De boormachine met een versnellingspook is waarschijnlijk bekend. motor. koppeling. Overdragen. Wanneer u uw voet van de koppeling haalt, stopt de motor. Stamp het neer en je beweegt. Dit is een mechanische handdruk die indien nodig wordt onderbroken. Maar hoe zit het met het dichtslaan van de deur van een automaat? Er is geen koppelingspedaal. Geen ontkoppeling. Wanneer de auto echter stilstaat, zoemt de motor.
Hoe werkt dit?
Het antwoord is een koppelomvormer.
Hoewel het klinkt als een complex technologisch wonder, is het in wezen een vloeiende koppeling. Vervangt de mechanische koppeling in een handgeschakelde versnellingsbak. Zonder dit zou de automatische auto elke keer dat de rem wordt gebruikt, afslaan. Hierdoor kan de motor onafhankelijk van de wielen draaien. Dit is geen magie. Dit is vloeistofmechanica.
Fysica van Twist
Laten we één ding duidelijk maken. Koppel is geen snelheid. Het is de draaiende kracht.
Het draaien van de krukas levert koppel op. Meer koppel betekent dat u sneller kunt accelereren. Het is de energie achter de beweging. Een handgeschakelde versnellingsbak koppelt het koppel van de motor rechtstreeks aan de transmissie. De wielen draaien. De motor draait. Ze zijn samen opgesloten.
Bij de automatische transmissie is dit niet het geval.
De koppelomvormer bevindt zich tussen de motor en de versnellingsbak. Het maakt gebruik van transmissievloeistof om vermogen over te brengen. Als je voor een rood licht stopt, gaat de motor op toeren. De omvormer draait. Maar de ingaande as van de transmissie hoeft dat niet te doen. De vloeistof zorgt voor slippen. Deze slip is de sleutel om de motor niet te doden.
De meeste mensen verwarren automatische transmissies met moderne CVT-transmissies of semi-handmatige transmissies. We hebben het hier over een traditionele planetaire automaat. Het soort dat u waarschijnlijk al sinds de jaren vijftig rijdt. Deze systemen zijn volledig afhankelijk van deze vloeistofkoppeling. Nieuwe technologieën zoals continu variabele transmissies (CVT’s) maken gebruik van riemen en katrollen. De koppelomvormer wordt niet gebruikt. Maar hoe zit het met klassieke automatische transmissies? Het draait allemaal om vloeistoffen.
Binnenin de converter
Dit apparaat ziet eruit als een grote, zware metalen moer. Dat is alles wat je van buitenaf kunt zien. Maar binnenin werken drie hoofdcomponenten samen.
- Pompwaaier (aangesloten op de motor)
- Turbine (aangesloten op de versnellingsbak)
- Stator (zit ertussen)
De motor laat de pomp draaien. De pomp injecteert transmissievloeistof in de turbine. De turbine draait. De turbine roteert de ingaande as van de transmissie. De auto beweegt.
Maar hier wordt het interessant. Als het maar een pomp was, hebben een turbine een zeer laag rendement. De macht zou verloren gaan. Ga de stator binnen.
De stator verandert de richting van de vloeistof die uit de turbine terugkeert. Vergroot het koppel. Daarom wordt het een “koppelomvormer” genoemd. Bij lage snelheden vermenigvuldigt de koppelomvormer het motorkoppel. Dit geeft je een eerste boost als je vanuit stilstand het gaspedaal indrukt. Zonder deze vermenigvuldiging zouden automatische auto’s traag aanvoelen.
De stator blijft in één richting met behulp van een eenrichtingskoppeling. Hierdoor kunt u tijdens het accelereren de richting van de vloeistof effectief veranderen. Zodra de auto snelheid maakt, verandert de vloeistofstroom. De stator draait vrij. Het stopt met het vermenigvuldigen van het koppel. Bij snelwegsnelheden is de omvormer
Het mechanische principe van een hydraulische koppeling
Beschouw de koppelomvormer als een hydraulische brug tussen de motor en de transmissie. Het is niet strak ingeschakeld zoals bij een handmatige autokoppeling. In plaats daarvan gebruikt het automatische transmissievloeistof om het vermogen over te brengen. Met deze instelling kan de motor stationair draaien zonder de hele aandrijflijn af te slaan.
Als je bij een stoplicht stopt, draait de motor wel, maar er beweegt bijna niets richting de wielen. De vloeistof glijdt weg. Hierdoor voelt het stoppen van de auto bij stoplichten moeiteloos en hoef je het rempedaal nauwelijks in te trappen. De koppeloverdracht is minimaal.
