Uređaj i princip rada suvremenog pretvarača okretnog momenta

Prvi pretvarač okretnog momenta pojavio se prije više od stotinu godina. Podvrgnuta mnogim modifikacijama i poboljšanjima, ova učinkovita metoda glatkog prijenosa okretnog momenta danas se koristi u mnogim područjima strojarstva, a automobilska industrija nije iznimka. Vožnja je sada puno lakša i ugodnija jer više nema potrebe za korištenjem papučice kvačila. Uređaj i princip rada pretvarača okretnog momenta, kao i sve genijalno, vrlo je jednostavan.

Priča o

Po prvi puta je princip prijenosa okretnog momenta recirkulacijom tekućine između dva rotora bez krutog spoja patentirao njemački inženjer Hermann Fettinger 1905. godine. Uređaji koji rade na temelju ovog principa nazivaju se fluidne spojnice. U to je vrijeme razvoj brodogradnje zahtijevao od dizajnera da pronađu način da postupno prenose obrtni moment s parnog stroja na ogromne brodske propelere u vodi. Kad je čvrsto spojena, voda je usporavala trzanje lopatica tijekom pokretanja, stvarajući prekomjerno obrnuto opterećenje motora, osovina i njihovih spojeva.

Poslije toga modernizirane spojnice za tekućinu počele su se koristiti na londonskim autobusima i prvim dizel lokomotivama kako bi se osigurao njihov nesmetan start. Pa čak i kasnije, fluidne spojnice olakšale su život vozačima automobila. Prvi serijski automobil s pretvaračem zakretnog momenta, Oldsmobile Custom 8 Cruiser, sišao je s trake u General Motorsu 1939. godine.

Uređaj i princip rada

Pretvarač zakretnog momenta je zatvorena komora toroidalnog oblika, unutar koje su crpke, rotora reaktora i turbine koaksijalno postavljene jedna blizu druge. Unutarnji volumen pretvarača momenta ispunjen je tekućinom za automatske mjenjače koji kruže u krug s jednog kotača na drugi. Točak crpke izrađen je u kućištu pretvarača i kruto je povezan s radilicom, t.j. okreće se okretajem motora. Turbinski kotač čvrsto je povezan s ulaznim vratilom automatskog mjenjača.

Između njih nalazi se kotač reaktora ili stator. Reaktor je postavljen na spojnicu slobodnog kotača koja mu omogućuje okretanje samo u jednom smjeru. Lopatice reaktora imaju posebnu geometriju, zbog koje protok tekućine vraćen s turbinskog kotača na kotač crpke mijenja smjer, povećavajući tako zakretni moment na crpnom kolu. To je razlika između pretvarača momenta i spojnice za fluid. U potonjem nema reaktora, pa se, sukladno tome, zakretni moment ne povećava.

Princip rada Pretvarač zakretnog momenta temelji se na prijenosu obrtnog momenta s motora na prijenos pomoću recirkulirajućeg protoka tekućine, bez krutog spoja.

Pogonsko kolo, povezano s rotirajućom radilicom motora, stvara protok fluida koji pogađa lopatice suprotnog turbinskog kotača. Pod utjecajem tekućine pokreće se i prenosi moment na ulazno vratilo mjenjača.

Povećanjem broja okretaja motora povećava se brzina vrtnje radnog kola, što dovodi do povećanja sile protoka fluida koji nosi turbinski kotač. Uz to, tekućina, koja se vraća kroz lopatice reaktora, dobiva dodatno ubrzanje.

Protok fluida transformira se ovisno o brzini vrtnje rotora. U trenutku izjednačavanja brzina kotača turbine i pumpe, reaktor ometa slobodnu cirkulaciju tekućine i počinje se okretati zahvaljujući ugrađenom slobodnom kotaču. Sva tri kotača rotiraju se zajedno, a sustav počinje raditi u načinu spajanja s fluidom bez povećanja zakretnog momenta. S povećanjem opterećenja na izlaznom vratilu, brzina turbinskog kotača usporava se u odnosu na crpni kotač, reaktor je blokiran i ponovno počinje transformirati protok tekućine.

Prednosti

1. Glatko kretanje i kretanje.
2. Smanjivanje vibracija i opterećenja na mjenjaču zbog neravnomjernog rada motora.
3. Mogućnost povećanja okretnog momenta motora.
4. Nema potrebe za održavanjem (zamjena elemenata, itd.).

Ograničenja

1. Niska učinkovitost (zbog odsutnosti hidrauličkih gubitaka i krute veze s motorom).
2. Loša dinamika vozila povezana s troškovima snage i vremena za odvijanje protoka tekućine.
3. Visoke cijene.

Način zaključavanja

Kako bi se suočili s glavnim nedostacima pretvarača zakretnog momenta (mala učinkovitost i loša dinamika vozila), razvijen je mehanizam zaključavanja. Njegov princip rada sličan je klasičnoj spojci. Mehanizam se sastoji od blokirne ploče koja je povezana s turbinskim kotačem (a time i s ulaznim vratilom mjenjača) kroz opruge prigušivača torzijskih vibracija. Ploča na svojoj površini ima oblogu za trenje. Na zapovijed upravljačke jedinice mjenjača, ploča se pritisne na unutarnju površinu kućišta pretvarača pritiskom fluida. Okretni moment počinje se prenositi izravno s motora na mjenjač bez uključivanja tekućine. Tako se postiže smanjenje gubitaka i veća učinkovitost. Brava se može omogućiti u bilo kojoj brzini.

Način klizanja

Zaključavanje pretvarača okretnog momenta također može biti nepotpuno i raditi u takozvanom "načinu klizanja". Blokirna ploča nije u potpunosti pritisnuta na radnu površinu, čime se osigurava djelomično proklizavanje frikcijske podloge. Moment se istovremeno prenosi kroz blokadnu ploču i cirkulirajuću tekućinu. Zahvaljujući korištenju ovog načina rada, dinamičke kvalitete automobila znatno su povećane, ali istodobno se održava lagano kretanje. Elektronika osigurava da kvačilo za blokiranje bude uključeno što je prije moguće tijekom ubrzavanja i što je moguće kasnije isključeno kad se smanji brzina.

Međutim, način kontroliranog klizanja ima značajan nedostatak povezan s abrazijom površina spojke, koje su, osim toga, izložene ozbiljnim temperaturnim utjecajima. Proizvodi za trošenje ulaze u ulje, narušavajući njegova radna svojstva. Način klizanja omogućuje pretvaraču momenta da bude što učinkovitiji, ali istodobno značajno smanjuje svoj vijek trajanja.