روانکار های مناسب برای انتقال دهنده های اتوماتیک خودرو در کاربرد های مختلف استفاده می شوند که بخش عمده ی آن انتقال دهنده اتوماتیک در خوروهای سواری، اتوبوس یا وسایل نقلیه تجاری سنگین و وسایل نقلیه آفرود است. بهبود طراحی های انتقال دهنده های اتوماتیک همزمان با نیاز بازار به منظور کاهش مصرف سوخت و انتشار گازهای مضر موجب شد تا روانکار های جدید با خواص بهبود یافته با طول عمر تعویض طولانی تر تولید شوند.

1. انواع انتقال دهنده خودرو و ساختار:

برای مقایسه ی سیال های مختلف انتقال قدرت بهتر است نحوه ی عملکرد هرکداZF و Voith تاییدیه هایی برای سیال هایی با کاربرد خاص ارائه داده اند. اما برای ماشین های سواری، هر دو شرکت ZF وVoith  گواهی DEXRON و یا MERCON را بعلاوه ویژگی های مورد نیاز برای پایداری برشی ویسکوزیته و سایش الزامی دانسته اند. از سوی دیگر در حال حاضر اکثر سازنده های خودروهای اروپایی مصمم به استفاده ازسیستم های DCT و CVT هستند. بطور مثال از شرکت هایی که در حال تست انواع CVT هستند می توان به BMW، Fiat، Ford، Honda، Nissan، Mercedes-Benz، Mitsubishi، Rover، Renault، Toyota Volvo، VW، و ZF اشاره نمود.

برای این سیال ها مشخصات رایج و عمومی وجود ندارد اما در جدول شماره 4 مشخصات متداول برای یک سیال CVT ارائه گردیده است.م در ابتدا بررسی گردد؛ با درک اختلاف مکانیکی ابزار های مختلفی که برای انتقال استفاده می شود و بحث در اجزایی که برای ساخت روانکار های مختلف بکار می رود می توان به مقایسه ی آن ها پرداخت.

1-1. انتقال دهنده های اتوماتیک متداول (AT)

سیستم های انتقال قدرت اتوماتیک این روزها تنوع بسیار زیادی دارند اما شکل سنتی آن ها که سال ها است در خودروها مورد استفاده قرار می گیرد شامل بخشی به نام مبدل گشتاور برای انتقال قدرت از موتور به جعبه دنده و یک سیستم جعبه دنده سیاره ای برای درگیر کردن خودکار دنده های مختلف است. این سیستم هر چند کارآیی خود را سال ها به نمایش گذاشته اما به دلیل قیمت بالا، فضای زیادی که اشغال می کند و البته اتلاف بخشی از انرژی در سیستم مبدل گشتاور، ضعف هایی در مقابل سیستم های انتقال قدرت دستی از خود نشان می دهد.

1-2. انتقال دهنده های دستی اتوماتیک (AMT)

جعبه دنده های AMT در حقیقت یک راه حل میانبر برای رسیدن به یک سیستم جعبه دنده اتوماتیک با کمترین هزینه است. این سیستم از این جهت به عنوان راه حل میانبر در نظر گرفته می شود که مزایای جعبه دنده های دستی را در کنار راحتی جعبه دنده های اتوماتیک به صورت یک جا عرضه می کند در حالی که دردسرهای تعویض دنده در جعبه دنده های دستی و هزینه بالای سیستم های اتوماتیک را ندارد. در این نوع، اجزای مختلف سیستم انتقال قدرت دستی شامل جعبه دنده و کلاچ حفظ می شوند و از این جهت شباهت زیادی به سیستم های دستی دارند اما کنترل کارکرد این دو بخش بر عهده یک سیستم کامپیوتری است که می تواند بدون دخالت راننده کار کند و به این ترتیب می توان آن ها را جزو سیستم های اتوماتیک طبقه بندی کرد. در واقع می توان گفت سیستم های AMT انتقال دهنده های دستی هستند که از سروو به منظور درگیری کلاچ ها استفاده می کنند و دنده ها به صورت خودکار تغییر می کنند. از این نوع جعبه دنده ها بیشتر در خودروهای ارزان قیمت بهره می برند.

