टॉर्क कन्वर्टर ऑटोमैटिक गियरबॉक्स में क्लच की जगह क्या लेता है?

टॉर्क कनवर्टर एक हाइड्रोडायनामिक शक्ति संचरण तत्व है जो क्लासिक ऑटोमैटिक गियरबॉक्स में यांत्रिक क्लच का काम करता है और इंजन तथा गियरबॉक्स के बीच स्थित होता है; खड़े वाहन में इंजन को झटका दिए बिना टॉर्क संचारित करता है, प्रारंभ में इंजन द्वारा उत्पादित टॉर्क को 1,8:1 से 2,5:1 के अनुपात में बढ़ाता है और क्रूज़िंग के दौरान लॉक-अप क्लच के साथ बिना किसी हानि का यांत्रिक संपर्क स्थापित करता है। संक्षेप में, यह एक ही बॉडी में क्लच के तीन काम एक साथ करता है: अलग करना, कोमलता से जोड़ना और आवश्यकता पड़ने पर टॉर्क बढ़ाना।

क्लच की जगह क्या लेता है और पूरा क्लच क्यों नहीं?

मैनुअल गियरबॉक्स में इंजन और गियरबॉक्स के बीच का संपर्क चालक क्लच पैडल से स्थापित और तोड़ता है। ऑटोमैटिक में यह काम किसी चालक नहीं, बल्कि इंजन से बोल्ट किए गए (फ्लाईव्हील या फ्लेक्सप्लेट पर माउंटेड) एक बंद थैले की कल्पना करें: इसके अंदर का तरल पदार्थ, इंजन से प्राप्त घूर्णन गति को गियरबॉक्स के इनपुट शाफ्ट तक पहुंचाता है। यह तंत्र इंजन चलते रहते हुए भी गियर में वाहन के रुकने की सुविधा देता है; इंजन के चलते रहने पर गियरबॉक्स स्वतंत्र रूप से अलग रहता है।

लेकिन सूखे क्लच के बजाय तरल पदार्थ क्यों? क्योंकि यांत्रिक क्लच जब तक संपर्क में रहता है, या तो पूरी तरह लॉक होता है या फिसलता है - और फिसलते समय लाइनिंग गर्म और घिस जाती है। तरल क्लच में संपर्क जैसा कोई बिंदु नहीं होता; फिसलन डिज़ाइन का प्राकृतिक कार्य वातावरण है और यह इंजन के झटकों को भी स्वाभाविक रूप से अवशोषित कर लेता है। इसके अलावा, साधारण तरल क्लच केवल टॉर्क को थोड़ा कम करके संचारित करता है। टॉर्क कनवर्टर को अलग बनाने वाली बात यह है कि बीच में स्टेटर की बदौलत यह आउटपुट गति कम होने पर टॉर्क बढ़ा सकता है; यानी घूर्णन गति कम होने पर खुद को एक अनुकूली रिड्यूसर की तरह व्यवहार करने के लिए मजबूर करने वाला तत्व है।

कंप्यूटर नियंत्रित ऑटोमैटिक के चालक के पैडल से स्वतंत्र निर्णय लेने का राज भी यहीं है: कनवर्टर, क्लच जितना नहीं कर सकता, उतनी नियंत्रित और सुरक्षित फिसलन की खिड़की प्रदान करता है; गियरबॉक्स हर क्षण किसी अप्रत्याशित यांत्रिक झटके का सामना नहीं करता।

पंप, टर्बाइन और स्टेटर: टॉर्क कैसे गुणा होता है?

कनवर्टर के तीन घूर्णन/अघूर्णन घटक होते हैं। पंप (इम्पेलर) इंजन से जुड़ा होता है और सेंट्रीफ्यूगल पंप की तरह काम करता है: घूमते हुए तरल पदार्थ को बाहर की ओर फेंकता है, केंद्र में वैक्यूम बनाकर नया तरल खींचता है। फेंका गया तरल टर्बाइन के वक्र ब्लेडों से टकराता है, दिशा बदलता है और टर्बाइन को घुमाकर शक्ति को गियरबॉक्स के इनपुट शाफ्ट तक पहुंचाता है।

