامل مدل های مسابقه ای 956 و 962 C بودند.در سال 1986 پورشه 962 در مسابقه 1000 کیلومتری مونزا (Monza) که بین خودروهای نمونه اولیه در سطح جهان برگزار می شود موفق به کسب مقام اول شد. اين اولين برد اتومبيل هاي مجهز به PDK نيمه اتوماتيك بود . اين مدل به وسيله پدال عمل تعويض دنده را انجام مي داد. Audi هم در سال 1985 تاريخ ساز شد ، زماني كه يك ماشين كواترو S1 مجهز به سيستم انتقال قدرت دو كلاچه در مسابقه بالا رفتن از تپه از يك كوه به ارتفاع 4300 متر بالا رفت و موفق به كسب مقام اول شد.

Porsche 962

  تا سال هاي اخير ماشين هاي مجهز به سيستم دو كلاچه وارد بازار نشدند طبق اجازه نامه BorgWarner's DualTronic فلكس واگن از پيشگامان سيستم انتقال قدرت دو كلاچه است. ماشين هاي اروپايي که از اين سيستم استفاده كرده اند شامل مدل هاي زير است:

Volkswagen Beetle  Golf   Touran    Jetta   Audi TT     A3

Toledo     Leon     Octavia Skoda    Altea Seat

Volkswagon Jetta 2.0


   فورد دومين توليد كننده سيستم هاي انتقال قدرت دوگانه است كه اين كار با همكاري فورد اروپا و سرمايه گذار 50/50 خود توليد كننده سيستم انتقال قدرت_جتراگ فورد (GETRAG_FORD) انجام مي پذيرد.اين شركت يك سيستم دو كلاچه شش دنده را تحت عنوان سيستم پاور شيفت (Powershift) در سال 2005 در نمايشگاه بين المللي فرانكفورت به نمايش گذاشت با اين وجود محصولات آنها دو سال بعد به اولين نسل پاور شيفت ها مجهز شدند.

سيستم انتقال قدرت پيوسته متغير (CVT)   

ايده استفاده از سيستمهاي انتقال قدرت پيوسته متغير از سالها قبل مطرح شده بود ولي تنها در چند سال اخير سازندگان اتومبيل به آن رو آورده اند. بر خلاف سيستم هاي انتقال متداول دستي يا اتوماتيک درCVT ، نسبت دنده هاي مجزا با نسبتهاي قابل تنظيم پيوسته جايگزين مي شود. سيستم CVT مي تواند به طور ثابت نسبت دنده خود را براي بهبود راندمان موتور و ايجاد يک منحني گشتاور- سرعت مناسب تغيير دهد. اين ويژگي باعث بهبود مصرف سوخت و نيز شتاب گيري در مقايسه با سيستم هاي انتقال قدرت متداول مي شود.

علي رغم اينکه يک دهه است که سيستم CVT در اتومبيلها استفاده مي شود، ولي محدود بودن گشتاور و پايين بودن قابليت اطمينان آنها بکارگيري اين سيستم را محدود کرده است.

 

انواع CVT

اصولاً CVT ها سه جز اساسي دارند :

يک تسمه لاستيکي يا فلزي با توان کششي بالا

يک قرقره متغير ورودي

يک قرقره متغير خروجي

CVT ها همچنين ريزپردازنده ها و سنسورهايي نيز دارند اما اجزاي اصلي و کليدي آنها همان سه مورد بالا مي باشد . امروزه تحقيقات زيادي بر روي انواع گوناگوني از سيستمهاي انتقال قدرت پيوسته متغير انجام شده که برخي از آنها عبارتند از : CVT نوع تسمه فشاري ، CVT نوعtoroidal  يا محرک کششي ،CVT نوع تسمه اي الاستومر با قطر متغير ، CVT با هندسه متغير و CVT نوع محرک کششي انحرافي و انواع ديگري که تحقيقات روي آنها ادامه دارد.

  CVT  نوع تسمه فشاري

در اين نوع که پر کاربردترين نوع از سيستمهاي CVT است، يک تسمه توان را بين دو قرقره مخروطي که يکي ثابت و ديگري متحرک است، منتقل مي کند. هر قرقره از دو مخروط با زوايايي حدود 20 درجه تشکيل مي شود که يک تسمه V شکل نيز روي شيار بين دو قرقره سوار مي شود. بسته به فاصله بين مخروطهاي هر قرقره مقدار دور تسمه روي هر قرقره مشخص مي شود. (شکل2-19) چنانچه دو مخروط به هم نزديک باشند، قطر حلقه تسمه روي آن قرقره زياد و اگر مخروطها از هم دور شوند، قطر حلقه کم مي شود. وقتي قطر يک قرقره افزايش مي يابد، قطر طرف ديگر کاهش مي يابد تا سفتي تسمه حفظ شود. جهت اعمال نيروي لازم براي تنظيم فاصله بين مخروطهاي هر قرقره مي توان از فشار هيدروليک، نيروي گريز از مرکز يا فنرهاي کششي استفاده کرد.

شکل2-19 CVT  نوع تسمه فشاري

 همانطور که ديديم به صورت تئوري و با استفاده از اين روش بينهايت نسبت انتقال مي توان ساخت. در واقع مي توان گفت شايد بهترين گزينه براي سيستم انتقال قدرت همين CVT باشد. اما بايد توجه داشت که تسمه مي تواند بلغزد يا کش بيايد که اين خود سبب افت راندمان مي گردد. اما با استفاده از مواد جديد در ساخت تسمه ها اين افت را حتي الامکان کاهش داده اند. يکي از مهمترين پيشرفتها در اين زمينه استفاده از تسمه هاي فولادي است. (شکل2-20) اين تسمه هاي انعطاف پذير از چندين نوار باريک فلزي (بين 9-12) که بصورت محکمي روي هم قرار گرفته اند تشکيل شده است. اين تسمه هاي فلزي نمي لغزند و دوام بالايي دارند و امکان انتقال گشتاورهاي بزرگتري با استفاده از آنها وجود دارد. اين تسمه ها همچنين کم سروصدا تر از تسمه هاي لاستيکي کار مي کنند.

شکل2-20 مدلي از تسمه هاي فولادي مورد استفاده در CVT  نوع تسمه فشاري  

در اين نوع CVT  يک سنسور، خروجي موتور را حس کرده و سپس يک مدار برقي فاصله بين قرقره ها و در نتيجه کشش تسمه را افزايش يا کاهش مي دهد. تغيير پيوسته فاصله بين قرقره ها مشابه عمل تعويض دنده مي باشد.

CVT نوعtoroidal   يا محرک کششي

در اين نوع ازCVT قرقره ها و تسمه ها توسط ديسکها و غلتکهاي انتقال قدرت جايگزين مي شوند. اگرچه اين سيستم کاملاً متفاوت از سيستم قبل بنظر مي آيد، ولي همه اجزا آن قابل مقايسه با CVT از نوع تسمه فشاري مي باشد. به اين صورت که :

يک ديسک به موتور متصل است که در واقع معادل قرقره محرک است.

ديسک ديگر به شفت متحرک متصل است که معادل قرقره متحرک است.

غلتکها نيز بين ديسکها عمل مي کنند، همانند تسمه که در شيار بين قرقره ها قرار دارد.

غلتکها در امتداد دو محور مي چرخند. آنها حول محور افقي گردش مي کنند و حول محور عمودي کج مي شوند که اين امر سبب مي شود که غلتکها با ديسک در سطوح مختلف تماس پيدا کنند و همين سبب ايجاد نسبتهاي انتقال گوناگون مي شود. مثلاً هنگاميکه يکي از لبه هاي غلتکها با نقطه با قطر کم ديسک محرک در تماس باشد، لبه ديگر غلتکها بايستي نقطه با قطر زياد ديسک متحرک را لمس مي کند؛ که نتيجه آن کاهش در سرعت و افزايش گشتاور است و برعکس. (شکل2-21)

شکل2-21 CVT نوعtoroidal   يا محرک کششي در حالتهای مختلف از انتقال قدرت

  CVT نوع تسمه اي الاستومر با قطر متغير

در اين نوع CVT ، از يک تسمه مسطح و انعطاف پذير که روي تکيه گاههاي متحرک قرار گرفته استفاده مي شود. اين تکيه گاهها مي توانند شعاع را تغيير داده و در نتيجه نسبت انتقال نيرو را عوض کنند. (شکل2-22) با اين وجود، در نسبتهاي دنده بالا تکيه گاهها جدا شده و يک مسير ناپيوسته دنده را ايجاد مي کنند که منجر به مشکلاتي نظير خزش و لغزش مي گردد.

شکل2-22 CVT نوع تسمه اي الاستومر با قطر متغير

انواع ديگر CVT

انواع ديگري از CVT نيز وجود دارد، ولي کاربرد آنها به اندازه نوع فشاري و Toroidal گسترش نيافته است. در نوع محرک کششي انحرافي از يک محور مخروطي و لولا براي تعويض دنده در CVT استفاده مي شود و يا برعکس. به اين ترتيب يک نسبت دنده پيوسته ايجاد مي شود.

در CVT با هندسه متغير از چرخ دنده هاي خورشيدي قابل تنظيم براي تغيير نسبت دنده ها استفاده مي گردد. اين نوع CVT بيشتر شبيه CVT هاي متداول و سيستم انتقال قدرت معمولي قابل انعطاف مي باشد.

مزاياي CVT

 رانندگان اغلب با تعويض نرم دنده مواجه نيستند، ولي در سيستم CVT عمل تغيير نسبت انتقال به نرمي صورت مي گيرد، بنحوي که راننده يا مسافران تنها شتاب گرفتن اتومبيل را احساس مي کنند. از نظر تئوري،CVT باعث خرابي کمتر موتور و انتقال مطمئن تر توان خواهد شد، در حاليکه تعويض سريع دنده و دنده هاي مجزا باعث مي شود که موتور در سرعتي غير از سرعت بهينه کار کند. علاوه بر اين سيستم CVT راندمان و عملکرد بهتري دارد. در شکل2-23 راندمان انتقال توان يک گيربکس پنج سرعته (درصد توان منتقل شده موتور توسط سيستم انتقال) آورده شده است. راندمان متوسط اين گيربکس 86 درصد و راندمان متوسط يک گيربکس دستي 97 درصد مي باشد. در شکل2-24 نيز محدوده راندمان چند نوع سيستم CVT جهت مقايسه با راندمان گيربکس آورده شده است

شکل2-23

شکل2-24 محدوده راندمان چند نوع سيستم CVT

مشاهده مي شود که راندمان سيستم هاي CVT نسبت به گيربکسهاي اتوماتيک بهتر است. علاوه بر اين به دليل اينکه سيستمهاي CVT اين امکان را براي موتور فراهم مي کنند که بتوانند صرف نظر از سرعت خودرو در نقطه طراحي کار کنند، مصرف سوخت اتومبيل نيز کاهش يافته و در نقطه بهينه قرار مي گيرد. آزمايشات نشان مي دهد که مصرف سوخت با استفاده از CVT ، 10 درصد کمتر از مصرف سوخت با استفاده از يک گيربکس چهار سرعته اتوماتيک مي باشد.

 معايب CVT

 توسعه سيستم هاي CVT به دلايل مختلفي کند بوده است. از جمله اينکه به دليل عملکرد مطلوب گيربکسهاي دستي و اتوماتيک و کاهش مصرف سوخت با استفاده از آنها نيازي به سيستم هاي CVT احساس نمي شد. يکي از معايب اصلي مدلهاي اوليهCVT ، لغزش بين تسمه و غلتک آنها بود، زيرا فاقد دندانه بوده و نمي توانستند يک اتصال مکانيکي صلب را ايجاد کنند. محرکهاي اصطکاکي معمولاً در معرض لغزش هستند، مخصوصاً در گشتاورهاي بزرگ. در مدلهايي از CVT که در سالهاي 1950 و 1960 استفاده مي شد، موتورها براي جبران لغزش، در دورهاي بالاتري کار مي کردند، به خصوص هنگام شتاب گيري از حالت سکون و گشتاور ماکزيمم. يکي از راه حلهاي ساده براي اين مشکل، استفاده از CVT در اتومبيلهايي است که موتور آنها گشتاور کمي توليد مي کنند. شايد بيشتر از هر علتي، هزينه اين نوع سيستمها مانع از رشد و توسعه آنها شده است.  

 

 

گیربکس اتوماتیک

  اگر شما یک ماشین با گیربکس اتوماتیک رانده باشید ، دو تفاوت بزرگ بین گیربکس های اتوماتیک و گیربکس های دستی را می شناسید :

  • خودرو های دارای گیربکس اتوماتیک پدال کلاچ ندارند .
  • خودرو های دارای گیربکس اتوماتیک نیازبه تعویض دنده دستی ندارند . یک بار شما دنده را در حالت drive قرار می دهید ، همه چیز ها دیگر خودکار عمل می کند .

گیربکس اتوماتیک ( بعلاوه مبدل گشتاور ) و گیربکس دستی ( با کلاچ ) دقیقاً مانند هم عمل می کنند ، اما از راه های کاملاً متفاوت. روش گیربکس اتوماتیک برای تعویض دنده کاملاً شگفت انگیز است .

محل قرار گرفتن گیربکس اتوماتیک

 ما در این مقاله طرز کار گیربکس اتوماتیک را خواهیم گفت . ابتدا با اساس کلی سیستم شروع می کنیم : دنده های سیاره ای .

سپس چگونگی درگیر کردن  دنده ها را خواهیم دید ، و چگونگی کنترل کار آنرا خواهیم آموخت و در مورد ریزه کاریهای پیچده مربوط به کنترل گیربکس بحث خواهیم کرد .

درست مثل جعبه دنده های دستی ، کار اصلی گیربکس های اتوماتیک این است که به موتور (که دارای دامنه محدود سرعت است ) اجازه می دهد که سرعت خروجی با دامنه وسیعی داشته باشند .

نمونه برش خورده یک گیرکس اتوماتیک (Mercedes-Benz CLK)

خودرو ها بدون گیربکس محدود به یک نسبت انتقال دور می باشند ، این نسبت که قابل انتخاب است و به خودرو اجازه می دهد که با حداکثر سرعت مطلوب طی مسیر کند . اگر حداکثر سرعت 80 مایل می خواهید ، پس باید انتقال دور شما شبیه دنده سه گیربکس های دستی خودرو ها باشد .

شما احتمالاً در حین رانندگی با خودرو های دارای جعبه دنده دستی فقط از دنده سه استفاده نمی کنید و اگر هم این کار را بکنید شتاب مورد نظرتان را در هنگام شروع حرکت نخواهید داشت . و در سرعت های بالا نیز ، موتور زوزه ای شدید خواهد داشت ( اگر عقربه نشان دهنده دور موتور نزدیک خط قرمز شود ) در این حالت موتور خودرو به زودی فرسوده می شود و تقریباً غیر قابل رانندن است.

