บันทึกช่วยจำ ? เรื่องหลักการทำงานของเกียร์อัตโนมัติ AL4/DPO

[zuzarz]

Tweet

เพื่อให้เข้าใจและเห็นภาพชัดเจนยิ่งขึ้นดูภาพเคลื่อนไหวประกอบการทำงานของ Epicyclic Gear Train ได้ที่

http://www.howstuffworks.com/gear7.htm

[zuzarz]

Tweet

 2.1 SIMPSON type epicyclic gear train

   สำหรับเกียร์ AL4 เป็นเกียร์อัตโนมัติ ที่ควบคุมการทำงานด้วยระบบ Electronic มี 4 เกียร์เดินหน้าและ 1 เกียร์ถอยหลัง
โดยใช้ชุดเฟือง Epicyclic Gear Train เพื่อเปลี่ยนอัตราทดและทิศทาง แบบ SIMPSON
   ชุดเกียร์แบบ SIMPSON นี้จะประกอบด้วย ชุดเฟือง Epicyclic Gear Train 2 ชุด ซ้อนเข้าด้วยกัน จึงมีชิ้นส่วนประกอบหลักดังนี้คือ
      - มี Sun Gear 2 ตัว   คือ P1 และ P2
      - มีเฟือง Planetary Gear    2 ชุด, ชุดละ 3 ตัว   คือ S1 และ S2
      - มีชุดพาเฟือง Planetary Carrier   2 ชุด   คือ PS1 และ PS2
      - มีชุดเฟืองวงแหวน Ring Gear    2 ชุด   คือ C1 และ C2
   โดยชุดเฟือง Epicyclic Gear Train จะต่อประกอบเข้าด้วยกันดังนี้
      - ชุดพาเฟือง Planetary Carrier, PS1 จะยึดติดกับชุดเฟืองวงแหวน Ring, C2
      - ชุดพาเฟือง Planetary Carrier, PS2 จะยึดติดกับชุดเฟืองวงแหวน Ring, C1
   แล้วส่งผลลัพธ์การหมุนเคลื่อนที่และแรงบิดของทั้งระบบไปที่เฟืองทดส่งกำลัง (Primary Pinion of Step down Gear) โดย
   ผ่าน ชุดพาเฟือง Planetary Carrier, PS2 ตามรูปข้างล่างซึ่งแสดงให้เห็นแบบแปลนโครงสร้างของเกียร์ AL4

[zuzarz]

Tweet

       เพื่อให้เห็นภาพชัดเจนยิ่งขึ้นลองดูภาพเขียนแบบต่อไปนี้ โดยการนำข้อมูลที่ให้ไว้ในชิ้นส่วนนำไปเปรียบเทียบหาตำแหน่งในแบบแปลนโครงสร้างของเกียร์ AL4 ในภาพข้างบน ก็จะทำให้เข้าใจหลักการทำงานของ Simpson gear train ได้ง่ายยิ่งขึ้น

[zuzarz]

Tweet

และภาพถ่ายของชิ้นส่วนระบบ Simpson gear train เมื่อเปรียบเทียบกับภาพในแบบเขียน
ooOoo จบบทที่ 2

[zuzarz]

