نکاتی در مورد جعبه‌دنده‌های اتوماتیک

جعبه‌دنده یا گیربکس از مهمترین اجزای فنی یک خودرو است و نقشی اساسی در ساختار رانشی آن ایفاء می‌کند. این‌طور می‌توان گفت که عملکرد یک خودرو از شتاب و سرعت گرفته تا حتی فرمان‌پذیری و مصرف سوخت آن از این سامانه پیچیده فنی تأثیر می‌پذیرد. چه بسا شاهدیم که خودرویی از پیشرانه قوی و پرتوانی بهره می‌برد ولی تنها به دلیل آن‌که مجهز به جعبه‌دنده‌ای است که نسبت دنده‌ها (GEAR RATIONS) در آن با پیشرانه خودرو تناسبی ندارد، آن خودرو از شتاب، سرعت و مصرفی در حد و اندازه آن پیشرانه برخوردار نیست.

”با توجه به ساختمان فنی گیربکس‌های اتوماتیک، این تیپ از جعبه‌دنده‌ها دارای مزایایی برای پیشرانه‌های پرقدرت هستند. با این حال در شرایطی یکسان، خودرویی که مجهز به جعبه‌دنده اتوماتیک است از شتاب و سرعت کمتری نسبت به همان نسخه با جعبه‌دنده دستی برخوردار است.“اما چرا وجود جعبه‌دنده در خودرو لازم است؟ تحت شرایط متفاوت رانندگی، هر خودرو بسته به وضع و موقعیت جاده، تعداد سرنشین، حجم بار و نحوه رانندگی راننده آن نیاز به کشش و سرعت مشخصی دارد. وظیفه جعبه‌دنده این است که چند نسبت دنده متفاوت را در اختیار راننده قرار دهد تا او با توجه مجموع شرایط پیش روی خود، مناسب‌ترین نسبت دنده را برای هر موقعیت گزینش کند. اگر سامانه‌ای چون جعبه‌دنده برای خودرو طراحی نشده بود، شما برای صعود به یک سربالایی به یک پیشرانه بزرگ و بسیار حجیم نیاز داشتید، پیشرانه‌ای که در مواقع عادی تنها درصد کمی از توان و قدرت آن مورد بهره‌برداری قرار می‌گرفت. بی‌شک چنین عملی، یعنی استفاده از پیشرانه‌ای بزرگ و حجیم نه عاقلانه است و نه توجیه اقتصادی دارد و نه اصولاً در هر فرم بدنه‌ای امکان‌پذیر است، به ویژه در خودروهایی با اندازه کوچک و متوسط.

امروزه روند کاربرد جعبه‌دنده‌های اتوماتیک در خودروهای امروزی سرعتی دو چندان یافته است. اما جعبه‌دنده‌های اتوماتیک از چه ساختاری برخوردارند و ویژگی‌های آن‌ها چیست؟

اگر از ساختمان جعبه‌دنده‌های اتوماتیک CVT و نیز نیمه اتوماتیک که خود مبحث فنی جداگانه‌ای دارند فاکتور بگیریم، در جعبه‌دنده‌های اتوماتیک متعارف، مثلاً در جعبه‌دنده AL4 پژو 206 (اتوماتیک) مهم‌ترین اجزاء شامل موارد زیر است:

1) کلاچ هیدرولیک یا مبدل گشتاور (TORQUE CONVERTER)

مبدل گشتاور یک کلاچ هیدرولیک است که واسطه انتقال قدرت از پیشرانه به مجموع چرخ‌دنده‌ها است. مبدل گشتاور با مایع تحت فشار پر شده و شامل بخش‌هایی چون پمپ، توربین و استاتور می‌شود.

2) یک یا چند مجموعه از چرخ‌دنده‌های سیاره‌ای (PLANETARY GEARSTES)

چرخ‌دنده‌های سیاره‌ای وظیفه تأمین نسبت دنده‌های جعبه‌دنده را بعهده دارند و به وسیله واحد هیدرولیک فعال می‌شوند.

3) سامانه‌های کنترلی اعم از واحد هیدرولیک، ECU، سنسورها، شیرهای برقی، گاورنر و...

واحد هیدرولیک دارای چند عد شیر کشویی است که برای باز و بسته کردن مسیرهای عبور روغن به کار می‌روند. این شیرهای کشویی توسط واحد ECU کنترل می‌شوند و بی‌شک در این میان، میزان دمای روغن تأثیری مستقیم در عملکرد شیرهای برقی جعبه‌دنده دارد. روغن در واحد هیدرولیک و خنک‌کننده جعبه‌دنده‌های اتوماتیک توسط یک قطعه مهم به نام پمپ دنده‌ای تغذیه می‌شود که روغن را از مخزن یا همان کارتر در نقطه تحتانی جعبه‌دنده بیرون می‌کشد و به واحدهای نامبرده منتقل می‌کند.