असली बुद्धिमत्ता तीसरे तत्व में छिपी होती है। टर्बाइन से निकलने वाला तरल पदार्थ, इंजन के घूर्णन की दिशा के विपरीत गति करता है; एक साधारण तरल संपीडन में यह वापस लौटती ऊर्जा केवल ऊष्मा में बदल जाती है। स्टेटर, पंप और टर्बाइन के बीच स्थित होता है और इस तरल पदार्थ को पुनर्निर्देशित करके पंप को इष्टतम कोण पर आपूर्ति करता है। इस प्रकार वापस लौटते तरल की ऊर्जा पुनर्प्राप्त होती है और निर्गत टॉर्क, इंजन द्वारा उत्पादित टॉर्क के ऊपर जुड़ जाता है। यांत्रिक संतुलन के दृष्टिकोण से कहें तो: टर्बाइन से निकलने वाला तरल स्टेटर पर टकराता है, इसलिए स्टेटर जिस बॉडी से जुड़ा है उस पर विपरीत दिशा में टॉर्क लगाता है; यह अंतर सीधे निर्गत पक्ष पर टॉर्क लाभ के रूप में परिलक्षित होता है।

दो विवरण इंजीनियरिंग के दृष्टिकोण से महत्वपूर्ण हैं। पहला ब्लेड ज्यामिति: टर्बाइन और स्टेटर में तिरछे, वक्र ब्लेड का उपयोग किया जाता है और ज्यामिति में छोटे बदलाव प्रदर्शन को काफी हद तक बदल देते हैं। दूसरा आकार: कन्वर्टर के गति समीकरण यूलर की 18वीं शताब्दी तक जाने वाली टर्बोमशीन समीकरण पर आधारित हैं और गुण त्रिज्या की 5वीं घात पर निर्भर करते हैं, इसलिए टॉर्क क्षमता सैद्धांतिक रूप से तरल घनत्व, गति के वर्ग और व्यास की पांचवीं घात के समानुपाती होती है। व्यास को थोड़ा बड़ा करना, क्षमता को बहुत अधिक बढ़ा देता है।

स्टेटर का निष्क्रिय न रहना भी महत्वपूर्ण है: स्टेटर एक वन-वे क्लच पर माउंट किया गया है। शुरुआत और त्वरण के दौरान तरल पदार्थ उसे पीछे से धकेलता है और स्टेटर स्थिर रहता है; क्लच चरण में संक्रमण होने पर तरल दबाव कम हो जाता है और स्टेटर स्वतंत्र रूप से घूमना शुरू कर देता है - विपरीत दिशा में घूमना वन-वे क्लच द्वारा रोका जाता है।

तीन कार्य चरण: स्टॉल, त्वरण और क्लच

कन्वर्टर के व्यवहार को तीन चरणों में पढ़ना सबसे स्पष्ट तरीका है। स्टॉल (ठहराव) चरण में गियर लगा होता है, ब्रेक वाहन को रोके रहते हैं, टर्बाइन नहीं घूम रहा होता लेकिन पंप इंजन के साथ घूम रहा होता है; पर्याप्त इनपुट शक्ति के साथ अधिकतम टॉर्क गुणन यहीं प्राप्त होता है और इस अनुपात को स्टॉल अनुपात कहा जाता है। ऑटोमोटिव अनुप्रयोगों में सामान्य मान 1.8:1-2.5:1; औद्योगिक, समुद्री और हैवी-ड्यूटी उद्देश्यों के विशेष कन्वर्टर में यह अनुपात 5.0:1 तक जाता है। स्टॉल में कुल अनुपात प्रभाव आश्चर्यजनक हो सकता है: 2.46:1 का एक ट्रांसमिशन अनुपात, 2.2:1 के स्टॉल अनुपात के साथ मिलकर पूर्ण ठहराव में पहियों तक 5.41:1 का कुल गुणक जाता है; क्लच चरण में संक्रमण होने पर यह संख्या 2.73:1 तक गिर जाती है।