بنابراین دنده های گیربکس تاثیر بیشتر یر گشتاور موتور دارد و موتور کار خود را با سرعت مناسبی ادامه می دهد .

تفاوت اساسی بین گیربکس های اتوماتیک و دستی این است که گیربکس دستی با درگیر و آزاد کردن مجموعه دنده های مختلف به شفت خروجی نسبت انتقال دور های متفاوتی می دهد. در حالی که در گیربکس اتوماتیک با همان مجموعه از دنده ها همه نسبت انتقال دور های متفاوت را می دهد . مجموعه دنده های سیاره ای وسیله ای است که این کار ها را در گیربکس اتوماتیک مقدور می کند . اکنون چگونگی کار مجموعه دنده های سیاره ای را خواهیم دید .

مجموعه دنده های سیاره ای و نسبت انتقال دور:

وقتی جعبه دنده اتوماتیک را باز کرده و به داخل آن نگاه می کنیم ، مجموعه ای عظیم از اجزای مختلف را در فضای نسبتاً کوچکی می بینیم . از جمله چيزهاى ديگرکه شما مىبينيد:

  • مجموعه مبتکرانه دنده های سیاره ای
  • مجموعه ای از باند ها که اجزای مختلف مجموعه دنده ها را قفل می کند
  • مجموعه ای متشکل از سه صفحه کلاچ تر که قسمت های دیگر از مجموعه دند ها را قفل می کند .
  • یک سیستم هیدرولیک شگفت انگیز که کلاچ ها و باندها را کنترل می کند
  • یک پمپ دنده ای بزرگ که روغن را در اطراف گیربکس به حرکت در می آورد .

مجموعه دنده های سیاره ای قلب گیربکس های اتوماتیک است . که اندازه ی آن به مانند یک طالبی است . این یک قسمت ، همه نسبت های انتقال دور را که در یک گیربکس اتوماتیک قابل تولید است به وجود می آورد . همه قسمت های دیگر که در آنجا هستند به مجموعه دنده های سیاره ای کمک می کنند که این کار ها را انجام بدهد .

 از چپ به راست : دنده رینگی( کرانویل) ، حامل سیار ه ای و دو مجموعه دنده خورشیدی

 هر مجموعه دنده های سیاره ای متشکل از سه قسمت اصلی است :

  • دنده خورشیدی
  • دنده های سیاره ای و حامل دنده های سیاره ای
  • دنده رینگی

هر یک از این سه قسمت می توانند ورودی ، خروجی یا می توانند ثابت نگه داشته شوند . انتخاب هر قطعه نقشی را بازی می کند که نسبت انتقال دور برای مجموعه دنده ها را تعیین می کند . اجازه دهید به یک مجموعه دنده های سیاره ای نگاه کنیم .

یکی از مجموعه دنده های سیاره ای گیربکس ما یک دنده رینگی با 72 دندانه و یک دنده خورشیدی با 30 دندانه دارد . ما می توانیم نسبت های انتقال دور خیلی متفاوتی را از این مجموعه دنده ها داشته باشیم .

 

Input

Output

Stationary

Calculation

Gear Ratio

A

Sun (S)

Planet Carrier (C)

Ring (R)

1 + R/S

3.4:1

B

Planet Carrier (C)

Ring (R)

Sun (S)

1 / (1 + S/R)

0.71:1

C

Sun (S)

Ring (R)

Planet Carrier (C)

-R/S

-2.4:1

هم چنین با قفل شدن دو قسمت از سه قسمت ( دنده خورشیدی ، دنده رینگی و حامل سیاره ای) در یک دیگر ، تمام قسمت ها با کاهش دنده ای 1:1 قفل خواهد شد .

توجه کنید که اولین نسبت انتقال دور که در بالا لیست شده یک نسبت انتقال دور کاهشی است . یعنی سرعت شفت خروجی نسبت به سرعت شفت ورودی آرام تر است . دومی اوردرایو است یعنی سرعت شفت خروجی سریعتر از سرعت شفت ورودی است . آخری هم نسبت انتقال دور کاهشی است اما جهت شفت خروجی معکوس شده است . چندین نسبت دور دیگری نیز می تواند در این مجموعه دنده های سیاره ای تولید شود . نسبت انتقال دور های دیگری نیز وجود دارد که برای گیربکس اتوماتیک ما مناسب است .

 

انیمیشن نسبت انتقال دورهای متفاوت مربوط به گیربکس اوماتیک

روی دکمه سمت چپ شکل بالا کلیک کنید .

 

 بنابراین یک مجموعه می تواند همه این نسبت های انتقال دور را تولید کند بدون این که از هر دنده دیگر ، درگیر یا خلاص شود . با دو عدد از این مجموعه دنده ها در یک راستا ،ما می توانیم چهار دنده جلو و یک دنده عقب ( معکوس) از گیربکس مان را داشته باشیم . ما در قسمت بعدی دو مجموعه دنده را باهم درگیر می کنیم .

اجزای مجموعه دنده های سیاره ای:

 این گیربکس اتوماتیک از مجموعه دنده هایی استفاده می کند که ترکیب مجموعه دنده های سیاره ای نامیده می شود، آن شبیه یک مجموعه دنده سیاره ای منفرد است اما مانند دو مجموعه سیاره ای ترکیب شده(متحد) عمل می کند . آن یک دنده رینگی دارد که همیشه خروجی گیربکس است . اما آن دو دنده خورشیدی و دو مجموعه دنده سیاره ای دارد .

اجازه دهید به بعضی قسمت های آن نگاهی داشته باشیم :

چگونگی قرار گرفتن دنده ها در داخل یک دیگر

از چپ به راست : دنده رینگی ، حامل سیاره ای و دو دنده خورشیدی

 شکل زیر نشان دهنده سیاره ای در حامل سیاره ای است . توجه کنید که سیاره ای سمت راست پایین تر از سیاره ای سمت چپ جای داده شده . سیاره ای سمت راست با دنده رینگی درگیر نیست ، آن با سیاره ای های دیگر درگیر است . تنها سیاره ای سمت چپ با دنده رینگی درگیر است .

حامل سیاره ای : توجه کنید به دو مجموعه از سیاره ای

 در شکل بعدی شما داخل حامل سیاره ای را می توانید ببینید . دنده های کوچکتر ، تنها با دنده خورشیدی کوچکتر درگیر شده اند . سیاره ای های بزرگتر با دنده خورشیدی بزرگتر و سیاره ای کوچکتر درگیر شده است.

نمای درونی حامل سیاره ای : به دو مجموعه دنده سیاره ای توجه کنید .

 

 

دنده های گیربکس اتوماتیک:

 دنده یک

در دنده یک ، دنده خورشیدی کوچک در جهت عقربه های ساعت توسط توربین تورک کونورتور چرخانده می شود. حامل سیاره ای سعی می کند در خلاف جهت عقربه های ساعت بچرخد ، اما آن توسط کلاچ یک طرفه( که تنها مجاز است در جهت عقربه های ساعت بچرخد ) نگه داشته می شود و دنده رینگی شفت خروجی را می چرخاند . دنده کوچک 30 دندانه دارد و دنده رینگی 72 دندانه دارد، بنابراین نسبت انتقال دو زیر را داریم :

 Ratio = -R/S = - 72/30 = -2.4:1

 بنابراین نسبت انتقال دور 2.4:1 یک انتقال دور منفی است ، یعنی این که جهت خروجی بر خلاف جهت ورودی است . اما در حقیقت جهت خروجی همان جهت ورودی است . مجموعه سیاره ای اول با مجموعه سیاره ای دوم درگیر می شوند و مجموعه دوم دنده رینگی را می چرخاند ؛این ترکیب جهت را عوض ( معکوس ) می کند . شما می توانید ببینید که هم چنین آن موجب چرخش دنده خورشیدی بزرگ می شود ؛ اما موجب آزاد شدن کلاچ می شود ، دنده خورشیدی بزرگ در خلاف جهت توربین آزادانه می چرخد (در خلاف جهت عقربه های ساعت ) .

 دنده دو

این گیربکس بعضی قسمت ها را هماهنگ می کند تا این که نسبت مورد نیاز برای دنده دو را بدست بیاورد . آن شبیه دومجموعه دنده سیاره ای اند عمل می کند که با یک حامل سیاره ای مشترک به همدیگر وصل شده اند .

در مرحله اول حامل سیاره ای ، دنده خورشیدی بزرگ را به عنوان دنده رینگی به کار می گیرد . بنابراین مرحله اول شامل خورشیدی ( دنده خورشیدی کوچکتر ) حامل سیاره ای و دنده رینگی ( دنده خورشیدی بزرگتر ).

دنده خورشیدی کوچکتر ورودی ، دنده رینگی( دنده خورشیدی بزرگتر) ثابت ( توسط باندها نگه داشته شده ) و حامل سیاره ای خروجی است . در این مرحله دنده خورشیدی به عنوان ورودی ، حامل سیاره ای به عنوان خروجی و دنده رینگی ثابت ، این فرمول آن است :

 1 + R/S = 1 + 36/30 = 2.2:1

برای هردور چرخش دنده خورشیدی کوچک ، حامل سیاره ای 2.2 بار می چرخد . در مرحله دوم حامل سیاره ای به عنوان ورودی برای مجموعه سیاره ای دوم عمل می کند . دنده خورشیدی بزرگ ( که ثابت نگه داشته شده ) به عنوان خورشیدی عمل می کند و دنده رینگی به عنوانخروجی عمل می کند ، بنابراین نسبت دور زیر به وجود می آید :

 1 / (1 + S/R) = 1 / (1 + 36/72) = 0.67:1

برای کاهش دور دنده دوم ، ما مرحله اول را در مرحله دوم ضرب می کنیم 2.2 x 0.67 تا به نسبت دور کاهشی 1.47:1برسیم . آن ممکن است صدای ناراحت کننده ای ایجاد کند ،در حالی که کار می کند .

دنده سه

بیشتر گیربکس های اتوماتیک در دنده سه نسبت انتقال دور 1:1 دارند . شما از بخش های قبلی به یاد دارید برای ایجاد نسبت دور خروجی 1:1 باید دو قسمت از سه قسمت مجموعه دنده های سیاره ای قفل شوند . این ترتیب قرار گرفتن دنده ها ساده تر است . با درگیرشدن کلاچ دنده خورشیدی با توربین قفل می شود .

اگر هر دو دنده خورشیدی در یک جهت بچرجند ،حامل سیار ه ای قفل می شود . زیرا آنها می توانند تنها در جهت مخالف بچرخند . این دنده رینگی را با سیاره ای قفل می کند و موجب می شود مانند یک چیز واحد بچرخد و نسبت 1:1 تولید کند .

اوردرایو

 با این تعریف ، اور درایو یعنی شفت خروجی سریع تر از شفت ورودی می چرخد . این یک افزایش سرعت است. در این گیر بکس به کاربردن اوردرایو دو چیز را در یک زمان انجام می دهد. اگر مقاله تورک کنورتور را خوانده باشید ، نحوه قفل شدن آن می آموزید . به منظور افزایش بازده ، بعضی خودرو ها مکانیزم قفل تورک کنورتور دارند برای این که خروجی موتور مستقیماً وارد گیربکس شود .

در این گیربکس موقعی که از اوردرایو استفاده می کنیم ، شفتی که به پوسته تورک کنورتور ( که به فلایویل موتور پیچ شده) متصل شده ، به وسیله کلاچ به حامل سیاره ای وصل می شود . دنده خورشیدی کوچک آزادانه می چرخد ( خلاص می چرخد  ) ، دنده خورشیدی بزرگ توسط باند های اوردرایو نگه داشته می شود . چیزی به توربین متصل نیست ، تنها ورودی از پوسته کنورتور است . دوباره به جدول قبلی بر می گردیم . این بار حامل سیاره ای ورودی ، دنده خورشیدی ثابت و دنده رینگی خروجی است . 

Ratio = 1 / (1 + S/R) = 1 / ( 1 + 36/72) = 0.67:1

 بنابراین شفت خروجی گیربکس برای هر دو سوم چرخش میل لنگ ، یک دور می چرخد . اگر موتور 2000 دور در دقیقه بچرخد ، خروجی گیربکس با سرعت 3000 دور در دقیقه می چرخد . این به راننده خودرو اجازه می دهد که با سرعت بزرگ راه ( زیاد ) حرکت کند در حالیکه موتور با دور آرام تری کار می کند .

 دنده عقب

دندهد عقب خیلی شبیه به دنده یک است ، با این تفاوت که به جای دنده خورشیدی کوچک که توسط توربین تورک کنورتور رانده می شود ، دنده خورشیدی بزرگ رانده می شود و دنده خورشیدی کوچک در جهت مخالف ، خلاص می چرخد . حامل سیاره ای توسط باند های دنده عقب نگه داشته می شود . بنابراین طبق تساوی ، ما از صفحه قبل داریم : 

Ratio = -R/S = 72/36 = 2.0:1

بنابراین نسبت انتقال دور در دنده عقب اندکی کمتر از حالت دنده یک در این گیربکس است .

 نسبت انتقال دور(نسبت دنده) :

این گیربکس چهار دنده جلو و یک دنده، عقب دارد . خلاصه ای از نسبت انتقال دور ها ، ورودی ها و خروجی ها :

Gear

Input

Output

Fixed

Gear Ratio

1st

30-tooth sun

72-tooth ring

Planet carrier

2.4:1

2nd

30-tooth sun

Planet carrier

36-tooth ring

2.2:1

Planet carrier

72-tooth ring

36-tooth sun

0.67:1

 

 

Total 2nd

1.47:1

3rd

30- and 36-tooth suns

72-tooth ring

 

1.0:1

OD

Planet carrier

72-tooth ring

36-tooth sun

0.67:1

Reverse

36-tooth sun

72-tooth ring

Planet carrier

-2.0

 بعد از خواندن این بخش شما احتمالاً متعجب می شوید که چطور ورودی ها متفاوت قطع و وصل می شوند . این کار توسط یک سری از کلاچ ها و باندها در داخل گیربکس انجام می شود. در بخش بعدی نحوه کار آنها را خواهیم دید .

باندها و کلاچ ها:

شیر دستی ، سوپاپ دستی ،سوپاپ تعویض دنده دستی (Manual valve): شیر ماسوره ای در سیلندر پمپ یک جعبه دنده خودکار که راننده از طریق میله بندی ، با دست آن را به کار می اندازد

سوپاپ راه دهنده ، شیر راه دهنده (Shift valve) : در جعبه دنده خودکار ، شیری که امکان تعویض دنده و تغییر نسبت چرخ دنده را فراهم می آورد

سیلندر پمپ گیربکس ، محفظه سوپاپ ،جعبه سوپاپ (Valve body) : قطعه ریخته گری نصب شده در سینی زیر گیربکس که بیشتر شیر های جعبه دنده خودکار هیدرولیکی در آن قرار دارد .

