Otomatik Vitesli Araçlarda Debriyajın Yerini Alan Eleman: Tork Konvertörü
tork konvertörü, otomatik şanzımanlı araçlarda debriyajın yerini alan şanzıman elemanıdır.
temel olarak pompa (pervane olarak da bilinir), stator ve türbinden oluşur. kimi tork konvertörlü şanzımanlarda lock up clutch denilen eleman da bulunur.
öncelikle yağın rotasını belirtmekte fayda var. iç içe geçmiş concentric iki silindir içinde yağ önce pompadan türbine sonra da türbinden pompaya giderek kapalı bir döngü içinde hareket eder.
çalışma prensibi temel olarak motorun krank miline bağlı olan pompanın motor devrinde dönerek yağı ileri itmesine dayanır. pompanın basınçlandırdığı kinetik enerjisi yüksek olan yağ stator bıçaklarının arasından geçerek türbin bıçaklarına çarparak bu bıçakların dönmesini sağlar. stator bıçaklarının olmasının nedeni yağın türbin bıçaklarına çarpma açısını optimize ederek kayıpları azaltmaktır. daha sonra yağ, tork konvertörünün oval casingine çarparak dış taraftaki türbin bıçaklarına çarparak biraz daha kinetik enerjiyi türbine kazandırır. sonra dış taraftaki stator bıçaklarından geçerek ve dış casinge çarparak pompaya geri döner. böylece tork aktarılmış olur.
düşük hızlarda pompanın devriyle türbinin devri arasında çok fark olur. bu yüzden türbine giren yağın hücum açısı yani türbin bıçaklarının rölatif ekseninde yağın eksenel hızıyla açısal hızı arasındaki oranın ters tanjant fonksiyonundan elde edilen açı çok büyük olur. bu da bıçakların üzerinde akış ayrılmasına neden olur. bu nedenle araç performansı düşer ve yakıt tüketimi artar, zaten tork konvertörlü şanzımanın, manuele ve dsg şanzımana karşı en büyük dezavantajı budur ama yüksek hızlarda türbin ve pompa arasında sanki mekanik bir bağlantı varmış gibi bir uyum içinde çalışır.
çalışır çalışmasına ama gene de arada akışkandan dolayı sınır tabaka içinde gelişen viskoz kayıplar yaşanacaktır. bunun önüne geçmek için kimi araçlarda lock up clutch denen bir debriyaj mekanizması bulunur. otomobillerde özellikle uzun yolda sabit hızla giderken bu debriyaj açılarak türbin ve pompa arasında mekanik bir bağlantı kurar ve ikisinin aynı hızda dönmesini sağlayarak bu kaybı ortadan kaldırır.
ağır iş makinelerinde ve zırhlı savaş araçlarındaysa bu mekanizmanın daha farklı bir kullanım alanı mevcuttur. yüksek tork gereksinimi olan bu tip araçlarda, debriyaj özellikle birinci viteste motor devir aralığının son %10'undayken açılarak, bir üst vitesteki tork kaybının önünü almaya çalışır. debriyajın açılmasıyla şanzımanın aktaracağı tork artarken, bu kısmi bir ısınma artışına yol açar çünkü şanzımanın attığı ısı aktardığı torkla orantılıdır.
klasik otomobillerde kritik soğutma noktası motor maksimum tork aralığının üst noktasındayken, bu tip araçlarda motor soğutma pompasının çalışma rejimine de bağlı olarak debriyajın açıldığı üst noktalarda da olabilir. her ne kadar klasik hava-su ısı eşanjörlerinde, termal rezistansın sadece %15-20'si motor soğutma suyuna ait olsa da sistemin soğutma ihtiyaçlarını tasarlarken bu durum da kritik senaryolar dahilinde test edilmelidir. çünkü maksimum tork devrinden daha yüksek olan maksimum güç devirlerinde motor pompası her ne kadar daha çok debi üretebilse de sistemin davranışını karşılaştırmak gerekecektir.
tork konvertörlü şanzımanlarda motorla şanzıman arasında flex plate denen esnek bir plaka bulunur ve bu motorla birlikte döner. klasik manuel şanzımanlarda volanın yerini alan flex plate vites geçişlerinde değişen motor devrinden dolayı oluşacak hareketi sönümleyerek tork konvertörünün zarar görmesini engeller. dış yüzeyinde dişli bir yapı bulunan flex plate ayrıca ilk çalıştırma sırasında marş dinamosundan tahrik alarak motoru çalıştırır.