Tweet

3.  คลัตช์และเบรก (Clutch and Brake)
    คลัตช์และเบรกจะทำงานด้วยระบบไฮดรอลิกโดยการเปิด-ปิดตัววาล์วที่ถูกกระตุ้นโดย Electrovalve ซึ่งถูกสั่งการให้ทำงานดัวยระบบอิเล็กทรอนิกส์ โดยทั้งคลัตช์และเบรกจะทำงานประสานกัน เพื่อการปรับเปลี่ยนอัตราทดและทิศทางการหมุนของเกียร์
      -  ชุดคลัตช์มีหน้าที่ ตัด ? ต่อ ชิ้นส่วนบางชิ้นที่หมุนเคลื่อนที่ในชุด Simpson Gear Train เพื่อการปรับเปลี่ยนอัตราทดและทิศทางการหมุนของเกียร์ โดยทำงานสัมพันธ์กับ ชุดเบรก
      -  ชุดเบรกมีหน้าที่บีบหรือรัดให้ชิ้นส่วนที่หมุนอยู่ในชุด Simpson Gear Train ถูกยึดตรึงไว้ไม่ให้หมุน
จากรูปข้างล่างแสดงให้เห็นความสัมพันธ์ของคลัตช์และเบรกดังนี้
       - Clutch E1 จับยึดให้ P1 และ Input Shaft หมุนไปพร้อมกัน สำหรับเกียร์ถอยและเกียร์ 1
       - Clutch E2 จับยึดให้ C2/PS1 และ Input Shaft หมุนไปพร้อมกัน สำหรับเกียร์ 2, 3, 4
และ - Brake F1 ตรึงให้ P1 หยุดอยู่กับที่ สำหรับเกียร์ 4 (Brake F1 เป็น Disc Brakes ที่มีหลักการทำงานเหมือนกับชุด Clutch)
       - Brake F2 (Disc Brakes) ตรึงให้ C2 หยุดอยู่กับที่ สำหรับเกียร์ถอย
       - Brake F3 (Disc Brakes) ตรึงให้ P2 หยุดอยู่กับที่ สำหรับเกียร์ 1 และ 2

[zuzarz]

Tweet

ภาพตัดขวางแสดงชิ้นส่วนหลักของเกียร์ AL4 และในเครื่องหมายแสดงให้เห็นตำแหน่งของชุด คลัตช์และเบรก

[zuzarz]

Tweet

3.1 หลักการทำงานของคลัตช์
     คลัตช์แบบหลายแผ่น (Multiple-Disc Clutch) ประกอบด้วยชิ้นส่วนหลักดังนี้
       -  ลูกสูบ (Piston) ที่เคลื่อนที่ได้ด้วยแรงดันน้ำมันและกลับตำแหน่งเดิมด้วยแรงดันจากสปริง
       -  สปริง (Return Spring) ที่จะออกแรงดันให้ลูกสูบกลับสู่ตำแหน่งเดิม
       -  ชุดคลัตช์ (Clutch Pack) ประกอบด้วย แผ่นผ้าคลัตช์ (Friction Discs) และชุดจานขับแผ่นโลหะ (Driving Metal Discs)
       -  แผ่นค้ำยัน (Reaction Plate) ชุดคลัตช์ขณะถูกลูกสูบออกแรงอัด
           
      การทำงานของคลัตช์  จากรูปข้างล่าง (Clutch E1) คลัตช์จะถูกกระตุ้นให้ทำงานด้วยแรงดันน้ำมัน (Oil Pressure) ที่ผ่านเข้าไปด้านหลังของลูกสูบ ทำให้มันเคลื่อนที่ไปดันให้ชุดแผ่นคลัตช์เคลื่อนที่ไปอัดติดกับแผ่นค้ำยัน จึงทำให้ทั้งหมดหมุนตามหรือติดกันไป จนกว่าจะหยุดจ่ายแรงดันน้ำมันสปริงก็จะออกแรงผลักดันให้ลูกสูบกลับที่เดิม ทำให้ชุดคลัตช์เป็นอิสระอีกครั้ง

[zuzarz]

Tweet

   จากรูปข้างล่างแสดงให้เห็นการประกอบเข้าด้วยกันของ Clutch Pack
ชุดคลัตช์ (Clutch Pack) ประกอบด้วย
   แผ่นผ้าคลัตช์ (Friction Discs) และแผ่นค้ำยัน (Reaction Plate) จะมีซี่ฟันอยู่ที่ขอบด้านในและสอดอยู่ในร่องของดุม (Hub) มันจึงสามารถเคลื่อนที่ได้ในร่องและหมุนตาม Hub ไปเสมอ
   ส่วนชุดจานขับแผ่นโลหะ (Driving Metal Discs) จะมีฟันอยู่ที่ขอบด้านนอกและสอดอยู่ในร่องของกง (Drum) มันจึงสามารถเคลื่อนที่ได้ในร่องและหมุนตาม Drum ไปเสมอเช่นกัน
    ดังนั้นทั้ง Drum และ Hub จึงหมุนได้อย่างอิสระจนกว่าชุด Clutch อัดให้มันแนบติดกันแน่นจึงจะหมุนตามกันไป

[zuzarz]