  موقعی که گیربکس را در حالت اوردرایو قرار می دهیم ، بسیاری از قسمت ها باید وصل و قطع شود.  حامل سیاره ای به وسیله کلاچ به پوسته تورک کنورتور وصل می شود . دنده خورشیدی کوچک به وسیله یک کلاچ از توربین جدا می شود ( قطع می شود ) بنابراین آن می تواند خلاص بچرخد ، دنده خورشیدی بزرگ توسط باند نگه داشته می شود ( ثابت ) . بنابراین آن نمی تواند بچرخد. هر بار که دسته دنده را فشار می دهیم یک سری از اتفاقات با درگیر شدن و آزاد شدن کلاچ ها و باندها ی مختلف رخ می دهد .

بیاید نگاهی به باندها داشته باشیم .

باند ها :

در این گیربکس دو باند وجود دارد . باندها در یک گیربکس معمولاً فولادی هستند ، که به دور بخشی از دستگاه چرخ دنده های انتقال توان (دارم کلاچ ) پیچده می شوند ، و به پوسته متصل شده اند . آنها توسط سیلندر های هیدرولیک در داخل گیربکس به کار انداخته می شوند .  

نمونه ای از باند

 در شکل بالا ، شما می توانید یکی از باندها را در داخل پوسته گیربکس ببینید . دنده خارج شده اند . میله فلزی ( کار انداز ، تیغه فشاری) به پیستون وصل شده ، که باند ها را کار می اندازد .

شما می توانید پیستون های ، راه انداز باند ها را در شکل بالا مشاهد نمائید

 در شکل بالا شما می توانید دو پیستون که باند ها را به کار می اندازند را ببینید . فشار هیدرولیکی که توسط مجموعه از سوپاپ به سیلندر وارد می شود ، عامل حرکت پیستون و وارد کردن فشار به باند است ، که قسمت های از دستگاه چرخ دنده ها را قفل می کند .

کلاچ در این گیربکس اندکی پیچیده تر هستند . در این گیربکس چهار کلاچ وجود دارد . برای درگیر کردن این کلاچ ، فشار روغن به پشت پیستون کلاچ هدایت می شود و در نتیجه پیستون به حرکت در می آید و صفحه ها را به هم می فشارد .

فنر ها اطمینان حاصل می کنند که وقتی فشار کاهش می یابد کلاچ ها آزاد شوند . شما در شکل زیر می توانید پیستون و درام کلاچ را ببینید . به واشر لاستیکی پیستون توجه کنید ، این یکی از قطعاتی است که در موقعی که شما گیربکس را تعمییر می کنید باید تعویض بشوند .

نمونه ای  از درام کلاچ

 در شکل بعدی لایه های متناوب از کلاچ ( صفحات با مواد اصطکاکی) و صفحات فولادی نشان داده شده است . مواد اصطکاکی ( صفحه کلاچ ها ) از درون هزار خار دارند ، جایی که آن یکی از دنده ها را قفل می کند ( درام کلاچ) و صفحات فولادی از بیرون هزار خار دارند که با قسمت داخلی بدنه گیربکس درگیر هستند . همچنین صفحات کلاچ موقعی که گیربکس تعمیر می شود باید تعویض شوند.

نمونه ای از صفحات کلاچ

 فشار برای کلاچ ها از طریق گذرگاه ها که در میله قرار دارند تغذیه می شود . سیستم کنترل هیدرولیکی با هر گشتاور معینی ، کلاچ ها و باندها را دارای انرژی می کند .

وقتی که شما خودرو را در وضعیت پارک قرار می دهید :

 آن ممکن است شبیه یک چیز ساده ای که گیربکس را قفل می کند باشد و آن را از چرخش باز دارد . اما واقعاً نیازمند یک سری مقرارت پیچیده برای این مکانیسم است .

·         شما باید قادر باشید آن را آزاد کنید موقعی که ماشین بر روی تپه (سربالای) است .

·         شما باید بتوانید این مکانیسم را  درگیر کنید حتی اگر اهرم با دنده در یک راستا(تنظیم) نباشد .

·         وقتی که درگیر است، تا اندازه ای مانع از پریدن اهرم و آزاد شدن آن می شود .

این مکانیسمی است که همه این موارد را نسبتاً مرتب انجام می دهد . اجازه دهید ابتدا به بعضی از قسمت های آن نگاهی داشته باشیم .  

شفت خروجی گیربکس: شیارهای مربعی شکل توسط مکانیسم پارک قفل درگیر می شوند و مانع حرکت ماشین می شوند .

 مکانیسم قفل دنده پارک ، دندانه های روی شفت خروجی را برای ثابت نگه داشتن خودرو، درگیر می کند . این بخشی از گیربکس است که به میل گاردان وصل شده است . بنابراین با نچرخیدن ( ثابت بودن ) این بخش مانع حرکت خودرو می شود .  

 در شکل بالا شما برآمدگی مکانیسم پارک قفل را درداخل پوسته می ببینید ، جایی که دنده ها در داخل آن قرار گرفته است . به سمت مخروطی شکل آن توجه کنید . آن به آزاد شدن قفل پارک ، موقعی که شما در سربالایی پارک کرده اید کمک می کند . نیروی حاصل از وزن خودرو به بیرون آمدن ( فشار وارد می کند تا مکانیسم پارک قفل آزاد شود ) مکانیسم پارک قفل کمک می کند . به دلیل زاویه دار بودن مخروطی شکل .  

نمای از میله کار انداز مکانیسم پارک

این میله به یک کابل وصل شده که توسط دسته دنده در داخل خودرو شما به کار انداخته می شود .

نمایی از مکانیسم قفل دنده پارک

 موقعی که دسته دنده در حالت پارک قرار دارد میله بر خلاف فنر بوش مخروطی کوچک را فشار می دهد . وقتی مکانیسم پارک قفل در یک راستا باشد ( تنظیم باشد ) به منظور این که آن بتواند یکی از شیار ها در بخش خروجی دنده متوقف شود . بوش مخروطی شکل ، مکانیسم را به سمت پایین فشار خواهد داد . اگر مکانیسم در یکی از نقاط مهم در خروجی در یک راستا (تنظیم ) باشد . بنابراین فنر بر روی بوش مخروطی فشرده خواهد شد ، اما اهرم در این حالت قفل نخواهد شد تا این که خودرو کمی حرکت کند و دندانه ها به درستی همراستا ( تنظیم ) شود . آن باید کمی حرکت کند تا این که دندانه ها همراستا بشوند تا جایی که مکانیسم قفل پارک بتواند در آن حالت متوقف شود .

به دلیل مذکور در برخی موقع وقتی که ما پایمان را از روی پدال ترمز بر می داریم خودرو اندکی حرکت می کند .  

 

 سیستم هیدرولیک ، پمپ و گاورنر:

 سیستم هیدرولیک

 گیربکس اتوماتیک در خودرو شما چندین وظیفه دارد . شما ممکن است نفهمید که چطور آن از راههای بسیار متفاوت عمل می کند . برای نمونه برخی ویژگی های که یک گیربکس اتوماتیک دارد :

·         اگر ماشین در حالت اورداریو (در گیربکس های چهار دنده)باشد.گیربکس دنده ای مبنی بر سرعت وسیله نقلیه و موقیت پدال گاز انتخاب میکند.

·         اگر شما به آرامی شتاب بگیرید ، تغیر دنده با سرعت کمتری نسبت به موقعی است که شما با تمام گاز شتاب بگیرید.

·         اگر پدال گاز را رها کنیم ،گیربکس به دنده بعدی پائینی تعویض می شود.

·         اگر شما اهرم دنده رادر حالت دنده پائین تر قرار دهید ،گیر بکس تغیرمکان خواهد داد(تعویض خواهد شد)مگر اینکه سرعت خودرو سریعتر ازسرعت دنده انتخابی باشد.اگر سرعت خودرو خیلی زیاد باشدباید صبر کنید تا سرعت آن کم شود و بعد از آن دنده تعویض شود(به دنده پایین).

·         اگر شما گیربکس را در حالت دنده 2 قرار دهید،افزایش و کاهش سرعت بیش از دنده 2 را نخواهیم داشت و هرگز به طور کامل نخواهد ایستاد مگر اینکه دسته دنده را تغیر دهیم.

 شما احتمالا ً پیشتر برخی قسمت های شبیه به آن را دیده اید.این واقعا ً مغز گیربکس های اتوماتیک است. آن تمام وظایف را مدیریت می کند.گذرگاه های مسیر روغن را در قسمت های متفاوت گیربکس می توانید ببینید.گذر گاه ها در داخل فلز قالب ریزی شده اند که راه مناسبی برای افزایش بازده مسیر های روغن هستند.

بدون آنها شیلنگ های زیادی برای وصل کردن قسمت های مختلف گیربکس به همدیگر لازم است. ابتدا ما در مورد قسمت های اصلی سیستم هیدرولیک بحث خواهیم کرد و بعدا ً خواهیم دید که چطور آنها با یکدیگر کار می کنند.

پمپ

 گیربکس های اتوماتیک یک پمپ جالبی دارند که پمپ دنده ای نامیده می شود. پمپ معمولا ً در درپوش گیر بکس قرار دارد. آن روغن را از مخزن (کارتر) پایین گیربکس می کشد و سیستم هیدرولیک را تغذیه می کند. آن هم چنین کولر گیربکس و تورک کنورتور را تغذیه می کند.

نمایی از پمپ دنده ای گیربکس اتوماتیک

 دنده داخلی پمپ به پوسته تورک کنورتور متصل شده بنابراین آن با همان سرعت موتور می چرخد. دنده بیرونی توسط دنده داخلی چرخانده می شود و به عنوان دنده چرخان،روغن از مخزن(کارتر) از یک طرف هلالی به بالا کشیده می شود و با فشار بیشتر از سمت دیگر وارد سیستم هیدرولیک می شود.

گاورنر

 گاورنر یک سوپاپ هوشمند است که به گیربکس در خودرو شما می گوید چقدر سریع برود. آن به شفت خروجی گیربکس وصل شده است ، بنابراین موقعی که خودرو سریعتر حرکت می کند، گاورنر سریعتر می چرخد.در داخل گاورنر یک سوپاپ با فنر بار گذاری شده است،که آن را متناسب با اینکه گاورنر چقدر تند می چرخد،باز می کند. بنابراین موقعی که گاورنر تند می چرخد، سوپاپ زیاد باز می شود.پمپ ، روغن برای گاورنر را از طریق شفت خروجی تغذیه می کند.

موقعی که خودرو سریع تر حرکت می کند سوپاپ گاورنر بیشتر باز می شودو به روغن اجازه می دهد که با فشار بیشتر از میان آن عبور کند.

 

 سوپاپ ها و مدولاتور ها:

برای تغییر دنده به طور مناسب در گیربکس های اتوماتیک باید بدانید که موتور با چه قدرتی(گشتاوری) کار می کند. دو راه برای انجام آن وجود دارد.برخی خودرو ها یک کابل اتصال ساده دارند که به سوپاپ دریجه گاز در گیربکس وصل شده است. وقتی که پدال گاز بیشتر فشرده میشود ،فشار بیشتری به سوپاپ دریجه گاز اعمال می شود.در برخی خودرو های دیگر از خلاء مدولاتور برای وارد کردن فشار به سوپاپ دریچه گاز استفاده می شود. مدولاتور فشار منیفولد را حس می کند.(که وقتی موتور زیر بار بیشتری قرار دارد افت می کند)

شیر دستی(سوپاپ تعویض دنده دستی)چیزی است که دسته دنده وصل شده است. آن به دنده ای که انتخاب می شود بستگی دارد، سوپاپ دستی مدارات هیدرولیکی که مانع درگیری دنده های دیگر می شود را تغذیه می کند، برای نمونه، اگر دسته دنده را در دنده 3 قرار دهید،آن مدارات هیدرولیکی که مانع درگیری اور درایو می شود را تغذیه می کند.

سوپاپ راه دهنده (شیر راه دهنده) فشار هیدرولیکی لازم برای باند ها و کلاچ ها را برای در گیری هر دنده تهیه می کند.

 سیلندر پمپ گیربکس (محفظه سوپاپ ، جعبه سوپاپ)در گیربکس شامل چند سوپاپ راه دهنده است. سوپاپ راه دهنده ، زمانی که یک دنده به دنده بعدی تغییر کند را معلوم می کند.برای نمونه از دنده 1 به 2 (سوپاپ راه دهنده، زمانی که دنده 1 به دنده 2 تغیر می یابد را معلوم می کند.) سوپاپ راه دهنده از یک طرف تحد فشار،روغنی که از سمت گاورنر می آید و از سمت دیگر تحت فشار سوپاپ دریچه گاز قرار دارد. آنها توسط روغنی که از پمپ فرستاده می شود و تاٌمین می شوند و وارد یکی از دو مدار برای کنترل دنده ای که خودرو با آن در حال حرکت است می شود .

مدار تعویض دنده

 اگر خودرو به سرعت شتاب بگیرد ، سوپاپ تعویض (شیر راه دهنده )، تعویض دنده را به تاخیر خواهد انداخت . اگر خودرو به آرامی شتاب بگیرد ، تعویض دنده در سرعت پایین اتفاق می افتد . بیایید در مورد این که وقتی ماشین به آراممی شتاب می گیرد چه اتفاقی می افتد ،بحث کنیم .

بنابراین وقتی سرعت خودرو افزایش می یابد ،فشارهای از طرف گاورنر ایجاد می شود . فشار اعمالی به سوپاپ تعویض ( شیر راه دهنده ) زیاد می شود تا وقتی که مسیر دنده 1 بسته شود و مسیر دنده 2 باز شود . وقتی خودرو با گاز کم در حال سرعت گرفتن است سوپاپ دریچه گاز فشار زیادی را بر خلاف سوپاپ راه دهنده اعمال نمی کند .

وقتی خودرو به سرعت شتاب می گیرد سوپاپ دریچه گاز فشار بیشتری را بر خلاف شیر راه دهنده اعمال می کند . این به این معنی است فشاری که از گاونرمی آید باید بالا باشد (  بنابراین سرعت وسیله نقلیه باید بیشتر باشد ) قبل از این که سوپاپ راه دهنده به اندازه کافی حرکت کند تا دنده 2 را درگیر کند .