گاورنر نیز یک سوپاپ هوشمند است که به شفت خروجی جعبه‌دنده متصل شده است. همزمان با افزایش سرعت خودرو، سوپاپ گاورنر بیشتر باز شده و امکان عبور روغن با فشار بالاتر را مهیا می‌کند.

اما سئوالی که پیش می‌آید این است که چرا در شرایطی یکسان، مثلاً در دو خودرویی با پیشرانه‌ای همسان و البته با توان و گشتاوری مشابه، آن خودرویی که مجهز به جعبه‌دنده اتوماتیک است از شتاب و سرعت کمتری برخوردار است؟

وقوع این قضیه عمدتاً ناشی از دو مسئله است :

• اولاً ساختمان مبدل گشتاور جعبه‌دنده اتوماتیک همواره دارای مقداری لغزش (بکسباد) است و این امر در زمانی که خودرو از حالت سکون به حرکت در می‌آید کاملاً خود را نشان می‌دهد و عمدتاً زمان شتاب‌گیری صفر تا صد برای نسخه اتوماتیک آن خودرو را کمی بالاتر از نسخه دستی می‌برد.
• ثانیاً سامانه‌های کنترلی در جعبه‌دنده اتوماتیک معمولاً اجازه نمی‌دهند که پیشرانه در هر دنده در حوالی دور مجاز پیشرانه، دور بگیرد و این سامانه‌ها خیلی زود دنده را تعویض می‌کنند. همچنین دنده معکوس با گیربکس‌های اتوماتیک، به ویژه در نسخه‌های قدیمی‌تر سه و چهار دنده‌ای، دارای مکث بوده و چندان سریع نیست و عمل معکوس‌دهی را در همان زمانی که مد نظر راننده است انجام نمی‌دهند. در نهایت با اتلاف قدرت در مبدل گشتاور جعبه‌دنده‌های اتوماتیک، سرعت نهایی خودرو کاهش می‌یابد.

به طور کلی سرعت نهایی یک خودرو به توان پیشرانه و شرایط آیرودینامیکی بدنه آن ارتباطی مستقیم دارد. در عوض، شتاب یک خودرو وابسته به گشتاور خروجی آن است، گذشته از اینکه وزن خودرو هم آیتم مهمی در پروسه شتابگیری است.

ناگفته نماند که در اغلب جعبه‌دنده‌های مدرن امروزی از 6 سرعته گرفته تا 8 و 10 سرعته عمل معکوس‌دهی با دقتی وافر و در کمترین زمان ممکن انجام می‌شود و محصولات سازندگانی چون ZF و گترک آلمان و آیسین ژاپن و... در این زمینه زبانزد خاص و عام هستند. همچنین در اکثر گیربکس‌های اتوماتیک امروزی امکان تعویض دستی دنده‌ها برای راننده آن فراهم است و همین قضیه خود قدرت مانور زیادی را برای وی مهیا می‌کند. در این زمینه نسخه‌های تیپ‌ترونیک شرکت پورشه (PDK) و یا شیفت‌ترونیک شرکت ب‌ام‌و را می‌توان به عنوان نمونه‌های شاخص در زمینه سهولت تعویض دستی دنده‌ها، معکوس‌دهی سریع و مکث حداقلی در زمان شتاب‌گیری برشمرد. در این میان،از جعبه‌دنده‌های اتوماتیک دوکلاچه نیز نباید غافل شد که به دلیل ساختمان فنی خود از سرعت و عکس‌العمل درخوری در زمان تعویض دنده و معکوس‌دهی برخوردارند، هر چند که استهلاک آنها نسبت به نسخه‌های معمول دنده اتوماتیک بیشتر بوده و به مراقبت بیشتری هم نیازمند هستند.

در پایان، باید به این نکته اشاره کرد که با توجه به ساختمان فنی گیربکس‌های اتوماتیک، این تیپ از جعبه‌دنده‌ها دارای مزایایی برای پیشرانه‌های پرقدرت هستند. نخستین مزیت مربوط به مجموعه چرخ‌دنده‌های سیاره‌ای در آنهاست که در قیاس با چرخ‌دنده‌های گیربکس دستی، از توانایی بیشتری برای انتقال گشتاور زیاد بهره می‌برند. ضمن این‌که، قابلیت بکسباد کردن جعبه‌دنده اتوماتیک نیز عامل مهمی در جهت جذب ضربه ناشی از فشار شدید و ناگهانی از قدرت پیشرانه، به ویژه در زمان شروع حرکت است؛ ضرباتی که چه بسا می‌تواند به یک کلاچ و گیربکس معمولی صدمات سختی را وارد کند. لذا امروزه شاهدیم که اغلب خودروهای مجهز به پیشرانه پر قدرت، به ویژه سدان‌ها و کوپه‌های لوکس که در آن‌ها آسایش سرنشینان و تعویض نرم و بی‌تکان دنده مطرح است، تنها با جعبه‌دنده اتوماتیک عرضه می‌شوند و جعبه‌دنده دستی در آن‌ها محلی از اعراب ندارد.