آشنایی با گیربکس دابل کلاچ

[بهداد]

آشنایی با گیربکس دابل کلاچ
افراد متخصص فرق بین خودروهای دوکلاچه ومعمولی را مى دانند، در یک سیستم معمولی راننده با فشردن پدال کلاچ و استفاده از اهرم دست دنده ،دنده را تعویض مى کند و در سیستم اتوماتیک با استفاده از چند کلاچ و یک مبدل گشتاور و چرخ دنده هاى سیاره اى همه عملیات تعویض دنده انجام مى شود. سیستم دیگرى مابین این دو وجود دارد که ترکیبى از بهترین ویژگى هاى هر دو سیستم را فراهم مى کند. این سیستم انتقال قدرت دو کلاچه است که به آن ، سیستم انتقال قدرت شبه اتوماتیک ، سیستم دستى بدون کلاچ یا سیستم انتقال قدرت مکانیکی اتوماتیک شده هم گفته مى شود.

در خودرو هاى مسابقه ای استفاده از سیستم هاى شبه اتوماتیک مانند گیربکس دستى همیشگی است اما در خودروهاى معمولى تکنولوژى نسبتا جدیدى است.

در این گفتار ضمن آموختن نحوه عملکرد سیستم انتقال قدرت دو کلاچه، آن را با سیستم هاى دیگر مقایسه خواهیم کرد همچنین نیاز سیستم انتقال قدرت آینده را بررسى خواهیم کرد. سیستم انتقال دو کلاچه کار دو گیربکس مکانیکی را با هم انجام مى دهد.براى درک بهتر این موضوع بهتر است طریقه عملکرد گیربکس معمولى را مرور کنیم. وقتى راننده مى خواهد مبادرت به تعویض دنده کند، ابتدا باید پدال کلاچ را بفشارد. در این سیستم کلاچ رابطه بین موتور و گیربکس را قطع مى کند و از انتقال قدرت به چرخ ها جلوگیرى مى کند سپس راننده با دست، دنده مورد دلخواه را انتخاب مى کند. در این مرحله حلقه دندانه داری به نام دور دو چرخ دنده را هماهنگ می کند. این اجزا ،مکانیزم های هماهنگ -synchronizer- کننده دور نامیده مى شوند. این مکانیزم دنده ها را قبل از این که با هم درگیر شوند هم سرعت مى کند تا از خرد شدن چرخ دنده ها جلوگیرى شود.وقتى که چرخ دنده جدید درگیر شد راننده پدال کلاچ را رها مى کند.با این کار دوباره موتور به گیربکس وصل مى شود و نیرو مجددا به چرخ ها منتقل مى شود. پس در یک سیستم انتقال قدرت معمولى جریان دائمى قدرت از موتور به چرخ ها وجود ندارد. قطع و وصل شدن جریان قدرت پدیده اى را به نام torque- interrupt یا- shift shock شوک ناشی از تعویض دنده- به وجود مى آورد. اگر راننده کار آزموده نباشد سرنشینان خودرو در ضمن تعویض دنده به جلو و به عقب پرتاب شده و تکان های شدیدی به آن ها وارد می شود که مطلوب نیست. یک گیربکس دو کلاچه از دو کلاچ استفاده مى کند و در عین حال پدال کلاچ ندارد ،کنترلرهاى الکترونیکى و هیدرولیکى پیچیده اى کلاچ ها را کنترل مى کنند در سیستم انتقال قدرت اتوماتیک هم گونه است. در DCT - سیستم انتقال قدرت دو کلاچه- کلاچ ها مستقل از هم عمل مى کنند.یک کلاچ چرخ دنده هاى فرد را کنترل مى کند و دیگرى چرخ دنده هاى زوج. با استفاده از این شیوه دنده بدون قطع جریان نیرو از موتور به چرخ ها تعویض مى شود.این سیستم به شکل زیر عمل مى کند:

رانندگان مى توانند حالت اتوماتیک کامل را براى خودروی خود انتخاب کنند و تمام وظایف تعویض دنده را به کامپیوتر محول کنند.در این حالت رانندگى بسیار شبیه به رانندگى با به DCT خودروی مجهز به گیربکس اتوماتیک است چون ترتیب یک چرخ دنده را درگیر و دیگرى را از درگیری خارج مى کند. این امر سبب کاهش شوک ناشی از تعویض دنده- shift shock- می شود. مهم تر از همه تعویض دنده تحت نیرو انجام مى گیرد. یعنى یک جریان قدرت ثابت و پایدار بین موتور و چرخها همواره وجود خواهد داشت. مکانیزمی متشکل از دو شفت با جدا کردن چرخ دنده هاى فرد و زوج تمام موارد فوق را ممکن مى سازند. در ادامه در مورد این دو شفت توضیح خواهیم داد.