Tweet

และเมื่อประกอบชุด Clutch E1 + E2 และ เบรก F1 เข้าด้วยกัน ก็จะได้ชุดประกอบเพลาหลัก (Primary Line Assembly) ดังรูป

[zuzarz]

Tweet

3.2 หลักการทำงานของชุดเบรก (Band Brakes)ชุดแบนด์เบรก (Brake F2 และ F3) ประกอบด้วยชิ้นส่วนหลักดังนี้
(Brake F1 เป็น Disc Brakes ที่มีหลักการทำงานเหมือนกับชุด Clutch ที่ได้กล่าวไว้ข้างต้น)
     1. ชุดลูกสูบเบรก (Brake Servo) ซึ่งประกอบ
        -  ลูกสูบ (Piston) ที่เคลื่อนที่อยู่ในกระบอกของตัวเรือนเกียร์ ด้วยแรงดันน้ำมันและกลับตำแหน่งเดิมด้วยแรงดันจากสปริง
        -  ก้านกระทุ้ง (Plunger) จะเคลื่อนที่เมื่อถูกลูกสูบดัน
        -  สปริง (Return Spring) ที่จะออกแรงดันให้ลูกสูบกลับสู่ตำแหน่งเดิม
     2. แถบผ้าเบรก (Brake Band) ซึ่งเป็นแถบโลหะที่มีแถบผ้าเบรกที่ทำจากวัสดุที่มีความฝืดสูงติดอยู่ด้านใน และที่ปลายทั้งสองด้านของแถบโลหะจะมีบ่ารองรับก้านกระทุ้งและสลักเกลียว (Anchor Bolt)

     การทำงานของเบรก จากรูปข้างล่างที่มุมล่างซ้าย เมื่อลูกสูบจะถูกกระตุ้นให้ทำงานด้วยแรงดันน้ำมัน (Oil Pressure) ที่ผ่านเข้าไปด้านหลังของลูกสูบ ทำให้มันเคลื่อนที่ไปดันก้านกระทุ้งเคลื่อนที่ยันที่บ่าบนปลายของแถบโลหะ จึงทำให้ผ้าเบรกไปบีบรัดให้กงเบรก (Brake Drum) หยุดอยู่กับที่ จนกว่าจะเลิกจ่ายแรงดันน้ำมันสปริงก็จะออกแรงผลักดันให้ลูกสูบกลับที่เดิม ทำให้ชุดเบรกเป็นอิสระอีกครั้ง

[zuzarz]

Tweet

รูปแสดงตำแหน่งที่ตั้งของชุด Brake F2 และ Brake F3

[zuzarz]

Tweet

3.3 หลักการเปลี่ยนเกียร์ของ AL4
  การเปลี่ยนเกียร์ของ AL4 จะมีชิ้นส่วนที่เกี่ยวข้อง ดังนี้คือ:  2 ชุดคลัตช์ (E1 และ E2), 3 ชุดเบรก (F1=Disc brakes, F2 และ F3 = Band brakes) และ Simpson Gear Train ที่มีชุดเฟือง Epicyclic Gear Train 2 ชุด ประกอบซ้อนเข้าด้วยกัน
  จากรูปข้างล่าง เมื่อนำชิ้นส่วนหลักต่างๆในส่วนที่ 1 ไปประกอบเข้ากับตัวเรือนเกียร์แล้วเขียนเป็น แบบแปลนโครงสร้างของเกียร์ AL4 ได้ตามรูปในส่วนที่ 2 และเพื่อให้ง่ายต่อการอธิบายหลักการทำงานจึงต้องลดรายระเอียดในแบบแปลนโครงสร้างลงอีก ให้คงเหลือไว้เพียงเส้นและสัญลักษณ์ ดังปรากฏเป็นแผนผัง (Schematic) ในรูปส่วนที่ 4 (ซึ่งจะเขียนแสดงไว้เฉพาะส่วนบนเท่านั้น สำหรับส่วนล่างจะเหมือนกันกับส่วนบนแต่ให้กลับเอาด้านบนลง ดังที่ได้แสดงไว้ที่เฟือง Primary step down pinion)         โดยให้ชิ้นส่วนที่ต่อเชื่อมติดเป็นชิ้นเดียวกันจะเขียนแทนด้วยเส้นตรง, เส้นตรงสั้นๆที่ปิดที่ปลายของเส้นตรงจะแทนซี่ฟันเฟืองหรือเป็นรูร้อยแกนหมุนของตัวเฟืองดังในรูปส่วนที่ 3    

