Naprava in princip delovanja sodobnega pretvornika navora

Prvi pretvornik navora se je pojavil pred več kot sto leti. Ta učinkovita metoda nemotenega prenosa navora se je po številnih modifikacijah in izboljšavah danes uporabljala na številnih področjih strojništva in avtomobilska industrija ni nobena izjema. Vožnja je zdaj veliko lažja in udobnejša, saj ni več treba uporabljati stopalke sklopke. Naprava in načelo delovanja pretvornika navora je, tako kot vse iznajdljivo, zelo preprosto.

Zgodba

Prvič je načelo prenosa navora z recirkulacijo tekočine med dvema rotorjema brez toge povezave leta 1905 patentiral nemški inženir Hermann Fettinger. Naprave, ki delujejo na podlagi tega načela, se imenujejo fluidne sklopke. Takrat je razvoj ladjedelništva zahteval, da oblikovalci najdejo način za postopno prenašanje navora iz parnega stroja v ogromne ladijske propelerje v vodi. Ko je voda med zagonom tesno sklopila, je upočasnila sunke rezil, kar je povzročilo pretirano povratno obremenitev motorja, gredi in njihovih spojev.

Kasneje so na londonskih avtobusih in prvih dizelskih lokomotivah začeli uporabljati posodobljene tekočinske sklopke, da bi zagotovili njihov nemoten zagon. In tudi kasneje so tekočinske sklopke olajšale življenje voznikom avtomobilov. Prvi serijski avtomobil s pretvornikom navora, Oldsmobile Custom 8 Cruiser, je leta 1939 odpeljal tekoči trak pri General Motorsu.

Naprava in načelo delovanja

Pretvornik navora je zaprta komora toroidne oblike, znotraj katere so črpalni, reaktorski in turbinski rotorji koaksialno nameščeni tesno drug ob drugem. Notranja prostornina pretvornika navora je napolnjena s tekočino za avtomatske menjalnike, ki krožijo v krogu od enega kolesa do drugega. Črpalno kolo je izdelano v ohišju pretvornika in je togo povezano z ročično gredjo, tj. vrti se s številom vrtljajev motorja. Turbinsko kolo je trdno povezano z vhodno gredjo avtomatskega menjalnika.

Med njimi je reaktorsko kolo ali stator. Reaktor je nameščen na prosti sklopki, ki mu omogoča vrtenje samo v eno smer. Lopatice reaktorja imajo posebno geometrijo, zaradi katere pretok tekočine, ki se vrne s turbinskega kolesa na črpalno kolo, spremeni smer in s tem poveča navor na črpalnem kolesu. To je razlika med pretvornikom navora in spojko za tekočino. V slednjem ni reaktorja, zato se navor ne poveča.

Princip delovanja Pretvornik navora temelji na prenosu navora iz motorja v menjalnik s pomočjo krožečega pretoka tekočine, brez toge povezave.

Pogonsko kolo, povezano z vrtljivo ročično gredjo motorja, ustvarja pretok tekočine, ki zadene lopatice nasprotnega turbinskega kolesa. Pod vplivom tekočine se sproži in prenaša navor na vhodno gred menjalnika.

S povečanjem vrtilne frekvence motorja se poveča hitrost vrtenja rotorja, kar vodi do povečanja sile pretoka tekočine, ki nosi turbinsko kolo. Poleg tega tekočina, ki se vrača skozi lopatice reaktorja, dobi dodaten pospešek.

Pretok tekočine se spremeni glede na hitrost vrtenja rotorja. V trenutku izenačitve hitrosti turbinskega in črpalnega kolesa reaktor ovira prosti pretok tekočine in se zaradi nameščenega prostega kolesa začne vrteti. Vsa tri kolesa se vrtijo skupaj, sistem pa začne delovati v načinu spenjanja tekočin brez povečanja navora. S povečanjem obremenitve na izhodni gredi se hitrost turbinskega kolesa upočasni glede na črpalno kolo, reaktor je blokiran in spet začne preoblikovati pretok tekočine.

Prednosti

1. Gladko gibanje in zagon.
2. Zmanjšanje vibracij in obremenitev menjalnika zaradi neenakomernega delovanja motorja.
3. Možnost povečanja navora motorja.
4. Ni potrebe po vzdrževanju (zamenjava elementov itd.).

Omejitve

1. Nizka učinkovitost (zaradi odsotnosti hidravličnih izgub in toge povezave z motorjem).
2. Slaba dinamika vozila, povezana s stroški moči in časom za sprostitev toka tekočine.
3. Visoka cena.

Način zaklepanja

Za obvladovanje glavnih pomanjkljivosti pretvornika navora (nizka učinkovitost in slaba dinamika vozila) je bil razvit mehanizem za zaklepanje. Njegov princip delovanja je podoben klasični sklopki. Mehanizem je sestavljen iz blokirne plošče, ki je prek vzmeti blažilnika torzijskih tresljajev povezana z turbinskim kolesom (in s tem na vhodno gred menjalnika). Plošča ima na svoji površini torno oblogo. Na ukaz krmilne enote menjalnika se plošča s pritiskom tekočine pritisne na notranjo površino ohišja pretvornika. Navor se začne prenašati neposredno iz motorja v menjalnik brez vpletenosti tekočine. Tako dosežemo zmanjšanje izgub in večjo učinkovitost. Ključavnico lahko omogočite v kateri koli prestavi.

Način zdrsa

Zaklepanje pretvornika navora je lahko tudi nepopolno in deluje v tako imenovanem "drsnem načinu". Blokirna plošča ni popolnoma pritisnjena na delovno površino in s tem zagotavlja delno drsenje torne blazinice. Navor se istočasno prenaša skozi blokirno ploščo in tekočino v obtoku. Zahvaljujoč uporabi tega načina se dinamične lastnosti avtomobila znatno povečajo, hkrati pa se ohranja gladko gibanje. Elektronika zagotavlja, da se sklopka za blokiranje čim hitreje vklopi med pospeševanjem in izklopi čim pozneje, ko se zmanjša hitrost.

Vendar ima način nadzorovanega zdrsa znatno pomanjkljivost, povezano z odrgnjenjem površin sklopke, ki so poleg tega izpostavljene hudim temperaturnim vplivom. Izdelki za obrabo pridejo v olje in poslabšajo njegove delovne lastnosti. Način zdrsa omogoča pretvorniku navora čim bolj učinkovit, a hkrati bistveno zmanjša njegovo življenjsko dobo.