هر سوپاپ تعویض در دامنه مخصوصی از فشار عکس العمل نشان می دهد، بنابراین وقتی که ماشین با سرعت حرکت می کند ، سوپاپ دنده2 را به 3 تغییر می دهد ،زیرا فشاری که از طرف گاورنر اعمال می شود به اندازه کافی زیاد است که سوپاپ را فشار دهد . (حرکت دهد)

 گیربکس های کنترل الکترونیکی

 گیربکس های کنترل الکترونیکی که در بعضی از خودروهای جدید ظاهر شد ، هنوز از هیدرولیک برای به کار انداختن کلاچ و باندها استفاده می کند ، اما هر مدار هیدرولیک توسط یک سولونوئید الکتریکی کنترل می شود . که باعث ساده شدن لوله کشی در گیربکس می شود و به طرحهای کنترلی بسیار پیشرفته اجازه می دهد .

ما در بخش قبلی بعضی از استراتژی های کنترل را که به صورت مکانیکی فعالیت های گیربکس را کنترل می کنند را دیدیم . گیربکس های کنترل الکترونیکی طرحهای کنترلی بسیار پیچیده ای دارند . که علاو ه بر نشان دادن سرعت وسیله نقلیه و موقعیت دریچه گاز ،کنترل گر های گیربکس سرعت موتور را نیز نشان می دهد ، اگر پدال ترمز فشار داده شده باشد و حتی سیستم ترمز ضد قفل را هم نشان می دهد .

استفاده از این اطلاعات و یک استراتژی کنترل پیشرفته بر اساس یک منطق مبهم است . یعنی روش برنامه ریزی سیستم های کنترل بر مبنای استدلالات انسانی است .گیربکس های کنترل الکترونیکی کارهای مانند زیر را می توانند انجام دهند :

·        تعویض دنده به طور اتوماتیک ( به دنده پایین ) در سراشیبی برای کنترل سرعت و کاهش سایش لنت های ترمز .

·        تعویض دنده ( به سمت بالا و افزایش سرعت ) موقعی که در یک سطح لغزنده ترمز می کنید ، برای کاهش گشتاور ترمزی اعمال شده توسط موتور .

·        جلو گیری از افزایش سرعت موقعی که در جاده های مارپیچ رانندگی می کنید .

بیاید در مورد ویژگی آخر بحث کنیم ، یعنی جلو گیری از افزایش سرعت موقعی که در یک جاده مارپیچی می پیچید . اجازه دهید بگوییم که شما در یک سر بالای که یک جاده کوهستانی مارپیچ است رانندگی می کنید . وقتی شما در قسمت راست جاده رانندگی می کنید گیربکس دنده را به 2 تعویض می کند که به شما شتاب کافی و قدرت بالا روی دهد . وقتی شما وارد یک جاده مارپیچ می شوید ، پدال گاز را رها می کنید و احتمالاً ترمز می کنید . بیشتر گیربکس ها دنده را به 3 تعویض خواهند کرد یا حتی اوردرایو ، موقعی که شما پایتان را از پدال گاز برداشته اید . سپس وقتی در مارپیچ شتابتان را کم می کنید ، آنها دوباره دنده را به سمت پایین تعویض می کنند . اما اگر شما با یک خودرو داری گیربکس دستی رانندگی کنید احتمالا به همان دنده به رانندگی خود ادامه می دهید . بعضی از گیربکس های اتوماتیک با سیستم کنترل پیشرفته می توانند این وضعیت را آشکار سازند ، بعد از این که شما دو تا از پیچ ها را بپیچید ، می فهمند که دنده را به دنده بالا تر تعویض نکند .

 

 

 

+ نوشته شده در  سه شنبه سوم آبان 1390ساعت 10:39  توسط گروه مکانیک کاردانش ناحیه1  | 

فرمان برقي خودرو

فرمان برقي


با توجه به تعريف پروژه فرمان برقي توسط سازه گستر و همكاري با شركت سايپا در توليد خودروي پرايد، در اين گزارش به معرفي سيستم مذكور و مزاياي آن نسبت به سيستم هيدروليكي و نحوه عملكردش مي پردازيم. با در نظر گرفتن مزيت هاي سيستم فرمان برقي، احتمال دارد در آينده از آن به عنوان يكي از آپشن هاي خودروي S81 استفاده شود.


سيستم فرمان انواع گوناگوني دارد از جمله سيستم فرمان مكانيكي(دنده شانه اي و پينيون)، هيدروليكي والكتريكي.

معمول ترين آنها سيستم مكانيكي يا دنده شانه اي و پينيون است. پينيون حركت دوراني دارد و دنده شانه اي حركت خطي انجام مي دهد. در اين حال پينيون حركت دوراني غربيلك فرمان را به دنده شانه اي منتقل مي كند و دنده شانه اي نيز حركت خطي را از طريق مفصل ها به چرخ هاي خودرو انتقال مي دهد.

براي تسهيل در چرخش فرمان و به تبع آن كاهش خستگي راننده و همچنين افزايش ايمني، سيستم هيدروليكي ابداع شده است. براي ايجاد فرمان هيدروليكي معمولا اجزاي زير به قسمت مكانيكي فرمان اضافه مي شوند:
پمپ هيدروليك با مخزن روغن و چرخ تسمه،
شيرهاي كنترل،
لوله هاي رابط،
سيلندر و
تسمه.

سيستم هيدروليكي فرمان براي ايفاي نقش خود از موتور خودرو استفاده مي كند بنابراين از بازده آن اندكي مي كاهد همچنين مصرف انرژي بيشتر را در پي دارد. علاوه بر آن، سيستم هيدروليك به صورت مركز آزاد عمل مي كند يعني حتي وقتي خودرو به صورت مستقيم در حال حركت است و هيچ انحرافي ندارد باز هم به عملكرد خود ادامه مي دهد. اين موارد سازندگان فرمان خودرو را بر آن داشت تا به دنبال سيستم هاي بهتر و مفيدتري بگردند و آنها را جايگزين سيستم هيدروليكي كنند يا سيستم هيدروليكي را بهبود بخشند.

يكي از سيستم هاي ارائه شده در سال هاي اخير، فرمان الكتروهيدروليكي(EHPS) است كه در آن به جاي استفاده از موتور خودرو، يك موتور الكتريكي به پمپ هيدروليك اضافه مي شود و در نتيجه فرمان از موتور مستقل مي شود.

در اين نوع فرمان هر چند مستقل بودن از موتور خودرو تحقق يافته ولي مشكل دائمي بودن عملكرد سيستم هيدروليكي يعني حالت مركز آزاد هنوز پا بر جاست.
به عبارت ديگر بايد وضعيتي را تدارك ديد كه سيستم تنها وقتي چرخشي به فرمان وارد مي شود عمل كند، نه هميشه.

از اين رو در نسل جديد خودروها فرمان الكتريكي(EPS)
جايگزين انواع قبلي شد. اين نوع فرمان مشابه نوع هيدروليكي عمل مي كند ولي از لحاظ ساختار متفاوت است. امروزه با توجه به مزاياي متعدد خودروهاي فرمان برقي در قياس با خودروهاي داراي فرمان¬هاي هيدروليكي و مكانيكي، بيشتر خودروسازان به استفاده از اين سيستم روي آورده اند تا جايي كه در سال 2007 بيش از 60درصد خودروهايي كه د اروپا به فروش رفته اند، سيستم فرمان برقي داشته اند.

از مزاياي سيستم را الكتريكي مي وان به افزايش سرعت، عملكرد بهتر فرمان و حفظ تعادل خودرو در انحراف ها اشاره كرد كه باعث فرمان پذيري آسانتر بهخصوص هنگام پارك خودرو ميشود و با توجه به ارتباط مدار الكتريكي با حسگرها و ECU، اين سيستم بسيار سريع و هوشمندانه عمل ميكند. از مزاياي سيستم فرمان برقي نسبت به فرمان هيدروليك مي توان بهبود و كاهش مصرف سوخت خودرو (حدود 5درصد) و تقويت فرمان در سرعت هاي پايين و كاهش قدرت فرمان در سرعت هاي بالا را نام برد.

در سيستم فرمان برقي تنها زماني كه فرمان مي چرخد انرژي مصرف ميشود؛ در حالي كه در سيستم فرمان هيدروليك، پمپ هيدروليك صرف نظر از چرخش فرمان، به صورت دائم كار ميكند و حدود 5 اسب بخار از توان خودرو صرف توليد دبي و پمپاژ دائمي روغن هيدروليك در مدار مي شود. ماكزيمم قدرت فرمان هيدروليك در سرعتهاي بالاست كه بيشترين دبي توسط پمپ توليد ميشود؛ درحالي كه در سرعتهاي بالا كمترين نيرو براي چرخش فرمان مورد نياز است. وزن خودرو نيز در سيستم فرمان برقي به علت حذف اتصالات هيدروليك، پمپ، پولي و ... حدود 4 تا 6 كيلوگرم كمتر از خودروي مجهز به سيستم فرمان هيدروليك است همچنين حذف روغن هيدروليك و غير قابل چرخش بودن اين روغن باعث كاهش اثرات مخرب زيست محيطي آن مي شود و مشكلات ناشي از ايرادهاي مربوط به نشتي هاي روغن از اتصالات نيز در اين سيستم برطرف شده است. برخي مزايا در جدول شماره 1 به اختصارآورده شده است.

اجزاي اصلي سيستم فرمان برقي خودرو شامل موتور الكتريكي با جريان مستقيم(DC)، كنترل يونيت، ميله پيچشي و حسگر گشتاور است كه در ادامه به نحوه عملكرد اين سيستم مي پردازيم.

انواع سيستم هاي EPS با توجه به محل قرار گرفتن موتورالكتريكي تعريف ميشوند. موتور الكتريكي روي محور فرمان، پينيون، رك و يا به صورت تركيبي با پمپ هيدروليك قرار دارد. معمولا در مدلهاي جديد از نوع فرمان برقي با نصب موتور الكتريكي روي محور فرمان به جاي نصب روي جعبه فرمان استفاده ميكنند.

در سيستم فرمان برقي ميله پيچشي به محور فرمان متصل است و از طريق حسگر گشتاور متصل به ميله پيچشي، مقدار گشتاور مقاومي كه بر اثر چرخش فرمان بين چرخ هي خودرو و نيروي پيچشي فرمان اعمال ميشود، اندازه گيري مي گردد و براساس آن به سيگنال الكتريكي تبديل و به ECU ارسال ميشود. ECU هم براساس دادههاي ارسالي از حسگر گشتاور و سرعت خودرو، مقدار نيروي اعمالي لازم به موتور الكتريكي DC را تعيين ميكند.

ميله پيچشي جزئي از محور فرمان است و هنگام فرمان گيري از خودرو تحت دو گشتاور، يكي گشتاور ورودي از طرف غربيلك و ديگري گشتاور عكس العملي وارده از سمت تاير قرار مي گيرد. دو حسگر براي اندازه گيري مقدار نيروي پيچشي و تبديل آن به سيگنال الكتريكي و خروجي ولتاژ (متناسب با مقدار پيچش) وجود دارد. هر حسگر به صورت coil در شكل نشان داده شده است. بر اثر چرخش رينگ هاي متصل به شفت، القاي مغناطيسي دركويل ها ايجاد و به سيگنال الكتريكي تبديل مي شود كه در شرايط بدون اعمال گشتاور ولتاژ 2.5 ولت را توليد مي كند.

وقتي پيچش اتفاق نمي افتد ميزان اختلاف ولتاژ خروجي حسگرها صفر و محدوده ولتاژ خروجي مجموعه دو حسگر صفر تا 5 ولت است. مطابق شكل وقتي فرمان به سمت چپ يا راست مي پيچد همزمان در يك حسگر ولتاژ خروجي افزايش مي يابد و در حسگر ديگر كاهش ولتاژ خروجي اتفاق مي افتد. هر چه اختلاف بين خروجي ولتاژ حسگرها بيشتر باشد نيروي اعمالي بيشتري در موتور الكتريكي توليد مي شود و در صورت معكوس شدن ولتاژ جهت چرخش موتور الكتريكي تغيير مي كند.ECU براساس سيگنالهاي مختلفي كه از حسگرهاي گشتاور و سرعت دريافت مي كند و با لحاظ وضعيت خودرو در آن لحظه مقدار دور لازم براي چرخش را به موتور الكتريكي ارسال مي كند و موتور الكتريكي DC توسط يك چرخ دنده گشتاور موتور الكتريكي را به محور فرمان انتقال مي دهداين سيستم كه مكانيزم كاهش نام دارد نيروي اعمالي موتور را به پينيون شفت انتقال مي دهد. اين مكانيزم شامل يك چرخ دنده مارپيچي و يا حلقوي است كه ارتباط بين پينيون محور فرمان و پينيون چرخ دنده اي متصل به شفت موتور را برقرار و نيروي موتور را به پينيون شفت منتقل مي كند. به اين ترتيب پينيون شفت به چرخش در مي آيد تا گشتاور مقاوم ايجاد شده در ميله پيچشي به صفر برسد.

ECU داراي سه مد عملياتي است:1- مد كنترلي نرمال: زماني كه فرمان به چپ و راست مي پيچد و نيروي كمكي با توجه به ميزان گشتاور ورودي در حسگر گشتاور اعمال مي شود. 2- مد كنترلي بازگشت: زماني كه فرمان به طور كامل پيچيده است نيروي كمكي در جهت برگشت ايجاد مي كند. 3- مد كنترلي ميراكننده: سرعت خودرو را با هدف بهبود احساس سواري و جذب تنش هاي وارده از جاده به چرخ ها تغيير مي دهد.

زماني كه فرمان تا انتها مي چرخد كنترل يونيت نيروي كمكي را كاهش مي دهد تا از آسيب ديدن موتور الكتريكي جلوگيري كند همچنين در صورت وجود هرگونه خطا، سيستم به طور خودكار از حالت برقي به مكانيكي تغيير مي كند و چراغ اخطار روشن ميشود كه بايد با استفاده از نرم افزار و دستگاه عيب ياب، ايراد برطرف شود.

بيشترين نيرو توسط موتور الكتريكي هنگامي اعمال ميشود كه خودرو در سرعت پايين حركت كند و روي يك سطح با اصطكاك بالا فرمان با سرعت چرخانده شود. در شرايطي كه سطح جاده داراي اصطكاك كمي باشد نيروي كمتري توسط موتور الكتريكي اعمال و از انحراف خودرو جلوگيري ميشود. عواملي چون فشار باد تاير، سطح جاده، سرعت خودرو و ... بر مقدار نيرويي كه بايد راننده براي چرخش فرمان اعمال كند تأثير نخواهد داشت و در شرايط اضطراري كه فرمان به سرعت چرخانده ميشود با توجه به اهميت گشتاور مقاوم بين تاير و نيروي وارده به غربيلك، خودرو در مسير مستقيم بدون انحراف به حركت خود ادامه ميدهد.