Zet het gas aan. De rotatiesnelheid neemt toe. De convertorpomp werkt harder en pompt meer vloeistof in het systeem. Hierdoor wordt echte kracht in de transmissie gestopt. Als de remmen niet hard worden ingetrapt, schiet de auto naar voren. Dit is geen storing. Het is de natuurkunde die precies doet waarvoor ze is ontworpen.
Binnenin de koppelomvormer
In de converter zelf werken drie hoofdcomponenten samen. Ze schieten niet in elkaar. Ze hebben een kettingreactie.
De eerste is de waaier (of pomp). Wordt rechtstreeks op het vliegwiel van de motor aangesloten. Wanneer de motor draait, draait ook de waaier. Het werkt als een centrifugaalpomp en gooit vloeistof naar buiten.
Deze vloeistof raakt vervolgens een ander onderdeel, de turbine. De turbine is verbonden met de ingaande as van de transmissie. De vloeistof uit de waaier raakt de bladen van de turbine en laat ze draaien. Zo wordt het vermogen van de motor naar de versnellingsbak overgebracht.
Vroege converters verspilden echter energie. De vloeistof draait eenvoudigweg door de turbine, verliest momentum en keert terug naar de motor. Hier komt het derde deel: Stator.
De stator bevindt zich tussen de turbine en de waaier. Het kan niet vrij ronddraaien bij lage snelheden. Het omleiden van de retourvloeistof terug naar de waaier vereist enige vindingrijkheid. Het voegt kracht toe aan de binnenkomende stroom. Het is dit verhoogde koppel waardoor automatische auto’s zo gemakkelijk vanuit stilstand kunnen accelereren, ondanks dat ze een soepelere verbinding hebben dan een handmatige koppeling.
“De stator stuurt de retourvloeistof op lage snelheden om het koppel te vergroten, waardoor tijdens het accelereren effectief vrij vermogen wordt geleverd.”
Bij hoge snelheden draait de stator vrij wanneer de turbinesnelheid de waaiersnelheid bereikt. Het stopt met het toevoegen van koppel en blijft draaien. Dit vermindert de luchtweerstand op de snelweg en verbetert het brandstofverbruik. De omvormer wordt in wezen een vloeistofkoppeling met vergrendeling met zeer weinig slip.
Vergrendelbare koppelingen
Moderne transmissies hebben het efficiëntieprobleem van slip opgelost met een lock-upkoppeling. Wanneer de kruissnelheid wordt bereikt, wordt er hydraulische druk uitgeoefend op de koppelingsplaat in de koppelomvormer. Hierdoor wordt de turbine mechanisch aan de waaier vergrendeld.
De motor en versnellingsbak draaien met exact hetzelfde toerental. De slip zal bijna nul zijn. Het brandstofverbruik neemt toe. De hoeveelheid geproduceerde warmte neemt af. Profiteer van de betrouwbaarheid van een betrouwbare verbinding en het gemak van langzaam autonoom rijden.
Niet alle converters lopen onmiddellijk vast. Sommige schakelen alleen in hogere versnellingen om brandstof te besparen. Sommigen hebben een “gedeeltelijke lock-up”-fase geïmplementeerd om verschuivingen glad te strijken. Het specifieke gedrag is afhankelijk van de kalibratie van de fabrikant en het beoogde gebruik van het voertuig. Zware vrachtwagens kunnen de koppelomvormers gedurende langere tijd open laten staan om de warmte en het koppel te beheersen. Sportsedans kunnen vrijwel onmiddellijk vergrendelen om de respons te maximaliseren.
Symptomen van een defecte converter
Binnen de dikke stalen schaal strijden vier dingen om de macht. Je hebt een waaier. De turbine. stator. Er is ook transmissievloeistof. Het fungeert als lijm. Het houdt de rommel bij elkaar.
Het huis is rechtstreeks op het vliegwiel van de motor vastgeschroefd. Dit betekent dat u zich geen zorgen hoeft te maken over de versnellingskeuze. Hij draait bij elk motortoerental. Aan dit huis zijn de pompvinnen bevestigd. Deze draait mee met de motor. Periode.
Het onderstaande dwarsdoorsnedediagram laat precies zien hoe deze onderdelen met elkaar zijn verbonden.
Het mechanische principe van een vloeistofkoppeling
De meeste mensen beschouwen koppelomvormers als niets meer dan een vloeistofkoppeling. Dat is het niet. Het is een koppelvermenigvuldiger. Dit onderscheid is belangrijk als je probeert te begrijpen waarom de auto niet afslaat bij een stoplicht.