त्वरण चरण में भार बढ़ने के साथ पंप और टर्बाइन के बीच आरपीएम अंतर अभी भी बड़ा होता है; टॉर्क गुणन मौजूद होता है लेकिन स्टॉल मान से नीचे होता है। इस क्षेत्र में तरल पदार्थ का पंप से स्टेटर तक, वहां से टर्बाइन तक सर्पिल रूप से बहने वाला वॉर्टेक्स प्रवाह प्रमुख होता है - यही वह क्षेत्र है जहां टॉर्क गुणन चरम पर पहुंचता है।

क्लच (coupling) चरण में तब प्रवेश होता है जब टर्बाइन, पंप की गति की लगभग 90% तक पहुंच जाता है: जब पंप 10 चक्कर घूमता है तो टर्बाइन 9 चक्कर घूमता है, यानी लगभग 1.11:1 का स्लिप सामान्य होता है। इस बिंदु पर टॉर्क गुणन व्यावहारिक रूप से समाप्त हो जाता है; तरल पदार्थ की सर्पिल गति की जगह दोनों ब्लेडों के साथ-साथ घूमने वाला रोटरी प्रवाह छोड़ता है और स्टेटर स्वतंत्र रूप से घूमने लगता है। टॉर्क गुणक और दक्षता के बीच एक स्पष्ट समझौता है: उच्च स्टॉल दर वाले कन्वर्टर क्लच गति के आसपास कम कुशलता से काम करते हैं। प्रदर्शन चाहने वालों को गुणक और ईंधन बचत चाहने वालों को कम फिसलन वाला चरित्र चुनना पड़ता है।

लॉकिंग क्लच: फिसलन को शून्य करने वाला दूसरा क्लच

द्रव-संचालित संचरण में कोई अलौकिक पक्ष नहीं है: फिसलन का सीधा मतलब दक्षता की हानि और ऊष्मा है। कन्वर्टर के भीतर लॉक-अप क्लच ठीक इसी कारण से मौजूद है। क्रूज़िंग के दौरान टरबाइन को सीधे इम्पेलर से यांत्रिक रूप से लॉक करके यह शक्ति को पूरी तरह यांत्रिक मार्ग से स्थानांतरित करता है; द्रव हानि और ऊष्मा उत्पादन समाप्त हो जाता है, आरपीएम हल्का कम हो जाता है और पहियों तक अधिक प्रत्यक्ष शक्ति मार्ग स्थापित होता है।

इसका इतिहास दिलचस्प है। इसका पहला ऑटोमोटिव अनुप्रयोग Packard Ultramatic ट्रांसमिशन के साथ 1949 तक जाता है: जब वाहन क्रूज़िंग गति तक पहुंचता था तो लॉक हो जाता था, और गैस दबाने पर या धीमा होते समय खुल जाता था। 1950 के दशक में कुछ Borg-Warner ट्रांसमिशन में भी यह देखा गया, फिर लागत और जटिलता के कारण इसे छोड़ दिया गया। 1970 के दशक के मध्य में जब प्राथमिकताएं ईंधन दक्षता की ओर मुड़ीं तो यह विचार लौट आया; Chrysler ने 1978 में इसका आधुनिक संस्करण पेश किया। तकनीकी प्रकाशनों में लॉकिंग कन्वर्टरों के आधुनिक युग में व्यापक उपयोग को कभी-कभी 1981 में डेट किया जाता है; यह अंतर पहले अनुप्रयोग और व्यापक अपनाने के अलग-अलग कालखंडों में पड़ने से उत्पन्न होता है।

आज की चर्चा कैलिब्रेशन पर है: लॉकिंग को सबसे पहले संभव गति पर लगाना शहर की ड्राइविंग में ईंधन की खपत बचाता है, लेकिन इसका मतलब कन्वर्टर के टॉर्क गुणक लाभ का त्याग करना है। हाई-परफॉर्मेंस स्ट्रीट कारों में लॉकिंग आमतौर पर ईंधन बचत का उपकरण नहीं बल्कि एक शक्तिशाली कन्वर्टर को दैनिक उपयोग में व्यावहारिक बनाए रखने वाला तत्व माना जाता है। गियर की संख्या बढ़ने पर कन्वर्टर का गुणक भार कम हो जाता है, इसलिए आधुनिक 6-10 गतर वाली ऑटोमैटिक में प्रारंभिक और बार-बार लॉकिंग मानक बन गई है; इसके विपरीत पारंपरिक ऑटोमैटिक में कन्वर्टर ड्राइव के बड़े हिस्से में जानबूझकर अनलॉक्ड रहता है - CVT में लगभग 8 km/s से ऊपर यह लगभग हमेशा लॉक रहता है, क्योंकि वहां टॉर्क गुणक का काम पहले से ही वेरिएटर के पास होता है।