1-3. انتقال دهنده های متغیر پیوسته (CVT)

در انتقال دهنده های اتوماتیک CVT از پولی هایی با قطر متغیر استفاده می شود که عملا می توانند تغییر پیوسته ای در نسبت دنده ها ایجاد کنند (مفهوم نسبت دنده بینهایت از همینجا سرچشمه می گیرد). در جعبه دنده های CVT کلیه ی چرخ دنده ها حذف شده و به جای آن یک پولی به محور محرک یا همان موتور و یک پولی به محور متحرک یا همان محورچرخ ها متصل شده و این دو پولی توسط یک تسمه به یکدیگر متصل هستند. هرکدام از این پولی ها دارای دو مخروط هستند که با نزدیک و دور شدن به یکدیگر باعث افزایش یا کاهش قطر پولی مورد نظر می شوند و در نتیجه زمانی که قطر محور محرک کوچک می شود قطر محور متحرک بزرگ می شود و بالعکس. در چنین شرایطی متوجه خواهیم شد که با تغییر قطر دو پولی، در هر لحظه ضریب دنده تغییر می کند و از همین رو می توان از نظر فنی گفت که میزان ضریب دنده جعبه دنده های CVT بینهایت است چرا که در هر لحظه برای ایجاد بهترین شرایط، قطر این دو پولی در حال تغییر است و هزاران ضریب دنده مختلف ایجاد می شود. هزینه نگهداری این نوع جعبه دنده ها نسبتا بالا است و نیاز به استفاده از روغن های خاص و گران قیمت دارند. البته نرمی بیش از حد در حین کارکرد و ثابت ماندن دور موتور برای برخی رانندگان دلپذیر است اما از آنجا که هیچ حسی از تعویض دنده به راننده نمی دهند برای رانندگان اسپرت دلچسب نیستند. این نوع جعبه دنده ها برای اولین بار توسط شرکت معروف نیسان مورد استفاده قرار گرفتند. سیال انتقال CVT از اصطکاک فلز با فلز در نقاط تماس تسمه و پولی جلوگیری می کند.

1-4. انتقال دهنده های با کلاچ دوگانه DCT

انتقال دهنده ی اتوماتیک DCT از ساختار جعبه دنده دستی با دو کلاچ استفاده می کنند. جعبه دنده های دو کلاچه نوع جدیدی از جعبه دنده ها هستند که به صورت نیمه خودکار عمل می کنند. در سیستم جعبه دنده دو کلاچه یاDCT ، از دو کلاچ مستقل برای اتصال و قطع نیرو استفاده می شود؛ یکی از کلاچ های بکار رفته در این سیستم وظیفه درگیر شدن با چرخ دنده های فرد جعبه دنده را به عهده دارد و دیگری چرخ دنده های زوج جعبه دنده را کنترل می کند. به طور کلی می توان گفت سیستم های جعبه دنده دوکلاچه یا DCT به جعبه دنده های دستی شبیه تر هستند با این تفاوت که در جعبه دنده های دستی یا معمولی جریان انتقال نیرو همیشگی نیست و راننده برای تغییر ضریب دنده باید جریان نیرو را قطع کند اما در جعبه دنده دو کلاچه، صفحات هیدرولیکی کلاچ به صورت پشت سر هم فعال می شوند و اجازه نمی دهند جریان نیروی منتقل شده به چرخ متوقف شود؛ از همین رو در خودروهایی که از جعبه دنده دو کلاچه بهره می برند پدال کلاچ مشاهده نمی شود. در سیستم های  DCT علاوه بر تعویض دنده ی سریع و اتوماتیک، امکان تغییر آن به حالت نیمه خودکار هم وجود دارد تا مانند بازی های ویدئویی با فشار اهر مهای پشت فرمان به راحتی دنده تعویض شود. میانگین تعویض دنده حدود 8 میلی ثانیه است که از هر نوع دیگر جعبه دنده سریع تر است. شتاب گیری با خودروهای مجهز به DCT بسیار لذت بخش و بدون تکان شدید است که سواری را برای سرنشینان، راحت تر می کند. اما شاید جذاب ترین مزیت آن برای خریداران خودرو، مصرف سوخت بهینه تر باشد. به دلیل اینکه جریان انتقال قدرت در خودروهای مجهز به DCT مداوم است، مصرف سوخت به طور قابل توجهی کمتر شده است. درواقع یک جعبه دنده ۶ سرعته ی DCT  در برابر نوع دستی ۵ سرعته، حدود ۱۰ درصد سوخت کمتری مصرف می کند. دو نوع سیستم DCT وجود دارد:

DCT خشک: در مواردی استفاده می شود که میزان گشتاور تا250 نیوتن – متر محدود شده است.

