Anordningen och funktionsprincipen för en modern momentomvandlare
Den första momentomvandlaren uppträdde för mer än hundra år sedan. Efter att ha genomgått många modifieringar och förbättringar används denna effektiva metod för smidig överföring av vridmoment idag inom många maskintekniska områden, och bilindustrin är inget undantag. Körningen är nu mycket enklare och bekvämare eftersom det inte längre finns något behov av att använda kopplingspedalen. Enheten och funktionsprincipen för momentomvandlaren, som allt genialt, är mycket enkel.
Berättelsen om
För första gången patenterades principen att överföra vridmoment genom att återcirkulera vätska mellan två pumphjul utan en fast anslutning 1905 av den tyska ingenjören Hermann Fettinger. Enheter som arbetar enligt denna princip kallas vätskekopplingar. Vid den tiden krävde utvecklingen av varvsbyggare konstruktörer att hitta ett sätt att gradvis överföra vridmoment från en ångmotor till stora fartygspropellrar i vattnet. När det är tätt kopplat, saktade vattnet ner knivens ryck under uppstart, vilket skapade en för stor omvänd belastning på motorn, axlarna och deras fogar.
Därefter började moderniserade vätskekopplingar användas på Londons bussar och de första diesellokomotiven för att säkerställa en smidig start. Och även senare gjorde vätskekopplingar livet för bilförare enklare. Den första produktionsbilen med en momentomvandlare, Oldsmobile Custom 8 Cruiser, rullade av monteringslinjen på General Motors 1939.
Enhet och princip för drift
Momentomvandlaren är en sluten kammare med toroidform, inuti vilken pump-, reaktor- och turbinhjul är koaxiellt placerade nära varandra. Momentomvandlarens interna volym är fylld med vätska för automatiska transmissioner som cirkulerar i en cirkel från ett hjul till det andra. Pumphjulet är tillverkat i omvandlarhuset och är styvt anslutet till vevaxeln, dvs. roterar med motorvarvtalet. Turbinhjulet är styvt anslutet till den automatiska växellådans ingångsaxel.
Mellan dem finns reaktorhjulet eller statorn. Reaktorn är monterad på en frihjulskoppling som gör att den bara kan rotera i en riktning. Reaktorns blad har en speciell geometri, på grund av vilken vätskeflödet som returneras från turbinhjulet till pumphjulet ändrar riktning och därigenom ökar vridmomentet på pumphjulet. Detta är skillnaden mellan en momentomvandlare och en fluidkoppling. I den senare finns det ingen reaktor, och följaktligen ökar vridmomentet inte.
Funktionsprincip Momentomvandlaren baseras på överföringen av vridmoment från motorn till växellådan med hjälp av ett återcirkulerande vätskeflöde, utan en styv anslutning.
Ett drivande pumphjul, anslutet till motorns roterande vevaxel, skapar ett vätskeflöde som träffar knivarna på det motsatta turbinhjulet. Under påverkan av vätska sätter den i rörelse och överför vridmoment till transmissionens ingångsaxel.
Med en ökning av motorhastigheten ökar pumphjulets rotationshastighet, vilket leder till en ökning av kraften hos vätskeflödet som transporterar turbinhjulet. Dessutom får vätskan, som återvänder genom reaktorns blad, ytterligare acceleration.
Vätskeflödet transformeras beroende på pumphjulets rotationshastighet. I ögonblicket för utjämning av turbin- och pumphjulen hindrar reaktorn vätskans fria cirkulation och börjar rotera tack vare det installerade frihjulet. Alla tre hjulen roterar tillsammans och systemet börjar arbeta i vätskekoppling utan att öka vridmomentet. Med en ökning av belastningen på utgående axel sänks turbinhjulets hastighet i förhållande till pumphjulet, reaktorn blockeras och åter börjar transformera vätskeflödet.
Fördelar
- Smidig rörelse och start.
- Minskar vibrationer och belastningar på växellådan från ojämn motordrift.
- Möjlighet att öka motorns vridmoment.
- Inget underhållsbehov (byte av element etc.).
Begränsningar
- Låg effektivitet (på grund av avsaknad av hydrauliska förluster och styv anslutning till motorn).
- Dålig fordonsdynamik förknippad med kostnaden för kraft och tid för att varva ner vätskeflödet.
- Hög kostnad.
Låsläge
För att klara de största nackdelarna med momentomvandlaren (låg effektivitet och dålig fordonsdynamik) har en låsmekanism utvecklats. Dess funktionsprincip liknar den klassiska kopplingen. Mekanismen består av en blockeringsplatta, som är ansluten till turbinhjulet (och därmed till växellådans ingångsaxel) genom fjädrarna på torsionsvibrationsdämparen. Plattan har ett friktionsfoder på ytan. På kommando av överföringsstyrenheten pressas plattan mot omvandlarhusets inre yta med hjälp av vätsketryck. Momentet börjar överföras direkt från motorn till växellådan utan vätskeinblandning. Således uppnås en minskning av förlusterna och en högre effektivitet. Låset kan aktiveras i valfri växel.
Slip-läge
Momentomvandlarens låsning kan också vara ofullständig och fungera i ett så kallat “glidläge”. Blockeringsplattan pressas inte helt mot arbetsytan, vilket ger friktionsdynan delvis glidning. Momentet överförs samtidigt genom blockeringsplattan och cirkulationsvätskan. Tack vare användningen av detta läge ökar bilens dynamiska egenskaper betydligt, men samtidigt bibehålls smidig rörelse. Elektroniken säkerställer att låskopplingen kopplas in så tidigt som möjligt under acceleration och kopplas ur så sent som möjligt när hastigheten sänks.
Emellertid har det kontrollerade glidläget en betydande nackdel förknippad med nötning av kopplingsytorna, vilka dessutom utsätts för allvarliga temperatureffekter. Slitage produkter kommer in i oljan, vilket försämrar dess arbetsegenskaper. Slipningsläget gör att momentomvandlaren kan vara så effektiv som möjligt men samtidigt minskar dess livslängd avsevärt.