ड्राइविंग कैरेक्टर पर प्रभाव और ज्ञात खराबी मोड

कन्वर्टर, ऑटोमैटिक के चरित्र को निर्धारित करने वाला मौन नायक है। लॉकिंग क्लच के सक्रिय होते समय यह सुचारु संचालन सुनिश्चित करता है; अनलॉक्ड चरणों में यह द्रव के माध्यम से इंजन के झटकों और टॉर्शनल कंपन को अवशोषित करता है। हालांकि यह अवशोषण क्षमता असीमित नहीं है: ड्राइवलाइन में टॉर्शनल कंपन, लॉकिंग को बहुत जल्दी लगाने को सीमित करने वाली मुख्य इंजीनियरिंग सीमा है। जब लॉकिंग क्लच फिसलने के बजाय अचानक पकड़ बनाता है तो उत्पन्न होने वाला stick-slip व्यवहार, कंपन को पूरी ड्राइवलाइन में फैला सकता है - ड्राइवर की आराम की धारणा को बिगाड़ने वाली यही घटना है।

सबसे अधिक सुनी जाने वाली शिकायत कन्वर्टर कंपन (shudder) है: आमतौर पर ~64-72 km/s bandında, kavrama kilitlenirken hissedilen kısa bir sarsıntı. Kısmi kilitleme durumunda kavrama kayarak değil tutarak çalıştığında oluşur; aşınmış kavrama balatası ve kirli/bozulmuş ATF başlıca nedenlerdir ve çoğu durumda şanzıman yağının yenilenmesi sorunu çözer. Gaz pedalına basınca veya frene dokununca şikâyetin kesilmesi tipik bir ipucudur: konvertör açıldığında kayma bölgesi ortadan kalkar. Pratikte kilitleme konvertörü arızalarının çoğunun asıl kaynağı konvertörün kendisi bile değildir; valf gövdesinde, elektronik kontrollerde veya devreye alma solenoidinde ortaya çıkar.

Daha ciddi arıza modları da vardır:

• Aşırı ısınma: Kar veya çamurda ileri-geri sallayarak çıkma girişimleri konvertörü uzun süre stall rejiminde tutar; modern kanat geometrisi düşük devirlerde akışkan hızını minimize ederek bu riski azaltır ama ortadan kaldırmaz.
• Stator kavramasının kilitleşmesi: Stator serbest dönmeyi bırakınca konvertör kavrama fazında çok düşük verimle çalışır; yakıt tüketiminde ciddi artış klasik belirtidir.
• Stator kavramasının kırılması: Ani güç uygulamaları (örneğin marş anındaki neutral start gibi olaylar) tek yönlü kavramayı kırabilir.

संक्षिप्त इतिहास: कन्वर्टर ने ऑटोमैटिक कैसे बनाया?

द्वितीय विश्व युद्ध के बाद ऑटोमोटिव में टॉर्क कन्वर्टर का उदय सैन्य वाहनों में Hydra-Matic के अनुभव के साथ तेज हुआ। 1948 में Buick Dynaflow के साथ तरल क्लच की जगह टॉर्क कन्वर्टर लेने शुरू हुए; Dynaflow एक महत्वाकांक्षी डिज़ाइन था जो अपने एकमात्र गियर में टॉर्क गुणन को पूरी तरह पाँच तत्वों वाले कन्वर्टर पर आधारित करता था। उसके बाद 1949 Packard Ultramatic और 1950 Chevrolet Powerglide आए: इन दो-गियर ट्रांसमिशन में टॉर्क गुणन का काम बड़े पैमाने पर कन्वर्टर ही करता था।