[zuzarz]

Tweet

การอ่านหลักการเปลี่ยนเกียร์ของ AL4 จากแผนผังในรูปข้างล่างจะแสดงเส้นทางการส่งถ่ายกำลังผ่านไปตามเส้นสีแดง
     ตัวอย่างการอ่านแผนผัง ที่ตำแหน่งเกียร์ 1 (1st gear)     กำลังแรงบิดจากเครื่องยนต์ (Primary) ถ่ายให้ชุด Torque Converter ผ่านเข้าชุดประกอบเพลาหลัก (Primary Line Assembly)    ชุด Clutch E1 จับให้ Sun gear P1 หมุนตามและไปขับเฟือง Planetary หมุนไปขับ Ring Gear C1 ซึ่งทำให้ของเฟือง Primary step down pinion หมุนตามไปด้วย   และในขณะนั้น Brake F3 ก็ได้จับตรึง Sun gear P2 ไว้ไม่ให้หมุน ทำให้ชิ้นส่วนที่เหลือก็จะหมุนฟรีตามไปโดยไม่ได้นำกำลังมาใช้งาน

ภาพแสดงเส้นทางการส่งถ่ายกำลังในแต่ละเกียร์

[zuzarz]

Tweet

ตารางสรุปการใช้ให้ชิ้นส่วนต่างๆทำงานในแต่ละเกียร์

[zuzarz]

Tweet

หมายเหตุ : ที่ตำแหน่งคันเกียร์ D เกียร์สามารถทำงานที่ อัตราทดของเกียร์ 1, 2, 3 และ 4
                ที่ตำแหน่งคันเกียร์ 3 เกียร์สามารถทำงานที่ อัตราทดของเกียร์  1, 2 และ 3
                ที่ตำแหน่งคันเกียร์ 2 เกียร์สามารถทำงานที่ อัตราทดของเกียร์ 1และ 2
          และที่ตำแหน่งคันเกียร์ 2 และกดปุ่มเลือก 1 เกียร์จะทำงานที่ อัตราทดของเกียร์ 1 เท่านั้น

ooOoo  จบบทที่ 3

[zuzarz]

Tweet

4.  Differential gear หรือ Final Drive Unit
    Differential gear เป็นชุดเฟืองส่งกำลังจาก Output Shaft ของชุดเกียร์ผ่าน Step-down gear เข้าสู่ Ring Gear ในชุดของ Differential gear แล้วส่งกำลังไปขับเพลาล้อรถยนต์ 

[zuzarz]

Tweet

   ประโยชน์ของ Differential gear คือการยอมให้เพลาขับล้อทั้งสองข้างหมุนที่ความเร็วต่างกันได้ขณะเลี้ยวรถหรือเมื่อแต่ละล้อมีภาระไม่เท่ากันเช่นขณะล้อลื่นไถลหรือติดหล่ม
   หลักการทำงาน เมื่อ Ring gear (น่าจะยังคงเรียกกันว่า เฟืองบายศรี) ถูกขับให้หมุนโดย Step-down Gear ตัวเรือนที่ยึดติดอยู่กับเฟืองบายศรีและเพลาเฟืองดอกจอกที่สวมอยู่ในตัวเรือนก็จะหมุนไปพร้อมกัน   ในขณะวิ่งทางตรงเฟืองดอกจอก 2 ตัว(บน-ล่าง)จะหยุดนิ่งไม่ได้หมุนรอบตัวเองเลย มันจึงขบพาเฟืองข้างทั้ง 2 (ซ้าย-ขวา) ให้หมุนไปด้วยความเร็วรอบเดียวกัน  แต่ในขณะรถเลี้ยวรถล้อด้านที่อยู่ด้านในใกล้จุดศูนย์กลางวงเลี้ยวจะหมุนด้วยรอบที่น้อยกว่าล้อด้านนอกดังนั้นเฟืองดอกจอกจะหมุนฟรีไปบนเฟืองข้างด้านในส่วนหนึ่งแต่จะไปขับพาให้เฟืองข้างด้านนอกหมุนไปเต็มรอบตามอัตราทด  จะเห็นได้ว่าเฟืองดอกจอกนี้ทำงานเหมือนกับ Planetary gear ในชุด  Epicyclic Gear Train เช่นกัน