De waaier is de pomp. Aangedreven door een motor. Het slingert vloeistof naar buiten. Deze vloeistof komt in de turbine terecht. De turbine is verbonden met de ingaande as van de transmissie. Wanneer de vloeistof in aanraking komt, draait de turbine. Het vermogen wordt van de motor naar de versnellingsbak overgebracht.
Vrij eenvoudig, toch?
In het midden wordt het ingewikkeld.
De stator bevindt zich tussen de waaier en de turbine. Dit is je geheime wapen. De stator verandert de richting van de vloeistof. De richting van de stroom verandert. Deze richtingsverandering veroorzaakt een vermenigvuldigt koppel in koppel. Vooral bij lage snelheden.
Zonder stator verlies je veel low-end grunt. De vloeistof draait gewoon voor niets. De stator vangt het op. Stuur het terug naar de waaier. Deze cyclus herhaalt zich.
Waarom de behuizing draait
De schaal is het anker. Het is vastgeschroefd op een flexplaat. De flexplaat is met bouten aan de krukas bevestigd. Wanneer de motor draait, draait dus ook de behuizing. Geen uitglijden. Er zijn geen vertragingen.
De pomp bevindt zich in deze behuizing. Het blad is bevestigd aan de binnenwand. Ze roteren op motortoerental. Dit veroorzaakt stress. Druk zorgt ervoor dat vloeistof beweegt. De vloeistof drijft de turbine aan.
Als de behuizing niet stevig op de motor is aangesloten, valt alles uit elkaar. letterlijk.
Dwarsdoorsnede
U kunt de lay-out zien door naar het dwarsdoorsnedediagram te kijken.
- Buitenring : schaal. Bouten aan het vliegwiel.
- Interne pomp : aangesloten op de externe behuizing. aandrijfvloeistof.
- Stator : bevestigd aan een eenrichtingskoppeling. Het kan niet vrij draaien. De turbine draait alleen vooruit als deze sneller draait dan de waaier.
- Turbine : aangesloten op de versnellingsbak. Drijft de wielen aan (indirect).
De vloeistof circuleert. In. Uit. Rondom.
Het is geen sterke verbinding. Het is hydraulisch. Er is slip. Je kunt het voelen. Bij stationair draaien draait de motor de behuizing. De turbine staat nog steeds. De vloeistof draait gewoon rond. Geen krachtoverdracht.
Als je het gaspedaal indrukt?
De waaier draait sneller. De snelheid van de vloeistof neemt toe. De druk stijgt. De turbine begint te draaien. De lock-upkoppeling grijpt later in de cyclus in om slippen te voorkomen. Maar daarvoor? Het gaat over vloeistofmechanica.
De stator blijft geaard. Verander de richting van de terugkerende vloeistof. Dit verhoogt het koppel. Daarom kunt u vooruit in het verkeer kruipen zonder te stoppen. De omvormer verdubbelt het vermogen van de motor.
Het is erg rommelig. Het
Werkingsprincipe van de waaier van de koppelomvormer
De waaier werkt als een centrifugaalpomp. Deze bevindt zich in de koppelomvormer. Wanneer de motor draait, spat de vloeistof naar de buitenrand. Denk eens aan uw wasmachine. Door het centrifugeren komen het water en de kleding tegen de wanden van de trommel. De waaier doet hetzelfde met de transmissievloeistof.
Deze naar buiten gerichte kracht creëert een vacuüm in het midden.
Het vacuüm absorbeert meer vloeistof. Dit is een continue cyclus. De vloeistof komt eruit. Er stroomt meer vloeistof naar binnen. Deze cyclus creëert de hydraulische druk die nodig is om het vermogen van de motor naar de transmissie over te brengen. Zonder deze zuigkracht werkt de omvormer niet. De vloeistof moet blijven stromen. Anders stopt de krachtoverdracht dood.
Wanneer de transmissievloeistof de pomp verlaat, raakt deze de turbinebladen. Dit is niet alleen passieve beweging. De turbine is vergrendeld op de ingaande as van de transmissie, dus wanneer de vloeistof deze schoepen raakt, wordt de as gedwongen te draaien. Het vermogen wordt via assen en differentiëlen overgebracht en bereikt uiteindelijk de aandrijfwielen.
Kijk naar de vorm van het mes. Ze zijn gebogen. Vloeistof komt van de buitenrand en moet terugstromen om via de middennaaf naar buiten te komen. Veranderingen in het traject creëren koppel.