سيستم فرمان برقي معمولا با ولتاژ 12ولت و ماكزيمم مصرف 80 آمپر و متوسط توان0.1 كيلووات كار ميكند

+ نوشته شده در  سه شنبه سوم آبان 1390ساعت 10:26  توسط گروه مکانیک کاردانش ناحیه1  | 

برق والکترونیک خودرو

موضوع تحقیق:

 

 

طرز کار سیستم جرقه زنی ودلکوهای مگنتی

 

تهیه کننده:

   امید فلسفین

 

استاد راهنما:

 

اقای مهندس نادری

 

در این مقاله، ما در باره سیستم جرقه زنی خواهیم آموخت، با تنظیم زمانی (تایمینگ) جرقه شروع می کنیم. سپس تمام اجزایی آن که جرقه ایجاد می کنند از قبیل شمع ها، کویل ها و دلکو ها را خواهیم دید. و سر انجام در باره بعضی از سیستم های جدید که از حالت جامد solid-state) ) اجزا به جایی دلکو استفاده می کنند صحبت خواهیم کرد.

تایمینگ ( تنظیم زمانی جرقه زنی ):

سیستم جرقه زنی که روی خودرو شما قرار دارد باید با هماهنگی کامل با بقیه اجزای موتور کار کند. هدف از مشتعل کردن سوخت در یک زمان معین(درست) در حقیقت این است که گازهای منبسط شده بتوانند بیشترین کار انجام دهند . اگر سیستم جرقه زنی در زمان نا هماهنگی (اشتباهی) عمل کند ، قدرت موتور پایین می آید ،اتلاف سوخت و آلایندگی بیشتر می شود

شمع قبل از این که پیستون به نقطه مرگ بالا برسد جرقه می زند

وقتی که مخلوط سوخت و هوا در داخل سیلندر مشتعل می شود، دما افزایش می یابد و سوخت تبدیل به گاز های خروجی می شود . این تغییر شکل موجب می شود که فشار داخل سیلندر به طور شگفت انگیزی افزایش می یابد و نیرویی رو به پایین به پیستون وارد می کند .

هدف از بیشتر شدن فشار داخل سیلندر طی کورس قدرت این است که بیشترین گشتاور و قدرت را از موتور بگیریم . ماکزیمم شدن فشار همچنین بازده موتور را بیشتر می کند . تنظیم زمانی جرقه زنی یک موفقیت بحرانی است .

یک تاخیر زمانی کوچک بین جرقه زدن و مشتعل شدن کل مخلوط سوخت و هوا، و رسیدن سیلندر به فشار ماکزیمم وجود دارد . اگر جرقه زنی درست زمانی اتفاق بیافتد که پیستون به نقطه مرگ بالا در کورس تراکم برسد، در کورس قدرت قبل از این که گاز ها در داخل سیلندر به حداکثر فشار برسند پیستون شروع به پایین آمدن می کند .

به منظور استفاده بهتر از سوخت، جرقه باید قبل از این که پیستون به انتهای کورس تراکم برسد، اتفاق بیافتد، بنابراین در این لحظه پیستون در کورس قدرت شروع به پایین آمدن می کند ، و فشار به اندازه کافی بالا است که بتواند شروع به تولید کار مفید کند .

                                                                                                 جابجایی * نیرو = کار

در یک سیلندر :

                                          پیستون * فشار = نیرو

 

بنابراین وقتی ما در باره یک سیلندر صحبت می کنیم، طول کورس * سطح مقطع پیستون * فشار = نیرو . و چون طول کورس و سطح مقطع پیستون ثابت هستند و تنها راه برای ماکزیمم شدن کار، افزایش فشار است .

تنظیم زمانی( تایمینگ ) جرقه خیلی مهم است، و بستگی به شرایط می تواند هر یک از دو حالت آوانس یا ریتارد باشد .

مدت زمان مشتعل شدن سوخت تقریبا ثابت است . اما به منظور افزایش سرعت موتور ، سرعت پیستون افزایش می یابد . به منظور افزایش سرعت موتور باید جرقه زنی نیز زودتر اتفاق بیافتد که آوانس جرقه نامیده می شود: به منظور افزایش سرعت موتور، به آوانس بیشتری نیاز است .

اهداف دیگر، مانند کاهش آلایندگی ،در اولویت قرار دارد زمانی که حداکثر قدرت لازم نیست . به عنوان مثال : با ریتارد کردن تنظیم زمانی جرقه (به تاخیر انداختن زمان جرقه زنی ، نزدیک نقطه مرگ بالا در کورس تراکم)، ماکزیمم فشار در داخل سیلندر، و دما می تواند کاهش یابد . کاهش دما به کاهش تشکیل نیتروژن اکسید (NOx) کمک می کند که آلودگی تنظیم شود . ریتارد شدن تنظیم زمانی جرقه همچنین ممکن است ضربه را رفع کند ، بعضی ماشین ها سنسور ناک (حسگر ضربه) دارند که این کار به صورت اتوماتیک انجام می شود .

شمع:

شمع در تئوری کاملا ساده است : آن الکتریسیته را از میان یک فاصله( دهانه شمع) به جرقه تبدیل می کند. تقریباً شبیه به یک آذرخش . الکتریسیته  باید در یک ولتاژ بسیار بالا یی به منظور عبور از میان یک فاصله( دهانه شمع) و تولید جرقه خوب وجود داشته باشد . ولتاژ در شمع می تواند بین 40000 تا 100000 ولت باشد .

شمع در مرکز چهار سوپاپ در هر سیلندر قرار دارد .

شمع باید یک مسیر عایق برای عبور این ولتاژ بالا به سمت پایین الکترود داشته باشد ،تا از یک فاصله (دهانه شمع) بتواند بجهد و به سمت بدنه موتور (الکترود اتصال به زمین) هدایت شود .همچنین شمع باید گرمای زیاد و فشار داخل سیلندر را تحمل کند و باید طوری طراحی شود که رسوبات حاصل از افزودنی های سوخت روی آن جمع نشود .

                     

شمع ها از یک قطعه الحاقی سرامیکی برای عایق کردن ولتاژ بالای الکترود استفاده می کنند . که این اطمینان میدهد که جرقه جزء نوک شمع، در جای دیگر شمع ایجاد نمی شود ، این قطعه الحاقی دو کار را انجام می دهد و به از بین رفتن رسوبات کمک می کند . سرامیک هادی گرمایی نسبتاً ضعیفی است ، بنابراین این مواد در طول این عملکرد کاملاً گرم می شود و این گرما با,ث از بین رفتن رسوبات روی الکترود می شود .

بعضی خودرو ها به شمع گرم نیازمندند. این نوع شمع طراحی شده با یک قطعه الحاقی سرامیکی که سطح تماس کوچکتری با قسمت فلزی شمع دارد . این امر باعث کاهش انتقال حرارت از سرامیک می شودپس سرامیک گرمتر می شود و بنابراین رسوبات بیشتری از بین می رود ( می سوزد) . شمع های سرد با سطح تماس بیشتری طراحی می شوند و این باعث می شود که رفته رفته سردتر شوند  

                    

تفاوت بین شمع سرد و گرم در شکل نوک سرامیکی آنهاست .              

سازندگان خودرو شمع های مخصوصی ( از نظر دما) برای انواع خودرو انتخاب می کنند . بعضی خودرو ها با عملکرد بالای موتور به طور طبیعی گرمای زیادی تولید می کنند بنابراین آنها به شمع سرد نیاز دارند . اگر شمع زیاد گرم شود می تواند سوخت را قبل از این که جرقه بزند مشتعل کند بنابراین مهم است که شمع مناسبی بر روی خودروتان نصب شود .

در ادامه خواهیم آموخت که کویل چگونه ولتاژ بالای مورد نیاز را برای ایجاد جرقه تولید می کند .

کویل:

کویل وسیله ی ساده ای است . در اصل یک تبدیل کننده ولتاژ بالا است ، که از دو سیم پیچ تشکیل شده است . یک سیم پیچ  از سیم ها ، سیم پیچ اولیه نامیده می شود، ک اطراف سیم پیچ ثانویه پیچیده شده است . سیم پیچ ثانویه به طور نرمال دارای صد ها دور بیشتر از سیم پیچ اولیه است .

                              

جریان از باتری به سمت سیم پیچ اولیه ی کویل جاری می شود .

 

جریان سیم پیچ اولیه می تواند توسط پلاتین یا ادوات حالت جامد در سیستم های جرقه زنی الکتریکی ، به طور ناگهانی قطع شود .

اگر شما فکر می کنید کویل شبیه یک آهنربا است ؟ بله درست حدس زده اید . اما آن همچنین یک بوبین ( القا گر) است. اساس عملکرد کویل شبیه به قطع ناگهانی مدار توسط پلاتین است . میدان مغناطیسی سیم پیچ اولیه به سرعت فرو می پاشد . سیم پیچ ثانویه توسط یک میدان مغناطیسی قوی و متغیر احاط می شود . این میدان جریانی در کویل القا می کند . یک جریان با ولتاژ بسیار بالا (بیش از 100000 ولت ) به دلیل شمار زیاد دور های سیم پیچ ثانویه ایجاد می شود . سیم پیچ ثانویه از طریق وایر دلکو را با این ولتاژ تغذیه می کند .

بالاخره یک سیستم جرقه زنی به دلکو نیاز دارد .

دلکو

دلکو چند کار را مدیریت می کند . اولین کار دلکو توزیع صحیح ولتاژ بالای کویل به سیلندر است . این کار توسط یک درپوش و چکش برقی انجام می شود . کویل به چکش برقی متصل شده است که در داخل درپوش می چرخد. چکش برقی بر روی کنتاکتها می چرخد . هر سیلندر یک کنتاکت دارد . نوک چکش برقی با عبور از هر کنتاکت یک پال ولتاژ بالا از کویل را به کنتاکت می دهد . پالس های جرقه از میان یک فاصله کوچک بین چکش برقی و کنتاکت عبور می کنند (بدون تماس به هم ) و سپس توسط وایر به شمع مخصوص هر سیلندر می رسند . موقعی که شما موتور را تنظیم می کنید یکی از وسایلی که باید تعویض شود ، چکش برقی و درپوش است ( به دلیل اینکه بعد از مدتی جرقه زدن کهنه می شوند). همچنین سیم ها ( وایرها) نیز کهنه می شوند و عایق شان از بین می رود . این می تواند دلیل بعضی از مشکلات بسیار مبهم موتور باشد .

                       

دلکوها ی قدیمی با پلاتین بخش دیگری در نیمه پایینی دلکو دارند که این بخش کار قطع کردن جزیان کویل را انجام می دهد. اتصال به زمین کویل به پلاتین متصل است .

بادامکی که در مرکز دلکو قرار دارد اهرم وصل شده به پلاتین را فشار می دهد . هر بار گکه بادامک اهرم را فشار می دهد آن پلاتین را باز می کند . این امر باعث می شود که کویل به طور ناگهانی اتصال به زمین را از دست بدهید و یک پالس ولتاژ بالا را تولید کند .

پلاتین همچنین تایمینگ جرقه را کنترل می کند آنها ممکن است یک آوانس خلائی یا یک آوانس گریز از مرکز داشته باشد . این مکانیسم آوانس،  زمان جرقه زنی را متناسب با سرعت و بار موتور تنظیم می کند .

تنظیم زمانی جرقه زنی به قدری برای عملکرد موتور بحرانی است که بیشتر خودرو ها از پلاتین استفاده نمی کنند بنابراین به جای آن، آنها از یک سنسور که موقعیت دقیق پیستون را به واحد کنترلی موتور   (ECU)می فرستد ، استفاده می کنند . سپس کامپیوتر موتور یک ترانزیستور رابرای قطع و وصل جریان کویل کنترل می کند .

در قسمت بعدی نگاهی به آوانس در سیستم های جرقه زنی مدرن ( سیستم های جرقه زنی بدون دلکو ) خواهیم داشت.

سیستم های جرقه زنی بدون دلکو:

در سالهلی اخیر ممکن است شما در باره خودروهایی که نیاز به تنظیم اولیه در 100000 مایل دارند ، شنیده باشید . سیستم های جرقه زنی بدون دلکو ، یکی از تکنولوژی هایی است که زمان تنظیم موتور را به تعویق می اندازد .

                        

سیستم های بدون دلکو به جای یک کویل اصلی برای هر شمع یک کویل دارند که مستقیماً روی شمع قرار دارد .

کویل در این نوع سیستم ها همانند سیستم های که کویل مرکزی داشتند کار می کند واحد کنترلی موتور ترانزیستور را برای قطع کردن اتصال به زمین مدار کنترل می کند که جرقه تولید شود . ECU کنترل تمام تایمینگ جرقه را برعهده دارد.

سیستم های شبیه به این بعضی مزایای قابل توجهی دارند . اولاً، دلکو ندارند ، در نتیجه مشکل کهنه شدن آن وجود ندارد همچنین وایر های ولتاژ بالای شمع وجود ندارند که از بین بروند . و سرانجام اینها کنترل تایمینگ منظمی را فراهم می کنند که می تواند بازده و آلایندگی را بهبود بخشد و به طور کلی قدرت موتور را افزایش دهد . 

 

 

 

 

 

شرح سیستم:

 

 

 

سيستم جرقه زني مگنتی

 

 

 

تشریح عملکرد سیستم مگنتی:

          تولید کننده سیگنال سنکرون با دوران میل دلکو شامل این اجزاست: یک آهن ربای دائم (سیم پیچی پیکاپ را مغناطیس می کند)، سیم پیچ پیکاپ برای تولید و ولتاژ AC و روتور که ولتاژ AC را مطابق با تایمینگ القا می کند. روتور به تعداد سیلندرها دندانه دارد، برای مثال 4 دندانه برای موتورچهار سیلندر و 6 دندانه در روی روتور شش سیلندر.

          روتور در میان  دو شاخ متمرکز کننده میدان مغناطیسی قرار دارد. این دو شاخ، می دان را در دو سر خود متمرکز می کند. در شکل شیمایی از اثر میدان مغناطیسی بر روتور و سیم پیچ نشان داده شده است.

 

 

 

 

 

 

           

           همانطور که اشاره شد، روتور هادی میدان مغناطیسی با قابلیت عبور میدان بالاست و اگر 2 پره روبه روی هم روتور در مقابل دو شاخ متمرکز کننده قرار گیرند، خطوط قوا از روتور با بیشترین شدت عبور می کند اما با حرکت روتور شدت میدان کم می شود و زمانی که 2 پره مذکور از سر دو شاخ ها فاصله بگیرند، کمترین خطوط قوا عبور خواهد کرد. در شکل چگونگی این مطلب نشان داده شده است.

روتور بالای پیکاپ (سیم پیچ) قرار دارد و تحت تأثیر خطوط قوایی است که از روتور عبور می کنند. اثر میدان مغناطیسی متغیر در پیکاپ (EMF) سبب تولید سیگنالی متناسب با دور موتور می شود.

در شکل2  (قسمت A) از آنجا که دندانه های روتور از دو شاخ مغناطیسی بیشترین فاصله را دارند، میزان فلوی مغناطیسی صفر است بنابراین مقدار EMF صفر خواهد بود.