   อัตราทดของเกียร์ AL4:   1st: 2.725,  2nd: 1.499,   3rd: 1.000,   4th: 0.711,  Reverse: 2.457,  Final Drive: 3.650

[zuzarz]

Tweet

เพื่อให้เข้าใจและเห็นภาพชัดเจนยิ่งขึ้นดูภาพเคลื่อนไหวประกอบการทำงานของ Differential gear ได้ที่

http://auto.howstuffworks.com/differential2.htm

ooOoo   จบบทที่ 4

[zuzarz]

Tweet

5.  ระบบไฮดรอลิก (Hydraulic System)
   ระบบไฮดรอลิกมีความสำคัญในการเปลี่ยนเกียร์เป็นอย่างมาก เนื่องเพราะต้องการแรงดันน้ำมันไปทำให้ชุด Clutches และ Brakes ทำงาน โดยมีระบบอิเล็กทรอนิกส์เป็นผู้ควบคุมสั่งการเพื่อให้มีความเที่ยงตรงและได้ประสิทธิภาพสูงสุดนั่นเอง
   องค์ประกอบหลักของระบบไฮดรอลิกคือ :-
     5.1   ปั๊มน้ำมันเกียร์ (Oil pump)
     5.2   ตัวแจกจ่ายน้ำมันไฮดรอลิก (Hydraulic Valve Block หรือ Body Valve)
     5.3   ตัวสะสมแรงดันน้ำมัน (Pressure Accumulator)
หน้าที่ของระบบไฮดรอลิกคือ :-
     - จ่ายแรงดันน้ำมันให้กับชุด คลัตช์และเบรก
     - จ่ายแรงดันน้ำมันให้กับชุดกังหัน Torque Converter อย่างต่อเนื่อง และจ่ายให้ชุด Lock-Up Clutch ตามสั่ง
     - จ่ายแรงดันน้ำมันไปหล่อลื่นชิ้นส่วนภายในเกียร์
     - ถ่ายเทความร้อน (Cooling) ออกจากชุด Torque Converter ผ่าน EPDE Valve เข้าสู่ชุดเปลี่ยนถ่ายความร้อน (Water/oil Exchanger)

แผนผังการทำงานของระบบไฮดรอลิก

[zuzarz]

Tweet

5.1 ปั๊มนำมันเกียร์ (Oil Pump)
     ปั๊มนำมันเกียร์จะติดตั้งอยู่ระหว่างชุด Torque Converter และชุดเกียร์   โดย Oil Pump จะมีปริมาณการไหลเป็นสัดส่วนตามความเร็วรอบของเครื่องยนต์ และมีหน้าที่ดังนี้คือ จ่ายแรงดันน้ำมันให้กับ Valve Block, ชุด คลัตช์และเบรก, ชุดกังหัน Torque Converter อย่างต่อเนื่อง และจ่ายให้ชุด Lock-Up Clutch, จ่ายแรงดันน้ำมันไปหล่อลื่นชิ้นส่วนภายในเกียร์ และถ่ายเทความร้อน (Cooling) ออกจากอุปกรณ์ภายในเกียร์     
     การทำงานของ Crescent Oil Pump: -   เมื่อฟันเฟือง (Drive Gear) ถูกขับให้หมุนโดยเพลาที่ดุมของ Torque Converter พาให้ฟันเฟือง (Driven gear) หมุนตามในทิศทางเดียวกัน และมีเกาะพระจันทร์เสี้ยว(Crescent) อยู่ที่ช่องว่างระหว่างเฟืองทั้ง 2 เมื่อฟันเฟืองหมุนก็จะพาน้ำมัน ผ่านกรอง (Strainer/Filter) เข้ามาและแยกทางกันที่เกาะจนมาถึงปลายเกาะน้ำมันก็จะถูกอัดให้มีแรงดันมากขึ้นที่ทางออก เนื่องจากช่องว่างระหว่างฟันเฟืองลดลง ซึ่งจะเห็นว่าปริมาณการไหลและแรงดันของน้ำมันที่ทางออกจะเปลี่ยนไปตามความเร็วรอบของ Torque Converter ด้วยเช่นกัน   ดังนั้นจึงต้องทำการรักษาระดับ (Regulated)แรงดัน น้ำมันให้คงที่ และต้องกำหนดแรงดันสูงสุดที่ยอมได้เสียก่อนโดยวาล์วจำกัดแรงดัน (Pressure Limiting valve) ก่อนจ่ายออกไปใช้งานซึ่งจะได้กล่าวถึง ต่อไปในเรื่องของ  Hydraulic Valve Block