DCT غوطه ور (تَر): این سیستم ها در مواردی کاربرد دارند که با گشتاورهای خیلی بالا سروکار داریم و باید اتلاف گرما و کارایی اصطکاکی بهبود داده شوند. همچنین در موتورهای بسیار کوچک که اتلاف انرژی مساله بسیار مهمی است از این سیستم ها استفاده می شود.

2. مروری بر ویژگی سیال های متفاوت انتقال و استاندارد های آنها:

در ادامه به ویژگی های مورد نیاز سیال های ذکر شده در انواع سیستم های انتقال می پردازیم.

2-1. سیال های انتقال دهنده دستی:

مشخصه مهم این سیال محافظت از بلبیرینگ و دنده بعلاوه ارائه خواص ضد سایشی برای هماهنگ کننده های دور است. محافظت دنده و بلبیرینگ در برابر سایش، با توازن مواد افزودنی ضد سایش و ضد فشار به دست می آید. به طریق مشابه، میزان مناسب و متوازنی از مواد افزودنی اصلاح کننده خواص اصطکاکی می تواند نیازهای اصطکاکی هماهنگ کننده های دور را به وجود آورد. از آنجا که مکانیزم های مختلف سایش و اصطکاک موجود در جعبه دنده باعث افت قدرت کشش خودرو می شوند بسیاری از طراحان سیستم های جعبه دنده به سیالات با ویسکوزیته پایین تر روی آورده اند. طبیعی است کاهش ویسکوزیته سیال، موجب کاهش ضخامت لایه روانکار می گردد که این امر نقش مواد افزودنی خاص با کارایی بالاتر برای حفظ دنده ها و یاتاقان ها در برابر استهلاک و فرسودگی ناشی از سایش را برجسته تر می کند.

2-2. سیال های دنده اتوماتیک متداول:

سیالات ویژه دنده های اتوماتیک سیاره ای از پیچیده ترین انواع سیالات دنده محسوب می شوند. در مبدل گشتاور باید نیرو را انتقال دهند، نقش سیال هیدرولیک را بازی کنند، برای دنده ها، یاتاقان ها و کلاچ های تر روانکار باشند، حرارت ایجاد شده در اثر اصطکاک را به بیرون انتقال دهند و با بسیاری از مواد فلزی و غیرفلزی مورد استفاده در جعبه دنده ها سازگاری داشته باشند. همه این ویژگی ها باید در محدوده بسیار وسیع دمایی از 40 تا 180 درجه سانتیگراد بخوبی حفظ شوند.

2-3. سیال های انتقال دهنده کلاچ های دوگانه (DCT)

این سیال ها نیاز به عملکرد ترکیبی دارند در واقع آنها علاوه برآنکه برای استفاده در دنده های دستی و هماهنگ کننده دور مناسب هستند باید در کلاچ های غوطه ور نوعAT  نیز نقش خود را به خوبی ایفا کنند. به عبارت دیگر این سیالات باید کلیه ویژگی های سیستم های دستی و اتوماتیک را همزمان دارا باشند. فرمولاسیون سیال های DCT باید بتواند بخوبی از کلاچ ها محافظت کند و در عین حال در لحظه شروع به حرکت خودرو، نرمی حرکت را حفظ نماید. از سوی دیگر سیال DCT باید دوام بسیار خوبی در حفظ خواص ضد-لرزش در طول عمر مفید (2 میلیون تغییر دنده) داشته باشد. هماهنگ کننده های دور نیز، در صورت عملکرد اصطکاکی مناسب سیال های انتقال می توانند عملکرد بسیار نرمی بدون لغزش یا شوک داشته باشند.