1950 के दशक में संतुलन स्थापित हुआ: BorgWarner के तीन-गियर ऑटोमैटिक और Simpson संयुक्त ग्रह गियर सेट पर आधारित Chrysler TorqueFlite ने कन्वर्टर को ऑटोमैटिक का अनिवार्य घटक बना दिया। बहु-तत्व कन्वर्टर के प्रयोग (Buick Triple Turbine Dynaflow, Chevrolet Turboglide) कम दक्षता के कारण छोड़ दिए गए; उनकी जगह तीन-गियर ट्रांसमिशन और तीन-तत्व कन्वर्टर वाली व्यवस्थाओं ने ली। उस दौर का एक दिलचस्प GM विवरण परिवर्तनीय कोण वाला स्टेटर भी था: गैस पर अचानक दबाने पर स्टेटर का आक्रमण कोण बदल जाता था, दक्षता का त्याग कर टॉर्क गुणन बढ़ाया जाता था - आज की अनुकूली कैलिब्रेशन दर्शन का यांत्रिक पूर्वज।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

टॉर्क कन्वर्टर टॉर्क को कैसे बढ़ाता है?

टर्बाइन से निकलने वाला द्रव इंजन के घूर्णन की विपरीत दिशा में बहता है; स्टेटर इस द्रव को पंप की घूर्णन दिशा में मोड़कर उसकी ऊर्जा को पुनः प्राप्त करता है। इस प्रकार आउटपुट शाफ्ट पर, इंजन द्वारा उत्पादित टॉर्क से अधिक टॉर्क पहुंचता है; शुरुआत में यह अंतर 1.8:1 से 2.5:1 के बीच होता है।

ऑटोमैटिक गियरबॉक्स में क्लच के स्थान पर टॉर्क कन्वर्टर क्यों होता है?

क्योंकि कन्वर्टर, फिसलन को एक दोष नहीं बल्कि संचालन का एक मोड बना देता है: यह गियर में होते हुए भी वाहन के रुके रहना सुनिश्चित करता है, झटकों को सोखता है, टॉर्क को बढ़ाता है और चालक के हस्तक्षेप के बिना इन तीन कार्यों को लगातार और सुरक्षित रूप से करता है। मैनुअल में मौजूद यांत्रिक क्लच इनमें से केवल एक काम, यानी संबंध बनाना और तोड़ना, करता है।

कन्वर्टर का कंपन कैसा लगता है?

हल्के पहिया असंतुलन जैसा लगने वाला, लेकिन केवल एक विशेष गति सीमा में (आमतौर पर 64-72 किमी/घंटा) और लॉक-अप के क्षण महसूस होने वाला एक छोटा झटका है। हल्के गैस पर यह स्पष्ट होता है, गैस का दबाव बढ़ने पर अक्सर गायब हो जाता है; तेल बदलने से इसे ठीक किया जा सकता है।

सारांश: कन्वर्टर के तीन कार्य एक वाक्य में

पारंपरिक ऑटोमैटिक में टॉर्क कन्वर्टर, क्लच के पृथक्करण कार्य को द्रव द्वारा, टॉर्क वृद्धि कार्य को स्टेटर द्वारा और दक्षता की मांग को लॉक-अप क्लच द्वारा पूरा करता है। स्टॉल में टॉर्क को 2 गुना तक बढ़ाने वाला, क्लच चरण में 10% फिसलन के साथ जीने वाला और लॉक होने पर फिसलन को शून्य कर देने वाला यह तंत्र, ऑटोमैटिक के आराम और ईंधन किफायत को एक ही संरचना में ले जाने वाला एकमात्र घटक है।

स्रोत

• टॉर्क कन्वर्टर - विकिपीडिया
• टॉर्क कन्वर्टर: आधुनिक ऑटोमोटिव तकनीक की रीढ़ - Gears Magazine
• टॉर्क कन्वर्टर को समझना - Hot Rod
• टॉर्क कन्वर्टर टॉर्क गुणन - Engineering Stack Exchange
• टॉर्क कन्वर्टर क्लच - x-engineer.org
• लॉक-अप टॉर्क कन्वर्टर का विकास - Motor State
• टॉर्क कन्वर्टर शडर क्या है? - Roadrunner Converters
• टॉर्क कन्वर्टर की जटिल समस्या - Transmission Digest
• आक्रामक टॉर्क कन्वर्टर क्लच स्लिप नियंत्रण (Otanez 2009) - JSTOR