 در قسمت B روتور حرکت کرده است و عبور خط قوا به دلیل نزدیک شدن دندانه های روتور به دو شاخ مغناطیسی افزایش می یابد و چون تغییرات مقدار فلوی مغناطیسی وجود دارد و این تغییرات افزایشی است، مقدار EMF تولید شده در جهت مثبت و افزایشی خواهد بود.

در قسمت C از آنجا که دندانه های روتور در نزدیک ترین فاصله از دو شاخ مغناطیسی قرار دارند، مقدار فلوی مغناطیسی ماکزیمم است بنابراین EMF نیز حداکثر میزان خود را خواهد داشت.

 

 در قسمت D روتور حرکت کرده است و دندانه ها از دو شاخ دور شده اند و به این دلیل خطوط کاهش می یابد و چون تغییرات میزان فلوی مغناطیسی وجود دارد و این تغییرات کاهشی است، مقدار EMF تولید شده در جهت منفی و به سمت حداقل خواهد بود.

در شکل3 منحنی تولید EMF بر اثر تغییرات میدان نشان داده شده است.

 

  سیگنال تولید شده در داخل پیکاپ دامنه کمی

 دارد و به تنهایی قادر به راه اندازی ترانزیستورهای قدرت نیست بنابراین درون مدول الکترونیکی تقویت می شود.

 

اساس کارکرد مدول الکترونیکی:

، مدول از بخش های زیر تشکیل شده است:

آشکار ساز:

          عمل آشکار شدن و تبدیل EMF به سیگنال مفید در این واحد صورت می گیرد. در اینجا مقدار پیک ولتاژهای منفی برای راه اندازی ترانزیستور به تقویت کننده می رود.

تقویت کننده سیگنال:

          از آنجا که سیگنال تولید شده در پیکاپ دارای دامنه ولتاژ و جریان بسیار ضعیفی است، باید تقویت شود. این کار در دو قسمت تقویت کننده انجام می شود.

کنترلگر زاویه داول:

          یکی از مزایای مهم سیستم مگنتی نسبت به سیستم پلاتینی، کنترل زاویه داول است. کنترل زاویه داول از طریق کم و زیاد کردن پهنای پالس یا سیگنالی که به ترانزیستور می رود، صورت می پذیرد.

ترانزیستور قدرت:

ترانزیستور قدرت قطع و وصل جریان الکتریکی عبوری از داخل کوئل را به عهده دارد.

کنترل کننده جریان عبوری از ترانزیستور:

          عبور مداوم جریان الکتریکی از ترانزیستور با مدت زیاد (داول زیاد) سبب داغ کردن ترانزیستور قدرت می شود. کنترل کننده جریان در مواقعی که جریان الکتریکی زیادی از ترانزیستور عبور می کند، با محدود کردن و کاهش جریان، از خرابی ترانزیستور جلوگیری می کند.

 

 

 

 کارکرد ترانزیستور قدرت در سیستم جرقه زنی مگنتی:

جریان شارژ کوئل باید از ترانزیستور قدرت عبور کند. ترانزیستور قدرت زمانی که به پایه بیس آن ولتاژ بالای 7/0 ولت برسد، روشن شده جریان از کلکتور به امیتر جاری می شود اما در حالت عادی یعنی زمانی که روتور نمی چرخد، ترانزیستور خاموش است و ولتاژ بین بیس و امیتر حدود 6/0 ولت است. این ولتاژ، ولتاژ آستانه راه اندازی ترانزیستور است و به محض اعمال کوچکترین  ولتاژ به بیس ترانستور روشن و کوئل شارژ می شود.

   

با گردش میل دلکو، روتور نیز به گردش در می آید و سیگنالی متناسب با گردش دور موتور به صورت AC در سیم پیچ پیکاپ ایجاد می شود.

          قسمت مثبت ولتاژ AC تولید شده در پیکاپ پس از جدا شدن در آشکار ساز به ولتاژ 6/0 موجود در پایه  بیس ترانزیستور تأمین و ترانزیستور روشن  شده، کوئل شارژ می شود.

          بر اثر روشن  شدن ترانزیستور، جریان از کلکتور به امیتر جاری و کوئل شارژ می شود. در شکل8  مسیر جریان الکتریکی سیستم آمده است.

از آنجا که با کار کردن موتور، میل دلکو مدام می چرخد و با چرخش میل دلکو، روتور نیز به چرخش در می آید، روتور مدام در وضعیت های مختلف قرار می گیرد و بسته به وضعیت های روتور، پیکاپ ولتاژ های مختلف ایجاد می کند و بسته به وضعیت پیکاپ، ترانزیستور مدام در حال قطع و وصل شدن است.

وقتی ترانزیستور روشن است، کوئل شارژ می شود با شارژ شدن کوئل و کاهش ولتاژ روتور ترانزیستور خاموش و جریان شارژ کوئل صفر می شود و با قطع شدن جریان شارژ کوئل، چون میدان مغناطیسی کوئل ریزش می کند، ولتاژی بسیار قوی در ثانویه کوئل القا می شود. ولتاژ القا شده جریانی در جهت معکوس جریان قبل در کوئل ایجاد می کند. این جریان از طریق چکش برق و وایر به سر شمع منتقل و باعث جرقه زدن شمع و احتراق درون سیلندر می شود.

 

 

کنترل کننده زاویه داول:

          همانطور که گفته شد، زاویه داول عبارت است از: زاویه ای از دور موتور که در آن، جریان از کوئل جاری می شود و چون جریان کوئل توسط ترانزیستور قدرت قطع و وصل می شود، زاویه ای از دوران موتور را که در آن ترانزیستور روشن است، زاویه داول نامیده اند.

          در سیستم جرقه زنی مگنتی از آنجا که قطع و وصل ترانزیستور به راحتی قابل کنترل است، درون مدول الکترونیکی مداری تعبیه شده است که کنترل زاویه داول را بر عهده دارد.

          کنترل زاویه داول و تغییرات آن با دور موتور انجام می گیرد؛ به این ترتیب که اگر دو موتور بالا باشد، دوران روتور نیز بالا است پس مدار کنترل زاویه داول به راحتی از روی دوران روتور متوجه دور موتور می شود.

          در دورهای پایین چون سرعت دوران میل دلکو پایین است، مدت زمان روشن بودن ترانزیستور و جاری بودن جریان الکتریکی بالاست و کوئل به راحتی شارژ می شود و به اشباع می رسد. اما در دورهای بالای موتور، به علت سرعت بالای دوران میل دلکو و روتور، ترانزیستور با سرعت بالاتری قطع و وصل می شود بنابراین سرعت شارژ کوئل کم است و گاهی اوقات کوئل کاملاً شارژ نمی شود.

          کنترل زاویه داول با کم و زیاد کردن عرض پالسی است که به بیس ترانزیستور اعمال می شود؛ به این صورت که در دورهای پایین با کاهش عرض پالس، زمان روشن بودن ترانزیستور  (زاویه داول) کاهش می یابد و از عبور جریان مازاد اشباع کوئل جلوگیری می کند، اما در دورهای بالا به زا.یه داول بالاتری نیاز است تا کوئل به راحتی شارژ شود بنابراین مدار کنترل زاویه داول با عریض کردن پهنای پالس، زاویه داول را افزایش می دهد.

محدود کننده جریان:

          قدرت جرقه تولید شده در سر شمع به میزان شارژ کوئل بستگی دارد و میزان شارژ کوئل وابسته به مقدار جریان عبوری از ترانزیستور است و چون خود اتصال کلکتور امیتر ترانزیستور که جریان شارژ کوئل از آن عبور می کند، دارای مقاومتی است که مقدار آن بسته به جریان عبوری از بیس ترانزیستور (پالس اعمالی به بیس) است با کنترل مقاومت کلکتور امیتر می توان جریان شارژ کوئل را کنترل کرد.

          کنترل جریان به این ترتیب صورت می گیرد که جریان شارژ کوئل از ترانزیستور عبور می کند؛ با افزایش جریان زمانی که کوئل شارژ شد، محدود کننده جریان، جریان عبوری از کوئل را کاهش می دهد تا اضافه جریان سبب داغ کردن مدول و کوئل نشود.

نقطه محدود کنندگی جریان کوئل توسط محدود کننده را می بینید.

سیستم جرقه زنی با دلکو الکترونیکی:

          اولین موتور با سیستم سوخت رسانی انژکتوری در خودروی پراید با سیستم کیا موتورز و ECU از نوع زیمنس، از دلکویی استفاده می کنند که دور موتور آنها توسط 2 سنسور نوری اندازه گیری می شود. این دلکوها را دلکوی نوری یا دلکو پیکاپ نوری می گویند. پیکاپ نوری همان کاری را می کند که پیکاپ مغناطیسی انجام می داد.

          پیکاپ نوری شامل یک صفحه سوراخ دار است که در 2 طرف آن 2 دیود نوری با 2 فتو دیود قرار دارد. صفحه سوراخ دار، 4 منطقه با سوراخ بزرگ دارد که در هر منطقه 20 سوراخ کوچک هست. در 2 طرف سوراخ ها 2 دیود قرار دارد که نور پخش می کنند. نور از لابه لای سوراخ ها عبور می کند و توسط فتو دیود جذب می شود.

          مکانیزم تولید سیگنال سنکرون با موتور در این پیکاپ به این صورت است که هر گاه بر اثر چرخش صفحه سوراخ دار، سوراخی مابین فتو دیود نوری قرار گیرد، نور به فتو دیود می رسد و جریان در فتو دیود جاری و دامنه پالس تولیدی صفر می شود. همچنین در صورتی که بر اثر چرخش صفحه سوراخ رد شود و نور به فتو دیود نرسد، پالس تولیدی 5 ولت خواهد بود.

          در ردیف دیگر صفحه، یک سوراخ تکی قرار دارد که نقطه مرگ بالا (TDC) را برای سیلندر یک مشخص می کند (تولید سیگنال همزمان یا سنکرون).

دلکو با پیکاپ های نوری:

          موتور OLV-6 در بعضی از خودروهای کرایلسر به کار رفته است، دلکویی دارد که با یک مجموعه پیکاپ نوری که 2 دیود انتشار نور و 2 دیود نور دارد، جفت شده است. یک صفحه کم ضخامت که به محور دلکو چسبیده است، بین دیودهای انتشار نور LED دربالای صفحه و فتو دیودها در زیر صفحه می چرخد. این صفحه شامل 6 شیار (برای شش سیلندر) با فواصل مساوی نسبت به یکدیگر است که به طور مستقیم زیر دیود انتشار نور داخلی و دیود نور می چرخند. دیود انتشار نور داخلی و دیود نور به عنوان پیکاپ مرجع عمل می کنند. همان طور که در سیستم های پیکاپ اثر هال دیده می شود، پیکاپ مرجع در دلکوی نوری وضعیت میل لنگ و علامت سرعت را به PCM ارائه می دهد. وقتی سوئیچ خودرو روشن می شود، PCM ولتاژ را به پیکاپ نوری می رساند که باعث می شود دیودهای انتشار نور، نور را منتشر کنند. اگر قسمت جامدی از صفحه زیر دیود انتشار نور مرجع باشد، این نور روی دیود نور نمی درخشد. در این شرایط، دیود نور جریان برق را هدایت نمی کند و سیگنال ولتاژ مرجع که به PCM می رسد 5 ولت است. وقتی یک شیار مرجع زیر دیود انتشار نور حرکت می کند، نور روی فتو دیود می درخشد سپس دیود جریان را هدایت می کند و سیگنال ولتاژ مرجع که به PCM فرستاده شود صفر ولت است. دیود انتشار نور خارجی، دیود نور و ردیف شیارها عملکردی مشابه عملکرد پیکاپ همزمانی (Sync) در یک دلکو با پیکاپ، اثر هال دارند. ردیف خارجی شیارها فواصل نزدیکی نسبت به یکدیگر دارند و پهنای بین هر شیار نشانگر 2 درجه دور میل لنگ است. در ردیف خارجی منطقه ای است که شیارها در آن وجود ندارند. وقتی منطقه خالی زیر دیود انتشار نور می چرخد، یک علامت ولتاژ (Sync) متفاوت تولید می شود که PCM را از وضعیت پیستون شماره یک مطلع می کند. PCM از این علامت برای کنترل انژکتور استفاده می کند. وقتی ردیف خارجی شیارها در زیر دیود انتشار نور خارجی می چرخد، علامت ولتاژ (Sync) ارسالی به PCM از صفر ولت تا 5 ولت نوسان دارد. علامت پیکاپ مرجع زمانی که پیستون به تعداد درجات مشخص قبل از نقطه مرگ هنگام سیکل تراکم رسید، PCM را مطلع می کند. زمانی که این علامت دریافت می شود، PCM ورودی ها را مرور و آوانس جرقه مورد نیاز موتور را محاسبه می کند. علائم حسگر (Sync) همیشه PCM را از وضعیت دقیق میل لنگ آگاه نگه می دارند. PCM مدار احتراق اولیه را باز و شمع بندی را مطابق با ترتیب احتراق، محترق می کند تا آوانس جرقه محاسبه شده را ارائه کند.

سيستم جرقه زني بدون دلکويا سيستم جرقه زني الکترونيک:

معايب سيسنک جرقه زني دلکو:

سيستم جرقه زني با دلکو معايبي به قرار ذيل دارد که عمر مفيد سيستم را کم مي کند:

1.  به علت وجود عناصر مکانيکي و چرخنده در داخل دلکو، فرسايش و استهلاک و اصطکاک قطعات سبب کاهش طول عمر مفيد سيستم مي شود.

2.  از لحاظ آوانس استاتيک، دلکو بايد به طور منظم در شرايط آب و هوايي مختلف و مناطق گوناگون سرويس و تنظيم شود.

3.     به علت مکانيکي بودن مکانيزم آوانس هاي خلأيي و وزنه اي، دقت عمل در زاويه جرقه زني کم است.

4.     وجود چکش برق در سر راه برق شمع ها سبب بروز مشکلاتي از قبيل شکستن و غيره مي شود.

مزاياي سيستم جرقه زني الکترونيک:

1.     سرعت و دقت بسيار بالا

2.     نبود قطعات مکانيکي

3.     عدم نياز به سرويس و تنظيم

4.     راندمان بالاي سيستم جرقه زني

 

 

مباني جرقه زني الکترونيک:

          در جرقه زني الکترونيک به جاي دلکو و پيکاپ، از سنسور موقعيت ميل لنگ و سنسور موقعيت ميل سوپاپ استفاده مي شود. تمامي محاسبات و پردازش ها در داخل ECU صورت مي گيرد.

