ทอร์กคอนเวอร์เตอร์

ทอร์กคอนเวอร์เตอร์

ผู้ที่ขับรถยนต์ และ รู้เรื่องเครื่องยนต์บ้าง คงทราบดีว่า เครื่องยนต์ของรถที่ใช้เกียร์มือจะต่อเข้ากับระบบเกียร์โดยใช้คลัทซ์ ไม่ได้ต่อตรง ซึ่งรถสามารถหยุดได้โดยไม่ต้องดับเครื่อง แต่ถ้าเป็นรถเกียร์ออโต้ ไม่ต้องใช้คลัทซ์ อย่างไรก็ตาม รถพวกนี้ต้องมีอุปกรณ์แยกเครื่องยนต์ออกจากระบบเกียร์ เราเรียกว่าอุปกรณ์นี้ว่า ทอร์กคอนเวอร์เตอร์ ดูไปมา มันเหมือนกับหม้อใบหนึ่ง แต่ภายในนั้นมีหลักการทำงานที่น่าสนใจทีเดียว

ตำแหน่งของทอร์กคอนเวอร์เตอร์

รถเกียร์ออโต้ต้องแยกการหมุนของเครื่องยนต์ออกจากการหมุนของล้อ ดังนั้นเมื่อคุณหยุดรถ คุณก็ไม่จำเป็นต้องหยุดเครื่องยนต์

บริเวณติดตั้งทอร์กคอนเวอร์เตอร์

ทอร์กคอนเวอร์เตอร์ติดตั้งอยู่ระหว่าง เครื่องยนต์กับเกียร์ ทำหน้าที่ส่งถ่ายกำลังด้วยของเหลว ถ้าเครื่องยนต์หมุนช้า เช่นขณะจอดรถอยู่หน้าไฟแดงเป็นต้น แรงบิดที่ส่งผ่านจากเกียร์ไปยังทอร์กคอนเวอร์เตอร์ยังมีน้อย เมื่อคุณเหยียบเบรกจึงรู้สึกเบา เพราะไม่ต้องออกแรงเบรกมาก

แต่ถ้าคุณเร่งเครื่องยนต์เพื่อให้รถเคลื่อนที่ ขณะนี้เครื่องยนต์หมุนด้วยความเร็วรอบที่เพิ่มขึ้น ทำให้ปั๊มอัดของเหลวเข้าไปในทอร์กคอนเวอร์เตอร์มากขึ้น การส่งผ่านแรงบิดจะมากขึ้นตามไปด้วย เมื่อคุณเหยียบเบรกจะรู้สึกหนักกว่า

ภายในทอร์กคอนเวอร์เตอร์

ส่วนประกอบทอร์กคอนเวอร์เตอร์จากซ้ายไปขวา เทอร์ไบน์ สเตเตอร์ และปั๊ม

โครงของทอร์กคอนเวอร์เตอร์ ติดเข้ากับ ฟลายวีล ( Flywheel) ของเครื่องยนต์ และจะหมุนไปพร้อมกัน ใบ (Fin) ของปั๊มติดแน่นเข้ากับโครงของทอร์กคอนเวอร์เตอร์ ดังนั้นจะหมุนด้วยความเร็วรอบเท่ากับเครื่องยนต์

ส่วนของทอร์กคอนเวอร์เตอร์ที่ต่อเข้ากับเกียร์และเครื่องยนต์

เป็นปั๊มแบบแรงหนีศูนย์ ( Centrifugal pump ) ขณะที่ปั๊มหมุนมันจะเหวี่ยงของเหลวให้ออกไปภายนอก ซึ่งมีลักษณะการเหวี่ยงแบบเดียวกับเครื่องซักผ้าแบบใส่ข้างบน ทดลองเปิดเครื่องซักผ้าดูซิครับ เมื่อของเหลวถูกผลักออกทางด้านนอก เกิดสูญญากาศขึ้นภายในศูนย์กลางของปั๊ม

ชิ้นส่วนปั๊มที่ต่อเข้ากับโครงของทอร์กคอนเวอร์เตอร์

จากนั้นของเหลวถูกเหวี่ยงเข้าไปในเทอร์ไบน์ ที่ต่อเข้ากับระบบเกียร์ เทอร์ไบน์จะไปหมุนเกียร์ ทำให้ล้อหมุน และรถเคลื่อนที่ไป ภาพข้างล่างแสดงให้เห็นถึงความโค้งของใบเทอร์ไบน์ เมื่อของเหลวไหลเข้าไปในเทอร์ไบน์ มันจะถูกทำให้เปลี่ยนทิศทาง และวิ่งเข้าหาจุดศูนย์กลางของเทอร์ไบน์