2-4. سيال هاي انتقال دهنده تغيير پيوسته (CVT)

چالشی که در طراحی فرمولاسیون سیال CVT وجود دارد با سیال ATF متفاوت است. در سیال ATF با اصطکاک بین صفحات فلزی و قطعات سلولزی روبرو هستیم در حالیکه در CVT اصطکاک فلز با فلز (فولاد) را داریم که طبیعتا از نظر خواص اصطکاکی، شرایط سخت تری دارد و سیال CVT باید از نظر قدرت محافظت در برابر سایش قوی تر بوده و از پایداری برشی بسیار خوبی برخوردار باشد .ویژگی های کلی سیال انتقال نیروی پیوسته متغیر با سیال ATF متفاوت است. در این سیستم، سیال علاوه بر تامین نیازمندی های کلی سیال انتقال نیرو، باید از پایداری برشی لازم برخوردار باشد تا از گسیخته شدن فیلم روانکار در سطح تماس فلز –فلز جلوگیری کند. سیال CVT از روغن پایه مرغوب و ترکیبی از پاک کننده های فلزی، پخش کننده های بدون خاکستر، ترکیبات کاهش دهنده اثر فشار، کاهش دهنده اصطکاک و بهبود دهنده گرانروی تشکیل شده است.

2-5. استاندارد ها

به طور کلی سطوح کیفیت و کارایی سیالات انتقال اتوماتیک و مشخصات عملکردی آنها توسط استاندارد های طراحان و سازندگان انتقال دهنده های اتوماتیک یا وسایل نقلیه تعیین می گردد. این استانداردها مراحل صدور تأییدیه برای کاربردهای مختلف را نیز تعیین می کنند. طراحی های ویژه ی انتقال دهنده های اتوماتیک خودرو باعث تفاوت میان استاندارد سازنده های مختلف است. بین استانداردهای انجمن های سازندگان خودرو اروپایی (OEM) و آمریکایی نیز تفاوت وجود دارد. سازندگان آمریکایی انتقال دهنده های اتوماتیک خودرو تاکید بر کیفیت روانکار در خودروهای سواری دارند در حالی که سازندگان اروپایی روانکارهایی با کیفیت بالا برای انتقال دهنده های اتوماتیک در وسایل نقلیه تجاری تولید می کنند. استاندارد سازندگان آمریکایی عبارتند از:

• DEXRON^®
• MERCON^®
• ALLISON C-4
• CATEPILLAR TO-4

استاندارد سازندگان اروپایی عبارتند از:

• Mercedes Benz (Daimler AG) MB Blatt 236
• MAN 339
• ZF
• VOITH G 607
• RENK

این استانداردها به طور گسترده ویژگی های عملکرد ATF را پوشش می دهند. به طور کلی این استانداردها به دو دسته ی "پرشدن در کارخانه" و "تعویض به هنگام سرویس" تقسیم می شوند. در مقاله حاضر فقط ویژگی های تعویض سرویس مورد بررسی قرار می گیرد.

بیشترین تأثیر در کیفیت سیالات ATF توسط شرکت های تولید کننده ی مشهور اتومبیل در ایالات متحده مانند جنرال موتورز (GM) و فورد ایجاد شده است که شناخته شده ترین آنها DEXRON^® وMERCON^®  هستند. برخی سازندگان OEM نیز استانداردهای DEXRON یا MERCON را برای دوره های سرویس خودروهای خود توصیه می کنند. البته این مشخصات در گذر زمان بهبود یافته اند تا ویژگی های موردنیاز مشتریان و طراحان را پوشش دهند. روند تکامل این استاندارد ها در جدول شماره یک قابل مشاهده است:

3. فرمولاسیون سیالات انتقال اتوماتیک

به طور کلی حدود % 90 تمام سیالات انتقال را روغن پایه تشکیل می دهد و مابقی به مواد افزودنی تعلق دارد. انواع مواد افزودنی مانند بهبود دهنده های نقطه ریزش، بهبود دهنده پایداری برشی، بهبود دهنده ی شاخص گرانروی (در صورت لزوم)، بهبود دهنده خواص فشارپذیری، ضد سایش، ضداکسیداسیون، ضدخوردگی، ضد کف و متفرق کننده ها به کار می روند.

4. منبع

فصلنامه علمی-تخصصی افزون روان، سال نهم، تابستان 1400