عملکرد سيستم احتراق الکترونيکي:

          در سيستم هاي احتراق الکترونيکي، هر سيلندر ممکن است بوبين احتراق مربوط به خود را داشته باشد و يا 2 سيلندر از يک بوبين مشترک استفاده کنند. بوبينها به طور مستقيم و با سيم به شمع هاي مربوطه، وصل شده اند. يک قطعه کنترل احتراق به سيستم کنترل ECU خودرو چسبيده است و ترتيب احتراق، تنظيم و آوانس جرقه را کنترل مي کند. در بسياري از سيستم هاي احتراق الکترونيکي يک حسگر که جلوي ميل لنگ قرار گرفته است، براي راه اندازي سيستم احتراق مورد استفاده قرار مي گيرد. فرسوده بودن اجزاي دلکو باعث تنظيم غيرعادي زمان احتراق و آوانس جرقه مي شود که اين موضوع به نزول عملکرد موتور و نيز افزايش انتشار دود مي انجامد. از آنجايي که دلکو در سيستم هاي احتراق الکترونيکي وجود ندارد، تنظيم زمان احتراق به مرور زمان وبا گذشت عمر موتور ثابت مي ماند که اين موضوع به معناي عملکرد بهتر و انتشار دود کمتر سيستم احتراق بدون دلکو، مزاياي بسياري نسبت به سيستم احتراق با دلکو دارد. برخي از اين مزايا در ذيل فهرست شده اند:

·        تعداد کمتر قطعات متحرک، و در نتيجه اصطکاک و فرسودگي کمتر

·   انعطاف پذيري در محل نصب (از آنجا که امروزه بخش هاي موتور کوچکتر شده اند، اين نکته حائز اهميت است.)

·   نياز کمتر به حفظ و نگهداري (هيچ چکش برق و يا کلاهک دلکويي وجود ندارد که به تعمير و سرويس نياز داشته باشد.)

·        کاهش اختلاف فرکانس راديويي، زيرا چکش برقي وجود ندارد که شکاف را ببندد.

·        نبود چيزي که باعث احتراق نامطلوب شود (جمع شدن آب و اسيد نيتريک يا اوزن در کلاهک دلکو)

·        عدم نياز به تنظيمات مکانيکي با گذر زمان

·        عدم اعمال بار مکانيکي بر روي موتور براي عمليات

·        افزايش زمان موجود براي اشباع کوئل

·        افزايش زمان بين احتراق ها که امکان سرد شدن بيشتر کوئل را فراهم مي کند.

 

  

سیستمهای شمع سری:

          سیستم هایی که در آنها برای هر دو شمع یک سیم پیچ وجود دارد نیز از یک قطعه احتراق الکترونیکی استفاده می کنند اما این سیستم ها از روش جرقه زائد برای انتشار جرقه بهره می برند. هر یک از سرهای سیم پیچ ثانویه کوئل به یک شمع وصل شده است. هر کوئل به یک جفت شمع در سیلندرها متصل است که پیستونهای آنها با هم بالا و پایین می روند. وقتی میدان مغناطیسی در کوئل فرو می ریزد، ولتاژ به هر دو شمع متصل به کوئل ارسال می شود. در تمام V6 ها، شمع سیلندرهای جفت 1و2، 4و3، 5 و6 (یا در موتورهای چهار سیلندر 1و4، 2و 3) با هم جرقه می زنند، به این ترتیب هر دو سیلندر در جرقه زدن، جرقه دارند اما فقط یک جرقه برق تولید می کند و مفید است؛ در حالی که جرقه دیگر به هدر می رود و از اگزوز خارج می شود. طی دوره بعدی، این نقش ها برعکس می شوند.

          با توجه به شیوه سیم کشی سیم پیچ های ثانویه، زمانی که میدان ناشی از جریان سیم پیچ های اولیه و ثانویه کوئل را قطع و از آنها عبور می کند و در سیم پیچ ثانویه ولتاژ تولیدو به هر دو شمع اعمال می شود، یک شمع در جهت معمول (الکترود مرکزی مثبت به الکترودهای جانبی منفی) جرقه می زند و محترق می شود و شمع دیگر برعکس از الکترودهای جانبی به الکترود مرکزی جرقه می زند. هر دو شمع به طور همزمان محترق می شوند و مدار سری را تکمیل می کنند. هر شمع، هم در سیکل تخلیه و هم در سیکل تراکم یکسان محترق می شود.

          در سیستم های شمع سری که از یک کوئل استفاده می کنند، برای جرقه زدن به ولتاژ بسیار بالایی نیاز است زیرا دو شمع با هم سری شده اند و دو فاصله هوایی در سر راه عبور جرقه قرار دارد.

          از آنجا که جهت جریان ثابت است، همیشه عبور جریان در یک شمع از الکترود مرکزی به الکترود کناری و در شمع دیگر از الکترود کناری به الکترود مرکزی است.

          در این سیستم هر دو شمع جرقه می زنند ولی جرقه در سیلندری که در وضعیت تراکم است، قوی تر از سیلندری است که در وضعیت تخلیه قرار دارد و علت آن هم مقاومت بالای مخلوط هوا و سوخت است.

          کوئل می تواند نیازهای افزایش یافته ولتاژ بر اثر قطبیت معکوس را پاسخ دهد و در عین حال دو شمع را به طور همزمان محترق کند زیرا هر کوئل قادر است تا یک ملیون ولت را تولید کند. در طول اعمال ولتاژ به شمع ها، شمعی که سیلندر آن در وضعیت تخلیه است، مقدار زیادی از ولتاژ موجود را در اختیار همتای خود (شمعی که در سیکل کمپرس قرار دارد) می گذارد.

          در سیستم جرقه زائد، کوئل ها به طور مستقیم روی شمع ها سوار شده اند، بنابراین هیچ گونه سیم کشی بین کوئل ها و شمع ها مورد احتیاج نیست. در سیستم های دیگر، بسته های کوئل در نقطه ای دور از شمع ها نصب شده اند و سیم های ثانویه فشار قوی جریان ولتاژ قوی را از کوئل ها به شمع ها انتقال می دهند.

          برخی سیستم های احتراق الکترونیکی از روش جرقه زائد برای احتراق استفاده می کنند اما در آنها فقط یک سیم ثانویه از هر کوئل احتراق جدا می شود. در این سیستم ها یک شمع به طور مستقیم به کوئل احتراق وصل و شمع و قرینه آن توسط یک کابل قوی به کوئل متصل شده است.

          در دیگر سیستم های احتراق الکترونیکی، برای هر شمع یک کوئل وجود دارد. کوئل به طور مستقیم به شمع وصل می شود و این مجموعه کوئل روی شمع نامیده می شود.( شکل 12)

 

 تعداد کمی از سیستم های احتراق بدون دلکو هستند که در آنها یک کوئل و 2 شمع برای هر سیلندر وجود دارد. طی زمان استارت فقط یک شمع محترق می شود. زمانی که موتور در حال کار کردن است شمع دیگر هم محترق می شود. یک شمع روی سطح داخلی محفظه احتراق است، در حالی که شمع دوم در طرف دیگر به سمت اگزوز قرار دارد. دو بسته کوئل مورد استفاده قرار می گیرند: یکی برای شمع های روی سطح داخلی و دیگری برای شمع های طرف دیگر اگزوز. به این سیستم ها، سیستم شمع دوبل گفته می شود.

                                                      

 

 

 

 

 

 

طی عملیات احتراق، دو بسته کوئل هماهنگ و 2 شمع

 هر سیلندر همزمان محترق می شوند. کوئل ها 2 شمع را به طور همزمان محترق می کنند بنابراین در یک موتور 4 سیلندر 4، شمع در یک زمان محترق می شوند 2 شمع هنگام سیکل تراکم سیلندر و 2 شمع هنگام ضربه اگزوز سیلندر دیگر.

 

عملکرد سیستم احتراق الکترونیکی:

          از دیدگاه کلی، بیشتر سیستم های احتراق بدون دلکو مشابه دیگر است؛ البته تفاوت هایی هم وجود دارد.

          عمده تفاوت بین سیستم های بدون دلکو، در روش اندازه گیری و تعیین موقعیت میل لنگ و میل سوپاپ و تعیین مرجع زمانی یا نقطه مرگ بالا برای سیلندر اول است.

          بعضی از موتورها از حسگرهای اثر هال جداگانه برای نظارت بر وضعیت میل لنگ و میل سوپاپ به منظور کنترل احتراق و ترتیب های احتراق سوخت استفاده می کنند. پولی میل لنگ دارای حلقه های قطع کننده ای است که تعداد انها برابر با نصف سیلندرهای موجود در موتور است .(علامت حاصل به ECU خبر می دهد که چه زمانی شمع ها را محترق کند. حسگر میل سوپاپ به ECU کمک می کند تا تشخیص دهد که پیستون شماره یک چه زمانی در سیکل تراکمدر نقطه مرگ بالا قرار دارد.

          تعریف انواع سیستم های احتراق الکترونیکی مورد استفاده خودروسازان، بر مکان و نوع حسگرهای مورد استفاده متمرکز است. تفاوت های دیگری نیز وجود دارد، از قبیل ساختار بسته کوئل که بعضی از آنها یک مجموعه آب بندی شده اند و بعضی دیگر انواع کوئل های احتراقی دارند که تک تک نصب شده اند. در بعضی سیستم های احتراق الکترونیکی، یک حسگر میل سوپاپ در جای خالی دلکو سوار شده است. حلقه حسگر میل سوپاپ یک شیار دارد و در هر دور میل سوپاپ، یک سیگنال لبه جلویی و یک سیگنال لبه انتهایی تولید می کند. این سیستم ها همچنین از یک حسگر میل سوپاپ استفاده می کنند. هم حسگر میل سوپاپ و هم حسگر میل لنگ، حسگرهای اثر هال هستند.

          در خودروهایی که موتور آنها با دلکو تولید شده است، برای تبدیل به سیستم الکترونیکی قرار دادن حسگر بادامک در جای خالی دلکو، صرفاً به معنای استفاده از جای خالی موجود است. با توجه به اینکه میل دلکو با سرعت میل سوپاپ در حال حرکت بوده، راندمان یک سنسور موقعیت میل سوپاپ به کمک مکانیزم مشابه، منطقی به شمار می رود.

          البته این موضوع در واقع زمانی منطقی بود که طرح های قدیمی تر موتور برای احتراق بدون دلکو اصلاح شده بودند وبا چرخیدن میل لنگ و با داخل و خارج شدن قطع کننده از حوزه عملکرد کلیداثرهال، کلید ولتاژ مرجع عنصر جرقه زن را روشن و خاموش می کرد. در این شرایط هر سه سیگنال مشابه اند و قطعه کنترل نمی تواند تشخیص دهد که کدام یک از سیگنالها می بایست به کدام کوئل اختصاصی داده شود. سیگنال ارسالی از حسگر بادامک، اطلاعاتی را که برای تعمیر علائم ارسالی از حسگرهای میل لنگ به کوئل های مربوط مورد نیاز است به ECU می دهد.

          حسگر میل بادامک، علائم حسگر میل لنگ را با وضعیت سر سیلندر شماره یک هماهنگ می کند. از آنجا قطعه احتراق می تواند کوئل را مطابق با ترکیب احتراق موتور انرژی بدهد. وقتی موتور استارت خورده است، سیگنال میل سوپاپ هیچ کاری انجام نمی دهد.

          در بعضی از سیستم های حسگر، میل سوپاپ جلوی پوشش زنجیر تنظیم سوار شده است. یک آهن ربا روی چرخ دنده میل سوپاپ، جلوی انتهای داخلی حسگر میل سوپاپ می چرخد و یک سیگنال را برای هر دور میل سوپاپ تولید می کند. موتور غیر توربوشارژ SFIV6 جنرال موتورز دارای ترتیب احتراق 1-6-5 و 4-3-2 است. شمع های 6-3، 1-4و 5-2 روی مجموعه کوئل با هم جفت شده اند. وقتی یک سیگنال حسگر میل سوپاپ لبه انتهایی در طول استاندارد اولیه دریافت می شود، قطعه کوئل برای احتراق کوئل متصل به شمع های 5-2 آمادگی می یابد.

          پس از دریافت سیگنال حسگر میل بادامک، سیگنال بعدی حسگر میل لنگ لبه انتهایی، مدار اولیه کوئل سیلندرهای 5-2 را روشن می کند و سیگنال بعدی حسگر میل لنگ لبه جلویی، به قطعه کوئل اطلاع می دهد که مدار اولیه کوئل 2-5  را باز کند. وقتی این کوئل محترق می شود، یکی از سیلندرها در سیکل تخلیه قرار دارد. پس از احتراق کوئل 2-5، ECU، کوئل 4-1 و کوئل 2-5 را به ترتیب محترق می کند. این کار به ترتیب صحیح احتراق منجر می شود.

          در یک موتور ECU, SFI هر انژکتور را جداگانه به زمین وصل می کنند. سیگنال حسگر بادامک از حسگر بادامک و از طریق قطعه کوئل به ECU فرستاده می شود. ECU هر یک از انژکتورهای پورت

 

 

 


داخلی را هنگامی که پیستون آن سیلندر 70 درجه قبل از نقطه مرگ بالا قرار دارد، به زمین وصل می کند.

          زمانی که حسگر میل لنگ دچار مشکل شود، موتور استارت نمی زند. اگر سنسور میل لنگ سوپاپ و یا سیگنال حسگر میل سوپاپ با حرکت موتور خراب شود، موتور همچنان کار می کند اما ECU بدون اطلاعات سیگنال میل سوپاپ به تزریق سوخت چند پورتی تبدیل می شود. در این شرایط، عملکرد موتور با اخلال مواجه می شود و سطوح آلودگی افزایش می یابد. وقتی موتوری با حسگر بادامک معیوب خاموش شود، دوباره استارت نخواهد خورد.

          سیستم های دیگر از یک حسگر میل لنگ دوبل که پشت پولی میل لنگ قرار دارد، استفاده می کنند که در آن دو حلقه قطع کننده پشت پولی وجود دارد، که توسط کلیدهای اثرهال در حسگر میل لنگ دوبل می چرخند. حلقه داخلی با سه تیغه ای که در فواصل مساوی از یکدیگر قرار دارند، از طریق کلید داخلی اثرهال و حلقه خارجی با یک دریچه از طریق کلید خارجی اثرهال می چرخند.

          در این حسگر دوبل، حسگر داخلی سه سیگنال لبه جلویی و حسگر خارجی طی یک دوره کامل میل لنگ، یک سیگنال لبه جلویی را تولید می کند. به حسگر خارجی حسگر همزمانی (SYNC) گفته می شود. سیگنال ارسالی از این حسگر، زمان قطع کوئل را با توجه به وضعیت میل لنگ اصلاح می کند. سیگنال حسگر همزمانی در هر دور میل لنگ یکبار رخ می دهد و این سیگنال با سیگنال حسگر داخلی میل لنگ هماهنگ می شود تا کوئل 6-3 را محترق کند.