tork konvertörlü şanzımanlarda, planetary gearing sistemi kullanılır. manuel ya da dsg şanzımanlardan farklı olarak sıralı dişliler yerine bir merkez etrafında güneş etrafında dönen gezegenler gibi dönen dişliler ve dış casing dişlisi bulunur. zaten ortada mekanik bir bağlantı olmadığı için bu sistemde farklı dişli setlerinin kendi etrafında ya da güneş dişlisi etrafında dönmesini engelleyerek çıkış torku ayarlanabilir. böylece vites değişim sürelerini çok düşürmek mümkün olacağından dolayı, manuel şanzımana ve otomatikleştirilmiş manuel şanzımana göre daha yüksek bir performans sunacaktır. çünkü planetary gearing sisteminde tüm dişliler zaten dönmektedir, tek yapılan farklı dişli setlerinin dönmesini engellemekten ibarettir. vites değişimi elektronik olarak kontrol edilse de, kontrol sisteminde input olarak motor devrini mi yoksa tork konvertöründe yağ basıncını mı dikkate aldıklarını bilemiyorum, daha önce hiç kontrol sistemlerinde çalışmadım.
otomatikleştirilmiş manuel ya da dsg gibi sistemlere karşı tork konvertörlü şanzımanın bir avantajıysa eğimli yolda kalkarken arabayı kaydırmamasıdır. bunun nedeni yokuşta dururken, frene bastığınızda frenin tekere uyguladığı kuvvetin aslında aşağı yönlü olmasıdır. çünkü bu noktada rölantide de olsa dönen motor şanzımana bir giriş torku uygular. bu tork sayesinde araç ileri atılmak isterken, hem eğim hem de fren sisteminin uyguladığı kuvvet nedeniyle araç sabit kalır. ayağınızı frenden çektiğinizdeyse, gaza basmasanız bile karşısında direnç kuvveti görmeyen şanzıman çıkış torku aracı kaydırmadan ilerletecektir.
tork konvertörlü şanzımanın bir diğer avantajıysa, özellikle yüksek torka ulaşılan heavy duty diesel motorlarda kendini gösterir. arada mekanik bir bağlantı olmadığı için yüksek tork aktarımı sorunsuz bir şekilde mümkün olacaktır. klasik otomobil motorlarının aksine maksimum 1500-2000 devir aralığında çıkış torkunun 2500-3000 nm olduğu bu tip motorlarda kullanılacak bir dsg'nin ısınma derecesini ve ömrünü ben tahmin edemiyorum.
toparlayacak olursam, tork konvertörlü şanzımanın en büyük avantajı yüksek tork mukavemeti ve hızlı vites geçişine izin vermesidir. en büyük dezavantajı ise, hidrolik aktarmadan dolayı oluşan viskoz kayıplardır. dsg bu anlamda, verimlilik ve performans açısından teoride daha iyi olsa da, çift kavramalı yapısının arızaya meyilli olması ve ısınma sorunları nedeniyle de dezavantajlara sahiptir.
edit: hızlı vites geçişi derken karşılaştırdığım dsg değil, standart manuel ve otomatikleştirilmiş manuel şanzımanlardır. dsg şanzımanların vites geçiş süresi, debriyajlar arasındaki geçişe, tork konvertörlü şanzımanın vites geçiş süresiyse dişli sistemindeki kilitlemeleri ne kadar hızlı yapabildiğine bağlıdır. ben farklı araçların tasarımında çalışsam da hiçbirini kullanmadım, kullansam da bu farkı hissedecek kadar iyi bir sürücü olduğumu düşünmüyorum ama teorik olarak bakınca bu iki süre arasında bir fark olacağını şahsen sanmıyorum.
bence dsg şanzımanın tork konvertörlü şanzımana karşı en büyük avantajı bu süre farklarından ziyade, sürekli bir mekanik bağlantı olması nedeniyle kayıpların daha az olmasından ileri geliyor çünkü tork konvertörlü şanzımanda, tork konvertörünün verimi optimum hıza ulaştığında bile motor devrinin bir fonksiyonu olarak sürekli değişiyor ama dsg de sürekli bir mekanik aktarım olduğu için verim hem sabit hem de ortalamada daha yüksek çıkıyor.
dsg şanzımanın en büyük handikabı, daha karmaşık yapısı (iç içe geçmiş 2 debriyaj sistemi) ve ısınma sorunu nedeniyle arıza çıkarma potansiyelinin tork konvertörlü şanzımana göre daha yüksek olmasıdır. ikinci dezavantajıysa yapı tamamen mekanik olduğu için tork dayanımının daha düşük olmasıdır ki bence çıkan arızaların çoğunun nedeni de dönüp dolaşıp bu noktaya çıkıyor.