De derde wet van Newton is hier zonder uitzondering van toepassing. Wanneer je de richting van een object verandert, wordt er een kracht op uitgeoefend. Objecten oefenen gelijke en tegengestelde krachten uit. De bladen van de turbine dwingen de vloeistof naar binnen en keren de stroom om. De vloeistof duwt het mes terug. Door dit duwen gaat de turbine draaien.
Er is echter een probleem met de uitgangsstroom. Wanneer de vloeistof de turbine verlaat, is de beweging precies tegengesteld aan de draairichting van de pomp of motor. Wanneer de stromende vloeistof de pompwaaier opnieuw raakt, werkt deze als rem. Dit verbruikt energie van de motor en vermindert de efficiëntie ervan.
Daarom heeft een koppelomvormer een stator nodig.
De rol van de stator bij koppelomzetting
De stator bevindt zich tussen de turbine en de pomp. Het roteert niet zo vrij als de andere twee componenten. Zijn taak is om de vloeistof die de turbine verlaat, om te leiden, zodat deze de pomp in de goede richting raakt.
Zonder stator is de koppelomvormer slechts een vloeistofkoppeling. Het draagt energie over, maar voegt geen energie toe. Met behulp van de stator kan de omvormer het koppel van de motor verhogen, vooral bij lage snelheden. Daarom voel je het vermogen toenemen bij het accelereren vanuit stilstand. De stator blokkeert en keert de stroomrichting om, waardoor een feedbacklus ontstaat die de kracht versterkt.
Wanneer is de stator vergrendeld?
De stator blijft niet altijd vergrendeld. Naarmate de snelheid van de auto toeneemt, nadert de turbine de snelheid van de pomp. De vloeistof die de turbine verlaat, stroomt niet langer sterk naar achteren om te profiteren van de richtingsverandering. Op dit moment wordt de eenrichtingskoppeling van de stator vrijgegeven.
De stator begint samen met de rest van het geheel te draaien. Er is nauwelijks weerstand. De koppelomvormer is eigenlijk een vloeistofkoppeling. Dit vermindert de luchtweerstand en verbetert het brandstofverbruik bij snelheden op de snelweg.
Koppelvermenigvuldiging en directe aandrijving
Het begrijpen van de stator verklaart waarom handgeschakelde transmissies langzamer aanvoelen dan automatische transmissies. De koppelomvormer verhoogt het koppel van de motor onder invloed van de stator. Handmatige koppelingen zijn alleen afhankelijk van het motortoerental en het wrijvingsmateriaal. Converters verzachten de transmissie en verhogen het vermogen.
Deze ontwerpoptie heeft nadelen. Vloeistofkoppelingen zijn inherent minder efficiënt dan mechanische koppelingen. Er zal altijd wel wat slip zijn. Maar de sleutel is de afweging tussen soepelheid en meer koppel.
De stator is de onbezongen held van de automatische transmissie. Dit verhoogt het koppel en zorgt ervoor dat zware voertuigen zich lichter voelen buiten de lijn. Zonder dit zouden alle automatische auto’s zowel enorme motoren nodig hebben om te kunnen functioneren als handgeschakelde auto’s met een kleine cilinderinhoud.
In het volgende gedeelte worden de mechanische details van de stator-eenrichtingskoppeling beschreven.
De stator bevindt zich in het dode punt van de koppelomvormer. Het leidt de vloeistof die terugkeert uit de turbine om, voordat deze de pomp weer bereikt. Deze eenvoudige maatregel verhoogt de efficiëntie.
De statorbladen zijn agressief. Ze keren de vloeistofstroom bijna volledig om. Een eenrichtingskoppeling in de stator vergrendelt deze op een vaste as op de vaste as. De richting waarin de koppeling spin toelaat, staat vast. Deze instelling betekent dat de stator niet met de vloeistof kan meedraaien. Alleen achteruitrijden is mogelijk. Hierdoor verandert de vloeistof van richting wanneer deze het mes raakt.
Dingen worden lastig zodra dingen moeilijk kunnen worden. Op de snelweg draaien de waaier en de turbine met ongeveer dezelfde snelheid. De pomp is altijd iets sneller. Maar ze zijn dichtbij. Een stator is op dit moment niet nodig.
De vloeistof die uit de turbine terugkeert, komt in de pomp terecht, die al in dezelfde richting beweegt als de pomp.