          نمونه هایی که تا به حال ارائه شد، برای آگاهی PCM دوباره آماده بودن هر یک از سیلندرهایی است که به دو دور میل لنگ متکی هستند. به این سیستم ها، سیستم های استارت آرام می گویند زیرا موتور می بایست قبل از آغاز احتراق، طی دو دور میل لنگ استارت بخورد.

          سیستم احتراق الکترونیکی استارت سریع که در سیستم فور استارت جنرال موتورز به کار می رود، از دو سنسور موقعیت سوپاپ میل لنگ استفاده می کند. (شکل 15)

          یک رلاکتور با 24 شیار که به فواصل مساوی قرار دارند و 8 شیار که در فواصل نامساوی از یکدیگر قرار گرفته اند، روی مرکز میل لنگ قالب ریزی شده است. زمانی که حلقه رلاکتور جلوی حسگرهای آهن ربایی می چرخد، هر حسگر 32 سیگنال ولتاژ قوی و وضعیف در هر دو میل لنگ تولید می کند. حسگر A در کاتل (محفظه میل لنگ) بالایی و حسگر B در کاتل پایینی قرار می گیرد. چون حسگر A بالای حسگر B قرار دارد، سیگنال ارسالی از حسگر A قبل از سیگنال حسگر B ارسال می شود. علائم ارسالی از دو حسگر به قطعه کنترل احتراق فرستاده می شوند. این قطعه تعداد علائم ارسالی از یکی از حسگرها را که در بین علائم حسگر برای ترتیب دهی مناسب کوئل های احتراق قرار دارند، شمارش می کند. این کار به سیستم احتراق اجازه می دهد که احتراق شمع ها را در محدوده 180 درجه دور میل لنگ (هنگام استارت موتور) آغاز کند. این سیستم امکان استارت بسیار سریع تری را نسبت به سیستم های احتراق الکترونیکی که در آنها می بایست میل لنگ قبل از ترتیب دهی کوئل یک یا دو بار بچرخد، فراهم می آورد. سنسور موقعیت میل سوپاپ در کناره عقب سیلندر و جلوی چرخ دندانه دار میل سوپاپ قرار گرفته است. یک پیل رلاکتور در چرخ دندانه دار، جلوی حسگر می چرخد و این حسگر از یک سیگنال ولتاژ قوی سنسور موقعیت میل سوپاپ برای ترتیب دهی صحیح و مناسب انژکتورها استفاده می کند.

          مثال دیگر برای سیستم های استارت سریع، سیستمی است که از دو حسگر (حسگر دوبل) در جلوی میل سوپاپ استفاده می کند.

          حسگر بادامک در پوشش چرخ دنده تنظیم سوار شده است. دو کلید اثرهال در حسگر میل لنگ دوبل قرار گرفته و دو حلقه قطع کننده هماهنگ به پشت پولی میل لنگ چسبیده اند. حلقه داخلی روی پولی میل لنگ دارای 3 تیغه با طول های متفاوت و فواصل نامساوی نسبت به یکدیگر است. روی حلقه خارجی 18 تیغه با طول های برابر و فواصل مساوی از یکدیگر وجود دارند. سیگنال ارسالی از کلید داخلی  اثرهای سیگنال X5 نامیده می شود؛ در حالی که سیگنال ارسالی از کلید خارجی اثرهال به نام سیگنال X18 معروف است. این علائم از حسگر میل لنگ دوبل به قطعه کوئل ارسال می شوند. قطعه کوئل از روی تعداد علائم X18 دریافتی طی هر دوره پنجره X3 می داند که کدام کوئل باید محترق شود.

          برای مثال، وقتی دو سیگنال X18 دریافت می شوند، قطعه کوئل طوری برنامه ریزی شده است که کوئل 3-6 را به عنوان کوئل بعد در ترتیب احتراق قرار می دهد. در محدوده 120 درجه گردش میل لنگ، قطعه کوئل می تواند تشخیص دهد که کدام کوئل را باید ترتیب دهی و در نتیجه احتراق شمع ها را آغاز کند. بنابراین، سیستم با گردش میل لنگ کمتری طی استارت اولیه نسبت به سیستم های قبلی استارت آرام، شمع ها را محترق می کند.

          زمانی که موتور در حال کار کردن است، سیستم به حالت تنظیم الکترونیکی جرقه در می آید. PCM از سیگنال X18 برای وضعیت میل لنگ و اطلاعات مربوط به سرعت استفاده می کند. اگر سیگنال X18 وجود نداشته باشد، موتور استارت نخواهد زد. اگر سیگنال X3 با حرکت موتور تولید نشود، موتور همچنان به کار خود ادامه می دهد اما استارت مجدد را نمی پذیرد.

          در این سیستم، سیگنال حسگر بادامک برای ترتیب دهی تزریق به کار می رود اما برای ترتیب دهی کوئل مورد نیاز نیست. اگر سیگنال حسگر بادامک دچار مشکل شود، منطق PCM ترتیب دهی انژکتورها را پس از دو دور میل لنگ شروع می کند. یک شانس یک به شش وجود دارد که منطق PCM انژکتورها را با ترتیب معمولی به زمبن متصل کند؛ در غیر این صورت شتاب موتور کاهش می یابد.

          بعضی از موتورها از یک ژنراتور پالس مغناطیسی استفاده می کنند. چرخ تنظیم روی میل لنگ قالب ریزی و شیارهایی روی آن تعبیه شده است. در موتور 6 سیلندر، 7 شیار وجود دارد که 6 شیار دقیقاً 60 درجه با هم فاصله دارند. شیار هفتم در فاصله 10 درجه نسبت به شیار ششم قرار دارد و برای هماهنگ کردن ترتیب کوئل با وضعیت میل لنگ به کار می رود. (شکل 16)

          چرخ راه انداز مشابهی نیز در موتورهای 4 سیلندر به کار می رود. ECU باید طوری برنامه ریزی شود که علائم را به گونه ای متفاوت با یک موتور 6 سیلندر تفسیر کند.

          حسگر مغناطیسی که به سمت داخلی پهلوی قطعه برآمدگی دارد، هر بار که یکی از شیارهای تعبیه شده از جلوی آن عبور کند، یک ولتاژ کوچک AC تولید می کند. قطعه احتراق با شمارش زمان بین پالسها، شیار هفت را که در فاصله نامساوی قرار گرفته است، بیرون می کشد و محاسبه ترتیب کوئل را آغاز می کند. وقتی شمارش آن با میل لنگ هماهنگ شد، علائم ولتاژ AC در شیارهای منتخب برای احتراق پذیرفته می شود.

          فوردهم از سیستم مشابهی استفاده می کند؛ البته حلقه رلاکتور شیارهای زیادتری دارد. حسگر میل لنگ در موتور 4/6 لیتری V8 یک حسگر متغیر متفاوت مغناطیسی است. یک چرخ دنده راه انداز نیز در این سیستم به کار رفته که در هر 10 درجه یک دندانه دارد و یک دندانه ندارد. وقتی قسمت بدون دندانه چرخ از مقابل حسگر عبور می کند، یک مکث طولانی تر از مکث عادی میان علائم ارسالی به حسگر به وجود می آید. قطعه کنترل احتراق، این موضوع را تشخیص می دهد و می تواند این مکث طولانی را به عنوان محل پیستون یک شناسایی کند.

          کرایسلر نیز از سیستم مشابهی استفاده می کند؛ البته تعداد دندانه های روی رلاکتور، حسگر میل سوپاپ و یک رلاکتور میل سوپاپ آن تفاوت دارد بنابراین علائم دریافتی توسط قطعه کنترل هم متفاوتند. حسگر تنظیم میل لنگ در جای خالی در محفظه سرگشاد  بین محوری سوار می شود. انتهای داخلی این حسگر نزدیک یک سر شیارها و شکاف ها که مکمل چرخ طیار موتورند، قرار گرفته است.

          مجموعه ای از چهارشیار برای هر جفت از سیلندرهای موتور روی چرخ طیار قرار گرفته است بنابراین به طور کلی یک شیار حول چرخ طیاره وجود دارد. وقتی شیارها از مقابل حسگر موقعیت میل لنگ عبور می کنند، سیگنال ولتاژ ارسالی از سوی حسگر از صفر ولت به 5 ولت تغییر می یابد. این سیگنال متغیر ولتاژ PCM را از وضعیت میل لنگ و سرعت آن مطلع می کند. PCM از روی این سیگنال، آوانس جرقه را محاسبه می کند. PCM همچنین از سیگنال حسگر تنظیم میل لنگ همراه سایر اطلاعات ورودی به منظور تعیین نسبت هوا به سوخت بهره می برد. تنظیم به وسیله سیگنال ارسالی از آخرین شیار در هر مجموعه از شیار ها صورت می گیرد.

          حسگر مرجع میل سوپاپ در بالای پوشش چرخ دنده تنظیم سوار شده است.

          یک حلقه شیار بندی شده روی چرخ دنده میل بادامک دارای دو شیار تک، دو شیار دوبل و یک شیار سه تایی است. وقتی شیار جلوی حسگر مرجع میل سوپاپ می چرخد، سیگنال ارسالی از حسگر از صفر ولت به 5 ولت تغییر می کند. شیارهای تک، دوبل و سه تایی، سیگنال های ارسالی متفاوتی را تولید می کنند. این علائم به PCM فرستاده می شوند. PCM از روی علائم حسگر مرجع میل سوپاپ، وضعیت دقیق میل سوپاپ و میل لنگ را تعیین و همچنین از این علائم برای ترتیب دهی سیم پیچ های اولیه کوئل و هر جفت انژکتور در لحظه مناسب استفاده می کند.

          توسعه و محبوبیت روز افزون سیستم احتراق الکترونیکی سبب کاربرد گسترده آن در خودروها شده است.

          سیستم اجتراق الکترونیکی علاوه بر ساخت اقتصادی تر و مطمئن تر بودن اجزا، مزایایی چون قیمت مناسب و نگهداری مطلوب برخوردار است. با حذف دلکو، خودروسازان در اجزای احتراق و قیمت های مربوطه به میزان چشمگیری صرفه جویی می کنند. همچنین آنها به این ترتیب از شر کلاهک های ترک خورده، شستی های زغالی فرسوده، چکش برق های سوخته، احتراق نامطلوب بر اثر رطوبت، تنظیمات پایه و مبانی زمان و موارد مشابه نیز خلاص می شوند.

احتیاط:

          از آنجا که حداکث ولتاژ ثانویه سیستم های احتراق الکترونیکی در مقایسه با سیتم های احتراق با دلکو بسیار بیشتر است، شوک های الکتریکی بزرگتری از سیستم های احتراق الکتریکی حاصل می شود. اگر چه ممکن است این شوک ها به طور مستقیم برای انسان مضر نباشند اما احتمالاً باعث پریدن یا واکنش ناگهانی می شوند که می تواند سبب آسیب دیدگی شود.

 

 

+ نوشته شده در  سه شنبه سوم آبان 1390ساعت 10:14  توسط گروه مکانیک کاردانش ناحیه1  | 

افزایش توان موتور خودرو

افزايش توان در موتور به روش تيونينگ

(سايت تعهدي درباره اين مقاله ندارد )

مطالب ارائه شده در اين مقاله بيشتر براي افزايش سرعت و توان خودرو از راه تيونينگ مي باشد و برخي از مطالب زير ممكن است باعث اسيب زدن به موتور شود اما كساني كه به فكر افزايش ناگهاني سرعت مي باشند اسيب زدن به موتور براي انها مهم نيست لذا مطالب زير بيشتر براي ماشين هاي مسابقه اي استفاده مي شود  و استفاده ان توصيه نمي شود

افزايش توان در موتور توسط سيستم هاي ذيل امكان پذير است

1- جرقه زني msd

2-تزريق نيترواكسيد

3- نصب هدرز

4- تزريق اب

 

مقدمه


کلاس بندی توان موتور

•         در کشورهای سازنده موتور توان موتور به سه روش می باشد

1- DIN استاندارد اروپایی (المانی) (موتور بر روی خودرو سوار شده باشد و با تمام وسایل جانبی موتور )

2- CUNA استاندارد ایتالیایی (موتور بدون فیلتر هوا و لوله اگزوز و بدون سوار کردن بر روی خودرو اندازه گیری

می شود )

3- SAE استاندارد امریکایی (موتور بدون فیلتر هوا و لوله اگزوز و دینام و پمپ اب و فلایویل و دیسک و صفحه )

برای مثال توان موتورامریکایی بزرگ اگر 100 اسب بخار در سیستم SAE باشد در سیستم استاندارد DIN حدودا

برابر 80 تا 90 اسب بخار می باشد

 

 

افزايش توان و گشتاور موتور كار دو گروه است

1- موتورسازان بزرگ دنيا

2- شركتها و كارگاههاي تخصصي به اصطلاح تيونينگ موتور

 1- در حالت اول که کار موتورسازان بزرگ دنیا می باشد قبل از تولید موتور پارامترها بررسی نموده  و موتور را طراحی  می نمایند  مثلا  افزایش قطر سیلندر و افزایش کورس پیستون وطراحی نوع سوپاپ و اتاق های احتراق مختلف و هزاران عواملی که در بهبود توان موتور تاثیر می گذارد این عوامل را بررسی نموده و موتوررا طراحی میکنند  

  2- حالت دوم پس از تولید موتور با ایجاد تغییراتی موجب افزایش توان موتور می شود برخی از این تغییرات برای موتور مفید می باشد و برخی از تغییرات مضر اما برای رسیدن به توان و سرعت بیشتر دست به این کار حتی اگر از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه نباشد میزنند

افزایش توان با سیستم MSD

    هرچه جرقه با کیفیت و قدرت بیشتری صورت گیرید احتراق بهتری در موتور ایجاد می گردد.
شرکت autotronic control اقدام به تولید سیستم های msd که برگرفته از کلمات multiple spark discharge نمود

     در یک سیستم جرقه زنی استاندارد در هر احتراق 1 جرقه زده می شود. اما سیستم های msd در هر احتراق تا چند جرقه در یک شمع ایجاد می کنند

فرق اين سيستم با سيستم استاندارد در اين است كه برق به وجود امده در كويل بعد از نصب Igenation Control قويتر و منظم تر از سيستم استاندارد ميباشد،به اين صورت كه در سيستم استاندارد در rpm هاي پايين برق به صورت منظم وارد كويل ميشود و كويل استاندارد تا رنجهاي پايين تر از 3000 خوب جواب مي دهد ولي وقتي دور موتور بالا رفت حالت كويل از بين ميرود و نامنظم مي شود و قدرت اصلي خودش رو از دست مي دهد
+ نوشته شده در  سه شنبه سوم آبان 1390ساعت 9:48  توسط گروه مکانیک کاردانش ناحیه1  |