[zuzarz]

Tweet

5.2   ชุดกล่องวาล์วไฮดรอลิก (Hydraulic Valve Blockหรือ Body Valve)
   Hydraulic Valve Block จะถูกใช้เป็นสถานที่เชื่อมต่อระหว่างอุปกรณ์ไฟฟ้าและกลไกของชุดวาล์ว กล่าวคือใช้เป็นที่ติดตั้งของ Electrovalves พร้อมชุดสายไฟ และใช้เป็นเรือนลิ้น (Valve Body) ที่มีชุดวาล์วต่างๆประกอบอยู่ภายใน   มีช่องทางและรูเจาะมากมายที่ใช้เป็นท่อทางผ่านของน้ำมันเกียร์   โดยที่รูเจาะเหล่านั้นสามารถส่งแรงดันน้ำมันต่อเข้าไปในรูท่อทางที่อยู่ในเพลาและตัวเรือนเกียร์ (Transmission Housing) เพื่อประโยชน์ในการควบคุมการทำงานของอุปกรณ์ทำงานต่างๆ (Actuators)
   Hydraulic Valve Block มีภาระและหน้าที่ดังต่อไปนี้
     -  จ่ายแรงดันน้ำมันคงที่ให้กับชุด คลัตช์และเบรก
     -  ปิด-เปิด วงจรไฮดรอลิกของคลัตช์และเบรก เพื่อการเปลี่ยนเกียร์ โดยมีชุดวาล์วไฟฟ้า (Electro valves) เป็นตัวควบคุม         
     -  จ่ายแรงดันน้ำมันอย่างต่อเนื่องและเหมาะสมกับสภาวะ (Modulation) การทำงานที่เปลี่ยนแปลงไปของชุดกังหัน Torque   
           Converter
     -  ปิด-เปิด วงจรไฮดรอลิกของชุด Lock-Up Clutch ให้ทำงานตามสั่ง
     -  จ่ายแรงดันน้ำมันไปหล่อลื่นชิ้นส่วนภายในเกียร์

[zuzarz]

Tweet

   ในชุดของ Hydraulic Valve Block มีอุปกรณ์และชิ้นส่วนประกอบหลักตามรูปประกอบข้างล่างดังนี้:-
     5.2.1   ชุดกล่องวาล์วไฮดรอลิกหลัก (Main Hydraulic Valve Block) และ ชุดสายไฟ (Electrical Harness) พร้อมตัวตรวจจับอุณหภูมิน้ำมันเกียร์และฝาปิดชุดวาล์ว (Closing Plate)
     5.2.2   ชุดกล่องวาล์วไฮดรอลิกช่วยเสริม (Auxiliary Hydraulic Valve Block)

[zuzarz]

Tweet

5.2.1  ชุดกล่องวาล์วไฮดรอลิกหลัก (Main Hydraulic Valve Block)
ในชุดกล่อง Main Hydraulic Valve Block จะมีอุปกรณ์และชิ้นส่วนประกอบหลักตามรูปประกอบข้างล่าง

[zuzarz]

Tweet

5.2.2   ชุดกล่องวาล์วไฮดรอลิกช่วยเสริม (Auxiliary Hydraulic Valve Block)ในชุดกล่อง Auxiliary Hydraulic Valve Block จะมีอุปกรณ์และชิ้นส่วนประกอบหลักตามรูปประกอบข้างล่าง