ของเหลวไหลออกจากเทอร์ไบน์และวิ่งเข้าหาจุดศูนย์กลาง

ตามหลักการของโมเมนตัม เมื่อมีแรงกระทำกับมวลนั้น จะทำให้ทิศทางการเคลื่อนที่ของมวลเปลี่ยนแปลง เกิดขึ้นกับมวลทุกชนิดในโลกนี้ เช่น รถ เม็ดฝน ดังนั้นการที่เทอร์ไบน์เปลี่ยนแปลงทิศทางของของเหลว มันจะเกิดแรงทำให้เทอร์ไบน์หมุน

ให้คุณสังเกตว่า ของเหลวที่ไหลออกจากเทอร์ไบน์ มีทิศทางแตกต่างกับตอนไหลเข้า ลูกศรในภาพแสดงให้เห็นว่าของเหลวที่ไหลออกมามีทิศทางตรงกันข้ามกับการหมุนของปั๊ม ถ้าของเหลวนี้ถูกทำให้ชนเข้ากับปั๊ม มันจะทำให้เครื่องยนต์หมุนช้าลง สูญเสียพลังงานไปโดยไม่จำเป็น ด้วยสาเหตุนี้ภายในทอร์กคอนเวอร์เตอร์จึงต้องมีสเตเตอร์

สเตเตอร์มีหน้าที่เปลี่ยนทิศทางของเหลวและให้วิ่งกลับไปชนปั๊ม เพื่อเพิ่มแรงบิด ตัวสเตเตอร์ต่อเข้ากับคลัทซ์ที่หมุนไปทางเดียว

สเตเตอร์วางอยู่ตรงกลางของทอร์กคอนเวอร์เตอร์ หน้าที่หลักของมันก็คือ กลับทิศทางของเหลวที่ไหลออกจากเทอร์ไบน์ ก่อนที่จะวิ่งเข้าชนปั๊ม

ใบของสเตเตอร์ต้องออกแบบให้แข็งแรง เพื่อต้านการไหลของของเหลวได้ คลัทซ์ทางเดียวที่อยู่กับสเตเตอร์ ควบคุมให้สเตเตอร์หมุนไปในทิศทาง ไม่เช่นนั้นมันจะหมุนไปพร้อมกับของไหล และไม่สามารถเปลี่ยนทิศทางของของไหลได้

ขณะที่รถเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 64 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ทั้งปั๊มและเทอร์ไบน์หมุนด้วยความเร็วที่เกือบจะเท่ากัน ที่จุดนี้สเตเตอร์ไม่ได้ใช้ประโยชน์หรือเพิ่มแรงบิดแต่อย่างใด

เทอร์ไบน์เปลี่ยนทิศทางของของไหล เปรียบเทียบได้ว่า ถ้าคุณยืนอยู่หลังรถกระบะที่มีความเร็ว 80 กิโลเมตรต่อชั่วโมง และขว้างลูกบอลไปด้านหลังรถกระบะด้วยความเร็ว 80 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ลูกบอลจะวิ่งออกจากมือด้วยความเร็ว 80 - 80 = 0 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ผู้ที่มองจากถนนเห็นลูกบอลนิ่งอยู่กับที่ เหตุการณ์แบบเดียวกันนี้เกิดขึ้นกับเทอร์ไบน์ ถ้าปั๊มและเทอร์ไบน์มีความเร็วเท่ากัน ตัวสเตเตอร์จะไม่มีประโยชน์อะไร

ข้อได้เปรียบและจุดอ่อน

หน้าที่หลักของทอร์กคอนเวอร์เตอร์เหมือนกับคลัทซ์ แต่มีหน้าที่พิเศษอีกอย่างหนึ่งก็คือมันเพิ่มแรงบิดได้ ทอร์กคอนเวอร์เตอร์สมัยใหม่สามารถเพิ่มแรงบิดขึ้นได้ 2 ถึง 3 เท่า แต่ว่าจะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อความเร็วรอบของรถยนต์หมุนเร็วกว่า เกียร์

ที่ความเร็วรถสูง เกียร์จะหมุนด้วยความเร็วรอบเกือบเท่ากับความเร็วรอบของเครื่องยนต์ เราะทราบดีกันดีอยู่แล้วว่า ความแตกต่างของความเร็วคือพลังงานที่สูญเสียไป เป็นเหตุผลหนึ่งที่ว่าทำไมเกียร์ออโต้จึงใช้น้ำมันมากกว่าเกียร์มือ ทอร์กคอนเวอร์เตอร์มีความเร็วออกและเข้าแตกต่างกันตลอดเวลา

จะแก้ไขปัญหานี้ ทอร์กคอนเวอร์เตอร์ใช้วิธีการล๊อค เมื่อความเร็วรอบของปั๊มเท่ากับความเร็วรอบของเทอร์ไบน์ เพื่อปัองกันการเลื่อน และช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องยนต์