Stel je voor dat je achter een pick-up staat die met een snelheid van 100 km/uur rijdt. Je gooit de bal van achteren met 40 mijl per uur. De bal beweegt nog steeds met een snelheid van 20 mijl per uur. Hetzelfde principe geldt voor turbines. De turbine draait met hoge snelheid in één richting. Hij spuit vloeistof van achteren, maar niet zo snel als de oorspronkelijke rijsnelheid. De vloeistof beweegt nog steeds naar voren ten opzichte van de pomp.
Wanneer de auto deze snelheden bereikt, raakt de vloeistof de achterkant van de statorschoepen. De stator draait vrij met behulp van een eenrichtingskoppeling. Draai vrij. Blokkeert de doorstroming niet.
Voor- en nadelen van koppelomvormer
Vermenigvuldigingstruc
Denkt u dat remmen de auto zal doen stoppen? Fout. De koppelomvormer speelt hierbij een belangrijke rol. Voorkomt dat de motor uitschakelt wanneer hij voor een rood licht stopt. Maar er is meer aan de hand. Het werkt als een krachtvermenigvuldiger.
De koppelomvormer verhoogt het motorkoppel twee tot drie keer wanneer het pedaal vanuit stilstand wordt ingetrapt. Deze magie werkt alleen als de motor veel sneller draait dan de transmissie. Slippen zorgt voor de koppelvermenigvuldiging.
High-Stall-converters uitgelegd
Straatauto’s gebruiken standaardomvormers. Perfect voor op reis. Maar hoe zit het met dragracers? Ze willen iets anders.
High-stall-converters zijn het antwoord. Ze stellen de lock-up uit. Hierdoor kan de motor een hoger toerental draaien voordat het vermogen naar de wielen wordt overgebracht. Er wordt geen tijd verspild met lage toerentallen. Wanneer de motor het maximale vermogen nadert, wordt de auto gelanceerd.
Dit is geweldig voor het circuit. Jammer voor het woon-werkverkeer. In alledaagse verkeerssituaties kan een high-stall-converter ervoor zorgen dat uw auto traag wordt. Het jaagt op versnellingen. Het zal een verspilling van brandstof zijn. Dit is een nichetool voor een specifieke taak.
Verminderde efficiëntie
Dit is de lelijke waarheid over automaten. Bij het rijden op de snelweg zijn de motor- en transmissiesnelheden verschillend. De transmissie blijft achter. Normaal gesproken draait het op ongeveer 90% van het motortoerental.
Dit verschil van 10% is niet gratis. Er gaat energie verloren. Er ontstaat warmte wanneer de vloeistof binnenin ronddraait. Er gaat energie verloren aan de atmosfeer. Om deze reden hebben automatische transmissies doorgaans een lager brandstofverbruik dan handgeschakelde transmissies. Het glijden is continu. Deze inefficiëntie stapelt zich op.
Lockup-oplossing
Ingenieurs hebben een hekel aan verspilling. Daarom hebben ze de lockup-koppeling uitgevonden.
Wanneer de koppelomvormer de kruissnelheid bereikt, wordt de koppeling ingeschakeld. Vergrendel de twee helften fysiek aan elkaar. De motor en versnellingsbak draaien met dezelfde snelheid. Geen uitglijden. Geen hitte. Geen stroomverlies.
Deze eenvoudige mechanische verbinding kan verloren efficiëntie herstellen. Breng automatisering dichter bij handmatige prestaties.
Oorlogen met uitrustingtelling
Maar de lock-upkoppeling alleen is niet langer voldoende. De overbrengingsverhoudingen in moderne automatische auto’s zijn waanzinnig. Tot 10 versnellingen vooruit. Waarom? Houdt de motor in optimale positie. Hoe meer versnellingen je hebt, hoe minder de motor op hetzelfde hoge toerental hoeft te draaien om snelheid te behouden.
Oudere handleidingen hadden vijf of zes versnellingen. De auto’s van vandaag hebben zelfs nog meer. optimaliseer de vermogensafgifte beter. Ze bootsen de efficiëntie van oudere handmatige ontwerpen na, maar hebben ook het gemak van automatisch.
Is het perfect? Nee, het is heel ingewikkeld. Maar het werkt. Koppelomvormers zijn geëvolueerd van eenvoudige vloeistofkoppelingen naar een complexe, efficiënte motor. Het is een wonder van waterbouwkunde, vermomd als een eenvoudig komvormig onderdeel.
Ik zie nooit dat de lock-upkoppeling ingeschakeld is. U zult de koppelvermenigvuldiging niet voelen. Het gebeurt gewoon. onder de motorkap. In het donker. Waar het hoort