یک شفت دو قسمتى در مرکز DCT قرار دارد. بر خلاف گیربکس هاى معمولى که همه چرخ دنده ها روى ورودى قرار دارند، DCT یک شفت چرخ دنده هاى زوج و فرد را به وسیله دو شفت ورودى از هم جدا مى کند. شفت خارجى به صورتى سوراخ شده که محفظه اى را براى شفت داخلى فراهم مى کند و شفت داخلى در آن قرار مى گیرد. شفت خارجى به چرخ دنده هاى دو و چهار وصل است و شفت داخلى به چرخ دنده هاى اول ،سوم و پنجم متصل است.

که یک کلاچ چرخ دنده هاى دوم و چهارم را کنترل مى کند و کلاچ دیگر به صورت مستقل چرخ دنده هاى اول ،سوم و پنجم را کنترل مى کند.این همان چیزى است که تعویض برق آساى دنده ها را ممکن مى کند و در عین حال قدرت همواره به صورت ثابت به چر خها منتقل مى شود. سیستم انتقال اتوماتیک استاندارد نمى تواند این نیاز را برطرف کند زیرا در این سیستم براى تمام چرخ دنده ها از یک کلاچ استفاده مى شود.

کلاچ هاى چند صفحه اى
از آن جایى که سیستم دو کلاچه شبیه سیستم اتوماتیک است شاید تصور کنید که این سیستم به مبدل گشتاور نیاز داشته باشد چیزى که در سیستم اتوماتیک مورد نیاز است تا قدرت به چرخ ها منتقل شود، در حالى که DCT به مبدل گشتاور نیاز ندارد.به جاى آن DCT هایى که هم اکنون در بازارند از کلاچ هاى چند صفحه اى تر استفاده مى کنند.کلاچ تر کلاچى است که اجزاى آن در مایع غوطه ورند تا هم اصطکاک کم شود و هم از گرماى تولید شده بکاهد.تولید کنندگان در حال توسعه DCT هاى با کلاچ خشک هستند درست مانند سیستم هاى دستى اما خودروهایی که مجهز به DCT هستند. از کلاچ خیس استفاده مى کنند. بسیارى از موتوسیکلت ها از یک کلاچ چند صفحه اى استفاده مى کنند. وقتى که کلاچ درگیر مى شود فشار هیدرولیکى داخل پیستون فنر هاى حلقه شده را تحت فشار قرار مى دهد.با این کار یک دسته از صفحه هاى کلاچ و دیسک هاى اصطکاکى به صفحه فشار که ثابت است ،فشرده مى شوند.دیسک هاى اصطکاکى داراى دندانه هاى داخلى هستند و به گونه اى طراحى شده اند که با دندانه هاى روى غلتکهاى کلاچ درگیر شوند و این غلتک ها هم به نوبه خود با چرخ دنده هایى که نیرو را انتقال مى دهند درگیر مى شوند.سیستم انتقال قدرت دو کلاچه خشک-Audi- دارای یک فنر حلقه اى کوچک ویک فنر بزرگ میانى است.

به منظور آزاد کردن کلاچ ،از فشار روغن درون پیستون کاسته مى شود.با این کار فنر هاى پیستون که اعمال فشار روى مجموعه کلاچ و صفحات فشار را ممکن مى کنند به حالت آزاد بر مى گردند.

قبلا مشخص شد که چرا DCT ها را جزء سیستم هاى انتقال قدرت دستى اتوماتیک شده مى دانند. در اصل DCT دقیقا مانند سیستم دستى کار مى کند.این سیستم شامل شفت ورودى شفت جانبى در محفظه چرخ دند هها ،هماهنگ کننده ها و کلاچ است تنها چیزى که ندارد پدال کلاچ است چون سیستم هاى هیدرولیکى و بوبین ها کار تعویض دنده را انجام مى دهند. حتى در این حالت نیز راننده مى تواند با استفاده از دکمه یا دسته تعویض دنده تعیین کند که سیستم چه موقع عمل کند. با توجه به این که رفتن به دنده بالاتر ظرف هشت میلى ثانیه انجام مى گیرد پس رانندگان در ضمن تعویض دنده یکى از چندین محاسن DCT ها را تجربه خواهند کرد و آن هم شتاب گیرى دینامیک و پیوسته آن است. تعویض دنده یکنواخت با حذف شوک -shift shock -که در سیستم دستى و بعضى از سیستم هاى اتوماتیک وجود دارد_ حاصل مى شود.بهترین حسن DCTها این است که به راننده این امکان را مى دهد که با توجه به میل خود عمل تعویض دنده را انجام داده یا کامپیوتر همه کارها را انجام دهد.

Audi TT Roadster یکى از چندین مدل Audiکه از سیستم انتقال دو کلاچه استفاده مى کند.

شاید بزرگ ترین حسن DCT ها صرفه جویى در مصرف سوخت باشد .از آن جایى که در ضمن تعویض دنده انتقال قدرت از موتور به چرخ ها قطع نمى شود مصرف سوخت به صورت قابل ملاحظه اى کاهش مى یابد.بعضى از متخصصان مى گویند یک سیستم شش دنده DCTدرمقایسه با یک سیستم اتوماتیک پنج دنده افزایش 10 درصدى بازده نسبى سوخت و کاهش مصرف آن را به دنبال دارد.

بسیارى از تولید کنندگان خودرو به DCT ها علاقه مند شده اند و این در حالى است که تولید کننده گان موتور ها از هزینه اى که باید صرف تغییراتى در خطوط تولید موتور شود نگرانند. این امر باعث افزایش قیمت خودرو هایى می شود که مجهز به DCTهستند و ممکن است خریداران مطلع را از خرید این خودروها منصرف کند.

به علاوه امروزه تولید کنندگان بیشتری در تکنولوژى هاى مربوط به سیستم هاى انتقال قدرت متناوب سرمایه گذارى مى کنند و این یکى از موارد مورد توجه سیستم تعویض دنده پیوسته است -CVT-.

یکى از انواع سیستم هاى CVTاتوماتیک است که از یک سیستم پولى و یک تسمه ویا یک زنجیر به منظور تنظیم نسبت چرخ دنده ها استفاده مى کند.

CVT ها همچنین شوک هنگام تعویض دنده را هم کاهش مى دهند و بازده سوخت را به میزان قابل ملاحظه اى افزایش مى دهند اما CVT ها نمى توانند نسبت به گشتاورهاى بالاى مورد نیاز در خودروهاى با توان بالا پاسخ گو باشند.

DCT ها این مشکلات را ندارند و براى خودروهاى با توان بالا ایده آل هستند. در اروپا بیشتر، سیستم انتقال قدرت دستى به خاطر عملکرد خوب و بازده سوخت ترجیح داده مى شود.

تاریخچه و آینده DCT ها
Adolphe Kégresse آدولف کگرس فردى که ،گیربکس اتوماتیک را ابداع کرد یکى از پیشگامان مهندسى خودرو بود. بیشتر شهرت کگرس به خاطر خودروهاى معروف نظامى-half-track- اوست.نوعى از خودرو هایى که مجهز به چرخ هاى خاصى هستند و امکان رانندگى در هر نوع ناهموارى زمین را فراهم مى کنند.

در سال 1939 کگرس طرح استفاده از سیستم دو کلاچه را مورد توجه قرار داد و امیدوار بود در خودروی افسانه اى مخصوص بکسل سیتروئن به کار رود اما متاسفانه شرایط ناسازگار تجارى مانع پیشرفت بیشتر در این زمینه شد.

هم Audi هم Porsche مفهوم دو کلاچه را درطرح هاى خود مد نظر قرار دادند هرچند که استفاده این شرکت ها از سیستم دو کلاچه تنها به خودرو هاى مسابقه محدود شد.

سال 1986 پورشه 962 در مسابقه 1000 کیلومترى مونزا که بین خودروهاى برتر در سطح جهان برگزار مى شود موفق به کسب مقام اول شد. این اولین پیروزی خودروهای مجهز به PDKنیمه اتوماتیک بود . این مدل به وسیله پدال عمل تعویض دنده را انجام می داد. در سال1985 Audi هم تاریخ ساز شد ، زمانی که یک خودروی S1 کواترو مجهز به سیستم انتقال قدرت دو کلاچه در مسابقه بالا رفتن از تپه از یک کوه به ارتفاع چهارهزارو300متر بالا رفت و موفق به کسب مقام اول شد.

تا سال های اخیر خودروهای مجهز به سیستم دو کلاچه وارد بازار نشدند طبق اجازه نامه BorgWarner's DualTronic فولکس واگن از پیشگامان سیستم انتقال قدرت دو کلاچه است. خودروهای اروپایی که از این سیستم استفاده کرده اند شامل مدل های زیر است:

Volkswagen Beetle Golf

Touran Jetta Audi TT A3

Toledo Leon Octavia Skoda

Altea Seat

فورد ،دومین تولید کننده سیستم های انتقال قدرت دوگانه است که این کار با همکاری فورد اروپا و سرمایه گذاری50/50خود تولید کننده سیستم انتقال قدرت_گتراگ فورد(GETRAG_FORD )انجام می پذیرد. این شرکت یک سیستم دو کلاچه شش دنده را تحت عنوان سیستم پاور شیفت(Power shift)سال 2005 در نمایشگاه بین المللی فرانکفورت به نمایش گذاشت با این وجود محصولات آن ها دو سال بعد به اولین نسل پاور شیفت ها مجهز شدند.